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重难点14 化学反应原理综合题
考点 2025考向预测
考向1 反应热的计算 “化学反应原理”是新高考的必考内容，在大题中常与反应机理结合考查，与化学反应速率、化学平衡相结合；从考查内容上看，均与盖斯定律有关,试题整体难度虽然较大。 预计2025年高考，主要考查能源及能源的利用，盖斯定律的运用及压强平衡常数反应最佳条件等。能源问题是高考热点，特别是反应过程中能量变化图示更是近几年的高频考点，另外利用盖斯定律进行反应热的比较和计算也应加以关注。
考向2 分压平衡常数(Kp)计算
考向3 平衡图像原因解释之温度、压强对平衡的影响
考向4 平衡图像原因解释之选择反应最佳条件
考向5 平衡图像原因解释之转化率、产率变化分析
【思维导图】
【高分技巧】
1.反应热的计算
利用盖斯定律书写热化学方程式的步骤和方法
(1)步骤
①对比：对比分析目标热化学方程式和已知热化学方程式，调整已知热化学方程式的化学计量系数与目标热化学方程式的化学计量系数一致
②叠加：根据目标热化学方程式中的反应物和生成物加减所调整的热化学方程式
③计算：按照“叠加”步骤中的调整方法，焓变也随之作相应变化
(2)方法
①倒：为了将热化学方程式相加得到目标热化学方程式，可将热化学方程式颠倒过来，反应热的数值不变，但符号相反。这样，就不用再做减法运算了，实践证明，方程式相减时往往容易出错
②乘：为了将热化学方程式相加得到目标热化学方程式，可将方程式乘以某个倍数，反应热也要相乘
③加：上面的两个步骤做好了，只要将热化学方程式相加即可得目标热化学方程式，反应热也要相加
ΔH的三种计算式
(1)ΔH＝生成物总能量－反应物总能量＝H(生成物)－H(反应物)
(2)ΔH＝反应物总键能之和－生成物总键能之和
常见物质中的化学键数目
物质 CO2(C===O) CH4(C－H) P4(P－P) SiO2(Si－O) 石墨 金刚石 Si S8(S－S)
键数 2 4 6 4 1.5 2 2 8
(3)ΔH＝E1－E2，E1为正反应的活化能，E2为逆反应的活化能
2.分压平衡常数(Kp)计算
分压平衡常数(Kp)
(1)气体的分压p(B)：相同温度下，当某组分气体B单独存在且具有与混合气体总体积相同的体积时，该气体B所具有的压强，称为气体B的分压强，简称气体B的分压。符号为p(B)，单位为Pa或kPa或MPa
(2)分压定律
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气体的分压之比等于其物质的量之比：＝
③某气体的分压p(B)与总压之比等于其物质的量分数：＝＝x(B)
则：气体的分压＝气体总压×体积分数＝总压×物质的量分数
(3)分压平衡常数Kp (只受温度影响)
一定温度下，气相反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)达平衡时，气态生成物分压幂之积与气态反应物分压
幂之积的比值为一个常数，称为该反应的压强平衡常数，用符号Kp表示，Kp的表达式如下：
，其中p(A)、p(B)、p(C)、p(D)分别为A、B、C、D各气体的分压
Kp计算的两种模板
模板．根据“某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)”计算压强平衡常数
第一步 根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度
第二步 计算各气体组分的物质的量分数或体积分数。
第三步 根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分(或物质的量分数)
第四步 根据平衡常数计算公式代入计算。例如，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp＝
3.平衡图像原因解释之温度、压强对平衡的影响
影响化学平衡的因素
(1)若其他条件不变，改变下列条件对化学平衡的影响
改变的条件(其他条件不变) 化学平衡移动的方向
浓度 增大反应物浓度或减小生成物浓度 向正反应方向移动
减小反应物浓度或增大生成物浓度 向逆反应方向移动
压强(对有气体参加的反应) 反应前后气体体积改变 增大压强 向气体分子总数减小的方向移动
减小压强 向气体分子总数增大的方向移动
反应前后气体体积不变 改变压强 平衡不移动
温度 升高温度 向吸热反应方向移动
降低温度 向放热反应方向移动
催化剂 同等程度改变v正、v逆，平衡不移动
(2)“惰性气体”对化学平衡移动的影响
①恒温、恒容下：加入惰性气体体系总压增大，但体积不变，各反应物、生成物的浓度均未改变，故反应速率不变，V正、V逆也不变，化学平衡也不发生移动
②恒温、恒压下：加入惰性气体体积增大各反应物浓度减少反应速率减小，V正、
V逆均减小，等效于降压，故化学平衡向气体总体积增大的方向移动
4.平衡图像原因解释之选择反应最佳条件
化工生产适宜条件选择的一般原则
条件 原则
从化学反应速率分析 既不能过快，又不能太慢
从化学平衡移动分析 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
从原料的利用率分析 增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本
从实际生产能力分析 如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性分析 注意催化剂的活性对温度的限制
5.平衡图像原因解释之转化率、产率变化分析
总方针 转化率问题首先看是否是平衡转化率，若为非平衡状态的转化率，则侧重分析温度、压强、浓度对反应快慢、催化剂对反应快慢及选择性(主副反应)的影响；若为平衡转化率，则侧重分析温度、压强、浓度对化学平衡的影响，有时也涉及温度对催化活性的影响
（建议用时：40分钟）
考向1 反应热的计算
1．（2024·四川·调研）(1)甲醇是一种重要的化工产品，可利用甲醇催化脱氢制备甲醛。甲醛与气态甲醇转化的能量关系如图所示。
反应过程中的能量关系
①甲醇催化脱氢转化为甲醛的反应是 (填“吸热”或“放热”)反应。
②过程Ⅰ与过程Ⅱ的反应热是否相同？ 原因是 。
③写出甲醇催化脱氢转化为甲醛的热化学反应方程式 。
(2)已知：①CH3OH(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋49.0 kJ·mol－1
②CH3OH(g)＋ O2(g)=CO2(g)＋2H2(g)　ΔH＝－192.9 kJ·mol－1
下列说法正确的是________。

A．CH3OH转变成H2的过程一定要吸收能量
B．①反应中，反应物的总能量高于生成物的总能量
C．根据②推知反应：CH3OH(l)＋ O2(g)=CO2(g)＋2H2(g)的ΔH>－192.9 kJ·mol－1
D．反应②的能量变化如图所示
【答案】(1) 吸热 相同 一个化学反应的反应热仅与反应始态和终态有关，而与反应的途径无关 CH3OH(g) HCHO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋(E2－E1)kJ·mol-1
(2)C
【详解】（1）①E1＜E2，甲醇催化脱氢转化为甲醛的反应是吸热反应；
②反应热与反应的始态和终态有关，与反应的途径无关，故反应热相同；
③由图可知，甲醇催化脱氢转化为甲醛的热化学反应方程式为CH3OH(g) HCHO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋(E2－E1)kJ·mol-1；
（2）A．采用反应①将CH3OH转变成H2时，反应吸热，采用反应②将CH3OH转变成H2时，反应放热，A错误；
B．反应物的总能量小于生成物的总能量时，反应吸热，B错误；
C．液态甲醇转变成气态甲醇时，要吸收热量，液态甲醇参与反应时，放出的热量比气态甲醇的少，ΔH变大，C正确；
D．反应②放热，1 mol CH3OH(g)和mol O2(g)的总能量大于1 mol CO2(g)和2 mol H2(g)的总能量，与图示不符，D错误；
故选C。
2．（2024·山西晋中·调研）磷与氯气反应时各状态间的能量变化如图所示。分别为0、71、1148、1279、1500、1774。回答下列问题：
(1)红磷的稳定性 (填“大于”、“小于”或“等于”，下同)白磷的稳定性，的稳定性 的稳定性。
(2) ； 。
(3)已知常温常压下，。则 (填“>”、“=”或“<”，下同)0， 。
【答案】(1) 大于 大于
(2)
(3) < <
【详解】（1）物质相对能量越高，越不稳定，根据图示，白磷的能量大于红磷，红磷的稳定性大于白磷的稳定性；Br原子半径大于Cl原子，P-Br键的键长大于P-Cl键，键长越长，键能越小，键能越小越不稳定，的稳定性大于的稳定性。
（2） ； 。
（3）已知常温常压下，。燃烧放热，则<0；
白磷能量大于红磷，生成等物质的量P2O5，白磷燃烧放出的热量大于红磷，所以<。
3．（2024·山西晋中·联考）工业上用氧化制是化工工业的一个新课题，相关主要化学反应如下：
I．；
Ⅱ．。
反应I的能量变化如下图所示。
回答下列问题：
(1) 。
(2)反应每生成 (填“吸收”或“放出”)的热量为 kJ。
(3)反应每转移1mol电子 (填“吸收”或“放出”)的热量为 kJ。
(4) 。
(5)乙烯与水加成制备乙醇的能量变化过程如下图所示。在该反应中，硫酸的作用是 。反应的 。
【答案】(1)+177
(2) 吸收 68
(3) 吸收 20.5
(4)-76
(5) 作催化剂
【详解】（1）根据图示，
（2）反应，所以每生成吸收的热量为68kJ。
（3）①
②
根据盖斯定律②-①得，每转移1mol电子吸收的热量为20.5kJ。
（4）I．
Ⅱ．
根据盖斯定律I ×2-Ⅱ得。
（5）乙烯与水加成制备乙醇的能量变化过程如下图所示。反应前后硫酸先参加反应又重新生产、硫酸的量不变，在该反应中，硫酸的作用是作催化剂。焓变-正反应活化能-逆反应活化能，根据图示，反应的焓变为()kJ/mol。
4．（2024·河南郑州·调研）根据所给信息及要求填空。
(1)已知CH3OH(l)的燃烧热ΔH1，CH3OH(l)+1/2O2(g)=CO2(g)+2H2(g)ΔH2，则ΔH2 ΔH1(填“>”、“＜”或“=”)。
(2)1克甲烷完全燃烧生成二氧化碳和液态水放出了akJ的热量，写出甲烷燃烧热的热化学方程式： 。
(3)黑火药是中国古代的四大发明之一，其爆炸的热化学方程式为：S(s)+2KNO3(s)+3C(s)=K2S(s)+N2(g)+3CO2(g) ΔH=xkJ mol-1
已知：碳的燃烧热ΔH1=akJ mol-1
S(s)+2K(s)=K2S(s) ΔH2=bkJ mol-1
2K(s)+N2(g)+3O2(g)=2KNO3(s) ΔH3=ckJ mol-1，则x为 kJ/mol。
(4)微生物作用的条件下，经过两步反应被氧化成。两步反应能量变化示意图如下：
1mol(aq)全部氧化成(aq)的热化学方程是 。
(5)已知在1×105Pa，298K时断裂1molH—H键吸收的能量为436kJ，断裂lmolN—H键吸收的能量为391kJ，断裂1molN≡N键吸收的能量是945kJ，判断工业合成氨的反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的能量变化可用图 表示(填"甲”或”乙“)，ΔH=
【答案】(1)>
(2)CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-16akJ·mol-1
(3)3a+b-c
(4)(aq)+2O2(g)=(aq)+2H+(aq)+H2O(l)　ΔH=-346kJ·mol-1
(5) 甲 -93 kJ·mol-1
【详解】（1）燃烧热是1mol物质完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量，甲醇燃烧生成CO2(g)和H2(g)属于不完全燃烧，放出的热量小于燃烧热，焓变为负值比较大小可知，ΔH2＞ΔH1，故答案为：＞；
（2）1克甲烷完全燃烧生成二氧化碳和液态水放出了akJ的热量，则1mol甲烷即16g甲烷完全燃烧生成二氧化碳和液态水放出16akJ的热量，所以甲烷燃烧热的热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-16akJ mol-1，故答案为：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-16akJ mol-1；
（3）已知：碳的燃烧热 ΔH1=akJ mol-1，则①O2(g)+C(s)=CO2(g) ΔH1=akJ mol-1，②S(s)+2K(s)=K2S(s) ΔH2=bkJ mol-1，③2K(s)+N2(g)+3O2(g)=2KNO3(s) ΔH3=ckJ mol-1，依据盖斯定律可知①×3+②-③即得到S(s)+2KNO3(s)+3C(s)=K2S(s)+N2(g)+3CO2(g) ΔH=(3a+b-c)kJ/mol，则x=3a+b-c，故答案为：3a+b-c；
（4）第一步的热化学方程式为(aq)+1.5O2(g)=(aq)+2H+(aq)+H2O(l)，△H=-273KJ/mol，第二步的热化学方程式为：(aq)+0.5O2(g)=(aq)，△H=-73KJ/mol，根据盖斯定律则(aq)+2O2(g)=2H+(aq)+H2O(l)+(aq)，△H=-346 kJ/mol，故答案为：(aq)+2O2(g)=2H+(aq)+H2O(l)+(aq)，△H=-346 kJ/mol；
（5）工业合成氨的反应如下(条件略)：N2+3H2 2NH3。已知断裂1mol N2中的共价键吸收的能量为946kJ，断裂1mol H2中的共价键吸收的能量为436kJ，形成1mol N—H键放出的能量为391kJ，反应的焓变ΔH=945kJ/mol+3×436kJ/mol-6×391kJ/mol=-93kJ/mol，则由N2和H2生成2mol NH3的能量变化为放出92kJ，题干图中能正确表示该反应中能量变化的是甲，故答案为：甲；-93kJ/mol。
5．（2024·云南临沧·联考）按要求回答下列问题：
(1)下列变化属于吸热反应的是 （填序号）。
①钠与冷水的反应 ②氢氧化钡晶体与氯化铵固体的反应 ③蓝矾失水变为白色粉末 ④干冰升华
⑤固体溶于水
(2)强酸与强碱的稀溶液发生中和反应生成1mol时的反应热。若用一定浓度的稀硫酸与含10gNaOH的稀碱溶液完全反应，反应放出的热量为 。（结果保留小数点后一位）
(3)已知1g完全燃烧生成液态水时放出热量142.9kJ，则氢气的燃烧热为 ，试写出该反应的热化学方程式为 。
(4)试比较反应热的大小：
①

则 （填“＞”或“＜”，下同）。
②已知常温时红磷比白磷稳定。


则 。
(5)已知：25℃、101kPa时，
①
②
③
则 。
【答案】(1)②③
(2)14.3kJ
(3)
(4) ＜ ＜
(5)
【详解】（1）①钠与冷水的反应是放热反应；
②氢氧化钡晶体与氯化铵固体的反应属于吸热反应；
③蓝矾失去结晶水是吸热反应；
④干冰升华属于吸热过程，但属于物理变化；
