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专题65 原理综合题——反应热+速率+平衡
1．【2023年山东卷】一定条件下，水气变换反应 的中间产物是 。为探究
该反应过程，研究 水溶液在密封石英管中的分子反应：
Ⅰ．
Ⅱ．
研究发现，在反应Ⅰ、Ⅱ中， 仅对反应Ⅰ有催加速作用；反应Ⅰ速率远大于反应Ⅱ，近似认为反应Ⅰ
建立平衡后始终处于平衡状态。忽略水电离，其浓度视为常数。回答下列问题：
（1）一定条件下，反应Ⅰ、Ⅱ的焓变分别为 、 ，则该条件下水气变换反应的焓变 (用
含 的代数式表示)。
（2）反应Ⅰ正反应速率方程为： ，k为反应速率常数。 温度下， 电离
平衡常数为 ，当 平衡浓度为 时， 浓度为 ，此时反应Ⅰ应速率
(用含 和k的代数式表示)。
（3） 温度下，在密封石英管内完全充满 水溶液，使 分解，分解产物均完全
溶于水。含碳物种浓度与反应时间的变化关系如图所示(忽略碳元素的其他存在形式)。 时刻测得
的浓度分别为 ，反应Ⅱ达平衡时，测得 的浓度为 。体系
达平衡后 (用含y的代数式表示，下同)，反应Ⅱ的平衡常数为 。
相同条件下，若反应起始时溶液中同时还含有 盐酸，则图示点 中， 的浓度峰值
点可能是 (填标号)。与不同盐酸相比， 达浓度峰值时， 浓度 (填“增大”“减小”
或“不变”)， 的反应 (填“增大”“减小”或“不变”)。【答案】（1） －
（2）
（3） a 减小 不变
【解析】（1）根据盖斯定律，反应II-反应I＝水气变换反应，故水气变换反应的焓变 ＝ － ；
（2）T 温度时，HCOOH建立电离平衡：
1
，c(HCOO－)＝c(H＋)，故c(H＋)＝ 。
。
（3）t 时刻时，c(CO)达到最大值，说明此时反应I达平衡状态。此时
1
故t 时刻c(HCOOH)＝1.0－0.70－0.16＝0.14 mol·L－1，K(I)＝ 。t 时刻→反应II达平
1 1
衡过程，
则c(H )＝b＋0.16＝y，b＝(y－0.16)mol·L－1，c(HCOOH)＝0.14－a－b＝0.3－a－y，c(CO)＝a＋0.7，K(I)＝
2
，a＝ 。故 ＝ ，K(II)＝
。
加入0.1 mol·L－1盐酸后，H＋对反应I起催化作用，加快反应I的反应速率，缩短到达平衡所需时间，故
CO浓度峰值提前，由于时间缩短，反应Ⅱ消耗的HCOOH减小，体系中HCOOH浓度增大，导致CO
浓度大于t 时刻的峰值，故c(CO)最有可能在a处达到峰值。此时c(CO)会小于不含盐酸的浓度，
1 2＝K(I)，温度不变，平衡常数不变，则 的值不变。
2．【2023年湖北卷】纳米碗 是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下， 可以由 分子
经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。 的反应机理和能量变化如
下：
回答下列问题：
（1）已知 中的碳氢键和碳碳键的键能分别为 和 ，H-H键能为
。估算 的 。
（2）图示历程包含 个基元反应，其中速率最慢的是第 个。
（3） 纳米碗中五元环和六元环结构的数目分别为 、 。
（4）1200K时，假定体系内只有反应 发生，反应过程中压强恒定为 (即
的初始压强)，平衡转化率为α，该反应的平衡常数 为 (用平衡分压代替平衡浓度计算，
分压=总压×物质的量分数)。
（5） 及 反应的 ( 为平衡常数)随温度倒
数的关系如图所示。已知本实验条件下， (R为理想气体常数，c为截距)。图中两条线几
乎平行，从结构的角度分析其原因是 。（6）下列措施既能提高反应物的平衡转化率，又能增大生成 的反应速率的是 (填标号)。
a．升高温度 b．增大压强 c．加入催化剂
【答案】（1）128
（2） 3 3
（3） 6 10
（4）
（5）在反应过程中，断裂和形成的化学键相同
（6）a
【解析】（1）由 和 的结构式和反应历程可以看出， 中断裂了2根碳氢键， 形成
了1根碳碳键，所以 的 = ，
故答案为：128；
（2）由反应历程可知，包含3个基元反应，分别为： ，
, ,其中第三个的活化能最大，反应速率最慢，
故答案为：3；3；
（3）由 的结构分析，可知其中含有1个五元环，10个六元环，每脱两个氢形成一个五元环，则
总共含有6个五元环，10个六元环，故答案为：6；10；
（4）1200K时，假定体系内只有反应 发生，反应过程中压强恒定为 (即
的初始压强)，平衡转化率为α，设起始量为1mol，则根据信息列出三段式为：则 ， ， ，该反应的平衡常数 =
，故答案为： ；
（5） 及 反应的 ( 为平衡常数)随温度倒
数的关系如图。图中两条线几乎平行，说明斜率几乎相等，根据 (R为理想气体常数，c为
截距)可知，斜率相等，则说明焓变相等，因为在反应过程中，断裂和形成的化学键相同，故答案为：
在反应过程中，断裂和形成的化学键相同；
（6）a．由反应历程可知，该反应为吸热反应，升温，反应正向进行，提高了平衡转化率反应速率也加快，
a符合题意；
b．由化学方程式可知，该反应为正向体积增大的反应，加压，反应逆向进行，降低了平衡转化率，b不符
