沖刺2021屆高考化學二輪提升6.3化學原理題

專題大化學熱點大題

6.3化學原理題(必考)

1.(2019高考?全國一卷)水煤氣變換［CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)］是重要的化工過程，主要用于合成氨、

制氫以及合成氣加工等工業(yè)領(lǐng)域中?；卮鹣铝袉栴}：

(1)Shibata曾做過下列實驗：①使純H2緩慢地通過處于721°C下的過量氧化鉆CoO(s),氧化鉆部分被還

原為金屬鉆(Co),平衡后氣體中山的物質(zhì)的量分數(shù)為0.0250。

②在同一溫度下用CO還原CoO(s),平衡后氣體中CO的物質(zhì)的量分數(shù)為0.0192?

根據(jù)上述實驗結(jié)果判斷，還原CoO(s)為Co(s)的傾向是COH2(填“大于”或“小于”)。

(2)721℃時，在密閉容器中將等物質(zhì)的量的CO(g)和H2O(g)混合，采用適當?shù)拇呋瘎┻M行反應(yīng)，則平衡

時體系中H2的物質(zhì)的量分數(shù)為(填標號)。

A.<0.25B.0.25C.0.25-0.50D.0.50E.>0.50

(3)我國學者結(jié)合實驗與計算機模擬結(jié)果，研究了在金催化劑表面上水煤氣變換的反應(yīng)歷程，如圖所示，

其中吸附在金催化劑表面上的物種用?標注。

>

3

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s-'+++S+

z1?.2H3

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+OXZZ

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uK+'XH

HO3

?COC

O08

3+3OO

*3

0

3

可知水煤氣變換的AH_______0(填“大于”“等于”或“小于”)，該歷程中最大能壘(活化能)Ek_________eV,

寫出該步驟的化學方程式_______________________o

(4)Shoichi研究了467℃、489℃時水煤氣變換中CO和H2分壓隨時間變化關(guān)系(如下圖所示)，催化

劑為氧化鐵，實驗初始時體系中的PH2O和PCO相等、PC02和PH2相等。

48

4

4.

4.030,4.08)

3.T90,3.80,

3Z.6

2^|(90,3.64)

Z0,3.30)]-+-

Z8

L4

L030,2.21)

NX+(90,1.87)■

S6

2

8(30,1.21)

o233

602080400060

Z/1I1

計算曲線a的反應(yīng)在30-90min內(nèi)的平均速率y(a)=kPamin^?467℃時PH2和Pco隨時間變化

關(guān)系的曲線分別是、o489℃時PH2和Pco隨時間變化關(guān)系的曲線分別是

【答案】(1)大于(2)C(3)小于2.02COOH+H+H2O=COOH+2H+OH或H2O=H

+OH(4)0.0047bead

【解析】(1)氐還原氧化鉆的方程式為：H2(g)+CoO(s)^Co(s)+H2O(g)；CO還原氧化鉆的方程式為:

n

(H2)

CO(g)+CoO(s)：Co(s)+CO2(g),平衡時H2還原體系中H2的物質(zhì)的量分數(shù)(高于

n(H2)+n(H2O)

n(CO)

CO還原體系中CO的物質(zhì)的量分數(shù)(),故還原CoO(s)為Co(s)的傾向是CO大于H2；

n(CO)+n(CO2)

(2)721℃時，在密閉容器中將等物質(zhì)的量的CO(g)和H2O(g)混合，可設(shè)其物質(zhì)的量為Imol,則

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始(mol)1100

轉(zhuǎn)化(mol)xxXX

平衡(mol)1-x1-xxx

n(H2)xmolx

則平衡時體系中H2的物質(zhì)的量分數(shù)二、--------n一~；二%,因該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，故

n總l(l-x)+(l-x)+x+xjmol2

x<l,可假設(shè)二者的還原傾向相等，貝iJx=0.5,由(1)可知CO的還原傾向大于H2,所以CO更易轉(zhuǎn)化為

H2,故x>0.5,由此可判斷最終平衡時體系中H2的物質(zhì)的量分數(shù)介于0.25?0.50,故答案為C；

(3)根據(jù)水煤氣變換［CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)］并結(jié)合水煤氣變換的反應(yīng)歷程相對能量可知，

CO(g)+H2O(g)的能量(-0.32eV)高于CCh(g)+H2(g)的能量(-0.83eV),故水煤氣變換的△〃小于0；活化

能即反應(yīng)物狀態(tài)達到活化狀態(tài)所需能量，根據(jù)變換歷程的相對能量可知，最大差值為：

>

.