⑤固体溶于水为吸热过程，但不属于化学变化。综上所述，属于吸热反应的有②③。
（2）强酸与强碱的稀溶液发生中和反应生成1mol时的反应热，此反应消耗1mol NaOH，即40g，所以当有10g NaOH反应时放出的热量为。
（3）由已知1g完全燃烧生成液态水时放出热量142.9kJ得：1mol完全燃烧生成1mol放出热量285.8kJ，则氢气的燃烧热为，该反应的热化学方程式为。
（4）①由 ； 可知，等量的碳单质完全燃烧生成二氧化碳放热多于不完全燃烧生成一氧化碳放的热，由于焓变是负值，所以。
②常温时红磷比白磷稳定，说明白磷能量高，反应放出的热量较多，因，则放出的能量越多反应热越小，故答案为＜。
（5）已知：①
②
③
依据盖斯定律，③―①―②可得。
6．（2024·内蒙古巴彦淖尔·调研）(1)甲醚（CH3OCH3）是一种无色气体，具有轻微的醚香味，其燃烧热为1455kJ/mol，写出甲醚燃烧的热化学方程式 ；已知H2(g)和C(s)的燃烧热分别是285.8kJ mol﹣1、393.5kJ mol﹣1；计算反应4C(s)+6H2(g)+O2(g)═2CH3OCH3(g)的反应热△H= ；
(2)用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。例如：
CH4(g)＋4NO2(g)===4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－574 kJ·mol－1
CH4(g)＋4NO(g)===2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－1160 kJ·mol－1
若用标准状况下4.48L CH4还原NO2至N2，整个过程中转移的电子总数为 (阿伏伽德罗常数用NA表示)，放出的热量为 kJ。
(3)在25 ℃、101 kPa时，1.00 g C6H6(l)燃烧生成CO2(g)和H2O(l)，放出41.8 kJ的热量，则表示C6H6燃烧热的热化学方程式为 。
【答案】 CH3OCH3(g)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O（l）△H1=﹣1455kJ/mol ﹣378.8kJ/mol 1.6NA 173.4 C6H6(l)＋15/2O2(g)===6CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－3 260.4 kJ·mol－1
【详解】(1)甲醚的燃烧热为1455kJ/mol ,则燃烧方式的热化学方程式为: CH3OCH3(g)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O △H1=﹣1455kJ/mol 。已知H2(g)和C(s)的燃烧热分别是285.8kJ mol-1、393.5kJ mol-1；①H2(g)+1/2O2(g)=H2O △H=-285.8kJ mol-1②C(s)+O2(g)=CO2(g) △H=-393.5kJ mol﹣1
③CH3OCH3(g)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l) △H1=﹣1455kJ/mol;根据盖斯定律计算①6+②2-③,计算反应4C(s)+6H2(g)+O2(g)═2CH3OCH3(g)的反应热△H=(-285.86-393.54)-（-14552）=﹣378.8kJ/mol；因此，本题正确答案是: CH3OCH3(g)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O（l）△H1=﹣1455kJ/mol; ﹣378.8kJ/mol ;
(2)用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。例如：
①CH4(g)＋4NO2(g)=4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－574 kJ·mol－1
②CH4(g)＋4NO(g)=2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－1160 kJ·mol－1
(2)由（①+ ②）/2得CH4(g)＋2NO2(g)═N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g),ΔH =－(574+1160)/2=kJmol-1=-867 kJmol-1,n(CH4)=0.2mol,整个过程中转移的电子总数为0.2mol8NA=1.6 NA放出的热量为0.2=173.4kJ因此，本题正确答案是: 1.6NA、 173.4。
(3) 燃烧热是指1mol可燃物完全燃烧，生成稳定的氧化物时所放出的热量。1C6H6完全燃烧放热41.8kJ，则1mol C6H6完全燃烧放热41.8 78g/mol=3260.4 kJ ，故表示C6H6燃烧热的热化学方程式为C6H6(l)＋15/2O2(g)=6CO2(g)＋3H2O(l)ΔH＝－3 260.4 kJ·mol－1。答案：C6H6(l)＋15/2O2(g)=6CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－3 260.4 kJ·mol－1
考向2 分压平衡常数(Kp)计算
7．（2024·河南·一模）乙烯是一种用途广泛的有机化工原料，在现代石油和化学工业中具有举足轻重的作用。由乙烷制乙烯的研究备受关注。回答下列问题：
(1)氧化脱氢反应：
；
。
①计算反应的 ，该反应在 (填“高温”“低温”或“任何温度”)能自发进行。
②我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了不同催化剂下乙烷脱氢阶段反应进程如下图所示(吸附在催化剂表面的粒子用*标注，表示过渡态)。
上图中代表催化性能较好的催化剂的反应历程是 (选填“c”或“d”)，其判断依据是 。
(2)乙烷直接脱氢制乙烯的过程中，可能发生多个反应：
i ；
ii ；
iii 。
反应的平衡常数对数值()与温度的倒数的关系如下图。
① 0(填“>”“<”或“=”)。
②仅发生反应i时，的平衡转化率为，计算反应i的 (是以平衡物质的量分数代替平衡浓度计算的平衡常数)。
③水蒸气在乙烷直接脱氢制乙烯中起着重要作用。一定温度下，当总压恒定时，增加水蒸气与乙烷的进料比，可提高乙烷的转化率，其原因是 。
④结合上图，分析工业上一般选择温度在左右的可能原因是 。
【答案】(1) -566 低温 d d反应流程中活化能更低
(2) > 0.067或 一定温度下，当总压恒定时，增加水蒸气与乙烷的进料比，相等于减小压强，反应i平衡正向移动 反应温度太低，反应速率太慢，乙烷裂解制乙烯反应的化学平衡常数K太小，乙烷转化率太低；反应温度太高，副反应增多，容易产生积碳
【详解】（1）①已知：I. ΔH1=-209.8kJ mol-1，IIΔH2=178.1kJ mol-1，根据盖斯定律：I-II×2计算反应的ΔH3=-209.8kJ mol-1-178.1kJ mol-1×2=-566kJ/mol，是气体体积减小的反应，ΔS<0，ΔH-TΔS<0时反应能够自发进行，该反应在低温能自发进行；
②催化剂的作用是降低活化能，由图可知，代表催化性能较好的催化剂的反应历程是d。
（2）①由图可知，升高温度，减小，lgK增大，K值增大，说明为吸热反应，>0；
②仅发生反应i时，的平衡转化率为，列出“三段式”
反应i的= ；
③一定温度下，当总压恒定时，增加水蒸气与乙烷的进料比，相当于减小乙烷的物质的量分数，等效于减小压强，反应i是气体体积增大的反应，平衡正向移动，可提高乙烷的转化率；
④结合上图，分析工业上一般选择温度在左右的可能原因是：反应温度太低，反应速率太慢，乙烷裂解制乙烯反应的化学平衡常数K太小，乙烷转化率太低；反应温度太高，副反应增多，容易产生积碳。
8．（2024·四川·一模）利用太阳能光催化分解水制，再用制备的还原生成化工原料，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的原理如图。
已知：可见光在催化剂表面可产生电子和带正电荷的空穴。
(1)光催化分解水时，能量的转化形式为 。
(2)发生的电极反应式为 。在反应过程中体现了 (填“氧化性”或“还原性”)。
Ⅱ．工业上用和制备的原理如下：
①
②
(3)反应的 。
(4)其他条件相同时，测得不同压强下，的平衡转化率随温度的变化关系如图所示。
、、的大小顺序为 。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，转化率或选择性(生成的物质的量与转化的物质的量的比值)随温度的变化关系如图所示。220℃时，的产率为 。工业生产中制备的温度为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) 氧化性
(3)
(4) 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％ 温度过低转化率较小，温度过高选择性较小；或者在200～280℃时，转化率较大，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，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；
（4）根据方程式可知，压强越大，CO2的平衡转化率越大，故；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。
9．（2024·陕西·模拟预测）和共活化处理的研究既有利于实现碳中和，又有利于处理某些环境中的有害气体．该研究过程主要涉及如下反应：
Ⅰ．
Ⅱ．
Ⅲ．
回答下列问题：
(1)反应Ⅲ的反应热 ，该反应在 （填“高温”“低温”或“任意温度”）下能自发进行；
(2)向某密闭容器中投入等物质的量的和，发生上述反应．其中的平衡转化率随温度或压强变化如图．L，X可分别代表压强或温度；
X代表的物理量是 ，原因为 ；
②若在恒温恒容密闭容器中发生上述反应，下列条件能说明上述反应均达到平衡状态的是 （填字母）；
A．和的物质的量之比不再发生变化时
B．和的物质的量之比不再发生变化时
C． 混合气体密度不再发生变化时
D．容器内压强不再发生变化时
(3)下，向起始压强为的恒容密闭容器中通入等物质的量的和混合气体，发生上述反应，时达到平衡状态，测得此时体系总压强为，；
①平衡时 ；
②的平均生成速率为 ；
③下反应Ⅲ的压力平衡常数 ；
【答案】(1) 高温
(2) 压强 反应Ⅱ为气体分子数目增大的反应，压强增大，平衡逆向移动，平衡转化率降低（答案合理即可） BD
(3) 10 1.2 1080
【详解】（1）反应Ⅲ的反应热为：，该反应气体分子数目增多，，根据可知，该反应在高温下能自发进行。
（2）①由方程式可知，温度越高，的平衡转化率越高，压强越大，的平衡转化率越低，所以X代表的物理量是压强．
②A．和的物质的量之比恒等于，所以不能说明是否平衡，A不选；
B．和的物质的量之比不再发生变化时能说明反应达到平衡状态，B选：
C．混合气体密度恒定不变，所以不能说明是否平衡，C不选；
D．容器内压强不再发生变化时能说明反应达到平衡，D选；
故选BD。
（3）反应Ⅰ为气体分子数目不变的反应，由反应Ⅱ：可知，增加的压强是的分压，即平衡时分压为，则，，反应Ⅰ和反应Ⅱ反应物化学计量数之比相等，，由物料守恒得，；
①平衡时；
②的平均生成速率为；
③下反应Ⅲ的压力平衡常数。
10．（2024·青海海南·一模）环氧乙烷()被广泛地应用于洗涤、制药、印染等行业。工业上通常采用乙烯()直接氧化法制取环氧乙烷，体系中发生的反应如下：
主反应：
副反应：
回答下列问题：
(1)已知几种化学键的键能如表所示：
化学键 C-H C=C C-C C-O O=O
键能 423 682 368 335 498
试计算 。
(2)主反应与副反应的吉布斯自由能变()与温度T的关系如图所示，则副反应的 (填“>”“<”或“=”)0， (填“>”“<”或“=”)。
(3)在250℃、101kPa下，向某密闭容器中充入一定量的和，同时发生上述两个反应，充分反应后，体系中含碳组分含量最高的是，增大压强，的含量将 (填“增大”“减小”或“不变”)。工业生产中常采用的反应条件为250℃、2.0MPa，并选择Ag作催化剂，充分反应后体系中含碳组分含量最高的是，则Ag所起的作用可能为 。
(4)一定条件下，用富氧空气(只含和，且的体积分数为55%)代替，将、、按物质的量之比为11：11：1通入某恒容密闭容器中，发生上述两个反应，平衡时测得容器内总压为2.0MPa，的体积分数为31.25%，，则和的平衡转化率之比为 ，该条件下主反应的压强平衡常数 (为用分压代替浓度的平衡常数，各组分分压=各组分物质的量分数×总压)。
【答案】(1)
(2) < >
(3) 减小 抑制副反应，加速主反应
(4) 7：5 6.144
【详解】（1）反应的焓变等于反应物键能和减去生成物键能和，；
（2）由图可知，主反应与副反应的吉布斯自由能变()均随温度升高而增大，则主副反应的、均小于0；副反应×2-主反应得：，则>；
（3）主反应为气体分子数减小的反应、副反应为气体分子数不变的反应，增大压强，主反应正向移动，使得氧气、乙烯量减小，促使副反应逆向进行，导致的含量将减小；选择Ag作催化剂，充分反应后体系中含碳组分含量最高的是，则Ag所起的作用可能为催化剂，其选择性催化生成，抑制副反应，加速主反应，使得含量增大；
（4）假设初始氧气为11mol，则乙烯、氮气、二氧化碳分别为11mol、9mol、1mol；达到平衡时，设主反应转化乙烯2amol、副反应转化乙烯bmol；
则，，a=3.2mol、b=0.36mol，起始乙烯、氧气投料相等，则和的平衡转化率之比为（6.4+0.6）：（3.1+1.8）=7:5；平衡时总的气体物质的量为，则该条件下主反应的压强平衡常数。
11．（2024·河南周口·二模）通过不同方式转化为高附加值化学品有利于实现“双碳目标”，其中加氢转化为二甲醚()是常见的一种方式，其反应过程如下：
Ⅰ．
Ⅱ．
Ⅲ．
回答下列问题：
(1)加氢制反应的热化学方程式为 。
(2)进料比时，不同压强下平衡转化率随温度的变化关系如图所示。
①四条曲线对应压强、、和由大到小的顺序为 ，判断依据是 。
②压强为时，平衡转化率随温度升高先减小后增大，原因是 。
(3)上图中，当反应温度高于350℃时几条曲线重合，说明此时的转化率不受压强影响，原因是 。
(4)反应Ⅱ和反应Ⅲ的平衡常数()随温度变化关系如图2所示，表示反应Ⅱ的曲线为 (填“a”或“b”)。恒温恒压条件下，向体系中通入和，达到平衡时转化率为50％，为0.07mol，该条件下生成的CO可以忽略不计，则的物质的量为 mol，加氢制的反应用摩尔分数表示的平衡常数 (列出计算式)。(已知反应的，物质i的摩尔分数。)
【答案】(1)
(2) p1＞p2＞p3＞p4 反应Ⅱ和反应Ⅲ是气体体积不变的反应，压强增大，平衡不发生移动，反应I是气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，CO2的转化率变大，说明平衡正向移动，压强不断增大 温度较低时，CO2平衡转化率主要取决于反应I，温度较高时，CO2平衡转化率主要取决于反应Ⅱ
