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专题09 化学反应原理综合
(考试时间：75 分钟 试卷满分：100 分)
1．(10 分)(2024·山东枣庄高三期中)氮是空气中含量最多的元素，在自然界中的存在十分广泛，实验小
组对不同含氮物质做了相关研究。
(1)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是二元弱碱，分步电离，在溶液中的电离类似于氨。
时，乙二胺溶
液中各含氮微粒的分布分数δ(平衡时某含氮微粒的浓度占各含氮微粒浓度之和的分数)随溶液
的变化曲线如图所示。
①H2NCH2CH2NH2在水溶液中第一步电离的方程式为 。
②乙二胺一级电离平衡常数。
为 。
(2)工业上利用氨气脱硝反应，实现二者的无害化处理，已知下列反应：
①2H2 (g)+ O2(g)
2H2O(g) ΔH1＝－483.6kJ·mol－1
②2NO (g)
N2(g)+ O2(g) ΔH1＝－180kJ·mol－1
③N2 (g)+ 3H2(g)
2NH3(g) ΔH3＝－92.2kJ·mol－1
则 6NO(g)+4NH3(g)
6H2O(g)+5N2(g)
。
(3)氨气常被用于对汽车尾气中的氮氧化物进行无害化处理，以消除其对空气的污染。去除NO 的反应
历程如图1 所示，此反应中的氧化剂为 (填化学式)，含铁元素的中间产物有 种。
若选用不同的铁的氧化物为催化剂可实现较低温度下的转化，根据图 2 选择的适宜条件为
1
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。
(4)利用电化学原理脱硝可同时获得电能，其工作原理如图所示。则负极发生的电极反应式为
，当外电路中有2mol 电子通过时，理论上通过质子膜的微粒的物质的量为 。
【答案】(1) H2NCH2CH2NH2+H2O
H2NCH2CH2NH3
++OH-(1 分) 10-4.9(1 分)
(2)-1806.4kJ·mol－1(2 分)
(3) NO、O2(1 分) 2(1 分) Fe2O3作催化剂、反应温度为250℃(1 分)
(4) NO-3e-+2H2O=NO3
-+4H+(1 分) 2mol(2 分)
【解析】(1)①乙二胺属于二元弱碱，在水溶液中分步电离，第一级电离方程式为
H2NCH2CH2NH2+H2O
H2NCH2CH2NH3
++OH- ；②根据图像，乙二胺一级电离平衡常数，Kb1=
=10-4.9；(2)根据盖斯定律，将热化学方程式进行叠加，①×3+②×3-③×2，整理
可得6NO(g)+4NH3(g)
6H2O(g)+5N2(g) ΔH＝－1806.4kJ·mol－1。(3)在氧化还原反应中，氧化剂得到
电子，元素化合价降低。根据图示可知：在历程图1 中，元素的化合价降低的物质为NO、O2，所以氧化
剂为NO、O2；含铁元素的中间产物有Fe2+—NH2和Fe2+这2 种；根据图2 可知：在使用Fe2O3为催化剂时
NO 的转化率相对来说较高，反应温度合适为250℃，故根据图2 选择的适宜条件为Fe2O3作催化剂、反应
温度为250℃；(4)该装置为原电池，在原电池反应中，负极失去电子，发生氧化反应，正极上得到电子，
发生还原反应。根据图示可知：NO 在负极失去电子转化为HNO3，电极反应式为：NO-3e-+2H2O=NO3
-
+4H+；当外电路中有2 mol 电子通过时，有2 mol H+通过质子膜进入正极区和O2结合生成H2O，根据电子
守恒，通过的微粒的物质的量为2 mol。
2．(10 分)(2024·浙江省义乌五校高三联考)反应CO(g)＋H2O(g)
CO2(g)＋H2(g)在工业上有重要应
用。
(1)该反应在不同温度下的平衡常数如表所示。
2
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温度/℃
700
800
830
1000
平衡常
数
1.67
1.11
1.00
0.59
该反应的ΔH 0(填“>”“<”或“=”)。反应常在较高温度下进行，该措施的优缺点是
