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(共247张PPT)
大题题型四
化学反应原理综合题
分点突破1　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．(2024·湖北十一校二模，节选)(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＝
________________。
＋35.6 kJ·mol-1
(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_________________________________________________________。
3
HOOC—NH2===H2O＋HN==C==O
2．(1)(2024·九江二模，节选)已知：
CO2(g)＋H2(g) HCOOH(g)　ΔH＝________________。
－31.4 kJ·mol-1
(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。
－87
ab
<
[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。
分点突破2　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。
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：
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)。
0.2

1．(2024·湖北十一校二模，节选)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_________________________________________________________
_________________________________________________________。
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)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)。
CO
0.59
[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、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
(1)在1 350 ℃下，刚性密闭容器中加入一定量的C3H8O(g)，发生反应Ⅰ、Ⅱ。反应体系内水蒸气的浓度随反应时间的关系如下表所示：
反应时间/s 0 4 8 12 t 20 40 80 …
H2O(g)浓度/ppm 0 2 440 3 200 3 600 4 000 4 100 4 100 4 100 …
①4～8 s内，平均反应速率v(C3H8O)＝________ppm·s-1。
②表格中t________16(填“＞”“＜”或“＝”)。
③反应过程中，关于反应Ⅰ、Ⅱ的叙述一定正确的是________(填字母)。
A．反应Ⅰ、Ⅱ到20 s时才开始达到平衡
B．混合气体密度不变说明反应Ⅰ、Ⅱ已达到平衡
C．C3H8O(g)浓度不再变化说明反应Ⅰ、Ⅱ已达到平衡
D．平衡时C3H6(g)的浓度小于4 100 ppm
190
＞
CD
42%
①在350 ℃恒容平衡体系中，加入少量C3H6(g)时，反应Ⅱ的状态最有可能对应图中的________(填“甲”“乙”或“丙”)点，判断依据是_______________________________________________________
_________________________________________________________。
②350 ℃时，在密闭容器中加入一定量的C3H8O(g)，反应Ⅰ、Ⅱ达到平衡后，测得C6H12(g)的平衡分压为a MPa，则水蒸气的平衡分压为________MPa(用含a的代数式表示)。
丙
反应Ⅱ平衡曲线为曲线M，恒容时加入少量C3H6，反应Ⅱ平衡向正反应方向移动，即Qp1．化学平衡图像分析思路
分点突破3　工业生产中的化学平衡图像分析与生产条件选择　
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．(2024·重庆模拟)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
BC
50%
8
(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________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____________________________
___________________________________________________________
_________________________________________________________。
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
2．二甲醚是清洁、高效的新型燃料。由合成气(CO2、H2)制备二甲醚的反应原理：Ⅰ．2CO2＋6H2(g)===CH3OCH3＋3H2O(g)　ΔH1<0，Ⅱ．CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2>0。在恒压条件下，按CO2与H2的物质的量之比为1∶3投料，测得CO2平衡转化率和平衡时CO的选择性(转化的CO2中生成CO的物质的量分数)随温度的变化如图所示。
(1)曲线n随温度升高显示如图所示变化的原因是_________________
_______________________________________________________________________________________________。
(2)T ℃时反应Ⅱ的平衡常数K＝______(保留两位有效数字)；合成二甲醚的适宜温度为260 ℃，理由是___________________________
___________________________________________________________。
(3)其他条件不变，改为恒容条件，CO的平衡选择性比恒压条件下的平衡选择性______(填“高”“低”或“不变”)。
ΔH1<0，升温反应Ⅰ平衡逆向移动，CO2的转化率降低，升温过程中，反应Ⅰ占主要地位，故CO2与转化率降低
0.046
此温度下，CO的选择性较低且反应速率较大，若温度再高，CO的选择性增大，不利于合成二甲醚
高
[解析]　(1)因ΔH2>0，升温反应Ⅱ平衡正向进行，CO的选择性增大，故m表示CO选择性，n为CO2转化率，曲线n随温度升高显示如图所示变化的原因是ΔH1<0，升温反应Ⅰ平衡逆向移动，CO2的转化率降低，升温过程中，反应Ⅰ占主要地位，故CO2的转化率降低。
(2)设初始CO2为1 mol，H2为3 mol，列三段式：
(3)其他条件不变，改为恒容条件，合成二甲醚的反应为气体体积减小的反应，压强减小，不利于二甲醚的合成，造成二甲醚减少，从而增大了CO平衡选择性，故改为恒容条件，CO平衡选择性比恒压条件下的平衡选择性高。
1．电化学分析思路
分点突破4　电化学中的电极反应和有关计算　
[注意]　电极反应式书写思路
2．电化学有关计算方法
1．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。
2
4
1
3
题号
(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)。
2
4
1
3
题号
氧离子导体
H2O＋2e－===H2＋O2-

2
4
1
3
题号
2
4
1
3
题号
96%
2
4
1
3
题号
3．(1)(2024·湖北十一校二模)利用一种钾盐的酸性溶液作电解质，将CO2电催化还原为乙烯，如图所示，写出阴极上的电极反应式：________________________________________，当生成16 g O2时，生成乙烯________ g。
2
4
1
3
题号
2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O
4.7
(2)(2024·江西名校联考)羟基自由基(·OH)是自然界中氧化性仅次于氟的氧化剂。我国科学家设计了一种将苯酚氧化为CO2和H2O的原电池－电解池组合装置，以实现发电、环保二位一体。
请写出b、d极的电极反应：
b．___________________________________________________；
d．___________________________________________________。
2
4
1
3
题号
C6H5OH－28e－＋11H2O===6CO2＋28H＋
H2O－e－===·OH＋H＋
2
4
1
3
题号
4．原料中的B2O3可由硼酸脱水制得。以NaB(OH)4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。
2
4
1
3
题号
H＋＋[B(OH)4]－===H3BO3＋H2O

2
4
1
3
题号
(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。
(2024·湖南卷，T18)丙烯腈(CH2==CHCN)是一种重要的化工原料。工业上以N2为载气，用TiO2作催化剂生产CH2==CHCN的流程如下：
已知：①进料混合气进入两釜的流量恒定，两釜中反应温度恒定。
②反应釜Ⅰ中发生的反应：
ⅰ：HOCH2CH2COOC2H5(g)―→CH2==CHCOOC2H5(g)＋H2O(g)　ΔH1
③反应釜Ⅱ中发生的反应：
ⅱ：CH2==CHCOOC2H5(g)＋NH3(g)―→CH2==CHCONH2(g)＋C2H5OH(g)　ΔH2
ⅲ：CH2==CHCONH2(g)―→CH2==CHCN(g)＋H2O(g)　ΔH3
④在此生产条件下，酯类物质可能发生水解。
回答下列问题：
(1)总反应HOCH2CH2COOC2H5(g)＋NH3(g)―→CH2==CHCN(g)＋C2H5OH(g)＋2H2O(g)　ΔH＝___________________(用含ΔH1、ΔH2和ΔH3的代数式表示)。
ΔH1＋ΔH2＋ΔH3
①表示CH2==CHCN的曲线是________(填“a”“b”或“c”)。
②反应釜Ⅰ中加入C2H5OH的作用是___________________________
_________________________________________________________。
③出料中没有检测到CH2==CHCONH2的原因是_________________
_________________________________________________________。
c
降低分压，有利于反应ⅰ平衡正向移动；使酯的水解程度降低从而提高产率
CH2==CHCONH2在反应釜Ⅱ的温度下发生分解
④反应11 h后，a、b、c曲线对应物质的流量逐渐降低的原因是____________________________________________________________________________________________________________________。
反应时间过长，催化剂中毒活性降低，反应速率降低，故产物减少
(3)催化剂TiO2再生时会释放CO2，可用氨水吸收获得NH4HCO3。现将一定量的NH4HCO3固体(含0.72 g水)置于密闭真空容器中，充入CO2和NH3，其中CO2的分压为100 kPa，在27 ℃下进行干燥。为保证NH4HCO3不分解，NH3的分压应不低于________kPa{已知p(H2O)＝2.5×102 kPa·mol-1×n(H2O)　NH4HCO3分解的平衡常数Kp＝4×104(kPa)3}。
40
(4)以CH2===CHCN为原料，稀硫酸为电解液，Sn作阴极，用电解的方法可制得Sn(CH2CH2CN)4，其阴极反应式为________________
_________________________________________________________。
Sn＋4CH2
===CHCN＋4e－＋4H＋===Sn(CH2CH2CN)4
[解析]　工业上以N2为载气，用TiO2作催化剂，由HOCH2CH2COOC2H5和C2H5OH为进料气体生产CH2==CHCN，在反应釜Ⅰ中发生反应ⅰ：HOCH2CH2COOC2H5(g)―→CH2==
CHCOOC2H5(g)＋H2O(g)，加入NH3后，在反应釜Ⅱ中发生反应ⅱ：CH2==CHCOOC2H5(g)＋NH3(g)―→CH2==
CHCONH2(g)＋C2H5OH(g)，反应ⅲ：CH2==CHCONH2(g)―→
CH2==CHCN(g)＋H2O(g)，故产物的混合气体中有CH2==CHCN、未反应完的C2H5OH、CH2==CHCOOC2H5(g)和水。
(1)根据盖斯定律，总反应HOCH2CH2COOC2H5(g)＋NH3(g)―→CH2==
CHCN(g)＋C2H5OH(g)＋2H2O(g)可以由反应ⅰ＋反应ⅱ＋反应ⅲ得到，故ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。
(2)①根据总反应HOCH2CH2COOC2H5(g)＋NH3(g)―→CH2==CHCN(g)＋C2H5OH(g)＋2H2O(g)，设进料混合气中n(HOCH2CH2COOC2H5)＝1 mol，n(C2H5OH)＝2 mol，出料气中CH2==CHCOOC2H5含量很少，则生成CH2==CHCN(g)、C2H5OH(g)物质的量约为1 mol，生成H2O(g)的物质的量约为2 mol，故出料气中C2H5OH(g)物质的量共约3 mol，故出料气中CH2==CHCN、C2H5OH、H2O物质的量之比约为1∶3∶2，故曲线c表示CH2==CHCN的曲线。
题号
1
3
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6
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9
热点题空专练 　 能量图示与焓变(ΔH)的有关计算
1．(2024·平谷区一模)合成尿素[CO(NH2)2]是利用CO2的途径之一。通过两步反应实现，其能量变化示意图所示：
多维训练十三　化学反应原理综合题
(1)NH3(g)与CO2(g)反应生成尿素的热化学方程式为______________
_________________________________________________________。
(2)工业上合成尿素时，既能加快反应速率，又能提高原料利用率的措施有________(填字母)。
a．升高温度　　　　　　 b．加入催化剂
c．将尿素及时分离出去 d．增大反应体系的压强
题号
1
3
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9
2NH3(g)＋
CO2(g) H2O(l)＋CO(NH2)2(s)
ΔH＝－134 kJ·mol-1
d
[解析]　(1)观察知，NH3(g)与CO2(g)反应生成尿素的热化学方程式可通过图中第一步和第二步的热化学方程式相加得到，由盖斯定律可得该反应的ΔH＝
－272 kJ·mol-1＋138 kJ·mol-1＝－134 kJ·mol-1，热化学方程式为2NH3(g)＋CO2(g) CO(NH2)2(s)＋H2O(l)　ΔH＝－134 kJ·mol-1。
(2)a．合成尿素的反应放热，升高温度，可加快反应速率，但升温造成平衡逆向移动反而降低原料利用率，a不符合题意；b．加入催化剂可加快反应速率，但不影响原料利用率，b不符合题意；c．将尿素及时分离出去可使平衡正向移动而提高原料利用率，但由于尿素浓度减小，反应速率减慢，c不符合题意；d．合成尿素的反应是反应前后气体体积减小的反应，增大反应体系的压强，可加快反应速率，也能提高原料利用率，d符合题意。
题号
1
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9
2．(2024·安庆二模，节选)已知：相关物质能量变化的示意图如图所示：
题号
1
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7
9
由已知信息可知2CO2(g)＋6H2(g)===CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH＝________ kJ·mol-1。
－175
[解析]　由图可知反应①3CO(g)＋3H2(g) CH3OCH3(g)＋CO2(g)　ΔH1＝－298 kJ·mol-1；反应②3CO2(g)＋3H2(g) 3CO(g)＋3H2O(g)　ΔH2＝＋123 kJ·mol-1，根据盖斯定律，①＋②可得目标反应的ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝－175 kJ·mol-1。
题号
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9
3．(2024·张家界一模，节选)已知：
Ⅰ．CH2===CHCH3(g)＋H2O(g) HOCH2CH2CH3(g)　ΔH1＝－a kJ·mol-1(a>0)，
Ⅱ．CH2===CHCH3(g)＋H2O(g) CH3CH(OH)CH3(g)　ΔH2＝－b kJ·mol-1(b>0)。
(1)表示CH3CH(OH)CH3(g)转化为HOCH2CH2CH3(g)的热化学方程式为_______________________________________________________
_________________________________________________________。
题号
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CH3CH(OH)CH3(g) HOCH2CH2CH3(g)
ΔH＝(b－a)kJ·mol-1
(2)若反应Ⅱ的熵变为ΔS(Ⅱ)，则反应Ⅲ：
CH2==CHCH3(g)＋H2O(g) CH3CH(OH)CH3(l)的熵变ΔS(Ⅲ)________(填“＞”“＝”或“＜”)ΔS(Ⅱ)。
<
题号
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9
[解析]　(1)根据盖斯定律，将反应Ⅰ－反应Ⅱ，整理可得CH3CH(OH)CH3(g)转化为HOCH2CH2CH3(g)的热化学方程式为CH3CH(OH)CH3(g) HOCH2CH2CH3(g)　ΔH＝(b－a)kJ·mol-1。(2)反应Ⅲ的气体分子数减小量大于反应Ⅱ气体分子数的减小量，故反应Ⅲ熵值减小的绝对值大于反应Ⅱ的熵值减小的绝对值，故熵变关系为ΔS(Ⅲ)＜ΔS(Ⅱ)。
题号
1
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4．(2024·贵阳一模，节选)已知：①N2(g)＋O2(g) 2NO(g)　ΔH1＝a kJ·mol-1
②C(s)＋O2(g) CO2(g)　ΔH2＝b kJ·mol-1
③2C(s)＋O2(g) 2CO(g)　ΔH3＝c kJ·mol-1
汽车尾气中的NO和CO在催化转换器中发生以下反应可减少尾气污染：2CO(g)＋2NO(g) N2(g)＋2CO2(g)　ΔH。则ΔH＝________ kJ·mol-1(用含a、b、c的表达式表示)。已知该反应低温时为自发反应，则该反应的反应热ΔH______(填“＞”“＜”或“＝”)0。
题号
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2b－a－c
＜
[解析]　依据盖斯定律，将反应②×2－①－③得：2CO(g)＋2NO(g) N2(g)＋2CO2(g)，则ΔH＝(2b－a－c) kJ·mol-1。该反应中，反应物气体分子数大于生成物气体分子数，则ΔS＜0，该反应低温时为自发反应，则该反应的反应热ΔH＜0。
题号
1
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5．(2024·台州一模，节选)甲醇产生氢气的反应为CH3OH(l)
2H2(g)＋CO(g)　ΔH，已知相关物质的燃烧热和标准熵如下表：
题号
1
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9
化学式 CH3OH(l) H2(g) CO(g)
燃烧热(25 ℃)ΔH/(kJ·mol-1) －726.5 －285.8 －283.0
标准熵：S/(J·mol-1·K-1) 126.8 130.7 197.7
(1)ΔH________(填“>”或“<”)0。
