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题型14 化学反应原理综合应用
1．(2025 年1 月•“八省联考”河南卷)硅是电子工业中应用最为广泛的半导体材料，少量磷的掺入可
提高硅的导电性能。Zn 高温还原SiCl4 (沸点57.6℃)是生产多晶硅的一种方法。回答下列问题：
(1)基态Zn 原子的价电子排布式为 ，SiCl4晶体的类型为 。
(2)化合物H3BPF3的结构如图1 所示，H3BPF3中F-P-F 键角略大于PF3分子中的F-P-F 键角，原因是
。
(3)Si、P 和Zn 三种元素组成化合物的晶胞如图2 所示(晶胞参数
)，若将M 点Si
原子作为晶胞顶点，则N 点Si 原子在晶胞中的位置为 (填“面心”“棱中点”或“体心”)。
(4)在Zn 还原SiCl4的过程中会生成副产物SiCl2，抑制SiCl2生成可以增加Si 产量并降低生产能耗。该
过程存在如下主要化学反应：
反应Ⅰ：SiCl4(g)＋2Zn(g)
2ZnCl2(g)＋Si(s) ΔH1＝-134kJ·mol−1
反应Ⅱ：SiCl4(g)＋Zn(g)
ZnCl2(g)＋SiCl2(g) ΔH2＝+98kJ·mol−1
反应Ⅲ：SiCl4(g)＋Si(s)
2SiCl2(g) ΔH3
①ΔH3= kJ·mol−1。
②在总压分别为p1、p2和p3下，反应达平衡时：SiCl2物质的量与初始SiCl4物质的量的比值x 随温度变
1
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化如图3 所示。图中压强由大到小顺序为 ，判断的依据是 。在一定温度、180kPa 条件下，
体系中初始：SiCl4(g)和Zn(g)分别为1mol 和4mol，假设此条件下生成的SiCl2忽略不计，恒压反应4min 时，
SiCl4分压变为20kPa，0~4min 内用SiCl4分压表示的平均反应速率为
，此时可生成硅
g。
2．(2025 年1 月•“八省联考”内蒙古卷)在传统克劳斯工艺制备S2的基础上，科研工作者提出分解
H2S 制备S2同时获取H2的新方法，反应如下：
反应1：2H2S(g)＋O2(g)=2H2O(g)+S2(g) ΔH1
反应2：2H2S(g)
2H2(g)+S2(g) ΔH2
(1)传统克劳斯工艺反应如下，则ΔH1= 。
2H2S(g)＋3O2(g)=2SO2(g)＋2H2O(g) ΔH3＝-1036kJ·mol−1
4H2S(g)＋2SO2(g)=3S2(g)＋4H2O(g) ΔH4＝+94kJ·mol−1 (2)按照新方法，向1L 恒容容器中通入0.01 mol
混合气体
。H2S 的转化率
与温度关系曲线如图1 所示，三条曲线分别
代表平衡转化率及相同反应时间内有、无催化剂的转化率。
①代表平衡转化率的曲线是 (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。
2
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②ΔH2 0(填“<”“=”或“>”)；新方法加入部分O2，而未采用H2S 直接分解法的原因是 。
③P 点n(H2)= 1.0×10-4mol，此时n(S)=________mol，反应2 的平衡常数
。
(3)1000℃时，恒容容器中发生反应2，H2S 和H2的体积分数
随时间变化曲线如图2 所示。下列说
法正确的是_______。
A．反应2 在M 点达到化学平衡状态 B．40 ms 时，通入Ar，α(H2S)不变
C．H2S 的反应速率：v(M)＞v(N) D．50 ms 时，降低温度，H2的产率增加
(4) NiO 可催化分解H2S。形成立方NiO 时，Ni2+的
轨道分裂为两组。请参照基态原子核外电子排布
规律将Ni2+的价电子填充至图3 中，完成轨道表示式 。
3．(2025 年1 月•“八省联考”四川卷)甲烷氧化偶联制乙烯是提高甲烷附加值的一项重要研究课题，其
涉及的反应如下：
①4CH4(g)＋O2(g)
2C2H6(g)＋2H2O(g) ΔH1＝-354kJ·mol−1
②2CH4(g)＋O2(g)
