文档文本内容
专题41 化学反应原理综合题
——反应热+速率平衡+电化学
考点
十年考情（2016-2025）
命题趋势
考点1 涉及工农
业生产应用
2025：湖南、重庆、浙江
2024：北京、浙江、天津
2023：重庆、北京
2022：重庆
2021：重庆、湖南、浙江
2020：北京、全国II 卷
2019：全国II 卷、全国III 卷、浙江
2018：浙江、天津
2017：浙江
注重考查学科核心知识 ：本专题综合考查
反应热的计算、速率与化学平衡的计算、
化学平衡的移动、电化学等核心知识。
强调知识的灵活运用与综合分析 ：化学反
应原理题通常以工业生产为背景，综合考
查化学反应中的能量变化、速率与平衡等
知识，题目综合性强，图文信息多，设问
角度灵活。由于试题篇幅较长，情境、取
材较新，侧重考查考生的阅读能力、获取
有效信息能力、知识运用能力、识图识表
能力和分析归纳能力，试题难度大。近年
来把电化学也融入其中，考查电极反应式
的书写，以及利用电子守恒进行相关计
算。
考点2 涉及能
源、其它资源综合
利用
2024：重庆、广西、浙江、上海
2023：河北、江苏
2022：江苏、湖南
2021：河北
2020：江苏、天津、全国II 卷
2019：江苏、北京、浙江
1．（2025·湖南·高考真题）在温和条件下，将
转化为
烃类具有重要意义。采用电化学-化学串联催
化策略可将
高选择性合成
，该流程示意图如下：
回答下列问题：
(1)电解池中电极M 与电源的 极相连。
(2)
放电生成
的电极反应式为 。
(3)在反应器中，发生如下反应：
反应i：
反应ii：
计算反应
的
，该反应 (填标号)。
A．高温自发 B．低温自发 C．高温低温均自发 D．高温低温均不自发
(4)一定温度下，
和
(体积比为
)按一定流速进入装有催化剂的恒容反应器(入口压强为
)发生反应i 和ii．有
存在时，反应ii 的反应进程如图1 所示。随着x 的增加，
的转化率和
产物的选择性(选择性
)如图2 所示。
知识点01 涉及工农业生产应用
根据图1，写出生成
的决速步反应式 ；
的选择性大于
的原因是 。
②结合图2，当
时，混合气体以较低的流速经过恒容反应器时，反应近似达到平衡，随着x 的增大，
的转化率减小的原因是 ；当
时，该温度下反应ii 的
(保留两位小数)。
2．（2025·重庆·高考真题）水是化学反应的良好介质，探索水溶液中的酸碱平衡具有重要意义。
(1)天然水中可以分离出重水(D2O)。D2O 溶液中存在电离平衡：
，c(D+)和c(OD-)的关系如图
所示。
①图中3 个状态点对应的溶液呈中性的是 。
②
(填“>”“=”或者“<”)。
(2)用如图所示电化学装置进行如下实验。
①用
实验：在左侧通入
，产物为
，盐桥中
移向装置的 (填“左侧”或者“右侧”)，
电池的总反应为 。
②用
实验：在一侧通入
，电池的总反应仍保持不变，该侧的电极反应为 。
(3)利用驰豫法可研究快速反应的速率常数(k，在一定温度下为常数)。其原理是通过微扰(如瞬时升温)使化
学平衡发生偏离，观测体系微扰后从不平衡态趋向新平衡态所需的驰豫时间( )，从而获得k 的信息。对于
，若将纯水瞬时升温到25℃，测得
。已知：25℃时，
，
，
，
(
为
的平衡浓度)。
①25℃时，
的平衡常数
(保留2 位有效数字)。
②下列能正确表示瞬时升温后反应建立新平衡的过程示意图为 。
③25℃时，计算得
为
。
3．（2025·浙江·高考真题）二甲胺[(CH3)2NH]、N，N-二甲基甲酰胺[HCON(CH3)2]均是用途广泛的化工原料。
请回答：
(1)用氨和甲醇在闭容器中合成二甲胺，反应方程式如下：
Ⅰ．
Ⅱ．
Ⅲ．
可改变甲醇平衡转化率的因素是_______。
A．温度
B．投料比[n(NH3):n(CH3OH)]
C．压强
D．催化剂
(2)25℃下，(CH3)2NH·H2O 的电离常数为Kb，-lgKb=3.2，则1mol/L[(CH3)2NH2] +Cl-水溶液的pH= 。
(3)在[(CH3)2NH2] +Cl-的有机溶液中电化学还原CO2制备HCON(CH3)2阴极上生成HCON(CH3)2的电极反应方程式
是 。
(4)上述电化学方法产率不高，工业中常用如下反应生产HCON(CH3)2：
。某条件下反应自发且熵减，则反应在该条件下
0(填
“>”、“<”或“=”)。
(5)有研究采用CO2、H2和(CH3)2NH 催化反应制备HCON(CH3)2。在恒温密闭容器中，投料比
，催化剂M 足量。反应方程式如下：
Ⅳ．
V．
三种物质的物质的量百分比随反应时间变化如图所示。
(例：HCOOH 的物质的量百分比
①请解释HCOOH 的物质的量百分比随反应时间变化的原因(不考虑催化剂M 活性降低或失活) 。
②若用SiH4代替H2作为氢源与CO2反应生成HCOOH，可以降低反应所需温度。请从化学键角度解释原因
。
4．（2024·北京·高考真题）
是一种重要的工业原料。可采用不同的氮源制备
。
(1)方法一：早期以硝石(含
)为氮源制备
，反应的化学方程式为：
。该反应利用了浓硫酸的性质是酸性和 。
(2)方法二：以
为氮源催化氧化制备
，反应原理分三步进行。
①第I 步反应的化学方程式为 。
②针对第Ⅱ步反应进行研究：在容积可变的密闭容器中，充入
和
进行反应。在不同压强
下(
、
)，反应达到平衡时，测得
转化率随温度的变化如图所示。解释y 点的容器容积小于x 点的容
器容积的原因 。
(3)方法三：研究表明可以用电解法以
为氮源直接制备
，其原理示意图如下。
①电极a 表面生成
的电极反应式： 。
②研究发现：
转化可能的途径为
。电极a 表面还发生iii．
。iii 的存在，有利
于途径ii，原因是 。
(4)人工固氮是高能耗的过程，结合
分子结构解释原因 。方法三为
的直接利用提供了一种新
的思路。
5．（2024·浙江·高考真题）通过电化学、热化学等方法，将
转化为
等化学品，是实现“双
碳”目标的途径之一。请回答：
(1)某研究小组采用电化学方法将
转化为
，装置如图。电极B 上的电极反应式是 。
(2)该研究小组改用热化学方法，相关热化学方程式如下：
：
Ⅱ：
Ⅲ：
①
。
②反应Ⅲ在恒温、恒容的密闭容器中进行，
和
的投料浓度均为
，平衡常数
，
则
的平衡转化率为 。
③用氨水吸收
，得到
氨水和
甲酸铵的混合溶液，
时该混合溶液的
。[已知：
时，电离常数
、
]
(3)为提高效率，该研究小组参考文献优化热化学方法，在如图密闭装置中充分搅拌催化剂M 的
(有
机溶剂)溶液，
和
在溶液中反应制备
，反应过程中保持
和
的压强不变，总反
应
的反应速率为v，反应机理如下列三个基元反应，各反应的活化能
(不
考虑催化剂活性降低或丧失)。
Ⅳ：
V：
VI：
①催化剂M 足量条件下，下列说法正确的是 。
A．v 与
的压强无关 B．v 与溶液中溶解
的浓度无关
C．温度升高，v 不一定增大 D．在溶液中加入
，可提高
转化率
②实验测得：
，
下，v 随催化剂M 浓度c 变化如图。
时，v 随c 增大而
增大：
时，v 不再显著增大。请解释原因 。
6．（2024·天津·高考真题）
是常用的还原剂，可选择合适的催化剂实现其可控水解制
