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专练 48 化学反应原理综合题
授课提示：对应学生用书95页
1．[2023·新课标卷]氨是最重要的化学品之一，我国目前氨的生产能力位居世界首位。
回答下列问题：
(1)根据图1数据计算反应N(g)＋H(g)===NH(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。
2 2 3
(2)研究表明，合成氨反应在Fe催化剂上可能通过图2机理进行(*表示催化剂表面吸附
位，N表示被吸附于催化剂表面的N)。判断上述反应机理中，速率控制步骤(即速率最慢
2
步骤)为________(填步骤前的标号)，理由是________。
(3)合成氨催化剂前驱体(主要成分为Fe O)使用前经H 还原，生成α Fe包裹的Fe O。
3 4 2 3 4
已知α Fe属于立方晶系，晶胞参数a＝287 pm，密度为7.8 g·cm－3，则α Fe晶胞中含有Fe
的原子数为________(列出计算式，阿伏加德罗常数的值为N )。
A
(4)在不同压强下，以两种不同组成进料，反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结
果如下图所示。其中一种进料组成为 ＝0.75、 ＝0.25，另一种为 ＝0.675、 ＝
x x x x
H N H N
2 2 2 2
0.225、x ＝0.10。(物质i的摩尔分数：x＝)
Ar i①图中压强由小到大的顺序为________，判断的依据是________。
②进料组成中含有惰性气体Ar的图是________。
③图3中，当p ＝20MPa、 ＝0.20时，氮气的转化率α＝________。该温度时，反
2 x
NH
3
应N
2
(g)＋H
2
(g)⇌NH
3
(g)的平衡常数K
p
＝________(MPa)－1(化为最简式)。
答案：(1)－45
(2)(ⅱ) 在化学反应中，最大的能垒为速率控制步骤，而断开化学键的步骤都属于能
垒，由于N≡N的键能比H－H键的大很多，因此，在上述反应机理中，速率控制步骤为
(ⅱ)
(3)
(4)①p＜p＜p 合成氨的反应为气体分子数减少的反应，压强越大平衡时氨的摩尔分
1 2 3
数越大 ②图4
③33.33%
解析：(1)在化学反应中，断开化学键要消耗能量，形成化学键要释放能量，反应的焓
变等于反应物的键能总和与生成物的键能总和的差，因此，由图 1数据可知，反应N(g)＋
2
H(g)===NH(g)的ΔH＝(473＋654－436－397－339) kJ·mol－1＝－45 kJ·mol－1。(2)由图1中
2 3
信息可知，N(g)===N(g)的 ΔH＝＋473 kJ·mol－1，则 N≡N 的键能为 946 kJ·mol－1；
2
H(g)===3H(g)的ΔH＝＋654 kJ·mol－1，则H－H键的键能为436 kJ·mol－1。在化学反应中，
2
最大的能垒为速率控制步骤，而断开化学键的步骤都属于能垒，由于N≡N的键能比H－H
键的大很多，因此，在上述反应机理中，速率控制步骤为(ⅱ)。(3)已知α Fe属于立方晶系，
晶胞参数a＝287 pm，密度为7.8 g·cm－3，设其晶胞中含有Fe的原子数为x，则α Fe晶体
密度ρ＝ g·cm－3＝7.8 g·cm－3，解得x＝，即α Fe晶胞中含有Fe的原子数为。(4)①合成氨
的反应中，压强越大越有利于氨的合成，因此，压强越大平衡时氨的摩尔分数越大。由图
中信息可知，在相同温度下，反应达平衡时氨的摩尔分数 p ＜p ＜p ，因此，图中压强由
1 2 3
小到大的顺序为p ＜p ＜p ，②对比图3和图4中的信息可知，在相同温度和相同压强下，
1 2 3
图4中平衡时氨的摩尔分数较小。在恒压下充入惰性气体Ar，反应混合物中各组分的浓度
减小，各组分的分压也减小，化学平衡要朝气体分子数增大的方向移动，因此，充入惰性
气体Ar不利于合成氨，进料组成中含有惰性气体 Ar的图是图4。③图3中，进料组成为
xH ＝0.75、xN ＝0.25两者物质的量之比为3∶1。假设进料中氢气和氮气的物质的量分别
2 2
为3 mol和1 mol，达到平衡时氮气的变化量为x mol，则有：
N
2
(g)＋3H
2
(g)⇌2NH
3
(g)
始(mol) 1 3 0
变(mol) x 3x 2x平(mol) 1－x 3－3x 2x
当 p ＝20MPa、 ＝0.20 时， ＝＝0.20，解得 x＝，则氮气的转化率 α＝
2 x x
NH NH
3 3
≈33.33%，平衡时N 、H 、NH 的物质的量分别为 mol、2 mol、 mol，其物质的量分数分
