化学反应原理综合题 专项训练
A卷
1．(2022·余姚4月测试)氨气广泛应用于化肥、制药、合成纤维等领域。
Ⅰ.工业上可由氢气和氮气合成氨气。若用、、、分别表示N2、H2、NH3和催化剂，则在催化剂表面合成氨的过程如图所示：
(1)吸附后，能量状态最高的是________(填序号)。
(2)结合上述过程，一定温度下在固体催化剂表面进行NH3的分解实验，发现NH3的分解速率与浓度的关系如图所示。从吸附和解吸过程分析，c0前反应速率增加的原因可能是____________________________________________________；
c0之后反应速率降低的原因可能是__________________________________
______________________________________________________________。
Ⅱ.利用NH3在催化剂(V2O5—WO3/TiO2)作用下将NOx还原为N2是目前应用最为广泛的氮氧化物NOx的净化方法，其原理是：
主反应：4NH3(g)＋4NO(g)＋O2(g)??4N2(g)＋6H2O(g) ΔH1
副反应：4NH3(g)＋3O2(g)??2N2(g)＋6H2O(g) ΔH2
(3)根据盖斯定律可得：4NH3(g)＋6NO(g)??5N2(g)＋6H2O(g) ΔH3，则ΔH3＝________(用含ΔH1、ΔH2的式子表示)。
(4)催化剂V2O5—WO3/TiO2中的V2O5是活性组分。在反应器中以一定流速通过混合气[n(O2)∶n(NH3)∶n(NO)＝71∶1∶1]，在不同温度下进行该催化反应，V2O5的质量分数对单位时间内NO去除率的影响如图所示。
①从起始至对应A、B、C三点的平均反应速率由小到大的顺序为____________。
②V2O5的质量分数对该催化剂活性的影响是________________________。
(5)一定温度下，向1 L恒容密闭容器(含催化剂)中投入1 mol NH3和1.5 mol NO，发生反应4NH3(g)＋6NO(g)??5N2(g)＋6H2O(g)。达到平衡状态时，NO的转化率为60%，则平衡常数为________mol·L－1(列出计算式即可)。
2．(2022·杭州学军中学模拟)氮元素有多种化合物。生产生活中氨及铵盐有重要用途，而汽车尾气中含有的 NO、NO2因有害则应降低其排放。回答下列问题：
(1)在 20 ℃ 时，已知：
①N2(g)＋O2(g)??2NO(g) 正、逆反应活化能分别为 a kJ?mol－1、b kJ?mol－1
②4NH3(g)＋5O2(g)??4NO(g)＋6H2O(l) 正、逆反应活化能分别为 c kJ?mol－1、d kJ?mol－1
则 4NH3(g)＋6NO(g)??5N2(g)＋6H2O(l)的ΔH 为________________________。
(2)10.0 L 的密闭容器中，按物质的量比 1∶3 投入氮气和氢气，发生反应：N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g) ΔH<0，用传感器测得温度为 T1、T2时容器中n(N2)随时间变化如下表：
时间 物质的量n(N2) 温度 0 5 min 10 min 15 min 20 min
T1 0.1 mol 0.08 mol 0.062 mol 0.05 mol 0.05 mol
T2 0.1 mol 0.07 mol － x mol 0.06 mol
①T1时，该反应的平衡常数为________(用最简分数表示)；
②x________0.06(填“>”、“<”或“＝”)，原因是___________________________
___________________________________________________________。
(3)汽车排气管装有三元催化剂装置，在催化剂表面通过发生吸附、解吸消除 CO、NO 等污染物。反应机理如下[Pt(s)表示催化剂，右上角带“*”表示吸附状态]：
ⅠNO＋Pt(s)===NO*
ⅡCO＋Pt(s)===CO*
ⅢNO*===N*＋O*
ⅣCO*＋O*===CO2＋Pt(s)
ⅤN*＋N*===N2＋Pt(s)
ⅥNO*＋N*===N2O＋Pt(s)
经测定汽车尾气中反应物及生成物浓度随温度变化的关系如图1和图2所示。
①图1中，温度为330 ℃时发生的主要反应为________(填“Ⅳ”、“Ⅴ”或“Ⅵ”)；反应Ⅴ为________反应(填“放热”或“吸热”)。
②图2中，温度从Ta升至Tb的过程中，反应物浓度急剧减小的主要原因是________________________________________________________________
____________________________________________________________。
③已知气体在固体催化剂表面反应中，吸附和解吸过程同时影响总反应速率。温度一定时，反应2NO＋2CON2＋2CO2的总反应速率随压强的变化如图所示。
结合(3)中反应机理，解释 bc 段化学反应速率下降的原因__________________________________________________________________
________________________________________________________________。
3．(2022·杭州3月联考)第五届联合国环境大会(UNEA－5)于2021年2月份在肯尼亚举行，会议主题为“加大力度保护自然，实现可持续发展”。有效去除大气中的H2S、SO2以及废水中的硫化物是环境保护的重要课题。
(1)氨水可以脱除烟气中的SO2，氨水脱硫的相关热化学方程式如下：
2NH3(g)＋H2O(l)＋SO2(g)===(NH4)2SO3(aq)
ΔH＝a kJ·mol－1
(NH4)2SO3(aq)＋H2O(l)＋SO2(g)===2NH4HSO3(aq) ΔH＝b kJ·mol－1
2(NH4)2SO3(aq)＋O2(g)===2(NH4)2SO4(aq)
ΔH＝c kJ·mol－1
反应NH3(g)＋NH4HSO3(aq)＋O2(g)===(NH4)2SO4(aq)的ΔH＝________。(用含a、b、c的代数式表示) kJ·mol－1。
(2)SO2可被NO2氧化：SO2(g)＋NO2(g)??SO3(g)＋NO(g)。当温度高于225 ℃时，反应速率v正＝k正·c(SO2)·c(NO2)，v逆＝k逆·c(SO3)·c(NO)，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数。在上述温度范围内，k正、k逆与该反应的平衡常数K之间的关系为________________。
(3)在一定条件下，CO可以去除烟气中的SO2，其反应原理为2CO(g)＋SO2(g)??2CO2(g)＋S(g) ΔH>0。其他条件相同、以γ－Al2O3作为催化剂，研究表明，γ－Al2O3在240 ℃以上发挥催化作用。反应相同的时间，SO2的去除率随反应温度的变化如图1所示。下列有关SO2去除率的说法正确的是________(填标号)。
A．240 ℃以下，SO2能够被催化剂吸附，温度升高，吸附能力减弱，SO2去除率降低
B．以γ－Al2O3作为催化剂，SO2去除率最高只能达到80%
C．温度高于500 ℃，SO2去除率降低是因为催化剂的活性降低
(4)在气体总压强分别为p1和p2时，反应2SO3(g)??2SO2(g)＋O2(g)在不同温度下达到平衡，测得SO3(g)及SO2(g)的物质的量分数如图2所示：
①压强：p1________(填“>”或“<”)p2。
②若p1＝0.81 MPa，起始时充入一定量的SO3(g)发生反应，计算Q点对应温度下该反应的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算。分压＝总压×物质的量分数)MPa。
4．(2022·浙江五校联考)含碳物质的价值型转化，有利于“减碳”和可持续发展。回答下列问题：
(1)丙烯(C3H6)是石油化工行业重要的有机原料之一，主要用于生产聚丙烯、二氯丙烷、异丙醇等产品。
①丙烷脱氢制备丙烯。由图可得C3H8(g)??C3H6(g)＋H2(g) ΔH＝____kJ/mol。
②目前在丙烷脱氢制丙烯时常通入适量的O2，让其同时发生下列反应：2C3H8(g)＋O2(g)??2C3H6(g)＋2H2O(g) ΔH＝－235 kJ/mol，通入O2的作用是________________________________________________________________
_____________________________________________________________。
(2)乙苯催化脱氢制取苯乙烯的反应为：
＋CO2(g) ＋H2O (g)+CO (g)
其反应历程如下：
①关于该反应，下列说法正确的是________。
A．苯环α位的碳氢键键能小于苯环β位的碳氢键键能
B．催化剂可通过吸附作用，拉近反应物之间的距离，从而增加有效碰撞的概率