。
(2)该反应常在Pd 膜反应器中进行，其工作原理如图所示。
①利用平衡移动原理解释反应器存在Pd 膜时具有更高转化率的原因是 。
②某温度下，H2在Pd 膜表面上的解离过程存在如下平衡：H2
2H (即图中过程2)，其正反应的
活化能远小于逆反应的活化能。下列说法不正确的是
A．图中过程2 的ΔH>0
B．Pd 膜对气体分子的透过具有选择性
C．加快Pd 膜内H 原子迁移有利于H2的解离
D．N2吹扫有助于H2分子脱离Pd 膜
③同温同压下，将等物质的量的CO 和H2O 通入无Pd 膜反应器反应，测得CO 的平衡转化率为50%；
若换成Pd 膜反应器，CO 的平衡转化率为80%，则相同时间内，出口a 和出口b 中H2的物质的量比为
。
【答案】(1) ΔH＜0(2 分) 优点是升高温度，反应速率较快；缺点是正反应为放热反应，升高温度，
平衡逆向移动，产物的转化率较低(2 分)
(2) Pd 膜能选择性分离出H2，平衡正向移动，平衡转化率增大(2 分) A(2 分) 1：15(2 分)
【解析】(1)根据表中的数据，温度越高，平衡常数越小，所以正反应为放热反应，ΔH＜0；优点：升
高温度，反应速率较快；缺点：正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，产物的转化率较低；(2)①
由图像可知，Pd 膜能选择性分离出H2，导致平衡正向移动，平衡转化率增大；②A 项，过程2 正反应的
活化能远小于逆反应的活化能，ΔH＜0，故A 错误；B 项，Pd 膜只允许H2通过，不允许CO2通过，对气体
3
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分子的透过具有选择性，故B 正确；C 项，加快Pd 膜内H 原子迁移，平衡H2⇌2H 正向移动，有利于H2的
解离，故C 正确；D 项，N2吹扫更有利于带走H2，有助于H2分子脱离Pd 膜，故D 正确。故选A。③根据
反应CO(g)＋H2O(g)
CO2(g)＋H2(g)，设通入的CO 和H2均为amol，无Pd 膜反应器中CO 的平衡转化
率为50%，列三段式：
则反应前后气体分子数不变，用物质的量代替物质的量浓度计算平衡常数K=
=1；有Pd 膜
反应器中CO 的平衡转化率为80%，列三段式：
温度不变，则平衡常数K 不变，K=
，解得n=0.05a，则相同时间内出口a 产生的H2为
0.05amol，出口b 的H2为 (0.8a-0.05a)mol，质量比为1：15。
3．(10 分)(2024·浙江强基联盟高三联考)甲烷催化重整是工业制氢的重要途径。涉及的主要反应如下：
①甲烷部分氧化反应：CH4 (g)+1/2O2(g)
CO (g)+ 2H2(g) ΔH＝－35.7 kJ·mol－1
②甲烷水蒸气重整反应：CH4 (g)+H2O(g)
CO (g)+ 3H2(g) ΔH＝+206.2 kJ·mol－1
③水气转换反应：CO (g)+H2O(g)
CO2(g)+ H2(g) ΔH＝-41.2 kJ·mol－1
请回答：
(1)甲烷水蒸气重整—水气变换耦合反应为CH4 (g)+2H2O(g)
CO2 (g)+ 4H2(g)，该反应的ΔH =
kJ·mol－1，该反应自发进行的条件是 。
(2)一定温度下，恒容反应器中注入初始浓度均为1mol·L-1的原料气CH4 (g)、O2(g)、H2O(g)，充分反
应达到平衡状态，测得c [CH4 (g)]= c [CO2(g)]=0.25mol·L-1、c [O2(g)]=0.75mol·L-1。该条件下反应③的平衡
常数为 。
(3)下列说法正确的是_______。
A．通过控制氧气用量，有利于实现甲烷重整过程的热平衡
B．升高温度，水气变换反应速率降低，
产率降低
4
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C．恒压条件比恒容条件利于提高
平衡转化率
D．一定温度下，恒容反应器中c [CO(g)]：c [CO2(g)]=1，说明反应达到平衡状态
(4)在进气量为
