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专题 40 原理综合
（建议完成时间：45分钟 实际完成时间：_______分钟）
1．（2023·广西柳州·柳州高级中学校联考模拟预测）研究含氮元素物质的反应对生产、生活、科研等方面
具有重要的意义。
(1)NO 的排放主要来自于汽车尾气，包含NO 和NO，有人提出用活性炭对NO 进行吸收，发生如下反应：
x 2 x
C(s)+2NO(g) N(g)+CO (g) H=﹣34.0kJ/mol。对于反应T℃时，借助传感器测得反应在不同时间点上
2 2 1
各物质的浓度如下：
△
0 10 20 30 40 50
NO 1.00 0.58 0.40 0.40 0.48 0.48
N 0 0.21 0.30 0.30 0.36 0.36
2
①0～10min内，NO的平均反应速率v(NO)= ，当升高反应温度，该反应的平衡常数K
(选填“增大”、“减小“或“不变”)。
②30min后。只改变某一条件，反应重新达到平衡；根据上表中的数据判断改变的条件可能是
(填字母)。
a．加入一定量的活性炭 b．通入一定量的NO
c．适当缩小容器的体积 d．加入合适的催化剂。
(2)科研人员发现碘蒸气存在能大幅度提高NO的分解速率，反应历程为
2
第一步：I(g)→2I(g)(快反应)
2
第二步：I(g)+NO(g)→N (g)+IO(g)(慢反应)
2 2
第三步：2IO(g)+2N O(g)→2N (g)+2O(g)+I (g)(快反应)
2 2 2 2
实验表明，含碘时NO分解速率方程v=k•c(NO)•[(I )]0.5(k为速率常数)，下列表述正确的是
2 2 2
(填字母)。
A．I(g)是反应的催化剂，I(g)浓度增大，NO分解反应速率增大
2 2 2
B．第二步是整个反应的决速步骤
C．I(g)能降低反应的焓变，从而化学反应速率增大
2
(3)工业生产硝酸的核心反应之一是在恒压装置中将NO转化为NO ：
2
反应Ⅰ．NO(g)+ O(g) NO (g) H
2 2
目前认为反应Ⅰ分两步进行： △
反应Ⅱ．2NO(g) NO(g) H<0(快速平衡)
2 2
反应Ⅲ．N
2
O
2
(g)+O
2
(g) 2N△O
2
(g)
反应Ⅲ的速率方程为v=k•p(N O)•p(O )
2 2 2
1
原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！①控制投料比n(NO)：n(O )=2：1，在不同条件下，反应Ⅰ中NO转化率随时间的变化如图所示：
2
由图知相同压强下反应Ⅰ的速率随温度升高而 (填写“增大”“减小”)，可能的原因是
。
②已知不同温度下反应Ⅰ的浓度平衡常数K 如下表：
c
温度/℃ 27 77 127 177 227 500
平衡常数
1.1×106 1.3×104 3.7×103 5.61×102 1.2×102 1.0
K
c
NO由NH 催化氧化得到，而催化后的产物气体往往高于800°C，为使反应I顺利进行，再进行反应。“急
3
刷冷却”的原因有：低温下有利于反应速率增大； 。
(4)为避免汽车尾气中的氮氧化合物对大气的污染。需给汽车安装尾气净化装置。在净化装置中CO和NO
发生反应2NO(g)+2CO(g)=N (g)+2CO (g) H=﹣746.8kJ•mol﹣1，实验测得：v =k •p(NO)•p(CO)，v =k
2 2 正 正 2 逆
•p(N )•p((CO )，其中k 、k 分别为正、逆反应速率常数，只与温度有关；p为气体分压(分压=物质的量
逆 2 2 正 逆 △
分数×总压)。一定温度下在刚性密闲容器中充入CO、NO和N 物质的量之比为2 : 2 : 1，压强为pkPa．达
2 0
平衡时压强为0.9pkPa，则 = 。
0
【答案】(1)0.042mol•(L•min)﹣1 减小 bc
(2)AB
(3)减小 反应Ⅱ放热，且快速平衡，升温使反应Ⅱ逆向移动，体系中NO 的浓度减小，进而使反应Ⅲ
2 2
速率减小，反应Ⅲ是决速步 有利于平衡正向移动，提高反应物的转化率，除去气体中的水蒸气
(4)
【解析】（1）①0～10min内，NO的平均反应速率 ，
该反应是放热反应，温度升高平衡逆向移动，故答案为：0.042mol•(L•min)﹣1；减小；
②30min后，CO的浓度增大，N 的浓度增大，以此解题；
2
a．加入一定量的活性炭，平衡不移动，CO和N 的浓度不变，a错误；
2
b．通入一定量的NO，平衡正向移动，CO和N 的浓度增大，b正确；
2