。
I．
的结构
(1)
由
和
组成。
的空间结构为 ，
的电子式为 。
Ⅱ．
的水解
的水解反应方程式为：
，该反应放热。
(2)无催化剂时，
在酸性溶液中水解迅速，在碱性溶液中水解缓慢，在纯水中水解反应速率会随反应
进行快速下降。在纯水中反应速率快速下降的原因是 。
(3)相同条件下，三种试制的催化剂X、Y 和Z 在碱性溶液中催化
水解产
的体积随反应时间的变化
如图。下列相关结论正确的是 (填序号)。
a．反应至
时，使用X 产生
的体积是使用Y 的2 倍
b．与Y 相比，X 降低反应的活化能更多
c．Z 无催化活性
(4)在起始温度不同、其他条件相同的情况下进行
水解反应的对比实验，
的生成速率与
浓
度的关系如图所示。在反应过程中，体系温度随反应进行逐渐升高，催化剂活性保持不变。
①图中起始温度较高的实验对应的曲线是 (填“M”或“N”)；
②曲线M 中，p 点之前
的生成速率提高，主要原因是 ；p 点之后
的生成速率降低，主要
原因是 。
Ⅲ．
的再生
(5)用惰性电极电解碱性
溶液，在阳极生成
，在阴极生成
和
，实现
的再生。
总反应为
，阴极的电极反应式为 。
7．（2023·重庆·高考真题）银及其化合物在催化与电化学等领域中具有重要应用。
(1)在银催化下，乙烯与氧气反应生成环氧乙烷(EO)和乙醛(AA)。根据图所示，回答下列问题：
①中间体
生成吸附态
的活化能为
。
②由
生成
的热化学方程式为 。
(2)一定条件下，银催化剂表面上存在反应：
，该反应平衡压强
与温度
的关系如下：
401
443
463
10
51
100
①
时的平衡常数
。
②起始状态Ⅰ中有
和
，经下列过程达到各平衡状态：
已知状态Ⅰ和Ⅲ的固体质量相等，下列叙述正确的是 (填字母)。
A．从Ⅰ到Ⅱ的过程
B．
C．平衡常数：
D．若体积
，则
E．逆反应的速率：
③某温度下，向恒容容器中加入
，分解过程中反应速率
与压强
的关系为
，
k 为速率常数(定温下为常数)。当固体质量减少
时，逆反应速率最大。若转化率为
，则
(用
表示)。
(3)
可用作固体离子导体，能通过加热
制得。上述两种晶体的晶胞示意图如图所示(为了简化，
只画出了碘离子在晶胞中的位置)。
①测定晶体结构最常用的仪器是 (填字母)。
A．质谱仪 B．红外光谱仪 C．核磁共振仪 D．
射线衍射仪
②
与
晶胞的体积之比为 。
③测定
中导电离子类型的实验装置如图所示。实验测得支管a 中
质量不变，可判定导电离子是
而不是
，依据是 。
8．（2023·北京·高考真题）尿素
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
与
在一定条件下反应制得
，实现了由无机物到有机
物的合成。该反应的化学方程式是 。
(2)二十世纪初，工业上以
和
为原料在一定温度和压强下合成尿素。反应分两步：
ⅰ．
和
生成
；
ⅱ．
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为放热反应，ⅱ为吸热反应
c．
(3)近年研究发现，电催化
和含氮物质(
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
溶液通
至饱和，在电极上反应生成
，电解原理如图所
示。
①电极是电解池的 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
不能直接用
溶液准确滴定。
①消化液中的含氮粒子是 。
②步骤ⅳ中标准
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
。
9．（2022·重庆·高考真题）反应CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)在工业上有重要应用。
(1)该反应在不同温度下的平衡常数如表所示。
温度/℃
700
800
830
1000
平衡常数
1.67
1.11
1.00
0.59
①反应的△H 0(填“>”“<”或“=”)。
②反应常在较高温度下进行，该措施的优缺点是 。
(2)该反应常在Pd 膜反应器中进行，其工作原理如图所示。
①利用平衡移动原理解释反应器存在Pd 膜
时具有更高转化率的原因是 。
②某温度下，H2在Pd 膜表面上的解离过程存在如下平衡：H2
2H，其正反应的活化能远小于逆反应的活
化能。下列说法错误的是 。
A．Pd 膜对气体分子的透过具有选择性
B．过程2 的△H＞0
C．加快Pd 膜内H 原子迁移有利于H2的解离
D．H 原子在Pd 膜表面上结合为H2的过程为放热反应
③同温同压下，等物质的量的CO 和H2O 通入无Pd 膜反应器，CO 的平衡转化率为75%；若换成Pd 膜反应
器，CO 的平衡转化率为90%，则相同时间内出口a 和出口b 中H2的质量比为 。
(3)该反应也可采用电化学方法实现，反应装置如图所示。
①固体电解质采用 (填“氧离子导
体”或“质子导体”)。
②阴极的电极反应式为 。
③同温同压下，相同时间内，若进口Ⅰ处n(CO):n(H2O)=a:b，出口Ⅰ处气体体积为进口Ⅰ处的y 倍，则CO
的转化率为 (用a，b，y 表示)。
10．（2021·重庆·高考真题）含结晶水的无机物可应用在吸波材料、电极材料和相变储能材料等领域。胆
矾(CuSO4·5H2O)是一种重要的结晶水合物。
(1)硫酸铜参比电极具有电位稳定的优点，可用于土壤环境中钢质管道的电位监测。测量的电化学原理如图
所示。回答下列问题：
①负极的电极反应式为 。
②测量后参比电极中CuSO4溶液的浓度 (填"变大”，“变小”或“不变")。
(2)把胆矾放到密闭容器内，缓缓抽去其中的水气，胆矾分三次依次脱水，各步脱水过程为一系列的动态平
衡，反应式如下(脱水过程为吸热反应)。
反应I：CuSO4·5H2O (s)
CuSO4·3H2O (s) + 2H2O(g)
反应II：CuSO4·3H2O (s)
CuSO4·H2O (s) + 2H2O(g)
反应III：CuSO4·H2O (s)
CuSO4(s) + H2O(g)
如图为50°C 时水合物中水的质量分数 w 与压强p(H2O)的关系图，回答下列问题：
①用无水CuSO4检验乙醇中含有微量水的现象是 。
②反应Ⅰ对应的线段为 (填“ab”、“ed”或“ef”)。
③反应Ⅱ的平衡常数Kp= Pa2。
④反应III 在60°C 和50°C 的平衡压强p(H2O)分别为p1和p2，则p1 p2 (填*>”、“<”或“=”)。
⑤当样品状态c 点下网到M 点，体系存在的固体有 ； 转化率为 % (保留小数点后两位)。
⑥25°C 时为了保持CuSO4·H2O 晶体纯度，可将其存在盛有大量Na2CO3· H2O 晶体(平衡压强p(H2O)=706Pa)的
密闭容器中，简述其理由 。
已知：25℃时反应I、II、III 的平衡压强p（H2O）分别为1040、747 和107Pa。
11．（2021·湖南·高考真题）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，可通过
下面两种方法由氨气得到氢气。
方法I：氨热分解法制氢气