2 2 3
别为、、，则该温度下K′
p
＝＝(MPa)－2。因此，该温度时，反应N
2
(g)＋H
2
(g)⇌NH
3
(g)的平
衡常数K ＝＝＝ (MPa)－1。
p
2．[2024·全国甲卷]甲烷转化为多碳化合物具有重要意义。一种将甲烷溴化再偶联为丙
烯(C H)的研究所获得的部分数据如下。回答下列问题：
3 6
(1)已知如下热化学方程式：
CH(g)＋Br (g)===CH Br(g)＋HBr(g)
4 2 3
ΔH＝－29 kJ·mol－1
1
3CHBr(g)＝C H(g)＋3HBr(g)
3 3 6
ΔH＝＋20 kJ·mol－1
2
计算反应3CH(g)＋3Br (g)===C H(g)＋6HBr(g)的ΔH＝________ kJ·mol－1。
4 2 3 6
(2)CH 与Br 反应生成CHBr，部分CHBr会进一步溴化。将8 mmol CH 和8 mmol
4 2 3 3 4
Br 通入密闭容器，平衡时，n(CH)、n(CHBr)与温度的关系如图(假设反应后的含碳物质只
2 4 3
有CH、CHBr和CHBr )。
4 3 2 2
(ⅰ)图中CHBr的曲线是____(填“a”或“b”)。
3
(ⅱ)560 ℃时，CH 的转化率α＝________，n(HBr)＝________ mmol。
4
(ⅲ)560 ℃时，反应 CHBr(g) ＋Br (g)===CH Br (g)＋HBr(g) 的平衡常数 K ＝
3 2 2 2
________。
(3)少量I 可提高生成CHBr的选择性。500 ℃时，分别在有I 和无I 的条件下，将8
2 3 2 2
mmol CH 和8 mmol Br 通入密闭容器，溴代甲烷的物质的量(n)随时间(t)的变化关系如图。
4 2(ⅰ)在11～19 s之间，有I 和无I 时CHBr的生成速率之比＝________。
2 2 3
(ⅱ)从图中找出I 提高了CHBr选择性的证据：____________________________。
2 3
(ⅲ)研究表明，I 参与反应的可能机理如下：
2
①I(g)===·I(g)＋·I(g)
2
②·I(g)＋CHBr (g)===IBr(g)＋·CHBr(g)
2 2 2
③·CHBr(g)＋HBr(g)===CH Br(g)＋·Br(g)
2 3
④·Br(g)＋CH(g)===HBr(g)＋·CH(g)
4 3
⑤·CH(g)＋IBr(g)===CH Br(g)＋·I(g)
3 3
⑥·I(g)＋·I(g)===I (g)
2
根据上述机理，分析I 提高CHBr选择性的原因：_______________________________。
2 3
答案：(1)－67 (2)(ⅰ)a (ⅱ)80% 7.8 (ⅲ)10.92 (3)(ⅰ)1.5 (ⅱ)有I 时，CHBr
2 3
的量明显提高，CHBr 的量降低，且约 7.5 s 后，体系中 CHBr 的量高于 CHBr 的量
2 2 3 2 2
(ⅲ)I 产生的·I可将反应后的含碳物质CHBr 经过反应②、③转化为CHBr；而反应过程中
2 2 2 3
生成的·Br可继续与CH 经过反应④、⑤又生成CHBr
4 3
解析：(1)根据盖斯定律，目标反应＝第一个反应×3＋第二个反应，则ΔH＝3×ΔH ＋
1
ΔH ＝3×(－29 kJ·mol－1)＋20 kJ·mol－1＝－67 kJ·mol－1。(2)(ⅰ)由ΔH ＜0可知，升高温度，
2 1
该反应的平衡逆向移动，n(CH)增大，n(CHBr)减小，故图中CHBr的曲线是a。(ⅱ)根据
4 3 3
题图可知，560 ℃时，平衡时n(CH)＝1.6 mmol，n(CHBr)＝5.0 mmol，则CH 的转化率α
4 3 4
＝×100%＝80%，CH 的转化量为6.4 mmol，故进一步溴化的CHBr的物质的量为(6.4－
4 3
5.0) mmol＝1.4 mmol，则CHBr进一溴化生成的 HBr的量为 1.4 mmol，故n(HBr)＝6.4
3
mmol＋1.4 mmol＝7.8 mmol。(ⅲ)假设CH 与Br 反应生成CHBr平衡后CHBr再进一步溴
4 2 3 3
化，根据题图中的数据，并结合(ⅱ)的分析，列三段式：
CHBr(g)＋Br (g)―→CHBr (g)＋HBr(g)
3 2 2 2
起始量/mmol 6.4 1.6 0 6.4
转化量/mmol 1.4 1.4 1.4 1.4
平衡量/mmol 5.0 0.2 1.4 7.8
该反应为气体分子数不变的反应，可用物质的量来计算平衡常数，则 K＝＝10.92。(3)
(ⅰ)根据图中关于CHBr的数据可得，v(有I)＝＝0.075 mmol·s－1，v(无I)＝＝0.05 mmol·s