(2)该反应能自发进行的最低温度为________K(保留小数点后1位)。
>
385.5
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
Cu-Cs复合催化剂可提供更多的活性位点(Cu-Cs复合催化剂更有利于CO等中间体的吸附)，且能降低反应的活化能，因此更有利于C2H4的形成
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
－283
(2)已知下列键能数据，结合反应③数据，计算C≡O的键能是________kJ·mol-1。
化学键 O==O C==O
键能/(kJ·mol-1) 496 799
1 067
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
8．(2024·石家庄一模，节选)已知：反应Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g) 2H2(g)＋2CO(g)　ΔH1＝＋247.34 kJ·mol-1
反应Ⅱ：H2(g)＋CO2(g) H2O(g)＋CO(g)　ΔH2
已知H2(g)、CO(g)的燃烧热分别为285.8 kJ·mol-1和283 kJ·mol-1，水的汽化热为44 kJ·mol-1，则ΔH2＝________kJ·mol-1；能同时提高CH4(g)的平衡转化率和反应速率的措施为______________(写一条即可)。
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
＋41.2
增大CO2的浓度
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
9．(2024·南昌一模，节选)在Co*的催化作用下，用CO(g)还原N2O(g)以除去污染，反应的化学方程式为CO(g)＋N2O(g) CO2(g)＋N2(g)，其反应历程和相对能量变化如图所示(逸出后物质状态视为未发生变化，在图中略去)。
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
该反应分两步进行：
第一步：Co*(s)＋N2O(g) CoO*(s)＋N2(g)　ΔH＝＋15.9 kJ·mol-1；
第二步：___________________________________________________
___________________________ (填写第二步反应的热化学方程式)。
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
CoO*(s)＋CO(g) Co*(s)＋CO2(g)
ΔH＝－374.5 kJ·mol-1
[解析]　用总反应减去第一步反应式可得到第二步反应式：CoO*(s)＋CO(g) Co*(s)＋CO2(g)，由图知，其ΔH＝－358.6 kJ·mol-1－15.9 kJ·mol-1＝－374.5 kJ·mol-1，则第二步反应的热化学方程式：CoO*(s)＋CO(g) Co*(s)＋CO2(g)　ΔH＝－374.5 kJ·mol-1。
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
热点题空专练 　 化学反应速率与化学平衡常数的有关计算
1．(2024·南昌一模，节选)(1)一定温度下，将足量NH4NO3(s)加入含有催化剂的1 L恒容密闭容器中，发生下面两个反应：
反应1：NH4NO3(s) 2H2O(g)＋N2O(g)　ΔH1<0；
反应2：2N2O(g) 2N2(g)＋O2(g)；
测得平衡时容器中气体总压为33.0 kPa，且p(O2)为2.4 kPa。则平衡时，p(H2O)为_______kPa。
20.4
2
4
1
3
题号
5
6
(2)分别向三个容积不变的密闭容器中充入如表所示相应气体，进行反应2N2O(g) 2N2(g)＋O2(g)。容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中N2O的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示：
容器 物质的量/mol
编号 容积/L N2O N2 O2
Ⅰ V1＝1.0 0.2 0 0
Ⅱ V2 0.2 0 0
Ⅲ V3 0.2 0 0
2
4
1
3
题号
5
6
①V1、V2、V3由大到小的顺序为__________。
②保持温度不变的情况下，达平衡后再向容器Ⅰ中充入Ar稀释，N2O的分压p(N2O)将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
③370 ℃时该反应的平衡常数为________(结果保留两位有效数字)。
2
4
1
3
题号
5
6
V1>V2>V3
不变
0.018
2
4
1
3
题号
5
6
2
4
1
3
题号
5
6
2
4
1
3
题号
5
6
－241.8

氧化脱氢反应和直接脱氢反应的ΔS均大于0，但氧化脱氢反应ΔH＜0，反应在任何温度下都能自发进行，而直接脱氢反应ΔH＞0，反应在高温下才能自发进行
及时分离出产物
适当降低温度
2
4
1
3
题号
5
6
2
4
1
3
题号
5
6
2
4
1
3
题号
5
6
3．(2024·江门一模，节选)铜-铁催化剂还可以催化NH3分解转化为燃料氢气，反应为2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)　ΔH>0。往容积为2 L的密闭容器中加入4 mol NH3分解制H2。图中曲线a、b分别表示在铜-铁催化剂Ⅰ的作用下，T1 ℃时n(NH3)及T2 ℃时n(H2)随时间的变化；曲线c表示在铜-铁催化剂Ⅱ的作用下，T1 ℃时n(N2)随时间的变化。
(1)T1________(填“<”“>”或“＝”)T2。
(2)在铜-铁催化剂Ⅰ的作用下，T1 ℃时，0～5 min内平均反应速率v(N2)＝________ mol·L-1·min-1。
(3)上述三种条件下，分解反应的平衡常数Ka、Kb、Kc的大小关系为___________。
<
0.05
Ka＝Kc2
4
1
3
题号
5
6
2
4
1
3
题号
5
6
2
4
1
3
题号
5
6
1.8
<
(2)(2024·沈阳一模，节选)在T ℃下，恒压反应器中，按初始投料n(CO2)∶n(H2)＝1∶1发生反应：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，初始总压为2 MPa，反应平衡后，H2的平衡转化率为60%，则该反应的平衡常数Kp＝________(MPa)-2(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
2
4
1
3
题号
5
6
0.5
2
4
1
3
题号
5
6
2
4
1
3
题号
5
6
2
4
1
3
题号
5
6
5．(2024·葫芦岛一模)利用CO2催化加氢制二甲醚(CH3OCH3)过程中发生的化学反应为
反应Ⅰ：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH1>0
反应Ⅱ：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH2<0
反应Ⅲ：2CH3OH(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH3<0
回答下列问题：
2
4
1
3
题号
5
6
不变
不变
2
4
1
3
题号
5
6
图中表示CO的平衡体积分数随温度变化的曲线为________(填“X”或“Y”)，温度从553 K上升至573 K，CO2的平衡转化率变化的原因是_____________________________________________
_______________________________________________________，
能同时提高CH3OCH3的平衡体积分数和CO2的平衡转化率的措施是_____________________________________________________。
2
4
1
3
题号
5
6
Y
553 K到573 K，主要发生反应Ⅰ，反应Ⅰ正反应吸热，温度升高CO2的平衡转化率升高
增大压强或在553 K以下降温
(3)一定温度下，向容积为1 L的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2进行题述反应，反应经10 min达平衡，CO2的平衡转化率为30%，容器中CO(g)为0.05 mol，CH3OH(g)为0.05 mol。前
10 min CH3OCH3(g)的反应速率为________mol·L-1·min-1。继续向容器中加入0.05 mol CH3OH(g)和x mol H2O(g)，若此时反应Ⅲ逆向进行，则x的取值范围________。
2
4
1
3
题号
5
6
0.01
>1.2
2
4
1
3
题号
5
6
列式如下：
　　　　　　CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)
转化/mol 0.05 0.05 0.05 0.05
平衡/mol 0.05
　　　　　CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)
转化/mol 0.25 0.75 0.25 0.25
　　　　　2CH3OH(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)
转化/mol 0.2 0.1 0.1
平衡/mol 0.05 0.1
2
4
1
3
题号
5
6
2
4
1
3
题号
5
6
2
4
1
3
题号
5
6
6．(2024·延边一模)利用CO2催化加氢制二甲醚，可以实现CO2的再利用，涉及以下主要反应：
Ⅰ．CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH1
Ⅱ．2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH2
相关物质及能量变化的示意图如图1所示。
－123.1
低温
2
4
1
3
题号
5
6
①300 ℃时，通入CO2、H2各2 mol，平衡时CH3OCH3的选择性、CO2的平衡转化率都为30%，平衡时生成CH3OCH3的物质的量为________mol，此温度下反应Ⅰ的平衡常数Kp＝________(保留2位有效数字。用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
②300～360 ℃时，CO2平衡转化率随温度变化的曲线如图2所示，分析曲线变化的原因：________________________________
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
0.09
0.20
反应Ⅰ为吸热反应，二氧化碳的平衡转化率随温度升高而增大，反应Ⅱ为放热反应，二氧化碳的平衡转化率随温度升高而减小，300～360 ℃时，反应Ⅰ的趋势大于反应Ⅱ
2
4
1
3
题号
5
6
[解析]　(1)根据图示，2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH2＝(－99.2 kJ·mol-1－23.9 kJ·mol-1)＝－123.1 kJ·mol-1；该反应ΔH2<0、ΔS<0，在低温下能自发进行。
2
4
1
3
题号
5
6
2
4
1
3
题号
5
6
②反应Ⅰ为吸热反应，二氧化碳的平衡转化率随温度升高而增大，反应Ⅱ为放热反应，二氧化碳的平衡转化率随温度升高而减小，300～360 ℃时，反应Ⅰ的趋势大于反应Ⅱ。
2
4
1
3
题号
5
6
2
4
1
3
题号
5
热点题空专练 　 工业生产中的化学平衡图像分
析与生产条件的选择
1．(2024·张家界一模，节选)丙烯是一种用途广泛的有机原料，可制备多种化工产品。请回答：
已知：CH2==CHCH3与H2O发生加成反应的化学方程式如下(a、b均大于0)：
Ⅰ：CH2==CHCH3(g)＋H2O(g) HOCH2CH2CH3(g)　
ΔH1－a kJ·mol-1
Ⅱ：CH2==CHCH3(g)＋H2O(g) CH3CH(OH)CH3(g)　
ΔH2＝－b kJ·mol-1
2
4
1
3
题号
5
(1)由图可知“反应Ⅰ”和“反应Ⅱ”的焓变ΔH1________(填“＞”“＝”或“＜”)ΔH2。
(2)若在绝热恒容容器中发生上述反应，则下列事实能说明反应达到平衡状态的是________(填字母)。
A．容器内气体的压强不变
B．容器内温度不变
C．容器内气体的密度不再改变
D．容器内n(CH2==CHCH3)∶n(H2O)的比值不变
＞
AB
2
4
1
3
题号
5
(3)①图2中表示CH3CH(OH)CH3的曲线为________(填“M”或“N”)。
②图2中CH2==CHCH3(g)的平衡转化率为________%。
③T1℃时，反应Ⅱ的平衡常数Kp＝________kPa-1(Kp为以分压表示的平衡常数)。
④若其他条件不变，T1℃时，向压强为400 kPa的恒压密闭容器中，充入n(CH2==CHCH3)∶n(H2O)＝1∶1的混合气体，达到新平衡时，CH3CH(OH)CH3(g)的平衡产率将________(填“变大”“变小”或“不变”)。
2
4
1
3
题号
5
M
60%

变大
2
4
1
3
题号
5
[解析]　(1)根据图1可知：降低温度，两个反应的化学平衡常数都增大，说明两个反应的正反应都是放热反应，反应Ⅱ斜率大于反应Ⅰ，说明反应Ⅱ平衡正向移动的程度更大，反应放出的热量更多，反应放出热量越多，则反应热越小，所以ΔH1＞ΔH2。
(3)①根据图1变化趋势看，降低温度，化学平衡常数增大，说明降低温度，化学平衡正向移动，正反应为放热反应，温度对反应Ⅱ影响更大，所以曲线变化程度大的曲线M表示的反应Ⅱ的生成物CH3CH(OH)CH3(g)的分压变化；曲线N表示HOCH2CH2CH3(g)分压变化；
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
2．(1)在恒温、恒压容器中，按体积比1∶3加入N2和H2进行合成氨反应，达到平衡后，再向容器中充入适量氨，达到新平衡时，c(H2)将________(填“增大”“减小”或“不变”，后同)；若在恒温、恒容条件下c(N2)/c(NH3)将________。
(2)在不同温度、压强和使用相同催化剂条件下，初始时N2、H2分别为0.1 mol、0.3 mol 时，平衡时混合物中氨的体积分数(φ)如图所示。
不变
减小
①其中，p1、p2和p3由大到小的顺序是________，原因是_______________________________________________________________________________________________________________。
②若在250 ℃、p1条件下，反应达到平衡时的容器容积为1 L，则该条件下合成氨的平衡常数K＝___________________(结果保留两位小数)。
2
4
1
3
题号
5
p1>p2>p3
该反应的正反应为气体体积减小的反应，相同温度下，增大压强平衡正向移动，氨的体积分数增大，所以p1>p2>p3
5.93×103或5 925.93
2
4
1
3
题号
5
[解析]　(1)在恒温、恒压容器中，按体积比1∶3加入N2和H2进行合成氨反应，达到平衡后，再向容器中充入适量氨，相当于仍按体积比1∶3通入氮气和氢气，即达到的新平衡和原平衡为等效平衡，所以c(H2)将不变；若在恒温、恒容条件下充入适量氨，则等同于加压，加压平衡正向移动，所以c(N2)/c(NH3)将减小。(2)②由图可知氨的体积分数为66.7%，设平衡时转化的N2的物质的量为x mol，列三段式：
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
3．(2024·石家庄一模，节选)CO2-CH4干气重整反应制合成气(H2、CO)是CO2资源化利用的重要研究方向。其反应主要包括：
反应Ⅰ　CH4(g)＋CO2(g) 2H2(g)＋2CO(g)　
ΔH1＝＋247.34 kJ·mol-1
反应Ⅱ　H2(g)＋CO2(g) H2O(g)＋CO(g)　ΔH2
2.8
1.92
＜
2
4
1
3
题号
5
①已知ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG的值只取决于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化，反应Ⅲ和反应Ⅳ的ΔG与T的关系如图1所示，其中表示反应Ⅲ的曲线为________(填“a”或“b”)；在200～400 ℃时，催化剂表面产生的积碳主要来自反应________(填“Ⅲ”或“Ⅳ”)。
2
4
1
3
题号
5
b
Ⅳ
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
BD
2
4
1
3
题号
5
[解析]　(1)反应Ⅰ　CH4(g)＋CO2(g) 2H2(g)＋2CO(g)　ΔH1＝＋247.34 kJ·mol-1
反应Ⅱ　H2(g)＋CO2(g) H2O(g)＋CO(g)　ΔH2
设参加反应CH4的物质的量为x mol，参加反应Ⅱ的H2的物质的量为y mol，列三段式：
　　　　　　　CH4(g)＋CO2(g) 2H2(g)＋2CO(g)
起始量/mol 　 1 　　 1 　　 0 　　 0
变化量/mol 　 x 　　 x 　　　2x 　　 2x
平衡量/mol 　 1－x
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
(1)ΔH＝_______________。
(2)在T1 ℃时，将0.10 mol CO与0.40 mol H2O(g)充入5 L的恒容密闭容器中，反应达到平衡时，H2的物质的量分数x(H2)＝0.08。
①CO的平衡转化率α＝_________%；T1 ℃时，反应平衡常数K＝________(保留两位有效数字)。
－41.2 kJ·mol-1
0.074
40
2
4
1
3
题号
5
②由T1 ℃时上述实验数据计算得到v正～x(CO)和v逆～x(H2)的关系如图1所示。若升高温度，反应重新达到平衡，则v正～x(CO)相应的点变为________(填图中字母，下同)、v逆～x(H2)相应的点变为________。
E
B
2
4
1
3
题号
5
30.0
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
[解析]　(1)根据盖斯定律可知③－①－②得目标反应，即ΔH＝ΔH3－ΔH1－ΔH2＝(－393.5 kJ·mol-1)－(－110.5 kJ·mol-1)－
(－241.8 kJ·mol-1)＝－41.2 kJ·mol-1。
(2)①设平衡时，消耗CO的物质的量为x mol，列三段式：
　　　　　　CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)
起始/mol 0.10 0.40 0 0
转化/mol x x x x
平衡/mol 0.10－x 0.40－x x x
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
(3)根据图像可得①63.0×10-3 kJ·mol-1·K-1＝－3.0×10-3 K-1×Ea＋C，②33.0×10-3 kJ·mol-1·K-1＝－4.0×10-3 K-1×Ea＋C，联立方程解得Ea＝30.0 kJ·mol-1，则反应的活化能为30.0 kJ·mol-1。
2
4
1
3
题号
5
5．(2024·怀化二模，节选)CO2催化加氢制取甲醇(CH3OH)，反应如下：
主反应：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　
ΔH＝－49.01 kJ·mol-1
副反应：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　
ΔH＝＋41.17 kJ·mol-1
在一定条件下，向某1 L恒容密闭容器中充入1 mol CO2和a mol H2发生反应。实验测得CO2的平衡转化率和平衡时CH3OH的选择性随温度变化如图所示。
2
4
1
3
题号
5
X
温度低于280 ℃时主反应竞争力更大，主反应正向放热，升高温度主反应平衡逆向移动，二氧化碳的转化率随温度升高而降低
1.09
2
4
1
3
题号
5
[解析]　(1)主反应为放热反应，升高温度，化学平衡逆向移动，导致生成物甲醇的量减少；而副反应为吸热反应，升高温度，化学平衡正向移动，导致反应物二氧化碳转化率增大，甲醇的选择性降低，结合题图可知，曲线X表示平衡时CH3OH的选择性随温度的变化，曲线Y表示CO2的平衡转化率随温度的变化；温度低于280 ℃时主反应竞争力更大，主反应正向放热，升高温度主反应平衡逆向移动，二氧化碳的转化率随温度升高而降低。
2
4
1
3
题号
5
(2)列三段式：
　　　　　　CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)