相关化学键的键能数据
化学键
键能
946
436.0
390.8
一定温度下，利用催化剂将
分解为
和
。回答下列问题：
(1)反应
；
(2)已知该反应的
，在下列哪些温度下反应能自发进行？ (填标号)
A．25℃ B．125℃ C．225℃ D．325℃
(3)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
通入3L 的密闭容器
中进行反应(此时容器内总压为200kPa)，各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。
①若保持容器体积不变，
时反应达到平衡，用
的浓度变化表示
时间内的反应速率
(用含
的代数式表示)
②
时将容器体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
分压变化趋势的曲线是
(用图中a、b、c、d 表示)，理由是 ；
③在该温度下，反应的标准平衡常数
。(已知：分压=总压×该组分物质的量分数，对于反应
，
，其中
，
、
、
、
为各组分的
平衡分压)。
方法Ⅱ：氨电解法制氢气
利用电解原理，将氨转化为高纯氢气，其装置如图所示。
(4)电解过程中
的移动方向为 (填“从左往右”或“从右往左”)；
(5)阳极的电极反应式为 。
12．（2021·浙江·高考真题）“氯碱工业”以电解饱和食盐水为基础制取氯气等产品， 氯气是实验室和工
业上的常用气体。请回答：
(1)电解饱和食盐水制取氯气的化学方程式是 。
(2)下列说法不正确的是______。
A．可采用碱石灰干燥氯气
B．可通过排饱和食盐水法收集氯气
C．常温下，可通过加压使氯气液化而储存于钢瓶中
D．工业上，常用氢气和氯气反应生成的氯化氢溶于水制取盐酸
(3)在一定温度下，氯气溶于水的过程及其平衡常数为：
Cl2(g)
Cl
⇌
2(aq) K1=c(Cl2)/p
Cl2(aq) + H2O(l)
H
⇌
+ (aq)+Cl- (aq) + HClO(aq) K2
其中p 为Cl2(g)的平衡压强，c(Cl2)为Cl2在水溶液中的平衡浓度。
①Cl2(g)
Cl
⇌
2(aq)的焓变ΔH1 0。(填”>”、“=”或“<”)
②平衡常数K2的表达式为K2= 。
③氯气在水中的溶解度(以物质的量浓度表示)为c，则c= 。(用平衡压强p 和上述平衡常数表示，忽
略HClO 的电离)
(4)工业上，常采用“加碳氯化”的方法以高钛渣(主要成分为TiO2)为原料生产TiCl4，相应的化学方程式为：
I.TiO2(s)+2Cl2(g)
TiCl
⇌
4(g)+O2(g) ΔHI=181 mol·L-1，KI=3.4×10-29
II.2C(s)+O2(g)
2CO(g)
⇌
ΔHII= - 221 mol·L-1，KII=1.2×1048
结合数据说明氯化过程中加碳的理由 。
(5)在一定温度下，以I2为催化剂，氯苯和Cl2在CS2中发生平行反应，分别生成邻二氯苯和对二氯苯，两产
物浓度之比与反应时间无关。反应物起始浓度均为0.5 mol·L-1，反应30 min 测得氯苯15%转化为邻二氯苯，
25%转化为对二氯苯。保持其他条件不变，若要提高产物中邻二氯苯的比例，可采用的措施是______。
A．适当提高反应温度
B．改变催化剂
C．适当降低反应温度
D．改变反应物浓度
13．（2020·北京·高考真题）H2O2是一种重要的化学品，其合成方法不断发展。
(1)早期制备方法：Ba(NO3)2
BaO
BaO2
滤液
H2O2
①I 为分解反应，产物除BaO、O2外，还有一种红棕色气体。该反应的化学方程式是 。
②II 为可逆反应，促进该反应正向进行的措施是 。
③III 中生成H2O2，反应的化学方程式是 。
④减压能够降低蒸馏温度，从H2O2的化学性质角度说明V 中采用减压蒸馏的原因： 。
(2)电化学制备方法：已知反应2H2O2=2H2O+O2↑能自发进行，反向不能自发进行，通过电解可以实现由H2O
和O2为原料制备H2O2，如图为制备装置示意图。
①a 极的电极反应式是 。
②下列说法正确的是 。
A．该装置可以实现电能转化为化学能
B．电极b 连接电源负极
C．该方法相较于早期制备方法具有原料廉价，对环境友好等优点
14．（2020·全国II 卷·高考真题）化学工业为疫情防控提供了强有力的物质支撑。氯的许多化合物既是重
要化工原料，又是高效、广谱的灭菌消毒剂。回答下列问题：
(1)氯气是制备系列含氯化合物的主要原料，可采用如图(a)所示的装置来制取。装置中的离子膜只允许
离子通过，氯气的逸出口是 (填标号)。
(2)次氯酸为一元弱酸，具有漂白和杀菌作用，其电离平衡体系中各成分的组成分数δ[δ(X)=
，X 为HClO 或ClO−]与pH 的关系如图(b)所示。HClO 的电离常数Ka值为 。
(3)Cl2O 为淡棕黄色气体，是次氯酸的酸酐，可由新制的HgO 和Cl2反应来制备，该反应为歧化反应(氧化剂
和还原剂为同一种物质的反应)。上述制备Cl2O 的化学方程式为 。
(4)ClO2常温下为黄色气体，易溶于水，其水溶液是一种广谱杀菌剂。一种有效成分为NaClO2、NaHSO4、
NaHCO3的“二氧化氯泡腾片”，能快速溶于水，溢出大量气泡，得到ClO2溶液。上述过程中，生成ClO2的
反应属于歧化反应，每生成1 mol ClO2消耗NaClO2的量为 mol；产生“气泡”的化学方程式为
。
(5)“84 消毒液”的有效成分为NaClO，不可与酸性清洁剂混用的原因是 (用离子方程式表示)。工业上
是将氯气通入到30%的NaOH 溶液中来制备NaClO 溶液，若NaClO 溶液中NaOH 的质量分数为1%，则生产
1000 kg 该溶液需消耗氯气的质量为 kg(保留整数)。
15．（2019·全国II 卷·高考真题）环戊二烯（
）是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑
料等生产。回答下列问题：
（1）已知：
(g)=
(g)+H2(g) ΔH1=100.3 kJ·mol −1 ①
H2(g)+ I2(g)=2HI(g) ΔH2=
11.0 kJ·mol
﹣
−1 ②
对于反应：
(g)+ I2(g)=
(g)+2HI(g) ③ ΔH3= kJ·mol −1。
（2）某温度下，等物质的量的碘和环戊烯（
）在刚性容器内发生反应③，起始总压为105Pa，平衡
时总压增加了20%，环戊烯的转化率为 ，该反应的平衡常数Kp= Pa。达到平衡后，欲
增加环戊烯的平衡转化率，可采取的措施有 （填标号）。
A．通入惰性气体 B．提高温度
C．增加环戊烯浓度 D．增加碘浓度
（3）环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应
时间的关系如图所示，下列说法正确的是 （填标号）。
A．T1＞T2
B．a 点的反应速率小于c 点的反应速率
C．a 点的正反应速率大于b 点的逆反应速率
D．b 点时二聚体的浓度为0.45 mol·L−1
（4）环戊二烯可用于制备二茂铁（Fe(C5H5)2结构简式为
），后者广泛应用于航天、化工等领
