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【第一部分】
专题十四 化学反应原理综合题型
【考情预测】该综合题主要考查热化学、化学反应速率和化学平衡等主干理论知识，主要命题点有盖斯定
律的应用、反应速率和化学平衡的分析、化学平衡常数的表达式书写与计算、反应条件的分析选择、生产生活中
的实际应用等，试题常以填空、读图、作图、计算等形式呈现。试题一般以与生产、生活紧密联系的物质为背景
材料命制组合题，各小题之间又有一定的独立性。主要考查学生的信息处理能力、学科内综合分析能力，应用反
应原理解决生产实际中的具体问题，体现了“变化观念与平衡思想”的核心素养。在近几年的相关考题中，对单
一因素影响的考查已经越来越少了，主要以“多因素影响”出现，考查学生的综合分析判断能力。以实际情景(场
景)为背景，更能体现核心素养的要求。而在实际生产过程中，影响因素是多元化、多方位和多层次的。
【复习目标】
1、了解焓变与反应热的含义，会利用键能计算焓变。
2、了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。
3.理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关焓变的计算。
4、掌握速率、平衡图像的分析方法及类型，了解速率常数、平衡常数的关系。
5.掌握实际工业生产中的陌生图像的分析方法。
6.掌握电离平衡、水解平衡及沉淀溶解平衡的应用，掌握化学平衡常数的计算。
7.掌握电离常数、水解常数、溶度积常数的相关计算。
8、理解影响电离平衡、水解平衡及沉淀溶解平衡的因素。
9、理解电离常数、水解常数、溶度积常数的概念及影响因素。
【专题知识体系构建】
【核心精讲】
一、热化学方程式的书写及反应热计算
1．焓变的计算
1
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2．热化学方程式书写易出现的错误
(1)未标明反应物或生成物的状态而造成错误。
(2)反应热的符号使用不正确，即吸热反应未标出“＋”号，放热反应未标出“－”号，从而导致错误。
(3)漏写ΔH 的单位，或者将ΔH 的单位写为kJ，从而造成错误。
(4)反应热的数值与方程式的计量数不对应而造成错误。
(5)对燃烧热的概念理解不到位，忽略其标准是1 mol 可燃物而造成错误。
(6)对中和反应反应热理解不准确。
①强酸与强碱中和反应的反应热ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，若用弱酸代替强酸(或用弱碱代替强碱)，因电离吸热，
放出的热量减少。
②若用浓硫酸(或NaOH 固体)作反应物，放出热量增多。
③若是稀硫酸和Ba(OH)2反应，生成1 mol H2O(l)时所释放的热量会比57.3 kJ 多，原因是H＋与OH－结合成1
mol H2O(l)的同时，Ba2＋和SO 结合成BaSO4沉淀也会放热。
【提醒】 对于具有同素异形体的物质，除了要注明聚集状态之外，还要注明物质的名称。
如：①S(单斜，s)＋O2(g) = SO2(g) ΔH1＝－297.16 kJ·mol－1
S(
②
正交，s)＋O2(g) = SO2(g) ΔH2＝－296.83 kJ·mol－1
S(
③
单斜，s) = S(正交，s) ΔH3＝－0.33 kJ·mol－1
3.盖斯定律
【应用建模】
【应用口诀】 同加异减成比例，观察消去做标记
(1)ΔH 与盖斯定律
利用盖斯定律求热化学方程式中的焓变ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。
(2)盖斯定律的答题模板——叠加法
步骤1 “倒”
为了将方程式相加得到目标方程式，可将部分方程式颠倒过来，反应热的数值不变，但符号相反。这样就不
2
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用再做减法运算了，实践证明，方程式相减时往往容易出错。
步骤2 “乘”
为了将方程式相加得到目标方程式，可将方程式乘以某个倍数，反应热也要乘以相应倍数。
步骤3 “加”
上面的两个步骤做好了，只要将方程式相加即可得目标方程式，反应热也要相加。
【热化学反应方程式书写步骤】
4.注意事项
【知识点对点】
（1）【2022·全国甲卷节选】 金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途。目前生产钛的方法之
一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4,再进一步还原得到钛。回答下列问题:
TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1000 ℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下:
(ⅰ)直接氯化:
TiO2(s)+2Cl2(g) = TiCl4(g)+O2(g) ΔH1=+172 kJ·mol-1,Kp1=1.0×10-2
(ⅱ)碳氯化:
TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s) = TiCl4(g)+2CO(g) ΔH2=-51 kJ·mol-1,Kp2=1.2×1012 Pa
①反应2C(s)+O2(g) = 2CO(g)的ΔH 为 kJ·mol-1,Kp= Pa。
②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化,其原因是
。
（2）(2022·福建卷) 异丙醇(C3H8O)可由生物质转化得到，催化异丙醇脱水制取高值化学品丙烯(C3H6)的工业化技
术已引起人们的关注，其主要反应如下：
Ⅰ.C3H8O(g)
C
⇌
3H6(g)＋H2O(g) ΔH1 = ＋52 kJ·mol－1
3
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Ⅱ.2C3H6(g)
C
⇌
6H12(g) ΔH2 = －97 kJ·mol－1
已知2C3H8O(g)＋9O2(g) =6CO2(g)＋8H2O(g) ΔH = －3 750 kJ·mol－1，则C3H6(g)燃烧生成CO2(g)和H2O(g)的热化
学方程式为_____________________________________________________________。
二、化学反应速率和化学平衡常数
（一）化学反应速率
1、定义：单位时间内物质浓度的变化量（反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量）
单位：mol/(L·min) 或mol·L-1·s-1
2、公式法：v(B) = = 。
注：①以分压计算化学反应速率为单位时间内气体物质气体压强的变化量。 v(B) =
②以质量计算化学反应速率为单位时间内物质质量的变化量。 v(B) =
③常用的气体定律
同温同体积：p(前)∶p(后)＝n(前)∶n(后)
同温同压强：＝＝＝
化学反应速率的比值法：
同一化学反应，各物质的反应速率之比等于方程式中的化学计量数之比。对于反应：mA(g)＋nB(g)=pC(g)＋
qD(g)来说，则有＝＝＝。
3．用图像表示浓度、温度、压强对化学反应速率的影响
图像
图像分析
(1)其他反应条件一定，化学反应速率随反应物浓度增大而增大
(2)其他反应条件一定，化学反应速率随温度的升高而增大
(3)有气体参加的反应，化学反应速率随着压强的增大而增大
(4)有气体参加的反应，化学反应速率随着容器容积的增大而减小
(5)分别在较低温度和较高温度下反应，化学反应速率随着压强的增大及温
度的升高而增大
4、反应速率常数
（1）含义：一定温度下，化学反应速率与反应物浓度以其计量数为指数的幂的乘积成正比。
（2）表达式 反应：aA(g)＋bB(g) ⇌gG(g)＋hH(g)
4
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表达式：
v 正＝k 正ca(A)·cb(B)(其中k 正为正反应的速率常数)，v 逆＝k 逆·cg(G)·ch(H)(其中k 逆为逆反应的速率常数)
（3）反应速率常数与化学平衡常数之间的关系
推导
一定温度下，可逆反应：aA(g)＋bB(g) ⇌gG(g)＋hH(g)，达到平衡状态时，v 正＝k
正·ca(A)·cb(B)，v 逆＝k 逆·cg(G)·ch(H)，因平衡时v 正＝v 逆，则k 正·ca(A)·cb(B)＝k 逆·cg(G)·ch(H)
关系
＝＝K
【知识点对点】
(2021·海南卷)溶于水的CO2只有部分转化为H2CO3(aq)，大部分以水合CO2的形式存在，水合CO2可用CO2(aq)表
示。已知25 ℃时，H2CO3(aq)
CO
⇌
2(aq)＋H2O(l)的平衡常数K＝600，正反应的速率可表示为v(H2CO3)＝
k1·c(H2CO3)，逆反应的速率可表示为v(CO2)＝k2·c(CO2)，则k2____________(用含k1的代数式表示)。
（二）化学平衡状态
1、定义：如果外界条件(温度、浓度、压强等)不发生改变，当可逆反应进行到一定程度时，正反应速率与逆反应
