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专题10 化学反应原理综合题
1．（2024-2025 学年·四川八市联考一模）乙醛、乙醇都是常见的有机物，在生产、生活中都有广泛的用途。
请回答下列问题：
(1)在25℃，101kPa 下，取一定量的无水乙醇完全燃烧，放出的热量为QkJ，燃烧产生的CO2通入过量饱和
石灰水中，生成了50gCaCO3。则表示乙醇燃烧热的热化学方程式为 。
(2)已知：CH3CHO(g) ⇌
催化剂
CO(g)+CH4(g)的速率方程v =k c
n(CH3CHO)(k 为速率常数，只与温度、催化剂
有关；n 为反应级数)。为了测定反应级数(n)，实验测得CH3CHO(g) ⇌
催化剂
CO(g)+CH4(g)在一系列不同浓
度时的初始反应速率数据如下：
c(CH3CHO)/ mol⋅L
−1
0.1
0.2
0.3
0.4
v / mol⋅L
−1⋅s
−1
0.02
0.08
0.18
0.32
则该总反应为 ，级反应；速率常数k = L⋅mol
−1⋅s
−1
(3)一定温度下，保持总压强为100kPa，向反应器充入CH3CHO(g)和N2的混合气体(N2不参与反应)发生反应
CH3CHO(g) ⇌
催化剂
CO(g)+CH4(g)，测得CH3CHO(g)平衡转化率与起始投料比[n(CH3CHO)/n(N2)]的关系
如图所示。
①由图可知：CH3CHO的平衡转化率随着投料比增大而减小，其原因是 。
②该温度下，上述反应在A 点的平衡常数K p= kPa(K p为用分压计算的平衡常数，分压=总压×物质
的量分数)。
(4)用乙醇电催化氧化制备乙醛的原理如下图所示。
①电解过程中电极室A 中溶液的pH (填“增大”、“减小”或“不变”)。
②电极A 的电极反应式为 。
③当生成2molCH3CHO时，理论上A、B 两室溶液质量变化之和为 g。
【答案】(1)C2H5OH(l)＋3O2(g)=2CO2(g)＋3H2O(l)ΔH=-4Q kJ·mol-1
(2) 二 2
(3) 对于恒压条件下，增大投料比，相当于是加压，平衡向逆反应方向移动 20
(4) 不变 Mn
2++2H2O−2e
−= MnO2+ 4 H
+ 4
【详解】（1）50g 白色沉淀的物质的量为n(CaCO3)= m
M =50g
100g/mol =0.5mol，由
Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O 可知乙醇燃烧生成的二氧化碳为n(CO2)= 0.5mol，根据原子守恒，即0.25mol 乙
醇放出的热量为Q，所以1mol 乙醇放出的热量为4Q，则表示乙醇燃烧热的热化学方程式为：C2H5OH(l)＋
3O2(g)=2CO2(g)＋3H2O(l)ΔH=-4Q kJ·mol-1。
（2）由速率表达式可知，代入表格任意两组数据，v1
v2
=(c1
c2
)
n，0.02
0.08 =( 0.1
0.2 )
n
，n=2，则总反应为二级反
应，代入任意一组数据计算，k= 0.18
0.3
2 =2。
（3）对于恒压条件下，增大投料比，相当于是加压，平衡向逆反应方向移动；CH3CHO的平衡转化率降低；
取起始CH3CHO、N2各1mol，则
CH3CHO (g)
⇌
CO (g)
+
CH4(g)
起始/ mol
1
¿0
¿
¿
0.5¿¿0.5¿¿0.5¿平衡/ mol¿0.5¿¿0.5¿¿0.5¿A 点代表平衡状态
下，各物质分压：p(CH3CHO)=p(CO)=p(CH4)=100kPa×0.5
1+0.5+0.5+0.5 =20kPa，
Kp=p(CH4)×p(CO)
p(CH3CHO)
= 20kPa×20kPa
20kPa
=20kPa。
（4）根据电解原理示意图分析，A 极锰离子失去电子发生氧化反应生成二氧化锰，A 为阳极、B 为阴极，
则a 为正极、b 为负极；①A 极锰离子失去电子发生氧化反应生成二氧化锰，二氧化锰氧化苯甲醇为苯甲
醛同时生成锰离子，总反应为CH3CH2OH-2e-=CH3CHO+2H+；B 极反应为氢离子放电生成氢气：
2H
++2e
-=H2↑，A 室氢离子迁移到B 室，结合电子守恒可知，AB 室pH 值不变；
A
②
极锰离子失去电子发生氧化反应生成二氧化锰，Mn
2++2H2O−2e
−= MnO2+ 4 H
+；
③由反应CH3CH2OH-2e-=CH3CHO+2H+可知，当生成2molCH3CHO 时，转移4mol 电子，电极室A 无气体
产生，质量不变，电极室B 质量减轻2molH2的质量为4g，A、B 两室溶液质量变化之和为4g。
2．（2024-2025 学年·达州市一模）二氧化碳是常见废气物质，甲醇是21 世纪的清洁能源之一，如果能用
废气CO2为原料合成CH3OH，既能实现碳中和，也能改变能源结构，实现双赢。回答下列问题：
I.
(1)在298K，以H2或H2O为原料，将废气CO2合成甲醇的反应如下：
反应I：CO2(g)+3 H2(g)⇌
❑
CH3OH (g)+ H2O (g) ΔH =−48.97 kJ⋅mol
−1 ΔS=−177.16J⋅mol
−1⋅K
−1
反应II：CO2(g)+2H2O (g)⇌
❑
CH3OH (g)+3/2O2(g) ΔH =+676.48kJ⋅mol
−1
ΔS=−43.87J⋅mol
−1⋅K
−1
请根据反应自发性判断，反应 (填序号)更适宜甲醇的工业化生产。
II.我国科学家杨教授等人进行了二氧化碳加氢制甲醇的研究，其主要反应为：
反应I：CO2(g)+3 H2(g)⇌CH3OH (g)+ H2O (g) ΔH =−48.97 kJ⋅mol
−1
反应III：CO2(g)+ H2(g)⇌CO (g)+ H2O (g) ΔH =+ 41.17 kJ⋅mol
−1
(2)在恒温恒容的密闭体系中发生上述反应，下列说法正确的是_______(填标号)。
A．当3 v 正(CO2)= v逆(H2)时，说明反应体系已达到平衡状态
B．平衡后扩大体积减小体系压强，有利于提高CH3OH产率
C．升高温度可使反应I 的逆反应速率加快，正反应速率减小，平衡向逆反应方向移动
D．若反应体系内的压强保持不变，说明反应体系已达到平衡
(3)反应物的物质的量之比对反应的影响如下表，请选择投料比例 ，并说明选择的理由 。(
CH3OH的选择性=CH3OH物质的量
反应CO2的物质的量×100 %)
n(H2):n(CO2)
2：1
3：1
5：1
7：1
CO2平衡转化率/%
11.63
33.68
45.93
48.71
CH3OH选择性/%
30.04
40.12
50.26
49.93
(4)研究发现，其他条件相同时，反应温度对CO2平衡转化率和平衡时CH3OH的选择性影响如图所示：①在
密闭容器中，以投料比n(H2):n(CO2)=3:1通入混合气体，则达到平衡点F时反应I物质的量分数平衡常数
K x= (xi= ni
n总)。
②从平衡角度分析CO2平衡转化率随温度升高而增大的主要原因是 。
III.
