2025高考化学三轮复习之化学反应速率与化学平衡（解答大题）

第89页（共89页）2025高考化学三轮复习之化学反应速率与化学平衡（解答大题）一．解答题（共20小题）1．（2025•大连模拟）近年来甲烷资源化的利用备受关注。试回答下列问题：【CH4—CO2催化重整】CH4—CO2重整反应为Ⅰ.CH4（g）+CO2（g）⇌催化剂2CO（g）+2H2（g）ΔH已知：一定温度下，由稳定单质（其标准摩尔生成焓视为0）生成1mol化合物的焓变称为该化合物的标准摩尔生成焓（ΔfHmθ）。表中为几种物质在298K时的标准摩尔生成焓。物质CO2（g）CO（g）H2（g）CH4（g）ΔfHmθ/（kJ•mol﹣1）﹣393.5﹣110.50﹣74.8（1）则该反应Ⅰ的ΔH1＝kJ•mol﹣1。（2）为了进一步研究CO2的甲烷化反应，科学家研究催化剂M/TiO2（M表示Ni或Ru）在300℃光照的条件下进行反应，催化反应的核心过程表示如下：①关于核心反应过程，下列说法正确的是。A.步骤Ⅰ中生成了非极性键B.步骤Ⅲ发生的反应为*COOH→*CO+*OH（*表示吸附在催化剂上）C.步骤Ⅳ中碳元素发生还原反应D.整个反应过程中只有金属M起到催化作用②研究发现，光诱导电子从TiO2转移到M，富电子的M表面可以促进H2的解离和CO2的活化，从而提高反应效率。已知Ni和Ru的电负性分别为1.91和2.20，使用Ru/TiO2催化剂的反应效率（填“高于”或“低于”）使用Ni/TiO2作催化剂的反应效率。【CH4处理工业废气H2S】（3）利用工业废气H2S生产CS2的反应为CH4（g）+2H2S（g）⇌CS2（g）+4H2（g）。向某密闭容器充入1molCH4、2molH2S，维持体系压强为pokPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数随温度T的变化如图。①图中表示CH4的曲线是（填“a”“b”“c”或“d”）。②780℃时，该反应的Kp＝（列出表达式即可，用平衡分压代替平衡浓度，分压＝总压x物质的量分数）。③维持m点温度不变，向容器中再通入CH4、H2S、CS2、H2各1mol，此时速率关系为v（正）v（逆）（填“＞”“＜”或“＝”）。【甲烷和丙烷催化制氢】还可以用甲烷和丙烷制备H2，同时生成苯和二甲苯，反应如下：（两个反应可视为同级数的平行反应）（4）对于同级数的平行反应有v1v2=k1k2=A1A2e(Ea，2-Ea，1RT)，其中v、k分别为反应速率和反应速率常数，Ea为反应活化能，A12．（2025•仓山区校级二模）3﹣羟基丙酸乙酯（）高效合成丙烯腈（CH2＝CHCN）的原理如：反应i：（g）⇌TiO2（g）+H2O（g）ΔH1＞反应ⅱ：（g）+NH3（g）⇌TiO2CH2＝CHCN（g）+H2O（g）+C2H5OH（g）ΔH2（1）反应i正反应活化能（选填“大于”或“小于”）反应ii；上述两个反应一定条件下均可以自发进行的原因是。（2）绝热恒容条件下，下列选项可表明反应体系一定达到平衡状态的是。（填序号）A．容器内混合气体质量不再变化B．每断裂3molN—H键，同时生成1molH2OC．容器内混合气体的平均相对分子质量不再变化D．容器内温度不再变化（3）下列选项中可以提高丙烯腈平衡产率的措施有（填序号）。A．高温低压B．低温高压C．增加TiO2的用量D．延长反应时间（4）在装有TiO2催化剂、压强为101kPa的恒压密闭容器中，按物质的量之比为1：8：1通入3﹣羟基丙酸乙酯、NH3、N2，测得平衡体系中含碳物质（乙醇除外）的物质的量分数随温度的变化如图所示。[如CH2＝CHCN的]①图中温度升高，丙烯酸乙酯（）的物质的量分数先增大后降低，请解释原因：。②T1℃反应ⅱ的平衡常数Kx＝（以平衡时各物质的物质的量分数代替平衡浓度计算）。3．（2025•呼和浩特一模）催化加氢制甲醇是减少碳排放的一项关键技术，并为未来燃料和材料的制造提供方案。在催化剂作用下主要发生以下反应：Ⅰ．CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1＝﹣49.4kJ/molⅡ．CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）ΔH2＝+41kJ/molⅢ．CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）ΔH3（1）反应Ⅲ自发进行的条件是。（2）在恒温恒容密闭容器中充入3molH2和1molCO2，发生上述反应。