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专题10 化学反应原理综合题
1．（2024·广西·二模）乙烯是世界上产量最大的化学产品之一，是合成纤维、合成橡胶基本化工原料。二
氧化碳氧化乙烷脱氢制乙烯为生产乙烯提供了新途径。一定温度下，
与
在催化剂表面发生如下反
应：
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
Ⅳ.
已知部分共价键的键能如下表所示：
共价键
C-H
H-H
H-O
C=O
键能
413
436
464
799
回答下列问题：
（1）反应Ⅱ：
，该反应的反应物和生成物
中，属于
杂化的原子种类有 种。
（2）用惰性气体与
混合作为反应气体时只发生反应Ⅰ：
，在923K、
100kpa 恒温恒压条件下，将
的混合气体进行
脱氢反应，平衡时
的转化率为
b，则该反应平衡常数
kpa（用含a、b 的代数式表示）。
（3）在一定条件下
反应达到平衡状态，当改变反应的某一条件后，下
列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是________。
A．正反应速率先增大后减小
B．混合气体密度增大
C．反应物的体积百分数增大
D．化学平衡常数K 值增大
（4）反应Ⅱ：
是提高乙烯产率的关键，但同时发生副反应Ⅲ。
①为提高反应Ⅱ的平衡转化率，应选择的反应条件为 。
A．低温、高压 B．高温、低压 C．低温、低压 D．高温、高压
②基于上述反应，在催化剂表面
与
发生脱氢制乙烯的总反应为：
，该反应温度常控制在600℃左
右，其原因是 。
（5）乙烯氯化反应合成1,2-二氯乙烷电化学装置如图所示，A、B 为多孔铂电极分别通入乙烯和氯气。A
电极的电极反应式为 ，离子交换膜为 （填“阴离子”或“阳离子”）交换膜。
1
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2．（2024·贵州毕节·三模）工业合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，是化学对社会发展的巨大贡献
之一。在催化剂作用下发生
，回答下列问题：
化学键
键能（kJ/mol）
946
436
391
（1）依据键能信息，
。
（2）其他条件不变，下列能加快反应速率，并提高
的平衡转化率的是__________（填字母）。
A．固定体系体积，加大
投料量
B．升高反应体系的温度
C．降低平衡体系的压强
D．改用效果更好的催化剂
（3）恒温恒容条件下，下列能说明该反应已达到平衡状态的是____（填字母）
A．气体的密度保持不变
B．
、
、
的物质的量之比为
C．气体的平均摩尔质量保持不变
D．消耗
，同时消耗
（4）在恒容密闭容器中，初始时氮气和氢气的体积比是1：3，300℃、500℃条件下平衡时氨的体积分数
随压强（
）的变化示意图，以及10MPa、30MPa 条件下平衡时氨的体积分数随温度（
）的变化示意图
如下。
300℃
①
下条件平衡时氨的体积分数随压强的变化曲为 （填“a”“b”“c”或“d”）。
M
②
、N、Q 三点对应的平衡常数分别为
、
、
，三平衡常数的大小关系为 。
（5）400℃、
条件下，初始时氮气和氢气的体积比是
，平衡时氨气的体积分数为60%，则该条
件下反应的压强平衡常数
。
（6）利用质子传导固态电池合成氨示意图如下，生成氨气的电极反应式为 。
2
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(7)
用于制氨水和铵盐。常温下，将浓度均为
氨水和
溶液等体积混合，混合溶液显
（填“酸性”“碱性”或“中性”），混合溶液