(5)CH3OH在Pt−Pd合金表面释放H2的机理如图所示，图中“*”表示此微粒吸附在催化剂表面。请写出
CH3OH释放H2的化学反应方程式 。
【答案】(1)I
(2)D
(3) 5：1 由数据可知，n(H2):n(CO2)的比值增大超过5：1，CO2转化率增大不明显且CH3OH选择
性下降
(4) 1728
250
或864
125
或6.912 反应I 放热，反应III 吸热，升温，反应I 正向进行的程度减小，CO2平
衡转化率下降，反应III 正向进行的程度增大，CO2平衡转化率上升，且上升幅度大于下降幅度
(5)CH3OH+ H2O
Pt−Pd
¿3 H2+CO2
¿
【详解】（1）当ΔG=ΔH-TΔS<0时反应自发进行，反应I 在低温下自发进行，反应II 任何温度下均不能
自发进行，故反应I 更适宜甲醇的工业化生产；
（2）A．反应I 和反应II 同时进行，当3 v 正(CO2)= v逆(H2)时，正逆反应速率不相等，不能说明反应体系
已达到平衡状态，A 错误；
B．平衡后扩大体积减小体系压强，平衡向气体分子数增多的方向移动，反应I 逆向移动，CH3OH产率降低，
B 错误；
C．升高温度可使反应I 的正、逆反应速率加快，反应I 为放热反应，升高温度，反应I 平衡向逆反应方向
移动，C 错误；
D．反应I 前后气体分子数变化，反应II 前后气体分子数不变，恒温恒容条件下，若反应体系内的压强保
持不变，说明反应体系已达到平衡，D 正确；
故选D。
（3）由表格数据可知，当n(H2):n(CO2)=5:1时，CO2的转化率最高，且CH3OH 的选择性最高，大于5:1
时CO2转化率增大不明显且CH3OH选择性下降，故选择此比值的理由是：由数据可知，n(H2):n(CO2)的比
值增大超过5：1，CO2转化率增大不明显且CH3OH选择性下降；
（4）①以投料比n(H2):n(CO2)=3:1通入混合气体，设H2、CO2的物质的量分别为3mol、1mol，CO2的转
化率为75%，CH3OH 的选择性为2
3
，故反应I 生成CH3OH 的物质的量为0.5mol，反应II 生成CO 的物质的
量为0.25mol，故：I
CO2(g)
+
3H2(g)
⇌
❑
CH3OH (g)
+
H2O (g)
转化(mol)
0.5
¿1.5
¿0.5
¿
¿
¿
¿
、
II
CO2(g)
+
H2(g)
⇌
❑
CO (g)
+
H2O (g)
转化(mol)
0.25
¿0.25
¿0.25
¿
¿
¿
¿
，平衡时：
CO2
H2
CH3OH
CO
H2O
n(mol)
0.25
1.25
0.5
¿ 0.75¿x¿ 1
12 ¿ 5
12 ¿ 1
6 ¿ 1
12 ¿ 1
4 ¿ ，反应I：
K x=
1
4 × 1
6
1
12 ×( 5
12 )
3 = 1728
250 或864
125 或6.912；
②从平衡角度分析CO2平衡转化率随温度升高而增大的主要原因是：反应I 放热，反应III 吸热，升温，反
应I 正向进行的程度减小，CO2平衡转化率下降，反应III 正向进行的程度增大，CO2平衡转化率上升，且上
升幅度大于下降幅度；
（5）由图可知CH3OH、H2O 在Pt−Pd合金表面释放H2和CO2，方程式为：CH3OH+ H2O
Pt−Pd
¿3 H2+CO2
¿
。
3．（2024-2025 学年·四川德阳一模）亚硫酰氯(SOCl2)和硫酰氯(SO2Cl2)均是重要的化工原料。以：SO2、
Cl2、SCl2为原料可以制备亚硫酰氯，所涉及的反应如下：
反应I．SO2(g)+Cl2(g)⇌SO2Cl2(g) Δ H 1=−471.7kJ/mol K 1
反应Ⅱ．SO2Cl2(g)+SCl2(g)⇌2SOCl2(g) Δ H 2=−5.6kJ/mol K 2
回答下列问题：
(1)反应SO2(g)+Cl2(g)+SCl2(g)⇌2SOCl2(g)正向自发进行的条件为 (填“高温”“低温”或“任
何温度”)。
(2)在密闭反应器中充入1molSO2和2.6molCl2发生反应I，测得体系内SO2平衡转化率与温度、压强关系如
图所示。
①正反应速率：v 正(b) v 正(d)(填“>”“<”或“=”)；在a、c 和p 点中，对应平衡常数K a、K c和K p由
大到小的顺序为 。
Q
②
点SO2Cl2的分压为 。
(3)在一定温度和120kPa 恒压下，向密闭容器中充入一定量SO2Cl2(g)和N2(g)(不参与反应)发生反应I 的逆
反应。SO2Cl2(g)的平衡转化率随着通入混合气体中SO2Cl2(g)的物质的量分数增大而减小，其原因是
。
(4)T℃时，在5L 恒容密闭容器中，充入SO2(g)、Cl2(g)和SCl2(g)各0.5mol，反应10min 后达到平衡，测
得SCl2(g)的转化率为20%，此时压强为起始的0.8 倍，0~10min 内，用SCl2(g)表示的反应速率为 ，
K 2= 。
(5)中国科学家将I2分子引入电解质中制作高功率可充电Li−SOCl2电池，电池正极中，I2调整充电和放电
反应的途径如图所示。电池正极的电极反应式为 。
【答案】(1)低温
(2) < K a>K p>K c 8kPa
(3)SO2Cl2(g)⇌
❑
❑
SO2(g)+Cl2(g)反应为气体分子数增大的反应，在一定温度和120kPa 恒压下进行反应，总
压不变，SO2Cl2(g)的物质的量分数增大，其体系分压增大，则平衡逆向移动
(4) 0.002mol/(L⋅min) 0.5
(5)2SOCl2+4Li
++4e
-
I2
¿S+SO2+4LiCl
¿
【详解】（1）已知：
反应I．SO2(g)+Cl2(g)⇌SO2Cl2(g) Δ H 1=−471.7kJ/mol
反应Ⅱ．SO2Cl2(g)+SCl2(g)⇌2SOCl2(g) Δ H 2=−5.6kJ/mol
由盖斯定律，反应I+反应Ⅱ得反应：SO2(g)+Cl2(g)+SCl2(g)⇌2SOCl2(g)
Δ H = (-471.7kJ/mol)+ (-5.6kJ/mol)=-477.3kJ/mol，反应为放热的熵减反应，则低温下利于反应自
发进行；
（2）①反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，二氧化硫转化率降低，由图，则T2>T1，温度升高反
应速率增大，则正反应速率：v 正(b) <v 正(d)；平衡常数受温度影响，反应为放热反应，升高温度，平衡逆
