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专题10 化学反应原理综合题
1．（2024 届高考·江苏南通·统考一模）一种燃煤烟气中
的捕集和资源再利用技术可通过如下转化过程
实现。
转化I 是利用风/太阳能电厂过剩电力，将
转化为
等高值产品。
转化II 是利用风/太阳能电厂过剩电力驱动压缩机压缩
。
转化III 是风/太阳能电厂发电低谷时，利用压缩
推动汽轮机，带动发电机发电。
(1)利用氨水可捕集烟气中的
捕集、再生过程中含碳物种的变化如图所示。
①液相中
发生转化：
。X 的结构式为 。
②已知：
反应
的平衡常数
。
③转化后的溶液通过反应
解吸释放
。向两份相同的转化后的溶液中分
别加入等体积、等浓度的
和
溶液，加入
溶液后释放
效果更好的原因是 。
(2)以过渡金属作催化剂，利用如图所示装置可实现“转化1”。
①写出阴极表面的电极反应方程式： 。
②在金属催化剂表面发生
转化的过程可能为
(*表
1
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示吸附在催化剂表面)。其中部分物种在催化剂表面的吸附构型如图甲所示，反应历程中的相对能量如图乙
所示。与Cu 催化剂相比，掺杂了Cs 的
复合催化剂更有利于
的形成，可能原因是 。
(3)从物质转化与资源综合利用角度分析，本工艺中
的捕集和资源再利用技术的优点是 。
【答案】(1)
10-17 等物质的量的
可以和更多的
配位，更有利于解吸
反应正向进行，促进
解吸
(2)
复合催化剂可提供更多的活性位点(
复合催化剂更有利于
等中间体的吸附)，且能降低反应的活化能，因此更有利于
的形成
(3)有利于将
转化为更有价值的
等产品；使用风能、太阳能有利于减排
；能实现能量的储存
和转化，调控电力过剩或电力不足
【详解】（1）①根据原子守恒，X 能解吸出CO2，判断X 为碳酸氢根，结构式为：
；
②反应
的平衡常数
=
=10-
17；
③加入
溶液后释放
效果更好的原因是：等物质的量的
可以和更多的
配位，更有利于解
吸反应正向进行，促进
解吸；
（2）①阴极表面二氧化碳发生还原反应生成乙烯，电极反应式为：
；
②从图甲中可以看出
复合催化剂可提供更多的活性位点，有利于
等中间体的吸附，故掺杂了Cs
的
复合催化剂更有利于
的形成，可能原因是：
复合催化剂可提供更多的活性位点(
复合催化剂更有利于
等中间体的吸附)，且能降低反应的活化能，因此更有利于
的形成；
（3）从物质转化与资源综合利用角度分析，本工艺中
的捕集和资源再利用技术的优点是：有利于将
转化为更有价值的
等产品；使用风能、太阳能有利于减排
；能实现能量的储存和转化，调
控电力过剩或电力不足等。
2
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2．（2024 届高考·陕西西安·统考一模）2023 年9 月杭州亚运会开幕式首次使用废碳再生的绿色甲醇作为
主火炬塔燃料，实现循环内的零排放，助力打造首届碳中和亚运会。二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示
为
。
(1)该反应一般认为通过如下步骤来实现：
①
②
总反应的
。
(2)根据以上信息判断
与
制取甲醇的反应在 （填字母）条件下可自发进行。
A．高温
B．低温
C．任何温度
(3)在恒温恒容的密闭容器中，能说明该反应已达到化学平衡状态的是 （填字母）。
A．
和
的物质的量之比保持不变
B．气体的平均相对分子质量保持不变
C．单位时间内断裂
键同时断裂
键
D．
(4)在
密闭容器中充入
和
合成
测得一定时间内混合气体中
的体积
分数
与温度的关系如图所示。
①若温度为
时，反应15 分钟，
，则
分钟内
的平均反应速率
。
②
点
，则反应的平衡常数
。
(5)使用惰性电极通过电解原理也可以制取甲醇，其反应装置如图所示：
电极a 接电源的 极（填“正”或“负”）；生成甲醇的电极反应式为
3
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。
【答案】(1)
(2)B
(3)BD
(4)
(5) 负
【详解】（1）由盖斯定律可知，①+②得总反应
，故
（2）反应为放热的熵减反应，根据
反应可以自发，则在低温下可以自发；故选B；
（3）A．
和
的物质的量之比等于系数比，为一个定值，其保持不变不能说明达到平衡，错误；
B．混合气体的平均摩尔质量为M= m/n，气体质量不变，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，正确；
C．乙醇中也存在H-O 键，故单位时间内断裂
键同时断裂
键，说明正逆反应速率不
相等，没有平衡，错误；
D．反应速率比等于系数比，
，说明正逆反应速率相等，达到平衡状态，正确；
故选BD；
（4）①若温度为
时，反应15 分钟，
；
此时总的物质的量为4-2a，
，a=0.75mol，则
分钟内
的平均反应速率
；
②反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，甲醇含量减小，由图可知，b 点为平衡状态点；
点
，则
，
，则二氧化碳、氢气、甲醇、水的浓度分别为
4
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、
、
、
，反应的平衡常数
；
（5）a 极二氧化碳在酸性条件下得到电子发生还原反应生成甲醇：
，则a 为
阴极，与负极相连。
3．（2024 届高考·陕西咸阳·统考一模）甲烷是一种清洁能源，也是一种重要的化工原料，常用作合成甲醇。
(1)1840 年瑞士化学家盖斯通过大量的实验证明：不管化学反应是 ，其反应热都是相同的，这就是
盖斯定律。已知甲烷、碳单质、氢气的燃烧热分别为
、
、
。则甲烷裂
解制备炭黑的热化学方程式为 。
(2)科学家们曾尝试用甲烷催化法消除汽车尾气中的NO，反应的热化学方程式为
。
①该反应 (填“能”或“不能”)自发进行。
②向绝热、恒容密闭容器中加入一定量的
和
发生反应，下列能判断该反应到达平衡状态的
是 (填字母)。
a．体系中混合气体的压强不变
b．体系中
c．体系的温度不变
d．混合气体的平均相对分子质量不变
e．混合气体的密度不变
(3)以甲烷为原料通过以下反应合成甲醇：
。现将
和
充入恒容密闭容器中，在不同温度和压强下进行上述反应。测得平衡时甲醇的
物质的量随温度、压强的变化如图所示：
①结合反应原理及图像分析可知：
时降低温度，
(填“增大”、“减小”或“不变”)；
(填“>”、“<”或“=”)。
E
②、F、N 点对应的化学平衡常数大小关系为 (用
、
、
表示)。
③
，若F 点对应的平衡时
，总压强为4MPa，则用分压代替浓度表示F 点的平衡常数
(分压
总压物质的量分数)。
5
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(4)
加氢制甲醇也具有重要的经济价值，其热化学方程式为
，已知m 为起始时
和
的投料比。下图中其中投料比最大的是 (填“
”、“
”或
“
”)，理由是 。
【答案】(1) 一步完成还是分几步完成
(2) 能 ac
(3) 减小 >
1.25
(4)
保持
不变，增大
，平衡正向移动，
的平衡转化率增大
【详解】（1）1840 年瑞士化学家盖斯通过大量的实验证明：不管化学反应是一步完成还是分几步完成，
其反应热都是相同的，这就是盖斯定律；
根据燃烧热分别写出热化学方程式，
①
②
③
根据盖斯定律计算③-
-2
①
②得
，故
答案为+73.5kJ/mol；
（2）①该反应为熵增焓减的反应，
，反应能自发进行；
②向绝热、恒容密闭容器中加入一定量的
和
发生反应
；
a．反应为气体体积不变的反应，根据理想气体状态方程pV=nRT，温度变化，故压强也是变量，根据“变
量不变达平衡”，体系中混合气体的压强不变能说明反应达平衡状态，选项a 正确；
b．随着反应的进行，根据物质计量数关系，反应后体系中保持
，无法说明反应达平
衡状态，选项b 错误；
c．反应为放热反应，随着反应的进行温度发生变化，当体系的温度不变时反应达平衡，选项c 正确；
d．反应为气体体积不变的反应，气体总质量、总物质的量不变，混合气体的平均相对分子质量始终不变，
6
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无法说明反应达平衡，选项d 错误；
e．反应为气体体积不变的反应，气体总质量、总体积不变，混合气体的密度始终不变，无法说明反应达
平衡，选项e 错误；
答案选ac；
（3）①正反应为放热反应，降低温度，平衡正向移动，则P1时降低温度，n(CH4)减小，增大压强，平衡
正向移动，CH4的物质的量减小，则p1＞p2；
②升高温度，平衡正向移动，平衡常数增大，相同温度平衡常数相同，则有
；
③根据数据列三段式：
此时总压强为4MPa，则P(CH4)=
×4 MPa=1.6MPa，P(O2)=0.8MPa，P(CH3OH)=1.6MPa，则Kp=
=1.25MPa-1；
（4）根据图中信息可知，保持
不变，增大
，平衡正向移动，
的平衡转化率增大，故其
中投料比最大的是
。