c．该反应前后气体计量系数不变，适当缩小容器的体积，相当于加压，平衡不移动，CO和N 的浓度增大，
2且增大的倍数相同，c正确；
d．加入合适的催化剂，不影响化学平衡，CO和N 的浓度不变，d错误；
2
故答案为：bc；
（2）由速率公式，即速率方程v=k•c(NO)•[(I )]0.2(k为速率常数)，可知碘蒸气的浓度增大，NO分解反应
2 2 2
速率增大，
A．I(g)是反应的催化剂，I(g)浓度增大，NO分解反应速率增大，故A正确；
2 7 2
B．慢反应步骤是整个反应的决速步骤，第二步是整个反应的决速步骤，故B正确；
C．催化剂不改变反应的焓变，故C错误；
故选AB；
（3）(①由不同温度下的NO的转化率随着温度的变化示意图，相同压强条件下，低温条件下，在相同的
时间转化率最大，则反应速率大，温度低反应速率大，可能的原因是反应Ⅱ是放热反应，且快速平衡，升
温使反应Ⅱ逆向移动，体系中NO 的浓度减小，进而导致反应Ⅲ速率下降或者使反应Ⅲ的速率常数k的升
2 2
高不如NO 的浓度减小对其速率影响显著，故答案为：减小；反应Ⅱ放热，且快速平衡，升温使反应Ⅱ逆
2 2
向移动，体系中NO 的浓度减小，进而使反应Ⅲ速率减小，反应Ⅲ是决速步；
2 2
②由数据信息分析，反应放热，低温下有利于反应速率增大，冷凝水蒸气，同时有利于平衡向正向移动，
提高反应物的转化率，故答案为：有利于平衡正向移动，提高反应物的转化率，除去气体中的水蒸气；
（4）依据在净化装置中CO和NO发生反应，列出三段式：
，解得a = 0.1P，则该反应的压强平衡常数
0
。
2．（2023·江西·校联考模拟预测）I.如图为工业合成氨的流程图：
(1)图中采取的措施可提高原料转化率的是 (填序号)。
(2)如图是未用催化剂N(g)和H(g)反应生成1molNH (g)过程中能量的变化示意图，请在图中绘制同条件下
2 2 3
加入铁触媒后相应的能量变化曲线： ，并写出该条件下2molNH (g)分解对应的热化学方程式：
3
。II.某兴趣小组为研究“不同条件”对化学平衡的影响情况，进行了如表实验：(反应起始的温度和压强均相
同)：
起始投入量
序号 平衡转化率
N H NH
2 2 3
①恒温恒
1mol 3mol 0 α
1
容
②绝热恒
1mol 3mol 0 α
2
容
③恒温恒
2mol 6mol 0 α
3
压
(3)则：α α 、α α (填“＞”、“=”或“＜”)
1 2 1 3
(4)如图甲表示500℃、60.0MPa条件下，平衡时NH 的体积分数与原料气投料比的关系。若投料比为4时，
3
氨气的体积分数为40%，NH 的体积分数可能为图中的 点，平衡时N 的体积分数为 。
3 2
(5)我国科学家实现了在室温下电催化N 制取NH 和HNO，装置如图乙所示，其中双极膜复合层之间的水
2 3 3
能解离成H+和OH-，双极膜能实现H+、OH-的定向移动。写出该装置中阴极的电极反应式为 。【答案】(1)②⑤⑥
(2) 2NH (g) N(g)+3H(g) H=+92kJ•mol-1
3 2 2
△
(3)＞ ＜
(4)P 8%
(5)N +6e-+6H+=2NH
2 3
【解析】（1）合成氨反应是气体体积减小的放热反应，增大压强和降低温度可以提高原料转化率，增大
反应物浓度或降低生成物浓度，也可以提高原料转化率；压缩机加压、将氨液化分离并将氮气和氢气送回
合成塔中都可以提高原料的转化率，故选②⑤⑥。
（2）铁触媒作为催化剂，能降低反应的活化能，则同条件下加入铁触媒后相应的能量变化曲线为
；从图中可以看出，1mol氨分解吸收300kJ-254kJ=46kJ的热
量，则2mol氨分解吸收92kJ的热量，热化学方程式为：2NH (g) N(g)+3H(g) H=+92kJ•mol-1。
3 2 2
（3）①和②比较：该反应放热，②中绝热，则②中温度升高，温度的升高会使平衡逆向移动，则α ＞α ；
△ 1 2
①和③比较：该反应为分子数减小的反应，恒容条件下，压强减小，会使平衡逆向移动，不利于氨气的生
成，则α ＜α 。
1 3
（4）合成氨反应中，当氢气和氮气的物质的量之比为方程式的系数比即3：1时，平衡时氨的体积分数最
大，所以投料比为4时，氨的体积分数减小，故为P点；设起始时投入的氢气为4mol，则氮气为1mol，设
转化的氮气为x mol，可列三段式：
，氨气的体积分数为40%，则有 ，x=
，氮气的体积分数为 =8%。
（5）在电解池中，阳离子向阴极移动，所以H+向阴极移动，在阴极，氮气得到电子生成氨气，则电极反
应式为N+6e-+6H+=2NH。
