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高频考点14 化学反应原理综合 专项突破
[解题指导]
反应热与盖斯定律
1、书写热化学方程式的注意事项
化学计量数只表示物质的量，不是粒子数，计量数可以是分数，计量数最好不都是分数或带有公
约数。
(2) ΔH与物质的状态有关，不要漏掉状态；ΔH与化学计量数成正比，化学计量数变ΔH也变。
(3)ΔH的符号、数值和单位不要写错或漏掉，反应条件如“高温”、“催化剂”等不必注明。
2、常见的吸热、放热过程
(1)常见的吸热过程：氢氧化钡晶体和氯化铵反应、碳和水蒸气反应、碳和二氧化碳反应、弱电解质
的电离、水解反应、熔化、汽化；NH4NO3溶于水、HI分解。
(2)常见的放热过程：中和反应、燃烧反应、金属与酸反应、Na2O2＋H2O、Na2O2＋CO2。
3、可逆反应的反应热
不论化学反应是否可逆，热化学方程式中的反应热ΔH表示反应进行到底(完全转化)时的能量变
化。如2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－197 kJ·mol－1是指2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)完全
转化为2 mol SO3(g)时放出的能量，即化学平衡的移动不会改变ΔH的值，但反应放出或吸收的热量
会发生变化。
4、盖斯定律应用的“三步”分析法
第一步：分析目标反应和已知反应，明确目标反应的反应物和生成物以及需要约掉的物质。
第二步：将每个已知热化学方程式两边同乘以某个合适的数，使已知热化学方程式中某种反应物或
生成物的化学计量数与目标热化学方程式中的该反应物或生成物的化学计量数一致，热化学方
程式中的ΔH也进行相应的换算；同时约掉目标反应中没有的物质。
第三步：将已知热化学方程式进行叠加，相应的热化学方程式中的ΔH也进行叠加。
以上可概括为找目标→看来源→变方向→调系数→相叠加→得答案。
有关化学反应速率和平衡等的图表探究
图表是高考试题的数字化语言，用图表表述化学反应过程或者呈现信息情境是近几年高考化学综
合试题常见的表达方式。如何读出图表中有效有用信息成为解题关键。一般读图要注意：
认清坐标系，弄清纵坐标、横坐标所代表的意义，并与有关原理相结合。此步特别要注意不要被
习惯思维控制，想当然认为横坐标就是时间或温度等等。有时还要注意双坐标系问题。
看清起点，分清反应物、生成物。起点不一定是原点，也不一定在纵坐标上，如上题A点，在横
坐标上，判断关键还是纵坐标、横坐标所代表的量之间的关系；反应物一般是浓度或物质的量减少
的物质，生成物一般是浓度或物质的量增大的物质，如要确定方程式计量数之比，则要观察图表中
一定时间内各物质的物质的量变化情况。
看清曲线的变化趋势，分析纵坐标代表的量随横坐标所代表的量的变化而变化的原因（或反之，
如上题，如将纵坐标、横坐标换一下，两者之间的关系是否更加清晰呢？）。此步还要特别关注曲
线趋势出现突变或渐变时的原因，是反应达到平衡还是条件变了反应变了还是速率变了等等。
看清图中标注的点。一般，图中标注出来的点都有其用意，特别是标注了对应的横坐标和纵坐标
的点，往往具有特殊意义，是解题的关键。
看清曲线的交点。此点往往是几种情况的临界点，看清理解此点所代表的意义往往就能明白曲线
变化的关系。
三、电极方程式书写
1、 原电池电极反应式的书写
(1)一般电极反应式的书写
列物质标得失—
看环境配守恒—
两式加验总式—
(2)复杂电极反应式的书写
复杂的电极反应式＝总反应式－较简单一极的电极反应式
如CH4碱性燃料电池负极反应式的书写：
CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O……总反应式
2O2＋4H2O＋8e－===8OH－……正极反应式
CH4＋10OH－－8e－===7H2O＋CO……负极反应式
电解池电极反应式的书写步骤
高考试题重视化学与社会生活问题联系，主导思想是利用真实的背景进行相关的化学计算。化学
计算要以物质的量为基本，关注化学学科思想（如质量守恒、电荷守恒、化合价守恒、极端分析
等）等在化学计算中的运用。建议分步、严谨书写答题过程与答案。
1.认真审题，梳理已知条件（注意隐含条件）与所求量（未知量）之间的关系，将已知条件（数据）
转化为计算时需要的数据（比如将质量转化为物质的量），正确建立已知量与未知量之间的比例
关系。
2.近年来与计算相关的高考题通常可以通过守恒法（包括质量守恒、电子守恒、电荷守恒等），差
量法（包括质量差量、物质的量差量、气体体积差量、热量差量等），极限极值法，平均值法。
【典例分析】
【典例1】为有效控制雾霾，各地积极采取措施改善大气质量。研究并有效控制空气中的氮氧化物、
碳氧化物含量显得尤为重要。
Ⅰ.氮氧化物研究
一定条件下，将2 mol NO与2 mol O2置于恒容密闭容器中发生反应：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)，