4．（2024 届高考·湖南长沙·高三一模）硫酸工业存在
的催化氧化反应：
。几种物质的相对能量如图所示。
回答下列问题：
(1)1740 年英国人沃德发现了硝化法制硫酸，随之，探究出了NO 参与
的催化氧化反应的两步基元反应
历程：
①
②
其中，
。能否用
与
的大小判断决定
的催化氧化反应速率的基元反应?并
阐释原因 。
(2)某化学学习小组在下列条件下，在起始体积相同的甲、乙两个密闭容器中发生反应
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。
容器
甲
乙
反应条
件
500℃、恒容
（1L）
500℃、恒压（
kPa）
起始量
2.0mol
和2.0mol
当反应达到平衡时，甲容器气体压强较起始时减小了20%。
①甲、乙容器中的反应先达到平衡的是 （填“甲容器”或“乙容器”）。
500℃
②
时，甲容器中该反应的平衡常数是 （保留一位小数）。
③反应均达到平衡后乙容器比甲容器中数值大的是 （填标号）。
a．
的转化率 b．平衡常数 c．
的浓度 d．
的体积分数
(3)某科研团队对
的催化氧化反应进行探究，在三个恒容密闭容器中起始投料量如表。测得
的平衡
转化率与投料、温度的关系如图。
容器
/mol
/mol
A
2
1
B
1.5
1.5
C
1
2
①曲线Ⅰ代表的是 （填“A”“B”或“C”）容器。
②随着温度升高，不同投料对应的
的平衡转化率趋向相同，其主要原因可能是 。
【答案】(1) -112 不能，反应热的大小与反应的活化能无关，只能用反应的活化能来判断决定反
应速率的基元反应
(2) 乙容器
ac
(3) A 温度对平衡的影响远远大于投料分配对平衡的影响
【详解】（1）
，设O2(g)的相对能量为x，则由相对能量
图可知
，解得x=
，1molNO2的相对能量为
429kJ，1molNO 的相对能量为486kJ，则反应①的ΔH1=[2×429-2×486-(-2)]
=-112kJ/mol；反应热的
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大小与反应的活化能无关，只能用反应的活化能来判断决定反应速率的基元反应。
（2）容器甲中气体压强比起始时减小了20%，根据压强和物质的量成正比可知，气体的物质的量比起始
时减小了20%，则平衡时气体的物质的量减小了4mol×20%=0.8mol，根据反应2SO2(g)+O2(g)
2SO
⇌
3(g)，减
小的气体的物质的量即为消耗氧气的物质的量，所以消耗氧气0.8mol，则消耗SO2的物质的量为1.6mol，
生成SO3的物质的量为1.6mol，平衡时 SO2的物质的量为0.4mol，氧气为1.2mol，SO3为1.6mol。
①甲容器恒容，乙容器恒压，该反应是气体体积减小的反应，随着反应进行，恒压容器体积不断减小，气
体的物质的量浓度比甲容器中的大，反应速率快，先达到平衡，故答案为：乙容器。
②容器体积为1L，则平衡时各物质的量即为其平衡浓度，则500℃时，甲容器中该反应的平衡常数是
=13.3L mol
⋅
−1。
③甲乙两容器起始时体积相同，加入的气体的物质的量也相同，甲容器恒容，乙容器恒压，乙容器相当于
在甲容器平衡后增大压强，平衡正向移动，则SO2的转化率乙容器比甲容器大，O2的体积分数乙容器比甲
容器小；平衡常数只和温度有关，甲容器和乙容器平衡常数相等；平衡时乙容器体积比甲容器小，SO3的
物质的量比甲容器多，则SO3的浓度乙容器比甲容器大；故选ac。
（3）①增加一种反应物的量，会使其他反应物的转化率增大，所以A 容器中SO2的转化率最大，所以曲
线Ⅰ代表的是A 容器。
②随着温度升高，不同投料对应的SO2的平衡转化率趋向相同，其主要原因可能是温度对平衡的影响远远
大于投料分配对平衡的影响。
5．（2024 届高考·四川绵阳·统考一模）甲酸甲酯(HCOOCH3)是一种重要的有机合成中间体，可通过甲醇
催化脱氢法制备，其工艺过程包含以下反应：
反应Ⅰ：2CH3OH(g)=HCOOCH3(g)+2H2(g) K1，△H1=+51.2kJ•mol-1
反应Ⅱ：CH3OH(g)=CO(g)+2H2(g) K2，△H2=+90.1kJ•mol-1
回答下列问题：
(1)反应HCOOCH3(g)=2CO(g)+2H2(g)的△H3= kJ•mol-1，K3= (用K1、K2表示)。
(2)对于反应Ⅰ：增大压强，平衡 移动(填“向左”“向右”或“不”)。保持压强不变，要缩短反
应达到平衡的时间，可采取的措施是 、 。
(3)在400kPa、铜基催化剂存在下，向密闭容器中通入CH3OH 进行Ⅰ、Ⅱ两个反应。体系中气体平衡组成
比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。
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①随温度升高，CH3OH 的平衡组成比例呈现如图所示趋势的原因是 。
550K
②
时，反应2CH3OH(g)=HCOOCH3(g)+2H2(g)的平衡常数Kp= kPa，CH3OH 的平衡转化率为
。
③研究表明，在700K 以后升高体系温度，HCOOCH3的产率下降，可能的原因是 。
【答案】(1) +129.0
(2) 向左 升高温度 改良催化剂
(3) 反应Ⅰ、Ⅱ均为吸热反应，升高温度，平衡均向正反应方向移动 64 47.4% 反应Ⅰ
的选择性下降
【详解】（1）根据盖斯定律反应Ⅲ=2×反应Ⅱ-反应I，△H3=2
H
△
2-
H
△
1=2×(+90.1kJ•mol-1)-
( +51.2kJ•mol-1)= +129.0 kJ•mol-1；K3=
；
（2）对于反应Ⅰ：增大压强，平衡气体体积减少的方向移动即向左移动；保持压强不变，要缩短反应达
到平衡的时间，就是加快反应速率，可以采用升高温度和改良催化剂的措施；
（3）①反应Ⅰ、Ⅱ均为吸热反应，升高温度，平衡均向正反应方向移动，CH3OH 的平衡组成比例下降；
②在400kPa 铜基催化剂存在下，密闭容器中发生反应Ⅰ：2CH3OH(g)=HCOOCH3(g)+2H2(g)和反应Ⅱ：
CH3OH(g)=CO(g)+2H2(g)，550K 时CH3OH 的物质的量分数等于H2的物质的量分数等于0.4，CO 的物质的
量分数为0.04，则HCOOCH3的物质的量分数等于1-0.4-0.4-0.04=0.16，
=
=0.4×400=160kPa，
P(CO)=0.04×400=16 kPa，
=0.16×400=64 kPa，Kp=
=
；根据碳原子守
恒，CH3OH 的平衡转化率=
；在700K 以后升高体系温度，HCOOCH3的
产率下降，可能的原因是反应Ⅰ的选择性下降。
6．（2024 届高考·浙江温州·统考一模）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：
10
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主反应：
副反应：
(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：
。
(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
，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
(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
，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
11
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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 。
A．生成
的总物质的量与苯乙烯相等
B．因为
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)
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)，
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
的移出率对平衡转化率的影响 D
(3)
AE
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【详解】（1）根据图像可知：
①
；
②
；
③
；
根据盖斯定律：③-
+
②①，得
；
（2）①
，
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
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)，
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
的移出率对平衡转化率的影响；
A
③．该过程有副反应发生，生成
的总物质的量与苯乙烯不相等，故A 错误；
B．主反应为可逆过程，始终有
存在，故反应器中发生副反应，故B 错误；
