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2024 年高考化学常考点必杀300 题（新高考通用）
题型11 反应原理综合题（25 题）
1．乙醇是一种清洁的替代能源，催化加氢制备乙醇技术是当前的研究热点。
(1)
催化加氢制备乙醇的反应为
。
①若要计算上述反应的
，须查阅的两个数据是
的燃烧热和 。
②某金属有机骨架负载的铜基催化剂上，
加氢生成
的部分反应机理如图所示。
过程中
两个
均参与反应，画出
的结构式（注明电荷） 。
(2)乙酸甲酯催化加氢制备乙醇主要涉及如下反应：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
在其他条件不变时，将
的混合气体以一定流速通入装有铜基催化剂的
反应管，测得
转化率、
选择性
选择性
]随温度的变化如图所示。
①铜基催化剂须含合适物质的量之比的
与
的晶胞如图所示（立方体），
晶体的密度
可表示为
（用含
的代数式表示，
表示阿伏加德罗常数的值）。
1
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②
下均有
，其原因是 。
③
范围内，
转化率随温度升高而迅速增大的主要原因是 。
④温度高于
时，催化剂的催化活性下降，其原因可能是 。
【答案】(1)
的燃烧热
(2)
部分
发生了其他不产生
和
的反应 温度升高
与催化剂活性增大共同导致反应Ⅰ、Ⅱ的速率加快 积碳覆盖在催化剂表面；
被还原为
，改
变了
与
的比例，导致催化剂活性降低
【详解】（1）①燃烧热是在101 kPa 时，1 mol 纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量；氢气燃烧
生成水、乙醇燃烧生成二氧化碳和水，若要计算
的
，则须
查阅的两个数据是
的燃烧热和
的燃烧热；
②二氧化碳分子中氧电负性较大，氧带负电荷、碳带正电荷，则二氧化碳被铜基催化剂吸附后，二氧化
碳分子中两个氧分别与Cu2+、M+相吸，
过程中两个
均参与反应，
中带负电荷的
氢与碳结合形成中间产物X，则X 为
；
（2）①据“均摊法”，晶胞中含
个黑球、4 个白球，结合化学式可知，黑球为氧、白球为铜，
则晶体密度为
；
②
下均有
，，说明乙酸甲酯没有完全反应转化为乙醇、
乙酸乙酯，应该还有副产物发生，故其原因是部分
发生了其他不产生
和
的反应。
2
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③催化剂能明显加快反应速率，但是催化剂需一定的活性温度，
范围内，
转化
率随温度升高而迅速增大的主要原因是温度升高与催化剂活性增大共同导致反应Ⅰ、Ⅱ的速率加快。
④铜基催化剂须含合适物质的量之比的
与
，温度过高，会导致有机物转化为积碳、碳具有一定
还原性，能还原铜的氧化物为铜单质，则温度高于
时，催化剂的催化活性下降，其原因可能是积碳
覆盖在催化剂表面；
被还原为
，改变了
与
的比例，导致催化剂活性降低。
2．硫酸是一种重要的基本化工产品，接触法制硫酸的关键工序是
的催化氧化：
。回答下列问题：
(1)该反应在有无催化剂下的部分反应历程如图所示：
的
（填“>”“<”或“=”，下同）0，
。
(2)在不同钒催化剂下，在相同时间内，
的转化率与温度的关系如图所示：
①催化性能最佳的催化剂是 （填标号）。
②已知晶体钾属于立方晶系，晶胞参数为
，晶体密度为
，则钾晶胞中含有K 的原子数为
（列出计算式，设
为阿伏加德罗常数的值）。
(3)在一定的温度和压强下，
达到平衡时
的转化率如下表所示：
温度/℃
平衡时
的转化率/%
0.1MPa
0.5MPa
1MPa
5MPa
10MPa
450
97.5
98.9
99.2
99.6
99.7
实际生产中采用的压强为 ，原因是 。
3
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(4)在温度为T、容积为1L 的恒容密闭容器中充入
和
，仅发生反应：
，实验测得：
、
，平衡时
的物质
的量为
，则
。
【答案】(1) > =
(2) a
(3) 0.1MPa 常压下
的平衡转化率已经很高，增大压强时，转化率提升不明显，但对材料的
强度和设备制造的要求均提高
(4)0.8
【详解】（1）历程Ⅱ中
的能量比
的低，则
是吸热反应，其
；历程Ⅰ中
的焓变为
，历程Ⅱ中
的焓变为
，催化剂不改变焓变，
则
；
（2）①从图中可以看出相同温度下，标号为a 的催化剂
下，
的转化率最高，催化性能
最佳，故答案为a；
②设晶胞中钾原子个数为N，由晶胞的质量公式可得：
，解得N=
；
（3）常压下
的平衡转化率已经很高，增大压强时，转化率提升不明显，但对材料的强度和设备制造
的要求均提高，所以实际生产中采用的压强为0.1MPa；
（4）由平衡时正逆反应速率相等可得：
，整理可得：
=K，1L 的恒容密闭容器中反应达到平衡时，O2的物质的量为0.2mol，由方程式可知，平衡时SO2、SO3的
物质的量为0.6mol-(0.3-0.2)mol×2=0.4mol、(0.3-0.2)mol×2=0.2mol，则SO2、O2、SO3的浓度分别为
0.4mol L
⋅−1、0.2mol L
⋅−1、0.2mol L
⋅−1，故
=
=0.8
。
3．党的二十大报告中强调“实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革”。利用CO2
合成淀粉的研究成果已经被我国科学家发表在《Nature》杂志上，其涉及的关键反应如下：
I.CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)
H
△
1=-49.0kJ•mol-1
.CO
Ⅱ
2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)
H
△
2=+41.2kJ•mol-1
.CO(g)+2H
Ⅲ
2(g)=CH3OH(g)
H
△
3=
4
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(1)反应Ⅲ的△H3= ，该反应自发进行的条件是 (填“高温自发”、“低温自发”或“任何温
度下都自发”)。
(2)在该反应体系中，下列有关说法错误的是 。
A．增大H2的浓度有利于提高CO2的转化率
B．升高温度，反应Ⅱ的速率加快，反应I 的速率减慢
C．选用合适的催化剂可以提高甲醇在单位时间内的产量
D．达到平衡后，若压缩体积，反应I 平衡正向移动，反应Ⅱ平衡不移动
(3)反应Ⅱ的反应速率v=v 正- v 逆=k 正c(CO2)c(H2)-k 逆c(CO)c(H2O)，其中k 正、k 逆分别为正、逆反应速率常数，
影响速率常数k 的因素有温度和催化剂等。该反应的平衡常数K=
，升高温度时，k 正-k 逆是 (填
“增大”、“减小”或“不变”)。
(4)在催化剂作用下，向某恒容密闭容器中通入1molCO2和3molH2，只发生I、Ⅱ两个反应。测得不同温度
下CO2的平衡转化率和甲醇的选择率随温度的变化趋势如图所示。
已知：甲醇的选择率=
×100%
①根据图中数据，温度选择 K 达到平衡时，反应体系内甲醇的产量最高。随着温度的升高，CO2的
平衡转化率增加，但甲醇的选择率降低，请分析其原因： 。
②513K 时，平衡体系的压强为p0MPa，体系中n(H2O)= mol，反应Ⅱ的Kp= (列出计算式即
可)。
【答案】(1)
低温自发
(2)BD
(3)增大
(4) 553 随着温度升高，反应I 平衡逆向移动，反应Ⅱ平衡正向移动且幅度更大
5
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【详解】（1）根据盖斯定律：反应Ⅲ=反应I-反应Ⅱ，
；该反应
、
，根据
，在低温时可自发进行；
（2）A．根据反应可知，增大H2的浓度，平衡正向移动，有利于提高CO2的转化率，A 正确；
B．升高温度，反应Ⅱ和反应I 的速率均加快，B 错误；
C．选用合适的催化剂可以降低反应活化能，增大反应速率，从而提高甲醇在单位时间内的产量，C 正确；
D．体系平衡后，反应i 是体积减小的反应，若压缩体积，反应i 向着体积减小的方向及正向移动，反应ii
是等体积反应，由于加压反应i 的H2O 含量增大，平衡逆向移动，D 错误；
选BD。
（3）平衡时，
，即k 正c(CO2)c(H2)-k 逆c(CO)c(H2O)=0，K=
=
，反应Ⅱ为吸热反应，
升温平衡正向移动，平衡常数增大，即k 正与k 逆之比增大，则k 正-k 逆增大；
（4）①根据图示数据，甲醇的选择性与二氧化碳的转化率乘积最大时甲醇的产量最高，经计算，温度为
553K 达平衡时，甲醇选择性最低，二氧化碳转化率最大，甲醇产量最高；随着温度的升高，CO2的平衡转
化率增加，但甲醇的选择率降低，可能的原因：随着温度升高，反应I 平衡逆向移动，反应Ⅱ平衡正向移
动且幅度更大，所以CO2的平衡转化率增加，但甲醇的选择率降低；
②反应初始
，513K 平衡转化率为15％，根据甲醇选择率可知，生成甲醇物质的量：
，生成一氧化碳物质的量：
，
，
，即此时
、
、
、
、
；平衡体系压强为
p0MPa，平衡时气体总物质的量：3.76mol，各气体分压：
、
、
、
，
。
4．
减排能有效降低温室效应，同时，
也是一种重要的资源，因此研究
捕集与转化对实现
“碳中和”目标具有重要意义而备受关注。
(1)某研究机构成功合成了氮掺杂多孔有机聚合物DLU-1 吸附剂，用于烟道气（主要是
和
）和天然
气中
的捕集。为考查样品对单组分气体的吸附性能，测定在1bar，273 和298K 下的单组分气体吸附
6
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等温线如图，请阐述DLU-1 吸附剂能做捕获剂的理由： 。
(2)工业上用（
和
反应合成二甲醚，
）
①恒温恒容下，充入等物质的量的
和
充分反应，以下叙述能说明该反应达到平衡状态的
（填序号）。
A．
的物质的量分数保持不变 B．容器中混合气体的密度保持不变
C．容器中混合气体的平均摩尔质量保持不变 D．断裂
键的同时断裂
键
②在某压强下，合成二甲醚的反应在不同温度、不同投料比时，
的平衡转化率如图所示，则
（填“>”或“<”）。
③
温度下，将
和
充入2L 的密闭容器中，5min 后反应达到平衡状态，则0~5min 内的
平均反应速率
。
(3)工业上可以利用二氧化碳合成甲醇，已知
①
②
a．若③
正反应的活化能为
，则逆反应的活化能为
（用含Ea的式子表示）
b．某一刚性容器中充入
和
，起始压强为
，在催化剂存在条件下发生上述三个反应，
测得温度与平衡转化率、产物选择性的关系如图所示。已知：选择性
．240℃平衡
时，反应③的压强平衡常数
为
（用含p 的式子列出计算式，不用化简）
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(4)以
为原料，电解法制取乙烯、乙烷的装置如图，生成乙烯的电极反应式为： ．
【答案】(1)相同条件下，和
相比，
与
的吸附量均很小，这说明DLU-1 具有较好的吸附选择性
(2) CD <
(3)
(4)
【详解】（1）由图可知，相同条件下，和
相比，
与
的吸附量均很小，这说明DLU-1 具有较好
的吸附选择性；
（2）①A．假设初始时充入的CO2和H2均为6mol， CO2初始时的物质的量分数为50%，假设反应生成二
甲醚物质的量为amol，则消耗二氧化碳、氢气物质的量依次为2amol、6amol，生成水蒸气物质的量为
3amol，二氧化碳的物质的量分数为：
，即CO2的物质的量分数不随反
应的进行发生变化，当其不变时，不能说明反应达到平衡状态，A 不符合题意；
