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专题十二 化学反应原理 专题检测
（7 小题，共100分）
1．（2022·河南郑州·三模）（14分）“水煤气（CO和H ）”是化学工业常用的原料气，
2
在某工业上应用原理如下：
主反应：CO（g）+H O（g） CO （g）+H （g）ΔH＝﹣41.03kJ•mol﹣1
2 2 2
副反应：CO（g）+2H （g）⇌CH OH（g）ΔH＝﹣116kJ•mol﹣1
2 3
（1）写出CO
2
加氢制CH
3
OH⇌的热化学方程式 。
（2）在压强为81kPa的恒压体系中充入一定量含CO、H 、H O、N 的混合气体，充分反
2 2 2
应后，在T℃下，反应达到平衡后，测得混合气体各组分的物质的量分别为
0.6molCO、3molH 、1.6molH O、1molN 、1.6molCO 和0.3molCH OH。
2 2 2 2 3
①T℃时，副反应的标准平衡常数K ＝ （保留三位有效数字）（已知：分压＝总
p
压×该组分物质的量分数，对于反应dD（g）+eE（g） gG（g）+hH（g），KΘ＝
⇌
其中pΘ＝100kPa，p 、p 、p 、p 为各组分的平衡分压）。
G H D E
②平衡时CO的转化率为 。
③为同时提高CO的平衡转化率和CH OH的平衡产率，应选择的反应条件为
3
（填标号）。
A．低温、高压
B．高温、低压
C．低温、低压
D．高温、高压
（3）若其他条件一定，向原料气中加入N 稀释气体并保持总压强不变，测得CO的平衡
2
百分含量增大，原因是 。
（4）利用M催化CO 加氢制CH OH的反应历程如图，其中吸附在催化剂表面的物种用*
2 3
表示，Ea表示活化能，单位为eV。①CH O*转化为CH OH的化学方程式为 。
3 3
②下列说法正确的是 （填标号）。
A.第iii步反应速率最慢
B.第ii步有O﹣O键断裂
C.H 与2H*能量差为0.60eV
2
D.加入催化剂M能增大CH OH的平衡产率
3
【答案】
（1） CO （g）+3H （g） CH OH（g）+H O（g）△H＝﹣74.97kJ/mol 。
2 2 3 2
（2）① 5.56 ② 76%⇌ 。③ A
（3）其他条件一定，恒压充入氮气，相当于减压，副反应平衡逆向移动，CO的平衡百分
含量增大 。
（4）① CH O*+H*＝CH OH 。② AC
3 3
【解析】：（1）已知①CO（g）+H O（g） CO （g）+H （g）ΔH＝﹣41.03kJ•mol﹣1，
2 2 2
②CO（g）+2H （g） CH OH（g）ΔH⇌＝﹣116kJ•mol﹣1，依据盖斯定律②﹣①可
2 3
得CO （g）+3H （g）⇌CH OH（g）+H O（g）△H＝﹣116kJ•mol﹣1﹣（﹣
2 2 3 2
41.03kJ•mol﹣1）＝﹣74⇌.97kJ/mol，
故答案为：CO （g）+3H （g） CH OH（g）+H O（g）△H＝﹣74.97kJ/mol；
2 2 3 2
（2）①在T℃下，反应达到平衡⇌后，测得混合气体各组分的物质的量分别为0.6molCO、
3molH 、1.6molH O、1molN 、1.6molCO 和0.3molCH OH，混合气总物质的量为
2 2 2 2 3
（0.6+3+1.6+1+1.6+0.3）mol＝8.1mol，对于反应CO（g）+2H （g） CH OH（g），
2 3
⇌
在压强为81kPa的恒压体系中，CO的分压为81kPa× ＝6kPa，氢气的分压为
81kPa× ＝30kPa，甲醇的分压为81kPa× ＝3kPa，副反应的标准平衡常数K ＝ ＝ ≈5.56，
p
故答案为：5.56；
②主反应中生成1.6molCO ，CO反应量为1.6mol，副反应中生成0.3molCH OH，CO反应
2 3
量为0.3mol，CO总反应量为1.9mol，CO加入量为1.9mol+0.6mol＝2.5mol，平衡时
CO的转化率为 ×100%＝76%，
故答案为：76%；
③同时提高CO的平衡转化率和CH OH的平衡产率，应使副反应平衡正向移动，副反应
3
正向放热，故应采取低温条件，副反应正向气体分子数减小，故应采用高压条件，
故答案为：A；
（3）若其他条件一定，向原料气中加入N 稀释气体并保持总压强不变，测得CO的平衡
2
百分含量增大，原因是其他条件一定，恒压充入氮气，相当于减压，副反应平衡逆向
移动，CO的平衡百分含量增大，
故答案为：其他条件一定，恒压充入氮气，相当于减压，副反应平衡逆向移动，CO的平
衡百分含量增大；
（4）①由图象可知，CH O*转化为CH OH的化学方程式为CH O*+H*＝CH OH，
3 3 3 3
故答案为：CH O*+H*＝CH OH；
3 3
②A.由图可知，第iii步反应的活化能最大，速率最慢，故A正确；
B.由图可知，第ii步无O﹣O键断裂，故B错误；