C．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．膜反应器可降低反应温度，减少副反应的影响，故D 正确；
答案选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，由于该反应吸热且正反应为气体体积增大的反应，
则：
A．升温可以增大反应速率，同时可以使平衡正向移动，A 符合题意；
B．降温会使反应速率降低，无法达到或接近原有的反应速率，B 不符合题意；
C．增大压强平衡会向着气体体积减小的方向移动，即逆向移动，C 不符合题意；
D．减小压强会使反应速率降低，无法达到或接近原有的反应速率，D 不符合题意；
E．使用催化剂可以加快反应速率，达到或接近原有的反应速率，由于反应速率加快，则单位时间内的产
率升高，E 符合题意；
故选AE。
13
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7．（2024 届高考·河南新乡·统考一模）苯乙稀是生产塑料和合成橡胶的重要有机原料，可由乙苯催化脱氢
获得。
(1)科技工作者结合实验与计算机模拟结果，研究了一个乙苯分子在催化剂表面脱氢制苯乙烯的反应，其历
程如图所示(吸附在催化剂表面的物质用*标注)：
乙苯脱氢制苯乙烯反应的焓变
(填“>”“<”或“=”)0，为提高乙苯的平衡转化率，应选择的
反应条件为 (填标号)。
A．低温、高压 B．高温、低压 C．低温、低压 D．高温、高压
(2)有研究者发现，在
气氛中乙苯催化脱氢制苯乙烯更容易进行，反应历程如图：
①该过程的总反应的化学方程式为 。
②根据反应历程分析，催化剂表面酸碱性对乙苯脱氢反应影响较大，如果催化剂表面碱性太强，会降低乙
苯的转化率，碱性太强使乙苯转化率降低的原因是 (写一点即可)。
③从资源综合利用角度分析，
氧化乙苯脱氢制苯乙烯的优点是 。
(3)
恒压下，将
乙苯蒸气通入体积可变的密闭容器中发生乙苯脱氢制苯乙烯反应。
①
时，反应经过
达到平衡，此时苯乙烯的体积分数为0.375，则乙苯的转化率为 ，
内的平均反应速率
，该温度下的
。
②
时，若再向体系中通入氮气，此时
(填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】(1) > B
(2)
(g)+CO2(g)
(g)+CO(g)+H2O(g) 催化剂表面碱性太强，
则带负电荷的氢氧根离子较多，不利于
的吸附，且碱性物质会和二氧化碳反应，导致吸附在催化剂表面
的二氧化碳减少，从而降低了乙苯的转化率
来源广泛，简单易得，利用
氧化乙苯脱氢制苯
乙烯能减少
的排放，减少温室效应，实现“碳中和”
(3) 60% 3.75 56.25 减小
14
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【详解】（1）由图可知，反应的总能量小于生成物的总能量，该反应为吸热反应，ΔH>0；乙苯在催化剂
表面脱氢制苯乙烯的总反应为
(g)⇌
(g)+H2(g)，该反应为气体体积增大的
吸热反应，升高温度、减小压强均能使平衡正向移动，均能提高乙苯的平衡转化率，因此提高乙苯的平衡
转化率，应选择的反应条件为高温、低压，故选B。
（2）①由反应历程图可知，该过程的总反应的化学方程式为
(g)+CO2(g)
(g)+CO(g)+H2O(g)；
②根据反应历程可知，催化剂表面需要活化吸附
，该微粒带负电荷，如果催化剂表面碱性太强，则带负
电荷的氢氧根离子较多，不利于
的吸附，且碱性物质会和二氧化碳反应，导致吸附在催化剂表面的二氧
化碳减少，从而降低了乙苯的转化率；
③
来源广泛，简单易得，利用
氧化乙苯脱氢制苯乙烯能减少
的排放，减少温室效应，实现
“碳中和”。
（3）①列出三段式：
，
则
，解得
，乙苯的转化率为
；
内的平均反应速率
；该温度下的
；
②
时，若再向体系中通入非反应性气体氮气，反应体系中各组分浓度减小，则此时
减小。
8．（2024 届高考·广西柳州·统考一模）二氧化碳催化加氢制甲醇，能助力“碳达峰”，涉及反应有：
反应①
反应②
反应③
(1)反应②自发进行的条件是 (填“高温”、“低温”或“任意温度”)，反应③
。
(2)反应③在热力学上趋势大于反应①，其原因是 。
(3)反应③有催化剂和无催化剂作用下的反应机理如图所示(其中标有*的为吸附在催化剂表面上的物种，TS
为过渡态)，催化剂可使反应历程中决速步骤的活化能降低 eV(eV 为能量单位)。
15
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(4)在
下，
和
按物质的量之比为
进行投料，只发生反应①和反应③，平衡时CO 和
在含碳产物中的物质的量分数及
转化率随温度的变化如图所示。
①图中a 代表的物质是 。
q
②曲线在250℃之后随温度升高而增大的原因是 。
250℃
③
时，反应①的平衡常数
(
为以分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数)。
(5)向一定浓度的
溶液通入
至饱和，在电极上反应生成
，电解原理如图所示(阴、阳极
区溶液均为
溶液)。电解过程中生成尿素的电极反应式为 。
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【答案】(1) 低温
(2)反应③是放热反应，反应①为吸热反应
(3)0.20
(4)
250℃之后反应①为主反应
(5)
【详解】（1）反应②的△H<0，△S<0，若△G=
H-T
S<0
△
△
，需满足低温，因此需要低温自发；反应③=
反应①+反应②，则△H3=
H
△
1+
H
△
2=+41kJ/mol+(-90kJ/mol)=-49 kJ/mol；
（2）反应③在热力学上趋势大于反应①，其原因是反应③是放热反应，反应①为吸热反应；
（3）由图知TS3步活化能最大，为该反应的决速步，未使用催化剂时的活化能为1.8eV-0.2eV=1.6eV，使
用催化剂时的活化能为0.4eV-(-1.0eV)=1.4eV，故使用催化剂使该步骤的活化能降低了0.2eV；
（4）反应①为吸热反应，反应③为放热反应，平衡后升高温度，甲醇的物质的量减少，CO 的物质的量增
加，a 曲线代表甲醇，b 曲线代表CO，q 曲线代表CO2的转化率随温度的变化；250°C 之前以反应③为主，
升高温度，反应③逆向移动，CO2的转化率降低，250°C 之后以反应①为主，升高温度，反应①正向移动，
CO2的转化率增大；250°C 时，二氧化碳的转化率为20%，CO 和CH3OH 的物质的量分数相等，发生反应
①和③：
由二氧化碳的转化率为20%得出5×20%=2x，x=0.5mol，平衡后各物质的物质的量为：n(CO2)=4mol，
n(H2)=17-4x=15mol，n(CO)=0.5mol，n(H2O)=2x=1mol，n(CH3OH)=0.5mol，n(总)=4+15+0.5+0.5+1=21mol，
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Kp=
=
；
（5）电解过程中生成尿素的电极为阴极，发生还原反应，由硝酸根离子和二氧化碳在酸性条件下生成尿
素，电极反应式为：
。
9．（2024 届高考·四川宜宾·统考一模）“氰化提金”产生的废水中含有一定量的
，为处理含氰废水科
研人员进行了大量研究。回答下列问题：
(1)25℃，氢氰酸(HCN)、碳酸在水中的电离常数如下表：
酸
HCN
①常温下，将
的HCN 溶液加水稀释至1000mL，溶液的pH 6(填“>”“<”或“=”)。
②常温下，pH 相等的NaCN 和
溶液相比，浓度较大的是 (填化学式)溶液。
③将少量
通入NaCN 溶液中，反应的离子方程式是 。
④常温下，在
溶液中加入
溶液。所得混合溶液中离子浓度由
大到小的顺序是 。
(2)HCN 的电子式是 。
(3)电解法处理含氰废水也是常用方法之一，其原理如图所示。
①电解时，阴极是 (填“A”或“B”)。
②电解时，
发生反应的电极反应式是 。
③常温下，为了研究pH 对除氰效率的影响，控制电流密度为
，电解时间1h，测得除氰效率(%)随
pH 变化如图所示。结合图中信息分析，当
，除氰效率降低，原因是 。
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【答案】(1) < NaCN
(2)
(3) A
在电流密度、电解时间一定条件下，
，OH-参与放电，CN-放电减少，导致除氰效率降低
【详解】（1）①HCN 是弱酸，加水稀释继续电离出H+，电离平衡正向移动，将
的HCN 溶液
加水稀释至1000mL，溶液的pH<6；
②酸性HCN>
，Na2CO3的水解大于NaCN 的水解，pH 相等的NaCN 和Na2CO3，浓度较大的是NaCN
溶液；
③由于酸性H2CO3>HCN>
，将少量
通入NaCN 溶液中只能生成NaHCO3和HCN，反应的离子方
程式是
；
④在
溶液中加入
溶液，反应后溶质是物质的量之比为1:1 的
HCN 和NaCN，HCN 的电离常数为
，CN-离子的水解常数为Kh=
=
=1.6×10-3，
水解大于电离，溶液显示碱性，c(OH-)>c(H+)，根据电荷守恒得知：c(Na+)+c(H+)=c(CN-)+c(OH-)，则
