大题04 化学反应原理综合题（分类过关）-【大题精做】冲刺2025年高考化学大题突破+限时集训（天津专用）

大题04 化学反应原理综合题 1．（2025年天津市南开区一模）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。回答下列问题： I.和合成尿素   分两步完成， 第一步： 第二步：，其能量变化如图所示。 （1）反应速率较快的是 反应(填“第一步”或“第二步”)。 （2） 。 （3）已知尿素熔点：132.7℃，丙酮熔点：，尿素的熔点高于丙酮的原因是 。 II.和催化重整制备合成气 在密闭容器中通入0.2mol和0.2mol，在一定条件下发生反应：。的平衡转化率随温度、压强的变化如图所示。 （4）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.反应速率： b.同时断裂2molC—H键和1molH—H键 c.容器中混合气体的密度保持不变 d.容器内混合气体的平均摩尔质量保持不变 （5）由上图可知，压强 (填“>”“<”或“=”，下同)；Y点速率 。 （6）若容器体积2L，则X点对应温度下的平衡常数 。 III.电催化生产燃料 通过电催化可生成多种燃料，装置如图所示。 （7）Cu电极上产生HCOOH的电极反应式为 。 （8）若Cu电极上只生成0.15mol和0.30mol，则Pt电极上产生的在标准状况下的体积为 L。 2．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(gCH4(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 。 3．（2025年天津市十二区重点学校毕业联考一）钒是一种重要的过渡金属，其化合物具有多样的化学性质和广泛的应用。 I．工业上常采用碳热还原氮化法制备氮化钒，相关热化学方程式及平衡常数如下 ① 已知反应①经由以下两个基元反应分两步完成： ②   ③   （1）反应①的 ，该反应正向能自发进行的原因是 。 （2）若反应①、②、③分别在不同容器中独立发生，对于一定条件下的指定反应，下列有关叙述正确的是 (填字母)。 a．反应①：恒温恒容时，容器内的压强不再变化时，可判断该反应达到平衡 b．反应②：其他条件不变时缩小容积，增大压强，再次平衡时将增大 c．反应③：恒温恒容时，向密闭容器通入，则平衡向正向移动，氮气的转化率下降 d．三个反应的平衡常数的关系是，且温度升高，K值增大 （3）工业上利用反应①制备时会产生大量有害气体，以和为原料可以生产甲醇，其化学反应方程式为：。下，在恒容密闭容器中充入和合成，测得的物质的量浓度随反应时间的变化如图1所示：                   图1 ①前5分钟内， 。 ②时，改变的外界条件可能是 。 ③下，在恒容密闭容器中充入和，此时反应将 (填“向左进行”“向右进行”“达到平衡”或“无法判断”)。 II．一种高性能的碱性硼化钒空气电池如图2所示，其中在电极上发生反应：。                    图2 （4）该电池工作时，正极区的值 (填“变大”、“变小”或“不变”)。使用该电池作为直流电源，用惰性电极电解溶液，当溶液的质量减轻，电解过程中转移电子的物质的量是 。 4．（2025年天津市部分区质量调查一）2024年全国政府在节能减排方面采取了一系列重要政策和措施，以推动碳达峰和碳中和目标的实现。回答下列问题： （1）加氢合成甲醇是合理利用的有效途径。制备甲醇过程涉及反应如下： 反应①：   反应②：   反应③：   反应① 0，反应② 。 （2）在有催化剂，高温条件下某反应达到平衡，平衡常数，恒容时，温度升高，浓度减小。 ①该反应化学方程式为 ，该反应正反应为 反应。(填“吸热”或“放热”) ②升高温度，逆反应速率 (填“增大”或“减小”) （3）在一容积可变的密闭容器中充入10molCO和20mol，在催化剂存在时反应生成甲醇：，的平衡转化率随温度，压强的变化如图所示： ①当达到平衡状态A时，容器的体积为10L，计算A点的平衡常数 。 ②如果反应开始时仍充入10molCO和20mol，则在平衡状态B时容器的体积 L。 （4）科学家研发出一种新系统，通过“溶解”水中的二氧化碳，以触发电化学反应，有效减少碳的排放，其工作原理如图所示。 ①系统工作时b极区的电极反应式为 。 ②系统工作时b极区有少量固体析出，该固体可能是 。 5．二氧化碳资源化利用，涉及主要反应如下： I．　 II.　 回答下列问题： (1)的焓变 反应I的净速率，其中、分别为正、逆反应速率常数。升高温度时， (填“增大”、“减小”或“不变”)。 (2)分别向压强为、的恒压体系中通入和，达平衡时，部分含碳物种的摩尔分数随温度变化如图所示。 表示压强为时，的摩尔分数随温度变化的曲线是 (填标号)。随温度升高，当温度高于655℃，对应含碳物种的摩尔分数的原因是 。 (3)图示M、N、P三点对应的转化率大小关系为 ；655℃时，反应I的平衡常数 ；600℃，压强为时，若增大投料比，重新达平衡后，的值将 (填“增大”、“减小”或“不变”)。 6．（2025年天津市宁河区芦台第一中学一模） 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)： ①CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)　 ΔH1=+41.2kJ·mol⁻¹　K1 ②CO(g)+2H2(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。 7．（2025年天津市宝坻区第一中学一模）我国力争2030年前完成碳达峰，2060年前实现碳中和，二氧化碳资源化利用倍受关注。 （1）催化加氢可以合成甲醇，该过程主要发生下列反应： i． ii． iii．和也可合成甲醇，其热化学方程式为 。 （2）以和催化重整制备合成气发生反应。在一定条件下，在密闭容器中通入一定量的和的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图所示。 ①若反应在恒温、恒压密闭容器中进行，下列叙述能说明反应达到平衡状态的是 。 A．