演

遍

太

￡

其最大能壘(活化能)E正=1.86-(-0.16)eV=2.02eV；該步驟的反應(yīng)物為COOH+H+H2O=COOH+2H+OH

;因反應(yīng)前后COOH和1個H未發(fā)生改變，也可以表述成H2O=H+OH；

(4)由圖可知，30~90min內(nèi)a曲線對應(yīng)物質(zhì)的分壓變化量Ap=(4.08-3.80)kPa=0.28kPa,故曲線a的反

_Q28kPa

應(yīng)在30?90min內(nèi)的平均速率j(a尸=-------=0.0047kPa-min-1；由(2)中分析得出H2的物質(zhì)的量分數(shù)介

60min

于0.25~0.5,CO的物質(zhì)的量分數(shù)介于0~0.25,即H2的分壓始終高于CO的分壓，據(jù)此可將圖分成兩部分:

4Ob

601201W）240300360

/mm

由此可知，a、b表示的是H2的分壓，c、d表示的是CO的分壓，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故升高溫度，平衡逆

向移動，CO分壓增加，比分壓降低，故467℃時凸12和Pco隨時間變化關(guān)系的曲線分別是b、c；489°C

時PH2和Pco隨時間變化關(guān)系的曲線分別是a、do

【名師點睛】本題以水煤氣交換為背景，考察化學反應(yīng)原理的基本應(yīng)用，較為注重學生學科能力的培養(yǎng)，

難點在于材料分析和信息提取，圖像比較新，提取信息能力較弱的學生，會比較吃力。第（3）問來源于我

國化學工作者發(fā)表在頂級刊物Science中的文章“沉積在a-MoC上單層金原子對水煤氣的低溫催化反應(yīng)”，

試題以文章中的單原子催化能量變化的理論計算模型為情境，讓學生認識、分析催化吸附機理及反應(yīng)過程

中的能量變化。本題屬于連貫性綜合題目，本題的解題關(guān)鍵在于第（1）問的信息理解與應(yīng)用，若本題的第

（1）問判斷錯誤，會導致后續(xù)多數(shù)題目判斷錯誤；第（2）問可以采取特殊值法進行賦值并結(jié)合極限法計

算，考生若只是考慮到完全轉(zhuǎn)化極限，則只能判斷出H2的物質(zhì)的量分數(shù)小于0.5,這是由于對題干的信息

應(yīng)用能力不熟練而導致；對于第（4）問中曲線對應(yīng)物質(zhì)的確定需根據(jù)第（1）（2）問得出的相關(guān)結(jié)論進行

推斷，需先確定物質(zhì)對應(yīng)曲線，然后再根據(jù)勒夏特列原理判讀相關(guān)物質(zhì)的變化。

2.（2019高考?全國二卷）環(huán)戊二烯（（2））是重要的有機化工原料，廣泛用于農(nóng)藥、橡膠、塑料等生

產(chǎn)?；卮鹣铝袉栴}：

（1）已知：\/）（g）=（/）（g）+H2（g）△〃1=100.3kJ.mori①

H2（g）+l2（g）=2HI（g）△“2=-11.0kJ-mol-1②

對于反應(yīng):kJmol-1o

（2）某溫度下，等物質(zhì)的量的碘和環(huán)戊烯（，//）在剛性容器內(nèi)發(fā)生反應(yīng)③，起始總壓為105Pa,平衡

時總壓增加了20%,環(huán)戊烯的轉(zhuǎn)化率為,該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=Pa。達到平衡后，欲增

加環(huán)戊烯的平衡轉(zhuǎn)化率，可采取的措施有（填標號）。

A.通入惰性氣體B.提高溫度

C.增加環(huán)戊烯濃度D.增加碘濃度

（3）環(huán)戊二烯容易發(fā)生聚合生成二聚體，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)。不同溫度下，溶液中環(huán)戊二烯濃度與反應(yīng)時

間的關(guān)系如圖所示，下列說法正確的是（填標號）。

(

1

7.