起始/mol 1 a 0 0
变化/mol x 3x x x
平衡/mol 1－x a－3x x x
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
6
热点题空专练 　 电化学中的电极反应和有关计算
1．(1)(2024·延边一模，节选)如图所示是绿色电源“二甲醚(CH3OCH3)燃料电池”的工作原理示意图(a、b电极均为多孔性Pt电极)。负极是________(填“a”或“b”)电极，该电极的电极反应式是______________________________________，若有8 mol氢离子通过质子交换膜，则b电极
在标准状况下吸收________L氧气。
a
CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋
44.8
(2)(2024·长沙一模，节选)科研人员新研发了一种Ca-LiFePO4可充电电池，工作原理如图，电池总反应为xCa2+＋2LiFePO4　　　
xCa＋2Li1－xFePO4＋2xLi＋(0①充电时，钙电极与电源
________相连。
②放电时的正极反应式为
_______________________________________________________。
2
4
1
3
题号
5
6
负极
Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4(02
4
1
3
题号
5
6
[解析]　(1)根据图示，a电极上二甲醚失电子发生氧化反应生成二氧化碳，则负极是a电极，该电极的电极反应式是CH3OCH3－
12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋，若有8 mol氢离子通过质子交换膜，说明电路中转移8 mol电子，b电极发生反应：O2＋4e－＋
4H＋===2H2O，则b电极消耗2 mol氧气，在标准状况下吸收
44.8 L氧气。(2)①由总反应可知，充电时，钙电极为阴极，与电源负极相连。②放电时右侧电极为正极，Li1－xFePO4得到电子发生还原反应生成LiFePO4，正极反应式为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4(02
4
1
3
题号
5
6
2．(1)(2024·赣州模拟，节选)研究证明，CO2可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，则生成甲醇的反应发生在________(填“阳”或“阴”)极，电极反应式为________________________________。
阴
CO2＋6e－＋6H＋===CH3OH＋H2O
(2)(2024·重庆二诊，节选)科学家发现，N2和H2组成的原电池合成氨与工业合成氨相比具有效率高，条件易达到等优点。其装置如图所示，写出该原电池的电极反应：______________________，
____________________________，若N2来自空气(假定N2在空气中的占比为80%)，当钯电极B到A间通过2 mol H＋时理论上需要标准状况下空气的体积为________(结果保留两位小数)。
负极：3H2－6e－===6H＋
正极：N2＋6e－＋6H＋===2NH3
9.33 L
2
4
1
3
题号
5
6
2
4
1
3
题号
5
6
2
4
1
3
题号
5
6
3．(2024·邯郸二模，节选)甲醇可通过电化学方法由甲烷直接制得，装置如图所示：
已知，电解生成甲醇的过程分3步：
①通电时，氯离子先转化成高活性的氯原子(Cl·)；②Cl·与吸附在电极上的CH4反应生成HCl和CH3Cl；③在碱性电解液中，CH3Cl转化为目标产物CH3OH。当步骤①有2 mol Cl·生成时，外电路中转移的电子数为________(用含NA的代数式表示，NA表示阿伏加德罗常数的值)。阴极的电极反应式为________________
____________。
2
4
1
3
题号
5
6
2NA
2H2O＋2e－===
H2↑＋2OH－
2
4
1
3
题号
5
6
[解析]　阳极发生反应：Cl－－e－===Cl·，根据电极方程式可知，当有2 mol Cl·生成时，外电路中转移2 mol电子，则转移电子数为2NA；阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
2
4
1
3
题号
5
6
4．(2024·重庆一诊，节选)S8广泛用于杀菌剂和抗真菌剂中，可由H2S2的燃料电池获得，其装置如图所示。
(1)H2S2的名称是________。
(2)电极b为________(填“正极”或“负极”)。
(3)电极a上发生的电极反应为_____________________________。
过硫化氢
正极
4H2S2－8e－===S8＋8H＋
2
4
1
3
题号
5
6
[解析]　(1)根据H2O2的名称是过氧化氢可判断H2S2的名称是过硫化氢。(2)电极b产生水，说明氧气得到电子发生还原反应，电极b为正极。(3)电极a是负极，H2S2发生失去电子的氧化反应，由于是质子固体电解质膜，则发生的电极反应为4H2S2－8e－===S8 ＋8H＋。
2
4
1
3
题号
5
6
5．(2024·沈阳一模，节选)一种基于铜基金属簇催化剂电催化还原CO2制备甲醇的装置如图1所示。控制其他条件相同，将一定量的CO2通入该电催化装置中，阴极所得产物及其物质的量与电压的关系如图2所示。
2
4
1
3
题号
5
6
(1)b电极生成CH3OH的电极反应式为________________________
_______________________________________________________。
(2)控制电压为0.8 V，电解时转移电子的物质的量为______mol。
[解析]　(1)根据图1所示，a电极为阳极，b电极为阴极，b极上生成CH3OH的电极反应式为CO2＋6e－＋6H＋===CH3OH＋H2O。(2)由图2知，控制电压为0.8 V时，阴极生成0.2 mol C2H5OH和0.2 mol H2，阴极的电极反应式为2CO2＋12e－＋12H＋===C2H5OH＋3H2O、2H＋＋2e－===H2↑，电解时转移电子的物质的量为0.2 mol×12＋0.2 mol×2＝2.8 mol。
CO2＋6e－＋6H＋===
2.8
CH3OH＋H2O
2
4
1
3
题号
5
6
6．(2024·平谷区质检)用KOH溶液充分吸收CO2后，将溶液进行电解，可实现CO2转化为有机物。在相同条件下，恒定通过电解池的电量，电解得到的部分还原产物的法拉第效率(FE%)随电解电压的变化如图所示。
H2
2
4
1
3
题号
5
6
[解析]　(1)当电解电压为U1 V时，电解过程中含碳还原产物的FE%为0，说明二氧化碳没有在阴极得到电子发生还原反应，而是水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，则阴极主要还原产物为H2。
1∶2
2
4
1
3
题号
5
6
2
4
1
3
题号
5
6
2
4
1
3
题号
综合大题集训 　 化学反应原理综合题
1．(2024·黄山二模)氨是最基本的化工原料，常用于制液氮、氨水、硝酸、铵盐和胺类等。
(1)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下：
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.0 kJ·mol-1
根据下列键能数据，结合上述反应数据，计算N—H的键能是________ kJ·mol-1。
化学键 N≡N H—H
键能/(kJ·mol-1) 946 436
391
(2)合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前需经过铜氨溶液处理，目的是除去其中CO，其反应为[Cu(NH3)2]＋＋CO＋NH3 [Cu(NH3)3CO]＋　ΔH<0。
①配离子[Cu(NH3)3CO]＋的中心离子是______，配位数是_____。
②铜氨溶液吸收CO适宜的生产条件：________(填“高”或“低”，下同)温、________压。
2
4
1
3
题号
Cu＋
4
低
高
2
4
1
3
题号
10.7%
2
4
1
3
题号

可行
2
4
1
3
题号
[解析]　(1)由反应热＝反应物键能总和－生成物键能总和可得：(946 kJ·mol-1＋436 kJ·mol-1×3)－6E(N—H)＝－92.0 kJ·mol-1，解得E(N—H)＝391 kJ·mol-1。(2)②铜氨溶液吸收一氧化碳的反应为气体体积减小的放热反应，降低温度、增大压强，平衡均向正反应方向移动，则适宜的生产条件为低温、高压。(3)设平衡时消耗氮气的物质的量为a mol，由题意可建立如下三段式：
　　　　　　N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
起始/mol 1 3 0
转化/mol a 3a 2a
平衡/mol 1－a 3－3a 2a
2
4
1
3
题号
2．(2024·哈尔滨一模)利用1-甲基萘(1-MN)制备四氢萘类物质(MTLs，包括1-MTL和5-MTL)。
反应过程中伴有生成十氢萘(1-MD)的副反应，涉及反应如图：
2
4
1
3
题号
(1)1-甲基萘(1-MN)中的大π键可表示为______，提高R1反应选择性的关键因素是_________________________________________。
(2)已知一定条件下反应R2、R3、R4的焓变分别为ΔH2、ΔH3、ΔH4，则反应R1的焓变为________________________(用含ΔH2、ΔH3、ΔH4的代数式表示)。

催化剂的活性
ΔH1＝ΔH3＋ΔH4－ΔH2
2
4
1
3
题号
(3)四个平衡体系的平衡常数与温度的关系如图甲所示。
①a、b分别为反应R4和R2的平衡常数随温度
变化的曲线，则表示反应R3的平衡常数随
温度变化的曲线为________。
②已知反应R1的速率方程v正＝k正·c(1-MN)·c2(H2)，v逆＝
k逆·c(5-MTL)(k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，只与温度、催化剂有关)。温度T1下反应达到平衡时1.5k正＝k逆，温度T2下反应达到平衡时k正＝k逆。由此推知，T1________(填“>”“<”或“＝”)T2。
d
>
2
4
1
3
题号
③下列说法正确的是________(填字母)。
A．四个反应均为放热反应
B．压强越大，温度越低越有利于生成四氢萘类物质
C．由上述信息可知，300 K时反应R4速率最快
D．反应体系中1-MD最稳定
AD
2
4
1
3
题号
(4)1-MN在6.0×103 kPa的高压H2氛围下反应(H2压强近似等于总压)。不同温度下达平衡时各产物的选择性Si(某生成物i的物质的量与消耗1-MN的物质的量之比)和物质的量分数xi(xi表示物种i与除H2外其他各物种总物质的量之比)随1-MN平衡转化率y的变化关系如图乙所示，y为65%时反应R1的平衡常数Kp＝
_______________kPa-2(列出计算式)。

2
4
1
3
题号
2
4
1
3
题号
③A．由图甲可知，升高温度，K逐渐减小，说明升高温度平衡逆向移动，则四个反应均为放热反应，A正确；B．R1和R3均为气体体积减小的放热反应，但是反应过程中伴有生成十氢萘(1-MD)的副反应R2和R4，副反应均为气体体积减小的放热反应，因此压强越大，温度越低，可能会导致副产物的增多，B错误；C．由①知，a为反应R4的平衡常数随温度变化的曲线，300 K时反应R4的平衡常数最大，但不代表其反应速率最快，C错误；D．能量越低越稳定，反应过程中生成1-MD的总反应为放热反应，说明生成物的能量低于反应物，故反应体系中1-MD最稳定，D正确。
2
4
1
3
题号
2
4
1
3
题号
3．(2024·潍坊一模)苯乙烯是重要的基础化工原料，工业上常利用乙苯催化脱氢制备苯乙烯。涉及的反应如下：
ⅰ．C6H5C2H5(g) C6H5CH==CH2(g)＋H2(g)　ΔH1
ⅱ．C6H5C2H5(g)＋H2(g) C6H5CH3(g)＋CH4(g)　ΔH2
ⅲ．C6H5C2H5(g) C6H6(g)＋CH2==CH2(g)　ΔH3
2
4
1
3
题号
回答下列问题：
(1)已知部分化学键的键能：
化学键 C—C C==C C—H H—H
键能/(kJ·mol-1) 332 611 414 436
ΔH2＝________kJ·mol-1。
－60
2
4
1
3
题号
2
4
1
3
题号
曲线乙代表的是_____________；水蒸气作稀释气，增大水蒸气的物质的量，乙苯的转化率将________(填“变大”“变小”或“不变”)。曲线甲随时间变化的原因之一是催化剂积碳，水蒸气的存在还有利于减少积碳，原因是__________________________
_______________________________________________________。
2
4
1
3
题号
甲苯的选择性
变大
水蒸气与积碳发生反应
C＋H2O===CO＋H2，消除积碳
(3)将6 mol 水蒸气和1 mol 乙苯混合，通入初始压强为100 kPa的恒压密闭容器，测得乙苯的平衡转化率、苯和甲苯的选择性随温度的变化关系分别如图所示。
620 ℃条件下进行反应，达到平衡时容器中H2的物质的量n(H2)＝
________ mol，反应ⅰ的平衡常数Kp＝___________________kPa
(列出计算式)。
2
4
1
3
题号
0.664

2
4
1
3
题号
曲线乙代表的是甲苯的选择性；该反应在恒压密闭容器中，增大水蒸气的物质的量，容器容积增大，相当于减小压强，平衡向气体分子数增加的方向移动，则乙苯的转化率将变大。一定温度下，水蒸气能和C反应：C＋H2O===CO＋H2，故水蒸气的存在还有利于减少积碳。
(3)反应ⅱ为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，生成甲苯的物质的量减小，甲苯的选择性减小，则图中随温度升高而降低的曲线代表甲苯的选择性，图中随温度升高而升高的曲线代表苯的选择性；620 ℃条件下进行反应，达到平衡时，乙苯的转化率为80%，苯的选择性为3%，甲苯的选择性为7%，反应开始时，
2
4
1
3
题号
2
4
1
3
题号
2
4
1
3
题号
4．(2024·邯郸一模)研究可再生资源甲醇、乙醇等低碳醇，对于环境问题和能源问题都具有非常的意义。利用乙醇、水催化重整可获得H2。相关主要反应如下：
反应ⅰ：C2H5OH(g)＋3H2O(g) 2CO2(g)＋6H2(g)　
ΔH1＝＋173.3 kJ·mol-1　K1
反应ⅱ：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　
ΔH2＝＋41.2 kJ·mol-1　K2
请回答下列问题：
(1)298 K时，相关物质的相对能量如表所示。
物质 CO(g) H2O(g) H2(g)
相对能量/(kJ·mol-1) －110.5 －241.8 0
①由表中数据推测，H2O(l)的相对能量________(填“>”“<”或“＝”)－241.8 kJ·mol-1。
②C2H5OH(g)的相对能量为________kJ·mol-1。
2
4
1
3
题号
＜
－234.9
2
4
1
3
题号
减小
增大
＞
(3)T ℃时，向2 L恒容密闭容器中充入2 mol C2H5OH(g)和6 mol H2O(g)，发生反应ⅰ和反应ⅱ，3 min后达到平衡状态，测得C2H5OH(g)的转化率为90%，容器内CO(g)的体积分数为10%，则0～3 min，v(C2H5OH)＝________ mol·L-1·min-1。该温度下，反应ⅱ的平衡常数K＝________(结果保留2位小数)。
2
4
1
3
题号
0.3
0.17
(4)某科研团队在“热电耦合催化——电化学”促进低温高效甲醇蒸汽重整制氢(MSR)方面取得进展，其原理如图所示(图中带“*”的微粒代表吸附在电极上)：
电催化(HOR)反应的总电极反应式为_________________________
_________，该过程产生的中间体有________；电解过程中会有部分CO2扩散到N极区，则纯化H2的方法为______________________。
2
4
1
3
题号
将混合气体通过碱石灰
CO2＋3H2
2
4
1
3
题号
2
4
1
3
题号
2
4
1
3
题号
2
4
1
3
题号
高考大题集训 　 化学反应原理综合题
1．(2024·河北卷，T17)氯气是一种重要的基础化工原料，广泛应用于含氯化工产品的生产。硫酰氯及1，4-二(氯甲基)苯等可通过氯化反应制备。
(1)硫酰氯常用作氯化剂和氯磺化剂，工业上制备原理如下：
SO2(g)＋Cl2(g) SO2Cl2(g)　ΔH＝－67.59 kJ·mol-1
①若正反应的活化能为E正 kJ·mol-1，则逆反应的活化能E逆＝___________kJ·mol-1(用含E正的代数式表示)。
E正＋67.59
2
4
1
3
题号
5
②恒容密闭容器中按不同进料比充入SO2(g)和Cl2(g)，测定T1、T2、T3温度下体系达平衡时的Δp(Δp＝p0－p，p0为体系初始压强，p0＝240 kPa，p为体系平衡压强)，结果如图甲。
2
4
1
3
题号
5
图甲中温度由高到低的顺序为__________，判断依据为________
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
M点Cl2的转化率为________，T1温度下用分压表示的平衡常数Kp＝________kPa-1。
③图乙曲线中能准确表示T1温度下Δp随进料
比变化的是______(填字母)。
T3>T2>T1
该反应正反应放热，且气体分子数减小，反应正向进行程度越大，容器内压强越小，Δp越大，从T3到T1，平衡时Δp增大，说明反应正向进行程度逐渐增大，对应温度逐渐降低
75%
0.03
D
2
4
1
3
题号
5
(2)1，4-二(氯甲基)苯(D)是有机合成中的重要中间体，可由对二甲苯(X)的氯化反应合成。对二甲苯浅度氯化时反应过程为
以上各反应的速率方程均可表示为v＝kc(A)c(B)，其中c(A)、c(B)分别为各反应中对应反应物的浓度，k为速率常数(k1～k5分别对应反应①～⑤)。
2
4
1
3
题号
5
5.54
0.033
增大
2
4
1
3
题号
5
[解析]　(1)①根据反应热ΔH与活化能E正、E逆的关系为ΔH＝E正－E逆可知，该反应的E逆＝E正－ΔH＝(E正＋67.59)kJ·mol-1。②该反应的正反应为气体体积减小的反应，因此反应正向进行程度越大，平衡时容器内压强越小，Δp越大。从T3到T1，Δp增大，说明反应正向进行程度逐渐增大，已知正反应为放热反应，则温度由T3到T1逐渐降低，即T3>T2>T1。由题图甲中M点可知，进料比为n(SO2)∶n(Cl2)＝2，平衡时Δp＝60 kPa，已知恒温恒容情况下，容器内气体物质的量之比等于压强之比，可据此列出“三段式”。
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
2．(2024·湖北卷，T17)用BaCO3和焦炭为原料，经反应Ⅰ、Ⅱ得到BaC2，再制备乙炔是我国科研人员提出的绿色环保新路线。
反应Ⅰ：BaCO3(s)＋C(s) BaO(s)＋2CO(g)
反应Ⅱ：BaO(s)＋3C(s) BaC2(s)＋CO(g)
回答下列问题：
(1)写出BaC2与水反应的化学方程式：________________________
_______________________________________________________。
BaC2＋2H2O―→Ba(OH)2＋HC≡CH↑
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
6
7
1016
105
105
(3)恒压容器中，焦炭与BaCO3的物质的量之比为4∶1，Ar为载气。1 400 K和1 823 K下，BaC2产率随时间的关系曲线依实验数据拟合得到图2(不考虑接触面积的影响)。
2
4
1
3
题号
5
①初始温度为900 K，缓慢加热至1 400 K时，实验表明BaCO3已全部消耗，此时反应体系中含Ba物种为________。
②1 823 K下，反应速率的变化特点为________________________
_______________________________________________________，其原因是_________________________________________________
_______________________________________________________。
BaO
t1～t2阶段净反应速率为正值且恒定不变，t2后反应达到平衡，净反应速率恒为0
反应物均为固体，固体的浓度为定值，不会随着消耗而发生改变
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
3．(2024·甘肃卷，T17)SiHCl3是制备半导体材料硅的重要原料，可由不同途径制备。