C．催化剂的作用是提供反应界面，但不参与化学反应过程
D．增加催化剂用量可提高反应的平衡转化率
②在相同时间内乙苯的转化率与p(CO2)的关系如图所示，乙苯转化率随着p(CO2)变化的原因是_______________________________________________
_______________________________________________________________
___________________________________________________________。
(3)工业上可用丙烯加成法制备1，2－二氯丙烷(CH2ClCHClCH3)，主要副产物为3－氯丙烯(CH2===CHCH2Cl)，反应原理为：
Ⅰ.CH2===CHCH3(g)＋Cl2(g)??CH2ClCHClCH3(g)
Ⅱ.CH2===CHCH3(g)＋Cl2(g)??CH2===CHCH2Cl(g)＋HCl(g)
一定温度下，向恒容密闭容器中充入等物质的量的CH2===CHCH3(g)和Cl2(g)。在催化剂作用下发生反应，容器内气体的压强随时间的变化如表所示。
时间/min 0 60 120 180 240 300 360
压强/kPa 80 74.2 69.2 65.2 61.6 60.0 60.0
①用单位时间内气体分压的变化来表示反应速率，即v＝，则前120 min内平均反应速率v(CH2ClCHClCH3)＝________kPa·min－1。
②该温度下，若平衡时HCl的体积分数为12.5%，反应Ⅰ的平衡常数Kp＝________kPa－1(Kp为以气体分压表示的平衡常数)。
5．(2022·浙江黄金卷)金属铝有广泛的应用，有人对碳还原氧化铝制备铝进行了实验研究。在2.0 L真空密闭容器中稍过量石墨与1.0 mol Al2O3混合后加热，图1是体系压强随着加热时间变化的曲线图，图2是在不同的恒定温度下，反应达到平衡，冷却后容器内剩余固体中部分含铝元素物质的物质的量随温度变化曲线图。
已知：1.01×105 Pa下Al熔点933 K，沸点2 700 K；10 Pa下Al沸点低于1 000 K，Al2O3和C沸点高于2 000 K。
反应Ⅰ：Al2O3(s)＋3C(s)??2Al(s)＋3CO(g) ΔH1＝＋1 339.1 kJ·mol－1
反应Ⅱ：2Al2O3(s)＋9C(s)??Al4C3(s)＋6CO(g) ΔH2＝＋2 249.5 kJ·mol－1
反应Ⅲ：Al2O3(s)＋Al4C3(s)??6Al(s)＋3CO(g) ΔH3
请回答下列问题：
(1)工业上电解法冶炼铝的化学方程式为_____________________________
_______________________________________________________________。
(2)ΔH3＝________。
(3)图1中石墨与Al2O3混合物加热至150 min时容器内温度约为______________________________________________________________。
(4)从反应自发性推测，实验室进行碳还原氧化铝制备铝的实验需要在真空容器中进行，可能的原因是___________________________________________________。
(5)由图2可得1 650 K时，反应Ⅰ的平衡常数K＝________。
(6)请在图3中画出温度在1 450～1 650 K之间2.0 L真空密闭容器中CO的浓度随温度变化曲线图________。
B卷
1．(2022·浙江预测卷)在第75届联合国大会期间，中国提出争取2060年前实现碳中和。利用CO2制备甲醇是极具前景的温室气体资源化研究领域。在某“CO2催化加氢制甲醇”的反应体系中主要存在如下反应：
ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－48.16 kJ·mol－1
ⅱ.CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g) ΔH2
ⅲ.CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)
ΔH3＝－90.66kJ·mol－1
(1)下列说法正确的是________。
A．降低温度，反应ⅰ、ⅲ平衡常数减小
B．该体系中反应ⅱ的ΔH 2＞0
C．增大压强，有利于提高CO2的平衡转化率
D．在恒容条件下，适当增加少量CO作原料，可提高CH3OH的产率
(2)反应ⅰ在某催化剂上的部分反应历程如图1所示。
已知：方框内包含微粒种类及数目、微粒的相对总能量(括号里的数字或字母，单位：eV，且1 eV＝1.6×10－22 kJ)。其中，TS表示过渡态、*表示吸附在催化剂上的微粒。
①图1所示反应历程决定速率步骤的反应方程式是_________________________________________________________________。
②图1中E＝________eV (计算结果保留2位小数)。
(3)有研究表明，温度对反应速率的影响是通过提高活化分子百分数实现的。图2中曲线Ⅰ为T1 ℃时CO2分子的能量分布曲线，阴影面积相当于活化分子百分数。画出CO2分子在T2 ℃(T2＜T1)的能量分布曲线Ⅱ________________________________________。
(4)H2和CO2按物质的量3∶1投料，保持总压5MPa恒定的条件下，研究不同温度对“CO2催化加氢制甲醇”的影响，平衡时各组分的物质的量分数的数据如下表：
温度/℃ 物质的量分数/% 物质 200 240 280
H2 55.3 61.2 66.1
CO2 20.3 20.5 20.2
X 0.9 1.8 3.2
Y 11.5 6.4 2.1
Z 12.0 10.1 8.4
①表中X代表____________________(填化学式)。
②体系中CO2的物质的量分数受温度的影响不大，原因是_______________________________________________________________。
2．(2022·金丽衢十二校联考)当今中国积极推进绿色低碳发展，力争在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。因此，研发CO2利用技术，降低空气中CO2含量成为研究热点。在5 MPa压强下，恒压反应器中通入3 mol H2，1 mol CO2气体同时发生反应Ⅰ、Ⅱ如下：
反应Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1 K1
反应Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g) ΔH2 K2
(1)如图(a)所示，则ΔH1－ΔH2________0 (填“＞”、“＜”或“＝”)。
(2)在5 MPa压强下，恒压反应器中通入3 mol H2、1 mol CO2气体，CO2的平衡转化率及CH3OH的平衡产率随温度变化关系如图(b)。
已知：CH3OH的产率＝×100%。
①下列说法正确的是________。
A．反应过程中，容器内压强不再变化，说明反应Ⅰ达到平衡
B．反应过程中，气体密度维持不变，说明反应Ⅰ达到平衡
C．增大压强能同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率
D．加入对反应Ⅰ催化效果更佳的催化剂，可以提高CH3OH的产率
②475 K时，反应Ⅱ的压强平衡常数Kp＝________(压强平衡常数：用平衡分压代替平衡浓度，分压＝总压×气体物质的量分数)。
(3)图(b)中500 K以后，CO2平衡转化率随温度升高而增大的原因___________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(4)在一定温度下，密闭容器中通入适量CO2和H2，只发生反应Ⅰ，CO2平衡转化率随压强变化如图。请在图中画出压强从2 MPa增加到4 MPa，反应经相同时间且未达到平衡时，CO2转化率变化曲线图。
(5)我国科学家研究Li—CO2电池中取得了重大科研成果。Li—CO2电池中，Li为单质锂片，CO2在正极发生电化学反应，电池反应产物为碳酸锂和单质碳，CO2电还原后与锂离子结合形成碳酸锂按以下4个步骤进行，写出步骤Ⅲ的离子方程式_________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
Ⅰ.2CO2＋2e－===C2O
Ⅱ.C2O===CO2＋ CO
Ⅲ._________________________________________________________________。
Ⅳ.CO＋2Li＋===Li2CO3
3．(2022·台州3月联考) 我国在2021年两会上首次将碳达峰、碳中和写入政府工作报告，力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。CO2转化利用是碳治理的重要方法，有利于实现碳资源的有效循环。
