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第24 天 押原理综合
热+平衡：盖斯定律与多重平衡常数（Kp、Kc）的联算
（2025·贵州·高考真题）TiC 是一种极具潜力的超高温结构材料，其制备总反应为：
反应步骤如下：
Ⅰ．
Ⅱ．
Ⅲ．
回答下列问题：
（1）
________
，总反应的
随温度T 的变化关系如图，则总反应自发进行的温度条件为
________。
例1
（2）在恒容密闭容器中，加入1 mol
、5 mol C 和8.4 mol 氢气，以
从20℃升温至1500℃
后保持恒温进行反应，测得剩余固体质量分数随时间t 变化关系如图。已知：剩余固体质量分数
①148 min 之前反应速率逐渐加快的原因是________。
②M、N 点的反应速率
________
(选填“>”“=”或“<”)，其原因是________。
③设Q 点达平衡，总压为p kPa，则1500℃时总反应的
________
(分压=总压×物质的量分数，
用含p 的代数式表示)。
（3）高温下，向
和C 反应体系中加入NaF，可形成TiC-NaF(l)(TiC 与NaF 共熔体)，最终获得TiC，
原理如下：
ⅰ．
ⅱ．______________
ⅲ．
过程ⅱ的化学方程式为________，加入NaF 有利于生成更多TiC 的原因是________。
【答案】（1）
温度高于1258K
（2） 该时间段内，反应体系持续升温，温度升高是导致反应速率加快的主要原因 > 随着
反应进行生成了
固体覆盖在反应物表面，导致反应物接触面积减小，速率减慢
（3）
加入熔融 NaF 能生成TiC 与NaF 共熔
体，该共熔体为液态，能够从体系中“被移走”，从而不断推动平衡向生成 TiC 的方向移动，有利
于得到更多的 TiC
【解析】（1）根据盖斯定律，总反应
可由
×I +
×Ⅱ +
×Ⅲ得到：
=
=
；
由
图可知，当
时，
，反应自发进行；
（2）①148 min 之前反应速率逐渐加快的原因是该时间段内，反应体系持续升温，温度升高是导致反应速
率加快的主要原因；
②148 分钟以后，温度已经保持不变状态，由斜率可看出
；原因可能是因为随着反应进行生
成了
固体覆盖在反应物表面，导致反应物接触面积减小，速率减慢；
③1500℃时时，剩余固体质量分数为68%，初始固体总质量：
，
剩余固体质量：
，设反应的
为
，三段式为
剩余固体质量：
，则56x = 140 - 95.2，解得x = 0.8 mol，平衡时
，气体总物质的量
；
（3）过程ⅱ的化学方程式与
的作用 ，过程ⅰ：
；过程ⅲ：
，因此过程ⅱ为
与液态
反应生成
，方程式为：
；加入熔融 NaF 能生成TiC 与NaF 共熔体，该
共熔体为液态，能够从体系中“被移走”，从而不断推动平衡向生成 TiC 的方向移动，有利于得到
更多的 TiC。
（2025·江西·高考真题）
与
通过催化转化为高附加值化学品，是实现“双碳”目标
的途径之一。相关反应体系及其热力学数据(
、
)如下：
Ⅰ．
Ⅱ．
Ⅲ．
Ⅳ．
Ⅴ．
回答下列问题：
（1）
_______
（2）反应Ⅰ的机理包括3 种路径(主要步骤如图)，在A 路径中，决速步骤的能垒是_______
，反应Ⅰ的
最优路径是_______(填标号)。
例2
（3）某课题组模拟了
加氢在不同温度下的平衡组分(如图)。保持总压为
，温度为
以上
时，主要含碳产物是_______，计算
时相关反应的平衡常数
_______
。
（4）反应Ⅰ某路径的主要步骤如下(其中*表示吸附态)：
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
写出与第⑤步竞争的基元反应_______。
（5）通过对
负载
的单原子催化剂进行掺杂，可调控催化剂选择性生成
或
，其示意图如下：
ⅰ．写出Y 的化学式_______。
ⅱ．依据示意图，掺杂
的催化剂可以提高Y 的选择性，其原因是_______。
【答案】（1）
（2）
C
（3）
（4）
（5）
钠抑制了
对
的活化；钠与中间体的氧成键稳定了
中间体构型
【解析】（1）由盖斯定律，Ⅴ-Ⅳ得反应
；
（2）过渡态物质的总能量与反应物总能量的差值为活化能，即图中峰值越大则活化能越大，峰值越小则
活化能越小，活化能越小反应越快，活化能越大反应越慢，决定总反应速率的是慢反应；由图，在A
路径中，决速步骤的能垒
，反应Ⅰ的最优路径是C，其最大活化能最小，更利于反应进行；
（3）由图，保持总压为
，温度为
以上时，主要含碳产物是
；由图，
时，氢气和
水含量相等均为40%、乙醇和二氧化碳含量相等均为10%，则
中氢气和水分压均为
、乙醇和
二氧化碳分压均为
，则
平衡
常数
；
（4）反应⑤
消耗
的反应，与步骤⑤形成竞争反应是争夺OH*的反应，即
OH*+*=O*+H*和
反应；由反应可知，④
为可逆反应，则与第⑤步
竞争的基元反应为：
；