下列各项能说明该反应达到平衡状态的是________。
a．体系压强保持不变
b．混合气体颜色保持不变
c．NO和O2的物质的量之比保持不变
d．每消耗1 mol O2，同时生成2 mol NO2
在T1、T2温度下，一定量的NO发生分解反应时N2的体积分数随时间变化如图所示，根据图象判断
反应N2(g)＋O2(g) 2NO(g)的ΔH________(填“>”或“<”)0。21世纪教育网版权所有
NOx是汽车尾气中的主要污染物之一。汽车发动机工作时会引发N2和O2反应，其能量变化如图所示：
写出该反应的热化学方程式：___________________________________________。
Ⅱ.碳氧化物研究
体积可变(活塞与容器之间的摩擦力忽略不计)的密闭容器如图所示，现将3 mol H2和2 mol CO放
入容器中，移动活塞至体积V为2 L，用铆钉固定在A、B点，发生合成甲醇的反应如下：
CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)
测定不同条件、不同时间段内CO的转化率，得到如下数据：
10 min 20 min 30 min 40 min
T1 30% 55% 65% 65%
T2 35% 50% a1 a2
①根据上表数据，请比较T1________(选填“>”、“<”或“＝”)T2；T2温度下，第30 min时，a1＝
________，该温度下的化学平衡常数为________。
②T2温度下，第40 min时，拔出铆钉(容器密封性良好)后，活塞没有发生移动，再向容器中通入6 mol
CO，此时v(正)________(选填“>”、“<”或“＝”)v(逆)，判断的理由是 _______________。
一定条件下可用甲醇与CO反应生成醋酸消除CO污染，常温下，将a mol·L－1的醋酸与
b mol·L－1Ba(OH)2溶液等体积混合，充分反应后，溶液中存在2c(Ba2＋)＝c(CH3COO－)，则该混合溶
液中醋酸的电离常数Ka＝________(用含a和b的代数式表示)。
【答案】
Ⅰ.(1)abc　(2)>　(3)N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH＝＋183 kJ·mol－121教育网
Ⅱ.(1)①<　50%　4　
②<　拔去铆钉，反应在同温同压下进行，体积之比等于物质的量之比，当充入6 mol CO时，
假设平衡不移动，此时容器的体积为6 L，Q＝＝>K，平衡逆向移动
(2)×10－7mol·L－1
【解析】
本题考查了化学平衡、热化学、电解质溶液等知识。
Ⅰ.(1)该反应在反应前后气体分子数不相等，压强不变说明反应达到平衡，a项正确；
混合气体颜色不变，则NO2的浓度不变，说明反应达到平衡，b项正确；
因为该反应中NO和O2的化学计量数不相等，且加入的NO和O2的物质的量相等，故当NO和O2的
物质的量之比不变时说明反应达到平衡，c项正确；
无论是否达到平衡，消耗1 mol O2的同时都生成2 mol NO2，d项不能说明反应达到平衡，d项
错误。
由温度高时反应速率快，达到平衡的时间短，判断T2>T1，由图象可知，温度高时，N2的体积分数
小，即升高温度会使平衡正向移动，则该反应的正反应为吸热反应，ΔH>0。
(3)由题给条件可写出反应的热化学方程式：N2(g)＋O2(g)2NO(g)　ΔH＝945 kJ·mol－1＋498
kJ·mol－1－2×630 kJ·mol－1＝＋183 kJ·mol－1。
Ⅱ.(1)①由表中数据可知，其他条件不变，10 min时T2温度下CO的转化率大，所以T2温度高，即T1温度高反应速率快，达到平衡的时间短，由表中数据可知，T2温度下，反应在20 min时即应达到
平衡，则a1＝50%。T2温度下平衡时，CO的浓度为1 mol·L－1－1 mol·L－1×50%＝0.5 mol·L－1，
H2的浓度为1.5 mol·L－1－0.5 mol·L－1×2＝0.5 mol·L－1，甲醇的浓度为0.5 mol·L－1，则平
衡常数K＝＝4。②拔去铆钉，反应在同温同压条件下进行，体积之比等于物质的量之
比，40 min时，CO、H2、CH3OH的物质的量均为1 mol，此时容器的体积为2 L，当充入6 mol CO
时，假设平衡不移动，此时容器的体积为6 L，Q＝＝>K，平衡逆向移动，
v(正)根据电荷守恒式：c(H＋)＋2c(Ba2＋)＝c(OH－)＋c(CH3COO－)，由于2c(Ba2＋)＝c(CH3COO－)，得到
c(H＋)＝c(OH－)＝10－7mol·L－1，混合溶液中c(CH3COO－)＝b mol·L－1，21·cn·jy·com
c(CH3COOH)＝(－b)mol·L－1，
则Ka＝＝mol·L－1。
【典例2】化学反应原理在科研和生产中有广泛应用．
Ⅰ．氮元素在海洋中的循环，是整个海洋生态系统的基础和关键．海洋中无机氮的循环过程可用
图1表示．
（1）海洋中的氮循环起始于氮的固定，其中属于固氮作用的一步是　　（填图中数字序号）．