容器中混合气体的密度保持不变 B．容器内与的物质的量之比保持不变 C．反应速率： D．断裂同时断裂键 ②由图可知，压强 (填“>”、“<”或“=”，下同)；压强为时，对应温度下点速率 。 （3）在稀硫酸中利用电催化可将同时转化为多种燃料，其原理如图所示。 铜电极上产生的电极反应式为 ，若铜电极上只生成2.24LCO(标况)，则铜极区溶液质量变化了 g。 （4）大量会导致海水酸化，对贝壳类生物的外壳造成溶解。已知的，的。若海水中的为 。当 时，开始产生沉淀。 8．CO2加氢制甲醚的反应原理：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)   其分步反应及副反应如下： I．CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)   Ⅱ．2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)     Ⅲ．CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)   回答下列问题： (1) ，上述反应的ΔG随温度的变化如图，其中表示反应Ⅲ的ΔG随温度的变化曲线是 (填a、b或c)。 (2)在4.0MPa条件下，将1mol CO2、3mol H2通入反应器发生反应I、Ⅱ、Ⅲ，测得CO2平衡转化率、CH3OH产率与温度的关系如图所示。 已知：X产率=，n理论(x)表示CO2完全转化为X时对应生成X的物质的量，X表示CH3OH、CO、CH3OCH3。 ①表示CH3OH产率的曲线是 (填m或n)。 ②250℃，测得平衡体系中H2O的物质的量为0.3mol，则甲醚的产率为 ，该温度下反应Ⅱ的KP= 。 ③240℃～280℃温度范围内，甲醚的选择性随温度升高而 (填“增大”、“减小”或“不变”)。已知：甲醚的选择性= 210℃-240℃温度范围内，随温度升高n曲线对应的量逐渐增大的原因是 。 9．（2025年天津市河东区第一中学一模）用制备尿素，反应原理： （1）反应过程中的能量变化如下图。 ①图示为制备尿素的反应历程，其中每一步反应被称为 反应；其中反应Ⅱ的热化学反应方程式为 (的数值用表示)。 ②下列说法正确的是 。 A．为合成尿素反应的中间产物 B．恒压，降低氨碳比反应I中的平衡转化率会降低 C．反应Ⅰ是吸热反应，反应Ⅱ是放热反应 D．平衡时移走产物，平衡向正反应方向移动 （2）若向某恒温恒容的密闭容器中加入等物质的量的和合成尿素，下列能说明反应已经达到平衡状态的是___________。 A．的体积分数不再变化 B．化学平衡常数K不变 C． D．体系中气体的密度不变 （3）图中使用不同催化剂①，②，③时，反应至相同时间，容器中尿素的物质的量随温度变化的曲线，能否判断A点已达平衡状态？ (选填“能”或“不能”)；以上曲线②下降的原因可能是 。 （4）常温常压下，向一定浓度的中通入至饱和，经电解获得尿素，其原理如图所示，电解过程中生成尿素的电极反应式为 。 10．（2024年天津市十二区重点学校二模）合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义，工业合成氮的流程如下： 请回答下列问题： （1）步骤①中需对原料气进行净化，目的是 。 （2）下列说法正确的是___________。 A．步骤①除原料气中CO反应：，适宜低温高压环境 B．步骤②“加压”可以加快反应速率，但压强过高，氨的产率会降低 C．步骤③500℃左右比室温更有利于合成氨的反应，提高氨气的产率 D．步骤④⑤有利于提高原料的利用率，能节约生产成本 （3）过渡金属复合催化剂可用于催化合成氨，已知被吸附发生反应，用一个化学方程式表示被吸附发生的反应 。 （4）早在二十世纪初，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. Ⅱ. ① (用图中字母表示)。 ②以上两步反应中速率较快的一步为 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。 （5）实验室利用以下装置模拟了硝酸盐还原为氨的反应，总反应为：。 ①写出c电极上发生的电极反应 。 ②每产生11.2L(标准状况)，B区溶液质量减少 克。 11．氮氧化物是大气的主要污染物，为防治环境污染，科研人员做了大量研究。 I．汽油燃油车上安装三元催化转化器，可以使和两种尾气反应生成，可有效降低汽车尾气污染，反应为。 （1）下表中数据是该反应中的相关物质的标准摩尔生成焓（）（标准摩尔生成焓是指在、条件下，由稳定态单质生成化合物时的焓变）数据。 物质 0 90 则 。 （2）将和按物质的量之比以一定的流速分别通过两种催化剂（和）进行反应，相同时间内测定逸出气体中的含量，从而确定尾气脱氮率（的转化率），结果如图所示。 ①下脱氮率较高的催化剂是 （填“”或“”）。 ②催化剂催化条件下，后，脱氮率随温度升高而下降的原因是 。 Ⅱ．一定条件下与可发生反应：。 （3）将与按物质的量之比置于恒温恒容密闭容器中反应。下列能说明反应达到平衡状态的是__________（填标号）。 A．体系压强保持不变 B．与的物质的量之比保持不变 C． D． （4）将一定量的与置于密闭容器中发生反应，在相同时间内测得的物质的量分数与温度的变化曲线如图1所示（虚线为平衡时的曲线）。的平衡转化率与压强、温度及氮硫比的关系如图2所示。 ①由图1可知，温度过高或过低均不利于该反应的进行，原因是 。 ②图2中压强： （填“>”“<”或“=”，下同），氮硫比： 。 ③温度为，压强恒定为时，反应平衡常数 。 12．（2024年天津市虹桥区二模）人类利用二氧化碳合成淀粉对社会的发展起着重要作用，合成过程首先是利用二氧化碳制备甲醇，合成甲醇的反应为：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)   ∆H1。回答下列问题： （1）已知：① ② ③均为大于零的数，且 (用含、的式子表示)。甲醇熔融碳酸盐燃料电池的正极(含)电极反应式为 。 （2）研究合成甲醇的催化剂时，在其他条件不变仅改变催化剂种类的情况下，对反应器出口产品进行成分分析，结果如图所示。