（5）ⅰ．可调控催化剂选择性生成
或
，由图，右侧C、O 相结合且均吸附与催化剂表面，则其后
生成的Y 为CO；
ⅱ．由图，钠抑制了
对
的活化，钠与中间体的氧成键稳定了
中间体构型，从而使得掺杂
的催化剂可以提高CO 的选择性。
（2025·四川·高考真题）乙二醇是一种应用广泛的化工原料。以甲醛和合成气(
)为
原料制备乙二醇，反应按如下两步进行：
①
②
已知：
为物质生成焓，反应焓变
产物生成焓之和-反应物生成焓之和。相关物质的生成焓如下表
所示。
物质
0
回答下列问题：
（1）生成乙二醇的总反应③，其热化学方程式为_______，
_______0(填“>”“<”或“=”)，反应在
_______(填“高温”或“低温”)自发进行。
（2）恒压时，合成气中
增大，
(羟基乙醛)单位时间产率降低，其原因是
_______。
（3）反应中伴随副反应④：
。平衡常数与温度之间满足关系
常
数，反应②和④的
与
的关系如图所示，则
_______
，(填“>”“<”或“=”)；欲抑制甲醇
的生成，应适当_______(填“升高”或“降低”)反应温度，理由是_______。
（4）若反应在恒容密闭容器中进行，溶剂中甲醛初始浓度为
。
①反应
后，羟基乙醛、乙二醇、甲醇的产率分别为
，则甲醛的平均消耗速率
_______
。
②溶剂中
和
浓度分别保持为
，羟基乙醛、乙二醇、甲醇的平衡产率
分别为
，生成乙二醇的平衡常数
_______
(科学记数，保留小数点后2 位)。
【答案】（1）
＜ 低
温
例3
（2）反应②的速率大于反应①使得单位时间内
(羟基乙醛)产率降低
（3） ＜ 降低 随着
的增大，即温度降低，反应②的
增大的程度大于反应④的
增
大程度
（4） 0.112
【解析】（1）将反应①和②相加，消去中间产物
，得到总反应：
，反应焓变公式：
：
；反应中气
体分子数减少（4 mol 气体 → 1 mol 液体），混乱度降低，故ΔS < 0；自发性条件：根据ΔG = ΔH -
TΔS，ΔH 为负、ΔS 为负时，低温（T 较小）使ΔG < 0，反应自发；故答案为：
；＜；低温；
（2）恒压时，合成气中
增大，意味着
的分压增大，
的分压减小，反应速率与反应物
浓度相关，
其分压减小效应超过
分压增大的影响，导致反应①比反应②慢，故羟基乙醛单位时
间产率降低；故答案为：反应②的速率大于反应①使得单位时间内
(羟基乙醛)产率降低；
（3）
与
的关系图中，斜率为
。图中反应②的斜率大于反应④，表明
。由于两
反应的K 随温度降低均增大，均为放热（
），故
；抑制甲醇生成，即让反应②的正
向进行程度大于反应④，由图可知，随着
的增大，
增大的程度大于
增大程度，故需要低
温才能抑制甲醇的生成；故答案为：＜；降低；随着
的增大，即温度降低，反应②的
增大的程
度大于反应④的
增大程度；
（4）①生成HOCH2CHO 消耗甲醛38%，乙二醇消耗甲醛8%，甲醇消耗甲醛10%，总计38% + 8% + 10%
= 56%。消耗量 = 1.0 mol/L × 56% = 0.56 mol/L，则甲醛的平均消耗速率
；
②总反应③：
平衡常数表达式为
[注：
为液体，但在溶液中其浓度变化，故包含在
中；单位要符合
]；平衡浓度：
（乙二醇平衡产率34%）:
；羟基乙醛18% ：
；甲醇14% ：
，总甲醛消耗浓度：
， 平衡 ：
；给定平衡浓度：
，
，代入计算：
，解得：
(科学记数，保留小数点后2 位)；故答案为：0.112；
。
“热+平衡”综合题是高考化学反应原理板块的压轴题型，命题呈现“情境真实、信息隐蔽、计算与
推导并重”的特点。试题常以CO₂ 加氢制甲醇、甲烷重整、化学链燃烧、储氢材料分解等实际反应体系为
载体，综合考查盖斯定律计算反应焓变、反应自发性的温度条件判断、速率常数与活化能、多重竞争反应
下的平衡常数（Kc、Kp）计算、转化率与选择性曲线分析、平衡移动与条件优化、反应机理与决速步识别
等。近年趋势是强化对多反应耦合体系的平衡处理，要求学生能够根据不同温度下产物分布曲线判断主副
反应，并利用原子守恒、元素守恒列方程求解平衡组成，同时注重对压强平衡常数Kp 的熟练计算以及对
反应坐标图（能垒图） 的解读。预计2026 年将继续以“陌生反应体系+多重平衡+图像分析”的形式出
现，全面考查学生的综合应用能力和建模思维。
盖斯定律计算反应焓变：根据已知反应的热化学方程式，通过加减乘除组合得到目标反应的ΔH。
需注意系数倍乘和方向反转时ΔH 的对应变化。常见考点：TiC 制备、CO₂ 加氢制甲醇、化学链燃
烧等体系中总反应ΔH 的计算。
反应自发性的温度条件判断：利用ΔG = ΔH - TΔS，ΔG < 0 时反应自发。需根据ΔH 和ΔS 的符号判
断正向自发所需温度条件（高温、低温或任何温度）。常见考点：反应③在低温下自发；合成氨
反应低温促进平衡但速率慢。
化学反应速率与活化能：根据反应历程能量图（能垒图），确定决速步骤（活化能最大的基元反
