2023年高考化學(xué)原理綜合題集

2023年高考化學(xué)原理綜合題集

一、原理綜合題

1.含碳化合物的轉(zhuǎn)化利用是目前全球研究的熱點(diǎn)。

(1)利用CO2生產(chǎn)甲醇是資源化利用CO2的一種有效途徑。涉及的反應(yīng)如下：

反應(yīng)I：CC)2(g)+3H2(g)=CH30H(g)+H2O(g)AH=-49kJ-mor1

反應(yīng)II:CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)AW=+41kJmol1

在恒壓條件下，起始n(CO)：n(H)=l：3時(shí),平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率和CH30H的選擇性隨溫度變化如圖-1所示。CH30H

Z222

X%

00

K100

w80

60

aW

壬

20

°2002402X0320360

fi?/r

圖」

①已知鍵能總和：2E(C=O)+3E(H-H)=2798kJ.moL。則3E(C-H)+E(C-O)+3E(H-O)=。

②溫度高于280C時(shí)，曲線Y隨溫度的升高而升高的原因是o

(2)一種銅分子篩催化甲烷制取甲醇的反應(yīng)機(jī)理如圖-2所示。請(qǐng)結(jié)合Cu元素的化合價(jià)變化描述轉(zhuǎn)化I的反應(yīng)過(guò)程:

(3)一種捕獲和轉(zhuǎn)化CO的原理如圖-3所示。在反應(yīng)1完成之后，以N2為載氣，以恒定組成的N2和CH_?混合氣勻速

通入裝有CaCCh和催化劑的反應(yīng)器，測(cè)得流出氣體各組分的物質(zhì)的量隨反應(yīng)時(shí)間變化如圖-4所示。反應(yīng)過(guò)程中檢測(cè)

到催化劑上有積碳，積碳反應(yīng)為CH產(chǎn)C+2H2。

時(shí)間/rnin

圖-3ifl-4

①t時(shí)刻，CO氣體流出速率為0的原因____

②氫氣的流出速率保持為CH4流入速率的2倍的原因

【答案】(1)2847kJmor';曲線Y表示CO2的平衡轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)I的AHV0,反應(yīng)H的AH>0,280℃后，

溫度越高，CO2轉(zhuǎn)化為CO的平衡轉(zhuǎn)化率越大，CO2轉(zhuǎn)化為CH30H的平衡轉(zhuǎn)化率越小，反應(yīng)H的上升幅度超過(guò)

反應(yīng)I的下降幅度，故當(dāng)溫度高于280℃時(shí)，曲線Y隨溫度的升高而升高；

(2)甲烷失去電子，結(jié)合0原子生成CH3OH,Cu得到電子，由+2價(jià)變?yōu)?1價(jià)，O原子失去后催化劑中形成氧

空位；

(3)催化劑表面被積碳覆蓋，轉(zhuǎn)化II反應(yīng)不再發(fā)生；0~t時(shí)，CE分別發(fā)生反應(yīng)

CH4+CaCO3=CaO+2H2+2CO和CH4=C+2H2C,兩個(gè)反應(yīng)中，出的生成速率均是CH4消耗速率的2倍，因

為這段時(shí)間CEU完全反應(yīng)，則H2的流出速率保持為CH4流入速率的2倍。

2.氫氣不僅是一種清潔能源，更是一種重要的化工原料。

(1)圖1是一種將氫氣與氮?dú)饫秒娊庠碇苽銷(xiāo)H3的裝置，圖中陶瓷在高溫時(shí)可以傳輸H+。其中Pd電極b為

(填“陽(yáng)極”或“陰極”)，陰極的電極反應(yīng)式為.

氮?dú)馐?gt;氨、氮?dú)?/p>

氫氣

質(zhì)子傳輸陶瓷?石英電解池

一Pd電極a

~-Pd電極b

圖1

(2)氫氣與苯催化加成制備環(huán)己烷是化工生產(chǎn)中的重要工藝，一定條件下發(fā)生如下反應(yīng):

I.主反應(yīng)：

n.副反應(yīng):

①有利于提高平衡體系中環(huán)己烷體積分?jǐn)?shù)的措施有

A.適當(dāng)升溫B.適當(dāng)降溫C.適當(dāng)加壓D.適當(dāng)減壓

②反應(yīng)I在管式反應(yīng)器中進(jìn)行，實(shí)際投料往往在n(H2)：n(C6H6)=3：1的基礎(chǔ)上適當(dāng)增大H?用量，其目的是

③圖2是氫氣與苯反應(yīng)的機(jī)理，該過(guò)程可描述為；當(dāng)Hz中混有微量H2s或CO等雜質(zhì)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)I

的產(chǎn)率降低，推測(cè)其可能原因?yàn)椤?/p>

試卷第2頁(yè)，共83頁(yè)