C.由图可知，破坏氢气分子中的共价键需要吸收0.60eV能量，故H 与2H*能量差为
2
0.60eV，故C正确；
D.加入催化剂M，平衡不移动，CH OH的平衡产率不变，故D错误；
3
故选：AC。
2．（2022·河南新乡·三模）（14分）我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳
中和，CO 制CH OH是热点研究之一。中科院大连化物所研究团队直接利用CO 与
2 3 2
H 合成甲醇，主要涉及以下反应：
2
①CO （g）+H （g） CO（g）+H O（g）ΔH
2 2 2 1
②CO（g）+2H
2
（g）⇌CH
3
OH（g）ΔH
2
＝﹣90kJ⋅mol﹣1
⇌③CO
2
（g）+3H
2
（g） CH
3
OH（g）+H
2
O（g）ΔH
3
＝﹣49kJ⋅mol﹣1
④2CO
2
（g）+6H
2
（g）⇌ CH
3
OCH
3
（g）+3H
2
O（g）ΔH
4
＝﹣121kJ⋅mol﹣1
（1）ΔH 1 ＝ 。 ⇌
（2）反应①、②的平衡常数随温度变化曲线如图Ⅰ所示，则表示②反应的1gK ﹣T关系
e
的曲线为 （填“l”或“m”）。
（3）恒压下，向容器中充入1molCO 、3molH ，CO 的平衡转化率随温度变化曲线如图Ⅰ
2 2 2
中n线所示。在500℃达到平衡时，体系中CH OH的物质的量为amol，H O的物质的
3 2
量为bmol，则此时H 的转化率为 。此时反应①的平衡常数值 1（填
2
“大于”、“小于”或“等于。）
（4）有同学认为在400℃以后反应②在该体系中可以忽略，其依据是 。
（5）500℃以后CO 的平衡转化率随温度变化的可能原因是 。
2
（6）恒压下将CO 和H 按体积比1：3混合，在不同催化剂作用下发生反应。在相同时间
2 2
段内CH OH的选择性和产率随温度的变化如图Ⅱ所示。其中CH OH的选择性＝
3 3
×100%。
则合成甲醇的适宜条件是 （填标号）。
A.230℃
B.210℃C.CZT催化剂
D.CZ（Zr﹣1）T催化剂
（7）BASF高压法制备CH COOH时的钴碘催化循环法如图Ⅲ所示，该循环的总反应为
3
。
【答案】
（1）+41kJ/mol 。
（2） l 。
（3） 。 小于 1
（4） 在400℃以后反应②在该体系中K 小于10﹣5，可以认为几乎不反应 。
e
（5） 反应是①吸热反应，温度升高平衡向正方向移动：反应③④是放热反应，温度升
高平衡向逆方向移动，且温度对反应③④的影响大于对反应①的影响 。
（6） AD 。
（7） CO+CH OH CH COOH 。
3 3
【解析】：（1）根据盖斯定律：③﹣②得CO （g）+H （g） CO（g）+H O（g）ΔH
2 2 2 1
＝（﹣49+90）kJ/mol＝+41kJ/mol， ⇌
故答案为：+41kJ/mol；
（2）反应②为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，化学平衡常数减小，即随着温度的
升高，lgK 减小，表示②反应的1gK ﹣T关系的曲线为l，
e e
故答案为：l；
（3）根据图中信息可知，500℃，反应②值平衡常数小于10﹣5，认为容器发生①③④，
设三个反应二氧化碳转化物质的量分别为x、a、2y，
①CO （g）+H （g） CO（g）+H O（g）
2 2 2
转化（mol） x ⇌ x x x
③CO （g）+3H （g） CH OH（g）+H O（g）
2 2 3 2
转化（mol） a ⇌ 3a a a
④2CO （g）+6H （g） CH OCH （g）+3H O（g）
2 2 3 3 2
转化（mol） 2y ⇌ 6y y 3y
在500℃达到平衡时，CO 转化率为60%，则① ×100%＝60%，根据水的物质的量
2
为②b＝x+a+3y，将①②联立解得x＝1.8﹣2b﹣a，y＝b﹣0.6，而氢气的转率为＝ ＝ ；反应①为吸热反应，升
温，平衡正向移动，温度越高K值越大，可知m代表反应①，根据图中信息830℃时
反应①lgK ＝0，即K ＝1，500℃此时反应①的平衡常数值K 小于1，
e e e
故答案为： ；小于；
（4）根据图中信息可知，400℃，反应②值平衡常数等于10﹣5，温度越高，K值越小，在
400℃以后反应②在该体系中K 小于10﹣5，可以认为几乎不反应，可以忽略不计，
e
故答案为：在400℃以后反应②在该体系中K 小于10﹣5，可以认为几乎不反应；
e
（5）反应是①吸热反应，温度升高平衡向正方向移动：反应③④是放热反应，温度升高
平衡向逆方向移动，且温度对反应③④的影响大于对反应①的影响，故500℃以后
CO 的平衡转化率随温度升高而减小，
2
故答案为：反应是①吸热反应，温度升高平衡向正方向移动：反应③④是放热反应，温
度升高平衡向逆方向移动，且温度对反应③④的影响大于对反应①的影响；
