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专题突破卷10 化学反应速率与化学平衡（二）
（考试时间：75 分钟 试卷满分：100 分）
考点04 化学反应的方向、化学反应的调控
考点05 化学反应速率与化学平衡图像
一、选择题（本题共15 小题，每小题3 分，共45 分。每小题只有一项是符合题目要求的）
1．实现“节能减排”和“低碳经济”的一项重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上
有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应CO2(g)＋3H2(g)
CH3OH(g)＋H2O(g)，该
反应过程中能量的变化如图，下列关于该反应的说法正确的是( )
A．ΔH>0，ΔS>0
B．ΔH>0，ΔS<0
C．ΔH<0，ΔS>0
D．ΔH<0，ΔS<0
【答案】D
【解析】由方程式可知，该反应的ΔS<0，由题图可知该反应的ΔH<0，D 项正确。
2．（24-25 高三上·湖北·阶段练习）在-30℃时，
阳离子和
分子耦合生成
阳离子，反应中自由
能变化示意图如下。
下列说法正确的是
A．该过程可以自发进行
B．三种微粒互为同素异形体
C．
有两种化学环境的磷原子
D．单电子氧化
可制备
分子
【答案】A
【解析】由图可知，产物总自由能小于反应物总自由能，即
，反应可自发进行，A 正确；同素异形
体是指由同种元素组成而性质不同的单质，
和
是离子，不是单质，则三种微粒不互为同素异形
体，B 错误；
中所有磷原子均为sp3杂化，只有一种化学环境的磷原子，C 错误；
制备
需要得
1
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到一个电子，发生还原反应，D 错误。
3．(2024·辽宁朝阳中学联考)下列说法不正确的是( )
A．Na 与H2O 的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行
B．反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0
C．FeCl3和MnO2均可加快H2O2分解，同等条件下二者对H2O2分解速率的改变相同
D．Hg(l)＋H2SO4(aq)===HgSO4(aq)＋H2(g)常温下不能自发进行，说明ΔH>0
【答案】C
【解析】Na 与H2O 反应生成NaOH 和H2，该反应有气体生成且放热，为熵增的放热反应，能自发进行，A
项正确；该反应的ΔS<0，在室温下可自发进行，则ΔG＝ΔH－TΔS<0，该反应的ΔH<0，B 项正确；FeCl3
和MnO2都可以催化H2O2分解，加快分解速率，但同等条件下二者对H2O2分解速率的改变程度不同，C 项
错误；该反应在常温下不能自发进行，则ΔG＝ΔH－TΔS>0，又因ΔS>0，所以ΔH>0，D 项正确。
4．(2024·江西红色十校模拟)温度为T ℃时，向某密闭容器中分别加入足量活性炭和1 mol NO2，发生反应
2C(s)＋2NO2(g)
N2(g)＋2CO2(g) ΔH，并达到平衡。下列说法正确的是( )
A．使用催化剂可以改变该反应的ΔH 和活化能
B．粉碎活性炭固体，正反应速率增大，平衡正向移动
C．降低压强，平衡正向移动，平衡常数K 增大
D．恒压下，充入稀有气体，利于提高NO2的转化率
【答案】D
【解析】使用催化剂可降低反应的活化能，但不能改变该反应的ΔH，故A 错误；粉碎活性炭固体，可增
大反应物间的接触面积，从而加快反应速率，但对平衡无影响，故B 错误；平衡常数K 为温度函数，不受
压强影响，故C 错误；恒压下，充入稀有气体，容器体积增大，平衡向气体分子数增大的正向进行，从而
利于提高二氧化氮的转化率，故D 正确。
5．下列对化学反应的预测正确的是( )
选项
化学方程式
已知条件
预测
A
A(s)===B(g)＋C(s)
ΔH>0
它一定是非自发反应