(3)温度高于350℃时总反应以反应Ⅱ为主
(4) b 0.215
【详解】（1）由盖斯定律可知，反应I×2+反应Ⅲ可得 。
（2）①反应Ⅱ和反应Ⅲ是气体体积不变的反应，压强增大，平衡不发生移动，反应I是气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，CO2的转化率变大，说明平衡正向移动，压强不断增大，因此压强p1、p2、p3由大到小的顺序是p1＞p2＞p3＞p4；
②压强为p1时，CO2平衡转化率为反应I和反应Ⅱ的CO2平衡转化率之和，反应I为放热反应，随温度升高CO2平衡转化率降低，反应Ⅱ为吸热反应，随着温度升高，CO2的平衡转化率先减小后增大，原因是：温度较低时，CO2平衡转化率主要取决于反应I，温度较高时，CO2平衡转化率主要取决于反应Ⅱ。
（3）反应Ⅱ是气体体积不变的吸热反应，当反应温度高于350℃时几条曲线重合，说明此时的转化率不受压强影响，且温度升高，CO2的平衡转化率增大，原因是：温度高于350℃时总反应以反应Ⅱ为主。
（4）反应Ⅱ是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，K值增大，lnK增大，则表示反应Ⅱ的曲线为b。根据已知条件列出“三段式”：
达到平衡时转化率为50％，则x=0.5mol，为0.07mol，则0.5-2y=0.07，y=0.215mol，则的物质的量为0.215mol，加氢制的反应方程式为：，用摩尔分数表示的平衡常数。
12．（2024·山西·一模）资源利用具有重要意义。
(1)工业上用二氧化碳催化加氢可合成乙醇，其反应原理为。
温度 400 500
平衡常数 9 5.3
①通过表格中的数值可以推断：该反应在 (填“高温”“低温”或“任何温度”)下能自发进行。
②的平衡转化率与氢碳比及压强随温度变化的关系分别如图和图所示。
图中氢碳比从大到小的顺序为 。图b中压强从大到小的顺序为 ，判断依据为 。
(2)催化加氢法可制备乙烯，反应原理为：。向恒容密闭容器中加入和，在催化剂作用下发生反应，测得平衡时体系中各气体的物质的量随温度的变化关系如图所示。
①图中曲线代表乙烯的物质的量随温度的变化关系的是 (填字母)。
②℃时，化学平衡常数 ，的平衡转化率为 。
(3)可用于制备苯乙烯。
在催化剂作用下，参与反应的机理如图所示表示乙苯分子中或原子的位置； A、B为催化剂的活性位点，其中位点带部分正电荷，位点带部分负电荷)。根据元素电负性的变化规律，图中所示的反应机理中步骤I和步骤II可描述为 。
【答案】(1) 低温 该反应是气体物质的量减小的反应，温度一定时，增大压强使反应正向移动，平衡转化率增大
(2) q
(3)乙苯带部分正电荷，被带部分负电荷的位点吸引，随后解离出并吸附在位点上，与位点上中带部分负电荷的O作用生成，带部分正电荷的吸附在带部分负电荷的位点上
【详解】（1）①温度升高平衡常数减小，则为放热反应，，该反应是气体体积缩小的反应，则，，反应才能自发进行，则，其正反应在低温下能自发进行；②图a可以理解为物质的量不变，量不断增加，平衡正向移动，转化率不断增大，因此氢碳比从大到小的顺序为；该反应是气体体积减小的反应，由图可知，同一温度条件下，从下往上看，转化率增大，说明平衡正向移动，向体积减小方向移动即加压，压强从大到小的顺序为。
（2）①反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，则随温度升高，物质的量增大的曲线m、n代表反应物随温度的变化关系，随温度升高，物质的量减小的曲线p，q代表生成物随温度的变化关系，结合化学计量数关系可知，m代表的物质的量随温度的变化，n代表的物质的量随温度的变化，代表的物质的量随温度的变化，代表的物质的量随温度的变化。
②设反应达到平衡时生成，根据反应方程式，列三段式：
由图可知，时，解得，平衡时，则；平衡时，氢气的转化率为。
（3）乙苯带部分正电荷，被带部分负电荷的位点吸引，随后解离出并吸附在位点上，与位点上中带部分负电荷的O作用生成，带部分正电荷的吸附在带部分负电荷的位点上。
考向3 平衡图像原因解释之温度、压强对平衡的影响
13．（2024·河南·三模）氨是重要化工原料，其工业合成原理为 。回答下列问题：
(1)已知：ⅰ. ；
ⅱ. (a、b都大于0)。
则反应的 (用含a、b的代数式表示)，利于该反应正向进行的条件为 (填“低温”“高温”或“任意温度”)。
(2)向恒温恒容密闭容器中充入体积比的和，发生反应。下列情况表明该反应一定达到平衡状态的是___________(填字母，下同)。
A．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．气体总压强不随时间变化 D．体积分数不随时间变化
(3)下列关于 的叙述正确的是 。
A．生成速率等于消耗速率的2倍
B．若加入高效催化剂，平衡常数和反应热都会增大
C．若起始按体积比投入和，则和的转化率相等
(4)向刚性密闭容器中充入和合成氨，经历相同时间测得转化率与温度及时间的关系如图1所示。
①温度： (填“>”或“<”)。
②温度下，合成氨反应的平衡常数为 (结果保留三位有效数字)。
(5)一定温度下，向体积可变的密闭容器中充入和，合成，测得体积分数与压强关系如图2所示。
①ab段体积分数增大的原因是 ；
②cd段体积分数急减的主要原因可能是 。
【答案】(1) 低温
(2)BC
(3)AC
(4) > 8.33
(5) 压强增大，反应速率加快，平衡正向移动，平衡时NH3的体积分数增大 压强过大，此时氨液化(或压强过大，催化剂活性降低等)
【详解】（1）根据盖斯定律，得N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的ΔH=；合成氨为放热反应，正反应为体积减小反应，即、，根据可知低温利于该反应正向进行。
（2）A．气体总质量不变、容器体积不变，密度是恒量，混合气体密度不随时间变化，反应不一定平衡， A错误；
B．气体总质量不变，气体物质的量减少，混合气体平均摩尔质量是变量，混合气体平均摩尔质量不随时间变化，反应一定达到平衡状态， B正确；
C．容器体积不变、气体物质的量减少，压强是变量，混合气体总压强不随时间变化，反应一定达到平衡状态， C正确；
D．若投入、，的转化量为，由
，可知N2体积分数，即其始终为定值，不随时间变化，反应不一定平衡；D错误，
故选BC．
（3）A．同一反应方向的速率之比等于化学计量数之比，A正确；
B．催化剂能改变化学反应速率，不能改变平衡常数和反应热，B错误；
C．起始按化学计量数比投料，转化按化学计量数比反应，故转化率相等，C正确，
故答案选AC．
（4）①根据“先拐先平数值大”可知，>。
②根据图像可知，平衡时转化率为，用三段式计算：。。
。
（5）①由图像可知，ab段NH3体积分数增大，原因是压强增大，反应速率加快，平衡正向移动，平衡时NH3的体积分数增大；
②由图像可知，cd段 NH3体积分数急减，其原因可能是压强过大，此时氨液化(或压强过大，催化剂活性降低等)。
14．（2024·河南·二模）工业上先将金红石转化为，再制得在医疗等领域具有重要用途的金属钛(Ti)。在恒容密闭容器中加入一定量的、和，可能发生的反应有：
反应
反应Ⅱ：
反应Ⅲ：
回答下列问题：
(1)① ；反应I (填“能”或“不能”)自发进行，判断理由是 。
②已知和的部分物理性质如下表：
物质
物理性质 熔点为1560~1580℃，不溶于水、稀无机酸、 熔点为-23.2℃、沸点为135.9℃，溶于冷水、乙醇、稀盐酸
将二者混合物进行分离，分别得到纯净物可采用的方法是 (简要写出操作步骤)。
(2)在下，一定量的、、C发生上述反应，平衡体系中气体组分、、的体积分数随温度变化的理论计算结果如图所示。
①图中表示的曲线是 (填“a”或“b”)，其曲线变化的原因是
②理论上制备的反应温度是越低越好，但实际生产中反应温度却选择800~1000°C，选择800~1000°C的原因是 。
③在1200℃下，反应Ⅱ的平衡常数 (为用分压表示的平衡常数，分压=总压物质的量分数)。
【答案】(1) -49 能 反应I的，，，能自发进行(合理即可) 常温下将混合物过滤，滤液是，将滤渣用冷水洗涤、干燥，得到(合理即可)
(2) b 随温度升高，反应Ⅱ逆向移动，减少，而反应Ⅲ正向移动，也减少(合理即可) 升高温度，反应速率加快，从图中可知800~1000℃时，的体积分数也比较高(合理即可) 45
【详解】（1）①由盖斯定律可知反应I=反应Ⅱ+反应Ⅲ，则；反应自发进行，该反应,,，该反应能自发进行；
②由和的物理性质可知，不溶于水，能溶于冷水，故将二者混合物进行分离时，可将混合物溶于冷水，进行过滤，滤液为，滤渣为，将滤渣用冷水洗涤、干燥后可得固体；
（2）①升高温度，反应Ⅱ平衡向吸热的方向移动，即平衡逆向移动，CO2的量减小，反应Ⅲ正向移动，CO2的量也减小，故表示CO2的曲线是b，表示CO的曲线是a，曲线变化的原因是：随温度升高，反应Ⅱ逆向移动，CO2减少，而反应Ⅲ正向移动，CO2也减少；
②适当的升高温度，能使反应速率加快，根据图中曲线可知在800~1000℃范围内体积分数也较高，故选择800~1000°C的原因是：升高温度，反应速率加快，从图中可知800~1000℃时，的体积分数也比较高；
③根据图像可得的分压为，CO2的分压为，CO的分压为，那么Cl2的分压为100kPa-36kPa-20kPa-40kPa=4kPa，反应Ⅱ的平衡常数。
15．（2024·山西·模拟预测）磺酰氯是一种重要的有机氯化剂，和发生反应可制备磺酰氯。回答下列问题：
(1)已知：①
②
③
则的 (用含、、的代数式表示)。
(2)的速率方程，，其中为速率常数，、为常数，为反应的活化能(单位为)，为热力学温度(单位为)。
①在密闭容器中充入等物质的量的和发生上述反应，下列说法错误的是 。
A．升高温度会导致速率常数增大
B．及时移走产物可提高的转化率
C．混合气体中和的体积分数相等时，反应一定达到平衡
D．加压有利于平衡正向进行
②与催化剂和的关系如图1所示，使用催化剂A时，反应的活化能为 ，催化效果更好的催化剂是 (填“A”或“B”)，判断理由是 。
(3)在某一密闭容器中充入和，发生反应：，的平衡转化率与温度和压强的关系如图2所示。温度下，若使的平衡转化率达到80%，则需要将压强控制在 kPa(保留到小数点后2位)。若使图中a点和c点的平衡转化率达到相等，可向 (填“a”或“c”)点所在的体系中通入稀释剂(Ar气)，写出判断理由 。
【答案】(1)(2a+b-c)
(2) BC 300 B 使用催化剂B时，反应的活化能较小，反应速率较大，催化效果更好
(3) 82.96 a 合成SO2Cl2(g)的反应为气体分子数减少的反应，等压条件下通入稀释剂(Ar气)，各反应组分压强减小，平衡逆向移动，a点SO2的平衡转化率减小
【详解】（1）由2①+②-③式可得反应：，则由盖斯定律可得的ΔH=(2a+b-c)kJ/mol；
（2）①A．由可知，升高温度，导致增大，速率常数增大，A正确；
B．产物为液体，及时移走产物，不能使其平衡正向移动，则不能提高SO2的转化率，B错误；
C．在密闭容器中充入等物质的量的和发生反应：，即和的初始投料比等于其化学反应计量系数之比，则反应过程中SO2和Cl2的体积分数始终保持相等，所以混合气体中和的体积分数相等时，不能说明反应达到平衡，C错误；
D．该反应是气体分子数减小的反应，加压有利于平衡正向进行，D正确；
故选BC；
②由图可知，与呈线性关系，直线的斜率表示反应的活化能，由图像数据(0.5×10-2，1.5)、(1.0×10-2，3.0）可得斜率为，则使用催化剂A时，反应的活化能为300kJ/mol；由图可知，使用催化剂A时与的图像比使用催化剂B时更陡峭，即使用催化剂A时与的图像斜率大于使用催化剂B时的，则使用催化剂B时，反应的活化能较小，反应速率较大，催化效果更好，判断理由是：使用催化剂B时，反应的活化能较小，反应速率较大，催化效果更好；
（3）b点时，压强为30kPa，SO2的平衡转化率为60%，整理数据代入三段式得：，平衡时各物质分压：p(SO2)==4kPa，p(Cl2)==20kPa，p(SO2Cl2)==6kPa，则Kp=；当SO2的平衡转化率为80%，整理数据代入三段式得：，设需要将压强控制在pkPa，平衡时各物质分压：p(SO2)=，p(Cl2)=，p(SO2Cl2)=，因温度不变，则Kp=，解得p≈82.96kPa。在等压条件下(p=10kPa)，a点SO2的平衡转化率大于c点，向体系中通入稀释剂(Ar气)，各反应组分压强减小，平衡向气体分子数增大的方向移动，即平衡逆向移动，SO2的平衡转化率减小，则若使图中a点和c点的平衡转化率达到相等，可向a点所在的体系中通入稀释剂(Ar气)，判断理由是：合成SO2Cl2(g)的反应为气体分子数减少的反应，等压条件下通入稀释剂(Ar气)，各反应组分压强减小，平衡逆向移动，使a点SO2的平衡转化率减小。
16．（2024·四川泸州·一模）丙烯()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：
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)，实验测得用和(注：D是氘，键能：)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：是 (选填①或②)，“”是 (选填③或④)。
【方法Ⅱ】氧化丙烷脱氢制丙烯
除发生反应I外，投入还会发生反应Ⅱ：
(4)已知：

则计算反应Ⅱ的 。
(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、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 kPa；900K投入时，发生反应I和II，计算的平衡转化率 %(保留一位小数)。
【答案】(1)高温
(2) 透过膜层再经Ar吹扫，使脱离平衡体系，平衡正向移动，丙烯的产率提高
(3) ① ③
(4)
(5) 40.6
【详解】（1）反应I的，反应能自发进行的条件是，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透过膜层再经Ar吹扫，使脱离平衡体系，平衡正向移动，丙烯的产率提高；
（3）键的断裂是反应中的速控步骤，则键断裂的基元反应是；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，的能量高于，对应的是③；
（4）已知反应A：
反应B：
根据盖斯定律可知，反应A－反应B即可得到目标反应，则；
（5）压强恒定为P kPa，单独投料与混合投料相比，单独投料1mol的分压为P kPa，混合投料时，1mol的分压为0.5P kPa，则单独投料相当于加压，平衡逆向移动，的转化率相对较低，即900℃时，的转化率为60%，列三段式有：，则p(H2)=、p(C3H6)= 、p(C3H8)=，=kPa；
900K投入时，发生反应I和II，的转化率为80%，列三段式有
，则平衡时，气体总物质的量是(0.2+0.8+1－x+0.8－x+2x)=2.8mol，=kPa，解的x=0.40625，则。
