专题15化学反应原理综合题（测）-2023年高考化学二轮复习讲练测（新高考专用）（解析版）_05高考化学_新高考复习资料_2023年新高考资料_二轮复习

专题 15 化学反应原理综合题
（本卷共10小题，满分100分，考试用时75分钟）
可能用到的相对原子质量：H 1 Li 7 B 11 C 12 N 14 O 16 Na 23 Mg 24 Al 27 S 32 Cl 35.5
一、非选择题：本题共10个小题，每小题10分，共100分。
1．我国自主研发的DMTO技术是以煤或天然气代替石油作原料生产乙烯和丙烯的新技术。DMTO工业化
技术的成功研发，对开辟我国烯烃产业新途径具有重要意义。回答下列问题：
(1)煤气化包含一系列化学反应，热化学方程式如下：
①
②
③ ，则a=_______。
(2)在一定温度下，向某刚性容器中充入一定量 、 仅发生反应：
。下列情况表明反应已达到平衡状态的是_______(填标
号)。
A．混合气体的密度保持不变 B．混合气体的平均摩尔质量保持不变
C．混合气体的总压强保持不变 D．含碳粒子总浓度保持不变
(3)向一密闭容器中充入 ，发生反应： 。其
他条件不变时， 的平衡转化率随着温度(T)、压强(p)的变化如图所示：
① _______(填“>”或“<”) ， 时，N点的平衡常数K=_______。已知M点、N点时容器的体积分
别为1L、0.5L。②欲提高 的平衡转化率，可采取的措施是_______(填一条，下同)，欲增大反应速率，可采取的措
施是_______。
(4) 一定温度下，向一恒容密闭容器中投入1.5molCO、 发生反应：
。测得反应开始时容器内压强为 ，10min后
反应到达平衡，平衡时体系压强降低了 。 _______ ，该温度下的平衡常数
_______ ( 为分压表示的平衡常数，分压=总压X物质的量分数)。
【答案】(1)172 (2)BC (3) > 减小压强、降低温度 增大压强、升高温度(4)
1×104 1×10-10
【解析】（1）①
② 根据盖斯定律①-②得
，则a=172。
（2）A．反应前后气体总质量不变、容器体积不变，密度是恒量，混合气体的密度保持不变，反应不一
定平衡，故不选A； B．反应前后气体总质量不变，反应后气体物质的量减少，混合气体的平均摩尔质
量是变量，混合气体的平均摩尔质量保持不变，反应一定达到平衡状态，故选B；C．反应后气体物质的量减
少，压强是变量，混合气体的总压强保持不变，反应一定达到平衡状态，故选C；D．根据碳元素守恒，含碳
粒子总数不变，含碳粒子总浓度保持不变，反应不一定平衡，故不选D；选BC。
（3）①增大压强， 平衡逆向移动， 的平衡转化率减小，所
以 > ；平衡常数只与温度有关， 时，N点的平衡常数与M点相同，根据M点数据，K= 。
②根据影响平衡移动的因素，减小压强、降低温度平衡正向移动， 的转化率增大；根据影响反应速率
的因素，增大压强、升高温度，可增大反应速率。（4）一定温度下，向一恒容密闭容器中投入1.5molCO、
发生反应： 。同温同体积，压强比等于物质的
量比，反应开始时容器内压强为 ，10min后反应到达平衡，平衡时体系压强降低了 ，
3×105-2x=2×105，x=5×104MPa； ÷10min=1×104 ，该温度下的平衡常数
。
2．当前，实现碳中和已经成为全球的广泛共识，化学科学在此过程中发挥着至关重要的作用。
(1)一种将二氧化碳催化合成甲醇的技术原理为 。
①一定条件下，将 和 充入某恒温恒容密闭容器中发生上述反应，下列不能说明反应达到
平衡状态的是___________(填字母序号)。
A． 的消耗速率与 的消耗速率相等
B． 的体积分数保持不变
C．混合气体的平均密度保持不变
D．混合气体的平均相对分子质量保持不变②研究温度对甲醇产率的影响时发现，在210℃~290℃，保持原料气中 和 的投料比不变，得到平
衡时甲醇的产率与温度的关系如图所示，则该反应的 ___________0(填“=”“>”或“<”)，原因是
___________。
③设平衡体系中甲醇的物质的量分数为 。若控制初始投料比 ，使反应在不同条件下
达到平衡。测得 下 的关系和 下 的关系如图所示，则图中表示
下 的关系的曲线是___________(填“a”或“b”)。当 时， 的平
衡转化率 ___________(保留三位有效数字)，反应条件可能为___________或___________。
(2) 也可以转化为重要的工业原料乙烯。已知298K时，相关物质的相对能量如图所示，则 与
反应生成 、 和气态水的热化学方程式为___________。(3) 辅助的 电池电容量大，能有效利用 ，其工作原理如图所示。其中，离子液体是优良的
溶剂，具有导电性；电池反应产物 重要的化工原料。此电池的正极区反应式有： ，