合题意；
c．加入催化剂，平衡不移动，不能提高平衡转化率，c不符合题意；
故答案为：a。
3．【2023年广东卷】配合物广泛存在于自然界，且在生产和生活中都发挥着重要作用。
（1）某有机物 能与 形成橙红色的配离子 ，该配离子可被 氧化成淡蓝色的配离子
。
①基态 的 电子轨道表示式为 。
②完成反应的离子方程式：
（2）某研究小组对（1）中②的反应进行了研究。
用浓度分别为 的 溶液进行了三组实验，得到 随时间t的变
化曲线如图。① 时，在 内， 的平均消耗速率= 。
②下列有关说法中，正确的有 。
A．平衡后加水稀释， 增大
B． 平衡转化率：
C．三组实验中，反应速率都随反应进程一直减小
D．体系由橙红色转变为淡蓝色所需时间：
（3）R的衍生物L可用于分离稀土。溶液中某稀土离子(用M表示)与L存在平衡：
研究组配制了L起始浓度 与L起始浓度比 不同的系列溶液，反应平衡后
测定其核磁共振氢谱。配体L上的某个特征H在三个物种 中的化学位移不同，该特征H
对应吸收峰的相对峰面积S(体系中所有特征H的总峰面积计为1)如下表。
0 1.00 0 0
a x 0.64
b 0.40 0.60
【注】核磁共振氢谱中相对峰面积S之比等于吸收峰对应H的原子数目之比；“ ”表示未检测到。
① 时， 。
② 时，平衡浓度比 。
（4）研究组用吸收光谱法研究了（3）中M与L反应体系。当 时，测得平衡时各物
种 随 的变化曲线如图。 时，计算M的平衡转化率
(写出计算过程，结果保留两位有效数字)。【答案】（1） HNO
2
（2） A、B
（3） 0.36 3：4或0.75
（4）98%
【解析】（1）①基态 的 电子轨道表示式为 ；
②根据原子守恒可知离子方程式中需要增加HNO。
2
（2）①浓度分别为 的 溶液，反应物浓度增加，反应速率增大，据此
可知三者对应的曲线分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ； 时，在 内，观察图像可知
的平均消耗速率为 ；
②A．对于反应 HNO ，加水稀释，平衡往粒子数增加的方向移
2
动， 含量增加， 含量减小， 增大，A正确；
B． 浓度增加， 转化率增加，故 ，B正确；
C．观察图像可知，三组实验反应速率都是前期速率增加，后期速率减小，C错误；
D．硝酸浓度越高，反应速率越快，体系由橙红色转变为淡蓝色所需时间越短，故 ，D错误；
故选AB。
（3）① 时， ，且 =0.64， 得x=0.36；
② 相比于 含有两个配体，则 与 的浓度比应为 相对峰面积S的一半与
的相对峰面积S之比，即 。（4） ； ，由L守恒可知
，则
；则M的转化率为 。
4．【2022年福建卷】异丙醇 可由生物质转化得到，催化异丙醇脱水制取高值化学品丙烯
的工业化技术已引起人们的关注，其主要反应如下：
Ⅰ.
Ⅱ.
回答下列问题：
（1）已知 ，则 燃烧生成 和
的热化学方程式为_______。
（2）在 下，刚性密闭容器中的反应体系内水蒸气浓度与反应时间关系如下表：
反应时间 0 4 8 12 t 20
浓度
0 2440 3200 3600 4000 4100
① 内， _______ ；
②t_______16(填“>”“<”或“=”)。
（3）在恒温刚性密闭容器中，反应Ⅰ、Ⅱ均达到平衡的判据是_______(填标号)。
a. 的分压不变 b.混合气体密度不变
c. d.
（4）在一定条件下，若反应Ⅰ、Ⅱ的转化率分别为98%和40%，则丙烯的产率为_______。
（5）下图为反应Ⅰ、Ⅱ达到平衡时 与温度的关系曲线。(已知：对于可逆反应 ，任意时刻 ，式中 )表示物质
×的分压)
①在 恒压平衡体系中充入少量水蒸气时，反应Ⅰ的的状态最有可能对应图中的_______点(填
“甲”“乙”或“丙”)，判断依据是_______。
② 时，在密闭容器中加入一定量的 ，体系达到平衡后，测得 的分压为 ，则水
蒸气的分压为_______ (用含x的代数式表示)。
【答案】（1）
（2） 190 >
（3）ad
（4）58.8%
（5） 甲 反应I平衡曲线为N，恒压时充入水蒸气，
【解析】（1）设Ⅲ ，根据盖斯定律Ⅲ-2×Ⅰ
得 。
（2）① 内， ，则 ；
② 、 、 ，△c(H O)逐渐减小，说明反应速率减小， 内，Δc(H O)=400ppm，
2 2
内，Δc(H O)=400ppm，则t-12>4，即t>16。
2
（3）a．HO的分压不变，则C H 的分压也不变，反应1、Ⅱ各组分分压不变，反应1、Ⅱ均达到平衡，a
2 3 6
正确；
b．反应物和生成物均为气体，混合气体的总质量不变，刚性密闭容器体积不变，则混合气体密度不变，
不能作为反应I、Ⅱ均达到平衡的判据，b错误；
c．当 时，反应不一定达到平衡，不能作为反应1、Ⅱ均达到平衡的判据，c错误；
d． ，说明正逆反应速率相等，反应I达平衡，各组分分压不变，C H 的分压不变，
3 6
说明反应Ⅱ也达平衡，d正确；
故选ad。
（4）设C HO的物质的量为1mol，若lmol C HO完全反应，理论上生成1mol C H，因为反应Ⅰ、Ⅱ的
3 8 3 8 3 6
转化率分别为98%和40%，反应I生成1mol×98%=0.98mol C H，反应Ⅱ消耗了40% C H，则达平衡
