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专题10 化学反应原理综合题
1．（2025·湖南湘潭·一模）碳达峰和碳中和是应对气候变化的重要策略，以
为原料合成甲醇可以
减少
的排放，可以更快地实现碳达峰和碳中和。回答下列问题：
I.
和
生成甲醇涉及的反应如下：
主反应：
副反应：
(1)反应
。
(2)
时，在主、副反应的混合体系中，平衡时，生成甲醇的选择性[
选择性
]随压强的变化如图所示。
①增大压强，甲醇的选择性增大的原因是 。
②
时，若在密闭容器中充入
和
，在压强为
时，生成0.6mol CO，则
时，
主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)
II.催化剂的性能测试：一定条件下使
、
混合气体通过反应器，检测反应器出口气体的成分及
其含量，计算
的转化率和
的选择性以评价催化剂的性能。
(3)
时，测得反应器出口气体中全部含碳物质的物质的量之比
，则该温度下
的转化率为 。
(4)其他条件相同时，反应温度对
的转化率和
的选择性的影响如图1、2 所示。
①由图1 判断，实验中反应未达到化学平衡状态的点为 。
②温度高于
时，
平衡转化率升高的原因是 。
③温度相同时，
选择性的实验值略高于平衡值(见图2)，从化学反应速率的角度解释原因：
。
2．（2025·湖南常德·一模）含氯有机物在自然环境中具有长期残留性和高毒性。
Ⅰ．“催化还原脱氯法”作为一种安全有效的环境修复方法，主要分为“直接脱氯”和“间接脱氯”
两大类。
(1)间接脱氯“光催化加氢脱氯”为典型的间接脱氯法，可在温和条件下有效降解含氯有机物，而不产
生氯化副产物。“光催化加氢脱氯”的第一步为水的活化：
，如图为不同催化
剂条件下水分子解离成
的反应机理。
①下列说法正确的是 。
A．水的活化分两步完成
B．使用催化剂
，
活化放出的热量比使用催化剂
多
C．吸附在催化剂
表面的
会自发地解离成
②已知
键的键能为
，解离一个水分子[
]理论上需消耗
J 能量。(保留两位有效数字)
(2)直接脱氯还原铁脱氯机理：
(R-为烃基)，随着反应进行，铁表
面附着一层红褐色固体，使脱氯效率下降，生成红褐色固体的原因是 。
Ⅱ．某科研团队以三氯乙烯(TCE)为核心物质进行脱氯机理研究。
(3)利用TCE 测试催化剂的活性 以TCE 测试
、
和
三种不同催
化剂的“加氢脱氯活性”(如图所示)。已知
。t 表示光照时间，
、c 分别为光照t 秒前、
后TCE 的浓度，k 为常数。根据图中数据，催化效果最好的催化剂是 ；其中
(已知：
，结果保留两位有效数字)
(4)利用生物电化学系统降解TCE 降解装置如图所示。电极A 为 (填“阴极”或“阳极”)；
TCE 生成顺式DCE(顺-二氯乙烯)的电极方程式为 。
3．（2025·湖南·一模）甲醇是主要的有机原料，常利用CH4、CO2等进行制备。回答下列问题：
Ⅰ．甲烷选择性氧化制备甲醇是一种原子利用率高的方法。
(1)2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(l) ∆H=-329kJ/mol，该反应的正反应方向在 (填“高温”或“低
温”)条件下更有利于其自发进行。
(2)已知大多数气体分子在催化剂表面的吸附过程是放热的。从反应速率的角度分析，通入CH4后将体
系温度维持在200℃的原因是 (不考虑催化剂活性变化)。
Ⅱ．利用合成气CO、H 制备甲醇，涉及的反应如下：
₂
反应①：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g) +H2O(g) ∆H1＜0
反应②：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) ∆H2＞0
在不同压强下，按照n(CO2):n(H2)=1:3 进行投料，在容器中发生反应①、②，平衡时，CO 和 CH3OH 在
含碳产物(即 CH3OH 和CO)中物质的量分数及 CO2的转化率随温度的变化如下图所示。
