专题五　主观题突破1　主观题突破　多平衡体系中的规范解答(A、B两练)（含解析）-2025高考化学二轮复习

主观题突破　多平衡体系中的规范解答(A、B两练)
题型突破练(A)
1.(8分)精脱硫技术主要用于煤气中羰基硫(COS)和二硫化碳(CS2)的转化。回答下列问题：
(1)利用焦炉煤气中的H2可脱除煤气中羰基硫(COS)。羰基硫氢化反应历程有途径Ⅰ和途径Ⅱ两种可能，如图所示：
①已知羰基硫氢化反应速率较快，推测其更合理的反应历程是途径　　　　(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
②反应COS(g)+H2(g)===CO(g)+H2S(g)的ΔH=　　　　 kJ·mol-1。
(2)MoS2可作羰基硫氢化反应的催化剂，催化机理如图所示：
不同钼(Mo)含量的MoS2催化剂对COS转化率和H2S的选择性不同，实验数据如图所示。
根据图中数据，选择　　　　(填“3.4%Mo”或“8.7%Mo”)作催化剂效果最好；当H2S选择性低于100%时表明部分COS气体与催化剂发生了反应，催化剂有吸硫现象，若H2S选择性高于100%，可能的原因是　　　　　　　　。
2.(16分)丙烯是重要的化工原料，可用丙烷脱氢制备丙烯：
C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)　ΔH1　Kp1
已知：2C3H8(g)+O2(g)2C3H6(g)+2H2O(g)　ΔH2=-236 kJ·mol-1　Kp2
2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH3=-484 kJ·mol-1　Kp3
(1)ΔH1=　　　　 kJ·mol-1；平衡常数Kp1=　　　　(用Kp2和Kp3表示)。
(2)不同压强下，在密闭容器中丙烷平衡转化率随温度变化关系如图1。
①图中压强由大到小的顺序为　　　　，判断的依据是　　　　。
②800 K、p2压强下，若进料组成中加入惰性气体Ar，a点将　　　　(填“上移”或“下移”)。
(3)丙烷直接脱氢存在副反应C3H8(g)C2H4(g)+CH4(g)。一定温度下，丙烷和氢气的混合气体以一定流速通过Ga2O3/Al2O3催化剂表面，丙烷转化率、丙烷平衡转化率、丙烯选择性(曲线a)和丙烯生成速率随变化如图2。催化剂Ga2O3/Al2O3反应过程中会有如图3转化，且Ga-H/GaOx催化活性更强。
①丙烷转化率随变化的曲线为　　　　(填字母)。
②曲线b随的增加而降低的原因是　　　　　　　。丙烯生成速率随增加变化的原因是　　　　　　　。
3.(12分)利用热分解法可回收炼油厂酸渣(含硫酸、沥青质等)中的硫酸。已知沥青质温度升高时会发生分解反应。
利用热分解法测定硫酸回收量(以SO2、SO3的硫元素含量计)的有关热化学方程式：
反应Ⅰ：H2SO4(l)SO3(g)+H2O(g)　ΔH1　K1
反应Ⅱ：2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)　ΔH2=+196 kJ·mol-1　K2
(1)已知2H2SO4(l)2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g)　ΔH3=+550 kJ·mol-1，则ΔH1=　　　　 kJ·mol-1。
(2)在压强为p的反应体系中对1 g酸渣进行热分解，平衡时体系中SO2、SO3的气体体积分数和热解气体总体积(已折算为标准状况)随温度变化如图。
①K1　　　　(填“>”或“<”)K2，依据是　　　　　　　　。
②结合平衡移动原理分析，SO2气体体积分数随温度变化的原因可能为　　　　。
4.(8分)以CO2、H2为原料生产甲醇是一种有效利用二氧化碳的途径。涉及的反应有
Ⅰ.CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)　ΔH1<0
Ⅱ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH2<0
Ⅲ.CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH3<0
