1、题型二 化学反应原理综合应用题 真题 考情 全国卷全国卷 12020 全国卷硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产 中的关键工序是 SO2的催化氧化： SO2(g)1 2O2(g) 钒催化剂SO 3(g) H 98 kJ mol 1。回答下列问题： (1)钒催化剂参与反应的能量变化如图(a)所示， V2O5(s)与 SO2(g)反应生成 VOSO4(s)和 V2O4(s)的热化学方程式为_。 V2O5(s)2SO2(g)=2VOSO4(s)V2O4(s) H351 kJ mol 1 (2)当 SO2(g)、O2(g)和 N2(g)起始的物质的量分数分别为 7.5%、10.5%和 82%
2、时，在 0.5 MPa、2.5 MPa 和 5.0 MPa 压强下，SO2平衡转化率 随温度的 变化如图(b)所示。反应在 5.0 MPa、550时的 _ ， 判断的依据是_。 影响 的因素有_。 0.975 该反应气体分子数减少，增大压强， 提高。 5.0 MPa2.5 MPap2，所以 p15.0 MPa 温度、压强和反应物的起始浓度(组成) (3)将组成(物质的量分数)为 2m% SO2(g)、m% O2(g)和 q% N2(g)的气体通 入反应器，在温度 t、压强 p 条件下进行反应。平衡时， 若 SO2转化率为 ，则 SO3压强为_ ， 平衡常数 Kp_ (以分压表示，分压总压物 质
3、的量分数)。 2m 100mp 11.5 m 100mp 0.5 (4)研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为： vk 1 0.8(1n) 式中：k为反应速率常数，随温度t升高而增大；为SO2平衡转化率， 为某时刻SO2转化率，n为常数。在0.90时，将一系列温度下的k、 值代入上述速率方程，得到vt曲线，如图(c)所示。 曲线上v最大值所对应温度称为该下反应的最适宜温度tm。ttm后，v逐渐下降。原因是 _。 升高温度，k 增大使 v 逐渐提高，但 降低使 v 逐渐下降。ttm后，k 增大对 v 的提高小于 引起的降低 解析：(1)V2O5和 SO2反应生成 VOSO4和 V2O4的化学方
4、程式为 2V2O5 2SO2=2VOSO4V2O4。由题图(a)可得以下两个热化学方程式：V2O4(s) 2SO3(g)=2VOSO4(s) H1399 kJ mol 1，V 2O4(s)SO3(g)=V2O5(s) SO2(g) H224 kJ mol 1， 将2可得： 2V 2O5(s)2SO2(g)=2VOSO4(s) V2O4(s) H351 kJ mol 1。 (2)该反应的正反应是气体分子数减少的反应， 压强增大， 平衡正向移动， SO2 的平衡转化率变大，故在相同温度下，压强越大，SO2的平衡转化率越高，则 p1 5.0 MPa，由题图可知在 550 、5.0 MPa 时，0.9
5、75；由该反应的正反应是 气体分子数减少的放热反应可知，影响 的因素有压强、温度和反应物的起始浓 度等。 (3)设充入气体的总物质的量为 100 mol，则 SO2为 2m mol，O2为 m mol，N2 为(1003m) mol，SO2的转化率为 ，列三段式为： SO2(g) 1 2O2(g) SO3(g) n(起始)/mol 2m m 0 n(转化)/mol 2m m 2m n(平衡)/mol 2m2m mm 2m 故平衡时容器中的气体的总物质的量为(2m2mmm2m100 3m)mol(100m)mol。各物质的分压分别为 p(SO2) 2m2m 100m p，p(O2) mm 100
6、m p ， p(SO3) 2m 100m p ， 故Kp 2m 100mp 2m2m 100m p mm 100mp 0.5 11.5 m 100mp 0.5。 (4)由反应的速率方程可知，当 0.90 时，(1n)是常数，温度大于 tm 后，温度升高，k 增大，而 v 逐渐下降，原因是 SO2(g)1 2O2(g) SO3(g)是放热 反应，升高温度时平衡逆向移动， 减小， 1 0.8 减小，k 增大对 v 的提高小 于 引起的降低。 22020 全国卷天然气的主要成分为CH4，一般还含有C2H6等烃 类，是重要的燃料和化工原料。 (1)乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g)=C2H4
