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1．丙烯腈(
)是一种重要的化工原料。工业上以
为载气，用
作催化剂生
产
的流程如下：
已知：①进料混合气进入两釜的流量恒定，两釜中反应温度恒定：
②反应釜Ⅰ中发生的反应：
ⅰ：
③反应釜Ⅱ中发生的反应：
ⅱ：
ⅲ：
④在此生产条件下，酯类物质可能发生水解。
回答下列问题：
(1)总反应
(用含
、
、和
的代数式表示)；
(2)进料混合气中
，出料中四种物质(
、
、
、
)的流量，(单位时间内出料口流出的
物质的量)随时间变化关系如图：
1
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①表示
的曲线是 (填“a”“b”或“c”)；
②反应釜Ⅰ中加入
的作用是 。
③出料中没有检测到
的原因是 。
④反应
后，a、b、c 曲线对应物质的流量逐渐降低的原因是 。
(3)催化剂
再生时会释放
，可用氨水吸收获得
。现将一定量的
固体(含
水)置于密闭真空容器中，充入
和
，其中
的分压为
，在
℃下进行干燥。为保证
不分解，
的分压应不低于
(已知
分解的平衡常数
)；
(4)以
为原料，稀硫酸为电解液，Sn 作阴极，用电解的方法可制得
，其阴极反应式 。
【答案】(1)ΔH1+ΔH2+ΔH3
(2) c 降低分压有利于反应i 平衡正向移动且提高醇的浓度可以使酯的水解程度降
2
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低从而提高产率 CH2=CHCONH2在反应釜Ⅱ的温度下发生分解 反应时间过长，
催化剂中毒活性降低，反应速率降低，故产物减少
(3)40
(4)Sn+4CH2=CHCN+4e-+4H+=Sn(CH2CH2CN)4
【分析】工业上以N2为载气，用TiO2作催化剂，由HOCH2CH2COOC2H5和C2H5OH 为进料
气体生产CH2=CHCN，在反应釜I 中发生反应i：
HOCH2CH2COOC2H5(g)→CH2=CHCOOC2H5(g)+H2O(g)，加入NH3后，在反应釜Ⅱ中发生反
应ii：CH2=CHCOOC2H5(g)+NH3(g)→CH2=CHCONH2(g)+C2H5OH(g)，反应iii：
CH2=CHCONH2(g)→CH2=CHCN(g)+H2O(g)，故产物的混合气体中有CH2=CHCN、未反应
完的C2H5OH、CH2=CHCOOC2H5(g)和水；
【详解】（1）根据盖斯定律，总反应HOCH2CH2COOC2H5(g)+NH3(g)→CH2=CHCN(g)
+C2H5OH(g)+2H2O(g)可以由反应i+反应ii+反应iii 得到，故ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3；
（2）①根据总反应HOCH2CH2COOC2H5(g)+NH3(g)→CH2=CHCN(g)+C2H5OH(g)+2H2O(g)，
设进料混合气中n(HOCH2CH2COOC2H5)=1mol，n(C2H5OH)=2mol，出料气中
CH2=CHCOOC2H5含量很少，则生成CH2=CHCN(g)、C2H5OH(g)物质的量约为1mol，生成
H2O(g)的物质的量约为2mol，故出料气中C2H5OH(g)物质的量共约3mol，故出料气中
CH2=CHCN、C2H5OH、H2O 物质的量之比约为1:3:2，故曲线c 表示CH2=CHCN 的曲线；
②反应釜Ⅰ中发生反应i 是气体体积增大的反应，故加入C2H5OH 降低分压有利于反应i 平
衡正向移动且提高醇的浓度可以使酯的水解程度降低从而提高产率；
③丙烯酰胺(CH2=CHCONH2)的分解温度约为160°C 至170°C，出料中没有检测到
CH2=CHCONH2的原因是CH2=CHCONH2在反应釜Ⅱ的温度下发生分解；
④反应11h 后，a、b、c 曲线对应物质的流量逐渐降低的原因是反应时间过长，催化剂中毒
活性降低，反应速率降低，故产物减少；
（3）0.72g 水的物质的量为0.04mol，故p(H2O)=2.5×102kPa mol
⋅
−1×n(H2O)=10kPa，
NH4HCO3分解的反应式为NH4HCO3=NH3↑+CO2↑+H2O↑，故NH4HCO3分解的平衡常数
Kp=p(NH3)p(CO2)p(H2O)=4×104(kPa)3，解得p(NH3)=40kPa，故为保证NH4HCO3不分解，
NH3的分压应不低于40kPa；
（4）Sn(CH2CH2CN)4是有机化合物，与水不溶，水中不电离，以CH2=CHCN 为原料在Sn
做的阴极得电子制得Sn(CH2CH2CN)4，故阴极的电极反应式为Sn+4CH2=CHCN+4e-
3
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+4H+=Sn(CH2CH2CN)4。
2．载氧体化学链燃烧技术(CLC)是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术。以