B．体系中物质均为气态，根据质量守恒定律，反应过程中质量不变，体系为恒容体系，V 不变，因此密
度不随反应的进行发生变化，当密度不变时，不能说明反应达到平衡状态，B 不符合题意；
C．体系中物质均为气态，根据质量守恒定律，反应过程中质量不变，反应是气体分子数减少的反应，随
着反应的进行，总物质的量会发生变化，因此容器中混合气体的平均摩尔质量也会随反应的进行发生变
化，当容器中混合气体的平均摩尔质量不变时，反应达到平衡状态，C 符合题意；
D．体系中只有CO2中含有π 键，1molCO2中含有2molπ 键，断裂1molπ 键即有0.5molCO2被消耗，体系中
只有H2O 有O-H 键，1mol 水中含有2molO-H 键，断裂1.5molO−H 键即有0.75mol 水被消耗，此时正逆反
应速率相等，D 符合题意；
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故选CD。
②该反应为放热反应，温度越高，CO2的平衡转化率越低，由图知投料比相同时，T2的二氧化碳平衡转化
率更低，即T2温度更高；
③
和
充入2L 的容器中，此时n（H2）∶n（CO2）=3 1∶，如图，当投料比为3 1∶时，T1温
度下，二氧化碳平衡转化率为70%，生成二甲醚的物质的量为：
，0~5min 内的平均反
应速率
；
（3）a．①
②
反应①+反应②=反应③
其
，正反应
的活化能为
，其逆反应的活化能为：(
)kJ/mol；
b．初始时加入
和
，总物质的量为4mol，起始压强为
，240℃平衡时，由图可知CO2
的平衡转化率为10%，甲醇的选择性为80%，
，
，即平衡时，n（CO2）
=0.9mol、n（H2）=3mol-0.24mol-0.02mol=2.74mol，n（CH3OH）=0.08mol，n（H2O）
=0.08mol+0.02mol=0.1mol， 反应③的
；
（4）由图可知二氧化碳得到电子，生成乙烯，其电极反应式为：
。
5．将二氧化碳资源化是实现“碳中和”目标的重要手段。回答下列问题：
(1)利用
和重整技术可获得合成气(主要成分为CO 和
)，反应如下：
I：
Ⅱ：
反应
的
，该反应活化能
(正)
(逆)(填“>”“<”或“=”)。
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(2)二氧化碳催化加氢可合成乙醇，其反应原理为：
，该反应
的平衡常数与温度的关系如表。
温度/K
400
500
平衡常数/K
9
5.3
①该反应为 反应(填“吸热”或“放热”)，在 时可自发进行(填“高温”“低
温”或“任意温度”)。
②恒容绝热容器中发生上述反应，下列说法正确的是 。
A．加入合适的催化剂可以提高
的平衡转化率
B．反应达平衡后容器内温度保持不变
C．反应达平衡时
一定成立
D．容器内气体密度不变时说明达到了平衡状态
③设m 为起始时的投料比，即
。通过实验得到图像如下：
图甲中控制其他条件，只调节反应温度，反应速率最快的是 (填
、
或
)，理由是
。图乙表示在
，起始压强为4 MPa 的恒容条件下，平衡状态时各物质的物质的量分数与温度的关系，
温度时，该反应的压强平衡常数
(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压物
质的量分数)。
【答案】(1) +329 >
(2) 放热 低温 B T1 由于该反应放热，所以温度越高反应物转化率越低，所以
T1>T2>T3，温度越高反应速率越快，反应速率最快的是T1
【详解】（1）根据盖斯定律，反应I+2×反应Ⅱ可得反应
的
247+2×41=+329
，由
(正)-
(逆)>0，则
(正)>
(逆)；
（2）①由表可知，温度升高平衡常数减小，且升高温度平衡向吸热方向移动，说明该反应为放热反应，
∆H<0，该反应是气体体积减小的反应则∆S<0，由自发反应的判据∆G=∆H-T∆S <0，在低温时可自发进行；
②A．加入合适的催化剂只改变反应速率，平衡不移动，不能提高
的平衡转化率，故A 错误；
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B．该反应是放热反应，绝热容器中反应体系温度发生变化，当反应达平衡后容器内温度保持不变，故B
正确；
C．反应达平衡时
与起始投入量和转化率有关，不一定成立，故C 错误；
D．恒容气体总质量不变，则容器内气体密度一直不变，不能说明达到了平衡状态，故D 错误；
故选B；
③该合成反应正向放热，其他条件不变时升高温度，平衡逆向移动，CO2的平衡转化率降低，即温度越低，
CO2的平衡转化率越大，所以T1>T2>T3，温度越高反应速率越快，控制其他条件，只调节反应温度，反应
速率最快的是T1；由于投料按照化学计量系数比进行，
，所以反应任意时刻，n(H2):n(CO2)=3:1，且
n(乙醇)：n(水)=1:3；所以图中a 线为H2，b 线为CO2，c 线为水，d 线为C2H5OH；结合数据可知，T4时，H2
和H2O 的物质的量分数相等，分压均为0.375×4MPa，CO2和C2H5OH 的物质的量分数相等，分压均为
0.125×4MPa，得该反应的压强平衡常数
。
6．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
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系中部分组分的物质的量分数如下表所示：
物质
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。
【答案】(1) +165.8kJ/mol 该反应正方向为放热且熵增的反应，在任意温度下能自发反应
或
(2) BD
温度低于
时，以反应a 为主，随温度升高，平衡正向移动，
平衡物质的量分数增大，温度高于
，以反应b 为主，平衡逆向移动，
含量减少，
浓度增大，同
时抑制反应a 产生
(其他合理解释亦可)
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(3) 8
【详解】（1）①根据盖斯定律可知该反应可由：
得到，则
=
=+165.8kJ/mol；
②该反应正方向为放热且熵增的反应，在任意温度下能自发反应；
③由图可知能垒最大的一步反应方程式为过渡态Ⅰ的反应，反应方程式为：
或
；
（2）①A．提高
与
的投料比，等同于通入
，使得
的转化率降低，故不符
合；
B．移除
，降低CO 的浓度，可使反应a 平衡正向移动，
的转化率增大，故符合；
C．选择合适的催化剂，只能加快反应速率，对平衡无影响，故不符合；
D．恒温恒压下通入Ar 气，体积扩大，平衡向气体分子数增大的方向移动，即反应a 正向移动，甲烷转化
率增大，故符合；
②由表格数据可知平衡时CO 的物质的量分数=1-0.04-0.32-0.50-0.08=0.06；600℃时反应a 的压强平衡常数
为
。
③温度低于
时，以反应a 为主，随温度升高，平衡正向移动，
平衡物质的量分数增大，温度高于
，
以反应b 为主，平衡逆向移动，
含量减少，
浓度增大，同时抑制反应a 产生
，因此平衡体系中
的物质的量分数随温度T 的升高先增大后减小。(其他合理解释亦可)
（3）由晶胞结构可知Fe 的配位数是8；1 个晶胞的体积为：(a×10-10)3cm3；则
合金含晶胞的个数为
，每个晶胞可以储存4 个
分子，则
储存氢气分子个数为
，储
存氢气的质量为
g=
g。
7．CH4-CO2干气催化重整制合成气(H2+CO)是CO2资源化利用的重要研究方向，生产过程需做好积炭的控制。
在密闭容器中，该重整体系发生反应Ⅰ～Ⅳ。
.
Ⅰ
.
Ⅱ
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.
Ⅲ
.
Ⅳ
用x 表示进料比
。回答下列问题：
(1)t℃时，刚性容器中以一定的进料比发生上述四个反应，下列说法正确的是___________(填标号)。
A．平衡时向容器中充入惰性气体，反应Ⅰ逆向移动
B．根据混合气体的密度不变可判断重整反应体系已达到平衡状态
C．增大CH4的起始浓度，K(
)
Ⅰ和K(
)
Ⅱ同时增大
D．催化剂能降低反应的活化能，增大CH4的平衡转化率
(2)下表列出反应Ⅱ中3 种化学键的键能：
化学键
C=O
H-H
O-H
键能/(kJ/mol)
799
436
463
则CO 中C≡O 的键能为
。
(3)反应Ⅰ～Ⅳ中，△H-T
S
△随温度的升高而增大的是反应 。
(4)101 kPa 的密闭容器中，进料比x 分别为2.0、1.0 和0.5 下进行催化重整反应，测得平衡时积炭生成量
随反应温度的变化如图所示。
①x=0.5 的曲线是 (填“甲”“乙”或“丙”)。
②因积炭生成量增加导致反应Ⅰ速率显著降低的原因是 。
③x=1.0，温度低于1000℃，随着温度的升高，积炭生成量减少的原因是 。
(5)t℃、p kPa 时，进料比x=0.5，若催化重整只发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，达到平衡时气体总物质的量增加了
60%，混合气中n(H2O)：n(CO2)=5：6。
①甲烷的平衡转化率为 。
②平衡常数K(
)=
Ⅱ (列出计算式)。
【答案】(1)B
(2)1067
(3)Ⅳ
(4) 丙 积炭使催化剂活性降低 温度升高，反应Ⅲ平衡正移，反应Ⅳ平衡逆移，反应Ⅳ逆移
程度更大，所以积炭量减少
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(5) 90%
【详解】（1）A．恒温恒容时，向其中充入惰性气体，气体的物质的量浓度不变，因此化学平衡不发生
移动，A 错误；
B．反应体系的体积不变，反应混合物不都是气体，反应Ⅲ、Ⅳ中有固体物质生成，气体的质量发生改变，
当气体的质量不变时，则气体的密度就不变，因此可据此判断重整反应体系已达到平衡状态，B 正确；
C．化学平衡常数只与温度有关，温度不变，化学平衡常数就不变，C 错误；
D．催化剂能降低反应的活化能，加快反应速率，缩短达到平衡所需时间，但不能使平衡发生移动，因此
不能增大CH4的平衡转化率，D 错误；
故选B；
（2）Ⅱ. CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g) △H2=+41 kJ/mol，由于反应热等于断裂反应物化学键吸收的总能量
与形成生成物化学键释放的总能量的差，则△H2= (2×799kJ/mol+436kJ/mol)-(
E(C≡O)+2×463kJ/mol)=+41kJ/mol，则CO 中C≡O 的键能E=1067kJ/mol；
（3）对于反应Ⅰ、Ⅲ，△H＞0，△S＞0，升高温度，平衡向吸热的正反应方向移动，△H-T
S
△减小；
对于反应Ⅱ，△H＞0，△S=0，升高温度，△H-T
S=
△
△H 不变；
对于反应Ⅳ，△H＜0，△S<0，升高温度，△H-T
S
△增大，符合题意；
故反应Ⅰ~Ⅳ中，△H-T
S
△随温度的升高而增大的是反应Ⅳ；
（4）①用x 表示进料比
，在其它条件不变时，增大进料比，相当于增大CH4的浓度，反应Ⅲ的平
衡正向移动，导致积碳增多，因此x=0.5 时进料比最小，积碳应该最少，故其表示的曲线是丙，曲线乙表
示进料比x=1.0；曲线甲表示进料比为x=2.0；
②因积炭生成量增加导致反应Ⅰ速率显著降低是由于积炭使催化剂活性降低，反应速率减慢；
③根据①分析可知曲线乙表示进料比x=1.0 的积碳随温度变化关系，温度低于1000℃，随着温度的升高，
积炭生成量减少的原因是由于温度升高，反应Ⅲ平衡正向移动，反应Ⅳ的化学平衡逆向移动，相对来说，
反应Ⅳ逆移程度更大，导致积炭量减少；
（5）温度为t℃，压强为p kPa，进料比x=0.5，若催化重整只发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，由于反应Ⅰ是反应前