___________，反应过程中 的作用是___________。
【答案】(1) D < 升高温度，甲醇的产率降低，说明升高温度，化学平衡逆向移动，逆反应为吸热
反应，则该反应的正反应为放热反应 b 33.3% 2×105Pa，210℃ 9×105Pa，280℃
(2)C H(g)+CO (g)=C H(g)+CO(g)+HO(g) ∆H =+177 kJ·mol-1
2 6 2 2 4 2
(3) 6CO+6O -=3C O2-+6O 正极反应的催化剂
2 2 2 4 2
【解析】（1）①A． 的消耗速率与 的消耗速率相等，则正逆反应速率相等，反应达到平衡，
A不选；B．该反应为体积减小的反应， 的体积分数保持不变，反应达到平衡，B不选；C．反应前后
均为气体，且在恒容密闭容器中发生，混合气体的平均密度始终保持不变，则不能判断反应达到平衡，C选；
D．该反应为体积减小的反应，混合气体的平均相对分子质量保持不变，反应达到平衡，D不选；②根据图示可知：升高温度，甲醇的产率降低，说明升高温度，化学平衡逆向移动，逆反应为吸热反应，则该反应的正反
应为放热反应，所以△H＜0。③该反应正向为放热反应，升高温度时平衡逆向移动，体系中x(CHOH)将减
3
小，因此图中对应等压过程的曲线是b；设起始n(CO)=1mol，n(H )=3mol，则
2 2
当平衡时 时， ，解得x= mol，平衡时CO 的转化率α=
2
；由图可知，满足平衡时 的条件有：2×105Pa，210℃或9×105Pa，
280℃； （2）结合图像，反应的热化学方程式为C H(g)+CO (g)=C H(g)+CO(g)+HO(g) ∆H =[52+(-110)+
2 6 2 2 4 2
(-242)-(-84)-(-393)]kJ· mol-1=+177 kJ· mol-1；（3）铝电极失去电子，则电池的负极为Al，电解质为氯化铝离
子液体，所以Al失电子应转化为Al3+，铝电极的电极反应为：Al-3e–=Al3+（或2Al-6e–=2Al3+）。正极发生分步
反应，对应的电极反应为：6O+6e−=6O -、6CO+6O -=3C O2-+6O ，氧气在第一步被消耗，又在第二步生成，
2 2 2 2 2 4 2
所以氧气为正极反应的催化剂，将方程式加和得到总反应为：2Al+6CO =Al(C O)。
2 2 2 4 3
3．“碳达峰·碳中和”是我国社会发展重大战略之一， 还原 是实现“双碳”经济的有效途径之
一，相关的主要反应有：
Ⅰ：
Ⅱ：
请回答：
(1)有利于提高 平衡转化率的条件是___________。
A．低温低压 B．低温高压 C．高温低压 D．高温高压
(2)反应 的 __________ ， _________(用 表
示)。(3)恒压、 时， 和 按物质的量之比 投料，反应经如下流程(主要产物已标出)可实现
高效转化。
①下列说法正确的是___________。
A． 可循环利用， 不可循环利用
B．过程ⅱ， 吸收 可促使 氧化 的平衡正移
C．过程ⅱ产生的 最终未被 吸收，在过程ⅲ被排出
D．相比于反应Ⅰ，该流程的总反应还原 需吸收的能量更多
②过程ⅱ平衡后通入 ，测得一段时间内 物质的量上升，根据过程ⅲ，结合平衡移动原理，解释
物质的量上升的原因___________。
(4) 还原能力 可衡量 转化效率， (同一时段内 与 的物质的量
变化量之比)。
①常压下 和 按物质的量之比 投料，某一时段内 和 的转化率随温度变化如图1，请在
图2中画出 间R的变化趋势，并标明 时R值___________。②催化剂X可提高R值，另一时段内 转化率、R值随温度变化如下表：
48
温度/℃ 500 520 550
0
转化率/% 7.9 11.5 20.2 34.8
R 2.6 2.4 2.1 1.8
下列说法不正确的是___________
A．R值提高是由于催化剂X选择性地提高反应Ⅱ的速率
B．温度越低，含氢产物中 占比越高
C．温度升高， 转化率增加， 转化率降低，R值减小
D．改变催化剂提高 转化率，R值不一定增大
【答案】(1)C (2) (3) BC 通入 分解平衡正移，导致 增大，
促进 还原 平衡正移 (4) C
【解析】（1）反应Ⅰ为气体体积增大的吸热反应，反应Ⅱ为气体体积不变的吸热反应，△H>0，升高温
度，平衡右移，CH 平衡转化率增大；降低压强，平衡右移，CH 平衡转化率增大，故有利于提高 平衡转
4 4
化率的条件是高温低压；答案选C；（2）已知：Ⅰ：Ⅱ：
根据盖斯定律，由Ⅰ+Ⅱ 2得反应 ；
故 △H+2△H =+329 ， ；
1 2
（3）①A．根据流程可知， 转化为Fe，Fe又转化为 ， 可循环利用；CaCO 受热分解生
3
成 和CO, 又与CO 反应生成CaCO ， 也可循环利用，A错误；B．过程ⅱ， 吸收 使
2 2 3
浓度降低，促进 氧化 的平衡正移，B正确；C．过程ⅱ 吸收 而产生的 最终未被
