當(dāng)前位置： 2023-2024學(xué)年湖北省武漢二中高三（上）月考化學(xué)試卷（10月份）> 試題詳情

為了實現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)，二氧化碳的高效利用成為研究的熱點。某研究小組采用雙合金團(tuán)簇催化甲烷干法重整法（DRM）取得了良好的效果。已知：CH₄、H₂、CO的燃燒熱分別為-890.3kJ/mol、-285.8kJ/mol,-283kJ/mol。
（1）甲烷干法重整（DRM）反應(yīng)為CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H，則△H=
+247.3kJ/mol
+247.3kJ/mol
。
（2）通過大量的研究Pt₁₂Ni、Sn₁₂Ni、Cu₁₂Ni三種雙金屬合金團(tuán)簇可用于催化DRM反應(yīng)，在催化劑表面涉及多個基元反應(yīng)，分別為過程1：甲烷逐步脫氫，過程2：CO₂的活化（包括直接活化和氫誘導(dǎo)活化），過程3：C和CH的氧化，過程4：擴(kuò)散吸附反應(yīng)。其反應(yīng)機(jī)理如圖1所示。

則CO₂的氫誘導(dǎo)活化反應(yīng)方程式為
CO₂+H=CO+OH
CO₂+H=CO+OH
，過程3的最終產(chǎn)物為
CO*
CO*
，過程4發(fā)生擴(kuò)散吸附的微粒為
H和OH
H和OH
。
（3）三種催化劑催化甲烷脫氯過程的能量變化如圖2所示：

①甲烷脫氫過程中最大活化能步驟為
CH₃=CH₂+H*
CH₃=CH₂+H*
。（用反應(yīng)方程式表示）
②Sn₁₂Ni、Pt₁₂Ni、Cu₁₂Ni三種催化劑催化甲烷脫氫過程的脫氫速率分別為v₁、v₂、v₃，則脫氫速率由大到小的順序為
v₂＞v₃＞v₁
v₂＞v₃＞v₁
。
③Sn₁₂Ni雙金屬團(tuán)簇具有良好的抗積碳作用，有效抑制碳沉積對催化劑造成的不良影響，請結(jié)合圖示解釋原因：
脫氫反應(yīng)第4步為CH=C+H，發(fā)生該步反應(yīng)，三種催化劑中Sn₁₂Ni需要克服的活化能最大，反應(yīng)不易發(fā)生，故產(chǎn)生的積碳較少
脫氫反應(yīng)第4步為CH=C+H，發(fā)生該步反應(yīng)，三種催化劑中Sn₁₂Ni需要克服的活化能最大，反應(yīng)不易發(fā)生，故產(chǎn)生的積碳較少
。
（4）已知：甲烷干法重整（DRM）過程中發(fā)生副反應(yīng)CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H＞0，T℃時，在恒壓反應(yīng)器中，通入2molCH₄和1molCO₂，總壓強(qiáng)為p₀，平衡時甲烷的轉(zhuǎn)化率為40%，H₂O的分壓為p。
①關(guān)于上述平衡體系，下列說法正確的是
CD
CD
（填標(biāo)號）。
A．n（CH₄）：n（CO₂）=2：1
B．將H₂O（g）液化，可以提高主反應(yīng)的速率
C．若反應(yīng)在恒容條件下進(jìn)行，甲烷轉(zhuǎn)化率小于40%
D．若降低反應(yīng)溫度，主、副反應(yīng)均逆向進(jìn)行
②DRM反應(yīng)的K_p=
（
8
p
0
23
+
P
）
2
×
（
8
p
0
23
-
P
）
2
6
p
0
23
×
（
p
0
23
-
P
）
（
8
p
0
23
+
P
）
2
×
（
8
p
0
23
-
P
）
2
6
p
0
23
×
（
p
0
23
-
P
）
（列出計算式即可，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）。

【答案】+247.3kJ/mol；CO₂*+H*=CO*+OH*；CO*；H*和OH*；CH₃*=CH₂*+H*；v₂＞v₃＞v₁；脫氫反應(yīng)第4步為CH*=C*+H*，發(fā)生該步反應(yīng)，三種催化劑中Sn₁₂Ni需要克服的活化能最大，反應(yīng)不易發(fā)生，故產(chǎn)生的積碳較少；CD；

（

）

（

）

（

）

【解答】

【點評】

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發(fā)布：2024/4/20 14:35:0組卷：64引用：4難度：0.5

