12 第一篇 板块四 大题题型三 化学反应原理综合题（学生用书Word版）-【高考快车道】2026年高考化学大二轮专题复习与策略（江苏专版）

大题题型三　化学反应原理综合题 (1)试题背景：常以脱硫、脱硝、减少二氧化碳排放、水煤气和新材料的制备、合成氨的新工艺研究等为命题材料，通过图像变化展示化学反应机理和化学平衡等，反映化学新技术和新方法的应用。 (2)涉及知识：热化学(或离子、电极)方程式的书写、离子浓度大小比较、反应速率大小、平衡常数及转化率的计算、电化学装置、平衡曲线的识别与绘制等。设问较多，考查的内容也就较多，导致思维转换角度较大。试题的难度较大，对思维能力的要求较高。 (1)有关多平衡体系平衡常数的计算，如何确定多个反应相关联物质在平衡时量的多少是解题的关键点。若用常规的三段式计算，对反应过程分析要求高，容易出错。但无论多少个反应，反应进行的程度如何，反应前后的原子总数是不变的，因而解答这类问题可用原子守恒法，可规避对反应过程的分析。 (2)原子守恒法解题基本思路： (1)由盖斯定律计算的关键是调方向：根据目标方程式反应物、生成物的位置，调整已知方程式的反应方向。 (2)速率常数k正、k逆与化学平衡常数K的关系： K＝。 (3)压强平衡常数： Kp＝。 (4)催化机理能垒图 ①图中有几个活化状态，就有几个基元反应。 ②每步基元反应的快慢取决于其能垒的大小，能垒越大，反应速率越慢。 该类综合试题一般取材于能源、环境保护、化工生产等情境，题目围绕一个主题，将热化学、化学反应速率、电化学及三大平衡知识融合在一起进行考查，每个小题相对独立；题目中结合图像、表格、数据、装置等信息，考查考生的阅读、读图、分析归纳能力，试题的难度较大。考点主要涉及盖斯定律与热化学方程式、化学反应速率的计算及其影响因素的分析、平衡常数的计算及其影响因素的分析、化学平衡移动及其影响因素的分析、电极反应式的书写及相关计算等。 能量图示与焓变(ΔH)的有关计算 1．“能量—反应历程”图像理解 [说明]　(1)C40H20―→C40H18＋H2包含3步基元反应。 (2)(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)步反应的活化能分别为70.9 kJ·mol-1、(110.3－20.7)kJ·mol-1＝89.6 kJ·mol-1、(150.8－9.5)kJ·mol-1＝141.3 kJ·mol-1。 (3)活化能最大的、反应速率最慢的步骤为(Ⅲ)，为决速步骤。 (4)C40H20(g)⥫⥬C40H18(g)＋H2(g)的ΔH>0，为吸热反应。 2．焓变(ΔH)的计算模板 (1)根据物质能量的变化计算 ①ΔH＝E(生成物的总能量)－E(反应物的总能量) ②从活化能角度分析计算 ΔH＝Ea(正反应的活化能)－Ea(逆反应的活化能) (2)根据键能数据计算 ΔH＝E(反应物的键能总和)－E(生成物的键能总和) (3)根据盖斯定律计算 1．(1)CO2与H2在固载金属催化剂(M)上可发生反应生成HCHO(g)和H2O(g)，已知298 K时下列几种物质的标准生成焓[在标准状态和T(K)条件下由指定单质生成1 mol某种物质的焓变]。 物质 CO2(g) H2O(g) HCHO(g) H2(g) 标准生成焓/(kJ·mol-1) －393.5 －242 －115.9 0 则反应CO2(g)＋2H2(g)⥫⥬HCHO(g)＋H2O(g)的ΔH＝________。 (2)CO2与NH3合成尿素的反应为2NH3(g)＋CO2(g)⥫⥬CO(NH2)2(g)＋H2O(g)，下图是合成尿素的历程及能量变化，TS表示过渡态。 图示历程包含了________个基元反应，其中起决速步骤的方程式是_____________________________________________________________________。 2．(1)已知： CO2(g)＋H2(g)⥫⥬HCOOH(g)　ΔH＝________。 (2)已知：反应Ⅰ：2NH3(g)＋CO2(g)⥫⥬NH2COONH4(s)　ΔH1＝－159 kJ·mol-1，K1＝a。 反应Ⅱ：NH2COONH4(s)⥫⥬CO(NH2)2(s)＋H2O(g)　ΔH2＝＋72 kJ·mol-1，K2＝b。 则反应2NH3(g)＋CO2(g)⥫⥬CO(NH2)2(s)＋H2O(g)的ΔH＝________ kJ·mol-1，K＝____________，ΔS____________(填“>”“<”或“＝”)0。 