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多平衡体系中的规范解答题(A)
1.(8分)精脱硫技术主要用于煤气中羰基硫(COS)和二硫化碳(CS )的转化。回答下列问题：
2
(1)利用焦炉煤气中的H 可脱除煤气中羰基硫(COS)。羰基硫氢化反应历程有途径Ⅰ和途径Ⅱ两种可能，如
2
图所示：
①已知羰基硫氢化反应速率较快，推测其更合理的反应历程是途径 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
②反应COS(g)+H (g)===CO(g)+H S(g)的ΔH= kJ·mol-1。
2 2
(2)MoS 可作羰基硫氢化反应的催化剂，催化机理如图所示：
2
不同钼(Mo)含量的MoS 催化剂对COS转化率和H S的选择性不同，实验数据如图所示。
2 2
根据图中数据，选择 (填“3.4%Mo”或“8.7%Mo”)作催化剂效果最好；当H S选择性低于100%时
2
表明部分COS气体与催化剂发生了反应，催化剂有吸硫现象，若H S选择性高于100%，可能的原因是
2
。2.(16分)丙烯是重要的化工原料，可用丙烷脱氢制备丙烯：
C H (g) C H (g)+H (g) ΔH K
3 8 3 6 2 1 p1
已知：2C H (g)+O (g) 2C H (g)+2H O(g) ΔH =-236 kJ·mol-1 K
3 8 2 3 6 2 2 p2
2H (g)+O (g) 2H O(g) ΔH =-484 kJ·mol-1 K
2 2 2 3 p3
(1)ΔH = kJ·mol-1；平衡常数K = (用K 和K 表示)。
1 p1 p2 p3
(2)不同压强下，在密闭容器中丙烷平衡转化率随温度变化关系如图1。
①图中压强由大到小的顺序为 ，判断的依据是 。
②800 K、p 压强下，若进料组成中加入惰性气体Ar，a点将 (填“上移”或“下移”)。
2
(3)丙烷直接脱氢存在副反应C H (g) C H (g)+CH (g)。一定温度下，丙烷和氢气的混合气体以一定流速
3 8 2 4 4
通过Ga O /Al O 催化剂表面，丙烷转化率、丙烷平衡转化率、丙烯选择性(曲线a)和丙烯生成速率随
2 3 2 3
n(H )
2
n(C H )
变化如图2。催化剂Ga
2
O
3
/Al
2
O
3
反应过程中会有如图3转化，且Ga⁃H/GaO
x
催化活性更强。
3 8
n(H )
2
①丙烷转化率随 变化的曲线为 (填字母)。
n(C H )
3 8
n(H )
②曲线b随 2 的增加而降低的原因是 。
n(C H )
3 8n(H )
2
丙烯生成速率随 增加变化的原因是 。
n(C H )
3 8
3.(12分)利用热分解法可回收炼油厂酸渣(含硫酸、沥青质等)中的硫酸。已知沥青质温度升高时会发生分解
反应。
利用热分解法测定硫酸回收量(以SO 、SO 的硫元素含量计)的有关热化学方程式：
2 3
反应Ⅰ：H SO (l) SO (g)+H O(g) ΔH K
2 4 3 2 1 1
反应Ⅱ：2SO (g) 2SO (g)+O (g) ΔH =+196 kJ·mol-1 K
3 2 2 2 2
(1)已知2H SO (l) 2SO (g)+O (g)+2H O(g) ΔH =+550 kJ·mol-1，则ΔH = kJ·mol-1。
2 4 2 2 2 3 1
(2)在压强为p的反应体系中对1 g酸渣进行热分解，平衡时体系中SO 、SO 的气体体积分数和热解气体总
2 3
体积(已折算为标准状况)随温度变化如图。
①K (填“>”或“<”)K ，依据是 。
1 2
②结合平衡移动原理分析，SO 气体体积分数随温度变化的原因可能为 。
2
4.(8分)以CO 、H 为原料生产甲醇是一种有效利用二氧化碳的途径。涉及的反应有
2 2
Ⅰ.CO (g)+4H (g) CH (g)+2H O(g) ΔH <0
2 2 4 2 1
Ⅱ.CO(g)+2H (g) CH OH(g) ΔH <0
2 3 2
Ⅲ.CO (g)+CH (g) 2CO(g)+2H (g) ΔH <0
2 4 2 3
工业中，对于反应Ⅰ，通常同时存在副反应Ⅳ：CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g) ΔH 。在一定条件下，在
2 2 2 4
合成塔中充入一定量CO 和H 。不同压强时，CO 的平衡转化率如图a所示。当气体总压强恒定为1 MPa
2 2 2
时，平衡时各物质的物质的量分数如图b所示。(1)图a中，相同温度下，压强越大，CO 的平衡转化率越大，其原因是 。