B
A(g)＋2B(g)=== 2C(g)＋3D(g)
能自发反应
ΔH 一定小于0
C
M(s)＋aN(g)=== 2Q(g)
ΔH<0，自发反应
a 可能等于1、2、3
D
M(s)＋N(g)=== 2Q(s)
常温下，自发进行
ΔH>0
【答案】C
【解析】A(s)===B(g)＋C(s)为气体系数增大的反应，ΔS＞0，ΔH＞0，在高温条件下能自发进行，故A 错
误；A(g)＋2B(g)===2C(g)＋3D(g)为气体系数增大的反应，ΔS＞0，所以当ΔH＜0 时，一定满足ΔH－TΔS
＜0，反应一定能够自发进行，当ΔH＞0 时，高温下，ΔH－TΔS＜0 成立，也可以自发进行，故B 错误；
M(s)＋N(g)===2Q(s)为气体系数减小的反应，ΔS＜0，当ΔH＞0 时，ΔH－TΔS＞0，一定不能自发进行，故
D 错误。
6．（2024·山东聊城·二模）我国科学家研发出一种新型双温催化剂
，该催化剂催化
和
合成
(反应体系温度为495℃)的原理如图所示，下列分析错误的是
2
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A．“热
”上的变化属于焓增、熵增的变化
B．“热
”有利于
快速转化为N
C．“冷
”低于体系温度，有利于提高合成氨反应速率
D．该催化剂能较好地解决传统合成氨工艺中存在的反应速率和平衡产率的矛盾
【答案】C
【解析】由图可知，“热
”上的变化为：
N2=N，“冷
”上发生的变化为：
H2=3H，氮原子和氢
原子在“冷
”上生成氨气，合成氨反应为放热反应，“热
”高于体系温度，有利于氮氮共价键的断
裂，加快反应速率，“冷
” 低于体系温度，有利于平衡向正反应方向移动，提高氨气的产率。由分析
可知，“热
”上的变化为：
N2=N，氮气分子发生共价键断裂的变化为焓增、熵增的变化，A 正确；
由分析可知，“热
” 高于体系温度，有利于氮氮共价键的断裂，加快反应速率，B 正确；由分析可
知，“冷
” 低于体系温度，有利于平衡向正反应方向移动，提高氨气的产率，但降低温度不利于提高
合成氨反应速率，C 错误；由分析可知，“热
”高于体系温度，有利于氮氮共价键的断裂，加快反应速
率，“冷
” 低于体系温度，有利于平衡向正反应方向移动，提高氨气的产率，所以该催化剂能较好地
解决传统合成氨工艺中存在的反应速率和平衡产率的矛盾，D 正确。
7．（23-24 高三上·河北石家庄·阶段练习）在不同压强下向密闭容器中充入X、Y、Z 三种气体，发生反应
，实验测得平衡时Z 的物质的量分数
与温度(T)的关系如图所示。下列说法错误的
是
A．该反应的
3
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B．该反应的
C．
、
大小比较：
D．a、b 两点对应的逆反应速率：
【答案】A
【解析】根据方程式可知，该反应是气体体积减小的反应，
，A 错误；由图可知，随着温度的升
高，Z 的物质的量分数
逐渐减小，说明平衡逆向移动，则正反应为放热反应，即
，B 正确；该
反应是气体体积减小的反应，增大压强，Z 的物质的量分数
增大，所以
，C 正确；a 点压强高
于b 点，温度也高于b 点，所以
，D 正确。
8．（2024·广东惠州·三模）一定条件下，1-苯基丙炔(Ph-C=C-CH3)可与HCl 发生催化加成，反应如下：
反应过程中该炔烃及反应产物的占比随时间的变化如图(已知：反应I、Ⅲ为放热反应)，下列说法不正确的
是
A．反应活化能：反应I<反应Ⅱ
B．反应焓变：反应I<反应Ⅱ
C．增加HCl 浓度不会改变平衡时产物Ⅱ和产物I 的比例
D．选择相对较短的反应时间，及时分离可获得高产率的产物Ⅰ
【答案】B
【解析】短时间里反应I 得到的产物比反应Ⅱ得到的产物多，说明反应I 的速率比反应Ⅱ的速率快，速率
越快，其活化能越小，则反应活化能：反应I<反应Ⅱ，A 正确；反应I、Ⅲ为放热反应，根据盖斯定律，
反应Ⅱ也是放热反应，相同物质的量的反应物，反应I 放出的热量小于反应Ⅱ放出的热量，反应放出的热
