2025届高考三轮冲刺化学高频命题热点练习：热点四 亚冬会上的甲醇汽车（含解析）

2025届高考三轮冲刺化学高频命题热点练习：热点四 亚冬会上的甲醇汽车
【命题热点】
在第九届亚冬会的冰雪舞台上，350辆吉利第四代帝豪醇氢电混汽车成为流动的绿色风景线。这些以甲醇为动力的新能源汽车，不仅为赛事提供了低碳出行保障，更展现了化学科技在推动交通运输领域碳中和中的关键作用。甲醇燃料的制取与应用，正通过化学创新重塑着未来交通的能源格局。
绿色循环的科技密码
甲醇的制备过程蕴含着化学领域的创新智慧。吉利在内蒙古阿拉善布局的50万吨级绿色甲醇项目，通过电解水制氢技术将可再生能源转化为氢能，再结合工业捕集的二氧化碳，借助萨巴蒂尔反应（CO + 4H → CH OH + H O）实现碳的资源化利用。这一过程不仅消纳了工业排放的二氧化碳（每生产1吨绿色甲醇可捕集1.375吨CO ），更将间歇性的风光电能转化为稳定的液态燃料，为能源存储与运输提供了高效解决方案。 在甲醇合成汽油的技术领域，化学工艺的突破进一步拓展了甲醇的应用场景。甲醇制烃基燃料（MTHF）技术通过两步法反应，将甲醇转化为高辛烷值汽油组分。液态甲醇首先在催化剂作用下气化为二甲醚，随后经醚烃化反应生成烃化物，整个过程实现全闭路循环，转化率超过98%。这种工艺不仅缓解了甲醇产能过剩问题，更开辟了煤化工产业链延伸的新路径，为传统能源转型提供了化学支撑。
低温性能与环保效能
甲醇燃料在亚冬会的应用，凸显了其独特的化学特性。甲醇的冰点低至-97℃，使其在哈尔滨-30℃的极寒环境中仍能保持液态，确保车辆快速启动。第四代帝豪醇氢电混汽车搭载的醇电混动发动机，通过优化燃烧效率，实现百公里醇耗低至9.2L，碳排放较传统汽油车减少42%，每行驶1万公里可减碳0.8吨，相当于种植40平方米森林的碳汇能力。 甲醇的化学组成（CH OH）使其燃烧产物主要为二氧化碳和水，且含氧量高，燃烧更充分，可减少50%以上的有害气体排放，其中CO、HC和NOx降幅达90%，排放水平达到欧V标准。相较于纯电动汽车，甲醇汽车在低温环境下无需依赖充电桩，通过回收发动机余热降低能耗，解决了北方冬季续航衰减的难题，展现了化学能源在特殊场景下的适应性优势。
双碳目标的实践路径
甲醇燃料的发展契合全球“双碳”战略需求。其制备过程以二氧化碳为原料，构建了“碳捕集-甲醇合成-燃料应用-碳排放”的闭环体系，为工业领域碳减排提供了可行方案。同时，甲醇作为“液态氢”，其储运成本低、安全性高的特点，使其在长途运输和重型车辆领域具有替代传统燃油的潜力。吉利远程甲醇重卡的应用显示，其燃料成本较柴油降低18%-32%，全生命周期碳排放较纯电动车（基于煤电）减少三分之二。 化学技术的持续创新正在推动甲醇经济的规模化发展。通过改性羟化技术，甲醇燃料的腐蚀性问题得以解决，使其可直接与现有燃油系统兼容，无需改造发动机。未来，随着甲醇合成技术的优化和绿氢成本的下降，甲醇有望成为交通运输领域的主流能源之一，为全球碳中和目标的实现注入化学动力。 亚冬会上甲醇汽车的轰鸣，不仅是冰雪赛事的绿色注脚，更是化学科技赋能低碳交通的生动实践。从甲醇的制备到应用，化学的智慧贯穿于能源转化的每一个环节，为人类探索可持续发展路径提供了创新范例。随着甲醇经济的深入发展，化学将继续在能源革命中书写新的篇章，引领我们迈向更清洁、更高效的未来。
【试题练习】
1.甲醇在表面发生解离的反应机理如下图所示。下列说法正确的是( )
A.该反应的决速步为
B.为固体催化剂，可以提高甲醇的转化率
C.