向移动，平衡常数减小，温度T2>T1，则在a、c 和p 点中，对应平衡常数K a、K c和K p由大到小的顺序为
K a>K p>K c；
②在密闭反应器中充入1molSO2和2.6molCl2发生反应I，SO2转化率为60%，则反应0.6molSO2，由三段式：
则反应后总的物质的量为3.0mol，Q 点SO2Cl2的分压为40kPa× 0.6
3.0 =8kPa；
（3）密闭容器中充入一定量SO2Cl2(g)和N2(g)(不参与反应)发生反应I 的逆反应，
SO2Cl2(g)⇌
❑
❑
SO2(g)+Cl2(g)反应为气体分子数增大的反应，在一定温度和120kPa 恒压下进行反应，总压
不变，SO2Cl2(g)的物质的量分数增大，相当于反应体系增大压强，则平衡逆向移动，导致SO2Cl2(g)的平
衡转化率随着通入混合气体中SO2Cl2(g)的物质的量分数增大而减小；
（4）反应10min 后达到平衡，测得SCl2(g)的转化率为20%，此时压强为起始的0.8 倍，则反应SCl2(g)
0.1mol，平衡时总的物质的量减小1.5mol×(1-0.8)=0.3mol，反应Ⅱ为气体分子数不变的反应、反应I 为气体
分子数减小1 的反应，则反应氯气0.3mol，三段式为：
0~10min 内，用SCl2(g)表示的反应速率为0.1
5×10 mol/(L⋅min)=0.002mol/(L⋅min)，平衡时SO2Cl2、
SCl2、SOCl2分别为0.3mol-0.1mol=0.2mol、0.5mol-0.1mol=0.4mol、0.2mol，K 2= (
0.2
5 )
2
0.2
5 × 0.4
5
=0.5；
（5）由图，放电过程为原电池，正极总反应为在碘单质催化作用下，SOCl2得到电子发生还原反应，和锂
离子生成二氧化硫、硫单质、氯化锂：2SOCl2+4Li
++4e
-
I2
¿S+SO2+4LiCl
¿
。
4．（2024-2025 学年·四川泸州一模）丙烯(CH2=CHCH3)是合成高聚物的重要原料。由丙烷生产丙烯有以下
两种方法。
【方法I】丙烷直接脱氢制丙烯
反应I：C3 H8(g)⇌C3 H6 (g)+ H2(g) ΔH =+124 kJ⋅mol
−1
回答下列问题：
(1)反应I 在 (选填“高温”或“低温”)条件下能自发进行。
(2)为提高丙烯的产率，设计了一种管状反应器，工作原理如图所示。图中选择性透过膜透过的一种产物分
子X 是 ，该反应器能提高丙烯产率的原因是 。
(3)以下是在某催化剂上丙烷脱氢的反应历程图(*表示吸附在催化剂上，TS 表示过渡态)
研究表明C−H键的断裂是反应中的速控步骤(速率最慢的基元反应)，实验测得用CH3CD2CH3和CD3CD2CD3
(注：D 是氘，键能：C−D>C−H)进行反应的速率近似相等。据此可知，上述反应历程图中速控步骤基元
反应的方程式为 。图中对应的能量：TS1是 (选填①或②)，“C3H6+ H2”是
(选填③或④)。
【方法Ⅱ】CO2氧化丙烷脱氢制丙烯
除发生反应I 外，投入CO2还会发生反应Ⅱ：CO2(g)+ H2(g)⇌CO (g)+ H2O (g)
(4)已知：C (s)+CO2(g)⇌2CO (g) ΔH =+172.5kJ⋅mol
−1
则计算反应Ⅱ的ΔH = kJ⋅mol
−1。
(5)在压强为P kPa 条件下，下图分别是1mol 丙烷单独投料和丙烷、CO2各1mol 一起投料时，丙烷的平衡转
化率随温度变化的曲线。温度为900K 时，由图计算反应I 的压强平衡常数Kp= kPa；900K 投
入CO2
时，发生反应I 和II，计算CO2
的平衡转化率a(CO2)= %(保留一位小数)。
【答案】(1)高温
(2) H2 H2透过膜层再经Ar 吹扫，使H2脱离平衡体系，平衡正向移动，丙烯的产率提高
(3) C3 H8
∗=(CH3CHCH3)
∗+ H
∗
①
③
(4)+ 41.2
(5) 9
16 P 40.6
【详解】（1）反应I 的ΔH＞0、ΔS＞0，反应能自发进行的条件是ΔH－T ΔS＜0，则在高温条件下
自发进行；
（2）该反应器能提高乙烯的产率，则反应Ⅰ平衡正向移动，通过减小H2的浓度即可实现，故X 为H2；提
高丙烯产率的原因是H2透过膜层再经Ar 吹扫，使H2脱离平衡体系，平衡正向移动，丙烯的产率提高；
（3）C−H键的断裂是反应中的速控步骤，则C−H键断裂的基元反应是C3H8
∗=(CH3CHCH3)
∗+ H
∗；该步骤
为控速步骤，则对应的TS1 垒能最高，故TS1 对应的是①；总反应为吸热反应，C3H6+ H2的能量高于C3H8，
对应的是③；
（4）已知反应A：C (s)+CO2(g)⇌2CO (g) ΔH =+172.5kJ⋅mol
−1
反应B：C (s)+ H2O (g)⇌CO (g)+ H2(g) ΔH =+131.3kJ⋅mol
−1
根据盖斯定律可知，反应A－反应B 即可得到目标反应，则ΔH =+172.5kJ⋅mol
−1－131.3kJ⋅mol
−1=
+ 41.2 kJ⋅mol
−1；
（5）压强恒定为P kPa，单独投料与混合投料相比，单独投料1molC3H8的分压为P kPa，混合投料时，
1molC3H8的分压为0.5P kPa，则单独投料相当于加压，平衡逆向移动，C3H8的转化率相对较低，即900℃
时，C3H8的转化率为60%，列三段式有：
C3 H8(g)
⇌
C3 H6 (g)
+
H2(g)
初始mol
1
¿0
¿
¿
0.6¿¿0.6¿¿0.6¿平衡mol¿0.4 ¿¿0.6¿¿0.6¿，则p(H2)=
0.6
1.6 ×PkPa、p(C3H6)= 0.6
1.6 ×PkPa、p(C3H8)=0.6
1.6 ×PkPa，Kp=
0.6
1.6 ×PkPa× 0.6
1.6 ×PkPa
0.4
1.6 ×PkPa
= 9
16 PkPa；
900K 投入CO2时，发生反应I 和II，C3H8的转化率为80%，列三段式有
C3 H8(g)
⇌
C3 H6 (g)
+
H2(g)
初始mol
1
¿0
¿
¿
0.8¿¿0.8¿¿0.8¿平衡mol¿0.2¿¿0.8¿¿0.8¿
CO2(g)
+
H2(g)
⇌
CO (g)
+
H2O (g)
mol
初
始
1
¿0.8
¿0
¿
mol
变
化
¿
¿x¿¿x¿¿x¿
mol
平
衡¿1−x¿¿0.8−x ¿¿x¿¿x¿，
则平衡时，气体总物质的量是(0.2+0.8+1－x+0.8－x+2x)=2.8mol，
0.8－x
2.8
×PkPa× 0.8