为燃料气，
为载氧体的CLC 体系的工作原理如图所示。
已知：“燃料反应器”中发生反应的热化学方程式为：
反应1：
随着温度的升高，“燃料反应器”中还可能发生如下副反应：
反应2：
回答下列问题：
(1)已知：
。“空气反应器”中发生反应
的热化学方程式为 。
(2)“
”是化学反应等温式的一种表达形式，其中
、
可以视为与温度
无关的定值，R 是常数。不同温度下反应1 的平衡常数
和反应2 的平衡常数。
如下：
温
度/℃
600
800
1000
1200
比较
(填“>”或“<”)，理由是 。
4
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(3)若将通入“燃料反应器”中的氢气改为
，
与
可能发生的部分反应及相应
压强平衡常数的对数值与温度的关系如下：
I．
II．
III．
①上述三个反应均属于 (填“吸热”或“放热”)反应，理由是 。
②在恒容密闭容器中若只发生反应I 和II，在相同温度下，反应
的
(用
、
表示)。
750℃
③
条件下，在恒容密闭容器中若只发生反应III，当反应达到平衡时，混合气体总压
强为p(单位：kPa)，
的平衡转化率为50%，则平衡时混合气体总压强
kPa(不必算出具体数值)。
(4)通过化学链燃烧捕集到的高纯
可通过电催化技术转化为高热值的可再生能源。一定
条件下以
双金属纳米结构为催化剂将
转化为甲酸(HCOOH)的原理如图所示。
5
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b
①电极为 极。
②若通电一段时间a 电极和b 电极产生的气体的物质的量之比为1：2，则a 电极总反应的
电极反应式为 。
【答案】(1)
(2) < 温度对
的影响小于
(3) 吸热 随着温度升高，压强平衡常数的对数值逐渐增大，说明平衡正向移动，
发生的反应为吸热反应
(或
)
(4) 阳
【详解】（1）“空气反应器”中发生反应
，根据已知反应3：
，反应1：
，由盖斯定律，4×反应3-反应
1 可得
；
（2）由题意可知，∆H、∆S 可以视为与温度无关的定值，R 是常数，由∆H-T∆S=-RTlnK
6
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可得：lnK=
，则平衡常数随温度变化越大，
变化越大，由表格数据可知，
温度对K1的影响小于K2，所以
<
，故答案为：＜；温度对
的影响小于
；
（3）①由图可知，温度升高，三个反应的lgKp 均增大，则Kp 增大，因此三个反应均属于
吸热反应，理由是：随着温度升高，压强平衡常数的对数值逐渐增大，说明平衡正向移动，
发生的反应为吸热反应；
②由盖斯定律，反应I-II，可得反应
，两式相减平衡常
数相除，则Kp=
，
(或
)；
750℃
③
条件下，反应III 达到平衡时，lgKp=0，设
起始投入量为1mol，
的平衡转
化率为50%，转化的甲烷为0.5mol，列三段式：
，
，解得平衡时混合气体总压强p=
kPa；
（4）①该装置有外电源，属于电解池，b 电极有氧气产生，则b 电极为阳极，故答案为：
阳；
b
②电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，通电一段时间a 电极和b 电极产生的气体物质的量之
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比为1：2，假设生成2molO2，则转移8mole-，即a 电极产生1molH2，需要得到8mole-，因
此a 电极需要3molCO2参与反应转化成HCOOH，a 电极反应式为3CO2+8H++8e-
=3HCOOH+H2。
3．2024 年3 月4 日全国“两会”正式拉开帷幕，资源和环境问题仍是社会关注的焦点。碳
利用是从工业，能源生产等排放源或空气中捕集分离CO2，然后将其输送到适宜的场地加
以利用，其中CO 催化加氢合成CH3OH 是一种实现碳利用的重要方法。回答下列问题：
(1)二氧化碳加氢制甲醇涉及的反应可表示为：
反应Ⅰ．CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)
反应Ⅱ．CO2(g)＋3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(l)
反应Ⅲ．H2O(1)
H2O(g)
根据上述反应求CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)的
kJ·mol-1，该反应的活化能
Ea(正) Ea(逆)(填“大于”“小于”或“等于”)。
(2)已知反应CO2(g)＋3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)的反应机理历程如图所示(吸附在催化剂表
面的物质用“*”标注，如“
”表示CO2吸附在催化剂表面)：
该反应历程中决速步反应能垒为 eV。