3 6 3 6
时C H 的物质的量为0.98mol×(1-40%)=0.588mol，所以丙烯的产率为 =58.8%。
3 6
（5）①反应I为气体体积增大的吸热反应，反应Ⅱ为气体体积减小的放热反应，则升高温度，反应I正向
移动， 逐渐增大，反应Ⅱ逆向移动， 逐渐减小，即反应I为平衡曲线为N，反应Ⅱ平衡曲线为
M；在350℃恒压平衡体系中充入少量水蒸气时，对于反应I而言，相当于增大生成物浓度，使得 >，即lg 增大，反应I的状态最有可能对应图中的甲；
②由图可知，350°C时达平衡后， =0，则350℃时 = =1，设水蒸气的平衡分压为a MPa，则反应
II的C H 起始分压为 a MPa，对反应Ⅱ列三段式有
3 6
，解得a= MPa。
5．【2022年上海卷】利用 催化氮气合成氨气，并生成CO、 等燃料气的方程式如下所示：
反应①：
反应②：
（1）氮原子核外电子排布式为：_______。
（2）比较C、N、O原子的半径大小：_______。
（3）反应①的进程如图所示，则 和 的大小为：_______。
（4）某一2L恒温恒容装置，反应前充入3mol甲烷，10min后，甲烷为1.2mol，求前10min氮气的反应速
率为：_______。
（5）写出反应①和反应②的总反应方程式：_______。
（6）这个制取氨气的方法和工业制取氨气相比，优点是：_______、_______。
【答案】（1）
（2）C>N>O
（3）
（4）0.03 mol·L-1·min-1
（5）
（6） 原料更易获取 无需高压或对装置要求低、副产物可用于燃料
【解析】（1）氮原子核外有7个电子，其核外电子排布式为 。
（2）同周期主族元素的原子，随原子序数递增，原子半径逐渐减小，故原子半径C>N>O。（3）反应①为气体体积增大的反应，其他条件不变，压强增大，平衡逆向移动， 的平衡转化率降低，
根据图示，当温度不变时， 下 的平衡转化率大于 下 的平衡转化率，则 。
（4）根据反应①知， ，根据题意知，
mol·L ·min ，则 mol·L ·min 。
（5）反应①+反应②可得总反应的方程式，化学方程式为
。
（6）工业制取氨气需高温、高压，因此该方法的优点是原料更易获取，无需高压，对装置要求低，副产
物可用于燃料等。
6．【2022年山东卷】利用 丁内酯(BL)制备1， 丁二醇(BD)，反应过程中伴有生成四氢呋喃(THF)和
丁醇(BuOH)的副反应，涉及反应如下：
已知：①反应Ⅰ为快速平衡，可认为不受慢反应Ⅱ、Ⅲ的影响；②因反应Ⅰ在高压 氛围下进行，故
压强近似等于总压。回答下列问题：
（1）以 或BD为初始原料，在 、 的高压 氛围下，分别在恒压容器中进
行反应。达平衡时，以BL为原料，体系向环境放热 ；以BD为原料，体系从环境吸热 。忽略
副反应热效应，反应Ⅰ焓变 _______ 。
（2）初始条件同上。 表示某物种i的物质的量与除 外其它各物种总物质的量之比， 和 随时间
t变化关系如图甲所示。实验测得 ，则图中表示 变化的曲线是_______；反应Ⅰ平衡常数
_______ (保留两位有效数字)。以BL为原料时， 时刻 _______，BD产率=_______(保留
两位有效数字)。（3） 为达平衡时 与 的比值。 、 、
三种条件下，以 为初始原料，在相同体积的刚性容器中发生反应，
随时间t变化关系如图乙所示。因反应在高压 氛围下进行，可忽略压强对反应速率的
影响。曲线A．B．c中， 最大的是_______(填代号)；与曲线b相比，曲线c达到
所需时间更长，原因是_______。
【答案】（1）-200(X+Y)
（2） a或c 8.3×10-8 0.08 39%
（3） c 由于b和c代表的温度相同，而压强对反应速率的影响可忽略，压强增大反应Ⅱ、Ⅲ
均是逆向移动， 增大，故 =1.0所需时间更长
【解析】
（1）依题意，结合已知信息，可推定在同温同压下，以同物质的量的BL或BD为初始原料，达到平衡时
的状态相同，两个平衡完全等效。则以5.0×10-3mol的BL为原料，达到平衡时放出XkJ热量与同物质
的量的BD为原料达到平衡时吸收YkJ热量的能量二者能量差值为(X+Y)kJ，则1mol时二者能量差值
为200(X+Y)kJ，反应I为放热反应，因此焓变 =-200(X+Y)kJ·mol-1。
（2）实验测定Xp(C H)>p(H)，且有CO 生成，H 分压降低，故体系中还发生反应：C H+
2 3 6 2 2 2 3 6
O=3CO +3H O，H+ O=H O，消耗O，因此C H 和O 的消耗速率比小于2∶1；
2 2 2 2 2 2 2 3 8 2
（4）反应开始时，反应Ⅱ向右进行，c(C H)逐渐增大，且体系中以反应Ⅱ为主，随着反应进行，p(C H)
3 6 3 8
减小，p(C H)增大，使得v (C H)减小，体系中以反应Ⅲ为主，因此丙烯的浓度随时间的变化趋势为
3 6 3 6
先增大后减小。
9．【2022年湖北卷】自发热材料在生活中的应用日益广泛。某实验小组为探究“ ”体系
的发热原理，在隔热装置中进行了下表中的五组实验，测得相应实验体系的温度升高值( )随时间(t)