工业中，对于反应Ⅰ，通常同时存在副反应Ⅳ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH4。在一定条件下，在合成塔中充入一定量CO2和H2。不同压强时，CO2的平衡转化率如图a所示。当气体总压强恒定为1 MPa时，平衡时各物质的物质的量分数如图b所示。
(1)图a中，相同温度下，压强越大，CO2的平衡转化率越大，其原因是　　　　　　　。
(2)由图b可知，ΔH4　　　　(填“>”“<”或“=”)0；H2的物质的量分数随温度升高而增大，原因是　　　　　　　　。
5.(6分)铁元素广泛存在于自然界中，铁及其化合物有着丰富的化学性质。
反应S2(aq)+2I-(aq)===2(aq)+I2(aq)在加入Fe3+催化后，反应进程中的能量变化如图所示。已知反应机理中有Fe2+出现。
(1)写出速控步的热化学方程式：　　　　　　　。
(2)反应过程中由于Fe2+浓度较低而不容易被检测到，Fe2+浓度较低的原因是　　　　　　　。
题型突破练(B)　[分值：50分]
1.(15分)丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备：C4H10(g)C4H8(g)+H2(g)　ΔH=+123 kJ·mol-1。
回答下列问题：
(1)图(a)是该反应平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x　　　　(填“大于”或“小于”)0.1；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是　　　　(填字母)。
A.升高温度 B.降低温度
C.增大压强 D.降低压强
(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是　　　　　　　。
(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是　　　　　　　；590 ℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是
　　　　。
2.(5分)将甲醇转化耦合到丁烯裂解过程中生产丙烯，主要涉及下列反应：
①2C4H8(g)―→2C3H6(g)+ C2H4(g)　ΔH>0
②2CH3OH(g)―→C2H4(g)+2H2O(g)　ΔH<0
③C2H4(g)+C4H8(g)―→2C3H6(g)　ΔH<0
已知：甲醇吸附在催化剂上，可以活化催化剂；甲醇浓度过大也会抑制丁烯在催化剂上的转化。
(1)图1是C3H6及某些副产物的产率与的关系曲线。最佳的约为　　　　　　　。
(2)图2是某压强下，将CH3OH和C4H8按一定的物质的量之比投料，反应达到平衡时C3H6的体积分数随温度的变化曲线。由图2可知平衡时C3H6的体积分数随温度的升高呈现先升高后降低的变化，其原因可能是　　　　　　　。
3.(12分)乙烯是重要的基础化工原料，工业上利用乙烷脱氢制乙烯的相关反应如下：
反应Ⅰ：C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)
ΔH1=+137 kJ·mol-1
反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
ΔH2=+41 kJ·mol-1
(1)科研人员研究催化剂对乙烷无氧脱氢的影响
①在一定条件下，Zn/ZSM-5催化乙烷脱氢转化为乙烯的反应历程如图所示，该历程的各步反应中，生成下列物质速率最慢的是　　　　(填字母)。
A.C2 B.Zn-C2H5
C.C2 D.
②用Co基催化剂研究C2H6催化脱氢，该催化剂对C—H和C—C的断裂均有高活性，易形成碳单质。一定温度下，Co基催化剂在短时间内会失活，其失活的原因是　　　　　　　。
(2)在923 K和催化剂条件下，向体积固定的容器中充入1.0 mol C2H6与一定量CO2发生反应(忽略反应Ⅰ和反应Ⅱ外的其他反应)，平衡时C2H6、C2H4和CO的物质的量分数随起始投料比的变化关系如图所示。