17．（2024·四川南充·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：
反应②：
(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，当原料气中时，该温度下平衡时甲烷的体积分数为，则甲烷的转化率为 。
【氨气的合成】工业合成氨的原理为： 。
(4)结合以下键能数据，估算的键能为 。
化学键
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：，(“”“”为正、逆反应速率常数)。
①该反应的平衡常数 (用含“”“”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) 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
，x=0.5，甲烷的转化率为；
（4）根据反应 ，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=0，，，又，则Kp=；
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。
18．（2024·宁夏吴忠·二模）近几年经济发展迅速，汽车数量越来越多，在方便我们的工作和生活的同时，也带来了严重的环境问题，为了消除汽车尾气对大气环境和人体健康造成的影响，科学家们想了很多处理尾气的方法。
(1)活性炭可用于处理汽车尾气中的NO，有关反应为C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)。
①判断该反应达到平衡的标志为 。(填标号)
A．容器内气体的物质的量恒定 B．NO、N2、CO2的物质的量之比为2：1：1
C．v正(NO)=2v逆(CO2) D．容器内气体密度恒定
②某温度时，向4L体积恒定的密闭容器中充入一定量N2和CO2发生反应：N2(g)＋CO2(g)C(s)＋2NO(g)；其中CO2、NO物质的量随时间变化的曲线如图所示。请回答下列问题：
a.图中A点v正 v逆(填“>”“<”或“=”)。
b.0～20min内的N2平均反应速率v= ；在此过程中，气体的平均相对分子质量 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
c.第20min时，外界改变的条件可能是 。
(2)CO可以与NO2反应：4CO(g)＋2NO2(g)N2(g)＋4CO2(g)，如图为该反应中CO的平衡转化率在不同压强下随温度变化的图像，根据图像分析：△H 0(填“>”或“<”，下同)；p1 p2。
(3)在汽车排气管上安装催化转化器可以有效降低汽车尾气中的NO和CO，反应方程式为：2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)，若在密闭的容积不变的容器中进行该反应，起始加入的CO和NO的物质的量之比为3：2，起始压强为p，达到平衡时总压强为起始压强的85%，则该反应的化学平衡常数Kp= 。(Kp为以分压表示的平衡常数，分压=总压×某物质的物质的量分数)
【答案】 CD ＞ 0.01mol·L-1·min-1 减小 加催化剂或升温 ＜ ＜
【详解】(1) ①A．该反应C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)前后气体计量数和不变，故容器内气体的物质的量永远恒定，与是否平衡状态无关，A不选；
B．NO、N2、CO2的物质的量之比为2：1：1，未体现出三者的物质的量保持不变，与是否平衡状态无关，B不选；
C．v正(NO)=2v逆(CO2)时，不同物质的正、逆速率比等于系数比，为平衡状态，C选；
D．反应正方向为气体质量增大的方向，则当密度恒定时为平衡状态，D选。
答案为：CD。
②a.图中A点未达到平衡状态，反应正向进行，v正＞v逆，故答案为：＞；
b. v(N2)= v(CO2)== 0.01mol·L-1·min-1；气体的平均相对分子质量在数值上等于气体平均摩尔质量，与气体质量成正比，与气体物质的量成反比，因该反应N2(g)＋CO2(g)C(s)＋2NO(g)正反应气体质量减小，气体物质的量不变，故在此过程中，气体的平均相对分子质量减小，故答案为：0.01mol·L-1·min-1；减小；
c.第20min时，速率加快，物质的量为渐变，故外界改变的条件可能是加催化剂或升温，故答案为：加催化剂或升温；
(2) 由图可知，恒压升高温度CO平衡转化率增大，故平衡右移，即正反应放热，△H＜0；恒温从p1到p2，CO平衡转化率减小，平衡右移，正反应气体系数减小，故为增压，即p1＜p2，答案为：＜；＜；
(3) 设起始时CO、NO物质的量为3amol、2amol，转化了CO2xmol，列三段式得：，在密闭的容积不变的容器中进行该反应，其他条件不变时，气体压强与气体物质的量成正比，故5a-x=0.85×5a，解得a=x，化学平衡常数Kp= ，故答案为：。
考向4 平衡图像原因解释之选择反应最佳条件
19．（2024·四川·一模）石膏应用范围广泛，可用于制硫酸。主要发生如下反应：
①
②
③
回答下列问题：
(1)下列措施中，能使反应①的速率加快的有___________(填标号)。
A．升高温度 B．降低压强
C．将石膏粉碎 D．及时移除产物气体
(2)已知④ ，则⑤的 。
(3)反应①和反应⑤均可制得SO2，结合反应④的，分析工业上采用反应⑤制SO2的原因是 。
(4)反应②常用作催化剂，催化机理为：
第一步：
第二步：
请写出第三步： 。
(5)下图为两种催化剂V1、Cl分别对反应②的催化情况对比图。已知催化剂的孔隙直径分布越均衡、体积越大，催化剂的催化效果越好。
上图可知，催化剂 (填“V1”或“C1”)的催化效果更好。下图是在该催化剂作用下的速率常数k与温度(与)的关系图，已知速率常数(A、R为大于0的常数，T为热力学温度，单位：K)。由下图可知，随温度升高，反应的活化能Ea将 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(6)为进一步检测催化剂对反应②的催化效果，下图是使用相同原料气，以相同流速通过含相同催化剂的同一反应器，测得的SO2的转化率随温度的变化情况。由图可知，SO2的转化率随温度升高而 (填“增大”或“减小”)，原因是 。
【答案】(1)AC
(2)+417 kJ/mol
(3)由反应④可知：SiO2与CaO反应放热，可提供能量
(4)[(VOSO4)2(SO4)2]4-+O2→[(VO2SO4)2S2O7)2]4-
(5) C1 减小
(6) 增大 催化剂活性提高和升高温度都可加快反应速率，使相同时间内SO2的转化率增大
【详解】（1）A．升高温度，化学反应速率加快，A正确；
B．由于反应物是固体物质，改变压强，不能改变反应物的浓度，因此降低压强，化学反应速率不变，B错误；
C．将石膏粉碎，反应物表面积增大，使反应物在相同时间内有更多的发生反应，因此化学反应速率加快，C正确；
D．及时移除产物气体，化学平衡正向移动，但不能改变正反应速率，因此反应速率不能加快， D错误；
故合理选项是AC；
（2）已知①，④ ，根据盖斯定律，将反应①-④，整理可得反应⑤CaSO4(s)+SiO2(s)=CaSiO3(s)+SO2(g)+O2(g) △H5=△H1-△H4=+417 kJ/mol；
（3）反应①和反应⑤均可制得SO2气体，由反应④可知SiO2(s)+CaO(s)=CaSiO3(s) △H=-84 kJ/mol，SiO2与CaO反应放热，可为反应提供能量，使反应更容易发生，因此工业上通常采用反应⑤制取SO2；
（4）根据盖斯定律，反应②应该为第一步、第二步、第三步三步反应的和，则用反应②减去第一步反应减去第二步反应，就得到第三步反应的化学方程式为：[(VOSO4)2(SO4)2]4-+O2→[(VO2SO4)2S2O7)2]4-；
（5）根据图示可知催化剂C1的孔隙直径分布越均衡、体积更大，其催化剂的催化效果更好；
根据图像可知：升高温度，化学反应速率常数k增大，反应速率加快，反应更容易进行，结合速率常数的关系式，可知随着温度的升高，该反应的活化能Ea减小；
（6）根据图示可知：升高温度，SO2的转化率增大。这是由于升高温度会使催化剂活性提高；同时升高温度，物质的内能增加，活化分子数增加，分子之间的有效碰撞次数增加，化学反应速率加快，使得相同时间内更多的SO2反应变为生成物，因而SO2的转化率增大。
20．（2024·山西·调研）研发CO2利用技术，降低空气中CO2含量是目前科学家研究的热点之一、CO2与H2在催化作用下生成可再生资源甲醇，相关反应如下：
反应I：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) H<0
反应II：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) H2
(1)反应II在低温或常温下不能自发进行，则H2 (填“>”“<”或“=”)0。
(2)CO2和H2合成甲醇时温度对单位时间内CO2转化率及甲醇和CO产率的影响如图1所示。则由图1判断合成CH3OH最适宜的温度是 ；温度升高CH3OH产率先升高后降低，降低的可能原因是 。
(3)在恒温恒容的密闭容器中，充入0.5molCO2(g)和l.0molH2(g)，容器内起始的压强为pkPa，达到平衡时，测定容器内生成了0.3molH2O(g)，且CO2生成CO的选择性为(反应物的选择性=)。
①下列相关说法正确的是 (填字母)。
A．从反应体系中分离出甲醇，有利于提高反应物的转化率
B．向容器按原比例再充入反应物，达到新平衡时各组分的体积分数不变
C．当v生成(CH3OH)=v生成(CO2)，说明反应达到了平衡状态
D．工业合成甲醇时，选择合适催化剂可提高甲醇的产率
②该温度下，反应II用平衡分压代替平衡浓度计算的平衡常数Kp= 。
(4)CO2和H2在某NiO支撑的In2O3表面的反应历程如图2所示(TS表示过渡态)。
决定总反应速率的步骤的活化能E主= eV。
(5)ZnO/ZrO2固溶体是我国科学家发明了高选择性的CO2加氢合成CH3OH的催化剂，其中ZrO2摩尔质量为Mg/mol，其晶胞结构如图3所示，晶胞的棱长为apm，设NA为阿伏加德罗常数的值。则Zr4+在晶胞中的配位数为 ，该晶胞的密度为 g/cm3。
【答案】(1)>
(2) 250℃ 反应I的正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，产率降低；温度升高，催化剂的活性下降，产率降低（合理即可）
(3) A
(4)2.17
(5) 8
【详解】（1）反应II在低温或常温下不能自发进行，需要高温可自发，为使，故该反应；
（2）由图乙中可以看出，250℃时CH3OH的产率最高，所以合成CH3OH最适宜的温度是250℃；降低的可能原因是：反应I的正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，产率降低；温度升高，催化剂的活性下降，产率降低（合理即可）；
（3）①A．从反应体系中分离出甲醇，反应I正向移动，有利于提高反应物的转化率，A正确；
B．向容器按原比例再充入反应物，温度不变，压强增大，反应I平衡正向移动，达到新平衡时各组分的体积分数改变，B错误；
C．当v生成(CH3OH)=v生成(CO2)，生成二氧化碳的反应的两个，故不能说明反应达到了平衡状态，C错误；
D．工业合成甲醇时，催化剂不能影响平衡移动，不能提高甲醇的产率，D错误；
故选A；
②达到平衡后，根据方程式得关系式：，则参加反应的CO2为0.3mol，设生成，
，
故平衡后，，，，
，，，，反应II用平衡分压代替平衡浓度计算的平衡常数
（4）活化能最大的步骤反应速率最慢是反应的决速步骤，根据反应历程如下图可以看出活化能最大，2.98-0.81=2.17eV；
（5）以面心Zr4+为参考，每个晶胞中有4个O2-与Zr4+距离最近，面由两个晶胞共用，故Zr4+配位数为8；晶胞中Zr4+位于顶点和面心，个数为，O2-位于晶胞体心，个数为8，则一个晶胞含有4个ZrO2，质量为，晶胞体积为a3×10-30 cm3，可知；
21．（2024·陕西渭南·模拟预测）二氧化碳加氢制甲烷有利于实现“碳达峰、碳中和”，该过程中的主要反应为
① ；
② 。
回答下列问题：
(1)写出甲烷与反应制取水煤气(CO、)的热化学方程式： 。
(2)已知部分化学键的键能数据如表所示：
化学键 C-H H-H O-H C=O
键能(kJ/mol) 414 436 463 x
其中x= 。
(3)恒温恒压下，向某密闭容器中充入一定量的和，同时发生反应①和②，下列事实能说明反应②达到化学平衡状态的是_______。
A．容器内气体密度不再变化 B．
C．气体的平均相对分子质量不再变化 D．混合气体的总质量不变
(4)向若干个体积均为2L的恒容密闭容器中均充入1mol 、3.6mol ，若只发生反应① △H=-165kJ/mol，在不同温度下经过10min测得各容器中的转化率如图所示。
①转化率先升高后降低的原因是 。
②X点对应的坐标为(400，80)，X点对应的转化率为 (保留三位有效数字)；X点对应的容器中压强为 kPa，则X点对应的平衡常数 (用含的代数式表示，为用分压表示的平衡常数，气体的分压=总压×该气体的物质的量分数)。
③X、Y两点对应的平衡常数 (填“大于”、“等于”或“小于”)。
【答案】(1)
(2)799.5
(3)AC
(4) 温度升高，反应速率加快，相同时间内二氧化碳转化率增大，达到平衡后升高温度，平衡逆向移动，二氧化碳转化率降低，故转化率先升高后降低 小于
【详解】（1）已知：
①
②
由盖斯定律可知，②×2-①，；
（2）反应的焓变等于反应物键能和减去生成物的键能和，由①可知，，x=799.5；
（3）A．反应①为气体分子数改变的反应，恒温恒压下，随着反应进行容器总体积改变，而反应中气体的质量不变，混合气体密度为变量，则混合气体的密度不变，说明反应已达平衡；
B．未具体指明具体是反应①还是反应②，若是反应②，说明正逆反应速率相等，反应②达到平衡，未指明则不能说明反应②达到平衡；
C．混合气体的平均摩尔质量M= m/n，气体质量不变，但是气体的总物质的量随反应进行而改变，所以M会发生改变，当M不变时，反应达到平衡；
D．根据质量守恒，混合气体的总质量不变，其不能说明反应平衡；
故选AC。
（4）①温度升高，反应速率加快，相同时间内二氧化碳转化率增大，达到平衡后升高温度，平衡逆向移动，二氧化碳转化率降低，故转化率先升高后降低；
②X点为最高点，则说明此时为平衡状态，对应的坐标为(400，80)，则反应二氧化碳0.8mol、氢气3.2mol，生成甲烷0.8mol、水1.6mol，平衡二氧化碳0.2mol、氢气0.4mol，X点对应的转化率为；总的物质的量为3mol，X点对应的容器中压强为 kPa，则X点对应的平衡常数；
③反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，则X、Y两点对应的平衡常数小于。
22．（2024·河南信阳·模拟预测）甲烷干重整(DRM)以温室气体CH4和CO2为原料在催化条件下生成合成气CO和H2。体系中发生的反应有
ⅰ.
ⅱ.
ⅲ.
ⅳ.
