热点培优专练19　化学反应原理题--2026全国版高考化学突破练(含答案)

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2026全国版高考化学突破练
热点培优专练19　化学反应原理题
1.(12分)(2025·河北衡水中学三模)二甲醚(DME)无毒、无腐蚀性,燃烧后不产生黑烟,是重要的化工原料和环保产品。碳中和背景下,CO2加氢制二甲醚是有潜力实现DME资源化利用的重要途径之一。
①CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH1=+41.2 kJ·mol-1
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH2=-49.3 kJ·mol-1
③CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH3=-90.5 kJ·mol-1
④2CH3OH(g)(CH3)2O(g)+H2O(g)　ΔH4=-23.9 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)写出CO2直接加氢制二甲醚反应的热化学方程式:　 　　　　　　　　　　,
该反应在　　　(填“高温”“低温”或“任意温度”)下能自发进行。
(2)在密闭容器中通入1 mol CO2、3 mol H2,只进行反应②和④,一定压强下,研究温度对CO2转化率和二甲醚产率的影响如图1,一定温度下,研究压强对CO2转化率和二甲醚产率的影响如图2。该工艺最佳反应条件为　　　　　　　,该反应条件下反应④的Kp=　　　　　　　(列出计算式即可)。
图1
图2
图3
(3)在1 L密闭容器中通入1 mol CO2、3 mol H2,只进行反应①、③和④,研究CO2平衡转化率、二甲醚产率与温度的关系。图3中表示CO2平衡转化率的曲线为　　　　　　　,该曲线呈现图中趋势的可能原因是　 　　　　　　　　　　　。
(4)铝催化剂催化二甲醚羰基化的反应历程如图4所示,该催化历程中的决速步为　　　(填“TS1”“TS2”“TS3”或“TS4”),二甲醚羰基化的机理图如图5所示,则二甲醚羰基化的生成物是　　　　　。
图4
图5
2.(12分)(2026·湖北“新八校”协作体联考)甲醇是主要的有机原料,常利用CH4、CO2等进行制备。回答下列问题:
Ⅰ.甲烷选择性氧化制备甲醇是一种原子利用率高的方法。
(1)反应①:CH4(g)+H2O(g)CH3OH(g)+H2(g)　ΔH1=+89.5 kJ·mol-1;
反应②:2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH2=-484 kJ·mol-1。
已知键能(kJ·mol-1)数据为E(C—H):413,E(OO):497,E(C—O):351,则O—H键能为　　　　 kJ·mol-1。
(2)已知大多数气体分子在催化剂表面的吸附过程是放热的。从反应速率的角度分析,通入CH4后将体系温度维持200 ℃的原因是 　　　　　　　　　　
(不考虑催化剂活性变化)。
Ⅱ.利用合成气CO、H2制备甲醇。涉及的反应如下:
反应③:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH3<0
反应④:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH4>0
(3)在不同压强下,按照n(CO2)∶n(H2)=1∶3进行投料,在容器中发生上述2个反应,平衡时,CO和CH3OH在含碳产物(即CH3OH和CO)中物质的量分数及CO2的转化率随温度的变化如下图1,判断图中压强p1、p2、p3由大到小的顺序为　　　　　　　　　　　。
(4)压强不变时,分析升温过程中CO2转化率变化的原因: 　　　　　　　　　　　。
(5)某恒温恒容体系,按c(CO2)=1 mol·L-1、c(H2)=3 mol·L-1进行实验,平衡时CH3OH的物质的量分数为点M,此时CO2转化率为20%,则该条件下反应④逆反应的平衡常数K=　　　。
图1
图2
Ⅲ.科学家设计如图2(串联光电催化反应池)减少CO2排放并获取制备甲醇的CH4。
(6)光催化电池中的半导体是在晶体硅中掺杂B原子和P原子实现的。p型半导体也称为空穴型半导体,n型半导体也称为电子型半导体。
据此,推测n型半导体掺杂的是　　　　(填元素符号)。