（6）由图Ⅱ信息知，相同温度下，CZ（Zr﹣）T作催化剂时，CH OH的选择性和产率都
3
优于CZT作催化剂，所以工业合成甲醇选择催化剂CZ（Zr﹣1）T，为兼顾CH OH的
3
选择性和产率，由图知温度应选择230℃，
故答案为：AD；
（7）根据题图中向里的箭头为反应物，向外的箭头为生成物，则CO和CH OH为反应
3
物，而CH COOH为生成物，则循环总反应的方程式为：CO+CH OH
3 3
CH COOH，
3
故答案为：CO+CH OH CH COOH。
3 3
3．（广东省珠海市2022届高三上学期摸底测试）（14分）中科院天津工业生物所利用光
伏发电，将电解水获得的H 与CO 反应合成甲醇，再由甲醇经若干酶促反应合成淀
2 2
粉，首次在实验室实现二氧化碳到淀粉的从头合成。回答下列问题：
（1）该研究成果的重大意义是 。（答出一点即可）
（2）已知：在一定温度和压强下，由最稳定单质生成1mol化合物的焓变称为该物质的摩
尔生成焓。某些化合物的摩尔生成焓如表所示。
化合物 CO （g） CH OH（g） H O（g）
2 3 2摩尔生成焓/（kJ•mol﹣1） ﹣395 ﹣200 ﹣242
反应Ⅰ：CO （g）+3H （g） CH OH（g）+H O（g） ΔH
2 2 3 2 1
反应Ⅱ：CO
2
（g）+H
2
（g） ⇌CO（g）+H
2
O（g） ΔH
2
①反应Ⅰ的焓变ΔH ＝ ⇌ kJ•mol﹣1。
1
②保持温度T不变，在一刚性密闭容器中，充入一定量的CO 和H ，同时发生反应Ⅰ和
2 2
Ⅱ，起始及达平衡时，容器内各气体的物质的量如表所示。
CO H CH OH CO H O
2 2 3 2
起始量/mol 4.0 8.0 0 0 0
平衡量/mol n 3.0
1
已知起始时总压强为1.5pkPa，平衡时体系总压强为pkPa，则表中n ＝ ，反应Ⅰ的
1
平衡常数K ＝ 。（含p的式子表示）
p
（3）取物质的量浓度为amol•L﹣1的甲醇，选择不同的工程酶组块作为催化剂反应10h，
测得实验数据如表所示。
实验序号 温度/K 不同工程酶的组块 淀粉/（g•L﹣1）
1 T agp﹣M 0.21
1 1
2 T agp﹣M 0.38
1 2
3 T agp﹣M 1.82
2 2
4 T agp﹣M 1.24
2 3
①根据表中数据选取最佳的反应条件 。
②已知温度升高，反应生成的淀粉量先增加后急剧减少，其可能原因是 。
③实验4可用淀粉的质量浓度表示反应速率为 g•L﹣1•h﹣1。淀粉的产率为
。（用含a的式子表示）
【答案】
（1） 有利于碳中和（或减少碳排放或缓解温室效应和粮食危机等） 。
（2）① ﹣47 。② 2.0 ， 。
（3）① 温度T 、催化剂agp﹣M 。② 随温度升高，催化剂活性增强，反应速率加快，
2 2
生成的淀粉量增加；继续升高温度，催化剂失活，反应速率减慢，生成的淀粉量减少
。③ 0.124 g•L﹣1•h﹣1。 ×100% 。
【解析】：（1）该研究成果能减少碳排放、减缓温室效应、有利于碳中和，生成的淀粉可
作粮食食用，能缓解粮食危机，
故答案为：有利于碳中和（或减少碳排放或缓解温室效应和粮食危机等）；
（2）①反应Ⅰ的焓变ΔH ＝﹣200kJ/mol+（﹣242kJ/mol）﹣[0kJ/mol+（﹣395kJ/mol）]＝
1
﹣47kJ/mol，
故答案为：﹣47；
②保持温度T不变，在一刚性密闭容器中，充入一定量的CO 和H ，同时发生反应Ⅰ和
2 2
Ⅱ，起始时总压强为1.5pkPa，平衡时体系总压强为pkPa，根据恒温恒容条件下，气
体的物质的量之比等于其压强之比可知，平衡时混合气体的总量为
×pkPa＝8.0mol，设平衡时CO 、H 、CO的物质的量分别为xmol、ymol、zmol，则
2 2
x+y+z+n +3.0＝8.0，根据C、H、O原子守恒有：x+z+n ＝4.0、2y+3.0×2+4n ＝
1 1 1
8.0×2、2x+z+n +3.0＝4.0×2，解得x＝1.0、y＝1.0、z＝1.0、n ＝2.0，分压p（CO ）
1 1 2
＝p（H ）＝ pkPa，p（CH OH）＝ pkPa，p（H O）＝ pkPa，则反应Ⅰ的平衡常
2 3 2
数K ＝ ＝ ＝ ，
p
故答案为：2.0； ；
（3）①根据表中数据选取最佳的反应条件为温度T 、催化剂agp﹣M ，此条件下生成淀
2 2
粉最多，
故答案为：温度T 、催化剂agp﹣M ；
2 2
②随温度升高，催化剂活性逐渐增强，反应速率加快，生成淀粉的量增加，但继续升高反
应温度，催化剂会失活，反应速率减小，反应生成的淀粉量减少，
故答案为：随温度升高，催化剂活性增强，反应速率加快，生成的淀粉量增加；继续升高
温度，催化剂失活，反应速率减慢，生成的淀粉量减少；③设实验4反应溶液的总体积为1L，反应10h生成淀粉的质量为1.24g，则用淀粉的质量