速率相等，反应物的浓度与生成物的浓度都不再改变，达到一种表面静止的状态，称为化学平衡状态，简称化学
平衡。
2、平衡判据 eg：mA(g)＋nB(g)
pC(g)
⇌
＋qD(g)
（1）速率
①同一物质 a. ひA(正) =ひA(逆) ≠ 0
b.单位时间内，B 的消耗量=B 的生成量
c.单位时间内，B 的断键数=B 的成键数
②不同物质 a. n ひA(正)=m ひB(逆)
b.单位时间内，
同边的物质，
⇌
A 消耗的物质的量与B 生成的物质的量成系数比
同边的物质，
⇌
A 消耗(或生成)的物质的量与C 消耗(或生成)的物质的量成系数比
c.单位时间内，B 的断键数=B 的成键数
（2）体系中各组分的物质的量、浓度或体积、体积分数、物质的量分数或质量分数保持不变，则达平衡。
（3）对于有颜色的物质参加或生成的可逆反应，颜色不随时间发生变化,则达平衡。
（4）绝热容器中，当体系温度不变，则达平衡。（若为恒温容器，则不可作为平衡判据）
（5）当容器内气体的体积或总质量有一个为变量时，密度不再发生变化，可作为平衡判据
（6）对于有颜色的物质参加或生成的可逆反应，颜色不随时间发生变化，则达平衡。
（7）有气体参加的可逆反应
若m＋n=p＋q，则体系总压强保持不变,总体积不变,密度不变,平均相对分子质量不变,体系不一定达到平衡状态，
不可作为平衡判据
若m＋n≠p＋q，则体系总压强保持不变,总体积不变,总物质的量不变,密度不变,平均相对分子质量不变,则达平衡。
3、化学平衡常数及其关联常数
5
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（1）三段式
mA(g)＋nB(g) ⇌pC(g)＋qD(g)
起始/(mol·L－1) a b 0 0
变化/(mol·L－1) mx nx px qx
平衡/(mol·L－1) a－mx b－nx px qx
(2)几个公式
①反应物的转化率=n(转化)
n(起始)×100%=c(转化)
c(起始)×100%。
②生成物的产率:实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲,转化率越大,原料利用率越高,产率越大。
产率=实际产量
理论产量×100%。
③平衡时混合物组分的百分含量=平衡量
平衡时各物质的总量×100%。
④某组分的体积分数=某组分的物质的量
混合气体总的物质的量×100%。
⑤常用的气体定律
同温同体积：p(前)∶p(后)＝n(前)∶n(后)
同温同压强：＝，＝
(3)平衡常数表达通式：K＝ 或 Kp= p
p(C )· p
q( D)
p
m( A )· p
n(B)
[p(C)为平衡时气体C 的分压]
①化学平衡常数K 的大小只与温度有关,K>105时,可以认为该反应已经进行完全。
②同一可逆反应中,K 正·K 逆=1。
n√K③同一方程式中的化学计量数同时扩大为原来的n 倍或缩小至原来的1
n,则新平衡常数K '与原平衡常数K 间的
关系:K'=Kn或K'= 。
④几个可逆反应方程式相加得总方程式,则总反应的平衡常数等于分步反应平衡常数之积;两个方程式相减所得反应
的平衡常数为两个平衡常数之比。
⑤水溶液中进行的反应,必须拆成离子方程式再计算平衡常数。
(2)应用
①利用K 判断化学反应的热效应
②利用K 判断反应进行的方向
若任意状态下的生成物与反应物的浓度幂之积的比值为Qc,若Qc>K,反应向逆反应方向进行;Qc=K,反应处于平衡状态;
Qc<K,反应向正反应方向进行。
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(3)关联图示
4.Kp含义及计算
(1)含义
有气体参与的反应，在化学平衡体系中，各气体物质的分压替代平衡浓度，计算的平衡常数叫压强平衡常数。
(2)表达式
对于一般可逆反应mA(g)＋nB(g) ⇌pC(g)＋qD(g)，当在一定温度下达到平衡时其压强平衡常数Kp可表示为
Kp＝。
其中p(A)、p(B)、p(C)、p(D)表示反应物和生成物的分压，用平衡分压可以这样计算：分压=总压×物质的量分数。
p(总)=p(A)＋p(B)＋p(C)＋p(D)； ＝＝。
(3)计算技巧
①根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度。
②计算各气体组分的物质的量分数或体积分数。
③根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的分压=气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)。
④根据平衡常数计算公式代入计算。例如，N2(g)＋3H2(g) ⇌2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp＝。
5、多协同(多重)反应平衡的相关计算
（1）多协同(多重)反应平衡类型：包括连续平衡和同向平衡。
①连续平衡是指两个连锁可逆反应，即第一个反应的某一生成物是第二个反应的反应物，则在第一个反应中，该
物质的起始量为0，它的平衡量则为第二个反应中该物质的起始量。
②同向平衡指两个平行的可逆反应，它们有着某一共同的反应物，该反应物发生了两种不同的反应。如果一种物
质是两个平行反应的生成物，则题目中所给平衡量是该物质在这两个反应中的平衡量之和。
(2)解题关键是理清守恒关系
①反应体系中，任何状态均遵循原子守恒，利用原子守恒和“三段式”理清起始量、转化量、平衡量之间的关系。
②原子守恒法解题基本思路
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【知识点对点】
(2022·湖南卷节选)在一定温度下，向体积固定的密闭容器中加入足量的C(s)和1 mol H2O(g)，起始压强为0.2 MPa
时，发生下列反应生成水煤气：
Ⅰ.C(s)＋H2O(g) ⇌CO(g)＋H2(g) ΔH1＝＋131.4 kJ·mol－1
Ⅱ.CO(g)＋H2O(g) ⇌CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝－41.1 kJ·mol－1
反应平衡时，H2O(g) 的转化率为50% ，CO 的物质的量为0.1 mol。此时，整个体系____________(填“吸收”或
“放出”)热量____________kJ ，反应Ⅰ的平衡常数Kp＝____________ (以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。
三、读懂图像——精准判断速率、平衡对实际生产的调控作用
1.几种特殊的图像
(1)
(2)
(3)对于A(g)＋2B(g) ⇌C(g)
(4)①如图，对于化学反应：mA(g)＋nB(g) ⇌pC(g)＋qD(g)，M 点以前，表示开始反应，v 正>v 逆 ；M 点为恰好达
到平衡点；M 点以后化学平衡受温度的影响，即升温，A 的百分含量增加或C 的百分含量减少，平衡左移，故
正反应ΔH<0。
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②同类的模型有：
2、化学反应的调控
3、化学平衡图像信息的获取
依据化学反应原理中反应速率和平衡移动知识解读图像,关键在于对“数”“形”“义”“性”的综合思考,包括:
（1）明标
明确横、纵坐标所表示的化学含义,这是理解题意和进行正确思考的前提。明确坐标含义,也就是用变量的观点
分析坐标,找出横、纵坐标的关系,再结合教材,联系相应的知识点。
（2）找点
找出曲线中的特殊点(起点、顶点、拐点、终点、交叉点、平衡点等),分析这些点所表示的化学意义以及影响
这些点的主要因素及限制因素等,大多考题就落在这些点的含义分析上,因为这些点往往隐含着某些限制条件或某些
特殊的化学含义。
（3）析线
正确分析曲线的变化趋势(上升、下降、平缓、转折等),同时对走势有转折变化的曲线,要分区段进行分析,研究
各段曲线的变化趋势及其含义。
4、化学平衡图像信息的加工
在准确解读图像信息的基础上,对试题信息进行加工处理,分析角度如图所示。
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【知识点对点】
（1）(2022·全国甲卷)TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1 000 ℃时反应的方程式如下：
(ⅰ)直接氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g) = TiCl4(g)＋O2(g)
(ⅱ)碳氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s) = TiCl4(g)＋2CO(g)
在1.0×105 Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量比1 2.2 2
∶
∶进行反应。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。
反应C(s)＋CO2(g) = 2CO(g)的平衡常数Kp(1 400 ℃)＝____________Pa。