7、(g)H2(g) H1， 相关物质的燃烧热数据如表所示： 物质 C2H6(g) C2H4(g) H2(g) 燃烧热H/(kJ mol 1) 1 560 1 411 286 H1_ kJ mol 1。 提高该反应平衡转化率的方法有_、_。 容器中通入等物质的量的乙烷和氢气，在等压下(p)发生上述反应， 乙烷的平衡转化率为。反应的平衡常数Kp_(用平衡分压代替平 衡浓度计算，分压总压物质的量分数)。 137 升高温度 减小压强 1 21p (2)高温下，甲烷生成乙烷的反应如下：2CH4 高温 C2H6H2。反应在 初期阶段的速率方程为：rkcCH4，其中k为反应速率常数。 设反应开始时的反应速率为
8、r1，甲烷的转化率为时的反应速率为r2， 则r2_r1。 对于处于初期阶段的该反应，下列说法正确的是_。 A增加甲烷浓度，r增大 B增加H2浓度，r增大 C乙烷的生成速率逐渐增大 D降低反应温度，k减小 1 AD (3)CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分 子的耦合转化，其原理如图所示： 阴极上的反应式为_。 若生成的乙烯和乙烷的体积比为2:1，则消耗的CH4和CO2体积比为 _。 CO22e =COO2 6:5 解析：(1)根据题表中数据信息可写出热化学方程式 ()C2H6(g)7 2O2(g)=2CO2(g)3H2O(l) H1 560 kJ mol 1、 ()
9、C2H4(g)3O2(g)=2CO2(g)2H2O(l) H1 411 kJ mol 1、 ()H2(g)1 2O2(g)=H2O(l) H286 kJ mol 1，根据盖斯定律，由() ()()得 C2H6(g)=C2H4(g)H2(g) H1137 kJ mol 1。 由于该反应为吸热反应、且为气体分子数增大的反应，因此可通过升高温 度、减小体系压强等提高该反应的平衡转化率。设起始时 C2H6和 H2的物质的 量均为 1 mol，列出三段式： C2H6(g)=C2H4(g)H2(g) 起始量/mol 1 0 1 转化量/mol 平衡量/mol 1 1 平衡时 C2H6、C2H4和 H2对应
10、的分压分别为1 2p、 2p 和 1 2p，则该反 应的平衡常数 Kp 2p 1 2p 1 2p 1 21p。 (2)反应初始时可认为 cCH41 mol L 1，则根据初期阶段的速率方程可知 kr1，当 CH4的转化率为 时，cCH4(1)molL 1，则此时 r 2(1)r1。 由 rkcCH4可知，CH4的浓度越大，反应速率 r 越大，A 项正确；增加 H2浓 度，CH4的浓度减小或不变，则 r 减小或不变，B 项错误；随着反应的进行，CH4 的浓度逐渐减小，则反应速率逐渐减小，C 项错误；降低温度，该反应进行非常 缓慢甚至停止，即 k 也随着减小，D 项正确。 (3)结合图示可知 CO
11、2在阴极发生还原反应生成 CO，即阴极上的反应式为 CO22e =COO2。 设生成 C 2H4和 C2H6的物质的量分别为 2 mol 和 1 mol， 则反应中转移电子的物质的量为 4 mol22 mol110 mol， 根据碳原子守恒， 可知反应的 CH4为 6 mol；则由 CO2CO 转移 10 mol 电子，需消耗 5 mol CO2， 则反应中消耗 CH4和 CO2的体积比为 6:5。 32020 全国卷二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点 研究领域回答下列问题： (1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中，产物的物质的量之比 n(C2H4):n(H2O)_。当反应达到平