c(Na+)>c(CN-)，混合溶液中离子浓度由大到小的顺序是
；
（2）HCN 的电子式是：
（3）①根据图示可知，B 极发生CN-失去电子生成N2和
离子，是氧化反应，B 极为阳极，A 极为阴
极；
②电解时，
失去电子发生氧化反应，电极反应式是
；
③当
时溶液的碱性强，OH-离子失去电子参与放电，CN-放电减少，导致除氰效率降低。
10．（2024 届高考·四川自贡·统考一模）丙烯是重要的化工原料，可用于生产丙醇、卤代烃和塑料。回答
下列问题：
(1)工业上用丙烯加成法制备1，2-二氯丙烷，主要副产物为3-氯丙烯，反应原理为：
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①
②
已知：
的活化能
为
，则该反应的活化
能
为
。
(2)某研究小组向密闭容器中充入一定量的
和
，分别在
、
两种不同催化剂作用下发生
反应①，一段时间后测得
的产率与温度的关系如下图所示。
①下列说法错误的是 (填代号)。
A．使用催化剂
的最佳温度约为
B．相同条件下，改变压强不影响
的产率
C．两种催化剂均能降低反应的活化能，但
不变
D．P 点是对应温度下
的平衡产率
②在催化剂
作用下，温度低于
时，
的产率随温度升高变化不大，主要原因是
。
(3)
在不同温度下达到平衡，在总压强分别为
和
时，测得丙烷及丙烯的物
质的量分数如图所示。
a
①．d 代表 (填“丙烷”或“丙烯”)，
(填“大于”、“小于”或“等于”)。
②起始时充入一定量丙烷，在恒压
条件下发生反应，
点对应温度下丙烷的转化率为
(保留1 位小数)，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
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物质的量分数)。
【答案】(1)132
(2) BD 温度较低、催化剂的活性较低，对化学反应速率影响小
(3) 丙烷 大于
0.025
【详解】（1）根据盖斯定律定律①-②得：
，反应的焓变等于正反应的活化能减去逆反应的活化能，
则
-
=-32kJ/mol，
=132
；
（2）①A．由图示可知使用催化剂A 时产率最高时，温度约为250℃，所以使用催化剂A 的最佳温度约为
250℃，故A 正确；
B．反应①是一个气体分子数减少的反应，改变压强可以使该反应的化学平衡发生移动，故的产率会随着
压强的改变而改变，故B 错误；
C．催化剂能降低反应的活化能，加快反应的速率，但不影响反应焓变
，故C 正确；
D．250℃以后，
的产率随温度升高而降低，该反应为放热反应，升高温度平衡向右移动，
的产率降低，P 点不是
的最高产率，则可能为对应温度的平衡产率，但不
一定是对应温度下
的平衡产率，故D 错误；
故选BD。
②在催化剂
作用下，温度低于
时，
的产率随温度升高变化不大，主要原因是温度
较低、催化剂的活性较低，对化学反应速率影响小；
（3）①此反应是吸热反应，温度升高平衡正向移动，丙烷的物质的量分数减小，丙烯的物质的量分数增
大，由图知，a、d 曲线平衡时物质的量分数随温度升高而降低，所以a、d 曲线代表丙烷；反应为气体分
子数增大的反应，温度一定，压强增大，平衡逆向移动，平衡时反应物丙烷物质的量分数增大，故p1大于
p2；
②图中可知，丙烷在Q 点物质的量分数为50%，设丙烷物质的量为1mol，消耗物质的量为amol，列出三
段式可得：
，
，则Q 点对应温度下丙烷的转化率为33.3%；Q 点C3H8的物质的量分数为
50%，C3H6和H2的物质的量分数为25%，该反应的平衡常数
。
11．（2024 届高考·四川内江·统考一模）
和
的催化重整对温室气体的减排具有重要意义，其反应
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为：
回答下列问题：
｡
(1)已知相关物质的燃烧热(25℃､101kPa)：
物质
燃烧热
？
-283.0
-285.8
则
燃烧热
｡
(2)其他条件相同，在不同催化剂(A､B)作用下，反应
进行相同时间后，
CO 的产率随反应温度的变化如图所示｡
①由图可知，催化效果较好的催化剂是 ，在催化剂A､B 作用下，它们反应活化能分别用
､
表示，
则
(填“>”“<”或“=”)｡
w
②
点 (填“能”或“不能”)表示上述反应达到平衡状态，理由是 ｡
③速率大小比较：y 点对应的
z 点对应的
(填“>”“<”或“=”)｡
(3)将原料
和
按等物质的量充入密闭容器中，保持体系压强为100kPa 发生反应：
达到平衡时，
｡
体积分数与温度的关系如
图所示｡
①若A､B､C 三点表示不同温度和压强下达到平衡时
的体积分数，则 点对应的平衡常数最小，理
由是 ｡
②
､100kPa 下，达平衡时
转化率= ；该温度下，此反应的平衡常数
(以分压
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表示，分压=总压强×气体成分的物质的量分数)｡
【答案】(1)-890.3
(2) A < 能 催化剂不影响平衡状态，相同条件下使用不同催化剂达平衡时CO 产率相同
<
(3) A 该反应为吸热反应，降低温度，平衡逆向移动，平衡常数减小 25%
【详解】（1）
的燃烧热为-283.0
，则2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)
H=-566.0
△
①；
的燃烧热为-285.8
，则2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)
H=-571.6
△
②；
③；
根据盖斯定律③+
+
②①得CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)
H=247.3
△
-571.6
-566.0
=-890.3
；所以
燃烧热△H=-890.3
。
（2）①由图可知，催化剂A 在较低温度下反应速率快，催化效果较好的催化剂是A；催化剂A 在较低温
度下反应速率快，使用催化剂A 时活化能低，则
<
｡
②催化剂不影响平衡状态，相同条件下使用不同催化剂达平衡时CO 产率相同，w 点能表示上述反应达到
平衡状态｡
y
③、z 反应都没有达到平衡状态，反应正向进行
<
，z 点温度高反应速率快，z 点对应的
大于y 点
；所以y 点对应的
<z 点对应的
。
（3）①正反应吸热，降低温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，若A､B､C 三点表示不同温度和压强下达
到平衡时
的体积分数，则A 点对应的平衡常数最小｡
②
､100kPa 下，设起始CH4、CO2的等物质的量为a mol，转化的CH4的物质的量为x mol，则
达到平衡时
体积分数为30%，则
，
转化率=
；该温
度下，此反应的平衡常数
｡
12．（2024 届高考·上海浦东新·统考一模）与氨气相关的化学变化是氮循环和转化的重要一环，对生产、
生活有重要的价值。
(1)下图转化途径中属于“固氮”的是___________。
23
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A．④⑤⑥
B．①③④
C．①⑤⑦
D．②⑧⑨
(2)合成氨是目前转化空气中氮最有效的工业方法，其反应历程和能量变化的简图如下：(图中
表示物质
吸附在催化剂表面时的状态)
①由图可知合成氨反应
的
，对总反应速率影响较大
的是步骤 。(填写编号)
②若改变某一条件，使合成氨的化学反应速率加快，下列解释正确的是 。
A．升高温度，使单位体积内活化分子百分数增加
B．增加反应物的浓度，使单位体积内活化分子百分数增加
C．使用催化剂，能降低反应活化能，使单位体积内活化分子数增加
D．增大压强，能降低反应的活化能，使单位体积内活化分子数增加
(3)氨是极具前景的氢能载体和性能卓越的“零碳”燃料，利用
的燃烧反应(
)能设计成燃料电池，其工作原理如图所示。电极为 (选填“正”
或“负”)极；电极
的电极反应式为 ；当正负极共消耗
(标准状况)气体时，通过负载
的电子数为 个。
合成氨厂的可用于合成重要化工原料
，主要反应为：
，
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向两个容积固定为
的密闭容器中分别充入比例相同，但总量不同的
和气体，
的平衡转化率与初始
充入物质的量(n)、反应温度(T)的关系如下图所示。
(4)①若
时，向容器中充入
气体(
和
)，反应至
时达到平衡，则
内
的平均反应速率
。
②由上图可判断该反应是 (选填“吸热”或“放热”)反应，在 (填“较高”或“较
低”)温度下有利于该反应自发进行。
③判断图中
、
相对大小，并说明理由。 。
【答案】(1)B
(2) -92.2
AC
③
(3) 正
(4)
放热 较低 在恒容、恒温条件下，增大反应物总量(原料比例相
同)，相当于加压，平衡向正反应方向进行，
的平衡转化率增大。读图可知，同在
时，曲线
对应
的平衡转化率比曲线
高，所以初始充入物质的量多，即
【详解】（1）氮的固定指的是将游离态的氮转化为化合物，符合要求的是①③④；