2
(2)由图b可知，ΔH (填“>”“<”或“=”)0；H 的物质的量分数随温度升高而增大，原因是
4 2
。
5.(6分)铁元素广泛存在于自然界中，铁及其化合物有着丰富的化学性质。
反应S O2- (aq)+2I-(aq)===2SO2- (aq)+I (aq)在加入Fe3+催化后，反应进程中的能量变化如图所示。已知反应
2 8 4 2
机理中有Fe2+出现。
(1)写出速控步的热化学方程式： 。
(2)反应过程中由于Fe2+浓度较低而不容易被检测到，Fe2+浓度较低的原因是 。多平衡体系中的规范解答题(B)
1.(15分)丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备：C H (g) C H (g)+H (g) ΔH=+123
4 10 4 8 2
kJ·mol-1。
回答下列问题：
(1)图(a)是该反应平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x (填“大于”或“小于”)0.1；欲使丁
烯的平衡产率提高，应采取的措施是 (填字母)。
A.升高温度 B.降低温度
C.增大压强 D.降低压强
(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含
有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低
的变化趋势，其降低的原因是 。
(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在
590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是 ；
590 ℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是 。
2.(5分)将甲醇转化耦合到丁烯裂解过程中生产丙烯，主要涉及下列反应：
①2C H (g)―→2C H (g)+ C H (g) ΔH>0
4 8 3 6 2 4
②2CH OH(g)―→C H (g)+2H O(g) ΔH<0
3 2 4 2
③C H (g)+C H (g)―→2C H (g) ΔH<0
2 4 4 8 3 6已知：甲醇吸附在催化剂上，可以活化催化剂；甲醇浓度过大也会抑制丁烯在催化剂上的转化。
n(CH OH) n(CH OH)
(1)图1是C H 及某些副产物的产率与 3 的关系曲线。最佳的 3 约为 。
3 6 n(C H ) n(C H )
4 8 4 8
(2)图2是某压强下，将CH OH和C H 按一定的物质的量之比投料，反应达到平衡时C H 的体积分数随温
3 4 8 3 6
度的变化曲线。由图2可知平衡时C H 的体积分数随温度的升高呈现先升高后降低的变化，其原因可能是
3 6
。
3.(12分)乙烯是重要的基础化工原料，工业上利用乙烷脱氢制乙烯的相关反应如下：
反应Ⅰ：C H (g) C H (g)+H (g) ΔH =+137 kJ·mol-1
2 6 2 4 2 1
反应Ⅱ：CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g) ΔH =+41 kJ·mol-1
2 2 2 2
(1)科研人员研究催化剂对乙烷无氧脱氢的影响
①在一定条件下，Zn/ZSM⁃5催化乙烷脱氢转化为乙烯的反应历程如图所示，该历程的各步反应中，生成
下列物质速率最慢的是 (填字母)。
A.C
2
H
6
* B.Zn⁃C
2
H
5C.C
H* D.H*
2 4 2
②用Co基催化剂研究C H 催化脱氢，该催化剂对C—H和C—C的断裂均有高活性，易形成碳单质。一定
2 6
温度下，Co基催化剂在短时间内会失活，其失活的原因是 。
(2)在923 K和催化剂条件下，向体积固定的容器中充入1.0 mol C H 与一定量CO 发生反应(忽略反应Ⅰ和
2 6 2
n(CO )
反应Ⅱ外的其他反应)，平衡时C H 、C H 和CO的物质的量分数随起始投料比 2 的变化关系如图
2 6 2 4 n(C H )
2 6
所示。
曲线c表示的物质为CO，表示C H 的曲线为 (填“a”或“b”)，判断依据是 。
2 6
4.(18分)(2024·浙江6月选考，19)氢是清洁能源，硼氢化钠(NaBH )是一种环境友好的固体储氢材料，其水
4
解生氢反应方程式如下：(除非特别说明，本题中反应条件均为25 ℃，101 kPa)
NaBH (s)+2H O(l) NaBO (aq)+4H (g) ΔH<0