下，CH4 (g)、O2(g)、H2O(g)以恒定比例通入催化反应器，研究温度对反应
的影响。结果如图1 所示。
①
在图2 中画出CH4转化率与温度关系示意图 。
②近年来发展了钯膜催化甲烷重整制氢技术，反应器中
选择性透过膜的机理如图3 所示。说明该制
备技术的优点： 。
【答案】(1) +165(2 分) 高温(2 分) (2)2.0(2 分) (3)AC(2 分)
(4)
(2 分)
生成的H2通过钯膜不断分离，生成物浓度降低，平衡右移，转化率(产率)提高；钯膜选择性透过H2，
可直接分离获得高纯度H2
【解析】(1)反应②和反应③相加即可得反应CH4 (g)+2H2O(g)
CO2 (g)+ 4H2(g)，则该反应的
ΔH =+206.2kJ/mol-41.2kJ/mol=+165.0 kJ·mol－1，该反应是吸热的熵增反应，根据ΔG=ΔH-TΔS，ΔG<0 时
反应自发，所以该反应自发进行的条件是高温。(2)根据碳原子守恒，可知CO 的物质的量浓度为1mol/
L-0.25mol/L-0.25mol/L=0.5mol/L，根据氧原子守恒可知H2O 的物质的量浓度为0.5mol/L，根据氢原子守恒，
可知H2的物质的量浓度为2.0mol/L，则K=
。(3)A 项，增大氧气的量，反应
①放出更多的热量，可以提供热量给反应②，所以可以通过控制氧气用量，实现甲烷重整过程的热平衡，
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故A 正确；B 项，升高温度，反应速率增大，故B 错误；C 项，由于反应①和②均为气体体积增大的反应，
所以恒压条件比恒容条件利于提高 CH4 平衡转化率，故C 正确；D 项，反应达到平衡状态和物质的量浓
度之比无关，故D 错误；故选AC。(4)①从图1 可以看出，温度较低时，H2和CO 的收率都没有明显变化，
而CO2的收率在增加，说明反应①和②速率较慢，反应③速率较快，甲烷的转化率较小；温度达到650℃
以上时，温度升高，CO2的收率降低，H2和CO 的收率都增大，说明反应③逆向移动，反应①和②速率加
快，甲烷的转化率增大，三个反应都达到平衡后，甲烷的转化率不再明显变化，故图像为
。②从图3 可以看出，通过钯膜催化甲烷重整制氢技术，可以把
生成的H2通过钯膜不断分离，生成物浓度降低，平衡右移，转化率(产率)提高；钯膜选择性透过H2，还可
直接分离获得高纯度H2。
4．(12 分)(2024· 浙江省温州市普通高中高三一模)苯乙烯是用来制备重要高分子聚苯乙烯的原料。以水
蒸气做稀释剂、催化剂存在条件下，乙苯催化脱氢可生成苯乙烯。可能发生如下两个反应：
主反应：C6H5C2H5(g)
C6H5CH=CH2(g)＋H2(g) ΔH1＝+117.5kJ·mol−1
副反应：C6H5C2H5(g)＋H2(g)
C6H5CH3(g)＋CH4(g) ΔH2
(1)已知，在298K、101kPa 条件下，某些物质的相对能量(
)变化关系如图所示：
ΔH2= kJ·mol−1。
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(2)在不同的温度条件下，以水烃比
投料，在膜反应器中发生乙苯脱氢反应。膜反应
器可以通过多孔膜移去H2，提高乙苯的平衡转化率，原理如图所示。
已知
移出率
①忽略副反应。维持体系总压强p 恒定，在温度T 时，已知乙苯的平衡转化率为
，
的移出率为
b，则在该温度下主反应的平衡常数KP= (用
等符号表示)。[对于气相反应，用某组分B 的平
衡压强
代替物质的量浓度
也可表示平衡常数，记作kJ·mol−1，如
，p 为平衡总压
强，
为平衡系统中B 的物质的量分数]；
②乙苯的平衡转化率增长百分数与
的移出率在不同温度条件下的关系如下表：
温度/℃
增长百分数/%
移出率/%
700
950
1000
60
8.43
4.38
2.77
80
16.8
6.1
3.8
90
27
7.1
4.39
高温下副反应程度极小。试说明当温度高于950℃时，乙苯的平衡转化率随
的移去率的变化改变程
度不大的原因： ；
③下列说法正确的是 。