吸收，在过程ⅲ被排出，C正确；D．焓变只与起始物质的量有关，与过程无关，故相比于反应Ⅰ，该流
程的总反应还原 需吸收的能量一样多，D错误；答案选BC；②通入 分解平衡正移，导致
增大，促进 还原 平衡正移，故过程ⅱ平衡后通入 ，测得一段时间内 物质的量上升；
（4）①根据图1可知 时， 转化率为100%，即 =1mol, 转化率为60%,即
=3mol 60%=1.8mol，故 = =1.8，故 间R的变化趋势如图：
。②A．R值提高是由于催化剂X选择性地提高反应Ⅱ的速率，使单位时间内反应Ⅱ中CO 的转化率增大， 增大的倍数比 大，则R提高，A正确；B．根据表中数据可知，温度越
2
低， 转化率越小，而R越大， 增大的倍数比 大，含氢产物中 占比越高，B正确；
C．温度升高， 转化率增加， 转化率也增大，且两个反应中的 转化率均增大，增大倍数多，故R
值增大，C不正确；D．改变催化剂使反应有选择性按反应Ⅰ而提高 转化率，若 转化率减小，则R值
不一定增大，选项D正确；答案选C。
4．乙醇是重要的有机化工原料，可由乙烯气相直接水合法或电解法制取。回答下列问题：
Ⅰ、乙烯气相直接水合法制乙醇
(1)已知：
①2CHOH(g)=CH OCH (g)+HO(g) △H=-23.9kJ·mol
3 3 3 2 1
②2CH OH(g)=C H(g)+2HO(g) △H=-29.1kJ·mol
3 2 4 2 2
③C HOH(g)=CH OCH (g) △H=＋50.6kJ·mol
2 5 3 3 3
则乙烯气相直接水合反应C H(g)+HO(g)=C HOH(g)的△H=___________。
2 4 2 2 5
(2)已知等物质的量的C H 和HO的混合气体在一定的条件下反应，乙烯的平衡转化率与温度、压强的关
2 4 2
系如图。
①图中压强P、P、P 由小到大的顺序为___________。
1 2 3
②乙烯水合制乙醇反应在图中A点(P =8.1MPa)的平衡常数K=___________(用平衡分压代替平衡浓度计
2 p
算，分压=总压×物质的量分数，结果保留两位有效数字)。
③若保持其他条件不变，将容器改为恒压密闭容器，则C H 的平衡转化率将___________(填“增大”、
2 4
“减小”或“不变”)。
Ⅱ、电解法制乙醇
(3)以铅蓄电池为电源可将CO 转化为乙醇，其原理如图所示，电极材料均为惰性电极。该电解池阴极上
2
的电极反应式为___________；每生成0.2mol乙醇，理论上消耗铅蓄电池中___________mol硫酸。【答案】(1)-45.4kJ/mol (2)P <P <P 增大 (3) 2CO+12e-+12H+=C HOH+3H O 2.4
1 2 3 2 2 5 2
【解析】（1）2CHOH(g)=CH OCH (g)+HO(g) △H1=-23.9kJ/mol
3 3 3 2
②2CH OH(g)=C H(g)+2HO(g) △H2=-29.1kJ/mol
3 2 4 2
③CH CHOH(g)=CH OCH (g) △H3=+50.6kJ/mol
3 2 3 3
依据盖斯定律，将反应①-②-③，即得C H(g)+HO(g)=C HOH(g)的△H=(-23.9+29.1-50.6)kJ/
2 4 2 2 5
mol=-45.4kJ/mol。
（2）①在相同温度下由于乙烯转化率为P<P <P ，由 可知正反应为气体体
1 2 3
积减小的反应，所以增大压强，平衡正向移动，乙烯的转化率提高，因此压强关系是P<P <P ；②设反应开始
1 2 3
时 、 的物质的量均为1mol，A点， 的平衡转化率为20%，则 反应了0.2mol，列出三段
式：
平衡时，总物质的量为0.8mol+08mol +0.2mol =1.8mol， 的物质的量分数为 ， 的物质的量
分数为 ， 的物质的量分数为 ，平衡常数
；③正反应为气体物质的量减小的反应，平
衡时，与恒容容器相比，恒压密闭容器压强更大，反应正向进行程度更大， 的平衡转化率更高；（3）由图可知，与铅蓄电池a相连的电极为电解池的阴极，CO 在阴极得电子转化为乙醇，电极反应式为2CO+12e-
2 2
+12H+=C HOH+3H O；由电极反应式可知，每生成0.2mol乙醇，转移2.4mol电子，铅蓄电池的总反应方程式
2 5 2
为Pb+PbO+2H SO =2PbSO+2H O，转移2.4mol电子，理论上反应消耗2.4mol硫酸。
2 2 4 4 2
5．我国提出 2060 年前实现碳中和，为有效降低大气 CO 中的含量，以 CO 为原料制备甲烷、戊烷、
2 2
甲醇等能源物质具有较好的发展前景。CO 在固体催化剂表面加氢合成甲烷过程中发生如下反应：
2
Ⅰ．主反应：CO(g)＋4H(g) CH(g)＋2HO(g) ∆H ＝－156.9 kJ·mol－l