2.8 ×PkPa
0.2
2.8 ×PkPa
= 9
16 P
kPa，解的x=0.40625，则a(CO2)= 0.40625
1
×100 %≈40.6%。
5.（2024-2025 学年·四川绵阳一模）．Co基活性炭催化CH4−CO2重整不仅可获得合成气(CO与H2)，还能同
时消耗两种温室气体，回答下列问题：
(1)CH4−CO2重整反应为CH4 (g)+CO2(g)=2CO (g)+2H2(g) Δ H 1>0，相关物质的燃烧热数值如下表所示：
物质
CH4 (g)
CO (g)
H2(g)
燃烧热Δ H /(kJ⋅mol
−1)
a
b
c
该催化重整反应的Δ H 1= kJ⋅mol
−1(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T ℃，总压为5.0 MPa，在密闭容器中加入1molCH4与2molCO2及催化剂进行重整反应，达
到平衡时CO的体积分数为20 %，CH4的平衡转化率为 ，平衡常数K p= (MPa)2。
(3)常压条件下，将等物质的量的CH4与CO2充入密闭容器，同时存在以下反应：
①CH4 (g)+CO2(g)=2CO (g)+2H2(g) ΔH1
②CH4 (g)=C (s)+2H2(g) Δ H =+75kJ⋅mol
−1
③CO2(g)+ H2(g)=CO (g)+ H2O (g) Δ H =+ 41kJ⋅mol
−1
④2CO (g)=C (s)+CO2(g) Δ H =−172kJ⋅mol
−1
反应达平衡时混合气体的组成如图，曲线m和n中，表示CO的是 。在900℃之前，m曲线明显处于
表示H2的曲线上方，原因是 。
(4)以Co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．C−C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
【答案】(1) (a-2b-2c) 低压
(2) 37.5% 0.55
(3) m 温度低于900℃时， 温度升高有利于反应③正向移动，反应③既消耗H2，又生成CO
(4) 4H2+2CO→
Co CH2=CH2+2H2O b
【详解】（1）由CH4 (g)、CO (g)、H2(g)的燃烧热数值可知①CH4 (g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O (l)
Δ H 1=akJ⋅mol
−1；②CO (g)+1
2 O2(g)=CO2(g) Δ H 2=bkJ⋅mol
−1；③H2(g)+1
2 O2(g)=H2O (l)
Δ H 3=ckJ⋅mol
−1；由盖斯定律①-2×
-2×
②
③可得CH4 (g)+CO2(g)=2CO (g)+2H2(g) ΔH1=(a-2b-2c)
kJ⋅mol
−1；该反应是气体体积增大的反应，从热力学角度考虑，有利于合成气生成的条件是低压。
（2）根据已知条件列出“三段式”
达到平衡时CO 的体积分数为2x
3+2x =20%，解得x=0.375mol，CH4的平衡转化率为0.375mol
1mol
×100%
=37.5%，因控制总压为5.0MPa，则平衡常数K p=(
0.75
3.75 ×5MPa)
2
×(
0.75
3.75 ×5MPa)
2
1.625
3.75 ×5MPa×0.625
3.75
×5MPa
=0.55(MPa)
2。
（3）由盖斯定律可知，反应②-反应④可得反应①CH4 (g)+CO2(g)=2CO (g)+2H2(g)
ΔH1=+75kJ⋅mol
−1+172kJ⋅mol
−1=+247kJ⋅mol
−1，反应①和反应③是吸热反应，反应④是放热反
应，升高温度反应①和反应③正向移动，反应④逆向移动，CO 的体积分数增大，则表示CO 的是m，
900℃之前，m 曲线明显处于表示H2的曲线上方，原因是：温度低于900℃时， 温度升高有利于反应③正
向移动，反应③既消耗H2，又生成CO。
（4）根据图示，利用该反应机制合成乙烯的化学方程式为：4H2+2CO→
Co CH2=CH2+2H2O。
a．根据图示，反应物吸附过程断裂了H-H 非极性键和碳氧极性键，a 错误；
b．根据图示，C−C偶联过程中只形成C-C 非极性键，b 正确；
c．根据图示，整个反应过程中有O-H 极性键生成，c 错误；
故选b。
6．（2024-2025 学年·四川南充一模）合成氨是化学工业的重要基础，我国以天然气为原料合成氨。
【原料气的制取】以甲烷为原料制取氢气。
反应①：CH4+ H2O (g)⇌
❑
❑
CO+3 H2
反应②：CO+ H2O (g)⇌
❑
❑
CO2+ H2
(1)实验测得反应①、②的平衡常数对数与温度的关系如图1，可以判断反应①为 (填“吸热”或
“放热”)反应。
(2)当原料气中n(H2O):n(CH4)为定值时，影响甲烷平衡转化率的因素有温度和压强，如图2 所示。从热力
学角度分析，甲烷转化反应，宜选择_____。
A．低温高压
B．高温低压
C．高温高压
D．低温低压
(3)在恒温恒压条件下，当原料气中n(H2O):n(CH4)=3时，该温度下平衡时甲烷的体积分数为10 %，则甲烷
的转化率为 。
【氨气的合成】工业合成氨的原理为：N2(g)+3 H2(g)⇌
❑
❑
2NH3(g) Δ H =−92.4 kJ⋅mol
−1。
(4)结合以下键能数据，估算N ≡N的键能为 kJ⋅mol
−1。
化学键
H−H
N−H
E/(kJ⋅mol
−1)
436
391
(5)在合成塔中使用某催化剂时，合成氨的净速率方程可表示为：
v (NH3)=k1 p(N2)[
p
3(H2)
p
2(NH3)]
0.5
−k2[
p
2(NH3)
p
3(H2) ]
0.5
，(“k1”“k2”为正、逆反应速率常数)。
①该反应的平衡常数K p= (用含“k1”“k2”的式子表示)。
②按照一定氮氢比投料，当控制氮气的转化率不变时，反应速率并不是随温度的升高而单调地增大，如图
3 所示。结合上述速率方程分析其原因为 。
③当反应速率达到最大时的温度(图3 中T0)称为最适宜温度，图4 中两条曲线是在20 MPa下，最适宜温度
或平衡温度分别与体系中氨气体积分数之间的关系曲线，则 (填“a”或“b”)曲线为平衡温度曲线。
【答案】(1)吸热
(2)B
(3)50%
(4)945.6
(5) k1
k2
低温时，升温对k1影响大于k2影响，高温时，升温对k2影响大于k1影响，使反应速率随