C2H4(g)＋2H2O(g) ΔH2＝-282kJ·mol−1
③CH4(g)＋2O2(g)
CO2(g)＋2H2O(g) ΔH3＝-803kJ·mol−1
已知：以乙烯为例，其选择性定义为
。
回答下列问题：
(1) C2H6氧化生成C2H4的热化学方程式④为 ，反应的ΔS 0(填“>”或“<”或“=”)，反应
(填“能”或“不能”)自发进行。
3
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(2)CH4氧化偶联生成C2H4分步进行，C2H6和C2H4的选择性随反应时间的变化关系如图所示，第一步反
应的产物为 。
(3)恒压进料，原料气的n(CH4)：n(O2)对CH4转化率与C2H6、C2H4、CO2选择性的影响如图所示，根据
本研究课题的目的，n(CH4)：n(O2)在 (填“2~3”或“3~4”)更优，其原因是 。
(4)一定条件下，C2H4的生成速率v 与O2分压p 间的关系为：
。若O2的初始分压为p0，
随着反应进行，当C2H4的生成速率v 降低到其初始生成速率
的
时，则O2分压p= (用p0表示)。
(5)若n(CH4)：n(O2)=3.5：1、初始压强为450kPa，在恒容反应器中达平衡，CH4的转化率为30%，
C2H4和C2H6的选择性均为40%，则反应④的平衡常数Kp= kPa (保留整数)。
4．(2025 年1 月•“八省联考”云南卷)氮化钒
广泛用于钢铁产业、储能、工业催化等领域。工业
上可采用碳热还原氮化法制备VN，100kPa、1317.0K 时热化学方程式及平衡常数如下：
V2O5(s)＋3C(s)＋N2(g)=2VN(s)＋3CO(g) ΔH Kp
回答下列问题：
(1)钒元素在元素周期表中属于 区。
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(2)反应Ⅰ分两步进行：
Ⅱ．V2O5(s)＋4C(s)=V2C(s)＋3CO(g) ΔH1＝+742.0kJ·mol−1 Kp1
Ⅲ．V2O5(s)＋N2(g)=2VN(s)＋C(s) ΔH2＝-304.2kJ·mol−1 Kp2
①反应Ⅰ的ΔH= kJ·mol−1，Kp= (用Kp1和Kp2表示)。
②升温有利于提高
产率，从平衡移动角度解释 。
(3)通过热力学计算，不同压强下反应Ⅰ的
随T 变化如图所示， (填“高温低压”或“低温
高压”)有利于该反应自发进行(已知
时，反应可自发进行)。
(4)N2参与反应可能的机理示意图如下。下列说法错误的是 (填标号)。
A．反应过程中有非极性键断裂
B．N2与V 原子直接反应生成VN
C．该反应中活性位点是碳原子
(5)反应过程中，含钒化合物的物质的量随时间变化如下图所示，前
内化学反应速率
时的氮化率为 %(保留一位小数，已知氮化率
)。
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5．(2025 年1 月•“八省联考”陕西、山西、宁夏、青海卷)1，3-丁二烯(C4H6，简称丁二烯)是生产橡
胶的一种重要原料，其制备方法不断创新。
Ⅰ．1-丁烯(C4H8)催化脱氢法是工业生产丁二烯的方法之一。
(1)
时，相关物质的燃烧热数据如下表：
物质
C4H8(g)
C4H6(g)
H2(g)
燃烧热ΔH/
(kJ·mol−1)
a
已知：C4H8(g)= C4H6(g)＋H2(g) ΔH＝+110kJ·mol−1，则a = 。
(2)将一定量的1-丁烯在密闭容器中进行上述反应，测得不同温度下1-丁烯的平衡转化率与体系压强的
关系如图所示。
①图中温度T 由高到低的顺序为 ，判断依据为 。
②已知C4H8(g)= C4H6(g)＋H2(g)的标准平衡常数
，其中
，
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则
温度下，该反应的
。
Ⅱ．电化学催化还原乙炔法条件温和，安全性高。在室温下，某团队以
溶液为电解液，电催化
还原乙炔制备丁二烯。
(3)反应开始时，溶解在电解液中的C2H2吸附在催化剂表面，该吸附过程的熵变
0(填“>”
“<”或“=”)，生成丁二烯的电极反应式为 。