3 2 2
－1，则＝＝1.5。(ⅱ)由题图知，有I 时，CHBr的量明显提高，CHBr 的量降低，且约7.5
2 3 2 2
s后，体系中CHBr的量高于CHBr 的量，故I 提高了CHBr的选择性。(ⅲ)I 产生的·I可
3 2 2 2 3 2
将反应后的含碳物质CHBr 经过反应②、③转化为CHBr；而反应过程中生成的·Br可继
2 2 3
续与CH 经过反应④、⑤生成CHBr，提高了生成的CHBr的量，减少了CHBr 的量，从
4 3 3 2 2
而提高CHBr选择性。
3
3．[2024·浙江1月]通过电化学、热化学等方法，将CO 转化为HCOOH等化学品，是
2实现“双碳”目标的途径之一。
请回答：
(1)某研究小组采用电化学方法将CO 转化为HCOOH，装置如图。电极B上的电极反
2
应式是________________________________________________________________________。
(2)该研究小组改用热化学方法，相关热化学方程式如下：
Ⅰ：C(s)＋O(g)===CO (g) ΔH＝－393.5 kJ·mol－1
2 2 1
Ⅱ：C(s)＋H(g)＋O(g)===HCOOH(g) ΔH＝－378.7 kJ·mol－1
2 2 2
Ⅲ：CO
2
(g)＋H
2
(g)⇌HCOOH(g) ΔH
3
①ΔH＝________ kJ·mol－1。
3
②反应Ⅲ在恒温、恒容的密闭容器中进行，CO 和H 的投料浓度均为1.0 mol·L－1，平
2 2
衡常数K＝2.4×10－8，则CO 的平衡转化率为________。
2
③用氨水吸收HCOOH，得到1.00 mol·L－1氨水和0.18 mol·L－1甲酸铵的混合溶液，
298 K时该混合溶液的pH＝________。[已知：298 K时，电离常数K (NH ·H O)＝1.8×10－
b 3 2
5、K(HCOOH)＝1.8×10－4]
a
(3)
为提高效率，该研究小组参考文献优化热化学方法，在如图密闭装置中充分搅拌催化
剂M的DMSO(有机溶剂)溶液，CO 与H 在溶液中反应制备HCOOH，反应过程中保持
2 2
CO
2
(g)和H
2
(g)的压强不变，总反应CO
2
＋H 2⇌HCOOH的反应速率为v，反应机理如下列三
个基元反应，各反应的活化能Ec 时，v不再显著增大。请解释原因
0
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)CO ＋2e－＋2H＋===HCOOH (2)①＋14.8 ②2.4×10－8 ③10 (3)①CD
2
②当c≤c 时，v随c增大而增大，因M是基元反应Ⅳ的反应物(直接影响基元反应Ⅵ中反
0
应物L的生成)；c>c 时，v不再显著增加，因受限于CO(g)和H(g)在溶液中的溶解速度
0 2 2
(或浓度)
解析：(1)电极B上CO 转化为HCOOH，发生还原反应，电极反应式为CO ＋2e－＋
2 2
2H＋===HCOOH。(2)① 根据盖斯定律，由Ⅲ＝Ⅱ－Ⅰ可得 ΔH ＝ΔH －ΔH ＝－378.7
3 2 1
kJ·mol－1＋393.5 kJ·mol－1＝＋14.8 kJ·mol－1。②设转化的CO 的浓度为x mol·L－1，可列三
2
段式：
CO
2
(g)＋H
2
(g)⇌HCOOH(g)
起始浓度/(mol·L－1) 1.0 1.0 0
转化浓度/(mol·L－1) x x x
平衡浓度/(mol·L－1) 1.0－x 1.0－x x
则K＝＝2.4×10－8，解得x≈2.4×10－8，则CO 的平衡转化率为×100%＝2.4×10－8。
2
③甲酸铵水解：NH＋HCOO－＋H
2
O⇌NH
3
·H
2
O＋HCOOH，由氨水和甲酸铵的浓度知，甲
酸铵的水解受抑制，由电离和水解都很微弱知，溶液中 c(NH)≈0.18 mol·L－1，
c(NH ·H O)≈1.00 mol·L－1，根据K (NH ·H O)＝，知c(OH－)＝＝ mol·L－1＝10－4 mol·L
3 2 b 3 2
－1，c(H＋)＝10－10 mol·L－1，故pH＝10。(3)①v与CO(g)的压强有关，压强越大，溶液中
2
CO 的浓度越大，v越大，A项错误；v与溶液中溶解H 的量有关，氢气浓度越大，反应速
2 2
率越快，B项错误；温度升高，气体在溶液中溶解度变小，总反应速率不一定增大，C项
正确；N(CH CH) 会与HCOOH反应，使得反应Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ平衡均正向移动，可提高CO
2 3 3 2
的转化率，D项正确。