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A．生成H2的总物质的量与苯乙烯相等
B．因为H2被分离至隔离区，故反应器中不发生副反应
C．在恒容的膜反应器中，其他条件不变，增大水烃比，可提高乙苯的转化率
D．膜反应器可降低反应温度，减少副反应的影响
(3)不同催化剂效能与水烃比有关。保持体系总压为常压的条件下，水烃比为9(曲线Ⅰ)时乙苯的平衡
转化率与温度的关系的示意图如下：
①请在图中画出水烃比为1 时乙苯的平衡转化率与温度的关系曲线(曲线Ⅱ) ；
②工业上，减小水烃比是降低苯乙烯脱氢装置能耗的一个重要方向。若其他条件不变，减少水烃比，
为使反应从起始到平衡均达到或接近原有的反应速率、限度，则可相应的改变的条件： 。
A．升温 B．降温 C．增压 D．减压 E．催化剂
【答案】(1)-54.6(2 分)
(2)
(2 分) 主反应的吸热，高于950℃时，乙苯的平衡转化率很大(或平衡常数很
大)，H2的移出率对平衡转化率的影响很小，或主反应的吸热，高于950℃时，温度对于主反应的影响大于
H2的移出率对平衡转化率的影响(2 分) D(2 分)
(3)
(2 分) AE(2 分)
【解析】(1)根据图像可知：①
；②
；③
；根
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据盖斯定律：③-②+①，得C6H5C2H5(g)＋H2(g)
C6H5CH3(g)＋CH4(g) ΔH2＝-54.6kJ·mol−1；(2)①
H2的移出率为b，剩余氢气
，结合总压强p，将数据代入分压平衡常数，得
；②当温度高于950℃时，乙苯的平衡转化率随H2的移去率的变化改变程度不大的原
因：主反应的吸热，高于950℃时，乙苯的平衡转化率很大(或平衡常数很大)，H2的移出率对平衡转化率
的影响很小，或主反应的吸热，高于950℃时，温度对于主反应的影响大于H2的移出率对平衡转化率的影
响；③A 项，该过程有副反应发生，生成H2的总物质的量与苯乙烯不相等，故A 错误；B 项，主反应为
可逆过程，始终有H2存在，故反应器中发生副反应，故B 错误；C 项，在恒容的膜反应器中，其他条件不
变，增大水烃比，平衡正向移动，但乙苯的转化率降低，故C 错误；D 项，膜反应器可降低反应温度，减
少副反应的影响，故D 正确；故选D；(3)①水烃比为1 时乙苯的平衡转化率与温度的关系曲线(曲线Ⅱ)：
；②工业上，减小水烃比是降低苯乙烯脱氢装置能耗的一个重要方向。若其他条
件不变，减少水烃比，为使反应从起始到平衡均达到或接近原有的反应速率、限度，则可相应的升温或使
用催化剂实现。
5．(14 分)(2024·河南省湘豫名校联考联盟高三联考)汽车尾气的污染是现代研究的重要课题。一定条件
下对汽车尾气有效治理的反应要经历以下三个基元反应阶段，反应历程如图甲所示(TS 表示过渡态，图示
涉及的物质均是气体)。
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请回答下列问题：
(1)写出有效治理汽车尾气的三个基元反应中反应②的热化学方程式为 ；上述该过程的总反应
热化学方程式为 。
(2)汽车尾气中含有N2O，在一定条件下N2O 会发生反应2N2O(g)
2N2(g)+O2(g)。在三个密闭容器
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中分别通入0.1molN2O 气体，各容器中N2O 的平衡转化率如图乙所示。
①该反应的逆反应为 反应(填“放热”或“吸热”)。
②若三个密闭容器的容积分别为VI、VII、VIII，则VI、VII、VIII的大小关系为 。
③若VII=1L，470℃时容器Ⅱ中反应的平衡常数K 为 ；在此温度下，向1L 的密闭容器Ⅳ中通
入0.06molN2O、0.06molN2和0.04molO2，则反应开始时v 正(N2O) v 逆(N2O)(填“＞”“=”或“＜”)。
(3)汽车尾气中的NO 可与Br2发生反应：2NO(g)+Br2(g)
2NOBr(g) △H=-akJ•mol-1(a＞0)，其反