在以上催化剂中，该反应的最佳催化剂为 (填化学式)。 （3）在研究该反应历程时发现：反应气中水蒸气含量会影响的产率。为了研究水分子对该反应机制的内在影响，我国学者利用计算机模拟，研究添加适量水蒸气前后对能垒较大的反应历程能量变化的影响(如图所示，吸附在催化剂表面的物种用*标注)。 ①依反应历程图所示，写出有水参与时反应的化学方程式： 。 ②结合上图及学过的知识推测，有水参与的历程，反应速率加快的原因是 。 （4）在时，将和充入容积为的恒容容器中，只发生，测得体系中剩余的物质的量随时间变化如图中状态Ⅰ所示。 ①时，内甲醇的反应速率 。 ②该反应的平衡常数表达式为 。 ③保持投料量不变，仅改变某一个条件后，测得随时间变化如图中状态Ⅲ所示，与状态Ⅰ相比，状态Ⅲ改变的条件可能是 。 13．（2024年天津市和平区三模）甲烧催化裂解是工业上制备乙炔的方法之一。回答下列问题： （1）已知：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H1=-885 kJ/mol 2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l) △H2= -2600 kJ/mol 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H3 =-572 kJ/mol 则2CH4(g)=C2H2(g)+3H2(g) △H= kJ/mol （2）某科研小组尝试利用固体表面催化工艺进行CH4的裂解。 ①若用分别表示CH4、C2H2、H2和固体催化剂，在固体催化剂表面CH4的裂解过程如图所示，从吸附到解吸的过程中，能量状态最高的是 (填标号)，其理由是 。 ②在恒容密闭容器中充入a mol甲烷，测得单位时间内在固体催化剂表面CH4的转化率[ɑ(CH4)]与温度(t0°C)的关系如图所示，t0℃后CH4的转化率突减的原因可能是 。 （3）甲烷分解体系中几种气体的平衡分压(p/Pa)与温度(t/°C)的关系如图所示。 ①在某温度下，向VL恒容密闭容器中充入0. 12 mol CH4只发生反应2CH4(g)C2H4(g) + 2H2 (g)，达到平衡时，测得p(H2)=p(CH4)。CH4的平衡转化率为 (结果保留两位有效数字)。 ②在图中，T°C时，化学反应2CH4(g)C2H2(g)+ 3H2(g)的压强平衡常数Kp= Pa2。 （4）CH4在催化剂作用下吸收二氧化碳反应为：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) △H= +120 kJ·mol-1，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产率的影响如图所示。此反应优选温度为900°C的原因是 。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 大题04 化学反应原理综合题 1．（2025年天津市南开区一模）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。回答下列问题： I.和合成尿素   分两步完成， 第一步： 第二步：，其能量变化如图所示。 （1）反应速率较快的是 反应(填“第一步”或“第二步”)。 （2） 。 （3）已知尿素熔点：132.7℃，丙酮熔点：，尿素的熔点高于丙酮的原因是 。 II.和催化重整制备合成气 在密闭容器中通入0.2mol和0.2mol，在一定条件下发生反应：。的平衡转化率随温度、压强的变化如图所示。 （4）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.反应速率： b.同时断裂2molC—H键和1molH—H键 c.容器中混合气体的密度保持不变 d.容器内混合气体的平均摩尔质量保持不变 （5）由上图可知，压强 (填“>”“<”或“=”，下同)；Y点速率 。 （6）若容器体积2L，则X点对应温度下的平衡常数 。 III.电催化生产燃料 通过电催化可生成多种燃料，装置如图所示。 （7）Cu电极上产生HCOOH的电极反应式为 。 （8）若Cu电极上只生成0.15mol和0.30mol，则Pt电极上产生的在标准状况下的体积为 L。 【答案】（1）第一步 （2）72.5 （3）尿素分子间存在氢键 （4）b、d （5）< > （6）0.04 （7） （8）20.16 【解析】（1）由图中可知，第二步的活化能比第一步大，活化能越大的反应速率越慢，则反应速率较快的是第一步。 （2）根据反应，根据盖斯定律，需要对方程式进行合并计算，第一步反应是：；第二步反应是：。由盖斯定律可知：总反应=第一步-第二步，得到。 （3）尿素分子中含有两个氨基，其氮原子和羰基的氧原子均可参与形成分子间氢键‌。而丙酮分子中仅含羰基，且其氧原子无法与其他丙酮分子形成氢键，仅依赖较弱的范德华力‌。所以尿素的熔点高于丙酮的原因是：尿素分子间存在氢键。 （4）．根据方程式计量系数关系，应该为：才说明达到平衡状态，错误； ．断裂键时生成键，同时又断裂键，正反应速率等于逆反应速，反应达到平衡，正确； ．在恒温、恒容密闭容器中发生，参加反应的各组分都是气体，混合气体的总质量不变，则密度一直不变，密度不变不能说明反应达到平衡，错误； ．参加反应的各组分都是气体，混合气体的总质量不变，而反应的气体的物质的量在发生改变，即混合气体的平均摩尔质量中变化，当反应达到平衡混合气体的平均摩尔质量保持不变，正确； 故选。 （5）反应正向气体体积增大，增大压强，平衡逆向移动，甲烷的转化率减小，结合图中信息可知，；点甲烷转化率低于平衡时转化率，反应正向进行，则。 （6）点甲烷的平衡转化率为，消耗，列三段式：，则平衡常数。 （7）充电时，阴极反应中完全转化为时有转移，则铜电极上产生的电极反应式为。 （8）如果电极上只生成，的碳元素都为价，则转移的电子数为，根据阳极电极反应：，则电极上产生氧气的物质的量为，标准状况下的体积为。 2．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(gCH4(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。 