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1 . 尿素[CO(NH2)2]的生产具有重要意义。
(1)尿素的催化合成
已知:2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH1=-286.0 kJ·mol-1
N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) ΔH2=-92.2 kJ·mol-1
2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(aq)+H2O(l) ΔH3=-101.5 kJ·mol-1
则反应2CO2+2N2+4H2O=2CO(NH2)2+3O2的 ΔH=___________ kJ·mol-1
(2)尿素的电化学合成
①电催化CO2和合成尿素的装置如下图所示,生成尿素的电极反应式为___________ 。②电催化CO2和N2合成尿素。CO2先在阴极被还原为中间体CO,再与N2合成尿素。
已知:CO2在阴极还能被还原为CH4,其生成CH4的趋势比生成CO的趋势更大。但实验数据说明,一定时间内,阴极产物中CO的物质的量大于CH4,可能的原因为___________ 。
(3)尿素的应用
尿素将烟气中氮氧化物还原为N2以达到消除污染的目的。控制其他条件相同,将混有NO、NO2、SO2、N2和O2的模拟烟气匀速通过装有尿素溶液的装置,在装置出口处检测NO、NO2的脱除率α(α=×100%)。
①当烟气中有少量SO2时,有利于NO2脱除,其可能的原因是___________ 。
②当烟气中无SO2存在时,且超过一定数值时,测得α(NO)变为负值,其可能的原因是___________ 。
③尿素水溶液热解产生的NH3可去除尾气中的NOx,流程如下:若氧化处理后的尾气中混有SO2,此时催化剂表面会因为覆盖部分硫酸盐而导致催化剂中毒,降低NOx的去除率。试分析硫酸盐的产生过程___________ 。
(1)尿素的催化合成
已知:2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH1=-286.0 kJ·mol-1
N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) ΔH2=-92.2 kJ·mol-1
2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(aq)+H2O(l) ΔH3=-101.5 kJ·mol-1
则反应2CO2+2N2+4H2O=2CO(NH2)2+3O2的 ΔH=
(2)尿素的电化学合成
①电催化CO2和合成尿素的装置如下图所示,生成尿素的电极反应式为
已知:CO2在阴极还能被还原为CH4,其生成CH4的趋势比生成CO的趋势更大。但实验数据说明,一定时间内,阴极产物中CO的物质的量大于CH4,可能的原因为
(3)尿素的应用
尿素将烟气中氮氧化物还原为N2以达到消除污染的目的。控制其他条件相同,将混有NO、NO2、SO2、N2和O2的模拟烟气匀速通过装有尿素溶液的装置,在装置出口处检测NO、NO2的脱除率α(α=×100%)。
①当烟气中有少量SO2时,有利于NO2脱除,其可能的原因是
②当烟气中无SO2存在时,且超过一定数值时,测得α(NO)变为负值,其可能的原因是
③尿素水溶液热解产生的NH3可去除尾气中的NOx,流程如下:若氧化处理后的尾气中混有SO2,此时催化剂表面会因为覆盖部分硫酸盐而导致催化剂中毒,降低NOx的去除率。试分析硫酸盐的产生过程
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2 . 甲烷是重要的资源,通过下列过程可实现由甲烷到氢气的转化。(1)500℃时,与重整主要发生下列反应:
已知 。向重整反应体系中加入适量多孔CaO,其优点是________ 。
(2)与重整的主要反应的热化学方程式为
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
①在与重整体系中通入适量,可减少C(s)的生成,反应3的________ 。
②下,将的混合气体置于密闭容器中,不同温度下重整体系中和的平衡转化率如图1所示。800℃下平衡转化率远大于600℃下平衡转化率,其原因是________ 。________ ,图2所示机理的步骤(i)中,元素Cu、Ce化合价发生的变化为________ 。