的变化曲线，如图所示。
实验编号 反应物组成
粉末
a
粉
b
粉
c
饱和石灰水
粉
d
石灰乳粉
e 粉末
回答下列问题：
（1）已知：
①
②
③
则 的 ___________ 。
（2）温度为T时， ，则 饱和溶液中 ___________(用含x的代数式
表示)。
（3）实验a中， 后 基本不变，原因是___________。
（4）实验b中， 的变化说明 粉与 在该条件下___________(填“反应”或“不反应”)。实验c
中，前 的 有变化，其原因是___________； 后 基本不变，其原因是___________微粒
的量有限。
（5）下列说法不能解释实验d在 内温度持续升高的是___________(填标号)。
A．反应②的发生促使反应①平衡右移
B．反应③的发生促使反应②平衡右移
C．气体的逸出促使反应③向右进行D．温度升高导致反应速率加快
（6）归纳以上实验结果，根据实验e的特征，用文字简述其发热原理___________。
【答案】（1）-911.9
（2） mol⋅L-1
（3）Ca(OH) 在水中的溶解度小，反应①达到了平衡状态
2
（4） 不反应 Al和溶液中的OH-发生了反应 OH-
（5）A
（6）实验e中，发生反应①、②和③，反应③中有气体生成，气体的逸出促使反应③向右进行，反应③的
发生使得溶液中OH-的浓度减小，促使反应②平衡右移，反应②的发生促使反应①平衡右移，这三步
反应都是放热反应，温度升高导致反应速率加快。
【解析】
（1）根据盖斯定律可得，①+②+2③可得反应CaO(s)+2Al(s)+7H2O(l)=Ca2+(aq)+2[Al(OH) ]-(aq)+3H (g)，
4 2
则ΔH
4
=ΔH
1
+ΔH
2
+2ΔH
3
=(-65.17kJ⋅mol-1)+(-16.73kJ⋅mol-1)+2(-415.0kJ⋅mol-1)=-911.9kJ⋅mol-1。
（2）温度为T时，Ca(OH) 饱和溶液中，Ca(OH) (s) Ca2+(aq)+2OH-(aq)， c(OH-)=2c(Ca2+)∙，
2 2
K
sp
[Ca(OH)
2
]=c(Ca2+)∙c2(OH-)=x，则c(OH-)= mol⋅L-1。
（3）实验a中，CaO和HO反应①生成Ca(OH) ，4min后ΔT基本不变，是因为Ca(OH) 在水中的溶解度
2 2 2
小，反应①达到了平衡状态。
（4）实验b中，ΔT几乎不变，说明Al粉与HO在该条件下不反应；实验c中，前3min的ΔT有变化，是
2
因为Al和溶液中的OH-发生了反应，3min后ΔT基本不变，是因为饱和石灰水中OH-的浓度较低，
OH-的量有限。
（5）实验d中，发生反应②和③，反应③中有气体生成，气体的逸出促使反应③向右进行，反应③的发生
使得溶液中OH-的浓度减小，促使反应②平衡右移，这两步反应都是放热反应，温度升高导致反应速
率加快；综上所述，实验d在10min内温度持续升高与反应①无关，故选A。
（6）实验e中，发生反应①、②和③，反应③中有气体生成，气体的逸出促使反应③向右进行，反应③的
发生使得溶液中OH-的浓度减小，促使反应②平衡右移，反应②的发生促使反应①平衡右移，这三步
反应都是放热反应，温度升高导致反应速率加快。
10．【2022年海南卷】某空间站的生命保障系统功能之一是实现氧循环，其中涉及反应：
回答问题：
（1）已知：电解液态水制备 ，电解反应的 。由此计算 的燃烧热(焓)
_______ 。
（2）已知： 的平衡常数(K)与反应温度(t)之间的关系如图1所示。①若反应为基元反应，且反应的 与活化能(Ea)的关系为 。补充完成该反应过程的能量变化
示意图(图2)_______。
②某研究小组模拟该反应，温度t下，向容积为10L的抽空的密闭容器中通入 和 ，
反应平衡后测得容器中 。则 的转化率为_______，反应温度t约为_______℃。
（3）在相同条件下， 与 还会发生不利于氧循环的副反应：
，在反应器中按 通入反应物，在不同温
度、不同催化剂条件下，反应进行到2min时，测得反应器中 、 浓度( )如下表所
示。
t=350℃ t=400℃
催化剂催化剂
10.8 12722 345.2 42780
Ⅰ
催化剂
9.2 10775 34 38932
Ⅱ
在选择使用催化剂Ⅰ和350℃条件下反应， 生成 的平均反应速率为___ ；
若某空间站的生命保障系统实际选择使用催化剂Ⅱ和400℃的反应条件，原因是_______。
【答案】（1）-286
（2） 50%或0.5 660.2(或660.1或660.3,
其他答案酌情给分)
（3） 5.4 相同催化剂，400℃的反应速率更快，相同温度，催化剂Ⅱ副产物浓度低，甲烷与甲
醇比例高
【解析】
（1）电解液态水制备 ，电解反应的 ，由此可以判断，2mol 完全燃烧消
耗 ，生成液态水的同时放出的热量为572kJ ，故1mol 完全燃烧生成液态水放出的热
量为286kJ，因此， 的燃烧热(焓) -286 。
（2）①由 的平衡常数(K)与反应温度(t)之间的关系图可知，K随
着温度升高而减小，故该反应为放热反应。若反应为基元反应，则反应为一步完成，由于反应的
