2020-2021备战高考化学培优易错试卷（含解析）之化学反应原理综合考查及答案解析

2020-2021备战高考化学培优易错试卷(含解析)之化学反应原理综合考查及答

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)②2CO(g)

C(s)+2H2(g) K1=10.2 ΔH1 C(s)+CO2(g) K2=0.6 ΔH2

CO2(g)+H2(g) K3=1.4 ΔH3 CO2(g)+4H2(g) K4 ΔH4（SMR）

③CO(g)+H2O(g)④CH4(g)+2H2O(g)

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–

n)H2；第二步：碳（或碳氢物种）和H2O反应生2n)H2。反应过程和能量变化残图如下（过2成CO2和H2，如Cads/[C(H)n]ads +2H2O→CO2 +(2+

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，

K1K3210.2?1.42K4===33.32，ΔH4=ΔH1+2ΔH3?ΔH2。

K20.6（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．铝及其合金可用作材料、铝热剂等，在环境修复等方面也有着巨大的应用潜力。 (1)铝的冶炼、提纯的方法很多。

①高温碳热歧化氯化法冶铝包含的反应之一为：Al2O3(s)+AlCl3(g)+3C(s)其平衡常数表达式为K=_______________。 ②碳热还原Al2O3冶铝的部分反应如下： Ⅰ.2Al2O3(s)+9C(s)=Al4C3(s)+6CO(g) △H1=akJ/mol Ⅱ. 4Al2O3(s)+Al4C3(s)=3Al4O4C(s) △H2=bkJ/mol Ⅲ. Al4O4C(s)+Al4C3(s)=8Al(g)+4CO(g) △H3=ckJ/mol 反应Al2O3(s)+3C(s)=2Al(g)+3CO(g)的△H=__________kJ/mol

－－

③用离子液体AICb-BMIC(阳离子为EMIM+、阴离子为AlCl4、Al2Cl7)作电解质，可实现电

3CO(g)+3AlCl(g)，

解精炼铝。粗铝与外电源的_____________极(填“正”或“负\相连；工作时，阴极的电极反应式为_______________。

(2)真空条件及1173K时，可用铝热还原Li5AlO4制备金属锂(气态)，写出该反应的化学方程式：__________________________。

(3)用Al、Fe或Al-Fe合金还原脱除水体中的硝态氮(NO3--N)，在45℃，起始c(KNO3-N)为50mg·L-1、维持溶液呈中性并通入Ar等条件下进行脱除实验。结果如图所示(c0为起始浓度、c为剩余浓度)：

①纯Al在0~3h时，NO3-几乎没有被脱除，其原因是_______________________；写出3h后NO3-被还原为N2的离子方程式：____________________________。

②Al-Fe合金1~2h比纯A13~4h的脱除速率快得多的可能原因是________________。

c3(CO)?c3(AlCl)4a+b+3c 正 4Al2Cl7－+3e－ = 7AlCl4－+Al 3Li5AlO4 + 5Al 【答案】

c(AlCl3)121173K真空6H

+

15Li(g) + 4Al2O3 铝表面的氧化膜仍未被溶解 10Al + 6NO3－+ 12H2O + 10Al(OH)3 + 3N2↑ Al-Fe形成原电池能加速电子转移

45℃【解析】 【分析】

(1)①平衡常数表达式为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值； ②利用盖斯定律去反应热；

③电解精炼时，粗铝作阳极，而阴极上生成Al；

(3)②Al、Fe的活泼性不同，在溶液中可以构成原电池，加快反应速率。 【详解】

(1)①平衡常数表达式为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，固体的浓度为定

c3(CO)?c3(AlCl)值，不出现在表达式中，则平衡常数K=；

c(AlCl3)②根据盖斯定律，反应Ⅰ×

111+反应Ⅱ×+反应Ⅲ×可得目标反应3412111+△H2×+△H3×kJ/mol 3412Al2O3(s)+3C(s)=2Al(g)+3CO(g)，则△H=△H1×=

4a+b+3ckJ/mol； 12③电解精炼中，含有杂质的金属作阳极，失去电子，形成离子进入电解质中，在阴极得到电子得到单质，从而完成冶炼过程，因此粗铝与外电源的正极相连；电解质溶液中Al以AlCl4－、Al2Cl7－的形式存在，在阴极得到电子，生成Al，电极方程式为4Al2Cl7－+3e－=7AlCl4－+Al；