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1、专题1 8 化学反应原理综合题1.(2023 江苏省南通市 统考一模)化学需氧量(COD)是指用强氧化剂将1L废水中的还原性物质氧化为二氧化碳和水所消耗的氧化剂的量，并换算成以。2为氧化剂时所消耗。2的质量。水体COD值常作为水体中有机污染物相对含量的综合指标之一、FentomFe?+/H?。?)法能产生Fe?+和具有强氧化性的羟基自由基(QH)引发一系列链式反应，被广泛应用于有机废水的治理。(1)羟基自由基(QH)的 电 子 式 为(2)分别取初始pH=4、COD=80的废水200mL,加入200mL H2O2,改变起始投加FeSC)4 7氏。的量，反应相同时间。测得反应后水样COD随Fe?
2、+投加量的关系如图所示。当Fe?+投加量超过lg-L T 时，反应后水样COD不 降 反 升 的 原 因 可 能 是。o I.I0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4Fe*投加收/g-L”(3)已知Q H 更容易进攻有机物分子中电子云密度较大的基团。1-丁醇比正戊烷更容易受到Q H 进攻的原因是 o(4)在 Fenton法的基础上改进的基于硫酸根自由基(SO；)的氧化技术引起关注。研究发现，一种乂叫。,石墨烯纳米复合材料对催化活化S,O：产生SO：具有很好的效果。S,O r 结构为2-i/OOAISLfoo与Fe2+/H?O2试剂相比，M n Q,一石墨烯 0 丁的使用范围
3、更广。S 04在强碱性条件下反应生成QH,写出该反应的离子方程式：O一种制取M n3O4 一石墨烯纳米复合材料的物种转化关系可表示为(GO表示石墨烯)NaBOz、H2NaBH4),空气/H,0Mn04-G0 A MnO-GO-:A Mn3O4-GO200 C 12h在石墨烯表面制得Imol M n3O4,理论上需要消耗N a B H 4 物质的量为 mol。利用该复合材料催化活化工0,并去除废水中有机污染物的可能反应机理如图所示。该机理可描述为2.（2023.江苏省常熟中学一模调研）空气中过量的二氧化硫会形成酸雨，易引起呼吸道疾病，因此，二氧化硫的污染治理是化学研究的重要课题。（1）石灰石一石
4、膏法是一种常见的“钙基固硫”方法。其中，石灰石的溶解率与脱硫效果有着密切的关系。可将催化条件下CaCO3吸收SO?宏观反应分为三步：i.CaCO?由固相溶解进入液相，溶解速率为RA；ii.SO?由气相扩散进入液相，扩散速率为RB；iii.在催化剂作用下，溶解的SO?和Ca2+发生化学反应，且反应在液相中进行，反应速率为R c。若温度变化对总反应速率的影响如图1所示，则：7SLOE0一温度在2545时，总 反 应 速 率 受（填“RA”、“RB”或“R c）控制。45550c（催化剂活性不变）曲线呈下降趋势的原因：一是由于CaCC）3的溶解度随温度升高而降低；二是（2）利用M nO?与SO?反应
5、既可消除污染又可以制备MnSO 将含有SO2尾气和一定比例的空气通入M n O 2 悬浊液中，保持温度不变的情况下，测得溶液中c（M i?+）和c（S O：）随反应时间的变化如图2 所ZK ot/h图2请写出Mu。2 与S O?反应的化学方程式：0导致溶液中c（M n?+）和c（S O：）的变化产生明显差异的原因是：（3）一种研究酸雨中水催化促进硫酸盐形成的化学新机制如图3 所示：请描述水催化促进硫酸盐形成的化学机制：通过“水分子桥”，处于纳米液滴中的S O：或 H S O；可以将电子快速转移给周围的气相NO2分子，。3.（2 0 2 3 江苏省常州市 统考一模）C O 2 甲烷化是实现碳平衡