2 33．（2023·江西·校联考模拟预测）苯酚是重要的有机化工原料之一，工业上主要用于酚醛树脂、双酚、己
内酰胺、水杨酸等的制备。回答下列问题：
(1)一定条件下，在CuCl -FeCl 作催化剂的条件下，氧气直接氧化苯制备苯酚：
2 3
2 (g) 2 (g) H<0，可分以下两步进行(其中b>0)
△
恒容密闭容器I：2 (g) 2 (g) H=akJ·mol-1；
1
△
恒容密闭容器Ⅱ： (g) (g) H=bkJ·mol-1。
2
△
①a 0(填“大于”“小于”或“等于”，下同)。
②向容器I中加入10mol苯(g)、10 mol HCl(g)和一定量的O(g)，发生上述I中反应。苯的平衡转化率按不
2
同投料比x[ ]随温度的变化曲线如图所示。
以下物理量大小关系有：图中所示投料比x x；反应速率v v ；平衡常
1 2 a逆 b逆
数K K。T 温度下，加入物料后，x=2，测得初始压强为P kPa，c点对应的HCl的平
b c 2 0
衡转化率为50%，则d点对应的平衡常数K= 。
p
(2)改用乙酸铁催化苯直接羟基化制苯酚：在常压下，当反应时间为2h、乙酸用量为3.2mol时，改变反应
温度，反应结果如表所示(转化率及收率均以苯酚的摩尔收率计)。
温度/℃ 苯转化率/% 苯酚收率/% 苯酚选择性/%
40 9.5 9.5 100
44.5 15.9 15.8 99.4
50 62.0 60.1 96.9
55.5 65.2 60.8 93.3
60 67.4 58
60℃时，苯酚选择性为 %(保留一位小数)，温度高于50℃时，苯的转化率增大，而苯酚的
选择性 (填“升高”“降低”或“不变”)，乙酸铁催化苯直接羟基化合成苯酚的实验中反
应温度的范围最好为 。【答案】(1)小于 小于 大于 大于 (或 kPa-1)
(2)86.1 降低 50-55.5℃
【解析】（1）①根据盖斯定律I+Ⅱ得2 (g) 2 (g)，△H=a+b<0 ，b>0，所
以a小于0。
②向容器I中加入10mol苯(g)、10 mol HClg)和一定量的O(g)，增大氧气的物质的量，平衡正向移动，苯
2
的平衡转化率增大，a点对应苯的平衡转化率大于b点，则a点投入氧气的物质的量大，a点对应投料比小
于b点，故x<x；a、b点均为平衡状态，a点投入氧气的物质的量大，反应速率快，反应速率v 大于v ；
1 2 a逆 b逆
正反应放热，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，平衡常数K 大于K。T 温度下，加入物料后，
b c 2
x=2，测得初始压强为P kPa，c点对应的HCl的平衡转化率为50%，则反应消耗5 mol HCl(g)、
0
2.5molO(g)、5 mol 苯(g)，剩余5 mol HCl(g)、2.5molO(g)、5 mol 苯(g)，反应生成5mol氯苯、
2 2
5molH O(g)，初始压强为P kPa，平衡压强为 ，则c点对应的平衡常数K=
2 0 p
，c、d温度相同，所以平衡常数相等，则d点对应的
平衡常数K= 。
p
（2）60℃时，苯酚选择性为 ；根据表格数据，温度高于50℃时，苯的转化率增大，
而苯酚的选择性降低；50~55.5℃苯的转化率、苯酚选择性都较高，所以在乙酸铁催化苯直接羟基化合成苯
酚的实验中反应温度的范围最好为50~55.5℃。
4．（2023·四川南充·统考模拟预测）丙烯是应用广泛的基础化工原料，工业上通过丙烷脱氢制备的主要反
应如下：
反应Ⅰ：丙烷直接脱氢：
反应Ⅱ：氧气氧化丙烷脱氢：
回答下列问题：
(1)反应 △H= kJ∙mol-1，K = (用 ， 表示)。
p
(2)丙烷直接脱氢制备时，有利于提高C H 的平衡转化率的条件是_____(填字母标号)。
3 8
A．低温低压 B．低温高压 C．高温高压 D．高温低压
(3)一定条件下，向1L实验容器中充入1mol气态C H 发生反应Ⅰ。将不同温度下采集到的数据绘制出温度
3 8
对C H 的转化率和C H 的选择性(转化的C H 中生成C H 的百分比)影响如图所示。
3 8 3 6 3 8 3 6①700K时，该反应10min达化学平衡，根据图中数据，反应I中v (C H)= mol/(L·min)。
生成 3 6
②从图中获知反应Ⅰ存在着高温降低C H 的选择性与低温降低C H 的转化率的调控矛盾。请结合第(2)问
3 6 3 8
分析实际工业制备中向容器充入水蒸气的主要目的是 。
(4)科学家通过新型催化剂的应用在反应Ⅱ中使用CO 替代O 开发了丙烷氧化脱氢的新工艺。该工艺中CO
2 2 2