与活化能(Ea)的关系为 ，由图２信息可知 ＝ａ ，则 ａ ，该反应为放
热反应，生成物的总能量小于反应物的，因此该反应过程的能量变化示意图为：。
②温度t下，向容积为10L的抽空的密闭容器中通入 和 ，反应平衡后测得容器中
，则 的转化率为 ，根据C元素守恒可知， 的平衡量为
， 和 是按化学计量数之比投料的，则 的平衡量为 ， 的平衡量是
的２倍，则 ， 的平衡浓度分别为
、 、 、 ，则该反应的平衡常数K＝
，根据图１中的信息可知，反应温度t约为660.2℃。
（3）在选择使用催化剂Ⅰ和350℃条件下反应，由表中信息可知， 的浓度由０增加到10.8
，因此， 生成 的平均反应速率为 ；由表中信
息可知，在选择使用催化剂Ⅰ和350℃条件下反应， 的浓度由０增加到10.8
，， : ＝12722:10.8 1178；在选择使用催化剂Ⅱ和350℃的反应条件下，
的浓度由０增加到9.2 ， : ＝10775:9.2 1171；在选择使用催化剂Ⅰ
和400℃条件下反应， 的浓度由０增加到345.2 ， : ＝
42780:345.2 124；在选择使用催化剂Ⅱ和400℃的反应条件下， 的浓度由０增加到34
， : ＝38932:34 1145。因此，若某空间站的生命保障系统实际选择使用催
化剂Ⅱ和400℃的反应条件的原因是：相同催化剂，400℃的反应速率更快，相同温度，催化剂Ⅱ副产
物浓度低，甲烷与甲醇比例高。
11．【2022年1月浙江卷】工业上，以煤炭为原料，通入一定比例的空气和水蒸气，经过系列反应可以得
到满足不同需求的原料气。请回答：
（1）在C和O 的反应体系中：
2
反应1：C(s)+O(g)=CO (g) ΔH =-394kJ·mol-1
2 2 1反应2：2CO(g)+O(g)=2CO (g) ΔH =-566kJ·mol-1
2 2 2
反应3：2C(s)+O(g)=2CO(g) ΔH 。
2 3
① 设y=ΔH-TΔS，反应1、2和3的y随温度的变化关系如图1所示。图中对应于反应3的线条是
______。
②一定压强下，随着温度的升高，气体中CO与CO 的物质的量之比______。
2
A．不变 B．增大 C．减小 D．无法判断
（2）水煤气反应：C(s)+HO(g)=CO(g)+H (g) ΔH=131kJ·mol-1。工业生产水煤气时，通常交替通入合适量
2 2
的空气和水蒸气与煤炭反应，其理由是________。
（3）一氧化碳变换反应：CO(g)+HO(g)=CO(g)+H(g) ΔH=-41kJ·mol-1。
2 2 2
①一定温度下，反应后测得各组分的平衡压强(即组分的物质的量分数×总压)：p(CO)=0.25MPA．
p(H O)=0.25MPA．p(CO)=0.75MPa和p(H )=0.75MPa，则反应的平衡常数K的数值为________。
2 2 2
②维持与题①相同的温度和总压，提高水蒸气的比例，使CO的平衡转化率提高到90%，则原料气中
水蒸气和CO的物质的量之比为________。
③生产过程中，为了提高变换反应的速率，下列措施中合适的是________。
A．反应温度愈高愈好 B．适当提高反应物压强
C．选择合适的催化剂 D．通入一定量的氮气
④以固体催化剂M催化变换反应，若水蒸气分子首先被催化剂的活性表面吸附而解离，能量-反应过
程如图2所示。
用两个化学方程式表示该催化反应历程(反应机理)：步骤Ⅰ：________；步骤Ⅱ：________。
【答案】（1） a B
（2）水蒸气与煤炭反应吸热，氧气与煤炭反应放热，交替通入空气和水蒸气有利于维持体系热量平衡，
保持较高温度，有利于加快化学反应速率
（3） 9.0 1.8：1 BC M+HO=MO+H MO+CO=M+CO
2 2 2【解析】
（1）①由已知方程式：(2×反应1-反应2)可得反应3，结合盖斯定律得：
，反应1前后气体分子数不变，升温y不变，对
应线条b，升温促进反应2平衡逆向移动，气体分子数增多，熵增，y值增大，对应线条c，升温促进
反应3平衡逆向移动，气体分子数减少，熵减， y值减小，对应线条a，故此处填a；
②温度升高，三个反应平衡均逆向移动，由于反应2焓变绝对值更大，故温度对其平衡移动影响程度大，
故CO 物质的量减小，CO物质的量增大，所以CO与CO 物质的量比值增大，故答案选B；
2 2
（2）由于水蒸气与煤炭反应吸热，会引起体系温度的下降，从而导致反应速率变慢，不利于反应的进行，
通入空气，利用煤炭与O 反应放热从而维持体系温度平衡，维持反应速率，故此处填：水蒸气与煤炭
2
反应吸热，氧气与煤炭反应放热，交替通入空气和水蒸气有利于维持体系热量平衡，保持较高温度，
有利于加快反应速率；
（3）①该反应平衡常数K= ；
②假设原料气中水蒸气为x mol，CO为1 mol，由题意列三段式如下：
，则平衡常数K= ，解得x=1.8，故水蒸气
与CO物质的量之比为1.8：1；
③A．反应温度过高，会引起催化剂失活，导致反应速率变慢，A不符合题意；
B．适当增大压强，可加快反应速率，B符合题意；
C．选择合适的催化剂有利于加快反应速率，C符合题意；
D．若为恒容条件，通入氮气对反应速率无影响，若为恒压条件，通入氮气后，容器体积变大，反应物浓
度减小，反应速率变慢，D不符合题意；