。

日

/)

限

母

黑

Il

e

氐

A.71〉不

B.a點的反應(yīng)速率小于c點的反應(yīng)速率

C.a點的正反應(yīng)速率大于b點的逆反應(yīng)速率

D.b點時二聚體的濃度為0.45moLLT

（4）環(huán)戊二烯可用于制備二茂鐵（Fe（C5H5）2結(jié)構(gòu)簡式為）,后者廣泛應(yīng)用于航天、化工等領(lǐng)域中。

二茂鐵的電化學制備原理如下圖所示，其中電解液為溶解有澳化鈉（電解質(zhì)）和環(huán)戊二烯的DMF溶液（DMF

為惰性有機溶劑）。

該電解池的陽極為，總反應(yīng)為o電解制備需要在無水條件下進行，原因

為__________________________

【答案】(1)89.3(2)40%3.56X104BD(3)CD(4)Fe電極

(Fe+2c5H6^=Fe(C5H5)2+H2f)水會阻礙中間物Na的生成；水會電解生成OH1進一步與Fe?+反應(yīng)

生成Fe(OH)2

【解析】(1)根據(jù)蓋斯定律①-②，可得反應(yīng)③的AH=89.3kJ/mol；答案：89.3；

(2)假設(shè)反應(yīng)前碘單質(zhì)與環(huán)戊烯均為nmol,平衡時環(huán)戊烯反應(yīng)了xmol,根據(jù)題意可知;

(g)+12(g)(g)+2HI(g)增加的物質(zhì)的量

ImolImolImol2molImol

xmol2nx20%

得x=0.4nmol,轉(zhuǎn)化率為0.4n/nxl00%=40%；

(g)+I2(g)=

P(初)O.5xlO5O.5xlO5O0

AP0.5x105x40%0.5x105x40%0.5xl05x40%1X105X40%

P(平)0.3X1050.3X1050.2X1050.4xl05

K_(04x105)2x02x1()5

=3.56x10%

P0.3X105X0.3X105

A.T、V一定，通入惰性氣體，由于對反應(yīng)物和生成物濃度無影響，速率不變，平衡不移動，故A錯誤；

B.升高溫度，平衡向吸熱方向移動，環(huán)戊烯轉(zhuǎn)化率升高，故B正確；

C.增加環(huán)戊烯的濃度平衡正向移動，但環(huán)戊烯轉(zhuǎn)化率降低，故C錯誤；D,增加I?的濃度，平衡正向移動，

環(huán)戊烯轉(zhuǎn)化率升高，故D正確；答案：40%；3.56X104；BD；

(3)A.溫度越高化學反應(yīng)速率越快，單位時間內(nèi)反應(yīng)物濃度減少越多，則TKT2,故A錯誤；B.溫度越高

化學反應(yīng)速率越快，因此a點反應(yīng)速率大于c點反應(yīng)速率，故B錯誤；

C.a點、b點反應(yīng)一直在正向進行，故v(正)>v(逆)，a點反應(yīng)物濃度大于b點，故a點正反應(yīng)速率大于b

點，故C正確；D.b點時環(huán)戊二烯濃度由1.5mol/L減小到0.6mol/L,減少了0.9mol/L,因此生成二聚體

0.45mol/L,故D正確；答案：CD；

(4)根據(jù)陽極升失氧可知Fe為陽極；根據(jù)題干信息Fe-2e=Fe2+,電解液中鈉離子起到催化劑的作用使得

環(huán)戊二烯得電子生成氫氣，同時與亞鐵離子結(jié)合生成二茂鐵，故電極反應(yīng)式為Fe+2廠\=爺+山?；

電解必須在無水條件下進行，因為中間產(chǎn)物Na會與水反應(yīng)生成氫氧化鈉和氫氣，亞鐵離子會和氫氧根離子

結(jié)合生成沉淀；

答案：Fe電極；Fe+2廣、=+H2T(Fe+2C5H6=Fe(C2H5)2+H2T)；水會阻礙中間物Na的生成；

水會電解生成OH-,進一步與Fe2+反應(yīng)生成Fe(OH)2=

【名師點睛】本題以能力立意，考查提取信息、處理信息的能力及分析問題、解決問題的能力。充分體現(xiàn)