浓度表示反应速率为 ＝0.124g•L﹣1•h﹣1；C原子守恒有：6nCH OH～
3
（C H O ） ，则理论上n[（C H O ） ]＝ n（CH OH）＝ mol，
6 10 5 n 6 10 5 n 3
m[（C H O ） ]＝ mol×162ng/mol＝27ag，淀粉的产率为 ×100%＝
6 10 5 n
×100%，
故答案为：0.124； ×100%。
4．（广东省汕头市2022届高三下学期第一次模拟）（14分）甲醇（CH OH）是一种可再
3
生能源，具有广阔的开发和应用前景，Pt/Al O 、Pd/C、Rh/SiO 都可以用作合成
2 3 2
CH OH的催化剂：3H （g）+CO （g） CH OH（g）+H O（g）ΔH。回答下列问
3 2 2 3 2
题： ⇌
（1）已知：iH （g）+CO （g） CO（g）+H O（g）ΔH ＝+41kJ•mol﹣1；
2 2 2 1
ii.2H （g）+CO（g） CH OH（⇌g）ΔH ＝﹣90kJ•mol﹣1
2 3 2
3H （g）+CO （g） ⇌CH OH（g）+H O（g）的ΔH＝ kJ•mol﹣1。
2 2 3 2
⇌
（2）其他条件相同时，分别采用不同催化剂，发生反应3H （g）+CO （g） CH OH
2 2 3
（g）+H O（g）ΔH，tmin内CO 的转化率如图1所示。 ⇌
2 2
①最适合的催化剂是
②采用Pd/C作催化剂，温度为340～380C时，CO 转化率升高的原因是 。
2
（3）某科研小组用Pd/C作催化剂，初始反应物总物质的量为8mol，在温度为T、体积为
1L的恒容反应器中发生（2）中反应时，分别研究了m（H ）：n（CO ）为2：1和
2 23：1时CO 转化率的变化情况（图2）。
2
①表示n（H ）：n（CO ）＝3；1的变化曲线为 。
2 2
②P点V正 （填“＞”“＜“或“＝”）V逆 ，容器内初始时的压强与P点的压强
之比为 。
（4）将2molCO 和4molH 充入密闭容器中，发生反应CO （g）+3H （g）═CHgOH
2 2 2 2
（g）+H O（g）OH，CO 的平衡转化率与温度、压强的关系如图3所示。
2 2
①p 、p 、p 由大到小的顺序为 ；
1 2 3
②255℃时，该反应的平衡常数K ＝ （用各物质的平衡分压代替浓度，结果保留
p
一位小数）；
③X点时若向该密闭容器中再通入CO 及H O（g）均1mol，则平衡 （填字
2 2
母）。
A.正向移动
B.逆向移动
C.不移动
【答案】
（1） ﹣49 kJ•mol﹣1。
（2）① Pt/Al O ② 升高温度，反应速率增大，单位时间内消耗CO 增多，CO 转
2 3 2 2
化率升高 。
（3）① a 。② ＞ 10：7 。
（4）① P ＞P ＞P ；② 22.8MPa﹣2 ③ B
3 2 1
【解析】：（1）根据盖斯定律，i+ii可得3H （g）+CO （g） CH OH（g）+H O（g），
2 2 3 2
故△H＝△H +ΔH ＝（+41kJ•mol﹣1）+（﹣90kJ•mol﹣1）＝⇌﹣49kJ•mol﹣1，
1 2
故答案为：﹣49kJ•mol﹣1；（2）①由图知，最适合的是Pt/Al O ，Pt/Al O 作催化剂时催化时，CO 转化率高，
2 3 2 3 2
故答案为：Pt/Al O ；
2 3
②升高温度，反应速率增大，单位时间内消耗CO 增多，CO 转化率升高，
2 2
故答案为：升高温度，反应速率增大，单位时间内消耗CO 增多，CO 转化率升高；
2 2
（3）①n（H ）：n（CO ）越大，CO 转化率越大，故表示n（H ）：n（CO ）＝3：1
2 2 2 2 2
的变化曲线为曲线a，
故答案为：a；
②P点反应正向进行，因此v正 ＞v逆 ；起点时n（H
2
）：n（CO
2
）＝3：1，n总 ＝8mol，
则n（H ）＝6mol，n（CO ）＝2mol，三段式为：
2 2
3H （g）+CO （g） CH OH（g）+H O（g）
2 2 3 2
起始/mol 6 2 ⇌ 0 0
转化/mol 3.6 1.2 1.2 1.2
平衡/mol 2.4 0.8 1.2 1.2
反应后n′
总
＝（2.4+0.8+1.2+1.2）mol＝5.6mol，恒温恒容条件下，由PV＝nRT，可知，
压强之比等于物质的量之比，P始 ：P
p
＝n总 ：n′
总
＝8：5.6＝10：7，
故答案为：＞；10：7；
（4）①压强增大，平衡正向移动，CO 转化率增大，故P ＞P ＞P ，
2 3 2 1
故答案为：P ＞P ＞P ；
3 2 1
②255℃时，CO 转化率为60%，三段式为：
2
CO （g）+3H （g）═CH OH（g）+H O（g）
2 2 3 2
起始/mol 2 4 0 0
转化/mol 1.2 3.6 1.2 1.2
平衡/mol 0.8 0.4 1.2 1.2
n总＝（0.8+0.4+1.2+1.2）mol＝3.6mol，K ＝ ＝