金屬催化先

7載體

圖2

④催化劑載體中的酸性中心能催化苯及環(huán)己烷的裂解。已知酸性中心可結(jié)合孤電子對(duì)，圖3中可作為酸性中心的原

子的標(biāo)號(hào)是（填“a"、"b”或"c”）。

\/\

000

X/、h

SiaAlb/

000、00、co

SiSiSi

/\/\/\

00、00,00、

/\/\/\

催化劑載體表面結(jié)構(gòu)片段

圖3

+

【答案】（1）陽(yáng)極N2+6H+6e-=2NH3

（2）BC提高苯的利用率氫氣在金屬催化劑表面轉(zhuǎn)化為氫原子，氫原子和苯分子吸附在催化劑表面活性中心,

發(fā)生反應(yīng)生成環(huán)己烷金屬催化劑會(huì)與H2s或CO反應(yīng)從而失去催化活性或者H2S.CO導(dǎo)致催化劑中毒而失去催

化活性b

3.氫氣是一種清潔能源，綠色環(huán)保制氫技術(shù)研究具有重要意義。

（l）“CuCl-HQ熱電循環(huán)制氫，，經(jīng)過(guò)溶解、電解、熱水解和熱分解4個(gè)步驟，其過(guò)程如圖所示。

①電解在質(zhì)子交換膜電解池中進(jìn)行。陽(yáng)極區(qū)為酸性CuCl；溶液，陰極區(qū)為鹽酸，電解過(guò)程中CuCl：轉(zhuǎn)化為CuCl：。

電解時(shí)陽(yáng)極發(fā)生的主要電極反應(yīng)為（用電極反應(yīng)式表示）。

②電解后，經(jīng)熱水解和熱分解的物質(zhì)可循環(huán)使用。在熱水解和熱分解過(guò)程中，發(fā)生化合價(jià)變化的元素有（填

元素符號(hào)）。

⑵“Fe-HCO「Hq熱循環(huán)制氫和甲酸”的原理為:在密閉容器中，鐵粉與吸收CO?制得的NaHCO3溶液反應(yīng)，生成H?、

HCOONa和Fe3O4；Fe3O4再經(jīng)生物柴油副產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為Fe。

①實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在300c時(shí)，密閉容器中NaHCOs溶液與鐵粉反應(yīng)，反應(yīng)初期有FeCO、生成并放出H?,該反應(yīng)的離

子方程式為。

②隨著反應(yīng)進(jìn)行，F(xiàn)eCOj迅速轉(zhuǎn)化為活性FeQx，活性FeQx是HCO；轉(zhuǎn)化為HCOCX的催化劑，其可能反應(yīng)機(jī)理

如圖所示。根據(jù)元素電負(fù)性的變化規(guī)律。如圖所示的反應(yīng)步驟I可描述為

H-C-<?

HCOO?

③在其他條件相同時(shí)，測(cè)得Fe的轉(zhuǎn)化率、HCOO的產(chǎn)率隨C(HCO：J變化如題圖所示。HCOO的產(chǎn)率隨c(HCO：J

聾

*r

J

*圖

?、

(3)從物質(zhì)轉(zhuǎn)化與資源綜合利用角度分析，“Fe-HCOj-H。熱循環(huán)制氫和甲酸”的優(yōu)點(diǎn)是

【答案】⑴CuCl2+2Cr-e-=CuCl*-Cu、0

⑵Fe+2HCO；22些FeCO,J+CO^+H2T吸附在催化劑的Fe?+上的H與HCO,中碳原子作用，吸附在。2一的H

與HCO：中的羥基氧作用生成的H2O和HCOO均吸附在上Fe2+隨c(HCO；)增加，催化劑的量增多，增大了接觸

面積，H2的產(chǎn)量增大，HCOO的產(chǎn)率增大

(3)制得H2,C02轉(zhuǎn)化為甲酸，生物柴油副產(chǎn)品的利用

4.溫室氣體的利用是當(dāng)前環(huán)境和能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

(1)CH4與CO2重整可以同時(shí)利用兩種溫室氣體，其工藝過(guò)程涉及如下反應(yīng):

,

反應(yīng)①：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)；△H1=+247.4kJmor

l

反應(yīng)②:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)；△H2=+41.2kJ.mor

反應(yīng)③：CH4(g)+^O2(g)CO(g)+2H2(g);AH,-35.6kJmor'

試卷第4頁(yè)，共83頁(yè)

一定條件下，向體積為的密閉容器中通入、各及少量。廠測(cè)得不同溫度下反應(yīng)平衡時(shí)各產(chǎn)物

VLCH4CO?l.Omol

產(chǎn)量如圖所示。

9

O

E

、L

訊1

世

7

o.

038501000I1501300

溫度/K

①圖中a代表產(chǎn)物o

②當(dāng)溫度高于的產(chǎn)量隨溫度升高而下降的主要原因是。

900K,H2O

(2)CO?電催化轉(zhuǎn)化合成氣：CO?電還原反應(yīng)機(jī)理如圖所示，由圖可知，催化劑選擇納米A%5(納米A%指的是含55

個(gè)原子的Au納米顆粒)，理由是。該過(guò)程中，發(fā)生還原反應(yīng)的步驟為(填或"nr>

注:*—催化劑

>1.5

。

畫(huà)1.0

盥

0.5

玄

蕓0.0

—++

0.5■*+CO2+2H-L*COOH*+HCO*+H2oi*+CO+H2O'