后气体物质的量增加的反应，而反应Ⅱ是反应前后气体物质的量不变的反应，因此气体物质的量增加是
由于反应Ⅰ所致。根据反应Ⅰ方程式可知每有1 mol CH4气体参加反应，反应后气体物质的量会增加2
mol，假设开始加入CH4的物质的量是1 mol，由于进料比x=0.5，则开始加入的n(CO2)=2 mol，反应达到平
衡时气体总物质的量增加了60%，增加的物质的量是(1+2) mol×60%=1.8 mol，故根据反应转化关系可知反
应消耗CH4的物质的量是0.9 mol，因此CH4的平衡转化率为
×100%=90%；
②根据①分析可知：若开始假设CH4的物质的量是1 mol，反应Ⅰ消耗n(CH4)=n(CO2)=0.9 mol，反应生成
n(CO)=n(H2)=1.8 mol，反应达到平衡时n(CH4)=1 mol-0.9 mol=0.1 mol，n(CO2)=2 mol-0.9 mol=1.1 mol，
n(CO)=n(H2)=1.8 mol，然后发生反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)，假设反应反应消耗CO2的物质的量
是x mol，则各种物质的物质的量都改变x mol，平衡时n(CO2)=(1.1-x)mol，n(H2)=(1.8-x)mol，
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n(CO)=(1.8+x)mol，n(H2O)=x mol，由于此时混合气体中
，所以
，所以x=0.5 mol，则平
衡时n(CO2)=(1.1-x)mol=(1.1-0.5)mol=0.6 mol，n(H2)=(1.8-0.5)mol=1.3 mol，n(CO)=(1.8+0.5)mol=2.3 mol，
n(H2O)=0.5 mol，假设容器的容积为V L，则反应(
)
Ⅱ的化学平衡常数K(
)=
Ⅱ
=
。
8．我国力争于2030 年前做到碳达峰，2060 年前实现碳中和。以生物材质(以C 计)与水蒸气反应制取H2
是一种低耗能，高效率的制H2方法。该方法由气化炉制造H2和燃烧炉再生CaO 两步构成。气化炉中涉及
到的反应如下：
Ⅰ．
Ⅱ．
Ⅲ．
Ⅳ．
(1)已知反应Ⅱ的
，
、
、
的键能分别为803kJ/mol、464kJ/mol、
436kJ/mol，则
中碳氧键的键能为 kJ/mol
(2)绝热条件下，将
、
以体积比2：1 充入恒容密闭容器中，若只发生反应Ⅱ，下列可作为反应Ⅱ
达到平衡的判据是_____。
A．
与
比值不变
B．容器内气体密度不变
C．容器内气体压强不变
D．
不变
(3)反应Ⅱ：
的速率方程为
，
。(
、
为速率常数，与温度、催化剂、接触面积有关，与浓度无关)。净反应
速率(
)等于正、逆反应速率之差。平衡时，
(填“>”“<”或“=”)。
(4)对于反应Ⅲ，若平衡时保持温度不变，再充入
，使其浓度增大到原来的2 倍，则平衡移动方向为
(填“向左移动”“向右移动”或“不移动”)；当重新平衡后，
浓度 (填“变大”“变小”或
“不变”)。
(5)一定条件下，
与
反应可合成
，
，该反
应分两步进行：
ⅰ．
ⅱ．
T℃，压强恒定为100kPa 时，将
的混合气体和催化剂投入反应器中，达平衡时，部分
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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
(
是以分压表示的平衡常数，分压=总压×物
质的量分数)。
【答案】(1)1073.0
(2)CD
(3)=
(4) 向左移动 不变
(5) 90% 3.4
【详解】（1）反应Ⅱ．
的
，
、
、
的键能分别为803kJ/mol、464kJ/mol、436kJ/mol，则有：2E(C=O)+E(H-H)-E(C≡O)-2E(H-
O)=2×803+436- E(C≡O)-2×464=+41，解得：E(C≡O)=1073kJ/mol，即
中碳氧键的键能为1073kJ/mol，故答
案为：1073；
（2）A. 化学平衡的特征之一为各组分的浓度保持不变，而不是相对或成比例，故
与
比值
不变，不能说明反应达到化学平衡，A 不合题意；
B. 已知反应Ⅱ前后气体的质量不变，容器为恒容密闭容器，即反应过程中容器内气体的密度一直不变，
故容器内气体密度不变不能说明反应达到化学平衡，B 不合题意；
C. 反应Ⅱ前后气体的物质的量虽然保持不变，容器的体积保持不变，但为绝热容器，故反应过程中容器
的温度一直在改变，即容器的压强一直在改变，即容器内气体压强不变说明反应达到化学平衡，C 符合题
意；
D.
即为浓度熵或平衡常数，反应过程中一直在改变，且平衡常数仅仅是温度的函数，温
度一直在改变，
也一直在变，
保持不变可以说明反应达到化学平衡，D 符
合题意；
故答案为：CD；
（3）已知化学平衡的本质特征为正、逆反应速率相等，即任何平衡状态下，净反应速率(
)等于正、逆
反应速率之差均为0，故有平衡时，
=
，故答案为：=；
（4）对于反应Ⅲ．
，若平衡时保持温度不变，再充入
，使其浓度增
大到原来的2 倍，则增大生成物浓度，化学平衡移动方向为向逆反应方向即向左移动；根据平衡常数
K=c(CO2)仅仅是温度的函数可知，当重新平衡后，CO2浓度不变，故答案为：向左移动；不变；
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（5）令CO2的初始物质的量为1mol，H2的初始物质的量为3mol，设平衡气中CO2为xmol，CO 为ymol，
H2O（g）为zmol，则平衡时气体的总物质的量为y÷
%=
%ymol，平衡时H2的物质的量为
%ymol×
%=5ymol，平衡时CH2=CH2的物质的量为
%ymol×
%=4ymol，由碳原子守恒：x+y+8y=1；由氧原
子守恒：2x+y+z=2；由氢原子守恒：2x+10y+16y=6；联合解得x=0.1，y=0.1，z=1.7；CO2的平衡转化率为
×100%=90%，CO2、H2O 的物质量分数为
、
，反应ⅰ的平衡常数
故答案为：90%；3.4。
9．深入研究含碳、氨元素物质的转化有着重要的实际意义。
Ⅰ．合成尿素：如图所示是合成尿素反应的机理及能量变化(单位：
)，
表示过渡态。
(1)若
，则总反应
。
(2)若向某恒温恒容的密闭容器中加入等物质的量的
和
发生上述反应。结合以上机理，下列叙述
能说明反应已经达到平衡状态的是 (填标号)。
a．
的体积分数不再变化 b．平衡常数K 不再变化
c．
d．断裂
键的同时断裂
键
(3)图为使用不同催化剂①、②、③时，反应至相同时间，容器中尿素的物质的量随温度变化的曲线，A 点
(填“是”或“不是”)平衡状态，
以上
下降的原因可能是 (答出一点即可，
不考虑物质的稳定性)。
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Ⅱ．
处理大气污染物
(4)①
、
在催化剂
的表面进行两步反应转化为无毒的气体，第一步为
；则第二步为 。
②已知：
的速率方程为
，k 为速率常数，只与温度有关。
为提高反应速率，可采取的措施是 (填标号)。
A．升温 B．恒容时，再充入
C．恒容时，再充入
D．恒压时，再充入
(5)在总压为
的恒容密闭容器中，充入一定量的
和
发生上述反应，在不同条件下达到
平衡时，温度
时
的转化率随
变化的曲线，以及在
时
的转化率随
变化
的曲线如图所示：
①表示
的转化率随
变化的曲线为 曲线(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)；上述反应的
0(填“>”或“<”)。
②在
时，用平衡分压代替其平衡浓度表示的化学平衡常数
(结果保留两位小数)[已知：
气体分压(
)=气体总压(
)×该气体的物质的量分数]。
【答案】(1)
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(2)a
(3) 不是 随着温度升高，可能是催化剂活性降低(或失去活性)，反应速率降低，单位时间内生成
尿素的物质的量减少
(4)
AC
(5)
< 3.45
Ⅱ
【详解】（1）由图可知，反应③的焓变为
，反应①②的
总焓变为+87.5kJ/mol，则总反应
；
（2）a．
的体积分数不再变化，说明平衡不再移动，正逆反应速率相等，达到平衡状态，符合题意；
b．K 只受稳定影响，其不变不能说明达到平衡，不符合题意；
c．反应速率比等于系数比，
，则正逆反应速率不相等，没有达到平衡，不符合题意；
d．由方程式可知，2mol 氨分子转化为1mol 尿素时断裂2molN—H 键，则断裂6 mol N—H 键的同时断裂2
mol O—H 键不能说明正逆反应速率相等，不能说明达到平衡，不符合题意；
故选a；
（3）A 点尿素的量低于③催化剂时的量，则说明没有达到平衡状态；催化剂需要一定的活化温度，随着
温度升高，可能是催化剂活性降低(或失去活性)，反应速率降低，导致单位时间内生成尿素的物质的量减
少，使得
以上
下降；
（4）①
、
在催化剂
的表面进行两步反应转化为无毒的气体，结合质量守恒可知，生成气
体为氮气和二氧化碳，总反应为
，第一步为
,则第二步
为
。
②A．升温，速率常数变大，反应速率加快，正确；
B．由速率常数可知，恒容时，再充入
，不影响反应速率，错误；
C．由速率常数可知，恒容时，再充入
，其浓度变大，反应速率变大，正确；
D．由速率常数可知，恒压时，再充入
，不影响反应速率，错误；
故选AC；
（5）①由化学平衡移动原理可知，
的值越大，一氧化二氮自身的转化率越小，所以曲线Ⅱ表示
一氧化二氮的转化率随的变化；则曲线Ⅰ为
时
的转化率随
变化的曲线，由图可知，降
低温度，
转化率增大，平衡正向移动，则正反应为放热反应，焓变小于0；
②该反应是气体体积不变的反应，平衡前后气体的总压强不变，在总压为100kPa 的
的容器中，
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一氧化二氮和一氧化碳的起始分压都为50kPa，由图可知，温度为T1时，一氧化二氮的转化率为65%，由
方程式可知，平衡时，一氧化二氮和一氧化碳的分压都为50kPa-50kPa×65%=17.5kPa，二氧化碳和氮气的
分压都为50kPa×65%=32.5kPa，则反应的的标准平衡常数
。
10．
、
常用于制造农药等。磷在氯气中燃烧生成这两种卤化磷。请回答下列问题：
(1)
的VSEPR 模型是 。已知
中P 原子的d 能级参与杂化，分子呈三角双锥形（如图甲），
由此推知
中P 的杂化类型为 （填标号）。
A．
B．
C．
D．
(2)已知，①
kJ mol
⋅
，
②
kJ mol
⋅
（
）。
则
（用含a、b、c 的式子表示）kJ mol
⋅
。
(3)实验测得
的速率方程为
（k 为速率常数，只与温度、
催化剂有关），速率常数k 与活化能的经验关系式为
（R 为常数，
为活化能，T 为绝对温
度）。
①一定温度下，向密闭容器中充入适量
和
，实验测得在催化剂Cat1、Cat2 下
与
的
关系如图乙所示。催化效能较高的是 （填“Cat1”或“Cat2”），判断依据是 。
②将2n mol
和n mol
充入体积不变的密闭容器中，一定条件下发生上述反应，达到平衡时，
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为a mol，如果此时移走n mol
和0.5n mol
，在相同温度下再达到平衡时
的物质的量为x，则x 为 （填标号）。
A．
mol B．
mol C．
mol D．0.5a mol
mol
(4)向恒容密闭容器中投入0.2 mol