相似題

1．環(huán)保是當(dāng)今社會最重要的課題，故研究NO_x、SO₂等大氣污染物的妥善處理具有重要意義。
（1）含氮化合物在生產(chǎn)、生命活動中有重要的作用?；卮鹣铝袉栴}：
已知4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H₁=-akJ/mol
4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（g）△H₂=-bkJ/mol
H₂O（1）═H₂O（g）△H₃=+ckJ/mol
寫出在298K時，氨氣燃燒生成N₂的熱化學(xué)方程式

。
（2）燃煤發(fā)電廠常利用反應(yīng)2CaCO₃（s）+2SO₂（g）+O₂（g）═2CaSO₄（s）+2CO₂（g）△H=-681.8kJ?mol^-1對煤進(jìn)行脫硫處理來減少SO₂的排放。對于該反應(yīng)，在T℃時，借助傳感器測得反應(yīng)在不同時間點上各物質(zhì)的濃度如下表：

時間/min
濃度/（mol?L^-1） 0 10 20 30 40 50

O₂ 1.00 0.79 0.60 0.60 0.64 0.64

CO₂ 0 0.42 0.80 0.80 0.88 0.88

①10～20min內(nèi)，平均反應(yīng)速率v（CO₂）=

mol?L^-1?min^-1；當(dāng)降低溫度，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K

。（填“增大”、“減小”或“不變”）
②30min后，只改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡。根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)判斷，改變的條件可能是

。（填字母）
A．通入一定量的CO₂
B．加入一定量的粉狀碳酸鈣
C．適當(dāng)縮小容器的體積
D．加入合適的催化劑
（3）NO_x的排放主要來自于汽車尾氣，有人利用反應(yīng)C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H=-34.0kJ?mol^-1，用活性炭對NO進(jìn)行吸附。已知在密閉容器中加入足量的C和一定量的NO氣體，保持恒壓測得NO的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖所示。由圖可知，1050K后反應(yīng)中NO的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而減小，其原因為

；在1100K時，N₂的體積分?jǐn)?shù)為

。
（4）用碘水可吸收SO₂，其中I₂可進(jìn)行反應(yīng)H₂（g）+I₂（g）?2HI（g）△H＜0達(dá)平衡后，降低溫度，平衡可能逆向移動，可能的原因是

。
（5）為避免汽車尾氣中的有害氣體對大氣的污染，需給汽車安裝尾氣凈化裝置。在凈化裝置中CO和NO發(fā)生反應(yīng)2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.8kJ?mol^-1，生成無毒的N₂和CO₂。實驗測得，v_正=k_正?c²（NO）?c²（CO），v_逆=k_逆?c（N₂）?c²（CO₂）（k_正、k_逆為速率常數(shù)，只與溫度有關(guān)）。
①達(dá)到平衡后，僅升高溫度，k_正增大的倍數(shù)

（填“＞”、“＜”或“=”）k_逆增大的倍數(shù)。
②若在1L的密閉容器中充入1mol CO和1mol NO，在一定溫度下達(dá)到平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率為40%，則
k
正
k
逆
=

。（算出具體數(shù)值，保留2位有效數(shù)字）

發(fā)布：2024/10/31 8:0:1組卷：16引用：1難度：0.5

解析

2．木炭、活性炭、炭黑、焦炭是由石墨的微小晶體和少量雜質(zhì)構(gòu)成的，均屬混合物。沒有固定的幾何外形，所以稱為無定形碳，在工業(yè)上有著重要用途。回答下列問題：

（1）木炭與硫黃、火硝（硝酸鉀）按一定比例混合即為黑火藥。黑火藥爆炸時生成硫化鉀、氮?dú)夂投趸?。黑火藥爆炸的化學(xué)方程式為

。若有15g木炭參加反應(yīng)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為

。
（2）工業(yè)上的炭黑是由烴類裂解而制得的高度分散性的黑色粉末狀物質(zhì)。
①已知幾個反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：
C（s）+O₂ （g）═CO₂（g）△H₁=-393.5kJ?mol^-1
2H₂（g）+O₂ （g）═2H₂O（1）△H₂=-571.6kJ?mol^-1
CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（1）△H₃=-890.3kJ?mol^-1
則由天然氣生產(chǎn)炭黑的熱化學(xué)方程式為

。
②如圖1是溫度對天然氣生產(chǎn)炭黑轉(zhuǎn)化率的影響，下列有關(guān)說法正確的是

。
A．甲烷裂解屬于吸熱反應(yīng)
B．增大體系壓強(qiáng)，能提高甲烷的轉(zhuǎn)化率
C．在反應(yīng)體系中加催化劑，反應(yīng)速率增大
D．升高溫度，該反應(yīng)的平衡常數(shù)減小
（3）活性炭可以用來凈化氣體和液體。
①用活性炭還原氮氧化物，可防止空氣污染。向1L密閉容器加入一定量的活性炭和NO，某溫度下發(fā)生反應(yīng)C（s）+2NO（g）═N₂（g）+CO₂（g），測得不同時間內(nèi)各物質(zhì)的物質(zhì)的量如下表：