。已知：常温下
3．（2024·贵州·二模）乙烷是天然气和页岩气中最常见的成分之一，工业上可以采用多种方法将乙烷转化
为更有工业价值的乙烯。回答下列问题：
Ⅰ. 乙烷蒸汽裂解法
已知：
乙烷在一定条件可发生反应：
（1）
(用含
的表达式表示)。已知该反应高温时为自发反应，则该反应
的反应热
0(选填“
”“
”或“
”)。
（2）提高该反应平衡转化率的方法有 、 。
（3）一定温度下，在某恒容密闭容器内充入一定量的乙烷，若平衡时容器中总压为
、乙烷的平衡转化率
为
。用含
、
的代数式表示该反应的平衡常数
(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压
总压物质的量分数)。
（4）一定条件下，该反应的速率方程为：
，其中k 为反应速率常数，升高温度，该反应的
速率常数 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
Ⅱ. 乙烷氧化脱氢法
乙烷氧化脱氢制乙烯的产物中除C2H4外，还存在CO、CO2等副产物。我国学者结合实验与计算机模拟结
果，研究了不同催化剂下乙烷的转化率和乙烯的选择性关系如图甲所示(乙烯的选择性
)，脱氢阶段反应进程如图乙所示(吸附在催化剂表面的粒子用标注，
表
示过渡态)。
3
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（5）两种催化剂比较，催化性能较好的是 (选填“a”或“b”)，结合图甲解释理由是
。
（6）图乙中代表催化性能较好的催化剂的反应历程是 (选填“c”或“d”)，其判断依据是
。
4．（2024·江西·二模）CO2的充分利用和转化为其他化学品，对于环境和能源等意义重大。回答下列问
题：
（1）CO2可制备二甲醚(CH3OCH3)，涉及热化学方程式如下：
Ⅰ.
；
Ⅱ.
；
Ⅲ.
。
①反应Ⅰ的
，该反应的活化能
(正) (填“大于”或“小于”)
(逆)。
②对于反应Ⅱ、Ⅲ，在一定条件下，若反应Ⅱ中，CO2的转化率为98%、反应Ⅲ的转化率为40%，则
CH3CH2OH 的产率为 。
（2）利用CO2与CH4反应可制备合成气。在恒容密闭容器中通入物质的量均为nmol 的CH4与CO2，在一
定条件下发生反应
，测得CO2的平衡转化率与温度及压强的关系如
图1 所示。
4
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①据图可知，
、
、
、
由大到小的顺序为 ，理由是 。
②在压强为
、1100℃的条件下，X 点平衡常数
(用含
的代数式表示，其中用平衡分
压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。
（3）金属Cu/La 复合电极材料电催化还原CO2制备甲醛和乙醇的可能机理如图2 所示。研究表明，在不同
电极材料上形成中间体的部分反应相对能量(活化能)如图3 所示。
X
①
为 。
②与单纯的Cu 电极相比，利用Cu/La 复合电极材料电催化还原CO2的优点是 。
5．（2024·江西南昌·二模）硅是信息产业、太阳能电池光电转化的基础材料。
（1）碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实：
化学键
键能
356
413
226
318
硅与碳同族，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是 。
（2）锌还原四氯化硅是一种有着良好应用前景的制备硅的方法。
还原
的反应如下：
反应1：
，
反应2：
反应3：
①对于上述三个反应，下列说法合理的是 。
a.升高温度会提高
的转化率 b.还原过程需在无氧的气氛中进行
c.