6、阶段的中坚力量。（1）1 9 0 2 年，P a u l S a b a t ie r 首次报道了 C O 2 的甲烷化。在一定的温度和压力条件下，将按一定比例混合的 C O?和 凡 通过装有金属N i的反应器可得到C H 4=已 知:C H 4 和 H 2 的标准燃烧热分别为-8 9 0.3 kJ m o r -2 8 5.S kJ m o F1.C O2 甲烷化反应 C O 2（g）+4 H 2（g）=C H 4（g）+2 H 2。）的 ，=kJ-moF1,（2）近年来，生物电催化技术运用微生物电解池实现了 C O 2 的甲烷化，其工作原理如图1 所示。-I微电压I-有机物._ _ _ _
7、 _ _co2 C H4I I CO2 i质了交换膜。一 电活性微生物微生物电解池实现C 02甲 烷 化 的 阴 极 电 极 反 应 式 为。如果处理有机物（C H 2。）”产生标准状况下112 m 3 的 C H 4,则理论上导线中通过的电子的物质的量为（3）经过百余年的探索研究，目前对C 02甲烷化的反应路径和机制仍存在许多争议。Z r C h 负载金属R h催化C 02甲烷化可能存在的两种反应机理如图2 所示。C 02和 H 2在催化剂表面不同活性位点（金属氧化物载体或分散在载体表面的活性金属）的吸附、活化形成中间体，是讨论C O 2甲烷化反应机理的首要关键问题。上 述 两 种 机 理
8、争 论 的 焦 点 首 先 在 于。吸附在活性金属R h 表面的中间体CO,除可能是由吸附在其表面的C O 2直接解离产生，还可能是由_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _解离产生根据元素电负性的变化规律，由中间体n转化为中间体m的过程可以描述为4.（2023 江苏省靖江市统考一模）氢能是一种绿色能源，也是重要的还原剂。目前有多种方法可以制氢并储氢。I .N a B H4氨硼烷（N H 3 B H 3）、M g E h 的制氢储氢。（1）N a B H 4 与水反应生成H 2,可能的反应机理如图-1所示。H20 6）O O H-毕7A o a。H眄/OB原子OH
9、原 子（Qo原子0-1）其他条件不变时，以 D 20代替H 2 0 催化释氢，所得气体的分子式为 o电解N a B C h 溶液可制得N a B H q,电解装置示意图如图-2所示。(S-2)该电解池阴极的电极反应式为 o(2)氨硼烷(N H 3 B H 3)可以水解释氢和热分解释氢。受热释氢时固体残留率随温度的变化如图-3 所示。%00 x9 0.08 0.0A(110,9 3.5 5%)B(15 5,8 7.10%)7 0 0 100 200 3 00 4 00 5 00温度/(图-3)N H 3 B H 3 中 B的杂化方式.110时 N H 3 B H 3 分解释氢的化学方程式是(3)
10、M g H?是一种具有良好的复合储氢材料之一，是一种单层的二维材料，二维晶胞俯视图如图-4,M g H 2I I.H 2能将4-硝基苯乙烯在特定条件下制备4-乙 烯 基 苯 胺。两种不同催化剂将4-硝基苯乙烯还N O,N H2原加氢的过程如图-5 所示已知：M。单原子位点对4-硝基苯乙烯有较好的吸附效果。（图-5）(4)请描述4-硝基苯乙烯J 在单原子催化剂下与H 2发 生 反 应 的 过 程。N O,使用双单原子催化剂，可以大大提高4-乙烯基苯胺的产率，原因是 o5.(2 0 2 3 江苏省南京市盐城市统考一模)C O 2的资源化利用能有效减少C O?的排放，充分利用碳资源。(1)1 9 9