应），比较不同催化剂或不同路径的能垒大小，判断催化效率。常见考点：CO₂ 加氢反应中不同路
径的最大能垒；载氧体掺杂对活化能的影响。
平衡常数Kc 与Kp 的计算：根据平衡时各组分分压或浓度，代入平衡常数表达式计算。注意：分
压=物质的量分数×总压；对于涉及固体或纯液体的反应，其活度为1，不写入表达式。体积变化时
需换算浓度。常见考点：反应Ⅲ的Kp；CO₂ 加氢制甲醇的Kc；乙二醇合成的平衡常数。
转化率—选择性曲线分析：根据图像中CO₂ 转化率、甲醇选择性与温度的关系，判断主副反应的
热效应（吸热/放热），解释曲线先降后升或交叉的原因。常见考点：低温以反应ⅱ（放热）为主，
高温以反应ⅲ（吸热）为主；催化剂中毒导致选择性变化。
多重反应体系中的平衡组成计算：多个反应同时发生时，需利用元素守恒（C、H、O 等）列方程，
结合已知的转化率或产物选择性，求解各组分平衡物质的量，进而计算平衡常数或反应速率。常
见考点：CO₂ 加氢同时生成甲醇和CO；甘油重整多反应平衡计算。
压强平衡常数Kp 与总压的关系：对于气体分子数变化的反应，Kp 与总压有关，但Kp 本身只与温
度有关。计算Kp 时需将分压用总压和物质的量分数表示。常见考点：合成氨Kp 计算；CO₂ 甲烷
化Kp 计算；乙二醇合成平衡常数。
反应速率方程与速率常数：根据实验数据（如反应物浓度、催化剂用量、时间）确定反应级数和
速率常数关系。常见考点：肼分解速率方程中c(R)的浓度指数确定；催化剂浓度对速率的影响。
反应机理与中间体判断：根据反应历程图确定中间体（吸附态、自由基等）、过渡态、决速步。
常见考点：CO₂ 加氢制甲醇路径中的关键中间体；肼分解M 的化学式推断。
化学平衡移动与条件优化：分析温度、压强、投料比、惰性气体等对平衡转化率和产物选择性的
影响，选择有利于目标产物的条件。常见考点：恒压通入惰性气体，平衡向气体分子数增加的方
向移动；降温有利于放热反应的正向进行。
催化剂活性与失活：温度过高可能导致催化剂烧结或中毒，活性下降；某些物质（如CO、H₂S）
会使催化剂中毒。常见考点：Al₂O₃ 含量过高会降低α-Fe 表面积；升温使催化剂活性降低导致脱硝
效率下降。
热重曲线与固体组成推断：根据TG 曲线中质量损失率，结合化学反应计量关系，推断不同温度区
间固体产物的化学式。常见考点：Fe₂O₃ 逐步还原为Fe₃O₄、FeO、Fe；CoC₂O₄ 热分解为Co₃O₄ 或
CoO。
反应焓变与键能的关系：通过键能估算反应焓变或通过反应焓变反推键能。需掌握ΔH = 反应物总
键能 - 生成物总键能。常见考点：H₂ 在催化剂表面解离的能垒与键能关系；乙醇燃料电池负极反
应式。
化学链燃烧原理：载氧体在空气反应器中被氧化，在燃料反应器中被还原，实现氧的传递，同时
避免燃料与空气直接接触，便于CO₂ 捕集。常见考点：铁基载氧体逐级还原；单位质量载氧体供
氧量比较。
平衡常数与温度的关系：根据范特霍夫方程（lnK 与1/T 的线性关系），判断反应是吸热还是放热
（斜率正或负）。常见考点：甲醇合成K 随温度升高而减小；CO 歧化反应K 随温度变化趋势。
一、热化学方程式的书写与焓变计算
1．热化学方程式的书写注意几点
（1）填状态：用s、l、g、aq 标明物质的聚集状态
（2）注条件：反应的环境温度和压强(101 kPa、25 ℃时可不标注)
（3）写符号：在方程式后写出ΔH，并根据信息注明ΔH 的“＋”或“－”
（4）写单位：ΔH 的单位为kJ·mol－1
2．焓变计算
（1）键能公式：ΔH＝反应物总键能－生成物总键能＝断键吸收的总能量－成键放出的总能量
（2）活化能公式：ΔH＝正反应活化能－逆反应活化能
（3）总能量公式：ΔH＝生成物总能量－反应物总能量
（4）摩尔燃烧焓公式：ΔH＝反应物总摩尔燃烧焓－生成物总摩尔燃烧焓
（5）根据盖斯定律计算：
则：ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。
【注意】
1．ΔH 与反应环境温度和压强、物质的量、物质的状态有关；与反应条件、反应限度、反应历程无关。
2．摩尔燃烧焓又称燃烧热，是指在常温常压下，1 mol 可燃物完全燃烧生成稳定的物质放出的热量，单位
也是kJ·mol－1。
3．热化学方程式中各物质的系数只表示各物质的物质的量(摩尔数)。
4．ΔH 与书写方式的关系
（1）正逆反应的ΔH、K 的关系：ΔH 正＋ΔH 逆＝0，K 正·K 逆＝1
（2）化学计量数变成n 倍，ΔH 变为n 倍，K 变为n 次方倍
（3）反应③＝反应①＋反应②，则：ΔH3＝ΔH1＋ΔH2，K3＝K1·K2
（4）反应③＝反应①－反应②，则：ΔH3＝ΔH1－ΔH2，K3＝
（5）反应③＝a×反应①－×反应②，则：ΔH3＝aΔH1－ΔH2，K3＝
二、平衡图像分析、条件控制与原因解释
1．“点—线—面”三维度分析特殊平衡图像
（1）对于化学反应：mA(g)＋nB(g)
pC(g)＋qD(g)，如图1 所示：M 点前，表示从反应开始，v 正>v 逆；