（2）有氧时，在硝化细菌作用下，NH4+可实现过程④的转化，将过程④的离子方程式补充完整：　　NH4++5O2
═2NO2﹣+　　H++　　+　　
Ⅱ．工业合成氨原理是：N2（g）+3H2（g） 2NH3（g）△H＜0，当反应器中按n（N2）：n（H2）=1：3投料，
分别在200℃、400℃、600℃下达到平衡时，混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线如图2．
（1）曲线a对应的温度是　　．
（2）关于工业合成氨的反应，下列叙述正确的是　　．
A．及时分离出NH3可以提高H2的平衡转化率
B．上图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K（M）=K（Q）＞K（N）
C．M点比N点的反应速率快
D．如果N点时c（NH3）=0.2mol L﹣1，N点的化学平衡常数K≈0.93L2/mol2www.21-cn-jy.com
Ⅲ．尿素[CO（NH2）2]是一种非常重要的高效氮肥，工业上以NH3、CO2为原料生产尿素，该反应实际为两步
反应：
第一步：2NH3（g）+CO2（g）═H2NCOONH4（s）△H=﹣272kJ mol﹣1
第二步：H2NCOONH4（s）═CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H=+138kJ mol﹣12·1·c·n·j·y
（1）写出工业上以NH3、CO2为原料合成尿素的热化学方程式：　　
（2）某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在一体积为0.5L密闭容器中投入4mol氨和1mol二氧化碳，
实验测得反应中各组分的物质的量随时间的变化如图3所示：
已知总反应的快慢由慢的一步决定，则合成尿素总反应的快慢由第　　步反应决定，总反应进行
到　　min时到达平衡．
电解尿素[CO（NH2）2]的碱性溶液制纯净氢气的过程中同时产生氮气．电解时，阳极的电极反应式
为　 　．
【答案】
Ⅰ．（1）②；
（2） 4NH4++5O2═2NO2﹣+6H++N2O+5H2O，故答案为：4，6，1N2O，5H2O；21cnjy.com
Ⅱ．（1） 200℃；
（2） ABD；
Ⅲ．（1） 2NH3（g）+CO2（g） H2O（g）+CO（NH2）2 （s）△H=﹣134kJ/mol；
（2） 2； 55；
（3） CO（NH2）2+8OH﹣﹣6e﹣=CO32﹣+N2↑+6H2O．
【解析】
Ⅰ．（1）氮的固定作用是指游离态氮元素发生反应生成化合态氮元素的过程为固氮作用，即单质变化
为化合物，分析转化关系图可知只有反应②是氮气保护为铵根离子是固氮作用，
故答案为：②；
（2）有氧时，在硝化细菌作用下，NH4+可实现过程④的转化，生成N2O、NO2﹣、H+和水，氮元素化合
价﹣3价变化为+1价和+3价，氧元素化合价0价变化为﹣2价，电子转移总数20e﹣，所以铵
根离子前为4，氧气前为5，NO2﹣前为2，N2O前为1，结合电荷守恒得到氢离子前为6，水分
子式前为5，配平得到离子方程式为：4NH4++5O2═2NO2﹣+6H++N2O+5H2O，
故答案为：4，6，1N2O，5H2O；
Ⅱ．（1）合成氨的反应为放热反应，反应温度越高，越不利于反应正向进行，曲线a的氨气的物质
的量分数最高，其反应温度对应相对最低，所以a曲线对应温度为200°C；
故答案为：200℃；
（2）A．及时分离出NH3，可以使平衡正向进行，可以提高H2的平衡转化率，故A正确；
B．平衡常数与温度有关，与其他条件无关，温度相同时平衡常数相同，反应是放热反应，
温度越高平衡常数越小，则M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K（M）=K（Q）＞K（N），
故B正确；
C．N点温度高于M点，温度越低反应速率越快，故N点比M点的反应速率快，故C错误；
D．N点时c（NH3）=0.2mol L﹣1，氨气体积分数为20%，则：
N2（g）+3H2（g） 2NH3（g）
起始浓度（mol/L）：x 3x 0
变化浓度（mol/L）：0.1 0.3 0.2
平衡浓度（mol/L）：x﹣0.1 3x﹣0.3 0.2
所以=20%，解得x=0.3，平衡常数K==≈0.93L2/mol2，故D正确；
故答案为：ABD；
Ⅲ．（1）已知：①2NH3（g）+CO2（g）═H2NCOONH4（s）△H=﹣272kJ mol﹣1；【来源：21·世纪·教育·网】
②H2NCOONH4（s）═CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H=+138kJ mol﹣1；21·世纪*教育网
根据盖斯定律，①+②可得：2NH3（g）+CO2（g） H2O（g）+CO（NH2）2 （s）△H=﹣134kJ/mol，
故答案为：2NH3（g）+CO2（g） H2O（g）+CO（NH2）2 （s）△H=﹣134kJ/mol；
①由图象可知在15分钟左右，氨气和二氧化碳反应生成氨基甲酸铵后不再变化发生的是第一步反应，