化学反应速率与化学平衡的有关计算 1．“三段式”破解反应速率和平衡的有关计算 (1)根据题意在反应的下方确定或设定有关起始量、转化量和平衡量(这里的量可以是物质的量、物质的量浓度、分压等)。 (2)根据题中所求的物理量的表示式代入上述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。 2．三类平衡常数的计算模板 以N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)为例 (1)Kc＝ (2)Kp的两种计算模板 ①平衡总压为p0。 　　　　N2(g)　＋　3H2(g)⥫⥬　2NH3(g) n(平) a 　 b 　 c p(分压) p0 p0 p0 Kp＝ ②刚性容器起始压强为4p0，平衡转化率为α。 N2(g) ＋ 3H2(g)⥫⥬2NH3(g) p(始) p0 3p0 0 Δp p0α 3p0α 2p0α p(平) p0－p0α 3p0－3p0α 2p0α Kp＝ (3)Kx＝(w为各组分的物质的量分数) CO2在Cu-ZnO催化下，同时发生如下反应Ⅰ、Ⅱ，是解决温室效应和能源短缺的重要手段。 Ⅰ．CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1<0 Ⅱ．CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g)　ΔH2>0 保持温度T时，在容积不变的密闭容器中，充入一定量的CO2及H2，起始及达到平衡时，容器内各气体物质的量及总压强如下表： 状态 CO2 H2 CH3OH(g) CO H2O(g) 总压强/kPa 起始/mol 0.5 0.9 0 0 0 p0 平衡/mol n 0.3 p 若反应Ⅰ、Ⅱ均达到平衡时，p0＝1.4p，则表中n＝________；反应Ⅰ的平衡常数Kp＝________kPa-2(用含p的式子表示)。 1．(2025·盐城一模)研究CH4的综合利用具有重要的意义。 Ⅰ．CH4催化重整制氢气 一种CO2与CH4催化重整制取H2的过程如图1所示。在反应管中加入CaO和催化剂，先通入CO2，待步骤Ⅰ完成后，再将CH4以一定流速通入，并控制温度为800 ℃，进行步骤Ⅱ。 (1)写出步骤Ⅱ中发生主要反应的化学方程式： _____________________________________________________________________。 (2)步骤Ⅱ中还存在少量副反应：H2(g)＋CO2(g)===H2O(g)＋CO(g)，测得出口处H2和CO的流量随时间变化如图2所示。 ①0～7 min内出口处气体流量CO略高于H2的原因是_____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 ②反应进行15 min后，反应管中仍残留较多CaCO3，但CO流量迅速降低，H2流量升高，可能的原因是_______________________________________________ _____________________________________________________________________。 Ⅱ．CH4用于烟气脱硝 (3)CH4烟气脱硝相关反应如下： 反应Ⅰ　CH4(g)＋2NO(g)＋O2(g)⥫⥬CO2(g)＋N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝ 反应Ⅱ　2NO(g)＋O2(g)⥫⥬2NO2(g)　ΔH＝－116.2 kJ·mol-1 反应Ⅲ　CH4(g)＋2NO2(g)⥫⥬CO2(g)＋N2(g)＋2H2O(g) ①反应Ⅲ的ΔH＝________kJ·mol-1。 ②反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡常数分别为K1、K2，则相同温度下反应Ⅲ的K＝________(用K1、K2表示)。 (4)模拟烟气脱硝：一定条件下，将CH4、NO和O2按1∶1∶50匀速通过催化脱硝反应器，测得NOx去除率和CH4转化率随反应温度的变化如图3所示。 ①当温度低于780 K时，NOx的去除率随温度升高而升高，可能原因是_____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 ②当温度高于780 K时，NOx的去除率随温度升高而降低，可能原因是_____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 2．以CO2、H2为原料合成CH3OH的主要反应如下： Ⅰ．CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－49.5 kJ·mol-1 Ⅱ．CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41.5 kJ·mol-1 (1)不同条件下，按照n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，同时发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，CO2的平衡转化率如图甲所示。 温度不变时，增大该反应体系的压强(缩小容积)后，则反应Ⅱ________(填“正向”“逆向”或“不”)移动；压强为P1时，温度高于300 ℃后，CO2的平衡转化率随温度升高而增大的主要原因是_____________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 (2)在温度为T ℃下，将a mol CO2和b mol H2充入容积为V L的恒容密闭容器中。同时发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，体系中各组分分压(各组分分压＝总压×各组分物质的量分数)随时间的变化情况如图乙所示。图中缺少了一种组分的分压变化，该组分是________(填化学式)。T ℃时，反应Ⅰ的平衡常数Kp＝________MPa-2(用分压代替浓度，计算结果保留两位有效数字)。 工业生产中的化学平衡图像分析与生产条件选择 1．化学平衡图像分析思路 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、选择性分析 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 1．CO2催化加氢可以合成甲醇，该过程主要发生下列反应： ⅰ．CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－58.6 kJ·mol-1 ⅱ．CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ·mol-1 (1)若在绝热条件下，将CO2(g)、H2(g)按体积比1∶2充入恒容密闭容器中只发生反应ⅱ，下列能判断反应ⅱ达到平衡状态的是______。 A．容器内混合气体的密度不变 B．容器内混合气体的压强不变 C．不变 D．v(CO2)＝v(CO) (2)若在一定温度下，向2 L恒容密闭容器中充入3 mol CO2和5 mol H2同时发生反应ⅰ和ⅱ，达到平衡时H2的总转化率为80%，体系压强减小了25%，则CH3OH的选择性为______{CH3OH的选择性＝×100%}；该温度下，反应ⅰ的化学平衡常数K＝________。 (3)若在一定压强下，将n(CO2)∶n(H2)＝3的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应器，实验测得CO2的转化率、CH3OH或CO的选择性以及CH3OH的收率(CH3OH的收率＝CO2的转化率×CH3OH的选择性)随温度的变化关系如图所示。 曲线a表示________(填化学式)的选择性随温度的变化。210～290 ℃之间，CH3OH收率先增大后减小的原因是______________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 2．(2025·南通如皋一模)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。