(7)产生CH4的电极反应式为 　　　　　　　　　　　。
3.(9分)(2025·湖南岳阳一模)“碳达峰·碳中和”是我国社会发展的重大战略。在催化剂作用下,CO2可被H2还原为CH3OH等化学品,主要反应如下:
反应1:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-50 kJ·mol-1
反应2:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41 kJ·mol-1
(1)反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的ΔH=　　　　　 kJ·mol-1。
(2)恒温恒容条件下,若起始按n(CO2)∶n(H2)=1∶1投料,只发生反应1,能作为反应达到平衡的标志是　　　　　(填字母)。
A.CO2浓度不再发生变化
B.CO2百分含量不再发生变化
C.气体平均相对分子质量不再发生变化
D.3v正(H2)=v逆(H2O)
(3)将1 mol CO2(g)和3 mol H2(g)充入密闭容器发生反应1和反应2,并达到平衡状态。相同温度下,在不同压强下测得CO2的平衡转化率、CH3OH(g)的选择性[×100%]和CO的选择性[×100%]随压强变化曲线如图所示。图中表示CH3OH(g)选择性的曲线是　　　　(填“m”“n”或“p”),A点时H2的转化率为　　　　　　,反应2的压强平衡常数Kp=　　　　　(结果保留2位有效数字)。
参考答案
高考热点培优专练19
1.(1)2CO2(g)+6H2(g)(CH3)2O(g)+3H2O(g)　ΔH=-122.5 kJ·mol-1　低温
(2)150 ℃、9.0 MPa　
(3)X　反应①为吸热反应,反应③和④是放热反应,升温促使反应①正向移动,使反应③和④逆向移动,低温区反应①正移的程度弱于反应③和④逆移,高温区反应①正移的程度大于反应③和④逆移,因此CO2平衡转化率随温度升高呈现先下降后上升的趋势
(4)TS2　CH3COOCH3
解析 (1)利用反应②和④可以得出CO2直接加氢制二甲醚反应的化学方程式,将②×2+④可得2CO2(g)+6H2(g)(CH3)2O(g)+3H2O(g),则该反应的ΔH=ΔH2×2+ΔH4=-122.5 kJ·mol-1,该反应的ΔS<0,根据ΔG=ΔH-TΔS<0可以得出该反应在低温下能自发进行。
(2)从图中可以得出最佳反应条件为150 ℃、9.0 MPa。此时CO2转化率为95%,二甲醚产率为84%,则反应②中CO2转化0.95 mol,反应④中生成n(二甲醚)=1 mol×0.5×84%=0.42 mol,由此可计算出平衡时各物质的物质的量为CO2 0.05 mol,H2 0.15 mol,CH3OH 0.11 mol,H2O 1.37 mol,n总=2.1 mol,该反应条件下反应④的Kp=。
(3)二甲醚产率小于二氧化碳转化率,表示CO2平衡转化率的曲线为X,反应①为吸热反应,反应③和④是放热反应,升温促使反应①正向移动,使反应③和④逆向移动,低温区反应①正移的程度弱于反应③和④逆移,高温区反应①正移的程度大于反应③和④逆移,因此CO2平衡转化率随温度升高呈现先下降后上升的趋势。
(4)从历程图(图4)中可以看出能垒最高的是反应TS2,该催化历程中的决速步为TS2;机理图(图5)中可以看出产物是CH3COOCH3。
2.(1)463
(2)温度过低,反应速率降低;催化剂表面吸附过程是放热,温度过高,反应物在催化剂表面的吸附量减少成为主因,也会导致反应速率减小
(3)p1>p2>p3
(4)反应③为放热反应,反应④为吸热反应,升温,③逆向移动,④正向移动,温度较低时③占主导,温度较高时,④占主导,因此CO2转化率随温度先降低后升高
(5)104
(6)P
(7)CO2+8e-+8H+CH4+2H2O
解析(1)设O—H的键能为x kJ·mol-1,根据盖斯定律,将反应①×2+反应②得:2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(g)　ΔH=(+89.5×2-484) kJ·mol-1=-305 kJ·mol-1,由ΔH=反应物总键能-生成物总键能,得ΔH=[(2×4×413+497)-2×(3×413+351+x)] kJ·mol-1=-305 kJ·mol-1,解得x=463。
(3)相同温度时,反应④反应前后的气体分子数不变,压强对其平衡无影响,反应③是气体分子数减小的反应,增大压强,反应③的平衡正向移动,CO2的转化率增大,则压强:p1>p2>p3。