和0.2 mol
，发生反应：
，在
不同条件下进行，反应体系总压强随时间的变化如图丙所示。
①相对曲线b，曲线a 改变的条件可能是 ；曲线c 改变的条件可能是 。
②曲线b 条件下，该反应平衡常数（
）为 。[提示：用分压计算的平衡常数为压强平衡常数
，
分压=总压×物质的量分数。]
【答案】(1) 四面体形 D
(2)
(3) Cat1 改变相同温度，
变化值较小，
较小 C
(4) 升高温度 加催化剂
【详解】（1）
分子中P 原子价层电子对数为4，其中孤电子对数为1，VSEPR 模型为四面体形。
分子含5 个单键，需要5 个杂化轨道。基态P 原子电子排布式为
，3s、3p、3d 能量相近，
可以参与杂化，杂化类型为
。
（2）根据盖斯定律可知，（②-①）÷4 得目标热化学方程式，则
kJ mol
⋅
，由于b>a，则
，三氯化磷与氯气反应生成五氯化磷是放热反应。
（3）①根据表达式可知，温度变化相同时，
值越小，
变化值(绝对值)越小，直线斜率越小，催化
剂催化效能越大。由图乙可知，Cat1 对应直线的斜率较小。
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②移走一半反应物，压强减小，减压平衡逆向移动，即平衡时
的物质的量小于原平衡的一半，故选
C。
（4）①曲线a、b 起始状态时，容器体积相同，反应物的物质的量相同，温度越高，压强越大，即温度：
a>b。曲线c 和b 达到相同的平衡状态，只是前者先达到平衡，c 反应速率较大，该反应是气体分子数不相
等的反应，故c 改变条件是加入催化剂，或加入效率更高的催化剂。
②同温同容条件下，压强之比等于物质的量之比。
，
，
kPa，
。
11．丙烯是一种用途广泛的有机原料，可制备多种化工产品。请回答：
已知：CH2=CHCH3与H2O 发生加成反应的化学方程式如下(a、b 均大于0)：
Ⅰ：
Ⅱ：
“反应Ⅰ”和“反应Ⅱ”均满足范特霍夫方程
(R 为热力学常数，C 为不同反应常数），
其平衡常数与温度的关系如图1 所示，T1℃时，在初始压强为400 kPa 的恒容密闭容器中，按1：1 的物质
的量之比充入CH2=CHCH3(g)和H2O(g)发生反应I 和反应Ⅱ，产物的分压随时间变化如图2 所示：
(1)表示CH3CH(OH)CH3(g)转化为HOCH2CH2CH3(g)的热化学方程式为 。
(2)若反应Ⅱ的熵变为△S(
)
Ⅱ，则反应Ⅲ：
的熵变
△S(
)
Ⅲ （填“＞”“=”或“＜”）△S(
)
Ⅱ。
(3)由图可知“反应Ⅰ”和“反应Ⅱ”的焓变△H1 （填“＞”“=”或“＜”）△H2。
(4)若在绝热恒容容器中发生上述反应，则下列事实能说明反应达到平衡状态的是___________（填标号）。
A．容器内气体的压强不变
B．容器内温度不变
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C．容器内气体的密度不再改变
D．容器内n(CH2=CHCH3)：n(H2O)的比值不变
(5)①图2 中表示CH3CH(OH)CH3的曲线为 （填“M”或“N”）。
②图2 中CH2=CHCH3(g)的平衡转化率为 %。
③T1℃时，反应Ⅱ的平衡常数Kp= kPa-1(Kp为以分压表示的平衡常数）。
④若其他条件不变，T1℃时，向压强为400kPa 的恒压密闭容器中，充入n(CH2=CHCH3)：n(H2O)=1：1 的混
合气体，达到新平衡时，CH3CH(OH)CH3(g)的平衡产率将 （填“变大”“变小”或“不变”）。
【答案】(1)CH3CH(OH)CH3(g)=HOCH2CH2CH3(g)△H=+(b-a)kJ/mol
(2)＜
(3)＞
(4)AB
(5) M 60%
变大
【详解】（1）已知反应Ⅰ：
Ⅱ：
根据盖斯定律，将反应Ⅰ-反应Ⅱ，整理可得CH3CH(OH)CH3(g)转化为HOCH2CH2CH3(g)的热化学方程式为：
CH3CH(OH)CH3(g)=HOCH2CH2CH3(g)△H=+(b-a)kJ/mol；
（2）反应Ⅲ的气体分子数减小量大于反应Ⅱ气体分子数的减小量，故反应Ⅲ熵值减小的绝对值大于反应
Ⅱ的熵值减小值，故熵变关系为：△S(
)
Ⅲ＜△S(
)
Ⅱ；
（3）根据图1 可知：降低温度，两个反应的化学平衡常数都增大，说明两个反应的正反应都是放热反应，
反应Ⅱ斜率大于反应Ⅰ，说明反应Ⅱ平衡正向移动的程度更大，反应放出的热量更多，反应放出热量越
多，则反应热越小，所以△H1＞△H2；
（4）A．反应Ⅰ、Ⅱ都是气体分子数减小的反应，反应在绝热恒容容器中发生，若容器内气体的压强不
变，则气体的物质的量不变，反应达到平衡状态，A 符合题意；
B．反应过程中有热量变化，反应在绝热恒容容器中发生，若容器内温度不变，则什么反应达到了平衡状
态，B 符合题意；
C．反应混合物都是气体，气体的质量不变，反应在恒容容器中发生，气体的体积不变，则无论反应是否
达到平衡状态，气体的密度始终不变，因此不能据此判断反应是否达到平衡状态，C 不符合题意；
D．两个反应中n(CH2=CHCH3)：n(H2O)反应的物质的量的比是1：1，加入的n(CH2=CHCH3)：n(H2O)的比也是
1：1，则无论反应是否达到平衡状态，n(CH2=CHCH3)：n(H2O)的比值始终不变，因此不能据此判断反应是
否达到平衡状态，D 不符合题意；
故合理选项是AB；
（5）①根据图1 变化趋势看，降低温度，化学平衡常数增大，说明降低温度，化学平衡正向移动，正反
应为放热反应，温度对反应Ⅱ影响更大，所以曲线变化程度大的曲线M 表示的反应Ⅱ的生成物
CH3CH(OH)CH3(g)的分压变化；曲线N 表示表示HOCH2CH2CH3(g)分压变化；
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②加入的n(CH2=CHCH3)：n(H2O)的比是1：1，n(CH2=CHCH3)：n(H2O)反应时物质的量的比也是1：1，开始
时总压强为p0=400 kPa，则p(H2O)开始=p(CH2=CHCH3)开始=200kPa；反应Ⅰ和反应Ⅱ的反应物与生成物的气体
系数比均为2：1，则两个反应生成物总压强为120kPa，所以反应的CH2=CHCH3的压强为120kPa，反应的
水的压强为120kPa，平衡时，p(H2O)平衡=p(CH2=CHCH3)平衡=200kPa-120kPa=80kPa，p[CH3CH(OH)CH3]平衡=100
kPa，p[HOCH2CH2CH3]平衡=20 kPa，则CH2=CHCH3的平衡转化率为：
；
③根据②计算可知：在T1温度下，反应Ⅱ达到平衡后，p(H2O)平衡=p(CH2=CHCH3)平衡=80kPa，
p[CH3CH(OH)CH3]平衡=100 kPa，，则反应Ⅱ的压强平衡常数Kp=
kPa-1；
④若其它条件不变，T1℃的恒容绝热条件改为恒压条件，由于两个反应均为气体体积减小的反应，反应
达到平衡后气体压强比开始小。若改为恒压，相当于对恒容反应达到平衡后增大体系压强，增大压强化
学平衡正向移动，在反应达到新平衡时，CH3CH(OH)CH3(g)的平衡产率将变大。
12．我国提出努力争取实现在2060 年前实现碳中和，充分体现了为解决环境问题的大国担当，为此科研
工作者进行了不懈的努力，研究了多种转化
的技术，请回答下列问题：
(1)
转化为
：反应原理为
。若该反应自发进行，反应适宜条
件是 （填“低温”或“高温”）。
(2)二氧化碳到淀粉的人工合成第一步为用无机催化剂将二氧化碳还原为甲醇，反应方程式为
。一定温度下，恒容密闭容器中投入3mol
和1mol
，在不
同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为
，在
下的
、在
下的
如图所示。请回答：
①曲线 （填“a”或“b”）代表
下的
；该反应为 反应（填“放热”或
“吸热”）
②下列不能说明该反应达平衡的是： 。
a．单位时间内断裂
个碳氧双键同时断裂
个氢氧键
b．密度不再改变
c．平均相对分子质量不变
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d．
不变
③下列措施既能加快反应速率，又能提高
的是 。
a．升高温度 b．分离出水蒸气
c．温度不变缩小容器体积 d．增大
的浓度
④计算在250℃，
下达平衡后，
的转化率
。（保留三位有效数字）
(3)据文献报道，
可以在碱性水溶液中电解生成甲烷，生成甲烷的电极反应式是 。
(4)
超干重整
得到的CO 经偶联反应可制得草酸
。常温下，向某浓度的草酸溶液中加入
一定浓度的NaOH 溶液，所得溶液中
，则此时溶液的
。（已知常温下
的
，
）
【答案】(1)低温
(2) a 放热 ab c 介于3.92%～7.70%之间均可给分
(3)CO2+6H2O+8e－=CH4+ 8OH－
(4)3.5
【详解】（1）反应
是熵减焓减的反应，若该反应自发进行，则
，故反应适宜条件是低温；
（2）①反应
为气体体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，
增大，故曲线a 代表
下的
；故曲线b 代表在
下的
，升高温度
减小，说明升高温度平衡逆向移动，逆反应方向吸热，则该反应为
放热反应；
②a．单位时间内断裂2
个碳氧双键同时断裂3
个氢氧键时正逆反应速率才相等，才说明反应达平
衡状态，故a 符合；
b．反应在恒容容器中进行且反应物均为气体，密度始终不变，故密度不再改变不能说明反应达平衡，故
b 符合；
c．反应为气体体积减小的反应，平均相对分子质量为变量，根据“变量不变达平衡”可知，当平均相对
分子质量不变时反应达平衡，故c 不符合；
d．
不变时各组分保持不变，反应达平衡，故d 不符合；
答案选ab；
③a．升高温度反应速率加快，平衡逆向移动，
减小，故a 不符合；
b．分离出水蒸气，反应速率减小，平衡正向移动，
增大，故b 不符合；
c．温度不变缩小容器体积，相当于增大压强，反应速率增大，平衡正向移动，
增大，故c 符
合；
26
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d．增大
的浓度，反应速率增大，平衡正向移动，但
减小，故d 不符合；
答案选c；
④曲线a 代表
下的
，在250℃，
下达平衡后，
=0.02，设
的转化率为x，根据三段式可得：
，解得x=7.7%；
（3）据文献报道，
可以在碱性水溶液中电解生成甲烷，C 由+4 价得电子降为-4 价转移8 电子，故生
成甲烷的电极反应式是CO2+6H2O+8e－=CH4+ 8OH－；
（4）常温下，向某浓度的草酸溶液中加入一定浓度的NaOH 溶液，所得溶液中
，
已知常温下
的
，
，
，
则此时溶液
的
3.5。
13．丙烷的价格低廉且产量大，而丙烯及其衍生物具有较高的经济附加值，因此丙烷脱氢制丙烯具有重
要的价值。回答下列问题：
(1)已知下列反应的热化学方程式：
直接脱氢
反应①：
反应②：
计算
氧化丙烷脱氢反应③：
的
。
(2)已知下列键能数据，结合反应①数据，计算
的键能是
。
化学键
键能/(
)
347.7
413.4
436.0
(3)一定温度下，向密闭容器中充入1mol
，发生反应①。
①若该反应在恒压环境中进行，常通过向体系中通入稀有气体Ar 的方式来提高
的平衡转化率，
原因是 。
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②若该反应在恒容环境中进行，用压强传感器测出容器内体系压强随时间的变化关系如图a 所示，计算该
温度下反应①的平衡常数
kPa(
为用平衡时各气体分压代替气体的浓度表示的平衡常
数，分压=总压×物质的量分数)。若保持相同反应时间，在不同温度下，丙烯产率如图b 所示，丙烯产率
在425℃之前随温度升高而增大的原因可能是 、 ，随着温度继续升高，丙烷可能