d.Na、Mg 可以代替
还原
②实际制备过程选择“反应3”，选择的理由是 。
（3）工业上也可用
制备高纯硅。
时，
相关反应的热化学方程式和平衡常数如表：
热化学方程式
平衡常数
K1
K2
5
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K3
①则该温度下，
=
；K3= (用K1和K2表示)。
②对于反应
，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在
和
时
的转化率随时间变化的结果如图所示。则T1 T2(填“大于”“小于”或“等于”)，
时平衡常数K= (保留2 位小数)。
③在
下，要提高
转化率，可采取的措施是 。
6．（2024·甘肃·三模）随着“碳达峰”、“碳中和”战略的提出，大气中
含量的控制和回收利用已成
为当今化学研究的主题，其过程包括
的富集、
的合成气
化、
的甲醇
化、
的甲烷化等。回答下列问题：
（1）
的富集：
含量较高的空气叫富碳空气，捕集其中的
可通过如下途径实现。
通入富碳空气后，饱和纯碱水变浑浊，其原因是 (用文字叙述)。
（2）
的合成气化：反应原理为
。已知有关反应的热化学方程
式：
，
。
①
。
②利于该反应自发进行的条件为 (填“高温”“低温”或“任意条件”)。
（3）
的甲醇化：利用光解海水产生的
将
转化为甲醇
]，其转化过程如图1 所示。
6
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①反应i 的能量转化方式为 。
②一定温度下，向体积为
的密闭容器中充入
和
，发生反应
后到达平衡，此时
。前
内，
，该温度下反应的平衡常数
(用分数表示)。
③一定温度下，在一个固定体积的密闭容器中仅发生反应ii，下列不能说明反应达到平衡状态的是
(填字母)。
A．容器内气体的压强不变
B．容器内混合气体的总物质的量不变
C．
和
物质的量之比不变
D．单位时间内，每有
键断裂，同时有
键形成
（4）
的甲烷化：科学家利用吸收
后的纯碱水溶液
，通过电解转化为
及
及
的产率随电解电压变化曲线如图2 所示。
①电压较高时，
转化为
的电极反应式为 。
②工业生产上常采用较高电压，其目的为 。
7．（2024·吉林长春·三模）氢能作为清洁能源是最佳碳中和能源载体，为应对气候变化全球掀起了氢能发
展热潮，制备氢气有多种途径。
I．甲醇产生氢气的反应为：
（1）
时，该反应能否自发进行 (填“能”或“否”)。
II．乙酸制氢过程发生如下反应：
反应1：
7
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反应2：
（2）已知反应：
①由图可得，
；
②恒温恒容下发生上述反应，下列说法正确的是 。
A．混合气体密度不变时，反应达到平衡 B．充入
，可提高
的平衡转化率
C．加入催化剂，可提高
的平衡产率 D．充入
，平衡常数保持不变
（3）在容积相同的密闭容器中，加入等量乙酸蒸气(只发生反应1 和反应2)，在相同反应时间测得温度与
气体产率的关系如图所示，
之前，氢气产率低于甲烷的可能原因是 (答出一点即可)。
（4）在一定条件下，投入一定量的乙酸，发生反应1 和反应2，设达到平衡时体系总压强为
，乙酸体积
分数为
，反应1 消耗的乙酸占投入量的
，则反应2 的平衡常数
为 (用平衡分压代替
平衡浓度计算)。
III．热分解也可制氢，其原理为：
。
（5）不同温度和压强下，
的平衡转化率变化如下图，生成物
的状态为 (填“气态”或
“非气态”)，
(填“>”或“<”)。
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8．（2024·黑龙江哈尔滨·模拟预测）2023 年杭州亚运会主火炬创新使用了绿色“零碳甲醇”作为燃料，这
不仅在亚运史上是第一次，在全球大型体育赛事上也是首次实现了废碳的再生利用。“零碳甲醇”是符合
“碳中和”属性的绿色能源。
Ⅰ．直接法制甲醇
我国科研团队研究发现使用
双金属氧化物可形成氧空位，具有催化氧化性能，实现
加氢制甲
醇。该反应机理如图所示。
（1）下列说法中正确的是___________。
A．增大催化剂的比表面积有利于提高平衡转化率
B．催化剂表面甲醇及时脱附有利于提高反应速率
C．在恒温恒容密闭容器中，通入惰性气体以增加体系压强，有利于提高甲醇的产率
D．若断开
键同时断开
键，则说明反应达到平衡状态