故答案选BC；
④水分子首先被催化剂吸附，根据元素守恒推测第一步产生H，第二步吸附CO产生CO，对应反应历程
2 2
依次为：M+HO=MO+H 、MO+CO=M+CO 。
2 2 2
12．（2021·山东真题）2-甲氧基-2-甲基丁烷(TAME)常用作汽油原添加剂。在催化剂作用下，可通过甲醇
与烯烃的液相反应制得，体系中同时存在如图反应：
反应Ⅰ： +CH OH △H
3 1
反应Ⅱ： +CH OH △H
3 2反应Ⅲ： △H
3
回答下列问题：
（1）反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ以物质的量分数表示的平衡常数K 与温度T变化关系如图所示。据图判断，A和B
x
中相对稳定的是__(用系统命名法命名)； 的数值范围是___(填标号)。
A．<-1 B．-1～0 C．0～1 D．>1
（2）为研究上述反应体系的平衡关系，向某反应容器中加入1.0molTAME，控制温度为353K，测得
TAME的平衡转化率为α。已知反应Ⅲ的平衡常数K =9.0，则平衡体系中B的物质的量为___mol，反
x3
应Ⅰ的平衡常数K =___。同温同压下，再向该容器中注入惰性溶剂四氢呋喃稀释，反应Ⅰ的化学平
x1
衡将__(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)平衡时，A与CHOH物质的量浓度之比c(A)：
3
c(CHOH)=___。
3
（3）为研究反应体系的动力学行为，向盛有四氢呋喃的另一容器中加入一定量A、B和CHOH。控制温
3
度为353K，A、B物质的量浓度c随反应时间t的变化如图所示。代表B的变化曲线为__(填“X”或
“Y”)；t=100s时，反应Ⅲ的正反应速率v __逆反应速率v (填“＞”“＜”或“=)。
正 逆【答案】
（1）2-甲基-2-丁烯 D
（2） 0.9α 逆向移动 1:10
（3）X ＜
【解析】
（1）由平衡常数K 与温度T变化关系曲线可知，反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的平衡常数的自然对数随温度升高（要
x
注意横坐标为温度的倒数）而减小，说明3个反应均为放热反应，即△H＜0、△H＜0、△H＜0，
1 2 3
因此，A的总能量高于B的总能量，能量越低越稳定，A和B中相对稳定的是B，其用系统命名法命
名为2-甲基-2-丁烯；由盖斯定律可知，Ⅰ-Ⅱ=Ⅲ，则△H-△H=△H＜0，因此△H＜△H，由于放热
1 2 3 1 2
反应的△H越小，其绝对值越大，则 的数值范围是大于1，选D。
（2）向某反应容器中加入1.0molTAME，控制温度为353K，测得TAME的平衡转化率为α,则平衡时
n(TAME)=(1-α) mol，n(A)+n(B)=n(CH OH)= α mol。已知反应Ⅲ的平衡常数K =9.0，则 =9.0，将
3 x3
该式代入上式可以求出平衡体系中B的物质的量为0.9α mol，n(A)=0.1α mol，反应Ⅰ的平衡常数K =
x1
。同温同压下，再向该容器中注入惰性溶剂四氢呋喃稀释，反应Ⅰ的化
学平衡将向着分子数增大的方向移动，即逆向移动。平衡时，TAME的转化率变大，但是平衡常数不
变，A与CHOH物质的量浓度之比不变，c(A)：c(CHOH)=0.1α：α=1:10。
3 3
（3）温度为353K，反应Ⅲ的平衡常数K =9.0， =9.0。由A、B物质的量浓度c随反应时间t的变化
x3
曲线可知，X代表的平衡浓度高于Y，则代表B的变化曲线为X；由母线的变化趋势可知，100s 以后
各组分的浓度仍在变化， t=100s时 ，因此，反应Ⅲ正在向逆反应方向移动，
故其正反应速率v 小于逆反应速率v ，填＜。
正 逆
13．（2021.6·浙江真题）含硫化合物是实验室和工业上的常用化学品。请回答：
（1）实验室可用铜与浓硫酸反应制备少量 ：
。判断该反应的自发性并说明理
由_______。
（2）已知 。 时，在一恒容密闭反应器中充入一定量
的 和 ，当反应达到平衡后测得 、 和 的浓度分别为 、
和 。①该温度下反应的平衡常数为_______。
②平衡时 的转化率为_______。
（3）工业上主要采用接触法由含硫矿石制备硫酸。
①下列说法正确的是_______。
A．须采用高温高压的反应条件使 氧化为
B．进入接触室之前的气流无需净化处理
C．通入过量的空气可以提高含硫矿石和 的转化率
D．在吸收塔中宜采用水或稀硫酸吸收 以提高吸收速率
②接触室结构如图1所示，其中1~4表示催化剂层。图2所示进程中表示热交换过程的是_______。
A． B． C． D． E. F. G.
③对于放热的可逆反应，某一给定转化率下，最大反应速率对应的温度称为最适宜温度。在图3中画
出反应 的转化率与最适宜温度(曲线Ⅰ)、平衡转化率与温度(曲线Ⅱ)的
关系曲线示意图(标明曲线Ⅰ、Ⅱ)_______。
（4）一定条件下，在 溶液体系中，检测得到pH-时间振荡曲线如图4，同时观察到体
系由澄清→浑浊→澄清的周期性变化。可用一组离子方程式表示每一个周期内的反应进程，请补充其
中的2个离子方程式。Ⅰ.