了化學學科思想、學科方法、創(chuàng)新意識和學科價值，易錯點第(2)小題平衡常數(shù)計算；第(4)小題電極

反應(yīng)式的書寫。

3.(2019高考?全國三卷)近年來，隨著聚酯工業(yè)的快速發(fā)展，氯氣的需求量和氯化氫的產(chǎn)出量也隨之迅

速增長。因此，將氯化氫轉(zhuǎn)化為氯氣的技術(shù)成為科學研究的熱點?；卮鹣铝袉栴}：

(1)Deacon發(fā)明的直接氧化法為：4HCl(g)+O2(g)=2C12(g)+2H2O(g)?下圖為剛性容器中，進料濃度比

c(HCl):c(O2)分別等于1：1、4：1、7：1時HC1平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的關(guān)系：

可知反應(yīng)平衡常數(shù)K(300℃)K(400℃)(填“大于”或“小于”)。設(shè)HC1初始濃度為co,根

據(jù)進料濃度比c(HCl)：c(O2)=l：1的數(shù)據(jù)計算K(400℃)=(列出計算式)。按化學計量比

進料可以保持反應(yīng)物高轉(zhuǎn)化率，同時降低產(chǎn)物分離的能耗。進料濃度比c(HCl)：c(O2)過低、過高的不利影

響分別是=

(2)Deacon直接氧化法可按下列催化過程進行：

CuCh(s)=CuCl(s)+；Ch(g)A/fi=83kJ-mol-1

11,

CuCl(s)+—O2(g)=CuO(s)+—Ch(g)AH2=-20kJ-mol1

1

CuO(s)+2HCl(g)=CuCh(s)+H2O(g)AH3=-121kJ-mol

1

則4HCl(g)+O2(g)=2C12(g)+2H2O(g)的AH=kJ-mol-o

(3)在一定溫度的條件下，進一步提高HCI的轉(zhuǎn)化率的方法是o(寫出2種)

(4)在傳統(tǒng)的電解氯化氫回收氯氣技術(shù)的基礎(chǔ)上，科學家最近采用碳基電極材料設(shè)計了一種新的工藝方案,

主要包括電化學過程和化學過程，如下圖所示：

電源

2+

H2OFeM_JiHCI(g)

負極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)有(寫反應(yīng)方程式)。電路中轉(zhuǎn)移1mol電子，需消耗氧氣

L(標準狀況)

(0.42)2x(0.42)2_-

【答案】(1)大于.”八4〃…、。2和Cb分禺能耗較局、HC1轉(zhuǎn)化率較低(2)-116

(1-0.84)x(l-O.21)co

3+2+2++3+

(3)增加反應(yīng)體系壓強、及時除去產(chǎn)物(4)Fe+e-=Fe,4Fe+O2+4H=4Fe+2H2O5.6

【解析】(1)根據(jù)反應(yīng)方程式知，HC1平衡轉(zhuǎn)化率越大，平衡常數(shù)K越大，結(jié)合圖像知升高溫度平衡轉(zhuǎn)化

率降低，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向進行，則K(300℃)>K(400℃)；

由圖像知，400℃時，HC1平衡轉(zhuǎn)化率為84%,用三段式法對數(shù)據(jù)進行處理得：

4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H20(g)