域中。二茂铁的电化学制备原理如下图所示，其中电解液为溶解有溴化钠（电解质）和环戊二烯的DMF 溶
液（DMF 为惰性有机溶剂）。
该电解池的阳极为 ，总反应为 。电解制备需要在无水条件下进行，原因
为 。
16．（2019·全国III 卷·高考真题）近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也
随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：
（1）Deacon 发明的直接氧化法为：4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g)。下图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)
∶c(O2)分别等于1 1∶、4 1∶、7 1∶时HCl 平衡转化率随温度变化的关系：
可知反应平衡常数K（300℃） K（400℃）（填“大于”或“小于”）。设HCl 初始浓度为
c0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)=1 1∶的数据计算K（400℃）= （列出计算式）。按化学计量比
进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响
分别是 。
（2）Deacon 直接氧化法可按下列催化过程进行：
CuCl2(s)=CuCl(s)+
Cl2(g) ΔH1=83 kJ·mol-1
CuCl(s)+
O2(g)=CuO(s)+
Cl2(g) ΔH2=-20 kJ·mol-1
CuO(s)+2HCl(g)=CuCl2(s)+H2O(g) ΔH3=-121 kJ·mol-1
则4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g)的ΔH= kJ·mol-1。
（3）在一定温度的条件下，进一步提高HCl 的转化率的方法是 。（写出2 种）
（4）在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方
案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：
负极区发生的反应有 （写反应方程式）。电路中转移1 mol 电子，需消耗氧气
L（标准状况）
17．（2019·浙江·高考真题）（一）合成氨工艺（流程如图所示）是人工固氮最重要的途径。
2018 年是合成氨工业先驱哈伯（P•Haber）获得诺贝尔奖100 周年。N2和H2生成NH3的反应为：1/2N2
（g）+3/2H2（g）
NH3（g）∆H(298K)=-46.2KJ•mol-1,在Fe 催化剂作用下的反应历程为（*表示吸附态）
化学吸附：N2（g）→2N*；H2（g）→2H*；
表面反应：N*+H*
NH*；
；NH2*+H*
NH3*
脱附：NH3*
NH3（g）
其中，N2的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。请回答：
（1）利于提高合成氨平衡产率的条件有 。
A．低温 B．高温 C．低压 D．高压 E.催化剂
（2）标准平衡常数
，其中
为标准压强（1X105Pa），pNH3、pN2和pH2为各组
分的平衡分压，如pNH3=xNH3p，p 为平衡总压，xNH3为平衡系统中NH3的物质的量分数。
①N2和H2起始物质的量之比为1：3，反应在恒定温度和标准压强下进行，NH3的平衡产率为w，则
=
（用含w 的最简式表示）
②下图中可以示意标准平衡常数
随温度T 变化趋势的是 。
（3）实际生产中，常用工艺条件，Fe 作催化剂，控制温度773K，压强3.0X105Pa，原料中N2和H2物质的
量之比为1：2.8。
①分析说明原料气中N2过量的理由 。
②关于合成氨工艺的下列理解，正确的是 。
A．合成氨反应在不同温度下的∆H 和∆S 都小于零
B．控制温度（773K）远高于室温，是为了保证尽可能的平衡转化率和快的反应速率
C．当温度、压强一定时，在原料气（N2和H2的比例不变）中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率
D．基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行
E.分离空气可得N2，通过天然气和水蒸气转化可得H2，原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全
事故发生。
（二）高铁酸钾（K2FeO4）可用作水处理剂。某同学通过“化学-电解法”探究的合成，其原理如图所示。
接通电源，调节电压，将一定量Cl2通入KOH 溶液，然后滴入含Fe3+的溶液，控制温度，可制得K2FeO4。
（1）请写出“化学法”得到FeO4
2-的离子方程式 。
（2）请写出阳极的电极反应式（含FeO4
2-） 。
18．（2018·浙江·高考真题）(一) 十氢萘是具有高储氢密度的氢能载体，经历“十氢萘（C10H18）→四氢萘
（C10H12）→萘（C10H8）”的脱氢过程释放氢气。已知：
C10H18(l)
C10H12(l)＋3H2(g) △H1
C10H12(l)
C10H8(l)＋2H2(g) △H2
△H1＞△H2＞0；C10H18→C10H12的活化能为Ea1，C10H12→C10H8的活化能为Ea2，十氢萘的常压沸点为192℃；
在192℃，液态十氢萘的脱氢反应的平衡转化率约为9％。请回答：
（1）有利于提高上述反应平衡转化率的条件是 。
A．高温高压 B．低温低压 C．高温低压 D．低温高压
（2）研究表明，将适量十氢萘置于恒容密闭反应器中，升高温度带来高压，该条件下也可显著释氢，理
由是 。
（3）温度335℃，在恒容密闭反应器中进行高压液态十氢萘（1.00 mol）催化脱氢实验，测得C10H12和
C10H8的产率x1和x2（以物质的量分数计）随时间变化关系，如图1 所示。
①在8 h 时，反应体系内氢气的量为 mol（忽略其他副反应）。
②x1显著低于x2的原因是 。
③在图2 中绘制“C10H18→C10H12→C10H8”的“能量～反应过程”示意图 。
(二) 科学家发现，以H2O 和N2为原料，熔融NaOH－KOH 为电解质，纳米Fe2O3作催化剂，在250℃和常压
下可实现电化学合成氨。
阴极区发生的变化可视为按两步进行，请补充完整。
电极反应式： 和2Fe＋3H2O＋N2＝2NH3＋Fe2O3。
19．（2018·浙江·高考真题）(一)以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]水溶液为原料，通过电解法可以制备四甲基氢
氧化铵[(CH3)4NOH]，装置如图所示。
(1)收集到(CH3)4NOH 的区域是 (填a、b、c 或d)。
(2)写出电池总反应 。
(二)乙酸乙酯一般通过乙酸和乙醇酯化合成：CH3COOH(l)+C2H5OH(l)
CH3COOC2H5(l)+H2O(l)
ΔH=-2.7kJ·mol-1