(3)一定条件下，在一密闭容器中充入2molCO2和6molH2发生反应CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)，如图表示压强为0.1MPa 和5.0MPa 下CO2的平衡转化率随温度的变化
关系。
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0
其中表示压强为5.0MPa 下CO2的平衡转化率随温度的变化曲线为 (填“M”或
“N”)，b 点对应的平衡常数Kp= MPa-2(Kp 为以平衡分压代替平衡浓度表示的平衡
常数，分压=总压×物质的量分数)。
(4)利用铜基配合物1，10-phenanthroline-Cu 催化剂电催化CO2，还原制备碳基燃料(包括
CO、烷烃和酸质子交换膜等)是减少CO2在大气中累积和实现可再生能源有效利用的关键
手段，其装置原理如图所示：
①电池工作过程中，图中Pt 电极附近溶液的pH (填“变大”或“变小”)。
②写出阴极区的电极反应式： 。
【答案】(1) -41 小于
(2)1.17
(3) M
(4) 变小 CO2+2e-+2H+=HCOOH
【详解】（1）反应Ⅰ-反应Ⅲ-反应Ⅱ得到CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)，ΔH=-90+93-
44=-41kJ⋅mol-1，根据反应热等于正反应的活化能-逆反应的活化能可知，该反应的活化能
Ea(正)小于Ea(逆)；
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（2）由最大活化能决定反应的速率，则反应历程中决速步反应能垒为0.85-
(-0.35)=1.17eV；
（3）该反应正向为气体体积减小的方向，增大压强，平衡正向移动，CO2的平衡转化率增
大，所以表示压强为5.0MPa 下CO2的平衡转化率随温度的变化曲线为M，b 的CO2平衡转
化率为50%，则转化为CO2为1mol，转化的H2为3mol，生成的CH3OH 和H2O 各为
1mol，平衡时CO2、H2、CH3OH、H2O 分别为1mol、3mol、1mol、1mol，
p(H2O)=p(CH3OH)=p(CO2)=
，p(H2)=
，平衡常数Kp=
MPa-2；
（4）①石墨烯电极为阴极，Pt 电极为阳极，对应电极方程式为
，生
成H+，酸性增强，Pt 电极附近溶液的pH 减小；
②石墨烯电极为阴极，阴极区的电极反应式：CO2+2e-+2H+=HCOOH。
4．从衣食住行到探索浩瀚宇宙，都有氮及其化合物的参与，但同时有毒含氮化合物的排放，
也对环境产生污染。如何实现环境保护与资源利用的和谐统一，已成为我们的重要研究课
题。回答下列问题：
(1)在25℃，101 kPa 时，利用NH3的还原性可以消除氮氧化物的污染，其中除去NO 的主
要反应如下：
ⅰ．
ⅱ．
ⅲ．
根据信息，写出NO(g)与NH3(g)反应生成N2(g)和H2O(l)的热化学方程式： ；该
反应自发进行的条件是 (填“高温”或“低温”)。
(2)活性炭还原法是消除氮氧化物污染的有效方法。在三个反应器中分别加入C、CaO/C、
La2O3/C，通入NO 使其浓度达到0.1 mol/L，不同温度下，测得反应2 小时NO 去除率如图
所示：
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①据图分析，温度在500℃以内，三种情况下反应的活化能最小的是 (填“C”“
CaO/C”或“La2O3/C”)，该情况下，A 点 (填“是”或“不是”)平衡点。
400℃
②
时，CaO/C 催化下反应速率v(NO)= mol/(L·h)。
(3)臭氧脱硝存在如下两个反应：
a．
；
b．
。
T℃时，将2 mol NO2和1 mol O3混合气体充入一个1 L 恒容密闭容器中发生上述反应，测
得NO2的物质的量浓度随时间变化关系如下表：
t/h
0
2
4
6
8
10
12
c(NO2)/(mol/L)
2.0
1.4
1.0
0.70
0.50
0.40
0.40
若起始压强为p0，T℃下反应达到平衡时，N2O4的分压与N2O5的分压相等，则O3的体积
分数＝ (保留两位有效数字)，反应b 平衡常数Kp= (用含p0 式子表示，
Kp为用平衡分压表示的平衡常数，即用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的
量分数)。
(4)工业上还可以利用原电池原理处理氮氧化合物，工作原理如图所示，则正极的电极反应
式为 。
【答案】(1) 6NO(g)+4NH3(g)=5N2(g)+6H2O(l) △H=-2070 kJ/mol 低温
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(2) CaO/C 不是 0.018
(3) 27％或0.27
(4)2NO+4e-+4H+=N2+2H2O
