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专题40 原理综合
（建议完成时间：45 分钟 实际完成时间：_______分钟）
1．（2023·广西柳州·柳州高级中学校联考模拟预测）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)NOx的排放主要来自于汽车尾气，包含NO2和NO，有人提出用活性炭对NOx进行吸收，发生如下反应：
C(s)+2NO(g)
N2(g)+CO2(g) △H=
34.0kJ/mol
﹣
。对于反应T1℃时，借助传感器测得反应在不同时间点上
各物质的浓度如下：
0
10
20
30
40
50
NO
1.00
0.58
0.40
0.40
0.48
0.48
N2
0
0.21
0.30
0.30
0.36
0.36
①0～10min 内，NO 的平均反应速率v(NO)= ，当升高反应温度，该反应的平衡常数K
(选填“增大”、“减小“或“不变”)。
②30min 后。只改变某一条件，反应重新达到平衡；根据上表中的数据判断改变的条件可能是
(填字母)。
a．加入一定量的活性炭 b．通入一定量的NO
c．适当缩小容器的体积 d．加入合适的催化剂。
(2)科研人员发现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：2IO(g)+2N2O(g)→2N2(g)+2O2(g)+I2(g)(快反应)
实验表明，含碘时N2O 分解速率方程v=k•c(N2O)•[(I2)]0.5(k 为速率常数)，下列表述正确的是
(填字母)。
A．I2(g)是反应的催化剂，I2(g)浓度增大，N2O 分解反应速率增大
B．第二步是整个反应的决速步骤
C．I2(g)能降低反应的焓变，从而化学反应速率增大
(3)工业生产硝酸的核心反应之一是在恒压装置中将NO 转化为NO2：
反应Ⅰ．NO(g)+
O2(g)
NO2(g) △H
目前认为反应Ⅰ分两步进行：
反应Ⅱ．2NO(g)
N2O2(g) △H<0(快速平衡)
反应Ⅲ．N2O2(g)+O2(g)
2NO2(g)
反应Ⅲ的速率方程为v=k•p(N2O2)•p(O2)
①控制投料比n(NO)：n(O2)=2：1，在不同条件下，反应Ⅰ中NO 转化率随时间的变化如图所示：
1
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由图知相同压强下反应Ⅰ的速率随温度升高而 (填写“增大”“减小”)，可能的原因是
。
②已知不同温度下反应Ⅰ的浓度平衡常数Kc如下表：
温度/℃
27
77
127
177
227
500
平衡常数
Kc
1.1×106
1.3×104
3.7×103
5.61×102
1.2×102
1.0
NO 由NH3催化氧化得到，而催化后的产物气体往往高于800°C，为使反应I 顺利进行，再进行反应。“急
刷冷却”的原因有：低温下有利于反应速率增大； 。
(4)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) △H=
746.8kJ•mol
﹣
1
﹣，实验测得：v 正=k 正•p2(NO)•p(CO)，v 逆=k
逆•p(N2)•p((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)。一定温度下在刚性密闲容器中充入CO、NO 和N2物质的量之比为2 : 2 : 1，压强为p0kPa．达
平衡时压强为0.9p0kPa，则
= 。
2．（2023·江西·校联考模拟预测）I.如图为工业合成氨的流程图：
(1)图中采取的措施可提高原料转化率的是 (填序号)。
(2)如图是未用催化剂N2(g)和H2(g)反应生成1molNH3(g)过程中能量的变化示意图，请在图中绘制同条件下
加入铁触媒后相应的能量变化曲线： ，并写出该条件下2molNH3(g)分解对应的热化学方程式：
。
2
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II.某兴趣小组为研究“不同条件”对化学平衡的影响情况，进行了如表实验：(反应起始的温度和压强均相
同)：
序号
起始投入量
平衡转化率
N2
H2
NH3
①恒温恒容
1mol
3mol
0
α1
②绝热恒容
1mol
3mol
0
α2
③恒温恒压
2mol
6mol
0
α3
(3)则：α1 α2、α1 α3(填“＞”、“=”或“＜”)
(4)如图甲表示500℃、60.0MPa 条件下，平衡时NH3的体积分数与原料气投料比的关系。若投料比为4 时，
