高考化学专题复习化学反应原理综合考查的综合题附答案解析

高考化学专题复习化学反应原理综合考查的综合题附答案解析 一、化学反应原理综合考查 1．（15分）甲烷水蒸气催化重整（SMR）是传统制取富氢混合气的重要方法，具有工艺简单、成本低等优点。 回答下列问题： （1）已知1000 K时，下列反应的平衡常数和反应热： ①CH4(g)C(s)+2H2(g) K1=10.2 ΔH1

②2CO(g)C(s)+CO2(g) K2=0.6 ΔH2

③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) K3=1.4 ΔH3

④CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) K4 ΔH4（SMR） 则1000 K时，K4=____________；ΔH4=_________（用ΔH1、ΔH2、ΔH3来表示）。 （2）在进入催化重整装置前，先要对原料气进行脱硫操作，使其浓度为0.5 ppm以下。脱硫的目的为______________。 （3）下图为不同温度条件下电流强度对CH4转化率的影响。由图可知，电流对不同催化剂、不同温度条件下的甲烷水蒸气催化重整反应均有着促进作用，则可推知ΔH4____0（填“>”或“<”）。

（4）下图为不同温度条件下6小时稳定测试电流强度对H2产率的影响。由图可知，随着温度的降低，电流对H2产率的影响作用逐渐____________（填“增加”“减小”或“不变”），600 ℃时，电流对三种催化剂中的____________（用图中的催化剂表示式回答）影响效果

最为显著，当温度高于750 ℃时，无论电流强度大小，有无催化剂，H2产率趋于相同，其原因是______________。 （5）我国科学家对甲烷和水蒸气催化重整反应机理也进行了广泛研究，通常认为该反应分两步进行。第一步：CH4催化裂解生成H2和碳（或碳氢物种），其中碳（或碳氢物种）吸

附在催化剂上，如CH4→Cads/[C(H)n]ads+(2–2n)H2；第二步：碳（或碳氢物种）和H2O反应生

成CO2和H2，如Cads/[C(H)n]ads +2H2O→CO2 +(2+2n)H2。反应过程和能量变化残图如下（过程①没有加催化剂，过程②加入催化剂），过程①和②ΔH的关系为：①_______②（填“＞”“＜”或“＝”）；控制整个过程②反应速率的是第_______步，其原因为

____________________________。

【答案】33.32 ΔH1+2ΔH3−ΔH2 硫能使催化剂中毒（或硫能使催化剂活性下降等） > 增加 10Ni−3MgO/γ−Al2O3 温度高于750 ℃时，几种情况下的反应均达到平衡，催化剂不改变平衡状态 = Ⅱ 第Ⅱ步的活化能大，反应速率慢

【解析】 【分析】 【详解】 （1）方程式CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)，是由方程式①+2×③−②得到，K4=2132KKK=210.21.40.6=33.32，ΔH4=ΔH1+2ΔH3−ΔH2。

（2）硫会与催化剂反应，会使催化剂中毒，因此要脱硫。 （3）由图可知电流相同时，750 ℃甲烷的转化率比600 ℃时甲烷的转化率高，说明温度越高，转化率越高，K越大，ΔH4>0。 （4）据图可知，随温度降低，H2产率的变化幅度也增大，电流对H2产率的影响作用逐渐增加；600 ℃时，10Ni−3MgO/γ−Al2O3催化剂在不同电流时H2产率的变化幅度最大，因此电流对10Ni−3MgO/γ−Al2O3催化剂影响最为显著；测试时间为6小时，当温度高于750 ℃时，由于反应速率加快，反应已经达平衡移动，而催化剂不影响平衡移动，因此无论电流强度大小，有无催化剂，H2产率趋于相同。 （5）同一化学反应，催化剂只能改变反应的速率，对反应热不会造成影响，故过程①和②ΔH相等。根据活化能越大，反应速率就越慢，故控制整个反应速率的是活化能较高的步骤，即控速步骤为第Ⅱ步。

2．Cr、S等元素的化合物常会造成一些环境问题，科研工作者正在研究用各种化学方法来

消除这些物质对环境的影响。 （1）还原沉淀法是处理含铬（Cr2O72−和CrO42−）工业废水的常用方法，过程如下：

①已知：常温下，初始浓度为1.0 mol·L−1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O72−)随c(H+)的变化如图所

示。则上述流程中CrO42-转化为Cr2O72-的离子方程式为______________________。

②还原过程中氧化剂与还原剂的物质的量之比为__________。

③Cr3+与Al3+的化学性质相似，对CrCl3溶液蒸干并灼烧，最终得到的固体的化学式为

____________。

④常温下，Ksp[Cr(OH)3]=1.0×10-32，欲使处理后废水中的c(Cr3+)降至1.0×10-5mol·L−1（即

沉淀完全），应调节至溶液的pH=_____。 （2）“亚硫酸盐法”吸收烟中的SO2

①将烟气通入1.0mol/L 的Na2SO3溶液，当Na2SO3恰好完全反应时，溶液pH约为3，此

时，溶液中各种离子浓度由大到小的顺序为_________（用离子浓度符号和“＞”号表示）。 ②室温下，将烟道气通入(NH4)2SO3溶液中，测得溶液pH与含硫组分物质的量分数的变化