量越多，其焓变越小，因此反应焓变：反应I>反应Ⅱ，B 错误；由图可以看出产物I 和产物Ⅱ存在可逆反
应，则产物Ⅱ和产物I 的比值即该可逆反应的平衡常数K，由于平衡常数只与温度有关，所以增加HCl 浓
度平衡时产物Ⅱ和产物I 的比例不变，C 正确；根据图中信息，选择相对较短的反应时间，及时分离可获
得高产率的产物Ⅰ，D 正确。
9．（2024·河北邯郸·一模）对于放热的可逆反应，某一给定转化率下，最大反应速率对应的温度称为最适
宜温度。反应
在催化剂作用下原料的总转化率与最适宜温度(曲
线Ⅰ)、原料的总平衡转化率与温度(曲线Ⅱ)的关系曲线示意图最合理的是
4
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A．
B．
C．
D．
【答案】C
【解析】对于放热的可逆反应2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)，该反应的最适宜温度为催化剂的催化活性最好时
所对应的温度，在该温度下化学反应速率最大，SO2的转化率也最大；当温度高于最适宜温度后，催化剂
的催化活性逐渐减小，催化剂对化学反应速率的影响超过了温度升高对化学反应速率的影响，因此化学反
应速率逐渐减小，SO2的转化率也逐渐减小；由于该反应为放热反应，随着温度的升高，SO2的平衡转化率
减小；由于反应混合物与催化剂层的接触时间较少，在实际的反应时间内反应还没有达到化学平衡状态，
故在相应温度下SO2的转化率低于其平衡转化率。因此，反应2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)的转化率与最适宜
温度(曲线I)、平衡转化率与温度(曲线Ⅱ)的关系曲线示意图可表示如下：
，选
C。
10（24-25 高三上·江西·开学考试）一定温度下，向一密闭容器中充入
和足量
发生反应：
测得平衡时
的物质的量与压强的关系如图
所示。下列叙述正确的是
5
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A．上述正反应在较低温度下能自发进行
B．曲线Ⅰ代表CH4的物质的量与压强的关系
C．CH4消耗速率和CO 消耗速率之比等于2：1 时达到平衡状态
D．M 点气体产物总分压与气体反应物分压之比等于2
【答案】D
【解析】正反应是吸热、熵增反应，在较高温度下能自发进行，A 项错误；增大压强，平衡向左移动，曲
线Ⅱ代表
的物质的量与压强的关系，B 项错误；
消耗速率与CO 消耗速率为之比1 2∶时达到平衡
状态，C 项错误；M 点当P=2MPa 时，平衡时n(CH4)=amol，n(H2)=n(NO)=amol，其他条件相同的情况下，
压强之比等于物质的量之比，故M 点气体产物总分压与气体反应物分压之比等于2a:a=2，D 项正确。
11．合成氨工艺是人工固氮最重要的途径，已知N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ· mol－1，实
际工业生产中，合成氨的原料气N2可通过分离空气得到，H2可通过天然气和水蒸气转化制得，原料气中
N2和H2物质的量之比为1 2.8
∶
，常用工艺条件：铁触媒作催化剂、控制温度773 K、压强3.0×107 Pa。假设
起始反应物N2和H2物质的量之比为1 3∶，且总物质的量不变，在不同压强和温度下，反应达到平衡时，体
系中NH3的物质的量分数如下表所示
400 ℃
450 ℃
500 ℃
600 ℃
20 MPa
0.387
0.274
0.189
0.088
30 MPa
0.478
0.358
0.260
0.129
则下列说法正确的是( )
A．上述任何条件下，反应达到平衡时N2和H2的转化率之比均为1
B．体系中NH3的物质的量分数越小，反应一定越先达到平衡
C．反应达到平衡时，放出的热量均为92.4 kJ
D．600 ℃、30 MPa 条件下加入更高效的催化剂，平衡时NH3的物质的量分数大于0.129