（2）由图中可知，氮气和氢气反应生成氨气的焓变为-（500-100-307.8）kJ/mol=-92.2kJ/mol；活化能越大，
对化学反应速率影响越大，故对总反应影响最大的是步骤③；升高温度，使分子的能量增大，活化分子百
分数增大，A 正确；增大反应物浓度，单位体积内分子总数增多，但活化分子百分数不变，单位体积内活
化分子总数增多，B 错误；催化剂降低活化能，增大活化分子百分数，C 正确；增大压强，不能改变活化
能，D 错误；
（3）电极b 氧气得电子被还原，是正极，则电极a 为负极，氨气失电子被氧化为氮气，电极反应方程为：
；4NH3~12e-~3O2，当正负极总共消耗
气体时，转移
电子数为
；
（4）根据化学反应速率之比等于对应化学计量数之比有：
；升高温度平衡氢气的转化率降低，平衡逆向移
动，则反应正向放热，反应正向体积减小，
，当
时，T 较小，该反应低温
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自发；反应正向体积减小，在恒容、恒温条件下，增大反应物总量(原料比例相同)，相当于加压，平衡向
正反应方向进行，
的平衡转化率增大。读图可知，同在
时，曲线
对应
的平衡转化率比曲线
高，
所以初始充入物质的量多，即
。
13．（2024 届高考·江西上饶·统考一模）Ⅰ、
的资源化可以推动经济高质量发展和生态环境质量的持
续改善，回答下列问题：
(1)
和
都是主要的温室气体。发生催化重整反应
已知
时，相关物质的燃烧热数据如下表：
物质
燃烧热
反应的
(2)将原料按初始组成
充入密闭容器中，保持体系压强为
发生反应。达到平衡
时，
体积分数与温度的关系如图所示：
若A、B、C 三点表示不同温度和压强下达到平衡时
的体积分数，则 点对应的平衡常数最
小，理由是
(3)在恒温恒容装置中通入等体积
和
，发生上述反应，起始压强为p，
的平衡转化率为。达
平衡时，容器内总压为 。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，用、
表达，并化为最简式)。
(4)其他条件相同，在不同催化剂(A、B)作用下，
的产率随反应温度的变化如图所示：
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①在催化剂A、B 作用下，它们正、逆反应活化能差值分别用
、
表示，则
(填“>”“<”或“=”下同)。
y
②点对应的
z 点对应的
。
Ⅱ.运用电化学原理可以很好利用
资源。
(5)火星大气由
的二氧化碳气体组成，火星探测器采用
电池供电，其反应机理如下图：
写出
电极反应式： 。
【答案】(1)+247.3
(2) A 该反应是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，平衡常数增大；A、B、C 三点中，A 点温
度最低
(3)
(4) = <
(5)
【分析】根据各物质的燃烧热可得：
①
，②
，
③
根据盖斯定律，
可得
催化重整反应，
计算焓变值。根据图示可知：左侧Li 电极为负极，Li 失去电子变为Li+进入电解质中，则负极Li 电极的电
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极反应式为：Li-e-=Li+；在CO2电极上，CO2得到电子变为C 单质同时产生
，
与电解质中的Li+结
合形成Li2CO3，则正极的电极反应式为：
。
【详解】（1）根据各物质的燃烧热可得：①
，②
③
根据盖斯定律，
可得
催化重整反应的
，故答案为：+247.3；
（2）该反应焓变大于0，为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，平衡常数增大，温度越低，平衡常数越
小，所以A 点对应的平衡常数最小，故答案为：A；该反应是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，平衡
常数增大；A、B、C 三点中，A 点温度最低；
（3）在恒温恒容装置中通入等体积CO2和CH4，发生反应：CH4(g)+CO2(g)=2H2(g)+2CO(g) △H=+247.3
kJ/mol，起始压强为p，假设反应开始时CO2和CH4的物质的量分别是1 mol，CO2的平衡转化率为α，则根
据物质反应转化关系可知反应产生达平衡时，H2、CO 的物质的量分别是2α mol，CO2和CH4的物质的量分
别是(1-α) mol，此时容器中气体的总物质的量为
，
在恒温恒容条件下气体的物质的量与压强呈正比，则
，解得
，即平衡时容器内
总压为(1+α)p；平衡时各种气体所占的平衡分压分别是：p(CH4)=p(CO2)=
=
；
p(H2)=p(CO)=
= αp，则该反应的平衡常数Kp=
，故答案为：
；
；
（4）①不同的催化剂，改变的只是反应的活化能。对于同一反应而言，正、逆反应活化能的差值即为该
反应的反应热，而催化剂只改变反应的活化能，不能改变反应的反应热，所以正、逆反应活化能的差值相
等，即
。
②由图可知，z 点的温度高于y 点，温度越高，反应速率越快，所以y 点对应的
点对应的
，故答案
为：=，<；
（5）根据图示可知：左侧Li 电极为负极，Li 失去电子变为Li+进入电解质中，则负极Li 电极的电极反应
式为：Li-e-=Li+；在CO2电极上，CO2得到电子变为C 单质同时产生
，
与电解质中的Li+结合形成
Li2CO3，则正极的电极反应式为：
， 故答案为：
。
14．（2024 届高考·陕西渭南·统考一模）随着时代的进步，人类对能源的需求量与日俱增，我国全球首套
焦炉气化学合成法生产无水乙醇的工业示范项目打通全流程实现，项目投产成功。
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(1)
(用含
、
、
的
代数式表示)。
已知：
i．
ii．
iii．
(2)在恒温恒容密闭容器中充入3mol
和6mol
仅发生反应
，下列叙述不正确的是___________(填标号)。
A．混合气体总压强不随时间变化时，反应达到平衡状态
B．反应达到平衡时，
体积分数可能为33.33%
C．反应达到平衡后，再同比例充入CO、
，则CO、
的平衡转化率不变
D．反应达到平衡后，再加入高效催化剂，乙醇平衡产率保持不变
(3)醋酸酯加氢制乙醇是一个乙酰基产物制备乙醇的路线，历程一般认为可分为如下步骤(*代表催化剂位点，
已知：
)；
a．
b．
(快)
c．
(慢) d．
e．
……
其中，在b 和c 的步骤中，活化能较小的是 (填标号，下同)，控制总反应速率的步骤是 ，
分析上述步骤，副产物除
外，还可能有 (写一种即可，合理即可)。
(4)甲醇也是新能源的重要组成部分。以
、
为原料合成
涉及的反应如下：
iv．
v．
vi．
在不同压强下、按照
进行投料，在容器中发生上述3 个反应，平衡时，CO 和
在含碳产物(即
和CO)中物质的量分数及
的转化率α 随温度的变化如图，
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压强
、
、
由大到小的顺序为 ，曲线 (填“m”或“n”)代表
在含碳产
物中物质的量分数，在
℃
下，压强为
时，反应ⅴ的浓度平衡常数
(填含α 的表达式)。
【答案】(1)
(2)BC
(3) b c 乙醛
(4)
m
【详解】（1）由盖斯定律可知：目标反应=ⅰ+ⅱ+ⅲ，则
；
（2）恒容容器中反应正向体积减小，总压强不变说明各组分含量不再变化，达到平衡，A 正确；设CO 变
化量为3xmol，则CO、H2、CH3CH2OH、CH3OH、H2O，的平衡量分别为（3-3x）mol、（6-6x）mol、
xmol、xmol、xmol，CH3OH 的体积分数为
，当x=1 时其体积分数为33.33%，该反应时可逆反应，
3x≠3，则x≠1，B 错误；反应达到平衡后，再同比例充入CO、
，恒温恒容容器中相当于增大压强，平
衡则航向移动，入CO、
转化率增大，C 错误；催化剂不能改变反应限度，因此加入催化剂乙醇的平衡
转化率不变，D 正确；
（3）活化能越小反应越快，总反应速率取决于速度慢的步骤，因此活化能较小的是b，控制总反应速率的
步骤是c，根据反应历程可知，副产物可能还有乙醛；
（4）反应ⅳ、ⅵ正向体积减小，ⅴ体积不变，增大压强二氧化碳的转化率增大，相同温度下二氧化碳转
化率从小到大对应的压强顺序为P3、P2、P1，则压强从大到小的顺序为
；反应ⅳ、ⅵ正向放热，
ⅴ正向吸热，升高温度，反应ⅳ、ⅵ逆向移动，ⅴ正向移动，则升高温度二氧化碳浓度增大，甲醇浓度减
小，因此m 代表甲醇在含碳物质中的质量分数；按照
进行投料，设起始时二氧化碳和
30
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氢气浓度分别为1mol/L、3mol/L：
图中可以读出此时CO 和甲醇的物质的量分数
相等则y-z=x+z；二氧化碳的转化率为α 则x+y=α；
。
15．（2024 届高考·辽宁沈阳·高三一模）2023 杭州亚运会火炬塔燃料首次使用新型燃料—绿色零增碳甲醇，
用实际行动向世界展示了我国对碳中和的决心和成果，具体流程如下图。
回答下列问题：
(1)整个过程只消耗太阳能。
和