D.总反应的
2.以和为原料合成甲醇是工业上的成熟方法，直接以为原料生产甲醇是目前的研究热点。我国科学家用人工合成淀粉时，第一步就需要将转化为甲醇。
已知：①
②
③
下列说法正确的是( )
A.若温度不变，反应①中生成时，放出的热量小于
B.与合成甲醇的热化学方程式为
C.通过电解制和选用高效催化剂，可降低与合成甲醇反应的焓变
D.以和为原料合成甲醇，同时生成，该反应需要释放能量
3.采用真空封管法制备磷化硼纳米颗粒，在发展非金属催化剂实现电催化还原制备甲醇方向取得重要进展，该反应历程如图所示。下列说法错误的是( )
A.容易得到的副产物有CO和，其中相对较多的副产物为CO
B.上述合成甲醇的反应速率较慢，要使反应速率加快，主要降低的能量变化。
C.该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率
D.总反应焓变
4.中国科学技术大学曾杰教授研究团队通过修饰铜基催化剂，在碳氧化物与有机分子转化的研究中获得多项突破。甲醇与水(均为气态)在铜基催化剂上的反应机理和能量变化如图：
下列说法正确的是( )
A.反应Ⅱ的热化学方程式为：
B.总反应的快慢由反应I决定，是因为反应I吸热、反应Ⅱ放热
C.选择优良的催化剂可以降低反应I和Ⅱ的活化能，从而减少反应过程中的能耗
D.反应过程涉及极性共价键、非极性共价键的断裂和形成
5.甲醇()作为重要的清洁燃料和合成化学的关键前驱体，在化工行业需求旺盛。以为催化剂在水溶液中电催化二氧化碳还原为和的能量变化如图所示：
下列说法错误的是( )
A.生成甲醇反应的决速步为
B.两反应只涉及极性键的断裂和生成
C.通过上图分析：甲烷比甲醇稳定
D.用作催化剂可提高甲醇的选择性
6.甲醇()与CO催化制备乙酸()的反应历程及每分子甲醇转化为乙酸的能量变化关系如图。下列说法正确的是( )
A.该过程不涉及非极性键的形成
B.该反应中，为催化剂，HI为中间产物
C.反应iii为该历程的决速步骤
D.总反应的热化学方程式为
7.和均为工业生产的重要原料，回答下列问题：
(1)工业上可通过反应制取氢气，制备过程中涉及如下两个反应：
①
②
写出表示燃烧热的热化学方程式：__________。
(2)可用于制备甲酸，反应，在恒压条件下发生该反应时，充入稀有气体会降低反应物的平衡转化率，试解释其原因：__________。若在酸性条件下将该反应设计成原电池，则正极反应式为__________。
(3)可以与催化合成甲醇，反应II：，向和的甲、乙两个恒容密闭容器中分别充入和发生该反应。两容器中平衡时的体积分数随温度的变化曲线如图所示。
则甲容器对应的变化曲线为__________（填“”或“”），a、b、c三点对应的反应速率由大到小的顺序为__________，下该反应的平衡常数K=__________。
(4)一定条件下，在恒容密闭容器中充入和，同时发生上述反应I和反应II，体系中和的物质的量随时间的变化如图所示：
则平衡时，的转化率为__________（结果保留两位有效数字，下同），HCOOH的选择性为__________（HCOOH的选择性=）。
8.含碳化合物的回收是实现碳达峰、碳中和的有效途径。催化加氢选择合成甲醇的主要反应如下：
反应1：
反应2：
反应3：
回答下列问题：
(1)已知在25℃、下，由最稳定单质生成1mol某纯物质的焓变，称为该物质的标准摩尔生成焓。下表为几种常见物质的标准摩尔生成焓。
物质
标准摩尔生成焓/ 0
则___________。
(2)反应3在___________(填“较高”或“较低”)温度下能自发进行。
(3)对于上述反应体系，下列说法正确的是___________(填标号)。