(3)判断图中压强。 p1、p2、p3大到小的顺序为 。
(4)压强不变时，分析升温过程中CO2转化率变化的原因： 。
(5)在某恒温恒容体系中，按起始c(CO2)=1mol/L、c(H2)=3mol/L 进行实验，平衡时 CH3OH 的物质的量
分数为点M，此时(CO2转化率为20%，则该条件下反应②正反应的平衡常数K= (保留一位有效数字)。
Ⅲ．科学家设计如图所示装置(串联光电催化反应池)减少CO2排放并获取制备甲醇的原料CH4。
(6)光催化电池中的半导体是在晶体硅中掺杂硼原子和磷原子实现的。p 型半导体也称为空穴型半导体，
n 型半导体也称为电子型半导体。据此，推测 n 型半导体掺杂的是 (填元素符号)。
(7)产生 CH4的电极反应式为 。
4．（2025·湖南·一模）利用
催化还原
不仅能减少碳排放，还可以获得化工原料甲醇。研究表明，
在某催化剂存在下，
和
可发生两个平行反应，分别生成
和CO。反应的热化学方程式如
下：
Ⅰ．
Ⅱ．
(1)已知CO 和
的标准燃烧热分别为
和
，计算
的
为
；CO 和
是等电子体且相对分子质量相等，但沸点不同，其中沸点较高的是 (填化学式)。
(2)
和
初始投料比
为
，以固定流速通过不同催化剂(cat.1 和cat.2)，不同
温度(523K、543K、563K、583K)下，
的转化率和甲醇的选择性如图所示。已知在四种温度下，两
种催化剂均处于活性较高状态，且563K 下，用cat.2 进行的催化反应已达到平衡。
①结合图像分析，下列说法错误的是 (填标号)。
A．四种温度下，cat.1 参与的反应均未达到平衡状态
B．从甲醇产率的角度思考，最佳条件为cat.1、583K
C．用cat.2 进行催化时，从563K 升温至583K 时甲醇选择性降低是反应Ⅰ平衡逆向移动的结果
D．由图可知，选择不同的催化剂可以改变反应的平衡产率
②583K 下，用cat.2 催化时，
的转化率为 。
(3)一定温度下，在初始体积2L 的恒压密闭容器中充入2mol
和4mol
发生上述反应，经过
10min 达到平衡，此时
和CO 均为0.5mol，则
的平均反应速率为
；用分压表
示的反应Ⅱ的平衡常数
。
(4)
可以被NaOH 溶液捕获来减少碳排放，若所得溶液中
，写出对应反应的
离子方程式： ，此时溶液
(已知：室温下，
的
、
)。
5．（2025·湖南·一模）氮氧化物可以引发多种污染问题，用氢气转化氮氧化物有产物无污染、转化成
本低的优点而日益受到重视。回答下列问题：
(1)已知有关化学键的键能数据如下表：
化学键
H—H
N≡O
N≡N
H—O
键能/(
)
436
632
x
464
①氢气转化NO 的热化学方程式为
，该反应在
(填“高温”或“低温”)条件下更有利于自发进行；表格中x= 。
②将等物质的量的NO、
充入恒容密闭容器中，恒温条件下发生反应
。下列描述能说明该反应达到平衡状态的是 (填标号)。
A．容器内
的分压不再改变
B．
C．容器内混合气体的密度不再变化
D．容器内体系的混乱度不再变化
(2)目前氢气还原氮氧化物通常用金属铑(Rh)作催化剂，已知金属铑属于立方晶系，其晶胞中铑原子位
于顶点及每个面的中心，晶胞参数为y pm。则铑原子的配位数为 ；金属铑晶体的密度为
(阿伏加德罗常数的值为
)。
(3)研究表明，反应
按如下机理进行(a、b、c 均为正数)：
①
快平衡
②
慢平衡
③
快平衡
上述反应机理中，速率控制步骤为 (填步骤前的标号)，
b(填“>”
“=”或“<”)。
(4)向体积为2L 的恒温密闭容器中充入2mol
和2mol NO，起始压强为p kPa，发生反应
。容器中
的物质的量随时间的变化关系如图所示。
该反应的
(化为最简式)。
6．（20254·湖南·一模）二氧化碳催化加氢制甲醇，能助力“碳达峰”，涉及反应有：
反应①CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)
反应②CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)