（2）(2021·湖南卷)氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运。某兴趣小组对该反应进行
了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下，将0.1 mol NH3通入3 L 的密闭容器中进行反应(此时容器内总压为
200 kPa)，各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。
t2时将容器容积迅速缩小至原来的一半并保持不变，图中能正确表示压缩后N2分压变化趋势的曲线是________(用
图中a、b、c、d 表示)，理由是____________________________________________________________________。
【典例剖析】
(2022·海南卷)某空间站的生命保障系统功能之一是实现氧循环，其中涉及反应：
CO2(g)＋4H2(g) ⇌2H2O(g)＋CH4(g)
回答问题：
(1)已知：电解液态水制备1 mol O2(g)，电解反应的ΔH=＋572 kJ/mol。由此计算H2(g)的燃烧热(焓)ΔH＝
_____kJ·mol。
(2)已知：CO2(g)＋4H2(g) ⇌2H2O(g)＋CH4(g)的平衡常数(K)与反应温度(t)之间的关系如图1 所示。
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①若反应为一步完成的，且反应的ΔH 与活化能(Ea)的关系为|ΔH|>Ea。补充完成该反应过程的能量变化示意图(图
2)。
②某研究小组模拟该反应，温度t 下，向容积为10 L 的抽空的密闭容器中通入0.1 mol CO2和0.4 mol H2，反应平衡
后测得容器中n(CH4)＝0.05 mol。则CO2的转化率为______________________________________，反应温度t 约为
____________℃。
(3)在相同条件下，CO2(g)与H2(g)还会发生不利于氧循环的副反应：CO2(g)＋3H2(g) ⇌H2O(g)＋CH3OH(g)，在反应
器中按n(CO2)∶n(H2)＝1 4∶通入反应物，在不同温度、不同催化剂条件下，反应进行到2 min 时，测得反应器中
CH3OH、CH4浓度(μmol·L－1)如下表所示。
催化剂
t＝350 ℃
t＝400 ℃
c(CH3OH)
c(CH4)
c(CH3OH)
c(CH4)
催化剂Ⅰ
10.8
12 722
345.2
42 780
催化剂Ⅱ
9.2
10 775
34
38 932
在选择使用催化剂Ⅰ和350 ℃条件下反应，0～2 min 生成CH3OH 的平均反应速率为_________μmol·L－1·min－1；若
某空间站的生命保障系统实际选择使用催化剂Ⅱ和400 ℃的反应条件，原因是
__________________________________。
【思维流程】
反应原理
素材
某空间站的生命保障系统功能之一是实现氧循环，其中涉及反应：
CO2(g)＋4H2(g) ⇌2H2O(g)＋CH4(g)。
反应热
的计算
电解液态水制备1 mol O2(g)，电解反应的ΔH=＋572 kJ/mol，由此可以判断，2 mol H2(g)完全燃
烧消耗1 mol O2(g)，生成液态水的同时放出的热量为572 kJ ，故1 mol H2(g)完全燃烧生成液态
水放出的热量为286 kJ，因此，H2(g)的燃烧热(焓)ΔH＝－286 kJ/mol
图像
信息
能量变
化示意
图的绘
画
由CO2(g)＋4H2(g)⇌2H2O(g)＋CH4(g)的平衡常数(K)与反应温度(t)之间的关系图可知，K 随着温
度升高而减小，故该反应为放热反应。反应为一步完成，由于反应的ΔH 与活化能(Ea)的关系
为|ΔH|>Ea，由图2 信息可知Ea=a kJ/mol，则|ΔH|>a kJ/mol，该反应为放热反应，生成物的总
能量小于反应物的总能量。
转化率
的计算
温度t 下，向容积为10 L 的抽空的密闭容器中通入0.1 mol CO2和0.4 mol H2，反应平衡后测得
容器中n(CH4)=0.05 mol，则CO2的转化率为＝0.5×100%＝50%。
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图像
信息
反应条
件的判
断
根据C 元素守恒可知，CO2的平衡量为0.05 mol，CO2和H2是按化学计量数之比投料的，则H2
的平衡量为0.2 mol，H2O(g)的平衡量是CH4(g)的2 倍，则n(H2O)＝0.1 mol，CO2(g)、H2(g)、
H2O(g)、CH4(g)的平衡浓度分别为0.005 mol·L－1、0.02 mol·L－1、0.01 kJ/mol、0.005 kJ/mol，则
该反应的平衡常数K＝＝625，根据图1 中的信息可知，反应温度t 约为660.2 ℃。
表格
信息
反应速
率计算
在选择使用催化剂Ⅰ和350 ℃条件下反应，由表中信息可知，0～2 min CH3OH 的浓度由0 增加
到10.8 μmol/L，因此，0～2 min 生成CH3OH 的平均反应速率为=5.4 μmol·L－1·min－1
反应条件
的确定
由表中信息可知，在选择使用催化剂Ⅰ和350 ℃条件下反应， 0～2 min CH3OH 的浓度由0 增
加到10.8 μmol/L，c(CH4)∶c(CH3OH)=12 722 10.8≈1 178
∶
；在选择使用催化剂Ⅱ和350 ℃的反应
条件下，0～2 min CH3OH 的浓度由0 增加到9.2 μmol/L，c(CH4)∶c(CH3OH)=10 775 9.2≈1 171
∶
；
在选择使用催化剂Ⅰ和400 ℃条件下反应， 0～2 min CH3OH 的浓度由0 增加到345.2
μmol/L，c(CH4)∶c(CH3OH)＝42 780 345.2≈124
∶
；在选择使用催化剂Ⅱ和400 ℃的反应条件下，0
～2 min CH3OH 的浓度由0 增加到34 μmol·L－1，c(CH4)∶c(CH3OH)＝38 932 34
∶
＝1 145。因此，
若某空间站的生命保障系统实际选择使用催化剂Ⅱ和400 ℃的反应条件的原因是相同催化剂，
400 ℃的反应速率更快，相同温度，催化剂Ⅱ副产物浓度低，甲烷与甲醇比例高。
【答案】
【题后归纳】
【典例剖析】
(2022·全国甲卷，28)金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途，目前生产钛的方法之一是将金红
石(TiO2)转化为TiCl4，再进一步还原得到钛。回答下列问题：
(1)TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1 000 ℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：
(ⅰ)直接氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g) ΔH1＝＋172 kJ·mol－1，Kp1＝1.0×10－2
(ⅱ)碳氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g) ΔH2＝－51 kJ·mol－1，Kp2＝1.2×1012Pa
①反应2C(s)＋O2(g)===2CO(g)的ΔH 为__________ kJ·mol－1，Kp＝__________Pa。
②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，其原因是_____________________________________。
③对于碳氯化反应：增大压强，平衡__________移动(填“向左”“向右”或“不”)；温度升高，平衡转化率
________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)在1.0×105Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量比1 2.2 2
∶
∶进行反应。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。
①反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的平衡常数Kp(1 400 ℃)＝__________Pa。
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②图中显示，在200 ℃平衡时TiO2 几乎完全转化为TiCl4，但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是
_____________________________。
(3)TiO2碳氯化是一个“气-固-固”反应，有利于TiO2-C“固-固”接触的措施是_______________________________。
【总结归纳】
有关多重平衡及选择性的问题
在多重平衡中，几个可逆反应是相互影响的。
(1)如果主反应的生成物又与主反应的某一反应物发生另一个可逆反应，那么该反应物的平衡转化率就会增大。