M 点恰好达到平衡；M 点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A 的百分含量增加或C 的百分含量减
少，平衡左移，故正反应ΔH＜0。
图1 图2
（2）对于化学反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，L 线上所有的点都是平衡点(如图2)。L 线的左上方
(E 点)，A 的百分含量大于此压强时平衡体系的A 的百分含量，所以E 点满足v 正>v 逆；同理，L 线的
右下方(F 点)满足v 正＜v 逆。
2．实际工业生产中反应最佳条件的选择
条件
原则
从化学反应速率分析
非平衡状态，着重考虑外因对速率的影响导致反应物的转化率(或产品产
率)的影响
从化学平衡移动分析
平衡后，着重考虑外因对移动方向的影响
从催化剂的活性分析
注意催化剂的活性受温度的限制，还要注意催化剂对主副反应的选择性
的影响
综合分析
既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛
盾性，还要考虑设备要求
【注意】
化学反应原理综合题中的图像分析、条件的控制与原因解释也是不易得分的设问，快速解决这类题
目的方法：一是熟记和理解化学反应速率、化学平衡及转化率影响等相关知识。二是通过训练提高自己
对反应原理的定性分析，在陌生的研究对象及问题情境下，对信息获取与加工、逻辑推理和论证能力。
三、各类平衡常数计算
对于一般的可逆反应mA(g)＋nB(g)
pC(g)＋qD(g)，当在一定温度下达到平衡时，不同平衡常
数表达式总结如下：
根据题中所求的物理量的表示式代入有关量进行换算或计算。在进行有关计算时，要注意对单位的要求。
【注意】
1．分压定律：混合气体的总压等于相同温度下各组分气体的分压之和p(A)＋p(B)＋p(C)＋p(D)＋…＝p。
2．A 气体的分压＝气体总压×A 气体体积分数＝总压×A 气体摩尔分数。
3．气体的分压之比等于其物质的量之比：＝。
4．Kp＝Kx·pΔn(Δn＝生成物中气体分子数－反应物中气体分子数)。
1．（2026·辽宁·三模）CO2合成甲烷有利于实现“碳达峰、碳中和”，转化过程中发生的反应有：
反应i：H2(g) + CO2(g)
CO(g) +H2O(g)
= +41 kJ/mol
反应ii：4H2(g)+CO2(g)
CH4(g)+2H2O(g)
=-165 kJ/mol
反应iii：3H2(g)+CO(g)
CH4(g)+H2O(g)
回答下列问题：
（1）反应iii 的
=___________；反应iii 在___________(“高温”或“低温”)下能自发进行。
（2）向某恒温恒容密闭容器中充入1 mol CO2(g)和2 mol H2(g)发生反应i、ii、iii，一段时间后体系达到平
衡状态。反应i 的正、逆反应速率可分别表示为
、
(
、
分别为正、逆反应速率常数且均大于0，p 为气体分压)，降低温度时，
的数值___________(填
“增大”“减小”或“不变”)。
（3）向9 L 恒容密闭容器中充入1 mol CO2和2 mol H2发生反应i、ii、iii，达平衡时各组分的物质的量随
温度的变化如图所示：
①图中b 表示的物质是___________(填化学式)。
②温度为T℃时，平衡时H2、H2O 的物质的量分别为1.2 mol、0.6 mol，则CO2的物质的量为
___________mol，反应ⅲ的平衡常数
= ___________L2·mol-2 (列出计算式即可)。
③保持温度不变，缩小容器体积，容器内
___________(填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】（1） -206 kJ/mol 低温
（2）减小
（3） CO2 0.5
减小
【解析】（1）由盖斯定律可知，反应ⅱ-反应ⅰ=反应ⅲ，则反应ⅲ的
；该反应
,
，当
时可自发，故反应iii 在低温下能自发进行。
（2）达到平衡时，
，故
，故该反应的
，反应i 的
，降低温度，
减小，故
减小。
（3）①反应ⅰ为吸热反应，反应ⅱ、ⅲ均为放热反应，升高温度，反应ⅰ向正反应方向移动，反应ⅱ、
ⅲ逆向移动，则一氧化碳的物质的量增大、甲烷的物质的量减小，所以物质的量先增大后减小的曲线
b 表示二氧化碳、物质的量减小的曲线a 表示甲烷、物质的量增大的曲线c 表示一氧化碳；
②温度为T℃时，平衡时H2、H2O 的物质的量分别为1.2 mol、0.6 mol，根据氢原子守恒
，故
，根据碳原子守恒可知
，根据氧原子守恒可知
，
故
，
，故反应ⅲ的平衡常数
；
③由方程式可知，反应ⅰ的平衡常数为：
，则由平衡常数可知，平衡时，
，温度不变，平衡常数不变；反应ⅰ是气体体积不变的反应，增大压强，
平衡不移动，反应ⅱ、ⅲ均是气体体积减小的反应，增大压强，平衡均向正反应方向移动，则保持温
度不变缩小容器体积时，氢气的物质的量减小、水蒸气的物质的量增大，容器内