P
＝364.5P ﹣2，又P ＝4MPa，则K ≈22.8MPa﹣2，
3 3 P
故答案为：22.8MPa﹣2；③设容积为VL，K＝ ＝ ≈28.12V2，再通
入CO 及H O（g）均1mol，Q ＝ ＝
2 2 c
≈22.92＞K，故平衡向逆反应方向移动，
故答案为：B。
5．（2022·河南开封·三模）（14分）乙烯是重要的化工原料，目前主要通过石油炼化制
备。随着化石燃料资源日益减少，科研工作者正在探索和研发制备乙烯（C H ）的新
2 4
方法。
Ⅰ.甲烷直接脱氢制备乙烯
（1）已知燃烧热：H 为285.8kJ/mol，CH 为890.3kJ/mol，C H 为1411.0kJ/mol。则由甲
2 4 2 4
烷直接脱氢制备乙烯的热化学方程式是 。k正 、k逆 均是与温度有关的常数，
当升高温度时，k正 增大的倍数 k逆 增大的倍数（填“＞”、“＝”或
“＜”，下同）；
（2）T ℃时，向初始压强100kPa的恒容密闭反应器中充入1molCH ，发生（1）中反应，
0 4
测得平衡混合气体中H 的体积分数为40.0%。则：
2
①在该温度下，其压强平衡常数K ＝ 。（分压＝总压×物质的量分数）
p
②若向该反应器中通入高温水蒸气（不参加反应，高于T ℃），则C H 的产率将增大，
0 2 4
其理由是 。
③实际制备C H 时，通常存在副反应2CH （g）═C H （g）+H （g）。若在T ℃时，H
2 4 4 2 6 2 0 2
的体积分数为45%，C H 20%，其余为C H 和CH ，则体系中CH 的体积分数是
2 4 2 6 4 4
。
Ⅱ．CO 催化加氢合成乙烯：2CO +6H ═C H +4H O
2 2 2 2 4 2
（3）理论计算表明，压强为0.1MPa，原料初始组成n（CO ）：n（H ）＝1：3，反应达
2 2
到平衡时四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图1所示。①图中表示H 、H O变化的曲线分别是 、 。
2 2
②该反应往往存在副反应，则一定温度和压强条件下，可同时提高反应速率和乙烯选择性
的措施是 。
③利用CO 还可获得其他资源。图2是电解法制HCOOH以实现CO 资源化利用。写出阴
2 2
极CO 还原为HCOO﹣的电极反应式： 。电解一段时间后，阳极区的KHCO
2 3
溶液浓度 （填“增大”“减小”“不变”）。
【答案】（1）2CH （g）═C H （g）+2H （g）△H＝+202.0kJ/mol 。 ＞
4 2 4 2
（2）① 20kPa 。② 通入高温水蒸气（不参加反应，高于T ℃），相当于加热，该
0
反应为吸热反应，平衡正向移动，产率增大 。③ 30% 。
（3）① a 、 b 。② 选用更合适的催化剂 。③ H O+2CO +2e﹣═HCOO﹣
2 2
+HCO ﹣ 。电解一段时间后，阳极区的KHCO 溶液浓度 减小
3 3
【解析】（1）①H （g）+ O （g）═H O（l）△H ＝﹣285.8kJ/mol
2 2 2 1
②CH （g）+2O （g）═CO （g）+2H O（l）△H ＝﹣890.3kJ/mol
4 2 2 2 2
③C H （g）+3O （g）＝2CO （g）+2H O（l）△H ＝﹣1411.0kJ/mol
2 4 2 2 2 3
根据盖斯定律：②×2﹣③﹣①×2得2CH （g）═C H （g）+2H （g）△H＝2△H ﹣
4 2 4 2 2
△H
3
﹣2△H
1
＝+202.0kJ/mol，该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，k正 增大
的倍数＞k逆 增大的倍数，
故答案为：2CH （g）═C H （g）+2H （g）△H＝+202.0kJ/mol；＞；
4 2 4 2
（3）①恒温恒容条件下气体的体积分数等于其物质的量分数，设消耗的n（CH ）＝
4
xmol，列化学平衡三段式，
2CH （g）═C H （g）+2H （g）
4 2 4 2
开始（mol）1 0 0消耗（mol）x 0.5x x
平衡（mol）1﹣x 0.5x x
平衡时氢气的体积分数＝ ×100%＝40%，x＝0.5，平衡时n（CH ）＝
4
0.5mol、c（C H ）＝0.25mol、c（H ）＝0.5mol，混合气体总物质的量为
2 4 2
0.5mol+0.25mol+0.5mol＝1.25mol，在该温度下，其平衡常数K ＝
p
＝ ＝20kPa，
故答案为：20kPa；
②若向该反应器中通入高温水蒸气（不参加反应，高于T ℃），相当于加热，该反应为吸
0
热反应，平衡正向移动，产率增大，
故答案为：通入高温水蒸气（不参加反应，高于T ℃），相当于加热，该反应为吸热反
0
应，平衡正向移动，产率增大；
③根据两个方程式分析，①2CH （g）═C H （g）+2H （g）、②2CH （g）═C H