起始(濃度)cocoO0

變化(濃度)O.84coO.21coO.42coO.42co

平衡(濃度)(1-O.84)co(l-O.21)coO.42coO.42co

(Q40)2X(042)2

則K=〃蕓:：；根據(jù)題干信息知，進料濃度比過低，氧氣大量剩余，導致分離產(chǎn)物氯氣和氧

(1-0.84)x(l-O.21)co

氣的能耗較高；進料濃度比過高，HC1不能充分反應(yīng)，導致HC1轉(zhuǎn)化率較低；

(2)根據(jù)蓋斯定律知，(反應(yīng)1+反應(yīng)：11+反應(yīng)III)x2得4HCl(g)+C)2(g)=2C12(g)+2H2O(g)AH=

(AH1+AH2+AH3)x2=-116kJmol1；

(3)若想提高HC1的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)該促使平衡正向移動，該反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，根據(jù)勒夏特列原理,

可以增大壓強，使平衡正向移動；也可以及時除去產(chǎn)物，減小產(chǎn)物濃度，使平衡正向移動；

(4)電解過程中，負極區(qū)即陰極上發(fā)生的是得電子反應(yīng)，元素化合價降低，屬于還原反應(yīng)，則圖中左側(cè)為

負極反應(yīng)，根據(jù)圖示信息知電極反應(yīng)為：Fe3++1=Fe2+和4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O；電路中轉(zhuǎn)移1mol

電子，根據(jù)電子得失守恒可知需消耗氧氣的物質(zhì)的量是lmol+4=0.25mol,在標準狀況下的體積為

0.25molx22.4L/mol=5.6L。

4.(2019?北京高考真題)氫能源是最具應(yīng)用前景的能源之一，高純氫的制備是目前的研究熱點。

(1)甲烷水蒸氣催化重整是制高純氫的方法之一。

①反應(yīng)器中初始反應(yīng)的生成物為H2和CO2,其物質(zhì)的量之比為4：1,甲烷和水蒸氣反應(yīng)的方程式是

②已知反應(yīng)器中還存在如下反應(yīng)：

i.CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)AHi

ii.CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)AH2

iii.CH4(g)=C(s)+2H2(g)AH3

iii為積炭反應(yīng)，利用AHi和AH?計算A/ft時，還需要利用__________反應(yīng)的A//。

③反應(yīng)物投料比采用〃(H2O)：a(CH4)=4：1,大于初始反應(yīng)的化學計量數(shù)之比，目的是

(選填字母序號)。

a.促進CH4轉(zhuǎn)化b.促進CO轉(zhuǎn)化為C02c.減少積炭生成

④用CaO可以去除C02。比體積分數(shù)和CaO消耗率隨時間變化關(guān)系如下圖所示。從fi時開始，出體積分

數(shù)顯著降低，單位時間CaO消耗率(填“升高”“降低”或“不變”)。此時CaO消耗率約為35%,但

己失效，結(jié)合化學方程式解釋原因：o

?

。

都

去

記8(|10

我7()

=

(2)可利用太陽能光伏電池電解水制高純氫，工作示意圖如下。通過控制開關(guān)連接Ki或K2,可交替得到

H2和O2O

①制H2時，連接o

產(chǎn)生H2的電極反應(yīng)式是0

②改變開關(guān)連接方式，可得02。

③結(jié)合①和②中電極3的電極反應(yīng)式，說明電極3的作用：o

【答案】(1)①CH4+2H20=4H2+CO2②C(s)+CCh(g)=2CO(g)③abc④降低H2體積分數(shù)在ti之后較少，

結(jié)合CaO+H2O=Ca(OH)2可知水蒸氣濃度較小，反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)逆向反應(yīng)，氧化鈣很難和C02反應(yīng)，因而失效

(2)①Ki2H2O+2e-=H2f+2OH-③連接Ki或K2時，電極3分別作為陽極材料和陰極材料，并且NiOOH

和Ni(0H)2相互轉(zhuǎn)化提供電子轉(zhuǎn)移

【解析】(1)①由于生成物為H2和CO2,其物質(zhì)的量之比為4：1,反應(yīng)物是甲烷和水蒸氣，因而反應(yīng)方

程式為CH4+2H2。=4H2+C02；

②i-ii可得CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g),設(shè)為iv,用iv-iii可得C(s)+CC)2(g)=2CO(g),因此，還需利用