氨基甲酸铵先增大再减小最后达到平衡，发生的是第二步反应，从曲线斜率不难看出第2步反应速
率慢，所以合成尿素总反应的快慢由第2步反应决定，根据图可知，尿素在55分钟时，物质的量不
再变化，即反应达到平衡，所以总反应进行到55min时到达平衡，
故答案为：2；55；
电解尿素[CO（NH2）2]的碱性溶液制纯净氢气的过程中同时产生氮气，电解时，阳极上发生氧化反应
得到氧化产物，即为氮气，电极反应式为CO（NH2）2+8OH﹣﹣6e﹣=CO32﹣+N2↑+6H2O，
故答案为：CO（NH2）2+8OH﹣﹣6e﹣=CO32﹣+N2↑+6H2O．
【典例3】氮气是制备含氮化合物的一种重要物质，而含氮化合物的用途广泛。
如图表示两个常见的固氮反应：①N2＋3H22NH3和②N2＋O22NO的平衡常数(lgK)与温度的关
系，根据图中的数据判断下列说法正确的是________(填字母)。
a．反应②为放热反应
b．常温下，反应①的反应速率很大，而反应②的反应速率很小
c．升高温度，反应①的反应速率增大，反应②的反应速率减小
d．在常温下，利用反应①固氮和利用反应②固氮反应程度相差很大
工业上也可在碱性溶液中通过电解的方法实现由N2制取NH3：2N2＋6H2O4NH3＋3O2，通入N2的
一极是________(填“阴极”或“阳极”)，阳极的电极反应式是_________________________。
根据最新“人工固氮”的研究报道，在常温、常压、光照条件下，N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的
TiO2)表面与水发生反应：
N2(g)＋3H2O(l) 2NH3(g)＋O2(g)　ΔH＝a kJ·mol－1
已知：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH1＝－92.4 kJ·mol－1，
2H2(g)＋O2(g) 2H2O(l)　ΔH2＝－571.6 kJ·mol－1，则a＝________。
已知：4NH3(g)＋3O2(g) 2N2(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 316 kJ·mol－1, 氨是一种潜在的清洁能源，
可用作碱性燃料电池的燃料。
①当温度不同(T2>T1)、其他条件相同时，下列图像正确的是________(填代号)。
②该燃料电池的负极反应式是________。
工业上合成氨时，温度过高，氨气的产率降低，试从化学平衡移动原理的角度加以解释：
____________________________________。
【答案】
(1)d
(2)阴极　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
(3)＋765.0
(4)①乙　②2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O
(5)由工业合成氨反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1可知，该反应的正反应为放
热反应，温度过高时，导致平衡逆向移动，因而氨气的产率降低
【解析】
由图可以看出温度升高，反应①的平衡常数减小，则正反应放热；反应②的平衡常数增大，则正
反应为吸热反应，a错误。
常温下，反应①的平衡常数很大，但速率不一定大，b错误。
温度升高，反应速率都增大，c错误。
常温下，由于反应①和②平衡常数相差很大，故反应程度相差大，d正确。
(2)N2在反应中得电子，应在阴极；H2O在阳极失去电子，生成氧气，电极反应为4OH－－4e－==2H2O＋O2↑。
(3)由盖斯定律可知，ΔH＝＝＝＋765.0 kJ·mol－1。
(4)①甲中正、逆反应速率都增大，但相对的v′(正)在减小，v′(逆)在增大，甲错误；升高温度，反
应速率增加，达到平衡时间缩短，T2的时间短，平衡向左移动，NH3的转化率减小，乙正确；温度
升高，O2的转化率降低，增大压强，O2的转化率减小，丙错误。
②NH3失去电子作还原剂，电极反应为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O。(5)由工业合成氨反应的正反应
为放热反应，温度过高时，导致平衡逆向移动，因而氨气的产率降低。
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高频考点14 化学反应原理综合 巩固提升
天然气、沼气、瓦斯的主要成分是甲烷，近年来发现的可燃冰和页岩气中也富含甲烷。甲烷既是一种清
洁的燃料，也是重要的化工原料。
(1)工业上以甲烷为原料生产氨气的过程如下：甲烷→氢气→氨气。在甲烷→氢气过程中，有关化学反应
的能量变化如图1所示。
反应①为________反应(填“吸热”或“放热”)。CH4(g)与H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)的热化