20～40 min，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＝246.5 kJ·mol-1 反应Ⅳ：H2(g)＋CO2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝41.2 kJ·mol-1 反应Ⅴ：2CO(g)⥫⥬CO2(g)＋C(s)　ΔH＝－172.5 kJ·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 ℃，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3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________。 ②MgO活化催化CO2的能力强于Al2O3的原因是__________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 电化学中的电极反应和有关计算 1．电化学分析思路 [注意]　电极反应式书写思路 2．电化学有关计算方法 1．电催化CO2还原制备碳氢化合物，其装置原理如图所示。 (1)电池工作过程中，阴极生成C3H6的电极反应式为_________________________ _____________________________________________________________________。 (2)每转移2 mol 电子，阳极室溶液质量减少________g。 2．反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)在工业上有重要应用，该反应可采用电化学方法实现，反应装置如图所示。 (1)固体电解质采用________(填“氧离子导体”或“质子导体”)。 (2)阴极的电极反应式为________________________________________________。 (3)同温同压下，相同时间内，若进口Ⅰ处n(CO)∶n(H2O)＝a∶b，出口Ⅰ处气体体积为进口Ⅰ处的y倍，则CO的转化率为________(用a、b、y表示)。 3．(1)电化学脱H2S工作原理如图1所示。 ①将含有H2S的尾气通入电解池的阴极，阴极电极反应式为_________________ _____________________________________________________________________。 ②电解过程中，阳极区域需不断通入N2的原因为___________________________ _____________________________________________________________________。 (2)(2025·常州二模)乙酸是一种重要的有机化工原料，其制备方法受到广泛研究和关注。CO催化电解制乙酸。 ①将CO通入附着催化剂的多孔石墨电极，以KOH溶液为电解液，电解装置如图2所示。生成的CH3COOK经处理后得到乙酸。阴极上CO生成CH3COO－的电极反应式为_______________________________________________________ _____________________________________________________________________。 ②C8H15NO6是一种来源广、价格低的化工原料。其他条件不变，改进工艺，以KOH和C8H15NO6的混合液为电解质溶液也可制备乙酸，电解装置如图3所示。从装置和物质转化的角度分析，改进后的优点有___________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 4．原料中的B2O3可由硼酸脱水制得。以为原料，用电渗析法制备硼酸(H3BO3)的工作原理如图所示，产品室中发生反应的离子方程式为__________ _____________________________________________________________________。 若反应前后NaOH溶液的质量变化为m kg，则制得H3BO3的质量为________kg。 (1)目标热化学方程式的书写或反应热计算：命题人主要从给定的热化学方程式根据盖斯定律推算目标反应的热化学方程式或目标反应的焓变(ΔH)等。 (2)反应速率的计算与影响因素：命题人常常设定图像或反应前后的定量关系，让考生计算某物质表示的反应速率，对于反应速率的影响因素主要是给定反应速率的变化，让考生选择影响因素。 (3)化学平衡的有关计算与影响因素：命题人一般给定特定可逆反应，然后设定一定的温度和压强下，到达平衡时根据反应物转化率或某种物质的平衡定量关系进行平衡常数K(Kp、Kc等)的计算，有时给定平衡的有关图像，根据特定的平衡点计算反应中各物质的有关物理量，然后进行平衡常数K的计算。对于影响因素命题人往往给定目的或图像让考生选定影响平衡的因素，或根据条件(T、p、c)变化选定代表一定意义的曲线等。 (4)电化学的电极反应的书写与计算：命题人一般由给定的电化学装置，让考生书写电极反应或总反应或进行有关计算等。 (2025·江苏卷)合成气(CO和H2)是重要的工业原料气。 (1)合成气制备甲醇：CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)。CO的结构式为C≡O，估算该反应的ΔH需要________(填数字)种化学键的键能数据。 (2)合成气经“变换”“脱碳”获得纯H2。 ①合成气变换。向绝热反应器中通入CO、H2和过量的H2O(g)： CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH<0 催化作用受接触面积和温度等因素影响，H2O(g)的比热容较大。H2O(g)过量能有效防止催化剂活性下降，其原因有_______________________________________ _____________________________________________________________________。 ②脱碳在钢制吸收塔中进行，吸收液成分：质量分数30%的K2CO3吸收剂、K2CrO4(Cr正价有＋3、＋6)缓蚀剂等。K2CO3溶液浓度偏高会堵塞设备，导致堵塞的物质是________(填化学式)。K2CrO4减缓设备腐蚀的原理是_____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 (3)研究CH4、H2O(g)与不同配比的铁铈载氧体[Fe2O3·(1－x)CeO2，0x1，Ce是活泼金属，正价有＋3、＋4]反应，气体分步制备原理示意如图甲所示。相同条件下，先后以一定流速通入固定体积的CH4、H2O(g)，依次发生的主要反应： 步骤Ⅰ　CH4CO＋2H2 步骤Ⅱ　H2OH2 ①步骤Ⅰ中，产物气体积分数、CH4转化率、与x的关系如图乙所示。x＝0时，大于理论值2的可能原因有____________________________________ _____________________________________________________________________； x＝0.5时，通入标准状况下300 mL的CH4至反应结束，CO的选择性＝×100%＝80%，则生成标准状况下CO和H2的总体积为________ mL。 ②x＝0.5时，新制载氧体、与CH4反应后的载氧体的X射线衍射谱图如图丙所示(X射线衍射用于判断某晶态物质是否存在，不同晶态物质出现衍射峰的衍射角不同)。步骤Ⅱ中，能与H2O(g)反应的物质有________________(填化学式)。 ③结合图示综合分析，步骤Ⅰ中Fe2O3的作用、气体分步制备的价值：_____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 21 / 21 学科网（北京）股份有限公司 $ 大题题型三　化学反应原理综合题 化整为零　分层突破 分点突破1 [素养进阶] 1．解析：(1)反应热等于生成物的标准生成焓减去反应物的标准生成焓，CO2(g)＋2H2(g)⥫⥬HCHO(g)＋H2O(g)的ΔH＝－242 kJ·mol-1－115.9 kJ·mol-1＋393.5 kJ·mol-1＝＋35.6 kJ·mol-1，则其反应的ΔH＝＋35.6 kJ·mol-1。(2)根据图示，该历程包含了3个基元反应，能垒最大的即为决速步骤，故该步骤的方程式为===H2O＋HN===C===O。 答案：(1)＋35.6 kJ·mol-1 (2)3　HOOC—NH2===H2O＋HN===C===O 2．解析：(1)由盖斯定律得ΔH＝(283.0－241.8－72.6)kJ·mol-1＝－31.4 kJ·mol-1。 (2)根据盖斯定律，目标反应＝反应Ⅰ＋反应Ⅱ，故ΔH＝ΔH1＋ΔH2，K＝K1·K2。 答案：(1)－31.4 kJ·mol-1　(2)－87　ab　< 分点突破2 [典题示范] 解析：设平衡时CO2为x mol，H2为y mol，CO为z mol，根据原子守恒： C原子守恒：x＋n＋z＝0.5 H原子守恒：2y＋4n＋0.3×2＝0.9×2 O原子守恒：2x＋n＋0.3＋z＝0.5×2 由p0＝1.4p知，＝， 解得：x＝0.2，y＝0.2，z＝0.1，n＝0.2。 平衡后气体总物质的量＝(0.2＋0.2＋0.2＋0.1＋0.3) mol＝1.0 mol。 反应Ⅰ中平衡后各物质的分压分别为CO2(g)：0.2p，H2(g)：0.2p，CH3OH(g)：0.2p，H2O(g)：0.3p。 则反应Ⅰ的平衡常数Kp＝ kPa-2＝ kPa-2。 答案：0.2　 [素养进阶] 1．解析：(1)步骤Ⅱ中反应物是碳酸钙和甲烷，发生反应生成氧化钙、CO和氢气，主要反应的化学方程式：CaCO3＋CH4CaO＋2CO＋2H2。 (2)①步骤Ⅱ反应化学方程式：CaCO3＋CH4CaO＋2CO＋2H2，生成CO与H2的物质的量相等，步骤Ⅱ中还存在少量副反应：H2(g)＋CO2(g)===H2O(g)＋CO(g)生成CO，则0～7 min内出口处气体流量CO略高于H2的原因是步骤Ⅱ主反应生成的CO与H2的物质的量相等，副反应消耗H2同时生成CO。 ②反应进行15 min后，反应管中仍残留较多CaCO3，但CO流量迅速降低，H2流量升高，可能的原因是CH4分解生成C和H2，使CH4浓度降低，生成的C覆盖在催化剂表面，使活性降低。 (3)①根据盖斯定律，反应Ⅰ－反应Ⅱ可得反应Ⅲ，则反应Ⅲ的ΔH＝[－985.2－(－116.2)]kJ·mol-1＝－869 kJ·mol-1；②反应Ⅰ－反应Ⅱ可得反应Ⅲ，两式相减则平衡常数相除，则相同温度下反应Ⅲ的K＝。 (4)①当温度低于780 K时，催化剂活性较佳，且温度逐渐升高反应速率加快，因此NOx的去除率随温度升高而升高，可能原因是温度低于780 K，催化剂活性增强和温度升高共同使CH4脱硝反应速率加快。 ②可能原因是高于780 K时，CH4与氧气发生燃烧，参加脱硝反应CH4的量减少，使脱硝反应速率减慢。 答案：(1)CaCO3＋CH4CaO＋2CO＋2H2 (2)①步骤Ⅱ主反应生成的CO与H2的物质的量相等，副反应消耗H2同时生成CO　②CH4分解生成C和H2，使CH4浓度降低，生成的C覆盖在催化剂表面，使活性降低　(3)①－869　②　(4)①温度低于780 K，催化剂活性增强和温度升高共同使CH4脱硝反应速率加快　②高于780 K时，CH4与氧气发生燃烧，参加脱硝反应CH4的量减少，使脱硝反应速率减慢 2．解析：(1)反应Ⅰ的正反应为气体分子数减小的反应，反应Ⅱ反应前后气体分子数不变，相同温度下，增大压强(缩小容积)后，反应Ⅰ正向移动，c(H2O)增大，导致反应Ⅱ逆向移动；反应Ⅰ的正反应为放热反应，反应Ⅱ的正反应为吸热反应，温度高于300 ℃之后，CO2的平衡转化率主要由反应Ⅱ决定。(2)根据图乙中曲线变化的趋势和斜率的大小，可以确定H2的起始分压为1.5 MPa，CO2的起始分压为0.5 MPa。根据阿伏加德罗定律的推论可知，恒容密闭的容器中，温度不变，气体压强之比等于物质的量之比，则a∶b＝0.5∶1.5，若设a＝0.5，b＝1.5，平衡时，p(H2)＝0.8 MPa，p(CO2)＝0.2 MPa，则n(H2)＝0.8 mol，n(CO2)＝ 0.2 mol，设平衡时CH3OH(g)、CO(g)、H2O(g)物质的量分别为x mol、y mol、z mol，再根据C、H、O原子守恒，可得，则x＝0.2，y＝0.1，z＝0.3，则平衡时p(CO)∶p(CH3OH)∶p(H2O)＝0.1∶0.2∶0.3，所以平衡时p(H2O)＝0.3 MPa，p(CH3OH)＝0.2 MPa，p(CO)＝0.1 MPa，故图乙中缺少的组分为CO。则反应Ⅰ的Kp＝＝≈0.59 MPa-2。 答案：(1)逆向　反应Ⅰ正向放热，反应Ⅱ正向吸热，温度高于300 ℃之后，CO2的平衡转化率主要由反应Ⅱ决定　(2)CO　0.59 分点突破3 [素养进阶] 1．