减小，所以
容器内
减小。
2．（2026·湖北黄冈·模拟预测）二氧化碳是廉价可持续的碳源，其转化为甲醇能减碳增效、推动可持续发
展。以下是
制备
可能涉及到的反应：
i．
ⅱ．
ⅲ．
已知：生成物A 的选择性
回答下列问题。
（1）已知反应的能垒越大，活化能越大。反应ⅱ的反应历程如图所示。在不同催化剂作用下，该反应历
程中决速步骤的能垒分别为___________
、___________
，其中效果较好的催化剂为
___________。
（2）反应ⅱ的焓变
___________。甲醇可作燃料，碱性环境下甲醇燃料电池的负极电极反应式为
___________。
（3）向体积为
的恒容密闭容器中分别充入
、
，仅发生反应ⅱ和ⅲ，反应相同时间t
秒后测得
实际转化率和
的实际选择性随温度的变化如图中实线所示，同时模拟出
平
衡转化率和平衡时
选择性如图中虚线所示。
①曲线a 表示
的平衡转化率，其先下降后上升的原因为___________。
②
时，反应ⅱ中
的反应速率
___________。反应ⅱ的平衡常数
___________(
时
甲醇与水均为气体)。
③试分析曲线a、b 在温度高于
后趋于重合的原因___________。
【答案】（1）
（2）
（3） 反应ⅱ为放热反应，反应ⅲ为吸热反应。在
以前，以反应ⅱ为主，温度升高平衡逆向移
动，所以曲线先下降；在
以后，以反应ⅲ为主，温度升高平衡正向移动，所以曲线后上升
曲线a 表示
的平衡转化率，曲线b 表示
的实际转化率。温
度越高反应速率越快，在相同时间t 秒内越趋于平衡，
的实际转化率与平衡转化率越趋于一致。
所以曲线a、b 在温度较高后趋于重合
【解析】（1）决速步骤为活化能(能垒)最大的步骤，能垒=峰(过渡态)能量-前一个谷(反应物)能量：对于
，最大能垒：
，对于
，最大能垒：
，
能垒越小，催化效果越好，因此效果较好的催化剂为
；
（2）根据盖斯定律，反应ⅱ=反应i+反应ⅲ，因此
，碱性环境下，甲醇在负极失电子
生成碳酸根，电极反应式为：
。
（3）①反应ⅱ放热(
)，反应ⅲ吸热(
)；温度升高时，反应ⅱ平衡逆向移动使
转化率降
低，反应ⅲ平衡正向移动使
转化率升高；低温时反应ⅱ占主导，总转化率下降，高温时反应ⅲ占
主导，总转化率升高，因此先下降后上升。即：反应ⅱ为放热反应，反应ⅲ为吸热反应，在
以
前，以反应ⅱ为主，温度升高平衡逆向移动，所以曲线先下降；在
以后，以反应ⅲ为主，温度
升高平衡正向移动，所以曲线后上升。
②
时，
平衡转化率为
，转化的
总物质的量：
；平衡时甲
醇选择性为
，根据选择性公式，生成甲醇的物质的量
。设反应
ii 转化
为
，反应ⅲ转化
为
，总消耗
，因此
的反
应速率：
；平衡时各物质浓度(体积
，水和甲醇可为气体)：
，
，
，
，反应ⅱ的平衡常数：
。
③温度升高，反应速率显著加快，相同反应时间t 内，反应已达到平衡状态，实际转化率等于平衡转化率，
因此曲线趋于重合，即：温度高于
后，反应速率足够快，t 时间内反应达到平衡，实际转化率等
于平衡转化率，故曲线重合。
3．（2026·江苏·二模）载氧体是化学链燃烧的关键材料，其一般原理如下图所示：
（1）若载氧体为
，燃料为丙烷，回答下列问题：
已知：反应I：
反应II：
反应III：
①
___________
。
②载氧体掺杂改性，可加快化学链燃烧速率。使用不同掺杂的
载氧体，反应II 活化能如下表所
示：
载氧体掺杂物质
氧化铝
膨润土
活化能/
60±2.3
37.3±1.3
由表中数据判断：使用“氧化铝”或“膨润土”掺杂的载氧体，单位时间内燃料反应器释放的热量分别为
a kJ、b kJ，则a___________b(填“>”、“=”或“<”)。
③
也可作该反应的载氧体，相比之下
作载氧体的优点是___________。
（2）某科研团队选用铁基载氧体，燃料为甲烷，采用热重分析法研究了不同升温速率对纯
载氧体样
品的影响，如图所示。
已知：
在还原过程中按
逐级转变。
①当升温速率为10℃/min，固体残余率为90%时，残余固体的化学式为___________(写出计算过程)，燃料
反应器中发生的主要反应的化学方程式为___________。
②图中升温速率越慢，固体残余率越小的原因可能是___________。
（3）化学链燃烧技术可以简单低能耗实现
分离和捕集，其原理是___________。
【答案】（1） -2044 < 单位质量的
载氧体供氧量比
更大
（2） FeO
降低升温速率有助于载氧体颗粒散热，
从而使载氧体颗粒可以更深度地被还原，固体残留更少
（3）
在燃料反应器内生成，不含空气成分；含有的水蒸气沸点较高可冷凝进行分离，除杂简单且能
耗低
【解析】该载氧体的空气反应器从空气中得到氧，变成高价态；高价载氧体被送到燃料反应器，与燃料发
生反应，变成低价态，又回到空气反应器循环该过程。
（1）①反应III 为5 倍的反应I 加上1 倍的反应II，根据盖斯定律得：