a.其他条件相同，反应1分别在恒容和恒压条件下进行，后者的平衡转化率更高
b.恒温恒容条件下，当容器内气体的压强不再改变，说明体系达到平衡状态
c.增加催化剂的表面积，可加快反应速率，提高的平衡产率
d.其他条件相同，增大投料比，可提高的平衡转化率
(4)在一体积固定的密闭容器中，按照投料，发生上述反应1和反应2，平衡时CO和在含碳产物中的物质的量分数及的转化率随温度的变化如图1所示。
①150℃~250℃范围内，随着温度的升高，的平衡转化率减小的原因是___________。
②270℃时，若容器起始压强为5MPa，则反应2的。为___________(保留两位有效数字)。
(5)已知阿伦尼乌斯公式：(k为速率常数，为活化能，T为热力学温度，R和C为常数)。从图2可知(反应2)___________(反应3)(填“>”或“<”)，对于反应2，___________(用含、、T、R的代数式表示)。
9.人类走进科技时代之后，工业以及人类活动排放出的二氧化碳，成为了破坏生态环境的主要力量，而将转化为其他能源并利用，是我国能源领域的一个重要战略方向。在与催化合成甲醇()的体系中，同时存在以下反应：
反应i：
反应ii：
反应iii：与在物质的量1：3时合成(g)和(g)
(1)写出反应iii的热化学方程式__________；若要反应iii正向自发进行，__________(填“高温”或“低温”)更有利。
(2)某温度下，将1mol和3mol充入容积不变的1L密闭容器中，初始总压为8MPa，只发生反应iii，测得不同时刻反应后与反应前的压强关系如表：
时间/h 1 2 3 4 5
0.92 0.85 0.79 0.75 0.75
①用表示前2h的平均反应速率=__________。
②该条件下的分压平衡常数为__________(结果用分数表示，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。
(3)①对于反应i：，其中、分别为正反应、逆反应的速率常数。若升高温度，__________(填“增大”“减小”或“不变”)。
②对于反应ii：恒温恒容下，反应达到平衡后，若要提高甲醇的平衡产率同时加快反应速率，可采取的措施是__________
A.充入氦气 B.加入催化剂 C.充入氢气 D.及时分离甲醇
(4)初始压强为10MPa时，向恒容的密闭容器中加入1mol和3mol发生上述三个反应，达到平衡时，测得各组分的物质的量分数随温度变化的曲线如图所示(图中Y代表的物质为)。已知：的平衡转化率：。甲醇的选择性：。
①图中X代表的物质为__________(填化学式)。
②270℃时，甲醇的选择性为__________。
10.将二氧化碳转化为绿色液体燃料甲醇()是实现碳中和的一个重要途径。
I.我国科学家在含铂高效催化剂作用下把二氧化碳高效转化为清洁液态燃料——甲醇。
(1)该法利用制取甲醇的有关化学反应如下：
①
②
③
__________。
II.甲醇的制备原理为：
(2)对于该反应，可以同时提高反应速率和产率的措施有___________(填字母序号)。
A.升高反应温度 B.使用高效催化剂 C.增大体系压强 D.移走
(3)为探究的反应原理，进行如下实验：在一恒温，体积为2L恒容密闭容器中，充入和，初始压强为，进行该反应(不考虑其他副反应)。时测得体系的压强为且不再随时间变化。回答下列问题：
①反应开始到时，__________。
②时，体系中的物质的量分数为__________%。
③该温度下的压强平衡常数__________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。