【答案】A
【解析】转化量之比等于物质的化学计量数之比，充入时氮气和氢气的物质的量之比为1 3∶，转化量之比也
为1 3∶，故转化率相同，故A 正确；反应是否达到平衡与氨气的物质的量分数大小无关，是否先达到平衡
与温度、压强、浓度、催化剂有关，故B 错误；反应中的ΔH＝－92.4 kJ· mol－1，表示有1 mol N2完全反应
时放出的热量为92.4 kJ，该反应为可逆反应，反应体系中始终存在反应物和生成物，若充入1 mol N2和3
mol H2，则达到平衡时转化的N2小于1 mol，则放出的热量小于92.4 kJ，故C 错误；催化剂也不能改变平
衡状态，故D 错误。
12．（2025·广东·一模）甲烷催化氧化为合成气
、
的主要反应有：
Ⅰ．
Ⅱ．
6
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将
与
投入密闭容器中反应，不同温度下，相同时间内
转化率、H 2选择性
与
的选择性[
]随温度的变化如图所示，下列说法正确的是
A．
时，副反应Ⅱ
进行程度很小
B．在
时，容器中生成的C O2的物质的量为
C．反应Ⅰ在低温下自发
D．该过程中，低温有利于合成气的生成
【答案】A
【解析】
时，H 2选择性和
选择性均接近
，则副反应Ⅱ
进行程度
很小，A 正确；在
时，甲烷的转化率为0.8，即
，
的选择性为
，即
，则解得
，
，B 错误；H 2、
的选择性随温度
升高而增大，则反应Ⅰ的
，又因为反应Ⅰ的
，反应Ⅰ在高温下自发，C 错误；反应Ⅰ的
，升高温度，平衡正向移动，有利于合成气的生成，D 错误。
13．（23-24 高三下·山东·阶段练习）已知
。在下列
条件下发生该反应，测定平衡时数据如表所示：
实验编号
实验I
实验II
实验III
起始投料
2mol SO2、1mol O2
2mol SO3
4mol SO3
温度、压
强
T℃、200kPa 恒温恒压容器
T℃、200kPa 恒温恒容容器
T℃、400kPa 恒温恒容容器
平衡时间
t1
t2
t3
7
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能量
放Q1 kJ
吸Q2 kJ
吸Q3 kJ
c(SO2)
c1(SO2、)
c2(SO2)
c3(SO2)
转化率(α)
α1(SO2)
α2(SO3)
α3(SO3)
下列说法错误的是
A．
B．
且
C．
且
D．
且
【答案】A
【解析】若实验II 在恒压条件下，与实验I 达到相同的平衡状态，此时
、
、
，但是实验II 在恒容条件下，相比恒压条件下，
分解的少了，则
、
、
，两个实验温度相同，平衡常数不变，根据
可以推出
。把实验III 容器从中间隔开，此时为两个容器每个容器投料
与实验II 相同，但是实验III 压强大，反应速率快，达到平衡时时间短，A 错误；实验III 容器相当于把两
个实验II 容器合并，合并恢复到原来体积，假设平衡不移动，此时对应
、
、
，但是合并时，平衡向生成
方向移动，则
，B 正确；由B 可知，合并时，平
衡向生成
方向移动，
，C 正确；由B 可知，合并时，平衡向生成
方向移动，
SO2的转化率减小，
且
，D 正确。
14．（2025·广东·一模）
与
在恒容容器的不同温度下发生反应：
，达到平衡时各组分的物质的量浓度(c)随温度(T)变化如图所示。
下列说法正确的是
A．该反应的
B．曲线Y 表示
随温度的变化关系
8
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C．升高温度，
加快，
减慢，
平衡产率减小
D．其他条件不变，
与
在
℃下反应，达到平衡时
【答案】D
【解析】温度升高，
的平衡浓度增大，说明平衡逆向移动，该反应为放热反应，
，A 错误；结
合
方程式可知，
的变化量为
变化量的，则曲线Y
表示
随温度的变化关系，则曲线Z 表示
随温度的变化关系，B 错误；升高温度，
加
快，
也加快，由于该反应
，反应逆向反应速率增加程度更大，