②图2所表示的总反应为________ 。
③当催化氧化温度超过150℃时,催化剂的催化活性下降,其可能原因是________ 。
已知 。向重整反应体系中加入适量多孔CaO,其优点是
(2)与重整的主要反应的热化学方程式为
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
①在与重整体系中通入适量,可减少C(s)的生成,反应3的
②下,将的混合气体置于密闭容器中,不同温度下重整体系中和的平衡转化率如图1所示。800℃下平衡转化率远大于600℃下平衡转化率,其原因是
(3)利用铜-铈氧化物(,Ce是活泼金属)催化氧化可除去中少量CO,催化氧化过程中Cu、Ce的化合价均发生变化,可能机理如图2所示。将的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应器,CO的转化率随温度变化的曲线如图3所示。
①基态Ce原子核外电子排布式为,基态Cu原子核外电子排布式为
②图2所表示的总反应为
③当催化氧化温度超过150℃时,催化剂的催化活性下降,其可能原因是
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解题方法
3 . 乙烯作为现代有机合成的重要原料,研究其制备方法具有重要的意义。
回答下列问题:
I.乙烷制备乙烯
(1)某温度、下,向反应器中充入只发生反应,的平衡转化率为;保持温度和压强不变,向反应器中再充入水蒸气,后达到平衡,此时的平衡转化率为,需要向反应器中充入___________ 水蒸气;用压强变化表示的___________ ;此时该反应的___________ (指用平衡分压代替平衡浓度进行计算的平衡常数,A的平衡分压的物质的量分数)。
(2)为一种选择性交换膜,其结构如图所示,其中第二周期组成元素的第二电离能与第一电离能差值最大的是___________ (填元素符号),结构中1处的键角___________ (填“大于”“小于”或“等于”)2处的键角。II.二氧化碳制备乙烯
在催化剂作用下,二氧化碳可制取乙烯,发生以下反应:
①
②
③
(3)___________ 。
(4)若将和按物质的量之比混合,在恒压反应器中连续反应,测得的转化率与、的选择性随温度变化如图所示。其中表示的转化率曲线是___________ (填“X”“Y”或“Z”,下同),的选择性曲线是___________ ,说明判断依据:___________ 。
回答下列问题:
I.乙烷制备乙烯
(1)某温度、下,向反应器中充入只发生反应,的平衡转化率为;保持温度和压强不变,向反应器中再充入水蒸气,后达到平衡,此时的平衡转化率为,需要向反应器中充入
(2)为一种选择性交换膜,其结构如图所示,其中第二周期组成元素的第二电离能与第一电离能差值最大的是
在催化剂作用下,二氧化碳可制取乙烯,发生以下反应:
①
②
③
(3)
(4)若将和按物质的量之比混合,在恒压反应器中连续反应,测得的转化率与、的选择性随温度变化如图所示。其中表示的转化率曲线是
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4 . 甲基叔戊基醚(TAME,简写为T)常用作汽油添加剂。在催化剂作用下,通过甲醇(简写为M)与2-甲基-2-丁烯(简写为A)的液相反应制得。通过控制条件,体系中主要发生如下反应(B为2-甲基-1-丁烯的简写,不考虑其他副反应):
反应ⅰ:反应ⅱ:
反应ⅲ:
(1)磷钼酸()可作为制备TAME反应催化剂的浸渍试剂。已知钼元素位于第五周期第ⅥB族,核外电子排布与Cr相似。基态钼原子的价层电子排布式为
(2)比较
(3)我国学者团队对制备TAME反应的催化剂进行了研究。研究表明:用不同浓度(1~3%)的磷钼酸浸渍催化剂,浓度越大催化剂催化活性越好。用浓度分别为1%、2%、3%的磷钼酸浸渍催化剂进行了三组实验,得到随时间的变化曲线如图所示。①用3%的磷钼酸浸渍时,在4~6h内,T的平均生成速率为
②下列说法正确的有
A.三组实验中,反应速率都随反应进程一直增大
B.平衡后加入惰性溶剂四氢呋喃稀释,减小
C.催化剂可加快化学反应速率,提高甲醇的平衡转化率
D.降低温度,反应ⅰ和ⅱ的正、逆反应速率都减小
E.达到平衡后,加入M,不变