(1)由SiCl4制备SiHCl3：SiCl4(g)＋H2(g)===SiHCl3(g)＋HCl(g)　ΔH1＝＋74.22 kJ·mol-1　(298K)
已知SiHCl3(g)＋H2(g)===Si(s)＋3HCl(g)　
ΔH2＝＋219.29 kJ·mol-1 (298K)
298 K时，由SiCl4(g)＋2H2(g)===Si(s)＋4HCl(g)制备56 g硅________(填“吸”或“放”)热________kJ。升高温度有利于制备硅的原因是_____________________________________________
_______________________________________________________。
吸
587.02
该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，有利于制备硅
(2)在催化剂作用下由粗硅制备SiHCl3：3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(s)　
4SiHCl3(g)。773 K，2 L密闭容器中，经不同方式处理的粗硅和催化剂混合物与0.4 mol H2和0.1 mol SiCl4气体反应，SiCl4转化率随时间的变化如下图所示：
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
甲
5.6×10-5
0.195 2

逆反应方向
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
＜
360
－285.8
BD
(4)图中较高流速时，α(T3)小于α(T2)和α(T1)，原因是___________
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(5)设N点的转化率为平衡转化率，则该温度下反应的平衡常数K＝________(用平衡物质的量分数代替平衡浓度计算)。
2
4
1
3
题号
5
流速过快，反应物分子来不及在催化剂表面接触而发生反应，导致转化率下降，同时，T3温度低，反应速率低，故单位时间内氯化氢的转化率低
6
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
(3)A．增大HCl的流速，由图像可知，HCl的转化率在减小，不符合题意；B．M点对应温度为360 ℃，由图像可知，升高温度，HCl的转化率增大，符合题意；C．增大n(HCl)∶n(O2)，HCl的转化率减小，不符合题意；D．使用更高效的催化剂，可以增加该温度下的反应速率，使单位时间内HCl的转化率增加，符合题意；故选BD。
2
4
1
3
题号
5
(4)图中在较高流速下，T3温度下HCl的转化率低于温度较高的T1和T2，主要是流速过快，反应物分子来不及在催化剂表面接触而发生反应，导致转化率下降，同时，T3温度低，反应速率低，故单位时间内氯化氢的转化率低。(5)由图像可知，N点HCl的平衡转化率为80%，设起始n(HCl)＝n(O2)＝4 mol，可列出三段式：
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
物质 CH4(g) C6H6(l) H2(g)
a b c
2
4
1
3
题号
5
能
6a－b－9c
(3)受反应ⅰ影响，随着反应进行，单位时间内甲烷转化率和芳烃产率逐渐降低，原因是____________________________________
________________________________________________________________________________________________________________。
2
4
1
3
题号
5
反应ⅰ有积碳生成，随着反应的进行，生成的积碳逐渐增多，覆盖在催化剂表面，使催化剂催化性能逐渐降低，化学反应速率减小
(4)对催化剂在不同的pH条件下进行处理，能够改变催化剂的活性。将催化剂在5种不同pH条件下处理后分别用于催化CH4芳构化，相同反应时间内测定相关数据如下表，其中最佳pH为________，理由是_________________________________________
_______________________________________________________。
pH CH4平均转化率/% 芳烃平均产率/% 产物中积碳平均含量/%
2.4 9.60 5.35 40.75
4.0 9.80 4.60 45.85
2
4
1
3
题号
5
10.0
pH＝10.0时，产物中积碳平均含量最低，CH4平均转化率最大，芳烃平均产率最高
pH CH4平均
转化率/% 芳烃平均
产率/% 产物中积碳
平均含量/%
7.0 9.25 4.05 46.80
10.0 10.45 6.45 33.10
12.0 9.95 4.10 49.45
2
4
1
3
题号
5
(5)973 K、100 kPa下，在某密闭容器中按n(C6H6)∶n(CH4)＝1∶5充入气体，发生反应C6H6(g)＋CH4(g)―→C7H8(g)＋H2(g)，平衡时C6H6与C7H8的分压比为4∶1，则C6H6的平衡转化率为
________，平衡常数Kp＝__________________________________
(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数，列出计算式即可)。
20%

2
4
1
3
题号
5
(6)引入丙烷可促进甲烷芳构化制备苯和二甲苯，反应如下：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (两个反应可视
为同级数的平行反应)
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
适当降低温度，加入合适的催化剂(合理即可)
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
(3)由于反应ⅰ有积碳生成，会覆盖在催化剂表面，从而减小气体与催化剂的接触面积，因此随着反应进行，单位时间内甲烷转化率和芳烃产率逐渐降低。
(4)比较表中数据可以看出，pH＝10.0时，CH4平均转化率为最大值10.45%，芳烃平均产率为最大值6.45%，产物中积碳平均含量为最小值33.10%，所以最佳pH为10.0。
2
4
1
3
题号
5
(5)973 K、100 kPa下，在某密闭容器中按n(C6H6)∶n(CH4)＝1∶5充入气体，发生反应C6H6(g)＋CH4(g)―→C7H8(g)＋H2(g)，平衡时C6H6与C7H8的分压比为4∶1，设起始时C6H6的物质的量为1 mol，CH4的物质的量为5 mol，参加反应C6H6的物质的量为
x mol，则可建立如下三段式：
　　　　　　　C6H6(g)＋CH4(g) C7H8(g)＋H2(g)
起始量/mol 　 1 　　 5 　　　0 　 0
变化量/mol 　x 　　 x 　　　x 　 x
平衡量/mol 　 1－x 　 5－x 　　x 　 x
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5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．(2024·湖北十一校二模，节选)(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_____________________________________________________________________。
[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．(1)(2024·九江二模，节选)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。
[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　<
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：
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)。
[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　
1．(2024·湖北十一校二模，节选)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)。
[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、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
2．(2024·南平一模，节选)异丙醇(C3H8O)可由生物质转化得到，催化异丙醇脱水制取高值化学品丙烯(C3H6)的工业化技术已引起人们的关注，其主要反应如下：
Ⅰ．C3H8O(g) C3H6(g)＋H2O(g)　ΔH＝
Ⅱ．2C3H6(g) C6H12(g)　ΔH1＝－97 kJ·mol-1
回答下列问题：
(1)在1 350 ℃下，刚性密闭容器中加入一定量的C3H8O(g)，发生反应Ⅰ、Ⅱ。反应体系内水蒸气的浓度随反应时间的关系如下表所示：
反应时间/s 0 4 8 12 t 20 40 80 …
H2O(g)浓度/ppm 0 2 440 3 200 3 600 4 000 4 100 4 100 4 100 …
①4～8 s内，平均反应速率v(C3H8O)＝________ppm·s-1。
②表格中t________16(填“＞”“＜”或“＝”)。
③反应过程中，关于反应Ⅰ、Ⅱ的叙述一定正确的是________(填字母)。
A．反应Ⅰ、Ⅱ到20 s时才开始达到平衡
B．混合气体密度不变说明反应Ⅰ、Ⅱ已达到平衡
C．C3H8O(g)浓度不再变化说明反应Ⅰ、Ⅱ已达到平衡
D．平衡时C3H6(g)的浓度小于4 100 ppm
(2)在一定条件下，若反应Ⅰ、Ⅱ的转化率分别为60%和30%，则丙烯的产率为________。
(3)如图为反应Ⅰ、Ⅱ达到平衡时lg Kp与温度的关系曲线。已知：对于可逆反应aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)，任意时刻Qp＝[式中p(X)表示气体X的分压：p(X)＝总压×气体X的物质的量分数]。
①在350 ℃恒容平衡体系中，加入少量C3H6(g)时，反应Ⅱ的状态最有可能对应图中的________(填“甲”“乙”或“丙”)点，判断依据是__________________
_____________________________________________________________________。
②350 ℃时，在密闭容器中加入一定量的C3H8O(g)，反应Ⅰ、Ⅱ达到平衡后，测得C6H12(g)的平衡分压为a MPa，则水蒸气的平衡分压为________MPa(用含a的代数式表示)。
[解析]　(1)①4～8 s内H2O(g)的浓度增加3 200 ppm－2 440 ppm＝760 ppm，则消耗C3H8O(g)的浓度为760 ppm，平均反应速率v(C3H8O)＝＝190 ppm·s-1。②由表中数据知，0～4 s、4～8 s、8～12 s H2O(g)浓度的改变值依次为2 440 ppm、760 ppm、400 ppm，说明随着时间的推移反应速率减慢，12～t s内H2O(g)浓度的改变值为400 ppm，则t＞16。③由表中数据知，t～20 s内H2O(g)浓度改变值为100 ppm，20 s时一定是平衡状态，但可能未到20 s时就已经达到平衡状态，A项不符合题意；该反应体系中所有物质都呈气态，建立平衡的过程中气体的总质量始终不变，在刚性密闭容器中，混合气体的密度始终不变，混合气体密度不变不能说明反应Ⅰ、Ⅱ达到平衡状态，B项不符合题意；C3H8O(g)浓度不再变化是反应Ⅰ、Ⅱ达到平衡状态的特征之一，C项符合题意；平衡时H2O(g)的浓度为4 100 ppm，则反应Ⅰ生成C3H6(g)的浓度为4 100 ppm，由于反应Ⅱ消耗C3H6(g)，故平衡时C3H6(g)的浓度小于4 100 ppm，D项符合题意。(2)设C3H8O(g)起始为1 mol，反应Ⅰ的转化率为60%，反应Ⅰ生成C3H6(g)物质的量为0.6 mol，反应Ⅱ的转化率为30%，反应Ⅱ消耗C3H6(g)物质的量为0.6 mol×30%＝0.18 mol，结合C原子守恒，丙烯的产率为×100%＝42%。(3)①反应Ⅰ为吸热反应，达到平衡时升高温度，反应Ⅰ正向移动，lg Kp增大，则曲线N表示反应Ⅰ的lg Kp随温度的变化；反应Ⅱ为放热反应，达到平衡时升高温度，反应Ⅱ逆向移动，lgKp减小，则曲线M表示反应Ⅱ的lgKp随温度的变化；在350 ℃恒容平衡体系中，加入少量C3H6(g)时，反应Ⅱ的平衡向正反应方向移动，即Qp＜Kp，最有可能对应图中的丙点。②反应Ⅰ、Ⅱ达到平衡时C6H12(g)的平衡分压为a MPa，反应Ⅱ转化C3H6(g)的分压为2a MPa；由图知，350 ℃时，反应Ⅱ的lg Kp＝0，则Kp＝1，＝1，则C3H6(g)的平衡分压为 MPa；故反应Ⅰ生成的C3H6(g)的分压为2a MPa＋ MPa，根据反应Ⅰ知，水蒸气的平衡分压为2a MPa＋ MPa＝(2a＋)MPa。
[答案]　(1)①190　②＞　③CD　(2)42%　(3)①丙　反应Ⅱ平衡曲线为曲线M，恒容时加入少量C3H6，反应Ⅱ平衡向正反应方向移动，即Qp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．(2024·重庆模拟)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________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___________________________________________________。
[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
2．二甲醚是清洁、高效的新型燃料。由合成气(CO2、H2)制备二甲醚的反应原理：Ⅰ．2CO2＋6H2(g)===CH3OCH3＋3H2O(g)　ΔH1<0，Ⅱ．CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2>0。在恒压条件下，按CO2与H2的物质的量之比为1∶3投料，测得CO2平衡转化率和平衡时CO的选择性(转化的CO2中生成CO的物质的量分数)随温度的变化如图所示。
(1)曲线n随温度升高显示如图所示变化的原因是___________________________
_____________________________________________________________________。
(2)T ℃时反应Ⅱ的平衡常数K＝________(保留两位有效数字)；合成二甲醚的适宜温度为260 ℃，理由是________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)其他条件不变，改为恒容条件，CO的平衡选择性比恒压条件下的平衡选择性______(填“高”“低”或“不变”)。
[解析]　(1)因ΔH2>0，升温反应Ⅱ平衡正向进行，CO的选择性增大，故m表示CO选择性，n为CO2转化率，曲线n随温度升高显示如图所示变化的原因是ΔH1<0，升温反应Ⅰ平衡逆向移动，CO2的转化率降低，升温过程中，反应Ⅰ占主要地位，故CO2的转化率降低。
(2)设初始CO2为1 mol，H2为3 mol，列三段式：
平衡时：n(CO2)＝1 mol－0.3 mol－0.1 mol＝0.6 mol，n(H2)＝3 mol－0.9 mol－0.1 mol＝2.0 mol，n(CO)＝0.1 mol，n(H2O)＝0.45 mol＋0.1 mol＝0.55 mol。则T ℃时反应Ⅱ的平衡常数K＝≈0.046；合成二甲醚的适宜温度为260 ℃，理由是此温度下，CO的选择性较低且反应速率较大，若温度再高，CO的选择性增大，不利于合成二甲醚。(3)其他条件不变，改为恒容条件，合成二甲醚的反应为气体体积减小的反应，压强减小，不利于二甲醚的合成，造成二甲醚减少，从而增大了CO平衡选择性，故改为恒容条件，CO平衡选择性比恒压条件下的平衡选择性高。
[答案]　(1)ΔH1<0，升温反应Ⅰ平衡逆向移动，CO2的转化率降低，升温过程中，反应Ⅰ占主要地位，故CO2与转化率降低　(2)0.046　此温度下，CO的选择性较低且反应速率较大，若温度再高，CO的选择性增大，不利于合成二甲醚　(3)高
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．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)。
[解析]　(2)电解时，阴极发生还原反应，电极反应式为H2O＋2e－===H2＋O2-。
(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 x x x x
平衡/mol a－x b－x x x
出口Ⅰ处气体为CO2，其物质的量为x mol，进口Ⅰ处的气体物质的量为(a＋b)mol，则x＝(a＋b)y，CO的转化率为。
[答案]　(1)氧离子导体　(2)H2O＋2e－===H2＋O2-　(3)
2．(2024·重庆模拟，节选)电解法也可以将CO2转化为甲醇，原理如图所示。若右侧溶液中KHCO3溶液浓度不变(忽略体积的变化)且溶液中不产生CO2，则电极b上发生的电极反应式为________。若将产生的CH3OH用于碱性燃料电池对外供电，已知该电池的比能量为6 kW·h·kg-1，甲醇的燃烧热ΔH＝－720 kJ·mol-1，该电池的能量转化率为________[已知：比能量＝；1 kW·h＝3.6×106 J]。
[解析]　从图中可知，右侧电极室内CO2转化为CH3OH，电解质溶液为碳酸氢钾溶液，则CO2在电极b上得电子结合碳酸氢根离子生成甲醇和碳酸根离子，电极反应式为===＋H2O。设共有a kg CH3OH，则a kg甲醇完全燃烧放热×720 kJ＝2.25a×104 kJ，现输出电能为6a kW·h＝2.16a×104 kJ，则能量转化率为×100%＝96%。
[答案]　===＋H2O　96%
3．(1)(2024·湖北十一校二模)利用一种钾盐的酸性溶液作电解质，将CO2电催化还原为乙烯，如图所示，写出阴极上的电极反应式：________，当生成16 g O2时，生成乙烯________ g。
(2)(2024·江西名校联考)羟基自由基(·OH)是自然界中氧化性仅次于氟的氧化剂。我国科学家设计了一种将苯酚氧化为CO2和H2O的原电池－电解池组合装置，以实现发电、环保二位一体。
请写出b、d极的电极反应：
b．___________________________________________________________________；
d．___________________________________________________________________。
[解析]　(1)×4＝×12，m(乙烯)≈4.7 g。(2)由图示可知发生还原反应生成Cr(OH)3，a是正极、b是负极。b电极苯酚失电子生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为C6H5OH－28e－＋11H2O===6CO2＋28H＋，d为阳极，电极反应式为H2O－e－===·OH＋H＋。
[答案]　(1)2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O　4.7　(2)C6H5OH－28e－＋11H2O===6CO2＋28H＋　H2O－e－===·OH＋H＋
4．原料中的B2O3可由硼酸脱水制得。以NaB(OH)4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。
[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[B(OH)4]－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　
(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。
(2024·湖南卷，T18)丙烯腈(CH2==CHCN)是一种重要的化工原料。工业上以N2为载气，用TiO2作催化剂生产CH2==CHCN的流程如下：
已知：①进料混合气进入两釜的流量恒定，两釜中反应温度恒定。
②反应釜Ⅰ中发生的反应：
ⅰ：HOCH2CH2COOC2H5(g)―→CH2==CHCOOC2H5(g)＋H2O(g)　ΔH1
③反应釜Ⅱ中发生的反应：
ⅱ：CH2==CHCOOC2H5(g)＋NH3(g)―→CH2==CHCONH2(g)＋C2H5OH(g)　ΔH2
ⅲ：CH2==CHCONH2(g)―→CH2==CHCN(g)＋H2O(g)　ΔH3
④在此生产条件下，酯类物质可能发生水解。