(4)一定时间内，丁二烯的选择性和通过电路的总电量随相对电势变化如下图所示。
已知：丁二烯的选择性
；电量
，n 表示电路中转移电子的物质
的量，
。
①当相对电势为
时，生成丁二烯的物质的量为
(列计算式)。
②当丁二烯选择性减小时，阴极产生的物质还可能有 (填标号)。
A．CO2 B．H2 C．O2 D．C3H4
1．研究CO2的资源综合利用，对实现“碳达峰”和“碳中和”有重要意义。
(1)在CO2加氢合成CH3OH 的体系中，同时发生以下反应：
反应Ⅰ．CO2(g)+3 H2 (g)
CH3OH (g)+ H2O(g) ΔH1
反应Ⅱ．CO2(g)+ H2 (g)
CO (g)+ H2O(g) ΔH2=+41 kJ·mol－1
反应Ⅲ．CO(g)+ 2H2 (g)
CH3OH (g) ΔH3= -90 kJ·mol－1
反应Ⅰ的ΔH1= ，该反应在 (填“高温”、“低温”或“任意温度”)下能自发。
(2)向体积为
的密闭容器中，投入
和
，平衡时CO 或CH3OH 在含碳产物中物质的量
分数及CO2的转化率随温度的变化如图：
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已知反应Ⅱ的反应速率
，
，
为速率常数，c 为物质
的量浓度。
①图中m 代表的物质是 。
②
范围内，随着温度升高，H2O 的平衡产量的变化趋势是 。
③在p 点时，若反应Ⅱ的
，此时该反应的
mol·L-1·s-1；
④已知气体分压=气体总压×气体的物质的量分数，用平衡分压代替平衡浓度可以得到平衡常数Kp；p
点时体系总压强为
，反应Ⅱ的Kp= (保留2 位有效数字)。
⑤由实验测得，随着温度逐渐升高，混合气体的平均相对分子质量几乎又变回起始的状态，原因是
。
2．低碳经济已成为人们一种新的生活理念，二氧化碳的捕捉和利用是能源领域的一个重要研究方向。
回答下列问题：
(1)工业上用CO2和H2反应合成二甲醚。已知：
CO2(g)＋3H2(g)
CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝-53.7kJ·mol−1
CH3OCH3(g)+ H2O(g)
2CH3OH(g) ΔH2＝+23.4kJ·mol−1
2CO2(g)＋6H2(g)
CH3OCH3(g)＋3H2O(g) ΔH3＝ kJ·mol−1。
(2)二氧化碳的捕集、利用是我国能源领域的一个重要战略方向。科学家提出由CO2制取
的太阳能工
艺如图：
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已知“重整系统”发生的反应中
，则
的化学式为 ，“热分解系统”
中每转移
电子，需消耗
。
(3)催化时还可以使用一种无机固体电解质作催化剂，其由正离子
和负离子
组成，该物质
以上形成无序结构(高温相)，
以下变为有序结构(低温相)，二者晶体晶胞结构如图所示：
说明：图中，○球为负离子；高温相中的●深色球为正离子或空位；低温相中的
球为
离子，
●球为
离子。
i．这种无机固体电解质的化学式为 。
ii．“高温相”具有良好的离子导电性，其主要原因是 。
(4)铜基催化剂
(
为
等)是CO2加氢制甲醇常用的催化剂，部分合成路线如
图所示。
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请写出中碱位
上发生反应的总化学方程式 。
(5)利用电解法在碱性或酸性条件下将
还原为
和
的原理如下图所示：
已知：选择性(S)和法拉第效率(
)的定义(X 代表CH4或C2H4)如下：
①实验测得，碱性条件生成CH4、C2H4总的选择性小于酸性条件，原因是 。
②实验测得，酸性条件生成CH4、C2H4总的法拉第效率小于碱性条件，原因是 。
3．NO 是环境污染物。
(1)消除
转化为游离态的氮。氮元素的单质有N2、N4、N8。N4分子有多种结构，一种N4分子中4
个氮原子在同一平面上，N4的结构式为 。
(2)以氨气为原料脱硝除去
。
①合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，氨的用途广泛。