(2)在一定温度下，特定的混合体系，多重平衡选择性为定值。因为平衡常数只与温度有关，且催化剂不能改变某
一物质的平衡转化率。
(3)如果在同一条件下，两个物质同时可以发生几个可逆反应，那么催化剂的选用就可以使其中某一反应的选择性
提高。
四、水溶液中的平衡移动
1．对比剖析“三大”平衡
平衡类型
电离平衡CH3COOH⇌
CH3COO－＋H＋
水解平衡CH3COO－＋
H2O⇌CH3COOH＋OH－
沉淀溶解平衡AgCl(s)⇌Ag＋
(aq)＋Cl－(aq)
研究对象
弱电解质溶液
能水解的盐溶液
难溶电解质
影
响
因
素
升温
促进电离
Ka增大
促进水解
Kh增大
若难溶物的
溶解度与温
度成正比，
促进溶解；
反之，则抑
制溶解
若难溶物的
溶解度与温
度成正比，
Ksp增大；反
之，则Ksp减
小
加水
促进电离
Ka不变
促进水解
Kh不变
促进溶解
Ksp不变
加入相
应离子
(或物质)
加入
CH3COONa 或
HCl，抑制电离
Ka不变
加入CH3COOH 或
NaOH，抑制水解
Kh不变
加AgNO3
或NaCl，
抑制溶解
Ksp不变
加入反应
离子(或
物质)
加入OH－，促
进电离
Ka不变
加入H＋，促进水
解
Kh不变
加入氨
水，促进
溶解
Ksp不变
2．外界条件对水的电离平衡的影响
H2O ⇌H＋＋OH－ ΔH>0
条件
平衡移动方向
Kw
水的电离程度
c(OH－)
c(H＋)
酸
向左
不变
减小
减小
增大
碱
向左
不变
减小
增大
减小
可水解
的盐
Na2CO3
向右
不变
增大
增大
减小
NH4Cl
向右
不变
增大
减小
增大
温度
升温
向右
增大
增大
增大
增大
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降温
向左
减小
减小
减小
减小
其他：如加入Na
向右
不变
增大
增大
减小
3．电离常数(K 电离)与电离度(α)的关系(以一元弱酸HA 为例)
HA ⇌H＋ ＋ A－
起始浓度： c 酸 0 0
平衡浓度： c 酸·(1－α) c 酸·α c 酸·α
K 电离＝＝。
若α 很小，可认为1－α≈1，则K 电离＝c 酸·α2(或α＝)。
4．电离常数与水解常数的关系
(1)对于一元弱酸HA，Ka与Kh的关系
HA ⇌H＋＋A－，Ka(HA)＝；
A－＋H2O ⇌HA＋OH－，Kh(A－)＝。
则Ka·Kh=c(H＋)·c(OH－) =Kw，故Kh=。
常温时Ka·Kh=Kw=1.0×10－14，Kh=。
(2)对于二元弱酸H2B，Ka1(H2B)、Ka2(H2B)与Kh(HB－)、Kh(B2－)的关系
HB－＋H2O ⇌H2B＋OH－，Kh(HB－)=＝=。
B2－＋H2O ⇌HB－＋OH－，Kh(B2－)=＝=。
【拓展】 常温时，对于一元弱酸HA，当Ka>1.0×10－7时，Kh<1.0×10－7，此时将等物质的量浓度的HA 溶液与
NaA 溶液等体积混合，HA 的电离程度大于A－的水解程度，溶液呈酸性；同理，当Ka<1.0×10－7时，Kh>1.0×10－
7，A－的水解程度大于HA 的电离程度，溶液呈碱性。对于多元弱酸，Kh=，Ka是其阴离子结合一个H＋所形成的粒
子的电离常数。
5、走出溶液稀释、混合的误区
误区一：不能正确理解酸、碱的无限稀释规律
常温下任何酸或碱溶液无限稀释时，溶液的pH 都不可能大于7 或小于7，只能接近7。
误区二：不能正确理解弱酸、弱碱的稀释规律
溶液
稀释前
溶液pH
加水稀释
到原来体
积的10n倍
稀释后
溶液pH
酸
强酸
pH＝a
pH＝a＋n
弱酸
a<pH<a＋n
碱
强碱
pH＝b
pH＝b－n
弱碱
b－n<pH<b
误区三：不能正确掌握混合溶液的定性规律
常温下，pH=n(n<7)的强酸和pH = 14－n 的强碱溶液等体积混合，混合溶液pH= 7；pH= n(n<7)的醋酸和pH= 14
－n 的氢氧化钠溶液等体积混合，混合溶液pH<7；pH= n(n<7)的盐酸和pH= 14－n 的氨水等体积混合，混合溶液
pH>7。
6、溶液中粒子浓度关系
(1)Na2S 溶液
水解方程式：_
____
；
离子浓度大小关系：_ _
____
_ ；
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电荷守恒：_ _
____
___
；
元素质量守恒：_
____
；
质子守恒：_
____
。
(2)NaHS 溶液
水解方程式：_
____
；
离子浓度大小关系：___
____
__；
电荷守恒：_ _
____
__
；
元素质量守恒：_ _
____
_ ；
质子守恒：_
____
。
(3)1 1∶的CH3COOH、CH3COONa 溶液
水解方程式：__
_
____
____
；
离子浓度大小关系：_
____
；
电荷守恒：_
____
__
；
元素质量守恒：_ _
____
__
；
质子守恒：_
____
。
(4)CH3COOH、CH3COONa 混合呈中性溶液
离子浓度大小关系：_
____
；
电荷守恒：_
____
_ ；
元素质量守恒：_
____
_ 。
(5)常温下pH＝2 的CH3COOH 与pH＝12 的NaOH 等体积混合的溶液
离子浓度大小关系：_ _
____
_ ；
电荷守恒：__
____
_。
【解题建模】
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【真题演练】
1.(2023·全国甲卷)甲烷选择性氧化制备甲醇是一种原子利用率高的方法。回答下列问题：
(1)已知下列反应的热化学方程式：
3O
①
2(g) = 2O3(g) K1 ΔH1= ＋285 kJ·mol－1
2CH
②
4(g)＋O2(g)= 2CH3OH(l) K2 ΔH2= －329 kJ·mol－1
反应③CH4(g)＋O3(g)=CH3OH(l)＋O2(g)的ΔH3= ________ kJ·mol－1，平衡常数K3= ________(用K1、K2表示)。
(2)电喷雾电离等方法得到的M＋(Fe＋、Co＋、Ni＋等)与O3反应可得MO＋。MO＋与CH4反应能高选择性地生成甲醇。
分别在300 K 和310 K 下(其他反应条件相同)进行反应MO＋＋CH4=M＋＋CH3OH，结果如下图所示。图中300 K 的
曲线是________(填“a”或“b”)。300 K、60 s 时MO＋的转化率为________(列出算式)。
(3)MO＋分别与CH4、CD4反应，体系的能量随反应进程的变化如下图所示(两者历程相似，图中以CH4示例)。
(ⅰ)步骤Ⅰ和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
(ⅱ)直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时，反应速率会变慢，则MO＋与CD4反应的能量变化应为图
中曲线________(填“c”或“d”)。
(ⅲ)MO＋与CH2D2反应，氘代甲醇的产量CH2DOD________CHD2OH(填“＞”“＜”或“＝”)。若MO＋与CHD3
反应，生成的氘代甲醇有________种。
2.(2023·全国乙卷)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N2气氛中，FeSO4·7H2O 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：
FeSO4·7H2O(s)=FeSO4(s)＋7H2O(g) ΔH1＝a kJ·mol－1
FeSO4·xH2O(s)=FeSO4(s)＋xH2O(g) ΔH2＝b kJ·mol－1
FeSO4·yH2O(s)=FeSO4(s)＋yH2O(g) ΔH3＝c kJ·mol－1
则FeSO4·7H2O(s)＋FeSO4·yH2O(s)===2(FeSO4·xH2O)(s)的ΔH＝________ kJ·mol－1。
(3)将FeSO4置入抽空的刚性容器中，升高温度发生分解反应：2FeSO4(s)Fe2O3(s)＋SO2(g)＋SO3(g)(Ⅰ)。平衡时
pSO3－T 的关系如下图所示。660 K 时，该反应的平衡总压p 总＝________ kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)＝________ (kPa)2。
Kp(Ⅰ)随反应温度升高而________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)提高温度，上述容器中进一步发生反应2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)(Ⅱ)，平衡时pO2＝________(用pSO3、pSO2表
示)。在929 K 时，p 总＝84.6 kPa、pSO3＝35.7 kPa，则pSO2＝________ kPa，Kp(Ⅱ)＝________ kPa(列出计算式)。
3.（2023·新课标卷）氨是最重要的化学品之一，我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题：
（1）根据图1 数据计算反应
的
_______
。
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（2）研究表明，合成氨反应在