回答下列问题：
(1)总反应HOCH2CH2COOC2H5(g)＋NH3(g)―→CH2==CHCN(g)＋C2H5OH(g)＋2H2O(g)　ΔH＝________(用含ΔH1、ΔH2和ΔH3的代数式表示)。
(2)进料混合气中n(HOCH2CH2COOC2H5)∶n(C2H5OH)＝1∶2，出料中四种物质(==、CH2==CHCN、C2H5OH、H2O)的流量(单位时间内出料口流出的物质的量)随时间变化关系如图：
①表示CH2==CHCN的曲线是________(填“a”“b”或“c”)。
②反应釜Ⅰ中加入C2H5OH的作用是_____________________________________
_____________________________________________________________________。
③出料中没有检测到CH2==CHCONH2的原因是___________________________
_____________________________________________________________________。
④反应11 h后，a、b、c曲线对应物质的流量逐渐降低的原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)催化剂TiO2再生时会释放CO2，可用氨水吸收获得NH4HCO3。现将一定量的NH4HCO3固体(含0.72 g水)置于密闭真空容器中，充入CO2和NH3，其中CO2的分压为100 kPa，在27 ℃下进行干燥。为保证NH4HCO3不分解，NH3的分压应不低于________kPa{已知p(H2O)＝2.5×102 kPa·mol-1×n(H2O)　NH4HCO3分解的平衡常数Kp＝4×104(kPa)3}。
(4)以CH2===CHCN为原料，稀硫酸为电解液，Sn作阴极，用电解的方法可制得Sn(CH2CH2CN)4，其阴极反应式为_____________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________。
[解析]　工业上以N2为载气，用TiO2作催化剂，由HOCH2CH2COOC2H5和C2H5OH为进料气体生产CH2==CHCN，在反应釜Ⅰ中发生反应ⅰ：HOCH2CH2COOC2H5(g)―→CH2==CHCOOC2H5(g)＋H2O(g)，加入NH3后，在反应釜Ⅱ中发生反应ⅱ：CH2==CHCOOC2H5(g)＋NH3(g)―→CH2==CHCONH2(g)＋C2H5OH(g)，反应ⅲ：CH2==CHCONH2(g)―→CH2==CHCN(g)＋H2O(g)，故产物的混合气体中有CH2==CHCN、未反应完的C2H5OH、
CH2==CHCOOC2H5(g)和水。
(1)根据盖斯定律，总反应HOCH2CH2COOC2H5(g)＋NH3(g)―→CH2==CHCN(g)＋C2H5OH(g)＋2H2O(g)可以由反应ⅰ＋反应ⅱ＋反应ⅲ得到，故ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。
(2)①根据总反应HOCH2CH2COOC2H5(g)＋NH3(g)―→CH2==CHCN(g)＋C2H5OH(g)＋2H2O(g)，设进料混合气中n(HOCH2CH2COOC2H5)＝1 mol，n(C2H5OH)＝2 mol，出料气中CH2==CHCOOC2H5含量很少，则生成CH2==CHCN(g)、C2H5OH(g)物质的量约为1 mol，生成H2O(g)的物质的量约为2 mol，故出料气中C2H5OH(g)物质的量共约3 mol，故出料气中CH2==CHCN、C2H5OH、H2O物质的量之比约为1∶3∶2，故曲线c表示CH2==CHCN的曲线。
②反应釜Ⅰ中发生的反应ⅰ是反应前后气体体积增大的反应，故加入C2H5OH降低分压，有利于反应ⅰ平衡正向移动，且提高醇的浓度，可以使酯的水解程度降低从而提高产率。
③丙烯酰胺(CH2==CHCONH2)的分解温度约为160 ℃至170 ℃，出料中没有检测到==的原因是CH2==CHCONH2在反应釜Ⅱ的温度下发生分解。
④反应11 h后，a、b、c曲线对应物质的流量逐渐降低的原因是反应时间过长，催化剂中毒活性降低，反应速率降低，故产物减少。
(3)0.72 g水的物质的量为0.04 mol，故p(H2O)＝2.5×102 kPa·mol-1×n(H2O)＝10 kPa，NH4HCO3分解的化学方程式为NH4HCO3===NH3↑＋CO2↑＋H2O↑，故NH4HCO3分解的平衡常数Kp＝p(NH3)·p(CO2)·p(H2O)＝，解得p(NH3)＝40 kPa，故为保证NH4HCO3不分解，NH3的分压应不低于40 kPa。
(4)Sn(CH2CH2CN)4是有机化合物，与水不互溶，水中不电离，以CH2==CHCN为原料、Sn作阴极制得Sn(CH2CH2CN)4，故阴极的电极反应式为=====。
[答案]　(1)ΔH1＋ΔH2＋ΔH3　(2)①c　②降低分压，有利于反应ⅰ平衡正向移动；使酯的水解程度降低从而提高产率　③CH2==CHCONH2在反应釜Ⅱ的温度下发生分解　④反应时间过长，催化剂中毒活性降低，反应速率降低，故产物减少　(3)40　(4)=====
化学反应原理综合题
热点题空专练 能量图示与焓变(ΔH)的有关计算
1．(2024·平谷区一模)合成尿素[CO(NH2)2]是利用CO2的途径之一。通过两步反应实现，其能量变化示意图所示：
(1)NH3(g)与CO2(g)反应生成尿素的热化学方程式为________________________
_____________________________________________________________________。
(2)工业上合成尿素时，既能加快反应速率，又能提高原料利用率的措施有________(填字母)。
a．升高温度　　　　　　 b．加入催化剂
c．将尿素及时分离出去 d．增大反应体系的压强
[解析]　(1)观察知，NH3(g)与CO2(g)反应生成尿素的热化学方程式可通过图中第一步和第二步的热化学方程式相加得到，由盖斯定律可得该反应的ΔH＝－272 kJ·mol-1＋138 kJ·mol-1＝－134 kJ·mol-1，热化学方程式为2NH3(g)＋CO2(g) CO(NH2)2(s)＋H2O(l)　ΔH＝－134 kJ·mol-1。(2)a．合成尿素的反应放热，升高温度，可加快反应速率，但升温造成平衡逆向移动反而降低原料利用率，a不符合题意；b．加入催化剂可加快反应速率，但不影响原料利用率，b不符合题意；c．将尿素及时分离出去可使平衡正向移动而提高原料利用率，但由于尿素浓度减小，反应速率减慢，c不符合题意；d．合成尿素的反应是反应前后气体体积减小的反应，增大反应体系的压强，可加快反应速率，也能提高原料利用率，d符合题意。
[答案]　(1)2NH3(g)＋CO2(g) H2O(l)＋CO(NH2)2(s)　ΔH＝－134 kJ·mol-1　(2)d
2．(2024·安庆二模，节选)已知：相关物质能量变化的示意图如图所示：
由已知信息可知2CO2(g)＋6H2(g)===CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH＝________ kJ·mol-1。
[解析]　由图可知反应①3CO(g)＋3H2(g) CH3OCH3(g)＋CO2(g)　ΔH1＝－298 kJ·mol-1；反应②3CO2(g)＋3H2(g) 3CO(g)＋3H2O(g)　ΔH2＝＋123 kJ·mol-1，根据盖斯定律，①＋②可得目标反应的ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝－175 kJ·mol-1。
[答案]　－175
3．(2024·张家界一模，节选)已知：
Ⅰ．CH2===CHCH3(g)＋H2O(g) HOCH2CH2CH3(g)　ΔH1＝－a kJ·mol-1(a>0)，
Ⅱ．CH2===CHCH3(g)＋H2O(g) CH3CH(OH)CH3(g)　ΔH2＝－b kJ·mol-1(b>0)。
(1)表示CH3CH(OH)CH3(g)转化为HOCH2CH2CH3(g)的热化学方程式为_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)若反应Ⅱ的熵变为ΔS(Ⅱ)，则反应Ⅲ：
CH2==CHCH3(g)＋H2O(g) CH3CH(OH)CH3(l)的熵变ΔS(Ⅲ)________(填“＞”“＝”或“＜”)ΔS(Ⅱ)。
[解析]　(1)根据盖斯定律，将反应Ⅰ－反应Ⅱ，整理可得CH3CH(OH)CH3(g)转化为HOCH2CH2CH3(g)的热化学方程式为CH3CH(OH)CH3(g) HOCH2CH2CH3(g)　ΔH＝(b－a)kJ·mol-1。(2)反应Ⅲ的气体分子数减小量大于反应Ⅱ气体分子数的减小量，故反应Ⅲ熵值减小的绝对值大于反应Ⅱ的熵值减小的绝对值，故熵变关系为ΔS(Ⅲ)＜ΔS(Ⅱ)。
[答案]　(1)CH3CH(OH)CH3(g) HOCH2CH2CH3(g)　ΔH＝(b－a)kJ·mol-1　(2)<
4．(2024·贵阳一模，节选)已知：①N2(g)＋O2(g) 2NO(g)　ΔH1＝a kJ·mol-1
②C(s)＋O2(g) CO2(g)　ΔH2＝b kJ·mol-1
③2C(s)＋O2(g) 2CO(g)　ΔH3＝c kJ·mol-1
汽车尾气中的NO和CO在催化转换器中发生以下反应可减少尾气污染：2CO(g)＋2NO(g) N2(g)＋2CO2(g)　ΔH。则ΔH＝________ kJ·mol-1(用含a、b、c的表达式表示)。已知该反应低温时为自发反应，则该反应的反应热ΔH________(填“＞”“＜”或“＝”)0。
[解析]　依据盖斯定律，将反应②×2－①－③得：2CO(g)＋2NO(g) N2(g)＋2CO2(g)，则ΔH＝(2b－a－c) kJ·mol-1。该反应中，反应物气体分子数大于生成物气体分子数，则ΔS＜0，该反应低温时为自发反应，则该反应的反应热ΔH＜0。
[答案]　2b－a－c　＜
5．(2024·台州一模，节选)甲醇产生氢气的反应为CH3OH(l) 2H2(g)＋CO(g)　ΔH，已知相关物质的燃烧热和标准熵如下表：
化学式 CH3OH(l) H2(g) CO(g)
燃烧热(25 ℃) ΔH/(kJ·mol-1) －726.5 －285.8 －283.0
标准熵：S/(J· mol-1·K-1) 126.8 130.7 197.7
(1)ΔH________(填“>”或“<”)0。
(2)该反应能自发进行的最低温度为________K(保留小数点后1位)。
[解析]　根据题分析得①CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH1＝－726.5 kJ·mol-1；②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH2＝－571.6 kJ·mol-1；③CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH3＝－283 kJ·mol-1；
(1)根据盖斯定律：①－②－③得CH3OH(l) 2H2(g)＋CO(g)　ΔH＝＋128.1 kJ·mol-1。
(2)ΔS＝S生成物－S反应物＝(2×130.7＋197.7－126.8)J·mol-1·K-1＝332.3 J·mol-1·K-1，根据ΔG＝ΔH－TΔS<0，解得T>＝ K≈385.5 K。
[答案]　(1)>　(2)385.5
6．(2024·南通一调，节选)在金属催化剂表面发生―→*C2H4转化的过程可能为*CO2―→*COOH―→*CO―→*OCCO―→*C2H4
(*表示吸附在催化剂表面)。其中部分物种在催化剂表面的吸附构型如图甲所示，反应历程中的相对能量如图乙所示。与Cu催化剂相比，掺杂了Cs的Cu-Cs复合催化剂更有利于C2H4的形成，可能原因是_______________________________
_____________________________________________________________________。
[答案]　Cu-Cs复合催化剂可提供更多的活性位点(Cu-Cs复合催化剂更有利于CO等中间体的吸附)，且能降低反应的活化能，因此更有利于C2H4的形成
7．(2024·黄山一模，节选)(1)已知下列反应的热化学方程式：
①C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH1＝－111 kJ·mol-1
②C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－394 kJ·mol-1
计算CO燃烧生成CO2反应③CO(g)＋O2(g)===CO2(g)的ΔH3＝________ kJ·mol-1。
(2)已知下列键能数据，结合反应③数据，计算C≡O的键能是________kJ·mol-1。
化学键 O==O C==O
键能/(kJ·mol-1) 496 799
[解析]　(1)由盖斯定律可知，反应②－反应①得到反应③，则ΔH3＝(－394 kJ·mol-1)－(－111 kJ·mol-1)＝－283 kJ·mol-1。(2)ΔH3＝－283 kJ·mol-1＝E(C≡O)＋×496 kJ·mol-1－2×799 kJ·mol-1，解得E(C≡O)＝1 067 kJ·mol-1。
[答案]　(1)－283　(2)1 067
8．(2024·石家庄一模，节选)已知：反应Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g) 2H2(g)＋2CO(g)　ΔH1＝＋247.34 kJ·mol-1
反应Ⅱ：H2(g)＋CO2(g) H2O(g)＋CO(g)　ΔH2
已知H2(g)、CO(g)的燃烧热分别为285.8 kJ·mol-1和283 kJ·mol-1，水的汽化热为44 kJ·mol-1，则ΔH2＝________kJ·mol-1；能同时提高CH4(g)的平衡转化率和反应速率的措施为_________________________________________________
_________________________________________________________(写一条即可)。
[解析]　已知H2(g)、CO(g)的燃烧热分别为285.8 kJ·mol-1和283 kJ·mol-1，水的汽化热为44 kJ·mol-1，则可得到下列热化学方程式：
①H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol-1，
②CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－283 kJ·mol-1，
③H2O(l)===H2O(g)　ΔH＝＋44 kJ·mol-1，
利用盖斯定律，①－②＋③得：ΔH2＝－285.8 kJ·mol-1－(－283 kJ·mol-1)＋44 kJ·mol-1＝＋41.2 kJ·mol-1；增大CO2的浓度，能使平衡正向移动，能同时提高CH4(g)的平衡转化率和反应速率。
[答案]　＋41.2　增大CO2的浓度
9．(2024·南昌一模，节选)在Co*的催化作用下，用CO(g)还原N2O(g)以除去污染，反应的化学方程式为CO(g)＋N2O(g) CO2(g)＋N2(g)，其反应历程和相对能量变化如图所示(逸出后物质状态视为未发生变化，在图中略去)。
该反应分两步进行：
第一步：Co*(s)＋N2O(g) CoO*(s)＋N2(g)　ΔH＝＋15.9 kJ·mol-1；
第二步：______________________________________________________________
_____________________________________________________________________(填写第二步反应的热化学方程式)。
[解析]　用总反应减去第一步反应式可得到第二步反应式：CoO*(s)＋CO(g) Co*(s)＋CO2(g)，由图知，其ΔH＝－358.6 kJ·mol-1－15.9 kJ·mol-1＝－374.5 kJ·mol-1，则第二步反应的热化学方程式：CoO*(s)＋CO(g) Co*(s)＋CO2(g)　ΔH＝－374.5 kJ·mol-1。
[答案]　CoO*(s)＋CO(g) Co*(s)＋CO2(g)　ΔH＝－374.5 kJ·mol-1
热点题空专练 化学反应速率与化学平衡常数的有关计算
1．(2024·南昌一模，节选)(1)一定温度下，将足量NH4NO3(s)加入含有催化剂的1 L恒容密闭容器中，发生下面两个反应：
反应1：NH4NO3(s) 2H2O(g)＋N2O(g)　ΔH1<0；
反应2：2N2O(g) 2N2(g)＋O2(g)；
测得平衡时容器中气体总压为33.0 kPa，且p(O2)为2.4 kPa。则平衡时，p(H2O)为_______kPa。
(2)分别向三个容积不变的密闭容器中充入如表所示相应气体，进行反应2N2O(g) 2N2(g)＋O2(g)。容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中N2O的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示：
容器 物质的量/mol
编号 容积/L N2O N2 O2
Ⅰ V1＝1.0 0.2 0 0
Ⅱ V2 0.2 0 0
Ⅲ V3 0.2 0 0
①V1、V2、V3由大到小的顺序为________。
②保持温度不变的情况下，达平衡后再向容器Ⅰ中充入Ar稀释，N2O的分压p(N2O)将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
③370 ℃时该反应的平衡常数为________(结果保留两位有效数字)。
[解析]　(1)设平衡时p(H2O)＝x kPa，则平衡时容器中气体总压为p(H2O)＋p(N2O)＋p(N2)＋p(O2)＝[x＋(－4.8)＋4.8＋2.4]kPa＝33.0 kPa，解得x＝20.4，则p(H2O)＝20.4 kPa。
(2)①该反应是一个反应前后气体体积增大的反应，由图知，相同温度下，容器Ⅰ中的N2O的平衡转化率最高，说明其中的压强最小，则对应的V1最大，故V1>V2>V3。②容器Ⅰ的容积恒定，保持温度不变的情况下，达平衡后再向容器Ⅰ中充入Ar稀释，N2O的浓度不变，其分压p(N2O)也不变。③由图知，370 ℃时容器Ⅰ(容积为1 L)中N2O的平衡转化率为40%，则反应达到平衡的过程中N2O转化了0.2 mol×40%＝0.08 mol，平衡时N2O、N2、O2的物质的量分别为0.12 mol、0.08 mol、0.04 mol，故该反应的平衡常数K＝＝≈0.018。
[答案]　(1)20.4　(2)①V1>V2>V3　②不变　③0.018
2．(2024·贵州模考，节选)在298 K时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：
(ⅰ)直接脱氢：
C8H10(g)===C8H8(g)＋H2(g)　ΔH1＝＋118.0 kJ·mol-1，Kp1＝2.7×10-10 Pa
(ⅱ)氧化脱氢：
C8H10(g)＋O2(g)===C8H8(g)＋H2O(g)　ΔH2＝－123.8 kJ·mol-1，Kp2＝2.9×1027.5
(1)反应H2(g)＋O2(g)===H2O(g)的ΔH3＝________kJ·mol-1，平衡常数Kp3＝________(用Kp1、Kp2表示)。
(2)氧化脱氢的反应趋势远大于直接脱氢，其原因是_________________________
_____________________________________________________________________。
(3)提高氧化脱氢反应平衡转化率的措施有______________________、________________。
[解析]　(1)根据盖斯定律知目标反应可以由反应ⅱ－反应ⅰ得到，ΔH3＝ΔH2－ΔH1＝－241.8 kJ·mol-1，Kp3＝。(2)氧化脱氢反应和直接脱氢反应的ΔS均大于0，但氧化脱氢反应ΔH＜0，反应在任何温度下都能自发进行，而直接脱氢反应ΔH＞0，反应在高温下才能自发进行，故氧化脱氢的反应趋势远大于直接脱氢。(3)提高氧化脱氢反应平衡转化率的措施有：及时分离出产物、适当降低温度(合理即可)。
[答案]　(1)－241.8　　(2)氧化脱氢反应和直接脱氢反应的ΔS均大于0，但氧化脱氢反应ΔH＜0，反应在任何温度下都能自发进行，而直接脱氢反应ΔH＞0，反应在高温下才能自发进行　(3)及时分离出产物　适当降低温度
3．(2024·江门一模，节选)铜-铁催化剂还可以催化NH3分解转化为燃料氢气，反应为2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)　ΔH>0。往容积为2 L的密闭容器中加入4 mol NH3分解制H2。图中曲线a、b分别表示在铜-铁催化剂Ⅰ的作用下，T1 ℃时n(NH3)及T2 ℃时n(H2)随时间的变化；曲线c表示在铜-铁催化剂Ⅱ的作用下，T1 ℃时n(N2)随时间的变化。
(1)T1________(填“<”“>”或“＝”)T2。