与丙烷脱氢机理如图所示：(AB为催化剂的活性吸附位点)。
①写出图中CO 与C H 反应的总化学方程式 。
2 3 8
②向某绝热恒容密闭容器中充入一定量的C H 和CO 发生反应。工业上可通过传感器监测下列指标来判断
3 8 2
该反应达到平衡状态的是 (填字母标号)：监测发现反应中C H 的转化率会随充入CO 的分压增加呈
3 8 2
现先增大后减小的变化，结合CO 与C H 脱氢机理分析可能原因是 。
2 3 8
A．容器内混合气体的温度
B．容器内混合气体密度
C．容器内C H 的气体分压
3 6
D．v(C H)=v(CO )
3 6 2
【答案】(1)-248
(2)D
(3)0.02 提高C H 的选择性，减少副反应的发生
3 6
(4)CO+C H CHCH=CH+CO+H O AC 一定条件下，随着CO 分压增大，降低了
2 3 8 3 2 2 2
c(H )，促进反应Ⅰ的正向进行，使C H 的转化率增大。当CO 分压过大，CO 占据了催化剂表面，使催化
2 3 8 2 2
剂表面吸附的丙烷减少，丙烷的转化率下降
【解析】（1）反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
利用盖斯定律，将反应Ⅱ× -反应Ⅰ得， △H=(-238 kJ∙mol-1)× -(129 kJ∙mol-1)=-248kJ∙mol-1，K = 。
p
（2）丙烷直接脱氢制备时，反应为气体分子数增大的吸热反应，高温低压有利于提高C H 的平衡转化率，
3 8
故选D。
（3）①700K时，该反应10min达化学平衡，图中数据显示，C H 的转化率为40%，C H 的选择性为
3 8 3 6
50%，则反应I中v (C H)= =0.02mol/(L·min)。
生成 3 6
②图中信息显示，反应Ⅰ存在高温降低C H 的选择性与低温降低C H 的转化率的调控矛盾，为提高C H
3 6 3 8 3 6
的选择性，实际工业制备中向容器充入水蒸气，主要目的是：提高C H 的选择性，减少副反应的发生。
3 6
（4）①从图中可看出，CO 与C H 在催化剂作用下发生反应，生成CHCH=CH、CO、HO，总化学方程
2 3 8 3 2 2
式为CO+C H CHCH=CH+CO+H O。
2 3 8 3 2 2
②A．若反应未达平衡时，温度不断发生改变，则当容器内混合气体的温度不变时，反应达平衡状态，A
符合题意；B．容器内混合气体的质量和体积始终不变，则密度始终不变，当密度不变时，反应不一定达
平衡状态，B不符合题意；C．容器内C H 的气体分压不变时，正逆反应速率相等，反应达平衡状态，C
3 6
符合题意；D．不管反应是否达到平衡，同方向时都存在v(C H)=v(CO )，则反应不一定达平衡状态，D不
3 6 2
符合题意；故选AC。
反应中充入CO，CO 的分压增加可减小生成物浓度，有利于反应的正向进行，但CO 的分压过大，会减
2 2 2
少C H 与催化剂的接触面积，从而降低丙烷的转化率，则可能原因是：一定条件下，随着CO 分压增大，
3 8 2
降低了c(H )，促进反应Ⅰ的正向进行，使C H 的转化率增大。当CO 分压过大，CO 占据了催化剂表面，
2 3 8 2 2
使催化剂表面吸附的丙烷减少，丙烷的转化率下降。
5．（2023·广西南宁·南宁三中校联考模拟预测）综合利用化石燃料，提高利用率，有助于实现“碳达峰、
碳中和”。回答下列问题：
Ⅰ.利用CH－CO 干重整反应不仅可以对天然气资源综合利用，还可以缓解温室效应对环境的影响。该反
4 2
应一般认为通过如图步骤来实现：
①CH(g) C(ads)+2H(g)
4 2
②C(ads)+CO (g) 2CO(g)
2
上述反应中C(ads)为吸附活性炭，反应历程的能量变化如图：(1)CH ~CO 干重整反应的热化学方程式为 (选用含E、E、E、E、E 的表达式表示反应热)，该
4 2 1 2 3 4 5
反应的决速步骤是 (填“反应Ⅰ”或“反应Ⅱ”)。
(2)在恒压条件下，等物质的量的CH(g)和CO(g)发生干重整反应时，CH 和CO 的平衡转化率曲线随温度
4 2 4 2
变化如图所示。已知在干重整中还发生了副反应：
③CO(g)+H(g) CO(g)+HO(g) H＞0，则表示CO 平衡转化率的是曲线 (填“A或B”)，判断的
2 2 2 2
依据 。
△
Ⅱ.在一密闭容器中，通入1molCH 和3molH O(g)发生甲烷的水蒸气重整反应，方程式如下：
4 2
④CH(g)+2HO(g) CO(g)+4H(g)。
4 2 2 2