催化剂上可能通过图2 机理进行(*表示催化剂表面吸附位，
表示被吸附于催
化剂表面的
)。判断上述反应机理中，速率控制步骤(即速率最慢步骤)为_______(填步骤前的标号)，理由是
_______。
（3）合成氨催化剂前驱体(主要成分为
)使用前经
还原，生成
包裹
。已知
属于立方
晶系，晶胞参数
，密度为
，则
晶胞中含有Fe 的原子数为_______(列出计算式，阿伏加
德罗常数的值为
)。
（4）在不同压强下，以两种不同组成进料，反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如下图所示。其中一种
进料组成为
，另一种为
。(物质i 的摩尔分数：
)
①图中压强由小到大的顺序为_______，判断的依据是_______。
②进料组成中含有惰性气体
的图是_______。
③图3 中，当
、
时，氮气的转化率
_______。该温度时，反应
的平衡常数
_______
(化为最简式)。
4. （2023·北京卷）尿素[CO(NH2)2]合成的发展体现了化学科学与技术的不断进步。
（1）十九世纪初，用氰酸银（AgOCN）与NH4Cl 在一定条件下反应制得CO(NH2)2，实现了由无机物到有机物的
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合成。该反应的化学方程式是____________________。
（2）二十世纪初，工业上以CO2和NH3为原料在一定温度和压强下合成尿素。反应分两步：
ⅰ．CO2和NH3生成NH2COONH4；
ⅱ．NH2COONH4分解生成尿素。
结合反应过程中能量变化示意图，下列说法正确的是__________(填序号)。
a．活化能：反应ⅰ<反应ⅱ
b．ⅰ放热反应，ⅱ为吸热反应
c．CO2(l)+2NH3(l）= CO(NH2)2(l）+ H2O(l） △H=E1 -E4
（3）近年研究发现，电催化CO2和含氮物质（NO3
-等)在常温常压下合成尿素，有助于实现碳中和及解决含氮废水
污染问题。向一定浓度的KNO3溶液通CO2至饱和，在电极上反应生成CO(NH2)2，电解原理如图所示。
①电极b 是电解池的__________极。
②电解过程中生成尿素的电极反应式是_____________。
（4）尿素样品含氮量的测定方法如下。
已知：溶液中c（NH4
+）不能直接用NaOH 溶液准确滴定。
①消化液中的含氮粒子是__________。
②步骤ⅳ中标准NaOH 溶液的浓度和消耗的体积分别为和
，计算样品含氮量还需要的实验数据有__________。
5.（2023·浙江1 月）19. “碳达峰·碳中和”是我国社会发展重大战略之一，CH4还原CO2是实现“双碳”经济的有
效途径之一，相关的主要反应有：
Ⅰ：CH4(g)+CO2(g)
2
⇌CO(g)+ 2H2(g)
H
△
1=+247kJ·mol-1，K1
21
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Ⅱ：H2(g)+CO2(g)⇌CO(g)+ H2O(g)
H
△
2=+41kJ·mol-1，K2
请回答：
（1）有利于提高CO2平衡转化率的条件是___________。
A. 低温低压
B. 低温高压
C. 高温低压
D. 高温高压
（2）反应CH4(g)+3CO2(g)
4
⇌CO(g)+ 2H2O(g)的△H=___________kJ·mol-1，K=___________(用K1，K2表示)。
（3）恒压、750℃时，CH4和CO2按物质的量之比1:3 投料，反应经如下流程(主要产物已标出)可实现CO2高效转
化。
①下列说法正确的是___________。
A．Fe3O4可循环利用，CaO 不可循环利用
B．过程ⅱ，CaO 吸收CO2可促使Fe3O4氧化CO 的平衡正移
C．过程ⅱ产生的H2O 最终未被CaO 吸收，在过程ⅲ被排出
D．相比于反应Ⅰ，该流程的总反应还原1mol CO2需吸收的能量更多
②过程ⅱ平衡后通入He，测得一段时间内CO 物质的量上升，根据过程ⅲ，结合平衡移动原理，解释CO 物质的
量上升的原因___________。
（4）CH4还原能力(R)可衡量CO2转化效率，R=
n(CO
△
2)/
n(CH
△
4)(同一时段内CO2与CH4的物质的量变化量之比)。
①常压下CH4和CO2按物质的量之比1:3 投料，某一时段内CH4和CO2的转化率随温度变化如图1，请在图2 中画
出400~1000℃间R 的变化趋势，并标明1000℃时R 值___________。
②催化剂X 可提高R 值，另一时段内CH4转化率、R 值随温度变化如下表：
温度/℃
480
500
520
550
CH4转化率/%
7.9
11.5
20.2
34.8
R
2.6
2.4
2.1
1.8
下列说法不正确的是___________
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A．R 值提高是由于催化剂X 选择性地提高反应Ⅱ的速率
B．温度越低，含氢产物中H2O 占比越高
C．温度升高，CH4转化率增加，CO2转化率降低，R 值减小
D．改变催化剂提高CH4转化率，R 值不一定增大
6.（2023·浙江6 月）19. 水煤气变换反应是工业上的重要反应，可用于制氢。
水煤气变换反应：
CO(g)+ H2O(g)⇌CO2(g)+ 2H2(g)
H=
△
-41.2kJ·mol-1，
该反应分两步完成：
3Fe2O3(s)+CO(g) ⇌2Fe3O4(s)+CO2(g)
H
△
1=-47.2kJ·mol-1
2Fe3O4(s)+ H2O(g) ⇌3Fe2O3(s) + H2(g)
H
△
2
请回答：
（1）△H2=_______kJ·mol-1。
（2）恒定总压1.7MPa 和水碳比[
]投料，在不同条件下达到平衡时CO2和
的分压(某成分
分压=总压×该成分的物质的量分数)如下表：
P(CO2)/MPa
条件1
0.40
0.40
0
条件2
0.42
0.36
0.02
①在条件1 下，水煤气变换反应的平衡常数
___________。
②对比条件1，条件2 中
产率下降是因为发生了一个不涉及CO2的副反应，写出该反应方程式____。
（3）下列说法正确的是______。
A. 通入反应器的原料气中应避免混入O2
B. 恒定水碳比
，增加体系总压可提高
的平衡产率
C. 通入过量的水蒸气可防止
被进一步还原为
D. 通过充入惰性气体增加体系总压，可提高反应速率
（4）水煤气变换反应是放热的可逆反应，需在多个催化剂反应层间进行降温操作以“去除”反应过程中的余热(如
图1 所示)，保证反应在最适宜温度附近进行。
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①在催化剂活性温度范围内，图2 中b-c 段对应降温操作的过程，实现该过程的一种操作方法是______。
A．按原水碳比通入冷的原料气 B．喷入冷水(蒸气) C．通过热交换器换热
②若采用喷入冷水(蒸气)的方式降温，在图3 中作出CO 平衡转化率随温度变化的曲线____。
（5）在催化剂活性温度范围内，水煤气变换反应的历程包含反应物分子在催化剂表面的吸附(快速)、反应及产物
分子脱附等过程。随着温度升高，该反应的反应速率先增大后减小，其速率减小的原因是________。
7.（2023·湖南）聚苯乙烯是一类重要的高分子材料，可通过苯乙烯聚合制得。
Ⅰ．苯乙烯的制备
（1）已知下列反应的热化学方程式：
①
②
③
计算反应④C6H5C2H5(g) ⇌C6H5CH=CH2(g)+H2(g) 的△H4=_______kJ·mol-1；
（2）在某温度、100kPa 下，向反应器中充入1mol 气态乙苯发生反应④，其平衡转化率为50%，欲将平衡转化率
提高至75%，需要向反应器中充入_______mol 水蒸气作为稀释气(计算时忽略副反应)；
（3）在913K、100kPa 下，以水蒸气作稀释气。Fe2O3作催化剂，乙苯除脱氢生成苯乙烯外，还会发生如下两个副
反应：
⑤
⑥
以上反应体系中，芳香烃产物苯乙烯、苯和甲苯的选择性S(
)随
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乙苯转化率的变化曲线如图所示，其中曲线b 代表的产物是_______，理由是_______；
（4）关于本反应体系中催化剂Fe2O3的描述错误的是_______；
A. X 射线衍射技术可测定Fe2O3晶体结构
B. Fe2O3可改变乙苯平衡转化率
C. Fe2O3降低了乙苯脱氢反应的活化能
D. 改变Fe2O3颗粒大小不影响反应速率
Ⅱ．苯乙烯的聚合
苯乙烯聚合有多种方法，其中一种方法的关键步骤是某Cu(Ⅰ)的配合物促进C6H5CH2X(引发剂，X 表示卤素)生成自
由基C6H5CH2？，实现苯乙烯可控聚合。
（5）引发剂C6H5CH2Cl、C6H5CH2Br、C6H5CH2I 中活性最高的是_______；
（6）室温下，①Cu+在配体L 的水溶液中形成[Cu(L)2]+，其反应平衡常数为K；②CuBr 在水中的溶度积常数为
Ksp。由此可知，CuBr 在配体L 的水溶液中溶解反应的平衡常数为_______(所有方程式中计量系数关系均为最简整
数比)。