11、 1年,As h c r o f t提出了甲烷二氧化碳重整的技术理论:气体分子吸附至催化剂表面后发生反应。5 0 0 时，反应原理如下。主反应：C H4(g)+C O2(g)=2 C O(g)+2 H2(g)AH=2 4 6.5 k J m o r 副反应：I H2(g)+C O2(g)=C O(g)+H2O(g)AH=4 1.2 k J-m o l I I 2 C O(g)=C O2(g)+C(s)AH=-1 7 2.5 k J m o r H I C H4(g)=C(s)+2 H2(g)AH=7 4.0 k J-m o F1其中，副反应n、HI形成的积碳易导致催化剂失去活性。在原料气中添加
12、微量有利于保持催化剂的活性，其原因是。在催化剂中添加少量多孔C a o能提高C O 2转化率并保持催化剂的活性，其原因是。主反应过程机理模型如图所示(*表示吸附在催化剂表面的活性物种)。根据反应机理，生成C O的过程可描述为。(2)我国科学家以S i/B i材料作光电阴极、C O?饱和的o.5 m o l-L 的K H C O,溶液作电解液(p H=7.4),将C C)2 转化为H C O O H,原理如图所示。根据图示，写 出 光 电 阴 极 电 极 反 应 式。从 能 源 利 用 和 资 源 综 合 利 用 角 度 分 析 该 方 法 优 点 是。6.(2 0 2 3 江苏省江阴市 统考一
13、模)C O 2、N O x和 S O 2 等物质的转化和资源化利用是社会热点问题。I.C O 2 与 C H 4 经催化重整，制得合成气。发生反应：C H4(g)+C O2(g)-2 C O(g)+2 H2(g),已知上述反应中相关的化学键键能数据如下：化学键C HC=OH Hco中的化学键键能/k J m o l-14 1 37 4 54 3 61 0 7 5(1)则该反应的AH=0n.间接电化学法可对大气污染物NO进行无害化处理，其工作原理如图所示，质子膜允许H+和 H 2O 通过。(2)电极I 应 接 电 源 的(填“正极”或“负极(3)每处理标准状况下22.4 LNO,可同时得到 g
14、O2皿.使用固体催化剂可提高脱硫效率。气体在固体催化剂表面反应的机理是气体反应物分子吸附在催化剂表面，占据催化剂表面活性位点，生成一些活性高的微粒，从而降低反应活化能，提高反应速率，反应后气体产物分子及时脱附空出活性位点。(4)活性炭催化脱除S O 2的机理如图所示(*代表吸附态)。O,H,Oso2再生写出“热再生”生成S02的化学方程式研究表明，温度在脱硫过程中是一个非常重要的因素，温度过高，脱硫效果会变差，原因可能是.（5）V2O5/炭基材料是在活性炭上载有V2O5活性成分，构成更高活性的活性炭催化剂，更有利于SO2转化为 S C h,最终实现脱硫。通过红外光谱发现，脱硫开始后催化剂表面出
15、现了 V0S04的吸收峰，再通入02后 V0S04吸收峰消失,该脱硫反应过程可描述为.控制一定气体流速和温度，考察烟气中0 2 的存在对V2O5/炭基材料催化剂脱硫活性的影响，结果如图所示，当 02浓度过高时，去除率下降，其原因可能是02浓度/%（6）科学家通过NH3活化改性提升了活性炭的脱硫性能，认为活性炭表面的含氮官能团具有催化性能,含氮官能团越丰富越有利于提升脱硫性能，原因可能是7.（2023 江苏省南京外国语中学一模调研）CO?资源化利用是解决资源和能源短缺、减少碳排放的一种途径。I.CO2制甲醉。以也2。3作催化剂，可使CC）2在温和的条件下转化为甲醉，经历如下过程:还 原.氧化1.
