文档文本内容
专题10 化学反应原理综合题
1．（2025·天津宁河·一模）Ⅰ．“一碳化学”是以分子中只含一个碳原子的化合物(如CO2、CO、CH4等)
为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学。回答下列问题：
(1)二氧化碳加氢制甲醇过程中的主要反应为(忽略其他副反应)：
CO
①
2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH1=+41.2kJ·mol⁻¹ K1
CO(g)+2H
②
2(g)=CH3OH(g) ΔH2=-90.6kJ·mol⁻¹K2
③
K3
则
= kJ·mol-1，平衡常数K3= (用K₁、K₂ 表示)。
(2)在恒温恒容下，反应(
达平衡状态的标志是______(填序号)。
A．平衡常数K 保持不变
B．容器内气体的密度保持不变
C．
D．容器内混合气体平均相对分子质量不变
(3)欲提高反应
中甲醇的平衡产率，可采取的措施有______。
A．升高温度
B．增大体系压强
C．增加CO2的浓度
D．使用高效催化剂
(4)研究人员研究出一种方法，可实现水泥生产时CO2零排放，其基本原理如下图所示。温度小于900℃时
进行电解反应，碳酸钙先分解为CaO 和CO2，电解质为熔融碳酸钠，阳极的电极反应为
则阴极的电极反应为 。
Ⅱ．亚磷酸H3PO3是一种二元弱酸。常温下，已知H3PO3溶液中含磷粒子的浓度之和为0.1mol·L-1，溶液中
含磷粒子的物质的量分数(δ)与溶液pH 的关系如图所示。
(5)
(填数值)。
(6)
随溶液pH 的变化用曲线 (填“1”“2”或“3”)表示。
【答案】(1) -49.4 K1·K2
(2)CD
(3)BC
(4)3CO2+4e-=C+2CO
(5)10-1.43
(6)3
【详解】（1）
ΔH1=+41.2kJ·mol⁻¹ K1，
K2，
K3，依据盖斯定律，将反应①+②得，反应
ΔH3=(+41.2kJ·mol⁻¹)+(-90.6kJ·mol⁻¹)=-49.4 kJ∙mol-1，平衡常数
K3=K1·K2；
（2）A．平衡常数只与温度有关，恒温条件下K 一定不变，A 错误；
B．反应物和生成物均为气体，则气体总质量不变，容器恒容，则气体总体积不变，所以无论是否达到平
衡，容器内气体的密度都不变，B 错误；
C．反应中各物质的化学反应速率之比等于其化学计量数之比，平衡时，
，C 正确；
D．反应前后各物质都是气体，故气体总质量不变，该反应的正反应是气体物质的量减小的反应，混合气
体平均相对分子质量不变，即气体分子的物质的量不变，说明反应达到平衡，D 正确；
答案选CD；
（3）A．该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，甲醇产率降低，A 错误；
B．正反应方向为体积减小反应，增大压强平衡正向移动，甲醇产率升高，B 正确；
C．增加二氧化碳浓度，平衡正向移动，甲醇的产率升高，C 正确；
D．催化剂不影响平衡移动，对甲醇的产率无影响，D 错误；
答案选BC；
（4）温度小于900℃时进行电解反应，碳酸钙先分解为和CaO，电解质为熔融碳酸盐，熔融碳酸钠中的碳
酸根离子移向阳极，阴极得电子发生还原反应生成碳，则阴极的电极反应为3CO2+4e-=C+2CO
；
（5）②利用交叉点求算电离平衡常数，H3PO3
H++
Ka1=
=10-1.43；
（6）H3PO3是二元弱酸，发生电离：H3PO3
H++
，
H++
，随着溶液中的pH 逐渐增
大，H3PO3逐渐减小，
逐渐增大后又减小，
逐渐增大，
随溶液pH 的变化用曲线3。
2．（2025·河北唐山·一模）
二甲基甲酰胺(DMF)是一种常见的有机溶剂，高温易分解。一种
加氢偶合二甲胺制备DMF 的反应如下：
：
(g)+CO2(g)+H2(g)
(g)+H2O(g)
：
(g)+CO2(g)+3H2(g)
(g)+2H2O(g)
回答下列问题：
(1)反应
(g)+2H2(g)
(g)+H2O(g)
，该反应在 (填
“较高”“较低”或“任意”)温度下可自发进行。
(2)已知平衡常数K 仅与温度有关，且
(R 与C 为常数)，若升高温度，则
1(填“
”“
”或“
”)。
(3)DMA 在
催化剂表面不同位点的部分反应路径如图1 所示。
①在 位点上(填“
”或“
”，更有利于
与DMA 反应生成DMF。
②恒容条件下，下列说法正确的是 (填字母)。
a．
可以降低反应的焓变
b．混合气体密度保持不变，说明反应均达到平衡状态
c．适当增大压强，可提高DMA 的转化率
d．温度越高，DMF 的回收率越高
(4)300℃时，向
恒容密闭容器中加入
、
各
，
，含氮物种的物质的量随时间的
变化关系如图2 所示。
内，
的化学反应速率为
。若平
衡总压为
，反应的平衡常数
。(
为平衡分压代替平衡浓度的平衡常数，
平衡分压
总压该气体物质的量分数)
【答案】(1)
较低
(2)
(3)
c
(4) 0.06
【详解】（1）由盖斯定律得，反应Ⅲ由Ⅱ-Ⅰ得到，
；
，气体分子数减少
，温度较低时
，反应自发进行，故较低温度下可自发进
行；
（2）反应 Ⅰ 为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，
增大；反应 Ⅱ 为放热反应，升高温度，平衡
逆向移动，
减小。由
(R 与C 为常数)可知，
越大，改变相同温度
变化量越大，
越大，
更大，因此升温时
，即
；
（3）①由图知，Zn−O−Ti 位点能垒更低，更有利于
与DMA 反应生成DMF；
a
②：催化剂不改变焓变，错误；
b：恒容时气体密度始终不变，不能判断平衡，错误；
c：增大压强，反应向气体分子数减少方向移动，提高DMA 转化率，正确；
d：高温DMF 分解，回收率降低，错误；
故选c；
（4）①：由图知，
，DMA 消耗
，反应 Ⅰ 生成
，消耗
；反应
Ⅱ 消耗
，消耗
，总消耗
，速率
；
平衡时，
，
，
，
，
，
，总物质的量 4mol。
。
3．（2025·广东佛山·一模）乙酸乙酯是应用最广泛的脂肪酸酯之一。
(1)乙酸乙酯水解可用于制备化工原料。
①基态O 原子价层电子排布式为 。
②常温下，某CH3COONa 溶液pH=9，则c(CH3COOH)＋c(H＋)= mol·L-1。
③18O 标记的乙酸乙酯在NaOH 溶液中发生水解的部分历程如下：
已知
可快速平衡。
能量变化如图：
反应I、II、III、IV 中，表示乙酸乙酯在NaOH 溶液中水解的决速步是 ，总反应△H=
(用含E1、E2、E3、E4的代数式表示)，体系中含
18O 的微粒除A、B、D、E 外，还有 。
(2)反应CH3COOH(l)＋CH3CH2OH(l)
CH3COOCH3CH3(l)＋H2O(l)的∆H<0，∆S>0。
①反应 自发进行(选填“低温下”“高温下”“任意温度下”或“不能”)。
T℃
②
时，该反应平衡常数Kx=
=1，其中
，n(总)为平衡时乙醇、
乙酸、乙酸乙酯和水的物质的量之和。1mol 乙醇和1mol 乙酸充分反应后，乙酸的转化率为
(写出计算过程)。
(3)制备乙酸乙酯的实验中，常用饱和碳酸钠溶液收集产物。
CH3COOCH2CH3＋H2O＋Na2CO3
CH3COONa＋CH3CH2OH＋NaHCO3 K=7.03×105，理论上用饱和碳酸钠
溶液收集乙酸乙酯不合理。设计如下实验：
序号
操作
现象
i
取10mL 饱和NaOH 溶液(4.5mol·L-1)和5mL 乙酸乙酯混
合，加入2mL 乙醇，常温下振荡5min
混合液变澄清、透
明、均一
ii
取10mL 饱和Na2CO3溶液(pH=12.5)和5mL 乙酸乙酯混
合，加入2mL 乙醇并加热至90℃，振荡5min
混合液仍为乳浊
液，静置后分层
根据实验，用饱和Na2CO3溶液收集乙酸乙酯是合理的，其原因有：
①饱和Na2CO3溶液极性较大，乙酸乙酯在其中的溶解度比在NaOH 溶液中 (填“大”或
“小”)。
②从速率角度分析， 。
【答案】(1) 2s22p4 1×10−5 Ⅰ E1−E2+E3–E4 OH−、H2O、
(2) 任意温度下 50%
(3) 小 饱和碳酸钠溶液中c(OH-)小，反应速率慢
【详解】（1）①基态O 原子价层电子为其2s、2p 能级上的电子，其基态O 原子价层电子排布式为
2s22p4；
②常温下，某CH3COONa 溶液pH=9，溶液中存在电荷守恒c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(CH3COO-)、存在物料
守恒c(Na+)= c(CH3COO-)+c(CH3COOH)，所以存在c(CH3COOH)+c(H+)= c(OH-)=
mol/L=10-5mol/L；
③反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ中，反应所需活化能越大，反应速率越慢，慢反应为乙酸乙酯在NaOH 溶液中水解
的决速步，根据图知，反应Ⅰ为乙酸乙酯在NaOH 溶液中水解的决速步，总反应为A 生成D，则总反应
ΔH=E1-E2+E3-E4；体系中含
18O 的微粒除A、B、D、E 外，还有
18OH-、H2
18O、CH3CO18OH；
（2）①该反应ΔH＜0、ΔS＞0，该反应能自发进行，则ΔH-TΔS＜0，反应任意温度下自发进行；
②x(B)=
，n(总)为平衡时乙醇、乙酸、乙酸乙酯和水的物质的量之和，T℃时，该反应平衡常数Kx=
等于生成物物质的量幂之积与反应物物质的量幂之积的比，Kx=1；1mol 乙醇
和1mol 乙酸充分反应后，设乙酸的转化率为x，则达到平衡时消耗n(CH3COOH)=xmol；列三段式如下：
Kx=
=
=
=1，x=50%。
（3）①根据实验i 知，乙酸乙酯和NaOH 溶液、乙醇混合后常温下振荡，混合液变澄清、透明、均一，
说明溶液中不含乙酸乙酯；实验ii 中饱和碳酸钠溶液和乙酸乙酯、乙醇混合并加热，混合液仍为乳浊液，
静置后分层，说明混合溶液中还含有乙酸乙酯，饱和Na2CO3溶液极性较大，乙酸乙酯在其中的溶解度比
在NaOH 溶液中小；
②实验i 混合溶液碱性强、实验ii 混合溶液碱性弱，根据现象知，实验i 的反应速率大于实验ii，说明溶液
碱性越强，反应速率越快，饱和碳酸钠溶液中c(OH-)小，反应速率慢。
4．（2025·黑龙江哈尔滨·一模）含碳化合物的反应在化学工业中具有重要地位。回答下列问题；
(1)甲酸
可分解产生氢气，相关热化学方程式如下；
Ⅰ．
Ⅱ．
Ⅲ．
；
(2)在T℃时，向不同体积的恒容密闭容器中各加入
，发生反应Ⅲ，反应相同时间，测得各
容器中甲酸的转化率与容器体积的关系如图1，
其中n 点反应达平衡。m 点时
的体积分数为 (结果保留2 位有效数字)；
两点中，甲酸的
浓度；m p(填“>”，“<”或“=”)；该温度下该反应的平衡常数
(用含“
”“
”或“
”的表达式表示)；
。
(3)工业上常用氯苯
和硫化氢
在特定催化剂条件下反应来制备苯硫酚
，但会有
副产物苯
生成。
Ⅳ．
Ⅴ.