已知：甲醇的气相标准燃烧热(焓)：ΔH1＝－764.9 kJ·mol－1；
氢气的标准燃烧热(焓)：ΔH2＝－285.8 kJ·mol－1；
H2O(l)转化为H2O(g)：ΔH3＝＋44 kJ·mol－1。
回答下列问题：
(1)CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝________kJ·mol－1。
(2)制备甲醇两种路径的势能图如图，根据势能图，下列说法正确的是________。
A．提高CO2分压一定可以提高CO2在催化剂表面的吸附速率
B．甲酸盐路径的决速步反应是HCOO*＋H*→H2COO*
C．中间体HCOO*比COOH*更稳定
D．使用高活性催化剂可降低反应焓变，加快反应速率
(3)研究者向恒压(3.0 MPa)密闭装置中通入反应物混合气[混合比例＝]，测定甲醇时空收率随温度的变化曲线如图所示。(甲醇时空收率是表示单位物质的量催化剂表面甲醇的平均生成速率)。请解释甲醇时空收率“抛物线”前半段升高的原因：____________________________________________________________
_____________________________________________________________，
催化剂最佳配比、最佳反应温度为________。
(4)二氧化碳加氢制甲醇的速率方程可表示为v＝k·pm(CO2)·pn(H2)，其中k为速率常数，各物质分压的指数为反应级数。实验结果表明，速率常数与反应级数均受反应温度的影响。使用Ni5Ga3催化剂时，反应温度由169 ℃升高到223 ℃，若CO2反应级数＝2，H2反应级数不变，试计算速率常数之比＝________。
(5)在CO2催化加氢制甲醇过程中存在竞争性的反应产生CO：CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41 kJ·mol－1，在恒温密闭容器中，维持压强和投料不变，将CO2和H2按一定流速通过反应器，二氧化碳转化率和甲醇选择性x(CH3OH)＝×100%随温度变化关系如图所示。若催化剂活性受温度影响不大，试分析235 ℃后图中两条曲线下降的原因：___________________________________________________________
__________________________________________________________。
4．(2022·金衢六校联考)“温室效应”是全球关注的环境问题之一。CO2是目前大气中含量最高的一种温室气体。因此，控制CO2的排放和CO2的资源化利用是解决温室效应的有效途径。
(1)以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－49.5 kJ·mol－1
Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g) ΔH2＝－90.4 kJ·mol－1
Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g) ΔH3＝＋40.9 kJ·mol－1
①反应Ⅰ自发进行的条件________。(填“高温”或“低温”)
②一定条件下，向体积为2 L的恒容密闭容器中通入0.1 mol CO2和0.3 mol H2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为0.02 mol，CO为0.04 mol，此时CO2的转化率________。反应Ⅰ的转化常数为_______________________________________________________________。
③在某温度下，向V L的密闭容器中充入不同n(H2)/n(CO2)的原料气，若只发生反应Ⅰ，请在如图中画出平衡时氢气转化率的变化趋势图________。
(2)文献报道某课题组利用CO2与H2O在铁、镍催化作用下制甲烷的研究过程如下：
反应结束后，气体中检测到CH4和H2，滤液中检测到HCOOH，固体中检测到镍粉和Fe3O4，CH4、HCOOH、H2的产量和镍粉用量的关系如图所示(仅改变镍粉用量，其他条件不变)；
研究人员根据实验结果得出结论：HCOOH是CO2转化为CH4的中间体，即：CO2HCOOHCH4
①由图可知，镍粉是________。(填字母)
A．反应Ⅰ、Ⅱ的催化剂 B．反应Ⅱ的催化剂
C．反应Ⅰ的催化剂 D．不是催化剂
②当镍粉用量从1 mmol增加到10 mmol，反应速率Ⅰ、Ⅱ的变化情况是________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(3)CO2/HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。例如：HCO催化储氢，在密闭容器中，向含有催化剂的KHCO3溶液(CO2与KOH溶液反应制得)中通入H2生成HCOO－，其离子方程式为HCO＋H2HCOO－＋H2O。
①有关说法正确的是________。
A．这种储氢方式便于运输
B．释氢过程中，每消耗3.6 g H2O放出4.48 L的H2
C．储氢过程中HCO被氧化
D．这种储氢方法与金属或合金的储氢都属于化学方法
②其他条件不变，HCO转化为HCOO－的转化率随温度的变化如图所示。反应温度在80 ℃～120 ℃范围内，HCO催化加氢的转化率下降的可能原因是_________________________________________________________________
______________________________________________________________。
5．(2021·浙江1月选考)“氯碱工业”是以电解饱和食盐水为基础制取氯气等产品的工业，氯气是实验室和工业上的常用气体。
请回答下列问题：
(1)电解饱和食盐水制取氯气的化学方程式是______________________________。
(2)下列说法不正确的是________(填字母)。
A．可采用碱石灰干燥氯气
B．可通过排饱和食盐水法收集氯气
C．常温下，可通过加压使氯气液化而储存于钢瓶中
D．工业上，常用氢气和氯气反应生成的氯化氢溶于水制取盐酸
(3)在一定温度下，氯气溶于水的过程及其平衡常数为Cl2(g)??Cl2(aq) K1＝
Cl2(aq)＋H2O(l)??H＋(aq)＋Cl－(aq)＋HClO(aq) K2
其中p为Cl2(g)的平衡压强，c(Cl2)为Cl2在水溶液中的平衡浓度。
①Cl2(g)??Cl2(aq)的焓变ΔH1________(填“>”“＝”或“<”)0。
②平衡常数K2＝______________________________________________。
③氯气在水中的溶解度(以物质的量浓度表示)为c，则c＝__________(用平衡压强p和上述平衡常数表示，忽略HClO的电离)。
(4)工业上，常采用“加碳氯化”的方法以高钛渣(主要成分为TiO2)为原料生产TiCl4，相应的化学方程式为
Ⅰ.TiO2(s)＋2Cl2(g)??TiCl4(g)＋O2(g)
ΔHⅠ＝＋181 kJ·mol－1，KⅠ＝3.4×10－29
Ⅱ.2C(s)＋O2(g)??2CO(g) ΔHⅡ＝－221 kJ·mol－1，KⅡ＝1.2×1048
结合数据说明氯化过程中加碳的理由__________________________________
_______________________________________________________________。
(5)在一定温度下，以I2为催化剂，氯苯和Cl2在CS2中发生平行反应，分别生成邻二氯苯和对二氯苯，两产物浓度之比与反应时间无关。反应物起始浓度均为0.5 mol·L－1，反应30 min测得氯苯15%转化为邻二氯苯，25%转化为对二氯苯。保持其他条件不变，若要提高产物中邻二氯苯的比例，可采用的措施是________(填字母)。
A．适当提高反应温度 B．改变催化剂
C．适当降低反应温度 D．改变反应物浓度
化学反应原理综合题 专项训练
A卷
1．(2022·余姚4月测试)氨气广泛应用于化肥、制药、合成纤维等领域。
Ⅰ.工业上可由氢气和氮气合成氨气。若用、、、分别表示N2、H2、NH3和催化剂，则在催化剂表面合成氨的过程如图所示：
(1)吸附后，能量状态最高的是________(填序号)。
(2)结合上述过程，一定温度下在固体催化剂表面进行NH3的分解实验，发现NH3的分解速率与浓度的关系如图所示。从吸附和解吸过程分析，c0前反应速率增加的原因可能是____________________________________________________；
c0之后反应速率降低的原因可能是__________________________________
______________________________________________________________。
Ⅱ.利用NH3在催化剂(V2O5—WO3/TiO2)作用下将NOx还原为N2是目前应用最为广泛的氮氧化物NOx的净化方法，其原理是：