（2）向恒温恒压密闭容器中充入
和
发生上述反应(反应Ⅰ)的逆过程，达到平衡
时，
的转化率为
，用摩尔分数表示反应Ⅰ的平衡常数
。(用分数表示，物质i
的摩尔分数
)
Ⅱ．间接法制甲醇
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和
通过逆水煤气反应，先合成
和
再合成甲醇。
反应Ⅱ：
反应Ⅲ：
（3）反应Ⅱ的速率
，其中
和
分别为正、逆反应
速率常数。升高温度时
(填“增大”“减小”或“不变”)。
（4）在某催化剂下，反应Ⅲ的反应历程如图所示(图中的数据表示的仅为微粒的数目以及各个阶段微粒的
相对总能量，*表示吸附在催化剂上)。已知V 中有一种吸附在催化剂表面的物质，V 可表示为
。
（5）保持压强为
，向密闭容器中加入
和
，在恒温下只发生反应Ⅰ和反应Ⅱ。10s
后反应达到平衡，此时容器内
的物质的量为
为
。则
分压的变化量为
(保留三位有效数字)。
（6）甲醇便于运输，是一种具有前景的液体燃料，利用手持技术，通过测定甲醇、乙醇、正丙醇等三种
物质在温度传感器尖头处蒸发时的温度变化曲线，根据曲线下降的幅度和速率的快慢，可以比较它们之间
的分子间作用力的大小。请判断表示甲醇的曲线是 ，理由是 。
9．（2024·黑龙江哈尔滨·三模）
经催化加氢可以生成低碳有机物，实现
的综合利用和“碳达峰、
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碳中和”的目标。
合成甲醇涉及以下三个反应：
①
②
③
已知：反应①、③是低温条件的自发反应。回答下列问题：
（1）上述三个反应的平衡常数
与温度关系如图1 所示。图1 中c 线表示的反应是 (填
“①”、“②”或“③”)，
(填“>”、“=”或“<”)。
（2）
加氢制甲醇反应机理如图2 所示。
下列说法正确的是 (填字母)。
A．羧基物种
和甲酸盐物种
为两种中间体
B．该反应使用的催化剂既加快了反应速率，又提高了
的平衡转化率
C．反应过程中有极性键和非极性键的断裂和形成
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（3）某温度下，向一恒容密闭容器中充入等物质的量的
和
，在催化剂作用下发生反应③并达到平
衡状态。下列图像正确的是 (填字母)。
(已知：C 选项中t 时刻再充入等物质的量的
和
)
（4）在密闭容器中，充入
和
合成
，发生反应①和②。不同温度下达到平衡时
、
及
的体积分数如图3 所示。
①已知曲线b 代表
，则曲线a 代表 。
②
时，
的平衡转化率为 (保留两位有效数字，下同)，此温度下反应②的
(用平衡物质的量分数代替平衡浓度计算)。
10．（2024·安徽·模拟预测）“卤水提碘”是工业上获取碘单质的一种重要方法，经氧化后的卤水可用有
机萃取剂(
)进行萃取。提取过程涉及反应如下：
①
；
②
；
③
。
回答下列问题：
（1）
。
（2）已知不同温度下达到平衡时碘的萃取率不同。当温度从
升高到
，萃取率显著下降。结合平
衡移动原理，分析其原因是 (不考虑温度过高双氧水的分解因素)。
（3）已知
，
微溶于水。使用过量的
与
溶液反应后，过滤，滤液经过水
蒸气蒸馏可制得高纯度的
，反应中
需过量的原因是 。
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（4）如图1，
为直线形结构，中心原子价层电子对数为 对。
（5）如图2 是钌(
)基催化剂(
)催化
和
反应的示意图，该总反应的离子方程式为
。
（6）
是一种有毒气体，工业上处理该气体有多种方法。一种新型太阳能光电催化电池装置利
用
、
处理废气中的
，装置如图3 所示。下列说法正确的是___________(填选项字
母)。
A．a 极区发生的反应：
，
B．每分解
消耗
C．反应一段时间后，b 极区溶液
增大
D．该装置至少涉及两种能量转化方式
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(7)已知未加萃取剂时，总碘元素浓度为
，平衡时
、
、
中碘元素物质的量分数与初始双氧
水浓度关系如图4，则
的平衡常数
。
11．（2024·安徽池州·二模）我国航天事业高速发展，火箭推进剂的研究一直航天工业的热点课题。火箭
推进剂燃料有肼(
)、液氢、液态甲烷(
)等，常见氧化剂有
、液氧等。回答下列问题：
（1）已知下列反应的热化学方程式如下：
ⅰ.