仅充当能量的媒介且可实现完美循环，这是典型的人工光合过程，
则过程
为 反应(填“吸热”或“放热”)。
(2)
催化加氢制备甲醇，反应如下：
主反应：
副反应：
表中数据是该反应中相关物质的标准摩尔生成焓
(标准摩尔生成焓是指在
、
由稳定
态单质生成
化合物时的焓变)。则
31
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物质
0
-394
-242
-201
(3)探究影响
合成反应化学平衡的因素，有利于提高
的产率。
的平衡转化率
和
的选择性
随温度、压强变化如下图
的选择性
，则下列说法正确的是 。
A．
B．恒温密闭体系中，加压时副反应平衡不移动
C．300~350℃曲线变化的原因可能是此时以发生副反应为主
D．加入选择性更好的催化剂，可以提高甲醇的平衡产率
E．300℃时，当体系中混合气体的平均摩尔质量不再改变，则该体系达到平衡状态
(4)在
下，恒压反应器中，按初始投料
发生反应：
，初始总压为
，反应平衡后，
的平衡转化率为
，则
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)。
(5)一种基于铜基金属簇催化剂电催化还原
制备甲醇的装置如左下图所示。控制其他条件相同，将一定
量的
通入该电催化装置中，阴极所得产物及其物质的量与电压的关系如右下图所示。
32
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b
①电极生成
的电极反应式为 。
②控制电压为
，电解时转移电子的物质的量为 mol。
【答案】(1)吸热
(2)
(3)ACE
(4)0.5
(5)
2.8
【详解】（1）整个过程只消耗太阳能，H2O 和CO2仅充当能量的媒介且可实现完美循环，这是典型的人工
光合过程，光合过程中太阳能转化为化学能（或CH3OH+O2→CO2+H2O 为放热反应），则过程
H2O+CO2→CH3OH+O2为吸热反应。
（2）CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g) ∆H1=[(-201kJ/mol)+(-242kJ/mol)]-(-394kJ/mol)=-49kJ/mol。
（3）A．主反应的正反应气体分子数减小，副反应反应前后气体分子数不变，其他条件相同时，增大压强，
主反应正向移动、CO2的平衡转化率增大，CH3OH 的选择性增大，则p1＞p2，A 项正确；
B．恒温密闭体系中，加压时主反应正向移动，CO2、H2物质的量减小，副反应平衡逆向移动，B 项错误；
C．300~350℃在不同的压强下CO2的平衡转化率趋于重合、升高温度CO2的平衡转化率增大，说明压强影
响不大、升温平衡正向移动为主，说明此时以发生副反应为主，C 正确；
D．催化剂不能使平衡发生移动，不能提高甲醇的平衡产率，D 项错误；
E．该体系中所有物质都呈气态，建立平衡的过程中混合气体的总质量始终不变，混合气体的总物质的量
是变量，混合气体的平均摩尔质量是变量，故当体系中混合气体的平均摩尔质量不再改变，则该体系达到
平衡状态，E 项正确；
答案选ACE。
（4）设CO2、H2的初始物质的量均为amol。列三段式
，
平衡总物质的量为1.6amol，平衡时CO2、H2、CH3OH、H2O 的分压依次为1MPa、0.5MPa、0.25MPa、
0.25MPa，则该反应的平衡常数Kp=
=0.5(MPa)-2。
（5）①根据图示，a 电极为阳极，b 电极为阴极，b 极上生成CH3OH 的电极反应式为CO2+6e-
+6H+=CH3OH+H2O。
②由图知，控制电压为0.8V 时，阴极生成0.2molC2H5OH 和0.2molH2，阴极的电极反应式为2CO2+12e-
+12H+=C2H5OH+3H2O、2H++2e-=H2↑，电解时转移电子物质的量为0.2mol×12+0.2mol×2=2.8mol。
16．（2024 届高考·四川绵阳·高三一模）减少CO2的排放、捕集并利用CO2是我国能源领域的一个重要战
略方向。
在CO2加氢合成甲醇的体系中，同时存在以下反应：
33
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反应ⅰ：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)
H
△
1=-48.7kJ/mol
反应ⅱ：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)
H
△
2=+41kJ/mol
(1)反应ⅲ：CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)的△H3= 。
(2)在CO2加氢合成甲醇的体系中，下列说法不正确的是_______(填序号)。
A．若在绝热恒容容器，反应ⅰ的平衡常数K 保持不变，说明反应ⅰ、ⅱ都已达平衡
B．若气体的平均相对分子质量不变，说明反应ⅰ、ⅱ都已达平衡
C．体系达平衡后，若压缩体积，反应ⅰ平衡正向移动，反应ⅱ平衡不移动
D．选用合适的催化剂可以提高甲醇在单位时间内的产量
(3)某温度下，向容积恒为1L 的密闭容器中通入lmolCO2(g)和5molH2(g)，l0min 后体系达到平衡，此时CO2
的转化率为20%。CH3OH 的选择性为50%。
已知：CH3OH 的选择性：
×100%
0~10min
①
内CO2的平均消耗速率v(CO2)= 。
②反应ⅰ的平衡常数K= (写出计算式即可)。
③反应ⅱ的净速率v=v 正-v 逆=k 正p(CO2)p(H2)-k 逆p(CO)p(H2O)，其中k 正、k 逆分别为正、逆反应的速率常数，
p 为气体的分压。降低温度时，k 正-k 逆 (选填“增大"、“减小”或“不变")。
(4)维持压强、投料比和反应时间不变，将CO2和H2按一定流速通过反应器，CO2的转化率 (CO2)和甲醇
的选择性x(CH3OH)随温度变化的关系如图所示。已知催化剂活性随温度影响变化不大，结合反应ⅰ和反
应ⅱ，分析下列问题：
①甲醇的选择性随温度升高而下降的原因 ；CO2的转化率随温度升高也下降的可能原因是 。
②不考虑催化剂活性温度，为同时提高CO2的平衡转化率和甲醇的选择性，应选择的反应条件是
(填序号)。
A．高温高压 B．高温低压 C 低温低压 D．低温高压
【答案】(1)-89.7k/mol
(2)C
(3) 0.02mol/(L·min)
减小
(4) 反应i 为放热反应，反应ⅱ为吸热反应，温度升高反应i 平衡逆向移动，反应ⅱ平衡正向移动
温度升高对反应i 中CO2转化率降低的影响大于对反应ⅱ中CO2转化率升高的影响 D
34
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【分析】利用盖斯定律将ⅰ-ⅱ=iii，即可计算出
的数值。绝热恒容容器，反应未达平衡时能量的变化使
得体系温度变化，只有达到平衡时体系温度不变，平衡常数不变。
，反应涉及到的都是气体，气体
的总质量不变；反应i 是气体体积减小的反应，反应ii 是气体体积不变的反应，则气体的总物质的量是个
变化的量，所以
是个变化的量，当
不变时反应达到了平衡，所以气体的平均相对分子质量保持不变，
说明反应体系已达平衡。
【详解】（1）（1）根据盖斯定律ⅰ-ⅱ=iii，
；故
答案为：
-89.7k/mol；
（2）A．绝热恒容容器，反应未达平衡时能量的变化使得体系温度变化，只有达到平衡时体系温度不变，
平衡常数不变。绝热恒容容器，当反应ⅰ的平衡常数K 保持不变说明反应ⅰ、ⅱ都已达平衡，A 正确；
B．根据质量守恒，混合气体的质量不变，反应i 是气体体积减小的反应，反应ii 是气体体积不变的反应，
则气体的总物质的量随着反应进行减小，气体的平均相对分子质量增大，当气体的平均相对分子质量保持
不变，说明反应体系已达平衡，B 正确；
C．体系达平衡后，若压缩体积，相当于增大压强，则反应i 平衡正向移动，会使反应i 中CO2和H2量减小，
H2O 量增大，反应ii 的化学平衡逆向移动，C 错误；
D．选用合适的催化剂可以加快反应速率，从而提高CH3OH 在单位时间内的产量，D 正确；
故答案为：C；
（3）①0 ~10 min，CO2的转化率为20%，则
，用CO2表示0 ~10 min 内平
均反应速率v(CO2)=
；
②某温度下，向容积为1 L 的密闭容器中通入1 mol CO2(g)和5 mol H2(g)，10 min 后体系达到平衡，此时
CO2的转化率为20%，则消耗的
，CH3OH 的选择性为50%，已知CH3OH 的
选择性=
则转化为CH3OH 的
。平衡时
，
，
，
，容器容积为1 L，
，
，
，
，反应i 的平衡常数
；
③反应ii 是吸热反应，降低温度，速率常数
均减小，化学平衡逆向移动，则
减小的幅度小于
，
所以
减小的幅度大于
，故
减小；
35
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故答案为： 0.02mol/(L·min)；
；减小；
（4）反应i 为放热反应，升高温度，化学平衡逆向移动，反应ii 为吸热反应，升高温度平衡正向移动，所