①反应达平衡后，测得CH3OH为0.3mol，CO为0.2mol，则甲醇的选择性为（甲醇的选择性=n(甲醇)n(参加后期的CO2②平衡时，CO2转化率α（CO2）、CH3OH选择性SM、CO选择性SCO随温度T变化如图所示：图中表示α（CO2）的曲线是（填“a”、“b”或“c”），曲线c变化趋势的原因是。（3）二氧化碳与氢气反应生成的水在温度低于0℃时可形成多种冰的晶体，其中两种冰晶体的晶胞如图所示。①构成该晶体的粒子通过（填标号）结合成晶体；A．极性键B．非极性键C．氢键D．范德华力②A晶胞和B晶胞的体积比为。4．（2025•雨花区校级一模）低碳烯烃是重要的化工原料，广泛用于生产塑料、溶剂、药物、化妆品等。低碳烯烃主要是指乙烯、丙烯、丁烯。回答下列问题：Ⅰ．我国科学家研究出新型催化剂Fe3（CO）12/ZMS﹣5，能使CO2加氢生成乙烯，反应过程如图所示：（1）Fe3（CO）12催化CO2加氢的反应由反应①和反应②两步完成，反应①的活化能E1＞反应②的活化能E2，则Fe3（CO）12催化CO2加氢反应的决速步骤是（填“反应①”或“反应②”）。反应③为解聚、烯烃异构化反应，烯烃异构化是指改变烯烃结构而相对分子质量不变的反应过程，化工生产中的下列烯烃能发生异构化反应的是（填字母）。A．乙烯B．2﹣甲基丙烯C．2，3﹣二甲基﹣1﹣丁烯Ⅱ．丙烯作为化工原料，其用量仅次于乙烯，应用丙烷脱氢制丙烯成为丙烯的重要来源，涉及的主要反应如下：ⅰ．2C3H8（g）+O2（g）⇌2C3H6（g）+2H2O（g）ΔH1＝﹣235.0kJ•mol﹣1ⅱ．2C3H8（g）+7O2（g）⇌6CO（g）+8H2O（g）ΔH2＝﹣2742.0kJ•mol﹣1（2）6C3H8（g）+3CO（g）⇌7C3H6（g）+3H2O（g）ΔH＝kJ•mol﹣1。（3）按起始投料比n(O2)n(C3H8)=1M表示（填“C3H8”或“O2”）的转化率随温度变化的曲线；C点后，随着温度升高，主要进行的反应是（填“ⅰ”或“ⅱ”），该反应在温度为T1K时的压强平衡常数Kp＝kPa（保留一位小数）。Ⅲ．中国科学院大连化学物理研究所利用金属氧化物和分子筛的复合催化剂（OXZEO）实现了合成气（CO、）转化为低碳烯烃，反应过程如图所示：（4）该图显示，CO吸附到金属氧化物表面，碳氧键被“剪断”变成O原子和C原子，H2与C原子反应形成烃类中间体，该烃类中间体的电子式为。该中间体通过碳原子的链式增长，生成各种烯烃。该反应机理中，碳原子的链式增长的位置为（填字母）。A．金属氧化物表面B．金属氧化物与分子筛之间的气体氛围中C．分子筛表面D．分子筛的孔道中5．（2025•山东模拟）甲烷催化氧化偶联制乙烯是提高甲烷附加值的一项重要研究课题，其涉及的反应如下：反应Ⅰ.4CH4（g）+O2（g）⇌2C2H6（g）+2H2O（g）Δ反应Ⅱ.2CH4（g）+O2（g）⇌C2H4（g）+2H2O（g）Δ已知：①C2H6（g）的选择性=n(C2H回答下列问题：（1）反应Ⅲ：2C2H6（g）+O2（g）⇌2C2H4（g）+2H2O（g）的ΔH3＝kJ•mol﹣1，反应Ⅲ能够自发进行的原因是。（2）向刚性容器中充入4molCH4（g）和2molO2（g），起始压强为p0kPa、温度为TK条件下发生反应Ⅰ、反应Ⅱ，达到平衡后，测得反应体系总压强为0.95p0kPa，CH4（g）的分压为p0/15kPa，则C2H4（g）的选择性为，反应Ⅰ的分压表示的平衡常数Kp＝kPa﹣1（用含p0代数式表示），若再向刚性容器中充入一定量的O2（g），重新达平衡后，则分压p（CH4）将（填“增大”“减小”或“不变”），p(C2H4)p（3）向刚性容器中，充入4molCH4（g）和2molO2（g），分别在催化剂A、催化剂B作用下发生反应Ⅰ、反应Ⅱ，反应tmin时测得CH4转化率、C2H6选择性与温度关系如图所示：①在催化剂A的作用下，表示CH4转化率与T关系曲线是（填“X”或“Z”）；②在催化剂B的作用下，曲线Q随温度升高逐渐降低的可能原因是。6．（2025•衡阳县一模）CO2催化加氢制备甲醇可以减少CO2的排放，有利于实现碳中和。在一定条件下，CO2和H2可发生如下反应：Ⅰ．CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1＜0Ⅱ．CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）ΔH2Ⅲ．CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）ΔH3＞0回答下列问题：（1）已知部分化学键键能如下表：化学键C—OC≡OH—HO—HC—H键能（kJ/mol）abcde依据表中信息，ΔH2＝kJ•mol﹣1。