(4)某科研小组研究不同催化剂对反应的影响，按投料，不同催化剂作用下，反应时，的产率随温度的变化如下图所示：
①催化剂效果最佳的是__________(填“催化剂I”、“催化剂II”)。
②a点后下降的原因是__________。
11.利用制甲醇具有重要意义。其过程可能发生的反应如下：
反应1：
反应2：
反应3：
(1)__________。
(2)恒容条件下，下列有利于提高平衡产率的是___________。
A.使用催化剂 B.调整和的投料比由1:1至1:3
C.增大反应物总压 D.通入稀有气体
(3)控制一定压强，通入和，反应后，转化率产率及产率随温度变化曲线如图。
①温度升高，先升高后降低的原因是__________。
②时，(以为此时只发生反应1)，气体总体积为，则该温度下反应1的平衡常数K=__________(列出代数式即可)，__________(列出代数式即可)。
③时，，则反应2的平衡常数K=__________(列出代数式即可)。
(4)学界关于反应2产生的能否发生反应3存在争议。
科学家利用模拟催化剂表面合成的两种不同途径，其决速步及活化能分别如下。
路径1
路径2
由此分析，时降低的原因是__________。
答案以及解析
1.答案：A
解析：A.从图中可以看出，第①步反应活化能最大，反应速率最慢，为该反应的决速步，则该反应的决速步为，A正确；
B.催化剂能改变反应途径从而改变反应速率，但不影响平衡状态，故不影响甲醇的转化率，B错误；
C.由图知，中反应物的总能量低于生成物的总能量，为吸热反应，故，C错误；
D.由图知，总反应中反应物的总能量高于生成物的总能量，为放热反应，故，D错误；
故选A。
2.答案：B
解析：A.甲醇气体变为液体时需要放热，故若温度不变，反应①中生成时，放出的热量大于，A错误；
B.令为④，根据盖斯定律，④=①-②，故，热化学方程式正确，B正确；
C.催化剂不能改变反应的焓变，C错误；
D.以和为原料合成甲醇，同时生成，反应为⑤，根据选项B：④，根据盖斯定律，⑤=④×2-③×3，故，故该反应需要吸热，D错误；
故选B。
3.答案：C
解析：A.的活化能低于的活化能，因此相对较多的副产物为CO，故A正确；
B.的能垒最大，因此合成甲醇的反应，要使反应速率加快，主要降低的能量变化，故B正确；
C.该催化剂虽然能改变选择性，但是并不能影响平衡，故无法提高反应物平衡转化率，故C错误；
D.总反应吸热，因此总反应焓变，故D正确；
故选C。
4.答案：C
解析：A.由图可知，反应Ⅱ反应物总能量大于生成物总能量，为放热反应，则反应Ⅱ的热化学方程式为：，A错误；
B.反应Ⅰ活化能比反应Ⅱ高，因此反应Ⅰ为慢反应，总反应的反应速率由慢反应决定，总反应的快慢由反应I决定，B错误；
C.选择优良的催化剂可以降低反应I和Ⅱ的活化能，催化剂加快化学反应速率，减少过程中的能耗，C正确；
D.反应过程涉及C-H、O-H断裂，H-H、C=O形成，故涉及极性共价键的断裂与形成，非极性共价键的形成，无非极性键的断裂，D错误；
故选C。
5.答案：C
解析：A.活化能越大，反应速率越慢，所以生成甲醇反应的决速步为，A正确；
B.根据图知，两反应只涉及极性键的断裂和生成，B正确；
C.能量越低越稳定，根据图知：甲醇比甲烷稳定，C错误；
D.生成甲醇的活化能小于生成甲烷的活化能，所以生成甲醇的反应速率快，即用作催化剂可提高甲醇的选择性，D正确；
故选C。
6.答案：C
解析：A.该过程涉及碳碳键(非极性键)的形成，A错误；
B.根据反应机理可知为该反应的中间产物、HI为催化剂，B错误；
C.过渡态物质的总能量与反应物总能量的差值为活化能，活化能越小反应越快，活化能越大反应越慢，决定总反应速率的是慢反应；故反应ⅲ为该历程的决速步骤，C正确；