平衡产率减小，C 错误；其
他条件不变，
与
在
下反应，等效于增大压强，平衡时该反应向减弱这种改变的方向
移动，由于该反应是气体体积减小的反应，所以平衡正向移动，
的浓度减小，减弱但不能抵消这种改
变，则平衡时仍然大于
与
在
下发生反应时的平衡浓度，D 正确。
15．（24-25 高三上·湖南永州·阶段练习）二氧化碳加氢制甲醇的过程中的主要反应(忽略其他副反应)为：
①
②
下，将一定比例
混合气匀速通过装有催化剂的绝热反应管。装置及
位点处(相邻位点距离相同)的气体温度、CO 和
的体积分数如图所示。下列说法不正确的是
A．
处与
处反应①的平衡常数
不相等
B．反应②的焓变
C．
处的
的体积分数大于
处
D．混合气从起始到通过
处，CO 的生成速率小于
的生成速率
【答案】D
【解析】装置为绝热反应管，L4处与L5处的温度不同，故反应①的平衡常数K 不相等，A 正确；由图像可
知，L1-L3温度在升高，该装置为绝热装置，反应①为吸热反应，所以反应②为放热反应，ΔH2<0，B 正
9
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确；从L5到L6，甲醇的体积分数逐渐增加，说明反应②在向右进行，反应②消耗CO，而 CO 体积分数没
有明显变化，说明反应①也在向右进行，反应①为气体分子数不变的反应，其向右进行时，n(H2O) 增
大，反应②为气体分子数减小的反应，且没有H2O 的消耗与生成，故 n 总减小而n(H₂O)增加，即H2O 的
体积分数会增大，故L6处的 H2O 的体积分数大于L5 处，C 正确；L1处CO 的体积分数大于 CH3OH，说
明生成的 CO 的物质的量大于CH3OH，两者反应时间相同，说明CO 的生成速率大于 CH3OH 的生成速
率，D 错误。
二、非选择题（本题包括4 小题，共55 分）
16．（15 分）（23-24 高三下·河南·阶段练习）氨是重要的化工原料，我国目前氨的生产能力位居世界首
位。回答下列问题：
(1)工业上通常采用铁触媒作催化剂，在400℃～500℃、10～30MPa，原料气中
和
物质的量之比为
1.08：3 的条件下合成氨，分析说明原料气中
过量的理由是 。
(2)若在1L 的密闭容器中，一定量的氮气和氢气进行如下反应：
，其化
学平衡常数K 与温度T 的关系如下表所示。
T/
℃
200
300
400
K
0.5
①试比较
、
的大小，
(填“>”“<”或“=”)。
400℃
②
时，
反应中，当测得
、
和
物质的量分别为3mol、2mol 和
1mol 时，则该反应 (填“达到平衡状态”“正向进行”或“逆向进行”)。
(3)若在不同压强下，以投料比
的方式进料，反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算
结果如图所示：(物质i 的摩尔分数：
)
①图中压强由小到大的顺序为 <20MPa< ，判断依据是 。
②当
时，某温度下
。则该温度下，反应
的平衡常数
(化为最简式，
为以平衡分压代替平衡浓度表示的平衡常数，分压=总压×摩尔分
数)。
10
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【答案】(1)原料气中
相对易得，适度过量有利于提高
的转化率（2 分）
(2)
>
①
（2 分） ②逆向进行（2 分）
(3) ①
（2 分）
（2 分） 该反应为气体分子数减小的反应，当温度不变时，压强越大，
的摩尔分数越大 （2 分） ②
（3 分）
【解析】(1)从制备途径而言，原料气中氮气相对易得，适度过量有利于增大反应物浓度，使平衡向正反应
方向移动，从而提高氢气的转化率。
(2)①合成氨反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，反应的平衡常数减小，则平衡常数
大于
。
400℃
②
时，氨气、氮气和氢气物质的量分别为
、
和
时，则
容器中反应的浓度熵
，则平衡逆向进行。