；
②活化能越低，反应速率越快，单位时间内释放的热量越多，由题干的表得：膨润土的活化能更低，反应
速率更快，单位时间释放的热量更多，则
；
③两种载体发生反应供氧的方程式为：
和
，可知单位质量的
载氧体供氧量比
更大，在相同质量下，
能为燃料燃烧提供更多的
氧气，燃烧效率更高。
（2）①假设反应初始有1 mol
，则
，
；设残余固体的
化学式为
，铁元素一直在固体中，固体中铁元素的物质的量不会改变，残留固体为2 mol
，
，得到
，残余固体的化学式为
；由题干得
该过程发生的主要反应是
被还原为
的反应，该反应中铁元素的化合价从
中的平均价
态
价降到
中的+2 价，每个
得到2 个电子；碳元素化合价从
中的-4 价升到
中的
+4 价，每个
失去8 个电子。先根据得失电子守恒确定反应物中
和
物质的量的比为4：
1，根据原子守恒配平即可，再根据升温速率为10℃/min，固体残余率为90%可确定反应条件为850℃
左右，得到反应的化学方程式为：
；
②降低升温速率有助于载氧体颗粒散热，载氧体与甲烷的反应进行得更充分，从而使载氧体颗粒可以更深
度地被还原，固体残留更少。
（3）燃料反应器中产物只有
和
，不含空气成分，含有的水蒸气沸点较高可冷凝进行分离，除杂
简单且能耗低。
4．（2026·天津和平·二模）目前合成氨反应研究的越来越深入。
（1）反应
可用于储氢.使用含氨基物质(化学式为
，
是一种
碳衍生材料)联合
催化剂储氢，反应过程中有
阶段。氨基能将
控制在催
化剂表面，其原理是_______；密闭容器中，其他条件不变，向含有催化剂的
溶液
中通入
，
产率随温度变化如左图所示。温度高于70℃，
产率下降的可能原因是
_______。
（2）已知
。
作催化剂，多孔
作为
的“骨架”和气体吸附
剂。
中含有
会使催化剂中毒。
和氨水混合溶液能吸收
生成
溶液，该反应的化学方程式为_______。一定条件下，按
混合匀速通入合成塔，
含量与
表面积、出口处氨含量关系如图所示。
含量大于
2%，出口处氨含量下降的原因是_______。
（3）在T℃，压强为0.9
条件下，向一恒压密闭容器中通入
的混和气体，20min 内
达到平衡，氨气的体积分数
，则0~20min 内
_______
，该反应的分压
表示的平衡常数
_______
(保留0.01，分压=物质的量分数×总压)。
（4）氨化脱硝过程发生反应
，根据下图
所示，分析420℃的脱硝效率低于390℃的脱硝效率可能的原因_______。
（5）25℃用甲酸吸收氨气可得到
溶液。则反应
的
平衡常数
_______。(已知：25℃时甲酸的
，
的
)
【答案】（1）
可以与
形成氢键 NaHCO3受热分解导致浓度下降，或升高温度氢气
溶解量下降，或升温催化剂活性下降，或HCOO-受热分解
（2）
含量大
于2%时，
表面积减小，催化效率下降，反应速率减小，单位时间内
产率减少
（3） 3/800 或0.00375 0.23
（4）420℃催化剂活性差，催化效率低，反应速率较慢，脱硝效率降低
（5）
【解析】（1）氨基中含有N-H 键，可与带负电的
形成氢键，从而将
吸附固定在催化剂表面。
碳酸氢钠受热易分解导致浓度下降，升高温度氢气溶解量下降，或升温催化剂活性下降，或HCOO-受热分
解，均可能导致HCOO-产率下降。
（2）根据
和氨水混合溶液能吸收
生成
溶液，配平得到
化学方程式为
。
氧化铝含量大于2%，出口处氨含量下降说明多孔氧化铝含量过多会吸附反应生成的氨气，由图可知，氧
化铝含量大于2%时，催化剂α-Fe 表面积减小，催化性能降低，导致反应速率减小，使得出口处氨含
量下降。
（3）设起始
，
，设转化
，根据平衡
，解得
。平衡时各物质的物质的量：
；
；
；
；恒压
条件下，总压
，平衡时
的分压
；初始时
的分压：
；反应速率：
；
计算平衡常数
：先计算各物质平衡分压：
；
；
；反应的
表达式：
。代入数据：
。
（4）根据图像分析可得，因温度过高可使催化剂活性降低，故420℃催化剂活性差，催化效率低，反应速
率较慢，脱硝效率降低。
（5）已知：甲酸的电离：
，
；
氨水的电离：
，
；
水的离子积：
，
；
目标反应（
）可以看作是以下三个反应的相加：
甲酸电离：
，
；
氨水电离：
，
；
中和反应：
，
；
因此，目标反应的平衡常数：
，代入数据可得
。
5．（2026·安徽·模拟预测）肼(
，沸点
)是一种具有良好应用前景的储氢材料，其分解反应如下：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
（1）反应
___________
。
（2）在金属Pt 催化下，发生反应Ⅰ．
①图1 中表示
随T 的变化趋势正确的是___________。(填“a”“b”“c”或“d”)
②图2 为反应Ⅰ催化机理，则M 的化学式为___________。
（3）在
下，催化
发生反应Ⅰ、Ⅱ，平衡时产物的物质的量与温度的关系如图3.