主反应：4NH3(g)＋4NO(g)＋O2(g)??4N2(g)＋6H2O(g) ΔH1
副反应：4NH3(g)＋3O2(g)??2N2(g)＋6H2O(g) ΔH2
(3)根据盖斯定律可得：4NH3(g)＋6NO(g)??5N2(g)＋6H2O(g) ΔH3，则ΔH3＝________(用含ΔH1、ΔH2的式子表示)。
(4)催化剂V2O5—WO3/TiO2中的V2O5是活性组分。在反应器中以一定流速通过混合气[n(O2)∶n(NH3)∶n(NO)＝71∶1∶1]，在不同温度下进行该催化反应，V2O5的质量分数对单位时间内NO去除率的影响如图所示。
①从起始至对应A、B、C三点的平均反应速率由小到大的顺序为____________。
②V2O5的质量分数对该催化剂活性的影响是________________________。
(5)一定温度下，向1 L恒容密闭容器(含催化剂)中投入1 mol NH3和1.5 mol NO，发生反应4NH3(g)＋6NO(g)??5N2(g)＋6H2O(g)。达到平衡状态时，NO的转化率为60%，则平衡常数为________mol·L－1(列出计算式即可)。
答案 (1)B
(2)氨的浓度增加，催化剂表面吸附的氨分子增多，速率增大 催化剂表面的氨分子太多，不利于氮气和氢气从催化剂表面解吸
(3)ΔH3＝ΔH1－ΔH2
(4)①vA
解析 (1)断裂化学键吸收能量，形成化学键释放能量，结合图B分析可知，吸附后，能量状态最高的是B，因为吸收能量断键；(2)根据题目信息，结合图分析可知，c0之前反应速率增加的原因可能是氨的浓度增加，催化剂表面吸附的氨分子增多，速率增大，c0之后反应速率降低的原因可能是催化剂表面的氨分子太多，不利于氮气和氢气从催化剂表面解吸；(3)根据盖斯定律ΔH1－ΔH2可得4NH3(g)＋6NO(g)??5N2(g)＋6H2O(g) ΔH3＝ΔH1－ΔH2；(4)①A、C两点温度相同，催化剂的质量分数不同，由图可知，催化剂的质量分数越大，反应速率越快，则C＞A，A、B两点催化剂质量分数相同，B点温度更高，则反应速率B＞A，故vA
(1)在 20 ℃ 时，已知：
①N2(g)＋O2(g)??2NO(g) 正、逆反应活化能分别为 a kJ?mol－1、b kJ?mol－1
②4NH3(g)＋5O2(g)??4NO(g)＋6H2O(l) 正、逆反应活化能分别为 c kJ?mol－1、d kJ?mol－1
则 4NH3(g)＋6NO(g)??5N2(g)＋6H2O(l)的ΔH 为________________________。
(2)10.0 L 的密闭容器中，按物质的量比 1∶3 投入氮气和氢气，发生反应：N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g) ΔH<0，用传感器测得温度为 T1、T2时容器中n(N2)随时间变化如下表：
时间 物质的量n(N2) 温度 0 5 min 10 min 15 min 20 min
T1 0.1 mol 0.08 mol 0.062 mol 0.05 mol 0.05 mol
T2 0.1 mol 0.07 mol － x mol 0.06 mol
①T1时，该反应的平衡常数为________(用最简分数表示)；
②x________0.06(填“>”、“<”或“＝”)，原因是___________________________
___________________________________________________________。
(3)汽车排气管装有三元催化剂装置，在催化剂表面通过发生吸附、解吸消除 CO、NO 等污染物。反应机理如下[Pt(s)表示催化剂，右上角带“*”表示吸附状态]：
ⅠNO＋Pt(s)===NO*
ⅡCO＋Pt(s)===CO*
ⅢNO*===N*＋O*
ⅣCO*＋O*===CO2＋Pt(s)
ⅤN*＋N*===N2＋Pt(s)
ⅥNO*＋N*===N2O＋Pt(s)
经测定汽车尾气中反应物及生成物浓度随温度变化的关系如图1和图2所示。
①图1中，温度为330 ℃时发生的主要反应为________(填“Ⅳ”、“Ⅴ”或“Ⅵ”)；反应Ⅴ为________反应(填“放热”或“吸热”)。
②图2中，温度从Ta升至Tb的过程中，反应物浓度急剧减小的主要原因是________________________________________________________________
____________________________________________________________。
③已知气体在固体催化剂表面反应中，吸附和解吸过程同时影响总反应速率。温度一定时，反应2NO＋2CON2＋2CO2的总反应速率随压强的变化如图所示。
结合(3)中反应机理，解释 bc 段化学反应速率下降的原因__________________________________________________________________
________________________________________________________________。
答案 (1)(5b－5a＋c－d) kJ?mol－1
(2)① ②＝ 5 min时，T1温度下，n(N2)＝0.08 mol，T2温度下，n(N2)＝0.07 mol，说明T2时反应速率更快，则T2>T1，由表可知，温度为T2时，反应在15 min时达到平衡，则T2时反应在15 min前已达平衡，则x＝0.06
(3)①Ⅳ 放热 ②温度升高，催化剂活性逐渐增强，反应速率逐渐加快，所以反应物浓度快速减小 ③压强增大，吸附速率虽然增大，但不利于解吸，解吸速率减小更多，所以反应速率总体减小
解析 (1)根据ΔH＝正反应的活化能－逆反应的活化能，则①N2(g)＋O2(g)??2NO(g)
ΔH1＝(a－b) kJ/mol；②4NH3(g)＋5O2(g)??4NO(g)＋6H2O(l) ΔH2＝(c－d) kJ/mol，根据盖斯定律将②－①×5得4NH3(g)＋6NO(g)??5N2(g)＋6H2O(l)，其ΔH＝ΔH2－5ΔH1＝(c－d)－5×(a－b) kJ/mol＝(5b＋c－5a－d) kJ/mol；
(2)①T1时，根据表中数据列出三段式：
则反应的平衡常数K＝＝ L2·mol－2；②5 min时，T1温度下，0.08 mol大于0.07 mol，说明T2时反应速率更快，则T2＞T1，由表可知，温度为T1时，反应在15 min时达到平衡，则T2时反应在15 min前已达到平衡状态，则x＝0.06；(3)①由图1可知，生成物中CO2的浓度最大，则温度为330 ℃时发生的主要反应为反应Ⅳ；反应Ⅴ为N*＋N*===N2＋Pt(s)，成键要放出热量，则反应V为放热反应；②温度从Ta升至Tb的过程中，反应物浓度急剧减小，说明反应速率急剧加快，是催化剂活性增加，催化效率提高引起的；③b→c的过程中，随着压强的增大，反应速率在减小，可能是因为该阶段压强增大，吸附速率也在增大，但不利于解吸，解吸速率减小更多，所以反应速率减小。
3．(2022·杭州3月联考)第五届联合国环境大会(UNEA－5)于2021年2月份在肯尼亚举行，会议主题为“加大力度保护自然，实现可持续发展”。有效去除大气中的H2S、SO2以及废水中的硫化物是环境保护的重要课题。
(1)氨水可以脱除烟气中的SO2，氨水脱硫的相关热化学方程式如下：
2NH3(g)＋H2O(l)＋SO2(g)===(NH4)2SO3(aq)
ΔH＝a kJ·mol－1
(NH4)2SO3(aq)＋H2O(l)＋SO2(g)===2NH4HSO3(aq) ΔH＝b kJ·mol－1
2(NH4)2SO3(aq)＋O2(g)===2(NH4)2SO4(aq)
ΔH＝c kJ·mol－1
反应NH3(g)＋NH4HSO3(aq)＋O2(g)===(NH4)2SO4(aq)的ΔH＝________。(用含a、b、c的代数式表示) kJ·mol－1。
(2)SO2可被NO2氧化：SO2(g)＋NO2(g)??SO3(g)＋NO(g)。当温度高于225 ℃时，反应速率v正＝k正·c(SO2)·c(NO2)，v逆＝k逆·c(SO3)·c(NO)，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数。在上述温度范围内，k正、k逆与该反应的平衡常数K之间的关系为________________。
(3)在一定条件下，CO可以去除烟气中的SO2，其反应原理为2CO(g)＋SO2(g)??2CO2(g)＋S(g) ΔH>0。其他条件相同、以γ－Al2O3作为催化剂，研究表明，γ－Al2O3在240 ℃以上发挥催化作用。反应相同的时间，SO2的去除率随反应温度的变化如图1所示。下列有关SO2去除率的说法正确的是________(填标号)。
A．240 ℃以下，SO2能够被催化剂吸附，温度升高，吸附能力减弱，SO2去除率降低
B．以γ－Al2O3作为催化剂，SO2去除率最高只能达到80%
C．温度高于500 ℃，SO2去除率降低是因为催化剂的活性降低