8．(2023·广东，19)配合物广泛存在于自然界，且在生产和生活中都发挥着重要作用。
(1)某有机物R 能与Fe2＋形成橙红色的配离子[FeR3]2＋，该配离子可被HNO3氧化成淡蓝色的配离子[FeR3]3＋。
①基态Fe2＋的3d 电子轨道表示式为______________________________________。
②完成反应的离子方程式：NO＋2[FeR3]2＋＋3H＋________________＋2[FeR3]3＋＋H2O。
(2)某研究小组对(1)中②的反应进行了研究。
用浓度分别为2.0 mol·L－1、2.5 mol·L－1、3.0 mol·L－1的HNO3溶液进行了三组实验，得到c([FeR3]2＋)随时间t 的变
化曲线如图。
①c(HNO3)＝3.0 mol·L－1时，在0～1 min 内，[FeR3]2＋的平均消耗速率＝_________________。
②下列有关说法中，正确的有_____________________________________________________。
A．平衡后加水稀释，增大
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B．[FeR3]2＋平衡转化率：αⅢ>αⅡ>αⅠ
C．三组实验中，反应速率都随反应进程一直减小
D．体系由橙红色转变为淡蓝色所需时间：tⅢ>tⅡ>tⅠ
(3)R 的衍生物L 可用于分离稀土。溶液中某稀土离子(用M 表示)与L 存在平衡：
M＋L ⇌ML K1
ML＋L ⇌ML2 K2
研究组配制了L 起始浓度c0(L)＝0.02 mol·L－1、M 与L 起始浓度比不同的系列溶液，反应平衡后测定其核磁共振氢
谱。配体L 上的某个特征H 在三个物种L、ML、ML2中的化学位移不同，该特征H 对应吸收峰的相对峰面积S(体
系中所有特征H 的总峰面积计为1)如下表。
c0(M)/c0(L)
S(L)
S(ML)
S(ML2)
0
1.00
0
0
a
x
<0.01
0.64
b
<0.01
0.40
0.60
注 核磁共振氢谱中相对峰面积S 之比等于吸收峰对应H 的原子数目之比；“<0.01”表示未检测到。
①＝a 时，x＝____________。
②＝b 时，平衡浓度比c 平(ML2)∶c 平(ML)＝____________。
(4)研究组用吸收光谱法研究了(3)中M 与L 反应体系。当c0(L)＝1.0×10－5mol·L－1时，测得平衡时各物种随的变化
曲线如图。＝0.51 时，计算M 的平衡转化率____________(写出计算过程，结果保留两位有效数字)。
9．(2023·辽宁，18)硫酸工业在国民经济中占有重要地位。
(1)我国古籍记载了硫酸的制备方法——“炼石胆(CuSO4·5H2O)取精华法”。借助现代仪器分析，该制备过程中
CuSO4·5H2O 分解的TG 曲线(热重)及DSC 曲线(反映体系热量变化情况，数值已省略)如图1 所示。700 ℃左右有两
个吸热峰，则此时分解生成的氧化物有SO2、__________和__________(填化学式)。
(2)铅室法使用了大容积铅室制备硫酸(76%以下)，副产物为亚硝基硫酸，主要反应如下：
NO2＋SO2＋H2O===NO＋H2SO4
2NO＋O2===2NO2
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ⅰ.上述过程中NO2的作用为__________。
ⅱ.为了适应化工生产的需求，铅室法最终被接触法所代替，其主要原因是________________________________(答
出两点即可)。
(3)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化：SO2(g)＋O2(g) ⇌SO3(g)ΔH＝－98.9 kJ·mol－1
ⅰ.为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度，绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度的关系如
图2 所示，下列说法正确的是__________。
a．温度越高，反应速率越大
b．α＝0.88 的曲线代表平衡转化率
c．α 越大，反应速率最大值对应温度越低
d．可根据不同α 下的最大速率，选择最佳生产温度
ⅱ.为提高钒催化剂的综合性能，我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下，温度和转化率关系如图3 所示，催化
性能最佳的是________(填标号)。
ⅲ.设O2 的平衡分压为p，SO2 的平衡转化率为αe，用含p 和αe 的代数式表示上述催化氧化反应的Kp＝
__________(用平衡分压代替平衡浓度计算)。
10．(2023·湖北，19)纳米碗C40H10是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下，C40H10可以由C40H20分子经过连续5
步氢抽提和闭环脱氢反应生成。C40H20(g)――→C40H18(g)＋H2(g)的反应机理和能量变化如下：
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回答下列问题：
(1)已知C40Hx中的碳氢键和碳碳键的键能分别为431.0 kJ·mol－1和298.0 kJ·mol－1，H—H 键能为436.0 kJ·mol－1。估
算C40H20(g) ⇌C40H18(g)＋H2(g)的ΔH＝____________ kJ·mol－1。
(2)图示历程包含________个基元反应，其中速率最慢的是第________个。
(3)C40H10纳米碗中五元环和六元环结构的数目分别为________、________。
(4)1 200 K 时，假定体系内只有反应C40H12(g)C40H10(g)＋H2(g)发生，反应过程中压强恒定为p0(即C40H12的初始
压强)，平衡转化率为α，该反应的平衡常数Kp为____________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质
的量分数)。
(5)C40H19(g) ⇌C40H18(g)＋H·(g)及C40H11(g)C40H10(g)＋H·(g)反应的ln K(K 为平衡常数)随温度倒数的关系如图所
示。已知本实验条件下，ln K＝－＋c(R 为理想气体常数，c 为截距)。图中两条线几乎平行，从结构的角度分析其
原因是__________________________________。
(6)下列措施既能提高反应物的平衡转化率，又能增大生成C40H10的反应速率的是________(填标号)。
a．升高温度 b．增大压强 c．加入催化剂
11．(2023·山东，20)一定条件下，水气变换反应CO＋H2O⇌CO2＋H2的中间产物是HCOOH。为探究该反应过程，
研究HCOOH 水溶液在密封石英管中的分解反应：
Ⅰ.HCOOH ⇌CO＋H2O(快)
Ⅱ.HCOOH⇌CO2＋H2(慢)
研究发现，在反应Ⅰ、Ⅱ中，H＋仅对反应Ⅰ有催化加速作用；反应Ⅰ速率远大于反应Ⅱ，近似认为反应Ⅰ建立平
衡后始终处于平衡状态。忽略水的电离，其浓度视为常数。回答下列问题：
(1)一定条件下，反应Ⅰ、Ⅱ的焓变分别为ΔH1、ΔH2，则该条件下水气变换反应的焓变ΔH＝__________(用含
ΔH1、ΔH2的代数式表示)。
(2)反应Ⅰ正反应速率方程为v＝kc(H＋)·c(HCOOH)，k 为反应速率常数。T1温度下，HCOOH 电离平衡常数为Ka，
当HCOOH 平衡浓度为x mol·L－1时，H＋浓度为______ mol·L－1，此时反应 Ⅰ 正反应速率v＝______ mol·L－1·h－
1(用含Ka、x 和k 的代数式表示)。
(3)T3温度下，在密封石英管内完全充满1.0 mol·L－1 HCOOH 水溶液，使HCOOH 分解，分解产物均完全溶于水。
含碳物种浓度与反应时间的变化关系如图所示(忽略碳元素的其他存在形式)。t1时刻测得CO、CO2的浓度分别为
0.70 mol·L－1、0.16 mol·L－1，反应 Ⅱ 达平衡时，测得H2的浓度为y mol·L－1。体系达平衡后＝____________(用
含y 的代数式表示，下同)，反应Ⅱ的平衡常数为__________。
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相同条件下，若反应起始时溶液中同时还含有0.10 mol·L－1盐酸，则图示点a、b、c、d 中，CO 新的浓度峰值点可
能是__________(填标号)。与不含盐酸相比，CO 达浓度峰值时，CO2浓度________(填“增大”“减小”或“不
变”)，的值____________(填“增大”“减小”或“不变”)。
【考向预测】
1．（2024·陕西榆林·三模）利用甲烷催化裂解制备乙烯、乙炔，也可以与
在催化剂的作用下合成甲醇，有利于
实现碳资源的有效循环。
(1)甲烷催化裂解制备乙烯、乙炔时涉及以下反应：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
反应Ⅲ：
反应Ⅳ：
。
(2)甲烷在固体催化剂表面发生反应Ⅰ的过程如图所示。
A