温度升高先增大后减小 b
【详解】（1）由图1 可知，横坐标为T-1，反应①对应的曲线升高温度，lgK 增大，K 也增大，反应①为吸
热反应；
（2）由图可知，其他条件相同时，压强越大甲烷平衡体积分数越大，温度越高甲烷平衡体积分数越小，
要使甲烷平衡转化率提高，即要使甲烷平衡体积分数减小，应该选择高温低压，答案选B；
（3）原料气中n(H2O):n(CH4)=3时，设水的物质的量为3mol，甲烷的物质的量为1mol，甲烷的反应为
xmol，则有
1−x
1−x +3−x + x +3 x ×100 % =10 %，x=0.5，甲烷的转化率为0.5mol
1mol ×100 % =50 %；
（4）根据反应N2(g)+3 H2(g)⇌
❑
❑
2NH3(g) ΔH=−92.4 kJ⋅mol
−1，设氮氮三键键能为xkJ/mol，反应热
△H=反应物总键能-生成物总键能=xkJ/mol+3×436kJ/mol-6×391kJ/mol=-92.4kJ·mol-1，解得x=945.6；
答案为：945.6；
（5）①达到平衡时，正逆反应速率相等，合成氨的净速率为0，即
v(NH3)=k1p(N2)[
p
3(H2)
p
2(NH3)]
0.5
-k2[
p
2(NH3)
p
3(H2) ]
0.5
=0，k1p(N2)[
p
3(H2)
p
2(NH3)]
0.5
=k2[
p
2(NH3)
p
3(H2) ]
0.5
，
k1
k2
=
p
2(NH 3)
p(N 2) p
3(H 2)
，又Kp=
p
2(NH 3)
p(N 2) p
3(H 2)
，则Kp=k1
k2
；
②由速率方程可知，k1增大反应速率增大，k2增大反应速率减小，随着温度的升高，k1、k2均增大，按照
一定氮氢比投料，当控制氮气转化率不变时，反应速率并不是随温度的升高而单调地增大，其原因为：低
温时，升温对k1影响大于k2影响，高温时，升温对k2影响大于k1影响，使反应速率随温度升高先增大后
减小；
③最适宜温度高于平衡温度，反应放热，温度低有利于平衡正向移动，氨气的体积分数大，故b 曲线为平
衡温度曲线。
7．（2024-2025 学年·四川内江一模）采用高效催化剂将二氧化碳加氢制备甲醇是我国科学家研发的重要课
题。回答下列问题。
(1)主反应：CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-48.7kJ/mol
副反应：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH=+41.3kJ/mol
则利用CO与H2合成气态甲醇的热化学方程式为 。
(2)在一定条件下，将1mol CO2和3mol H2充入密闭容器中在高效催化剂作用下反应（只考虑主反应），当
改变某一外界条件（温度或压强）时，CH3OH平衡时体积分数φ(CH3OH)变化趋势如图所示：
①图中Y 轴表示 （填“温度”或“压强”）；X 轴上a 点的数值比b 点 （填“大”
或“小”）。
②平衡时，M 点CH3OH的体积分数为25 %，容器的体积为1
3 L，则CO2的转化率为 ，平衡常数K=
（精确到小数点后二位）。
(3)将CO2和H2按物质的量比1:3混合，以固定流速通过盛放高效催化剂的反应器，在相同时间内，不同温
度下的实验数据如图所示。
①催化剂活性最好的温度为 （填字母标号）。
A．483K B．503K C．523K D．543K
②温度由523K升到543K，CO2的平衡转化率和CH3OH的实验产率均降低，解释原因： 。
【答案】(1)CO (g)+2H2(g)=CH3OH (g) △H=-90 kJ/mol
(2) 温度 小 66.67% 0.15
(3) C 主反应为放热反应，副反应为吸热反应，温度由523K 升到543K，主反应逆向移动，副反
应正向移动，导致CO2的平衡转化率和CH3OH的实验产率均降低
【详解】（1）CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-48.7kJ/mol，②
CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH=+41.3kJ/mol，由盖斯定律 ①-②得CO (g)+2H2(g)=CH3OH (g)
△H=(-48.7-41.3)= -90 kJ/mol；
（2）①由CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-48.7kJ/mol可知，该反应是气体体积减小的放
热反应，根据图示信息，随着Y 值的增加，CH3OH 的体积分数φ(CH3OH)减小，平衡向逆反应方向进行，
故Y 表示温度，X 表示压强，增大压强平衡正向移动，X 轴上a 点的数值比b 点小；
②平衡时，M 点CH3OH 的体积分数为25%，容器的体积为1
3 L，则
CO2(g)
+
3H2(g)
⇌
CH3OH(g)
+
H2O(g)
起始量(mol)
1
¿3
¿0
¿
变化量(mol)
¿
¿3x¿¿x¿¿x¿平衡量(mol)¿1-x¿¿3-3x¿
CH3OH(g)的体积分数=CH3OH(g)的物质的量分数，即xmol
(1-x)mol+(3-3x)mol+xmol+xmol ×100 %=25%，
解之，x=2
3 mol，则CO2的转化率为
2
3 mol
1mol
×100%=66.67%，平衡常数K=c(CO2)c
3(H2)
c(CH3OH)c(H2O)
=
2
3 mol
1
3 L
×
2
3 mol
1
3 L
1
3 mol
1
3 L
×(
1mol
1
3 L )
3
= 4
27 ≈0.15；
（3）①当温度523K 时，CO2的实验转化率和CH3OH 的实验产率最高，说明此温度下催化剂活性最好，
故选C；②主反应为放热反应，副反应为吸热反应，温度由523K 升到543K，主反应逆向移动，副反应正
向移动，导致CO2的平衡转化率和CH3OH的实验产率均降低；
8．（2024-2025 学年·四川自贡一模）随着我国2060 年实现碳中和目标的提出，CO2的资源化利用对于碳中
和目标的实现具有非常重要的现实意义。回答下列问题：
Ⅰ．将CO2和H2在催化剂作用下实现二氧化碳甲烷化是有效利用CO2资源的途径之一：
①CO2(g)+ 4 H2(g)⇌CH4(g)+2H2O(g) Δ H1=−164.9kJ⋅mol