（2）反应Ⅰ的速率常数k与反应温度T的关系遵循Arrhenius方程，实验数据如图所示。已知Arrhenius方程为Rlgk=-Ea2.303T+RlgA（其中k①反应Ⅰ的活化能Ea＝kJ•mol﹣1（保留整数）。②下列措施能使速率常数k增大的是（填序号）。A．增大压强B．升高温度C．增大CO2的浓度D．更换适宜催化剂（3）不同压强下，CO2的平衡转化率α（CO2）随温度的变化如图所示。0.5MPa条件下，CO2的平衡转化率随温度升高先减小后增大的原因是。（4）一定条件下，向体积为1L的恒容密闭容器中通入1.0molCO2和3.0molH2，发生反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，达到平衡时，容器中n（CH3OH）为0.15mol，n（CO）为0.07mol，n（H2O）为0.22mol，则CO2的平衡转化率为，反应Ⅰ的平衡常数为L2•mol﹣2（用代数式表示，无需化简）。7．（2025•西乡县校级模拟）Ni（CO）4（四羰合镍，沸点43℃）可用于制备高纯镍，也是有机化合物羰基化反应的催化剂。回答下列问题：（1）Ni基态原子价电子的轨道表示式为。镍的晶胞结构如图，晶胞体积为a3，镍原子半径为。（2）Ni（CO）4结构如图所示，其中含有σ键的数目为，Ni（CO）4晶体的类型为。（3）在总压分别为0.10、0.50、1.0、2.0MPa下，Ni（s）和CO（g）反应达平衡时，Ni（CO）4体积分数x与温度的关系如图所示。反应Ni（s）+4CO（g）＝Ni（CO）4（g）的ΔH0（填“大于”或“小于”）。从热力学角度考虑，有利于Ni（CO）4的生成（写出两点）。p3、100℃时CO的平衡转化率α＝，该温度下平衡常数Kp＝（MPa）﹣3。（4）对于同位素交换反应Ni(C16O)4+C18O→Ni(C16O)3C18O+C16O8．（2025•雨花区校级一模）工业上，可以用O3处理烟气中NO、SO2，总反应式为SO2（g）+NO（g）+2O3（g）＝SO3（g）+NO2（g）+2O2（g）ΔH．已知：有关反应的能量变化曲线如图所示。（1）写出SO2和O3反应的热化学方程式：。上述总反应中ΔH＝kJ•mol﹣1。（2）其他条件不变，增大c（NO），对总反应速率几乎没有影响，其原因可能是。（3）一定条件下，SO2（g）+O3（g）＝SO3（g）+O2（g）速率方程为v＝kc（SO2）•c（O3）（k为速率常数，只与温度有关）。阿仑尼乌斯经验公式：Rlnk=-EaT（R为常数，Ea为活化能，不随温度改变；T为温度）。SO2和O3反应在不同催化剂Cat1、Cat2其他条件相同，催化效率较高的是（填“Cat1”或“Cat2”），判断依据是。（4）在恒容密闭容器中保持总物质的量不变，充入NO和O3。NO平衡转化率与温度（T）、投料比η[①η1η2（填“＞”“＜”或“＝”）；平衡常数K（a）、K（b）和K（c）由大到小排序为。②已知：η1＝1，T0温度下该反应的平衡常数Kp＝。（Kp为用分压表示的平衡常数，分压＝总压×物质的量分数）（5）在恒容密闭容器中充入1molNO和2molO3，发生反应，测得部分物质的平衡浓度变化如图所示。M点对应的反应体系中O3体积分数为。9．（2025•如皋市模拟）CO2的转化是实现“碳中和”的有效途径。（1）CO2催化加氢合成甲醇（反应Ⅰ）中伴随反应Ⅱ的发生：反应Ⅰ：CO2（g）+3H2（g）＝CH3OH（g）+H2O（g）反应Ⅱ：CO2（g）+2H2（g）＝CH2O（g）+H2O（g）恒压时，CO2和H2起始量一定的条件下，在分子筛膜反应器中反应，该分子筛膜能选择性分离出H2O（g）。①使用分子筛膜的目的是。②将反应后的气体以一定流速通过含Cu+修饰的吸附剂，分离其中的CH3OH（g）和CH2O（g），Cu+能与π键电子形成作用力较强的配位键。测得两种气体的出口浓度（c）与进口浓度（c0）之比随时间变化关系如图1所示。20～40min，CH3OH（g）浓度比增大而CH2O（g）浓度比几乎为0的原因是。（2）CO2与CH4重整可以制取CO和H2。1.01×105Pa下，将n起始（CO2）：n起始（CH4）＝1：1的混合气体置于密闭容器中，发生如下反应：反应Ⅲ：CH4（g）+CO2（g）＝2CO（g）+2H2（g）；ΔH＝246.5kJ•mol﹣1反应Ⅳ：H2（g）+CO2（g）＝CO（g）+H2O（g）；ΔH＝41.2kJ•mol﹣1反应Ⅴ：2CO（g）＝CO2（g）+C（s）；ΔH＝﹣172.5kJ•mol﹣1不同温度下重整体系中CH4和CO2的平衡转化率如图2所示。