-1.0

反應(yīng)歷程

(3)Li-CC)2電池能將二氧化碳(CCh)高效轉(zhuǎn)化，研究表明，該電池反應(yīng)產(chǎn)物為碳酸鋰和單質(zhì)碳，旦CO2電還原后與

鋰離子結(jié)合形成碳酸鋰按以下4個(gè)步驟進(jìn)行，寫(xiě)出步驟III的離子方程式。

1.2CO2+2e-=C2O；-ILCqf=CO,+CO^

III.IV.CO『+2Li+=Li2co、

(4)2021年9月，《科學(xué)》雜志發(fā)表論文，介紹人類(lèi)首次以二氧化碳為原料?，不依賴植物光合作用，直接經(jīng)過(guò)11步

路徑人工合成淀粉。前兩步，是先將二氧化碳還原為甲醛。

請(qǐng)寫(xiě)出前兩步總反應(yīng)的化學(xué)方程式：

【答案】⑴比分解生成和

H20H202

⑵活化能低hII

(3)CO2+2C0；=C+2CO：

(4)CO2+3H2+H2O2=CH2O+3H2O

5.H2O2、O2、O3在水中可形成具有超強(qiáng)氧化能力的羥基自由基(OH),能有效去除廢水中的H2P0〉CN-,苯酚等

物質(zhì)

在一定條件可處理廢水中

(1)H2O2>03H2PO；0

①弱堿性條件下QH將H2PO；氧化成PO：,該反應(yīng)的離子方程式為。

②為比較不同投料方式下含PbPO；模擬廢水的處理效果，向兩份等體積廢水樣品中加入等量H2O2和03,其中一份

再加入FeSCU。反應(yīng)相同時(shí)間,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。

100

8o%

、

楙

嫂

6o0總磷濃度

運(yùn)

4o幅S次磷酸鹽濃度

梅

7圖次磷酸鹽氧化率

2O一

懈口磷元素沉淀率

00

2+

H,O2+O,H,O2+O,+Fe

添加FeSO4后，次磷酸鹽氧化率、磷元素沉淀率均顯著提高，原因是

(2汨2。2、。2在一定條件下可處理廢水中的CN-

①工業(yè)上通過(guò)電激發(fā)O2處理廢水中的CN:反應(yīng)機(jī)理如圖所示，其過(guò)程可描述為

2、H2O>CO；

fCN-

,HO?、OH-

電^H2O2

極

②已知Cd+可催化過(guò)氧化氫氧化CN\在含氧廢水總量、過(guò)氧化氫用量和溶液pH一定的情況下，反應(yīng)相同時(shí)間,

測(cè)得CN-的氧化去除率隨c(Cu2+)的變化如圖所示。c(Cu2+)超過(guò)90mg-U時(shí)，CN-的氧化去除率有所下降，原因是

試卷第6頁(yè)，共83頁(yè)

(3汨2O2在Fe3O4催化下可有效除去廢水中的苯酚等有機(jī)污染物。除去廢水中的苯酚的原理如圖所示。研究在不同初

始pH條件下，苯酚的去除率隨時(shí)間的變化，結(jié)果表明：在反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，初始pH=6的溶液中苯酚的去除率明顯低

于初始pH=3的溶液，但一段時(shí)間后兩者接近，原因是o

【答案】⑴4OH+2OH+H2PO2=POt+4H2OFe?.促進(jìn)H2O2和O3產(chǎn)生QH,氧化產(chǎn)生的Fe3+將P0：轉(zhuǎn)化

為FePCM沉淀

⑵。2在陰極得電子被還原成結(jié)合H+生成Q2H,.ChH分解生成02和H2O2,H2O2在陰極得電子產(chǎn)生

1

的QH和OH將CN-氧化生成N2、CO；、H20c(CiP+)超過(guò)90mg.L-,會(huì)催化過(guò)氧化氫分解，導(dǎo)致H2O2產(chǎn)生QH

的數(shù)目減少

(3)酸性有利于QH的形成，所以初始pH=3的溶液在開(kāi)始時(shí)去除率較高；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，苯酚轉(zhuǎn)化為乙酸，使溶

液酸性增強(qiáng)，pH=6的溶液中苯酚去除率顯著提高，最終兩者的去除率接近

6.鈾(U)可用作核燃料。核廢料中+6價(jià)的鈾［U(VI)］可以通過(guò)以下兩種方法處理。

(1)電化學(xué)還原法。U(VI)還原為U(IV)的電化學(xué)裝置如圖所示。

+-

陽(yáng)離子交換膜

+4++

陰極上發(fā)生反應(yīng)：UO2+4H+2e-U+2H2O.NO；+3H+2e-HNO2+H2O

+

陰極區(qū)溶液中發(fā)生反應(yīng)：2HNC)2+U4+=UO；++2NOT+2H+、2HNO2+N2H；=N2OT+N2t+3H2O+H

①反應(yīng)2HNO2+N2H；=N2OT+N2T+3H2O+H+中，每生成O.lmolN2轉(zhuǎn)移電子mol。

②陰極區(qū)溶液中加入N2H5NO3的目的是O

③以恒定電流進(jìn)行電解，測(cè)得陰極區(qū)溶液中部分離子的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間變化如圖所示。

-B-UO/

2

3..54

LL

.3..