(4)在气体总压强分别为p1和p2时，反应2SO3(g)??2SO2(g)＋O2(g)在不同温度下达到平衡，测得SO3(g)及SO2(g)的物质的量分数如图2所示：
①压强：p1________(填“>”或“<”)p2。
②若p1＝0.81 MPa，起始时充入一定量的SO3(g)发生反应，计算Q点对应温度下该反应的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算。分压＝总压×物质的量分数)MPa。
答案 (1) (2)K＝ (3)AC (4)①＞ ②0.06
解析 (1)依据盖斯定律(①－②＋③)/2即得到反应NH3(g)＋NH4HSO3(aq)＋O2(g)===(NH4)2SO4(aq)的ΔH＝ kJ·mol－1。(2)在上述温度范围内，该反应的平衡常数K＝ [c(SO3) ·c(NO)]/[c(SO2)·c(NO2)]，由于平衡时正逆反应速率相等，则v正＝k正·c(SO2) · (NO2)＝v逆＝k逆·c(SO3)·c(NO)，所以[c(SO3)·c(NO)]/[c(SO2)·c(NO2)]＝k正/k逆，即K＝；(3)A.催化剂γ－Al2O3的比表面积大，具有吸附性，温度较低时(小于240 ℃)，SO2能够被催化剂吸附，SO2含量降低，随着温度的升高催化剂的吸附能力减弱，导致催化剂吸附的SO2减少，A正确；B.催化剂不能影响转化率，B错误；C.温度高于500 ℃，由于温度升高会降低催化剂的活性，因此SO2去除率降低是因为催化剂的活性降低，C正确；(4)①当温度相同时，增大压强，平衡逆向进行，SO3含量升高，所以根据图像可知压强p1＞p2；
②若p1＝0.81 MPa，起始时充入一定量的SO3(g)发生反应，计算Q点对应温度下平衡时SO3的物质的量分数是0.5，则依据三段式可知
因此＝0.5，解得x＝0.2，所以该反应的平衡常数Kp＝ MPa＝0.06 MPa。
4．(2022·浙江五校联考)含碳物质的价值型转化，有利于“减碳”和可持续发展。回答下列问题：
(1)丙烯(C3H6)是石油化工行业重要的有机原料之一，主要用于生产聚丙烯、二氯丙烷、异丙醇等产品。
①丙烷脱氢制备丙烯。由图可得C3H8(g)??C3H6(g)＋H2(g) ΔH＝____kJ/mol。
②目前在丙烷脱氢制丙烯时常通入适量的O2，让其同时发生下列反应：2C3H8(g)＋O2(g)??2C3H6(g)＋2H2O(g) ΔH＝－235 kJ/mol，通入O2的作用是________________________________________________________________
_____________________________________________________________。
(2)乙苯催化脱氢制取苯乙烯的反应为：
＋CO2(g) ＋H2O (g)+CO (g)
其反应历程如下：
①关于该反应，下列说法正确的是________。
A．苯环α位的碳氢键键能小于苯环β位的碳氢键键能
B．催化剂可通过吸附作用，拉近反应物之间的距离，从而增加有效碰撞的概率
C．催化剂的作用是提供反应界面，但不参与化学反应过程
D．增加催化剂用量可提高反应的平衡转化率
②在相同时间内乙苯的转化率与p(CO2)的关系如图所示，乙苯转化率随着p(CO2)变化的原因是_______________________________________________
_______________________________________________________________
___________________________________________________________。
(3)工业上可用丙烯加成法制备1，2－二氯丙烷(CH2ClCHClCH3)，主要副产物为3－氯丙烯(CH2===CHCH2Cl)，反应原理为：
Ⅰ.CH2===CHCH3(g)＋Cl2(g)??CH2ClCHClCH3(g)
Ⅱ.CH2===CHCH3(g)＋Cl2(g)??CH2===CHCH2Cl(g)＋HCl(g)
一定温度下，向恒容密闭容器中充入等物质的量的CH2===CHCH3(g)和Cl2(g)。在催化剂作用下发生反应，容器内气体的压强随时间的变化如表所示。
时间/min 0 60 120 180 240 300 360
压强/kPa 80 74.2 69.2 65.2 61.6 60.0 60.0
①用单位时间内气体分压的变化来表示反应速率，即v＝，则前120 min内平均反应速率v(CH2ClCHClCH3)＝________kPa·min－1。
②该温度下，若平衡时HCl的体积分数为12.5%，反应Ⅰ的平衡常数Kp＝________kPa－1(Kp为以气体分压表示的平衡常数)。
答案 (1)①＋124.2 ②可提供裂解所需的能量，并保持热平衡；减小c(H2)提高丙烯产量
(2)①AB ②随着二氧化碳压强增大，二氧化碳浓度增大，反应速率增大，此时乙苯单位时间内转化率随着p(CO2)的增大而增大；二氧化碳压强继续增大，会造成乙苯在催化剂表面的吸附率下降，反应速率降低，此时乙苯单位时间内转化率随着p(CO2)的增大反而减小
(3)①0.09 ②0.128
解析 (1)①根据图甲，可得C3H8(g)===C2H2(g) ＋ H2(g)＋ CH4(g) ΔH ＝ ＋156.6 kJ/mol图乙可得，②C3H6(g)===C2H2(g) ＋ CH4(g) ΔH＝＋32.4 kJ/mol，根据盖斯定律，①－②可得C3H8(g)===C3H6(g)＋ H2(g)，则ΔH ＝＋124.2 kJ/mol；②丙烷直接裂解是吸热反应，通入适量O2可与裂解产生的氢气反应，提供裂解所需的能量，并保持热平衡；(2)①A项，根据图中信息活化位置首先活化的是苯环α位的碳氢键说明键能小，易断裂，A正确；B项，根据题中信息，吸附活化，拉近反应物之间的距离，从而增加有效碰撞的概率，B正确；C项，催化剂参与化学反应过程，反应消耗后又产生，C错误；D项，增加催化剂不可以提高反应的平衡转化率，只能加快反应速率，D错误；故选AB；②一定范围内，p(CO2)越大，说明在原料中二氧化碳的配比越高，则乙苯平衡转化率越高，二者首先吸附在催化剂表面上，当二氧化碳在催化剂表面吸附率过高时，会造成乙苯在催化剂表面的吸附率下降，使乙苯平衡转化率随着p(CO2)的增大反而减小；
(3)①前120 min内压强减小即Δp＝80－69.2＝10.8 kPa，则v(CH2ClCHClCH3)＝＝0.09 kPa/ min；
②发生的反应为：
根据表格中数据可知，300 min到达平衡，则＝解得x＝0.5n，平衡时HCl的体积分数为12.5%，即＝12.5%，则y＝0.187 5n，Kp＝＝ 0.128。
5．(2022·浙江黄金卷)金属铝有广泛的应用，有人对碳还原氧化铝制备铝进行了实验研究。在2.0 L真空密闭容器中稍过量石墨与1.0 mol Al2O3混合后加热，图1是体系压强随着加热时间变化的曲线图，图2是在不同的恒定温度下，反应达到平衡，冷却后容器内剩余固体中部分含铝元素物质的物质的量随温度变化曲线图。
已知：1.01×105 Pa下Al熔点933 K，沸点2 700 K；10 Pa下Al沸点低于1 000 K，Al2O3和C沸点高于2 000 K。
反应Ⅰ：Al2O3(s)＋3C(s)??2Al(s)＋3CO(g) ΔH1＝＋1 339.1 kJ·mol－1
反应Ⅱ：2Al2O3(s)＋9C(s)??Al4C3(s)＋6CO(g) ΔH2＝＋2 249.5 kJ·mol－1
反应Ⅲ：Al2O3(s)＋Al4C3(s)??6Al(s)＋3CO(g) ΔH3
请回答下列问题：
(1)工业上电解法冶炼铝的化学方程式为_____________________________
_______________________________________________________________。
(2)ΔH3＝________。
(3)图1中石墨与Al2O3混合物加热至150 min时容器内温度约为______________________________________________________________。
(4)从反应自发性推测，实验室进行碳还原氧化铝制备铝的实验需要在真空容器中进行，可能的原因是___________________________________________________。
(5)由图2可得1 650 K时，反应Ⅰ的平衡常数K＝________。
(6)请在图3中画出温度在1 450～1 650 K之间2.0 L真空密闭容器中CO的浓度随温度变化曲线图________。
答案 (1)2Al2O34Al＋3O2↑
(2)1 767.8 kJ·mol－1 (3)1 500 K
(4)减小体系压强可以使铝沸点降低，实验时铝呈气态使反应Ⅰ熵变(或生成物熵)增大，有利于反应自发进行
(5)或4.2×10－3
(6)