12、衡时，若增大压强，则 n(C2H4)_(填“变大”“变小”或“不变”)。 1:4 变大 (2)理论计算表明，原料初始组成n(CO2):n(H2)1:3，在体系压强为0.1 MPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所 示。 图中，表示C2H4、CO2变化的曲线分别是_、_。CO2催 化加氢合成C2H4反应的H_0(填“大于”或“小于”)。 d c 小于 (3)根据图中点A(440K,0.39)，计算该温度时反应的平衡常数Kp _(MPa) 3(列出计算式。以分压表示，分压总压物质的 量分数)。 (4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应，生成C3H6、 C3H8、
13、C4H8等低碳烃。一定温度和压强条件下，为了提高反应速率和乙烯选 择性，应当_。 9 4 1 0.0393 选择合适催化剂等 解析：(1)由题意知二氧化碳与氢气反应生成乙烯和水，反应的化学方程式为 2CO26H2CH2=CH24H2O， n(C2H4):n(H2O)1:4； 此反应为气体体积减小 的反应，增大压强，平衡向气体体积减小的方向(正反应方向)移动，n(C2H4)变大。 (2)反应方程式中 CO2和 H2的系数之比为 1:3，开始时加入的 n(CO2) :n(H2)1:3， 则平衡时 n(CO2) :n(H2)也应为 1:3，n(C2H4) :n(H2O)应为 1:4，由题图可知曲线
14、a 为 H2，b 为 H2O，c 为 CO2，d 为 C2H4，随温度升高，平衡时 C2H4和 H2O 的物 质的量分数逐渐减小， H2和 CO2的物质的量分数逐渐增加， 说明升高温度平衡逆 向移动，根据升高温度平衡向吸热的方向移动，知正反应方向为放热反应，H 小于 0。 (3)在 440 K 时， 氢气的物质的量分数为 0.39， H2O 的物质的量分数也为 0.39， 根据平衡时 n(CO2) :n(H2)1:3，知 CO2的物质的量分数为 0.39/3，根据平衡时 n(C2H4) :n(H2O)1:4， 知C2H4的物质的量分数为0.39/4， 则p(H2)0.390.1 MPa， p(
15、H2O)0.390.1 MPa，p(C2H4)0.390.1 4 MPa，p(CO2)0.390.1 3 MPa，Kp p 4H2O pC2H4 p6H2 p2CO2 0.3940.39 4 0.396 0.39 3 2 1 0.13(MPa) 39 4 1 0.0393(MPa) 3。(4)压强和温 度一定，若要提高反应速率和乙烯的选择性，可采用选择合适催化剂等方法。 42019 全国卷水煤气变换CO(g)H2O(g)=CO2(g)H2(g)是重 要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答 下列问题： (1)Shibata曾做过下列实验：使纯H2缓慢地通过处于721
16、下的过量氧 化钴CoO(s)，氧化钴部分被还原为金属钴Co(s)，平衡后气体中H2的物质的 量分数为0.025 0。 在同一温度下用CO还原CoO(s)，平衡后气体中CO的物质的量分数为 0.019 2。 根据上述实验结果判断，还原CoO(s)为Co(s)的倾向是CO_H2(填 “大于”或“小于”)。 (2)721 时，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合，采用 适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中H2的物质的量分数为 _(填标号)。 A0.25 B0.25 C0.250.50 D0.50 E0.50 大于 C (3)我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水
17、 煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标 注。 可知水煤气变换的H_0(填“大于”“等于”或“小于”)。该 历程中最大能垒(活化能)E正_eV， 写出该步骤的化学方程式_。 小于 2.02 COOH*H*H2O*=COOH*2H*OH* (4)Shoichi研究了467 、489 时水煤气变换 中CO和H2分压随时间变化关系(如下图所示)， 催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的pH2O和 pCO相等、pCO2和pH2相等。 计算曲线a的反应在3090min内的平均速率 v (a)_kPa min1。467 时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是 _、_。489 时