2 2 4 2 1
Ⅱ．副反应：CO(g)＋H(g) CO(g)＋HO(g) ∆H ＝＋41.1 kJ·mol－l
2 2 2 2
(1)已知：Ⅲ．2H(g)＋O(g)＝2HO(g) ∆H ＝－395.6 kJ·mol－l
2 2 2 3
Ⅳ．CH(g)＋2O(g)＝CO(g)＋2HO(g) ∆H ＝__________。
4 2 2 2 4
(2)CO 加氢合成甲烷时，通常控制温度为 500 °C 左右，其可能的原因为_______。
2
A．反应速率快 B．平衡转化率高
C．催化剂活性高 D．主反应催化剂选择性好
(3)500 °C 时，向 1 L 恒容密闭容器中充入 4 mol CO 和 12 mol H ，初始压强为 p，20 min 时主、副反
2 2
应都达到平衡状态，测得 c(HO)＝5 mol·L－1，体系压强为3/4 p， 则 0~ 20 min 内 v(CH)＝________，平衡
2 4
时 CH 选择性＝ ___________(CH 选择性= × 100%， 计算保留三位有效数字)。
4 4
(4)以 CO 催化加氢合成的甲醇为原料，在催化剂作用下可以制取丙烯，反应的化学方程式为 3CHOH(g)
2 3
C H(g)＋3HO(g)。该反应的 Arrhenius 经验公式的实验数据如图中曲线 a 所示，已知 Arhenius 经验公
3 6 2
式 ，(Ea为活化能，k 为速率常数，R 和 C 为常数)。当改变外界条件时，实验数据如图中的曲
线 b 所示，则实验可能改变的外界条件是 __________。
【答案】(1) (2)ACD (3) 66.7%
(5) 使用更高效的催化剂或增大催化剂的比表面积【解析】（1）根据盖斯定律Ⅲ×2-Ⅰ得到Ⅳ，则
。
（2）CO 加氢合成甲烷时，也有副产物发生，主反应是放热反应，副反应是吸热反应，通常控制温度为
2
左右，此时催化剂的活性高，反应速率快，由于有副反应发生，因此应是主反应催化剂选择性好，而温度高，
对副反应平衡正向移动，对主反应平衡逆向移动；故答案为：ACD。（3） 时，向1L恒容密闭容器中充
入 和 ，初始压强为p， 时主、副反应都达到平衡状态，测得 ，体系
压强为 ，建立三段式 ，
，2x+y=5，根据物质的量之比等于压强之比得到
，解得x=2，y=1，则 内 ，平衡时 选
择性 ；（4）当改变外界条件时，实验数据如图中的曲线b所示，斜率降低，说明活化能降
低，则实验可能改变的外界条件是使用更高效的催化剂或增大催化剂的比表面积；故答案为：使用更高效的催
化剂或增大催化剂的比表面积。
6． 是重要的化学试剂，在实验室和实际生产中应用广泛。
I.蒽醌法是工业上合成 的主要方法，蒽醌法的反应过程如下。(1)已知：
蒽醌法生产 总反应的热化学方程式 _______
(2)反应a的反应类型为_______。
(3)向反应b后的溶液可以加入蒸馏水为萃取剂，分析蒸馏水能做萃取剂的原因_______。
II.我国科学家设计如下图所示的光电催化体系，该体系利用双极膜既能将 转化为 所释放的化学能
用于驱动阴极 的高效生成，同时还可以实现烟气脱 。
(4)阳极的电极反应为_______。
(5)理论上每生成 ，可以实现烟气脱 的物质的量为_______mol。
III.测定 含量：
(6)取所得 水溶液amL，用 酸性溶液滴定，消耗 酸性溶液vmL。已知：
的还原产物是 。
① 酸性溶液与 反应的离子方程式为_______。②所得 水溶液中 的物质的量浓度为_______ 。
【答案】(1)-188 (2)还原反应 (3) 为有机物和水不互溶，且 易溶于水
(4)4OH-+SO-2e-= + 2H O (5)1.5 (6) 2MnO -＋5HO＋6H＋ = 2Mn2＋＋5O↑＋8HO
2 2 4 2 2 2 2
【分析】II该装置为电解池，左侧电极为 转化为 的过程，S元素化合价升高，失电子，做阳极，
与直流电源正极相连，阳极的电极反应式为4OH-+SO-2e-= + 2H O；右侧是阴极，与直流电源负极相连，
2 2
该极为氧气得电子的还原反应转化为过氧化氢的过程，阴极的电极反应式为2H++O +2e-=H O。
2 2 2
2H gO g2H Ol H 572kJmol1
【解析】（1）给热化学方程式编号：① 2 2 2 1 ，②
2H O l2H OlO g H 196kJmol1
2 2 2 2 2
H gO gH O l ΔH
③ 2 2 2 2 3
1
1 ΔH  (ΔH ΔH )188kJmol1
根据盖斯定律可知，③=2(①-②)，则 3 2 1 2 ；
（2）由反应a可知， 中酮羰基被氢气还原为羟基，该反应为还原反应；
（3）萃取剂选择的原则是：萃取剂与原溶剂互不相溶；萃取剂与原溶液中任一组分都不发生反应；被提
取物质在萃取剂中的溶解度要大于它在原溶剂中的溶解度。 为有机物和水不互溶，且H O