①将体积比
的
和
的混合气体通过含有催化剂的不同温度下的恒温反应器，定时测定反应
器尾端出来的混合气体中各产物的量，得到单程收率与温度的关系如图2.
图2
下列说法正确的是 。
a．645℃时，反应Ⅳ的化学平衡常数
b．590℃以上，随温度升高，反应Ⅳ平衡逆向移动
c．645℃，延长反应时间，可以提高
的单程收率
②现将一定量的
和
置于一固定容积的容器中模拟工业生产过程，在不同温度下均反应20min
测定生成物的浓度。实验测得温度较低时
浓度大于
，从活化能角度分析其主要原因是
。
【答案】(1)-14.8
(2) 29% >
或
1：12
(3) abc 反应Ⅳ的活化能小于反应Ⅴ的活化能，反应Ⅳ的反应速率快于反应Ⅴ，相同时间内获得
的产物的浓度反应Ⅳ比反应Ⅴ多
【详解】（1）根据盖斯定律，反应I-反应II=反应III，则ΔH3=ΔH1-ΔH2= -393.5kJ/mol+378.7kJ/mol
=-14.8kJ/mol；
（2）起始时甲酸的物质的量为1mol，n 点反应达平衡，m 点甲酸的转化率为40%，n 点甲酸的转化率为
80%，根据三段式：
，则氢气的体积
分数：
；m、p 两点甲酸的转化率相等，p 点容器体积更大，则平衡向体积减小
方向移动，所以甲酸浓度：
；
，该温度下该反
应的平衡常数
（m 点时HCOOH(g)、CO2(g)、H2(g)的物质的量分别为0.6mol、
0.4mol、0.4mol，其浓度分别
、
、
，平衡常数
）；
相同温度下，平衡常数相等，则
，即
；
（3）①a．体积比
的
和
即物质的量之比也为
，设投放各1mol，列三段式：
，
，
反应Ⅳ的化学平衡常数
，a 正确；
b．590℃以上，随温度升高，反应Ⅳ为放热反应，平衡逆向移动，b 正确；
c．反应V 是一个放热反应，C6H6单程收率一直上升，说明还没有达到平衡，延长反应时间是可以提高
C6H6的单程收率的，c 正确；
故选abc；
C
②
6H5－Cl 由反应Ⅴ生成，C6H6由反应Ⅳ生成，图1 显示温度较低时C6H5－Cl 浓度的增加程度大于
C6H6，说明反应Ⅳ的活化能小于反应Ⅴ的活化能，反应Ⅳ的反应速率快于反应Ⅴ，相同时间内获得的产物
的浓度自然反应Ⅳ比反应Ⅴ多。
5．（2025·广东江门·一模）硫酰氯及1，4-二(氯甲基)苯是重要化工原料，可通过氯化反应制备。
(1)硫酰氯常用作氯化剂和氯磺化剂，工业上制备原理如下：
①
中S 原子的杂化类型为 。
②若正反应的活化能为
，逆反应的活化能
，则
。(用含a、b 的代数
式表示)
(2)恒容密闭容器中按不同进料比充入
和
，测定其
温度下体系达平衡时的
(
，
初始压强
为体系平衡压强)，结果如下图1。
①根据M 点坐标计算
温度下用分压表示的平衡常数
。(写出计算过程，结果保留两位有
效数字)
②图1 中能准确表示
温度下
随进料比变化的曲线是 (填序号)。
③若
，请在图2 中画出
在
温度下随进料比变化的示意图 。
(3)1，4-二(氯甲基)苯(D)是有机合成中的重要中间体，可由对二甲苯(X)的光氯化反应合成。对二甲苯氯化
过程如下图3，某温度下，反应器中加入一定量的X，保持体系中氯气浓度恒定(反应体系体积变化忽略不
计)，测定不同时刻相关物质的浓度如图4。
①反应ii 和反应iii 的活化能的大小关系
。(填“>”“<”“=”)
②此反应条件下，进行至 时，停止反应，及时分离出1，4-二(氯甲基)苯(D)。
A．22min B．30min C．60min D．100min
【答案】(1) sp2 (a-b)kJ·mol-1
(2) 0.031 D
(3) < C
【详解】（1）①SO2中心原子为S，价层电子对为2+
，杂化方式为sp2；
②反应热
H=正反应的活化能-逆反应的活化能=(a-b)kJ·mol-1；
（2）①M 点时，
和
的投料比为1.0，
p=72kPa，起始压强为240kPa，
p(SO2)=p(Cl2)=120kPa，列出三段式：
p=[240- (120-x+120-x+x) ]kPa=72kPa，x=72kPa，p(SO2)=p(Cl2)=48kPa，p(SO2Cl2)=72kPa，Kp=
；
②由题图1 可知，进料比为2 时，
p=60kPa，根据“等效平衡”原理，该反应中SO2和Cl2的化学计量数
之比为1:1，则SO2和Cl2的进料比互为倒数(如2 与0.5)时，
p 相等，所以曲线中能准确表示温度下随进
料比变化的是D；
③反应
为放热反应，温度升高平衡逆向移动，
p 减小，在SO2和
Cl2的进料比相同时，温度越高，
p 越小，故T2温度下的
p 小于T1温度下的
p，曲线如下图：
；
（3）①相同时间内生成的D 的浓度大于生成G 的浓度，说明反应ii 速率大于反应iii 的速率，活化能越小，
速率越大，故E2<E3；
②由图可知，在60min 时生成的1，4-二(氯甲基)苯(D)最多，因此答案选C。
6．（2025·山西·一模）二氧化碳的捕集、利用与储存被国际公认为是实现减排降碳的关键技术手段。用
CO2制备C2H4有利于实现“双碳”目标。该反应分两步进行
I．
II．
(1)反应II 的
0。
(2)已知部分共价键的键能如下表所示：
化学键
C=O
C
O
H—H
C=C
C—H
O—H
键能(
)
803
1071
436
611
414
464
则
。
(3)若反应II 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(CO)=v 逆(H2)
D．同时断裂1mol O—H 键和2mol H—H 键
(4)向某1L 刚性容器中，加入1molCO2、3molH2在不同催化剂(M、N)下发生上述反应。相同时间内测得
CO2的转化率和C2H4的选择性(含碳生成物中C2H4的物质的量分数)随温度的变化如图所示。
①根据图像，合成乙烯的最佳催化剂为 。
500~800K
②
之间，乙烯的选择性随温度变化的原因是 。
③在M 催化剂、700K 条件下反应，反应后混合气体中C2H4的体积分数为 (保留至0.01%)。
(5)二氧化锆是制备催化剂M 和N 的一种原材料，其晶胞如下图所示，其晶胞参数为anm。
Zr
①
原子填充在O 原子形成的 空隙中。
2
②个Zr 原子间的最短距离为 nm。
【答案】(1)<
(2)+43
(3)BC
(4) N 温度升高，催化剂对反应II 的催化活性降低，乙烯的选择性降低 0.61%
(5) 立方体(或正方体)
【详解】（1）反应II 是气体体积减小的反应，
<0。
（2）反应
的
=反应物总键能-生成物总键能=2×803
+436
-1071
-2×464
=+43
。
（3）A．该反应过程中气体总质量和总体积都是定值，混合气体的密度是定值，容器中混合气体的密度保
持不变时，不能说明反应达到平衡，A 不选；
B．反应II 是气体体积减小的反应，反应过程中压强减小，当容器内混合气体的压强保持不变时，说明反
应达到平衡，B 选；
C．反应速率2v 正(CO)=v 逆(H2)，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡，C 选；
D．同时断裂1mol O—H 键和2mol H—H 键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BC。
（4）①根据图像，使用催化剂N 时，乙烯的选择性较高、二氧化碳的转化率大，合成乙烯的最佳催化剂
为N；
500~800K
②
之间，乙烯的选择性随温度变化的原因是：温度升高，催化剂对反应II 的催化活性降低，乙
烯的选择性降低；
③根据已知条件列出“三段式”
CO2的转化率为x=0.08，C2H4的选择性为
，则y=0.024，反应后混合气体中C2H4的体积分数为
=0.61%
（5）①由晶胞结构可知，白球的个数为8，黑球的个数为
=4，由化学式ZrO2可知，白球代表
O，黑球代表Zr，Zr 原子填充在周围8 个O 原子形成的立方体(或正方体)空隙中；
2
②个Zr 原子间的最短距离为晶胞面对角线的一半，为
nm。
7．（2025·山东·一模）甲烷化反应即氢气和碳氧化物反应生成甲烷，可实现碳循环利用。涉及反应如下：
反应Ⅰ：CO(g)+3H2(g
CH4(g)+H2O(g) ΔH1=-206.2kJ/mol
反应Ⅱ：CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g) ΔH2
反应Ⅲ：CO2(g)+4H2(g)
CH4(g)+2H2O(g) ΔH3=-165kJ/mol
积碳反应(CO 的歧化和CH4的裂解反应是催化剂积碳主要成因，可致催化活性降低)如下：
反应Ⅳ：2CO(g)
CO2(g)+C(s)
反应Ⅴ：CH4(g)
C(s)+2H2(g)
回答下列问题：
(1)ΔH2= kJ/mol。
(2)在360℃时，在固定容积容器中进行上述反应(不考虑积碳反应)，平衡时CO 和H2的转化率及CH4和
CO2产率随n(H2)/n(CO)增大的变化情况如图1 所示。
已知：CH4的选择性=
×100%。
①图中表示CO 转化率、CO2产率变化的曲线分别是 、 (填标号)，A、C 两点
的值相同，C 点通过改变温度达到A 点，则A、B、C 三点温度由大到小的顺序是 。
②按
=3 向恒容容器内投料，初始压强为p0，若仅发生Ⅰ、Ⅱ两个反应，达到平衡时总压为
，
CO 的平衡转化率为a，则CH4的选择性= %，反应Ⅰ的Kp(用分压表示，分压=总压×物质的量