【详解】（1）根据盖斯定律，将(ⅱ-ⅲ)×3-ⅰ×2，整理可得6NO(g)+4NH3(g)=5N2(g)+6H2O(l)
△H=-2070 kJ/mol；
要使反应自发进行，体系的自由能△G=△H -T△S＜0，根据热化学方程式可知：该反应的
正反应是气体体积减小的放热反应，△H＜0，△S＜0，因此该反应自发进行的条件是低温
条件下发生；
（2）①根据图示可知：在相同外界条件下，在500℃以内，使用CaO/C 时NO 的去除率最
高，说明其反应速率最快。由于反应的活化能越高，反应就越难发生，反应速率最慢，因
此三种情况下反应的活化能最小的是CaO/C；
A 点时使用CaO/C 与使用“La2O3/C 的NO 去除率相同，根据图象可知：当温度高于500℃
时，升高温度，NO 去除率增大，但反应6NO(g)+4NH3(g)=5N2(g)+6H2O(l)的正反应是放热
反应，升高温度，化学平衡应该向吸热的逆反应方向移动，说明A 点时反应未达到平衡状
态，升高温度，反应速率加快，更多的NO 反应转化为N2；
②在400℃时，2 h 内NO 的去除率是36%，则v(NO)=
=0.018 mol/(L·h)；
（3）反应在恒温和1 L 恒容密闭容器中进行，反应开始时n(NO2)=2 mol，n(O3)=1 mol，起
始时气体总物质的量是3 mol。由于在恒温恒容条件下气体的物质的量的比等于压强之比，
根据T℃下反应达到平衡时，N2O4的分压与N2O5的分压相等可知：平衡时
n(N2O4)=n(N2O5)。根据表格数据可知平衡时n(NO2)=0.40 mol，△n(NO2)=2 mol-0.40
mol=1.60 mol，结合方程式中NO2与N2O4及N2O5都是2：1 转化关系可知，平衡时反应产
生n(N2O4)+n(N2O5)=0.80 mol，结合n(N2O4)=n(N2O5)，可知n(N2O4)=n(N2O5)=0.40 mol。故
利用反应转化关系可知平衡时n(O2)=n(N2O5)=0.40 mol，n(O3)=1 mol-0.40 mol=0.60 mol，
n(总)= n(NO2)+n(N2O4)+n(N2O5)+n(O2)+n(O3)=0.40 mol+0.40mol+0.40mol+0.40 mol+0.60
mol=2.20 mol，故O3的物质的量分数为
×100%=27%。在相同外界条件下气体的体
积比等于气体的物质的量的比，故平衡时O3的体积分数为27%；
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平衡时气体总压强为P=
，NO2的平衡分压为p(NO2)=
，N2O4的平衡分压为p(N2O4)=
，故反应b 的压强平衡常数Kp=
=
；
（4）根据图示可知：在A 电极上NH3失去电子被氧化变为N2，发生氧化反应，因此A 电
极为负极；在B 电极上NO 得到电子被还原为N2，则B 电极为正极，故正极的电极反应式
为：2NO+4e-+4H+=N2+2H2O。
5．习近平总书记在党的二十大报告中指出“实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济
社会系统性变革”。其中研发
的转化技术，减少
的利用是缓解温室效应和解决能
源问题的具体办法。请回答下列问题：
(1)已知以
、
为原料合成
的反应如下：
反应I：
反应Ⅱ：
反应Ⅲ：
根据已知信息，试计算
= ，反应I 在 (填“高温”“低温”或
“任何温度”)可自发进行。
(2)一定温度和催化剂条件下，一定量的
、
和
(已知
不参与反应)在总压强为
3.0MPa 的密闭容器中进行上述反应，平衡时
的转化率、
和CO 的选择性随温
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度的变化曲线如图所示。
注：
的选择性：转化的
中生成
的百分比；CO 的选择性：转化的
中生成CO 的百分比。
①图中曲线b 表示 (填“
”“
”或“CO”)的变化。
②对于上述反应体系，下列说法正确的是 (填序号)。
A．增大初始投料比
，有利于提高
的转化率
B．体系达平衡后，若压缩容器的体积，则反应Ⅱ的平衡不移动，反应I 的平衡正向移动
C．选用合适的催化剂可以提高反应I 中
在单位时间内的产量
D．当气体的平均摩尔质量保持不变时，说明反应体系已达平衡
(3)一定条件下，向0.5L 恒容密闭容器中充入1mol
和3mol
，只发生上述反应I，达
平衡时，
的转化率为80%，则该温度下的平衡常数K= (保留两位有效数字)。
(4)若恒容密闭容器中只发生上述反应Ⅱ，在进气比
不同、温度不同时，测
得相应的
的平衡转化率如图所示。则B 和D 两点的温度：T(B) (填“<”“>”
或“=”)T(D)，其原因是 。
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(5)某科研小组用电化学方法将
转化为CO 实现再利用，转化的基本原理如图所示。N
极发生的电极反应式为 ；该电池电子流向为 (填“M→N”或
“N→M”)。