氨气的体积分数为40%，NH3的体积分数可能为图中的 点，平衡时N2的体积分数为 。
(5)我国科学家实现了在室温下电催化N2制取NH3和HNO3，装置如图乙所示，其中双极膜复合层之间的水
能解离成H+和OH-，双极膜能实现H+、OH-的定向移动。写出该装置中阴极的电极反应式为 。
3
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3．（2023·江西·校联考模拟预测）苯酚是重要的有机化工原料之一，工业上主要用于酚醛树脂、双酚、己
内酰胺、水杨酸等的制备。回答下列问题：
(1)一定条件下，在CuCl2-FeCl3作催化剂的条件下，氧气直接氧化苯制备苯酚：
2
(g)
2
(g) △H<0，可分以下两步进行(其中b>0)
恒容密闭容器I：2
(g)
2
(g)
△H1=akJ·mol-1；
恒容密闭容器Ⅱ：
(g)
(g)
△H2=bkJ·mol-1。
①a 0(填“大于”“小于”或“等于”，下同)。
②向容器I 中加入10mol 苯(g)、10 mol HCl(g)和一定量的O2(g)，发生上述I 中反应。苯的平衡转化率按不
同投料比x[
]随温度的变化曲线如图所示。
以下物理量大小关系有：图中所示投料比x1 x2；反应速率va 逆 vb 逆；平衡常
数Kb Kc。T2温度下，加入物料后，x=2，测得初始压强为P0 kPa，c 点对应的HCl 的平
衡转化率为50%，则d 点对应的平衡常数Kp= 。
(2)改用乙酸铁催化苯直接羟基化制苯酚：在常压下，当反应时间为2h、乙酸用量为3.2mol 时，改变反应
温度，反应结果如表所示(转化率及收率均以苯酚的摩尔收率计)。
温度/℃
苯转化率/%
苯酚收率/%
苯酚选择性/%
40
9.5
9.5
100
44.5
15.9
15.8
99.4
50
62.0
60.1
96.9
55.5
65.2
60.8
93.3
60
67.4
58
60℃时，苯酚选择性为 %(保留一位小数)，温度高于50℃时，苯的转化率增大，而苯酚的
选择性 (填“升高”“降低”或“不变”)，乙酸铁催化苯直接羟基化合成苯酚的实验中反
应温度的范围最好为 。
4．（2023·四川南充·统考模拟预测）丙烯是应用广泛的基础化工原料，工业上通过丙烷脱氢制备的主要反
4
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应如下：
反应Ⅰ：丙烷直接脱氢：
反应Ⅱ：氧气氧化丙烷脱氢：
回答下列问题：
(1)反应
△H= kJ∙mol-1，Kp= (用
，
表示)。
(2)丙烷直接脱氢制备时，有利于提高C3H8的平衡转化率的条件是_____(填字母标号)。
A．低温低压
B．低温高压
C．高温高压
D．高温低压
(3)一定条件下，向1L 实验容器中充入1mol 气态C3H8发生反应Ⅰ。将不同温度下采集到的数据绘制出温度
对C3H8的转化率和C3H6的选择性(转化的C3H8中生成C3H6的百分比)影响如图所示。
①700K 时，该反应10min 达化学平衡，根据图中数据，反应I 中v 生成(C3H6)= mol/(L·min)。
②从图中获知反应Ⅰ存在着高温降低C3H6的选择性与低温降低C3H8的转化率的调控矛盾。请结合第(2)问
分析实际工业制备中向容器充入水蒸气的主要目的是 。
(4)科学家通过新型催化剂的应用在反应Ⅱ中使用CO2替代O2开发了丙烷氧化脱氢的新工艺。该工艺中CO2
与丙烷脱氢机理如图所示：(AB 为催化剂的活性吸附位点)。
①写出图中CO2与C3H8反应的总化学方程式 。
②向某绝热恒容密闭容器中充入一定量的C3H8和CO2发生反应。工业上可通过传感器监测下列指标来判断
该反应达到平衡状态的是 (填字母标号)：监测发现反应中C3H8的转化率会随充入CO2的分压增加呈
现先增大后减小的变化，结合CO2与C3H8脱氢机理分析可能原因是 。
A．容器内混合气体的温度
B．容器内混合气体密度
C．容器内C3H6的气体分压
D．v(C3H6)=v(CO2)
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5．（2023·广西南宁·南宁三中校联考模拟预测）综合利用化石燃料，提高利用率，有助于实现“碳达峰、
碳中和”。回答下列问题：
Ⅰ.利用CH4－CO2干重整反应不仅可以对天然气资源综合利用，还可以缓解温室效应对环境的影响。该反应
一般认为通过如图步骤来实现：
①CH4(g)
C(ads)+2H2(g)
②C(ads)+CO2(g)
2CO(g)
上述反应中C(ads)为吸附活性炭，反应历程的能量变化如图：
(1)CH4~CO2干重整反应的热化学方程式为 (选用含E1、E2、E3、E4、E5的表达式表示反应热)，该