分数)= 。
(3)已知各反应的平衡常数随温度的变化曲线如图2 所示，相同时间内甲烷产率随温度升高的变化曲线如图
3 所示。
由图2 可知，CO 的歧化反应属于 (填“吸热”或“放热”)反应，相同时间内CH4的产率在温
度高于330℃时降低的可能原因之一是催化剂活性降低，高温导致催化剂活性降低的可能原因是
。
【答案】(1)-41.2
(2) b d B=C>A
(3) 放热 高温时，积碳反应主要发生CH4裂解，导致催化剂积碳，活性降低
【详解】（1）根据盖斯定律，反应Ⅱ=反应Ⅰ-反应Ⅲ，ΔH2=ΔH1-ΔH3= - 206.2kJ·mol-1-（-165 kJ ·mol-1）
=-41.2 kJ ·mol-1。
（2）①结合反应，
越大，相当于n(H2)越大，CO 转化率越大，直到接近100%，故b 表示CO 转化
率；随着
的增大，CO 接近完全转化，CH4产率逐渐增大，直到接近100%，故c 表示CH4产率变化
的曲线，由碳元素守恒可知，CO 转化率接近100%，CH4产率接近100%，CO2的产率接近0，则d 表示
CO2产率变化的曲线；b 表示CO 转化率，B、C 均在曲线b 上，温度B=C，结合反应Ⅰ、Ⅱ，两反应均为
放热反应，则温度越低CO 转化率越高，A 点转化率高于c，故温度B=C>A；
②设n（CO）=n，则n（H2）=3n，列出反应Ⅰ三段式：
反应Ⅱ前后气体体积不变，反应Ⅰ前后总物质的量减少2x，根据初始压强为p0，达到平衡时总压为
，
则
，解得x=0.5n；CO 的平衡转化率为a，列出反应Ⅱ三段式为：
则CH4的选择性
；平衡时，CO 的分压为
、H2分压为
、CH4的分压为
、H2O 分压为
，Ⅰ的Kp=
。
（3）根据图2 可知，随着温度升高，反应Ⅳ的化学平衡常数逐渐减小，说明升高温度反应Ⅳ平衡逆向移
动，则CO 的歧化反应属于放热反应，相同时间内CH4的产率在温度高于330°C 时降低的可能原因之一是
催化剂活性降低，高温导致催化剂活性降低的原因是高温时，积碳反应主要发生CH4裂解，导致催化剂积
碳，活性降低。
8．（2025·江苏无锡·一模）二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应为
．
．
．
在密闭容器中，
时，在催化剂作用下反应相同时间所测得的
平
衡转化率、
实际转化率随温度的变化如图1 所示。
的选择性可表示为
。
(1)各物质的相对能量如图2 所示，
，平衡时
的选择性随着温度的升高
(填“增大”“减小”或“不变”)，用该催化剂催化二氧化碳反应的最佳温度为 。
(2)在密闭容器中，
和
的起始物质的量分别为
和
，平衡后反应体系中各物质的
物质的量随温度的变化如图3 所示，图中表示
的物质的量的曲线为 。在
，反应
的
平衡常数
。(保留两位有效数字)
(3)
催化
与
转化为
的机理如图4 所示。反应体系中
呈现 种价态，催化剂中
掺入少量
，用
替代
结构中部分
形成
，可提高催化效率的原因是
。
【答案】(1)
减小
(2) B 0.17
(3) 2 导致催化剂结构中出现较多的氧空位，利于二氧化碳的催化转化
【详解】（1）反应的焓变等于生成物焓的和减去反应物的焓的和，则2CO(g)+2H2(g)=CO2(g)+CH4(g) ΔH3
=[(-393)+(-75)-2×(-111)+2×0]kJ/mol=-246kJ/mol；生成甲烷的反应均为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，
则平衡时CH4的选择性随着温度的升高而减小；由图可知温度400℃左右时二氧化碳实际转化率最高，催
化剂的活性最大，此时为最适温度，温度继续增加，催化剂活性下降，故用该催化剂催化二氧化碳反应的
最佳温度为400℃；故答案为-246；减小；400℃；
（2）结合图2 可知，低于300℃二氧化碳的平衡转化率接近100%，此时图3 中AB 的量接近2mol、
1mol，DE 的量接近0mol，升高温度，反应Ⅰ、Ⅲ逆向移动、Ⅱ正向移动，导致
量增大、甲烷的量减
小，结合碳守恒可知，含碳物质的量不会超过1mol，则A 为水、B 为甲烷、C 为氢气、E 为一氧化碳、D
为二氧化碳，故图中表示CH4的物质的量的曲线为B；在505℃，水、氢气均为1.35mol，结合氢守恒可知，
甲烷为
，设二氧化碳、一氧化碳分别为amol、bmol，由碳守恒可知，
a+b+0.65=1，由氧守恒可知，2a+b+1.35=1×2，解得a=0.3mol，b=0.05mol，反应Ⅱ的平衡常数
；故答案为B；0.17；
（3）由图可知，Ce 可以与1 个氧或2 个氧结合，氧化合价为-2，故Ce 的化合价为+4 或+2 两种价态；结
合反应机理可知，Ca2+替代CeO2结构中部分Ce4+形成
，导致催化剂结构中出现较多的氧空位，
利于二氧化碳的催化转化，故答案为2；导致催化剂结构中出现较多的氧空位，利于二氧化碳的催化转化。
9．（2025·安徽·一模）2024 年10 月30 日中国航天员搭载神舟十九号载人飞船顺利进入“太空之家”，中
国空间站设有完整的可再生生命保障系统，对二氧化碳进行收集和再生处理，实现了对二氧化碳的加氢甲
烷化，生成甲烷与水，并伴有副反应。
Ⅰ．
(主反应)
Ⅱ．
(副反应)
回答下列问题：
(1)几种化学键的键能为：
、
、
、
，则
。
(2)一定温度时，在固定容积的容器中充入1mol
和4mol
进行上述反应，平衡时
的转化率
，
的选择性(
)随温度变化如图所示：
根据图像分析可知：
0(填“
”或“
”)，
平衡转化率先减小后增大的原因是
。T℃，反应Ⅱ的
(保留两位有效数字，
为用各气体分压表示的平衡常数，分压=总压
物质的量分数，
的选择性
)。
(3)早期长征运载火箭推进剂成分为
和
，它们混合后反应的产物对环境友好，其化学方
程式为 。在点火的瞬间火箭尾部喷射出红色火焰，同时伴随着滚滚红色烟雾，研究发现是
分解的结果。T℃时，
，
和
的消耗速率与其浓度存在如下关系：
，
(其中
、
是只与温度有关的常数)，一定温度下，
或
的消耗速率与其浓度的关系图像如图所示：
表示
消耗速率与其浓度的关系图像是 (填“X”或“Y”)，该温度下速率常数
值为
。
(4)空间站中通过电解回收再生的水为宇航员提供氧气。某科技小组模拟用一种新型的纳米硅基锂电池电解
水为宇航员提供
，其电池反应式为
，工作原理示意图如下：
(电解液由锂盐和有机溶剂组成)
电池工作时，理论上为宇航员提供标准状况下11.2L 的氧气时，正极材料的质量变化为 g。
【答案】(1)-270kJ/mol
(2) > 反应Ⅰ放热，反应Ⅱ吸热，温度升高，温度较低时以反应Ⅰ为主，温度较高时以反应Ⅱ为
主 0.016
(3)
Y 2
(4)32
【详解】（1）焓变等于反应物键能总和减去生成物键能总和，因此
。
（2）根据图像可知，温度升高二氧化碳转化率先减小后增大，由于反应I 为放热反应，温度升高二氧化碳
转化率应该下降，因此可推测反应II 为吸热反应，温度升高平衡逆向移动，二氧化碳转化率升高，故
；
平衡转化率先减小后增大的原因是反应Ⅰ放热，反应Ⅱ吸热，温度升高，温度较低时以反
应Ⅰ为主，升高温度反应I 平衡逆向移动，二氧化碳转化率减小，温度较高时以反应Ⅱ为主，升高温度反
应Ⅱ平衡正向移动，二氧化碳转化率增加；T℃，甲烷选择性为80%，则
，得
，设平衡时
，根据化学反应方程式平衡时
、
、
、
，此温度下二氧化碳转化率
为30%，则
，解得
，因此平衡时各物质的物质的量：
、
、
、
、
，物质的量分数：
、
、
、
、
，设系统总压为p0，则平衡常数
。
（3）
和
反应生成二氧化碳、氮气和水，化学方程式为
；
消耗速率与其浓度成线性关系，故图像是Y；根据
图像
和
浓度均为2mol/L 时两者消耗速率相等，即
，
，
。
（4）根据电池反应式为
。放电时，负极反应式为
，负极材料
转化为Si，Li 元素进入溶解溶液；正极反应式为
，正极材料FeS2转化为Fe，S 元素进入溶液。 电解水的过程中，生成1mol 氧气
转移4mol 电子，正极材料由Fe 转化为FeS2，反应式为
，则有如下计量关系：
，正极质量增加为
的质量，因此生成标准状况下11.2L（0.5mol）氧气正极质量增加
。
10．（2025·江西·一模）氢气是理想的清洁和高能燃料。乙醇和水重整制氢主要发生的反应如下：
反应1：
；
反应2：
。
回答下列问题：
(1)基态
的轨道表示式为 。
(2)
，该反应在 (填“较高温
度”“较低温度”或“任意温度”)能自发进行。
(3)压强为
时，
的平衡产率与温度、起始投料比
的关系如图所示(每条曲线上
的平衡产率相等)。
b
①、c 两点
的平衡产率相等的原因是 。
②
的转化率：a 点 (填“>”“<”或“=”)c 点。
③若初始、、
浓度相等，则对应化学反应速率由小到大的顺序为 。
(4)
时，将
和
的混合气体投入恒容密闭容器中发生反应，初始压强为
，平衡时容器内压强为
，
，平衡时
，反应2 的平衡常数
(用最简分式表示，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。
(5)乙醇和水蒸气在高温下重整得到
、
和
的混合气体，通过碱溶液吸收、干燥得到
和
体积
比
的混合气体，由该混合气体组成的碱性燃料电池如图所示。
放电过程中，b 极的电极反应式为 。
【答案】(1)