应机理如下：
①NO(g)+Br2(g)
NOBr2(g) 快
②NO(g)+NOBr2(g)
2NOBr(g) 慢
下列有关该反应的说法正确的是 (填字母序号)。
A．该反应的速率主要取决于反应①的快慢
B．NOBr2是该反应的催化剂
C．正反应的活化能比逆反应的活化能小akJ•mol-1
D．增大Br2(g)的浓度能增大活化分子百分数，加快反应速率
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【答案】(1) N2O2(g)+CO(g)=N2O(g)+CO2(g) △H=-513.5kJ•mol-1 (2 分)
2CO(g)+2NO(g)
N2(g)+2CO2(g) △H=-620.9kJ•mol-1(2 分)
(2)放热(2 分) VI＞VII＞VIII(2 分) 0.0675mol•L-1 (2 分) ＞(2 分)
(3)C(2 分)
【解析】(1)根据图示中反应历程中三个基元反应可知，
反应①2NO(g) =N2O2(g) ΔH=+199.2kJ•mol-1；
反应②N2O2(g)+CO(g) =N2O(g)+CO2(g) ΔH=-513.5kJ•mol-1；
反应③N2O(g)+CO(g) =N2(g)+CO2(g) ΔH=-306.6kJ•mol-1；
总反应为2CO(g)+2NO(g)
N2(g)+2CO2(g) ；
根据盖斯定律反应①+反应②+反应③即得总反应，总反应热化学方程式为2CO(g)+2NO(g)
N2(g)+2CO2(g) △H=-620.9kJ•mol-1；(2)①由图可知，温度升高，N2O 的平衡转化率增大，即平衡正向移动，
则该反应的正反应为吸热反应，逆反应为放热反应；②反应2N2O(g)
2N2(g)＋O2(g)为气体体积增大
的反应，温度相同、反应物的物质的量相同的条件下，容器Ⅰ、容器Ⅱ、容器Ⅲ中N2O 的平衡转化率递减，
说明容器Ⅰ、容器Ⅱ、容器Ⅲ的压强逐渐增大，故容器Ⅰ、容器Ⅱ、容器Ⅲ的容积依次减小，即
；③若
，由图可知，470℃时容器1 中N2O 的平衡转化率为60%，则平衡时，
、
、
，其化学平衡常数
；在此温度下向1L 密闭容器Ⅳ中若开始通入
，
和
，则容器Ⅳ中初始浓度熵
，反应向正反应方向进
行，则反应开始时
；(3)A 项，反应速率主要取决于活化能大、反应速率慢的一步反应，
所以该反应的总反应速率主要取决于反应②的快慢，A 项错误；B 项，NOBr2是反应过程中的中间产物，
而不是该反应的催化剂，B 项错误；C 项，由于该反应为放热反应，说明反应物总能量高于生成物总能量，
所以正反应的活化能比逆反应的活化能小akJ·mol−1，C 项正确；D 项，增大Br2 (g)的浓度，单位体积内分
子总数增加，单位体积内活化分子数增加，但活化分子百分数不变，所以反应速率加快，D 项错误；故选
C。
6．(15 分)(2024·云南部分名校高三联考理科综合)氨是一种重要的化工原料，可用于制造铵态化肥。已
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知：N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH=-91kJ/mol。回答下列问题：
(1)已知上述反应的熵变(ΔS)为-198.9J·mol-1·K-1，该反应能自发进行的温度可能是___________(填标号)。
A．25 ℃
B．150 ℃
C．1273 ℃
D．1457.5 ℃
(2)在恒温恒容条件下，充入等物质的量的N2和H2合成氨气，下列情况表明该反应达到平衡状态的是
___________(填标号)。
A．混合气体密度不随时间变化
B．N2 体积分数不随时间变化
C．混合气体总压强不随时间变化
D．H2与 NH3的消耗速率之比为3∶2
(3)在催化剂作用下，合成氨的反应速率为
(k 为速率常数，只与温度、
催化剂有关，与浓度无关。a、β、γ 为反应级数，可取正整数、负整数、0，也可取分数)。 为了测定反应
级数，在一定温度下进行实验，其结果如下：
序号
c(N2)/(mol·L-1)