学方程式是______________________。
用天然气和二氧化碳反应也可制H2和CO，其反应原理为CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g)，该
反应的平衡常数表达式为__________________________。在密闭容器中通入物质的量浓度均为
0.1 mol·L－1的CH4与CO2，在一定条件下发生反应，测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如
图2所示，则压强p1________p2(填“大于”或“小于”)；压强为p2时，在y点：v(正)________v(逆)(填
“大于”、“小于”或“等于”)。
以甲烷为燃料的新型电池，其成本大大低于以氢气为燃料的传统燃料电池。写出CH4—KOH—O2燃料
电池负极的电极反应式：______________________________。
2.含氮化合物的研发与绿色发展、经济可持续发展有着密切关联。
(1)氨是一种重要化工原料。合成氨原料气H2，可用天然气为原料制得，有关反应的能量变化如图所示。
则用CH4(g)和H2O(g)反应制得H2(g)和CO(g)的热化学方程式为：____________________________。
(2)氮的氧化物有着广泛用途，又是环境的污染物。
(ⅰ)在150℃时，将0.40 mol NO2气体充入体积为2 L的真空密闭容器中，发生反应：
2NO2(g)N2O4(g)。每隔一定时间测定容器内各物质的物质的量，数据如下表：
时间/s 0 20 40 60 80
n(NO2)/mol 0.40 n1 0.26 n3 n4
n(N2O4)/mol 0 0.05 n2 0.08 0.08
①当反应在150℃达到平衡时，该反应的平衡常数K＝________。(填数值)
②若最初通入N2O4，在相同条件下达到平衡时，各物质浓度仍然相同，则N2O4的起始浓度应为 。
(ⅱ)氨氧化制HNO3的尾气中含有NO和NO2，且n(NO)∶n(NO2)＝1∶1，可用尿素溶液除去，其作用原
理是：NO2和NO与水反应生成亚硝酸，亚硝酸再与尿素反应生成对环境无污染的物质。若用1 mol
尿素吸收该尾气，则能吸收氮氧化物________g。
氨气、CO2在一定条件下可合成尿素，其反应为：2NH3(g)＋CO2(g) CO(NH2)2(s)＋H2O(g)。如图
表示合成塔中氨碳比a与CO2转化率ω的关系。
a为[]，b为水碳比[]。则：
①b应控制在________；
A．1.5～1.6　　B．1～1.1　　C．0.6～0,7
②a应控制在4.0的理由是_____________________________________。 21教育网
3乙二醛(OHC—CHO)是一种重要的精细化工产品。
Ⅰ.工业生产乙二醛
(1)乙醛(CH3CHO)液相硝酸氧化法
在Cu(NO3)2催化下，用稀硝酸氧化乙醛制取乙二醛，反应的化学方程式为______________________。
该法具有原料易得、反应条件温和等优点，但也存在比较明显的缺点是______________________。
(2)乙二醇(HOCH2CH2OH)气相氧化法
①已知：OHC—CHO(g)＋2H2(g) HOCH2CH2OH(g)　ΔH＝－78 kJ·mol－1　K1
2H2(g)＋O2(g) 2H2O(g)　ΔH＝－484 kJ·mol－1　K221cnjy.com
乙二醇气相氧化反应HOCH2CH2OH(g)＋O2(g) OHC—CHO(g)＋2H2O(g)的ΔH＝______kJ·mol－1。
相同温度下，该反应的化学平衡常数K＝________(用含K1、K2的代数式表示)。
②当原料气中氧醇比为1.35时，乙二醛和副产物CO2的产率与反应温度的关系如图所示。反应温度
在450～495℃之间和超过495℃时，乙二醛产率降低的主要原因分别是______________、
________________。
Ⅱ.乙二醛电解氧化制备乙醛酸(OHC—COOH)的生产装置如图所示，通电后，阳极产生的Cl2与乙二醛
溶液反应生成乙醛酸。
(3)阴极反应式为__________________________________________。21*cnjy*com
(4)阳极液中盐酸的作用，除了产生氯气外，还有__________________________。
(5)保持电流强度为a A，电解t min，制得乙醛酸m g。列式表示该装置在本次电解中的电流效率
η＝________。(设：法拉第常数为f C·mol－1；η＝×100%)
随着能源与环境问题越来越被人们关注，碳一化学（C1化学）成为研究的热点．．“碳一化学”即以单质
碳及CO、CO2、CH4、CH3OH等含一个碳原子的物质为原料合成工业产品的化学与工艺．
（1）将CO2转化成有机物可有效实现碳循环．CO2转化成有机物的例子很多，如：
a．6CO2+6H2OC6H12O6
b．CO2+3H2CH3OH+H2O 2·1·c·n·j·y