关系如图所示。 已知部分弱电解质的电离常数（25℃）如下： 电解质 电离常数

H2SO3

Ka1=1.54×10-2

Ka2=1.02×10-7

NH3·H2O Kb=1.74×10-5

（i）(NH4)2SO3溶液呈____（填“酸”、“碱”或“中”）性，其原因是_________________。 （ii）图中b点时溶液pH=7，则n(NH4+):n(HSO3- )=_________。 【答案】CrO42-＋2H+Cr2O72-＋H2O 1:6 Cr2O3 5 c(Na+)＞c(HSO3-)＞c(H+)＞c(SO32-)＞c(OH-) 碱 H2SO3的第二电离常数Ka2=1.02×10-7小于NH3·H2O的电离常数Kb，故SO32-

的

水解程度比NH4+的水解程度大，溶液呈碱性 3:1 【解析】 【详解】 (1) ① 从图中可以看出，c(Cr2O72−) 随c(H+)的增大而不断增大，当c(H+)=6.0×10-7mol/L

时，

c(Cr2O72−)=0.4mol/L，此时反应达平衡状态，所以此反应为可逆反应。由此可得CrO42-

转化

为Cr2O72-的离子方程式为CrO42-＋2H+Cr2O72-＋H2O 答案为CrO42-＋2H+Cr2O72-＋H2O ② 依据电子守恒，氧化剂Cr2O72−与还原剂Fe2+的关系为：Cr2O72−——6Fe2+ 从而得出还原过程中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1:6。答案为1:6； ③ Cr3+与Al3+的化学性质相似，说明Cr3+在水溶液中易发生水解反应，最终生成Al(OH)3，

灼烧时再分解为铬的氧化物。所以对CrCl3溶液蒸干并灼烧，最终得到的固体的化学式为Cr2O3。答案为Cr2O3

④ Ksp[Cr(OH)3]=3353()()1.010()cCrcOHcOH1.0×10-32

9()10/cOHmolL，pH=5。答案为5；

(2) ① 将烟气通入1.0mol/L 的Na2SO3溶液，当Na2SO

3恰好完全反应时，全部生成

NaHSO3，此时溶液pH约为3，则表明HSO3-

以电离为主。

发生的电离、水解反应方程式为：HSO3-H++SO32-、 HSO3-+H2OH2SO3+OH-、H2OH++OH- 且前面反应进行的程度大于后面反应， 从而得出溶液中各种离子浓度由大

到小的顺序为c(Na+)＞c(HSO3-)＞c(H+)＞c(SO32-)＞c(OH-)。 答案为c(Na+)＞c(HSO3-)＞c(H+)＞c(SO32-)＞c(OH-) ②（i）在(NH4)2SO3溶液中，NH4+、SO32-都将发生水解，从表中数据Ka2=1.02×10-7、 Kb=1.74×10-5可以看出，HSO3-的电离常数小，SO32-

的水解常数大，所以溶液呈碱性。

答案为碱； 溶液呈碱性的原因是：溶液H2SO3的第二电离常数Ka2=1.02×10-7小于NH3·H2O的电离常数Kb，故SO32-的水解程度比NH4+

的水解程度大，溶液呈碱性。

答案为：H2SO3的第二电离常数Ka2=1.02×10-7小于NH3·H2O的电离常数Kb，故SO32-的水解程度比NH4+的水解程度大，溶液呈碱性。 （ii）图中b点时溶液pH=7，此时c(HSO3-)=c(SO32-)，则c(NH4HSO3)=c[(NH4)2SO3]，从而得出n(NH4+) ：n(HSO3- )= 3：1 答案为3：1。

3．(1)SO2 的排放主要来自于煤的燃烧，工业上常用氨水吸收法处理尾气中的 SO2。已知吸

收过程中相关反应的热化学方程式如下： ①SO2(g)+NH3·H2O(aq)=NH4HSO3(aq) ΔH1=a kJ/mol； ②NH3·H2O(aq)+ NH4HSO3(aq)=(NH4)2SO3(ag)+H2O(l) ΔH2=b kJ/mol； ③2(NH4)2SO3(aq)+O2(g)=2(NH4)2SO4(aq) ΔH3=c kJ/mol。 则反应 2SO2(g)+4NH3·H2O(aq)+O2(g)=2(NH4)2SO4(aq)+2H2O(l)的 ΔH=____kJ/mol。 (2)SO2是形成酸雨的主要污染物，燃煤脱硫原理为 2CaO(s)+2SO2(g)+O2(g)⇌2CaSO4(s)。向 10L 恒温恒容密闭容器中加入 3mol CaO，并通入 2mol SO2 和 lmol O2 发生上述反应，2min时达平衡，此时 CaSO4 为1.8mol。0〜2min 内，用 SO2 表示的该反应的速率v(SO2)=____，其他条件保持不变，若上述反应在恒压条件下进行，达到平衡时 SO2 的转化率____(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (3)NO 的排放主要来自于汽车尾气，净化原理为：2NO(g)+2CO(g)⇌N2(g)+2CO2(g) ΔH=−746.8kJ/mol。实验测得，v正=k正·c2(NO)·c2(CO)，v 逆=k逆·c(N2)·c2(CO2)(k 正、k 逆为速率常

数，只与温度有关)。 ①达到平衡后，仅升高温度，k正增大的倍数____(填“>”“<”或“=”)k逆增大的倍数。 ②若在 1L 的密闭容器中充入 1molCO 和 1mol NO，在一定温度下达到平衡时，CO 的转化率为 40%，则k正︰k逆=____。 (4)以连二硫酸根(S2O42-)为媒介，使用间接电化学法也可处理燃煤烟气中的NO，装置如图