反应③CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)
(1)反应②自发进行的条件是 (填“高温”、“低温”或“任意温度”)，反应③
。
(2)反应③在热力学上趋势大于反应①，其原因是 。
(3)反应③有催化剂和无催化剂作用下的反应机理如图所示(其中标有*的为吸附在催化剂表面上的物种，
TS 为过渡态)，催化剂可使反应历程中决速步骤的活化能降低 eV(eV 为能量单位)。
(4)在
下，
和
按物质的量之比为
进行投料，只发生反应①和反应③，平衡时CO 和
在含碳产物中的物质的量分数及
转化率随温度的变化如图所示。
①图中a 代表的物质是 。
②q 曲线在250℃之后随温度升高而增大的原因是 。
③250℃时，反应①的平衡常数
(
为以分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分
数)。
7．（2025·湖南·一模）降低空气中
的含量，研发
的利用技术，将
转换为能源是缓解环境
和能源问题的有效方案之一，我国为实现碳达峰和碳中和的“双碳”目标，工业上用
、
、
等物质与
反应合成具有经济价值的物质。
(1)工业上用
和
合成
，发生的主反应ⅰ：
。
相对能量
0
-201.0
-393.0
-242.0
根据表中数据计算
。
(2)一定条件下，向2L 恒温恒容密闭容器中充入
和
仅发生反应ⅰ，在两种不同
催化剂作用下建立平衡的过程(Ⅰ，Ⅱ)中
的转化率随反应时间的变化曲线如图。
①n 点
m 点
(填“>”“<”或“=”)。
②计算反应处于n 点的平衡常数
(保留两位小数)。
③过程Ⅰ，
时刻改变的反应条件可能是 (任答一条)。
(3)
甲烷化是“负碳排放”的重要研究方向，某研究团队报道了镍基催化剂上
与
反应生成
甲烷的两种机理如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*表示。
机理
中的产物的选择性 更高，
机理中第二步反应可以表示为 。
(4)我国科学家采用单原子
和纳米
作串联催化剂，通过电解法将
转化为乙烯，其装置如图所
示。纳米
上发生的电极反应为 。
8．（2025·湖南·一模）SO2及氮氧化物属于污染性气体，排放到空气中可形成光化学烟雾、酸雨等，科
学家一直致力于研究这些气体的处理，变废为宝。回答下列问题：
(1)已知反应：①
，
②
，
则反应
的∆H= 。该反应在 下自发进行。(填
写“低温”“高温”“任意温度”)
(2)常温下，NO、NO2溶于水可制得HNO2溶液，向30mL0.10mol∙L-1HNO2溶液中滴入0.10mol∙L-1的NaOH 溶
液，使得溶液的pH=4，该溶液中
。[
，保留一位小数]。
(3)研究表明，CO 与N2O 在Fe+作用下发生反应：
的能量变化及反应历
程如图所示：
a．该反应分两步进行，两步反应分别为：反应①
；反应② ；
b．在固定体积的密闭容器中，发生该反应，改变原料气配比进行多组实验(各次实验的温度可能相同，
也可能不同)，测定N2O 的平衡转化率α。部分实验结果如图所示。B、C、D 三点对应的实验温度分别
为TB、TC和TD，则TB、TC、TD的大小关系 (填写序号)
①
②
③
④
(4)燃煤烟气中可通过反应
实现硫的回收。将1molSO2和2molCO 通入
1L 恒容密闭容器中，在恒温T℃，起始压强为
条件下反应，5min 时，反应达到平衡，气体密
度减少16g∙L-1。平衡常数为 (L/mol)；若升高温度，气体的密度增加(S 仍为液体)，则该反
应的∆H 0(填“＞”或“＜”)。
(5)深埋在潮湿土壤中的铁管道，在硫酸盐还原菌(该还原菌最佳生存环境pH 为7~8 之间)作用下，能被
腐蚀，其电化学腐蚀原理如图所示，写出正极的电极反应式： 。
9．（2025·湖南·一模）
催化加氢制备甲醇可以减少
的排放，有利于实现碳中和。在一定条件
下，
和H 可发生如下反应：
₂
Ⅰ．
Ⅱ．
Ⅲ．
回答下列问题：
(1)已知部分化学键键能如下表：
化学键
键能(kJ/mol)
a
b
c
d
e
依据表中信息，
=
。