(4)反应③是放热反应,升温平衡逆向移动,CO2转化率降低;反应④是吸热反应,升温平衡正向移动,CO2转化率升高。温度较低时反应③占主导,CO2转化率降低,温度较高时反应④占主导,CO2转化率升高。
(5)起始c(CO2)=1 mol·L-1,c(H2)=3 mol·L-1,CO2转化率为20%,则Δc(CO2)=1 mol·L-1×20%=0.2 mol·L-1,平衡时c(CO2)=0.8 mol·L-1,M点平衡时CH3OH、CO物质的量分数相等,则反应③、④的CO2转化量相等,都是0.1 mol·L-1,则列式:
反应③
　　　　　 　CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)
转化/(mol·L-1) 0.1 0.3 0.1 0.1
反应④
　　　　　　 　CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)
转化/(mol·L-1) 0.1 0.1 0.1 0.1
平衡时c(H2)=(3-0.3-0.1) mol·L-1=2.6 mol·L-1,c(CO)=0.1 mol·L-1,c(H2O)=0.2 mol·L-1,反应④逆反应的平衡常数K==104。
(6)n型半导体是电子型半导体,Si最外层有4个电子,P最外层有5个电子,掺入P原子后会有多余电子,形成n型半导体。
(7)CO2得电子发生还原反应生成CH4,电极反应式为CO2+8e-+8H+CH4+2H2O。
3.(1)-91
(2)AC
(3)m　24%　0.017
解析 (1)由盖斯定律得目标反应=反应1-反应2,因此ΔH=ΔH1-ΔH2=(-50-41) kJ·mol-1=-91 kJ·mol-1。
(2)CO2是气体,当CO2浓度不再发生变化,说明反应已达到平衡,A项正确。
设起始投料n(CO2)=n(H2)=a mol,转化的n(CO2)=x mol,列三段式计算,
　　　　 　CO2(g) + 3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g)
开始/mol a a 0 0
转化/mol x 3x x x
平衡/mol a-x a-3x x x
反应前CO2百分含量为×100%=50%,反应后CO2百分含量为×100%=50%,百分含量一直保持不变,不能作为反应达到平衡的标志,B项错误。反应1是气体分子数减小的反应,且质量守恒,根据,气体平均相对分子质量不断增大,当反应达到平衡时,气体平均相对分子质量不再发生变化,C项正确。当3v正(H2)=v逆(H2O)时,反应速率之比不等于化学计量数之比,正、逆反应速率不相等,反应没有达到平衡,D项错误。
(3)根据已知信息可知:反应1的正反应是气体体积减小的反应,反应2是反应前后气体物质的量不变的反应,增大压强,反应1平衡正向移动,CO2含量减少,水蒸气含量增大,使反应2平衡逆向移动,导致CO选择性降低,因此一定温度下,图中p表示CO的选择性与压强的关系,CH3OH的选择性加上CO的选择性应为100%,因此m表示CH3OH的选择性与压强的关系,n表示CO2的平衡转化率与压强的关系。A点时CO2转化率为30%,CH3OH的选择性为70%。
设平衡时反应1、2分别转化了x mol、y mol CO2,反应1达到平衡后再发生反应2,可列三段式:
　　　　　　 CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)
开始量/mol 1 3 0 0
转化量/mol x 3x x x
平衡量/mol 1-x 3-3x x x
　　　　 　　CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)
开始量/mol 1-x 3-3x 0 x
转化量/mol y y y y
平衡量/mol 1-x-y 3-3x-y y x+y
平衡时,x+y=1×30%,×100%=70%,解得x=0.21,y=0.09,此时H2的转化率为×100%=×100%=24%;CH3OH、CO2、H2、CO、H2O的物质的量分别为0.21 mol、0.7 mol、2.28 mol、0.09 mol、0.3 mol,混合气体的总物质的量为3.58 mol,反应2的压强平衡常数Kp=≈0.017。
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