D.每分子甲醇的转化涉及能量为3.05eV，D错误；
故答案为：C。
7.答案：(1)
(2)在恒压条件下发生该反应时，充入稀有气体，相当于平衡体系减压，平衡左移，反应物的平衡转化率降低；
(3)；；4
(4)；
解析：（1）由盖斯定律可知，反应②－①可得目标反应：。
（2）由于该反应为气体分子数减少的反应，在恒压条件下发生该反应时，充入稀有气体，相当于平衡体系减压，平衡左移，所以反应物的平衡转化率降低；
若在酸性条件下设计成原电池，则正极发生得电子的还原反应，反应式为；
（3）由于该反应为气体分子数减少的反应，所以加压平衡右移，甲醇的体积分数增多，所以曲线对应的压强大，容积小，即曲线对应的是容器甲；
温度高反应速率快，则速率：c>a；b、c温度相同，由于容积小于则中压强更大，速率：b>c，所以a、b、c三点对应的反应速率：b>c>a；
根据b点题意建立如下三段式：
，解得：，所以平衡常数；
（4）由图可知，反应II生成的，则生成的，消耗的，消耗的，发生反应I消耗的，消耗的，生成的，所以平衡时，的转化率为的选择性为。
8.答案：(1) 49.0
(2)较低
(3)ab
(4)反应1为放热反应，反应2为吸热反应，升高温度，反应1逆移的程度大于反应2正移的程度，使二氧化碳的转化率减小；0.015
(5)>；或
解析：（1）；
（2）反应3的，，据反应才能自发，推出反应3在较低温度下能自发进行；
（3）其他条件相同，反应1是气体体积减小的反应，反应在恒压条件下进行，容器体积减小，相当于恒容条件下的加压，反应1平衡正向移动，的平衡转化率更高，a正确；
反应1和反应3是气体体积减小的反应，反应2是气体体积不变的反应，容器内气体的压强不再改变，说明体系达到平衡状态，b正确；
增加催化剂的表面积，可加快反应速率，但不能引起平衡的移动，也不能影响的平衡产率，c错误；
其他条件相同，增大投料比，的平衡转化率变小，d错误；
答案是ab；
（4）①反应1为放热反应，反应2为吸热反应，升高温度，反应1逆移的程度大于反应2正移的程度，使二氧化碳的转化率减小；
②270℃时，体积固定的密闭容器中，按照投料，设，，容器内发生反应1和反应2，平衡时，CO和在含碳产物中的物质的量分数相等，反应的为0.24mol，平衡时，，，，反应2为反应前后气体体积不变的反应，则；
（5）据阿伦尼乌斯公式：，结合图像，反应2的倾斜程度大于反应3，斜率等于，即越大，直线倾斜程度越大，则：反应2>反应3；或。
9.答案：(1)；低温
(2)0.15；
(3)减小；C
(4)CO；50%
解析：（1）根据盖斯定律，反应i+反应ii得反应iii：，；该反应的，，由得该反应在低温下正向自发进行；
（2）①列三段式：，在反应2h后，总气体物质的量为(4-2x)mol，由表可知2h后，根据公式可知，，所以，，在这2h内共反应了0.3mol，；
②由表可知平衡时，，列三段式：，，，；
（3）①当反应ⅰ处于平衡时，，，，反应ⅰ的，正向吸热，升高温度，K增大，故增大，减小；
②A.充入氦气不影响化学平衡及速率，A错误；
B.加入催化剂不影响化学平衡但加快化学反应速率，B错误；
C.充入氢气化学平衡正向移动，化学反应速率加快，C正确；
D.及时分离甲醇化学平衡正向移动，化学反应速率减慢，D错误；
故选C；
（4）①达到平衡时，三个反应同时存在，升高温度，反应ⅰ正向进行，反应ⅱ逆向进行，CO的物质的量分数均增加，故X代表的物质是CO，反应ⅱ、ⅲ均逆向进行，的物质的量分数减少，反应ⅲ中和减少的物质的量相同，但反应ⅰ正向进行，的物质的量增加，故的物质的量分数减少的程度比的减小的程度小，故Y为，Z为；