Ⅱ.①_______；
Ⅲ. ；
Ⅳ.②_______。
【答案】
（1）不同温度下都能自发，是因为
（2）① ②
（3）①C ②BDF ③
（4）
【解析】
（1）实验室可用铜与浓硫酸反应制备少量 的反应为
，由于该反应 ，
因此该反应在任何温度下都能自发进行。
（2）①根据题中所给的数据可以求出该温度下 的平衡常数为
.
②平衡时 的转化率为 ；
（3）①A．在常压下 催化氧化为 的反应中， 的转化率已经很高，工业上有采用高压的反应条件，A说法不正确；
B．进入接触室之前的气流中含有会使催化剂中毒的物质，需经净化处理以防止催化剂中毒，B说法不正
确；
C．通入过量的空气可以增大氧气的浓度，可以使含硫矿石充分反应，并使化学平衡
向正反应方向移动，因此可以提高含硫矿石和 的转化率；
D． 与水反应放出大量的热，在吸收塔中若采用水或稀硫酸吸收 ，反应放出的热量会使硫酸形成酸
雾从而影响 被水吸收导致 的吸收速率减小，因此，在吸收塔中不宜采用水或稀硫酸吸收 ，
D说法不正确。
综上所述，相关说法正确的是C；
②反应混合物在热交换气中与原料气进行热交换，在热交换过程中，反应混合物不与催化剂接触，化学反
应速率大幅度减小，故虽然反应混合物的温度降低， 的转化率基本不变，因此，图2所示进程中
表示热交换过程的是 、 、 ，因此选BDF；
③对于放热的可逆反应 ，该反应的最适宜温度为催化剂的催化活性最好时所对
应的温度，在该温度下化学反应速率最大， 的转化率也最大；当温度高于最适宜温度后，催化剂
的催化活性逐渐减小，催化剂对化学反应速率的影响超过了温度升高对化学反应速率的影响，因此化
学反应速率逐渐减小， 的转化率也逐渐减小；由于该反应为放热反应，随着温度的升高， 的
平衡转化率减小；由于反应混合物与催化剂层的接触时间较少，在实际的反应时间内反应还没有达到
化学平衡状态，故在相应温度下 的转化率低于其平衡转化率。因此，反应
的转化率与最适宜温度（曲线Ⅰ）、平衡转化率与温度（曲线Ⅱ）的关系
曲线示意图可表示如下： .
（4）由 时间振荡曲线可知，在 溶液体系中，溶液的 呈先增大后减小的周期
性变化，同时观察到体系由澄清→浑浊→澄清的周期性变化，硫化钠与硫酸反应生成 ，
，然后发生 ，该过程溶液的 基本不变，溶液保持澄清；
溶液变浑浊时 被 氧化为 ，即发生 ，该过程溶液的 增大；溶
液又变澄清时 又被 氧化为 ，发生 ，该过程溶液的 在减小。
因此可以推测该过程中每一个周期内的反应进程中依次发生了如下离子反应： 、、 、 。
14．（2020·海南真题）作为一种绿色消毒剂，HO 在公共卫生事业中发挥了重要的作用。已知反应：
2 2
HO(l)= HO（1）+ O(g) ΔH= -98 kJ·mol-1 K= 2.88×1020
2 2 2 2
回答问题：
（1） HO 的强氧化性使其对大多数致病菌和病毒具有消杀功能。用3%医用HO 对传染病房喷洒消毒时，
2 2 2 2
地板上有气泡冒出，该气体是____________________。
（2）纯HO 可作为民用驱雹火箭推进剂。在火箭喷口铂网催化下，HO 剧烈分解：HO(l) = H O(g)+
2 2 2 2 2 2 2
O(g)，放出大量气体，驱动火箭升空。每消耗34g H O，理论上 __________(填“放出”或“吸收”)
2 2 2
热量__________98kJ (填“大于”、“小于”或“等于”)。
（3）纯HO 相对稳定，实验表明在54℃下恒温贮存2周，浓度仍能保持99%，原因是HO 分解反应的
2 2 2 2
_______________(填编号)。
A． ΔH比较小 B． K不够大 C．速率比较小 D．活化能比较大
（4）向HO 稀溶液中滴加数滴含Mn2+的溶液，即有气泡快速逸出，反应中Mn2+起_________作用。某组
2 2
实验数据如下：
t/min 0 10 20 30 40 50
c(HO)/mol ·L-1 0.70 0.49 0.35 0.25 0.17 0.12
2 2
0-30 min H O 反应的平均速率v=_____ mol ·L·min-1
2 2
（5） HO 的一种衍生物KSO，阴离子结构式为( )。其中性溶液加热至沸后，溶液
2 2 2 2 8
pH降低，用离子方程式表明原因：_______________。
【答案】
（1）O（或氧气） （2）放出 小于 （3）cd
2
（4）催化剂 0.015mol·L-1·min-1 （5）SO +H O HSO +H++SO
2 2
【解析】根据过氧化氢分解的方程式分析产生的气体；根据过氧化氢的质量计算放出的热量；根据化学反
应速率分析反应快慢的原因；根据一段时间内浓度的变化量计算化学反应速率；根据过硫酸根结构分
析水解产物。
（1）利用双氧水消毒的时候会有气泡放出，是由于双氧水分解生成的氢气的缘故，故放出的气体是氧气，
故答案为：氧气；
（2）过氧化氢的分解反应为放热反应，根据题干，34g过氧化氢为1mol，1mol过氧化氢完全分解生成水
蒸气和氧气，由于液态水变成水蒸气需要吸收一部分能量，故生成水蒸气时放出是热量小于生成液态
水使放出的热量，故答案为：放出、小于；
（3）实验表明在54℃下恒温贮存2周，浓度仍能保持99%，说明在54℃下过氧化氢的分解速率较慢，产
生较慢反应速率的原因是过氧化氢分解过程中的需要的能量较高，化学反应活化能较大，而54℃的温度所提供的能量较少，故反应速率较慢，故答案选择cd；