曲线c表示的物质为CO，表示C2H6的曲线为　　(填“a”或“b”)，判断依据是　　　　。
4.(18分)(2024·浙江6月选考，19)氢是清洁能源，硼氢化钠(NaBH4)是一种环境友好的固体储氢材料，其水解生氢反应方程式如下：(除非特别说明，本题中反应条件均为25 ℃，101 kPa)
NaBH4(s)+2H2O(l)===NaBO2(aq)+4H2(g)　ΔH<0
(1)该反应能自发进行的条件是　　　　。
A.高温 B.低温
C.任意温度 D.无法判断
(2)该反应比较缓慢。忽略体积变化的影响，下列措施中可加快反应速率的是　　　　。
A.升高溶液温度
B.加入少量异丙胺[CHNH2]
C.加入少量固体硼酸[B(OH)3]
D.增大体系压强
(3)为加速NaBH4水解，某研究小组开发了一种水溶性催化剂，当该催化剂足量、浓度一定且活性不变时，测得反应开始时生氢速率v与投料比之间的关系，结果如图1所示。请解释ab段变化的原因：　　　　。
(4)氢能的高效利用途径之一是在燃料电池中产生电能。某研究小组的自制熔融碳酸盐燃料电池工作原理如图2所示，正极上的电极反应式是　　　　。该电池以3.2 A恒定电流工作14分钟，消耗H2体积为0.49 L，故可测得该电池将化学能转化为电能的转化率为　　　　　　　　　。[已知：该条件下H2的摩尔体积为24.5 L·mol-1；电荷量q(C)=电流I(A)×时间(s)；NA=6.0×1023 mol-1；e=1.60×10-19C。]
(5)资源的再利用和再循环有利于人类的可持续发展。选用如下方程式，可以设计能自发进行的多种制备方法，将反应副产物偏硼酸钠(NaBO2)再生为NaBH4。(已知：ΔG是反应的自由能变化量，其计算方法也遵循盖斯定律，可类比ΔH计算方法；当ΔG<0时，反应能自发进行。)
Ⅰ.NaBH4(s)+2H2O(l)===NaBO2(s)+4H2(g)　ΔG1=-320 kJ·mol-1
Ⅱ.H2(g)+O2(g)===H2O(l)　ΔG2=-240 kJ·mol-1
Ⅲ.Mg(s)+O2(g)===MgO(s)　ΔG3=-570 kJ·mol-1
请书写一个方程式表示NaBO2再生为NaBH4的一种制备方法，并注明ΔG　　　　　　　。
(要求：反应物不超过三种物质；氢原子利用率为100%。)
答案精析
A
1.(1)①Ⅱ　②b-a-c+d-e　(2)8.7%Mo　催化剂本身在反应过程中有失硫现象
解析　(1)①反应的活化能越大，反应速率越慢，由图可知，途径 Ⅰ 的活化能大于途径 Ⅱ，所以反应速率较快的羰基硫氢化的反应历程是途径Ⅱ。
2.(1)+124　　(2)①p3>p2>p1　反应为气体分子数增大的反应，增大压强，平衡向左移动，丙烷的平衡转化率减小　②上移　(3)①c　②随着H2的含量增大，平衡向左移动，丙烷平衡转化率降低　H2活化了催化剂
解析　(1)将3个反应依次记为反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，由盖斯定律可知反应Ⅰ=，ΔH1===+124 kJ·mol-1；则Kp1=。(2)①该反应为正向气体分子数增大的反应，当温度一定时，增大压强，平衡逆向移动，丙烷的转化率减小，则压强p3>p2>p1。②800 K、p2压强下，若进料组成中加入惰性气体Ar，原气体的分压减小，则平衡正向移动，丙烷的转化率增大，a点将上移。(3)①已知曲线a为丙烯选择性，随增加丙烯的选择性基本不变，则丙烷转化率几乎没有起伏，故曲线c为丙烷转化率。
3.(1)+177　(2)①<　平衡时SO3的体积分数远小于SO2　②温度升高，反应 Ⅱ 平衡正向移动程度小于酸渣中沥青质分解程度
解析　(1)依题意知，已知反应=反应Ⅰ×2+反应Ⅱ，故ΔH3=2ΔH1+ΔH2，故ΔH1= kJ·mol-1=+177 kJ·mol-1。
4.(1)增大压强，反应 Ⅳ 平衡不移动，反应 Ⅰ 平衡向正反应方向移动　(2)>　反应 Ⅰ 放热，反应 Ⅳ 吸热，温度升高时，反应 Ⅰ 平衡向左移动增加的H2的量大于反应Ⅳ平衡向右移动减少的H2的量
解析　(2)根据反应Ⅰ、Ⅳ可知只有反应Ⅳ生成CO，根据图b可知CO平衡时的物质的量分数随着温度的升高而增大，说明该反应吸热，ΔH4>0。