18、 pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是 _、_。 0.004 7 b c a d 解析：本题涉及化学反应速率、化学平衡的相关计算及化学平衡移动的影响 因素，主要考查学生运用图表、图形分析和解决化学问题的能力。借助水煤气变 换反应认识化学变化有一定限度、速率，体现变化观念与平衡思想的学科核心素 养。 (1)相同温度下， 分别用 H2、 CO 还原 CoO(s)， 平衡时 H2的物质的量分数(0.025 0)大于 CO 的物质的量分数(0.019 2)， 说明转化率： H2H2。 (2)利用“三段式”解答。721 时，设气体反应物开始浓度均为 1 mol L 1， 则 H2(g)CoO(s)C
19、o(s)H2O(g) 起始(mol L 1) 1 0 转化(mol L 1) x x 平衡(mol L 1) 1x x 则有1x 1 0.025 0，解得 x0.975，故 K1cH2O cH2 x 1x39； CO(g)CoO(s)Co(s)CO2(g) 起始(mol L 1) 1 0 转化(mol L 1) y y 平衡(mol L 1) 1y y 则有1y 1 0.019 2，解得 y0.980 8，故 K2cCO2 cCO y 1y 0.980 8 0.019 251； CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g) 起始(mol L 1) 1 1 0 0 转化(mol L 1) z z
20、 z z 平衡(mol L 1) 1z 1z z z 则有 K3 z2 1z2 K2 K1 51 39，解得 z0.532 7。 H2的物质的量分数为z 20.266 4，故选 C。 (3)观察计算机模拟结果，据 H生成物总能量反应物总能量，可知 H 0.720T2 Ba点的反应速率小于c点的反应速率 Ca点的正反应速率大于b点的逆反应速率 Db点时二聚体的浓度为0.45 mol L 1 CD (4)环戊二烯可用于制备二茂铁Fe(C5H5)2，结构简式为，后者广泛 应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如图所示，其中电解 液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的 DMF 溶液(DMF
21、为惰性有机溶剂)。 该电解池的阳极为_， 总反应为_。 电解制备需要在无水条件下进行， 原因为_。 Fe 电极 水会阻碍中间物 Na 的生成；水会电解生成 OH ， 进一步与 Fe2 反应生成 Fe(OH) 2 解析：本题涉及的考点有利用盖斯定律计算 H、化学平衡的相关计算、化 学平衡移动的影响因素、化学反应速率的影响因素、电解池阴阳极的判断和总反 应式的书写。考查了学生将实际问题分解，运用相关知识分析和解决化学问题的 能力。 (1)根据盖斯定律可得，H3H1H2100.3 kJ mol 111.0 kJ mol1 89.3 kJ mol 1。 (2)平衡时总压增加了 20%， 即气体总物质的
22、量增加了 20%。 设碘和环戊烯的 初始投料均为 x mol，平衡时环戊烯的转化量为 x mol，则平衡时体系中气体总 物质的量增加了 x mol，x mol2x20%0.4x，环戊烯的转化率x x 100% 0.4x x 100%40%；起始总压为 105 Pa，平衡总压为 1.2105 Pa，可得出平衡 时 I2、 HI 的分压依次为 3104 Pa、 3104 Pa、 2104 Pa、 4104 Pa， Kp210 441042 31043104 Pa3.56104 Pa。 A 项，通入惰性气体增加了体系总压强，但本质上未改变相关气体的分压， 气体浓度不变，平衡不移动，环戊烯平衡转化率不