（4）向HO 稀溶液中滴加数滴含Mn2+的溶液，即有气泡快速逸出，说明Mn2+的加入加快双氧水的分解速
2 2
率，但Mn2+本身没有发生任何变化，故Mn2+起到了催化剂的作用；起始时双氧水的浓度为0.7mol/L，
30min时双氧水的浓度为0.25mol/L，其浓度变化量Δc=0.7mol/L -0.25mol/L =0.45mol/L，则这段时间内
双氧水的反应速率v= = =0.015mol·L-1·min-1，故答案为：催化剂、0.015mol·L-1·min-1；
（5）过硫酸根在水中易发生水解生成过一硫酸氢根、硫酸根和氢离子，加热升高温度有助于加速水解，
其溶液pH降低，故过硫酸根水解的方程式为SO +H O HSO +H++SO ，故答案为：SO +H O
2 2 2 2
HSO +H++SO 。
15．（2020·天津真题）利用太阳能光解水，制备的H 用于还原CO 合成有机物，可实现资源的再利用。
2 2
回答下列问题：
Ⅰ.半导体光催化剂浸入水或电解质溶液中，光照时可在其表面得到产物
（1）下图为该催化剂在水中发生光催化反应的原理示意图。光解水能量转化形式为___________。
（2）若将该催化剂置于NaSO 溶液中，产物之一为 ，另一产物为__________。若将该催化剂置于
2 3
AgNO 溶液中，产物之一为O，写出生成另一产物的离子反应式__________。
3 2
Ⅱ.用H 还原CO 可以在一定条下合成CHOH(不考虑副反应)：
2 2 3
（3）某温度下，恒容密闭容器中，CO 和H 的起始浓度分别为 a mol‧L-1和3 a mol‧L-1，反应平衡时，
2 2
CHOH的产率为b，该温度下反应平衡常数的值为___________。
3
（4）恒压下，CO 和H 的起始物质的量比为1:3时，该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜
2 2
时甲醇的产率随温度的变化如图所示，其中分子筛膜能选择性分离出HO。
2
①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为____________。②P点甲醇产率高于T点的原因为___________。
③根据上图，在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为___________°C。
Ⅲ.调节溶液pH可实现工业废气CO 的捕获和释放
2
（5） 的空间构型为__________。已知25℃碳酸电离常数为K 、K ，当溶液pH=12时，
a1 a2
=1：_______：__________。
【答案】
（1）光能转化为化学能 （2）H （3）
2
（4）该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动（或平衡常数减小） 分子筛膜从反应体系中不断
分离出HO，有利于反应正向进行，甲醇产率升高 210
2
（5）平面（正）三角形
【解析】
I.（1）根据图示，该催化剂在水中发生光催化反应的方程式为2HO 2H↑+O ↑，光解水能量转化形
2 2 2
式为光能转化为化学能，故答案为：光能转化为化学能。
（2）若将该催化剂置于NaSO 溶液中，产物之一为 ， 被氧化成 ，则H+被还原为H，即另
2 3 2
一产物为H；若将该催化剂置于AgNO 溶液中，产物之一为O，氧元素的化合价升高，O 为氧化产
2 3 2 2
物，则生成另一产物的反应为还原反应，由于Ag+得电子能力大于H+，故生成另一产物的离子反应式
为Ag++e-=Ag，故答案为：H，Ag++e-=Ag。
2
II.（3） CO 和H 的起始浓度分别为 a mol‧L-1和3 a mol‧L-1，CHOH的产率为b，则生成的CHOH物质的
2 2 3 3
量浓度为abmol/L，根据三段式
则反应的平衡常数K= = = ，故答案为： 。
（4）①该反应为放热反应(∆H<0)，温度升高，平衡逆向移动（或平衡常数减小），故甲醇平衡产率随温
度升高而降低，故答案为：该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动（或平衡常数减小）；
②因为分子筛膜能选择性分离出HO，c（HO）减小，有利于反应正向进行，甲醇产率升高，故P点甲醇
2 2
产率高于T点，故答案为：分子筛膜从反应体系中不断分离出HO，有利于反应正向进行，甲醇产率
2
升高。
③根据图示，使用该分子筛膜210℃时甲醇的产率最大，故在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度
为210℃，故答案为：210。III.（5） 中C的孤电子对数为 ×（4+2-3×2）=0，σ键电子对数为3，价层电子对数为3，C上没有孤
电子对，故 的空间构型为平面正三角形；H 2 CO 3 的电离方程式为H 2 CO 3⇌H++ 、 ⇌
H++ ，则K = 、K = ，当溶液的pH=12时，c（H+）=1×10-12mol/L，
a1 a2
将其代入K 、K 中分别求出c（ ）=1012K c(H CO)、c（ ）=1012K c（ ）
a1 a2 a1 2 3 a2
=1024K K c(H CO)，则c(H CO)：c（ ）：c（ ） =1：（1012K ）：（1024K K ），故答
a1 a2 2 3 2 3 a1 a1 a2
案为：平面正三角形，1012K ，1024K K 。
a1 a1 a2