①曲线a 所示物种为___________，理由为___________。
②常温下，能提高
的平衡转化率的是___________。(填标号)
a．改变催化剂 b．增大
的用量 c．恒压时通入惰性气体
③Q 点时，反应Ⅰ的
___________(用含
的式子表示)。
（4）
，在R 催化下，
在NaOH 溶液(
)中发生反应Ⅰ、Ⅱ的速率方程为：
，k 是速率常数，
、
为常数。探究
与
转化
率为50%时所需时间的关系，测得实验数据如下：
实验
c(N2H4·H2O)/mol·L-1
c(NaOH)/mol·L-1
c(R)/mol·L-1
时间/s
1
m
n
p
q
2
m
n
2p
3
m
n
3p
t
根据表中数据分析，
___________(用含q 的式子表示)。
【答案】（1）
（2） d
（3）
，温度升高，平衡逆向移动，
减少或
“由图可知，在
左右，
约为3 mol，依据反应前后氮元素守恒，此温度下
及
的
物质的量近似为0，因此，a 为
” c
或
（4）
【解析】（1）已知： 反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
目标反应
，由盖斯定律得：
。
（2）①反应Ⅰ中，
，且反应后气体分子数增加，
，因此
：
斜率为负，
时截距
，随
增大
持续减小，对应曲线d．
② 根据原子守恒，吸附态
转化为
，脱去的
为
。
（3）①
，为放热反应，升高温度平衡逆向移动，
物质的量随温度
升高而减小，对应下降的曲线
，故
为
。
② a．催化剂不改变平衡转化率，a 错误；
b．增大
用量，恒压下
转化率不变，b 错误；
c．恒压通入惰性气体，体积增大，相当于减压，两个反应均为气体分子数增多的反应，减压平衡右移，
转化率提高，c 正确。
③ b 的物质的量会超过3mol，则b 代表
，设反应Ⅰ分解
，反应Ⅱ分解
，Q 点
，
，则
，
，解得
； 平衡时：
，
，总物质的量
；
。
（4）转化率为50%时，速率
，由速率方程
，得
，即
，得
； 同理
，解得
。
6．（2026·内蒙古呼和浩特·二模）将二氧化碳转化为高附加值有机物，不仅助力“碳达峰”，还具有良好
经济效益。二氧化碳催化加氢制甲醇，发生以下反应：
反应①
反应②
（1）反应①在_______(填“低温”或“高温”)正向自发进行。
（2）反应
的
_______kJ/mol。
（3）恒压密闭容器中，按照
投料，发生反应①和②。测得平衡时
的转化率、
和
的选择性随温度的变化如图所示[选择性
]。
①图中代表
平衡转化率随温度变化的曲线是_______(填“
”“
”或“ ”)。
②下列说法正确的是_______(填标号)。
A．
范围内，
的平衡转化率始终低于
B．温度越高，越有利于工业生产
C．未达平衡前，加入选择性高的催化剂，有可能提高
的产率
③
时反应②的分压平衡常数为_______(保留2 位有效数字，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
)。
（4）Zn-Ga-O 催化
制甲醇，其反应历程如图所示。Zn-Ga-O 无催化活性，形成氧原子空位后才具备催
化活性，
先在
表面解离为
，随后参与
的还原过程。
已知：ⅰ．催化剂上吸附或沉积太多的水，易使催化剂中毒；
ⅱ．口表示氧原子空位，*表示微粒吸附在催化剂上。
①理论上，反应历程中消耗的
与生成的甲醇的物质的量之比为_______。
②若原料气中
比例过低、过高均会减弱催化剂活性，原因是_______。
【答案】（1）低温
（2）-90.2
（3） c AC 0.015
（4） 6：1
太少，形成的氧原子空位少，催化能力较弱；
太多，生成的
过多，使催
化剂中毒
【解析】（1）反应①为
，
，该反应
过程中气体分子数减少，混乱度减小，
，
时反应能够自发，该反应在低
温下正向自发进行。
（2）根据盖斯定律，用反应①减去反应②即可得到
的
。
（3）①反应①是放热反应，升高温度平衡逆向移动，甲醇产率降低，故曲线a 代表
的选择性；反
应②是吸热反应，升高温度平衡正向移动，CO 产率增加，故b 代表 CO 的选择性。在低温区，主要
发生放热的反应①，升温导致平衡逆移，转化率下降；在高温区，主要发生吸热的反应②，升温导致
平衡正移，转化率上升。因此
的转化率随温度变化呈现先降后升的趋势，对应曲线 c；
②A．设初始投入
和
。设反应①消耗
，反应②消耗
，
的转化率
，
的转化率
，只要反应②发生，即
，则
，即
的转化率始终大于
的转化率，从图中可知在
范围内 CO 选择性大于0，说明反应
②始终存在，故A 正确；
B．生产甲醇主要依靠放热的反应①，高温会使平衡逆向移动，降低甲醇产率；且高温下 CO 选择性高
（副反应多），不利于工业生产甲醇，故B 错误；
C．催化剂具有选择性。在未达平衡前，使用对主反应（生成甲醇）选择性高的催化剂，可以加快主反应
速率，从而在相同时间内提高
的产率，C 正确；
故选AC。
③假设起始
为
，
为
，转化的
总量为
，
和CO 的选择性
各占 50%，平衡时n(
)=1mol-0.24mol=0.76mol，n(
)=
，n(CO)=
，由O 元素守恒可知，n
2mol-0.76mol×2-0.12mol-0.12mol=
，
由H 元素守恒可知n(
)=
=
，气体总物质的量为
，反应②是气体物质的量不变的反应，各物
质的分压之比等于物质的量之比，平衡常数
=
。
（4）①从反应历程及总反应
分析，
在
表面解离为
，生成
甲醇时，总反应消耗
，而
解离产生
，
因此
解离产生
，即反应历程中消耗的
与生成的甲醇的物质的量之比为
；
②若原料气中
比例过低、过高均会减弱催化剂活性，原因是：
太少，形成的氧原子空位少，催化能
力较弱；
太多，生成的
过多，使催化剂中毒。
7．（2026·河北雄安·二模）