O13.O

E93.目

、3

弱

超

燙

三1

酮

酮2

S品

.5

蜒

眼.0

磐

。S

.5

50100150200

時(shí)間/min

i.0~lOOmin,電路中每轉(zhuǎn)移Imole;陰極區(qū)H+減少mol。

ii」00~200min,c(H+)下降速率低于lOOmin前，原因是。

(2)吸附-沉淀法。氟磷灰石［Caio(P04)6F2］可吸附溶液中的U(VI)并形成Ca(UO2)2(PO4)2沉淀。

①900C條件下，煨燒CaF2、Ca(OH”和Ca2P2O7混合物，可制得吸附劑氟磷灰石。該反應(yīng)的化學(xué)方程式為。

②U(VI)的微粒越小，氟磷灰石吸附-沉淀的效果越好。溶液的pH會(huì)影響氟磷灰石表面所帶電荷。pH=2.5氟磷灰石

表面不帶電，pH<2.5氟磷灰石表面帶正電，pH>2.5氟磷灰石表面帶負(fù)電。U(VI)在不同pH的酸性溶液中的主要物

種分布分?jǐn)?shù)(平衡時(shí)某物種的濃度占各物種濃度之和的分?jǐn)?shù))如圖甲所示。不同pH溶液中，吸附達(dá)到平衡時(shí)單位質(zhì)

量氟磷灰石吸附U(VI)的質(zhì)量如圖乙所示。

L

凝%

.

去400

#S6E0300

曲

東200

段

立100

06.

磐

溪

(

>避

2

□0.t

pH=3時(shí)氟磷灰石的平衡吸附量高于pH=2和pH=4時(shí)的平衡吸附量,原因分別是.

試卷第8頁(yè)，共83頁(yè)

【答案】⑴0.4消耗反應(yīng)中生成的HNCh,防止HNO2與U4+反應(yīng)1lOOmin后NO3參與電極反應(yīng)，相同

時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)移等量電子時(shí)，NO；比UO；*消耗的H+更少，且生成的HNCh與N?H；反應(yīng)有H+生成

900℃一

(2)CaF2+3Ca(OH)2+3Ca2P2O7^=Cai0(PO4)6F2+3H2OpH=2時(shí)，氟磷灰石表面帶正電，pH=3時(shí)，氟磷灰石表

面帶負(fù)電，帶負(fù)電氟磷灰石更易吸附溶液中帶正電的UO；；pH=4時(shí)，溶液中U(VI)以UO；、(UO2)3(OH)J、

+

(UO2)2(OH)^三種形式存在，后兩種粒子半徑較大，不易被吸附

7.用化學(xué)方法降解水中有機(jī)物已成為污水處理領(lǐng)域的重要研究方向。

(1)酸性條件下，鐵炭混合物處理污水中硝基苯時(shí)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化示意圖如圖1所示。

①該物質(zhì)轉(zhuǎn)化示意圖可以描述為

②其他條件一定，反應(yīng)相同時(shí)間，硝基苯的去除率與pH的關(guān)系如圖2所示。pH越大，硝基苯的去除率越低的原因

是.

NH?

(2)向含F(xiàn)e2+和苯胺(、2++3+

)的酸性溶液中加入雙氧水，會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：Fe+H+H2O2=Fe+HO+H2O

①HO?(羥基自由基)具有強(qiáng)氧化性，能將溶液中的苯胺氧化成CO2和N2。寫(xiě)出該反應(yīng)的離子方程式:

②H2O2也具有氧化性，設(shè)計(jì)驗(yàn)證苯胺是被HO?氧化而不是被H2O2氧化的實(shí)驗(yàn)方案:

(3)利用電化學(xué)裝置通過(guò)間接氧化法能氧化含苯胺的污水，其原理如圖3所示。其他條件一定，測(cè)得不同初始pH條

件下，溶液中苯胺的濃度與時(shí)間的關(guān)系如圖4所示。反應(yīng)相同時(shí)間，初始溶液pH=3時(shí)苯胺濃度大于pH=10時(shí)的原

因是。[已知氧化性：HC10(H+)>C10(0H)]

比0或OH

)^-卜100或cio-

crci/

接電源正極

圖3

【答案】(1)鐵失去電子變成Fe2+,電子傳遞到炭中，NO2在炭表面得到電子變成NO,NO再得到電子變成

NH2pH增大，F(xiàn)e2+生成Fe(OH)2沉淀，F(xiàn)e(OH)2沉淀覆蓋在鐵炭混合物表面，阻礙了反應(yīng)的進(jìn)行，降低了反應(yīng)速

率

⑵2NH2+62HO-12co2T+N2T+38H2。向一定量苯胺溶液中加入H2O2溶液，無(wú)明顯現(xiàn)象(測(cè)定苯胺未發(fā)生反

應(yīng))，再加入FeSCU溶液，有氣泡產(chǎn)生(測(cè)定苯胺己發(fā)生反應(yīng))

(3)酸性條件下CL不易與水反應(yīng)生成HC1O,pH=3時(shí)的溶液中HC1O溶液濃度遠(yuǎn)小于pH=10時(shí)的CIO濃度，反應(yīng)