解析：(1)反应ⅱ中反应物和生成物都是气体，且反应在恒容密闭容器中进行，则无论是否达到平衡，混合气体的密度始终不变，A错误；该反应为等体积反应，但是反应为吸热反应，在绝热恒容密闭容器中，随着反应进行，容器内温度不断变化，气体的压强不断变化，气体压强不变，说明反应达到平衡，B正确；平衡常数K＝，K只和温度有关，绝热容器内，K不变，说明温度不变，则反应达到平衡，C正确；选项中没有说明是正反应速率还是逆反应速率，无法判断反应是否达到平衡，D错误。(2)设反应ⅰ消耗a mol氢气，则反应ⅱ消耗(4－a)mol氢气，则有 　　　 CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g) 初始/mol 3 5 0 0 转化/mol a 平衡/mol 3－ 5－a 　　　 CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g) 初始/mol 3－ 5－a 0 转化/mol 4－a 4－a 4－a 4－a 平衡/mol －1 1 4－a 4－ 平衡时体系压强减小了25%，则有a－1＋1＋4－a＋4－a＋a＝8×0.75，解得a＝3，生成1 mol甲醇，共转化2 mol CO2，则CH3OH的选择性为×100%＝50%；平衡时反应ⅰ中四种物质的浓度c(CO2)＝0.5 mol·L-1，c(H2)＝0.5 mol·L-1，c(CH3OH)＝0.5 mol·L-1，c(H2O)＝1 mol·L-1，则K＝＝8。(3)温度升高，反应ⅰ平衡逆向移动，反应ⅱ平衡正向移动，导致CH3OH选择性减小，CO选择性增大，则曲线a表示CO的选择性随温度的变化规律。210～290 ℃之间，CH3OH的收率先增大后减小，原因为变化过程中CO2转化率增大，CH3OH选择性减小，210～250 ℃左右时CO2转化率增大占主因，250～290 ℃时CH3OH选择性减小占主因。 答案：(1)BC　(2)50%　8　(3)CO　变化过程中CO2转化率增大，CH3OH选择性减小，210～250 ℃左右时CO2转化率增大占主因，250～290 ℃时CH3OH选择性减小占主因 2．解析：(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 ℃，CO2的平衡转化率低于CH4的原因是该温度范围内，反应Ⅴ正向进行的程度大于反应Ⅳ正向进行的程度。 (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。 ②MgO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。 答案：(1)①分离出H2O(g)，促进平衡正向移动，增大CO2的转化率　②CH2O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正向进行的程度大于反应Ⅳ正向进行的程度　 (3)①　②Mg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 分点突破4 [素养进阶] 1．解析：(1)从电催化CO2还原制备碳氢化合物装置图可知，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还原反应，该电极为阴极，其中生成C3H6的电极反应式为3CO2＋18H＋＋18e－===C3H6＋6H2O。 (2)左侧惰性电极为阳极，发生电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，且H＋由阳极室通过质子交换膜移向阴极室，每转移2 mol 电子，生成0.5 mol O2，移走2 mol H＋，阳极室溶液质量减少0.5 mol×32 g·mol-1＋2 mol×1 g·mol-1＝18 g。 答案：(1)3CO2＋18H＋＋18e－===C3H6＋6H2O　(2)18 2．解析：(2)电解时，阴极发生还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。 (3)根据题给信息，列出三段式： CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) 起始/mol a b 0 0 转化/mol ax ax ax ax 平衡/mol a－ax b－ax ax ax 出口Ⅰ处气体为CO2、CO、H2O，其物质的量为ax mol、(a－ax)mol、(b－ax)mol，出口Ⅰ处总物质的量为(a＋b－ax)mol，进口Ⅰ处的气体物质的量为(a＋b)mol，则y＝，CO的转化率x＝×100%。 