分解为其他产物。
(4)研究人员利用
作催化剂，对反应③的机理展开研究。以
和
为原料，初期产物中没有检测
到
；以含有
的
(D 为
)和
为原料，反应过程中没有检测到
。下列推
断合理的是 (填标号)。
A．
先吸附氧气，吸附的氧气直接与吸附的丙烷反应
B．
直接氧化吸附的丙烷，吸附的氧气补充
中反应掉的氧
C．
催化丙烷脱氢过程中，碳氢键的断裂是可逆的
(5)基于电化学原理，我国科学家利用固体氧化物电解池实现高选择性
电化学脱氢制
的
工艺，装置如图c，则
生成
的电极反应式为 。
【答案】(1)-118
(2)614.7
(3) 恒压时通入稀有气体Ar，体积增大，平衡向气体分子数增加的方向移动，即正向移动，提高
的转化率 50 反应速率加快 升高温度有利于反应向吸热方向进行
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(4)B
(5)
+O2--2e-=
+H2O
【详解】（1）根据盖斯定律可知：反应③=反应①+
反应②，则
；
（2）反应①
，设C=C 的键能是x，根
据△H=反应物键能之和-生成物的键能之和，可得
，解得x=614.7；
（3）①反应①正向气体分子数增加，恒压环境下通入稀有气体Ar，导致容器体积增大，原体系内各物质
的分压减小，平衡正向移动，从而提高
的平衡转化率；
②由图可知起始时压强为100kPa，平衡时压强为150kPa。设平衡时
的消耗量为xmol，列
三段式得：
根据压强之比等于气体物质的量之比得：
，解得：x=0.5；
则平衡时各气体均为0.5mol，总气体为1.5mol，
；
丙烯产率在425°C 之前随温度升高而增大的原因可能是温度升高，反应速率加快或升高温度有利于反应向
吸热方向进行；425°C 之后，丙烯产率快速降低的主要原因可能是催化剂失活，反应速率迅速减小或发生
副反应，丙烷分解成其他产物。
（4）以C3H8和
18O2为原料，初期产物中没有检测到
18O，可知V2O5直接氧化吸附的丙烷，吸附的氧气补
充V2O5中反应掉的氧，导致初期产物中没有检测到
18O，以含有的C3H8和
18O2为原料，反应过程中没有检
测到C3H8-nDn(0<n<8)，即碳氢键的断裂不可逆，故选B；
（5）
生成
的电极反应为：
+O2--2e-=
+H2O。
14．氢能的开发和利用是推动我国能源结构转型，保障国家能源安全，实现“碳达峰”、“碳中和”目
标的重要途径。目前，我国已成为世界第一大产氢国，主要有三类工业制氢路线：
(1)化工燃料重整制氢
已知：
则
与
反应生成
和
的反应热是
。
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(2)工业副产氢
已知：工业上用水煤气法制氢气，有关化学方程式是：
反应一：
反应二：
①反应一在
时达到化学平衡状态，则此温度下该反应的平衡常数表达式
。
②在
时将
和
各
通入体积为
的密闭容器中反应发生反应二，
时达到平衡
状态，该反应的平衡常数是9，则
的转化率是 ，用
的浓度变化表示的反应速率
是
。
(3)清洁能源电解制氢
已知：利用电解饱和食盐水可制得氢气，下图为电解装置示意图：
①
电极是极 (填“阴”或“阳”)，
电极的电极反应式 。
②假设室温条件下电解
饱和食盐水一段时间，当两极产生的气体共
(标准状况下)时，溶液
的
为 (溶液体积没有变化)。
【答案】(1)+659.8
(2)
(或0.75)
(3) 阳
13
【详解】（1）①
②
与
反应生成
和
的反应依据盖斯定律①×2-②得到：
+2
=
+4
H=+659.8kJ•mol
△
-1，反应热是+659.88kJ•mol-1，故答案为：+659.8。
（2）①
，注意碳为固体，由反应的化学方程式可知平衡常数表达式K=
，故答案为：
；
②在
时将
和
各
通入体积为
的密闭容器中反应发生反应
，5 分钟时达到平衡状态，该反应的平衡常数是9，设CO 的转化率是
30
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x，依据三段式列式得到：
K=
x=0.75，则CO 的转化率为75%；用CO 的浓度变化表示的反应率速
=
=7.5×10-4 mol/(L•min)；故答案为：75%；7.5×10-4 ；
（3）①分析装置图可知，饱和食盐水变为淡盐水，则C1极上Cl-失去电子转化为氯气， Na+通过阳离子
交换膜向右移动，所以
电极是阳极，C2电极为阴极，在阴极是水中的氢离子得到电子生成氢气，电极
反应式为
；
②C1为阳极溶液中氯离子失电子生成氯气，电极反应为：2Cl--2e-=Cl2↑，结合阴极电极反应式可知，通过
相等电量，两极生成的气体物质的量相等，当两极产生的气体共
(标准状况下)即0.01mol 气体时，
生成氢气0.005mol，则同时生成OH-为0.01mol，溶液体积为100mL，则溶液中的OH-浓度为0.1mol/L，所
以溶液的pH=13。故答案为：阳；
；13。
15．精脱硫技术主要用于煤气中羰基硫(COS)和二硫化碳(CS2)的转化。回答下列问题：
(1)利用焦炉煤气中的H2可脱除煤气中羰基硫(COS)。羰基硫氢化反应历程有途径I 和途径Ⅱ两种可能，如
图所示：
①已知羰基硫氢化反应速率较快，推测其更合理的反应历程是途径 (填“I”或“Ⅱ”)。
②反应
的△H= kJ·mol-1。
(2)MoS2可作羰基硫氢化反应的催化剂，催化机理如图所示：
31
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不同钼(Mo)含量的MoS2催化剂对COS 转化率和H2S 的选择性不同，实验数据如图所示。
根据图中数据，选择 (填“3.4%Mo”或“8.7%Mo”)作催化剂效果最好；当H2S 选择性低于100%
时表明部分COS 气体与催化剂发生了反应，催化剂有吸硫现象，若H2S 选择性高于100%，可能的原因是
。
(3)金属Mo 的晶胞如图所示，若原子a、b 的坐标分别为(0，0，0)、(1，0，0)，则原子c 的坐标为
，设晶体密度为ρg·cm3，则晶胞参数为 pm(阿伏加德罗常数的值为NA)。
(4)一定温度下，向恒容密闭容器中充入物质的量之比为1：4 的CS2(g)和H2(g)，发生反应
，容器内气体压强随时间变化如下表所示。
时间/min
0
50
100
150
200
250
300
压强/kPa
100
88.0
79.8
72.4
68.2
65.0
65.0
①0-250min 内，H2分压的平均变化值为 kPa·min-l。
②该温度下，平衡常数Kp= (kPa)-2(列出计算式)。
【答案】(1)
b‒a‒c+d‒e
Ⅱ
(2) 8.7%Mo 催化剂本身在反应过程中有失硫现象
32
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(3)
(4) 0.28
【详解】（1）①反应的活化能越大，反应速率越慢，由图可知，途径I 的活化能大于途径Ⅱ，反应速率
慢于途径Ⅱ，所以应速率较快的羰基硫氢化的反应历程是途径Ⅱ，故答案为：Ⅱ；
②由图可知，该反应为反应物总能量小于生成物总能量的吸热反应，反应的△H=(b‒a‒c)kJ/mol—(e—
d)kJ/mo=( b‒a‒c+d‒e)kJ/mol，故答案为：b‒a‒c+d‒e；
（2）由图可知，时间相同时，8.7%Mo 作催化剂条件下反应的羰基硫转化率和硫化氢选择性均大于
3.4%Mo 作催化剂条件下，说明反应速率快于3.4%Mo 作催化剂条件下，所以选择8.7%Mo 作催化剂效果
最好；由题意可知，硫化氢选择性低于100%是因为部分羰基硫气体与催化剂发生了反应，催化剂有吸硫
现象所致，则硫化氢选择性高于100%是因为催化剂本身在反应过程中有失硫现象所致，故答案为：
8.7%Mo；催化剂本身在反应过程中有失硫现象；
（3）由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点的原子a、b 的坐标分别为(0，0，0)、(1，0，0)，则晶胞的边长
为1，所以位于面心的原子c 的坐标为
；位于顶点和面心的钼原子个数为8×
+6×
=4，设晶胞
参数为apm，由晶胞的质量公式可得：
=10—30aρ，解得a=
，故答案为：
；
；
（4）由表格数据可知，起始二硫化碳、氢气的分压分别为100kPa×
=20kPa、100kPa—20kPa=80kPa，
250min 反应达到平衡时，容器内气体压强为65kPa，设平衡时消耗二硫化碳的分压为akPa，由题意可建
立如下三段式：
由平衡时容器内气体压强为65kPa 可得：100—2a=65，解得a=17.5；
①由三段式所得数据可知，0-250min 内，氢气分压的平均变化值为
=0.28kPa/min，故答案为：
0.28；
②由三段式所得数据可知，该温度下，平衡常数Kp=
=
(kPa)-2，故答案为：
。
33
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16．煤的间接液化是煤的综合利用的一种重要方法。首先是煤燃烧生成
，再在钼系催化剂的催化作
用下与
反应，最终生成
。过程中主要发生如下反应：
反应I：
反应Ⅱ：
反应Ⅲ：
(1)钼
的基态原子中未成对电子数为 。
(2)已知
的燃烧热
。
(3)为更好地研究煤的液化过程，某学习小组对反应Ⅱ进行了系统的研究。在一个
的刚性容器中加入
气体及
水蒸气，在
及钼系催化剂(固体)存在条件下只发生反应Ⅱ。
①下列能说明该反应已达到平衡状态的有 (填标号) 。
A．
的体积分数不再改变 B．
不再改变
C．容器的总压不再改变 D．容器中气体的密度不再改变
②下图为四种组分的平衡时物质的量分数随温度的变化曲线。图中曲线b 表示的物质是 ，原因是
。
③
时该反应的平衡常数为 。
④
时，某同学在该容器中加入
和
，同时加入了
和
，达到平衡
后
的体积分数仍与N 点相同，则
(用含m 的代数式表示)。
【答案】(1)6
(2)-1366.8
(3) AB
随着反应的进行，反应物物质的量分数减小，生成物物质的量分数增大，随
温度升高，平衡正向移动，
的含量增大，且O2系数是
的3 倍
2m+2
【详解】（1）钼元素的原子序数为42，电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d55s1，未成对电子数为
6；
（2）反应I：
34
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反应Ⅱ：
反应Ⅲ：
反应Ⅳ：
根据盖斯定律-（反应Ⅱ+反应Ⅲ+3×反应Ⅳ）得
的燃烧热
。
（3）①A．
的体积分数不再改变，浓度不变，反应达到平衡，A 选；
B．充入的反应物不是按系数比充入，
不再改变，反应达到平衡，B 选；
C．该反应前后气体总物质的量不变，容器的总压不再改变，不能判断反应达到平衡，C 不选；
D．该反应前后气体总物质的量不变，容器的体积改变，密度为定值，容器中气体的密度不再改变，不能
判断反应达到平衡，D 不选；
故选AB。
②
，原料初始组成n(CO2)：n(H₂O)=1：2，根
据
，结合反应物和生成物的系数关系，可知a 表示O2、b 表示
、c 表示H2O、d 表示CO2，这是因为随着反应的进行，反应物物质的量分数减小，生成物物质的量
分数增大，随温度升高，平衡正向移动，
的含量增大，且O2系数是
的3 倍；
③列出三段式：
平衡时2-2x=x，解得x=
，
时反应的平衡常数K=
；
④
时，某同学在该容器中加入
和
，同时加入了
和
，达到平衡
后
的体积分数仍与N 点相同，根据等效平衡原则，加入了
和
，等效于加入2molCO2
和2molH2O，可得
，解得n=2m+2。
17．肼(
)有较强的还原性，与
等可组成火箭推进剂。
(1)已知：Ⅰ.