速率較慢

8.酸性廢水中的珅元素主要以亞礎(chǔ)酸(H3ASO3)形式存在。已知As2s3難溶于水，也不溶于稀硫酸、稀鹽酸等無(wú)機(jī)酸。

(1)工業(yè)上采用硫化法(通常用Na2S)去除廢水中的碑。

①向酸性廢水中加入Na2S,產(chǎn)生的H2s與H3ASO3反應(yīng)生成As2s3的化學(xué)方程式為。

38

②沉淀后，若廢水中c(S")=1.0xl()-4mo].L-i,則C(AS3+)=.。[Ksp(As2S3)=4.0xlO-]o

③為了防止As2s3與過(guò)量的S2-形成絡(luò)合離子而溶解，通常需添加適量的FeSCU溶液，形成FeS,與As2s3共沉淀。

驗(yàn)證沉淀中含有FeS的實(shí)驗(yàn)方法是o

(2)用硫代硫酸鈉(Na2s2O3)替代Na2s處理含碎酸性廢水可避免H2s污染。

①Na2s2。3去除酸性廢水中H3ASO3的反應(yīng)機(jī)理如圖1所示，S2O；經(jīng)過(guò)“途徑I”的除碑過(guò)程可描述為(圖中

②其他條件相同時(shí)，在紫外線照射下，將Na2s2O3分別加入到不含H3Aseh的酸性廢水和含H3AsO3的酸性廢水中,

監(jiān)測(cè)到反應(yīng)過(guò)程中部分物質(zhì)的濃度變化如圖2所示，發(fā)現(xiàn)均不釋放H2S,其原因是。

2

2

C

I

(/

/aO

cIU1

E1、)

)隧

、

勝

墩

在

O

O

OO525

O5O15252030

12030

時(shí)間/min_時(shí)間/min

圖2

【答案】3H1S+2H,AsO,=As1S,J+6HQ2.0x1O^mol/L取少量反應(yīng)后沉淀于過(guò)濾器中，用蒸儲(chǔ)水洗滌，向

試卷第10頁(yè)，共83頁(yè)

濾液中滴加幾滴KSCN溶液和少量氯水，不變紅，取少量洗滌干凈的沉淀于試管中，加入足量稀鹽酸，過(guò)濾，向?yàn)V

液中加入幾滴KSCN溶液，若出現(xiàn)紅色，則說(shuō)明原沉淀中含有FeSS2O；與氫離子在紫外線照射條件下可以生成

HS.,兩個(gè)HS?可以結(jié)合生成H2s2,H2s2分解得到S8和H2S,H2s與H3ASO3發(fā)生反應(yīng)生成ASS3向不含H3ASO3

的酸性廢水中加入Na2s2。3時(shí)，S2O；與H+在紫外線照射條件下生成的H2s可與SzO；在紫外線照射條件下生成的

亞硫酸根發(fā)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為S8；向含H3ASO3的酸性廢水中加入Na2s2。3,S2O；與H+在紫外線照射條件下生成的

和反應(yīng)生成硫化碑沉淀的速率大于與亞硫酸根反應(yīng)轉(zhuǎn)化為的速率

H2sH3ASO3H2sS8

9.工業(yè)上常用C02為原料合成甲酸或甲醇。

I.用C02和水蒸氣為原料?，在等離子體和雙金屬催化劑xZnOyZK)?的作用下制備CH30H。研究表明，在等離子體

的協(xié)同下，雙金屬催化劑中的ZrCh更易形成氧空位，從而更有利于吸附或結(jié)合外界O原子，使得制備CHQH的反

應(yīng)條件更趨溫和。

(1)催化劑的制備

將一定比例的Zn(NO3)2-6Hq和ZrO(NO3『7Hq溶于水，攪拌下將其滴入pH為8的氨水中，充分反應(yīng)后得到

xZn(OH)2-yZr(OH)4沉淀，將固體過(guò)濾、洗滌、干燥，于55OC焙燒6h,制得雙金屬催化劑xZnOjZrO?。寫(xiě)出生成

Wn(OH)2.yZr(OH)4沉淀的離子方程式：。

(2)工藝參數(shù)的研究

控制水蒸氣流速為28.74mLminT、溫度為150℃、反應(yīng)電流為4.17A,在使用單獨(dú)的等離子體(P)、等離子體與雙

金屬催化劑協(xié)同(P+C)兩種不同催化條件下，測(cè)得C02流速對(duì)醇類(lèi)產(chǎn)生的影響關(guān)系如圖所示。

-

E

o

E

m

曲

也

新

爵

①無(wú)論使用何種催化條件，CH30H的產(chǎn)量均隨著CO?流速的增大而下降，其原因是。

②分析圖像可知，選用等離子體與雙金屬催化劑協(xié)同催化條件的優(yōu)勢(shì)是。

(3)反應(yīng)機(jī)理的分析

利用等離子體和雙金屬催化劑催化和反應(yīng)生成的過(guò)程中的化合價(jià)發(fā)生變化，可能

xZnOfZrOzCO2H2OCH30HZr

機(jī)理如圖所示：

“一”表示化學(xué)健,

”表示吸附作用。

①Zr的常見(jiàn)化合價(jià)有+2、+3和+4,上圖步驟(IH)中，元素Zr化合價(jià)發(fā)生的變化為

②增大反應(yīng)電流，等離子體會(huì)釋放出數(shù)量更多、能量更大的高能粒子。隨著反應(yīng)電流的增加，CH30H的產(chǎn)量增大,

其可能原因是

II.工業(yè)上可以通過(guò)CO2電催化加氫合成甲酸。一種利用電催化反應(yīng)器合成甲酸的工作原理如圖所示.