(4)研究团队继续研究其他条件不变时,不同醇烯比(甲醇M与烯烃A的起始物质的量浓度之比)对平衡的影响,当A起始浓度时,测得平衡时B和T的随的变化曲线如图。当时,计算反应i的平衡常数
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5 . 随着“碳达峰”、“碳中和”战略的提出,大气中含量的控制和回收利用已成为当今化学研究的主题,其过程包括的富集、的合成气化、的甲醇化、的甲烷化等。回答下列问题:
(1)的富集:含量较高的空气叫富碳空气,捕集其中的可通过如下途径实现。通入富碳空气后,饱和纯碱水变浑浊,其原因是___________ (用文字叙述)。
(2)的合成气化:反应原理为 。已知有关反应的热化学方程式: , 。
①___________ 。
②利于该反应自发进行的条件为___________ (填“高温”“低温”或“任意条件”)。
(3)的甲醇化:利用光解海水产生的将转化为甲醇 ],其转化过程如图1所示。①反应i的能量转化方式为___________ 。
②一定温度下,向体积为的密闭容器中充入和,发生反应后到达平衡,此时。前内,___________ ,该温度下反应的平衡常数___________ (用分数表示)。
③一定温度下,在一个固定体积的密闭容器中仅发生反应ii,下列不能说明反应达到平衡状态的是___________ (填字母)。
A.容器内气体的压强不变
B.容器内混合气体的总物质的量不变
C.和物质的量之比不变
D.单位时间内,每有键断裂,同时有键形成
(4)的甲烷化:科学家利用吸收后的纯碱水溶液,通过电解转化为及及的产率随电解电压变化曲线如图2所示。①电压较高时,转化为的电极反应式为___________ 。
②工业生产上常采用较高电压,其目的为___________ 。
(1)的富集:含量较高的空气叫富碳空气,捕集其中的可通过如下途径实现。通入富碳空气后,饱和纯碱水变浑浊,其原因是
(2)的合成气化:反应原理为 。已知有关反应的热化学方程式: , 。
①
②利于该反应自发进行的条件为
(3)的甲醇化:利用光解海水产生的将转化为甲醇 ],其转化过程如图1所示。①反应i的能量转化方式为
②一定温度下,向体积为的密闭容器中充入和,发生反应后到达平衡,此时。前内,
③一定温度下,在一个固定体积的密闭容器中仅发生反应ii,下列不能说明反应达到平衡状态的是
A.容器内气体的压强不变
B.容器内混合气体的总物质的量不变
C.和物质的量之比不变
D.单位时间内,每有键断裂,同时有键形成
(4)的甲烷化:科学家利用吸收后的纯碱水溶液,通过电解转化为及及的产率随电解电压变化曲线如图2所示。①电压较高时,转化为的电极反应式为
②工业生产上常采用较高电压,其目的为
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解题方法
6 . 在催化剂的作用下,利用合成气(主要成分为CO、和)合成甲醇时涉及了如下反应:
反应Ⅰ.
反应Ⅱ.
反应Ⅲ.
回答下列问题:
(1)=______ 。
某温度下,盛有1mol CO的密闭容器通入发生反应Ⅰ,测得平衡时(g)的体积分数变化如图所示。(2)a、b、c三点中,转化率最大的是_______ (填字母)。
(3)图中,n=______ mol,此时CO的转化率为50%,反应体系总压为pPa,则该温度下反应Ⅰ的平衡常数Kp=____ Pa-2(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
一定条件下,某密闭容器中投入1mol和3mol发生反应Ⅱ和Ⅲ。
(4)升高反应体系温度,合成甲醇的反应速率______ (填“增大”“减小”或“不变”)。
(5)加入少量CO,平衡时甲醇的量____ (填“增多”“减少”或“不变”)。
(6)达到平衡后,缩小容器体积,反应Ⅲ的平衡______ (填“正向”“逆向”或“不”)移动。
改变温度和投气比[]发生反应:,测得CO平衡转化率如表所示(其他反应条件相同)。
(7)a、b、c三点对应的反应温度由高到低顺序是_____ 。
研究表明,反应的速率方程为,式中yCO、yH2O、yCO2、yH2分别表示相应的物质的量分数,Kp为平衡常数,k为反应的速率常数,温度升高时k值增大。在气体组成和催化剂一定的情况下,反应速率随温度变化的曲线如图所示。(8)根据速率方程分析,时v逐渐减小的原因是________ 。
反应Ⅰ.
反应Ⅱ.
反应Ⅲ.