②由图可知，270℃时，CO和物质的量分数相等，根据原子守恒，参加反应的有50%转化为CO，50%转化为，故的选择性为50%；
10.答案：(1)-219.2
(2)C
(3)0.025；12.5；0.0125或1/80
(4)催化剂I；a点时达到该温度下平衡状态，升高温度平衡逆向移动，故产率下降
解析：（1）已知①
②
③
根据盖斯定律可知将①+(②-③)×得：，故答案为：-219.2；
（2）A.已知该反应正反应是一个放热反应，故升高反应温度，平衡逆向移动，的产率减小，反应速率提高，A不合题意；
B.使用高效催化剂可以加快反应速率，但不能影响化学平衡，的产率不变，B不合题意；
C.已知该反应正反应是一个气体体积减小的方向，故增大体系压强，体系反应物、生成物的浓度增大，反应速率增大，化学平衡正向移动，的产率增大，C符合题意；
D.移走，平衡正向移动，的产率增大，但反应速率减慢，D不合题意；故答案为：C；
（3）在一恒温，体积为2L恒容密闭容器中，充入1mol和4mol，初始压强为8MPa，进行该反应(不考虑其他副反应)，10min时测得体系的压强为6.4MPa且不再随时间变化，进行三段式分析可知：，根据恒容密闭容器中，体系的压强之比等于混合气体的物质的量之比即，解得，
据此分析解题：①反应开始到10min时，故答案为：；
②时，体系中的物质的量分数为；
③由上述分析可知，平衡时的物质的量都是0.5mol，体积分数都是12.5%，平衡分压为：6.4MPa×12.5%=0.8MPa、的平衡分压为：6.4MPa×（1-12.5%×3）=4.0MPa，该温度下的压强平衡常数；
（4）①由图干图示信息可知，催化剂I在温度较低的条件下催化效率更高，故催化剂效果最佳的是催化剂I，故答案为：催化剂I；在温度较低的条件下催化效率更高；
②虽然升温会导致催化剂失去活性，但a点以后两条曲线重叠了，则a点后下降的原因是：a点时达到该温度下平衡状态，该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆向移动，甲醇产率下降。
11.答案：(1)-90.7
(2)BC
(3)260℃前，反应未达平衡，升高温度，反应速率加快，升高；260℃后，反应达到平衡，升高温度，反应1和反应3平衡逆向移动，降低；；；
(4)未达平衡前，温度升高时，反应3速率增大的程度大于反应2
解析：（1）反应3=反应1-反应2，根据盖斯定律有=-=；
（2）A.催化剂只能加快反应速率，不能使平衡发生移动，则不能提高平衡产率，A不符合题意；
B.调整和的投料比由1∶1至1∶3，相当于增大浓度，能使反应1平衡正向移动，有利于提高平衡产率，B符合题意；
C.增大反应物总压，相当于增加反应物浓度，能使反应1平衡正向移动，有利于提高平衡产率，C符合题意；
D.恒容条件下，通入稀有气体，各反应组分浓度不变，反应速率不变，平衡不移动，不能提高平衡产率，D不符合题意；
故选BC。
（3）①温度升高，先升高后降低的原因是：260℃前，反应未达平衡，升高温度，反应速率加快，升高；260℃后，反应达到平衡，升高温度，反应1和反应3平衡逆向移动，降低，所以温度升高，先升高后降低；
②260℃时，，认为此时只发生反应1，气体总体积为，此时最大，说明反应已经达到平衡，列出三段式：
，则该温度下反应1的平衡常数，；
③280℃时，，，根据碳原子守恒可知，根据氧原子守恒可知，根据氢原子守恒可知，假设此时容器体积为，则反应2的平衡常数；
（4）比较合成的两种不同路径，路径2的决速步的活化能比路径1小，200~260℃时温度升高，反应3速率增大的程度大于反应2，导致降低，则时降低的原因是：未达平衡前，温度升高时，反应3速率增大的程度大于反应2。