−1
②CO2(g)+ H2(g)⇌CO(g)+ H2O(g) ΔH2=+ 41.2kJ⋅mol
−1
③CO(g)+3 H2(g)⇌CH4(g)+ H2O(g) ΔH3
(1)经计算，反应③在 （填“高温”、“低温”、“任何条件”）下可自发进行。
(2)一定温度条件下，利用不同催化剂，在相同反应时间内，测得产物的生成速率与催化剂的关系如图，则
有利于获得甲烷的催化剂是 。
(3)在某温度下，向恒容密闭容器中充入1molCO2和4molH2，初始压强为5p0kpa，上述反应达平衡时，
p(CO)=akpa，p(CO2)=bkpa，则CH4的选择性= [CH4的选择性=n生成(CH4)
n转化(CO2)
×100 %，用含p0、
a、b 的代数式表示，下同]，该温度下反应②的化学平衡常数Kp= 。
Ⅱ．光催化CO2也可以制备甲醇、甲烷等燃料，反应原理示意图如下图所示：
(4)下列描述正确的是__________。
A．H
+由a 区向b 区移动
B．b 区电极反应为2H2O−4e
−=O2↑+ 4 H
+
C．CH4是氧化产物
D．该装置实现了电能转化为化学能
(5)写出a 区的电极反应式 。
(6)以CO2催化加氢合成的甲醇为原料，在催化剂作用下可以制取丙烯，反应的化学方程式为
3CH3OH(g)⇌C3 H6(g)+3 H2O(g)。该反应Arrhenius经验公式的实验数据如图中自线a 所示，已知
Arrhenius经验公式R ln k=−Ea
T
+C，（Ea为活化能，k 为速率常数。R 和C 为常数）。当改变外界条件
时，实验数据如图②中的曲线b 所示，则实验可能改变的外界条件是 。
【答案】(1)低温
(2)Cat4
(3) p0-b-a
p0-b
×100 % a(2p0-2b-a)
b(3a+4b)
(4)B
(5)CO2+8e
-+8H
+=CH4+2H2O
(6)使用更高效的催化剂
【详解】（1）由盖斯定律可知反应③=反应①-反应②，则ΔH3=
Δ H1−Δ H2=−164.9kJ⋅mol
−1−(+ 41.2kJ⋅mol
−1)=−206.1kJ⋅mol
−1，反应③ΔS<0，则反应在低
温下可自发进行；
（2）由图可知使用催化剂Cat4 时，生成甲烷的速率最大，其生成CO 的速率最小，则催化剂Cat4 有利于
获得甲烷；
（3）初始时充入1molCO2和4molH2，初始压强为5p0kpa，即CO2初始分压为p0kPa，H2初始分压4p0kPa，
反应达平衡时：p(CO)=akpa，p(CO2)=bkpa，CO2的转化量为：(p0-b) kPa，根据碳原子守恒，p(CH4)=
(p0-b-a) kPa，则CH4的选择性：(p0-b-a)kPa
(p0-b)kPa ×100 %=p0-b-a
p0-b
×100 %；根据氧原子守恒，平衡时
p(H2O)= (2p0-2b-a) kPa，根据氢原子守恒，平衡时p(H2)=[4 p0- (2p0-2b-a) -2(p0-b-a)]kPa=(3a+4b) kPa，则该
温度下反应②的化学平衡常数Kp=a(2p0-2b-a)
b(3a+4b)
；
（4）根据装置可知，二氧化碳在a 区电极得电子被还原为甲烷，酸性环境下，阴电极反应：
CO2+8e
-+8H
+=CH4+2H2O，b 区发生反应：2H2O−4e
−=O2↑+ 4 H
+；
A．H
+向阴极移动，即从b 区向a 区移动，故A 错误；
B．由以上分析可知，b 区电极反应为2H2O−4e
−=O2↑+ 4 H
+，故B 正确；
C．二氧化碳在a 区电极得电子被还原为甲烷，则甲烷是还原产物，故C 错误；
D．该装置实现了光能转化为化学能，故D 错误；
故选：B。
（5）二氧化碳在a 区电极得电子被还原为甲烷，酸性环境下，阴电极反应：CO2+8e
-+8H
+=CH4+2H2O；
（6）从该公式可以看到，活化能Ea就是直线斜率的相反数；直线b 相比直线a，斜率的相反数减小，也就
是活化能降低，所以改变的外界条件是使用更高效的催化剂。
9．（2024-2025 学年·四川遂宁中学校一模）在航天服、航天器、空间站等密闭系统中，CO2浓度过大，会
导致呼吸急促、头晕头痛、昏迷甚至死亡，以下是清除CO2的两种方式，据此回答下列问题：
(1)“Sabatier反应”实现了CO2甲烷化，科技人员基于该反应设计如图过程完成空间站中CO2与O2的循环，
从而实现O2的再生。
①在特定温度下，由稳定态单质生成1mol化合物的焓变叫做该物质在此温度下的标准摩尔生成焓。表中为
几种物质在298K的标准生成焓。
物质
CO2(g)
CH4(g)
H2O(g)
H2(g)
标准摩尔生成焓
−393.51 −74.85 −241.82
0
/(kJ⋅mol
−1)
则Sabatier反应CO2(g)+ 4 H2(g)⇌CH4(g)+2H2O(g) ΔH = kJ⋅mol
−1。
②有利于提高Sabatier反应的转化率的措施有 、 。
③一定条件下，CH4分解形成碳的反应历程如图所示，决速步骤的反应方程式为 。
(2)航天员呼吸产生的CO2还可以利用Bosch反应：CO2(g)+2H2(g)⇌C(s)+2H2O(g)代替Sabatier反应。
在一容积可变的密闭容器中充入10 molCO2和20 molH2，容积的初始体积为3L，CO2的平衡转化率(α)与
温度(T)压强(p)的关系如图所示：
①压强p1 p2(填“>”“<”或“=”)。
②温度T2、p2下，该反应的平衡常数K= (mol⋅L
−1)
−1。该反应在A、B、C 三点条件下的平
衡常数KA、KB、KC的大小关系为： 。
【答案】(1) -164.98 降低温度 增大压强 CH+3 H→C+ 4 H
(2) < 0.5 KA=KB>KC
【详解】（1）①由题干可知，
ⅰC(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-393.51kJ/mol；
ⅱC(s)+2H2(g)=CH4(g) ΔH=-74.85kJ/mol；
ⅲH2(g)+1
2
O2(g)=H2O(g) ΔH=-241.82kJ/mol；
方程式ⅱ-ⅰ+2×ⅲ得到： CO2(g)+ 4 H2(g)⇌CH4(g)+2H2O(g)，故ΔH=-74.85kJ/mol-(-393.51kJ/mol)
+2(-241.82kJ/mol)=-164.98kJ/mol；
②Sabatier为放热反应，升高温度，平衡逆向进行；该反应为气体分子数减小的反应，增大压强，平衡