解析 (1)工业上电解法熔融的Al2O3，在阴极上Al3＋得到电子被还原变为Al单质，在阳极上O2－失去电子，被氧化为O2，则根据同一闭合电路中电子转移数目相等，可知电解熔融氧化铝来冶炼铝的化学方程式为：2Al2O34Al＋3O2↑；(2)根据盖斯定律，将(Ⅰ)×3－(Ⅱ)，整理可得Al2O3(s)＋Al4C3(s)??6Al(s)＋3CO(g) ΔH3＝＋1 767.8 kJ·mol－1；(3)图1中石墨与Al2O3混合物加热至150 min时容器内压强开始变大，说明反应开始，结合图2中Al2O3的物质的量开始减少，可知反应温度约为1 500 K；(4)从反应自发性推测，ΔG＝ΔH－TΔS＜0，反应自发进行。实验室进行碳还原氧化铝制备铝的实验需要在真空容器中进行，这时由于减小体系压强可以使铝沸点降低，实验时铝呈气态，导致反应Ⅰ熵变(或生成物熵)增大，有利于反应自发进行；(5)对于反应Ⅰ：Al2O3(s)＋3C(s)??2Al(s)＋3CO(g)，在1 650 K时Al2O3的物质的量是0.5 mol，反应的Al2O3的物质的量是1 mol－0.5 mol＝0.5 mol，根据方程式可知：每有1 mol Al2O3反应，就会产生3 mol CO，则反应0.5 mol的Al2O3，产生CO的物质的量是1.5 mol，容器的容积是2 L，故c(CO)＝＝0.75 mol/L。根据已知条件：在10 Pa下Al沸点低于1 000 K，反应在真空容器中进行，压强减小导致Al的沸点低于1 000 K，此时Al状态为气态，根据图示可知此时Al蒸气的物质的量为0.20 mol，则c(Al)＝＝0.10 mol/L，故反应Ⅰ的化学平衡常数K＝c3(CO)·c2(Al)＝(0.75)3×(0.10)2＝0.004 2；(6)根据图示可知：在1 500 K时开始产生CO气体，在1 550 K时c(CO)＝＝0.15 mol/L；在1 650 K时c(CO)＝＝0.75 mol/L，将这些特殊点用平滑曲线连接，可得CO的浓度与温度关系的图像：
。
B卷
1．(2022·浙江预测卷)在第75届联合国大会期间，中国提出争取2060年前实现碳中和。利用CO2制备甲醇是极具前景的温室气体资源化研究领域。在某“CO2催化加氢制甲醇”的反应体系中主要存在如下反应：
ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－48.16 kJ·mol－1
ⅱ.CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g) ΔH2
ⅲ.CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)
ΔH3＝－90.66kJ·mol－1
(1)下列说法正确的是________。
A．降低温度，反应ⅰ、ⅲ平衡常数减小
B．该体系中反应ⅱ的ΔH 2＞0
C．增大压强，有利于提高CO2的平衡转化率
D．在恒容条件下，适当增加少量CO作原料，可提高CH3OH的产率
(2)反应ⅰ在某催化剂上的部分反应历程如图1所示。
已知：方框内包含微粒种类及数目、微粒的相对总能量(括号里的数字或字母，单位：eV，且1 eV＝1.6×10－22 kJ)。其中，TS表示过渡态、*表示吸附在催化剂上的微粒。
①图1所示反应历程决定速率步骤的反应方程式是_________________________________________________________________。
②图1中E＝________eV (计算结果保留2位小数)。
(3)有研究表明，温度对反应速率的影响是通过提高活化分子百分数实现的。图2中曲线Ⅰ为T1 ℃时CO2分子的能量分布曲线，阴影面积相当于活化分子百分数。画出CO2分子在T2 ℃(T2＜T1)的能量分布曲线Ⅱ________________________________________。
(4)H2和CO2按物质的量3∶1投料，保持总压5MPa恒定的条件下，研究不同温度对“CO2催化加氢制甲醇”的影响，平衡时各组分的物质的量分数的数据如下表：
温度/℃ 物质的量分数/% 物质 200 240 280
H2 55.3 61.2 66.1
CO2 20.3 20.5 20.2
X 0.9 1.8 3.2
Y 11.5 6.4 2.1
Z 12.0 10.1 8.4
①表中X代表____________________(填化学式)。
②体系中CO2的物质的量分数受温度的影响不大，原因是_______________________________________________________________。
答案 (1)BCD (2)①HCOOH*＋2H2(g)===H2COOH*＋3/2 H2(g)或HCOOH*＋1/2H2(g)===H2COOH* ②－0.50
(3) (4)①CO
②温度改变时，反应ⅰ和反应ⅱ平衡移动方向相反；且影响程度接近
解析 (1)根据盖斯定律：ⅰ－ⅱ＝ⅲ，ΔH1－ΔH2＝ΔH3＝－48.16－ΔH2＝－90.66, ΔH2＝＋42.5 kJ/mol；A项，降低温度，反应ⅰ平衡右移，平衡常数增大，故A错误；B项，结合以上分析可知，反应ⅱ为吸热反应，故ΔH2>0，故B正确；C项，增大压强，对于反应ⅰ来讲，平衡右移，有利于提高CO2的平衡转化率，故C正确；D项，在恒容条件下，适当增加少量CO作原料，增大了反应物浓度，对于ⅲ，平衡右移，可提高CH3OH的产率；对于反应ⅱ，平衡左移，二氧化碳浓度增大，对于反应ⅰ来讲，平衡右移，可提高CH3OH的产率；故D正确；(2)①生成甲醇的决速步骤，指的是反应历程中反应速率最慢的反应；速率的快慢由反应的活化能决定，活化能越大，反应速率越慢；根据图表信息可知，过渡态与起始态能量差最大的反应为：HCOOH*＋2H2(g)===H2COOH*＋3/2 H2(g)或
HCOOH*＋1/2H2(g)===H2COOH*；
②反应ⅰCO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－48.16 kJ·mol－1，ΔH指的是1 mol甲醇和1 mol水蒸气的总能量与1 mol二氧化碳和3 mol氢气的总能量之差，而反应历程中的E表示的是1个甲醇分子和1个水分子的相对总能量与1个二氧化碳分子和3个氢分子的相对总能量之差，且将起点的相对总能量设定为0，所以做如下换算即可求出相对总能量E＝＝＝－0.50 eV；(3)温度升高，活化分子数目增多，活化分子百分数增大，T2＜T1，温度降低，活化分子百分数减小，分子平均能量减小，曲线分布图如下：；(4)①反应ⅰ为放热反应，反应ⅱ为吸热反应，根据图表信息，升高温度，反应ⅰ平衡左移，氢气的物质的量分数增大，反应ⅱ为吸热反应，升高温度，平衡右移，所以二氧化碳的物质的量分数先增大后减小，反应ⅲ为放热反应，平衡左移，综合分析，一氧化碳的物质的量分数始终增大，所以X为CO；②温度改变时，反应ⅰ(反应放热)和反应ⅱ(反应吸热)平衡移动方向相反，且影响程度接近，体系中CO2的物质的量分数受温度的影响不大。
2．(2022·金丽衢十二校联考)当今中国积极推进绿色低碳发展，力争在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。因此，研发CO2利用技术，降低空气中CO2含量成为研究热点。在5 MPa压强下，恒压反应器中通入3 mol H2，1 mol CO2气体同时发生反应Ⅰ、Ⅱ如下：
反应Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1 K1
反应Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g) ΔH2 K2
(1)如图(a)所示，则ΔH1－ΔH2________0 (填“＞”、“＜”或“＝”)。
(2)在5 MPa压强下，恒压反应器中通入3 mol H2、1 mol CO2气体，CO2的平衡转化率及CH3OH的平衡产率随温度变化关系如图(b)。
已知：CH3OH的产率＝×100%。
①下列说法正确的是________。
A．反应过程中，容器内压强不再变化，说明反应Ⅰ达到平衡
B．反应过程中，气体密度维持不变，说明反应Ⅰ达到平衡
C．增大压强能同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率
D．加入对反应Ⅰ催化效果更佳的催化剂，可以提高CH3OH的产率
②475 K时，反应Ⅱ的压强平衡常数Kp＝________(压强平衡常数：用平衡分压代替平衡浓度，分压＝总压×气体物质的量分数)。
(3)图(b)中500 K以后，CO2平衡转化率随温度升高而增大的原因___________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(4)在一定温度下，密闭容器中通入适量CO2和H2，只发生反应Ⅰ，CO2平衡转化率随压强变化如图。请在图中画出压强从2 MPa增加到4 MPa，反应经相同时间且未达到平衡时，CO2转化率变化曲线图。
(5)我国科学家研究Li—CO2电池中取得了重大科研成果。Li—CO2电池中，Li为单质锂片，CO2在正极发生电化学反应，电池反应产物为碳酸锂和单质碳，CO2电还原后与锂离子结合形成碳酸锂按以下4个步骤进行，写出步骤Ⅲ的离子方程式_________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
Ⅰ.2CO2＋2e－===C2O
Ⅱ.C2O===CO2＋ CO