【答案】(1) -49.0kJ/mol 低温
(2)
ACD
(3)3.7
(4) < 由题干可知，K(D)>K(B)，反应Ⅱ为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，
K 值变大，故B 和D 两点的温度：T(B)<T(D)
(5)
M→N
【详解】（1）由盖斯定律可知，反应Ⅱ+反应Ⅲ=反应I，则
；该反应为气体分子数减小的反应为
熵减反应，且
，当
反应自发进行，故该反应在低温可自发进行；
（2）①反应I、反应Ⅲ生成甲醇的反应均为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，导致甲
醇的选择性下降，甲醇和CO 的选择性之和为100%，则曲线a、c 分别为CO、甲醇的选择
性，则曲线b 为二氧化碳的平衡转化率曲线；
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A
②．增大初始投料比
，相当于增加二氧化碳投料，促进反应正向移动，因此增大
了
的转化率，但是降低了
的转化率，A 正确；
B．反应工、Ⅲ是气体分子数减小的反应，体系达平衡后，若压缩容器的体积，反应I、Ⅲ
的平衡正向移动，导致水、
的量发生改变，使得反应Ⅱ的平衡发生移动，B 错误；
C．选用合适的催化剂可以加快反应速率，单位时间内
的产量增大，C 正确；
D．混合气体的平均摩尔质量
，气体的质量不变，但是气体的总物质的量随反应进
行而改变，所以M 会发生改变，当M 不变时，反应达到平衡，D 正确；
故选ACD。
（3）一定条件下，向0.5L 恒容密闭容器中充入1mol
和3mol
，只发生反应I，达平
衡时，
的转化率为80%，则反应2.4mol；列三段式如下：
，则该温度下的平衡常数
；
（4）假设二氧化碳、氢气投料均为1mol，B 点二氧化碳的平衡转化率为60%，则反应
0.6mol 二氧化碳；列三段式如下：
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，反应为气体分子数不变的反
应，此时
同理，可知D 点的K(D)=3>K(B)；反应Ⅱ为吸热反应，升
高温度，平衡正向移动，K 值变大，故B 和D 两点的温度：T(B)<T(D)；
（5）由图可知，N 极
反应生成CO，C 元素由+4 价降为+2 价，得电子，N 极为正极，
电极反应式为
，M 为电池负极，电极反应式为
，电子由负极流向正极，即M→N。
6．二氧化碳一甲烷重整反应制备合成气(H2+CO)是一种生产高附加值化学品的低碳过程。
该过程存在如下化学反应：
①
②
③
④
回答下列问题：
(1)
，该反应在 (填“高温”或“低温”或“任意温度”)下可自
发进行。
(2)反应体系总压强分别为
和
时，
平衡转化率随反应温度变
化如图所示，则代表反应体系总压强为
的曲线是 (填“Ⅰ”“Ⅱ”或
“Ⅲ”)，判断依据是 。
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(3)当反应体系总压强为
时，平衡时部分组分的物质的量随反应温度变化如图所示。
随反应温度的升高，
的物质的量先增加后减少，主要原因是 。
(4)
和
反应可制取乙烯，反应的化学方程式为
。一定温度下，向某恒容密闭容器中充
入
和
，体系的初始压强为
，若平衡时
的转化率为，不考虑
副反应的发生，
的平衡分压为 Mpa(用
表示，下同)，该反应的压强平衡
常数
。
(5)CH4过光电化学转化可制得乙二醇，以乙二醇为燃料的燃料电池工作时，若以
溶液
为电解液，则该电极的电极反应式为 。
【答案】(1) +247.3kJ/mol B
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(2) Ⅲ 甲烷反应的方程式中，反应前后气体计量数增大，其它条件不变时，增大
压强平衡逆向移动，CH4的转化率降低
(3)温度较低时，反应放热，以②为主，升高温度，逆向移动，生成CO2，CO2增加；温度
较高时，反应为吸热反应，以①为主，升高温度反应正向移动，消耗CO2，CO2减少
(4)
(5)HOCH2-CH2OH+14OH--10e-=2
+10H2O
【详解】（1）反应②+
-2
③
④得方程式①，则ΔH1=ΔH2+ΔH3-2ΔH4=（-90.2+74.9+2×131.3）
kJ/mol=+247.3kJ/mol,反应①中△S＞0，反应①中△H＞0，如果△G=ΔH-T
S
△＜0，反应①
在高温下正向自发进行，故答案为：+247.3kJ/mol；B；
（2）甲烷反应的方程式中，反应前后气体计量数增大，其它条件不变时，增大压强平衡逆
向移动，CH4的转化率降低，所以代表反应体系总压强为5.00MPa 的曲线是Ⅲ，故答案为：
Ⅲ；甲烷反应的方程式中，反应前后气体计量数增大，其它条件不变时，增大压强平衡逆
向移动，CH4的转化率降低；
（3）根据图知，CO2参加的反应有①②，温度较低时，反应放热，以②为主，升高温度，
逆向移动，生成CO2，CO2的量增加；温度较高时，反应为吸热反应，以①为主，升高温