答案：(1)质子导体　(2)2H＋＋2e－===H2↑　(3)x＝×100% 3．解析：(1)①阴极发生得到电子的还原反应，根据通入阴极的物质，和流出阴极的物质可知，H2S得到电子，电极反应为H2S＋2e－===S2-＋H2。 ②由图1可知，阳极区吹入氮气，吹走阳极表面生成的硫蒸气，防止S2覆盖在阳极表面，降低放电效率。 (2)①KOH溶液为电解质溶液，阴极上CO发生还原反应生成CH3COO－，电极反应式为2CO＋3H2O＋4e－===CH3COO－＋3OH－。 ②根据图3所示C8H15NO6也能转化为乙酸，装置中无需离子交换膜，从装置和物质转化的角度分析，改进后的优点有乙酸的产量更高；无需使用离子交换膜，装置更简单(或成本更低)。 答案：(1) ①H2S＋2e－===S2-＋H2　②N2可以吹走阳极表面生成的硫蒸气，防止S2覆盖在阳极表面，降低放电效率 (2) ① 2CO＋3H2O＋4e－===CH3COO－＋3OH－　②乙酸的产量更高；无需使用离子交换膜，装置更简单(或成本更低) 4．解析：右侧进出料均为NaOH溶液，可知是水得电子生成H2和OH－，则右侧电极为阴极，有稀硫酸的一极为阳极，1膜为阳离子交换膜，氢离子由阳极室通过1膜进入产品室，2膜为阴离子交换膜，原料室中的通过2膜进入产品室，产品室中发生反应的离子方程式为===H3BO3＋H2O。原料室中的钠离子通过阳膜进入阴极室，由电荷守恒可知，当阴极上通过1 mol电子时，NaOH溶液的质量变化为23 g－1 g＝22 g，此时制得H3BO3的物质的量为1 mol，质量为62 g，若反应前后NaOH溶液的质量变化为m kg，则制得H3BO3的质量为×m kg＝ kg。 答案：H＋＋[B(OH)4]－===H3BO3＋H2O　 化零为整　整体把握 [真题自测] 解析：(1)CH3OH的结构式为，ΔH＝反应物总键能－生成物总键能，结合该反应中发生变化的化学键可知，估算该反应的ΔH需要C≡O、H—H、C—O、C—H、O—H共5种化学键的键能。(2)①该反应的ΔH<0，为放热反应，故反应过程中绝热反应器中温度升高，H2O(g)的比热容较大，过量的H2O(g)可吸收热量，防止绝热反应器中温度过高，且H2O(g)可与C发生反应：C＋H2O(g)CO＋H2，减少积碳生成，防止催化剂表面被覆盖，从而有效防止催化剂活性下降。②脱碳时产生的CO2可与K2CO3发生反应：K2CO3＋CO2＋H2O===2KHCO3，若K2CO3溶液浓度过高，则易导致KHCO3析出而堵塞设备；K2CrO4具有氧化性，可将Fe2+氧化为Fe3+，自身被还原为Cr3+，Fe3+、Cr3+在钢制设备表面形成致密的Fe2O3、Cr2O3膜或Fe(OH)3、膜，从而阻止设备被进一步腐蚀。(3)①x＝0时，载氧体为CeO2，CeO2供氧能力较弱，部分甲烷未完全氧化，分解产生C和H2，故大于理论值2；x＝0.5时，CH4转化率为60%、＝2，CO的选择性为80%，故生成的V(CO)＝V(CH4)×CH4转化率×CO的选择性＝144 mL，生成的V(H2)＝2V(CO)＝288 mL，则V(CO)＋V(H2)＝432 mL。②由X射线衍射图可知，载氧体与CH4反应后产生C、Fe、FeO，根据制备原理图可知，经过步骤Ⅱ载氧体可循环使用，故能与H2O(g)反应的物质为C、Fe、FeO。③由上述分析可知，步骤Ⅰ中Fe2O3转化为Fe、FeO，故Fe2O3作供氧剂，促进甲烷氧化为CO和H2，减少积碳产生；气体分步制备可防止CH4与H2O发生副反应，提高CH4的转化率和合成气的产率，同时载氧体循环使用可提高反应的经济性和环保性。 答案：(1)5　(2)①H2O(g)比热容较大，可防止绝热反应器中温度过高；水蒸气可以与积碳反应生成CO和H2，防止积碳覆盖催化剂　②KHCO3　将Fe2+氧化为Fe3+，自身被还原为Cr3+，Fe3+、Cr3+形成致密的氧化膜或氢氧化物膜　(3)①部分CH4分解生成C和H2　432　②C、Fe、FeO　③步骤Ⅰ中Fe2O3作供氧剂，促进甲烷氧化为CO和H2，减少积碳产生；气体分步制备可降低能耗，提高反应的经济性和环保性；防止CH4与H2O发生副反应，提高CH4转化率和合成气产率 学科网（北京）股份有限公司 $