以甲醇的选择性随温度升高而下降。反应i 为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，二氧化碳的转化率降
低，反应ii 为吸热反应，升高温度平衡正向移动，二氧化碳的转化率上升，但温度升高对反应i 中二氧化
碳的转化率降低的影响大于反应ii 中二氧化碳的转化率的促进作用，所以二氧化碳的转化率随温度升高也
在下降；
生成甲醇的反应是气体体积减小的放热反应，要使平衡正向移动，根据平衡移动原理选择反应条件为低温
高压， D 正确；
故答案为：反应i 为放热反应，反应ⅱ为吸热反应，温度升高反应i 平衡逆向移动，反应ⅱ平衡正向移动；
温度升高对反应i 中CO2转化率降低的影响大于对反应ⅱ中CO2转化率升高的影响；D。
17．（2024 届高考·四川成都·高三一模）杭州亚运会主火炬燃料是“零碳甲醇”，这是一种利用焦炉气中
的H2和工业废气捕获的CO2生产的绿色燃料。两者在适宜的过渡金属及其氧化物催化下发生反应：
(1)①则K1= （用含K2和K3的代数式表示）；
②实验测得K1（记作lnK）与温度（T）的关系如下图所示，则该反应
0（填“>”“<”或
“=”）。
(2)从焦炉气中提取氢气，需净化原料气，尤其要脱除其中的含硫杂质。除了从环保角度考虑外，其主要目
的是 ；
(3)250℃，在甲（容积为4L）、乙（容积为2L）两刚性容器中分别充入2molCO2和6molH2，在适宜的催
化剂作用下发生合成甲醇的反应，容器内总压强随时间变化如图所示：
36
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①其中B 曲线对应 容器中压强的变化情况（填“甲”或“乙”）：
②利用图中数据计算250℃该反应的分压平衡常数Kp= （结果用分数表示）。
(4)研究合成甲醇的催化剂时，在其他条件不变仅改变催化剂种类的情况下，对反应器出口产品进行成分分
析，结果如下图所示：
在以上催化剂中，该反应选择的最佳催化剂为 ；
(5)在研究该反应历程时发现：反应气中水蒸气含量会影响CH3OH 的产率。为了研究水分子对该反应机制
的内在影响，我国学者利用计算机模拟，研究添加适量水蒸气前后对能垒较大的反应历程能量变化的影响，
如图所示（吸附在催化剂表面上的物种用*标注）：
①写出有水参与时的化学方程式 。
②资料显示：水也可以使催化剂活化点位减少。结合资料、上图及学过的知识推测在反应气中添加水蒸气
将如何影响甲醇产率及产生这种影响的原因（任答两点） 。
【答案】(1) K2K3 <
(2)防止催化剂中毒
(3) 甲
(4)ZnZrOx
(5) *OCH2+H2O*=*OCH3+*OH 水蒸气过多，平衡逆向移动，甲醇产率下降；催化剂活化点位减
少，吸附反应物能力减弱，甲醇产率下降；有水参与的历程，活化能较小，反应速率加快，甲醇产率上升
【详解】（1）①根据盖斯定律，两反应相加就是目标反应，因此K1＝K2K3，故答案为K2K3；
②由图像可知：K 随温度的升高而降低，也就是温度升高平衡逆向移动，因此该反应是正向放热的反应，
ΔH＜0，故答案为＜。
（2）没净化原料气，会导致产生二氧化硫等杂质，容易引起催化剂中毒，故答案为防止催化剂中毒。
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（3）①由图像可知：A 的起始压强比B 的起始压强大，甲容积为4L，乙容积为2L，温度相同，起始时投
料一样，因此A 对应的是乙，B 对应的是甲，故答案为甲；
②由曲线A 可知反应前压强为4MPa，平衡时压强为2.8MPa，设Δn(CO2)为x mol，则
，
，，则x＝1.2，所
以，平衡时，CO2、H2、CH3OH、H2O 的物质的量分别为0.8mol、2.4mol、1.2mol、1.2mol，则P(CO2)＝
、P(H2)＝
、P(CH3OH)＝P(H2O)＝
，
，故答案为
。
（4）由图像可知：ZnZrOx 对应CO 含量最小，目标产物CH3OH 的含量最大，因此选择最佳催化剂为：
ZnZrOx，故答案为ZnZrOx。
（5）对比无水图像可知：有水时反应为：*OCH2＋H2O*＝*OCH3＋*OH；从水蒸气的量，催化剂活化点
位数量，以及活化能变化方向考虑分析：水蒸气过多，平衡逆向移动，甲醇产率下降；催化剂活化点位减
少，吸附反应物能力减弱，甲醇产率下降；有水参与的历程，活化能较小，反应速率加快，甲醇产率上升，
故答案为*OCH2＋H2O*＝*OCH3＋*OH；水蒸气过多，平衡逆向移动，甲醇产率下降；催化剂活化点位减
少，吸附反应物能力减弱，甲醇产率下降；有水参与的历程，活化能较小，反应速率加快，甲醇产率上升。
18．（2024 届高考·江苏连云港·统考一模）氮氧化物(
、
等)的处理和资源化利用具有重要意义。
(1)
的处理。研究证明：
能提高
的分解速率，
参与了第Ⅱ步、第Ⅲ步反应。反应历程(
为反应活化能)：
第Ⅰ步：
第Ⅱ步：……
第Ⅲ步：
①第Ⅱ步发生反应的方程式为 。
②总反应的反应速率取决于第Ⅱ步，则
(填“>”、“<”或“=”)。
(2)
的应用。
分解
制取
和
的原理如下：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
反应的
(
值为平衡时用各气体的分压表示得出的值)的关系如图-1 所示。
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①
时，反应
的
为 。
②
时，向容积不变的容器中充入
和
进行反应，测得反应过程中容器内压强与时间的
关系如图-2 所示(反应开始和平衡后容器的温度相同)。在
时间段内，容器中压强增大的主要原因是
。
(3)催化电解
吸收液可将
还原为
，其催化机理如图-3 所示。在相同条件下，恒定通过电解池的
电量，电解得到部分还原产物的法拉第效率(
)随电解电压的变化如图-4 所示。已知
，
，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；
表示电解过程中通过
的总电量。
①当电解电压为
时，电解生成的
和
的物质的量之比为 。
②当电解电压为
时，催化电解
生成
的电极反应式为 。
③电解电压大于
后，随着电解电压的不断增大，
的法拉第效率迅速增大，可能原因是
(吸附在催化剂上的物种加“*”表示，如
、
等)。
【答案】(1) I(g)+N2O(g)→N2(g)+IO(g) ＞
(2) 10-4 反应Ⅰ为放热反应，随着反应的进行容器中的温度上升，导致容器内的压强增大
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(3) 15 2 NO+5e
∶
-+5H+=NH3+H2O 随着电解电压的不断增大，*NO 结合H+与e-得到*NOH（或
*NO+H++e-=*NOH）的量增多，*NOH 在催化剂表面失水转化成N2O（或2*NOH=N2O↑+H2O）的选择性增
大，导致N2O 的量增多，使N2O 的法拉第效率迅速增大
【详解】（1）①I2(g)能提高N2O 的分解速率，I2(g)是N2O 分解反应的催化剂，N2O 参与了第Ⅱ、Ⅲ步的反
应，结合题给第Ⅰ、Ⅲ步的反应和N2O 的分解反应[2N2O(g)
2N2(g)+O2(g)]可知，第Ⅱ步发生反应的方
程式为I(g)+N2O(g)→N2(g)+IO(g)。
②总反应的反应速率取决于第Ⅱ步，说明第Ⅱ步的反应速率最慢，活化能越小、反应速率越慢，则Ea2＞
Ea3。
（2）①由图-1 可知，430K 时，-lgK1=1.1、-lgK2=2.9，则K1=
=10-1.1、K2=
=10-
2.9，反应2ICl(g)
I2(g)+Cl2(g)的K=
=K1K2=10-1.1×10-2.9=10-4。
②由图-1 可知，随着温度的升高-lgK1逐渐增大、-lgK2逐渐减小，即随着温度的升高K1逐渐减小、K2逐渐
增大，说明反应Ⅰ为放热反应、反应Ⅱ为吸热反应，结合PV=nRT，故图-2 在0~t1时间段内，容器中压强
增大的主要原因是：反应Ⅰ为放热反应，随着反应的进行容器中的温度上升，导致容器内的压强增大。
（3）①由图-4 知，当电解电压为U1时，H2、NH3的法拉第效率分别为60%、20%，根据FE%=
知，电
解生成H2和NH3转移电子物质的量之比为60% 20%=3 1
∶
∶，生成H2、NH3的电极反应式分别为2H++2e-
=H2↑、NO+5e-+5H+=NH3+H2O，则电解生成的H2和NH3的物质的量之比为
∶
=15 2∶。
②结合图-3，当电解电压为U2时，催化电解NO 生成NH3的电极反应式为NO+5e-+5H+=NH3+H2O。
③电解电压大于U3后，随着电解电压的不断增大，N2O 的法拉第效率迅速增大，可能原因是：随着电解电
压的不断增大，*NO 结合H+与e-得到*NOH（或*NO+H++e-=*NOH）的量增多，*NOH 在催化剂表面失水
转化成N2O（或2*NOH=N2O↑+H2O）的选择性增大，导致N2O 的量增多，使N2O 的法拉第效率迅速增大。
19．（2024 届高考·湖南株洲·统考一模）2021 年8 月，我国第一套利用自主研发的乙烷裂解制乙烯技术建
成的大型乙烯生产装置成功投料开车。其反应原理为（a）
。
(1)已知
和
的燃烧热（
）分别为
、
、
、
，则
。
(2)在密闭容器充入一定量的