度反应正向移动，消耗CO2，CO2的量减少，故答案为：温度较低时，反应放热，以②为
主，升高温度，逆向移动，生成CO2，CO2增加；温度较高时，反应为吸热反应，以①为
主，升高温度反应正向移动，消耗CO2，CO2减少；
（4）列三段式：
，平衡时气体的
总物质的量为(4- )mol，恒温恒容下，物质的量与压强成正比，则平衡时总压强为
，
的平衡分压为
，该反应的压强平衡常数
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；
（5）以乙二醇为燃料的燃料电池工作时，乙二醇在碱性条件下失去电子生成碳酸根离子，
电极反应为HOCH2-CH2OH+14OH--10e-=2
+10H2O。
7．氮氧化物（
）是大气污染物的主要成分，对人体健康和环境危害极大。利用
催
化消除NO，生成
及副产物
的热化学方程式如下：
I：
Ⅱ：
回答下列问题：
(1)写出
与
反应生成两种无毒物质的热化学方程式 。
(2)催化剂a（Pt/
）和催化剂b（Pt/
）在不同温度下催化效果如图所示，选用
催化剂 （填“a”或“b”）的效果更好，理由是 。
(3)通过
传感器可监测
的含量，其工作原理示意图为：Pt 电极上发生的是 （填
“氧化”或“还原”）反应。写出NiO 电极的电极反应式 。
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(4)在VL 恒容密闭容器中充入lmolNO、2mol
、1mol
，此时起始压强为
，反应达到
平衡时，测得容器内
的物质的量分别为0.1mol、1.5mol。（
）则NO 的平衡转化率= ；
的选择性= ；反应Ⅱ的平衡常数
。
【答案】(1)
(2) b b 在相对较低的温度下，催化效果较好；且在一定温度范围内，可达到较高
的催化效率，便于控制温度
(3) 还原
(4) 80% 75%
【详解】（1）由盖斯定律可知，反应I-反应Ⅱ得
与
反应生成两种无毒物质的反应，
则其反应热为
，所以反应的热化学方程式为
；
（2）由图可知，b 在相对较低的温度下，即可达到较高的催化活性，且b 在一定温度范围
内，可达到较高的催化效率，便于控制温度，所以选用催化剂b 效果更好；
（3）O2-向负极移动，即Pt 电极为正极，正极上发生还原反应，NiO 电极为负极，负极上
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NO 发生氧化反应生成NO2，则负极反应式为
；
（4）三段式表示
，n 总
=(0.2+0.5+0.6+0.1+0.3+1.5)mol=3.2mol，则NO 的平衡转化率=
；
的选择性=
；平衡时压强
为
，则反应Ⅱ的平衡常数
。
8．我国力争在2060 年前实现碳中和。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。
Ⅰ．
Ⅱ．
回答下列问题：
(1)298K 时，
燃烧生成
放热121kJ，
蒸发吸热44kJ 表示
燃烧热
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的热化学方程式为 ；
(2)同一容器中，反应Ⅰ、Ⅱ的lnK(K 为化学平衡常数)随
的变化如图，下列说法正确的是
_______；
A．反应Ⅲ
的活化能
B．当容器内的压强不再变化时说明两个反应均达到平衡
C．当反应体系内气体的平均相对分子质量不变化时说明两个反应均达到平衡
D．恒温恒容下充入氦气，反应Ⅰ的平衡向正反应方向移动
(3)在
，将
和
按照1 3∶的比例混合在密闭容器中，在不同催化剂作用下发生
反应Ⅰ和反应Ⅱ，在相同的时间段内
的选择性和产率随温度的变化如图。
其中：
的选择性
①在上述条件下合成甲醇的工业条件是 ；
A．210℃ B．230℃ C．催化CZT D．催化剂
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②在230℃以上，升高温度
的转化率增大，但甲醇的产率降低，原因是 ；
③若为恒温体系，达平衡时，二氧化碳、甲醇、一氧化碳的体积分数相同，反应Ⅱ的平衡
常数
；
(4)2020 年，我国学者利用电化学装置常温下将
高效转化为
，其中隔膜为阴离
子交换膜，其原理如图所示：
①写出阴极的电极反应式： 。
②当有
参与反应时，阴极溶液质量的变化为
，阳极溶液质量的变化为
，
则溶液质量变化绝对值之差
g。
【答案】(1)
(2)BC
(3) BD 230℃以上，温度升高，反应Ⅰ的平衡向逆反应方向移动，反应Ⅱ的平衡
向正反应方向移动，但温度对反应Ⅱ的平衡影响更大 0.4
(4)
4
【详解】（1）1g
燃烧生成
放热121 kJ，可得热化学方程式：
；1 mol
蒸发吸热44kJ，可得：
；
燃烧热的热化学方程式
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，由该盖斯定律可知该反应可由：I-II 得到，
，
燃烧热的热化学方程式