(1) 。
(2) (填“高温”或“低温”)有利于反应ⅰ自发进行。
(3)起始投入CH4和CO2各1kmol，DRM反应过程中所有物质在100kPa下的热力学平衡数据如图所示。
①950℃时，向反应器中充入N2作为稀释气，CH4的平衡转化率 (填“升高”、“不变”或“降低”)，理由是 。
②625℃时，起始投入CH4、CO2、H2、CO、H2O各0.5kmol，此时反应ⅱ的 (填“>”、“=”或“<”)。
③625℃时，反应体系经过t min达到平衡状态，测得甲烷的平衡转化率为。0~t min生成CO的平均速率为 ；用物质的量分数表示反应i的平衡常数 (用含的表达式表示，列计算式即可)。
【答案】(1)-172.1
(2)高温
(3) 升高 950℃时，体系中只有反应ⅰ，该反应为体积增大的反应，恒压条件充入氮气，平衡正向移动，CH4转化率升高 <
【详解】（1）由盖斯定律可得反应iii-反应i得，所以=+74.9kJ/mol-247kJ/mol=-172.1 kJ/mol；
（2）反应i．，、，由，可知高温有利于反应自发进行；
（3）①图像1可知，950℃时体系中只有反应ⅰ，该反应为体积增大的反应，反应在100kPa下充入氮气相当于减压，平衡正向移动，CH4转化率升高；
②625℃时，起始投入CH4、CO2、H2、CO、H2O各0.5kmol，此时，由图像1可知，平衡时n(CO)= n(CO2)= n(H2O)＜n(H2)，即平衡常数K＜1，所以此时Qc＞K，平衡正在逆向进行，所以反应ⅱ的v正＜v逆；
③由图像1可知，625℃平衡时n(CO)=0.5kmol，所以0～tmin生成CO的平均速率为；由图像1可知，625℃平衡时n(CO)= n(CO2)= n(H2O)= 0.5kmol，由反应的化学计量数可知，反应i和反应iii生成的氢气的物质的量为消耗的甲烷的2倍，反应ii消耗氢气的物质的量与生成的水的物质的量相等，所以平衡时n(H2)=(2a-0.5)kmol=kmol，n(CH4)=(1-a)kmol，即平衡时气体总物质的量为(2a-0.5+1-a+0.5+0.5+0.5)kmol =(2+a)kmol，所以平衡常数Kx=。
23．（2024·宁夏银川·一模）在“绿色化学”和“碳达峰，碳中和”的明确目标下，目前热门研究方向一是利用CO、CO2的甲烷化制备人造天然气获得清洁能源；二是寻找合适催化剂将汽车尾气转化为无污染物质。
I．其中甲烷化工艺中主要涉及到如下反应：
甲烷化反应i．　
甲烷化反应ii．　
副反应iii．　
副反应iv．　
(1)计算 。
(2)为了研究Ni/TiO2在光热和热催化过程中CO转化率和CH4选择性随温度的变化，将CO合成气(含23%CO、69%H2和8%N2)通入反应器，在恒压及一定时间内进行反应，测得以下数据：[α表示转化率，S(CH4)表示得到甲烷物质的量与消耗CO的物质的量之比]
类型 条件 温度/℃ 光热催化 热催化
α(CO) S(CH4) α(CO) S(CH4)
250 90% 85% 0% 0%
300 92% 82% 88% 78%
350 96% 84% 89% 79%
400 95% 83% 92% 78%
450 92% 82% 91% 79%
①光热催化时CO甲烷化的活化能 热催化CO甲烷化的活化能(填“大于”或者“小于”)。
②当温度高于400℃时，热催化下CO转化率降低的原因是 。
(3)某温度下，恒容容器中充入1molCO2和4molH2，若只发生反应ⅱ、ⅲ，平衡时测得α(CO2)为50%、S(CH4)为90%，反应ⅲ的平衡常数为 。(保留两位有效数字)[S(CH4)表示得到甲烷物质的量与消耗CO2的物质的量之比]。
II．汽车尾气中含有CO、NOx等有毒气体，对汽车加装尾气净化装置，可使有毒气体相互反应转化为无毒气体。
(4)已知　，该反应在 (填“高温”“低温”或“任何温度”)下能自发进行。
(5)柴油汽车尾气中的碳烟(C)和NOx可通过某含钴催化剂催化消除。不同温度下，将模拟尾气(成分如下表所示)以相同的流速通过该催化剂，测得所有产物(CO2、N2、N2O)与NO的相关数据结果如图所示。
模拟尾气 气体(10mol) 碳烟
NO O2 He
物质的量(mol) 0.025 0.5 9.475 a
①375℃时，测得排出的气体中含0.45molO2和0.0525molCO2，则Y的化学式为 。
②实验过程中采用NO模拟NOx，而不采用NO2的原因是 。
【答案】(1)
(2) 小于 高温时反应ⅰ是放热反应，温度升高时平衡逆向移动转化率降低，高温时发生反应ⅲ，生成CO，导致CO转化率降低
(3)0.04
(4)低温
(5) N2O 2NO2N2O4，NO2气体中存在N2O4，不便于定量测定
【详解】（1）由盖斯定律得，反应ii-反应i得；
（2）①由表中数据知，光催化得反应速率大于热催化得反应速率，相同条件下，反应速率越快，活化能越小，故光热催化时CO甲烷化的活化能小于热催化 CO 甲烷化的活化能；②由于反应ⅰ是放热反应，温度升高时平衡逆向移动，转化率降低，反应iii为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，主要发生反应iii，由生成CO ，所以当温度高于400℃时，热催化下CO转化率降低；
（3）恒容容器中充入1molCO2和4molH2，假设体积为1L，若只发生反应ⅱ、ⅲ，平衡时测得α(CO2)为50%，消耗的CO2为0.5mol；S(CH4)为90%，S(CH4)表示得到甲烷物质的量与消耗CO2的物质的量之比，生成甲烷的浓度为0.5mol/L×90%=0.45mol/L：　，
　，反应ⅲ的平衡常数为；
（4）　，该反应ΔS<0，ΔH<0，根据ΔG=ΔH－TΔS，当△G<0，反应能自发进行，该反应在低温下能自发进行；
（5）①图中参与反应生成X和Y的一氧化氮的物质的量为：0.025mol×(8%+16%)=0.006mol，模拟尾气中O2的物质的量为0.5mol，测得排出的气体中含0.45mol
O2，说明实际参与反应的O2的物质的量为0.05mol，同时测得0.0525mol
CO2，根据氧原子守恒，可知N2O的物质的量为：0.05×2+0.006 0.0525×2=0.001mol，根据氮原子守恒可知氮气的物质的量为： ，所以16%对应的是氮气，而8%对应是N2O，即Y对应是N2O；
②实验过程中采用NO模拟NOx，而不采用NO2的原因是NO2中存在2NO2N2O4的平衡体系，NO2气体中存在N2O4，不便于定量测定。
24．（2024·陕西安康·模拟预测）二氧化碳催化加氢制甲烷的反应受到人们广泛关注。回答下列问题：
(1)二氧化碳加氢制甲烷的过程中主要发生以下反应：
Ⅰ．
Ⅱ．
反应的 ，该反应在 (填“低温”“高温”或“任意温度”)条件下能自发进行。
(2)以Ni作催化剂，可选择、、为载体。在密闭容器中，控制、加入和，使用不同的催化剂载体，发生反应Ⅰ、Ⅱ，的转化率及其平衡转化率随温度变化的情况如图所示。
①低温活性最高的催化剂载体是 。
②在图中所示温度范围内，随温度升高，的平衡转化率减小，原因可能是 。研究表明，当温度升至600℃以上，的平衡转化率随温度升高而增大，此时的产率随温度升高而 (填“升高”“降低”或“不变”)。
③525℃下达到平衡时，的转化率为80%，的转化率为57.5%，的物质的量为 mol，反应Ⅰ用摩尔分数表示的平衡常数 (列出计算式，用摩尔分数代替平衡浓度计算，物质i的摩尔分数)。
(3)若反应物中混入，会导致Ni催化剂失活。原因是吸附在Ni活性位点，阻止了与的反应。在Ni催化剂中添加Mn和Zn助剂，可避免Ni催化剂失活，其机理可能是 。
【答案】(1) 低温
(2) 反应Ⅰ为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动 降低 0.5
(3)优先吸附在Mn和Zn助剂上，避免了Ni活性位点被占据
【详解】（1）根据盖斯定律，目标反应=反应Ⅰ-2×反应Ⅱ，，为熵减的放热反应，要使，应保证低温条件；
（2）①由图可知，低温区域使用作催化剂载体时的转化率最高，即的活性最高。
②由题可知，反应Ⅰ为放热反应，随温度升高，该反应平衡向逆反应方向移动，的平衡转化率降低。反应Ⅱ为吸热反应，随温度升高，该反应平衡向正反应方向移动。当温度升至600℃以上，反应Ⅱ占主导，此时主要转化为CO，故的产率随温度升高而降低。
③根据题意，设达到平衡时，在反应Ⅰ和反应Ⅱ中转化的的物质的量分别为x与y，则：
则：%，%，解得，。由上式可知平衡时，，，，，平衡时混合气体。反应Ⅰ的，代入数值得。
（3）Ni催化剂失活的原因是其活性位点被占据，不能再吸附和。若添加Mn和Zn助剂，优先吸附在助剂上，从而避免Ni催化剂的活性位点被占据。
考向5 平衡图像原因解释之转化率、产率变化分析
25．（2024·山西晋中·模拟预测）烯烃是重要的化工原料，如乙烯、苯乙烯、丁二烯等。
(1)目前生产苯乙烯的方法主要是乙苯脱氢法，反应原理如下：
。
已知：部分化学键的键能数据如下表所示：
共价键
键能 347.7 413.4 615 436
①则 。
②实际生产过程中，通常向乙苯中掺入水蒸气，保持体系总压为常压(101kPa)的条件下进行反应。掺入水蒸气的目的是 。
③乙苯的平衡转化率与温度、投料比的关系如图所示。
若，保持体系总压为常压(101kPa)，则A点温度下，该反应的平衡常数 kPa(列出计算式即可，为用平衡分压代替平衡浓度表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数)。
(2)经催化加氢合成乙烯： 。恒容条件下，按投料，各物质平衡浓度变化与温度的关系如图所示：
①指出图中曲线b、m分别表示 、 的浓度。
②升高温度，平衡常数K (填“减小”、“增大”或“不变”)。A点， (用表示)。写出能提高乙烯平衡产率的措施 (任举两种)。
(3)丁二烯与卤素反应为有机合成的重要步骤，1，3-丁二烯和反应的能量随反应过程的变化关系如图所示：
①1，3-丁二烯和反应会生成两种产物，一种称为动力学产物，由速率更快的反应生成；一种称为热力学产物，由产物更加稳定的反应生成。则动力学产物结构简式为 。
②T℃时在2L刚性密闭容器中充入1，3-丁二烯(g)()和各2mol，发生反应。1，3-丁二烯及产物的物质的量分数随时间的变化如下表：
时间(min) 0 10 20 30 40
1，3-丁二烯 100% 72% 0% 0% 0%
1，2-加成产物 0% 26% 10% 4% 4%
1，4-加成产物 0% 2% 90% 96% 96%
在0~20min内，反应体系中1，4-加成产物的平均反应速率v(1，4-加成产物)= 。
【答案】(1) 掺入水蒸气相当于减小压强，使得平衡正向移动，增大乙苯的转化率
(2) 减小 适当降低温度、增加压强、分离出乙烯等
(3)
【详解】（1）①反应的焓变等于反应物键能和减去生成物键能和，结合物质结构中相同部分可知，；
②保持体系的压强为常压，掺入水蒸气相当于减小压强，使得平衡正向移动，增大乙苯的转化率；
③设起始加入的乙苯为1mol，水蒸气为9mol，由图可知，平衡时乙苯的转化率为60%，则反应乙苯0.6mol，生成苯乙烯、氢气均为0.6mol，平衡时气体总的物质的量为10.6mol，乙苯的物质的量分数为，苯乙烯、氢气的物质的量分数均为，则 kPa；
（2）①反应为放热，升高温度，平衡逆向移动，二氧化碳、氢气浓度增大，乙烯、水浓度减小，结合反应方程式中物质系数可知，图中曲线b、m分别表示、浓度。
②反应为放热，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数K减小；
平恒时二氧化碳、水浓度均为mol/L，则乙烯为0.25mol/L，恒容条件下，按投料，投料比等于系数比，则两者转化率相同，平衡时氢气为3mol/L，；适当降低温度、增加压强、分离出乙烯等都可以促进平衡正向移动，提高乙烯平衡产率；
（3）
①过渡态物质的总能量与反应物总能量的差值为活化能，活化能越小反应越快，活化能越大反应越慢，结合图可知，动力学产物结构简式为。
②在0~20min内，反应体系中1，4-加成产物的物质的量分数90%，1，4-加成产物的物质的量2mol×90%=1.8mol，则v（1，4-加成产物）。
26．（2024·山西太原·三模）石油裂解产生的乙烯含有0.5%～3%乙炔，乙炔在Ziegler－Natta催化剂中会使乙烯聚合失活。乙炔选择性加氢已经被证明是提纯乙烯最有效的技术之一。回答下列问题：
(1)已知25℃、101kPa下，相关物质的燃烧热数据如下表：
物质 （g） （g） （g）
燃烧热（△H）/ －1299.6 －285.8 －1411.0
乙炔半氢化反应的= 。
(2)在其他条件相同时，在不同的Pd基催化剂作用下，乙炔的转化率及乙烯的选择性随反应温度的变化如图a、b所示。已知：乙烯的选择性=。
图a 图b
①若在实际生产中，选择Pd@H－Zn/Co－ZIF催化剂、50～60℃的反应条件，其依据是： 。
②为保证该转化过程，需要过量的氢气，缺点是 。
③某温度下，在刚性容器中发生乙炔半氢化反应，已知与的初始投料比[]为1∶10，的平衡转化率为90%（忽略其他副反应的发生）。若初始的总压强为；则平衡时体系的压强＝ （用列出计算式即可，下同）；该反应的平衡常数 。（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数）
④制备基于MOFs（金属有机框架）薄膜材料为/混合气体分离提供了一种经济高效的技术。该材料孔径大小和形状恰好将“固定”，能高效选择性吸附，原理示意如图。
下列混合物的分离提纯原理与该材料“固定”最接近的是 。（填标号）
A．利用萃取碘水
B．利用“杯酚”分离和
C．利用饱和碳酸钠溶液除去乙酸乙酯中的少量乙酸
(3)在工业领域也可用N，N－二甲基甲酰胺（）粗乙烯中回收乙炔。N，N－二甲基甲酰胺是极性亲水性溶剂，其可与水任意比互溶的原因是 。
【答案】(1)
(2) 该条件下，乙烯的选择性最高，且乙炔的转化率较高 过量的氢气会与乙炔或生成的乙烯反应生成乙烷杂质 B
(3)二甲基甲酰胺是极性分子，可以与水形成分子间氢键
【详解】（1）由盖斯定律可知，乙炔的燃烧热+氢气的燃烧热-乙烯的燃烧热得到反应：；
（2）①选择Pd@H－Zn/Co－ZIF催化剂、50～60℃的反应条件，是因为该条件下，乙烯的选择性最高，且乙炔的转化率较高，利于乙烯的制备；
②乙炔、乙烯为不饱和烃，会和氢气加成，故使用过量的氢气的缺点是：过量的氢气会与乙炔或生成的乙烯反应生成乙烷杂质。
③已知与的初始投料比[]为1∶10，的平衡转化率为90%（忽略其他副反应的发生），假设乙炔、氢气投料分别为1mol、10mol，则反应0.9mol乙炔、生成0.9mol乙烯，平衡时，乙炔、氢气、乙烯分别为0.1mol、9.1mol、0.9mol，总的物质的量为10.1mol，若初始的总压强为，由阿伏伽德罗定律可知，平衡时体系的压强为，该反应的平衡常数；
④利用萃取碘水，是利用物质的溶解性不同进行分离；利用饱和碳酸钠溶液除去乙酸乙酯中的少量乙酸，是利用碳酸钠和酸的反应去除乙酸；而该材料孔径大小和形状恰好将“固定”，能高效选择性吸附，类似于利用“杯酚”孔径大小分离和，故选B；
（3）N，N－二甲基甲酰胺是极性分子，水也是极性分子，且可以与水形成分子间氢键导致其可与水任意比互溶。
27．（2024·河南新乡·二模）甲烷化反应即为氢气和碳氧化物反应生成甲烷，有利于实现碳循环利用。
已知涉及的反应如下：
反应Ⅰ：CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(g) ΔH1=- 206.2kJ·mol-1
反应Ⅱ：CO(g)+ H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH2
反应Ⅲ：CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH3=-165 kJ ·mol-1
积碳反应(CO的歧化反应和CH4的裂解反应是催化剂积碳的主要成因)：2CO(g) CO2(g) +C(s)(反应Ⅳ)：CH4(g) C(s) +2H2(g)(反应Ⅴ)。
回答下列问题：
(1)ΔH2= kJ ·mol-1。
(2)在360°C时，在固定容积的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的产率随变化的情况如图1所示。
①图中表示CO转化率、CH4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： 1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= %，[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。
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°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 。
【答案】(1)-41.2
(2) b c 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）反应Ⅰ：CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(g) ΔH1=- 206.2kJ·mol-1
反应Ⅱ：CO(g)+ H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH2
反应Ⅲ：CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH3=-165 kJ ·mol-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，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；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）甲烷的产率随着温度升高逐渐增大，达到平衡后升高温度，甲烷的产率逐渐减小，说明反应逆向进行，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。
28．（2024·云南楚雄·模拟预测）O3具有杀菌消毒作用，但是O3含量过大时对人体有害。已知O3的氧化能力比O2的强，O3氧化2-甲基-2-丁烯(C5H10)的有关反应如下：
①C5H10(g) +2O3 (g) CH3COCH3(g)+CH3CHO(g)+2O2(g) ΔH1<0
②CH3CHO(g) +O3(g) CH3COOH(g)+O2(g) ΔH2<0