ⅱ.
ⅲ.
①则
②用化学反应原理解释反应ⅲ可自发进行反应的原因为 。
③火箭推进器内氢氧燃烧的简化反应历程如图所示：
其中能垒最大的一步反应方程式为 。
（2）利用甲烷和水蒸气催化制氢，为推进剂提供了丰富的氢燃料，该工业制氢主要存在如下两个反应：
a：
b：
恒定压强为
时，将物质的量之比为1：3 的
与
混合投入反应容器中，600℃时平衡体
系中部分组分的物质的量分数如下表所示：
物质
14
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物质的量分数
0.04
0.32
0.50
0.08
①下列操作中，能提高
平衡转化率的是 (填字母)。
A．提高
与
的投料比 B．移除
C．选择合适的催化剂 D．恒温恒压下通入Ar 气
②已知
为反应的压强平衡常数，其表达方法为：在浓度平衡常数表达式中，用各组分气体平衡时的分压
代替浓度；气体的分压等于其物质的量分数乘以气体总压。600℃时反应a 的压强平衡常数为
(列出计算式)。
③平衡体系中
的物质的量分数随温度T 的变化如图，解释原因 。
（3）要实现氢能源的广泛使用，储氢材料特别重要。某镁铁合金是目前储氢效果较好的材料之一，其晶
胞如图所示：
该晶胞边长为apm，阿伏伽德罗常数的值为
。Fe 的配位数是 ，该合金储氢时，若每个晶胞
可以储存4 个
分子，计算
合金储存氢气的质量为 g。
12．（2024·北京丰台·二模）将
转化为高附加值的化学品，对实现碳中和、可持续发展具有重要意
义。
Ⅰ.利用
催化加氢制备乙烯，反应过程主要分为两步。
ⅰ.
ⅱ.
（1）
和
反应制备乙烯的热化学方程式为 。
（2）0.1MPa，投料比
的条件下研究反应ⅰ，在不同温度下达到平衡时各气体的物质
的量分数如图1 所示(水转化为液态，不计入)。
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200℃
①
时，主要发生的反应的化学方程式为 。
800℃
②
时，
的平衡转化率为 。
Ⅱ.利用煤气化灰渣(主要成分有CaO、
、
和MgO 等)封存
，制备高纯碳酸钙。
ⅰ.浸出：向灰渣中加入稍过量盐酸，充分反应后过滤，得滤液a；
ⅱ.净化：向滤液a 中逐渐加入氨水，金属氢氧化物分步沉淀，分步过滤，得到滤液b；
ⅲ.碳酸化：向滤液b 中通入
，过滤、洗涤、干燥，得到高纯
。
已知：一些金属氢氧化物在溶液中达到沉淀溶解平衡时的
与pH 关系如图2 所示。
（3）净化时，先分离出的氢氧化物是 。
（4）碳酸化时发生主要反应的离子方程式是 。
Ⅲ.利用双极膜电解
制备NaOH，捕集烟气中
，制备
。已知：双极膜为复合膜，可在
直流电的作用下，将膜间的
解离，提供
和
。
（5）结合电极反应解释A 区产生浓NaOH 溶液的原因 。
（6）当电路中转移2mol
时，上图装置产生 mol NaOH。
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(7)制得的
固体样品中常混有
。准确称量xg 样品，下列方案中，能测定样品中
纯
度的是 。
A．充分加热，固体减重
B．与足量稀盐酸充分反应，加热蒸干，得
固体
C．与足量稀硫酸充分反应并加热，逸出气体用碱石灰吸收，增重
13．（2024·湖北·二模）硫及其化合物在生产、生活中有广泛应用。
Ⅰ.羰基硫(COS)是一种粮食熏蒸剂，能防治某些害虫和真菌的危害。以FeOOH 固体作催化剂，
分别与
CO、
反应制备COS 的反应如下：
；
（1）COS 的电子式为 。