3．（2025年天津市十二区重点学校毕业联考一）钒是一种重要的过渡金属，其化合物具有多样的化学性质和广泛的应用。 I．工业上常采用碳热还原氮化法制备氮化钒，相关热化学方程式及平衡常数如下 ① 已知反应①经由以下两个基元反应分两步完成： ②   ③   （1）反应①的 ，该反应正向能自发进行的原因是 。 （2）若反应①、②、③分别在不同容器中独立发生，对于一定条件下的指定反应，下列有关叙述正确的是 (填字母)。 a．反应①：恒温恒容时，容器内的压强不再变化时，可判断该反应达到平衡 b．反应②：其他条件不变时缩小容积，增大压强，再次平衡时将增大 c．反应③：恒温恒容时，向密闭容器通入，则平衡向正向移动，氮气的转化率下降 d．三个反应的平衡常数的关系是，且温度升高，K值增大 （3）工业上利用反应①制备时会产生大量有害气体，以和为原料可以生产甲醇，其化学反应方程式为：。下，在恒容密闭容器中充入和合成，测得的物质的量浓度随反应时间的变化如图1所示：                   图1 ①前5分钟内， 。 ②时，改变的外界条件可能是 。 ③下，在恒容密闭容器中充入和，此时反应将 (填“向左进行”“向右进行”“达到平衡”或“无法判断”)。 II．一种高性能的碱性硼化钒空气电池如图2所示，其中在电极上发生反应：。                    图2 （4）该电池工作时，正极区的值 (填“变大”、“变小”或“不变”)。使用该电池作为直流电源，用惰性电极电解溶液，当溶液的质量减轻，电解过程中转移电子的物质的量是 。 【答案】（1） (熵增或正向气体增多) （2）a （3）0.2 增加的物质的量或浓度 向右进行 （4）变大 0.5 【解析】（1）①根据盖斯定律，反应① = 反应② + 反应③，所以； ②该反应的，在高温时，反应能自发进行。 （2）a．反应①前后气体物质的量不相等，恒温恒容时，容器内压强不再变化，说明气体物质的量不变，反应达到平衡，a正确； b．反应②平衡常数，温度不变平衡常数不变，其他条件不变时缩小容积，增大压强，再次平衡时c(CO)不变，b错误； c．反应③恒温恒容通，反应物浓度增大，温度不变平衡常数不变，平衡时氮气浓度不变，故转化的氮气浓度增大，故无法判断氮气转化率下降，c错误； d．根据盖斯定律反应① = 反应② + 反应③，平衡常数关系应为，反应①、③是放热反应，温度升高平衡逆向移动，K值减小，反应②是吸热反应，温度升高平衡正向移动，K值增大，d错误； 故答案选a。 （3）①前5分钟内，CO浓度变化量为，根据化学计量数之比，； ②反应，10 min时CO浓度继续减小，平衡正向移动，增加的物质的量或浓度可使平衡正向移动； ③时，由图像可知平衡时，起始充入和，容器体积2L，列三段式求出平衡时，，平衡常数。在1L恒容密闭容器中充入、和，此时浓度商，所以反应向右进行。 （4）①在碱性硼化钒 - 空气电池中，电极发生失电子的氧化反应，为负极；正极上是氧气得电子发生还原反应，电极反应式为。由于正极生成了，所以正极区的增大，pH值变大； ②用惰性电极电解溶液，总反应为。每转移4mol电子，溶液减少的质量为和的质量之和，即。已知溶液质量减轻7.6g ，设转移电子物质的量为n ，则，解得n = 0.4mol；用惰性电极电解溶液，总反应为，溶液质量减轻是因为生成了Cu和，设生成Cu的物质的量为，生成的物质的量为，根据反应可知，n(Cu):n() = 2:1，且溶液减轻的质量为64x + 32y，已知n()=，若完全反应，生成Cu的物质的量为0.05mol，生成的物质的量为0.025mol，此时溶液减轻的质量为，说明反应完后水还在继续电解反应过程中： ，此过程溶液减轻质量为，水继续电解的质量为7.6g - 4g = 3.6g，，根据反应可知电解水转移电子的物质的量为，电解溶液转移电子的物质的量为，所以整个电解过程中转移电子的物质的量是0.1mol+0.4mol = 0.5mol。 4．（2025年天津市部分区质量调查一）2024年全国政府在节能减排方面采取了一系列重要政策和措施，以推动碳达峰和碳中和目标的实现。回答下列问题： （1）加氢合成甲醇是合理利用的有效途径。制备甲醇过程涉及反应如下： 反应①：   反应②：   反应③：   反应① 0，反应② 。 （2）在有催化剂，高温条件下某反应达到平衡，平衡常数，恒容时，温度升高，浓度减小。 ①该反应化学方程式为 ，该反应正反应为 反应。(填“吸热”或“放热”) ②升高温度，逆反应速率 (填“增大”或“减小”) （3）在一容积可变的密闭容器中充入10molCO和20mol，在催化剂存在时反应生成甲醇：，的平衡转化率随温度，压强的变化如图所示： ①当达到平衡状态A时，容器的体积为10L，计算A点的平衡常数 。 ②如果反应开始时仍充入10molCO和20mol，则在平衡状态B时容器的体积 L。 （4）科学家研发出一种新系统，通过“溶解”水中的二氧化碳，以触发电化学反应，有效减少碳的排放，其工作原理如图所示。 ①系统工作时b极区的电极反应式为 。 ②系统工作时b极区有少量固体析出，该固体可能是 。 【答案】（1）< +41.19 （2） 吸热 增大 （3）1 2 （4） 【解析】（1）由题干信息可知，反应① ；反应②：  ；反应③：  ，反应①-反应③可得反应②，则依据以上数据，=(-49.58kJ/mol)-(-90.77kJ/mol)=+ 41.19kJ/mol，反应①正向是气体体积减小的反应，； （2）①由平衡常数表达式可知反应的化学方程式： ；若温度升高，浓度减小，说明反应正向进行，则该正反应是吸热反应； ②升高温度，正逆反应速率均增大； （3）①根据已知列三段式：，A点平衡常数； ②根据已知列三段式：，A、B两容器温度相同，即化学平衡常数相等，B点平衡常数，体积为VL，则有；，解得V=2L； （4）①系统工作时，a极为金属钠，钠只能失去电子，做负极，b极为正极，b极区二氧化碳和水反应转化为碳酸氢根离子和氢气，电极反应式为； ②系统工作时钠离子作为阳离子向正极移动，遇到有可能形成的过饱和溶液，有固体析出。 5．二氧化碳资源化利用，涉及主要反应如下： I．　 II.　 回答下列问题： (1)的焓变 反应I的净速率，其中、分别为正、逆反应速率常数。升高温度时， (填“增大”、“减小”或“不变”)。 (2)分别向压强为、的恒压体系中通入和，达平衡时，部分含碳物种的摩尔分数随温度变化如图所示。 表示压强为时，的摩尔分数随温度变化的曲线是 (填标号)。随温度升高，当温度高于655℃，对应含碳物种的摩尔分数的原因是 。 (3)图示M、N、P三点对应的转化率大小关系为 ；655℃时，反应I的平衡常数 ；600℃，压强为时，若增大投料比，重新达平衡后，的值将 (填“增大”、“减小”或“不变”)。 【答案】(1) 增大 (2) d 升高温度，促进反应I正向进行，抑制反应II，低温时，以反应II为主，高于655℃，以反应I为主 (3) 1.2 减小 【详解】（1）根据盖斯定律，反应II-反应I×2可得，=；反应I正反应吸热，升高温度，平衡正向移动，增大； （2）升高温度，反应I平衡正向移动，反应II平衡逆向移动，增大，减小，增大压强，反应II平衡正向移动，增大，减小，则压强为时，、的摩尔分数随温度变化的曲线分别是d、a；则压强为时，、的摩尔分数随温度变化的曲线分别是c、b；表示压强为时，的摩尔分数随温度变化的曲线是d； 温度升高，当温度高于655℃，对应含碳物种的摩尔分数的原因是：升高温度，促进反应I正向进行，抑制反应II，低温时，以反应II为主，高于655℃，以反应I为主； （3）根据(2)中分析，M、P两点温度相同，压强相同，的转化率相同，为80%，为10%，则为10%，N点为40%，为40%，则为20%，说明N点的转化率较小，M、N、P三点对应的转化率大小关系为：； 根据碳原子守恒，655℃时，N点、、分别为0.2mol、0.4mol、0.4mol；根据反应I．、II.反应共消耗为0.4mol+0.4mol×4=2mol，余下2mol，生成为0.4mol+0.4mol×2=1.2mol，此时体系内气体总的物质的量为(0.2+0.4+0.4+2+1.2)=4.2mol，655℃时，N点压强为，则、、、的分压分别为、、、，反应I的平衡常数==1.2； 600℃，压强为时，若增大投料比，的转化率变大，根据图像中a、d两条曲线可知，增多，减少，则重新达平衡后，的值将减小。 6．（2025年天津市宁河区芦台第一中学一模） 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)： ①CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)　 ΔH1=+41.2kJ·mol⁻¹　K1 ②CO(g)+2H2(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 【解析】（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，H3PO3H++  Ka1==10-1.43； （6）H3PO3是二元弱酸，发生电离：H3PO3H++，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。 7．（2025年天津市宝坻区第一中学一模）我国力争2030年前完成碳达峰，2060年前实现碳中和，二氧化碳资源化利用倍受关注。 （1）催化加氢可以合成甲醇，该过程主要发生下列反应： i． ii． iii．和也可合成甲醇，其热化学方程式为 。 （2）以和催化重整制备合成气发生反应。在一定条件下，在密闭容器中通入一定量的和的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图所示。 ①若反应在恒温、恒压密闭容器中进行，下列叙述能说明反应达到平衡状态的是 。 A．容器中混合气体的密度保持不变 B．容器内与的物质的量之比保持不变 C．反应速率： D．断裂同时断裂键 ②由图可知，压强 (填“>”、“<”或“=”，下同)；压强为时，对应温度下点速率 。 （3）在稀硫酸中利用电催化可将同时转化为多种燃料，其原理如图所示。 铜电极上产生的电极反应式为 ，若铜电极上只生成2.24LCO(标况)，则铜极区溶液质量变化了 g。 （4）大量会导致海水酸化，对贝壳类生物的外壳造成溶解。已知的，的。若海水中的为 。当 时，开始产生沉淀。 【答案】（1）CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g) ΔH=−99.8kJ⋅mol−1 （2）AD ＜ ＜ （3） 1.8 （4） 【解析】（1）i． ， ii． ，反应i-反应ii可得目标反应： ，其热化学方程式为CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g) ΔH=−99.8kJ⋅mol−1； （2）①A．在恒温、恒压条件下进行，若未达到平衡，容器的体积会发生变化，而混合气体质量不变，则混合气体的密度会变，混合气体的密度保持不变，说明反应达到平衡状态，故A符合题意； B．容器内生成物CO与的物质的量之比恒为1∶1，则容器内与的物质的量之比保持不变不能说明反应到平衡，故B不符合题意； C．反应速率：，反应速率：才说明达到平衡状态，故C不符合题意； D．断裂2mol C—H同时断裂1mol H—H键能说明正逆反应速率相等，说明反应达到平衡，故D符合题意； 故选AD； ②结合反应，恒温时压强增大，平衡逆向移动，的平衡转化率降低，据图可知，压强；压强为时，Y点的转化率比对应的平衡点高，反应逆向进行，故对应温度下Y点速率； （3）铜电极为阴极，实现二氧化碳转化为甲烷、一氧化碳、甲酸和乙醛等，其中转化为甲烷的电极反应式为：；若铜电极上只生成标况下2.24LCO即0.1molCO，转化为CO的电极反应式为：，当有1molCO生成时，阳极区2molH+通过离子交换膜移动到阴极，铜电极区质量变化了44-28+2=18g，若铜电极上只生成(标况)，即0.1mol，则铜极区溶液质量变化了1.8g； （4）mol/L；mol/L， 。 8．CO2加氢制甲醚的反应原理：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)   其分步反应及副反应如下： I．CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)   Ⅱ．