23、变，故错误；B 项，该反应是 吸热反应，提高温度平衡正向移动，环戊烯平衡转化率增加，故正确；C 项，增 加环戊烯浓度可以使平衡正向移动，但环戊烯平衡转化率降低，故错误；D 项， 增加碘浓度可以使环戊烯的平衡转化率增加，故正确。 (3)A 项， 观察不同温度下曲线的变化趋势， 不难发现 T2时反应更快， 则 T2T1， 故错误；B 项，a 点对应温度低于 c 点对应温度，但 a 点环戊二烯浓度大于 c 点 环戊二烯的浓度，故 v(a)与 v(c)大小无法确定，故错误；C 项，v(a，正)v(a，逆)， v(b，正)v(b，逆)，又 v(a，正)v(b，正)，则 v(a，正)必然大于 v(b，逆)
24、，故正 确；D 项，由图像可知 b 点环戊二烯的浓度为 0.6 mol L 1，环戊二烯转化的浓度 1.5 mol L 10.6 mol L10.9 mol L1，则生成的二聚体的浓度0.9 mol L 11 20.45 mol L 1，故正确。 (4)根据反应历程可知，铁电极溶解生成了 Fe2 ，故应让 Fe 电极作电解池的 阳极；由反应历程可知，反应物为 Fe 与环戊二烯，生成物为二茂铁和 H2，再根 据原子守恒写出总反应式；根据反应历程中有 Na 生成，水会与 Na 反应，从而中 止反应，且电解过程中水会在阴极生成 OH ，进一步与 Fe2反应生成 Fe(OH) 2。 62019 全国卷
25、近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量 和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为 科学研究的热点。 回答下列问题： (1)Deacon发明的直接氧化法为：4HCl(g)O2(g)=2Cl2(g)2H2O(g)。 下图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl):c(O2)分别等于1:1、4:1、7:1时HCl平 衡转化率随温度变化的关系： 可知反应平衡常数 K(300 )_K(400 )(填“大于”或“小 于”)。设 HCl 初始浓度为 c0，根据进料浓度比 c(HCl):c(O2)1:1 的数据计算 K(400 )_(列出计算式)。 按化学计量比进料可以保持反应物高转
26、化率， 同时降低产物分离的能耗。 进料浓度比 c(HCl):c(O2)过低、过高的不利影响分别是_。 大于 0.4220.422 10.84410.21c0 O2和 Cl2分离能耗较高 HCl 转化率较低 (2)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行： CuCl2(s)=CuCl(s)1 2Cl2(g) H183 kJ mol 1 CuCl(s)1 2O2(g)=CuO(s) 1 2Cl2(g) H220 kJ mol 1 CuO(s)2HCl(g)=CuCl2(s)H2O(g) H3121 kJ mol 1 则4HCl(g)O2(g)=2Cl2(g)2H2O(g)的H_ kJ mol 1
27、。 116 (3)在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是 _。(写出2种) (4)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基 电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如图 所示： 负极区发生的反应有_ _ (写反应方程式)。电路中转移1 mol电子，需消耗氧气_L(标准状 况)。 增加反应体系压强、及时分离出产物 Fe3 e=Fe2， 4Fe2O 24H =4Fe32H 2O 5.6 解析：本题涉及的考点有化学平衡常数的计算及影响因素、外界条件对转化 率的影响、利用盖斯定律计算 H、电极方程式的书写、氧化还原反应中的相关 计算。考查学生对图像
28、的理解，获取有关知识并进行加工、吸收的能力和运用相 关知识分析、解决简单化学问题的能力。体现了化学变化有一定限度，是可以调 控的，体现了变化观念与平衡思想的学科核心素养。 (1)由题图可知，温度升高，HCl 平衡转化率降低，即平衡逆向移动，则该可 逆反应的正反应是放热反应， 故K(300 )K(400 )； 随着进料浓度比c(HCl):c(O2) 逐渐增大，HCl 平衡转化率逐渐降低，所以图中三条曲线由上到下分别对应的进 料浓度比 c(HCl):c(O2)为 1:1、4:1、7:1,400 、c(HCl):c(O2)1:1 时，HCl 的平衡 转化率为 84%。设 HCl 初始浓度为 c0(O