(1)C5H10(g) + 3O3(g) CH3COCH3 (g) +CH3COOH(g) +3O2(g) ΔH= 。(用含ΔH1和ΔH2的代数式表示)
(2)在一定温度下，向刚性密闭容器中充入1 mol C5H10 (g)和4 mol O3 (g)，发生反应：C5H10(g) +3O3(g) CH3COCH3(g) +CH3COOH(g)+ 3O2(g)。下列叙述正确的是___________。( 填标号)
A．达到平衡时，O2的体积分数小于50%
B．混合气体的密度不随时间变化时达到平衡状态
C．加入催化剂，不能提高单位时间内2-甲基- 2-丁烯的转化率
D．平衡后，及时分离出CH3COOH，能提高CH3COCH3的平衡产率
(3)在密闭容器中充入C5H10 (g)和O3(g)， 发生反应C5H10(g) + 3O3(g) CH3COCH3 (g) +CH3COOH(g) +3O2(g) ΔH，测得 C5H10的平衡转化率[α (C5H10)]与温度。压强的关系如图1所示。
①一定压强下，随着温度升高， C5H10的平衡转化率降低，原因是 。
②根据图1可知，p1 (填“>”、 “<”或“=”)p2，判断依据是 。
(4)在一定温度下，向一恒容密闭容器中充入一定量O3，发生反应2O3 3O2，气体总压强与时间关系如图2所示。0~10 min时，O2分压变化率为 kPa·min-1
(5)一定温度、总压强保持在96.0 kPa下，向一密闭容器中充入1 mol C5H10 (g)和3 mol O3(g)发生反应①和反应②，一段时间后达到平衡，测得C5H10的转化率为80%，CH3COOH的物质的量与C5H10相同。计算反应①的平衡常数Kp= kPa． (用分压计算的平衡常数为Kp，分压等于总压 ×物质的量分数)
(6)最新技术是以固体聚合物电解质(SPE)膜为复合电极，酸性溶液为电解质溶液，电解水制备臭氧。阳极上的电极反应式为 。
【答案】(1)ΔH1+ΔH2
(2)AD
(3) 该反应的正反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动 < 该反应的正反应是气体分子数增大的反应，减小压强，平衡向正反应方向移动
(4)3
(5)108
(6)3H2O- 6e- =6H++O3 ↑
【详解】（1）已知：
①C5H10(g) +2O3 (g) CH3COCH3(g)+CH3CHO(g)+2O2(g) ΔH1
②CH3CHO(g) +O3(g) CH3COOH(g)+O2(g) ΔH2
由盖斯定律可知，①+②得：C5H10(g) + 3O3(g) CH3COCH3 (g) +CH3COOH(g) +3O2(g)，则ΔH=ΔH1+ΔH2；
（2）A．当反应完全进行时，O2的体积分数等于50%，由于反应为可逆反应，进行不完全，故达到平衡时，O2的体积分数小于50%，A正确；
B．容器体积和气体总质量始终不变，则混合气体的密度始终不变，因此不能说明反应已达平衡，B错误；
C．加入催化剂可以改变反应的速率，故在反应达到平衡之前，可以能提高单位时间内2-甲基- 2-丁烯的转化率，C错误；
D．平衡后，及时分离出CH3COOH，导致平衡正向移动，从而能提高CH3COCH3的平衡产率，D正确；
故选AD；
（3）①该反应的正反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，故在一定压强下，随着温度升高， C5H10的平衡转化率降低；
②反应的正反应是气体分子数增大的反应，相同条件下，减小压强，平衡向正反应方向移动，使得C5H10的平衡转化率增大，故p1（4）根据阿伏伽德罗定律可知，相同条件下，物质的压强比等于其物质的量之比；由图可知，0~10 min时，总压强增加10kPa，反应2O3 3O2为气体分子数增加1的反应，则反应后氧气分压为3×10kPa=30kPa，O2分压变化率为kPa·min-1；
（5）一定温度、总压强保持在96.0 kPa下，向一密闭容器中充入1 mol C5H10 (g)和3 mol O3(g)发生反应①和反应②，一段时间后达到平衡，测得C5H10的转化率为80%，则反应0.8 mol C5H10 (g)、平衡时CH3COOH的物质的量与C5H10相同，均为0.2mol；
则平衡时总的物质的量为4.8mol，C5H10(g)、O3 (g)、CH3COCH3(g)、CH3CHO(g)、O2(g)分别为0.2mol、1.2mol、0.8mol、0.6mol、1.8mol，分压分别为4kPa、24kPa、16kPa、12kPa、36kPa，则；
（6）酸性溶液为电解质溶液，电解水制备臭氧，则阳极上的反应为水失去电子发生氧化反应生成臭氧和氢离子，电极反应式为3H2O- 6e- =6H++O3 ↑。
29．（2024·内蒙古呼和浩特·二模）研究碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物等大气污染物的处理，对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。
（1）已知CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH1=-41.2kJ·mol-1
CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH2=+247.3kJ·mol-1
CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH3=-1160.0kJ·mol-1
则2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)，ΔH= kJ·mol-1。
（2）氮氧化物和硫氧化物在一定条件下会发生反应，NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g) ΔH<0，从而实现物质转换降低能耗。某化学小组对该反应进行相关实验探究：在固定体积的密闭容器中，使用某种催化剂，改变原料气配比进行多组实验（各次实验的温度可能相同，也可能不同），测得NO2的平衡转化率如图所示：
①如果要将图中B点改变为A点，应采取的措施是 ；
②若B点对应实验中，SO2(g)的起始浓度为c0mol·L-1，经过tmin达到平衡状态，该时段反应速率υ（NO2）= mol·L-1·min-1，化学平衡常数K= ；
③图中B、C两点对应的实验温度分别为TB和TC，通过计算判断TB TC（填>、=、或<）。
（3）SCR（选择性催化还原）脱硝法是工业上消除氮氧化物的常用方法。主要反应原理为：4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g) ΔH<0。其他条件相同在甲、乙两种催化剂作用下，经过相同时间，NO转化率与温度的关系如图所示。
①工业上选择催化剂 （填“甲”或“乙”）原因是 。
②在催化剂甲的作用下，图中M点处（对应温度为210℃）NO的转化率 （填“可能是”、“一定是”或“一定不是”）该温度下的平衡转化率。高于210℃时NO的转化率降低的原因可能是 。
【答案】 -744.9 降低温度 1 < 乙 乙的催化活性高（或乙的催化效率高） 一定不是 催化剂活性降低（或副反应增多）
【详解】（1）①CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH1=-41.2kJ·mol-1；
②CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH2=+247.3kJ·mol-1；
③CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH3=-1160.0kJ·mol-1；
根据盖斯定律，将×（③-②+①×2）得：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH=-744.9 kJ·mol-1；故答案为：-744.9；
（2）①如果要将图中B点的平衡状态改变为A点的平衡状态，平衡转化率增大，平衡正向进行，正反应为放热反应，降低温度，平衡正向移动，转中小学教育资源及组卷应用平台
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重难点14 化学反应原理综合题
考点 2025考向预测
考向1 反应热的计算 “化学反应原理”是新高考的必考内容，在大题中常与反应机理结合考查，与化学反应速率、化学平衡相结合；从考查内容上看，均与盖斯定律有关,试题整体难度虽然较大。 预计2025年高考，主要考查能源及能源的利用，盖斯定律的运用及压强平衡常数反应最佳条件等。能源问题是高考热点，特别是反应过程中能量变化图示更是近几年的高频考点，另外利用盖斯定律进行反应热的比较和计算也应加以关注。
考向2 分压平衡常数(Kp)计算
考向3 平衡图像原因解释之温度、压强对平衡的影响
考向4 平衡图像原因解释之选择反应最佳条件
考向5 平衡图像原因解释之转化率、产率变化分析
【思维导图】
【高分技巧】
1.反应热的计算
利用盖斯定律书写热化学方程式的步骤和方法
(1)步骤
①对比：对比分析目标热化学方程式和已知热化学方程式，调整已知热化学方程式的化学计量系数与目标热化学方程式的化学计量系数一致
②叠加：根据目标热化学方程式中的反应物和生成物加减所调整的热化学方程式
③计算：按照“叠加”步骤中的调整方法，焓变也随之作相应变化
(2)方法
①倒：为了将热化学方程式相加得到目标热化学方程式，可将热化学方程式颠倒过来，反应热的数值不变，但符号相反。这样，就不用再做减法运算了，实践证明，方程式相减时往往容易出错
②乘：为了将热化学方程式相加得到目标热化学方程式，可将方程式乘以某个倍数，反应热也要相乘
③加：上面的两个步骤做好了，只要将热化学方程式相加即可得目标热化学方程式，反应热也要相加
ΔH的三种计算式
(1)ΔH＝生成物总能量－反应物总能量＝H(生成物)－H(反应物)
(2)ΔH＝反应物总键能之和－生成物总键能之和
常见物质中的化学键数目
物质 CO2(C===O) CH4(C－H) P4(P－P) SiO2(Si－O) 石墨 金刚石 Si S8(S－S)
键数 2 4 6 4 1.5 2 2 8
(3)ΔH＝E1－E2，E1为正反应的活化能，E2为逆反应的活化能
2.分压平衡常数(Kp)计算
分压平衡常数(Kp)
(1)气体的分压p(B)：相同温度下，当某组分气体B单独存在且具有与混合气体总体积相同的体积时，该气体B所具有的压强，称为气体B的分压强，简称气体B的分压。符号为p(B)，单位为Pa或kPa或MPa
(2)分压定律
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气体的分压之比等于其物质的量之比：＝
③某气体的分压p(B)与总压之比等于其物质的量分数：＝＝x(B)
则：气体的分压＝气体总压×体积分数＝总压×物质的量分数
(3)分压平衡常数Kp (只受温度影响)
一定温度下，气相反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)达平衡时，气态生成物分压幂之积与气态反应物分压
幂之积的比值为一个常数，称为该反应的压强平衡常数，用符号Kp表示，Kp的表达式如下：
，其中p(A)、p(B)、p(C)、p(D)分别为A、B、C、D各气体的分压
Kp计算的两种模板
模板．根据“某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)”计算压强平衡常数
第一步 根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度
第二步 计算各气体组分的物质的量分数或体积分数。
第三步 根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分(或物质的量分数)
第四步 根据平衡常数计算公式代入计算。例如，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp＝
3.平衡图像原因解释之温度、压强对平衡的影响
影响化学平衡的因素
(1)若其他条件不变，改变下列条件对化学平衡的影响
改变的条件(其他条件不变) 化学平衡移动的方向
浓度 增大反应物浓度或减小生成物浓度 向正反应方向移动
减小反应物浓度或增大生成物浓度 向逆反应方向移动
压强(对有气体参加的反应) 反应前后气体体积改变 增大压强 向气体分子总数减小的方向移动
减小压强 向气体分子总数增大的方向移动
反应前后气体体积不变 改变压强 平衡不移动
温度 升高温度 向吸热反应方向移动
降低温度 向放热反应方向移动
催化剂 同等程度改变v正、v逆，平衡不移动
(2)“惰性气体”对化学平衡移动的影响
①恒温、恒容下：加入惰性气体体系总压增大，但体积不变，各反应物、生成物的浓度均未改变，故反应速率不变，V正、V逆也不变，化学平衡也不发生移动
②恒温、恒压下：加入惰性气体体积增大各反应物浓度减少反应速率减小，V正、
V逆均减小，等效于降压，故化学平衡向气体总体积增大的方向移动
4.平衡图像原因解释之选择反应最佳条件
化工生产适宜条件选择的一般原则
条件 原则
从化学反应速率分析 既不能过快，又不能太慢
从化学平衡移动分析 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
从原料的利用率分析 增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本
从实际生产能力分析 如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性分析 注意催化剂的活性对温度的限制
5.平衡图像原因解释之转化率、产率变化分析
总方针 转化率问题首先看是否是平衡转化率，若为非平衡状态的转化率，则侧重分析温度、压强、浓度对反应快慢、催化剂对反应快慢及选择性(主副反应)的影响；若为平衡转化率，则侧重分析温度、压强、浓度对化学平衡的影响，有时也涉及温度对催化活性的影响
（建议用时：40分钟）
考向1 反应热的计算
1．（2024·四川·调研）(1)甲醇是一种重要的化工产品，可利用甲醇催化脱氢制备甲醛。甲醛与气态甲醇转化的能量关系如图所示。
反应过程中的能量关系
①甲醇催化脱氢转化为甲醛的反应是 (填“吸热”或“放热”)反应。
②过程Ⅰ与过程Ⅱ的反应热是否相同？ 原因是 。
③写出甲醇催化脱氢转化为甲醛的热化学反应方程式 。
(2)已知：①CH3OH(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋49.0 kJ·mol－1
②CH3OH(g)＋ O2(g)=CO2(g)＋2H2(g)　ΔH＝－192.9 kJ·mol－1
下列说法正确的是________。

A．CH3OH转变成H2的过程一定要吸收能量
B．①反应中，反应物的总能量高于生成物的总能量
C．根据②推知反应：CH3OH(l)＋ O2(g)=CO2(g)＋2H2(g)的ΔH>－192.9 kJ·mol－1
D．反应②的能量变化如图所示
2．（2024·山西晋中·调研）磷与氯气反应时各状态间的能量变化如图所示。分别为0、71、1148、1279、1500、1774。回答下列问题：
(1)红磷的稳定性 (填“大于”、“小于”或“等于”，下同)白磷的稳定性，的稳定性 的稳定性。
(2) ； 。
(3)已知常温常压下，。则 (填“>”、“=”或“<”，下同)0， 。
3．（2024·山西晋中·联考）工业上用氧化制是化工工业的一个新课题，相关主要化学反应如下：
I．；
Ⅱ．。
反应I的能量变化如下图所示。
回答下列问题：
(1) 。
(2)反应每生成 (填“吸收”或“放出”)的热量为 kJ。
(3)反应每转移1mol电子 (填“吸收”或“放出”)的热量为 kJ。
(4) 。
(5)乙烯与水加成制备乙醇的能量变化过程如下图所示。在该反应中，硫酸的作用是 。反应的 。
4．（2024·河南郑州·调研）根据所给信息及要求填空。
(1)已知CH3OH(l)的燃烧热ΔH1，CH3OH(l)+1/2O2(g)=CO2(g)+2H2(g)ΔH2，则ΔH2 ΔH1(填“>”、“＜”或“=”)。
(2)1克甲烷完全燃烧生成二氧化碳和液态水放出了akJ的热量，写出甲烷燃烧热的热化学方程式： 。
(3)黑火药是中国古代的四大发明之一，其爆炸的热化学方程式为：S(s)+2KNO3(s)+3C(s)=K2S(s)+N2(g)+3CO2(g) ΔH=xkJ mol-1
已知：碳的燃烧热ΔH1=akJ mol-1
S(s)+2K(s)=K2S(s) ΔH2=bkJ mol-1
2K(s)+N2(g)+3O2(g)=2KNO3(s) ΔH3=ckJ mol-1，则x为 kJ/mol。
(4)微生物作用的条件下，经过两步反应被氧化成。两步反应能量变化示意图如下：
1mol(aq)全部氧化成(aq)的热化学方程是 。
(5)已知在1×105Pa，298K时断裂1molH—H键吸收的能量为436kJ，断裂lmolN—H键吸收的能量为391kJ，断裂1molN≡N键吸收的能量是945kJ，判断工业合成氨的反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的能量变化可用图 表示(填"甲”或”乙“)，ΔH=
5．（2024·云南临沧·联考）按要求回答下列问题：
(1)下列变化属于吸热反应的是 （填序号）。
①钠与冷水的反应 ②氢氧化钡晶体与氯化铵固体的反应 ③蓝矾失水变为白色粉末 ④干冰升华
⑤固体溶于水
(2)强酸与强碱的稀溶液发生中和反应生成1mol时的反应热。若用一定浓度的稀硫酸与含10gNaOH的稀碱溶液完全反应，反应放出的热量为 。（结果保留小数点后一位）
(3)已知1g完全燃烧生成液态水时放出热量142.9kJ，则氢气的燃烧热为 ，试写出该反应的热化学方程式为 。
(4)试比较反应热的大小：
①

则 （填“＞”或“＜”，下同）。
②已知常温时红磷比白磷稳定。


则 。
(5)已知：25℃、101kPa时，
①
②
③
则 。
6．（2024·内蒙古巴彦淖尔·调研）(1)甲醚（CH3OCH3）是一种无色气体，具有轻微的醚香味，其燃烧热为1455kJ/mol，写出甲醚燃烧的热化学方程式 ；已知H2(g)和C(s)的燃烧热分别是285.8kJ mol﹣1、393.5kJ mol﹣1；计算反应4C(s)+6H2(g)+O2(g)═2CH3OCH3(g)的反应热△H= ；
(2)用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。例如：