500～800℃范围内，CO2的平衡转化率低于CH4的原因是。（3）一种金属氧化物（用MR表示）催化CO2与环氧丙烷（）反应制碳酸酯X反应机理如图所示。已知CO2中的碳氧键可以被催化剂中具有较强给电子能力的活性中心的电子进攻而活化断裂。图3①碳酸酯X的结构简式为。②MgO活化催化CO2的能力强于Al2O3的原因是。10．（2025•淄博一模）二氧化碳资源化利用，涉及主要反应如下：Ⅰ．CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）ΔⅡ.CO2（g）+4H2（g）⇌CH4（g）+2H2O（g）Δ回答下列问题：（1）2CO（g）+2H2（g）⇌CO2（g）+CH4（g）的焓变ΔH＝kJ•mol﹣1反应Ⅰ的净速率v＝v正﹣v逆＝k正•c（CO2）•c（H2）﹣k逆•c（H2O）•c（CO），其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数。升高温度时，k正﹣k逆（填“增大”、“减小”或“不变”）。（2）分别向压强为0.1MPa、1.0MPa的恒压体系中通入1molCO2（g）和4molH2（g），达平衡时，部分含碳物种的摩尔分数η(表示压强为1.0MPa时，CO（g）的摩尔分数随温度变化的曲线是（填标号）。随温度升高，当温度高于655℃，对应含碳物种的摩尔分数η（b）＜η（c）的原因是。（3）图示M、N、P三点对应CO2（g）的转化率大小关系为；655℃时，反应Ⅰ的平衡常数Kp＝；600℃，压强为1.0MPa时，若增大投料比n(H2)n(CO211．（2025•泉州三模）苯乙烯（ST）是一种重要的化工原料。工业生产中用乙苯（EB）耦合CO2制备苯乙烯涉及如下反应：Ⅰ.EB（g）⇌ST（g）+H2（g）ΔH1Ⅱ.CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）ΔH2＝+41.2kJ•mol﹣1（1）V2O5﹣Al2O3催化乙苯脱氢的反应历程如图所示（吸附在催化剂表面的物种用*标注，Ph﹣表示苯基）V2O5—CeO2﹣Al2O3催化效率比V2O5﹣Al2O3更高，但易造成积碳。①V2O5—CeO2﹣Al2O3催化下，乙苯耦合CO2制苯乙烯的总反应Ⅲ：CO2（g）+EB（g）⇌ST（g）+CO（g）+H2O（g）ΔH3＝kJ•mol﹣1。②从速率角度说明耦合CO2制苯乙烯的优点：。维持压强100kPa、四种不同进料组成[EB、n(EB)n(（2）①代表EB的曲线是（选填“m”“n”或“q”，下同），判断的依据是；②代表n(EB)n(N2（3）TiK时，往密闭容器中投入的EB（g）和CO2各为amol，经过tmin达到平衡（如图A点所示）。该温度下反应Ⅱ的平衡常数Kp2＝1。①ST的平均生成速率v（ST）＝mol•min﹣1。②CO2的平衡转化率为（填标号）。a.70%b.55%c.40%③反应Ⅲ的平衡常数Kp3＝kPa。12．（2025•无锡一模）二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应为Ⅰ．CO2（g）+4H2（g）⇌CH4（g）+2H2O（g）ΔH1＜0Ⅱ．CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）ΔH2＞0Ⅲ．2CO（g）+2H2（g）⇌CO2（g）+CH4（g）ΔH3在密闭容器中，1.01×105Pa，n起始（CO2）：n起始（H2）＝1：4时，在催化剂作用下反应相同时间所测得的CO2平衡转化率、CO2实际转化率随温度的变化如图1所示。CH4的选择性可表示为n生成（1）各物质的相对能量如图2所示，ΔH3＝kJ•mol﹣1，平衡时CH4的选择性随着温度的升高（填“增大”“减小”或“不变”），用该催化剂催化二氧化碳反应的最佳温度为。（2）在密闭容器中，1.01×105Pa，CO2和H2的起始物质的量分别为1mol和4mol，平衡后反应体系中各物质的物质的量随温度的变化如图3所示，图中表示CH4的物质的量的曲线为。在505℃，反应Ⅱ的平衡常数K＝。（保留两位有效数字）（3）CeO2催化CO2与H2转化为CH4的机理如图4所示。反应体系中Ce呈现种价态，催化剂中掺入少量CaO，用Ca2+替代CeO2结构中部分Ce4+形成CaxCe1﹣xOy，可提高催化效率的原因是。13．（2025•江岸区校级模拟）Ⅰ．电解法可处理氯化钙废液同时，吸收CO2，装置如图所示。