.
Ⅱ
35
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.
Ⅲ
火箭发射时
与
反应生成
和
。该反应的热化学方程式是 。
(2)肼的传统生产工艺为Raschig 法，两步反应分别在不同容器的水溶液环境中进行：
i．
(快)
ii．
(慢)
已知电负性N>Cl。下列说法正确的是 (填序号)。
a．反应i 中NaClO 做氧化剂
b．适当提高反应i 温度，可显著提高相同时间内
的产量
c．采用3.0MPa 压强可以增大
的溶解度，提高反应ii 中
的利用率
(3)采用Raschig 法制得肼后，可采用分步蒸馏的方法将其从反应混合液中分离出来。
①水合肼(
，常温为液态)中
与
间存在氢键，用“X-H…Y”表示
与
间存在的
氢键： 。
②蒸馏过程中首先馏出的物质是 (填序号)。
a．
b．
c．NaCl
(4)产品中肼含量的测定方法如下。
取0.50g 产品加20mL 水稀释，滴入2 滴淀粉溶液，用
溶液滴定3 次，平均每次消耗
溶液
20.00mL。已知：
①样品中肼(以
计)的质量分数为 。
②若滴定过程中操作过于缓慢，则测定结果 (填“偏大”“偏小”或“不受影响”)。
(5)肼除做火箭推进剂外还可用于燃料电池中。某种碱性肼-空气燃料电池(电解质为KOH 溶液)具有高效、
无污染的特点，装置如右图所示。
①负极的电极反应式是 。
②电池工作一段时间后正极区KOH 溶液pH 基本保持不变，结合电极反应式解释原因 。
【答案】(1)
(2)ac
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(3)
a
(4) 32% 偏小
(5)
电路中每转移4mol 电子，正极区生成的4mol
全部转移到负
极区，与负极区消耗的
的物质的量相同
【详解】（1）火箭发射时
与
反应生成
和
反应的化学方程式为
，根据盖斯定律，该反应的
，故该反应的热化学方程式
为
；
（2）a．反应i
(快)中，NaClO 中氯元素的化合价由+1 降为-1，得电子，做
氧化剂，a 正确；
b．反应Ⅱ是放热反应，适当提高温度，可溶于加快反应速率，但温度过高，平衡逆向移动，
的产量会降低，b 错误；
c．采用3.0MPa 压强可以增大
的溶解度，提高反应ii 中
的利用率，c 正确；
答案选ac；
（3）①水合肼(
，常温为液态)中
与
间存在氢键，用“X-H…Y”表示
与
间存
在的氢键
；
中
和
的氢键键能大于氨气分子间的氢键键能，
的沸点高，NaCl 是离子化合物，沸点高，蒸馏过程首先溜出的为
；
（4）根据反应
得关系式
，样品中肼得质量分数为
；肼具有还原性，若滴定过程中操作过于缓慢，易被
空气中的氧气氧化，导致消耗标准碘液的体积偏小，测定结果偏小；
（5）如图，肼-空气燃料电池(电解质为KOH 溶液)中，通入氧气一极（多孔电极）为正极，电极反应式为
，通入肼这一极为负极，电极反应式为
由电极反应式知，
电路中每转移4mol 电子，正极区生成的4mol
全部转移到负极区，与负极区消耗的
的物质的量相
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同。
18．烟气脱硝技术是环境科学研究的热点。实验室模拟
将烟气中的
深度氧化为
，并进一步将
转化获得含氮产品，流程示意图如下。
深度氧化器中发生的反应：
i．
ii．
iii．
(1)
被
深度氧化，补全热化学方程式：
(2)一定条件下，不同温度时，
的浓度随时间的变化如图所示。
①
(填“>”或“<”)。
②8s 时，
的浓度不同的原因是 。
(3)一定条件下，NO 的初始浓度为
时，不同反应时间，深度氧化器中
的浓度随
的变化如图所示。反应过程中
的浓度极低。
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①
时，深度氧化器中发生的反应主要是 (填“i”“ii”或“iii”)。
②
时，
的浓度随
变化的原因是 。
(4)
且恒压的条件下进行烟气处理，烟气达到排放标准所需深度氧化的时间仍较
长。结合(3)，保持上述条件不变，解决这一问题可采取的措施及目的分别是 。
(5)深度氧化后的烟气通过吸收器完全转化为硝酸盐产品，产品浓度的测定方法如下。
已知
的还原产物分别是
。产品中
的物质的量浓度为
。
【答案】(1)
(2) < 8s 时反应已达到平衡状态，
将
深度氧化为
是放热反应，温度越高，越不利于
反应正向进行，生成
的浓度越低
(3) i 0.9s、n(O3) n(NO)
∶
＞1.0 时，n(O3) n(NO)
∶
增大，使vⅱ增大、vⅲ增大，从而使
的浓度减小
(4)使用适宜的催化剂，以增大ⅱ的反应速率
(5)
【详解】（1）根据盖斯定律知：i 2+ ii+ iii 可得，
；
（2）由图知，T2温度下，反应速率快，首先到达平衡，因此
<
；由图知，8s 时反应已达到平衡状态，
将
深度氧化为
是放热反应，温度越高，平衡逆向移动，越不利于反应正向进行，生成
的浓度越低，所以答案为：8s 时反应已达到平衡状态，
将
深度氧化为
是放热反应，温度越高，
越不利于反应正向进行，生成
的浓度越低；
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（3）当
时，NO 主要转化为NO2, 所以深度氧化器中发生的反应主要是i；由图知，
时，
的浓度随着
增大而减小的原因是：n(O3) n(NO)
∶
增大，使
vⅱ增大、vⅲ增大，从而使NO2的浓度减小；
（4）由（3）知反应过程中NO3的浓度极低，说明反应ⅲ比反应ⅱ快，因为烟气达到排放标准所需深度
氧化的时间仍较长，所以为了加快反应速率，采取的措施及目的分别是：使用适宜的催化剂，以增大ⅱ
的反应速率；
（5）溶液X 中的
与亚铁离子发生氧化还原反应后，剩余的亚铁离子与
发生氧化还原反应，
，则与
发生氧化还原反应的Fe2+为n2=
，则与
反应的
Fe2+为n1=
，
，则
物质的量
，则
的物质的量浓度为
。
19．Ⅰ.甲醇是一种理想的储氢载体，我国科学家研发的全球首套太阳能燃料合成项目被称为“液态阳
光”计划，可利用太阳能电解水产生H2，再将CO2与H2转化为甲醇，以实现碳中和。
(1)下列关于甲醇(CH3OH)的说法中，正确的是___________
A．甲醇在一定条件下可被氧化生成CO2 B．甲醇储氢符合“相似相溶”原理
C．甲醇官能团的电子式：
D．甲醇分子是含有极性键的非极性分子
.