(2)在铜-铁催化剂Ⅰ的作用下，T1 ℃时，0～5 min内平均反应速率v(N2)＝________ mol·L-1·min-1。
(3)上述三种条件下，分解反应的平衡常数Ka、Kb、Kc的大小关系为________。
[解析]　(1)反应为吸热反应，温度升高平衡向正反应方向移动，5 min时，曲线a T1 ℃消耗NH3的物质的量为1 mol，根据化学方程式可知生成H2的物质的量为1.5 mol，曲线b为T2 ℃生成H2的物质的量为2 mol，T2 ℃ H2的生成量大，故温度T10，温度升高平衡向正反应方向移动，K增大，因为T1[答案]　(1)<　(2)0.05　(3)Ka＝Kc4．(1)(2024·湖北七市联考，节选)科研工作者通过开发新型催化剂，利用太阳能电池将工业排放的CO2转化为HCOOH，实现碳中和的目标。
已知CO2(g)＋H2(g) HCOOH(g)　ΔH＝。温度为T1 ℃达到平衡时，化学平衡常数K＝1.8。实验测得：v正＝k正·c(CO2)·c(H2)，v逆＝k逆·c(HCOOH)，k正、k逆为速率常数，T1 ℃时，k正＝________k逆；若温度为T2 ℃达到平衡时，k正＝1.9k逆，则T2________(填“＞”“＜”或“＝”)T1。
(2)(2024·沈阳一模，节选)在T ℃下，恒压反应器中，按初始投料n(CO2)∶n(H2)＝1∶1发生反应：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，初始总压为2 MPa，反应平衡后，H2的平衡转化率为60%，则该反应的平衡常数Kp＝________(MPa)-2(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
[解析]　(1)反应CO2(g)＋H2(g) HCOOH(g)的化学平衡常数K＝；而v正＝k正·c(CO2)·c(H2)，v逆＝k逆·c(HCOOH)，k正、k逆为速率常数，平衡时v正＝v逆，即k正c(CO2)c(H2)＝k逆c(HCOOH)，则K＝＝＝1.8，所以k正＝1.8k逆；温度为T2 ℃时，k正＝1.9k逆，则K＝1.9，即平衡常数K增大，平衡正向移动，该反应为放热反应，降低温度才会正向移动，所以T2(2)设初始投料n(CO2)＝n(H2)＝a mol，列三段式：
　　　　　　　CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)
n(起始)/mol a a 0 0
n(转化)/mol 0.2a 0.6a 0.2a 0.2a
n(平衡)/mol 0.8a 0.4a 0.2a 0.2a
平衡时CO2、H2、CH3OH、H2O的分压依次为1 MPa、0.5 MPa、0.25 MPa、0.25 MPa，Kp＝＝0.5(MPa)-2。
[答案]　(1)1.8　<　(2)0.5
5．(2024·葫芦岛一模)利用CO2催化加氢制二甲醚(CH3OCH3)过程中发生的化学反应为
反应Ⅰ：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH1>0
反应Ⅱ：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH2<0
反应Ⅲ：2CH3OH(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH3<0
回答下列问题：
(1)反应Ⅱ的速率方程为v正＝k正·p(CO2)·p3(H2)，v逆＝k逆·p(CH3OH)·p(H2O)其中v正、v逆为正、逆反应速率，k正、k逆为速率常数，p为各组分的分压。在密闭容器中按一定比例充入H2和CO2，体系中各反应均达到化学平衡。向平衡体系中加入高效催化剂，将________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)；增大体系压强，将________。
(2)在一定条件下，保持容积恒定，向同一密闭容器中按＝3投料进行题述反应，CO2的平衡转化率及CO、CH3OCH3、CH3OH的平衡体积分数随温度变化如图所示：
图中表示CO的平衡体积分数随温度变化的曲线为________(填“X”或“Y”)，温度从553 K上升至573 K，CO2的平衡转化率变化的原因是_________________
_____________________________________________________________________，
能同时提高CH3OCH3的平衡体积分数和CO2的平衡转化率的措施是_____________________________________________________________________。
(3)一定温度下，向容积为1 L的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2进行题述反应，反应经10 min达平衡，CO2的平衡转化率为30%，容器中CO(g)为0.05 mol，CH3OH(g)为0.05 mol。前10 min CH3OCH3(g)的反应速率为________mol·L-1·min-1。继续向容器中加入0.05 mol CH3OH(g)和x mol H2O(g)，若此时反应Ⅲ逆向进行，则x的取值范围________。
[解析]　(1)达到平衡时，正、逆反应速率相等，加入催化剂同倍数改变正、逆反应速率，故将不变；k正、k逆为速率常数，只与温度有关，则增大体系压强，将不变。(3)转化的CO2物质的量＝1 mol×30%＝0.3 mol，平衡时CO物质的量为0.05 mol，说明通过反应Ⅰ转化的CO2为0.05 mol，则通过反应Ⅱ转化的CO2为0.25 mol，故反应Ⅱ生成CH3OH为0.25 mol，又平衡时CH3OH为0.05 mol，说明有0.2 mol CH3OH通过反应Ⅲ转化为CH3OCH3，列式如下：
　　　　　　CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)
转化/mol 0.05 0.05 0.05 0.05
平衡/mol 0.05
　　　　　CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)
转化/mol 0.25 0.75 0.25 0.25
　　　　　2CH3OH(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)
转化/mol 0.2 0.1 0.1
平衡/mol 0.05 0.1
前10 min CH3OCH3(g)的反应速率为0.01 mol·L-1·min-1；反应Ⅲ的平衡常数K＝＝＝16；再加入0.05 mol CH3OH、x mol H2O后，反应Ⅲ逆向进行，则Q＝＝>K＝16，解得x>1.2。
[答案]　(1)不变　不变
(2)Y　553 K到573 K，主要发生反应Ⅰ，反应Ⅰ正反应吸热，温度升高CO2的平衡转化率升高　增大压强或在553 K以下降温
(3)0.01　>1.2
6．(2024·延边一模)利用CO2催化加氢制二甲醚，可以实现CO2的再利用，涉及以下主要反应：
Ⅰ．CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH1
Ⅱ．2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH2
相关物质及能量变化的示意图如图1所示。
回答下列问题：
(1)反应Ⅱ的ΔH2＝________kJ·mol-1，该反应在________(填“高温”“低温”或“任何温度”)下能自发进行。
(2)恒压条件下，CO2、H2起始量相等时，CO2的平衡转化率和CH3OCH3的选择性随温度变化如图2所示。已知：CH3OCH3的选择性＝×100%。
①300 ℃时，通入CO2、H2各2 mol，平衡时CH3OCH3的选择性、CO2的平衡转化率都为30%，平衡时生成CH3OCH3的物质的量为________mol，此温度下反应Ⅰ的平衡常数Kp＝________(保留2位有效数字。用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
②300～360 ℃时，CO2平衡转化率随温度变化的曲线如图2所示，分析曲线变化的原因：________________________________________
___________________________________________________________。
[解析]　(1)根据图示，2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH2＝(－99.2 kJ·mol-1－23.9 kJ·mol-1)＝－123.1 kJ·mol-1；该反应ΔH2<0、ΔS<0，在低温下能自发进行。(2)①300 ℃时，通入CO2、H2各2 mol，平衡时CH3OCH3的选择性、CO2的平衡转化率都为30%，平衡时生成CH3OCH3的物质的量为＝0.09 mol；设容器内压强为p，参加反应Ⅰ的CO2的物质的量为2 mol×30%×(1－30%)＝0.42 mol，反应生成CO的物质的量为0.42 mol，反应生成水的物质的量为0.42 mol＋0.09 mol×3＝0.69 mol，根据氢元素守恒，参加反应的氢气的物质的量为0.42 mol＋0.09 mol×6＝0.96 mol，平衡时容器中氢气的物质的量为2 mol－0.96 mol＝1.04 mol，此温度下反应Ⅰ的平衡常数Kp＝≈0.20；
②反应Ⅰ为吸热反应，二氧化碳的平衡转化率随温度升高而增大，反应Ⅱ为放热反应，二氧化碳的平衡转化率随温度升高而减小，300～360 ℃时，反应Ⅰ的趋势大于反应Ⅱ。
[答案]　(1)－123.1　低温　(2)①0.09　0.20　②反应Ⅰ为吸热反应，二氧化碳的平衡转化率随温度升高而增大，反应Ⅱ为放热反应，二氧化碳的平衡转化率随温度升高而减小，300～360 ℃时，反应Ⅰ的趋势大于反应Ⅱ
热点题空专练 工业生产中的化学平衡图像分析与生产条件的选择
1．(2024·张家界一模，节选)丙烯是一种用途广泛的有机原料，可制备多种化工产品。请回答：
已知：CH2==CHCH3与H2O发生加成反应的化学方程式如下(a、b均大于0)：
Ⅰ：CH2==CHCH3(g)＋H2O(g) HOCH2CH2CH3(g)　ΔH1＝－a kJ·mol-1
Ⅱ：CH2==CHCH3(g)＋H2O(g) CH3CH(OH)CH3(g)　ΔH2＝－b kJ·mol-1
“反应Ⅰ”和“反应Ⅱ”均满足范特霍夫方程ln Kp＝－＋C(R为热力学常数，C为不同反应常数)，其平衡常数与温度的关系如图1所示，T1 ℃时，在初始压强为400 kPa的恒容密闭容器中，按1∶1的物质的量之比充入CH2==CHCH3(g)和H2O(g)发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，产物的分压随时间变化如图2所示：
(1)由图可知“反应Ⅰ”和“反应Ⅱ”的焓变ΔH1________(填“＞”“＝”或“＜”)ΔH2。
(2)若在绝热恒容容器中发生上述反应，则下列事实能说明反应达到平衡状态的是________(填字母)。
A．容器内气体的压强不变
B．容器内温度不变
C．容器内气体的密度不再改变
D．容器内n(CH2==CHCH3)∶n(H2O)的比值不变
(3)①图2中表示CH3CH(OH)CH3的曲线为________(填“M”或“N”)。
②图2中CH2==CHCH3(g)的平衡转化率为________%。
③T1℃时，反应Ⅱ的平衡常数Kp＝________kPa-1(Kp为以分压表示的平衡常数)。
④若其他条件不变，T1℃时，向压强为400 kPa的恒压密闭容器中，充入n(CH2==CHCH3)∶n(H2O)＝1∶1的混合气体，达到新平衡时，CH3CH(OH)CH3(g)的平衡产率将________(填“变大”“变小”或“不变”)。
[解析]　(1)根据图1可知：降低温度，两个反应的化学平衡常数都增大，说明两个反应的正反应都是放热反应，反应Ⅱ斜率大于反应Ⅰ，说明反应Ⅱ平衡正向移动的程度更大，反应放出的热量更多，反应放出热量越多，则反应热越小，所以ΔH1＞ΔH2。(3)①根据图1变化趋势看，降低温度，化学平衡常数增大，说明降低温度，化学平衡正向移动，正反应为放热反应，温度对反应Ⅱ影响更大，所以曲线变化程度大的曲线M表示的反应Ⅱ的生成物CH3CH(OH)CH3(g)的分压变化；曲线N表示HOCH2CH2CH3(g)分压变化；②加入的n(CH2==CHCH3)∶n(H2O)＝1∶1，反应时物质的量变化量之比也是1∶1，开始时总压强为p0＝400 kPa，p(H2O)开始＝p(CH2==CHCH3)开始＝0.5p0，反应达到平衡时，p[CH3CH(OH)CH3]＝100 kPa＝p0＝；p[HOCH2CH2CH3]＝20 kPa＝p0＝0.05p0；物质反应时压强比等于气体的物质的量之比，则根据物质反应转化关系可知平衡时p(H2O)平衡＝p(CH2==CHCH3)平衡＝0.5p0－0.25p0－0.05p0＝，则CH2==CHCH3的平衡转化率为×100%＝60%；③根据②计算可知：在T1温度下绝热恒容反应体系中，反应Ⅱ达到平衡后，p[CH3CH(OH)CH3]＝；p(H2O)平衡＝p(CH2==CHCH3)平衡＝0.2p0，则反应Ⅱ的压强平衡常数Kp＝＝＝＝ kPa-1；④若其他条件不变，T1 ℃的绝热恒容条件改为恒压条件，由于两个反应均为气体体积减小的反应，反应达到平衡后气体压强减小，若改为恒压，相当于对恒容反应达到平衡后增大体系压强，增大压强化学平衡正向移动，在反应达到新平衡时，CH3CH(OH)CH3(g)的平衡产率将变大。
[答案]　(1)＞　(2)AB　(3)①M　②60%　③　④变大
2．(1)在恒温、恒压容器中，按体积比1∶3加入N2和H2进行合成氨反应，达到平衡后，再向容器中充入适量氨，达到新平衡时，c(H2)将________(填“增大”“减小”或“不变”，后同)；若在恒温、恒容条件下c(N2)/c(NH3)将________。
(2)在不同温度、压强和使用相同催化剂条件下，初始时N2、H2分别为0.1 mol、0.3 mol 时，平衡时混合物中氨的体积分数(φ)如图所示。
①其中，p1、p2和p3由大到小的顺序是________，原因是__________________
_____________________________________________________________________。
②若在250 ℃、p1条件下，反应达到平衡时的容器容积为1 L，则该条件下合成氨的平衡常数K＝________(结果保留两位小数)。
[解析]　(1)在恒温、恒压容器中，按体积比1∶3加入N2和H2进行合成氨反应，达到平衡后，再向容器中充入适量氨，相当于仍按体积比1∶3通入氮气和氢气，即达到的新平衡和原平衡为等效平衡，所以c(H2)将不变；若在恒温、恒容条件下充入适量氨，则等同于加压，加压平衡正向移动，所以c(N2)/c(NH3)将减小。(2)②由图可知氨的体积分数为66.7%，设平衡时转化的N2的物质的量为x mol，列三段式：
　　　　　N2(g)　＋　3H2(g) 2NH3(g)
始/mol 0.1 0.3 0
转/mol x 3x 2x
平/mol 0.1－x 0.3－3x 2x
则有×100%＝66.7%，解得x≈0.08，容器容积为1 L，所以平衡时c(NH3)＝0.16 mol·L-1、c(N2)＝0.02 mol·L-1、c(H2)＝0.06 mol·L-1，则K＝＝≈5 925.93。
[答案]　(1)不变　减小
(2)①p1>p2>p3　该反应的正反应为气体体积减小的反应，相同温度下，增大压强平衡正向移动，氨的体积分数增大，所以p1>p2>p3
②5.93×103或5 925.93
3．(2024·石家庄一模，节选)CO2-CH4干气重整反应制合成气(H2、CO)是CO2资源化利用的重要研究方向。其反应主要包括：
反应Ⅰ　CH4(g)＋CO2(g) 2H2(g)＋2CO(g)　ΔH1＝＋247.34 kJ·mol-1
反应Ⅱ　H2(g)＋CO2(g) H2O(g)＋CO(g)　ΔH2
(1)向T ℃、2.8 MPa的恒压密闭容器中，充入1 mol CH4(g)和1 mol CO2 (g)发生反应Ⅰ和Ⅱ。达到平衡时，CO2的转化率为80%，＝3，则平衡时气体的总物质的量n总＝________ mol；反应Ⅰ的压强平衡常数Kp＝________(MPa)2；若反应在刚性容器中达到平衡，则CO2(g)的转化率________(填“＞”“＝”或“＜”)80%。
(2)实验研究发现，在(1)条件下，催化剂表面产生积碳与下列2个反应有关：
反应Ⅲ　CH4(g) C(s)＋2H2(g)　ΔH3＝＋74.87 kJ·mol-1
反应Ⅳ　2CO(g) CO2(g)＋C(s)　ΔH4＝－172.47 kJ·mol-1
①已知ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG的值只取决于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化，反应Ⅲ和反应Ⅳ的ΔG与T的关系如图1所示，其中表示反应Ⅲ的曲线为________(填“a”或“b”)；在200～400 ℃时，催化剂表面产生的积碳主要来自反应________(填“Ⅲ”或“Ⅳ”)。
②实验表明，反应温度、压强和进料比对催化剂表面积碳生成量的影响如图2、3所示。
据此判断，有利于减少积碳生成量的措施为______(填字母)。
A．压强一定时，增大且升高温度
B．一定时，升高温度且减小压强
C．温度一定时，增大且增大压强
D．温度一定时，降低且减小压强
[解析]　(1)反应Ⅰ　CH4(g)＋CO2(g) 2H2(g)＋2CO(g)　ΔH1＝＋247.34 kJ·mol-1
反应Ⅱ　H2(g)＋CO2(g) H2O(g)＋CO(g)　ΔH2
设参加反应CH4的物质的量为x mol，参加反应Ⅱ的H2的物质的量为y mol，列三段式：
　　　　　　　CH4(g)＋CO2(g) 2H2(g)＋2CO(g)
起始量/mol 1 1 0 0
变化量/mol x x 2x 2x
平衡量/mol 1－x
　　　　　　　H2(g)＋CO2(g) H2O(g)＋CO(g)
起始量/mol 2x 1 0 2x
变化量/mol y y y y
平衡量/mol 2x－y 1－x－y y 2x＋y
则x＋y＝0.8，＝3，解得x＝y＝0.4，则平衡时CH4、CO2、CO、H2、H2O的物质的量分别为0.6 mol、0.2 mol、1.2 mol、0.4 mol、0.4 mol，气体的总物质的量n总＝0.6 mol＋0.2 mol＋1.2 mol＋0.4 mol＋0.4 mol ＝2.8 mol；反应Ⅰ的压强平衡常数Kp＝＝；若反应在刚性容器中达到平衡，则相当于恒压容器达平衡后加压，平衡逆向移动，CO2(g)的转化率减小，即CO2(g)的转化率＜80%。
(2)①反应Ⅲ中，ΔS＞0，ΔH＞0，则升高温度，ΔG减小，曲线为b；在200～400 ℃时，反应Ⅲ(b曲线)的ΔG＞0，反应未发生，反应Ⅳ(a曲线)的ΔG<0，反应发生，则在200～400 ℃时，催化剂表面产生的积碳主要来自反应Ⅳ。②A．从图2可看出，压强一定时，升高温度，积碳生成量不断减少，增大，积碳生成量不断增大，A不符合题意；B．从图2可看出，一定时，升高温度，积碳生成量不断减少，从图3可看出，温度一定时，减小压强，积碳生成量不断减少，B符合题意；C．从图2可看出，温度一定时，增大，积碳生成量不断增大，从图3可看出，温度一定时，增大压强，积碳生成量不断增大，C不符合题意；D．从图2可看出，温度一定时，降低，积碳生成量不断减少，从图3可看出，温度一定时，降低压强，积碳生成量不断减少，D符合题意。
[答案]　(1)2.8　1.92　＜　(2)①b　Ⅳ　②BD
4．(2024·岳阳一模)氢能是最具应用前景的绿色能源，下列反应是目前大规模制取氢气的方法之一：
CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH
已知：①C(s)＋O2(g) CO(g)　ΔH1＝－110.5 kJ·mol-1；
②H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH2＝－241.8 kJ·mol-1；
③C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH3＝－393.5 kJ·mol-1。
请回答下列问题：
(1)ΔH＝________。
(2)在T1 ℃时，将0.10 mol CO与0.40 mol H2O(g)充入5 L的恒容密闭容器中，反应达到平衡时，H2的物质的量分数x(H2)＝0.08。
①CO的平衡转化率α＝________%；T1 ℃时，反应平衡常数K＝________(保留两位有效数字)。
②由T1 ℃时上述实验数据计算得到v正～x(CO)和v逆～x(H2)的关系如图1所示。若升高温度，反应重新达到平衡，则v正～x(CO)相应的点变为________(填图中字母，下同)、v逆～x(H2)相应的点变为________。
(3)反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)的Arrhenius经验公式的实验数据如图2中曲线所示，已知经验公式为Rln k＝－＋C(其中Ea为活化能，k为速率常数，R和C为常数)。该反应的活化能Ea＝________ kJ·mol-1。