4 2 2 2
请回答：
(1)该反应能自发进行的条件是 。
A.高温 B.低温
C.任意温度 D.无法判断
(2)该反应比较缓慢。忽略体积变化的影响，下列措施中可加快反应速率的是 。
A.升高溶液温度
B.加入少量异丙胺[(CH ) CHNH ]
3 2 2
C.加入少量固体硼酸[B(OH) ]
3
D.增大体系压强
(3)为加速NaBH 水解，某研究小组开发了一种水溶性催化剂，当该催化剂足量、浓度一定且活性不变时，
4
n(NaBH )
测得反应开始时生氢速率v与投料比 4 之间的关系，结果如图1所示。请解释ab段变化的原因：
n(H O)
2
。(4)氢能的高效利用途径之一是在燃料电池中产生电能。某研究小组的自制熔融碳酸盐燃料电池工作原理如
图2所示，正极上的电极反应式是 。
该电池以3.2 A恒定电流工作14分钟，消耗H 体积为0.49 L，故可测得该电池将化学能转化为电能的转化
2
率为 。[已知：该条件下H 的摩尔体积为24.5 L·mol-1；电荷量q(C)=电流I(A)×时间
2
(s)；N =6.0×1023 mol-1；e=1.60×10-19C。]
A
(5)资源的再利用和再循环有利于人类的可持续发展。选用如下方程式，可以设计能自发进行的多种制备方
法，将反应副产物偏硼酸钠(NaBO )再生为NaBH 。(已知：ΔG是反应的自由能变化量，其计算方法也遵
2 4
循盖斯定律，可类比ΔH计算方法；当ΔG<0时，反应能自发进行。)
Ⅰ.NaBH (s)+2H O(l)===NaBO (s)+4H (g) ΔG =-320 kJ·mol-1
4 2 2 2 1
1
Ⅱ.H (g)+ O (g)===H O(l) ΔG =-240 kJ·mol-1
2 2 2 2 2
1
Ⅲ.Mg(s)+ O (g)===MgO(s) ΔG =-570 kJ·mol-1
2 2 3
请书写一个方程式表示NaBO 再生为NaBH 的一种制备方法，并注明ΔG 。
2 4
(要求：反应物不超过三种物质；氢原子利用率为100%。)答案精析
A
1.(1)①Ⅱ ②b-a-c+d-e (2)8.7%Mo 催化剂本身在反应过程中有失硫现象
解析 (1)①反应的活化能越大，反应速率越慢，由图可知，途径Ⅰ的活化能大于途径Ⅱ，所以反应速率较
快的羰基硫氢化的反应历程是途径Ⅱ。
√K
2.(1)+124 p2 (2)①p >p >p 反应为气体分子数增大的反应，增大压强，平衡向左移动，丙烷的平
3 2 1
K
p3
衡转化率减小 ②上移 (3)①c ②随着H 的含量增大，平衡向左移动，丙烷平衡转化率降低 H 活化了
2 2
催化剂
Ⅱ-Ⅲ ΔH -ΔH
解析 (1)将3个反应依次记为反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，由盖斯定律可知反应Ⅰ= ，ΔH = 2 3=
2 1 2
(-236 kJ·mol-1 )-(-484 kJ·mol-1 ) √K
=+124 kJ·mol-1；则K = p2 。(2)①该反应为正向气体分子数增
p1
2 K
p3
大的反应，当温度一定时，增大压强，平衡逆向移动，丙烷的转化率减小，则压强p >p >p 。②800 K、p
3 2 1 2
压强下，若进料组成中加入惰性气体Ar，原气体的分压减小，则平衡正向移动，丙烷的转化率增大，a点
n(H )
将上移。(3)①已知曲线a为丙烯选择性，随 2 增加丙烯的选择性基本不变，则丙烷转化率几乎没有
n(C H )
3 8
起伏，故曲线c为丙烷转化率。
3.(1)+177 (2)①< 平衡时SO 的体积分数远小于SO
3 2
②温度升高，反应Ⅱ平衡正向移动程度小于酸渣中沥青质分解程度
(+550)-(+196)
解析 (1)依题意知，已知反应=反应Ⅰ×2+反应Ⅱ，故ΔH =2ΔH +ΔH ，故ΔH =
3 1 2 1 2
kJ·mol-1=+177 kJ·mol-1。
4.(1)增大压强，反应Ⅳ平衡不移动，反应Ⅰ平衡向正反应方向移动 (2)> 反应Ⅰ放热，反应Ⅳ吸热，温
度升高时，反应Ⅰ平衡向左移动增加的H 的量大于反应Ⅳ平衡向右移动减少的H 的量
2 2
解析 (1)②根据反应Ⅰ、Ⅳ可知只有反应Ⅳ生成CO，根据图b可知CO平衡时的物质的量分数随着温度
的升高而增大，说明该反应吸热，ΔH >0。
4
5.(1)2Fe3+(aq)+2I-(aq)===I (aq)+2Fe2+(aq) ΔH=+(E -E ) kJ·mol-1 (2)第一步基元反应活化能较高为慢反应，
2 3 2
第二步基元反应活化能较低为快反应。第一步反应产生的Fe2+很快被第二步反应消耗，故Fe2+浓度较小