和
催化重整制备甘油
体系中存在如下反应：
反应Ⅰ．
反应Ⅱ．
反应Ⅲ．
回答下列问题：
（1）反应
的
________
。
（2）将n(CO)：n(H2)=3:4 的混合气体分别以不同流速通入盛有催化剂的反应器中，在不同温度下仅发生
反应Ⅲ。通过检测流出气成分，绘制C3H8O3(g)的产率曲线如图所示（较低流速下的产率可近似为平衡
产率）。
①M 点对应
________
。
②图中温度由低到高的顺序为________，判断依据为________。
③T1时，Q 点C3H8O3(g)的产率比N 点低的原因可能为________。
（3）550℃时，向恒容密闭容器中充入1molCO（g）和1molH2O(g)发生反应Ⅰ和Ⅱ．平衡时H2O(g)的转化
率为
。
①CO(g)的平衡体积分数为________；反应Ⅰ的平衡常数K=________。
②若向该容器中充入2molCO(g)和2molH2O(g)发生反应，平衡时，
________7（填“>”“<”或
“=”）。
【答案】（1）+301.4
（2） 0.16
，低流速时反应达平衡，升高温度平衡逆向移动，C3H8O3产
率降低（或高流速时反应未达平衡，温度越高，反应速率越快，C3H8O3产率越高） 气体流速加
快，反应物分子在催化剂表面吸附量降低，反应速率降低
（3）
3.5 ＜
【解析】（1）由题干信息可知，反应Ⅰ．
，反
应Ⅲ．
反应3×Ⅰ-Ⅲ可得到反应
，根据盖斯定律可知
3
-
=3×(-41.2 kJ/mol)-
(-425kJ/mol)=+301.4kJ/mol；
（2）①由题干图像信息可知，M 点C3H8O3(g)的产率为80%，CO 的流速为0.6mol/h，结合反应方程式：
可知，对应
=0.16
；
②已知反应Ⅲ：
正反应是一个放热反应，即
，
低流速时反应达平衡，升高温度平衡逆向移动，C3H8O3产率降低(或高流速时反应未达平衡，温度越高，
反应速率越快，C3H8O3产率越高)，结合题干图像信息可知图中温度由低到高的顺序为T3＜T2＜T1；
③T1时，气体流速加快，反应物分子在催化剂表面吸附量降低，反应速率降低，导致Q 点C3H8O3(g)的产
率比N 点低；
（3）550℃时，向恒容密闭容器中充入1molCO（g）和1molH2O(g)发生反应Ⅰ和Ⅱ．平衡时H2O(g)的转化
率为
，则三段式分析为：
，
，
，1-x+2y=1×(100%-
60%)，联合解得x=0.8mol，y=0.1mol，据此解题：
①由上述分析可知，CO(g)的平衡体积分数为
=
=
；反应Ⅰ的
平衡常数K=
=
=3.5；
②若向该容器中充入2molCO(g)和2molH2O(g)发生反应，容器压强增大，反应Ⅱ正向移动，反应Ⅰ平衡不
移动，导致平衡时，
＜7。
8．（2026·云南·模拟预测）甲醇是一种重要的化工原料和液态氢储存燃料，
选择性加氢制甲醇反应在
全球范围内引起了广泛关注。已知发生的主要反应如下：
反应Ⅰ．
反应Ⅱ．
反应Ⅲ．
回答下列问题：
（1）
___________
；反应Ⅰ在一定条件下可自发进行，则自发进行的条件为
___________(填“高温”“低温”或“任何温度”)。
（2）反应Ⅲ的反应历程如图所示(*表示吸附态)。由图可知
上的___________原子加氢更有利。
（3）一定条件下，在
的恒容密闭容器中，充入
和
，使之发生上述三个反应。
末反应达到平衡，测得
和
的物质的量均为
。
①
内，
的平均反应速率为___________
。
②能说明该反应体系已达到平衡状态的是___________(填标号)。
a．容器内混合气体的密度保持不变
b．容器内压强保持不变
c．混合气体的平均相对分子质量保持不变
（4）一定条件下，在压强为p 的恒压密闭容器中，加入
和
，使之发生上述三个反应，
转化率和甲醇选择性[
]随温度的变化关系如图所示。
①若
时催化剂的活性受温度影响不大，分析
后图中曲线下降的原因：___________。
②
时反应
的平衡常数
___________(列出含p 的计算式即
可)。
【答案】（1）
高温
（2）氧(或“O”)
（3）
bc
（4） 反应Ⅱ、Ⅲ均为放热反应，反应Ⅰ为吸热反应，升高温度，反应Ⅱ、Ⅲ平衡逆向移动程度大于
反应Ⅰ平衡正向移动程度，从而使
转化率和甲醇选择性下降
【解析】（1）根据盖斯定律，反应Ⅰ+反应Ⅱ=反应Ⅲ，因此
，代入数据得：
。反应Ⅰ
，
，根据自
发判据
，只有高温下才能满足
，因此自发条件为高温。
（2）根据图像可知，
加氢生成
（氧原子加氢）的活化能远低于生成
（碳原子加
氢）的活化能，因此氧原子加氢更有利。
（3）①
末测得
和
的物质的量均为
，
，
，由C 原子守恒可得
，由O 原
子守恒可得
，由H 原子守恒可得
，
，则
内，
的平均反应
速率为
。
②a．体系中气体总质量不变，容器体积不变，则混合气体的密度始终保持不变，混合气体的密度保持不
变不能判断反应是否达到平衡，a 项不符合题意；
b．该体系反应Ⅱ、Ⅲ前后气体分子数不相等，容器内压强保持不变，说明物质的量不再变化，反应达到
平衡，b 项符合题意；
c．体系中气体总质量不变，反应Ⅱ、Ⅲ前后气体分子数不相等，混合气体的平均相对分子质量为变量，
混合气体的平均相对分子质量保持不变能够说明反应达到平衡状态，c 项符合题意；
故选bc。
（4）①反应Ⅱ、Ⅲ均为放热反应，反应Ⅰ的
，升高温度后，反应Ⅱ、Ⅲ平衡逆向移动，反应Ⅰ平
衡正向移动，且逆向移动程度大于反应Ⅰ平衡正向移动程度，造成
转化率降低，甲醇选择性也降
低，因此曲线下降。
②当加入
和
，反应达到平衡时
平衡转化率为
，转化的二氧化碳物质的量为
，甲醇的选择性为
，代入
，可得
，解得
，
，由O 原子守恒可得
，由H 原子守恒可得
，平衡时气体总物质的量：
平衡时各气体的分压分别是
，
，
，
，则
在该温度下的压强平衡常数
。