①、B、C 中能量状态最高的是 。A 到B 的能量变化 B 到C 的能量变化(填“>”、“<”或
“=”)。
②某温度下，反应Ⅰ的
、
(
为速率常数)，部分数据如表所示。
0.05
P1
4.8
P2
P1
19.2
P2
0.15
8.1
该温度下
MPa-3∙min-1；温度升高，速率常数增大的倍数：
(填“>”、“<”或
“=”)。
(3)一定条件下，甲烷裂解体系中几种气体的平衡分压的对数与温度的关系如图所示。
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725℃
①
时，反应Ⅰ、Ⅲ中，反应倾向较大的是 。
②工业上催化裂解甲烷常通入一定量的
，原因是 。
(4)在催化剂的作用下，利用
与
合成甲醇。
主反应：
副反应：
在温度为T℃、压强为
下，向容器中充入
、
和
，充分反应达平衡时
的转化率为80%，产物的选择性［如甲醇的选择性
］如图所示：
计算平衡时
的物质的量为
。副反应的相对压力平衡常数
。(已知：气体的相对
分压等于其分压除以标准压强
，相对压力平衡常数
是指用相对分压代替浓度计算的平衡常数)。
2．（2024·陕西西安·三模）2023 年杭州亚运会主火炬塔首次使用废碳再生的“绿色甲醇”作为燃料，实现了循环
内的零排放。“零碳甲醇”作为公认的新型清洁可再生能源，不易爆炸、储运安全便捷。
甲醇的制备方法有二氧化碳加氢法、电催化法、甲烷催化氧化法等。回答下列问题：
Ⅰ.二氧化碳加氢制甲醇：
①
kJ/mol
②
kJ/mol
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③
已知：甲醇的选择性
(1)
，该反应自发进行的条件是 。
(2)一定温度下，在恒容密闭反应器中，反应③达到平衡，下列措施中能使平衡体系中
增大且加快化学
反应速率的是___________ (填字母)。
A．升高温度
B．充入
，使体系压强增大
C．再充入1 mol
D．将
从体系中分离出去
(3)恒温恒容条件下，原料气
、
以物质的量浓度之比为1 3∶投料时，控制合适条件(不考虑反应③)，
甲醇的选择性为60%。已知初始压强为4MPa，
，达到平衡时，
mol/L，则该过程中
的平衡转化率为 %，该条件下反应②的
(保留三位有效数字)。
Ⅱ.电催化法
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。
(4)电极生成
的电极反应式为 。
(5)控制电压为0.8V，电解时转移电子的物质的量为 mol。
Ⅲ.甲烷催化氧化法
主反应：
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副反应：
科学家将
、
和
(
是活性催化剂)按一定体积比在催化剂表面合成甲醇，部分反应历程如图所示
(吸附在催化剂表面的物种用*标注，TS 代表过渡态)。
(6) 该历程中正反应的最大活化能为 kJ·mol
，写出该步骤反应的化学方程式： 。
3．（2024·四川成都·三模）中国科学院研究团队在人工合成淀粉方面取得重大突破性进展，首次在实验室实现了
二氧化碳到淀粉的合成，为解决粮食危机和实现碳循环利用提供了有效途径。回答下列问题：
(1)人工合成淀粉的第一步是利用化学催化剂将高浓度二氧化碳在高密度氢能作用下还原成一碳化合物，其反应过
程如图甲所示，则该反应的热化学方程式为 。
(2)在一定条件下，若上述反应的平衡常数为K1，已知存在副反应
，
平衡常数为K2，则反应
的平衡常数
(用K1、K2表示)。
(3)选择合适的催化剂，可用CO2和H2合成重要的化工原料C2H4，假设在压强为100 kPa 的恒压容器中只存在反应
，不同投料比时，CO2的平衡转化率随温度的变化如图乙所示(已知投料比
)。
① 图乙中，x 3(填“>”“<”或“=”，下同)，该反应的ΔH 0，有利于该反应自发进行的条件是
(填“高温”“低温”或“任意温度”)；
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② 图乙A、B 两点中，ʋ 正(A) ʋ 正(B)(填“>”“<”或“=”)，理由是 ；
③ 恒温恒压下，以投料比m = 3 进行该反应，下列能判断该反应已达平衡的标志有 (填标号)；
A．
保持不变
B．CO2的转化率与H2的转化率相等
C．断裂6 mol H—H 键的同时，生成8 mol H—O 键
D．容器中混合气体的密度保持不变
④ 已知B 点纵坐标为40%，则该反应B 点的压强平衡常数Kp = (列出计算表达式)。
4．（2024·四川乐山·三模）氮氧化物(NOx)能引起光化学烟雾、酸雨等环境问题，氮氧化物的治理是环境治理研究
的热门之一，回答下列问题：
(1)氮的氧化物会与空气胶体所吸附的海盐粒子作用，其反应原理为：
①已知：
则
(用含
、
的式子表示)，若反应
在低温时自发进行，则该反应的活化能
0(填“>”或“<”或“=”)。
(2)一定条件下，CO 还原NO 可减少氮氧化物污染，发生的反应为：
；
①某温度下，向2L 体积恒定的密闭容器中充入1mol CO 和5mol 汽车尾气(主要成分为NO 和N2，其中NO 的体积
分数为20%)发生反应。10min 时反应达到平衡，此时CO 的转化率为40%。则0~10min 内，
；平衡时，体系压强为10MPa，则用分压表示的平衡常数
(列出计算式)。
②其它条件不变，相同时间内，测得反应在不同催化剂作用下，NO 转化率随温度变化关系如图所示。则催化剂a
条件下，图中达到平衡状态的点可能在 (填“M 点”“N 点”或“M 点和N 点”)判断理由是
；催化剂b 条件下，300℃以后NO 转化率迅速减小的原因可能是 。
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③测得该反应
，
(k 正、k 逆是速率常数，只与温度有关)。已知
，下图中Ⅰ、Ⅱ两条曲线表示lnk 正和lnk 逆随温度变化关系，其中表示lnk 逆随温度变化的是
(填曲线编号)；若图中A、B 两点的纵坐标分别为a+3、a+1，则温度T1时化学平衡常数
。
5．（2024·河北沧州·二模）二甲醚(DME)作为一种新兴的基本有机化工原料，在制药、燃料、农药等化学工业中
有许多独特的用途，其制备方法有CO 氢化法、
氢化法、
电化法等。回答下列问题：
(1)CO 氢化法所涉及的反应如下：
反应i．
；
反应ii．
；
反应iii．
。
①反应iv。
，利于该反应正向进行的条
件是 (填“高温”“低温”或“任意温度”)。
②将
和
充入密闭容器中仅发生反应iv，平衡体系中
的物质的量分数与压强
和温度的关系如图所示，关于温度和压强的关系判断正确的是 (填字母)。
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A．
，
B．
，
C．
，
D．
，
(2)在某温度及压强为pMPa 条件下，在密闭容器中按物质的量之比1：2 充入
、
，发生反应
，平衡时
的转化率为50%。
①达平衡时，
MPa。
②该温度下，平衡常数
MPa－4(以平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压物质的量分数)。
(3)
氢化法反应原理为反应v。
。在一定压强、
和
的起始投料
一定的条件下，发生反应iii、反应v，实验测得
平衡转化率和平衡时
的选择性随温度的变化如图所
示。
①
的选择性
，其中表示平衡时
的选择性的是曲线 (填“x”或
“y”)。
②温度高于300℃时，曲线y 随温度升高而升高的原因是 。
③为同时提高
的平衡转化率和平衡时
的选择性，应选择的反应条件为 (填字母)。
a．低温、低压 b．高温、高压 c．高温、低压 d．低温、高压
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(4)
电化法工作原理如图所示：阴极电极反应式为 ，电解过程中右池溶液的质量 (填
“增大”“减少”或“不变”)。
6．（2024·河南郑州·三模）T℃下，向恒压密闭容器中充入
，加入催化剂发生催化脱氢反应
。
(1)下图为丙烷的平衡转化率在不同压强下随温度的变化关系。
则该反应的
0（填“＞”“＜”，下同），压强
。
(2)若平衡时体系总压强为P。试用压强平衡常数
和P 表示丙烷的转化率x＝ 。（不考虑副反应）
(3)若在体系中通入
可以提高脱氢反应的转化率，其原因可能是 （答2 点）。
(4)某同学查阅资料得知丙烷无氧脱氢制丙烯的几种催化剂的反应性能如下表所示（丙烯选择性是指转化的
中
生成
的百分比））。
常见丙烷无氧脱氢制丙烯催化剂反应性能
催化剂
反应温度/℃
转化率/%
丙烯选择性/%
丙烯收率/%
600
50.0
90.0
45.0
620
39.0
85.0
33.2
36
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620
34.4
62.9
21.6
590
18.6
76.8
14.3
590
36.4
99.3
36.1
表中的反应温度数据不尽相同，其选取温度的考虑因素可能是 。丙烯收率的计算公式是：收率＝
。由表中数据，你认为最佳催化剂为 。
(5)向1L 密闭容器中充入
，在某催化剂作用下反应10min，丙烷转化率和丙烯选择性如下图所示。当