(3)500℃时，反应相同时间后测得CH 的转化率随压强的变化如图所示，则图中E点和G点，处于化学平
4
衡状态的是 点(填“E或G”)。
(4)若tmin后反应至E点，此时容积为VL，则用HO(g)表示的化学反应速率为 mol/(L•min)(用含
2
t、V的式子表示)。结合图中的相关数据，计算此温度下反应④的平衡常数K= (用分压代替浓度，
p
分压=总压×物质的量分数，列出计算式，无需化简)。
【答案】(1) 反应Ⅰ
(2)A 是吸热反应，发生副反应CO(g)+H(g) CO(g)+HO(g)
2 2 2
H＞0，副反应中二氧化碳和氢气反应也是吸热反应，因此升高温度，两个反应平衡正向移动，二氧化碳
转化率更大
△
(3)G(4)
【解析】（1）根据题意，焓变等于生成物总能量减去反应物总能量，则CH~CO 干重整反应的热化学方
4 2
程式为 ；过渡态物质的总能量与反应物总能量
的差值为活化能，即图中峰值越大则活化能越大，峰值越小则活化能越小，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；反应Ⅱ的活化能比反应Ⅰ活化能小，该反应的决速步骤是比
反应Ⅰ；
（2） 是吸热反应，发生副反应CO(g)+H(g) CO(g)+HO(g) H
2 2 2
＞0，副反应中二氧化碳和氢气反应也是吸热反应，因此升高温度，两个反应平衡正向移动，二氧化碳转△
化率更大，因此表示平衡转化率的是曲线A；
（3）增加压强，反应速率加快，相同时间内甲烷转化率增大，F点甲烷转化率最高，反应为气体分子数减
小的反应，继续增加压强，平衡逆向移动，甲烷转化率减小，则E点没有达到平衡状态、G达到平衡状态；
（4）若tmin后反应至E点，此时容积为VL，甲烷的转化率为0.6，则反应甲烷0.6mol，则
；
K只有温度，由G点可知，
反应总的物质的量为5.2mol，此温度下反应④的平衡常数 。
6．（2023·吉林长春·统考模拟预测）一种在常温、常压下催化电解实现工业合成氨反应的工艺为：
，该反应可分两步完成：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
请回答下列问题：
(1) 。
(2)将 和 充入到3L的恒容密闭容器中模拟反应Ⅰ：
①该反应中物质浓度随时间变化的曲线如图所示，0~10nin内， 。②不同温度和压强下测得平衡时混合物中氨的体积分数与温度的关系如图所示：
则B、C两点的平衡常数 (填“>”、“<”、“=”或“不确定”)；B点时 的转化率=
(保留2位有效数字)。
(3)从图乙中获知反应Ⅰ存在着高温降低平衡产率与低温降低反应速率等调控矛盾。在提高合成氨的产率的
工业生产中，通常从以下多个视角来综合考虑合理的工业生产条件：
反应速率的视角：①加入催化剂；②提高温度(控制在催化剂的活性温度内)
平衡移动和原料的转化率的视角：③ ，④ 。
(4)科学家为避免直接破坏 键而消耗大量热能，通过新型催化剂降低了反应路径中决速步的能垒，使
该反应在常温、常压下采用电化学方法也能实现，反应装置如图所示，阴极上的电极反应式为
。
【答案】(1)+571.6
(2)0.075 = 82%
(3)增大压强 增大 的浓度
(4)
【解析】（1）依据盖斯定律可知Ⅰ×2+Ⅱ×3即得到反应2N(g)+6HO(l)=4NH (g)+3O(g)，则
2 2 3 2；
故答案为：+571.6；
（2） ①反应前氮气浓度是mol/L，氢气浓度是1mol/L，0~10min内消耗氢气是浓度是1mol/L－0.25mol/L
＝0.75mol/L，则 ；
故答案为：0.075；
②平衡常数只与温度有关系，则B、C两点的平衡常数K ＝K ，设B点时消耗氮气的物质的量是xmol，
B C
，此时氨气的体积分数是0.7，
，所以的转化率 ；
故答案为：=；82%；
（3）由于正反应是体积减小的放热反应，则从平衡移动和原料的转化率的视角应该是增大压强或增大的
浓度有利于平衡正向移动，可以提高氢气转化率；
故答案为：增大压强；增大 N 的浓度；
2
（4）阴极上氮气得到电子结合氢离子转化为氨气，电极反应式为 ；
故答案为： 。
7．（2023·四川巴中·统考模拟预测）综合利用含碳资源、促进碳中和在保护生态环境等方面具有重要意义。
回答下列问题：
(1)中国科学院在国际上宣布首次实现CO 到淀粉的全合成，其中前两步涉及的反应如图1所示。
2
①反应：CO(g)+2H(g)=HCHO(g)+H O(g) H= (用△H、△H、△H、△H 表示)。
2 2 2 1 2 3 4
②反应I进行时，同时发生反应：2CO
2
(g)+△6H
2
(g) C