已知纯物质和相关恒沸混合物的常压沸点如下表：
纯物质
沸点/℃
恒沸混合物(质量分数)
沸点/℃
乙醇
78.3
乙酸乙酯(0.92)+水(0.08)
70.4
乙酸
117.9
乙酸乙酯(0.69)+乙醇(0.31)
71.8
乙酸乙酯
77.1
乙酸乙酯(0.83)+乙醇(0.08) +水(0.09)
70.2
请完成：
(1)关于该反应，下列说法不合理的是 。
A．反应体系中硫酸有催化作用
B．因为化学方程式前后物质的化学计量数之和相等，所以反应的ΔS 等于零
C．因为反应的△H 接近于零，所以温度变化对平衡转化率的影响大
D．因为反应前后都是液态物质，所以压强变化对化学平衡的影响可忽略不计
(2)一定温度下该反应的平衡常数K=4.0。若按化学方程式中乙酸和乙醇的化学计量数比例投料，则乙酸乙
酯的平衡产率y = ；若乙酸和乙醇的物质的量之比为n ： 1，相应平衡体系中乙酸乙酯的物质的量
分数为x，请在图中绘制x 随n 变化的示意图(计算时不计副反应) 。
(3)工业上多采用乙酸过量的方法，将合成塔中乙酸、乙醇和硫酸混合液加热至110℃左右发生酯化反应并
回流，直到塔顶温度达到70～71℃，开始从塔顶出料。控制乙酸过量的作用有 。
(4)近年，科学家研究了乙醇催化合成乙酸乙酯的新方法：2C2H5OH(g)
CH3COOC2H5(g)+2H2(g)
在常压下反应，冷凝收集，测得常温下液体收集物中主要产物的质量分数如图所示。关于该方法，下列推
测合理的是 。
A．反应温度不宜超过300℃
B．增大体系压强，有利于提高乙醇平衡转化率
C．在催化剂作用下，乙醛是反应历程中的中间产物
D．提高催化剂的活性和选择性，减少乙醚、乙烯等副产物是工艺的关键
20．（2018·天津·高考真题）CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。回答下列问题：
（1）CO2可以被NaOH 溶液捕获。若所得溶液pH=13，CO2主要转化为 （写离子符号）；若所得溶液
c(HCO3
−) c(CO
∶
3
2−)=2 1∶，溶液pH= 。（室温下，H2CO3的K1=4×10−7；K2=5×10−11）
（2）CO2与CH4经催化重整，制得合成气：
CH4(g)+ CO2(g)
2CO (g)+ 2H2(g)
①已知上述反应中相关的化学键键能数据如下：
化学键
C—H
C=O
H—H
C
O(CO)
键能/kJ·mol−1
413
745
436
1075
则该反应的ΔH= 。分别在VL 恒温密闭容器A（恒容）、B（恒压，容积可变）中，加入CH4和
CO2各1 mol 的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是 （填“A” 或“B
”）。
②按一定体积比加入CH4和CO2，在恒压下发生反应，温度对CO 和H2产率的影响如图3 所示。此反应优选
温度为900℃的原因是 。
（3）O2辅助的Al～CO2电池工作原理如图4 所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物
Al2(C2O4)3是重要的化工原料。
电池的负极反应式： 。
电池的正极反应式：6O2+6e−
6O2
−
6CO2+6O2
−
3C2O4
2−+6O2
反应过程中O2的作用是 。
该电池的总反应式： 。
21．（2017·浙江·高考真题）氯及其化合物在生活和生产中应用广泛。
(1)已知：900 K 时，4HCl(g)+O2(g)
2Cl2(g)+2H2O(g)，反应自发。
①该反应是放热还是吸热，判断并说明理由 。
②900 K 时，体积比为4：l 的HCl 和O2在恒温恒容的密闭容器中发生反应，HCl 的平衡转化率α(HCl) 随压
强(P)变化曲线如图。保持其他条件不变，升温到T K(假定反应历程不变)，请画出压强在1.5×l05～4.5×105Pa
范围内，HCl 的平衡转化率α(HCl)随压强(P)变化曲线示意图 。
(2)已知：Cl2(g)+2NaOH(aq)==NaCl(aq)+NaClO(aq)+H2O(l)
H
△
l=―102 kJ·mol-1
3Cl2(g)+6NaOH(aq)==5NaCl(aq)+NaClO3(aq)+3H2O(1)
H
△
2=―422 kJ·mol—1
①写出在溶液中NaClO 分解生成NaClO3的热化学方程式 。
②用过量的冷NaOH 溶液吸收氯气，制得NaClO 溶液(不含NaClO3)，此时ClO―的浓度为c0 mol·L-1；加热时
NaClO 转化为NaClO3，测得t 时刻溶液中ClO―浓度为ct mol·L-1，写出该时刻溶液中Cl―浓度的表达式；
c(Cl―)= mol·L-1 (用c0、ct表示)
③有研究表明，生成NaClO3的反应分两步进行：
I、2ClO―=ClO2
―+Cl―
II、ClO2
―+ClO―=ClO3
―+Cl―
常温下，反应II 能快速进行，但氯气与NaOH 溶液反应很难得到NaClO3，试用碰撞理论解释其原因：
。
(3)电解NaClO3水溶液可制备NaClO4。在电解过程中由于阴极上吸附氢气，会使电解电压升高，电解效率下
降。为抑制氢气的产生，可选择合适的物质(不引入杂质)，写出该电解的总化学方程式
。
22．（2024·重庆·高考真题）高辛烷值的汽油可提升发动机的抗爆震性能，异构烷烃具有较高的辛烷值。
(1)在密闭容器中，
(正戊烷)发生异构化反应，可同时生成
(异戊烷)和
(新戊烷)，其平
衡常数
随温度的变化如下表所示。
异构化反应
反应1
2.80
2.50
2.31
反应2
1.40
1.00
0.77
①体系平衡后，增加压强，反应1 的平衡 (填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)。
②
平衡时，
和
的体积比值为 。
③根据上表数据推断
为吸热反应，其推断过程是 。
(2)加入
后，
在双功能催化剂
/分子筛上发生异构化反应且选择性高，主要产物为
，其
反应机理如下(
表示分子筛固体酸催化剂)：
对于
反应，下列说法正确的是_______。
A．
只能催化脱氢反应，不能催化加氢反应
知识点02 涉及能源、其它资源综合利用
B．
的加入增大了平衡常数，有利于反应的进行
C．分子筛固体酸催化剂酸性越强，越有利于
的形成
D．
的加入促进了
的加氢反应，减少了副反应的发生
(3)
(四乙基铅)能提高汽油的辛烷值，可电解合成。电解池的阳极为
，阴极为碳钢，电解液
为溶有格氏试剂(
)的有机体系。
①阳极上生成
的电极反应式为 。
②为了实现阴极产物的循环利用，电解一段时间后，需在阴极区不断加入适量的
，其原理是
。
③为减少铅污染，
被限制使用。
是一种潜在替代品，其电解合成的原理如图所
示(
为催化剂)。总反应化学方程式为 ；外电路转移
电子时，理论上可生成
的
物质的量为
。
23．（2024·广西·高考真题）二氯亚砜(
)是重要的液态化工原料。回答下列问题：
(1)合成
前先制备
。有关转化关系为：
则
的
。
(2)密闭容器中，以活性炭为催化剂，由
和
制备
。反应如下：
Ⅰ
Ⅱ
①反应Ⅱ的
(
为平衡常数)随
(