2 2易溶于水，而在 中溶解度较小，因此可用蒸馏水做萃取剂；（4）左侧电极
SO SO2 SO2
为 2转化为 4 的过程，S元素化合价升高，失电子，做阳极，电极反应式为4OH-+SO
2
-2e-= 4 +
SO2 1.5molH O
2HO；（5）根据分析，该反应总反应为2OH-+SO+O = 4 + H O，则每生成 2 2，消耗
2 2 2 2 2
SO
1.5molSO
2
，即实现烟气脱 2的物质的量为1.5mol；（6）① KMnO
4
酸性溶液与H
2
O
2
反应即KMnO
4
将

HO 氧化为O，自身被还原为Mn2+，故该反应的离子方程式是2MnO4＋5HO＋6H＋=2Mn2＋＋5O↑＋
2 2 2 2 2 2
5 5
cv10-3
8HO；②根据上述反应式可知，n(H O)=2n(MnO -)=2 mol, 所得HO 水溶液中HO 的物质的量
2 2 2 4 2 2 2 2
5
cv10-3mol
n 2 5cv

浓度是V a10-3L = 2a mol·L-1，
7．我国明确提出“碳达峰”与“碳中和”研究二氧化碳的回收对这一宏伟目标的实现具有现实意义。
(1)已知： CH 4 g    Cs2H 2 g H75.0kJmol1
CO(g) + H(g) CO(g) + HO(g) △H=+41.0kJ·mol-1
2 2 2 2
COgH
2
g

  CsH
2
Og
H131.0kJmol1
则反应I：
CO
2
gCH
4
g

  2COg2H
2
g
的H_______。
1molCO 1molCH CH
(2)若在一密闭容器中通入 2和 4，一定条件下发生反应I，测得 4的平衡转化率、温度
及压强的关系如图所示：①下列描述能说明该反应处于化学平衡状态的是_______(填标号)。
A．CO的体积分数保持不变
B．容器内混合气体的总质量保持不变
vH 2vCH 
C． 2 4
D．容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变
p p p p
②图中 1、 2、 3、 4，压强最小的是_______，判断理由是_______
v CO1.28102pCH pCO  kPas1 pCH  pCO 
③已知 正 4 2 ， 4 、 2 表各组分的(分压份压总压物
质的量分数)。当
p
4
360kPa
时，a点
v
正
CO
2

_______
kPas1
，此时平衡常数
K
p
=
_______(列出计算式即
可，用平衡分压代替平衡浓度计算)。
CO CH
(3)EleyRideal的反应机理认为 2和 4重整的反应历程如图所示。
该重整反应的决速步骤为_______(填“反应①”或“反应②”)。
【答案】(1)+247.0kJ·mol-1 (2) AD p 该反应是气体体积增大的反应，压强减小有利于平衡正向
11604
kPa2
移动，CH 的转化率增大 2.56 202 (3)反应①
4
【解析】（1）根据①CH(g) C(s) + 2H(g) △H = +75.0kJ·mol-1
4 2 1
②CO (g) + H(g) CO(g) + HO(g) △H=+41.0kJ·mol-1
2 2 2 2
③CO(g) + H (g) C(s) + HO(g) △H=-131.0kJ·mol-1，由盖斯定律①+②-③得反应I：CO(g)+CH (g)
2 2 3 2 4
2CO(g) +2H (g)，所以△H=△H+△H -△H=+75.0kJ·mol-1+41.0kJ·mol-1-(-131.0kJ·mol-1)=+247.0kJ·mol-1。
2 1 2 3
（3）对于反应I：
CO
2
gCH
4
g

  2COg2H
2
g
：①A．CO的体积分数保持不变 ，说明CO
的物质的量浓度保持不变，说明反应达到平衡，故A符合题意；B．根据质量守恒，无论反应是否达到平衡容
器内混合气体的总质量都保持不变，不能作为平衡的判据，故B不符合题意； C．表达式v(H ) =2v(CH ) 未
2 4
说明正逆反应速率，不能作为平衡的判据，故C不符合题意； D．该反应前后混合气体的总质量不变，总物
质的量发生改变，当容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变时，说明总物质的量不变，说明反应达到平
衡，故D符合题意；故答案为：AD。②图中p、p、p、p，压强最小的是p，理由是该反应是气体体积增大
1 2 3 4 1
的反应，压强减小有利于平衡正向移动，CH 的转化率增大，在保持稳定较低且恒定的条件下，p 对应的压强
4 1
甲烷的平衡转化率最高，所以p 最小。
1
CH + CO  2CO + 2H
4 2 2
起始（mol） 1 1 0 0