C(s)+CO2(g)=2CO(g)反應(yīng)的焰變；

③初始反應(yīng)n(H2O):n(CH4)=2：1,說明加入的水蒸氣過量，又反應(yīng)器中反應(yīng)都存在一定可逆性，根據(jù)反應(yīng)

i知水蒸氣濃度越大，甲烷的轉(zhuǎn)化率越高，a正確；根據(jù)反應(yīng)ii知水蒸氣濃度越大，CO的轉(zhuǎn)化率越高，b

正確；i和ii產(chǎn)生氫氣，使得氫氣濃度變大，抑制反應(yīng)出，積炭生成量減少，c正確；

④h時CaO消耗率曲線斜率減小，因而單位時間內(nèi)CaO的消耗率降低，七體積分數(shù)在ti之后較少，結(jié)合

CaO+H2O=Ca(OH)2可知水蒸氣濃度較小，反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)逆向反應(yīng)，氧化鈣很難和CCh反應(yīng)，因而失效；

(2)①電極生成H2時，根據(jù)電極放電規(guī)律可知H+得到電子變?yōu)闅錃?，因而電極須連接負極，因而制H2

時，連接Ki,該電池在堿性溶液中，由H2。提供H+,電極反應(yīng)式為2H2O+2e-=H2f+2OH-；

③電極3上NiOOH和Ni(OH)2相互轉(zhuǎn)化,其反應(yīng)式為NiOOH+e+H2O#Ni(OH)2+OH-,當連接Ki時,Ni(OH)2

失去電子變?yōu)镹iOOH,當連接K2時，NiOOH得到電子變?yōu)镹i(OH)2,因而作用是連接Ki或K2時，電極3

分別作為陽極材料和陰極材料，并且NiOOH和Ni(OH)2相互轉(zhuǎn)化提供電子轉(zhuǎn)移。

5.(2019高考?江蘇卷)N2O,NO和NO2等氮氧化物是空氣污染物，含有氮氧化物的尾氣需處理后才能排

放。

(1)N2O的處理。N2O是硝酸生產(chǎn)中氨催化氧化的副產(chǎn)物，用特種催化劑能使N2O分解。NH3與02在加

熱和催化劑作用下生成N2O的化學方程式為o

(2)NO和NO2的處理。己除去NzO的硝酸尾氣可用NaOH溶液吸收，主要反應(yīng)為

NO+NO2+2OH2NO；+H2O

2NO2+2OH^^=NOj+NO；+H2O

①下列措施能提高尾氣中NO和NO2去除率的有(填字母)。

A.加快通入尾氣的速率

B.采用氣、液逆流的方式吸收尾氣

C.吸收尾氣過程中定期補加適量NaOH溶液

②吸收后的溶液經(jīng)濃縮、結(jié)晶、過濾，得到NaNCh晶體，該晶體中的主要雜質(zhì)是(填化學式)；

吸收后排放的尾氣中含量較高的氮氧化物是(填化學式)。

(3)NO的氧化吸收。用NaClO溶液吸收硝酸尾氣，可提高尾氣中NO的去除率。其他條件相同，NO轉(zhuǎn)

化為NO；的轉(zhuǎn)化率隨NaClO溶液初始pH(用稀鹽酸調(diào)節(jié))的變化如圖所示。

①在酸性NaClO溶液中，HC1O氧化NO生成C「和NOj,其離子方程式為。

②NaClO溶液的初始pH越小，NO轉(zhuǎn)化率越高。其原因是。

卓

酷、

7

)髀

O

N

傕做

+HO

2NO

1O+

3HC

(3)0

NO

NO

Na

②

BC

2)①

(

H2O

2O+3

--N

-----

=

+2O2

NH3

】(1)2

【答案

2

3

A

越強

能力

O的

氧化N

大，

濃度越

1O的

中HC

溶液

小，

pH越

溶液

+②

5H

O]+

2N

Cr+

^=3

子守

恒和原

電子守

據(jù)得失

O,根

成N2

應(yīng)生

原反

化還