C°2>覆蓋催化劑的Sn電極J12和CO

(4)若控制原料H2的流速為22.4L.min，且保證CCh氣體略過(guò)量，通氣lOmin后，陰極收集到5.6LH?和CO的混

合氣體，陽(yáng)極出口處收集到22.4LHz則生成HCOOH的物質(zhì)的量為。(氣體體積均己折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下

的體積)

(5)電極表面積對(duì)CO2轉(zhuǎn)化率和HCOOH選擇性［黑湍與］的影響如圖所示?？刂破渌麠l件不變，隨著電極表面積

的增大，CO2轉(zhuǎn)化率增大且HCOOH選擇性下降的原因是。

°,50300035004000450050000.80

電極表面積/cm'

【答案】(Dx^K+yZrO^+Cx+Z)，)?^?2HHQ>2H<kZ?(O7/XyZr(O")?+(xly、NH；

UV?弟12貝，共83只

(2)增大CO2的流速，縮短了C02和水蒸氣的接觸時(shí)間，更多的原料氣未得到充分反應(yīng)；抑制生成乙醇的副

反應(yīng)的發(fā)生，且能夠提高甲醇產(chǎn)量

(3)+3價(jià)變?yōu)?4價(jià)在數(shù)量更多、能量更大的帶負(fù)電的高能粒子作用下，更多的水蒸氣分子斷裂出H原子；同

時(shí)催化劑中的ZrO2表面形成更多的氧空位，提高了反應(yīng)物在催化劑上的吸附能力和成鍵能力，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行

(4)8.75mol

(5)越多；電極表面積增大，通過(guò)電極的電流增大，且增加了二氧化碳與催化劑的接觸面積，提高了單位時(shí)間內(nèi)二氧

化碳的轉(zhuǎn)化率；但同時(shí)也加快了副反應(yīng)的反應(yīng)速率，陰極會(huì)析出更多的H2和CO,使HCOOH的選擇性降低。

10.磷的化合物應(yīng)用廣泛。

(1)磷酸鐵(FePO4)用于生產(chǎn)新型動(dòng)力鋰電池的電極材料。生產(chǎn)原理：向硫酸鐵溶液中先加入磷酸調(diào)節(jié)鐵磷比，再加

氨水調(diào)節(jié)溶液pH,析出磷酸鐵沉淀。一定條件下，探究pH對(duì)磷酸鐵沉淀的影響，結(jié)果如圖所示。

①在pH為1?2.5時(shí)，加入氨水生成沉淀的主要成分為磷酸鐵，生成磷酸鐵的化學(xué)方程式為o

②在pH為2.5?3.0時(shí)，隨pH增大，磷的沉淀率開(kāi)始下降，其可能原因是。

(2)磷化硼(BP)是一種超硬耐磨涂層材料，它可用作金屬的表面保護(hù)層。磷化硼晶胞結(jié)構(gòu)如圖甲所示(白球代表磷原

子，黑球代表硼原子)。

甲乙

①磷化硼(BP)晶體屬于晶體。

②磷化硼晶胞沿著體對(duì)角線方向的投影如圖乙所示(圖乙中表示原子的投影)，圖乙中B原子的投影位置為

(用序號(hào)表示)。

(3)磷化氫(P&)是一種熏蒸劑，在貯糧中用于防治害蟲(chóng)，一種制備PH，的流程如下:

過(guò)量一?PH

白磷濃NaOH溶液

“4)△次磷酸鈉

硫酸A次磷酸分解「PH3

~\NaH2P。2)

—?H3Po4

①白磷與過(guò)量濃NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式：

②計(jì)算62gP,理論上共生產(chǎn)PH,氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體枳

【答案】⑴Fe2(SO4)3+2H3PO4+6NH3H2O=2FePO41+3(NH4)2SO4+6H2O；隨pH的增大，部分FePCU轉(zhuǎn)化

為Fe(0H)3,從而釋放出部分P0：；

(2)共價(jià)；1246或1357；

A

(3)P4+3OH+3H2O=PH3f+3H2PO；；28L。

11.我國(guó)對(duì)世界鄭重承諾：2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，而研發(fā)CO2的碳捕捉和碳利用技術(shù)則是

關(guān)鍵。

(1)大氣中的CO2主要來(lái)自于煤、石油及其他含碳化合物的燃燒，CH4與CO2重整是CO2利用的研究熱點(diǎn)之一。該

重整反應(yīng)體系主要涉及以下反應(yīng)：

①CH4(g)峰(C(s)+2H2(g)AHi=akJ?mol-'

②CCh(g)+H2(g)港”C0(g)+H20(g)AH2=bkJ?moll

③2co(g)語(yǔ)(CO2(g)+C(s)AH3=ckJ?mol-'

反應(yīng)CH4(g)+CO2(g)峰與2co(g)+2H2(g)的AH=

(2)多晶Cu是目前唯一被實(shí)驗(yàn)證實(shí)能高效催化CO2還原為煌類(lèi)(如C2H4)的金屬。如圖1所示，電解裝置中分別以多

晶Cu和Pt為電極材料，用陰離子交換膜分隔開(kāi)陰、陽(yáng)極室，反應(yīng)前后KHCO3濃度基本保持不變，溫度控制在10℃

左右。生成C2H4的電極反應(yīng)式為.