4 2 4 2 4 2 6
（g）+H （g），C H 20%，说明反应①产生氢气的体积分数为40%，则反应②产生
2 2 4
氢气的体积分数为45%﹣40%＝5%，则C H 的体积分数为5%，则甲烷的体积分数为
2 6
1﹣20%﹣45%﹣5%＝30%，
故答案为：30%；
（3）①由题中信息可知，两反应物的初始投料之比等于化学计量数之比，由图中曲线的
起点坐标可知，c和a所表示的物质的物质的量分数之比为1：3，d和b表示的物质的
物质的量分数之比为1：4，则结合化学计量数之比可以判断表示氢气变化的曲线是
a，乙烯变化的曲线是d，表示二氧化碳变化曲线的是c，b表示水蒸气，
故答案为：a；b；
②选用更合适的催化剂可同时提高反应速率和乙烯选择性，
故答案为：选用更合适的催化剂；
③Sn电极为阴极，阴极CO 发生还原反应生成HCOO﹣，电极反应为：H O+2CO +2e﹣
2 2 2
═HCOO﹣+HCO ﹣；电解一段时间后，阳极区的KHCO 溶液浓度降低，其原因是阳
3 3
极产生氧气，pH减小，HCO ﹣浓度降低，
3
故答案为：H O+2CO +2e﹣═HCOO﹣+HCO ﹣；减小。
2 2 36．（2022·河北省唐县第一中学模拟预测）（15分）二甲醚又称甲醚（CH OCH ），简
3 3
称DME，是清洁、高效的新型燃料。
Ⅰ.由合成气（CO、H ）制备二甲醚的反应原理如下：
2
①CO（g）+2H
2
（g） CH
3
OH（g）ΔH
1
＝﹣90.0kJ⋅mol﹣1
②2CH
3
OH（g） CH
3
⇌OCH
3
（g）+H
2
O（g）ΔH
2
＝﹣20.0kJ⋅mol﹣1
③H
2
OH） H
2
O（⇌g）ΔH
3
＝+44.0kJ⋅mol﹣1
回答下列问题⇌：
（1）由合成气（CO、H ）制备1molCH OCH （g），且生成H O（1），其热化学方程式
2 3 3 2
为 。
（2）一定条件下在恒温恒容的密闭容器中，按不同投料比充入CO（g）和H （g）进行反
2
应①，平衡时CO（g）和H （g）的转化率如图所示，则a＝ （填数值）。
2
（3）在体积一定的密闭容器中发生反应②，如果该反应的平衡常数K 值变小，下列说法
2
正确的是 （填序号）。
A.平衡向正反应方向移动
B.平衡移动的原因是升高了温度
C.达到新平衡后体系的压强不变
D.容器中CH OCH 的体积分数减小
3 3
Ⅱ.由合成气（CO 、H ）制备二甲醚的反应原理如下：
2 2
④2CO （g）+6H （g）═CH OCH （g）+3H O（g）ΔH ＜0
2 2 3 3 2 4
⑤CO （g）+H （g）═CO（g）+H O（g）ΔH ＞0
2 2 2 5
（4）若在体积为2L的密闭容器中，控制CO
2
流速为22.4m3⋅h﹣1（已换算为标准状况），
CO
2
的转化率为80.0%，则CO
2
的反应速率为 mol⋅L﹣1⋅min﹣1（保留三位有效
数字）。
（5）在恒压条件下，按CO 与H 的物质的量之比为1：3投料，测得CO 平衡转化率和平
2 2 2
衡时CO的选择性转化的CO 中生成CO的物质的量分数）随温度的变化如图所示：
2①曲线n随温度升高显示如图所示变化的原因是 。
②T℃时反应⑤的平衡常数K＝ （保留两位有效数字）。
③合成甲醚的适宜温度为260℃，理由是 。
④其他条件不变，改为恒容条件，CO平衡选择性比恒压条件下的平衡选择性
（填“高”“低”或“不变”）。
【答案】
（1） 2CO（g）+4H （g） CH OCH （g）+H O（l）ΔH＝﹣244.0kJ/mol 。
2 3 3 2
（2） 2 ⇌
（3） BD
（4） 0.667
（5）① 温度较低时，以反应4为主，反应4放热，温度升高，CO 的平衡转化率降
2
低；温度较高时，以反应5为主，反应5吸热，温度升高，CO 的平衡转化率增
2
大 。② 0.046 。③ 温度过低，反应速率太慢，温度过高，CO的选择性增
大，甲醚的选择性减小 。④ 高 。
【解析】：（1）合成气制备CH OCH （g）的方程式为2CO（g）+4H （g） CH OCH
3 3 2 3 3
（g）+H
2
O（l），①CO（g）+2H
2
（g） CH
3
OH（g）ΔH
1
＝﹣90.0kJ⋅m⇌ol﹣1，
②2CH
3
OH（g） CH
3
OCH
3
（g）+H
2
O（⇌g）ΔH
2
＝﹣20.0kJ⋅mol﹣1，③H
2
O（l）
H
2
O（g）ΔH
3
＝⇌+44.0kJ⋅mol﹣1，根据盖斯定律：①×2+②﹣③计算2CO（g）+4H
2
⇌（g） CH OCH （g）+H O（l）的焓变ΔH＝（﹣90.0kJ/mol）×2+（﹣20.0kJ/mol）
3 3 2
﹣（+⇌44kJ/mol）＝﹣244.0kJ/mol，热化学方程式为2CO（g）+4H （g） CH OCH
2 3 3
（g）+H O（l）ΔH＝﹣244.0kJ/mol， ⇌