的转化率为40％时，丙烯的选择性是 ％，丙烯的收率是 ％。
7．（2024·河北·二模）研究
的综合利用、实现
资源化是能源领域的重要发展方向。
(1)以二氧化钛表面覆盖的
为催化剂，可以将
和
直接转化成乙酸。
①研究发现该反应在250～300℃时，温度升高，乙酸的生成速率反而降低，原因是 ．
②为了提高该反应中
的平衡转化率，可以采取的措施是 （写出两种）。
(2)我国科学家研究发现二氧化碳电催化还原制甲醇的反应
需通过以下
两步实现：
Ⅰ．
Ⅱ．
反应过程中各物质的相对能量变化情况如图所示。
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①
。稳定性：过渡态1 （填“大于”“小于”或“等于”）过渡态2。
②为探究反应
，进行如下实验：在一恒温、体积为
的密闭容器中，
充入
和
，进行该反应（不考虑其他副反应）。
时测得
和
的体积分数之比为
且
比值不再随时间发生变化。反应开始到平衡，
．该温度下的平衡常数
（保留三位有效
数字）。
(3)生物电催化技术运用微生物电解池实现了
的甲烷化，其工作原理如图所示。
①微生物电解池实现
甲烷化的阴极的电极反应为 ．
②如果处理有机物
产生标准状况下
，则理论上导线中通过的电子的物质的量为 ．
8．（2024·山西·二模）
是一种重要的化工原料，
的回收和资源化利用具有重要意义。回答下列问题：
(1)
和
是汽车尾气中污染大气的成分，某催化剂可将其转化为对环境友好的物质，达到治理污染的目的。
有关化学反应的能量变化如图所示。
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则该反应的热化学方程式为 。
(2)
时，将
和
充入体积为
的恒容密闭容器中，发生上述反应，
末反应达到平衡，
平衡体系中有
。
①
内，
的平均反应速率为
的转化率为 %。
②写出一种能提高
平衡转化率的措施 。
(3)
和
可用于合成
和
。
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
上述反应温度不能过高的原因是 。
②一定温度下，向恒容容器内充入
和
，初始压强为
，发生上述2 个反应，达到平衡时
的
转化率为40%，
的选择性为60%，则反应Ⅰ的
[列出计算式，用分压表示，分压=总压×
物质的量分数，
的选择性
]。
(4)
可应用于燃料电池，该电池采用
溶液为电解质，其工作原理如图所示：
该电池工作时，电极b 为 极，a 极电极反应式为 。
9．（2024·湖南·二模）Ⅰ．氨的用途十分广泛，如其可作为制备硝酸和氮肥的重要化工原料．工业合成氨是人类
科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔化学奖，反应为
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．请回答下列问题：
(1)实验室中模拟合成氨过程，在一定温度下，将
和
充入一个体积为
的刚性密闭容器中反应，达
平衡时，
的转化率为
；如果在相同条件下充入
，反应达平衡时，
的转化率为
，则
的
值________（填标号）．
A．大于1
B．等于1
C．小于1
D．无法确定
(2)在容积为
的恒容容器中，充入
，其压强随温度变化规律如图1 曲线b 所示．如改为充入
和
，其对应平衡曲线为 ；在
温度下，
的平衡常数
（列出计算式即可，
为以分压表示的平衡常数，分压
总压物质的量分数）．
(3)工厂废气的处理是环境保护的重要环节之一，工业上可利用电解法除尾气NO，并通入一定量
，制得产品
，其工作原理如图2 所示．
①电极M 应该连接电源的 极．
②电极N 的电极反应式为 ．
③当通入
充分反应后，溶液中只有一种溶质，此时M 极消耗的NO 物质的量为 ．
Ⅱ．元素周期表中第ⅤA 族元素及其化合物应用广泛，砷可以用于制备新型半导体材料GaAs，其晶胞结构如图所
示．
(4)
中配位键的数目是 ．
(5)晶胞中与As 距离最近且相等的As 有 个．
10．（2024·河南新乡·三模）氢能是一种重要的绿色能源，在实现“碳中和”与“碳达峰”目标中起到重要作用。
Ⅰ.甲醇―水催化重整可获得氢气。
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(1)表中数据是该反应中相关物质的标准摩尔生成焓(
)数据(标准摩尔生成焓是指在298.15K、100kPa 下由稳定
态单质生成1mol 化合物时的焓变)。
物质
0
―393.5
―241.8
―200.7
则
△H= kJ∙mol-1，该反应在 (填“高温”“低
温”或“任意温度”)下能自发进行。
Ⅱ.乙醇―水催化重整亦可获得，主要反应如下：
反应①：
反应②：
(2)向恒容密闭容器中充入1mol
和3mol
发生上述反应①和②，初始时体系压强为100kPa．平衡
时
的分布分数
、
的产率随温度的变化曲线如图所示。
①为提高氢气的平衡产率，可采取的措施为 (写出2 条)。
200℃
②
以后，解释曲线a 随温度变化趋势的原因： 。
③温度为500℃时，反应经10min 达到平衡，此时乙醇的转化率为60%，则0~10min 内
kPa∙min-1，该温度下，反应②的Kp= (保留小数点后两位)。
(3)乙醇燃料电池(电极材料a 和b 均为惰性电极)广泛应用于微型电源、能源汽车、家用电源、国防等领域，工作原
理如图所示，写出负极的电极反应式： ，当转移1.2mol 电子时，正极消耗的氧气的体积为
L(标准状况下)。
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11．（2024·湖北·三模）近两年来，碳中和连续成为两会期间最受关注的议题之一，
的回收和利用对于改善环
境，实现绿色发展至关重要。
(1)
甲烷化反应最早由化学家PaulSabatier 提出。已知：
反应Ⅰ．
反应Ⅱ．
①
的结构式为 。
②
甲烷化反应是 (填“吸热”或“放热”)反应。
③反应Ⅰ的
和
为速率常数，与温度、催化剂有关)。若平衡
后升高温度，则
(填“增大”、“不变”或“减小”)。
(2)一定条件下，
与
反应可合成乙烯：
。该反应分两步进行：
ⅰ．
ⅱ．
，压强恒定为
时，将
的混合气体和催化剂投入反应器中，达平衡时，部分组分的
物质的量分数如表所示。
组分
物质的量分数
的平衡转化率为 ，反应ⅰ的平衡常数
(
是分压表示的平衡常数，分压
总压物质的量分
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数)。
(3)一种以
和甲醇为原料，利用
和
纳米片
作催化电极，制备甲酸(甲酸盐)
的电化学装置的工作原理如图所示。
①
为 极，电解过程中阴极的电极反应式为 。
②设
为阿伏加德罗常数的值，当电路中转移
电子时，装置中生成
和
的数目共为 。
12.(2023·河南四市第三次质检)为加快实现“双碳”目标，有效应对全球气候变化、构建低碳社会，CO2资源化利
用受到越来越多的关注。
Ⅰ.Sabatier 反应可实现CO2甲烷化：
反应1 CO2(g)＋4H2(g) ⇌CH4(g)＋2H2O(g) ΔH＝－165 kJ·mol－1
同时还发生的反应如下：
反应2 CO2(g)＋H2(g) ⇌CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41 kJ·mol－1
(1)已知键能是指气态原子形成1 mol 化学键释放的能量，上述反应中相关的化学键键能数据如下：
化学键
O－H
C－H
C＝O
H－H
键能/(kJ·mol－1)
463
414
802
436
则C(g)＋O(g)===CO(g) ΔH＝________________kJ·mol－1。
(2)向某恒压密闭容器中充入5 mol CO2和20 mol H2，在不同温度下达到平衡时各含碳元素物质的物质的量n(X)与
温度T 的关系如下图所示。
①当反应1 和反应2 均达到化学平衡状态时，维持温度不变，增大容器体积，则反应2 的平衡移动方向
____________(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)，反应2 的平衡常数____________(填“增大”“减
小”或“不变”)。
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②曲线Y 表示的是________(填含碳元素物质的化学式)的物质的量与温度的关系，曲线Z 所表示的物质在800 K～
1 100 K 之间物质的量增大的原因是_________________________________________。
800 K
③
时，反应2 的压强平衡常数Kp＝____________(计算结果保留两位有效数字，用分压代替浓度，分压＝物
质的量分数×总压)。
Ⅱ.一种从高炉气回收CO2制储氢物质HCOOH 的综合利用示意图如下：
(3)铂电极上生成HCOOH 的电极反应式为_______________________________________；
电解过程中还伴随着析氢反应，若生成HCOOH 的电解效率为80%，当电路中转移1 mol e－时，阴极室溶液的质量
增加________g(CO2 溶解量不计)[B 的电解效率＝]。
44