(2) +174.9 较高温度
(3) c 点温度高于点，升高温度，反应1 正向移动生成
的量等于反应2 逆向移动消耗
的量
<
(4) 25
(5)
【详解】（1）O 元素原子序数为8，O2-是氧原子得到2 个电子，故基态
的轨道表示式为
；
（2）反应1+反应2×2 得目标反应，根据盖斯定律，目标反应
；该反应是气体分子数增大的吸热反应，ΔH>0，ΔS>0，
根据ΔG=ΔH-TΔS<0 反应可以自发可知，在较高温度下能自发进行；
（3）①、点中，
的平衡产率相等，而点温度高于点，反应1 吸热，正向反应会生成H2，反应2
放热，逆向反应会消耗H2，故升高温度，反应1 平衡正向移动生成
的量等于反应2 逆向移动消耗
的
量导致b、c 两点
的平衡产率相等；
②投料比：
，增大
量，反应1 平衡正向移动，
平衡转化率增大，即乙醇平衡转化率：
，升高温度，反应1 平衡正向移动，乙醇转化率：
，故乙醇平衡转化率：
；
③投料比相同，压强、浓度相等时，温度越高，反应速率越大，由图，温度：b<c<d，故反应速率b<c<d；
（4）列三段式计算：
平衡体系中总压强
，故
，解得
，则平衡时
，反应2 的平衡常数
；
（5）b 极为负极，发生氧化反应，CO 和H2失电子碱性条件下分别生成碳酸根和水，故电极反应式为
。
11．（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 。
【答案】(1)
(2)AC
(3) m 24% 0.017
(4)
【详解】（1）由盖斯定律得目标反应=反应1-反应2，因此ΔH =ΔH1-ΔH2=（-50-41）kJ·mol-1=-91
kJ·mol-1。
（2）A．
是气体，当
浓度不再发生变化，说明反应已达到平衡，A 符合题意；
B．设起始投料
，转化的
，列三段式计算，
，反应前
百分含量为
，反应后
百分含量为
，百分含量一直保持不变，不能作
为反应达到平衡标志，B 不符合题意；
C．反应1 是气体分子减小的反应，且质量守恒，根据
，气体平均相对分子质量不断增大，当反
应达到平衡时，气体平均相对分子质量不再发生变化，C 符合题意；
D．当
时，反应速率之比不等于化学计量数之比，正逆反应速率不相等，反应没有达
到平衡，D 不符合题意；
故选AC。
（3）根据已知信息可知：反应1 的正反应是气体体积减小的反应，反应2 是反应前后气体物质的量不变的
反应，增大压强，反应1 平衡正向移动，CO2含量减少，水蒸气含量增大，使反应2 平衡逆向移动，导致
CO 选择性降低，因此一定温度下，图中p 表示CO 的选择性与压强的关系，CH3OH 的选择性加上CO 的选
择性应为100%，因此m 表示CH3OH 的选择性与压强的关系，n 表示CO2的平衡转化率与压强的关系；A
点时CO2转化率为30%，CH3OH 的选择性为70%，
，
，
，
，解得x=0.21，
y=0.09，此时
的转化率为
；CO2的物质的量分数为
，H2的物质的量分数为
，CO 的物质的
量分数为
，H2O 的物质的量分数为
，
反应2 的压强平衡常数
。
（4）①结合图示可知，H+通过质子交换膜流向阴极区，因此右侧电极区为阴极，当溶液酸性增强，阴极
法拉第效率降低，则通过电极的电子部分生成了其它气体，结合题意可得电极反应式应为2H++2e-=H2↑，
因此气体a 的分子式为
；
②结合图示可知，右侧电极区为阴极，CO2在阴极得到电子生成甲醇，因此阴极电极反应式为：
。
12．（2025·四川巴中·一模）
与
反应合成
，是实现“碳中和”的有效途径。
(1)反应I：
已知：
①
。
②实验测得反应I 的
，
，
与温度的关系如图所示(
表示速率
常数)。直线
表示 (填“
”或“
”)，理由是 ，反应I 的平衡常数
(用
和
表示)。
③温度为
时，将
和
充入
恒容密闭容器中合成
，当
转化率为50%
时，反应I 的
(填“>”、“<”或“=”)。
(2)二氧化碳也可用电化学方法进行还原，下面是二氧化碳在电极表面被还原为产品
的示意图
①写出该电极反应式 。
②在二氧化碳流速为
(已换算成标准状况)，阴极板面积为
条件下，测得
的生成速率
为
，则二氧化碳的转化率为 。
【答案】(1) -283.0
升温，正反应速率增大幅度较小(或降温，正反应速率减小幅度小
于逆反应速率的减小幅度)
>
(2)
11.2%
【详解】（1）①根据盖斯定律，将已知反应进行组合，则
；
②反应I 是一个放热反应，降低温度平衡正向移动，降低相同的温度， 正降低的幅度较小，结合图像，直
线A 表示
，当反应达到平衡时，
，即
，那么反应Ⅰ的平衡常数
；
③由图像可知K > 1，当
转化率为50%时，可得三段式
，所以
；
（2）①观察可知，
在电极表面得电子，结合
生成
，电极反应式为
；
②在标准状况下，二氧化碳流速为
，则
，阴极板面积为
，M（即
）的生成速率为
，则1h 内生成M 的物质的量为
,根据电极反应式
，生成
消耗
，则消耗
的物质的量为
,1h 内通入
的物质的量为
,
二氧化碳的转化率
。
13．（2025·江苏·一模）
的催化加氢反应可以产生多种高附加值产品，如甲醇，碳氢化合物等。Ⅰ．
由
制碳氢化合物的过程如图-1 所示。
(1)涉及部分反应：
(2)催化剂Ⅰ可使用铁基催化剂。
①方铁矿(
)可用作催化剂，当
时，晶体中
为 。
②地球化学研究发现，地幔层(温度
)中磁铁矿与石墨矿会转化为方铁矿，该反应的化学方
程式为 。
Ⅱ．电催化
还原制备碳氢化合物，其装置原理如图-2 所示。
(3)电池工作过程中，阴极生成
的电极反应式为 。
(4)每转移2mol 电子，阳极室溶液质量减少 g。
Ⅲ．把
附着在分子筛
上，可催化
、
生成
及碳氢化合物，部分反应机理如
图-3 所示。催化剂中
、
转化率，烃的选择性关系如图-4 所示。
(5)
大于1 后，CO 转化率降低的可能原因为 。
(6)随
增加，烯烃选择性减少，烷烃增加的可能原因为 。
【答案】(1)
(2) 8.5
(3)
(4)18
(5)Zr 含量减少，吸附的CO 量减少，CO 转化率降低
(6)随Zn 的量增多，吸附
的量增多，产生
、
增多，与烯烃反应，使烷烃量增加，烯烃量减少
【详解】（1）根据盖斯定律，
可以由
减去
得到，则该过程的
；
故答案为：
；
（2）当
，方铁矿(
)可写为
，根据化合物化合价为零的规律，有关系式
，解得
，则
=8.5；磁铁矿主要成分为
与
石墨矿反应转化为方铁矿
与CO，则化学方程式为
；
故答案为：8.5；
；
（3）从电催化
还原制备碳氢化合物装置图-2 可知，装置中使用了质子交换膜，左侧惰性电极发生
氧化反应，该电极为阳极，右侧石墨烯电极发生
或
等碳氢化合
物，为还原反应，该电极为阴极，其中生成
的电极反应式为
；
故答案为：
；
（4）左侧惰性电极为阳极，发生电极反应式为
，且
由阳极室通过质子交换膜移
向阴极室，每转移2mol 电子，生成0.5mol
，移走2mol
，阳极室溶液质量减少
；
故答案为：18；
（5）从
催化
、
生成
及碳氢化合物，部分反应机理图-3 可看出，
需吸附在
上
转化生成
或碳氢化合物，当
大于1 后，随比值增大，
含量减少，吸附CO 的量降低，
则转化率降低；
故答案为：Zr 含量减少，吸附的CO 量减少，CO 转化率降低；
（6）从部分反应机理图-3 可看出
吸附在
上产生
、
，再生成
或碳氢化合物，随
增加，则Zn 的含量增多，吸附
的量增多，产生
、
增多，会与烯烃反应，生成烷烃
从而使烷烃量增加，烯烃量减少；
故答案为：随Zn 的量增多，吸附
的量增多，产生
、
增多，与烯烃反应，使烷烃量增加，烯烃量
减少。
14．（2025·山东济宁·一模）苯胺是制造药物的原料，硝基苯加氢制苯胺产率较高，相关反应如下：
Ⅰ．C6H5-NO2(l)+2H2(g)
C6H5-NHOH(l)+H2O(l) ΔH=-150.7kJ/mol(快)
Ⅱ．C6H5-NHOH(l)+H2(g)
C6H5-NH2(l)+H2O(l) ΔH=-95.0kJ/mol(慢)
(1)硝基苯与氢气反应生成苯胺：Ⅲ．C6H5-NO2(l)+3H2(g)
C6H5-NH2(l)+2H2O(l) ΔH= kJ/mol。
(2)室温下，向含有1L 0.1mol/L 硝基苯的甲醇溶液的刚性容器中加催化剂，通入H2并保持
p(H2)=0.18Mpa。反应过程中硝基苯转化率、苯基羟胺和苯胺的选择性(S)随反应时间变化如图所示：
已知：S(苯胺)=[n 生成(苯胺)/n 消耗(硝基苯)]×100%。图中代表S(苯胺)的曲线为 ，提高硝基苯的平衡转
化率，可采取的措施 ，0-34min 内v(苯胺)= ；120min 时已达平衡，忽略溶液体积变化，该温度
下反应Ⅱ的平衡常数K= mol/L/MPa(氢气的浓度可用氢气的压强代替)。
(3)相同投料下，298K 下硝基苯平衡转化率随压强的变化关系、0.18MPa 下硝基苯平衡转化率随温度的变
化关系如图所示，图中对应等压曲线的是 ，a、b、c、d 四个点中，处于相同化学平衡状态的点是
。
【答案】(1)-245.7
(2) C 适当降低温度、增大H2的压强、及时分离出水
3.6
(3) n a 和b
【详解】（1）根据盖斯定律将反应Ⅰ+反应Ⅱ得到目标反应，则
ΔH=-150.7kJ/mol+(-95.0kJ/mol)=-245.7kJ/mol；
（2）根据两个反应的生成物可知，苯基羟胺(C6H5-NHOH)和苯胺(C6H5-NH2)的选择性之和为1，且两条选