(3)CCh的電化學(xué)催化還原具有條件溫和、對(duì)環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)。Cu對(duì)C02的電還原有一定的催化作用。在

O.lmol-LTCuSCMH2s04溶液中，改變沉積時(shí)間，進(jìn)行恒電位沉積制備納米Cu電極。圖2是根據(jù)不同沉積時(shí)間制備

的納米Cu電極的循環(huán)伏安曲線作出的CO2的還原峰電流(峰電流越大，表明納米Cu電極催化效果越好)與沉積時(shí)間

試卷第14頁(yè)，共83頁(yè)

的關(guān)系圖，沉積時(shí)間超過(guò)50s,進(jìn)一步延長(zhǎng)沉積時(shí)間，納米Cu電極催化效果減弱的原因是,

(4)常溫下，以NaOH溶液作CO2捕捉劑不僅可以降低碳排放，而且可得到重要的化工產(chǎn)品Na2co3。用ILNa2co3

溶液將2.33gBaSO4固體全都轉(zhuǎn)化為BaCO3)再過(guò)濾，所用的Na2cCh溶液的物質(zhì)的量濃度至少為mobL'o

[已知：常溫下Ksp(BaS04)=lxlOLKsp(BaCC)3)=lxlO-i。；忽略溶液體積變化]

(5)章根強(qiáng)課題組通過(guò)溫和的自光刻技術(shù)制備出富含氧空位的CO(C03)O.5(OH)-0.11H20納米線(用Co"表示)，測(cè)試結(jié)

果表明，該Co"在可見(jiàn)光下具有優(yōu)異的光催化CO2還原活性。分析表明，該CO?還原催化機(jī)理為典型的C0n/CoI反

應(yīng)路徑(如圖3)。首先，光敏劑([Ru(bpy)3]2+)通過(guò)可見(jiàn)光照射被激發(fā)到激發(fā)態(tài)([Ru(bpy)3p+*),隨后([Ru(bpy)3p+*)被

TEOA淬滅得至也Ru(bpy)3]+)還原物種，該還原物種將向Co"供激發(fā)電子將Co"還原為Co*。(結(jié)合圖示，描

述CO2還原為CO的過(guò)程)

【答案】⑴(a-c)

⑵14co2+12e—8H20=C2H4+12HC0,

(3)沉積時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，由于電極表面沉積的Cu量過(guò)大，會(huì)形成脫落，從而使電極表面不均勻，因此使電催化還原效果

變差

(4)0.11

(5)Co【失去一個(gè)電子轉(zhuǎn)化為Co",同時(shí)失去的電子被轉(zhuǎn)移到吸附在光催化劑表面的CO2上生成Co"COO,Co"COO

再結(jié)合一個(gè)H+轉(zhuǎn)化為Co"COOH,H+得到一個(gè)電子和Co"COOH結(jié)合生成Co"CO和

H2O(Co"COOH+H++e=Co"CO+H2O),最后中間產(chǎn)物Co"CO從Co活性中心處解吸出游離的CO分子

12.用化學(xué)方法進(jìn)行環(huán)境修復(fù)已成為環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域的重要研究方向。

(1)。3能將NO和NO,轉(zhuǎn)化成綠色硝化劑Nq，。已知下列熱化學(xué)方程式：

-1

2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)AW=+106.2kJ-mol

-1

2NO(g)+O2(g)=2NO,(g)△〃=—[14kJ.mol

1

2O3(g)=30,(g)\H=-284.2kJ.mol

則反應(yīng)2NO(g)+2NO2(g)+2O3(g)=2Mo$(g)+O2(g)的AH=?

(2)納米零價(jià)鐵(ZVI)因其高比表面積、優(yōu)異的吸附性、較強(qiáng)的還原性和反應(yīng)活性等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于污染物的去除.

①ZVI可通過(guò)FeCU/HQ和NaBH,溶液反應(yīng)制得，同時(shí)生成H>B(OH)；,制備過(guò)程中需要不斷通入高純氮?dú)?