回答下列问题:
(1)=
某温度下,盛有1mol CO的密闭容器通入发生反应Ⅰ,测得平衡时(g)的体积分数变化如图所示。(2)a、b、c三点中,转化率最大的是
(3)图中,n=
一定条件下,某密闭容器中投入1mol和3mol发生反应Ⅱ和Ⅲ。
(4)升高反应体系温度,合成甲醇的反应速率
(5)加入少量CO,平衡时甲醇的量
(6)达到平衡后,缩小容器体积,反应Ⅲ的平衡
改变温度和投气比[]发生反应:,测得CO平衡转化率如表所示(其他反应条件相同)。
平衡点 | a | b | c |
0.5 | 0.5 | 1 | |
CO平衡转化率 | 50 | 33.3 | 50 |
(7)a、b、c三点对应的反应温度由高到低顺序是
研究表明,反应的速率方程为,式中yCO、yH2O、yCO2、yH2分别表示相应的物质的量分数,Kp为平衡常数,k为反应的速率常数,温度升高时k值增大。在气体组成和催化剂一定的情况下,反应速率随温度变化的曲线如图所示。(8)根据速率方程分析,时v逐渐减小的原因是
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解题方法
7 . 尿素作为主要的化肥种类之一,也是一种重要的化工原料。合成尿素的反应为。
(1)时,将一定量与在恒温恒容密闭容器中发生上述反应,下列不能说明该反应达到平衡状态的是___________ (填标号)。
A.反应体系中气体分子的平均摩尔质量保持不变
B.反应体系中气体的密度保持不变
C.反应消耗同时生成
D.三种气体的物质的量之比为
E.的质量保持不变
(2)如图是上述反应合成尿素的机理及能量变化(单位:),表示过渡态。
①尿素分子中C原子的杂化方式为___________ 。
②该反应历程中,起决速步骤的方程式为___________ 。
若,则___________ 。(3)液相中,合成尿素的化学方程式为,在液相中,的平衡转化率与温度,初始氨碳比[用L表示,]、初始水碳比[用W表示,]关系如图所示。①曲线中,___________ (填“A”或“B”)的W较小,判断依据是___________ 。
②对于液相反应,常用某组分M达到平衡时的物质的量分数代替平衡浓度来计算平衡常数(记作)。时,的的值为___________ 。
(1)时,将一定量与在恒温恒容密闭容器中发生上述反应,下列不能说明该反应达到平衡状态的是
A.反应体系中气体分子的平均摩尔质量保持不变
B.反应体系中气体的密度保持不变
C.反应消耗同时生成
D.三种气体的物质的量之比为
E.的质量保持不变
(2)如图是上述反应合成尿素的机理及能量变化(单位:),表示过渡态。
①尿素分子中C原子的杂化方式为
②该反应历程中,起决速步骤的方程式为
若,则
②对于液相反应,常用某组分M达到平衡时的物质的量分数代替平衡浓度来计算平衡常数(记作)。时,的的值为
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8 . 甲醇(CH3OH)在化学工业、农业生产等领域有着广泛应用。回答下列问题:
(1)CH3OH的电子式为___________ 。
(2)工业上可将煤先转化为CO(g)和H2(g),然后在催化剂作用下合成CH3OH(l),该过程称为煤的___________ 。已知相关物质的燃烧热数值如下表,则反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(l)的∆H=___________ 。
(3)常温下,将一定量CH3OH(1)放入真空的恒容密闭中,发生CH3OH(l)CH3OH(g) ∆H=+1109.0kJ·mol-1。
①某温度下,甲醇达到液气平衡状态时的压强称为甲醇在该温度下的饱和蒸气压,记为p*。p*与温度T的关系如图所示,B点蒸气压大于A点蒸气压的原因是___________ 。②拉乌尔定律表明,一定温度下的稀溶液中,溶剂的饱和蒸气压等于纯溶剂的饱和蒸气压气压乘以溶液中溶剂的物质的量分数。
i.如图所示,甲烧杯中盛有甲醇,乙烧杯盛有NaOH的甲醇溶液,常温下将两烧杯置于真空密闭容器中,足够长的时间后,可能会观察到___________ (填字母)所示的现象。ii.已知甲醇的沸点为64.7℃,该温度下甲醇和纯水的饱和蒸气压见下表。现欲用蒸馏法分离含CH3OH物质的量分数为40%的甲醇水溶液,当控制蒸馏温度为64.7℃时,则蒸馏烧瓶中溶液上方的蒸汽总压p总=___________ kPa,馏分中甲醇的物质的量分数为___________ 。
(4)CH3OH可用于制备甲醇燃料电池。
①单位质量燃料所输出电能的多少称为燃料电池的比能量,若某甲醇燃料电池的输出电压为3.60V,其比能量为___________ kW⋅h⋅kg-1(结果保留一位小数)。已知:3.6×10⁶J,1mol电子的电量为96500C。
②在实验室中用甲醇燃料电池模拟铝制品在稀硫酸溶液中进行的表面钝化处理,Al电极应与甲醇燃料电池的___________ 极相连,Al电极上发生的电极反应方程式为___________ 。
(1)CH3OH的电子式为
(2)工业上可将煤先转化为CO(g)和H2(g),然后在催化剂作用下合成CH3OH(l),该过程称为煤的
物质 | CO(g) | H2(g) | CH3OH(l) |
燃烧热/kJ·mol-1 | -283.0 | -285.8 | -726.5 |
(3)常温下,将一定量CH3OH(1)放入真空的恒容密闭中,发生CH3OH(l)CH3OH(g) ∆H=+1109.0kJ·mol-1。
①某温度下,甲醇达到液气平衡状态时的压强称为甲醇在该温度下的饱和蒸气压,记为p*。p*与温度T的关系如图所示,B点蒸气压大于A点蒸气压的原因是
i.如图所示,甲烧杯中盛有甲醇,乙烧杯盛有NaOH的甲醇溶液,常温下将两烧杯置于真空密闭容器中,足够长的时间后,可能会观察到
物质 | CH3OH(l) | H2O(1) |
p*(64.7℃)/kPa | 101.30 | 23.90 |
(4)CH3OH可用于制备甲醇燃料电池。
①单位质量燃料所输出电能的多少称为燃料电池的比能量,若某甲醇燃料电池的输出电压为3.60V,其比能量为
②在实验室中用甲醇燃料电池模拟铝制品在稀硫酸溶液中进行的表面钝化处理,Al电极应与甲醇燃料电池的
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9 . 我国提出2060年前实现碳中和,为有效降低大气中的含量,以为原料制备甲烷、戊烷、甲醇等能源物质具有较好的发展前景。在固体催化剂表面加氢合成甲烷过程中发生如下反应:
Ⅰ.主反应:
Ⅱ.副反应:
(1)已知:Ⅲ.