2
H
4
(g)+4H
2
O(g)。在1L恒容密闭容器中充入
4.0molCO 和6.0molH，一定温度下，达到平衡时，c(CO)=c(H O)=2.4mol/L，请回答下列问题：反应I的
2 2 2 2
平衡常数的表达式K= 。CHOH物质的量分数为 %(计算结果保留1位小数)。
3
(2)乙烯是合成工业的重要原料，一定条件下可发生反应：3C H(g) 2C H(g)分别在不同温度、不同催
2 4 3 6
化剂下，保持其他初始条件不变，重复实验，经相同时间测得C H 体积分数与温度的关系如图2所示。
2 4在催化剂甲作用下，图2中M点的速率V V (填“＞”“＜”或“=”)，根据图中所给信息，应
正 逆
选择的反应条件为 。
(3)CO 氧化1－丁烯脱氢生产1，3－丁二烯，其反应原理为：CH=CHCHCH(g)
2 2 2 3
+CO (g)→CH =CHCH=CH (g)+HO(g)+CO(g)氧化脱氢反应可能的反应路径有两种，如图3所示：
2 2 2 2
①为确定反应路径，可检测反应体系中的物质是 (填化学式)。
②若为“两步路径”，在温度和总压相同时，1－丁烯氧化脱氢的平衡转化率高于直接脱氢的原因是
。
【答案】(1) H+ H+ H+ H 11.1
1 2 3 4
△ △ △ △
(2)< 催化剂乙、反应温度200℃
(3)H 通入CO 使容器体积增大，使平衡正向移动；CO 与H 反应，也使平衡向脱氢的方向移动
2 2 2 2
【解析】（1）①①CO(g)+3H(g)=HO(g)+CHOH(g) ΔH ；②CHOH(g)+O (g)=HO(l)+HCHO(g) ΔH ；
2 2 2 3 1 3 2 2 2 2
③2HO(l)=2H O(g)+O (g) ΔH ；④3HO(g)=3H (g)+ O(g) ΔH ，目标反应可由反应①+反应②+ ×反应
2 2 2 2 3 2 2 2 4
③+ ×反应④，ΔH= H+ H+ H+ H。
1 2 3 4
△ △ △ △②反应①CO(g)+3H(g)=HO(g)+CHOH(g)，其平衡常数表达式K= 。设反应①消耗
2 2 2 3
COxmol，反应2CO(g)+6H(g) C H(g)+4HO(g)消耗COymol，则x+y=1.6mol，x+2y=2.4mol，解得
2 2 2 2 4 2 2
x=0.8mol，y=0.8mol。则平衡时各物质的物质的量为n(CO)=2.4mol，n(H O)=2.4mol，n(H )=1.2mol，
2 2 2
n(CHOH)=0.8mol，n(C H)=0.4mol，则甲醇的物质的量分数为0.8÷7.2=11.1%。
3 2 4
（2）从图中可知，M点C H 的体积分数呈增大的趋势，说明此时反应逆向进行，V <V 。要确保乙烯
2 4 正 逆
尽可能转化为丙烯，则乙烯的体积分数要尽量小，因此选择的反应条件为催化剂乙、200℃。
（3）①一步路径和两步路径的差别在于是否有中间产物氢气生成，则可检测反应体系中的H 来确定反应
2
路径。
②若为两步路径，第一步反应CH=CHCHCH(g) CH=CHCH=CH (g)+H(g)，第二步反应CO(g)+H(g)
2 2 3 2 2 2 2 2
CO(g)+HO(g)，第二步反应二氧化碳与氢气反应，消耗了氢气，使第一步反应的化学平衡正向移动，
2
同时通入二氧化碳使容器体积增大， 也能使第一步反应的化学平衡正向移动，因此两步路径的平衡转化
率高于直接脱氢。
8．（2023·山西晋城·晋城市第一中学校校考模拟预测）硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途，如可用作农
药防治小麦黑穗病，制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题：
(1)在 气氛中， 的脱水热分解过程如图所示：
根据上述实验结果，可知x= ，y= 。
(2)已知下列热化学方程式：
则 的 。
(3)将 置入抽空的刚性容器中，升高温度发生分解反应：
。平衡时 的关系如下图所示。 时，该反应的平
衡总压 、平衡常数 。 随反应温度升高而(填“增大”“减小”或“不変”)。
(4)提高温度，上述容器中进一步发生反应 ，在 达到平衡时，
、 ，则 ， (列出计算式)。
【答案】(1)4 1
(2)(a+c-2b)
(3)3.0 2.25 增大
(4) (pSO -pSO )
2 3
【解析】（1）设起始时FeSO •7H O的物质的量为1mol，m(FeSO•7H O)=278g，生成FeSO •xH O的失重
4 2 4 2 4 2