c．CO2+CH4CH3COOH
d．2CO2+6H2CH2=CH2+4H2O
在以上属于人工转化的反应中，原子利用率最高的是　　（填序号）．
CO2制备甲醇：CO2（g）+3H2（g） CH3OH（g）+H2O（g）△H=﹣49.0kJ mol﹣1，在体积为1L的密闭容
器中，充入1molCO2和3molH2，测得CO2（g）和CH3OH（g）浓度随时间变化如图1所示．
①该反应化学平衡常数K的表达式是　　．
②0～9min时间内，该反应的平均反应速率v（H2）=　　．
③在相同条件下，密闭容器的体积缩小至0.5L时，此反应达平衡时放出的热量（Q）可能是　　（填
字母序号）．
a.0＜Q＜29.5kJ b.29.5kJ＜Q＜36.75kJ
c.36.75kJ＜Q＜49kJ d.49kJ＜Q＜98kJ
④在一定条件下，体系中CO2的平衡转化率（a）与L和X的关系如图2所示，L和X分别表示温度或
压强．
i．X压强的物理量是　　．
ii．L1和L2的大小关系是　　，简述理由：　　．
二甲醚（CH3OCH3）被称为21世纪的新型燃料，也可替代氟利昂作制冷剂等，对臭氧层无破坏作用．工
业上可利用煤的气化产物（水煤气）合成二甲醚．工业上利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下：
a．2H2（g）+CO（g） CH3OH（g）△H1=﹣90.8kJ mol﹣1
b．2CH3OH（g） CH3OCH3（g）+H2O（g）△H2=﹣23.5kJ mol﹣121世纪教育网版权所有
c．CO（g）+H2O（g） CO2（g）+H2（g）△H3=﹣41.3kJ mol﹣1
①对于反应b，在温度和容积不变的条件下，能说明该反应已达到平衡状态的是　　（填字母）．
a．n（CH3OH）=n（CH3OCH3）=n（H2O）
b．容器内压强保持不变
c．H2O（g）的浓度保持不变
d．CH3OH的消耗速率与CH3OCH3的消耗速率之比为2：1
②总反应：3H2（g）+3CO（g） CH3OCH3（g）+CO2（g）的△H=　　．
（4）以KOH溶液为电解质溶液，用二甲醚﹣空气组成燃料，其中负极的电极反应式为　　．
（5）C1化合物在治理汽车尾气方面也大有可为，如CO、CH4等在一定条件下均可以与氮氧化物生成无污染
的物质．写出CO与氮氧化物（NOx）在有催化剂的条件下反应的化学方程式　　．
5. 汽车尾气净化反应：2NO（g）+2CO（g） N2（g）+2CO2（g），请回答下列问题：
（1）对于气相反应，用某组分B平衡时的分压p（B）代替物质的量浓度c（B）也可表示平衡常数，记作
KP，则该反应的平衡常数KP表达式为　　．若恒温恒压条件下反应达到平衡后，将体系中N2移走，
则平衡常数KP　　（填“变大”、“变小”或“不变”）
（2）已知：N2（g）+O2（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ mol﹣1
C（s）+O2（g）═CO2（g）△H=﹣393.5kJ mol﹣1
2C（s）+O2（g）═2CO（g）△H=﹣221kJ mol﹣1
则2NO（g）+2CO（g） N2（g）+2CO2（g）的△H=　 　
在一定温度下，向体积为 V L的密闭容器中充入一定量的NO和CO．在t1时刻达到平衡状态，此时n
（NO）=2a mol，n（CO）=a mol，n（N2）=b mol．
①若保持体积不变，再向容器中充入n（NO）=a mol，n（CO2）=b mol，则此时v正　　v逆（填“＞”、
“=”或“＜”）；
②在t2时刻，将容器迅速压缩到原容积的，在其它条件不变的情况下，t3时刻达到新的平衡状态．请
在图1中补充画出t2﹣t3﹣t4时段N2物质的量的变化曲线．
某研究小组在实验室以Ag﹣ZSM﹣5为催化剂，测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图2所
示．若不使用CO，温度超过775K，发现NO的分解率降低，其可能的原因为　　；在=1的条
件下，应控制的最佳温度在　　左右．
【参考答案与详细解析】
1【答案】
(1)吸热　CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋118.1 kJ·mol－1【来源：21·世纪·教育·网】
(2)K＝　小于　大于
(3)CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O
【解析】本题考查化学反应原理知识，意在考查考生运用所学知识分析解决社会热点问题的能力。
(1)反应①反应物能量低，生成物能量高，是吸热反应。将反应①减去反应②得：CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)
＋3H2(g)　ΔH＝＋76.9 kJ·mol－1＋41.2 kJ·mol－1＝＋118.1 kJ·mol－1。
从图2中可以看出，温度相同时，p1条件下CH4的转化率高，对于该反应，压强减小可使平衡正向