29、2初始浓度也为 c0)，则平衡时 HCl、O2、 Cl2、H2O(g)的浓度分别为(10.84)c0、(10.21)c0、0.42c0、0.42c0，则 K(400 ) 0.42c020.42c02 10.844c4 010.21c0 0.4220.422 10.84410.21c0。 进料浓度比 c(HCl):c(O2) 过低，导致平衡时气体中混有大量 O2，增大分离能耗；进料浓度比 c(HCl):c(O2) 过高，会导致平衡时 HCl 转化率较低。 (2)将题给反应过程依次记为、，则根据盖斯定律，由22 2 可得到 4HCl(g)O2(g)=2Cl2(g)2H2O(g) H2H32H22H
30、1 116 kJ mol 1。 (3)温度一定的条件下， 提高某种反应物的转化率的方法有适当提高另一种反 应物的浓度、及时分离产物、改变体系压强等，而该反应是一个气体分子数减小 的反应，故应增大压强使平衡正向移动。 (4)负极区发生的是得电子的还原反应， 故负极区的反应有 Fe3 e=Fe2、 4Fe2 O 24H =4Fe32H 2O；根据得失电子守恒得出关系式： Fe3 eFe21 4O2 1 mol 0.25 mol n(O2)0.25 mol，标准状况下体积为 5.6 L。 省市卷省市卷 12020 山东卷探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提 高CH3OH的产率。以CO2
31、、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下： .CO2 (g)3H2(g)CH3OH (g)H2O(g) H149.5 kJ mol 1 .CO(g)2H2(g)CH3OH(g) H290.4 kJ mol 1 . CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g) H3 回答下列问题： (1)H3_kJ mol 1。 (2)一定条件下，向体积为V L的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为a mol，CO为b mol，此 时H2O(g)的浓度为_mol L 1(用含a、b、V的代数式表示，下同)，反 应的平衡常数为_。 40.9
32、ab V bab 1ab33ab (3)不同压强下，按照 n(CO2):n(H2)1:3 投料，实验测定 CO2的平衡转化 率和 CH3OH 的平衡产率随温度的变化关系如图所示。 已知：CO2的平衡转化率nCO 2初始nCO2平衡 nCO2初始 100% CH3OH 的平衡产率nCH 3OH平衡 nCO2初始 100% 其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图_(填“甲”或“乙”)； 压强 p1、p2、p3由大到小的顺序为_； 图乙中 T1温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是_。 乙 p1、p2 、p3 T1时以反应为主，反应前后气体分子数相等， 压强改变对平衡没有影响 (4)为同时提高CO2的平
33、衡转化率和CH3OH的平衡产率，应选择的反应条 件为_(填标号)。 A低温、高压 B高温、低压 C低温、低压 D高温、高压 A 解析：本题考查盖斯定律的应用、平衡浓度及平衡常数的计算、化学平衡中的问 题分析及化学平衡移动的分析等，考查的化学学科核心素养是宏观辨识与微观探析、 变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知。(1)分析三个热化学方程式，可应用盖斯 定律计算，H3H1H249.5 kJ mol 1( 90.4 kJ mol1)40.9 kJ mol1。 (2)由题述三个反应可知，平衡时 H2O(g)的浓度等于 CH3OH(g)和 CO(g)的浓度之和， 即 H2O(g)的浓度为ab V m