物質(zhì)的量/mol
時間/min NO N₂ CO₂

0 0.200 0 0

10 0.116 0.042 0.042

20 0.080 0.060 0.060

30 0.080 0.060 0.060

此溫度下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

（保留兩位小數(shù)）。10～20min內(nèi)，NO的平均反應(yīng)速率為

；若30min后升高溫度，達(dá)到新平衡時，容器中c（NO）：c（N₂）：c（CO₂）=2：1：1，則該反應(yīng)的△H

0（填“＞”、“＜”或“=”）。
②活性炭和鐵屑混合可用于處理水中污染物。在相同條件下，測量總質(zhì)量相同、鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的鐵炭混合物對水中Cu²⁺和Pb²⁺的去除率，結(jié)果如圖2所示。當(dāng)混合物中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0時，也能去除水中少量的Cu²⁺和Pb²⁺，其原因是

；當(dāng)混合物中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50%時，隨著鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，Cu²⁺和Pb²⁺的去除率不升反降，其主要原因是

。

發(fā)布：2024/10/31 8:0:1組卷：2引用：1難度：0.6

解析

3．鉛具有優(yōu)秀的機(jī)械加工性能，可以制備各種性能優(yōu)良的合金。廣泛用于電池制造、機(jī)械、船舶工業(yè)、以及放射性防護(hù)等領(lǐng)域。
（1）鉛的主要礦藏形式是方鉛礦（PbS）利用其冶煉鉛的反應(yīng)過程如下：
2PbS（s）+3O₂（g）═2PbO（s）+2SO₂（g）△H=akJ?mol^-1
PbS（s）+2O₂（g）═PbSO₄（s）△H=bkJ?mol^-1
PbS（s）+2PbO（s）═3Pb（s）+SO₂（g）△H=ckJ?mol^-1
則利用方鉛礦和鉛礬礦（主要成分為 PbSO₄）冶煉鉛并生產(chǎn)一種可能造成酸雨的氣體的熱化學(xué)方程式為

。
（2）鉛也可以采用熱還原法冶煉：PbO（s）+CO（g ）?Pb（s）+CO₂（g）△H=d kJ?mol^-1，已知該反應(yīng)的平衡常數(shù)和溫度的關(guān)系如表：

溫度/℃ 300 727 1227

K 10^6.2 631 17.4

①d

0（填＞、＜或=）
②已知某溫度下 K=10，向密閉容器中加入足量的 Pb 和一定量的 CO₂ 平衡時，混合氣體中 CO 的體積分?jǐn)?shù)為

。
（3）新型液流式鉛蓄電池以可溶的甲基磺酸鉛為電解質(zhì)，電池總反應(yīng)：
Pb+PbO₂+4H⁺
放電
充電
2Pb²⁺+2H₂O
下列關(guān)于該電池的說法正確的是

。
a.充放電時，溶液中 Pb²⁺濃度保持不變
b.放電時，溶液中 H⁺向 PbO₂極區(qū)移動
c.放電時的負(fù)極反應(yīng)式為：Pb-2e^-═Pb²⁺
d.充電時的陽極反應(yīng)式為：Pb²⁺+4OH^--2e^-═PbO+2H₂O
（4）河流、湖泊中的鉛污染日益被人們重視。已知常溫下 Pb 元素在水中的各種存在形式物質(zhì)的量分?jǐn)?shù) α 和溶液 pH 的關(guān)系如圖所示：

向醋酸鉛溶液中逐滴滴加氫氧化鈉溶液至 pH=13時的主要離子反應(yīng)方程式是

，其平衡常數(shù)數(shù)值為

。
發(fā)布：2024/11/1 8:0:2組卷：29引用：1難度：0.2
解析

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時間/min 濃度/（mol?L^-1）	0	10	20	30	40	50
O₂	1.00	0.79	0.60	0.60	0.64	0.64
CO₂	0	0.42	0.80	0.80	0.88	0.88

物質(zhì)的量/mol 時間/min	NO	N₂	CO₂
0	0.200	0	0
10	0.116	0.042	0.042
20	0.080	0.060	0.060
30	0.080	0.060	0.060

溫度/℃	300	727	1227
K	10^6.2	631	17.4