移动，提高CH4的转化率，故p1小于p2。压强为p2时，y点在平衡线以下，应增大CH4的转化率，
使平衡正向移动才能达到平衡，故此时v(正)大于v(逆)。
(3)CH4—KOH—O2燃料电池中，CH4在负极发生氧化反应生成CO2，碱性溶液中，CO2还会与OH－反应生成
CO。
2【答案】
(1)CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋171.1 kJ·mol－1www-2-1-cnjy-com
(2)(ⅰ)①2.8　②0.10 mol·L－1　(ⅱ)76
(3)①C　
②a等于4.0，CO2的转化率迅速提高到最大值；而在4.0之后增大a，CO2的转化率无明显增大
【解析】本题考查盖斯定律、化学平衡常数、化学平衡移动原理在生产中的应用。
(1)由题中能量变化曲线可写出热化学方程式：
①CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－282.0 kJ·mol－1，
②H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－241.8 kJ·mol－1，
③CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－836.3 kJ·mol－1。【来源：21cnj*y.co*m】
根据盖斯定律，由③－②×3－①可得CH4(g)＋H2O(g)===3H2(g)＋CO(g)　ΔH＝＋171.1 kJ·mol－1。
(2)(ⅰ)①由表中数据可求出n3＝n4＝0.24，则平衡常数K＝≈2.8。
②两次达到平衡时各物质浓度相同，则为等效平衡，若反应从右端开始，则N2O4的起始物质的量
为0.20 mol，起始物质的量浓度为0.10 mol·L－1。(ⅱ)根据得失电子守恒和原子守恒可得关
系式：NO＋NO2～2HNO2～CO(NH2)2，尿素中N为－3价，所以1 mol尿素可吸收1 mol NO和1 mol
NO2，则氮氧化物的质量为76 g。
(3)①由图象看出，水碳比在0.6～0.7之间时CO2的转化率相对最高。
3【答案】
(1)3CH3CHO＋4HNO33OHC—CHO＋4NO↑＋5H2O　尾气有污染(或“腐蚀设备”等其他合理答案)
①－406　　②温度升高，主反应平衡向逆反应方向移动　温度大于495℃，乙二醇大量转化为
CO2等副产物
(3)2H＋＋2e－===H2↑
(4)增强导电性(或“平衡阴极区电解液电荷”等其他合理答案)
(5)%(或其他合理答案)
【解析】本题考查热化学、化学平衡、电化学等知识。
(1)CH3CHO和稀硝酸反应，CH3CHO被氧化为OHC—CHO，稀硝酸被还原为NO，根据得失电子守恒，原子
守恒配平化学方程式：3CH3CHO＋4HNO33OHC—CHO＋4NO↑＋5H2O。该方法的缺点是产生
有毒气体NO。
(2)①根据盖斯定律，由第二个反应－第一个反应，可得：HOCH2CH2OH(g)＋O2(g) OHC—CHO(g)＋
2H2O(g)　ΔH＝－484 kJ·mol－1－(－78 kJ·mol－1)＝－406 kJ·mol－1。两个方程式相减，则平
衡常数相除，故该反应的化学平衡常数K＝。②该反应为放热反应，温度升高，主反应平衡向逆
反应方向移动，乙二醛产率降低；温度大于495℃，乙二醇大量转化为CO2等副产物，乙二醛产率
降低。
(3)阴极H＋发生还原反应，电极反应式为：2H＋＋2e－===H2↑。
(4)乙二醛为非电解质，阳极液中盐酸还可作电解质溶液，增强溶液导电性。
(5)根据OHC—CHOOHC—COOH，知生成m g乙醛酸消耗电子的物质的量为×2 mol，电极上通过
电子的总物质的量为＝mol，
则电流效率η＝×100%＝×100%＝%。
4【答案】
（1）c；
（2）①；
② 0.25mol/L min；
③ c；
④i．温度； ii．L1＞L2；温度一定时，增大压强，CO2平衡转化率增大；
（3）① cd；
② ﹣246.4kJ mol﹣1；
（4）CH3OCH3﹣12e﹣+16OH﹣=2CO32﹣+11H2O；
（5）2xCO+2NOx2xCO2+N2；
【解析】
（1）a．6CO2+6H2OC6H12O6，是自然界中实现的转化，原子利用率100%，但不是人工转化，故a
不符合；
b．CO2=3H2CH3OH+H2O，反应中原子利用率不是100%，故b不符合；
c．CO2+CH4CH3COOH，反应后原子利用率为100%，故c符合；
d.2CO2+6H2CH2=CH2+4H2反应中原子利用率不是100%，故d不符合
（2）①CO2（g）+3H2（g） CH3OH（g）+H2O（g），该反应的平衡常数K=，
②图象读取甲醇生成浓度，结合反应速率概念计算甲醇的反应速率=，反应速率之比
等于化学方程式计量数之比，V（H2）=3V（CH3OH（g）=3×=0.25mol/L min，
③CO2（g）+3H2（g） CH3OH（g）+H2O（g）△H=﹣49.0kJ mol﹣1，反应达到平衡状态消耗二氧化碳