（1）阴极室发生的变化可视为两步，电极反应式：和CaⅡ．工业含硫烟气污染大气，研究烟气脱硫具有重要意义。方法一、H2还原脱硫：（2）300℃，发生反应：①SO2（g）+2H2（g）⇌S（g）+2H2O（g）ΔH1②S（g）+H2（g）⇌H2S（g）ΔH2③2H2S（g）+SO2（g）⇌3S（g）+2H2O（g）ΔH3请用一个等式来表示三个反应的ΔH之间的关系。（3）反应③，在恒温、恒容的密闭容器中，充入H2S和SO2，平衡常数K＝3.375，测得平衡时SO2和H2O的浓度均为1.0mol•L﹣1，则平衡时n(H2S)n(方法二、O2氧化脱硫：（4）某同学探究活性炭吸附催化氧化SO2，以N2作稀释剂，一定温度下，通入SO2、O2和H2O反应生成H2SO4，其中不同温度下，SO2在活性炭上的吸附情况如图，下列说法正确的是。A．温度越低，SO2的吸附量越高，SO2氧化反应速率越快B．已知：SO2的物理吸附过程能自发进行，可推断该过程是熵减、放热的过程，温度过高不利于反应正向进行C．原料中水蒸气的含量越大，脱硫速率一定越快D．随着时间的推移，SO2吸附速率降低，可能是由于生成的H2SO4占据了吸附位点没及时脱出导致（5）在SO2与O2反应过程中掺入少量CH4有利于提高SO2转化成SO3，其中一种解释是甲烷参与氧化反应过程中存在如图机理。原料以一定流速通过反应容器，出口处测SO3的含量，结合机理说明甲烷体积分数增大，SO3体积分数也增大的理由。14．（2025•重庆模拟）工业合成氨反应是在催化剂表面上进行的，其反应历程如下（*表示吸附态）：化学吸附：N2（g）→2N*；H2（g）→2H*表面反应：N*+H*⇌NH*；NH*+H*⇌NH2*；NH2*+H*⇌NH3*脱附：NH3*⇌NH3（g）（1）298K时各化学键的键能如下：化学键H—HN═NN—HkJ/mol436946391已知反应N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）的正反应活化能Ea正＝508kJ/mol，则逆反应活化能Ea逆＝。（2）一定温度下，在一固定容积的密闭容器中充入一定量的N2和H2发生上述反应，下列选项中能说明反应已达平衡状态的是。A.混合气体的密度保持不变B.N2和H2的速率之比：v（N2）：v（H2）＝1：3C.单位时间内断开1molN≡N的同时断开3molN—HD.混合气体的平均相对分子质量保持不变（3）在反应历程中，N2的“吸附分解”决定了合成氨的整体反应速率，从结构角度分析，其原因是。（4）由Arrhenius经验公式得lnk=-EaRT+C，式中k为反应速率常数；Ea为活化能，单位为kJ/mol；T为热力学温度；R、C为常数。根据N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）的反应热、图1和图2，升高温度，lnKp的变化曲线为Kp为压力平衡常数），lnk逆的变化曲线为（5）反应N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）在恒温恒压（pPa）下进行，若N2、H2起始物质的量之比为1：3，NH3的平衡产率为ŋ(产率=实际产量理论产量×100%)，则KP＝Pa（6）以浓差电池（电解质溶液浓度不同造成电势差）为电源，用石墨作电极将NH3转化为高纯H2的装置如图，电解前Cu（1）和Cu（2）电极质量相同。①M极电极反应式为。②电解停止时，理论上Cu（1）和Cu（2）电极的质量差为g。15．（2025•龙华区校级开学）将CH4和CO2两种引发温室效应的气体转化为合成气（H2和CO），可以实现能量综合利用，对环境保护具有十分重要的意义。（1）甲烷二氧化碳干式重整涉及以下反应a．CH4（g）+CO2（g）＝2CO（g）+2H2（g）ΔH1b．CO（g）+H2O（g）＝CO2（g）+H2（g）ΔH2c．CH4（g）+2H2O（g）═CO2（g）+4H2（g）ΔH3K3①ΔH3＝（用ΔH1、ΔH2表示）；②c反应平衡常数表达式K3＝；③△fHmθ为标准摩尔生成焓，其定义为标准状态下，由稳定相态的单质生成1mol该物质的焓变。对于稳定相态单质，其△：H9m为零。根据下表所示数据，计算反应a的反应热ΔH＝kJ/mol。物质CH4CO2COΔf﹣74.8﹣393.5﹣110.5（2）甲烷的水蒸气重整涉及以下反应：Ⅰ．CH4（g）+H2O（g）＝CO（g）+3H2（g）Ⅱ．CO（g）+H2O（g）＝CO2（g）+H2（g）在一密闭容器中，通入1molCH4和3molH2O（g）发生甲烷的水蒸气重整反应。