c(H2)/(mol·L-1)
c(NH3)/( mol·L-1)
反应速率
I
1
1
1
V
Ⅱ
2
1
1
2v
Ⅲ
1
4
1
16v
Ⅳ
1
4
2
16v
①α+β+γ=
②已知经验公式为
(其中，Ea、k 分别为活化能、速率常数，R、C 为常数，T 为温度)。
在催化剂作用下，测得Rlnk 与温度(
)的关系如图1 所示。
催化效率较高的是 (填“Catl”或“Cat2”)，在Cat2 催化剂作用下。活化能Ea为
(4)在体积均为2L 的甲、乙两恒容密闭容器中分别通入 l mol N2 和3mol H2，分别在不同条件下达到平
衡，测得 NH₃ 的物质的量与时间的关系如图2 所示。
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①相对甲，乙仅改变的一个条件是 ，正反应速率：a (填“>”、“<”或
“=”)b。
②在该条件下，乙的平衡常数为 (结果保留2 位小数)。
【答案】(1)AB(2 分) (2)CD(2 分) (3) 3(2 分) Catl(2 分) 30.0 kJ/mol(2 分)
(4) 降低温度(2 分) > (1 分) 8.33(2 分)
【解析】(1)根据自由能判据可知，△G=△H-T△S=-91000-(-198.9)T<0，T<457.5K，t<184.5℃，A、B
项符合题意；(2)A 项，气体总质量不变，体积不变，密度始终不变，A 错误；B 项，氮气的体积分数为
50%，始终不变，B 错误；C 项，反应前后气体系数和不同，反应过程中气体的总物质的量随着反应发生
改变，物质的量变化压强会改变，混合气体总压强不随时间变化，C 正确；D 项，H2与 NH3的消耗速率之
比为3∶2，则单位时间消耗的氢气等于生成的氢气，D 正确；故选CD。(3)①将各组数据代入计算，将I、
II 组数据代入，a 为1；将I、III 组数据代入，β 为2；将III、IV 组数据代入，γ 为0；所以α+β+γ=3；②根
据经验公式可知，温度变化相同时，Rlnk 变化值与活化能成比例，活化能越大，变化值越大。故斜率越小，
活化能越小，催化剂Catl 催化效率越高，代入a、b 点数据可知，93=-Ea×2×10-3+C，33=-Ea×4×10-3+C，解
得Ea=30.0kJ/mol；(4)① 甲相对于乙，先达平衡，则速率快，达平衡时氨气的含量甲小于乙，故改变的条
件为降低温度，甲的温度较高，所以a 点的反应速率大于b 点；②乙容器平衡时含1.2mol 氨气，则平衡时
c(N2)=0.2mol/L，c(H2)= 0.6mol/L，c(NH3)=0.6mol/L，
。
7．(14 分)(2023·广东湛江高二毕业班调研考试)2023 年5 月，中国神舟十六号载人飞船成功发射，三
位航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮在天宫空间站开启长达半年的太空生活。
(1)法国化学家Paul Sabatier 提出并命名的“Sabatier 反应”实现了CO2甲烷化，科技人员基于该反应设
计如图过程完成空间站中CO2与O2的循环，从而实现O2的再生。
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①写出与CH4具有相同空间结构的一种微粒： 。
②在特定温度下，由稳定态单质生成1mol 化合物的焓变叫做该物质在此温度下的标准摩尔生成焓。
表中为几种物质在298K 的标准生成焓。
物质
CO2(g)
CH4(g)
H2O(g)
H2(g)
标准摩尔生成焓/(kJ·mol-1)
-393.51
-74.85
-241.82
0
则Sabatier 反应CO2(g)+4H2 (g)
CH4 (g)+2 H2O(g) ΔH kJ·mol-1。
③下列有关Sabatier 反应说法正确的是 。
A．输送进入Sabatier 反应器的是电解水装置的阴极产物
B．采用高压和合适催化剂均有利于提高Sabatier 反应的转化率
C．恒温条件下，在刚性容器中发生Sabatier 反应，气体密度不变时，说明反应达到平衡