(3)①该反应为气体分子数减小的反应，当温度不变时，增大压强，平衡向正反应方向移动，氨气的摩尔分
数增大，由图可知，
、
、
条件下氨气的摩尔分数依次增大，则压强的大小顺序为
，故答
案为：
。
②设起始时氮气和氢气的物质的量分别为
和
，平衡时生成氨气为
，由题意可建立如下三段
式：
由氨气的摩尔分数为0.2 可得：
，解得
，氮气、氢气、氨气的平衡分压分别为
、
、
，反应的平衡常数
。
17．（13 分）（2025·北京·模拟预测）挑战：“绿氢”的存储、输送成本和安全
解决方案I：利用可再生资源生产绿氢和温室气体CO2生产甲醇是碳资源高效循环利用的有效途径。
CO2加氢气制甲醇体系中，若不考虑生成烷烃和多碳醇等副反应，主要反应为：
I：
Ⅱ：
Ⅲ：
(1)计算反应I 的焓变 。
(2)以250℃、5MPa、n(H2)/n(CO2)=3 的平衡为基础，探讨温度，压强和原料气组成对平衡的影响，以下说
11
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法错误的是___________。
A．随着温度升高，甲醇的百分含量将降低
B．随着压强增大，甲醇的产率将增大
C．随着n(H2)/n(CO2)的增加，CO 的转化率将下降
D．若在原料气里加入CO，则CO2转化率将增大
(3)若只关注反应I，氢气和甲醇的燃烧热分别为285kJ/mol 和726kJ/mol，则绿氢生产绿甲醇的理论能量转
化效率为 。(保留一位小数)
解决方案Ⅱ：合成“绿氨”运输到使用地分解制氢
“绿氢”合成氨技术成熟，加压10bar，25℃就可以液化，液体的存储和输运成本低，现有设备无需改
造。“绿氨”具有零碳排放的特点，且其储氢质量能量密度可高达17.6wt。%，故而被视为是种非常具有
竞争力且前景广阔的储氢载体。
Ru 基催化剂的物理化学性质(部分单位省略)
样品名称
Ru 含量(理论值)(wt。%)
Ru 含量(wt。%)
Ru 分散度(%)
H2消耗量
Ru/Al2O3
1.00
1.09
1.01
0.201
RuLa/Al2O3
1.00
1.04
0.11
0.247
RuCs/Al2O3
1.00
0.97
1.91
0.193
RuLaCs/Al2O3
1.00
0.99
3.01
0.595
(4)加入Cs 元素的作用是 。
(5)在400~500℃范围内，Ru 基氨分解催化剂性能最佳的是 。
(6)合成氨反应是工业上至关重要的反应，与其有关的研究曾三获诺贝尔奖，有人提出另一种制备氨的路
线：
，已知ΔG=ΔH-
TΔS，当ΔG<0 时，反应正向自发；当ΔG>0 时，反应逆向自发。计算并说明该反应是否适合工业生产
。
【答案】(1)-49kJ/mol（2 分）
(2)CD（2 分）
(3)84.9%（3 分）
12
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(4)提高Ru 分散度，增强催化剂性能，增大氢气消耗量（2 分）
(5)RuLaCs 或者RLC（2 分）
(6)计算当ΔG=0 时候的温度，T=-9769K，从而说明反应不适合工业生产（2 分）
【解析】（1）根据盖斯定律，反应I=反应Ⅱ+反应Ⅲ，故
；
（2）A．随着温度升高，反应I、Ⅲ逆向移动，反应Ⅱ正向移动，甲醇的百分含量将降低，A 正确；
B．随着压强增大，反应I、Ⅲ正向移动，甲醇的产率将增大，B 正确；
C．随着n(H2)/n(CO2)的增加，相当于二氧化碳量不变的基础上增加氢气，反应Ⅲ正向移动，CO 的转化率
将升高，C 错误；
D．若在原料气里加入CO，反应Ⅲ正向移动，减少反应I 的进行，则CO2转化率将减小，D 错误；
答案选CD。
（3）根据
，则绿氢生产绿甲醇的理论能量转化效率为
；
（4）通过表格数据分析，第3、4 组中加入Cs 后，分散度显著提高，故加入Cs 的作用是提高Ru 分散度，
增强催化剂性能，增大氢气消耗量；
（5）从图中可以看出，在400~500℃范围内，转化率最高的是RLC，故Ru 基氨分解催化剂性能最佳的是