①压强为P0kPa时，分别在加CaO和不加CaO时，平衡体系中H2的物质的量随温度变化如图1所示。温度低于700℃时，加入CaO可明显提高混合气中H2的物质的量，主要原因是。②500℃时，反应相同时间后测得CH4的转化率α随压强的变化如图2所示。则图2中E点和G点CH4的浓度大小关系为c（G）c（E）（填＞”“＜”或“＝”）。（3）为实现“碳中和”，还可通过电解法用CO2制备CH3OCH3（1），电解装置如图所示。①玻碳电极是电解池的级；②已知铂电极区溶液呈强酸性，写出铂电极的电极反应式。16．（2024秋•西青区期末）氢能是一种极具发展潜力的绿色能源，高效、环保的制氢方法是当前研究的热点问题。目前有以下制取氢气的方法。Ⅰ.方法一：甲烷水蒸气重整制氢。已知：ⅰ.CH4（g）+H2O（g）⇌CO（g）+3H2（g）ΔH1＝+206kJ•mol﹣1ⅱ.CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g）ΔH2＝﹣41.3kJ•mol﹣1（1）总反应：CH4（g）+2H2O（g）⇌CO2（g）+4H2（g）ΔH＝，该反应能自发进行的条件是。（填标号）A.低温B.高温C.任意温度D.无法判断（2）恒定压强为1MPa时，向某密闭容器中按n（CH4）：n（H2O）＝1：3投料，600℃时平衡体系中部分组分的物质的量分数如表所示：组分CH4H2OH2CO2物质的量分数0.040.320.500.08①下列措施中一定能提高H2平衡产率的是。（填标号）A.选择合适的催化剂B.移除部分COC.恒温恒压下通入气体Ar②用各组分气体平衡时的分压代替浓度也可以表示化学反应的平衡常数Kp），600℃时反应i的平衡常数为Kp＝MPa2（结果保留两位小数，已知气体分压＝气体总压×各气体的体积分数）。Ⅱ.某种过渡金属硫化物光催化分解水制H2的原理如图1。已知：可见光在催化剂表面可产生电子（e﹣）和带正电荷的空穴（h+）。（3）H2O发生的电极反应式为。（4）h+在反应过程中体现了（填“氧化性”或“还原性”）。Ⅲ.硼氢化钠（NaBH4）水解制氢：常温下，NaBH4自水解过程缓慢，需加入催化剂提高其产例氢速率。NaBH4在某催化剂表面制氢的微观过程如图2所示。（5）根据图2写出NaBH4水解制氢的离子方程式。17．（2025•潍坊一模）CO2加氢转化为二甲醚（CH3OCH3）的反应过程如下：Ⅰ．CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）ΔⅡ．CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）ΔⅢ．2CH3OH（g）⇌CH3OCH3（g）+H2O（g）Δ回答下列问题：（1）若2CO2（g）+6H2（g）⇌CH3OCH3（g）+3H2O（g）逆反应的活化能为EakJ⋅mol-1，则正反应的活化能为kJ•（2）在3.0MPa的恒压密闭容器中充入5.4molH2和2molCO2发生上述反应，CO2的平衡转化率、CH3OCH3和CO生成物的选择性随温度变化如图所示。已知：生成物①表示CH3OCH3选择性的曲线是（填“a”“b”或“c”）；温度高于270℃时，曲线c随温度升高而增大的原因是。②260℃，达到平衡时，容器内n（H2）＝；反应Ⅰ用气体分压表示的平衡常数Kp＝（MPa）﹣2（气体分压p＝气体总压p总×体积分数）。（3）在恒温密闭容器中将等物质的量的CO2和H2混合，选择适当的催化剂进行反应Ⅱ，已知该温度下反应Ⅱ的平衡常数K＞1，平衡时体系中CO的物质的量分数为ω，则（填标号）。a．0＜ω≤14b．0＜18．（2025•石家庄模拟）环氧乙烷（C2H4O）是一种重要的化工原料。现代工业常用银作催化剂，氧化乙烯制备环氧乙烷。发生的主要反应有：Ⅰ．2C2H4（g）+O2（g）⇌2C2H4O（g）ΔⅡ．C2H4（g）+3O2（g）⇌2CO2（g）+2H2O（g）Δ回答下列问题：（1）已知银催化反应Ⅰ时存在如下转化过程：C2据此计算焓变ΔH4＝（用含ΔH1、ΔH3、ΔH5的代数式表示）。（2）反应Ⅰ的正、逆反应速率可分别表示为v正=k正⋅p2(C2H4)⋅p(O2)、v逆=k逆⋅p2(C2H4O)①反应Ⅰ的压强平衡常数Kp＝；仅降低温度，Kp将（填“增大”“减小”或“不变”），解释其原因为（填选项字母）。A．k正、k逆均增大，且k正增大的程度更大B．k正、k逆均减小，且k逆减小的程度更大C．k正增大、k逆减小，平衡正向移动D．k正、k逆均减小，且k正减小的程度更大②下列情况能表明体系达到平衡状态的是（填选项字母）。A．