反应的决速步骤是 (填“反应Ⅰ”或“反应Ⅱ”)。
(2)在恒压条件下，等物质的量的CH4(g)和CO2(g)发生干重整反应时，CH4和CO2的平衡转化率曲线随温度
变化如图所示。已知在干重整中还发生了副反应：
③CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g) △H＞0，则表示CO2平衡转化率的是曲线 (填“A 或B”)，判断
的依据 。
Ⅱ.在一密闭容器中，通入1molCH4和3molH2O(g)发生甲烷的水蒸气重整反应，方程式如下：
④CH4(g)+2H2O(g)
CO2(g)+4H2(g)。
(3)500℃时，反应相同时间后测得CH4的转化率随压强的变化如图所示，则图中E 点和G 点，处于化学平
衡状态的是 点(填“E 或G”)。
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(4)若tmin 后反应至E 点，此时容积为VL，则用H2O(g)表示的化学反应速率为 mol/(L•min)(用含
t、V 的式子表示)。结合图中的相关数据，计算此温度下反应④的平衡常数Kp= (用分压代替浓度，
分压=总压×物质的量分数，列出计算式，无需化简)。
6．（2023·吉林长春·统考模拟预测）一种在常温、常压下催化电解实现工业合成氨反应的工艺为：
，该反应可分两步完成：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
请回答下列问题：
(1)
。
(2)将
和
充入到3L 的恒容密闭容器中模拟反应Ⅰ：
①该反应中物质浓度随时间变化的曲线如图所示，0~10nin 内，
。
②不同温度和压强下测得平衡时混合物中氨的体积分数与温度的关系如图所示：
则B、C 两点的平衡常数
(填“>”、“<”、“=”或“不确定”)；B 点时
的转化率=
(保留2 位有效数字)。
(3)从图乙中获知反应Ⅰ存在着高温降低平衡产率与低温降低反应速率等调控矛盾。在提高合成氨的产率的
工业生产中，通常从以下多个视角来综合考虑合理的工业生产条件：
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反应速率的视角：①加入催化剂；②提高温度(控制在催化剂的活性温度内)
平衡移动和原料的转化率的视角：③ ，④ 。
(4)科学家为避免直接破坏
键而消耗大量热能，通过新型催化剂降低了反应路径中决速步的能垒，使
该反应在常温、常压下采用电化学方法也能实现，反应装置如图所示，阴极上的电极反应式为
。
7．（2023·四川巴中·统考模拟预测）综合利用含碳资源、促进碳中和在保护生态环境等方面具有重要意义。
回答下列问题：
(1)中国科学院在国际上宣布首次实现CO2到淀粉的全合成，其中前两步涉及的反应如图1 所示。
①反应：CO2(g)+2H2(g)=HCHO(g)+H2O(g)△H= (用△H1、△H2、△H3、△H4表示)。
②反应I 进行时，同时发生反应：2CO2(g)+6H2(g)
C2H4(g)+4H2O(g)。在1L 恒容密闭容器中充入
4.0molCO2和6.0molH2，一定温度下，达到平衡时，c(CO2)=c(H2O)=2.4mol/L，请回答下列问题：反应I 的
平衡常数的表达式K= 。CH3OH 物质的量分数为 %(计算结果保留1 位小数)。
(2)乙烯是合成工业的重要原料，一定条件下可发生反应：3C2H4(g)
2C3H6(g)分别在不同温度、不同催
化剂下，保持其他初始条件不变，重复实验，经相同时间测得C2H4体积分数与温度的关系如图2 所示。
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在催化剂甲作用下，图2 中M 点的速率V 正 V 逆(填“＞”“＜”或“=”)，根据图中所给信息，应
选择的反应条件为 。
(3)CO2氧化1－丁烯脱氢生产1，3－丁二烯，其反应原理为：CH2=CHCH2CH3(g)
+CO2(g)→CH2=CHCH=CH2(g)+H2O(g)+CO(g)氧化脱氢反应可能的反应路径有两种，如图3 所示：
①为确定反应路径，可检测反应体系中的物质是 (填化学式)。
②若为“两步路径”，在温度和总压相同时，1－丁烯氧化脱氢的平衡转化率高于直接脱氢的原因是
。
8．（2023·山西晋城·晋城市第一中学校校考模拟预测）硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途，如可用作农
药防治小麦黑穗病，制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题：