CH4(g)＋4NO2(g)===4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－574 kJ·mol－1
CH4(g)＋4NO(g)===2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－1160 kJ·mol－1
若用标准状况下4.48L CH4还原NO2至N2，整个过程中转移的电子总数为 (阿伏伽德罗常数用NA表示)，放出的热量为 kJ。
(3)在25 ℃、101 kPa时，1.00 g C6H6(l)燃烧生成CO2(g)和H2O(l)，放出41.8 kJ的热量，则表示C6H6燃烧热的热化学方程式为 。
考向2 分压平衡常数(Kp)计算
7．（2024·河南·一模）乙烯是一种用途广泛的有机化工原料，在现代石油和化学工业中具有举足轻重的作用。由乙烷制乙烯的研究备受关注。回答下列问题：
(1)氧化脱氢反应：
；
。
①计算反应的 ，该反应在 (填“高温”“低温”或“任何温度”)能自发进行。
②我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了不同催化剂下乙烷脱氢阶段反应进程如下图所示(吸附在催化剂表面的粒子用*标注，表示过渡态)。
上图中代表催化性能较好的催化剂的反应历程是 (选填“c”或“d”)，其判断依据是 。
(2)乙烷直接脱氢制乙烯的过程中，可能发生多个反应：
i ；
ii ；
iii 。
反应的平衡常数对数值()与温度的倒数的关系如下图。
① 0(填“>”“<”或“=”)。
②仅发生反应i时，的平衡转化率为，计算反应i的 (是以平衡物质的量分数代替平衡浓度计算的平衡常数)。
③水蒸气在乙烷直接脱氢制乙烯中起着重要作用。一定温度下，当总压恒定时，增加水蒸气与乙烷的进料比，可提高乙烷的转化率，其原因是 。
④结合上图，分析工业上一般选择温度在左右的可能原因是 。
8．（2024·四川·一模）利用太阳能光催化分解水制，再用制备的还原生成化工原料，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的原理如图。
已知：可见光在催化剂表面可产生电子和带正电荷的空穴。
(1)光催化分解水时，能量的转化形式为 。
(2)发生的电极反应式为 。在反应过程中体现了 (填“氧化性”或“还原性”)。
Ⅱ．工业上用和制备的原理如下：
①
②
(3)反应的 。
(4)其他条件相同时，测得不同压强下，的平衡转化率随温度的变化关系如图所示。
、、的大小顺序为 。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，转化率或选择性(生成的物质的量与转化的物质的量的比值)随温度的变化关系如图所示。220℃时，的产率为 。工业生产中制备的温度为200～280℃，原因是 。
9．（2024·陕西·模拟预测）和共活化处理的研究既有利于实现碳中和，又有利于处理某些环境中的有害气体．该研究过程主要涉及如下反应：
Ⅰ．
Ⅱ．
Ⅲ．
回答下列问题：
(1)反应Ⅲ的反应热 ，该反应在 （填“高温”“低温”或“任意温度”）下能自发进行；
(2)向某密闭容器中投入等物质的量的和，发生上述反应．其中的平衡转化率随温度或压强变化如图．L，X可分别代表压强或温度；
X代表的物理量是 ，原因为 ；
②若在恒温恒容密闭容器中发生上述反应，下列条件能说明上述反应均达到平衡状态的是 （填字母）；
A．和的物质的量之比不再发生变化时
B．和的物质的量之比不再发生变化时
C． 混合气体密度不再发生变化时
D．容器内压强不再发生变化时
(3)下，向起始压强为的恒容密闭容器中通入等物质的量的和混合气体，发生上述反应，时达到平衡状态，测得此时体系总压强为，；
①平衡时 ；
②的平均生成速率为 ；
③下反应Ⅲ的压力平衡常数 ；
10．（2024·青海海南·一模）环氧乙烷()被广泛地应用于洗涤、制药、印染等行业。工业上通常采用乙烯()直接氧化法制取环氧乙烷，体系中发生的反应如下：
主反应：
副反应：
回答下列问题：
(1)已知几种化学键的键能如表所示：
化学键 C-H C=C C-C C-O O=O
键能 423 682 368 335 498
试计算 。
(2)主反应与副反应的吉布斯自由能变()与温度T的关系如图所示，则副反应的 (填“>”“<”或“=”)0， (填“>”“<”或“=”)。
(3)在250℃、101kPa下，向某密闭容器中充入一定量的和，同时发生上述两个反应，充分反应后，体系中含碳组分含量最高的是，增大压强，的含量将 (填“增大”“减小”或“不变”)。工业生产中常采用的反应条件为250℃、2.0MPa，并选择Ag作催化剂，充分反应后体系中含碳组分含量最高的是，则Ag所起的作用可能为 。
(4)一定条件下，用富氧空气(只含和，且的体积分数为55%)代替，将、、按物质的量之比为11：11：1通入某恒容密闭容器中，发生上述两个反应，平衡时测得容器内总压为2.0MPa，的体积分数为31.25%，，则和的平衡转化率之比为 ，该条件下主反应的压强平衡常数 (为用分压代替浓度的平衡常数，各组分分压=各组分物质的量分数×总压)。
11．（2024·河南周口·二模）通过不同方式转化为高附加值化学品有利于实现“双碳目标”，其中加氢转化为二甲醚()是常见的一种方式，其反应过程如下：
Ⅰ．
Ⅱ．
Ⅲ．
回答下列问题：
(1)加氢制反应的热化学方程式为 。
(2)进料比时，不同压强下平衡转化率随温度的变化关系如图所示。
①四条曲线对应压强、、和由大到小的顺序为 ，判断依据是 。
②压强为时，平衡转化率随温度升高先减小后增大，原因是 。
(3)上图中，当反应温度高于350℃时几条曲线重合，说明此时的转化率不受压强影响，原因是 。
(4)反应Ⅱ和反应Ⅲ的平衡常数()随温度变化关系如图2所示，表示反应Ⅱ的曲线为 (填“a”或“b”)。恒温恒压条件下，向体系中通入和，达到平衡时转化率为50％，为0.07mol，该条件下生成的CO可以忽略不计，则的物质的量为 mol，加氢制的反应用摩尔分数表示的平衡常数 (列出计算式)。(已知反应的，物质i的摩尔分数。)
12．（2024·山西·一模）资源利用具有重要意义。
(1)工业上用二氧化碳催化加氢可合成乙醇，其反应原理为。
温度 400 500
平衡常数 9 5.3
①通过表格中的数值可以推断：该反应在 (填“高温”“低温”或“任何温度”)下能自发进行。
②的平衡转化率与氢碳比及压强随温度变化的关系分别如图和图所示。
图中氢碳比从大到小的顺序为 。图b中压强从大到小的顺序为 ，判断依据为 。
(2)催化加氢法可制备乙烯，反应原理为：。向恒容密闭容器中加入和，在催化剂作用下发生反应，测得平衡时体系中各气体的物质的量随温度的变化关系如图所示。
①图中曲线代表乙烯的物质的量随温度的变化关系的是 (填字母)。
②℃时，化学平衡常数 ，的平衡转化率为 。
(3)可用于制备苯乙烯。
在催化剂作用下，参与反应的机理如图所示表示乙苯分子中或原子的位置； A、B为催化剂的活性位点，其中位点带部分正电荷，位点带部分负电荷)。根据元素电负性的变化规律，图中所示的反应机理中步骤I和步骤II可描述为 。
考向3 平衡图像原因解释之温度、压强对平衡的影响
13．（2024·河南·三模）氨是重要化工原料，其工业合成原理为 。回答下列问题：
(1)已知：ⅰ. ；
ⅱ. (a、b都大于0)。
则反应的 (用含a、b的代数式表示)，利于该反应正向进行的条件为 (填“低温”“高温”或“任意温度”)。
(2)向恒温恒容密闭容器中充入体积比的和，发生反应。下列情况表明该反应一定达到平衡状态的是___________(填字母，下同)。
A．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．气体总压强不随时间变化 D．体积分数不随时间变化
(3)下列关于 的叙述正确的是 。
A．生成速率等于消耗速率的2倍
B．若加入高效催化剂，平衡常数和反应热都会增大
C．若起始按体积比投入和，则和的转化率相等
(4)向刚性密闭容器中充入和合成氨，经历相同时间测得转化率与温度及时间的关系如图1所示。
①温度： (填“>”或“<”)。
②温度下，合成氨反应的平衡常数为 (结果保留三位有效数字)。
(5)一定温度下，向体积可变的密闭容器中充入和，合成，测得体积分数与压强关系如图2所示。
①ab段体积分数增大的原因是 ；
②cd段体积分数急减的主要原因可能是 。
14．（2024·河南·二模）工业上先将金红石转化为，再制得在医疗等领域具有重要用途的金属钛(Ti)。在恒容密闭容器中加入一定量的、和，可能发生的反应有：
反应
反应Ⅱ：
反应Ⅲ：
回答下列问题：
(1)① ；反应I (填“能”或“不能”)自发进行，判断理由是 。
②已知和的部分物理性质如下表：
物质
物理性质 熔点为1560~1580℃，不溶于水、稀无机酸、 熔点为-23.2℃、沸点为135.9℃，溶于冷水、乙醇、稀盐酸
将二者混合物进行分离，分别得到纯净物可采用的方法是 (简要写出操作步骤)。
(2)在下，一定量的、、C发生上述反应，平衡体系中气体组分、、的体积分数随温度变化的理论计算结果如图所示。
①图中表示的曲线是 (填“a”或“b”)，其曲线变化的原因是
②理论上制备的反应温度是越低越好，但实际生产中反应温度却选择800~1000°C，选择800~1000°C的原因是 。
③在1200℃下，反应Ⅱ的平衡常数 (为用分压表示的平衡常数，分压=总压物质的量分数)。
15．（2024·山西·模拟预测）磺酰氯是一种重要的有机氯化剂，和发生反应可制备磺酰氯。回答下列问题：
(1)已知：①
②
③
则的 (用含、、的代数式表示)。
(2)的速率方程，，其中为速率常数，、为常数，为反应的活化能(单位为)，为热力学温度(单位为)。
①在密闭容器中充入等物质的量的和发生上述反应，下列说法错误的是 。
A．升高温度会导致速率常数增大
B．及时移走产物可提高的转化率
C．混合气体中和的体积分数相等时，反应一定达到平衡
D．加压有利于平衡正向进行
②与催化剂和的关系如图1所示，使用催化剂A时，反应的活化能为 ，催化效果更好的催化剂是 (填“A”或“B”)，判断理由是 。
(3)在某一密闭容器中充入和，发生反应：，的平衡转化率与温度和压强的关系如图2所示。温度下，若使的平衡转化率达到80%，则需要将压强控制在 kPa(保留到小数点后2位)。若使图中a点和c点的平衡转化率达到相等，可向 (填“a”或“c”)点所在的体系中通入稀释剂(Ar气)，写出判断理由 。
16．（2024·四川泸州·一模）丙烯()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：
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)，实验测得用和(注：D是氘，键能：)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：是 (选填①或②)，“”是 (选填③或④)。
【方法Ⅱ】氧化丙烷脱氢制丙烯
除发生反应I外，投入还会发生反应Ⅱ：
(4)已知：

则计算反应Ⅱ的 。
(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、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 kPa；900K投入时，发生反应I和II，计算的平衡转化率 %(保留一位小数)。
17．（2024·四川南充·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：
反应②：
(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，当原料气中时，该温度下平衡时甲烷的体积分数为，则甲烷的转化率为 。
【氨气的合成】工业合成氨的原理为： 。
(4)结合以下键能数据，估算的键能为 。
化学键
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：，(“”“”为正、逆反应速率常数)。
①该反应的平衡常数 (用含“”“”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。
18．（2024·宁夏吴忠·二模）近几年经济发展迅速，汽车数量越来越多，在方便我们的工作和生活的同时，也带来了严重的环境问题，为了消除汽车尾气对大气环境和人体健康造成的影响，科学家们想了很多处理尾气的方法。
(1)活性炭可用于处理汽车尾气中的NO，有关反应为C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)。
①判断该反应达到平衡的标志为 。(填标号)
A．容器内气体的物质的量恒定 B．NO、N2、CO2的物质的量之比为2：1：1
C．v正(NO)=2v逆(CO2) D．容器内气体密度恒定
②某温度时，向4L体积恒定的密闭容器中充入一定量N2和CO2发生反应：N2(g)＋CO2(g)C(s)＋2NO(g)；其中CO2、NO物质的量随时间变化的曲线如图所示。请回答下列问题：
a.图中A点v正 v逆(填“>”“<”或“=”)。
b.0～20min内的N2平均反应速率v= ；在此过程中，气体的平均相对分子质量 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
c.第20min时，外界改变的条件可能是 。
(2)CO可以与NO2反应：4CO(g)＋2NO2(g)N2(g)＋4CO2(g)，如图为该反应中CO的平衡转化率在不同压强下随温度变化的图像，根据图像分析：△H 0(填“>”或“<”，下同)；p1 p2。
(3)在汽车排气管上安装催化转化器可以有效降低汽车尾气中的NO和CO，反应方程式为：2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)，若在密闭的容积不变的容器中进行该反应，起始加入的CO和NO的物质的量之比为3：2，起始压强为p，达到平衡时总压强为起始压强的85%，则该反应的化学平衡常数Kp= 。(Kp为以分压表示的平衡常数，分压=总压×某物质的物质的量分数)
考向4 平衡图像原因解释之选择反应最佳条件
19．（2024·四川·一模）石膏应用范围广泛，可用于制硫酸。主要发生如下反应：
①
②
③
回答下列问题：
(1)下列措施中，能使反应①的速率加快的有___________(填标号)。
A．升高温度 B．降低压强
C．将石膏粉碎 D．及时移除产物气体
(2)已知④ ，则⑤的 。
(3)反应①和反应⑤均可制得SO2，结合反应④的，分析工业上采用反应⑤制SO2的原因是 。
(4)反应②常用作催化剂，催化机理为：
第一步：
第二步：
请写出第三步： 。
(5)下图为两种催化剂V1、Cl分别对反应②的催化情况对比图。已知催化剂的孔隙直径分布越均衡、体积越大，催化剂的催化效果越好。
上图可知，催化剂 (填“V1”或“C1”)的催化效果更好。下图是在该催化剂作用下的速率常数k与温度(与)的关系图，已知速率常数(A、R为大于0的常数，T为热力学温度，单位：K)。由下图可知，随温度升高，反应的活化能Ea将 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(6)为进一步检测催化剂对反应②的催化效果，下图是使用相同原料气，以相同流速通过含相同催化剂的同一反应器，测得的SO2的转化率随温度的变化情况。由图可知，SO2的转化率随温度升高而 (填“增大”或“减小”)，原因是 。
20．（2024·山西·调研）研发CO2利用技术，降低空气中CO2含量是目前科学家研究的热点之一、CO2与H2在催化作用下生成可再生资源甲醇，相关反应如下：
反应I：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) H<0
反应II：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) H2
(1)反应II在低温或常温下不能自发进行，则H2 (填“>”“<”或“=”)0。
(2)CO2和H2合成甲醇时温度对单位时间内CO2转化率及甲醇和CO产率的影响如图1所示。则由图1判断合成CH3OH最适宜的温度是 ；温度升高CH3OH产率先升高后降低，降低的可能原因是 。
(3)在恒温恒容的密闭容器中，充入0.5molCO2(g)和l.0molH2(g)，容器内起始的压强为pkPa，达到平衡时，测定容器内生成了0.3molH2O(g)，且CO2生成CO的选择性为(反应物的选择性=)。
①下列相关说法正确的是 (填字母)。
A．从反应体系中分离出甲醇，有利于提高反应物的转化率
B．向容器按原比例再充入反应物，达到新平衡时各组分的体积分数不变
C．当v生成(CH3OH)=v生成(CO2)，说明反应达到了平衡状态
D．工业合成甲醇时，选择合适催化剂可提高甲醇的产率
②该温度下，反应II用平衡分压代替平衡浓度计算的平衡常数Kp= 。
(4)CO2和H2在某NiO支撑的In2O3表面的反应历程如图2所示(TS表示过渡态)。
决定总反应速率的步骤的活化能E主= eV。
(5)ZnO/ZrO2固溶体是我国科学家发明了高选择性的CO2加氢合成CH3OH的催化剂，其中ZrO2摩尔质量为Mg/mol，其晶胞结构如图3所示，晶胞的棱长为apm，设NA为阿伏加德罗常数的值。则Zr4+在晶胞中的配位数为 ，该晶胞的密度为 g/cm3。
21．（2024·陕西渭南·模拟预测）二氧化碳加氢制甲烷有利于实现“碳达峰、碳中和”，该过程中的主要反应为
① ；
② 。
回答下列问题：
(1)写出甲烷与反应制取水煤气(CO、)的热化学方程式： 。
(2)已知部分化学键的键能数据如表所示：
化学键 C-H H-H O-H C=O
键能(kJ/mol) 414 436 463 x
其中x= 。
(3)恒温恒压下，向某密闭容器中充入一定量的和，同时发生反应①和②，下列事实能说明反应②达到化学平衡状态的是_______。
A．容器内气体密度不再变化 B．
C．气体的平均相对分子质量不再变化 D．混合气体的总质量不变
(4)向若干个体积均为2L的恒容密闭容器中均充入1mol 、3.6mol ，若只发生反应① △H=-165kJ/mol，在不同温度下经过10min测得各容器中的转化率如图所示。
①转化率先升高后降低的原因是 。
②X点对应的坐标为(400，80)，X点对应的转化率为 (保留三位有效数字)；X点对应的容器中压强为 kPa，则X点对应的平衡常数 (用含的代数式表示，为用分压表示的平衡常数，气体的分压=总压×该气体的物质的量分数)。
③X、Y两点对应的平衡常数 (填“大于”、“等于”或“小于”)。
22．（2024·河南信阳·模拟预测）甲烷干重整(DRM)以温室气体CH4和CO2为原料在催化条件下生成合成气CO和H2。体系中发生的反应有
ⅰ.