混合气体密度不随时间变化B．气体平均摩尔质量不随时间变化C．碳的总物质的量n总＝2n（C2H4）+n（CO2）+2n（C2H4O）不随时间变化D．2v正（C2H4）＝2v逆（C2H4O）+v逆（CO2）（3）250℃时，将1molC2H4（g）和2molO2（g）充入某密闭容器中发生反应Ⅰ和Ⅱ，在不同压强下达平衡。测得平衡时，C2H4O选择性[δ（C2H4O）]、CO2选择性[δ（CO2）]及C2H4转化率随压强变化的曲线如图所示[如δ(C①表示δ（CO2）随压强变化的曲线为（填ⅰ、ⅱ或ⅲ）。②当压强为100kPa时，若O2的转化率为56%，则此时乙烯的转化率为。③若将E点对应体系降温至200℃，重新达平衡时，测得δ(C2H4O)δ19．（2025•青岛一模）积极发展氢能，是实现“碳达峰、碳中和”的重要举措。用甲烷和水蒸气催化制氢气涉及的主要反应如下：反应Ⅰ：CH4（g）+H2O（g）⇌CO（g）+3H2（g）反应Ⅱ：C反应Ⅲ：C（1）反应Ⅰ的正反应活化能逆反应活化能（填“＞”或“＜”）。（2）刚性绝热密闭容器中只发生反应Ⅰ，下列一定能说明反应达到平衡状态的是（填标号）。A．气体混合物的密度不再变化B．CH4消耗速率和CO生成速率相等C．CO和H2的物质的量之比不再变化D．气体平均相对分子质量不再变化E．体系的压强不再变化F．体系的温度不再变化（3）已知ΔH﹣TΔS＝﹣RTlnK（忽略ΔH、ΔS随温度的变化），R＝8.314J•mol﹣1•K﹣1。反应Ⅱ、Ⅲ的lnK随1T变化曲线正确的为（填标号）。在所选图像中画出反应Ⅰ的lnK随1TA．B．C．D．M（s）对反应有催化作用，存在反应M•4H2O（s）⇌M（s）+4H2O（g）。T1℃时，刚性密闭容器中加入等物质的量M•4H2O（s）和CH4（g）发生上述三个反应。30min达平衡时总压强为510kPa，含碳物质的物质的量相等，H2O和H2的物质的量相等。（4）0∼30minH2的平均生成速率为kPa•min﹣1。（5）M•4H2O（s）的分解率为%（保留一位小数）。（6）T1℃下，反应Ⅰ的Kp＝kPa2。（7）平衡后，继续向刚性容器中加入含碳物质各0.5mol，则反应M•4H2O（s）的分解平衡（填“向正反应方向移动”“向逆反应方向移动”或“不移动”）。20．（2025•宝坻区校级一模）我国力争2030年前完成碳达峰，2060年前实现碳中和，二氧化碳资源化利用倍受关注。（1）CO2催化加氢可以合成甲醇，该过程主要发生下列反应：ⅰ．CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1＝﹣58.6kJ•mol﹣1ⅱ．CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）ΔH2＝+41.2kJ•mol﹣1ⅲ．CO和H2也可合成甲醇，其热化学方程式为。（2）以CO2和CH4催化重整制备合成气发生反应CH4（g）+CO2（g）⇌2CO（g）+2H2（g）。在一定条件下，在密闭容器中通入一定量的CH4和CO2，CH4的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图所示。①若反应在恒温、恒压密闭容器中进行，下列叙述能说明反应达到平衡状态的是。A．容器中混合气体的密度保持不变B．容器内CO与H2的物质的量之比保持不变C．反应速率：v正（CO2）＝2v逆（CO）D．断裂2molC—H同时断裂1molH—H键②由图可知，压强P1P2（填“＞”、“＜”或“＝”，下同）；压强为P2时，对应温度下Y点速率v正v逆。（3）在稀硫酸中利用电催化可将CO2同时转化为多种燃料，其原理如图所示。铜电极上产生CH4的电极反应式为，若铜电极上只生成2.24LCO（标况），则铜极区溶液质量变化了g。（4）大量CO2会导致海水酸化，对贝壳类生物的外壳造成溶解。已知H2CO3的Ka1＝4.2×10﹣7，Ka2＝5.6×10﹣11，CaCO3的Ksp＝2.8×10﹣9。若海水中的c（H+）＝8.4×10﹣9mol•L﹣1，c（HCO3-）＝1×10﹣4mol•L﹣1，c（H2CO3）为mol•L﹣1。当c（Ca2+）＝mol•L﹣1时，开始产生CaCO