Ⅲ._________________________________________________________________。
Ⅳ.CO＋2Li＋===Li2CO3
答案 (1)＜ (2)①BCD ②或1.86×10－2
(3)反应Ⅰ放热，温度升高平衡左移，反应Ⅱ吸热，温度升高平衡右移，500 K以后，温度升高，反应Ⅱ平衡右移的程度更大，故CO2平衡转化率增大
(4)
(5)2CO＋CO2===2CO＋C
解析 图(a)的横坐标为，则越大，T越小，对反应Ⅰ来说，随着温度的不断降低，lgK不断增大，K不断增大，则平衡正向移动，所以ΔH1＜0；对反应Ⅱ来说，随着温度的不断降低，lgK不断减小，K不断减小，则平衡逆向移动，所以ΔH2＞0。(1)由上述可知，ΔH1＜0，ΔH2＞0，则ΔH1－ΔH2＜0；
(2)①A项，因为反应在恒压反应器中进行，容器内压强始终不变，反应Ⅰ不一定达到平衡，A不正确；B项，反应过程中，压强恒定，则容积可变，气体的总质量不变，体积改变，则气体密度随反应进行而改变，当密度不变时，反应Ⅰ达到平衡，B正确；C项，增大压强，反应Ⅰ正向移动，则同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率，C正确；D项，加入对反应Ⅰ催化效果更佳的催化剂，则反应Ⅰ进行的程度更大，可以提高CH3OH的产率，D正确；故选BCD。②475 K时，设CO2转化为CH3OH的物质的量为x，CO2转化为CO的物质的量为y，由CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g)和CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g)可得出，参加反应的CO2的物质的量为(x＋y)，参加反应的H2的物质的量为(3x＋y)，生成CH3OH的物质的量为x，生成CO的物质的量为y，生成H2O的物质的量为(x＋y)。依题意可得出：x＋y＝1 mol×30%，x＝1 mol×20%，从而求出x＝0.2 mol，y＝0.1 mol；达平衡时，混合气体中含CO2的物质的量为1 mol－x－y＝0.7 mol，H2的物质的量为3 mol－3x－y＝2.3 mol，CO的物质的量为0.1 mol，H2O的物质的量为x＋y＝0.3 mol，则反应Ⅱ的压强平衡常数Kp＝＝或1.86×10－2；
(3)升高温度，反应Ⅰ中CO2的转化率减小，反应Ⅱ中CO2的转化率增大，而图(b)中500 K以后，CO2平衡转化率随温度升高而增大，则表明500 K以后，反应Ⅱ中平衡移动占主导地位，从而得出原因为：反应Ⅰ放热，温度升高平衡左移，反应Ⅱ吸热，温度升高平衡右移，500 K以后，温度升高，反应Ⅱ平衡右移的程度更大，故CO2平衡转化率增大；(4)在一定温度下，密闭容器中通入适量CO2和H2，只发生反应Ⅰ，压强从2 MPa增加到4 MPa，则CO2的转化率增大，且幅度更大，从而得出反应经相同时间且未达到平衡时，CO2转化率变化曲线图为：
；(5)步骤Ⅲ中，CO转化为CO且生成C，表明另一反应物作氧化剂，则只能为CO2，由此得出反应的离子方程式为：2CO＋CO2===2CO＋C。
3．(2022·台州3月联考) 我国在2021年两会上首次将碳达峰、碳中和写入政府工作报告，力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。CO2转化利用是碳治理的重要方法，有利于实现碳资源的有效循环。
已知：甲醇的气相标准燃烧热(焓)：ΔH1＝－764.9 kJ·mol－1；
氢气的标准燃烧热(焓)：ΔH2＝－285.8 kJ·mol－1；
H2O(l)转化为H2O(g)：ΔH3＝＋44 kJ·mol－1。
回答下列问题：
(1)CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝________kJ·mol－1。
(2)制备甲醇两种路径的势能图如图，根据势能图，下列说法正确的是________。
A．提高CO2分压一定可以提高CO2在催化剂表面的吸附速率
B．甲酸盐路径的决速步反应是HCOO*＋H*→H2COO*
C．中间体HCOO*比COOH*更稳定
D．使用高活性催化剂可降低反应焓变，加快反应速率
(3)研究者向恒压(3.0 MPa)密闭装置中通入反应物混合气[混合比例＝]，测定甲醇时空收率随温度的变化曲线如图所示。(甲醇时空收率是表示单位物质的量催化剂表面甲醇的平均生成速率)。请解释甲醇时空收率“抛物线”前半段升高的原因：____________________________________________________________
_____________________________________________________________，
催化剂最佳配比、最佳反应温度为________。
(4)二氧化碳加氢制甲醇的速率方程可表示为v＝k·pm(CO2)·pn(H2)，其中k为速率常数，各物质分压的指数为反应级数。实验结果表明，速率常数与反应级数均受反应温度的影响。使用Ni5Ga3催化剂时，反应温度由169 ℃升高到223 ℃，若CO2反应级数＝2，H2反应级数不变，试计算速率常数之比＝________。
(5)在CO2催化加氢制甲醇过程中存在竞争性的反应产生CO：CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41 kJ·mol－1，在恒温密闭容器中，维持压强和投料不变，将CO2和H2按一定流速通过反应器，二氧化碳转化率和甲醇选择性x(CH3OH)＝×100%随温度变化关系如图所示。若催化剂活性受温度影响不大，试分析235 ℃后图中两条曲线下降的原因：___________________________________________________________
__________________________________________________________。
答案 (1)－48.5 (2)BC (3)①随温度升高，反应速率加快，甲醇时空收率曲线上升 ②用Ni5Ga3催化剂；在210 ℃下进行反应 (4)2 (5)主反应放热，副反应吸热，升高温度使主反应平衡逆向移动程度大于副反应平衡正向移动程度，因而使CO2转化率、甲醇选择性下降
解析 (1)根据盖斯定律可知：则CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g)可由3×Ⅱ－Ⅰ＋Ⅲ，则ΔH＝3ΔH2－ΔH1＋ΔH3＝－48.5 kJ·mol－1；(2)A.提高CO2分压的途径不一定可以提高CO2在催化剂表面的吸附速率，A错误；B.多步反应进行的总反应速率取决于反应速率最慢的一步反应，而活化能越大，反应速率越慢，由题干图示反应历程可知，甲酸盐路径的决速步反应是HCOO*＋H*→H2COO*，B正确；C.由题干图示反应历程可知，中间体COOH*具有的总能量高于HCOO*所具有的总能量，能量越高越不稳定，故中间体HCOO*比COOH*更稳定，C正确；D.使用高活性催化剂可降低反应所需要的活化能，从而加快反应速率，但是催化剂不能改变反应的焓变，D错误；(3)温度越高反应速率越快，故随温度升高，反应速率加快，Ni5Ga3、NiGa催化下甲醇时空收率曲线上升，由图示可知，反应最佳条件为使用Ni5Ga3催化剂在210 ℃下进行反应，该条件下甲醇时空收率最高；(4)由题干信息可知，根据投料比，p(CO2)为1.0 MPa，p(H2)为2.0 MPa。根据升温后反应级数的变化，速率增大了2倍，列式＝
＝2，＝2；(5)由(1)小问分析可知，主反应放热，结合小问(5)信息可知，副反应吸热，升温使主反应平衡逆向移动程度大于副反应平衡正向移动程度，因而使CO2转化率、甲醇选择性下降。
4．(2022·金衢六校联考)“温室效应”是全球关注的环境问题之一。CO2是目前大气中含量最高的一种温室气体。因此，控制CO2的排放和CO2的资源化利用是解决温室效应的有效途径。
(1)以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－49.5 kJ·mol－1
Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g) ΔH2＝－90.4 kJ·mol－1
Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g) ΔH3＝＋40.9 kJ·mol－1
①反应Ⅰ自发进行的条件________。(填“高温”或“低温”)
②一定条件下，向体积为2 L的恒容密闭容器中通入0.1 mol CO2和0.3 mol H2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为0.02 mol，CO为0.04 mol，此时CO2的转化率________。反应Ⅰ的转化常数为_______________________________________________________________。
③在某温度下，向V L的密闭容器中充入不同n(H2)/n(CO2)的原料气，若只发生反应Ⅰ，请在如图中画出平衡时氢气转化率的变化趋势图________。