（2）一定温度下，在恒容密闭容器中充入1mol CO，1mol
、2mol
气体，加入适量的FeOOH，
发生上述反应。下列叙述正确的是___________(填字母)。
A．气体总压强不变时达到平衡状态
B．平衡时混合气体中COS 体积分数最大值为50%
C．达到平衡时再充入
，
的平衡转化率增大
D．其他条件相同，使用纳米FeOOH 比微米的反应速率大
Ⅱ.利用
和
反应制备
。
已知：
分以下两步进行：
(a)
(b)
（3）一定温度下，保持总压强为100kPa，向反应器中充入
和Ar，发生反应a，测得
平衡转化率
与温度、投料比
[
]的关系如图1 所示。
其他条件相同，投料比
增大，
平衡转化率增大的原因是 。
温度下，该反应的平衡常数
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kPa(结果保留2 位小数)。
提示：用分压计算的平衡常数叫压强平衡常数
，分压等于总压×物质的量分数。
（4）投料体积比
，并用
稀释。常压下，不同温度下反应相同时间后，测得
和
体积分数如图2 所示。
①
能自发进行的条件是 (填字母)。
A．较低温度 B．较高温度 C．任何温度
②在950℃，常压下，保持通入的
体积分数不变，提高投料比
，
的转化率不变，
其原因是 。
③其他条件不变，在950～1150℃范围内，
(g)的体积分数随温度变化趋势符合图像 (填字
母)，请说明理由： 。
A．
B．
C．
D．
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14．（2024·湖南·模拟预测）空气中
含量的控制和
资源利用具有重要意义。回答下列问题：
Ⅰ．利用
制备甲醇
（1）利用铟氧化物催化
制取甲醇：
。将固定比例的
混合气体以不同流速通过装有催化剂的反应管，
选择性、
转化率随
气体流速变化曲线如图示。
制取甲醇时，同时发生反应
，气体流速分别为
和
，相同时间内生成
的质量，前者 后者（填“大于”“小于”
或“等于”）。保持气体流速不变，反应管内温度从
升高到
，测得出口处
和
的物
质的量均减小，可能的原因是 ；
（2）
催化加氢制甲醇过程中的主要反应有：
反应i：
反应ii：
反应iii：
①反应iii 的
，反应iii 正向自发进行（填标号）；
A．任何温度下都能 B．任何温度下都不能 C．高温下能 D．低温下能
②已知反应i 的速率方程为
均为速率常数且
只与温度有关，x 为物质的量分数。则反应i 用物质的量分数表示的平衡常数
（用
表
示）；
③反应iii 在
下，将
按一定比例投料，恒压下平衡状态时各组分的物质的量与温度的关系如
图所示。曲线c 代表的物质为 （填化学式）。温度为
时，反应ii 的平衡常数
（结果用分数表示）；
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Ⅱ．萨巴蒂尔
反应合成甲烷
（3）空间站必须给航天员提供基本的生存条件，涉及氧气供给、二氧化碳清除、水处理等．电解水技术
除用于供氧外，生成的氢气通过萨巴蒂尔反应，实现了二氧化碳的清除，同时将氢气转化为更安全的甲
烷，反应原理为。在恒容密闭容器中加入等物质的量的和，分压均为，一定温度下发生萨巴蒂尔反应，随
着反应的进行，的物质的量分数 （填“逐渐增大”“逐渐减小”或“保持不变”）．某时刻测得
的分压为，若的反应速率，则同时刻 （保留2 位小数）。
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