2
故答案为：2CO（g）+4H （g） CH OCH （g）+H O（l）ΔH＝﹣244.0kJ/mol；
2 3 3 2
（2）加入的CO、H
2
一定条件下⇌在恒温恒容的密闭容器中，当充入CO（g）和H
2
（g）的物质的量之比等于其计量数之比时，二者的转化率相等，则a＝2，
故答案为：2；
（3）在体积一定的密闭容器中发生反应②，反应②是放热反应，如果该反应的平衡常数
K 值变小，说明改变温度时平衡逆向移动，则改变条件应该是升高温度；
2
A.该反应的平衡常数K 值变小，说明平衡逆向移动，故A错误；
2
B.反应②是放热反应，该反应的平衡常数K 值变小，平衡逆向移动，则平衡移动的原因
2
是升高了温度，故B正确；
C.反应②是气体体积不变化的反应，达到新平衡后气体的总物质的量不变，但体系温度升
高，则达到新平衡后体系的压强增大，故C错误；
D.反应②是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，则容器中CH OCH 的体积分数减小，
3 3
故D正确；
故答案为：BD；
（4）CO
2
流速为22.4m3⋅h﹣1，即1h内通入CO
2
的体积为22.4m3＝22400L，n（CO
2
）＝
＝100mol，转化率为80.0%，则△n（CO ）＝100mol×80%＝80mol，CO
2 2
的反应速率为v（CO ）＝ ＝ ＝ ≈0.667mol/（L•min），
2
故答案为：0.667；
（5）①因△H ＞0，ΔH ＜0，升温反应⑤的平衡正向移动，反应④的平衡逆向进行，
5 4
CO的选择性增大，CO 转化率减小，则m表示CO选择性，n为CO 转化率，曲线n
2 2
随温度升高显示如图变化的原因是△H ＜0，温度升高使反应④的平衡逆向移动，
4
CO 的转化率降低，温度较高时，反应⑤占主导地位，反应⑤是吸热反应，升高温度
2
使反应⑤正向移动，CO 的转化率增大，
2
故答案为：温度较低时，以反应④为主，反应④放热，温度升高，CO 的平衡转化率降
2
低；温度较高时，以反应⑤为主，反应⑤吸热，温度升高，CO 的平衡转化率增大；
2
②设恒压条件下CO 与H 的物质的量分别为1mol、3mol，T℃时CO 平衡转化率为
2 2 2
40%，CO的选择性为25%，即平衡时n（CO ）＝1mol×（1﹣40%）＝0.6mol，n
2
（CO）＝1mol×40%×25%＝0.1mol，设平衡时H 、CH OCH 、H O的物质的量分别为
2 3 3 2
xmol、ymol、zmol，根据C、H、O原子守恒有：0.6+0.1+2y＝1，2x+6y+2z＝6，
1.2+0.1+y+z＝2，解得x＝2、y＝0.15、z＝0.55，由于反应⑤是气体体积不变化的反应，可将气体的物质的量数值代替物质的量浓度数值代入平衡常数表达式计算平衡常
数K，即K＝ ＝ ≈0.046，
故答案为：0.046；
③温度过低，反应速率太慢，温度过高，CO的选择性增大，不利于合成甲醚，由图可
知，合成甲醚的适宜温度为260℃，
故答案为：温度过低，反应速率太慢，温度过高，CO的选择性增大，甲醚的选择性减
小；
④合成甲醚的反应为气体体积减小的反应，其他条件不变，改为恒容条件，相当使容器中
压强减小，不利于甲醚的合成，使甲醚的合成量减少，从而增大了CO的选择性，所
以改为恒容条件时，CO平衡选择性比恒压条件下的平衡选择性高，
故答案为：高。
7．（2022·广东·执信中学模拟预测）（15分）我国正式公布实现碳达峰、碳中和的时
间和目标后，使含碳化合物的综合利用更受关注和重视。回答下列问题：
（1）一定条件下，Pd﹣Mg/SiO 催化剂可使CO 甲烷化从而变废为宝，其反应机理如图1
2 2
所示，该反应的化学方程式为 ，反应过程中碳元素的化合价为﹣2价的中间
体是 。
（2）二氧化碳与氢气重整体系中涉及的主要反应如下：
Ⅰ.CO （g）+4H （g） CH （g）+2H O（g）ΔH＝﹣165kJ•mol﹣1
2 2 4 2
Ⅱ.CO （g）+H （g） ⇌CO（g）+H O（g）ΔH＝+41kJ•mol﹣1
2 2 2
①二氧化碳与甲烷反应⇌生成一氧化碳和氢气的热化学方程式为 ；恒温恒容密闭容
器中进行该反应，下列事实能说明反应达到平衡状态的是 （填选项字母）。
A．CO 与CH 的有效碰撞几率不变
2 4
B．相同时间内形成C﹣H键和H﹣H键的数目相等
C．混合气体的密度不再改变
D．氢原子数不再改变
②一定温度下，向10L恒容密闭容器中充入1molCO 和1molH ，发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，
2 2
5min末达到平衡时测得CO 的转化率为50%，CH 与CO的分压之比为1：4，H O
2 4 2
（g）的分压为p 。则0～5min内，平均反应速率v（H ）＝ mol•L﹣1•min﹣1；