其目的是o

②ZVI電化學(xué)腐蝕處理三氯乙烯進(jìn)行水體修復(fù)，H+、。2、NO；等物種的存在會(huì)影響效果，水體修復(fù)的過(guò)程如圖所

示。有效腐蝕過(guò)程中，生成Imol乙烯所轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為mol,過(guò)程d對(duì)應(yīng)的電極反應(yīng)式為。

(3)催化劑協(xié)同ZVI能將水體中的硝酸鹽(N0；)轉(zhuǎn)化為N2,其催化還原反應(yīng)的過(guò)程如圖所示。

②為有效降低水體中氮元素的含量，宜調(diào)整水體pH為4.2,當(dāng)pH<4.2時(shí)，隨pH減小，電生成率逐漸降低的原因

是。

(4)利用電化學(xué)裝置通過(guò)間接氧化法能氧化含苯胺的污水，其原理如圖甲所示。其他條件一定，測(cè)得不同初始pH條

件下，溶液中苯胺的濃度與時(shí)間的關(guān)系如圖乙所示。反應(yīng)相同時(shí)間，初始溶液pH=3時(shí)苯胺濃度大于pH=10時(shí)的原

因是o

[已知氧化性：HC1O(H,)>C1O(OH)]

試卷第16頁(yè)，共83頁(yè)

J/

餐電,正便

甲乙

【答案】⑴-504.4kJ-moL

(2)排除裝置中存在的空氣，防止制得的納米零價(jià)鐵被氧化；及時(shí)排出H?,防止爆

+

炸6NO；+10H+8e=NH*+3H2O

(3)納米零價(jià)鐵在催化劑表面失去電子變?yōu)閬嗚F離子，在催化劑層中氫離子得到電子變?yōu)闅湓?，在酸性條件下

氫原子還原硝酸根變?yōu)镹H,NH失去氫原子變?yōu)榈獨(dú)鈖H減小，中濃度增大，會(huì)生成更多的H,使NO：被還原

的中間產(chǎn)物NH更多的與H反應(yīng)生成NH；,減少N?的生成

(4)酸性條件下Cl?不易與水反應(yīng)生成HC1O,pH=3時(shí)的溶液中HC1O濃度遠(yuǎn)小于pH=10時(shí)的C1CT濃度，反應(yīng)速率

較慢

13.H2s是石油化工行業(yè)尾氣，是重要的氫源和硫源，工業(yè)上可以采取多種方式處理。

(1)電化學(xué)循環(huán)法將H2S轉(zhuǎn)化為H2so4和H2,其原理如圖1所示。

①電極a上發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為。

②氧化過(guò)程中硫酸參與的反應(yīng)為H?S+H2sC)4=SO2T+S1+2H20。不考慮物質(zhì)和能量的損失，每處理1molWS,

理論上可制得H2的物質(zhì)的量為。

(2)30C時(shí);T.F菌在酸性環(huán)境中處理天然氣中的H2s的過(guò)程如圖2所示。

S、Clh

CH』、H;S

①該脫硫的過(guò)程可描述為。

②30℃時(shí)，T.F菌作用下，不同pH下Fe2+的氧化速率與pH的關(guān)系如圖3所示。工業(yè)上選擇pH在2.1進(jìn)行反應(yīng),

其氧化速率最快，可能的原因是

_(

q，

L

8

稀

?

3

懈

z+

。

工

(3)熱解H2s獲取氫源，原理是將H2s和CH4的混合氣體導(dǎo)入石英管反應(yīng)器熱解，發(fā)生如下反應(yīng):

反應(yīng)I.2H2s（g）2H2（g）+S2（g）;AH=+170kJmol'?

反應(yīng)H.CH4（g）+S2（g）.CS2（g）+2H2（g）；AH=+64kJmol'o

V(H,S)

投料按體積之比高年-=2：1,并用N2稀釋?zhuān)怀?，不同溫度下反?yīng)相同時(shí)間后，測(cè)得H2和CS2體積分?jǐn)?shù)如下表:

溫度rc9501000105011001150

H2體積分?jǐn)?shù)(％)0.51.53.65.58.5

CS2體積分?jǐn)?shù)(％)0.00.00.10.41.8

三V(H,S)__V(H,S)

①在1000℃、常壓下，若保持通入的H2s體積分?jǐn)?shù)［v/H、］不變，提高投料比病宗，H2s

的轉(zhuǎn)化率..(填“增大”"減小''或"不變”)。

②實(shí)驗(yàn)測(cè)定，在950?1150C范圍內(nèi)(其他條件不變)，S2(g)的體積分?jǐn)?shù)隨溫度升高先增大而后減小，其原因可能

是.

【答案】（1）SO2-2e+2H2O=SO：+4H‘2mol

試卷第18頁(yè)，共83頁(yè)

(2)酸性環(huán)境中，在T.F菌的催化下，F(xiàn)e3+將天然氣中的H2s氧化為S,同時(shí)被還原為Fe?，生成的Fe?+被O2氧

化為Fe3+,繼續(xù)參與循環(huán)反應(yīng)pH大于2.1時(shí)，F(xiàn)e3+開(kāi)始沉淀，導(dǎo)致Fe3+和Fe?+濃度降低，F(xiàn)e2+氧化速率減慢；

當(dāng)pH小于2.1時(shí)，酸性增強(qiáng)，T.F菌活性降低，F(xiàn)e2+氧化速率減慢

(3)不變低溫段，只發(fā)生反應(yīng)I,溫度升高，S2(g)的體積分?jǐn)?shù)增大；在高溫段，溫度升高，反應(yīng)H消耗S2的

速率大于反應(yīng)生成的速率，故的體積分?jǐn)?shù)減小

IS2S2(g)

14.鐵黃(FcOOH)是一種重要的化工產(chǎn)品。