择性曲线相交时，各占50%；由此可知曲线A 代表硝基苯的转化率；由题干信息可知，生成苯基羟胺的反
应是快反应，故开始反应时，苯基羟胺的选择性(S)大于苯胺，故曲线B 表示苯基羟胺的选择性(S)；曲线C
代表苯胺的选择性(S)；提高硝基苯的平衡转化率，即使得平衡正向移动，可以采取的措施是适当降低温度、
增大H2的压强、及时分离出水等措施；
0-34min 内硝基苯转化率为85%，苯胺的选择性为50%，则v(苯胺)=
；
120min 时已达平衡，硝基苯平衡转化率为90%，苯胺的选择性为80%，列出各物质的变化量：
则平衡时
，
，
p(H2)=0.18Mpa，
，由于反应是在甲醇溶液中进行的，故水等
液体均需要代入平衡常数表达式中进行计算，则
；
（3）当温度为298K 时，增大压强，反应Ⅰ平衡正向移动，硝基苯平衡转化率增大，故曲线m 表示等温条
件下硝基苯平衡转化率随压强的变化曲线，同理当压强保持0.18MPa 不变时，升高温度，反应Ⅰ平衡逆向
移动，硝基苯平衡转化率减小，故图中对应等压曲线的是n；
处于相同化学平衡状态，说明其温度和压强是相同的，a 点的条件是
，同理，d 点的条件是
，c 点的条件是
，b 点的条件是
，故图中处于相同化学平衡状
态的点是a 和b。
15．（2025·河北秦皇岛·一模）异丁烯（
）是重要的化工原料，是合成橡胶的重要单体之一，常用
正丁烯异构化、异丁烷（
）催化脱氢制备。
I．正丁烯异构化能量变化如图
(1)正丁烯和异丁烯中更稳定的是 ，为获得更多的异丁烯，异构化反应应在 （填“高温”或
“低温”）下进行。
(2)正丁烯异构化（三种产物，考虑立体异构）反应机理如下，请补充基元反应iii 和基元反应
。
i：
。
ii：
。
iii： 。
iV：
。
V： 。
II．异丁烷（
）催化脱氢反应
可表示为
副反应可表示为
相关化学键的键能如下表所示：
化学键
键能
615
347.7
413.4
436
(3)根据键能估算
。
(4)不同温度下，在恒压的密闭容器中充入
异丁烷和
，平衡时测得相关数据如图所示。（收
率
）
①图中，异丁烯收率最高时的反应温度为 ，此时异丁烯收率= 。
②
、压强为
条件下，反应达到平衡时，异丁烷的分压为 ，反应
的平衡常数
（
为用分压代替浓度计算出的平衡常数，列出计算式即可）。
【答案】(1) 异丁烯 低温
(2)
(3)
(4)
【详解】（1）能量越低越稳定，可知异丁烯更稳定；正丁烯能量高于异丁烯，故异构化反应是放热反应，
故异构化反应应该在低温进行，使平衡正向移动 ，更多的转化为异丁烯；
（2）
正丁烯异构化（三种产物，考虑立体异构），基元反应ii、iii 生成的分别是顺-2-丁烯和反-2-丁烯，基元反
应iii 为
，基元反应
参考基元反应ii 的反应过程是脱去氢离子，则基元
反应V 是：
；
（3）反应焓变等于反应物键能和减去生成物的键能和，
；
（4）①
时，异丁烯物质的量为
，
时，异丁烯物质的量为
，
时，异丁烯物质的量为
，
时，异丁烯物质的
量为
，
时，异丁烯物质的量为
，故异丁烯收率最高时
的反应温度为
，异丁烯的收率为
；
②异丁烷转化的物质的量1mol×35%=0.35mol，异丁烯的物质的量0.35mol×80%=0.28mol，
，
，
，
，
，
，
，
时压强为p，
；
；
16．（2025·内蒙古呼和浩特·一模）催化加氢制甲醇是减少碳排放的一项关键技术，并为未来燃料和材料
的制造提供方案。在催化剂作用下主要发生以下反应：
I．
II．
III．
(1)反应Ⅲ自发进行的条件是 。
(2)在恒温恒容密闭容器中充入
和
，发生上述反应。
①反应达平衡后，测得
为
，
为
，则甲醇的选择性为 (甲醇的选择性
)，反应II 的
(保留小数点后三位)。
②平衡时，
转化率
、
选择性
、
选择性
随温度
变化如图所示：
图中表示
的曲线是 (填“a”、“b”或“c”)，曲线c 变化趋势的原因是 。
(3)二氧化碳与氢气反应生成的水在温度低于0℃时可形成多种冰的晶体，其中两种冰晶体的晶胞如下图所
示。
①构成该晶体的粒子通过 (填标号)结合成晶体；
A．极性键 B．非极性键 C．氢键 D．范德华力
A
②
晶胞和B 晶胞的体积比为 。
【答案】(1)低温
(2) 60% 0.105 a 随着温度的升高，反应II 平衡正向移动，反应I、III 逆向移动，均导
致CO 的选择性提高
(3) CD 23:45
【详解】（1）根据I．
II．
III．
反应III=反应I-反应II，△H3=
H
△
1-
H
△
2=(-49.4kJ·mol-1)-(+41kJ·mol-1)=-90.4kJ·mol-1,反应III 是△H3<0，
△S<0，反应自发进行满足△G=
H-T
S<0
△
△
，需要低温条件下满足自发进行；
（2）①充入
和
，发生上述反应，达平衡后，
为
，
为
，根据C
原子守恒，剩余的CO2为0.5mol，反应的CO2为1mol-0.5mol=0.5mol，甲醇的选择性为
；
根据O 原子守恒，H2O 的物质的量为1mol×2-0.3mol×1-0.2mol×1-0.5mol×2=0.5mol，根据H 原子守恒，H2
的物质的量为
(3mol×2-0.3mol×4-0.5mol×2)=1.9mol；反应II 为前后系数相等的反应，Kp=
；
②根据I．
II．
III．
△H3=-90.4kJ·mol-1
升高温度，反应I 和III 逆向移动，反应II 正向移动，甲醇的选择性降低，曲线b 代表甲醇的选择性，CO
的选择性均升高，曲线c 代表CO 的选择性，曲线a 代表CO2的转化率；
曲线c 代表CO 的选择性随温度升高而升高，原因是：随着温度的升高，反应II 平衡正向移动，反应I、III
逆向移动，均导致CO 的选择性提高；
（3）①水形成的冰为分子晶体，粒子通过氢键和范德华力结合成晶体，答案选CD。
A
②
晶胞中有H2O 个数为1+8×
，B 晶胞中有H2O 的个数为：2+4×
=4，A 晶胞
的体积为
，B 晶胞的体积为
，二者体积之比为
=23：45。
17．（2025·江苏南通·一模）CO2的转化是实现“碳中和”的有效途径。
(1)CO2催化加氢合成甲醇(反应Ⅰ)中伴随反应Ⅱ的发生：
反应Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)
反应Ⅱ：CO2(g)＋2H2(g)=CH2O(g)＋H2O(g)
恒压时，CO2和H2起始量一定的条件下，在分子筛膜反应器中反应，该分子筛膜能选择性分离出H2O(g)。
①使用分子筛膜的目的是 。
②将反应后的气体以一定流速通过含Cu＋修饰的吸附剂，分离其中的CH3OH(g)和CH2O(g)，Cu＋能与π 键
电子形成作用力较强的配位键。测得两种气体的出口浓度(c)与进口浓度(c0)之比随时间变化关系如图1 所
示。20～40min，CH3OH(g)浓度比增大而CH2O(g)浓度比几乎为0 的原因是 。
(2)CO2与CH4重整可以制取CO 和H2。1.01×105Pa 下，将n 起始(CO2) n∶
起始(CH4)=1 1∶的混合气体置于密闭容
器中，发生如下反应：
反应Ⅲ：CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g)；ΔH=246.5kJ·mol-1
反应Ⅳ：H2(g)＋CO2(g)=CO(g)＋H2O(g)；ΔH=41.2kJ·mol-1
反应Ⅴ：2CO(g)=CO2(g)＋C(s)；ΔH=-172.5kJ·mol-1
不同温度下重整体系中CH4和CO2的平衡转化率如图2 所示。500～800℃范围内，CO2的平衡转化率低于
CH4的原因是 。
(3)一种金属氧化物(用MR 表示)催化CO2与环氧丙烷(
)反应制碳酸酯X 反应机理如图所示。已知
CO2中的碳氧键可以被催化剂中具有较强给电子能力的活性中心的电子进攻而活化断裂。
①碳酸酯X 的结构简式为 。
MgO
②
活化催化CO2的能力强于Al2O3的原因是 。
【答案】(1) 分离出H2O(g)，促进平衡正向移动，增大CO2的转化率 CH2O 含π 键电子，Cu＋与
之形成较强的配位键，原先吸附剂吸附的CH3OH 被CH2O 替代
(2)该温度范围内，反应Ⅴ进行的程度大于反应Ⅳ进行的程度
(3)
Mg 的金属性强于Al，MgO 的O 负电性更强，MgO 的O 更易进攻活化CO2中的碳氧
键
【详解】（1）①根据信息可知该分子筛膜能选择性分离出H2O(g)，分离出产物H2O(g)，能促进平衡正向
移动，增大CO2的转化率。
②根据信息可知Cu＋能与π 键电子形成作用力较强的配位键，而CH2O 含π 键电子，Cu＋与之形成较强的配
位键，原先吸附剂吸附的CH3OH 被CH2O 替代。
（2）根据信息可知CH4和CO2的起始投料相同，而反应Ⅲ中两者也是按1:1 反应，则推断500～800℃范围
内，CO2的平衡转化率低于CH4的原因是该温度范围内，反应Ⅴ进行的程度大于反应Ⅳ进行的程度。
（3）
①由
的变化过程可知，
中与M 相连的O-和与R 相连的C 原
子相结合，得到碳酸酯X 的结构简式为
。
MgO
②
活化催化CO2的能力强于Al2O3的原因是Mg 的金属性强于Al，MgO 的O 负电性更强，MgO 的O
更易进攻活化CO2中的碳氧键。
18．（2025·江西赣州·一模）复旦大学郑耿锋教授团队合成了
空心多层纳米球催化剂，