RLC；
（6）根据
，当ΔG=ΔH-TΔS<0 时，反应自发，数据代入计算出
T<-9769K，故不适合工业生产。
18．（15 分）（23-24 高三上·山西运城·期中）CO2的回收与利用是科学家研究的热点课题，可利用CO2加
氢合成甲醇。该工艺主要发生合成甲醇的反应Ⅰ和逆水汽变换反应Ⅱ。
I．
II．
(1)反应Ⅰ能自发进行的条件是 。(填“低温”或“高温”或“任意温度”)
(2)根据下表中的键能数据，计算
。
化学键
H—H
C≡O
O—H
C=O
键能/(
)
436
1071
464
803
(3)在催化剂作用下发生上述反应Ⅰ、Ⅱ，达平衡时CO2的转化率随温度和压强的变化如下图所示，则
、
、
由大到小的顺序为 ，压强一定时，曲线随温度变化先降后升的原因 。
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(4)在一定条件下，选择合适的催化剂只进行反应Ⅱ．调整CO2，和H2初始投料比，测得在一定投料比和一
定温度下，该反应CO2的平衡转化率如图(各点对应的反应温度可能相同，也可能不同)。
①经分析，E 和G 两点对应的反应温度相同，结合数据说明判断理由 。
②已知反应速率
，
、
分别为正、逆向反应速率常
数，x 为物质的量分数。C、D、E 三点中
最大的是 ，计算E 点所示的投料比在从起始到平
衡的过程中，当CO2转化率达到20%时，
。
【答案】(1)低温（2 分）
(2)+43kJ/mol（2 分）
(3)p1>p2>p3 （2 分） 开始升温时以反应Ⅰ为主，反应放热，压强一定时，温度升高，平衡逆向移动，
CO2的平衡转化率减小；升高一定温度后，以反应Ⅱ为主，反应吸热，压强一定时，温度升高，平衡正向
移动，
的平衡转化率增大（3 分）
(4) ①因为
，平衡常数相同，反应温度相同 （2 分） ②C（2 分） 16（2 分）
【解析】（1）反应
是熵减的放热反应，
，当
使反应能自发进行，反应I 能自发进行的条件是低温。
（2）
=反应物的键能-生成物的键能=2×803
+436
-1071
-2×464
=
。
（3）根据图中信息，反应①是体积减小的反应，反应②是等体积反应，固定温度，从下到上，二氧化碳
转化率增大，则对反应②平衡不移动，反应①来说平衡正向移动，说明是加压，因此P1、P2、P3由大到小
的顺序为P1>P2>P3；CO2平衡转化率随温度变化先降后升的原因：开始升温时以反应Ⅰ为主，反应放热，
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压强一定时，温度升高，平衡逆向移动，CO2的平衡转化率减小；升高一定温度后，以反应Ⅱ为主，反应
吸热，压强一定时，温度升高，平衡正向移动，
的平衡转化率增大；
（4）①因为平衡常数只与温度有关，故判断温度是否相同可通过计算平衡常数是否相同去分析。已知：
Kx是以物质的量分数表示的化学平衡常数。依据Kx的定义计算A、E 和G 三点对应的平衡常数，设参加反
应的CO2为0.5mol，H2为1mol，E 点列三段式有：
，平衡后总物质的量为
mol，代入平衡常数表达
式：Kx=
=
。同理可求，E 和G 两点的Kx=1，因为KE=KG=1，平衡常数相同，反
应温度相同。
②已知反应速率v=v 正－v 逆=k 正x(CO2)x(H2)－k 逆x(CO)x(H2O)，k 正、k 逆分别为正、逆向反应速率常数，x 为
物质的量分数。C、D、E 三点中，因为进料比相同，但CO2转化率C>D>E，所以推出TC>TD>TE,故三点中
C 点温度最高，k 正变化幅度最大；在达到平衡状态E 点的反应过程中，当CO2转化率刚好达到20%时，
=
=
=
，E 点平衡常数K=1，当CO2转化率刚好达到20%时，列三段
式有：
Q=
，
=
=16；
19．（12 分）(2024·泰州模拟)甲烷是重要的资源，通过下列过程可实现由甲烷到氢气的转化。
(1)500 ℃时，CH4与H2O 重整主要发生下列反应：
CH4(g)＋H2O(g)
CO(g)