(2)反应Ⅰ的速率常数k 与反应温度T 的关系遵循Arrhenius 方程，实验数据如图所示。
已知Arrhenius 方程为
(其中k 为速率常数，Ea 为活化能，R、A 均为常数)。
①反应Ⅰ的活化能Ea=
(保留整数)。
②下列措施能使速率常数k 增大的是 (填序号)。
A．增大压强 B．升高温度 C．增大
的浓度 D．更换适宜催化剂
(3)不同压强下，
的平衡转化率
随温度的变化如图所示。
0．5MPa 条件下，
的平衡转化率随温度升高先减小后增大的原因是 。
(4)一定条件下，向体积为1L 的恒容密闭容器中通入1.0mol
和3.0mol
，发生反应I、Ⅱ、Ⅲ，
达到平衡时，容器中
为0.15mol，
为0.07mol，
为0.22mol，则
的平衡转
化率为 ，反应I 的平衡常数为
(用代数式表示，无需化简)。
10．（2025·湖南岳阳·一模）“碳达峰·碳中和”是我国社会发展的重大战略。在催化剂作用下，
可被
还原为
等化学品，主要反应如下：
反应1：
反应2：
(1)反应
的
。
(2)恒温恒容条件下，若起始按
投料，只发生反应1，能作为反应达到平衡的标志
是___________(填序号)。
A．
浓度不再发生变化
B．
百分含量不再发生变化
C．气体平均相对分子质量不再发生变化D．
(3)将
和
充入密闭容器发生反应1 和反应2，并达到平衡状态。相同温度下，在
不同压强下测得
的平衡转化率、
的选择性
和
的选择性
随压强变化曲线如图甲所示。图中表示
选择性的曲线是
(填“m”、“n”或“p”)，A 点时
的转化率为 ，反应2 的压强平衡常数
(结果保留2 位有效数字)。
(4)近年来新兴的生物电催化技术运用微生物电解池也可实现弱酸环境下
甲醇化，工作原理如图
乙所示。
已知：法拉第效率
的定义(X 代表
)如：
①实验测得，阴极区溶液酸性提高，阴极上会产生气体a 导致法拉第效率降低，气体a 的分子式为
。
②阴极生成甲醇的电极反应式为 。
11．（2025·湖南株洲·一模）氢能是一种理想的绿色能源。有科学家预言，氢能有可能成为人类未来的
主要能源。我国科学家研制了下列三种制氢方法。
Ⅰ．甲苯催化重整制氢。主要反应有：
a．甲苯水蒸气重整：①
b．甲苯二氧化碳重整：②
c．水汽变换反应：③
d．甲烷化反应：④
⑤
(1)甲苯催化重整最适宜的条件是：___________(填标号)。
A．高温高压
B．高温低压
C．低温低压
D．低温高压
(2)反应：
。
(3)一定压强下，反应釜出口
含量随温度、进料比
变化如图：
解释
含量随进料比
的变化及原因： 。
(4)进料比
为
、
时，出口中
的物质的量分数随温度升高的变化如图，结合反应体
系说明原因： 。
Ⅱ．二氧化铈制氢法
二氧化铈为立方晶胞结构，其独特的电子结构使得它更易在
和
之间进行可逆电荷转移，从而
实现两步法制氢，当晶胞中部分
被还原为
时会产生氧空位。
(5)二氧化铈晶胞中
的配位数为： 。
(6)当晶体中
和
个数比为2：5 时，氧空位比为 [
]
Ⅲ．酸性葡萄糖溶液电催化制氢的原理如图：
(7)写出阳极的电极反应式： 。
12．（2025·湖南·一模）
基活性炭催化
重整不仅可获得合成气(
与
)，还能同时消耗
两种温室气体，回答下列问题：
(1)
重整反应为
，相关物质的燃烧热数值
如下表所示：
物质
燃烧热
该催化重整反应的
(用含a、b、c 的代数式表示)，从热力学角度考虑，有利于
合成气生成的条件是 (填“高压”或“低压”)。
(2)控制温度为
，总压为
，在密闭容器中加入
与
及催化剂进行重整反应，
达到平衡时
的体积分数为
，
的平衡转化率为 ，平衡常数
。
(3)常压条件下，将等物质的量的
与
充入密闭容器，同时存在以下反应：
①
②
③
④
反应达平衡时混合气体的组成如图，曲线
和
中，表示
的是 。在900℃之前，
曲线明
显处于表示
的曲线上方，原因是 。
(4)以
作催化剂，利用合成气制备烃类物质的反应机制如下：
根据图示，利用该反应机制合成乙烯的化学方程式为 。下列说法正确的是 (填序号)。
a．反应物吸附过程只断裂极性键
b．
偶联过程中只形成非极性键
c．整个反应过程中无极性键生成