34、ol L 1。平衡时 CH 3OH(g)、CO(g)、H2O(g)的浓度分别为a V mol L 1、b V mol L 1、ab V mol L 1，则从开始至平衡，消耗 CO 2(g)的浓度为( a V b V)mol L 1ab V mol L 1，消耗 H 2(g)的浓度为(3a V b V)mol L 13ab V mol L 1，即 平衡时 CO2(g)、H2(g)的浓度分别为1ab V mol L 1、33ab V mol L 1，则反应的 平衡常数为cCO cH2O cCO2 cH2 b V ab V 1ab V 33ab V bab 1ab33ab。 (3)反应为放热反应，故
35、低温阶段，温度越高，CO2的平衡转化率越低，而反应 为吸热反应，温度较高时，主要发生反应，则温度越高，CO2的平衡转化率越高， 即图乙的纵坐标表示的是 CO2的平衡转化率。反应为气体分子数减少的反应，反应 为气体分子数不变的反应，因此压强越大，CO2的平衡转化率越高，故压强由大到 小的顺序是 p1、p2、p3。反应为吸热反应，温度较高时，主要发生反应，且反应 前后气体分子数相等，故 CO2的平衡转化率几乎不再受压强影响。(4)由上述分析 知， 图甲、 图乙的纵坐标分别表示 CH3OH 的平衡产率、 CO2的平衡转化率， 且 p1p2p3， 分析图象可知，应选择的反应条件为低温、高压，A 项正确
36、。 2 2020 江苏卷CO2/HCOOH 循环在氢能的贮存/释放、 燃料电池等方面 具有重要应用。 (1)CO2催化加氢。在密闭容器中，向含有催化剂的 KHCO3溶液(CO2与 KOH 溶液反应制得)中通入 H2生成 HCOO ， 其离子方程式为_； 其他条件不变， HCO 3转化为 HCOO 的转化率随温度的变化如图 1 所示。 反应温度在 40 80 范围内，HCO 3催化加氢的转化率迅速上升， 其主要原因是_。 HCO 3H2= 催化剂HCOOH 2O 温度升高反应速率增大，温度升高催化剂的活性增强 (2)HCOOH燃料电池。研究HCOOH燃料电池性能的装置如图2所示，两 电极区间用允
37、许K 、H通过的半透膜隔开。 电池负极电极反应式为_； 放电过程中需补充的物质A为_(填化学式)。 图2所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应， 将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为 _。 HCOO 2OH2e=HCO 3H2O H2SO4 2HCOOH2OH O 2=2HCO 32H2O (3)HCOOH催化释氢。在催化剂作用下，HCOOH分解生成CO2和H2可能 的反应机理如图3所示。 HCOOD催化释氢反应除生成CO2外，还生成_(填化学式)。 研究发现：其他条件不变时，以HCOOK溶液代替HCOOH催化释氢的 效果更佳，其具体优点是_。 HD 提高释放氢气的
38、速率，提高释放出氢气的纯度 解析：本题考查离子方程式的书写、影响化学反应速率的因素、原电池的工 作原理等知识，考查的化学学科核心素养是宏观辨识与微观探析、变化观念与平 衡思想。(1)HCO 3和 H2在催化剂的作用下反应生成 HCOO ，根据原子守恒和电 荷守恒，可知生成物中还有水，据此可写出有关反应的离子方程式。适当升高温 度时，催化剂的活性增强，HCO 3催化加氢的反应速率增大，相同反应时间内， HCO 3催化加氢的转化率迅速上升。 (2)负极发生氧化反应， 碱性条件下， HCOO (其中的碳元素为2 价)被氧化生成 HCO 3(其中的碳元素为4 价)， 则负极的电 极反应式为 HCOO
39、2OH2e=HCO 3H2O。正极反应中，Fe3 被还原为 Fe2 ，Fe2再被 O 2在酸性条件下氧化为 Fe3 ，Fe3相当于催化剂，因为最终有 K2SO4生成，O2氧化 Fe2 的过程中要消耗 H，故需要补充的物质 A 为 H 2SO4。 结合上述分析可知，HCOOH 与 O2反应的离子方程式为 2HCOOH2OH O2=2HCO 32H2O 或 2HCOO O 2=2HCO 3。 (3)根据原子守恒并结合题图 3， 可知HCOOD催化释氢反应除生成 CO2外， 还生成 HD。 从题图 3 可以看出， HCOOH 催化释氢的第一步是转化为 HCOO ， 故以 HCOOK 溶液代替 HCO