16、催化剂活化：lD2C）3（无活性）In203-.r（有活性）ii.CO?与 H?在活化后的催化剂表面可逆的发生反应，其反应历程如图1。同时伴随反应：CO2（g）+H2（g）l?CO（g）+H2O（g）M =ML2kJ/mol二”、4000 6000 8000 10000 12000小。叫）气体流速（mL ）图I图2（1）反应中每生成Im o lC H p H lg）放热49.3kJ,写出其热化学方程式_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ o（2）CO2与 H?混合气体以不同的流速通过反应器，气体流速与CO2转化率、C H 30H 选择性的关系如图 2。已知：C H Q H 选择性=n（生成C
17、 H Q H 所消耗的CO2的量）/n（发生转化的CO?的量）C H Q H 选择性随流速增大而升高的原因_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。同时，流速加快可减少产物中H2。的积累，减少反应_ _ _ _ _ _ _ _ _（用化学方程式表示）的发生，减少催化剂的失活，提高甲醇选择性。（3）对于以上CO2制甲醇的过程，以下描述正确的是A.碳的杂化方式发生了改变 B.反应中经历了 I n-C、In-O 键的形成和断裂C.加压可以提高CO2的平衡转化率 D.升高温度可以提高甲醇在平衡时的选择性I I.甲醇燃料电池（DMFC）示意图如图。电极A、B均浸泡于
18、稀硫酸中。田 可在聚合物电解质自由移动，其余微粒均无法通过聚合物电解质。（4）电极A 上 发 生 的 电 极 反 应 为；X 口、Y 口两处硫酸溶液的浓度关系为Cx。丫（填”或“Wi 乙 14 iIT X 人 F4 II、-H，由 )1J/f/NOXadM W idH Cu /Ai W7g q.，册 41冢 械 值 他NftRT使用A l/Cu二元金属复合材料，可将水体中硝酸盐转化为钱盐，该转化的机理可描述为：H+吸附在Cu表面并得电子生成强还原性的吸附氢H(ad s),N H 3与H+结合为NH：进入溶液。引入P d的A VCu/P d三元金属复合材料，硝酸盐转化为N 2选择性明显提高，可能
19、原因是其他条件相同时，A l/Cu/P d三元金属复合材料去除水体中硝酸盐的效果与溶液pH关系如图所示。水体pH在4至6范围内，随pH增 大 硝 酸 盐 去 除 率 降 低 的 可 能 原 因 是;水体pH在8.5至10范围内，随pH增 大 硝 酸 盐 去 除 率 升 高 的 可 能 原 因 是。i（M）*M）在60*40 40M 2010.（2023 江苏省苏州市 统考一模）CO2的资源化利用和转化已成为当今科学研究的热点。（1）325时，水在Mn粉表面产生的H2可将CO2转化成甲酸，同时生成MnO。由H?。、Mn、CO2制备甲酸的化学方程式为 o直接加热H?与CO?难以生成甲酸，该条件下能
20、较快生成甲酸的原因是 o（2）CO2加氢生成CHaOH的主要反应的热化学方程式为反应 I：CO2（g）+3H2（g）=CH,OH（g）+H2O（g）AH=-49.5kJ-mof1反应 H：H2（g）+CO2（g）=CO（g）+H2O（g）AH=41.2kJ mor反应川：CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）AH=-90.7kJ mor将n起始（C（）2）：n起始（比）=1:3的混合气体置于密闭容器中，达到平衡时，体系中温度和压强对CHQH的选择性影响如图所示。0SOMM2ONs-100 300 400 500 00 700工M C压强的大小：Pl p2（填或，）CH3OH的 选 择 性
21、随 温 度 升 高 而 下 降 的 原 因 是。（3）CO2和环氧乙烷在MgO作催化剂的条件下合成碳酸乙烯酯。MgCl?溶液中加入尿素 CO（NH2）J生成Mg5（CC3）4（OH）2沉淀，同时有CO2气体产生，该反应的 离 子 方 程 式 为。M g C L与沉淀剂(尿素、氢氧化钠)反应生成沉淀，过滤后将沉淀焙烧得到MgO。与氢氧化钠作沉淀剂相比，用尿素作沉淀剂焙烧生成的MgO作催化剂效果更好，其原因是。OMgO催化CO 2合成碳酸乙烯酯()人0)可能的反应机理如图所示，根据元素电负性的变化规律，步-J骤 、H的过程可描述为 o 2)=3:l的混合气体置于密闭容器中，在3.0 MPa和不同温度下反应达到平衡时，CO?的转化率和C2H5(DH的选择性 C2H50H的选择性=3 *x l 0 0%如图3所示。温度在时n总 转 化673-723 K,CCh的平衡转化率几乎不变，其 原 因 可 能 为。10090705030co,转化率C.HsOH选择性450 500 550 600 650 700 750温度/K图 3