已知：2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g) ΔH1＝-484kJ·mol−1
4NH3(g)＋3O2(g)=2N2(g)＋6H2O(g) ΔH2＝-1266kJ·mol−1
则N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g)的ΔH= kJ·mol−1。
②近期我国科学家为了解决合成氨反应速率和平衡产率的矛盾，选择使用
双催化剂，通
过光辐射产生温差(如体系温度为
时，
的温度为
，而
的温度为
)。结合图1
示解释该双催化剂的工作原理是 。
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(3)以丙烯为原料脱硝除去
。研究表明催化剂添加助剂后催化活性提高的原因是形成活性O2-参与反
应，图2 为丙烯脱硝机理。
①图2 中，甲为 。(用化学式表示)
②若参加反应的丙烯与
物质的量之比为1：2，则反应的化学方程式为 。
(4)以H2O2为原料脱硝除去
。
烟气中的
与O2反应缓慢。雾化后的H2O2在催化剂中
元素作用下可以产生具有极强氧化活性的
(羟基自由基)，
能将
快速氧化为NO2、HNO3等物质。 H2O2在一种固体催化剂表面转化的过
程如图3 所示：
①图3 所示，过程(1)可描述为 。
②化学式为LaFeO2.7的催化剂中，Fe3+和Fe2+的物质的量之比为 。
4．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) CO2催化加氢制备乙醇的反应为2CO2(g)＋6H2(g)=C2H5OH(l)＋3H2O(l)。
①若要计算上述反应的
，须查阅的两个数据是C2H5OH(l)的燃烧热和 。
②某金属有机骨架负载的铜基催化剂上，CO2加氢生成C2H5OH 的部分反应机理如图所示。
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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：
CH3COOCH3 (g)＋2H2(g)
C2H5OH (g)＋CH3OH (g) ΔH＝-23.6kJ·mol−1
反应Ⅱ：
2CH3COOCH3 (g)＋2H2(g)
CH3COOC2H5 (g)＋2CH3OH (g) ΔH＝-22.6kJ·mol−1
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CH3COOCH3转化率、C2H5OH 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Cu2O 与Cu，Cu2O 的晶胞如图所示(立方体)，Cu2O 晶体的密度
可表示为 g· cm-3(用含
的代数式表示，NA表示阿伏加德罗常数的值)。
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②180~200℃下均有
，其原因是 。
③180~200℃范围内，CH3COOCH3转化率随温度升高而迅速增大的主要原因是 。
④温度高于220℃时，催化剂的催化活性下降，其原因可能是 。
5．发展二甲醚(CH3OCH3)的生产和使用技术具有重要意义。
(1)工业上利用反应CH3O-Na++CH3I→CH3OCH3+ Na I 合成二甲醚。该反应需要在无水条件下进行的原
因是 。
(2)一种利用合成气两步制备二甲醚的过程可表示为
。
①MgO-Al2O3是一种甲醇脱水的催化剂。MgO-Al2O3晶胞结构如图1 所示(B 中镁原子未画出)。用
“●”标记出B 中的镁原子 。
②
催化
形成二甲醚的过程可表示为
控制起始温度为250℃，以固定流速向装有催化剂的反应器中分别通入纯甲醇和
的甲醇溶液，得到甲醇转化率．反应器温度随通入液体时长的关系如图2 所
示。通入甲醇溶液的反应器中，甲醇转化率逐渐降低的原因是 。
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(3)利用二甲醚可通过以下途径制取氢气。