，发生反应（a），一段时间后，下列说法正确的是___________。
A．恒温恒容下，若气体密度保持不变，说明达到平衡状态
B．恒温恒压下，若气体平均摩尔质量保持不变，说明达到平衡状态
C．将平衡混合气体通过足量溴水中，剩余气体的气体可能为原体积的一半（相同状态）
D．将平衡混合气体充分燃烧，消耗氧气的量与原乙烷完全燃烧消耗氧气的量相同
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(3)若其他条件相同，分别在总压强为
、
时，发生反应（a），平衡体系中
、
的体积分数随温度变化的关系如图所示，则代表压强为
时
的体积分数随温度变化的曲
线是 。
(4)在实际生产中，常采用在恒温恒压下加入一定量水蒸气的方法来提高乙烯的产率，试用平衡移动原理加
以解释 。
(5)乙烷裂解时易发生副反应：（b）
①某温度和
下，在一密闭容器中充入一定量
，发生反应（a）和（b）， 反应达到平衡时，
的转化率为
，
与
体积之比为
，则该温度下反应（a）的平衡常数
（以分压表示，分压=总压×物质的量分数，结果保留一位小数）。
②在实际生产中，常在恒温恒压恒流下进行，能提高
选择性的一条可靠措施 。
(6)我国化学工作者最新发明用电解法制乙烯，原理如左下图所示。该电解池中用到了
多孔单晶，其
在氧化过程可以促进晶格氧向活性氧的转变。
①阳极的电极反应式为 ；
②右下图为
的晶胞（●、O 分别表示
或O），该晶胞中
的配位数为 ，若晶胞边长
为
，则该
晶体的密度为
（设阿伏加德罗常数的值为
，用含
的代数式表
示）。
【答案】(1)+136
(2)BD
(3)Z
41
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(4)恒温恒压下加入一定量水蒸气，相当于减小反应体系中各物质的分压，促使反应正向进行
(5) 33.3 选择合适的对反应（a）选择性高的催化剂
(6)
8
【详解】（1）燃烧热是在101 kPa 时，1 mol 物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量；已知
和
的燃烧热（
）分别为
、
、
、
，则：
①
=
②
=
③
=
由盖斯定律可知，①-
-
②③得：
=+136
（2）A．容器体积和气体质量始终不变，则混合气体的密度始终不变，因此不能说明反应已达平衡，错误；
B．混合气体的平均摩尔质量M= m/n，气体质量不变，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，正确；
C．将平衡混合气体通过足量溴水中，生成的乙烯可以被溴完全吸收，促使反应完全进行，则剩余气体的
气体可以为生成的氢气，与原体积相同，错误；
D．将平衡混合气体充分燃烧，碳转化为二氧化碳、氢转化为水，根据碳氢守恒可知，消耗氧气的量与原
乙烷完全燃烧消耗氧气的量相同，正确；
故选BD；
（3）（1）分析可知，反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，
量减小、
量增大，则
XZ 为
的体积分数随温度变化的曲线；反应为气体分子数减小的反应，相同条件下，增大压强，平衡
正向移动，
量减小、
量增大，故Z 为
时
的体积分数随温度变化的曲线；
（4）恒温恒压下加入一定量水蒸气，相当于减小反应体系中各物质的分压，促使反应正向进行，能够提
高乙烯的产率；
（5）①假设
投料为1mol，
与
生成量分别为2amol、amol，反应达到平衡时，
的转
化率为
，则
，a=0.2mol；由三段式可知：
42
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、
、
、
分别为0.4mol、0.5mol、0.4mol、0.2mol，总的物质的量为1.5mol，
则该温度下反应（a）的平衡常数
，保留一位小数位33.3；
②恒温恒压恒流下进行反应，能提高
选择性的措施可以选择合适的对反应（a）选择性高的催化剂等；
（6）①由图可知，阳极的乙烷失去电子发生氧化反应生成乙烯和水，电极反应式为
；
②据“均摊法”，晶胞中含
个黑●、8 个白O，结合化学式可知，●、O 分别表示
、O，
该晶胞中
上下层各有4 个O，故其配位数为8；晶体密度为
。
20．（2024 届高考·山西晋城·统考一模）氨是一种重要的化工产品。回答下列问题：
(1)已知：①N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH=-92.0kJ/mol
H
②
2(g)+
O2(g)
H2O(g) ΔH=-240.0kJ/mol
2Fe(s)+
③
O2(g)
Fe2O3(s) ΔH=-1644.0kJ/mol
则反应2NH3(g)+Fe2O3(s)
N2(g)＋3H2O(g)+2Fe(s) ΔH= kJ/mol，该反应在 (填“高
温”“低温”或“任意温度”)下能自发进行。
(2)下列关于合成氨工艺的理解中，正确的有___________(填标号)。
A．控制温度远高于室温，是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率
B．合成氨反应在不同温度下的ΔH 和ΔS 都小于零
C．NH3易液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行
D．原料气中N2由分离空气得到，H2由天然气与水蒸气反应生成，原料气需要经过净化处理，以防催
化剂中毒和安全事故发生
(3)温度为T℃，压强恒定为pMPa，用Fe2O3处理NH3和HCN(起始时NH3的体积分数为58%)的混合气体，
部分气体的体积分数随时间的变化如图，反应经30min 达到平衡。
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0~30min
①
内用NH3的压强变化表示的反应速率v(NH3)= MPa·min-1。
②反应2NH3(g)+Fe2O3(s)
N2(g)＋3H2O(g)+2Fe(s)的平衡常数Kp= (MPa)2 (列出计算式即可)；
若升高温度，该反应的平衡常数将 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)在催化剂作用下，可用NH3去除NO，其反应原理为4NH3+6NO=5N2+6H2O。不同温度条件下，
n(NH3)：n(NO)分别为4：1、3 1∶、1：3 时，得到的NO 脱除率曲线如图所示：
①曲线a 中，在温度超过900℃时，NO 脱除率骤然下降的原因可能是 。
②曲线b 对应的NH3与NO 的物质的量之比是 。
【答案】(1) +1016.0 高温
(2)BCD
(3) 0.019p
增大
(4) 催化剂失去活性 3：1
【详解】（1）由盖斯定律可知，反应②×3—
—
①
③得到反应2NH3(g)+Fe2O3(s)
N2(g)＋3H2O(g)+2Fe(s)
Δ，则H=(—240.0kJ/mol)×3—(—92.0kJ/mol) —(—1644.0kJ/mol)=+1016.0kJ/mol，该反应为熵增的吸热反应，
高温条件下反应ΔH—TΔS＜0，反应能自发进行，故答案为：+1016.0；高温；
（2）A．合成氨反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，氨气的产率减小，则控制温度远高
于室温，是为了保证催化剂的活性最大，反应速率较快，故错误；
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B．合成氨反应是熵减的放热反应，反应的焓变ΔH、熵变ΔS 均小于0，故正确；
C．不断将液氨移去，生成物的浓度减小，平衡向正反应方向移动，氨气的产率增大，故正确；
D．合成氨反应所需原料气中氮气由分离空气得到，氢气由天然气与水蒸气反应生成，原料气中的杂质会
使催化剂中毒，易燃易爆的氢气与氧气反应可能发生安全事故，所以原料气需要经过净化处理，以防催化
剂中毒和安全事故发生，故正确；
故选BCD；
（3）①由图可知，起始时氨气的体积分数58%，分压为58%×pMPa=0.58pMPa，30min 反应达到平衡时氨
气的体积分数为1%，分压为1%×pMPa=0.01pMPa，则氨气反应速率为
=0.019pMPa·min-1，故答案为：0.019p；
②由图可知，30min 反应达到平衡时氨气、氮气、水蒸气的体积分数分别为1%、25%、45%，则反应的平
衡常数Kp=
=
(MPa)2，该反应是吸热反应，升高温度，平衡向
正反应方向移动，平衡常数增大，故答案为：
；增大；
（4）①催化剂在一定温度下具有较强的催化活性，当温度较高时，催化剂会失去活性导致反应速率减小，
则曲线a 中，在温度超过900℃时，一氧化氮脱除率骤然下降说明温度过高，催化剂失去活性，导致反应
速率减小，故答案为：催化剂失去活性；
②氨气和一氧化氮的物质的量的比值增大，相当于增大氨气的浓度，平衡向正反应方向移动，一氧化氮的
脱除率增大，则由图可知，物质的量之比分别为4：1、3：1、1：3 时，曲线b 对应的物质的量之比是3：
1，故答案为：3：1。
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