2020年高考化学人教版第二轮复习 原理综合题
原理综合题
1．(2019·贵阳模拟)甲烷是天然气的主要成分，是一种重要的清洁能源和化工原料。 (1)利用光能和光催化剂，可将CO2和H2O(g)转化为CH4，图1为在恒温、紫外光照射、不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ)作用下，在体积为2 L的密闭容器中，CH4的量随光照时间的变化。反应开始后的16小时内，在第________种催化剂作用下，收集的CH4较多；0～20小时内，在第Ⅰ种催化剂作用下，O2的平均生成速度v(O2)＝________。
(2)工业上常用CH4和水蒸气在一定条件下的恒容密闭容器中制取H2：CH4(g)＋H2O(g)
CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋206 kJ·mol1。
－
①下列说法能表明该反应达平衡状态的是________(填字母)。 a．各组分的物质的量浓度不再变化 b．气体的分子总数不随时间而变化 c．体系的密度保持不变
d．生成3 mol H2的同时消耗1 mol CH4
②一定温度时，在体积为2 L的恒容密闭容器中，充入0.25 mol的CH4和0.25 mol的水蒸气发生以上反应。测得CH4平衡时的转化率与温度、压强的关系如图2所示，则p1________(填“>”“<”或“＝”)p2；当压强为p2时，x点的v(正)________(填“>”“<”或“＝”)v(逆)；温度为1 100 ℃时，y点的平衡常数K＝________。
解析：(1)由题图1可知，在反应开始后的16小时内，在第Ⅱ种催化剂作用下生成的甲
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烷较多。在第Ⅰ种催化剂作用下，在0～20 h内共生成15 mol甲烷，则v(CH4)＝15 mol/(2 L×20 h)＝0.375 mol·L－1·h－1，根据生成甲烷的化学方程式CO2＋2H2O知，v(O2)＝2v(CH4)＝0.75 mol·L－1·h－1。
(2)①任何一个可逆反应，各组分的物质的量浓度在达到平衡之前的时间内在变化，达到平衡后各组分的物质的量浓度不变，a项正确；该反应为气体分子数增大的反应，故气体的分子总数不变可以说明该反应达到平衡状态，b项正确；容器容积不变，气体的总质量不变，则容器内的气体密度始终不变，c项错误；生成H2和消耗CH4均表示正反应方向，d项错误。②由题图2可知，p1时CH4的平衡转化率比p2时高，而该反应为气体分子数增大的反应，增大压强，平衡向逆反应方向移动，CH4的平衡转化率降低，故p1
CH4(g)＋H2O(g)
CO(g)＋ 3H2(g)
CH4＋2O2可
始态/mol 0.25 0.25 0 0
反应/mol 0.25×0.8 0.25×0.8 0.25×0.8 3×0.25×0.8 平衡/mol 0.05 0.05 0.20 0.60 平衡浓度/（mol·L1）
－
0.025 0.025 0.10 0.30
（0.30 mol·L－1）3×0.10 mol·L－1
故平衡常数K＝＝4.32 mol2·L－2。
11－－0.025 mol·L×0.025 mol·L答案：(1)Ⅱ 0.75 mol·L1·h1 (2)①ab ②< > 4.32 mol2·L2
2．(2019·福州三模)甲醇是一种可再生能源，具有广阔的开发和应用前景，可用Pt/Al2O3、Pd/C、Rh/SiO2等作催化剂，采用如下反应来合成甲醇：
2H2(g)＋CO(g)
CH3OH(g)
－
－
－
(1)下表所列数据是各化学键的键能：
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化学键 键能/(kJ·mol1)
－H—H a b C—H c C—O d O—H e 该反应的ΔH＝____________________(用含字母的代数式表示)。
(2)某科研小组用Pd/C作催化剂，在450 ℃时，研究了n(H2)∶n(CO)分别为2∶1、3∶1时CO转化率的变化情况(如图)，则图中表示n(H2)∶n(CO)＝3∶1的变化曲线为________(填“曲线a”或“曲线b”)。
(3)某化学研究性学习小组模拟工业合成甲醇的反应，在2 L的恒容密闭容器内充入1 mol CO和2 mol H2，加入合适催化剂后在某温度下开始反应，并用压力计监测容器内压强的变化如下：
反应时间/min 压强/MPa