向着正向进行，则有利于提高该反应的转化率的措施有降低温度、增大压强。
③反应活化能越大，反应速率越慢，慢反应为整个过程的决速步，则决速步为：CH+3 H→C+ 4 H。
（2）①增压CO2(g)+2H2(g)⇌C(s)+2H2O(g)右移，温度相同的情况下，CO2在p1的转化率低于在p2
的转化率，说明p1＜p2。
②温度T2、p2下，CO2的转化率为0.5，则存在三段式：
由于容积可变，则反应后的容积为V=3L
30mol ×25 mol=2.5L，平衡常数K=c
2(H2O)
c
2(H2)⋅c(CO2)
=
(10
2.5 )
2
(10
2.5 )
2
×(5
2.5 )
=0.5；同一压强下，随着温度升高，B 到C 点，CO2的转化率降低，温度升高平衡逆向进
行，说明该反应为放热反应，K 受温度影响，T2＞T1，KC＜KB，A、B 在同一温度下，平衡常数相同，故
KA=KB＞KC。
10．（2024-2025 学年·四川遂宁射洪学校一模）我国南海蕴藏大量的可燃冰(天然气水合物，可用
CH4·xH2O 表示)资源。开采利用可燃冰，有助于解决人类面临的能源危机。请回答下列问题：
(1)可燃冰在一定条件下能够释放出CH4气体，该条件是_______(填标号)。
A．高温
B．低温
C．高压
D．低压
(2) CH4分解可获得炭黑和氢气，反应为CH4(g)=C(s)+2H2(g)ΔH=akJ×mol
-1，已知：CH4(g)、H2(g)和
C(s)的标准燃烧热Δ H分别为−890.3kJ⋅mol
−1、−285.8kJ⋅mol
−1和−393.6kJ⋅mol
−1。
①标准状况下，5.6m3CH4完全燃烧生成CO2g(g)和H2O(l)时放出 kJ 热量(计算结果保留4 位有效数
字)。
②a= 。
(3)向压强恒为pMPa、初始体积为V L的容器中加入4.5 molCH4(g)，在电弧炉的作用下发生分解反应制取
C2H2(g)，反应的化学方程式为2CH4(g)
电弧炉
¿C2H2(g)+3 H2(g)
¿
。达到化学平衡状态时，测得CH4(g)、
C2H2(g)和H2(g)的物质的量分别为2mol、1mol和4mol，且容器体积变为14
9
VL。
①该反应中C2H2的产率为 。
②出料中C2H2和H2的物质的量之比并不等于1：3，可能的原因是 。
③该条件下，反应的压强平衡常数Kp= MPa
2(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量
分数)。
(4)若以甲烷为燃料，以熔融碳酸盐(如K2CO3)为电解质构成燃料电池。则电池工作时，负极的电极反应式
为 。
【答案】(1)AD
(2) 2.226×10
5 74.9
(3) 44.4% 该反应存在副反应 16
49 p
2
(4)CH4−8e
−+ 4 CO3
2−=5CO2+2H2O
【详解】（1）可燃冰是甲烷气体在高压低温条件下形成的固体物质，则可燃冰分解为CH4气体的条件相
反，为高温低压，有利于气体逸出，故答案为：AD；
（2）①根据CH4(g)的标准燃烧热计算可知，标准状况下，5.6m3完全燃烧生成CO2(g)和H2O(1)时放出的
热量为5600L×890.3kJ⋅mol
−1
22.4 L⋅mol
−1
=2.226×10
5kJ，故答案为：2.226×10
5；
②由题意可知：CH4(g)+2O2(g)=2H2O(l)+CO2(g)ΔH1=-890.3kJ×mol
-1；H2(g)+
1
2 O2(g)=H2O(l)ΔH2=-285.8kJ×mol
-1；C(s)+O2(g)=CO2(g)ΔH3=-393.6kJ×mol
-1；则
CH4(g)=C(s)+2H2(g)ΔH=ΔH1-2ΔH2-ΔH3=-890.3kJ×mol
-1-(-285.8kJ×mol
-1)
×2−(−393.6 kJ⋅mol
−1)=74.9kJ⋅mol
−1，则a=74.9，故答案为：74.9；
（3）①由题中所给数据计算可知C2H2的产率为
1mol
4.5 mol× 1
2
×100 % = 44.4 %，故答案为：44.4%；
②出料中C2H2和H2的物质的量之比并不等于1：3，可能的原因是该反应存在副反应，故答案为：反应存在
副反应；
③根据容器的体积变化可知，达到化学平衡状态时，气体的总物质的量为7mol，则CH4(g)、C2H2(g)和
H2(g)的分压分别为2
7 pMPa、1
7 pMPa和4
7 pMPa，因此，该条件下，反应的压强平衡常数
Kp=
1
2 p×(
4
7 p)
3
(
2
7 p)
2
=16
49 p
2MPa
2，故答案为：16
49 p
2；
（4）以熔融碳酸盐(如K2CO3)为电解质的甲烷燃料电池工作时，负极发生氧化反应，即通入CH4 的一极为
负极，该电极反应式为CH4
−8e
−+ 4 CO3
2−=5CO2+2H2O，故答案为：CH4
−8e
−+ 4 CO3
2−=5CO2+2H2O。
11．（2024-2025 学年·四川眉山东坡区一模）随着我国碳达峰、碳中和目标的确定，二氧化碳资源化利用
倍受关注。
I.以CO2和NH3为原料合成尿素2NH3(g)+CO2(g)⇌ CO(NH2)2(s)+H2O(g) ∆H= -87 kJ/mol。
(1)有利于提高CO2平衡转化率的措施是_______(填序号)。
A．高温低压
B．低温高压
C．高温高压
D．低温低压
(2)研究发现，合成尿素反应分两步完成，其能量变化如下图甲所示：
第一步： 2NH3(g)+CO2(g)⇌NH2COONH4(s) ∆H1
第二步：NH2COONH4(s) ⇌CO(NH2)2(s)+H2O(g) ∆H2
①图中ΔE= kJ/mol。
②反应速率较快的是 反应(填“第一步”或“第二步”)，理由是 。
II.以CO2和CH4催化重整制备合成气： CO2(g)+CH4(g) 2CO(g)+ 2H2(g)。
(3)在密闭容器中通入物质的量均为0.2 mol 的CH4和CO2，在一定条件下发生反应CH4(g) +CO2 (g)⇌ 2CO
(g)+2H2(g)，CH4的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图乙所示。
①若反应在恒温、恒容密闭容器中进行，下列叙述能说明反应到达平衡状态的是 (填序号)。
A 容器中混合气体的密度保持不变 B．容器内混合气体的压强保持不变