率为19.4%，生成FeSO •yH O的失重率为38.8%，即278×19.4%=126-18x，278×38.8%=126-18y，解得
4 2
x≈4，y≈1，故答案为：4；1。
（2）①FeSO •7H O(s)═FeSO (s)+7HO(g)ΔH =akJ•mol-1，②FeSO •xH O(s)═FeSO (s)
4 2 4 2 1 4 2 4
+xH O(g)ΔH =bkJ•mol-1，③FeSO •yH O(s)═FeSO (s)+yHO(g)ΔH =ckJ•mol-1，根据盖斯定律：①+③-2×②
2 2 4 2 4 2 3
计算反应：FeSO •7H O(s)+FeSO •yH O(s)=2(FeSO xHO)(s)的ΔH=(a+c-2b)kJ/mol，故答案为：(a+c-2b)。
4 2 4 2 4 2
（3）反应为2FeSO
4
(s) Fe
2
O
3
(g)+SO
2
(g)+SO
3
(g)(Ⅰ⋅ )，由图可知，平衡时p(SO
3
)随着温度升高而增大，说
明升高温度时平衡正向移动，该反应为吸热反应，则平衡常数K(Ⅰ)随反应温度升高而增大，并且刚性容
p
器中存在n(SO )=n(SO)，根据恒温恒容条件下气体的物质的量之比等于压强之比、660K时p(SO )=1.5kPa
2 3 3
可知p(SO )=p(SO)=1.5kPa，平衡总压p = p(SO )+p(SO) =3.0kPa，该反应的分压平衡常数
2 3 总 2 3
K(Ⅰ)═p(SO )•p(SO)=1.5kPa×1.5kPa=2.25(kPa)2，故答案为：3.0；2.25；增大。
p 2 3
（4）设平衡体系中n(SO )=xmol，n(SO )=ymol，n(O )=zmol，根据S原子守恒可知参加反应的FeSO 的物
2 3 2 4
质的量为(x+y)mol，反应中Fe2+失电子生成Fe O，-2价氧原子失电子生成O，SO 得电子生成SO ，根据
2 3 2 2
电子守恒可得x+y+4z=2x，即y+4z=x，所以体系中n(SO )+4n(O)=n(SO)，根据恒温恒容条件下气体的压
3 2 2
强之比等于其物质的量之比可知pSO =pSO+4pO ，则pO= (pSO -pSO )，929K时p
2 3 2 2 2 3 总=pSO+pSO+pO =84.6kPa、pSO =35.7kPa，则pSO =46.26kPa，pO=2.64kPa，K(Ⅱ)= =
2 3 2 3 2 2 p
kPa，故答案为： (pSO -pSO )； 。
2 3
9．（2023·黑龙江大庆·统考二模）氮元素是一种重要元素，其单质及化合物在化工、生产等领域应用非常
广泛。请回答下列问题：
(1)氮元素的常见单质有N、N、N，在三种分子中的每个氮原子均为8电子稳定结构，则N 的结构简式
2 4 8 4
为 。
(2)已知：反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
反应Ⅲ：
反应IV： △H= kJ·mol-1。
(3)100kPa时，反应Ⅱ中NO的平衡转化率与温度的关系曲线如图。
图中A、B、C三点表示不同温度、压强下， 达到平衡时NO的转化率，则
点对应的压强最大。
(4)起始时，向恒容密闭容器中充入等物质的量的NO、NO ，在某温度下达到平衡(只发生反应IV)，平衡
2 2
时容器总压为pPa，NO的转化率为50%，则该反应的K (K 为以分压表示的平衡常数)为
2 P P
Pa(用p表示)。
(5)NH 催化还原NO是亚要的烟气脱硝技术。
3
①研究发现在以Fe O 为主的催化剂上可能发生的反应过程如图。写出脱硝过程的总反应的化学方程式：
2 3
。
②在一定条件下，用NH 催化还原消除NO污染，其反应原理为 。不同温
3
度条件下，n(NH )：n(NO)为2：1时，得到NO脱除率曲线如图所示。脱除NO的最佳温度是 。
3(6)含氮配合物[Cu(NH )](OH) 中的配位原子为 ，配位数为 。
3 4 2
(7)一种Cu N晶体的晶胞如图所示，若Cu+半径为acm，N3-半径为bcm(阿伏伽德罗常数用N 表示)，其密
3 A
度为 g/cm3.(写表达式)
【答案】(1)
(2)
(3)B
(4)
(5) 900℃
(6)N 4
(7)
【解析】（1） 分子中每个氮原子均为8电子稳定结构，结构简式为： ;
（2）将方程式进行处理 ，根据盖斯定律：
；
（3）由反应II及NO的平衡转化率与温度的关系曲线图可知：温度越高，压强越大，B点的温度最高，所以B点对应的压强最大；
（4）设起始投入n mol 和n mol ，列三段式：