Ⅱ已知，CO2生产甲醇过程主要发生以下反应：
反应Ⅰ.CO2(g) + 3H2(g)
CH3OH(g) + H2O(g) ∆H1= −48.97kJ·mol−1
反应Ⅱ.CO2(g) + H2(g)
CO(g) + H2O(g) ∆H2= +41.17 kJ·mol−1
反应Ⅲ.CO(g) + 2H2(g)
CH3OH(g) ∆H3
(2)反应Ⅲ中，①活化能E(正) E (逆) (填“>”、“<”或“=”)；
②该反应在 条件下能自发进行；
A．在高温条件下自发进行 B．在低温条件下自发进行
C．在任何条件下都能自发进行 D．在任何条件下都不能自发进行
(3)反应III 中，CO 的平衡转化率与温度的关系如图所示：
40
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①A、B、C 三点平衡常数KA、KB、KC的大小关系为 。T1时，由D 点到B 点过程中，正、逆反
应速率之间的关系：v 正 v 逆。(填“>”、“<”或“=”)
②向某恒温恒压密闭容器中充入1mol CO(g)和2mol H2(g)，下列能说明反应III 达到平衡的是 ；
A．容器内混合气体的密度不再改变
B．容器内混合气体的平均相对分子质量不再改变
C．两种反应物转化率的比值不再改变
D．v 正(CO)=2 v 逆(H2)
③在2L 恒容密闭容器中充入2mol CO 和4mol H2，在p2和T1条件下经10min 达到平衡状态。在该条件下，
v(H2)= mol·L−1·min−1。
(4)在CO2加氢合成甲醇的体系中，①下列说法不正确的是 ；
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
②已知：CH3OH 的选择性=
×100%，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 ，并说明其原因
A．高温高压 B．高温低压 C．低温低压 D．低温高压
原因：
(5)我国科学家设计了离子液体电还原CO2合成CH3OH 工艺，写出碱性条件下CO2生成甲醇的电极反应式
。
【答案】(1)A
(2) < B
(3) KA=KB>KC > AB 0.16 mol·L−1·min−1
(4) C D 高压有助于提高CO2的平衡转化率和甲醇的选择性，使反应Ⅰ、Ⅲ正向移动，而低
温会使反应Ⅱ逆向移动，使反应Ⅰ和Ⅲ正向移动，提高甲醇的选择性，故根据平衡移动原理选择反应条
件为低温高压
(5)CO2 + 6e− + 5H2O = CH3OH + 6OH−
41
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【详解】（1）A．甲醇在一定条件下可被氧化生成二氧化碳，故A 正确；
B．甲醇储氢不符合"相似相溶"原理，故B 错误；
C．甲醇官能团的电子式为
，故C 错误；
D．甲醇分子是含有极性键的极性分子，故D 错误；
综上所述，本题正确答案为A。
（2）由盖斯定律可知，反应Ⅰ-反应Ⅱ可得CO(g) + 2H2(g)
CH3OH(g) ∆H3=∆H1- ∆H2= -48.97kJ·mol−1-41.17
kJ·mol−1=-90.14 kJ·mol−1，该反应为放热反应，活化能E(正)<E (逆)，该反应是熵减的反应，∆H-T∆S<0 时反应
能自发进行，则该反应在低温条件下自发进行，故选B。
（3）①由题图可知，温度升高，
的平衡转化率降低，说明升高温度平衡逆向移动，所以该反应是放
热反应，温度升高，平衡常数减小，且平衡常数只与温度有关，由于温度A=B < C，所以KA=KB>KC；D 点的
转化率低于平衡点B 点的转化率，此时反应向正反应方向进行，因此v 正>v 逆；
②A．该反应过程中气体的总质量不变，总体积减小，混合气体的密度增大，当容器内混合气体的密度
不再改变时说明反应达到平衡，A 选；
B．该反应过程中气体的总质量不变，总物质的量减小，混合气体的平均摩尔质量增大，当容器内混合气
体的平均相对分子质量不再改变时说明反应达到平衡，B 选；
C．在2L 恒容密闭容器中充入2mol CO 和4mol H2，反应过程中CO 和H2转化率的比值相等，当两种反应
物转化率的比值不再改变时，不能说明反应达到平衡，C 不选；
D．v 正(CO)=2 v 逆(H2)时不能说明正逆反应速率相等，不能说明反应达到平衡，D 不选；
故选AB；
③在2L 恒容密闭容器中充入2mol CO 和4mol H2，在p2和T1条件下经10min 达到平衡状态，列出“三段
式”
在该条件下，v(H2)=
=0.16 mol·L−1·min−1。
（4）①A．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I 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I 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；
42
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②反应I 是气体体积增大的反应，反应III 是放热反应，高压有助于提高CO2的平衡转化率和甲醇的选择性，
使反应Ⅰ、Ⅲ正向移动，而低温会使反应Ⅱ逆向移动，使反应Ⅰ和Ⅲ正向移动，提高甲醇的选择性，故
根据平衡移动原理选择反应条件为低温高压，故选D。
（5）碱性条件下CO2在正极得到电子生成CH3OH，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为：CO2
+ 6e− + 5H2O = CH3OH + 6OH−。
20．
的综合利用成为研究热点，
作为碳源加氢是再生能源的有效方法。回答下列问题：
Ⅰ．工业上利用
和
制备
，已知温度为T、压强为p 时的摩尔生成焓
如表所示：
气态物质
摩尔生成焓/
0
已知：一定温度下，由元素的最稳定单质生成
纯物质的热效应称为该物质的摩尔生成焓。
(1)温度为T、压强为p 时，反应
。
(2)已知：温度为
时，
。实验测得：
为速率常数。
①
时，
。
②若
时，
，则
(填“>”“<”或“=”)
。
Ⅱ．在催化剂作用下，
可被氢气还原为甲醇：
[同
时有副反应
发生]，
平衡转化率随温度和压强的变化如
图。
(3)判断
的大小关系： 。解释压强一定时，
的平衡转化率呈现如图变化的原因：
。同时增大
的平衡转化率和
的产率可采取的措施是 。
(4)向压强为p 的恒温恒压密闭容器中加入
和
，进行反应，达到平衡状态时，
的转化
率为20%，生成
的物质的量为
，则甲醇的选择性为 %[甲醇选择性
]；在该温度下，
的压强平衡
43
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常数
(列出计算式，分压=总压×物质的量分数)。
【答案】(1)
(2) 2 <
(3)
之前以副反应为主，转化率随着温度升高而增大，
之后以主反应为主，转
化率随着温度升高而降低 增大压强
(4) 50
【详解】（1）
=生成物的生成焓-反应物的生成焓，则反应
；
（2）①
时，
为速率常数，则
；
②若
时，
，则平衡常数为K=2.1，反应
，该反应为吸热反应，温度越高，K 值越大，则
<
；
（3）对于反应
，增大压强，平衡正向移动，副反应
不受压强影响，当温度固定时，压强越大，
平衡转化
率越大，故
；主反应
为放热反应，温度升高，
平衡逆移，副反应
为吸热反应，温度升高，平衡正移，Tk
前以副反应为主，转化率随着温度升高而增大，
后以主反应为主，转化率随着温度升高而降低；增大
压强，可以使主反应
正向移动，副反应
不移动，则增大压强可同时增大
的平衡转化率和
的产率；
（4）向压强为p 的恒温恒压密闭容器中加入
和
，进行反应，达到平衡状态时，
的转
化率为20%，则
一共消耗0.2mol，生成
需要消耗0.1mol
，则剩余0.1mol
转化为了
，则甲醇的选择性为
；在该温度下，反应达
平衡时
为0.8mol，
为2.6mol，
为0.1mol，
为0.1mol，H2O 为0.2mol，则
，
，
，
，则
的压强平
44
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衡常数
。
21．氨是最基本的化工原料，常用于制液氮、氨水、硝酸、铵盐和胺类等。
(1)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下：
根据下列键能数据，结合上述反应数据，计算
的键能是
。
化学键
键能
946
436
(2)合成氨工业中，原料气(
及少量
的混合气)在进入合成塔前需经过铜氨液处理，目的是
除去其中
，其反应为：
。
①配离子
的中心离子是 ，配位数是 。
②铜氨溶液吸收
适宜的生产条件： 温、 压。(填“高”“低”)
(3)恒温恒压条件下，向容器中通入
和
，合成氨反应用摩尔分数表示的平衡常数
，
达到平衡时
的转化率为 (保留3 位有效数字)。(已知反应的
，物质ⅰ的摩尔分数
，
)。
(4)制备
时所需的
可以通过反应合成，但缺
。有学者倡议：常温下，把石膏矿中
(
)
Ⅱ转化为难溶的
，留下的
和
形成
，反应方程式如下：
，化学平衡常数为
，
用下列相关
的符号来表示
。通过计算反应的
判断以上倡议 (填“可
行”或“不可行”)。
(已知
、
、
、
的
、
、
)
(5)
与镓
在高温下生成
，氮化镓晶胞结构可看作金刚石晶胞内部的碳原子被
原子代替，顶
点和面心的碳原子被
原子代替。
45
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①以晶胞边长为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中的原子位置，称作原子坐标。
原子坐标为
，则
原子坐标为 。
②若
为阿伏伽德罗常数的值，
晶胞中
原子与
原子之间最短的核间距离是
，则
晶体
的密度为
(只列计算式)。
【答案】(1)391
(2) Cu+ 4 低 高
(3)18.0%
(4)
可行
(5) (0，
，
)
【详解】（1）由反应热与反应物键能之和与生成物键能之和的差值相等可得：(946kJ/mol+ 436kJ/mol×3)
—6E(N—H)=—92.0 kJ/mol，解得E(N—H)=391kJ/mol，故答案为：391；
（2）①配离子
的中心离子为亚铜离子，氨分子和一氧化碳为配体，配位数为4，故答案
为：Cu+；4；
②铜氨溶液吸收一氧化碳的反应为气体体积减小的放热反应，降低温度、增大压强，平衡均向正反应方
向移动，则适宜的生产条件为低温、高压，故答案为：低；高；
（3）设平衡时消耗氮气的物质的量为amol，由题意可建立如下三段式：
由合成氨反应的平衡常数可得：
=
，解得a1=1+
(舍去)、a2=1—
，则氮气的转化率
为
×100%≈18.0%，故答案为：18.0%；
46
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（4）由方程式可知，反应Kc=
=
×
×
×
×
=
=
≈2.7×106，则学者的倡议可行，故答案为：
；可行；
（5）①位于体对角线
处B 原子的原子坐标为
，则晶胞的参数为1，位于面心的A 原子的原子
坐标为(0，
，
)，故答案为：(0，
，
)；
②由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点和面心的镓原子个数为8×
+6×
=4，位于体内的氮原子个数为4，
晶胞中氮原子和氮原子的原子核间距为面对角线长度的一半，则由题意可知，晶胞的参数为
bnm，设
晶体的密度为dg/cm3，由晶胞的质量公式可得：
=(
b×10—7)3d，解得d=
，故答
案为：
。
22．空间站处理
的一种重要方法是对
进行收集和再生处理，重新生成可供人体呼吸的氧气。其
技术路线可分为以下三步：
.
Ⅰ固态胺吸收与浓缩
在水蒸气存在下固态胺吸收
反应生成酸式碳酸盐(该反应是放热反应)，再解吸出
的简单方法是加
热。
.
Ⅱ
的加氢甲烷化
还原
制
的部分反应如下：
i．CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)
ii．CO(g)+3H2
CH4(g)+H2O(g)
(1)反应CO2(g)+4H2(g)
CH4(g)+2H2O(g)的
。
(2)向恒容绝热的密闭容器中充入amolCO 与2amolH2，进行反应ii，下列能判断反应已达化学平衡状态的
是 ；
a．容器中混合气体密度不变 b．混合气体中
与
之比不变
c．
d．容器内温度不变
47
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.