ⅱ.
ⅲ.
ⅳ.
(1) 。
(2) (填“高温”或“低温”)有利于反应ⅰ自发进行。
(3)起始投入CH4和CO2各1kmol，DRM反应过程中所有物质在100kPa下的热力学平衡数据如图所示。
①950℃时，向反应器中充入N2作为稀释气，CH4的平衡转化率 (填“升高”、“不变”或“降低”)，理由是 。
②625℃时，起始投入CH4、CO2、H2、CO、H2O各0.5kmol，此时反应ⅱ的 (填“>”、“=”或“<”)。
③625℃时，反应体系经过t min达到平衡状态，测得甲烷的平衡转化率为。0~t min生成CO的平均速率为 ；用物质的量分数表示反应i的平衡常数 (用含的表达式表示，列计算式即可)。
23．（2024·宁夏银川·一模）在“绿色化学”和“碳达峰，碳中和”的明确目标下，目前热门研究方向一是利用CO、CO2的甲烷化制备人造天然气获得清洁能源；二是寻找合适催化剂将汽车尾气转化为无污染物质。
I．其中甲烷化工艺中主要涉及到如下反应：
甲烷化反应i．　
甲烷化反应ii．　
副反应iii．　
副反应iv．　
(1)计算 。
(2)为了研究Ni/TiO2在光热和热催化过程中CO转化率和CH4选择性随温度的变化，将CO合成气(含23%CO、69%H2和8%N2)通入反应器，在恒压及一定时间内进行反应，测得以下数据：[α表示转化率，S(CH4)表示得到甲烷物质的量与消耗CO的物质的量之比]
类型 条件 温度/℃ 光热催化 热催化
α(CO) S(CH4) α(CO) S(CH4)
250 90% 85% 0% 0%
300 92% 82% 88% 78%
350 96% 84% 89% 79%
400 95% 83% 92% 78%
450 92% 82% 91% 79%
①光热催化时CO甲烷化的活化能 热催化CO甲烷化的活化能(填“大于”或者“小于”)。
②当温度高于400℃时，热催化下CO转化率降低的原因是 。
(3)某温度下，恒容容器中充入1molCO2和4molH2，若只发生反应ⅱ、ⅲ，平衡时测得α(CO2)为50%、S(CH4)为90%，反应ⅲ的平衡常数为 。(保留两位有效数字)[S(CH4)表示得到甲烷物质的量与消耗CO2的物质的量之比]。
II．汽车尾气中含有CO、NOx等有毒气体，对汽车加装尾气净化装置，可使有毒气体相互反应转化为无毒气体。
(4)已知　，该反应在 (填“高温”“低温”或“任何温度”)下能自发进行。
(5)柴油汽车尾气中的碳烟(C)和NOx可通过某含钴催化剂催化消除。不同温度下，将模拟尾气(成分如下表所示)以相同的流速通过该催化剂，测得所有产物(CO2、N2、N2O)与NO的相关数据结果如图所示。
模拟尾气 气体(10mol) 碳烟
NO O2 He
物质的量(mol) 0.025 0.5 9.475 a
①375℃时，测得排出的气体中含0.45molO2和0.0525molCO2，则Y的化学式为 。
②实验过程中采用NO模拟NOx，而不采用NO2的原因是 。
24．（2024·陕西安康·模拟预测）二氧化碳催化加氢制甲烷的反应受到人们广泛关注。回答下列问题：
(1)二氧化碳加氢制甲烷的过程中主要发生以下反应：
Ⅰ．
Ⅱ．
反应的 ，该反应在 (填“低温”“高温”或“任意温度”)条件下能自发进行。
(2)以Ni作催化剂，可选择、、为载体。在密闭容器中，控制、加入和，使用不同的催化剂载体，发生反应Ⅰ、Ⅱ，的转化率及其平衡转化率随温度变化的情况如图所示。
①低温活性最高的催化剂载体是 。
②在图中所示温度范围内，随温度升高，的平衡转化率减小，原因可能是 。研究表明，当温度升至600℃以上，的平衡转化率随温度升高而增大，此时的产率随温度升高而 (填“升高”“降低”或“不变”)。
③525℃下达到平衡时，的转化率为80%，的转化率为57.5%，的物质的量为 mol，反应Ⅰ用摩尔分数表示的平衡常数 (列出计算式，用摩尔分数代替平衡浓度计算，物质i的摩尔分数)。
(3)若反应物中混入，会导致Ni催化剂失活。原因是吸附在Ni活性位点，阻止了与的反应。在Ni催化剂中添加Mn和Zn助剂，可避免Ni催化剂失活，其机理可能是 。
考向5 平衡图像原因解释之转化率、产率变化分析
25．（2024·山西晋中·模拟预测）烯烃是重要的化工原料，如乙烯、苯乙烯、丁二烯等。
(1)目前生产苯乙烯的方法主要是乙苯脱氢法，反应原理如下：
。
已知：部分化学键的键能数据如下表所示：
共价键
键能 347.7 413.4 615 436
①则 。
②实际生产过程中，通常向乙苯中掺入水蒸气，保持体系总压为常压(101kPa)的条件下进行反应。掺入水蒸气的目的是 。
③乙苯的平衡转化率与温度、投料比的关系如图所示。
若，保持体系总压为常压(101kPa)，则A点温度下，该反应的平衡常数 kPa(列出计算式即可，为用平衡分压代替平衡浓度表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数)。
(2)经催化加氢合成乙烯： 。恒容条件下，按投料，各物质平衡浓度变化与温度的关系如图所示：
①指出图中曲线b、m分别表示 、 的浓度。
②升高温度，平衡常数K (填“减小”、“增大”或“不变”)。A点， (用表示)。写出能提高乙烯平衡产率的措施 (任举两种)。
(3)丁二烯与卤素反应为有机合成的重要步骤，1，3-丁二烯和反应的能量随反应过程的变化关系如图所示：
①1，3-丁二烯和反应会生成两种产物，一种称为动力学产物，由速率更快的反应生成；一种称为热力学产物，由产物更加稳定的反应生成。则动力学产物结构简式为 。
②T℃时在2L刚性密闭容器中充入1，3-丁二烯(g)()和各2mol，发生反应。1，3-丁二烯及产物的物质的量分数随时间的变化如下表：
时间(min) 0 10 20 30 40
1，3-丁二烯 100% 72% 0% 0% 0%
1，2-加成产物 0% 26% 10% 4% 4%
1，4-加成产物 0% 2% 90% 96% 96%
在0~20min内，反应体系中1，4-加成产物的平均反应速率v(1，4-加成产物)= 。
26．（2024·山西太原·三模）石油裂解产生的乙烯含有0.5%～3%乙炔，乙炔在Ziegler－Natta催化剂中会使乙烯聚合失活。乙炔选择性加氢已经被证明是提纯乙烯最有效的技术之一。回答下列问题：
(1)已知25℃、101kPa下，相关物质的燃烧热数据如下表：
物质 （g） （g） （g）
燃烧热（△H）/ －1299.6 －285.8 －1411.0
乙炔半氢化反应的= 。
(2)在其他条件相同时，在不同的Pd基催化剂作用下，乙炔的转化率及乙烯的选择性随反应温度的变化如图a、b所示。已知：乙烯的选择性=。
图a 图b
①若在实际生产中，选择Pd@H－Zn/Co－ZIF催化剂、50～60℃的反应条件，其依据是： 。
②为保证该转化过程，需要过量的氢气，缺点是 。
③某温度下，在刚性容器中发生乙炔半氢化反应，已知与的初始投料比[]为1∶10，的平衡转化率为90%（忽略其他副反应的发生）。若初始的总压强为；则平衡时体系的压强＝ （用列出计算式即可，下同）；该反应的平衡常数 。（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数）
④制备基于MOFs（金属有机框架）薄膜材料为/混合气体分离提供了一种经济高效的技术。该材料孔径大小和形状恰好将“固定”，能高效选择性吸附，原理示意如图。
下列混合物的分离提纯原理与该材料“固定”最接近的是 。（填标号）
A．利用萃取碘水
B．利用“杯酚”分离和
C．利用饱和碳酸钠溶液除去乙酸乙酯中的少量乙酸
(3)在工业领域也可用N，N－二甲基甲酰胺（）粗乙烯中回收乙炔。N，N－二甲基甲酰胺是极性亲水性溶剂，其可与水任意比互溶的原因是 。
27．（2024·河南新乡·二模）甲烷化反应即为氢气和碳氧化物反应生成甲烷，有利于实现碳循环利用。
已知涉及的反应如下：
反应Ⅰ：CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(g) ΔH1=- 206.2kJ·mol-1
反应Ⅱ：CO(g)+ H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH2
反应Ⅲ：CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH3=-165 kJ ·mol-1
积碳反应(CO的歧化反应和CH4的裂解反应是催化剂积碳的主要成因)：2CO(g) CO2(g) +C(s)(反应Ⅳ)：CH4(g) C(s) +2H2(g)(反应Ⅴ)。
回答下列问题：
(1)ΔH2= kJ ·mol-1。
(2)在360°C时，在固定容积的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的产率随变化的情况如图1所示。
①图中表示CO转化率、CH4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： 1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= %，[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。
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°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 。
28．（2024·云南楚雄·模拟预测）O3具有杀菌消毒作用，但是O3含量过大时对人体有害。已知O3的氧化能力比O2的强，O3氧化2-甲基-2-丁烯(C5H10)的有关反应如下：
①C5H10(g) +2O3 (g) CH3COCH3(g)+CH3CHO(g)+2O2(g) ΔH1<0
②CH3CHO(g) +O3(g) CH3COOH(g)+O2(g) ΔH2<0
(1)C5H10(g) + 3O3(g) CH3COCH3 (g) +CH3COOH(g) +3O2(g) ΔH= 。(用含ΔH1和ΔH2的代数式表示)
(2)在一定温度下，向刚性密闭容器中充入1 mol C5H10 (g)和4 mol O3 (g)，发生反应：C5H10(g) +3O3(g) CH3COCH3(g) +CH3COOH(g)+ 3O2(g)。下列叙述正确的是___________。( 填标号)
A．达到平衡时，O2的体积分数小于50%
B．混合气体的密度不随时间变化时达到平衡状态
C．加入催化剂，不能提高单位时间内2-甲基- 2-丁烯的转化率
D．平衡后，及时分离出CH3COOH，能提高CH3COCH3的平衡产率
(3)在密闭容器中充入C5H10 (g)和O3(g)， 发生反应C5H10(g) + 3O3(g) CH3COCH3 (g) +CH3COOH(g) +3O2(g) ΔH，测得 C5H10的平衡转化率[α (C5H10)]与温度。压强的关系如图1所示。
①一定压强下，随着温度升高， C5H10的平衡转化率降低，原因是 。
②根据图1可知，p1 (填“>”、 “<”或“=”)p2，判断依据是 。
(4)在一定温度下，向一恒容密闭容器中充入一定量O3，发生反应2O3 3O2，气体总压强与时间关系如图2所示。0~10 min时，O2分压变化率为 kPa·min-1
(5)一定温度、总压强保持在96.0 kPa下，向一密闭容器中充入1 mol C5H10 (g)和3 mol O3(g)发生反应①和反应②，一段时间后达到平衡，测得C5H10的转化率为80%，CH3COOH的物质的量与C5H10相同。计算反应①的平衡常数Kp= kPa． (用分压计算的平衡常数为Kp，分压等于总压 ×物质的量分数)
(6)最新技术是以固体聚合物电解质(SPE)膜为复合电极，酸性溶液为电解质溶液，电解水制备臭氧。阳极上的电极反应式为 。
29．（2024·内蒙古呼和浩特·二模）研究碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物等大气污染物的处理，对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。
（1）已知CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH1=-41.2kJ·mol-1
CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH2=+247.3kJ·mol-1
CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH3=-1160.0kJ·mol-1
则2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)，ΔH= kJ·mol-1。
（2）氮氧化物和硫氧化物在一定条件下会发生反应，NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g) ΔH<0，从而实现物质转换降低能耗。某化学小组对该反应进行相关实验探究：在固定体积的密闭容器中，使用某种催化剂，改变原料气配比进行多组实验（各次实验的温度可能相同，也可能不同），测得NO2的平衡转化率如图所示：
①如果要将图中B点改变为A点，应采取的措施是 ；
②若B点对应实验中，SO2(g)的起始浓度为c0mol·L-1，经过tmin达到平衡状态，该时段反应速率υ（NO2）= mol·L-1·min-1，化学平衡常数K= ；
③图中B、C两点对应的实验温度分别为TB和TC，通过计算判断TB TC（填>、=、或<）。
（3）SCR（选择性催化还原）脱硝法是工业上消除氮氧化物的常用方法。主要反应原理为：4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g) ΔH<0。其他条件相同在甲、乙两种催化剂作用下，经过相同时间，NO转化率与温度的关系如图所示。
①工业上选择催化剂 （填“甲”或“乙”）原因是 。
②在催化剂甲的作用下，图中M点处（对应温度为210℃）NO的转化率 （填“可能是”、“一定是”或“一定不是”）该温度下的平衡转化率。高于210℃时NO的转化率降低的原因可能是 。
30．（2024·青海玉树·三模）CO2资源化利用受到越来越多的关注，它能有效减少碳排放，有效应对全球的气候变化，并且能充分利用碳资源。二甲醚(CH3OCH3)是现代社会比较清洁的能源。下列是利用CO2制备二甲醚的主要反应。
( i )CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH=+41.0 kJ·mol-1；
( ii )CO(g) +2H2(g) CH3OH(g) ΔH =-90.4 kJ·mol-1；
( iii )2CH3OH(g) CH3OCH3(g) +H2O(g) ΔH = -23.4 kJ·mol-1。
回答下列问题：
(1)根据(i)(ii)(iii)得3CO(g)+3H2 (g) CH3OCH3(g)+CO2(g)的 ΔH = 。
(2)某二甲醚/双氧水燃料电池的工作原理如图1所示。电池工作时，A电极名称为 ，该电极附近溶液的pH (填“减小”“增大”或“不变”)；电极B的电极反应式为 。

(3)CO2催化加氢合成二甲醚。
反应Ⅰ ：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH =+41.0 kJ·mol-1
反应Ⅱ ：2CO2(g) +6H2(g) CH3OCH3(g) +3H2O(g) ΔH = - 122.5 kJ·mol-1
①反应Ⅱ的平衡常数表达式K= 。
②在恒压、n(CO2):n(H2)=1:2的条件下，CO2平衡转化率和平衡时CO的选择性(CO的选择性=)随温度的变化如图2所示；T°C时，起始投入3 mol CO2、6 mol H2 ，达到平衡时反应Ⅰ理论上消耗H2的物质的量为 。合成二甲醚时较适宜的温度为260 °C ，其原因是 。
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