，平衡时 的分压分别为0.2p Pa，0.2p
Pa，0.6p Pa，则该反应的 ；
（5）由反应的机理图可知， 是反应物， 为生成物，脱销过程的总反应的化学方程式为
；
由NO脱除率曲线图可知：在900℃时，NO脱除率最高，脱除率为0.75，所以脱除NO的最佳温度为
900℃；
（6）由含氮配合物的化学式可知，含氮配合物中的配位原子为N，配位数为4；
（7） 晶体的晶胞棱长为（2a+2b）cm,1mol 晶体的质量为206g，所以 晶体的密度为
。
10．（2023·河北保定·校联考三模）CO 是一种温室气体，对人类的生存环境产生巨大的影响，将CO 作
2 2
为原料转化为有用化学品，对实现碳中和及生态环境保护有着重要意义。
Ⅰ．工业上以CO 和NH 为原料合成尿素，在合成塔中存在如下转化：
2 3
(1)液相中，合成尿素的热化学方程式为：2NH (l)+CO (l)=H O(l)+NH CONH (l) H= kJ/mol。
3 2 2 2 2
(2)在恒容密闭容器中发生反应：2NH (g)+CO (g)=CO(NH )(s)+HO(g) H<0，下列说法错误的是 。
3 2 2 2 2 △
A．反应在任何温度下都能自发进行
△
B．增大CO 的浓度，有利于NH 的转化率增大
2 3
C．当混合气体的密度不再发生改变时反应达平衡状态
D．充入He，压强增大，平衡向正反应移动
Ⅱ．由 与 制备甲醇是当今研究的热点之一。
(3)在一定条件下，向0.5L恒容密闭容器中充入xmolCO 和ymolH ，发生反应CO(g)+3H(g)
2 2 2 2
CHOH(g)+H O(g) H=－50kJ·mol－1。
3 2 3
①若x=1、y=3，测得在相同时间内，不同温度下H 的转化率如图1所示，T 时，若起始压强为10atm，
△ 2 2
K= atm－2(结果保留一位小数，K 为以分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数)。
p p②已知速率方程v =k c(CO)•c3(H )，v =k c(CHOH)•c(H O)，k 、k 是速率常数，只受温度影响，图
正 正 2 2 逆 逆 3 2 正 逆
2表示速率常数k 、k 的对数lgk与温度的倒数 之间的关系， A、B、D、E分别代表图1中a点、c点
正 逆
的速率常数，点 表示c点的lgk 。
逆
(4)我国科学家设计出如图装置实现CO 的转化，可有效解决温室效应及能源问题，总反应为CO+NaCl
2 2
CO+NaClO。忽略气体在溶液中的溶解及溶液的体积变化。
①电极II的电极反应式为 ；
②理论上转化44gCO，左室溶液质量增重 。
2
【答案】(1)－93.7
(2)AD
(3)2.4 A
(4)Cl－+2e－+H O=ClO－ +2H+ 18 g
2
【解析】（1）根据盖斯定律：2NH (l)+CO (l) HO(l)+NH CONH (l) H=ΔH+ΔH =(－109.2+15.5)kJ/mol=
3 2 2 2 2 1 2
－93.7kJ/mol；
⇌ △（2）A．因为正反应是熵减的反应，即△S<0，根据△H－T S<0可知，反应在低温下才能自发进行，故
A错误；
△
B．增大CO 的浓度，平衡正向移动，有利于NH 的转化率增大，故B正确；
2 3
C．CO(NH) 是固体，混合气体的总质量是变量、容器体积不变，混合气体的密度是变量，混合气体的密
2 2
度不再发生改变，反应达到平衡状态，故C正确；
D．在恒容密闭容器中，充入He，各物质浓度不变，平衡不移动，故D错误；
选AD；
（3）①若x=1、y=3，T 时，氢气的平衡转化率为80%
2
平衡时各气体的总物质的量为2.4mol，在恒温恒容下，压强之比等于物质的量之比，则 ，平衡
时总压p= ，K= 2.4 atm－2。
p
②正反应放热，升高温度平逆向移动，温度对逆反应速率影响大，所以AE表示lgk 与温度的倒数 之间
逆
的关系、BD表示lgk 与温度的倒数 之间的关系，A、B、D、E分别代表图1中a点、c点的速率常数，
正
越小，lgk逆越大，点A表示c点的lgk 。
逆
（4）①在电极1上二氧化碳得电子发生还原反应生成CO，电极1是阴极，电极II是阳极，阳极氯离子失
电子生成次氯酸根离子，电极反应式为Cl－+2e－+H O=ClO－ +2H+；
2
②左室CO 被还原为CO，其电极反应式为：CO+2e－+2H+=CO+H O，则理论上转化44gCO(1mol)，左室
2 2 2 2
溶液质量增加的是1mol HO的质量，即重18g。
2