Ⅲ和
合成甲烷也是资源化利用的重要方法。对于上述(1)的反应
，催化剂的选择是甲烷化技术的核心。在两种不同催化剂条件
下反应相同时间，测得转化率和生成
选择性随温度变化的影响如下图所示：
(3)高于320℃后，以Ni 为催化剂，
转化率仍在上升，其原因是 。
(4)对比上述两种催化剂的催化性能，工业上应选择的催化剂是 ，使用的合适温度为
。
(5)控制起始时
，P=1atm，恒容条件下，若只发生反应i、ii，平衡时各物质的量分数随温度的
变化如图所示：
①随投料比增大，CO2的转化率如何变化 (填增大，减小或者不变)。
②图中代表
的曲线是 (填“a”、“b”或“c”)；温度低于500℃时，CO 的物质的量分数约
为0，说明此条件下，反应 (填“i”或“ii”)化学平衡常数大，反应完全。
③反应CO2(g)+4H2(g)
CH4(g)+2H2O(g)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)。
【答案】(1)-205
(2)cd
(3)以Ni 为催化剂，CO2甲烷化速率较慢，升高温度加快反应速率，相同的时间内CO2转化率提高
48
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(4) Ni-CeO2 320℃
(5) 增大 b
625
ⅱ
【详解】（1）根据盖斯定律，反应i+ⅱ可得反应CO2(g)+4H2(g)
CH4(g)+2H2O(g)的41+(-246)=
-205kJ/mol；
（2）达到平衡状态的判断方法是“正逆反应速率相等”，“变量不变”；
a.容器中混合气体密度是定值，密度不变不能说明达到平衡状态，故a 错误；
b.混合气体中c(CH4)与c(H2O)之比是定值，始终是1：1，不能说明达到平衡状态，故b 错误；
c.v 正(H2)=3v 逆(H2O)符合正逆反应速率相等，能说明达到平衡状态，故c 正确；
d.恒容绝热的密闭容器中温度是变量，温度不变说明达到平衡状态，故d 正确；
故选cd；
（3）高于320℃后，以Ni 为催化剂，CO2转化率仍在上升，其原因是以Ni 为催化剂，CO2甲烷化速率较
慢，升高温度加快反应速率，相同的时间内CO2转化率提高；
（4）对比上述两种催化剂，Ni-CeO2作为催化剂时甲烷的选择性高，工业上应选择的催化剂是Ni-CeO2，
320℃时转化率高选择性大，使用的合适温度为320℃；
（5）①随投料比增大，氢气过量，甲烷的转化率增大；②对于反应CO2(g)+4H2(g)
CH
⇌
4(g)+2H2O(g) ΔH=-2
05kJ•mol-1，升高温度，反应逆向移动，H2的物质的量分数增大，CH4和H2O 的物质的量分数减小，且CH4
和H2O 的物质的量分数之比为1：2，故图中a、b、c 代表的物质分别为H2O、CH4、H2；温度低于500℃时，
CO 的物质的量分数约为0，说明CO 几乎完全反应，化学平衡常数越大，反应越完全，则反应ii 的化学平
衡常数大；③起始时
，设CO2的起始量为a mol,变化量为x mol,则H2的起始量为4amol,列三
段式计算如下：
，M 点时，
，
即4a-4x=x，整理得x=0.8a，则平衡时CO2、H2、CH4、H2O 的物质的量分别为0.2amol、0.8amol、
0.8amol、1.6amol,各气体的总物质的量为(0.2a+0.8a+0.8a+1.6a)mol=3.4amol,在恒温恒容下，压强之比等于
物质的量之比，则
，平衡时
，平衡分压
，
，
，
，
。
23．
加氢合成甲醇对缓解能源危机、改变产业结构以及实现“碳达峰、碳中和”目标具有重要的战
略意义。该合成工艺主要包括三个反应：
①
49
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②
③
(1)已知一些物质的键能数据如下：
化学键
H―H
C=O
C≡O
H―O
E/(
)
436
803
1076
463
计算
。
(2)按照一定比例投料，测定
的平衡转化率和CO 的平衡选择性随温度和压强的变化关系如下图所示。
、
、
、
的大小关系为 ；原因为 ；
℃以后不同压强下
平衡转化
率变为一条曲线，原因为 (CO 的选择性
)。
(3)下表是一定条件下用Pd/ZnO/C-N 做催化剂，改变Pd 含量测得的催化剂组成、结构以及
转化率的数
据。
催化剂
Pd/%
Zn/g
表面O 含量/%
表面氧缺陷比例/%
转化率/%
0.02%Pd/ZnO/C-N
0.04
9.47
12.43
0.29
3.7
0.05%Pd/ZnO/C-N
0.13
6.4
9.57
0.30
6.6
0.1%Pd/ZnO/C-N
0.18
10.6
13.25
0.32
68
0.3%Pd/ZnO/C-N
0.58
9.66
12.52
0.38
71
由上表数据推测，催化剂中Pd 含量增大，
转化率增大的原因可能为 。
(4)六方ZnO 晶胞结构如下左图所示，
填充在
形成的 空隙中，该晶体的密度为
(设
表示阿伏加德罗常数的值，列出计算式)，在下右图中补充画出ZnO 晶胞的俯视投影图
。
50
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【答案】(1)
(2)
<
<
<
温度相同时，增大压强，①反应平衡正向移动，CO 选择性降低，故
<
<
<
℃以后以反应②为主，前后系数不变，不同压强下
平衡转化率不变；
(3)催化剂中Pd 含量增大，选择性催化②③
转化率增大
(4) 正四面体
【详解】（1）由
，由反应①求出E
键能=(1076+2×436+90.8)
=2038.8
，故反应③
（803×2+436×3-2038.8-2×463）
=
；
（2）温度相同时，增大压强，①反应平衡正向移动，CO 选择性降低，故
<
<
<
；
℃以后不同压
强下
平衡转化率变为一条曲线，原因为
℃以后以反应②为主，前后系数不变，不同压强下平衡不
移动
平衡转化率不变；
（3）由上表数据推测，催化剂中Pd 含量增大，
转化率增大的原因可能为催化剂中Pd 含量增大，选
择性催化②③
转化率增大；
（4）由图可看出
填充在
形成的正四面体空隙中；根据无隙并置，该晶体中有
个，
为
个，晶胞密度为
，俯视投影图为
24．工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，选择高效催化剂实现降能提效是目前研究的重点。回
51
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答下列问题：
(1)合成氨反应为
，理论上 (填“高”或
“低”，下同)温有利于提高反应速率， 温有利于提高平衡转化率。
(2)合成氨反应在催化作用的化学吸附及初步表面反应历程如下：
注：方框内包含微粒种类及数目、微粒的相对总能量(括号里的数字单位：eV)，TS 表示过渡态，*表示吸
附态。
①写出
参与化学吸附的反应方程式： 。
②以上历程须克服的最大能垒为 eV。
(3)在t℃、压强为0.9MPa 的条件下，向一恒压密闭容器中通入氢氮比为3 的混合气体，体系中气体的含
量与时间变化关系如图所示：
①反应20min 达到平衡，试求0~20min 内氨气的平均反应速率
，该反应
的
(用数字表达式表示，
为以分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数)。
②下列叙述能说明该条件下反应达到平衡状态的是 (填标号)。
a．氨气的体积分数保持不变 b．容器中氢氮比保持不变
c．
和
的平均反应速率之比为1 2∶ d．气体密度保持不变
③若起始条件相同，在恒容容器中发生反应，则达到平衡时H2的含量符合图中 (填“d”“e”“f”
或“g”)点。
【答案】(1) 高 低
(2)
[或
] 1.47
(3) 0.005
ad g
【详解】（1）温度越高，反应速率越快，故理论上高温有利于提高反应速率；但是该反应
，升高
温度平衡逆向移动，，平衡转化率降低，故低温有利于提高平衡转化率；
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（2）①由图知，第一步表示化学吸附，反应方程式为
[或
]；②第二步克服的能垒为最大能垒，最大能垒为0.01-（-1.46）=1.47eV；
（3）①反应20min 达到平衡时，氮气、氢气、氨气的分压分别为
、
、
，则0~20min 内氨气的平均反应速率为
；反应的平衡常数为
；
②a．氨气的体积分数保持不变说明正逆反应速率相等，反应已达到平衡，a 符合题意；
b．由质量守恒定律可知，反应中容器中的氢氮比始终保持不变，则容器中氢氮比保持不变不能说明正逆
反应速率相等，无法判断反应是否达到平衡，b 不符合题意；
c．氮气和氨气平均反应速率之比为1:2 不能说明正逆反应速率相等，无法判断反应是否达到平衡，c 不符
合题意；
d．由质量守恒定律可知，反应前后气体的质量相等，该反应为气体体积减小的反应，在恒压密闭容器中
反应时，混合气体的密度是变量，则混合气体的密度保持不变说明正逆反应速率相等，反应已达到平衡，
d 符合题意；
故选ad；
③该反应为气体体积减小的反应，若起始|条件相同,恒压密闭容器相当于恒容容器增大压强，反应速率加
快，达到平衡的时间减少，平衡向正反应方向移动，氢气的百分含量减小，则若起始条件相同，在恒容
容器中发生反应，达到平衡所需时间大于恒压密闭容器，氢气的百分含量高于恒压密闭容器，故达到平
衡时H2的含量符合图中g 点。
25．丙烯是有机化工中的重要原料，可用丙烷直接脱氢工艺和丙烷氧化脱氢工艺制备，其主反应和有关
物质的燃烧热数据如下。
.
Ⅰ丙烷直接脱氢工艺：
.
Ⅱ丙烷氧化脱氢工艺：
物质
燃烧热
-2219.9
-2058.0
-285.8
回答下列问题：
(1)反应Ⅰ的
，其自发进行的条件是 。丙烷在不同温度下按照一定流速通过铬
催化剂反应相同时间，所得混合物中部分物质的体积分数如下表所示，实际控制温度为580℃，原因是
。
510℃
550℃
580℃
620℃
丙烷（%）
64.82
57.87
37.76
31.91
丙烯（%）
12.33
15.85
22.72
23.13
53
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乙烯（%）
0.12
0.19
0.20
0.71
甲烷（%）
1.50
2.78
4.03
7.31
氢气（%）
20.47
18.99
25.45
31.14
(2)①反应Ⅱ属于自由基反应，其反应历程如下，写出第iv 步的反应方程式。
i）
ii）
iii）
iv） 。
(3)将
、
置于某恒温（高于100℃）、恒压（p）的密闭容器中进行反应Ⅱ时，发生了副
反应Ⅲ：
。达平衡时的体积分数
，
，则
的选择性为 （
的选择性
，计算
结果保留3 位有效数字），反应Ⅲ的
（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压物质的
量分数）。
(4)使用惰性电极电解
的酸性溶液制丙烯，其装置如下图所示。
①若以铅酸蓄电池作为直流电源，其工作时负极质量 （填“增大”“减小”或“不变”）。
②X 电极的电极反应式为 。
【答案】(1) ＋123.9 高温 温度过高，副产物大量增加，能耗增大；温度过低，反应速率慢，
单位时间产率降低
(2)2HO⋅→H2O＋
O2
(3) 90.9% 11
(4) 增大 3CO2＋18e－＋18H＋=C3H6＋6H2O
【详解】（1）C3H8燃烧热的热化学方程式：C3H8(g)＋5O2(g)=3CO2(g)＋4H2O(l) △H=－2219.9kJ·mol－1 ①；
C3H6燃烧热的热化学方程式：C3H6(g)＋
O2(g)=3CO2(g)＋3H2O(l) △H=－2058.0kJ·mol－1 ②；H2燃烧热的热
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化学方程式：H2(g)＋
O2(g)=H2O(l) △H=－285.8kJ·mol－1 ③。根据盖斯定律，①－②－③可得到反应Ⅰ，
则△H=－2219.9kJ·mol－1－(－2058.0kJ·mol－1)－(－285.8kJ·mol－1)=＋123.9kJ·mol－1。
该反应是吸热反应，△H＞0；该反应是气体体积增加的反应，则△S＞0；根据△G=△H－T△S，使反应
自发，即△G<0，则温度越高越好，即高温有利于自发进行。
温度小于580°时，反应速率慢，单位时间产率较低；温度高于580°时，丙烯的含量虽然有所增加，但是
幅度不大，乙烯、甲烷等杂质的含量大幅度增加，同时耗能增大，因此580°最适合。
答案为：＋123.9 高温 温度过高，副产物大量增加，能耗增大；温度过低，反应速率慢，单位时间产
率降低。
（2）根据盖斯定律，可利用反应Ⅱ减去2[
+
+
]
ⅰⅱⅲ，可得反应4HO →2H
⋅
2O＋O2。第三步自由基反应，
可知最后一步反应ⅳ应为2HO →H
⋅
2O＋
O2。
（3）假设在反应Ⅱ中C3H8反应了xmol，在副反应Ⅲ中C3H8反应了ymol，列出三段式，可得：
结合两个反应的数据，可得平衡时，n(C3H8)=(3－x－y)mol，n(O2)=(2－
x－2y)mol，n(C3H6)=xmol，
n(CH3CH2OH)=ymol，n(CO2)=ymol，n(H2O)=(x＋y)mol，各物质总的物质的量n=(5+
x)mol。根据体积分数计
算，
；
，可得x=2.5mol，y=0.25mol。
则选择性
。
可求出反应Ⅲ中各物质的物质的量，以及总的物质的量，n(C3H8)=0.25mol，n(O2)=0.25mol，
n(CH3CH2OH)=0.25mol，n(CO2)=0.25mol，n(H2O)=2.75mol，n 总=6.25mol。
，用分压代替浓度可得到Kp，分压=总压物质的量分数，总压为p。
带入数据，可得：
。
答案为：90.0% ； 11。
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（4）铅酸蓄电池负极的电极方程式为Pb＋2e－＋
=PbSO4，负极的变化为Pb→PbSO4，故质量增大。
根据图示，在X 极，CO2转化为丙烯，电解质是酸性的。电极方程式：3CO2＋18e－＋18H＋=C3H6＋6H2O。
答案为：增大3CO2＋18e－＋18H＋=C3H6＋6H2O。
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