并利用该催化剂光催化
氧化
制乙醇。相关反应如下：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
反应Ⅲ：
回答下列问题：
(1)根据上述反应，
。
(2)DFT 理论计算研究活化
的机理以及
转化为乙醇的三个关键步骤机理如下图所示。结合图中信息，
该过程中可能产生的烃类物质为 （填结构简式）。
(3)
被活化为超氧自由基（
），该自由基在四个不同的金属位点的能量如图所示，则该反应主
要在 位点（填“
、
、
或
”）发生，理由是 。
(4)整个偶联反应生成
过程的能量变化如图所示，则决定该反应速率快慢的是第 步（*表示吸附在
催化剂表面）。
(5)在450℃、101kPa 条件下，将
和
按
投入一恒温密闭容器中，在催化剂作用下，发生
反应Ⅰ和Ⅱ，经过相同反应时间（未达平衡）测得乙醇的选择性S 和
的转化率如下表所示。
已知：产物A 的选择性
催化剂
乙醇选择性
（%）
转化率
（%）
58.2
43.5
26.8
33.8
46.3
50
①依据表中数据应选择 作催化剂（填“
”或“
”或“
”）。
②某温度下，向容积为2L 的恒容容器中加入
，发生反应Ⅰ和Ⅱ，在催化剂的作用下达到
平衡时
的体积分数为
，
的转化率为80%，则
的选择性为 ，该温度下反应Ⅰ
的平衡常数
（保留三位有效数字）。
【答案】(1)
(2)
(3)
位点能量更低，生成的超氧自由基
更稳定
(4)三
(5)
68.75% 18.9
【详解】（1）Ⅰ：
Ⅱ：
根据盖斯定律Ⅰ-Ⅱ得
=
（2）甲烷脱氢得到的·CH3之间可以发生自由基反应生成CH3CH3，所以该过程中可能产生的烃类物质为
CH3CH3；
（3）
位点能量更低，生成的超氧自由基
更稳定，所以该反应主要在
位点发生。
（4）活化能越大反应速率越慢，慢反应决定总反应速率，整个偶联反应生成
过程的中第三步活化能最
大，反应最慢，则决定该反应速率快慢的是第三步。
（5）①依据表中数据，使用
，在相同时间内生成的乙醇最多，所以应选择
作催化剂。
②某温度下，向容积为2L 的恒容容器中加入
，发生反应Ⅰ和Ⅱ，在催化剂的作用下达到
平衡时
的体积分数为
，
的转化率为80%，
设参与反应Ⅰ的甲烷的物质的量为amol、参与反应Ⅱ的甲烷的物质的量为bmol，
，解得a=1.1，b=0.5。则
的选择性为
，该温度
下反应Ⅰ的平衡常数
。
19．（2025·河北石家庄·一模）环氧乙烷(
)是一种重要的化工原料。现代工业常用银作催化剂，氧
化乙烯制备环氧乙烷。发生的主要反应有：
I．
Ⅱ．
回答下列问题：
(1)已知银催化反应Ⅰ时存在如下转化过程：
据此计算焓变
(用含
、
、
的代数式表示)。
(2)反应Ⅰ的正、逆反应速率可分别表示为
、
(
、
分别
为正、逆反应速率常数，p 为物质的分压)。T℃时，
，向某恒容密闭容器中充入
和
发生反应Ⅰ和Ⅱ，一段时间后达平衡。
①反应Ⅰ的压强平衡常数
；仅降低温度，
将 (填“增大”“减小”或“不
变”)，解释其原因为 (填选项字母)。
A．
、
均增大，且
增大的程度更大 B．
、
均减小，且
减小的程度更大
C．
增大、
减小，平衡正向移动 D．
、
均减小，且
减小的程度更大
②下列情况能表明体系达到平衡状态的是 (填选项字母)。
A．混合气体密度不随时间变化
B．气体平均摩尔质量不随时间变化
C．碳的总物质的量
不随时间变化
D．
(3)250℃时，将
和
充入某密闭容器中发生反应Ⅰ和Ⅱ，在不同压强下达平衡。测得
平衡时，
选择性
、
选择性
及
转化率随压强变化的曲线如图所示[如
]。
①表示
随压强变化的曲线为 (填ⅰ、ⅱ或ⅲ)。
②当压强为100kPa 时，若
的转化率为56%，则此时乙烯的转化率为 。
③若将E 点对应体系降温至200℃，重新达平衡时，测得
，解释其原因为 。
【答案】(1)
(2) 3 增大 B BD
(3) ⅲ 64% 反应Ⅰ和Ⅱ的
均<0，降温均正向移动，反应Ⅱ正向移动的程度比Ⅰ大
【详解】（1）根据题给信息可知，I．
Ⅲ．
Ⅴ．
结合盖斯定律可知，
可得
，故
；
（2）①根据
，并结合平衡常数和速率常数的关系可知，
；反应Ⅰ为放热反应，降低
温度时，平衡正向移动，平衡常数增大。温度降低时，速率常数降低，由于平衡正向移动，则逆向反应速
率常数降低的更多，故答案为：3；增大；B；
A
②．该容器为恒容容器，且所有的反应物和产物都是气体，则混合气体密度是恒定不变的，则其不随时
间变化时，不能证明反应达到平衡，A 错误；
B．结合A 分析可知，反应物和产物的质量不变，且反应Ⅰ是气体分子数减小的反应，则气体平均摩尔质
量不随时间变化可以证明反应达到平衡，B 正确；
C．根据碳元素守恒可知，碳的总物质的量
不随时间变化，则碳的总
物质的量不变不能证明反应达到平衡，C 错误；
D．平衡时，根据反应Ⅰ可知，
，根据反应Ⅱ可知，
，则
两者式子结合到一起可知，
，D 正确；
故选BD；
（3）①随着压强增大，反应I 正向移动，反应Ⅱ平衡不移动，则加压时，
的选择性增大，即i 表示
的选择性，结合题意可知，
选择性
、
选择性
之和为100%，则表
示
随压强变化的曲线为ⅲ；同时可知，ⅱ表示
转化率；
②若
的转化率为56%，则参加反应的
的物质的量为1.12mol，设反应I 生成
2xmol，反应Ⅱ生
成
2ymol，结合反应I、反应Ⅱ可知，反应I 消耗乙烯2xmol，氧气xmol，反应Ⅱ消耗乙烯ymol，氧气
3ymol，且当压强为100kPa 时，
选择性、
选择性都是50%，则x+3y=1.12，y=2x，x=0.16，
y=0.32，则此时乙烯的转化率为
；
③由于反应I、反应Ⅱ均为放热反应，则降温时，两平衡均正向移动，但是反应Ⅱ的热效应大，即降温时，
其正向移动的程度大，则
的选择性大，则
，故答案为：反应Ⅰ和Ⅱ的
均<0，降温均
正向移动，反应Ⅱ正向移动的程度比Ⅰ大。
20．（2025·重庆·一模）甲醇是一种关键的化学原料，用
和
都可合成甲醇。
(1)
加氢制取甲醇的过程含有以下三个反应。
Ⅰ．
Ⅱ．
Ⅲ．
①
时，已知
，
，求
的值 (写出推断过程)。
②反应Ⅲ反应历程如图所示，写出生成
决速步骤的化学方程式 ；图中m 的值约为
(保留到小数点后2 位，已知
)。
(2)甲醇与水蒸气在催化剂作用下可制取
，一定温度下，在恒容体系中加入
和
，发生反应：Ⅳ．
；Ⅴ．
。
①下列能说明体系一定达到平衡状态的是 (填字母)。
a．
b．体系的压强保持不变
c．混合气体的平均摩尔质量保持不变
d．混合气体的密度保持不变
②测得体系的初始压强为
，达到平衡时，甲醇的转化率为
，
的分压为
，则反
应Ⅴ的压强平衡常数
(以平衡分压代替物质的量浓度计算，分压
总压物质的量分数)。
(3)电解
可以制取
，其电解原理如下图所示。双极膜内为水，电解时双极膜内的水解离成
和
，分别向两侧发生迁移。
①电源的负极是 (填“
”或“
”)。
②催化电极的电极反应式为 。
③当催化电极生成
时，阳极室溶液增加的质量为
。
【答案】(1) 反应Ⅰ=反应Ⅱ+反应Ⅲ，
(2)
(3)
81
【详解】（1）①根据盖斯定律可得反应Ⅰ=反应Ⅱ+反应Ⅲ，方程式相加则对应平衡常数相乘，可知
；
②活化能越高反应速率越慢，活化能最高时为生成
的决速步骤，由图可知，决速步骤的化学方程
式为
；由Ⅲ．
可知1mol
和2mol
的总能量与1mol
的总能量之差是
，反应历程图中表示
的是1 个
分子和2 个
分子的总能量与1 个
分子的相对能量之差是meV，则meV=
eV ，m 的值约为0.94。
（2）①一定温度下，在恒容体系中加入
和
，发生反应：Ⅳ．
；Ⅴ．
，同时发生两个反应且反应Ⅳ反
应前后气体分子数不同
a．
体系不一定达到平衡状态 ，不符合题意 ；
b．体系的压强保持不变，因反应Ⅳ反应前后气体分子数不同，恒容体系当压强保持不变，说明体系一定
平衡，符合题意 ；
c．混合气体的平均摩尔质量保持不变，因反应Ⅳ反应前后气体分子数不同，反应前后气体物质的量变化，
平均摩尔质量也变，当其不变说明体系一定平衡，符合题意 ；
d．混合气体的密度保持不变，恒容体系气体体积、质量均不变，密度始终不变，当其不变体系不一定达
到平衡状态，不符合题意 ；
故选：
；
②平衡时
的分压为
，同温同体积条件下，物质的量与压强成正比，则
，
可得平衡时
，
；
；
（3）①电解时
生成
得电子化合价降低，作阴极连电源的负极
，即电源的负极是
；
②催化电极为阴极，阴极的电极反应式为
；
③当催化电极生成
时，
物质的量为
，电路中转移
，双极膜向阳极室移
动
，阳极室发生反应
，放出
的物质的量
，阳极室溶
液增加的质量为：
。
21．（2025·黑龙江吉林·一模）工业合成氨反应是在催化剂表面上进行的，其反应历程如下(*表示吸附态)：
化学吸附：
表面反应：
脱附：
其中，
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。
回答下列问题：
(1)①催化剂的选择是合成氨的核心技术之一，使用催化剂1 或催化剂2 合成氨，产氨速率与温度的关系如
图。
根据由图判断，活化能
(填“>”“=”“<”)。
②分析说明原料气中
过量的理由
(2)反应
到平衡时，正、逆反应的速率方程分别为：
，
为速率常数，已知
，据
此计算
(3)合成氨中所使用的原料氢气可将二氧化碳转化为高附加值化学品
，在催化剂作用下主要发生以
下反应。甲醇的选择性
。
I.