途径Ⅰ：
kJ⋅mol
途径Ⅱ：
kJ⋅mol
①“自热重整”可看做是途径Ⅰ和途径Ⅱ相结合的一种制氢方法：向二甲醚、水蒸气的混合气中通入
少量氧气。通入氧气最主要的目的是 。
②途径Ⅱ中主要包括三个ΔH＞0 的基本反应：CH3OCH3+H2O=2CH3OH；CH3OH +H2O=CO2+3H2；
CO2+H2=CO+H2O。下列措施一定可以提高单位时间内H2产率的是 (填序号)。
A．升高温度 B．增大反应器中压强 C．使用甲醇水解的高效催化剂
③在“
双位点”催化作用下，CH3OH 与水反应的反应路径如图3 所示，在答题卡上画出图
中方框内中间体的结构： 。
(4)从物质转化和资源综合利用角度分析，CH3OCH3的应用价值为 。
6．碳酸铈[Ce2(CO3)3]是一种稀土材料，工业上常以氟碳铈矿(主要成分为CeFCO3、SiO2)为原料制备碳
酸铈，其工艺流程如图所示：
已知：①“酸浸”后铈元素主要以(CeF2)2+存在
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②硫脲(
)是一种常见的还原剂，易被氧化为(SCN2H3)2。
(1)“焙烧”时，从焙烧室的底部通入空气目的是 。
(2)“还原”时的产物为NaCe(SO4)2沉淀，该反应的离子方程式为 。
(3)“沉淀”时的离子方程式为 。
(4) 1mol (SCN2H3)2中含有σ 键的数目为 。
(5)某研究小组利用硫化锌锂电池电解含Ce(Ⅱ)的溶液，可将Ce(Ⅱ)转化为Ce(Ⅳ)。该硫化锌锂电池放
电时，负极材料晶胞组成变化如图所示。
①化学式LixZnyS 中，X= 。
②将1molCe(Ⅲ)完全转化为Ce(Ⅳ)，负极至少消耗LiZn 合金的物质的量为 mol。
7．甲醛释氢对氢能源和含甲醛污水处理有重要意义。
(1)HCHO 电催化释氢
催化电解含较低浓度的HCHO、NaOH 混合溶液，可获得H2与HCOONa(如图所示)，其中电极b 表面
覆盖一种Mo 与P 形成的化合物(晶胞结构如图所示)作催化剂。
①催化剂可由MoO2与(NH4)2HPO4混合物与H2高温灼烧制得(反应中N 元素化合价不变)，该反应的化
学方程式为 。
②电解时，电极b 上同时产生H2与HCOO-的物质的量之比为1∶2，则电极b 上的电极反应式为
。
③电解过程中每产生1 molH2，通过阴离子交换膜的OH-为 mol。
(2)HCHO 水化释氢
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45℃时，碱性条件下Ag 作催化剂可将甲醛转化为H2，反应的机理如图所示。
使用时将纳米Ag 颗粒负载在Al2O3表面以防止纳米Ag 团聚。其他条件不变，反应相同时间，NaOH
浓度对氢气产生快慢的影响如图所示。
已知：甲醛在碱性条件下会发生副反应：2HCHO+ NaOH =HCOONa+CH3OH。
①若将甲醛中的氢用D 原子标记为DCDO，得到的氢气产物为 (填化学式)。
②NaOH 浓度低于1 mol⋅L
时，NaOH 浓度增大产生氢气会加快的原因是 。
③若NaOH 浓度过大，H2的产生迅速减慢的原因可能是 。
(3)甲烷与水在催化剂作用下可产生氢气与碳氧化物，与甲烷水化法制氢气相比，甲醛制氢的优点有
。
8．我国在西昌卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭，成功将卫星互联网技术试验卫星发射升空，
其中火箭推进剂的研究功不可没。
(1)火箭推进剂可用N2H4(l)作燃料，N2O4(g)作氧化剂，N2H4(l)与N2O4(g)反应生成N2(g)和H2O(g)的热化
学方程式为 。
(已知：一定温度下，以元素的最稳定单质生成1 mol 纯物质的热效应为该物质的摩尔生成焓，以
表示，单质的摩尔生成焓为
，相关物质的摩尔生成焓如下表所示，焓变=生成物的总摩尔
生成焓-反应物的总摩尔生成焓)
物质
N2O4(g)
N2H4(l)
H2O(g)
摩尔生成焓
+10.8
+165.8
-242.0
(2)氢燃料也是常用的火箭推进剂燃料，工业上可通过“一碳化学”技术实现氢气的制备，其主要涉及
的反应如下。