(1)在
气氛中，
的脱水热分解过程如图所示：
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根据上述实验结果，可知x= ，y= 。
(2)已知下列热化学方程式：
则
的
。
(3)将
置入抽空的刚性容器中，升高温度发生分解反应：
。平衡时
的关系如下图所示。
时，该反应的平
衡总压
、平衡常数
。
随反应温度升高而
(填“增大”“减小”或“不変”)。
(4)提高温度，上述容器中进一步发生反应
，在
达到平衡时，
、
，则
，
(列出计算式)。
9．（2023·黑龙江大庆·统考二模）氮元素是一种重要元素，其单质及化合物在化工、生产等领域应用非常
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广泛。请回答下列问题：
(1)氮元素的常见单质有N2、N4、N8，在三种分子中的每个氮原子均为8 电子稳定结构，则N4的结构简式
为 。
(2)已知：反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
反应Ⅲ：
反应IV：
△H= kJ·mol-1。
(3)100kPa 时，反应Ⅱ中NO 的平衡转化率与温度的关系曲线如图。
图中A、B、C 三点表示不同温度、压强下，
达到平衡时NO 的转化率，则
点对应的压强最大。
(4)起始时，向恒容密闭容器中充入等物质的量的N2O、NO2，在某温度下达到平衡(只发生反应IV)，平衡
时容器总压为pPa，N2O 的转化率为50%，则该反应的KP(KP为以分压表示的平衡常数)为
Pa(用p 表示)。
(5)NH3催化还原NO 是亚要的烟气脱硝技术。
①研究发现在以Fe2O3为主的催化剂上可能发生的反应过程如图。写出脱硝过程的总反应的化学方程式：
。
②在一定条件下，用NH3催化还原消除NO 污染，其反应原理为
。不同温
度条件下，n(NH3)：n(NO)为2：1 时，得到NO 脱除率曲线如图所示。脱除NO 的最佳温度是 。
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(6)含氮配合物[Cu(NH3)4](OH)2中的配位原子为 ，配位数为 。
(7)一种Cu3N 晶体的晶胞如图所示，若Cu+半径为acm，N3-半径为bcm(阿伏伽德罗常数用NA表示)，其密
度为 g/cm3.(写表达式)
10．（2023·河北保定·校联考三模）CO2是一种温室气体，对人类的生存环境产生巨大的影响，将CO2作
为原料转化为有用化学品，对实现碳中和及生态环境保护有着重要意义。
Ⅰ．工业上以CO2和NH3为原料合成尿素，在合成塔中存在如下转化：
(1)液相中，合成尿素的热化学方程式为：2NH3(l)+CO2(l)=H2O(l)+NH2CONH2(l) △H= kJ/mol。
(2)在恒容密闭容器中发生反应：2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H<0，下列说法错误的是 。
A．反应在任何温度下都能自发进行
B．增大CO2的浓度，有利于NH3的转化率增大
C．当混合气体的密度不再发生改变时反应达平衡状态
D．充入He，压强增大，平衡向正反应移动
Ⅱ．由
与
制备甲醇是当今研究的热点之一。
(3)在一定条件下，向0.5L 恒容密闭容器中充入xmolCO2和ymolH2，发生反应CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g) △H3=－50kJ·mol－1。
①若x=1、y=3，测得在相同时间内，不同温度下H2的转化率如图1 所示，T2时，若起始压强为10atm，
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Kp= atm－2(结果保留一位小数，Kp为以分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数)。
②已知速率方程v 正=k 正c(CO2)•c3(H2)，v 逆=k 逆c(CH3OH)•c(H2O)，k 正、k 逆是速率常数，只受温度影响，图
2 表示速率常数k 正、k 逆的对数lgk 与温度的倒数
之间的关系， A、B、D、E 分别代表图1 中a 点、c 点
的速率常数，点 表示c 点的lgk 逆。
(4)我国科学家设计出如图装置实现CO2的转化，可有效解决温室效应及能源问题，总反应为CO2+NaCl
CO+NaClO。忽略气体在溶液中的溶解及溶液的体积变化。
①电极II 的电极反应式为 ；
②理论上转化44gCO2，左室溶液质量增重 。
13