为温度)的变化如图，推断出该反应为 (填“吸热”或“放
热”)反应。
②466K 时，平衡体系内各组分的物质的量分数
随
的变化如图。
反应Ⅱ的平衡常数
(保留1 位小数)。保持
和
不变，增大
平衡转化率的措施有
(任举一例)。
③改变
，使反应Ⅱ的平衡常数
，导致图中的曲线变化，则
等于
的新交点将出
现在 (填“
”“ ”“ ”或“
”)处。
(3)我国科研人员在含
的
溶液中加入
，提高了
电池的性能。该电池放电时，正极的物
质转变步骤如图。其中，
的作用是 ；正极的电极反应式为 。
24．（2024·浙江·高考真题）氢是清洁能源，硼氢化钠(
)是一种环境友好的固体储氢材料，其水解
生氢反应方程式如下：(除非特别说明，本题中反应条件均为
，
)
请回答：
(1)该反应能自发进行的条件是_______。
A．高温
B．低温
C．任意温度
D．无法判断
(2)该反应比较缓慢。忽略体积变化的影响，下列措施中可加快反应速率的是_______。
A．升高溶液温度
B．加入少量异丙胺
C．加入少量固体硼酸
D．增大体系压强
(3)为加速
水解，某研究小组开发了一种水溶性催化剂，当该催化剂足量、浓度一定且活性不变时，
测得反应开始时生氢速率v 与投料比
之间的关系，结果如图1 所示。请解释ab 段变
化的原因 。
(4)氢能的高效利用途径之一是在燃料电池中产生电能。某研究小组的自制熔融碳酸盐燃料电池工作原理如
图2 所示，正极上的电极反应式是 。该电池以
恒定电流工作14 分钟，消耗
体积为
，
故可测得该电池将化学能转化为电能的转化率为 。[已知：该条件下
的摩尔体积为
；
电荷量
电流
时间
；
；
。]
(5)资源的再利用和再循环有利于人类的可持续发展。选用如下方程式，可以设计能自发进行的多种制备方
法，将反应副产物偏硼酸钠(
)再生为
。(已知：
是反应的自由能变化量，其计算方法也遵
循盖斯定律，可类比
计算方法；当
时，反应能自发进行。)
I．
II．
III．
请书写一个方程式表示
再生为
的一种制备方法，并注明
。(要求：反应物不超过
三种物质；氢原子利用率为
。)
25．（2024·上海·高考真题）已知：
①
②
③
(1)以下能判断总反应达到平衡状态的是_______。
A．钙离子浓度保持不变
B．
保持不变
C．
D．
(2)
增大有利于珊瑚的形成，请解释原因 。
(3)已知
的
，
为 。当
时，开始产生
沉淀。
(4)根据如图，写出电极a 的电极反应式 。
(5)关于上述电化学反应过程，描述正确的是_______。
A．该装置实现电能转化为化学能
B．电极b 是负极
C．电子从电极a 经过负载到电极b 再经过水体回到电极a
D．每
参与反应时，转移
电子
(6)解释在溶液中氧气的浓度变大后，为何有利于
的除去，但不利于硝酸根的除去。 。
26．（2023·河北·高考真题）氮是自然界重要元素之一，研究氮及其化合物的性质以及氮的循环利用对解
决环境和能源问题都具有重要意义。
已知：
物质中的化学键断裂时所需能量如下表。
物质
能量/
945
498
631
回答下列问题：
(1)恒温下，将
空气(
和
的体积分数分别为0.78 和0.21，其余为惰性组分)置于容积为
的恒容
密闭容器中，假设体系中只存在如下两个反应：
i
ii
①
。
②以下操作可以降低上述平衡体系中
浓度的有 (填标号)。
A．缩小体积 B．升高温度 C．移除
D．降低
浓度
③若上述平衡体系中
，则
(写出
含a、b、V 的计算式)。
(2)氢气催化还原
作为一种高效环保的脱硝技术备受关注。高温下氢气还原
反应的速率方程为
为速率常数。在一定温度下改变体系中各物质浓度，测定结果如下表。
组
号
1
0.10
0.10
r
2
0.10
0.20
3
0.20
0.10
4
0.05
0.30
？
表中第4 组的反应速率为
。(写出含r 的表达式)
(3)①以空气中的氮气为原料电解合成氨时，
在 (填“阴”或“阳”)极上发生反应，产生
。
②氨燃料电池和氢燃料电池产生相同电量时，理论上消耗
和
的质量比为
，则在碱性介质中氨
燃料电池负极的电极反应式为 。
③我国科学家研究了水溶液中三种催化剂(a、b、c)上
电还原为
(图1)和
电还原为
(图2)反应
历程中的能量变化，则三种催化剂对
电还原为
的催化活性由强到弱的顺序为 (用字母a、
b、c 排序)。
27．（2023·江苏·高考真题）空气中
含量的控制和
资源利用具有重要意义。
(1)燃煤烟气中
的捕集可通过如下所示的物质转化实现。
“吸收”后所得的
溶液与石灰乳反应的化学方程式为 ；载人航天器内，常用LiOH 固体
而很少用KOH 固体吸收空气中的
，其原因是 。
(2)合成尿素[
]是利用
的途径之一。尿素合成主要通过下列反应实现
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
①密闭体系中反应Ⅰ的平衡常数(K)与温度的关系如图甲所示，反应Ⅰ的
(填“=0”或“>0”
或“<0”)。
②反应体系中除发生反应Ⅰ、反应Ⅱ外，还发生尿素水解、尿素缩合生成缩二脲[
]和尿素转
化为氰酸铵(
)等副反应。尿素生产中实际投入
和
的物质的量之比为
，其实际投料比值远大于理论值的原因是 。
(3)催化电解吸收
的KOH 溶液可将
转化为有机物。在相同条件下，恒定通过电解池的电量，电解得
到的部分还原产物的法拉第效率(
)随电解电压的变化如图乙所示。
其中，
，n 表示电解生成还原产物X 所转移电子的物质的量，F 表示法拉第常数。
①当电解电压为
时，电解过程中含碳还原产物的
为0，阴极主要还原产物为 (填化学
式)。
②当电解电压为
时，阴极由
生成
的电极反应式为 。
③当电解电压为
时，电解生成的
和
的物质的量之比为 (写出计算过程)。
28．（2022·江苏·高考真题）氢气是一种清洁能源，绿色环保制氢技术研究具有重要意义。
(1)“
热电循环制氢”经过溶解、电解、热水解和热分解4 个步骤，其过程如图所示。
①电解在质子交换膜电解池中进行。阳极区为酸性
溶液，阴极区为盐酸，电解过程中
转化为
。电解时阳极发生的主要电极反应为 (用电极反应式表示)。
②电解后，经热水解和热分解的物质可循环使用。在热水解和热分解过程中，发生化合价变化的元素有
(填元素符号)。
(2)“
热循环制氢和甲酸”的原理为：在密闭容器中，铁粉与吸收
制得的
溶液反
应，生成
、
和
；
再经生物柴油副产品转化为Fe。
①实验中发现，在
时，密闭容器中
溶液与铁粉反应，反应初期有
生成并放出
，该
反应的离子方程式为 。
②随着反应进行，
迅速转化为活性
，活性
是
转化为
的催化剂，其可能
反应机理如图所示。根据元素电负性的变化规律。如图所示的反应步骤Ⅰ可描述为 。
③在其他条件相同时，测得Fe 的转化率、
的产率随
变化如题图所示。
的产率随
增加而增大的可能原因是 。
(3)从物质转化与资源综合利用角度分析，“
热循环制氢和甲酸”的优点是 。
29．（2022·湖南·高考真题）2021 年我国制氢量位居世界第一，煤的气化是一种重要的制氢途径。回答下
列问题：
(1)在一定温度下，向体积固定的密闭容器中加入足量的
和
，起始压强为
时，发生
下列反应生成水煤气：
.