2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)     Ⅲ．CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)   回答下列问题： (1) ，上述反应的ΔG随温度的变化如图，其中表示反应Ⅲ的ΔG随温度的变化曲线是 (填a、b或c)。 (2)在4.0MPa条件下，将1mol CO2、3mol H2通入反应器发生反应I、Ⅱ、Ⅲ，测得CO2平衡转化率、CH3OH产率与温度的关系如图所示。 已知：X产率=，n理论(x)表示CO2完全转化为X时对应生成X的物质的量，X表示CH3OH、CO、CH3OCH3。 ①表示CH3OH产率的曲线是 (填m或n)。 ②250℃，测得平衡体系中H2O的物质的量为0.3mol，则甲醚的产率为 ，该温度下反应Ⅱ的KP= 。 ③240℃～280℃温度范围内，甲醚的选择性随温度升高而 (填“增大”、“减小”或“不变”)。已知：甲醚的选择性= 210℃-240℃温度范围内，随温度升高n曲线对应的量逐渐增大的原因是 。 【答案】(1) -122.2 a (2) n 10% 1.5 减小 210℃240℃温度范围内，升高温度，反应Ⅰ逆向移动使CH3OH减少，反应Ⅱ逆向移动使CH3OH增多，240℃前升温对反应Ⅱ影响更大 【详解】（1）由盖斯定律可知反应2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)可由2×Ⅰ+Ⅱ得到，则==-122.2； 由反应可知反应Ⅰ中，，；反应Ⅱ中、，则反应Ⅰ和反应Ⅱ的ΔG随温度的变化曲线变化趋势相同，结合图像可知，b、c代表反应Ⅰ、反应Ⅱ，则a代表反应Ⅲ的ΔG随温度的变化曲线； （2）①由反应可知CO2最终可转化为CH3OH、CO、CH3OCH3三种物质，其转化率始终高于CH3OH的产率；则m代表CO2平衡转化率、n代表CH3OH产率； ②250℃，CO2平衡转化率为25%，CH3OH产率为10%，则此时n(CO2)=0.75mol，n(CH3OH)=0.1mol，设生成的CH3OCH3的物质的量为xmol，CO为ymol，则根据C原子守恒得：2x+y=0.25-0.1=0.15；根据O原子守恒得：2n(CO2)＋n(CO)＋n(CH3OH)＋n(CH3OCH3)＋n(H2O)=2，即0.75×2+y+0.1+x+0.3=2，联立解得x=y=0.05，理论上生成甲醚0.5mol；则甲醚的产率为；根据H原子守恒得：2n(H2)+ 4n(CH3OH)+2n(H2O)+6n(CH3OCH3)=6，即2n(H2)+4×0.1+2×0.3+6×0.05=6，解得：n(H2)=2.35mol； 该温度下反应Ⅱ的KP===； ③随温度升高，反应Ⅱ逆向移动，则甲醚的选择性减小；210℃240℃温度范围内，升高温度，反应Ⅰ逆向移动使CH3OH减少，反应Ⅱ逆向移动使CH3OH增多，240℃前升温对反应Ⅱ影响更大，因此甲醇的产率逐渐增大。 9．（2025年天津市河东区第一中学一模）用制备尿素，反应原理： （1）反应过程中的能量变化如下图。 ①图示为制备尿素的反应历程，其中每一步反应被称为 反应；其中反应Ⅱ的热化学反应方程式为 (的数值用表示)。 ②下列说法正确的是 。 A．为合成尿素反应的中间产物 B．恒压，降低氨碳比反应I中的平衡转化率会降低 C．反应Ⅰ是吸热反应，反应Ⅱ是放热反应 D．平衡时移走产物，平衡向正反应方向移动 （2）若向某恒温恒容的密闭容器中加入等物质的量的和合成尿素，下列能说明反应已经达到平衡状态的是___________。 A．的体积分数不再变化 B．化学平衡常数K不变 C． D．体系中气体的密度不变 （3）图中使用不同催化剂①，②，③时，反应至相同时间，容器中尿素的物质的量随温度变化的曲线，能否判断A点已达平衡状态？ (选填“能”或“不能”)；以上曲线②下降的原因可能是 。 （4）常温常压下，向一定浓度的中通入至饱和，经电解获得尿素，其原理如图所示，电解过程中生成尿素的电极反应式为 。 【答案】（1）基元反应 A （2）AD （3）不能 温度升高，催化剂活性降低 （4） 【解析】（1）①反应历程是化学中用来描述某一化学变化所经由的全部基元反应，根据题意，该图表示了制备尿素的反应历程，则其中每一步反应都可以被称为基元反应；由图可知，反应Ⅱ为吸热反应，其热化学反应方程式为：； ②A．NH2COONH4开始不存在，中间存在，最后不存在，说明为合成尿素反应的中间产物，A正确； B．恒压，降低氨碳比，增大了c(CO2)量，NH3平衡转化率升高，B错误； C．由图可知，反应Ⅰ是放热反应，反应Ⅱ是吸热反应，C错误； D．CO(NH2)2是固体，平衡时移走产物CO(NH2)2，平衡不移动，D错误； 答案选A； （2）A．CO2的体积分数是变量，体积分数不再变化，说明达到平衡状态，A符合； B．化学平衡常数K只和温度有关，K不变不能说明达到平衡状态，B不符合； C．达到平衡时正逆反应速率相等，即υ正(NH3)= 2υ逆(CO2) ，C错误； D．恒容条件下，密度等于气体质量比上气体体积，体积为定值，气体质量是变量，密度也是变量，体系中气体的密度不变时达到平衡状态，D符合； 答案选AD； （3）A点对应的温度为T2，在T2温度下，曲线③对应的尿素的物质的量更多，因此A点不能判断反应达到平衡状态； T2℃以上曲线②n[CO(NH2)2]下降的原因可能是：温度升高，催化剂活性降低； （4）由电解图可知，生成CO(NH2)2的反应是得电子反应，是还原反应，根据电子守恒、电荷守恒和原子守恒，得到电极反应式为：CO2＋2＋16e-＋18H+=CO(NH2)2＋7H2O。 10．（2024年天津市十二区重点学校二模）合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义，工业合成氮的流程如下： 请回答下列问题： （1）步骤①中需对原料气进行净化，目的是 。 （2）下列说法正确的是___________。 A．步骤①除原料气中CO反应：，适宜低温高压环境 B．步骤②“加压”可以加快反应速率，但压强过高，氨的产率会降低 C．步骤③500℃左右比室温更有利于合成氨的反应，提高氨气的产率 D．步骤④⑤有利于提高原料的利用率，能节约生产成本 （3）过渡金属复合催化剂可用于催化合成氨，已知被吸附发生反应，用一个化学方程式表示被吸附发生的反应 。 （4）早在二十世纪初，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. Ⅱ. ① (用图中字母表示)。 ②以上两步反应中速率较快的一步为 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。 （5）实验室利用以下装置模拟了硝酸盐还原为氨的反应，总反应为：。 ①写出c电极上发生的电极反应 。 ②每产生11.2L(标准状况)，B区溶液质量减少 克。 【答案】（1）防止催化剂中毒(答催化剂失活或者活性降低也可) （2）AD （3） （4） Ⅰ （5） 36 【解析】（1）氮气与氢气在催化剂和高温的条件下反应生成氨，为防止催化剂中毒，对原料进行净化干燥，故答案为：防止催化剂中毒(答催化剂失活或者活性降低也可)； （2）A．步骤①除原料气中CO反应：，该反应为放热反应，升高温度，反应逆向移动，增大压强会使化学平衡向气体体积缩小的方向移动，因此适宜低温高压环境，A正确；B．步骤②“加压”可以加快反应速率，增大压强会使化学平衡向气体体积缩小的方向移动，氨的产率会增高，B错误；C．升高温度，反应逆向移动，步骤③500℃左右比室温不利于合成氨的反应，氨气的产率降低，C错误；D．步骤④⑤氮气和氢气进行再循环，有利于提高原料的利用率，能节约生产成，D正确；本故答案为：AD； （3）LiH作为催化剂用于催化合成氨，由和可得到氢气被吸附的反应为：，故答案为：； （4）由图可知，反应Ⅱ的反应热△H2=+(E3—E4)，而反应I的活化能更小，反应I的速率比反应Ⅱ的速率要快，故答案为：+(E3−E4)；Ⅰ； （5）在总反应中，化合价降低，发生还原反应生成，与电源的负极相连，c电极为阴极，其电极反应为：；有图所示，此电解装置中有质子交换膜，只允许H+离子通过，因此d极反应为：，每产生11.2L NH3(标准状况)，则转移4mol电子，则消耗2mol H2O，即36g水，故答案为：；36 11．氮氧化物是大气的主要污染物，为防治环境污染，科研人员做了大量研究。 I．汽油燃油车上安装三元催化转化器，可以使和两种尾气反应生成，可有效降低汽车尾气污染，反应为。 （1）下表中数据是该反应中的相关物质的标准摩尔生成焓（）（标准摩尔生成焓是指在、条件下，由稳定态单质生成化合物时的焓变）数据。 物质 0 90 则 。 （2）将和按物质的量之比以一定的流速分别通过两种催化剂（和）进行反应，相同时间内测定逸出气体中的含量，从而确定尾气脱氮率（的转化率），结果如图所示。 ①下脱氮率较高的催化剂是 （填“”或“”）。 ②催化剂催化条件下，后，脱氮率随温度升高而下降的原因是 。 Ⅱ．一定条件下与可发生反应：。 （3）将与按物质的量之比置于恒温恒容密闭容器中反应。下列能说明反应达到平衡状态的是__________（填标号）。 A．体系压强保持不变 B．与的物质的量之比保持不变 C． D． （4）将一定量的与置于密闭容器中发生反应，在相同时间内测得的物质的量分数与温度的变化曲线如图1所示（虚线为平衡时的曲线）。的平衡转化率与压强、温度及氮硫比的关系如图2所示。 ①由图1可知，温度过高或过低均不利于该反应的进行，原因是 。 ②图2中压强： （填“>”“<”或“=”，下同），氮硫比： 。 ③温度为，压强恒定为时，反应平衡常数 。 【答案】（1）-746 （2）Cat-1 超过450°C，催化剂活性降低，反应速率减慢，相同时间内脱氮率下降 （3）AB （4）温度过低，反应速率较慢；温度过高，该反应的平衡逆向移动 < < 【解析】（1）=生成物的总焓变-反应物的总焓变=kJ/mol×2-90kJ/mol×2-(-110.5 kJ/mol)×2=-746 kJ/mol； （2）①由图可知，250℃时下脱氮率较高的催化剂是Cat-1； ②温度过高会导致催化剂活性降低，则催化剂催化条件下，后，脱氮率随温度升高而下降的原因是：超过450°C，催化剂活性降低，反应速率减慢，相同时间内脱氮率下降； （3）A．该反应是气体分子数减少的反应，反应开始至达到平衡过程，体系压强不断减小，则当体系压强保持不变时，说明反应达到平衡，A符合题意； B．将NO2与SO2按物质的量之比1∶1置于恒温恒容密闭容器中反应，反应开始至达到平衡过程，与的物质的量之比一直在变化，则当与的物质的量之比不变时，说明反应达到平衡，B符合题意； C．，仅体现正反应速率，未体现逆反应速率，则不能说明反应达到平衡，C不符合题意； D．反应开始生成SO3、N2至达到平衡过程，且保持不变，则当时，不能说明反应达到平衡，D不符合题意； 故选AB。 （4）①因ΔH2<0，则温度升高，平衡逆向移动，且温度过低，反应速率较慢，均不利于该反应的进行，所以由图1可知，温度过高或过低均不利于该反应的进行，原因是：温度过低，反应速率较慢；温度过高，该反应的平衡逆向移动； ②该反应是气体分子数减少的反应，温度、氮硫比m相同时，增大压强，平衡正向移动，SO2平衡转化率增大，则p1<p2；温度、压强相同时，增大氮硫比m，相当于增大NO2的浓度，平衡正向移动，SO2平衡转化率增大，则m1<m2； ③由图可知，温度为TK，压强恒定为p1时，SO2平衡转化率为50%，设开始时投入，则投入，据此列出“三段式”： 则反应平衡常数。 12．（2024年天津市虹桥区二模）人类利用二氧化碳合成淀粉对社会的发展起着重要作用，合成过程首先是利用二氧化碳制备甲醇，合成甲醇的反应为：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)   ∆H1。回答下列问题： （1）已知：① ② ③均为大于零的数，且 (用含、的式子表示)。甲醇熔融碳酸盐燃料电池的正极(含)电极反应式为 。 （2）研究合成甲醇的催化剂时，在其他条件不变仅改变催化剂种类的情况下，对反应器出口产品进行成分分析，结果如图所示。在以上催化剂中，该反应的最佳催化剂为 (填化学式)。 （3）在研究该反应历程时发现：反应气中水蒸气含量会影响的产率。为了研究水分子对该反应机制的内在影响，我国学者利用计算机模拟，研究添加适量水蒸气前后对能垒较大的反应历程能量变化的影响(如图所示，吸附在催化剂表面的物种用*标注)。 ①依反应历程图所示，写出有水参与时反应的化学方程式： 。 ②结合上图及学过的知识推测，有水参与的历程，反应速率加快的原因是 。 （4）在时，将和充入容积为的恒容容器中，只发生，测得体系中剩余的物质的量随时间变化如图中状态Ⅰ所示。 ①时，内甲醇的反应速率 。 ②该反应的平衡常数表达式为 。 ③保持投料量不变，仅改变某一个条件后，测得随时间变化如图中状态Ⅲ所示，与状态Ⅰ相比，状态Ⅲ改变的条件可能是 。 【答案】（1）-(a-b) O2+4e-+2CO2=2 （2）ZnZrO2 （3）*OCH2+H2O*=*OCH3+*OH 有水参与的历程，活化能较小，反应速率加快 （4）0.2 K= 升高温度 【解析】（1）根据方程式CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)可知其等于已知反应①加上反应②，由盖斯定律可求得∆H1=ΔH2+ΔH3=-a+b=-(a-b)kJ⋅mol−1；甲醇燃料电池以熔融碳酸盐为电解质，氧气进入正极，正极电极反应式为O2+4e-+2CO2=2； （2）根据分析结果图，催化剂为ZnZrO2得到的甲醇最多且CO少，该反应应选择的最佳催化剂为ZnZrO2； （3）①依反应历程图所示，有水参与时反应的化学方程式为*OCH2+H2O*=*OCH3+*OH； ②有水参与的历程，反应速率加快的原因是有水参与的历程，活化能较小，反应速率加快； （4）①由A知，1min时H2剩余6mol，说明H2反应了6mol，则v(H2)==0.6mol⋅L−1⋅min−1，同一反应，各物质表示的反应速率和化学计量数成正比故v(CH3OH)=v(H2)=0.2mol⋅L−1⋅min−1； ②根据平衡常数的定义，反应CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)的平衡常数表达式为K=； ③由图可知，状态I平衡时H2物质的量为2mol，状态Ⅲ平衡时H2物质的量为4mol，说明相比状态I，状态Ⅲ平衡逆向移动了，由∆H1=-(a-b)kJ⋅mol−1<0可知，正反应放热，升高温度，平衡逆向移动，符合题意。 13．（2024年天津市和平区三模）甲烧催化裂解是工业上制备乙炔的方法之一。回答下列问题： （1）已知：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H1=-885 kJ/mol 2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l) △H2= -2600 kJ/mol 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H3 =-572 kJ/mol 则2CH4(g)=C2H2(g)+3H2(g) △H= kJ/mol （2）某科研小组尝试利用固体表面催化工艺进行CH4的裂解。 ①若用分别表示CH4、C2H2、H2和固体催化剂，在固体催化剂表面CH4的裂解过程如图所示，从吸附到解吸的过程中，能量状态最高的是 (填标号)，其理由是 。 ②在恒容密闭容器中充入a mol甲烷，测得单位时间内在固体催化剂表面CH4的转化率[ɑ(CH4)]与温度(t0°C)的关系如图所示，t0℃后CH4的转化率突减的原因可能是 。 （3）甲烷分解体系中几种气体的平衡分压(p/Pa)与温度(t/°C)的关系如图所示。 ①在某温度下，向VL恒容密闭容器中充入0. 12 mol CH4只发生反应2CH4(g)C2H4(g) + 2H2 (g)，达到平衡时，测得p(H2)=p(CH4)。CH4的平衡转化率为 (结果保留两位有效数字)。 ②在图中，T°C时，化学反应2CH4(g)C2H2(g)+ 3H2(g)的压强平衡常数Kp= Pa2。 （4）CH4在催化剂作用下吸收二氧化碳反应为：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) △H= +120 kJ·mol-1，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产率的影响如图所示。此反应优选温度为900°C的原因是 。 【答案】（1）+388 （2）B A→B是甲烷中的C-H键断裂过程，断键吸热，A的能量小于B；B→C是形成化学键的过程，成键放热，B的能量大于C 温度过高，催化剂活性降低 （3）50% （4）900°C时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，但能耗升高，经济效益降低。 【解析】（1）①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H1=-885 kJ/mol ②2C2H2(g)+5O2（8）=4CO2(g)+2H2O(l) △H2= -2600 kJ/mol ③2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H3 =-572 kJ/mol 根据盖斯定律①×2-②- ③得2CH4(g)=C2H2(g)+3H2(g) △H=-885 kJ/mol×2+2600 kJ/mol+572 kJ/mol=+388kJ/mol （2）①A→B是甲烷中的C-H键断裂过程，断键吸热，A的能量小于B；B→C是形成化学键的过程，成键放热，B的能量大于C，能量状态最高的是B。 ②2CH4(g)=C2H2(g)+3H2(g)正反应吸热，t0℃后，升高温度CH4的转化率突减的原因可能是温度过高，催化剂活性降低； （3）①设达到平衡时，参加反应的甲烷的物质的量为xmol，测得p(H2)=p(CH4)，则0.12-x=x，所以x=0.06mol，CH4的平衡转化率为。 ②根据图示，T°C时，CH4的压强为、H2的压强为、C2H2的压强为，反应2CH4(g)C2H2(g)+ 3H2(g)的压强平衡常数Kp=Pa2。 （4）900°C时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，但能耗升高，经济效益降低，所以此反应优选温度为900°C。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$