则从反应开始到20 min时，CO的平均反应速率为____________________，该温度下的平衡常数K为________________________________。
(4)将CO和H2加入密闭容器中，在一定条件下发生反应：CO(g)＋2H2(g)ΔH<0。
平衡时CO的体积分数(%)与温度和压强的关系如下图所示(虚线框表示没有测定该条件下的数据)。
CH3OH(g)
0 12.6 5 10.8 10 9.5 15 8.7 20 8.4 25 8.4
T1、T2、T3由大到小的关系是____________________，判断理由是____________________________________________________________________。
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(5)美国的两家公司合作开发了多孔硅甲醇直接燃料电池，其工作原理如图：
①石墨2为________(填“正”或“负”)极。
②石墨1极发生的电极反应式为________________________________。
解析：(1)由反应热ΔH＝反应物总键能－生成物总键能，可得ΔH＝(2a＋b－3c－d－e)kJ·mol－1。(2)对于反应2H2(g)＋CO(g)
CH3OH(g)，H2的相对投入量越大，CO的转
化率越大，则n(H2)∶n(CO)＝3∶1的变化曲线是平衡转化率高的曲线a。(3)由表知，反应进行到20 min时，反应达到平衡，设此时转化的CO的物质的量为x mol，则有
2H2(g)＋CO(g)
CH3OH(g)
起始物质的量/mol 2 1 0 转化物质的量/mol 2x x x 平衡物质的量/mol 2－2x 1－x x
3－2x8.4
由同温同体积条件下，压强比＝物质的量之比，有＝，解得x＝0.5，CO的平
312.6均反应速率＝c（CH3OH）
0.5 mol
＝0.012 5 mol·L－1·min－1；反应的平衡常数K＝
2 L×20 min
0.52
＝2＝4。(4)由反应2H2(g)＋CO(g)
c2（H2）·c（CO）?1?×0.5
?2?2
CH3OH(g) ΔH<0得，图
像中由左向右，压强增大，平衡右移，CO体积分数应减小，但实际情况是T1、T2、T3对应的CO体积分数逐渐增大，其原因只能是此反应本身为放热反应，温度越高，平衡向左移动的程度越大，导致CO体积分数越大，即温度由大到小的顺序为T3>T2>T1。(5)由图中石墨1进出物质变化CH3OH(g)→CO2(g)，C化合价变化为－2→＋4，则石墨1为燃料电池的负
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极(也可以用图中H＋的移动方向判断正负极)，石墨2为正极，用H＋维持电荷守恒，可得石墨1极的电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋。
答案：(1)(2a＋b－3c－d－e)kJ·mol1 (2)曲线a
(3)0.012 5 mol·L1·min1 4
(4)T3>T2>T1 压强越大，CO的体积分数越小，T1、T2、T3对应的CO的体积分数逐渐增大，该反应为放热反应，温度升高，平衡向左移动，则T3>T2>T1
(5)①正 ②CH3OH＋H2O－6e===CO2↑＋6H
3．(2019·合肥模拟)低碳经济成为人们一种新的生活理念，二氧化碳的捕捉和利用是能源领域的一个重要研究方向。请你结合下列有关图示和所学知识回答：
Ⅰ.用CO2催化加氢可以制取乙烯：CO2(g)＋3H2(g)
1
CH(g)＋2H2O(g) 224
－
＋
－
－
－
(1)若该反应体系的能量随反应过程变化关系如图1所示，则该反应ΔH＝________________(用含a、b的式子表示)。
又知：相关化学键的键能如下表所示，实验测得上述反应的ΔH＝－152 kJ·mol1，则表中的x＝________。
化学键 键能/(kJ·mol1) －－
C===O 803 H—H 436 C===C x C—H 414 H—O 464 (2)以稀硫酸为电解质溶液，利用太阳能电池将CO2转化为乙烯的工作原理如图2所示。则M极上的电极反应式为___________________________________________________。
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