Ⅰ
.
Ⅱ
①下列说法正确的是 ；
A．平衡时向容器中充入惰性气体，反应Ⅰ的平衡逆向移动
B．混合气体的密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡
C．平衡时
的体积分数可能大于
D．将炭块粉碎，可加快反应速率
②反应平衡时，
的转化率为
，CO 的物质的量为
。此时，整个体系 (填“吸收”
或“放出”)热量 kJ，反应Ⅰ的平衡常数
(以分压表示，分压=总压×物质的量分数)。
(2)一种脱除和利用水煤气中
方法的示意图如下：
①某温度下，吸收塔中
溶液吸收一定量的
后，
，则该溶液的
(该温度下
的
)；
②再生塔中产生
的离子方程式为 ；
③利用电化学原理，将
电催化还原为
，阴极反应式为 。
30．（2021·河北·高考真题）当今，世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点。因此，研发二氧化
碳利用技术，降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。
(1)大气中的二氧化碳主要来自于煤、石油及其他含碳化合物的燃烧。已知25℃时，相关物质的燃烧热数据
如表：
物质
H2(g)
C(石墨，s)
C6H6(l)
燃烧热△H(kJ•mol-1)
-285.8
-393.5
-3267.5
(1)则25℃时H2(g)和C(石墨，s)生成C6H6(l)的热化学方程式为 。
(2)雨水中含有来自大气的CO2，溶于水中的CO2进一步和水反应，发生电离：
①CO2(g)=CO2(aq)
②CO2(aq)+H2O(l)=H+(aq)+HCO (aq)
25℃时，反应②的平衡常数为K2。
溶液中CO2的浓度与其在空气中的分压成正比(分压=总压×物质的量分数)，比例系数为ymol•L-1•kPa-1，当大
气压强为pkPa，大气中CO2(g)的物质的量分数为x 时，溶液中H+浓度为 mol•L-1(写出表达式，考虑
水的电离，忽略HCO 的电离)
(3)105℃时，将足量的某碳酸氢盐(MHCO3)固体置于真空恒容容器中，存在如下平衡：2MHCO3(s)
M2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)。上述反应达平衡时体系的总压为46kPa。
保持温度不变，开始时在体系中先通入一定量的CO2(g)，再加入足量MHCO3(s)，欲使平衡时体系中水蒸气
的分压小于5kPa，CO2(g)的初始压强应大于 kPa。
(4)我国科学家研究Li—CO2电池，取得了重大科研成果，回答下列问题：
①Li—CO2电池中，Li 为单质锂片，则该电池中的CO2在 (填“正”或“负”)极发生电化学反应。研究表
明，该电池反应产物为碳酸锂和单质碳，且CO2电还原后与锂离子结合形成碳酸锂按以下4 个步骤进行，
写出步骤Ⅲ的离子方程式。
.2CO
Ⅰ
2+2e-=C2O
.C
Ⅱ
2O
=CO2+CO
.
Ⅲ
.CO
Ⅳ
+2Li+=Li2CO3
②研究表明，在电解质水溶液中，CO2气体可被电化学还原。
.CO
Ⅰ
2在碱性介质中电还原为正丙醇(CH3CH2CH2OH)的电极反应方程式为 。
.
Ⅱ在电解质水溶液中，三种不同催化剂(a、b、c)上CO2电还原为CO 的反应进程中(H+被还原为H2的反应可
同时发生)，相对能量变化如图.由此判断，CO2电还原为CO 从易到难的顺序为 (用a、b、c 字母排
序)。
31．（2020·江苏·高考真题）CO2/ HCOOH 循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。
(1)CO2催化加氢。在密闭容器中，向含有催化剂的KHCO3溶液(CO2与KOH 溶液反应制得)中通入H2生成
HCOO-，其离子方程式为 ；其他条件不变，HCO3
-转化为HCOO-的转化率随温度的变化如图-1 所
示。反应温度在40
~80
℃
℃范围内，HCO3
-催化加氢的转化率迅速上升，其主要原因是 。
(2) HCOOH 燃料电池。研究 HCOOH 燃料电池性能的装置如图-2 所示，两电极区间用允许K+、H+通过的半透
膜隔开。
①电池负极电极反应式为 ；放电过程中需补充的物质A 为 (填化学式)。
②图-2 所示的 HCOOH 燃料电池放电的本质是通过 HCOOH 与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的
离子方程式为 。
(3) HCOOH 催化释氢。在催化剂作用下， HCOOH 分解生成CO2和H2可能的反应机理如图-3 所示。
①HCOOD 催化释氢反应除生成CO2外，还生成 (填化学式)。
②研究发现：其他条件不变时，以 HCOOK 溶液代替 HCOOH 催化释氢的效果更佳，其具体优点是
。
32．（2020·天津·高考真题）利用太阳能光解水，制备的H2用于还原CO2合成有机物，可实现资源的再利
用。回答下列问题：
.
Ⅰ半导体光催化剂浸入水或电解质溶液中，光照时可在其表面得到产物
(1)下图为该催化剂在水中发生光催化反应的原理示意图。光解水能量转化形式为 。
(2)若将该催化剂置于Na2SO3溶液中，产物之一为
，另一产物为 。若将该催化剂置于AgNO3
溶液中，产物之一为O2，写出生成另一产物的离子反应式 。
.