[解析]　(1)根据盖斯定律可知③－①－②得目标反应，即ΔH＝ΔH3－ΔH1－ΔH2＝(－393.5 kJ·mol-1)－(－110.5 kJ·mol-1)－(－241.8 kJ·mol-1)＝－41.2 kJ·mol-1。
(2)①设平衡时，消耗CO的物质的量为x mol，列三段式：
　　　　　　CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)
起始/mol 0.10 0.40 0 0
转化/mol x x x x
平衡/mol 0.10－x 0.40－x x x
＝0.08，解得x＝0.04，CO的平衡转化率α＝×100%＝40%；T1 ℃时，反应平衡常数K＝≈0.074；②对于反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41.2 kJ·mol-1，平衡时CO的体积分数为＝0.12，H2的体积分数为＝0.08，升高温度时，正、逆反应速率均加快，因此排除A、F点。正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，再次平衡时CO的物质的量分数大于0.12，H2的物质的量分数小于0.08，因为气体总物质的量不变，且方程式中各气体的化学计量数均为1，所以x(CO)增大的值＝x(H2)减小的值，x(CO)由0.12增加到0.16，为E点，x(H2)由0.08减小到0.04，为B点。(3)根据图像可得①63.0×10-3 kJ·mol-1·K-1＝－3.0×10-3 K-1×Ea＋C，②33.0×10-3 kJ·mol-1·K-1＝－4.0×10-3 K-1×Ea＋C，联立方程解得Ea＝30.0 kJ·mol-1，则反应的活化能为30.0 kJ·mol-1。
[答案]　(1)－41.2 kJ·mol-1
(2)①40　0.074　②E　B
(3)30.0
5．(2024·怀化二模，节选)CO2催化加氢制取甲醇(CH3OH)，反应如下：
主反应：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－49.01 kJ·mol-1
副反应：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41.17 kJ·mol-1
在一定条件下，向某1 L恒容密闭容器中充入1 mol CO2和a mol H2发生反应。实验测得CO2的平衡转化率和平衡时CH3OH的选择性随温度变化如图所示。
已知：CH3OH的选择性＝×100%。
(1)图中表示平衡时CH3OH的选择性的曲线为________(填“X”或“Y”)；温度低于280 ℃时，曲线Y随温度升高而下降的原因是________________________
_____________________________________________________________________。
(2)240 ℃时，容器内达到平衡状态时副反应的K＝1，则初始充入H2的物质的量a＝________mol(保留三位有效数字)。
[解析]　(1)主反应为放热反应，升高温度，化学平衡逆向移动，导致生成物甲醇的量减少；而副反应为吸热反应，升高温度，化学平衡正向移动，导致反应物二氧化碳转化率增大，甲醇的选择性降低，结合题图可知，曲线X表示平衡时CH3OH的选择性随温度的变化，曲线Y表示CO2的平衡转化率随温度的变化；温度低于280 ℃时主反应竞争力更大，主反应正向放热，升高温度主反应平衡逆向移动，二氧化碳的转化率随温度升高而降低。
(2)列三段式：
　　　　　　CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)
起始/mol 1 a 0 0
变化/mol x 3x x x
平衡/mol 1－x a－3x x x
有＝0.4，＝0.8，求得x＝0.32，y＝0.08；副反应的化学平衡常数K＝＝＝1，解得a≈1.09，即初始充入H2的物质的量a＝1.09 mol。
[答案]　(1)X　温度低于280 ℃时主反应竞争力更大，主反应正向放热，升高温度主反应平衡逆向移动，二氧化碳的转化率随温度升高而降低　(2)1.09
热点题空专练 电化学中的电极反应和有关计算
1．(1)(2024·延边一模，节选)如图所示是绿色电源“二甲醚(CH3OCH3)燃料电池”的工作原理示意图(a、b电极均为多孔性Pt电极)。负极是________(填“a”或“b”)电极，该电极的电极反应式是______，若有8 mol氢离子通过质子交换膜，则b电极在标准状况下吸收________L氧气。
(2)(2024·长沙一模，节选)科研人员新研发了一种Ca-LiFePO4可充电电池，工作原理如图，电池总反应为xCa2+＋2LiFePO4 xCa＋2Li1－xFePO4＋2xLi＋(0①充电时，钙电极与电源________相连。
②放电时的正极反应式为_______________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析]　(1)根据图示，a电极上二甲醚失电子发生氧化反应生成二氧化碳，则负极是a电极，该电极的电极反应式是CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋，若有8 mol氢离子通过质子交换膜，说明电路中转移8 mol电子，b电极发生反应：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，则b电极消耗2 mol氧气，在标准状况下吸收44.8 L氧气。(2)①由总反应可知，充电时，钙电极为阴极，与电源负极相连。②放电时右侧电极为正极，Li1－xFePO4得到电子发生还原反应生成LiFePO4，正极反应式为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4(0[答案]　(1)a　CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋　44.8　(2)①负极　②Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4(02．(1)(2024·赣州模拟，节选)研究证明，CO2可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，则生成甲醇的反应发生在____________(填“阳”或“阴”)极，电极反应式为___________________________________。
(2)(2024·重庆二诊，节选)科学家发现，N2和H2组成的原电池合成氨与工业合成氨相比具有效率高，条件易达到等优点。其装置如图所示，写出该原电池的电极反应：_________________________________，____________________________，若N2来自空气(假定N2在空气中的占比为80%)，当钯电极B到A间通过2 mol H＋时理论上需要标准状况下空气的体积为________(结果保留两位小数)。
[解析]　(1)CO2转化为甲醇的过程中碳元素化合价降低，CO2得电子，则生成甲醇的反应发生在阴极。(2)N2和H2组成的原电池中H2被氧化，N2被还原，所以通H2的一极为负极，通N2的一极为正极，负极反应式为3H2－6e－===6H＋，正极反应式为N2＋6e－＋6H＋===2NH3；当电极B到A间通过2 mol H＋时，电路中转移2 mol e－，理论上需要氮气的物质的量为 mol，标准状况下空气的体积为 L≈9.33 L。
[答案]　(1)阴　CO2＋6e－＋6H＋===CH3OH＋H2O
(2)负极：3H2－6e－===6H＋　正极：N2＋6e－＋6H＋===2NH3　9.33 L
3．(2024·邯郸二模，节选)甲醇可通过电化学方法由甲烷直接制得，装置如图所示：
已知，电解生成甲醇的过程分3步：
①通电时，氯离子先转化成高活性的氯原子(Cl·)；②Cl·与吸附在电极上的CH4反应生成HCl和CH3Cl；③在碱性电解液中，CH3Cl转化为目标产物CH3OH。当步骤①有2 mol Cl·生成时，外电路中转移的电子数为________(用含NA的代数式表示，NA表示阿伏加德罗常数的值)。阴极的电极反应式为_____________________________。
[解析]　阳极发生反应：Cl－－e－===Cl·，根据电极方程式可知，当有2 mol Cl·生成时，外电路中转移2 mol电子，则转移电子数为2NA；阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
[答案]　2NA　2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
4．(2024·重庆一诊，节选)S8广泛用于杀菌剂和抗真菌剂中，可由H2S2的燃料电池获得，其装置如图所示。
(1)H2S2的名称是________。
(2)电极b为________(填“正极”或“负极”)。
(3)电极a上发生的电极反应为___________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析]　(1)根据H2O2的名称是过氧化氢可判断H2S2的名称是过硫化氢。(2)电极b产生水，说明氧气得到电子发生还原反应，电极b为正极。(3)电极a是负极，H2S2发生失去电子的氧化反应，由于是质子固体电解质膜，则发生的电极反应为4H2S2－8e－===S8 ＋8H＋。
[答案]　(1)过硫化氢　(2)正极　(3)4H2S2－8e－===S8＋8H＋
5．(2024·沈阳一模，节选)一种基于铜基金属簇催化剂电催化还原CO2制备甲醇的装置如图1所示。控制其他条件相同，将一定量的CO2通入该电催化装置中，阴极所得产物及其物质的量与电压的关系如图2所示。
(1)b电极生成CH3OH的电极反应式为________。
(2)控制电压为0.8 V，电解时转移电子的物质的量为________mol。
[解析]　(1)根据图1所示，a电极为阳极，b电极为阴极，b极上生成CH3OH的电极反应式为CO2＋6e－＋6H＋===CH3OH＋H2O。(2)由图2知，控制电压为0.8 V时，阴极生成0.2 mol C2H5OH和0.2 mol H2，阴极的电极反应式为2CO2＋12e－＋12H＋===C2H5OH＋3H2O、2H＋＋2e－===H2↑，电解时转移电子的物质的量为0.2 mol×12＋0.2 mol×2＝2.8 mol。
[答案]　(1)CO2＋6e－＋6H＋===CH3OH＋H2O　(2)2.8
6．(2024·平谷区质检)用KOH溶液充分吸收CO2后，将溶液进行电解，可实现CO2转化为有机物。在相同条件下，恒定通过电解池的电量，电解得到的部分还原产物的法拉第效率(FE%)随电解电压的变化如图所示。
已知FE%＝×100%
其中，QX＝nF，n表示电解生成还原产物X所转移电子的物质的量，F表示法拉第常数。
(1)当电解电压为U1 V时，电解过程中含碳还原产物的FE%为0，阴极主要还原产物为________(填化学式)。
(2)当电解电压为U2 V时，阴极由生成CH4的电极反应式为_____________________________________________________________________。
(3)当电解电压为U3 V时，电解生成的C2H4和HCOO－的物质的量之比为________。
[解析]　(1)当电解电压为U1 V时，电解过程中含碳还原产物的FE%为0，说明二氧化碳没有在阴极得到电子发生还原反应，而是水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，则阴极主要还原产物为H2。
(2)由题意可知，当电解电压为U2 V时，碳酸氢根离子可在阴极得到电子发生还原反应生成甲烷，该过程中，C元素的化合价由＋4价降低至－4价，则阴极生成CH4的电极反应式为＋8e－＋6H2O===CH4↑＋9OH－。(3)由图可知，当电解电压为U3 V时，电解生成乙烯的FE%为24%，生成甲酸根离子的FE%为8%，说明电解生成C2H4所转移电子的物质的量是生成HCOO－的3倍，由过程中碳元素的化合价变化可知，C2H4～12e－，HCOO－～2e－，则电解生成的C2H4和HCOO－的物质的量之比为1∶2。
[答案]　(1)H2　＋8e－＋6H2O===CH4↑＋9OH－　(3)1∶2
综合大题集训 化学反应原理综合题
1．(2024·黄山二模)氨是最基本的化工原料，常用于制液氮、氨水、硝酸、铵盐和胺类等。
(1)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下：
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.0 kJ·mol-1
根据下列键能数据，结合上述反应数据，计算N—H的键能是________ kJ·mol-1。
化学键 N≡N H—H
键能/(kJ·mol-1) 946 436
(2)合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前需经过铜氨溶液处理，目的是除去其中CO，其反应为[Cu(NH3)2]＋＋CO＋NH3 [Cu(NH3)3CO]＋　ΔH<0。
①配离子[Cu(NH3)3CO]＋的中心离子是______，配位数是________。
②铜氨溶液吸收CO适宜的生产条件：________(填“高”或“低”，下同)温、________压。
(3)恒温恒压条件下，向容器中通入1 mol N2和3 mol H2，合成氨反应用摩尔分数表示的平衡常数Kx＝，达到平衡时N2的转化率为________[保留3位有效数字，已知反应的aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)　Kx＝，物质i的摩尔分数xi＝＝2.24]。
(4)制备(NH4)2SO4时所需的NH3可以通过反应合成，但缺。有学者倡议：常温下，把石膏矿中Ca(Ⅱ)转化为难溶的CaCO3，留下的和形成(NH4)2SO4，反应方程式如下：CaSO4(s)＋2NH3·H2O(aq)＋H2CO3(aq) (NH4)2SO4(aq)＋CaCO3(s)＋2H2O(l)，化学平衡常数为Kc，用下列相关K的符号来表示Kc＝________。通过计算反应的Kc判断以上倡议________(填“可行”或“不可行”)[已知Ksp(CaCO3)＝2.5×10-9，Ksp(CaSO4)＝9.0×10-6，Kb(NH3·H2O)＝1.8×10-5，H2CO3的Ka1＝4.0×10-7、Ka2＝5.0×10-11，Kw＝1.0×10-14]。
[解析]　(1)由反应热＝反应物键能总和－生成物键能总和可得：(946 kJ·mol-1＋436 kJ·mol-1×3)－6E(N—H)＝－92.0 kJ·mol-1，解得E(N—H)＝391 kJ·mol-1。(2)②铜氨溶液吸收一氧化碳的反应为气体体积减小的放热反应，降低温度、增大压强，平衡均向正反应方向移动，则适宜的生产条件为低温、高压。(3)设平衡时消耗氮气的物质的量为a mol，由题意可建立如下三段式：
　　　　　　N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
起始/mol 1 3 0
转化/mol a 3a 2a
平衡/mol 1－a 3－3a 2a
由合成氨反应的平衡常数可得：＝，解得a1＝1＋(舍去)、a2＝1－，则氮气的转化率为×100%≈10.7%。(4)Kc＝
＝
＝
＝≈2.33×105。
[答案]　(1)391　(2)①Cu＋　4　②低　高　(3)10.7%　
(4)　可行
2．(2024·哈尔滨一模)利用1-甲基萘(1-MN)制备四氢萘类物质(MTLs，包括1-MTL和5-MTL)。
反应过程中伴有生成十氢萘(1-MD)的副反应，涉及反应如图：
回答下列问题：
(1)1-甲基萘(1-MN)中的大π键可表示为______，提高R1反应选择性的关键因素是_______________________________________________。
(2)已知一定条件下反应R2、R3、R4的焓变分别为ΔH2、ΔH3、ΔH4，则反应R1的焓变为________(用含ΔH2、ΔH3、ΔH4的代数式表示)。
(3)四个平衡体系的平衡常数与温度的关系如图甲所示。
①a、b分别为反应R4和R2的平衡常数随温度变化的曲线，则表示反应R3的平衡常数随温度变化的曲线为________。
②已知反应R1的速率方程v正＝k正·c(1-MN)·c2(H2)，v逆＝k逆·c(5-MTL)(k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，只与温度、催化剂有关)。温度T1下反应达到平衡时1.5k正＝k逆，温度T2下反应达到平衡时k正＝k逆。由此推知，T1________(填“>”“<”或“＝”)T2。
③下列说法正确的是________(填字母)。
A．四个反应均为放热反应
B．压强越大，温度越低越有利于生成四氢萘类物质
C．由上述信息可知，300 K时反应R4速率最快
D．反应体系中1-MD最稳定
(4)1-MN在6.0×103 kPa的高压H2氛围下反应(H2压强近似等于总压)。不同温度下达平衡时各产物的选择性Si(某生成物i的物质的量与消耗1-MN的物质的量之比)和物质的量分数xi(xi表示物种i与除H2外其他各物种总物质的量之比)随1-MN平衡转化率y的变化关系如图乙所示，y为65%时反应R1的平衡常数Kp＝________kPa-2(列出计算式)。
[解析]　(3)①由于生成十氢萘(1-MD)的总反应是相同的，则总反应的平衡常数在一定温度下为定值，则K1K2＝K3K4，a、b分别为反应R4和R2的平衡常数随温度变化的曲线，由图像可知，相同温度下K2K3，结合图像可知，表示反应R3的平衡常数随温度变化曲线为d。②反应达平衡时，v正＝v逆，则v正＝k正·c(1-MN)·c2(H2)＝v逆＝k逆·c(5-MTL)，平衡常数K＝＝，T1温度时K＝＝，T2温度时K＝＝1，由图甲可知，K随温度升高而减小，则T1>T2。③A．由图甲可知，升高温度，K逐渐减小，说明升高温度平衡逆向移动，则四个反应均为放热反应，A正确；B．R1和R3均为气体体积减小的放热反应，但是反应过程中伴有生成十氢萘(1-MD)的副反应R2和R4，副反应均为气体体积减小的放热反应，因此压强越大，温度越低，可能会导致副产物的增多，B错误；C．由①知，a为反应R4的平衡常数随温度变化的曲线，300 K时反应R4的平衡常数最大，但不代表其反应速率最快，C错误；D．能量越低越稳定，反应过程中生成1-MD的总反应为放热反应，说明生成物的能量低于反应物，故反应体系中1-MD最稳定，D正确。(4)R1、R3、R2、R4的反应分别为1-MN(g)＋2H2(g) 5-MTL(g)、1-MN(g)＋2H2(g) 1-MTL(g)、5-MTL (g)＋3H2(g) 1-MD(g)、1-MTL(g)＋3H2(g) 1-MD(g)，设1-MN的初始物质的量为1 mol，1-MN平衡转化率y为65%时，平衡时1-MN为(1－0.65)mol；由图可知，1-MTL和5-MTL物质的量分数共a%，S1-MTL为b%，则平衡时，5-MTL的物质的量为(a%－0.65×b%)mol；H2压强近似等于总压即6.0×103 kPa，则反应R1的平衡常数Kp＝＝ kPa-2。
[答案]　 (1)　催化剂的活性
(2)ΔH1＝ΔH3＋ΔH4－ΔH2
(3)①d　②>　③AD
(4)
3．(2024·潍坊一模)苯乙烯是重要的基础化工原料，工业上常利用乙苯催化脱氢制备苯乙烯。涉及的反应如下：
ⅰ．C6H5C2H5(g) C6H5CH==CH2(g)＋H2(g)　ΔH1
ⅱ．C6H5C2H5(g)＋H2(g) C6H5CH3(g)＋CH4(g)　ΔH2
ⅲ．C6H5C2H5(g) C6H6(g)＋CH2==CH2(g)　ΔH3
回答下列问题：
(1)已知部分化学键的键能：
化学键 C—C C==C C—H H—H
键能/(kJ·mol-1) 332 611 414 436
ΔH2＝________kJ·mol-1。
(2)一定温度下，在恒压密闭容器中充入乙苯和水蒸气，在催化剂作用下发生上述反应，测得反应体系中甲苯的选择性S(S＝×100%)及随时间变化曲线如图所示。
曲线乙代表的是________；水蒸气作稀释气，增大水蒸气的物质的量，乙苯的转化率将________(填“变大”“变小”或“不变”)。曲线甲随时间变化的原因之一是催化剂积碳，水蒸气的存在还有利于减少积碳，原因是___________________
_____________________________________________________________________。
(3)将6 mol 水蒸气和1 mol 乙苯混合，通入初始压强为100 kPa的恒压密闭容器，测得乙苯的平衡转化率、苯和甲苯的选择性随温度的变化关系分别如图所示。
620 ℃条件下进行反应，达到平衡时容器中H2的物质的量n(H2)＝________ mol，反应ⅰ的平衡常数Kp＝________kPa(列出计算式)。