转化（mol） 0.8 0.8 1.6 1.6
③由三段式得 平衡（mol） 0.2 0.2 1.6 1.6，平衡时总物质的量为
0.2 0.2
p(CH)=360kPa =20kPa p(CO)=360kPa =20kPa
n=(0.2+0.2+1.6+1.6)mol=3.6mol， 4 3.6 ， 2 3.6 ，
1.6 1.6
p(CO)=360kPa =160kPa p(H)=360kPa =160kPa
3.6 ， 2 3.6 ，v (CO)=1.28×10-2×20×20
正
1
v CO  v CO
(kPa·s-1)=5.12kPa·s-1， 正 2 2 正 2.56kPa·s-1，
P2(CO)P2(H ) 160kPa2 160kPa2 1604
K = 2 = = kPa2
P P(CH )P(CO ) 20kPa20kPa 202
4 2 。
（3）由图知反应①的活化能大于反应②的活化能，说明反应①的速率较小，所以反应①是该重整反应的
决速步骤。
8．二氧化碳的综合利用是实现碳达峰、碳中和的关键。CO H
I.利用 2和 2合成甲醇，涉及的主要反应如下：
CO (g)3H (g) CH OH(g)H O(g)ΔH 49.5kJmol1
已知：a. 2 2 3 2 1
CO(g)2H (g) CH OH(g)ΔH 90.4kJmol1
b. 2 3 2
CO (g)H (g) CO(g)H O(g)ΔH
c. 2 2 2 3
ΔH =
(1)计算 3 _______。
CO H
(2)一定条件下，向密闭容器中充入物质的量之比为1：3的 2和 2发生上述反应，使用不同催化剂经相
CO
同反应时间， 2的转化率和甲醇的选择性随温度的变化如图所示：
nCH OH
 3 100%
甲醇的选择性 n(CO)nCH OH
3
①210-270℃间，在甲醇的选择性上，催化效果较好的是_______。
CO
②210-270℃间，催化剂2条件下 2的转化率随温度的升高而增大，可能原因为_______。
II.工业上用 CO 2和 NH 3通过如下反应合成尿素   CONH 2  2  ：
2NH
3
(g)CO
2
(g) CONH
2

2
(s)H
2
O(g)
。t℃时，向容积恒定为 2L 的密闭容器中充入
2.0molNH
3和
1.6molCO
2发生反应。
(3)下列能说明反应达到化学平衡状态的是_______(填字母)。a.相同时间内，6molNH键断裂，同时有2molHO键形成
b.容器内气体总压强不再变化
2v NH v CO
c. 正 3 逆 2
d.容器内气体的密度不再改变
CO
(4) 2的物质的量随时间的变化如下表所示：
3 7 8 1
时间/min 0
0 0 0 00
1 l 0 0 0
nCO /mol
2 .6 .0 .8 .8 .8
CO
2的平衡转化率为_______；t°C时，该反应的平衡常数K=_______。
CO
III.中科院研究所利用 2和甲酸(HCOOH)的相互转化设计并实现了一种可逆的水系金属二氧化碳电池，
结构如图所示：
(5)放电时，正极上的电极反应为_______；若电池工作时产生a库仑的电量，则理论上消耗锌的质量为
_______g。(已知：转移1mol电子所产生的电量为96500库仑)
【答案】(1)+40.9kJ/mol (2) 催化剂Ⅰ 升高温度，催化剂活性增大，反应速率加快，相同
65a
g
反应时间 CO 2转化率增大 (3)bd (4) 50% 25 (5) CO 2 +2e+2H=HCOOH 296500
【解析】（1）根据盖斯定律，方程式c=a-b， ΔH 3 =ΔH 1 -ΔH 2 49.5(90.4)40.9kJ/mol （2）根据图
中曲线，使用催化剂Ⅰ，甲醇的选择性较高；升高温度，催化剂Ⅱ活性增大，反应速率加快，在相同反应时间CO 2NH (g)+CO (g) CONH  (s)+H O(g)
反应 2增多，转化率增大。（3）对于反应： 3 2 2 2 2 。a.相同时间内，
6molNH键断裂，同时有2molHO键形成，都表示正反应速率，不能判断反应达平衡状态，a错误；b. 容
积恒定的容器中，反应前后气体分子数不相等，压强是变量，当容器内气体总压强不再变化，反应达平衡状
m
态，b正确c. v 正 NH 3 =2v 逆 CO 2，c错误；d.根据 ρ= V 总 ， m 总是变量，密度 ρ 是变量，当容器内气体的密
度不再改变，反应达平衡状态，d正确。故选bd。（4）根据三段式，
2NH (g)+CO (g) CONH  (s)+H O(g)
3 2 2 2 2
c 1.0 0.8 0
0
c 0.8 0.4 0.4
0.4
α(CO ) 10050
c 平 0.2 0.4 0.4 2 0.8 ，
c(H O) 0.4
K= 2  25
c2(NH )c(CO ) 0.220.4 CO HCOOH