物质的量浓度=1mol/L﹣0.25mol/L=0.75mol/L，物质的量为0.75mol，反应放出热量=49KJ/mol
×0.75mol=36.75KJ，反应焓变是指1mol二氧化碳和3mol氢气完全反应放出的热量为49KJ，反
应是可逆反应，在体积为1L的密闭容器中，充入1molCO2和3molH2，反应放热一定小于49KJ，
在相同条件下，密闭容器的体积缩小至0.5L时，压强增大，平衡正向进行，反应放出热量会增
多，大于36.75KJ，则36.75＜Q＜49， 故答案为：c；
④CO2（g）+3H2（g） CH3OH（g）+H2O（g）△H=﹣49.0kJ mol﹣1，反应是气体体积减小的放热反应，
i．温度升高，平衡逆向进行，二氧化碳转化率减小，所以X为温度，L为压强，
故答案为：温度；
ii．温度一定压强增大平衡正向进行二氧化碳转化率增大，所以L1＞L2，
故答案为：L1＞L2；温度一定时，增大压强，CO2平衡转化率增大；
（3）①a．达到平衡时，物质的量不变，不是相等，故a错误；
b．该反应是一个反应前后气体体积不变的反应，无论该反应是否达到平衡状态，压强始终不变，
所以不能根据平衡体系的总压判断是否达到平衡状态，故b错误；
c．平衡时各物质的浓度不变，故c正确；
d．CH3OH的消耗速率与CH3OCH3的消耗速率之比为2：1，符合正逆反应速率相等，故d正确；
故答案为：cd；
②a、2H2（g）+CO（g） CH3OH（g）△H=﹣90.8kJ mol﹣1
b、2CH3OH（g） CH3OCH3（g）+H2O（g）△H=﹣23.5kJ mol﹣121·cn·jy·com
c、CO（g）+H2O（g） CO2（g）+H2（g）△H=﹣41.3kJ mol﹣1
由盖斯定律可知，通过a×2+b+c可得所求热反应方程式，3H2（g）+3CO（g） CH3OCH3（g）+CO2（g）
△H=﹣90.8kJ mol﹣1×2﹣23.5kJ mol﹣1﹣41.3kJ mol﹣1=﹣246.4kJ mol﹣1；www.21-cn-jy.com
故答案为：﹣246.4kJ mol﹣1；
燃料电池为燃料作负极失电子发生氧化反应，又电解质溶液为KOH，所以负极电极反应式为：
CH3OCH3﹣12e﹣+16OH﹣=2CO32﹣+11H2O，故答案为：CH3OCH3﹣12e﹣+16OH﹣=2CO32﹣+11H2O；
氮氧化物和一氧化碳反应生成氮气和二氧化碳，根据氮元素化合价变化，配平反应的方程式，反应
的化学方程式为：2xCO+2NOx2xCO2+N2。
5【答案】
（1）；不变；
（2）﹣746.5 kJ mol﹣1；
（3）① = ；
②；
（4）NO分解反应是放热反应，升高温度不利于反应进行；870K．
【解析】
（1）由题目信息可知，用某组分（B）的平衡压强（PB）表示平衡常数为：生成物分压的系数次幂乘积
与反应物分压系数次幂乘积的比，故2NO（g）+2CO（g） N2（g）+2CO2（g）用平衡分压表示的
平衡常数Kp=；压强不变，Kp不变；
（2）已知：①N2（g）+O2（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ mol﹣1
②C（s）+O2（g）═CO2（g）△H=﹣393.5kJ mol﹣121·世纪*教育网
③2C（s）+O2（g）═2CO（g）△H=﹣221kJ mol﹣1
根据盖斯定律：②×2﹣①﹣③得2NO（g）+2CO（g） N2（g）+2CO2（g），△H=﹣746.5 kJ mol﹣1；
①一定温度下，向V L的密闭容器中充入一定量NO和CO．在t1时刻达到平衡状态，此时n（NO）=2amol，
n（CO）=amol，n（N2）=bmol，则：
2NO（g）+2CO（g） N2（g）+2CO2（g）2-1-c-n-j-y
起始量（mol）：2a+2b a+2b 0 0【出处：21教育名师】
变化量（mol）：2b 2b b 2b【版权所有：21教育】
平衡量（mol）：2a a b 2b 21教育名师原创作品
计算该反应的平衡常数K==；再计算再向容器中充入n（NO）=a mol，
n（CO2）=b mol的Qc===K，故v正=v逆； 故答案为：=；
②在其它条件不变的情况下在t2时刻，将容器迅速压缩到原容积的一半，瞬间氮气物质的量不变，压强增
大，平衡正向移动，氮气物质的量增大到平衡时保持不变，t2﹣t3﹣t4时段N2物质的量的变化曲线为：
升高温度，发现NO的分解率降低，说明反应向逆反应方向进行，该反应放热；由图可知，
在=1的条件下，870K时，NO还原为N2的转化率为100%；
故答案为：NO分解反应是放热反应，升高温度不利于反应进行；870K．
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21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 页 （共 8 页）
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