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反应Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)
2CO(g)＋2H2(g) ΔH1＝+247kJ·mol−1
反应Ⅱ：CO(g)＋H2O(g)
CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝-41.0kJ·mol−1
①反应Ⅰ、Ⅱ的
随
的变化如图所示(
为反应的标准压强平衡常数，物质的标准压强等于物质
的分压与标准压力
的比值)。
图中表示反应Ⅱ的
随
的变化的曲线为 (填“a”或“b”)。
②T1K 时，向恒容密闭容器中通入按照n(CH4)：n(CO2)：n(H2O)=2：2：3 混合的气体，发生反应Ⅰ、
Ⅱ，若初始时压强为70 kPa，达到平衡时体系的压强为90 kPa，该温度下CH4的平衡转化率为 ，
H2的平衡分压为 kPa。
③火箭推进器内氢氧燃烧的简化反应历程如图所示：
其中氢氧燃烧决速步骤对应反应的化学方程式为 。
(3)一种含镁、镍、碳3 种元素的超导材料，结构中有两种八面体空隙，一种完全由镍原子构成，另一
种由镍原子和镁原子共同构成，碳原子只填充在由镍原子构成的八面体空隙中，其立方晶胞在xy、xz、yz
平面投影相同，如图所示，
分别代表三种原子，
为
两种原子投影的重合。
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①该晶体的化学式为 。
②晶胞中镁原子和碳原子最近的距离为a pm，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶胞密度为
g·cm-3 (列出计算式)。
9．氢能是应用前景广阔的新能源，强化制氢、储氢等各环节的技术研发具有积极的现实意义。
回答下列问题：
(1)甲醇重整制氢。发生反应：CH3OH(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋3H2(g)，甲醇水蒸气重整制氢技术关键在于
催化剂的选择。在反应温度250℃、液空速0.36h-1和水醇比为4.0 条件下，考察不同催化剂氢产率(1mol 甲
醇与水蒸气重整反应后生成氢气的物质的量)随时间的变化曲线如图所示，由图可知应选 作为催化
剂。
(2)在Cu-Pd 合金表面上甲醇与水蒸气重整反应的机理如图所示(“*”表示此微粒吸附在催化剂表面，M
为反应过程中的中间产物)。
①已知步骤Ⅱ中碳氧双键与
发生加成反应，根据元素电负性的变化规律，推导M 的结构简式：
。
②催化剂长时间使用会发生副反应失去活性，将失活的铜基催化剂分为两份，第一份直接在氢气下进
行还原，第二份先在空气中高温煅烧后再进行氢气还原，结果只有第二份催化剂活性恢复。说明催化剂失
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活的另外可能原因是 。
(3)储氢与释氢。
Ⅰ．部分H2和Mg 一定条件下化合生成MgH2以储氢；部分H2和N2在催化剂表面合成氨以储氢。
①研究发现，使用Ru 系催化剂时，N2在催化剂表面的吸附活化是整个反应过程的控速步骤，实际工
业生产时，将n(H2)/n(N2)控制在1.8~2.2 之间，比理论值3 小，其原因是 。
②释氢。MgH2可通过热分解和水解两种方法制得H2.相较于热分解，MgH2水解释氢方法的优点是
。
Ⅱ．HCHO 电催化释氢。
催化电解含较低浓度的HCHO、NaOH 混合溶液，可获得H2与HCOONa(如图所示)，其中电极b 表面
覆盖一种Mo 与P 形成的化合物(晶胞结构如图所示)作催化剂。
①催化剂可由MoO2与(NH4)2HPO4混合物与H2高温灼烧制得(反应中N 元素化合价不变)，该反应的化
学方程式为 。
②电解时，电极b 上同时产生H2与HCOO-的物质的量之比为1∶2，则电极b 上的电极反应式为
。
③电解过程中每产生1molH2，通过阴离子交换膜的OH-为 mol。
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