3 2 （5）放电时，正极上 2 ，电极反应为：
Zn-2e-=Zn2+
65 296500
65a
m g
CO 2 +2e+2H=HCOOH ，根据反应： m a ，列式计算， 296500 。
CH OH
9．利用甲醇 3 制备一些高附加值产品，是目前研究的热点。
(1)甲醇和水蒸气经催化重整可制得氢气，反应主要过程如下：
CH OHgH Og  3H gCO g ΔH
反应Ⅰ. 3 2 2 2 1
H gCO g  H OgCOg ΔH =a kJmol1
反应Ⅱ. 2 2 2 2
CH OHg  2H gCOg ΔH =b kJmol1
反应Ⅲ. 3 2 3
ΔH =
① 1 _________kJmol1。
②工业上采用CaO吸附增强制氢的方法，可以有效提高反应Ⅰ氢气的产率，如图所示，请分析加入CaO
提高氢气产率的原因：_________。CO H
(2) 2和 2充入一定体积的密闭容器中，在两种温度下发生反应：
CO g3H g  CH OHgH Og CH OH
2 2 3 2 ，测得 3 的物质的量随时间的变化如图。
K K
①曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为 I_________ II。(填“>”或“=”或“＜”)
②一定温度下，在容积为1L的两个恒容密闭容器中，按如下方式加入反应物，一段时间后达到平衡。
容器 甲 乙
反应物投入量 1mol CO 2、 3mol H 2 1mol CO 2、 1mol H 2、 1mol CH 3 OHg 、 1mol H 2 Og
v v
若甲中平衡后气体的压强为开始的0.8倍，则乙容器起始时反应速率 正 _________ 逆。(填“>”“＜”或
“=”)。
③一定温度下，此反应在恒压容器中进行，能判断该反应达到化学平衡状态的依据是_________。
a.容器中压强不变
H
b. 2的体积分数不变
cH =3cCH OH
c. 2 3d.容器中密度不变
e.2个CO断裂的同时有3个HH断裂
HCN K =4.91010 H CO K =4.3107 K =5.61011 KCN
(3)已知电离常数 ： a ， 2 3： a1 ， a2 ，则向 溶液中通入
CO
少量 2时的离子方程式为_________。
CO H O
(4)利用人工光合作用，借助太阳能使 2和 2 转化为 HCOOH ，如图所示，在催化剂b表面发生的电
极反应为：_________。
【答案】(1) b—a CaO消耗CO，生成物CO 的浓度减小，平衡向正反应方向移动，氢气的产率增大
2 2
(2) > ＜ bd (3)CO +CN—+H O=HCN+HCO - (4)CO +2H++2e—=HCOOH
2 2 3 2
【解析】（1）①由盖斯定律可知，反应Ⅲ—反应Ⅱ可得反应Ⅰ，则ΔH=ΔH—ΔH=(b—a)kj/mol；②二氧
1 3 2
化碳能与氧化钙反应生成碳酸钙，则加入氧化钙可以使反应Ⅰ生成的二氧化碳浓度减小，平衡向正反应方向移
动，氢气的产率增大；（2）①由图可知，曲线Ⅱ达到平衡达到平衡所需时间小于曲线Ⅰ，甲醇的物质的量小
于曲线Ⅰ说明反应温度Ⅱ大于Ⅰ，平衡向逆反应方向移动，该反应为放热反应，所以化学平衡常数K 大于
I
K ；②设甲中平衡水蒸气的浓度为amol，由题意可建立如下三段式：
II
CO g+ 3H g  CH OHg+ H Og
2 2 3 2
起(mol) 1 3 0 0
变(mol) a 3a a a
平(mol) 1-a 3-3a a a
1 4
由平衡后气体的压强为开始的0.8倍可得：0.8=4-2a，解得a=0.4，则平衡时二氧化碳、氢气、甲醇、水
0.40.4
蒸气的浓度分别为0.6mol/L、1.8mol/L、0.4mol/L、0.4mol/L，反应的平衡常数K=0.61.83 ≈0.046，容器乙中
11
的浓度熵Q=113 =1>K，所以反应向正反应方向进行，正反应速率大于逆反应速率；
c③a．恒压容器中混合气体的压强始终不变，则容器中压强不变不能说明正逆反应速率相等，无法判断反
应是否达到平衡，故错误；b．氢气的体积分数不变说明正逆反应速率相等，反应已达到平衡，故正确；c．
cH =3cCH OH
2 3 不能说明正逆反应速率相等，无法判断反应是否达到平衡，故错误；d．由质量守恒定律可
知，反应前后气体的质量相等，该反应是气体体积减小的反应，反应中气体体积减小，混合气体的密度增大，
则容器中密度不变说明正逆反应速率相等，反应已达到平衡，故正确；e．2个CO断裂的同时有3个HH
断裂均代表正反应速率，不能说明正逆反应速率相等，无法判断反应是否达到平衡，故错误；故选bd；（3）
由电离常数可知，氢氰酸的电离程度大于碳酸氢根离子，小于碳酸，所以由强酸制弱酸的原理可知，氰化钾溶