D．应该在Sabatier 反应器的前端维持较高温度，后端维持较低温度
④一定条件下，CH4分解形成碳的反应历程如图所示，其中决定反应速率的是第 步反应。
(2)航天员呼吸产生的CO2还可以利用Bosch 反应：CO2(g)+2H2 (g)
C(s)+ 2H2O(g) 代替Sabatier
反应。在250℃时，向体积为2L 恒容密闭容器中通入2molH2和1molCO2发生Bosch 反应，测得容器内气
压变化如图所示。
①试解释容器内气压先增大后减小的原因： 。
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②该温度下Bosch 反应的Kp= (写出计算过程，Kp为用气体的分压表示的平衡常数，分压=
气体的体积分数×体系总压)。
③在上图基础上画出其他条件相同，向体系加入催化剂时其压强随时间的变化曲线。
【答案】(1) NH4
+、SO4
2-等(2 分) -164.98(2 分) AD (2 分) 4 或四(2 分)
(2) 该反应是放热反应，反应开始时容器内温度上升，压强增大，随着反应进行，反应气体分子体减
少，压强减小(2 分) 0.05(2 分)
(2 分)
【解析】(1)①CH4为正四面体形，NH4
+、SO4
2-等立体结构均为正四面体形；②根据题给信息可得则
Sabatier 反应的
；③由图示，输
送进入Sabatier 反应器的是H2，H2是电解水装置的阴极产物，A 正确；催化剂不能改变Sabatier 反应的转
化率，B 错误；反应前后气体总质量不变，刚性容器体积不变，所示气体密度不变时不能说明反应达到平
衡，C 错误；Sabatier 反应器的前端维持较高温度是为了提高反应速率，后端维持较低温度是因为该反应放
热，低温可提高反应转化率，D 正确；故选AD；④活化能最大的一步反应最慢，是决定反应速率的步骤，
故为第4 步；(2)①该反应是放热反应，反应开始时容器内温度上升，压强增大，随着反应进行，反应气体
分子体减少，压强减小；②设反应转化了x mol CO2：
根据阿伏加德罗定律：
解得x=0.5，
；③加入催化剂只能
加快反应速率，可以缩短时间，但不改变平衡转化率，所以平衡时的压强不变，其他条件相同，向体系加
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入催化剂时其压强随时间的变化曲线如
。
8．(15 分)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)发射“神舟十三”号的火箭推进剂为液态四氧化二氮和液态偏二甲肼(C2H8N2)。
已知：①C2H8N2(l)＋4O2(g)===2CO2(g)＋N2(g)＋4H2O(l) ΔH1＝－2 765.0 kJ·mol－1
②2O2(g)＋N2(g)===N2O4(l) ΔH2＝－19.5 kJ·mol－1
③H2O(g)===H2O(l) ΔH3＝－44.0 kJ·mol－1
则C2H8N2(l)＋2N2O4(l)===3N2(g)＋2CO2(g)＋4H2O(g)的ΔH 为__________。
(2)碘蒸气存在能大幅度提高N2O 的分解速率，反应历程为
第一步：I2(g)→2I(g)(快反应)
第二步：I(g)＋N2O(g)→N2(g)＋IO(g)(慢反应)
第三步：IO(g)＋N2O(g)→N2(g)＋O2(g)＋I(g)(快反应)
实验表明，含碘时N2O 分解速率方程v＝k·c(N2O)·[c(I2)]0.5(k 为速率常数)。下列表述正确的是
________(填字母)。
A．N2O 分解反应中，k 值与碘蒸气浓度大小有关 B．v(第二步的逆反应)＜v(第三步反应)
C．IO 为反应的催化剂 D．第二步活化能比第三步大
(3)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)===N2(g) ＋2CO2(g) ΔH ＝－746.8 kJ·mol －1 。实验测得：v 正＝k
正·p2(NO)·p2(CO)，v 逆＝k 逆·p(N2)·p2(CO2)。其中k 正、k 逆分别为正、逆反应速率常数，只与温度有关；p 为