40、OH 催化释氢， 可以提高释放氢气的速率， 又 HCOOK 催化释氢时，氢元素的来源单一，提高释放出氢气的纯度。 32020 天津卷利用太阳能光解水，制备的H2用于还原CO2合成有机 物，可实现资源的再利用。回答下列问题： .半导体光催化剂浸入水或电解质溶液中，光照时可在其表面得到产 物 (1)图1为该催化剂在水中发生光催化反应的原理示意图。光解水能量转 化形式为_。 (2)若将该催化剂置于Na2SO3溶液中，产物之一为SO 2 4 ，另一产物为 _。若将该催化剂置于AgNO3溶液中，产物之一为O2，写出生成另一 产物的离子反应式_。 光能转化为化学能 H2 Ag e=Ag .用H2还原CO2
41、可以在一定条件下合成CH3OH(不考虑副反应) CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g) H0 (3)某温度下，恒容密闭容器中，CO2和H2的起始浓度分别为a mol L 1和 3a mol L 1，反应平衡时，CH 3OH的产率为b，该温度下反应平衡常数的值 为_。 (4)恒压下，CO2和H2的起始物质的量比为1:3时，该反应在无分子筛膜 时甲醇的平衡产率和有分子筛膜时甲醇的产率随温度的变化如图2所示，其 中分子筛膜能选择性分离出H2O。 甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为 _。 P点甲醇产率高于T点的原因为 _。 根据图2，在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为 _。 b
42、2 27a21b4 该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动 分子筛膜从反应体系中不断分离出 H2O，有利于反应正向进行，甲醇产率升高 210 .调节溶液 pH 可实现工业废气 CO2的捕获和释放 (5)CO2 3 的空间构型为_。 已知 25碳酸电离常数为 Ka1、Ka2， 当溶液 pH12 时，c(H2CO3):c(HCO 3):c(CO 2 3 )1:_:_。 平面(正)三角形 1012 Ka1 1024 Ka1 Ka2 解析：本题考查氧化还原反应、化学平衡等知识，考查的化学学科核心素养 是变化观念与平衡思想。(1)在光照下，水转化为 H2、O2，故能量转化形式为光 能转化为化学能。(2
43、)SO2 3 转化为 SO2 4 的过程中，硫元素化合价升高，根据氧化 还原反应中化合价有升必有降的规律及反应体系中只有 Na、S、H、O 四种元素， 可知另一产物为 H2。在催化剂存在的条件下，AgNO3溶液通过反应生成 O2，氧 元素的化合价升高，故有单质银生成，相应的离子反应式为 Ag e=Ag。 (3)列三段式如下： CO2(g) 3H2(g)CH3OH(g)H2O(g) 起始浓度/ mol L 1 a 3a 0 0 转化浓度/ mol L 1 ab 3ab ab ab 平衡浓度/ mol L 1 a(1b) 3a(1b) ab ab KcCH 3OHcH2O cCO2c3H2 b2
44、27a21b4。 (4)该反应是放热反应，温度升高有利于平衡逆向移动，甲醇的平衡产率随 温度升高而降低。P 点对应反应有分子筛膜，分子筛膜能选择性分离出水，有 利于反应正向进行，故 P 点甲醇产率高于 T 点甲醇产率。由图 2 知，当温度为 210时，甲醇的产率最高，因此最佳反应温度为 210 。(5) CO2 3 中碳原子与三 个氧原子形成了 3 个 键，孤电子对数1 2(4232)0，故价层电子对数 为 3，碳原子的杂化类型为 sp2，CO2 3 为平面三角形结构。Ka1c(HCO 3)c(H )/c(H 2CO3)，Ka2c(CO2 3 )c(H )/c(HCO 3)，pH12 时，c(H )1012mol L1， 则 c(CO2 3 )1012Ka2c(HCO 3)，c(HCO 3)1012Ka1c(H2CO3)，进而可得 c(CO2 3 ) 1012Ka21012Ka1c(H2CO3)，故有c(H2CO3):c(HCO 3 ):c(CO 2 3 ) c(H2CO3):1012Ka1c(H2CO3):10