5.(1) 2Fe3+(aq)+2I-(aq)I2(aq)+2Fe2+(aq)　ΔH=+(E3-E2) kJ·mol-1　(2)第一步基元反应活化能较高为慢反应，第二步基元反应活化能较低为快反应。第一步反应产生的Fe2+很快被第二步反应消耗，故Fe2+浓度较小
解析　(1)根据S2(aq)+2I-(aq)2(aq)+I2(aq)结合图像，可得两步反应为2Fe3+(aq)+2I-(aq)I2(aq)+2Fe2+(aq)；2Fe2+(aq)+S2(aq)2Fe3+(aq)+2(aq)；活化能最大的一步为速控步，由图可知，速控步热化学方程式为2Fe3+(aq)+2I-(aq)I2(aq)+2Fe2+(aq)　ΔH=+(E3-E2)kJ·mol-1。
B
1.(1)小于　AD
(2)氢气是产物之一，随着的增大，该平衡向逆反应方向移动
(3)升高温度，反应速率加快，生成的丁烯会增多，同时由于反应是吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动　丁烯高温裂解生成短碳链烃类化合物
解析　(1)由图(a)可以看出，温度相同时，压强由0.1 MPa变化到x MPa，丁烷的转化率增大，即平衡正向移动，所以x<0.1。由于正反应为吸热反应，所以温度升高时，平衡正向移动，丁烯的平衡产率增大，因此A正确、B错误；反应正向进行时体积增大，加压时平衡逆向移动，丁烯的平衡产率减小，因此C错误、D正确。(2)反应初期，H2可以活化催化剂，进料气中较小，丁烷浓度大，反应向正反应方向进行的程度大，丁烯产率升高；随着进料气中增大，原料中过量的H2会使平衡逆向移动，所以丁烯产率下降。
2.(1)1.0　(2)300~500 ℃时，丁烯裂解(反应①)为主要反应，是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，使C3H6的体积分数增大；温度高于500 ℃时，反应②③为主要反应，是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，使C3H6的体积分数降低，同时温度升高易发生副反应，C3H6可能转化为C2H4、C3H8、C4H10、等，使C3H6的体积分数降低
3.(1)①C　②积碳在其表面快速沉积使其失活
(2)a　比值增大，乙烷转化率增大，其物质的量分数变化比CO和C2H4要大
4.(1)C　(2)AC　(3)随着投料比增大，NaBH4的水解转化率降低　(4)O2+4e-+2CO22　70%　(5)NaBO2(s)+2H2(g)+2Mg(s)NaBH4(s)+2MgO(s)　ΔG=-340 kJ·mol-1
解析　(1)反应NaBH4(s)+2H2O(l)NaBO2(aq)+4H2(g)　ΔH<0，ΔS>0 ，由ΔG=ΔH-TΔS可知，任意温度下，该反应均能自发进行。(2)升高温度，活化分子数增多，有效碰撞几率增大，反应速率加快，A符合题意；硼氢化钠与水反应的实质是利用其强还原性来还原水中的氢离子，异丙胺［CHNH2］呈碱性，使水中氢离子的浓度减小，化学反应速率降低，B不符合题意；硼酸［B(OH)3］呈弱酸性，加入少量固体硼酸，水中氢离子的浓度增大，化学反应速率加快，C符合题意；增大体系压强，忽略体积变化，测气体浓度不变，化学反应速率不变，D不符合题意。(4)根据题干信息，该燃料电池中H2为负极，O2为正极，熔融碳酸盐为电解质，故正极的电极反应式为O2+4e-+2CO22， 该条件下，0.49 L H2的物质的量为=0.02 mol，工作时，H2失去电子：H2-2e-2H+，所带电荷量：2×0.02×6.0×1023×1.60×10-19 C=3 840 C，工作电荷量：3.2×14×60 C=2 688 C，则该电池将化学能转化为电能的转化率：×100%=70%。(5)结合题干信息，要使得氢原子利用率为100%，可由(2×反应Ⅲ)-(2×反应Ⅱ+反应Ⅰ)得NaBO2(s)+2H2(g)+2Mg(s)NaBH4(s)+2MgO(s)　ΔG=2ΔG3-(2ΔG2+ΔG1)=2×(-570 kJ·mol-1)-［2×(-240 kJ·mol-1)+(-320 kJ·mol-1)］=-340 kJ·mol -1。