(2)文献报道某课题组利用CO2与H2O在铁、镍催化作用下制甲烷的研究过程如下：
反应结束后，气体中检测到CH4和H2，滤液中检测到HCOOH，固体中检测到镍粉和Fe3O4，CH4、HCOOH、H2的产量和镍粉用量的关系如图所示(仅改变镍粉用量，其他条件不变)；
研究人员根据实验结果得出结论：HCOOH是CO2转化为CH4的中间体，即：CO2HCOOHCH4
①由图可知，镍粉是________。(填字母)
A．反应Ⅰ、Ⅱ的催化剂 B．反应Ⅱ的催化剂
C．反应Ⅰ的催化剂 D．不是催化剂
②当镍粉用量从1 mmol增加到10 mmol，反应速率Ⅰ、Ⅱ的变化情况是________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(3)CO2/HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。例如：HCO催化储氢，在密闭容器中，向含有催化剂的KHCO3溶液(CO2与KOH溶液反应制得)中通入H2生成HCOO－，其离子方程式为HCO＋H2HCOO－＋H2O。
①有关说法正确的是________。
A．这种储氢方式便于运输
B．释氢过程中，每消耗3.6 g H2O放出4.48 L的H2
C．储氢过程中HCO被氧化
D．这种储氢方法与金属或合金的储氢都属于化学方法
②其他条件不变，HCO转化为HCOO－的转化率随温度的变化如图所示。反应温度在80 ℃～120 ℃范围内，HCO催化加氢的转化率下降的可能原因是_________________________________________________________________
______________________________________________________________。
答案 (1)①低温 ②60% 15
③
(2)①A ②反应Ⅰ、Ⅱ的速率均增加，且反应Ⅱ的速率增加得快
(3)①AD ②储氢过程放热，80 ℃～120 ℃范围内升温平衡逆向移动；升温催化剂活性降低；HCO分解
解析 ①反应Ⅰ为放热、焓减的反应，根据ΔH－TΔS<0反应可以自发，则自发进行的条件低温。②根据反应Ⅰ、Ⅲ体现的量的关系可知，两个反应消耗二氧化碳的物质的量分别为0.02 mol、0.04 mol则此时CO2的转化率为×100%＝60%。
由化学方程式体现的关系可知，反应后CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量分别为0.1－0.02－0.04＝0.04 mol、0.3－0.06－0.04＝0.2 mol、0.02 mol、0.02＋0.04＝0.06 mol，则四者的浓度分别为0.02 mol/L、0.1 mol/L、0.0 1mol/L、0.03 mol/L，则K＝＝15。③在某温度下，向V L的密闭容器中充入不同n(H2)/n(CO2)的原料气，随着氢气比例的增加，平衡正向移动促进了二氧化碳的转化，但是氢气自身的转化率下降，当两者比例符合反应系数比时，两者转化率相等，故图像为：
。
(2)①由于反应在固定时间内进行，之后冷却和物质检验，因此物质的产量代表反应的平均速率，Ni为有机反应常用的加氢催化剂之一，反应Ⅰ、Ⅱ均为加氢反应，故加入镍粉均会使反应Ⅰ、Ⅱ的速率增加，图像表现为甲酸、氢气的消耗加快，甲烷生成加快，故选A。②当镍粉用量从1 mmol增加到10 mmol，甲酸产量迅速减少，说明甲酸消耗速率大于生成速率，故反应Ⅱ的速率比反应Ⅰ的速率增加的快。(3)①A这种储氢方式将气体变为液体，便于运输，A正确；B不确定是标况，不能确定氢气体积，B错误；C储氢过程中氢气被氧化，HCO被还原，C错误；D这种储氢方法与金属或合金的储氢都生成了新物质，属于化学方法，D正确；②储氢过程放热，80 ℃～120 ℃范围内升温平衡逆向移动；升温可能超过催化剂活性温度，导致催化剂活性降低；温度升高HCO分解，导致HCO浓度降低，催化加氢的转化率下降。
5．(2021·浙江1月选考)“氯碱工业”是以电解饱和食盐水为基础制取氯气等产品的工业，氯气是实验室和工业上的常用气体。
请回答下列问题：
(1)电解饱和食盐水制取氯气的化学方程式是______________________________。
(2)下列说法不正确的是________(填字母)。
A．可采用碱石灰干燥氯气
B．可通过排饱和食盐水法收集氯气
C．常温下，可通过加压使氯气液化而储存于钢瓶中
D．工业上，常用氢气和氯气反应生成的氯化氢溶于水制取盐酸
(3)在一定温度下，氯气溶于水的过程及其平衡常数为Cl2(g)??Cl2(aq) K1＝
Cl2(aq)＋H2O(l)??H＋(aq)＋Cl－(aq)＋HClO(aq) K2
其中p为Cl2(g)的平衡压强，c(Cl2)为Cl2在水溶液中的平衡浓度。
①Cl2(g)??Cl2(aq)的焓变ΔH1________(填“>”“＝”或“<”)0。
②平衡常数K2＝______________________________________________。
③氯气在水中的溶解度(以物质的量浓度表示)为c，则c＝__________(用平衡压强p和上述平衡常数表示，忽略HClO的电离)。
(4)工业上，常采用“加碳氯化”的方法以高钛渣(主要成分为TiO2)为原料生产TiCl4，相应的化学方程式为
Ⅰ.TiO2(s)＋2Cl2(g)??TiCl4(g)＋O2(g)
ΔHⅠ＝＋181 kJ·mol－1，KⅠ＝3.4×10－29
Ⅱ.2C(s)＋O2(g)??2CO(g) ΔHⅡ＝－221 kJ·mol－1，KⅡ＝1.2×1048
结合数据说明氯化过程中加碳的理由__________________________________
_______________________________________________________________。
(5)在一定温度下，以I2为催化剂，氯苯和Cl2在CS2中发生平行反应，分别生成邻二氯苯和对二氯苯，两产物浓度之比与反应时间无关。反应物起始浓度均为0.5 mol·L－1，反应30 min测得氯苯15%转化为邻二氯苯，25%转化为对二氯苯。保持其他条件不变，若要提高产物中邻二氯苯的比例，可采用的措施是________(填字母)。
A．适当提高反应温度 B．改变催化剂
C．适当降低反应温度 D．改变反应物浓度
答案 (1)2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ (2)A
(3)①< ② ③K1p＋(K1K2p)
(4)反应Ⅰ＋反应Ⅱ得：TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)??TiCl4(g)＋2CO(g)ΔH，K＝KⅠ·KⅡ＝4.1×1019远大于KⅠ，反应Ⅱ使TiO2氯化为TiCl4的反应得以实现；ΔH＝ΔHⅠ＋ΔHⅡ＝－40 kJ·mol－1，反应Ⅱ可为反应Ⅰ提供所需的能量
(5)AB
解析 (1)电解饱和食盐水制取Cl2的化学方程式为：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
(2)A.碱石灰可与Cl2反应，不能用碱石灰干燥Cl2，A错误；B.由于Cl2＋H2O??HCl＋HClO，用排饱和食盐水法收集Cl2可降低Cl2在水中的溶解度，B正确；C.常温下，Cl2与干燥的钢瓶不反应，故用钢瓶储存液态氯，C正确；D.H2在Cl2中燃烧，然后将生成的HCl气体溶于水，得到盐酸，这也是工业制盐酸的生产方式，D正确。(3)①Cl2气体溶于水，成为Cl2(aq)，放出能量，因此ΔH1<0。
②平衡常数K2的表达式为：K2＝。
③由K1＝知，c(Cl2)＝K1p；由Cl2(aq)＋H2O(l)??H＋(aq)＋Cl－(aq)＋HClO(aq)，忽略HClO的电离时，c(H＋)＝c(Cl－)＝c(HClO)，则K2＝＝，c(H＋)＝(K1·K2p)，即平衡时c(Cl2)＝K1p，反应掉的c(Cl2)＝c(H＋)＝(K1·K2p)，所以Cl2在水中的溶解度为c＝K1p＋(K1K2p)。
(4)在反应Ⅰ中加入碳发生反应Ⅱ，促进反应Ⅰ正向进行，Ⅰ＋Ⅱ得总反应：TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g)，K＝KⅠ·KⅡ＝4.1×1019远大于K1，反应Ⅱ使TiO2氯化为TiCl4的反应得以实现；总反应的ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝－40 kJ·mol－1，反应Ⅱ可为反应Ⅰ提供反应所需能量。
(5)对于两个平行反应，产物浓度与反应时间无关，说明转化率高的即生成对二氯苯的反应为快反应，反应的活化能小；转化率低的即生成邻二氯苯的反应为慢反应，反应的活化能大，若要提高产物中邻二氯苯的比例，可以提高反应温度，因为提高反应温度，有利于活化能大的反应，降低温度有利于活化能小的反应，因此A符合要求，C不符合要求；由于催化剂具有选择性，所以可以通过改变催化剂来提高产物中邻二氯苯的比例，B符合要求；改变反应物浓度对产物中邻二氯苯的比例没有影响，D不符合要求。