气体分压(分压＝物质的量分数×总压)。
①达到平衡后，仅升高温度，k 正增大的倍数__________(填“大于”“小于”或“等于”)k 逆增大的倍
数。
②一定温度下在刚性密闭容器中充入CO、NO 和N2的物质的量之比为2∶2∶1，压强为p0。达平衡时
压强为0.9p0，则＝__________。
(4)我国科技人员计算了在一定温度范围内下列反应的平衡常数Kp：
ⅰ.3N2H4(l)===4NH3(g)＋N2(g) ΔH1 Kp1
ⅱ.4NH3(g)===2N2(g)＋6H2(g) ΔH2 Kp2
绘制pKp1－T 和pKp2－T 的线性关系如图所示(已知：pKp＝－lg Kp)：
①由图可知，ΔH1________(填“＞”或“＜”)0。
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②反应3N2H4(l)===3N2(g)＋6H2(g)的K＝________(用Kp1、Kp2表示)；该反应的ΔH________(填“＞”
或“＜”)0，写出推理过程：______________________________________________。
【答案】(1)－2 550.0 kJ·mol－1(2 分) (2)BD(2 分) (3)①小于(2 分) ②(2 分)
(4)①<(2 分) ②Kp1·Kp2(2 分) <(1 分) 设T2>T1 ，由图可知：pKp1(T2) －pKp1(T1)>∣pKp2(T2) －
pKp2(T1)∣，则pKp1(T2) －pKp1(T1)> pKp2(T1) －pKp2(T2) ，pKp1(T2) ＋pKp2(T2)>pKp1(T1) ＋pKp2(T1) ，
lg[Kp1(T1)·Kp2(T1)]>lg[Kp1(T2)·Kp2(T2)]，即K(T1)>K(T2)，因此该反应正反应为放热反应(2 分)
【解析】(1)由盖斯定律可知，①－2×②－4×③得反应：C2H8N2(l)＋2N2O4(l)===3N2(g)＋2CO2(g)＋
4H2O(g) ΔH＝ΔH1－2ΔH2－4ΔH3＝－2 550.0 kJ·mol－1。(2)k 为速率常数，受温度、催化剂、固体表面积性
质等影响，不受浓度影响，A 错误；平衡时v 正＝v 逆，第二步反应为慢反应，反应速率较慢，则v(第二步
的逆反应)也较慢，第三步反应为快反应，反应速率较快，故v(第二步的逆反应)＜v(第三步反应)，B 正确；
IO 为中间过程产物，不是反应的催化剂，C 错误；活化能越大反应越慢，第二步反应为慢反应，第三步反
应为快反应，故第二步活化能比第三步大，D 正确。(3)①达到平衡后，v 正＝v 逆即k 正·p2(NO)·p2(CO)＝k
逆·p(N2)·p2(CO2)，反应的平衡常数
，反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，Kp
值减小，则仅升高温度，k 正增大的倍数小于k 逆增大的倍数。②一定温度下在刚性密闭容器中充入CO、
NO 和N2的物质的量之比为2∶2∶1，设初始CO、NO 和N2的物质的量分别为2 mol、2 mol、1 mol，生成
N2的物质的量为x mol，
2NO(g)＋2CO(g)
N2(g)＋2CO2(g)
起始/mol 2 2 1 0
转化/mol 2x 2x x 2x
平衡/mol 2－2x 2－2x 1＋x 2x
则反应后总物质的量为(5－x) mol，初始压强为p0，达平衡时压强为0.9p0，则＝，x＝0.5，平衡时CO、
NO 、N2 、CO2 的物质的量分别为1 mol 、1 mol 、1.5 mol 、1 mol ，总物质的量为4.5 mol ，则
。(4)①由图可知，Kp1随着温度的升高而减小，则平衡逆向移动，正反应
为放热反应，ΔH1<0。②由盖斯定律可知，ⅰ＋ⅱ得反应3N2H4(l)===3N2(g)＋6H2(g)，则该反应的K＝
Kp1·Kp2。
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