0 2
反应Ⅱ的平衡常数K ＝ （K 是用分压表示的平衡常数）。
p p③向恒容密闭容器中以物质的量之比为1：4充入CO 和H ，发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，实验
2 2
测得平衡体系中各组分的体积分数与温度的关系如图2所示。其中表示H 的体积分数
2
与温度关系的曲线为 （填“L ”、“L ”或“L ”）；T ℃之后，H O（g）
1 2 3 1 2
平衡体积分数随温度的变化程度小于CH 平衡体积分数随温度的变化程度，原因为
4
；T ℃时CO的平衡分压 （填“＞”“＜”或“＝”）T ℃时CO的平衡分
1 2
压，理由为 。
【答案】
（1） CO +4H CH +2H O ， MgOCH 。
2 2 4 2 2
（2）① CO （g）+CH （g） 2CO（g）+2H （g）△H＝+247kJ/mol ； A 。②
2 4 2
0.016 2.4 。③ L ⇌ 反应Ⅰ为放热反应，反应Ⅱ为吸热反应，温度升高两
3
个反应的平衡移动方向相反 ； ＜ T ℃比T ℃温度高，气体膨胀程度大，且
2 1
温度升高反应Ⅱ平衡正向移动，CO的体积分数增大 。【解析】：（1）一定条件下，Pd﹣Mg/SiO 催化剂可使CO 与H 反应生成甲烷和水，反
2 2 2
应的方程式为：CO +4H CH +2H O；化合物MgOCH 中Mg为+2
2 2 4 2 2
价，H为+1价，O为﹣2价，由化合价的代数和为0可知，C为﹣2价，
故答案为：CO +4H CH +2H O；MgOCH ；
2 2 4 2 2
（2）①Ⅰ．CO （g）+4H （g） CH （g）+2H O（g）ΔH＝﹣165kJ•mol﹣1，Ⅱ．CO
2 2 4 2 2
（g）+H （g） CO（g）+H⇌O（g）ΔH＝+41kJ•mol﹣1，盖斯定律计算Ⅱ×2﹣Ⅰ得到
2 2
二氧化碳与甲烷⇌反应生成一氧化碳和氢气的热化学方程式：CO （g）+CH （g）
2 4
2CO（g）+2H （g）△H＝（+41kJ•mol﹣1）×2﹣（﹣165kJ•mol﹣1）＝+247kJ/mol，
2
A．C⇌O
2
与CH
4
的有效碰撞几率不变，正逆反应速率相同，反应达到平衡状态，故A正
确；
B．反应中形成4个C﹣H键的同时，形成2个H﹣H键，正逆反应速率相同，相同时间内
形成C﹣H键和H﹣H键的数目相等，正逆反应速率不同，不能说明反应达到平衡状
态，故B错误；
C．反应前后气体质量不变，体积不变，混合气体的密度始终不变，不能说明反应达到平
衡状态，故C错误；
D．反应过程中氢原子数始终不改变，不能说明反应达到平衡状态，故D错误；
故答案为：CO （g）+CH （g） 2CO（g）+2H （g）△H＝+247kJ/mol；A；
2 4 2
②CO
2
的平衡转化率为50%，参⇌加反应的CO
2
的物质的量为0.5mol，由碳原子守恒知，当
CH 与CO的分压之比为1：4时，生成CH 、CO的物质的量分别为0.1mol、0.4mol，
4 4
则反应Ⅰ中消耗0.4molH ，生成0.2molH O（g）；反应Ⅱ中消耗0.4molH ，生成
2 2 2
0.4molH O（g），综上，平衡时共消耗0.8molH ，生成0.6molH O（g），则平衡时
2 2 2
CO 、H 、CH 、CO、H O（g）的物质的量分别为0.5mol、0.2mol、0.1mol、0.4mol、
2 2 4 2
0.6mol，气体分压之比等于物质的量之比，则CO 、H 、CO、H O（g）的平衡分压分
2 2 2
别为 p 、 、 、p ，0～5min内，平均反应速率v（H ）＝ ＝ ＝
0 0 20.016mol/（L•min）；反应Ⅱ的平衡常数K＝ ＝ ＝
2.4，
故答案为：0.016；2.4；
③起始以物质的量之比为1：4充入CO 和H ，由反应Ⅰ和反应Ⅱ知，H 的平衡体积分数
2 2 2
大于CO 的平衡体积分数、水蒸气的平衡体积分数大于CO的平衡体积分数，且温度
2
升高CO的平衡体积分数增大，故曲线L 表示CO的平衡体积分数与温度的关系、L
1 3
表示H 的平衡体积分数与温度的关系；反应Ⅰ为放热反应，温度升高平衡逆向移动，
2
CH 和H O（g）的物质的量减少；反应Ⅱ为吸热反应，温度升高，H O（g）的物质
4 2 2
的量增大，故T ℃之后，H O（g）平衡体积分数随温度的变化程度小于CH 平衡体积
1 2 4
分数随温度的变化程度，T ℃比T ℃温度高，气体膨胀程度大，且温度升高，反应Ⅱ
2 1
平衡正向移动，CO的体积分数增大，则T ℃时CO的平衡分压小于T ℃时CO的平衡
1 2
分压，
故答案为：L ；反应Ⅰ为放热反应，反应Ⅱ为吸热反应，温度升高两个反应的平衡移动方
3
向相反；＜；T ℃比T ℃温度高，气体膨胀程度大，且温度升高反应Ⅱ平衡正向移
2 1
动，CO的体积分数增大。