[解析]　(1)反应ⅱ中反应物断裂1个C—C、1个H—H，生成物形成2个C—H，则ΔH＝332 kJ·mol-1＋436 kJ·mol-1－2×414 kJ·mol-1＝－60 kJ·mol-1。(2)根据反应ⅰ和ⅱ的化学方程式可知，＝，若曲线甲代表甲苯的选择性，由题图可知，当甲苯选择性约为12%时，≈20，则苯乙烯的选择性会超过100%，不符合实际；则曲线甲代表，曲线乙代表的是甲苯的选择性；该反应在恒压密闭容器中，增大水蒸气的物质的量，容器容积增大，相当于减小压强，平衡向气体分子数增加的方向移动，则乙苯的转化率将变大。一定温度下，水蒸气能和C反应：C＋H2O===CO＋H2，故水蒸气的存在还有利于减少积碳。(3)反应ⅱ为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，生成甲苯的物质的量减小，甲苯的选择性减小，则图中随温度升高而降低的曲线代表甲苯的选择性，图中随温度升高而升高的曲线代表苯的选择性；620 ℃条件下进行反应，达到平衡时，乙苯的转化率为80%，苯的选择性为3%，甲苯的选择性为7%，反应开始时，乙苯的物质的量为1 mol，则反应消耗的乙苯的物质的量为0.8 mol，生成苯的物质的量为0.024 mol，生成甲苯的物质的量为0.056 mol，则转化生成苯乙烯所消耗乙苯的物质的量为0.8 mol－0.024 mol－0.056 mol＝0.72 mol，则反应ⅰ生成氢气的物质的量为0.72 mol，反应ⅱ生成甲苯所消耗氢气的物质的量为0.056 mol，则反应剩余氢气的物质的量为0.664 mol；反应达到平衡后，乙苯的物质的量为0.2 mol，苯乙烯的物质的量为0.72 mol，氢气的物质的量为0.664 mol，苯的物质的量为0.024 mol，乙烯的物质的量为0.024 mol，甲苯的物质的量为0.056 mol，甲烷的物质的量为0.056 mol，气体总物质的量为0.2 mol＋0.72 mol＋0.664 mol＋0.056 mol＋0.056 mol＋0.024 mol＋0.024 mol ＋6 mol＝7.744 mol，则反应ⅰ的平衡常数Kp＝ kPa。
[答案]　(1)－60
(2)甲苯的选择性　变大　水蒸气与积碳发生反应C＋H2O===CO＋H2，消除积碳
(3)0.664　
4．(2024·邯郸一模)研究可再生资源甲醇、乙醇等低碳醇，对于环境问题和能源问题都具有非常的意义。利用乙醇、水催化重整可获得H2。相关主要反应如下：
反应ⅰ：C2H5OH(g)＋3H2O(g) 2CO2(g)＋6H2(g)　ΔH1＝＋173.3 kJ·mol-1　K1
反应ⅱ：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ·mol-1　K2
请回答下列问题：
(1)298 K时，相关物质的相对能量如表所示。
物质 CO(g) H2O(g) H2(g)
相对能量/(kJ·mol-1) －110.5 －241.8 0
①由表中数据推测，H2O(l)的相对能量________(填“>”“<”或“＝”)－241.8 kJ·mol-1。
②C2H5OH(g)的相对能量为________kJ·mol-1。
(2)若上述反应在某密闭容器中发生并达到平衡状态。
①压缩容器的容积，乙醇的平衡转化率________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，反应ⅱ的逆反应速率________。
②已知：ln K＝－(R为常数，忽略温度变化对ΔH、ΔS的影响)，升高温度后反应ⅰ、ⅱ的化学平衡常数变化量分别为ΔK1、ΔK2，则______(填“>”“<”或“＝”)1。
(3)T ℃时，向2 L恒容密闭容器中充入2 mol C2H5OH(g)和6 mol H2O(g)，发生反应ⅰ和反应ⅱ，3 min后达到平衡状态，测得C2H5OH(g)的转化率为90%，容器内CO(g)的体积分数为10%，则0～3 min，v(C2H5OH)＝________ mol·L-1·min-1。该温度下，反应ⅱ的平衡常数K＝________(结果保留2位小数)。
(4)某科研团队在“热电耦合催化——电化学”促进低温高效甲醇蒸汽重整制氢(MSR)方面取得进展，其原理如图所示(图中带“*”的微粒代表吸附在电极上)：
电催化(HOR)反应的总电极反应式为___________________________，该过程产生的中间体有________；电解过程中会有部分CO2扩散到N极区，则纯化H2的方法为________。
[解析]　(1)②根据反应CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ·mol-1可知，CO2(g)的相对能量为(－110.5－241.8－0－41.2)kJ·mol-1＝－393.5 kJ·mol-1，由于C2H5OH(g)＋3H2O(g) 2CO2(g)＋6H2(g)　ΔH1＝＋173.3 kJ·mol-1，因此C2H5OH(g)的相对能量为[(－393.5)×2＋6×0－3×(－241.8)－173.3]kJ·mol-1＝。(2)②已知：lnK＝－(R为常数，忽略温度变化对ΔH、ΔS的影响)，两个反应均为吸热反应，升高相同的温度，ΔH越大，ΔK越大，即＞1。(3)Δc＝＝＝0.9 mol·L-1，0～3 min，v(C2H5OH)＝＝0.3 mol·L-1·min-1。假设CO平衡时的浓度为x mol·L-1，列三段式：
　　　　　　　　　CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)
起始/(mol·L-1) 1.8 5.4 0 0.3
转化/(mol·L-1) x x x x
平衡/(mol·L-1) 1.8－x 5.4－x x 0.3＋x
达到平衡时，容器内CO(g)的体积分数为10%，即×100%＝10%，解得x＝0.76，即c(CO2)＝(1.8－x)mol·L-1＝1.04 mol·L-1，c(H2)＝(5.4－x)mol·L-1＝4.64 mol·L-1，c(H2O)＝(0.3＋x)mol·L-1＝1.06 mol·L-1，反应ⅱ的平衡常数K＝＝≈0.17。(4)反应物为CH3OH、H2O，生成物为CO2、H2，总反应式为CH3OH＋H2OCO2↑＋3H2↑；由图可知，该过程产生的中间体有CO*、；电解过程中会有部分CO2扩散到N极区，则纯化H2的方法为将混合气体通过碱石灰，使CO2被吸收。
[答案]　(1)①＜　②－234.9 　(2)①减小　增大　②＞(3)0.3　0.17
(4)CH3OH＋H2OCO2＋3H2　CO*、　将混合气体通过碱石灰
高考大题集训 化学反应原理综合题
1．(2024·河北卷，T17)氯气是一种重要的基础化工原料，广泛应用于含氯化工产品的生产。硫酰氯及1，4-二(氯甲基)苯等可通过氯化反应制备。
(1)硫酰氯常用作氯化剂和氯磺化剂，工业上制备原理如下：
SO2(g)＋Cl2(g) SO2Cl2(g)　ΔH＝－67.59 kJ·mol-1
①若正反应的活化能为E正 kJ·mol-1，则逆反应的活化能E逆＝________kJ·mol-1(用含E正的代数式表示)。
②恒容密闭容器中按不同进料比充入SO2(g)和Cl2(g)，测定T1、T2、T3温度下体系达平衡时的Δp(Δp＝p0－p，p0为体系初始压强，p0＝240 kPa，p为体系平衡压强)，结果如图甲。
图甲中温度由高到低的顺序为____________，判断依据为____________________
_____________________________________________________________________。
M点Cl2的转化率为________，T1温度下用分压表示的平衡常数Kp＝________kPa-1。
③图乙曲线中能准确表示T1温度下Δp随进料比变化的是________(填字母)。
(2)1，4-二(氯甲基)苯(D)是有机合成中的重要中间体，可由对二甲苯(X)的氯化反应合成。对二甲苯浅度氯化时反应过程为
以上各反应的速率方程均可表示为v＝kc(A)c(B)，其中c(A)、c(B)分别为各反应中对应反应物的浓度，k为速率常数(k1～k5分别对应反应①～⑤)。
某温度下，反应器中加入一定量的X，保持体系中氯气浓度恒定(反应体系体积变化忽略不计)，测定不同时刻相关物质的浓度。
已知该温度下，k1∶k2∶k3∶k4∶k5＝100∶21∶7∶4∶23。
①30 min时，c(X)＝6.80 mol·L-1，且30～60 min内v(X)＝0.042 mol·L-1·min-1，反应进行到60 min时，c(X)＝________mol·L-1。
②60 min时，c(D)＝0.099 mol·L-1，若0～60 min产物T的含量可忽略不计，则此时c(G)＝________mol·L-1；60 min后，随T的含量增加，________(填“增大”“减小”或“不变”)。
[解析]　(1)①根据反应热ΔH与活化能E正、E逆的关系为ΔH＝E正－E逆可知，该反应的E逆＝E正－ΔH＝(E正＋67.59)kJ·mol-1。②该反应的正反应为气体体积减小的反应，因此反应正向进行程度越大，平衡时容器内压强越小，Δp越大。从T3到T1，Δp增大，说明反应正向进行程度逐渐增大，已知正反应为放热反应，则温度由T3到T1逐渐降低，即T3>T2>T1。由题图甲中M点可知，进料比为n(SO2)∶n(Cl2)＝2，平衡时Δp＝60 kPa，已知恒温恒容情况下，容器内气体物质的量之比等于压强之比，可据此列出“三段式”。
　　　　　　　　SO2(g)＋Cl2(g) SO2Cl2(g)　Δp
起始压强/kPa 160 80
变化压强/kPa 60 60 60 60
平衡压强/kPa 100 20 60
可计算得α(Cl2)＝×100%＝75%，Kp＝＝＝0.03 kPa-1。③由题图甲中M点可知，进料比为2时，Δp＝60 kPa，结合“三段式”，以及T1时化学平衡常数可知，进料比为0.5时，Δp也为60 kPa，曲线D上存在(0.5，60)。
(2)①根据化学反应速率的计算公式v(X)＝，60 min时，c(X)＝6.80 mol·L-1－v(X)·Δt＝6.80 mol·L-1－0.042 mol·L-1·min-1×30 min＝5.54 mol·L-1。②已知＝＝，又由题给反应速率方程推知，＝＝＝3，则Δc(G)＝×Δc(D)＝0.033 mol·L-1，即60 min时c(G)＝0.033 mol·L-1。60 min后，D和G转化为T的速率比为＝＝，G消耗得更快，则增大。
[答案]　(1)①E正＋67.59　②T3>T2>T1　该反应正反应放热，且气体分子数减小，反应正向进行程度越大，容器内压强越小，Δp越大，从T3到T1，平衡时Δp增大，说明反应正向进行程度逐渐增大，对应温度逐渐降低　75%　0.03　③D　(2)①5.54　②0.033　增大
2．(2024·湖北卷，T17)用BaCO3和焦炭为原料，经反应Ⅰ、Ⅱ得到BaC2，再制备乙炔是我国科研人员提出的绿色环保新路线。
反应Ⅰ：BaCO3(s)＋C(s) BaO(s)＋2CO(g)
反应Ⅱ：BaO(s)＋3C(s) BaC2(s)＋CO(g)
回答下列问题：
(1)写出BaC2与水反应的化学方程式：____________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)已知Kp＝(pCO)n、K＝(n是CO的化学计量数)。反应Ⅰ、Ⅱ的lg K与温度的关系曲线如图1。
①反应BaCO3(s)＋4C(s) BaC2(s)＋3CO(g)在1 585 K的Kp＝________Pa3。
②保持1 320 K不变，假定恒容容器中只发生反应Ⅰ，达到平衡时pCO＝________Pa，若将容器体积压缩到原来的，重新建立平衡后pCO＝________Pa。
(3)恒压容器中，焦炭与BaCO3的物质的量之比为4∶1，Ar为载气。1 400 K和1 823 K下，BaC2产率随时间的关系曲线依实验数据拟合得到图2(不考虑接触面积的影响)。
①初始温度为900 K，缓慢加热至1 400 K时，实验表明BaCO3已全部消耗，此时反应体系能量图示与焓变(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．(2024·湖北十一校二模，节选)(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)(2024·九江二模，节选)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：
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．(2024·湖北十一校二模，节选)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)。
2．(2024·南平一模，节选)异丙醇(C3H8O)可由生物质转化得到，催化异丙醇脱水制取高值化学品丙烯(C3H6)的工业化技术已引起人们的关注，其主要反应如下：
Ⅰ．C3H8O(g) C3H6(g)＋H2O(g)　ΔH＝
Ⅱ．2C3H6(g) C6H12(g)　ΔH1＝－97 kJ·mol-1
回答下列问题：
(1)在1 350 ℃下，刚性密闭容器中加入一定量的C3H8O(g)，发生反应Ⅰ、Ⅱ。反应体系内水蒸气的浓度随反应时间的关系如下表所示：
反应时间/s 0 4 8 12 t 20 40 80 …
H2O(g)浓度/ppm 0 2 440 3 200 3 600 4 000 4 100 4 100 4 100 …
①4～8 s内，平均反应速率v(C3H8O)＝________ppm·s-1。
②表格中t________16(填“＞”“＜”或“＝”)。
③反应过程中，关于反应Ⅰ、Ⅱ的叙述一定正确的是________(填字母)。
A．反应Ⅰ、Ⅱ到20 s时才开始达到平衡
B．混合气体密度不变说明反应Ⅰ、Ⅱ已达到平衡
C．C3H8O(g)浓度不再变化说明反应Ⅰ、Ⅱ已达到平衡
D．平衡时C3H6(g)的浓度小于4 100 ppm
(2)在一定条件下，若反应Ⅰ、Ⅱ的转化率分别为60%和30%，则丙烯的产率为________。
(3)如图为反应Ⅰ、Ⅱ达到平衡时lg Kp与温度的关系曲线。已知：对于可逆反应aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)，任意时刻Qp＝[式中p(X)表示气体X的分压：p(X)＝总压×气体X的物质的量分数]。
①在350 ℃恒容平衡体系中，加入少量C3H6(g)时，反应Ⅱ的状态最有可能对应图中的________(填“甲”“乙”或“丙”)点，判断依据是__________________
_____________________________________________________________________。
②350 ℃时，在密闭容器中加入一定量的C3H8O(g)，反应Ⅰ、Ⅱ达到平衡后，测得C6H12(g)的平衡分压为a MPa，则水蒸气的平衡分压为________MPa(用含a的代数式表示)。
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．(2024·重庆模拟)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________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___________________________________________________。
2．二甲醚是清洁、高效的新型燃料。由合成气(CO2、H2)制备二甲醚的反应原理：Ⅰ．2CO2＋6H2(g)===CH3OCH3＋3H2O(g)　ΔH1<0，Ⅱ．CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2>0。在恒压条件下，按CO2与H2的物质的量之比为1∶3投料，测得CO2平衡转化率和平衡时CO的选择性(转化的CO2中生成CO的物质的量分数)随温度的变化如图所示。
(1)曲线n随温度升高显示如图所示变化的原因是___________________________
_____________________________________________________________________。
(2)T ℃时反应Ⅱ的平衡常数K＝________(保留两位有效数字)；合成二甲醚的适宜温度为260 ℃，理由是________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)其他条件不变，改为恒容条件，CO的平衡选择性比恒压条件下的平衡选择性______(填“高”“低”或“不变”)。
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．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)。
2．(2024·重庆模拟，节选)电解法也可以将CO2转化为甲醇，原理如图所示。若右侧溶液中KHCO3溶液浓度不变(忽略体积的变化)且溶液中不产生CO2，则电极b上发生的电极反应式为________。若将产生的CH3OH用于碱性燃料电池对外供电，已知该电池的比能量为6 kW·h·kg-1，甲醇的燃烧热ΔH＝－720 kJ·mol-1，该电池的能量转化率为________[已知：比能量＝；1 kW·h＝3.6×106 J]。
3．(1)(2024·湖北十一校二模)利用一种钾盐的酸性溶液作电解质，将CO2电催化还原为乙烯，如图所示，写出阴极上的电极反应式：________，当生成16 g O2时，生成乙烯________ g。
(2)(2024·江西名校联考)羟基自由基(·OH)是自然界中氧化性仅次于氟的氧化剂。我国科学家设计了一种将苯酚氧化为CO2和H2O的原电池－电解池组合装置，以实现发电、环保二位一体。
请写出b、d极的电极反应：
b．___________________________________________________________________；
d．___________________________________________________________________。
4．原料中的B2O3可由硼酸脱水制得。以NaB(OH)4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。
(2024·湖南卷，T18)丙烯腈(CH2==CHCN)是一种重要的化工原料。工业上以N2为载气，用TiO2作催化剂生产CH2==CHCN的流程如下：
已知：①进料混合气进入两釜的流量恒定，两釜中反应温度恒定。
②反应釜Ⅰ中发生的反应：
ⅰ：HOCH2CH2COOC2H5(g)―→CH2==CHCOOC2H5(g)＋H2O(g)　ΔH1
③反应釜Ⅱ中发生的反应：
ⅱ：CH2==CHCOOC2H5(g)＋NH3(g)―→CH2==CHCONH2(g)＋C2H5OH(g)　ΔH2
ⅲ：CH2==CHCONH2(g)―→CH2==CHCN(g)＋H2O(g)　ΔH3
④在此生产条件下，酯类物质可能发生水解。
回答下列问题：
(1)总反应HOCH2CH2COOC2H5(g)＋NH3(g)―→CH2==CHCN(g)＋C2H5OH(g)＋2H2O(g)　ΔH＝________(用含ΔH1、ΔH2和ΔH3的代数式表示)。
(2)进料混合气中n(HOCH2CH2COOC2H5)∶n(C2H5OH)＝1∶2，出料中四种物质(==、CH2==CHCN、C2H5OH、H2O)的流量(单位时间内出料口流出的物质的量)随时间变化关系如图：
①表示CH2==CHCN的曲线是________(填“a”“b”或“c”)。
②反应釜Ⅰ中加入C2H5OH的作用是_____________________________________
_____________________________________________________________________。
③出料中没有检测到CH2==CHCONH2的原因是___________________________
_____________________________________________________________________。
④反应11 h后，a、b、c曲线对应物质的流量逐渐降低的原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)催化剂TiO2再生时会释放CO2，可用氨水吸收获得NH4HCO3。现将一定量的NH4HCO3固体(含0.72 g水)置于密闭真空容器中，充入CO2和NH3，其中CO2的分压为100 kPa，在27 ℃下进行干燥。为保证NH4HCO3不分解，NH3的分压应不低于________kPa{已知p(H2O)＝2.5×102 kPa·mol-1×n(H2O)　NH4HCO3分解的平衡常数Kp＝4×104(kPa)3}。
(4)以CH2===CHCN为原料，稀硫酸为电解液，Sn作阴极，用电解的方法可制得Sn(CH2CH2CN)4，其阴极反应式为_____________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________。
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