，故答案为：
；
（2）A．反应I 的lnK 随
的增大而增大，可知温度降低KI增大，即反应正向进行，则反
应I 为放热反应，△H1小于0，同理可知反应Ⅱ为吸热反应，△H2大于0，根据盖斯定律可
知：Ⅲ=I-Ⅱ，则△H3=
H
△
1-
H
△
2<0，反应Ⅲ为放热反应，又
，因此
，故A 错误；
B．由反应I 可知反应前后气体分子数减少，容器内的压强逐渐减小，当体系内压强不再变
化时说明反应达到平衡，故B 正确；
C．反应前后均为气体，因此总质量不变，由反应I 可知反应前后气体的物质的量在减少，
根据
可知，平均相对分子质量在变化，那么当反应体系内气体的平均相对分子质量
不变化时说明两个反应均达到平衡，故C 正确；
D．恒温恒容下充入氦气，各物质浓度不变，平衡不移动，故D 错误；
故答案选BC。
（3）①由图可知，230℃时甲醇产率最高，该温度下使用催化剂CZ(Zr-1)T，甲醇选择性较
大，答案选BD；
230℃
②
以上，温度升高，反应Ⅰ的平衡向逆反应方向移动，反应Ⅱ的平衡向正反应方向移
动，但温度对反应Ⅱ的平衡影响更大，所以在230℃以上，升高温度CO2的转化率增大，
但甲醇的产率降低，故答案为：230℃以上，温度升高，反应Ⅰ的平衡向逆反应方向移动，
反应Ⅱ的平衡向正反应方向移动，但温度对反应Ⅱ的平衡影响更大；
③若为恒温体系，达平衡时，二氧化碳、甲醇、一氧化碳的体积分数相同，则三种气体的
物质的量相等，设三者物质的量均为xmol，结合反应可列出三段式：
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在
，将
和
按照1 3∶的比例混合，，达平衡时，二氧化碳为xmol，结合上述
反应分析可知，起始时二氧化碳的物质的量为3xmol，则有：
体系内总气体的物质的量为x+5x+x+2x+x=10xmol，反应Ⅱ的平衡常数Kp=
，故答案为：0.4。
（4）①由装置图可知阴极二氧化碳得电子生成乙醇，电极反应为：
；故答案为：
；
②阳极电极反应为：
，由电极反应可知，当有1molCO2参与反应
时，阴极质量增加44g，此时转移电子6mol，转移等量电子时阳极质量减少1.5mol 氧气的
质量，即48g，两极溶液质量变化的差量为48g-44g=4g，故答案为：4。
9．近日，厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室教授王野、傅钢和中国科学技术大学
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教授姜政等，创制出超高稳定性In/Rh@S－1 催化剂，高选择性催化丙烷等低碳烷烃直接
脱氢制取对应烯烃：C3H8(g)
C3H6(g)+H2(g)
H
△。
回答下列问题：
(1)已知：几种可燃物的燃烧热如表所示。
可燃物
C3H8(g)
C3H6(g)
H2(g)
燃烧热△H/(kJ•mol-1)
-2220
-2051
-285.8
上述反应中，△H= kJ•mol-1。
(2)一定温度下，在恒容密闭容器中充入1mol 丙烷发生上述反应。下列叙述中，正确的是
(填标号)。
A．混合气体中H2体积分数最大值为50%
B．升高温度，丙烷脱氢反应的平衡常数增大
C．混合气体密度不变时，反应一定达到平衡状态
D．平衡时再充C3H8，丙烷平衡转化率减小
(3)单位时间内，丙烷在不同催化剂Cat1、Cat2 作用下的转化率与温度关系如图所示。
催化效能较高的是 (填“Cat1”或“Cat2”)；b 点 (填“是”或“不是”)平衡点；
b→c 变化的原因可能是 。
(4)保持总压强恒定为pkPa，向反应器充入丙烷和氩气(Ar)混合气体，仅发生上述反应，丙
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烷的平衡转化率与温度、起始投料比[η=
]关系如图所示。
正反应速率：m n(填“＞”“＜”或“=”)；T1温度下，压强平衡常数Kp=
kPa(用含p 的代数式表示)。[提示：用分压计算的平衡常数叫做压强平衡常数(Kp)，分压=
总压×物质的量分数。]
(5)以熔融K2CO3(不含O2-和HCO )为电解质的丙烷－空气燃料电池的放电效率高，该电池
放电时，负极反应式为 。为了使电池长时间稳定运行，必须确保电解质组成稳定，
即在通入的空气中添加 (填化学式)。
【答案】(1)+116.8
(2)BD
(3) Cat2 不是 催化剂活性降低
(4) ＞
p
(5) C3H8+10CO
-20e-=13CO2+4H2O CO2
【详解】（1）三种可燃物燃烧热的热化学方程式如下：
①
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②
③
根据盖斯定律，①－②－③得目标反应，故
。
（2）A．可逆反应只部分转化，
体积分数小于50％，A 项错误；
B．正反应是吸热反应，升高温度，平衡向右移动，平衡常数增大，B 项正确；
C．气体总质量不变，容器容积不变，密度始终不变，C 项错误；