解析 (1)根据S
O2- (aq)+2I-(aq)===2SO2-
(aq)+I (aq)结合图像，可得两步反应为2Fe3+(aq)+2I-(aq)===I (aq)
2 8 4 2 2
+2Fe2+(aq)；2Fe2+(aq)+S
O2- (aq)===2Fe3+(aq)+2SO2-
(aq)；活化能最大的一步为速控步，由图可知，速控步
2 8 4
热化学方程式为2Fe3+(aq)+2I-(aq)===I (aq)+2Fe2+(aq) ΔH=+(E -E )kJ·mol-1。
2 3 2
B1.(1)小于 AD
n(氢气)
(2)氢气是产物之一，随着 的增大，该平衡向逆反应方向移动
n(丁烷)
(3)升高温度，反应速率加快，生成的丁烯会增多，同时由于反应是吸热反应，升高温度，平衡向正反应方
向移动 丁烯高温裂解生成短碳链烃类化合物
解析 (1)由图(a)可以看出，温度相同时，压强由0.1 MPa变化到x MPa，丁烷的转化率增大，即平衡正向
移动，所以x<0.1。由于正反应为吸热反应，所以温度升高时，平衡正向移动，丁烯的平衡产率增大，因
此A正确、B错误；反应正向进行时体积增大，加压时平衡逆向移动，丁烯的平衡产率减小，因此C错误、
n(氢气)
D正确。(2)反应初期，H 可以活化催化剂，进料气中 较小，丁烷浓度大，反应向正反应方向进
2 n(丁烷)
n(氢气)
行的程度大，丁烯产率升高；随着进料气中 增大，原料中过量的H 会使平衡逆向移动，所以丁
n(丁烷) 2
烯产率下降。
2.(1)1.0 (2)300~500 ℃时，丁烯裂解(反应①)为主要反应，是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，使
C H 的体积分数增大；温度高于500 ℃时，反应②③为主要反应，是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，
3 6
使C H 的体积分数降低，同时温度升高易发生副反应，C H 可能转化为C H 、C H 、C H
、C+
等，使
3 6 3 6 2 4 3 8 4 10 5
C H 的体积分数降低
3 6
n(CO )
3.(1)①C ②积碳在其表面快速沉积使其失活 (2)a 2 比值增大，乙烷转化率增大，其物质的量
n(C H )
2 6
分数变化比CO和C H 要大
2 4
n(NaBH )
4.(1)C (2)AC (3)随着投料比 4 增大，NaBH 的水解转化率降低 (4)O +4e-+2CO ===2CO2-
n(H O) 4 2 2 3
2
70%
(5)NaBO (s)+2H (g)+2Mg(s)===NaBH (s)+2MgO(s) ΔG=-340 kJ·mol-1
2 2 4
解析 (1)反应NaBH (s)+2H O(l)===NaBO (aq)+4H (g) ΔH<0，ΔS>0，由ΔG=ΔH-TΔS可知，任意温度下，
4 2 2 2
该反应均能自发进行。(2)升高温度，活化分子数增多，有效碰撞几率增大，反应速率加快，A符合题意；
硼氢化钠与水反应的实质是利用其强还原性来还原水中的氢离子，异丙胺[(CH ) CHNH ]呈碱性，使水中
3 2 2
氢离子的浓度减小，化学反应速率降低，B不符合题意；硼酸[B(OH) ]呈弱酸性，加入少量固体硼酸，水
3
中氢离子的浓度增大，化学反应速率加快，C符合题意；增大体系压强，忽略体积变化，测气体浓度不变，
化学反应速率不变，D不符合题意。(4)根据题干信息，该燃料电池中H 为负极，O 为正极，熔融碳酸盐
2 2
为电解质，故正极的电极反应式为O +4e-+2CO
===2CO2-
，该条件下，0.49 L H 的物质的量为
2 2 3 2
0.49 L
=0.02 mol，工作时，H 失去电子：H -2e-===2H+，所带电荷量：2×0.02×6.0×1023×1.60×10-19
24.5 L·mol-1 2 2
2 688 C
C=3 840 C，工作电荷量：3.2×14×60 C=2 688 C，则该电池将化学能转化为电能的转化率：
3 840 C
×100%=70%。(5)结合题干信息，要使得氢原子利用率为100%，可由(2×反应Ⅲ)-(2×反应Ⅱ+反应Ⅰ)得NaBO (s)+2H (g)+2Mg(s)===NaBH (s)+2MgO(s) ΔG=2ΔG -(2ΔG +ΔG )=2×(-570 kJ·mol-1)-[2×(-240
2 2 4 3 2 1
kJ·mol-1)+(-320 kJ·mol-1)]=-340 kJ·mol-1。