Ⅳ.___________ 。
(2)加氢合成甲烷时,通常控制温度为500℃左右,其可能的原因为___________。
(3)500℃时,向1L恒容密闭容器中充入4mol和12mol,初始压强为p,20min时主、副反应都达到平衡状态,测得,体系压强为,则0~20min内___________ ,平衡时选择性=___________ (选择性,计算保留三位有效数字,下同),副反应的___________ 。
(4)以催化加氢合成的甲醇为原料,在催化剂作用下可以制取丙烯,反应的化学方程式为。该反应的Arrhenius经验公式的实验数据如图中曲线a所示,已知Arhenius经验公式,(Ea为活化能,k为速率常数,R和C为常数)。当改变外界条件时,实验数据如图中的曲线b所示,则实验可能改变的外界条件是___________ 。(5)某种新型储氢材料的晶胞如图,八面体中心为M金属离子,顶点均为配体:四面体中心为硼原子,顶点均为氢原子。若其摩尔质量为,则M元素为___________ (填元素符号):在该化合物中,M离子的价电子排布式为___________ 。
Ⅰ.主反应:
Ⅱ.副反应:
(1)已知:Ⅲ.
Ⅳ.
(2)加氢合成甲烷时,通常控制温度为500℃左右,其可能的原因为___________。
A.反应速率快 | B.平衡转化率高 |
C.催化剂活性高 | D.主反应催化剂选择性好 |
(3)500℃时,向1L恒容密闭容器中充入4mol和12mol,初始压强为p,20min时主、副反应都达到平衡状态,测得,体系压强为,则0~20min内
(4)以催化加氢合成的甲醇为原料,在催化剂作用下可以制取丙烯,反应的化学方程式为。该反应的Arrhenius经验公式的实验数据如图中曲线a所示,已知Arhenius经验公式,(Ea为活化能,k为速率常数,R和C为常数)。当改变外界条件时,实验数据如图中的曲线b所示,则实验可能改变的外界条件是
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10 . 通过不同方式转化为高附加值化学品有利于实现“双碳目标”,其中加氢转化为二甲醚()是常见的一种方式,其反应过程如下:
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
回答下列问题:
(1)加氢制反应的热化学方程式为___________ 。
(2)进料比时,不同压强下平衡转化率随温度的变化关系如图所示。①四条曲线对应压强、、和由大到小的顺序为___________ ,判断依据是___________ 。②压强为时,平衡转化率随温度升高先减小后增大,原因是___________ 。(3)上图中,当反应温度高于350℃时几条曲线重合,说明此时的转化率不受压强影响,原因是___________ 。
(4)反应Ⅱ和反应Ⅲ的平衡常数()随温度变化关系如图2所示,表示反应Ⅱ的曲线为___________ (填“a”或“b”)。恒温恒压条件下,向体系中通入和,达到平衡时转化率为50%,为0.07mol,该条件下生成的CO可以忽略不计,则的物质的量为___________ mol,加氢制的反应用摩尔分数表示的平衡常数___________ (列出计算式)。(已知反应的,物质i的摩尔分数。)
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
回答下列问题:
(1)加氢制反应的热化学方程式为
(2)进料比时,不同压强下平衡转化率随温度的变化关系如图所示。①四条曲线对应压强、、和由大到小的顺序为
(4)反应Ⅱ和反应Ⅲ的平衡常数()随温度变化关系如图2所示,表示反应Ⅱ的曲线为
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383次组卷
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4卷引用:河南省周口市2024届高三二模理综-化学试题