C．反应速率： 2v 正(CO2)=v 正 (H2) D．同时断裂2molC- H 键和1 molH-H 键
②由图乙可知，压强P1 P2 (填“>”“<”或“=”，下同)； Y 点速率v 正 v 逆。
③已知气体分压=气体总压x 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，则X
点对应温度下的Kp= (用含P2的代数式表示)。
III. 电化学法还原二氧化碳制乙烯
在强酸性溶液中通入二氧化碳，用惰性电极进行电解可制得乙烯，其原理如图丙所示：
(4)阴极电极反应式为 ，该装置中使用的是 (填“阴”或“阳”)离子交换膜。
【答案】(1)B
(2) +72.5 第一步 第一步的活化能小
(3) BD < > 4
9 P2
2
(4) 2CO2+12e-+12H+=C2H4+4H2O 阳
【分析】（1）根据结合反应热和气体物质的量关系运用平衡移动原理分析平衡移动对转化率的影响。
（2）根据图象分析反应热的正负，根据速率与活化能的关系进行分析；
（3）根据平衡状态的判断依据进行分析，并根据三段式计算平衡常数。
（4）结合溶液的酸碱性进行分析电极反应的书写，并根据电极反应分析离子交换膜的类型。
【详解】（1）A. 高温低压，平衡逆向移动，不能提高二氧化碳平衡转化率，错误；B. 低温高压，平衡
正向移动，能提高二氧化碳的平衡转化率，正确；C. 高温高压平衡不能确定移动方向，错误；D. 低温低
压不能确定移动方向，错误。故选B
（2）①图中ΔE 为第二步反应的反应热，故ΔE=∆H2=∆H-∆H1=（-87+159.5）kJ/mol=+72.5kJ/mol。
②反应速率较快的是第一步，理由是第一步反应的活化能小。
（3）①A.反应中全为气体物质，容器中混合气体的密度始终保持不变，故不能说明反应到平衡，错误；
B. 反应前后气体的总物质的量不同，故容器内混合气体的压强保持不变能说明反应到平衡，正确；C.反应
速率： 2v 正(CO2)=v 正 (H2)不能说明正逆反应速率相等，不能说明到平衡；D.同时断裂2molC- H 键和1
molH-H 键能说明正逆反应速率相等，说明反应到平衡。故选BD。
②结合反应，压强增大，平衡逆向移动，甲烷的转化率降低，故图乙可知，压强P1<P2； Y 点甲烷的转化
率低于平衡时，故速率v 正> v 逆。
③
CH4(g)
+
CO2(g)
⇌
2CO (g)
+
2H2(g)
起始物质的量
0.2
¿0.2
¿0
¿
改变物质的量
¿
0.1
¿0.2
¿0.2
¿
平衡时物质的量¿0.1¿¿0.1¿¿0.2¿¿0.2¿
平衡时总物质的量为0.1+0.1+0.2+0.2=0.6，则平衡时甲烷的平衡分压为0.1
0.6 P2 ，二氧化碳的平衡分压为
0.1
0.6 P2，一氧化碳的平衡分压为0.2
0.6 P2，氢气的平衡分压为0.2
0.6 P2，则X 点对应温度下的Kp=
( 0.2
0.6 P2)
2
×( 0.2
0.6 P2)
2
0.1
0.6 P2× 0.1
0.6 P2
=❑
❑ 4
9 P2
2
（4）连接电源负极的一极为阴极，阴极电极反应式为2CO2+12e-+12H+=C2H4+4H2O ，因为阳极室中的氢
离子需要进入阴极室，故该装置中使用的是阳离子交换膜。
12．（2024-2025 学年·大数据教学联盟一模）利用太阳能光催化分解水制H2，再用制备的H2还原CO2生成
化工原料CH3OH，可实现化工生产的节能减排。回答下列问题：
Ⅰ．某种过渡金属硫化物光催化分解水制H2的原理如图。
已知：可见光在催化剂表面可产生电子(e
−)和带正电荷的空穴(h
+)。
(1)光催化分解水时，能量的转化形式为 。
(2)H2O发生的电极反应式为 。h
+在反应过程中体现了 (填“氧化性”或“还原
性”)。
Ⅱ．工业上用CO2和H2制备CH3OH的原理如下：
①CO2(g)+3 H2(g)=CH3OH (g)+ H2O (g) Δ H 1=−49.5kJ⋅mol
−1
②CO2(g)+ H2(g)=CO (g)+ H2O (g) Δ H 2=+ 41.2kJ⋅mol
−1
(3)反应CO (g)+2H2(g)=CH3OH (g)的Δ H = kJ⋅mol
−1。
(4)其他条件相同时，测得不同压强下，CO2的平衡转化率随温度的变化关系如图所示。
P1
、
P2
、
P3
的大小顺序为 。
T 1
时，发生的反应以 (填
“反应①”或“反应②”)为主，分析图，判断的依据是 。
(5)其他条件相同时，CO2转化率或CH3OH选择性(生成CH3OH的物质的量与CO2转化的物质的量的比值)随温
度的变化关系如图所示。220℃时，CH3OH的产率为 。工业生产中制备CH3OH的温度为200～
280℃，原因是 。
【答案】(1)光的能量转化为电能，最后以化学能储存起来
(2) 2H2O+2e
−= H2↑+2OH
− 氧化性
(3)−90.7kJ⋅mol
−1
(4) P1> P2> P3 随温度升高归于一条，证明压强对平衡无影响 只有反应②为化学计量数不
变的反应，压强对平衡无影响，故以反应②为主
(5) 4.3％ 温度过低CO2转化率较小，温度过高CH3OH选择性较小；或者在200～280℃时，CO2转
化率较大，CH3OH选择性较高
【详解】（1）依据图中信息，可见光的能量转化为电能，最后以化学能储存起来；
（2）观察图中信息，可得出2H2O+2e
−= H2↑+2OH
−，图中乙醇生成乙醛体现还原性，故h+体现氧化性；
（3）根据盖斯定律，①-②可得目标方程式，则
Δ H = Δ H 1−Δ H 2=−49.5kJ⋅mol
−1−41.2kJ⋅mol
−1=−90.7 kJ⋅mol
−1；
（4）根据方程式可知，压强越大，CO2的平衡转化率越大，故P1> P2> P3；由图像可知，三条曲线随温度
升高归于一条，证明压强对平衡无影响，只有反应②为化学计量数不变的反应，压强对平衡无影响，故以
反应②为主；
（5）观察图3，220℃时，设投入CO2 的物质的量为x mol，CO2 转化率为10%，则转化CO2 的物质的量
为0.1x mol，生成CH3OH 的量为43%×0.1x mol=0.043x mol，理论上若x mol CO2 完全反应会生成x mol
CH3OH，实际上生成0.043x mol CH3OH，则CH3OH 的产率是，观察图3 可得出，温度过低CO2 转化率
较小，温度过高CH3OH 选择性较小，或者在200～280℃时，CO2 转化率较大，CH3OH 选择性较高。