Ⅱ用H2还原CO2可以在一定条下合成CH3OH(不考虑副反应)：
(3)某温度下，恒容密闭容器中，CO2和H2的起始浓度分别为 a mol‧L-1和3 a mol‧L-1，反应平衡时，CH3OH 的
产率为b，该温度下反应平衡常数的值为 。
(4)恒压下，CO2和H2的起始物质的量比为1:3 时，该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜时
甲醇的产率随温度的变化如图所示，其中分子筛膜能选择性分离出H2O。
①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为 。
②P 点甲醇产率高于T 点的原因为 。
③根据上图，在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为 °C。
.
Ⅲ调节溶液pH 可实现工业废气CO2的捕获和释放
(5)
的空间构型为 。已知25℃碳酸电离常数为Ka1、Ka2，当溶液pH=12 时，
=1： ： 。
33．（2020·全国II 卷·高考真题）天然气的主要成分为CH4，一般还含有C2H6等烃类，是重要的燃料和化
工原料。
(1)乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g)
C2H4(g)+H2(g) ΔH，相关物质的燃烧热数据如下表所示：
物质
C2H6(g)
C2H4(g)
H2(g)
燃烧热ΔH/( kJ·mol−1)
-1560
-1411
-286
①ΔH= kJ·mol−1。
②提高该反应平衡转化率的方法有 、 。
③容器中通入等物质的量的乙烷和氢气，在等压下(p)发生上述反应，乙烷的平衡转化率为α。反应的平衡
常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。
(2)高温下，甲烷生成乙烷的反应如下：2CH4
C2H6+H2。反应在初期阶段的速率方程为：r=k×
，其
中k 为反应速率常数。
①设反应开始时的反应速率为r1，甲烷的转化率为α 时的反应速率为r2，则r2= r1。
②对于处于初期阶段的该反应，下列说法正确的是 。
A．增加甲烷浓度，r 增大 B．增加H2浓度，r 增大
C．乙烷的生成速率逐渐增大 D．降低反应温度，k 减小
(3)CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如下图所示：
①阴极上的反应式为 。
②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2 1∶，则消耗的CH4和CO2体积比为 。
34．（2019·江苏·高考真题）CO2的资源化利用能有效减少CO2排放，充分利用碳资源。
（1）CaO 可在较高温度下捕集CO2，在更高温度下将捕集的CO2释放利用。CaC2O4·H2O 热分解可制备
CaO，CaC2O4·H2O 加热升温过程中固体的质量变化见下图。
①写出400~600 ℃范围内分解反应的化学方程式： 。
②与CaCO3热分解制备的CaO 相比，CaC2O4·H2O 热分解制备的CaO 具有更好的CO2捕集性能，其原因是
。
（2）电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH 的原理示意图如下。
①写出阴极CO2还原为HCOO−的电极反应式： 。
②电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低，其原因是 。
（3）CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法，其过程中主要发生下列反应：
反应Ⅰ：CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g) ΔH =41.2 kJ·mol−1
反应Ⅱ：2CO2(g)+6H2(g)
CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH =
122.5 kJ·mol
﹣
−1
在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下，CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图。
其中：
CH3OCH3的选择性=
×100％
①温度高于300 ℃，CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是 。
②220 ℃时，在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后，测得CH3OCH3的选择性为48%（图中A 点）。不
改变反应时间和温度，一定能提高CH3OCH3选择性的措施有 。
35．（2019·北京·高考真题）氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。
（1）甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。
①反应器中初始反应的生成物为H2和CO2，其物质的量之比为4 1∶，甲烷和水蒸气反应的方程式是
。
②已知反应器中还存在如下反应：
i.CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) ΔH1
ii.CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH2
iii.CH4(g)=C(s)+2H2(g) ΔH3
……
iii 为积炭反应，利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时，还需要利用 反应的ΔH。
③反应物投料比采用n（H2O）∶n（CH4）=4 1∶，大于初始反应的化学计量数之比，目的是
（选填字母序号）。
a.促进CH4转化 b.促进CO 转化为CO2 c.减少积炭生成
④用CaO 可以去除CO2。H2体积分数和CaO 消耗率随时间变化关系如下图所示。从t1时开始，H2体积分数
显著降低，单位时间CaO 消耗率 （填“升高”“降低”或“不变”）。此时CaO 消耗率约为
35%，但已失效，结合化学方程式解释原因： 。
（2）可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如下。通过控制开关连接K1或K2，可交替得到
H2和O2。
①制H2时，连接 。
产生H2的电极反应式是 。
②改变开关连接方式，可得O2。
③结合①和②中电极3 的电极反应式，说明电极3 的作用： 。
36．（2019·浙江·高考真题）【加试题】水是“生命之基质”，是“永远值得探究的物质”。
(1) 关于反应H2(g)＋1/2O2(g)
H2O(l)，下列说法不正确的是 。
A．焓变ΔH＜0，熵变ΔS＜0
B．可以把反应设计成原电池，实现能量的转化
C．一定条件下，若观察不到水的生成，说明该条件下反应不能自发进行
D．选用合适的催化剂，有可能使反应在常温常压下以较快的速率进行
(2) ①根据H2O 的成键特点，画出与图中H2O 分子直接相连的所有氢键(O－H…O) 。
②将一定量水放入抽空的恒容密闭容器中，测定不同温度(T)下气态、液态水平衡共存[H2O(l)H2O(g)]时的压
强(p)。在图中画出从20℃开始经过100℃的p 随T 变化关系示意图(20℃时的平衡压强用p1表示) 。
(3) 水在高温高压状态下呈现许多特殊的性质。当温度、压强分别超过临界温度(374.2
)
℃、临界压强(22.1
MPa)时的水称为超临界水。
①与常温常压的水相比，高温高压液态水的离子积会显著增大。解释其原因 。
②如果水的离子积Kw从1.0×10−14增大到1.0×10−10，则相应的电离度是原来的 倍。
③超临界水能够与氧气等氧化剂以任意比例互溶，由此发展了超临界水氧化技术。一定实验条件下，测得
乙醇的超临界水氧化结果如图所示，其中x 为以碳元素计的物质的量分数，t 为反应时间。
下列说法合理的是 。
A．乙醇的超临界水氧化过程中，一氧化碳是中间产物，二氧化碳是最终产物
B．在550℃条件下，反应时间大于15 s 时，乙醇氧化为二氧化碳已趋于完全
C．乙醇的超临界水氧化过程中，乙醇的消耗速率或二氧化碳的生成速率都可以用来表示反应的速率，而
且两者数值相等
D．随温度升高，xCO峰值出现的时间提前，且峰值更高，说明乙醇的氧化速率比一氧化碳氧化速率的增长
幅度更大
(4) 以铂阳极和石墨阴极设计电解池，通过电解NH4HSO4溶液产生(NH4)2S2O8，再与水反应得到H2O2，其中
生成的NH4HSO4可以循环使用。
①阳极的电极反应式是 。
②制备H2O2的总反应方程式是 。