II.
①在恒容容器中温度升高甲醇的选择性 (填：“增大”“减小”或“不变”)
②恒温恒容条件下，原料气
以物质的量
投料在初始压强为
下进行反应。达到平衡
时
的选择性为
，
转化率为
。则该条件下反应II 的分压平衡常数
。(对于
气相反应，用组分B 的平衡
代替
，记作
。
，p 为平衡总压，
为平衡系统中
B 的物质的量分数。)
(4)研究表明，
对催化加氢也有一定催化效果，取干燥
在
气条件下加热，热重分析显示样品
一直处于质量损失状态；X 射线衍射分析结果表明随着温度升高，该晶胞边长变长，但铈离子空间排列没
有发生变化。
加热后，当失重率(损失的质量/总质量)为
时，每个晶胞拥有的
的个数为 。
【答案】(1) < N2的吸附与分解是合成氨的限速步骤，提高N2的分压可加快该限速反应并有利于
平衡向生成氨方向移动，从而提高产率
(2)-1.5
(3) 减小
(4)7
【详解】（1）①由图可知，使用催化剂1 时反应速率更快，说明催化剂1 降低反应活化能的效果更好，
则活化能
<
；
②工业上往往使原料气中 N2适当过量，其理由是：N2的吸附与分解是合成氨的限速步骤，提高N2的分压
可加快该限速反应并有利于平衡向生成氨方向移动，从而提高产率。
（2）由
在平衡状态下相等，则Kp=
=
=
，
=-1、β = –1.5、
。
（3）①反应I 是放热反应，反应II 是吸热反应，在恒容条件下升高温度，反应I 平衡逆向移动，反应II 平
衡正向移动故甲醇选择性减小；
②设起始投料 n(CO2) : n(H2) = 1 : 3，CO2转化率为50%，其中80%转化生成CH3OH、20%转化生成CO，
列出“三段式”
=0.5、
0.8，解得x=0.4，y=0.1，初始压强为
，则平衡压强为：
，则该条件下反应II 的分压平衡常数
=
。
（4）CeO2在Ar 气中加热失重主要是失去部分氧原子，生成 CeO2-δ。1mol CeO2的质量为199g，由失重率
2.01%计算可得，剩余n(O)=
，新化学式约为 CeO1.75，已知每个晶胞含
=4 个Ce，故对应含7 个 O2-，即每个晶胞拥有7 个氧离子。
22．（2025·江西萍乡·一模）
经催化加氢可合成重要的化工原料乙烯，热化学方程式为
。
回答下列问题：
(1)已知：几种物质的能量（在标准状况下，规定单质的能量为0，测得其他物质在生成时所放出或吸收的
热量）如下表所示：
物质
能量
（kJ·mol-1）
0
-394
52
-242
则
。
(2)若甲、乙两个密闭容器起始时的容积、温度及
和
的投料比均相同。甲：恒温恒压；乙：恒温恒
容，反应
达平衡时，
的产率：甲 （填“>”“<”或
“=”）乙。
(3)在密闭容器中，按
与
的物质的量之比为1：3 进行投料，发生上述反应，在5MPa 下，测得不同
温度下平衡体系中各种物质的体积分数（φ%）如图所示。
①表示
组分的曲线是 （填“Ⅰ”“Ⅱ”“Ⅲ”或“Ⅳ”）。
②图中曲线交点a 对应的
转化率为 。
③交点a 对应条件下平衡体系中
的分压为 MPa（保留2 位小数）。
(4)一定温度下，2mol
与6mol
在2L 的密闭容器中发生上述反应，5min 时达到平衡，
随时间
变化如图所示。
0~5min
①
内，
。
②第7min 时平衡移动的方向是 （填“向正反应方向”或“向逆反应方向”）移动，采取的措施可
能是 。
【答案】(1)
(2)>
(3) Ⅳ 60% 0.48
(4) 0.24mol·L-1·min-1 向逆反应方向 增大
浓度或向平衡体系中加入0.8mol
【详解】（1）反应焓变等于生成物总能量减去反应物总能量，则
。
（2）若甲、乙两个密闭容器起始时的容积、温度及投料方式均相同，甲：恒温恒压，乙：恒温恒容，正
反应物质的量减小，根据等效平衡原理，甲和乙相比，乙相当于减压，乙
平衡逆向移动，反应达平衡时
产率：甲>乙。
（3）①根据第1 小问结果，该反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，则升高温度
与
含量减小，
与
的含量升高，平衡时
、
、
、
的比例为2：6：1：4，则曲线I
为
，曲线II 为
，曲线III 为
，曲线IV 为
；
②图中曲线I 为
，曲线Ⅲ为
，曲线交点a 为氢气和水平衡时的体积分数相等，根据反应
可知，假设初始氢气为
，反应中氢气转化
，水转化
，则平衡时有
，解得
，由于
与
的物质的量之比为1：3 进行投料，则初
始
为
，
转化的物质的量为
，故图中曲线交点a 对应的
转化率为
；
③根据上面分析可知a 点时
、
、
、
的物质的量分别为
、
、
、
，则交点a 对应条件下平衡体系中
的分压为
。
（4）①如图可知，0~5min 内水分子浓度由0 上升至0.8mol/L，则
，根据反应方程式
，氢
气和水的计量系数比为6：4，由于反应速率比等于计量系数比，则
；
②如图可知，第7min 时水浓度增加0.4mol/L，7min 以后水的浓度减小，则平衡移动的方向是向逆反应方
向移动，采取的措施可能是增大
浓度或向平衡体系中加入0.8mol
。
23．（2025·福建龙岩·一模）空间站内搭载萨巴蒂尔装置将
转化为
，再通过电解水装置回收氧元
素，其系统原理如图：
萨巴蒂尔装置内发生反应为
反应I：
反应II：
(1)已知：
。
①则
。
②其他条件不变时，压缩平衡体系体积，重新达到平衡后，下列说法正确的是 。
A．反应I 的化学平衡常数变小 B．
变大 C．
物质的量分数增大 D．
的转化率增大
(2)
下，在体积为
“高温反应器”中(其他条件相同)充入
及
，分别使用
、
、
作催化剂，在
时
的转化率如下表所示。
标号
A
B
C
催化剂
转化率/%
35.3
48.6
75.0
①使用不同催化剂时，反应的活化能比较：
催化剂
催化剂(填“=”
“>”或“<”)。
②在
时，一定未达到平衡的是 (填写上表中的“标号”)。
③使用
作催化剂，在
时测得
物质的量为
，
时，
。
(3)已知原料气中含有
及
在萨巴蒂尔装置中发生反应，达平衡时，各组分物质的量分数随
温度变化如下图所示。
达平衡时，总压为p，则反应Ⅱ的
(列出计算式，
为以分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数)；此时氧元素的回收率为
[列出计算式，回收率
]。
(4)萨巴蒂尔系统中不能先进行低温反应，再进行高温反应的原因是 。
【答案】(1)
CD
(2) > AB
(3)
×100%或
或
(4)若先在低温反应时，反应Ⅰ速率小且转化率低，生成CO 和H2O 少，导致反应Ⅱ正向进行程度少，氧元
素回收率很低
【详解】（1）①反应I：
反应Ⅲ：
根据盖斯定律Ⅲ-I 得反应II：
。
A
②．平衡常数只与温度有关，反应I 的温度不变，化学平衡常数不变，故A 错误；
B．焓变与化学方程式的系数有关，与平衡移动无关，增大压强，
不变，故B 错误；
C．增大压强，反应II 正向移动，
物质的量分数增大，故C 正确；
D．增大压强，反应II 正向移动，CO 减少，使反应I 也正向移动，所以
的转化率增大，故D 正确；
选CD。
（2）①相同时间内使用
催化剂时CO2的转化率小于
催化剂，可知使用
催化剂反应速率快，反应的活化能比较：
催化剂>
催化剂。
②催化剂不能使平衡移动，
下反应达到平衡时，CO2的平衡转化率至少为75%，可知在
时，AB 中
CO 的转化率小于75%，可知一定未达到平衡的是AB。
③
时，使用
作催化剂，CO2的转化率为75%，可知反应I 消耗0.75mol 氢气、生成
0.75mol 水，在
时测得
物质的量为
，则反应II 生成0.6mol 水，可知反应II 消耗氢气
1.8mol，
时，
。
（3）随温度升高，反应I 正向移动，反应II 逆向移动，所以CO 的含量增多、甲烷的含量减少，则d 表示
CO、b 表示CH4、a 表示H2O，
达平衡时，总压为p，则反应Ⅱ的
；含氧元素的物质有
CO2、CO、H2O，CO2、CO、H2O 的物质的量分数分别为y%、z%、w%，所以此时氧元素的回收率为
×100%；含有氢元素的物质有H2、H2O、CH4，H2、H2O、CH4的物质的量分数分别为w%、w%、