液与二氧化碳反应生成氢氰酸和碳酸氢钾，反应的离子方程式为CO+CN—+H O=HCN+HCO -；（4）由图中电
2 2 3
子移动方向可知，催化剂b为原电池的正极，酸性条件下二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成甲酸，电
极反应式为CO+2H++2e—=HCOOH。
2
CO
10．习近平主席在第75届联合国大会提出我国要实现2030年碳达峰、2060年碳中和的目标。因此 2的
CO g CH g
捕获、利用与封存成为科学家研究的重要课题。研究表明 2 和 4 在催化剂存在下可发生反应制得
合成气：
CO
2
gCH
4
g

  2COg2H
2
g
H。回答下列问题：
(1)已知 CH 4 g 、 COg 和 H 2 g 的燃烧热 H 分别为890.3kJmol1 、283.0kJmol1和
285.8kJmol1 H  kJmol1
。上述反应的焓变 _________ 。
(2)将原料按
nCH
4
:nCO
2
1:1
充入密闭容器中，保持体系压强为100kPa发生反应，达到平衡时 CO 2
体积分数与温度的关系如图1所示。T C、100kPa
① 1 下，平衡时容器体积与初始容器体积之比为_________；该温度下，此反应的平衡常数
K  kPa2
p _________ (用平衡分压代替平衡浓度计算，分压总压物质的量分数)
CO
②若A、B、C三点表示不同温度和压强下已达平衡时 2的体积分数，_________点对应的平衡常数最
小，_________点对应的压强最大。
CO g CH g COg
(3)在其他条件相问，不同催化剂(A、B)作用下，使原料 2 和 4 反应相同的时间， 的产
率随反应温度的变化如图2：
E A E B E A
①在催化剂A、B作用下，它们正、逆反应活化能差值分别用 a 和 a 表示，则 a
E B
_________ a (填“>”、“<”或“=”)。
v v
②y点对应的 逆_________ (填“>”、“<”或“=”)z点对应的 正。
③图中W点时反应_________ (填“是”或“否”)达到平衡状态。
1600
【答案】(1)+247.3 (2) 5:4 177.8或 9 A C (3) = < 是
【解析】（1）根据题中所给条件，可以列出
CH
4
（g）+2O
2
(g)=CO
2
(g)+2H
2
O(l) △H 4=-890.3kJ/mol；
1
△H
CO(g)+2O(g)=CO (g) 5=-283.0kJ/mol；
2 21
△H △H =△H -2(△H +△H )
H(g)+ 2O(g)=HO(l) 6=-285.8kJ/mol，根据盖斯定律可得 1 4 5 6 =+247.3kJ/mol；
2 2 2
CH g +CO g  2COg+2H g
4 2 2
起始量(mol) a a 0 0
转化量(mol) x x 2x 2x
平衡量(mol) a-x a-x 2x 2x
（2）①T℃、100kPa下，由三段式分析可知， ，根
1
a-x
×100%
据气体的体积分数即为物质的量分数，故有：2a+2x =30%，即得：x=0.25a，n(初始气体)：n(平衡时气
体)=2a：(2a+2x)=2a：(2a+2×0.25a)=4:5，同温同压，体积之比等于物质的量之比，平衡时容器体积与初始容器
a-x
×p
体积之比为5:4；该温度下，CH、CO、CO、H 的平衡分压分别为：p(CH)= p(CO )=2a+2x 总 =
4 2 2 4 2
a-0.25a 2x 20.25a
×100kPa ×p ×100kPa
2a+20.25a =30kPa，,p(CO)=p(H )= 2a+2x 总 =2a+20.25a =20kPa，此反应的平衡常数Kp=
2
p2(CO)p2(H ) (20kPa)2(20kPa)2 1600
2
p(CH 4 )p(CO 2 ) = (30kPa)(30kPa) = 9 (kPa)2；②若A、B、C三点表示不同温度和压强下已达平衡时CO 2 的
体积分数，由于平衡常数仅仅是温度的函数，且该反应正反应是一个吸热反应，升高温度平衡正向移动，平衡
常数增大，A点对应的平衡常数最小；该反应增大压强平衡逆向移动，CO 的体积分数增大，故C点对应CO
2 2
的体积分数大，温度高，压强最大，故答案为：A；C；（3）①在催化剂A、B作用下，它们正、逆反应活化
能差值即该反应的反应热H，催化剂影响反应速率但不影响反应的焓变，分别用E(A)、E(B)表示，则
E(A)=E(B)，故答案为：=； ②由图可知，y点对应的温度低于z点对应的温度，温度越高反应速率越快，故y
点对应的 ＜z点对应的 ，故答案为：＜；③催化剂改变反应速率，但不影响平衡状态，W点及之后升
(逆) (正)
温，一氧化碳的产率相同，说明反应已达到平衡。