D．平衡后，再充入少量丙烷，相当于对原平衡加压，平衡向左移动，丙烷平衡转化率减
小，D 项正确；
故选BD。
（3）相同温度下，单位时间内Cat2 催化下转化率较高，说明反应速率较大，即活化能降
低较大，催化效能较高。温度相同，平衡常数与催化剂无关，而b、a 点转化率不同，故b
点不是平衡点。温度升高，在催化剂Cat1 作用下转化率降低，说明催化剂活性降低。
（4）其他条件相同，升高温度，平衡向右移动，平衡转化率增大，
高于
。m、n 点转
化率相同，温度高，平衡时速率较大，即
。设起始取丙烷为
、Ar 为
，达到
Q 点时平衡体系中有
、
、
、
，总物质的量为
。
，
故
。
（5）丙烷在负极发生氧化反应，结合碳酸根离子生成
，
负极反应式为
，
正极反应式为
，
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空气中
体积分数为0.03％，
体积分数为21％，由正极反应式可知，空气中
含量
不满足电极反应，故通入的空气中应充入
，可以从负极区分离
，循环用于正极区。
10．温室气体
和
对环境危害大，在工业生产中尽量将它们转化为可用的原材料。
Ⅰ. 工业上利用
和
催化重整制取
和CO，主要反应为
反应①： CH4(g)+ CO2(g)
2CO(g) + 2H2(g)
过程中还发生三个副反应：
反应②：H2(g)+ CO2(g)
CO(g) + H2O (g)
反应③：2 CO(g)
CO2 (g) + C (s)
反应④：CH4(g)
2 H2 (g) + C (s)
将
与
(体积比为1 1)
∶
的混合气体以一定流速通过催化剂，产物中
与CO 的物质的
量之比、
的转化率与温度的关系如图所示：
(1)
。
(2)500℃时，
比较小，此时发生的副反应以 (选填②、③、④中一种)为主。
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升高温度，产物中
与CO 的物质的量之比增大的原因是 。
Ⅱ. 温室气体CH4可以和H2S 在一定条件下发生反应：CH4(g)＋2H2S(g)
CS2(g)＋4H2(g)。
在一密闭容器中，起始时向该容器中充入H2S 和CH4且n(H2S) n(CH
∶
4)=2 1.0.1 MPa
∶
时，温度
变化对平衡时产物的物质的量分数的影响如图所示：
(3)M 点，H2S 的平衡转化率为 。
(4)N 点对应温度下，该反应的KP = (MPa)2 (保留两位有效数字)
Ⅲ.用光电化学法将
还原为有机物实现碳资源的再生利用，其装置如左图所示，其他条
件一定时，恒定通过电解池的电量，电解得到的部分还原产物的法拉第效率(FE%)随电解
电压的变化如图所示：
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，其中，
，n 表示电解生成还原产
物X 所转移电子的物质的量，F 表示法拉第常数。
(5)当电解电压为u1 V 时，阴极生成HCHO 的电极反应式为 。
(6)当电解电压为u2 V 时，电解生成的HCOOH 和HCHO 的物质的量之比为3：2，则生成
HCHO 的法拉第效率m 为 。
【答案】(1)+76.4 kJ/mol
(2)
②
升高温度对反应①速率加快的影响大于其他副反应的影响
(3)
(4)
(5)
(6)20
【详解】（1）由盖斯定律可知，反应①+反应③得到反应④，则反应ΔH4=(+247.4kJ/mol)+
(-171.0kJ/mol)=+76.4 kJ/mol，故答案为：+76.4 kJ/mol；
（2）500℃时，产物的比值
比较小说明反应中氢气的物质的量减小、一氧化碳的物
质的量增大，则此时发生的副反应以②为主；对比各反应的焓变，升高温度，产物中与
CO 的物质的量之比增大的原因是升高温度对反应①速率加快的影响大于其他副反应的影
响，故答案为：②；升高温度对反应①速率加快的影响大于其他副反应的影响；
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（3）设n(H2S)为2mol，n(CH4)为1mol，M 点反应了xmol CH4，M 点n(CH4)= n(H2)
解得1-x=4x，x=0.2mol，M 点，H2S 的平衡转化率为
；
（4）设n(H2S)为6mol，n(CH4)为3mol，N 点反应了2ymol H2S，N 点n(H2S)= n(H2)
解得6-2y=4y，y= 1 mol，N 点对应温度下，平衡体系时，总物质的量为2+4+1+4=11mol，
该反应的
；
（5）当电解电压为u1 V 时，
在阴极得电子产物与电解质反应生成HCHO，阴极生成
HCHO 的电极反应式为：
；
（6）当电解电压为u2 V 时，
→HCOOH 转移2e-，
→HCHO 转移4e-电解生成的
HCOOH 和HCHO 的物质的量之比为3：2 时，可建立等式
，则生成
HCHO 的法拉第效率m 为20；
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