x%，氢元素为氧元素的4 倍，所以此时氧元素的回收率为
；含有碳元
素的物质有CO2、CO、CH4，CO2、CO、CH4的物质的量分数分别为y%、z%、x%，氧元素的总量为碳元
素的2 倍，所以此时氧元素的回收率为
（4）反应I 吸热，若先在低温反应时，反应Ⅰ速率小且转化率低，生成CO 和H2O 少，导致反应Ⅱ正向进
行程度少，氧元素回收率很低，所以萨巴蒂尔系统中不能先进行低温反应，再进行高温反应。
24．（2025·甘肃兰州·一模）煤制甲醇工业对国家能源安全和化工产业发展意义重大。其主要流程分为煤
气化和合成甲醇：
Ⅰ．煤气化的主要反应：
反应1：
反应2：
请回答：
(1)反应
的
，在 （选填“低温”、“高温”或
“任意温度”）条件下有利于该反应自发进行。
(2)在恒温恒容容器内进行反应1 和反应2，下列说法正确的有________（填序号）。
A．混合气体的密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡
B．平衡时
的体积分数可能大于
C．平衡时向容器中充入惰性气体，平衡体系中
的体积分数不变
D．平衡时缩小容器体积，平衡体系中
减小
(3)研究人员结合实验与计算机模拟结果揭示了在金催化剂表面上反应2 的反应历程（如下图所示），其中
吸附在金催化剂表面上的物质用*标注。该历程中决定反应2 速率的步骤方程式为 。
(4)在一定温度下，向体积固定的密闭容器中加入足量的
和
同时发生反应1 和反应2，起
始压强为0.1MPa，平衡时
的转化率为50%，
的物质的量是为0.1mol，则反应1 的平衡常数
。（已知
为分压平衡常数，分压=总压物质的是分数）
Ⅱ．合成甲醇的主要反应为
。
(5)在其他条件一定时，甲醇的产量随温度和压强的变化趋势如上图所示，其中压强最大的是 （选
填
）。
(6)在550K、
条件下，M 点所示的反应状态中甲醇的生成速率 甲醇的消耗速率（选填“>”“<”或
“=”）。
(7)请解释甲醇的产量随温度变化的原因 。
【答案】(1)
高温
(2)AC
(3)
（或
）
(4)0.01MPa
(5)
(6)<
(7)
时，反应未达平衡，其他条件不变时，随着温度的升高，化学反应速率加快，甲醇的产量增大：
时，反应已达平衡，随着温度的升高，反应平衡逆移，甲醇产量降低
【详解】（1）由盖斯定律可知：反应1+反应2 可得
，则
；该反应为吸热反应且
、
，
根据
时反应自发进行，则该反应在高温条件下进行有利于该反应自发进行；
（2）A．反应1 中C 是固体，恒温恒容容器内，随着反应的进行，混合气体的质量逐渐增大，则密度逐渐
增大，当密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡，A 正确；
B．反应1+反应2 可得
，假设反应完全进行到底，则H2的体积分数为
，但可逆反应不能进行到底，则H2的体积分数一定小于
，B 错误；
C．平衡时向容器中充入惰性气体，容器内总压强增大，但是恒容条件下各物质浓度不变，平衡不移动，
则平衡体系中CO 的体积分数不变，C 正确；
D．总体考虑该反应体系，反应1-反应2 得:
，该反应的平衡常数为
，
则平衡时缩小容器体积，温度不变，平衡体系中
不变，D 错误；
故选AC。
（3）决速步骤是反应速率最慢的，活化能最大的步骤，方程式为：
（或
）；
（4）平衡时
的转化率为50%，则平衡时水的物质的量为0.5mol，则
的物质的量是为0.1mol，设
反应1 消耗水得物质的量为xmol，列出三段式得
，
，则
，解得x=0.3mol，此时容
器中总气体的物质的量为（0.5+0.1+0.5+0.2）mol=1.3mol，起始压强为0.1MPa，则此时总压强为
，反应1 的平衡常数
；
（5）该反应正向是气体分子数减小的反应，增大压强平衡正向移动，甲醇的产量增大，故压强最大的为
P1；
（6）在550K、
条件下，M 点在平衡曲线上方，此时反应逆向进行，故所示的反应状态中甲醇的生成速
率<甲醇的消耗速率；
（7）
，反应为放热反应，
时，反应未达平衡，
其他条件不变时，随着温度的升高，化学反应速率加快，甲醇的产量增大：
时，反应已达平衡，
随着温度的升高，反应平衡逆移，甲醇产量降低。
25．（2025·广西来宾·一模）工业上可以利用
合成
，主要涉及以下两个反应。
反应Ⅰ．
反应Ⅱ．
(1)已知反应Ⅲ的平衡常数
，则反应Ⅲ的
（用含
的式子表示）。
(2)在催化剂作用下，将
和
混合充入一恒容密闭容器中同时发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，达到平
衡时
的转化率和容器中混合气体的平均相对分子质量随温度变化如图。
①分析可知，反应I 的正反应为 （填“吸热”或“放热”）反应。
②
时，容器中气体总的物质的量为 ，反应Ⅱ的化学平衡常数
。
③同时提高
的平衡转化率和平衡时
的选择性，应选择的反应条件为 （填字母）。
A．高温高压 B．高温低压 C．低温高压 D．低温低压
④若向3.0MPa 恒压密闭容器中通入体积比
的混合气体，在1mol 催化剂作用下只发生反应
Ⅰ：
，测得
时空收率（表示单位物质的量催化剂表面物质
的平均生成速率）随温度的变化曲线如图所示。则169℃与223℃时，
的平均反应速率之比为
。甲醇时空收率随温度升高先增大后减小，请解释减小的可能原因是
。
(3)通过电催化将
转化为
的装置如图所示。
Pt
①
电极是 （填“阴极”或“阳极”）。
②若忽略电解液体积变化，电解过程中阴极室的浓度基本不变，写出阴极电极反应式 。
【答案】(1)
(2) 放热
0.22 C 1：2 该反应为放热可逆反应，温度过高时平衡向反
应逆向移动(或副反应增多、催化剂失活等)，使甲醇产率反而下降
(3) 阳极
【分析】反应Ⅰ的
，反应Ⅱ的
，据此数据解答。
【详解】（1）反应Ⅲ的平衡常数为
，得
，则反应
Ⅲ的热反应方程式为：
，则反应Ⅲ可看成为反应Ⅰ反应Ⅱ，所以
。
故答案为：
。
（2）在催化剂作用下，将
和
混合充入一恒容密闭容器中同时发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，达到
平衡时
的转化率和容器中混合气体的平均相对分子质量随温度变化图可知，起始时混合气体的平均摩
尔质量为：
，平均相对分子质量为16，随温度逐渐升高，
的转化率先降低后升高，而混合气体的平均相对分子质量逐渐减小，据此信息解答后面问题。
①根据分析和题目图形可知，随着温度逐渐升高，
的转化率逐渐降低，混合气体的平均相对分子质量
逐渐减小，则平衡向逆反应方向移动，说明正反应为放热反应；
②
时，
的转化率为50%，则消耗的
，剩余
；此时混合气体的平均相对分子
质量为20，由于混合气体的总质量不变，利用平衡后混合气体的摩尔质量为：
，解得
；体系减少了
，因反应Ⅱ对总物质
的量无净增减，所以这
全是反应Ⅰ的减少量，根据反应Ⅰ方程式得：
；则反应Ⅱ消耗的
为
，由反应Ⅱ的方程式得：
，则平衡体
系中各物质的物质的量分别为：
、
、
、
、
，得到反应Ⅱ的化学平衡常数
为
。
③同时提高
的平衡转化率和平衡时
的选择性，需要反应Ⅰ平衡向右移动，根据反应Ⅰ为放热
反应，需要低温，同时反应Ⅰ也为正反应体积减小的反应，需要高压，所以应选择的反应条件为低温高压，
四个选项中C 选项符合题意；
④由图中信息可知“
”与“
”时甲醇时空收率分别为
与
，而反应Ⅰ每生成
要消耗
，故
的平均反应速率之比
；甲醇时空收率随温度升高先增大后减小的原因
可能为：该反应为放热可逆反应，温度过高时平衡向反应逆向移动(或副反应增多、催化剂失活等)，使甲
醇产率反而下降。
故答案为：放热；
；0.22；C；1：2；该反应为放热可逆反应，温度过高时平衡向反应逆向移动(或
副反应增多、催化剂失活等)，使甲醇产率反而下降。
（3）根据电催化将
转化为
的装置图可知，
转化为
时化合价降低，得到电子，在
阴极反应；
①因通入
的电极为阴极，则Pt 电极为：阳极；
②若忽略电解液体积变化，电解过程中阴极室的浓度基本不变，说明未消耗
，则阴极电极反应式
为：
。
故答案为：阳极；
。