⇌
＋3H2(g)
CO(g)＋H2O(g)
H
⇌
2(g)＋CO2(g)
已知CaO(s)＋CO2(g)===CaCO3(s) ΔH＝－178.8 kJ·mol－1。向重整反应体系中加入适量多孔CaO，其优点
是______________________________________。
(2)CH4与CO2重整的主要反应的热化学方程式为
反应Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝246.5 kJ·mol－1
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反应Ⅱ：H2(g)＋CO2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH＝41.2 kJ·mol－1
反应Ⅲ：2CO(g)===CO2(g)＋C(s) ΔH＝－172.5 kJ·mol－1
1．01×105 Pa 下，将n 起始(CO2)∶n 起始(CH4)＝1 1∶的混合气体置于密闭容器中，不同温度下重整体系中CH4和
CO2 的平衡转化率如图1 所示。800 ℃下CO2 平衡转化率远大于600 ℃ 下CO2 平衡转化率，其原因是
_____________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(3)利用铜-铈氧化物(xCuO·yCeO2，Ce 是活泼金属)催化氧化可除去H2中少量CO，催化氧化过程中Cu、Ce
的化合价均发生变化，可能机理如图2 所示。将n(CO)∶n(O2)∶n(H2)∶n(N2)＝1 1 49 49
∶∶
∶
的混合气体以一定流速
通过装有xCuO·yCeO2催化剂的反应器，CO 的转化率随温度变化的曲线如图3 所示。
Ce
①
基态原子核外电子排布式为[Xe]4f15d16s2，图2 所示机理的步骤(i)中，元素Cu、Ce 化合价发生的变化
为________________________________________。
②当催化氧化温度超过150 ℃时，催化剂的催化活性下降，其可能原因是
__________________________________________________________________。
【答案】(1)吸收CO2，提高H2的产率，提供热量（3 分）
(2)反应Ⅰ和反应Ⅱ的ΔH＞0，高温下反应的平衡常数大(反应正向进行程度大)，CO2的消耗量大，反应Ⅲ
的ΔH＜0，高温下反应的平衡常数小(反应正向进行程度小)，CO2的生成量小（3 分）
(3)①铜的化合价由＋2 价变为＋1 价，铈的化合价由＋4 价变为＋3 价（3 分）
②高温下，Cu(＋2 价)或Cu(＋1 价)被H2还原为金属Cu（3 分）
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【解析】(1)已知CaO(s)＋CO2(g)===CaCO3(s) ΔH＝－178.8 kJ·mol－1，因此向重整反应体系中加入适量多
孔CaO 的优点是吸收CO2，使平衡正向移动，提高H2的产率，同时提供热量。
(2)由于反应Ⅰ和反应Ⅱ的ΔH＞0，高温下反应的平衡常数大(反应正向进行程度大)，CO2的消耗量大，反
应Ⅲ的ΔH＜0，高温下反应的平衡常数小(反应正向进行程度小)，CO2的生成量小，所以800 ℃下CO2平
衡转化率远大于600 ℃下CO2平衡转化率。
(3)①图2 所示机理的步骤(i)中CO 结合氧元素转化为二氧化碳，根据Cu、Ce 两种元素原子的核外电子排
布式可判断元素Cu、Ce 化合价发生的变化为铜的化合价由＋2 价变为＋1 价，铈的化合价由＋4 价变为＋3
价。
②由于高温下，Cu(＋2 价)或Cu(＋1 价)被H2还原为金属Cu，所以当催化氧化温度超过150 ℃时，催化剂
的催化活性下降。
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