2025高考化学三轮复习之化学反应速率与化学平衡（解答大题）参考答案与试题解析一．解答题（共20小题）1．（2025•大连模拟）近年来甲烷资源化的利用备受关注。试回答下列问题：【CH4—CO2催化重整】CH4—CO2重整反应为Ⅰ.CH4（g）+CO2（g）⇌催化剂2CO（g）+2H2（g）ΔH已知：一定温度下，由稳定单质（其标准摩尔生成焓视为0）生成1mol化合物的焓变称为该化合物的标准摩尔生成焓（ΔfHmθ）。表中为几种物质在298K时的标准摩尔生成焓。物质CO2（g）CO（g）H2（g）CH4（g）ΔfHmθ/（kJ•mol﹣1）﹣393.5﹣110.50﹣74.8（1）则该反应Ⅰ的ΔH1＝+247.3kJ•mol﹣1。（2）为了进一步研究CO2的甲烷化反应，科学家研究催化剂M/TiO2（M表示Ni或Ru）在300℃光照的条件下进行反应，催化反应的核心过程表示如下：①关于核心反应过程，下列说法正确的是BC。A.步骤Ⅰ中生成了非极性键B.步骤Ⅲ发生的反应为*COOH→*CO+*OH（*表示吸附在催化剂上）C.步骤Ⅳ中碳元素发生还原反应D.整个反应过程中只有金属M起到催化作用②研究发现，光诱导电子从TiO2转移到M，富电子的M表面可以促进H2的解离和CO2的活化，从而提高反应效率。已知Ni和Ru的电负性分别为1.91和2.20，使用Ru/TiO2催化剂的反应效率高于（填“高于”或“低于”）使用Ni/TiO2作催化剂的反应效率。【CH4处理工业废气H2S】（3）利用工业废气H2S生产CS2的反应为CH4（g）+2H2S（g）⇌CS2（g）+4H2（g）。向某密闭容器充入1molCH4、2molH2S，维持体系压强为pokPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数随温度T的变化如图。①图中表示CH4的曲线是d（填“a”“b”“c”或“d”）。②780℃时，该反应的Kp＝(0.8p03.4)③维持m点温度不变，向容器中再通入CH4、H2S、CS2、H2各1mol，此时速率关系为v（正）＞v（逆）（填“＞”“＜”或“＝”）。【甲烷和丙烷催化制氢】还可以用甲烷和丙烷制备H2，同时生成苯和二甲苯，反应如下：（两个反应可视为同级数的平行反应）（4）对于同级数的平行反应有v1v2=k1k2=A1A2e(Ea，2-Ea，1RT)，其中v、k分别为反应速率和反应速率常数，Ea为反应活化能，【答案】（1）+247.3；（2）①BC；②高于；（3）①d；②(0.8③＞；（4）加入合适的催化剂、适当降低温度；【分析】（1）根据焓变等于生成物的标准摩尔生成总和减去反应物的标准摩尔生成焓总和求解；（2）①A.步骤Ⅰ中没有非极性键生成；B.步骤Ⅲ发生的反应为•COOH→•CO+•OH（•X代表吸附态中间体）；C.步骤Ⅳ中碳元素元素的化合价降低，发生还原反应；D.整个反应过程中除了金属M起到催化作用外还有TiO2也起到了催化作用；②光诱导电子从TiO2转移到M，富电子的M表面可以促进H2的解离和CO2的活化，从而提高反应效率可得电负性越大，催化效率越高。已知Ni和Ru的电负性分别为1.91和2.20，使用Ru/TiO2催化剂的反应效率高于使用Ni/TiO2作催化剂的反应效率；（3）①由a、b、c、d变化趋势及相同时间内四者的变化量，可知，a、b曲线为生成物，分别为H2、CS2，c、d曲线分别为H2S、CH4，故图中表示CH4的曲线是d；②根据题目列三段式求解；③根据题目列三段式求解；（4）已知Ea（苯）＜Ea（二甲苯），升高温度，有利于活化能大的反应，则降低温度，有利于活化能小的反应，所以若要提高苯的产率，可采取的措施有：适当降低温度，加入合适的催化剂；【解答】解：（1）焓变等于生成物的标准摩尔生成总和减去反应物的标准摩尔生成焓总和，即ΔH＝（﹣110.5kJ/mol）×2﹣[（﹣393.5kJ/mol）+（﹣74.8kJ/mol）]＝+247.3kJ/mol；故答案为：+247.3；（2）①A.步骤Ⅰ中没有非极性键生成，故A错误；B.步骤Ⅲ发生的反应为•COOH→•CO+•OH（•X代表吸附态中间体），故B正确；C.步骤Ⅳ中碳元素元素的化合价降低，发生还原反应，C正确；D.整个反应过程中除了金属M起到催化作用外还有TiO2也起到了催化作用，故D错误；故答案为：BC；②光诱导电子从TiO2转移到M，富电子的M表面可以促进H2的解离和CO2的活化，从而提高反应效率可得电负性越大，催化效率越高。已知Ni和Ru的电负性分别为1.91和2.20，使用Ru/TiO2催化剂的反应效率高于使用Ni/TiO2作催化剂的反应效率；故答案为：高于；（3）①由a、b、c、d变化趋势及相同时间内四者的变化量，可知，a、b曲线为生成物，分别为H2、CS2，c、d曲线分别为H2S、CH4，故图中表示CH4的曲线是d；故答案为：d；②根据题目列三段式有：CH4（g）+2H2S（g）⇌CS2（g）+4H2（g）起始（mol）1200变化（mol）x2xx4x平衡（mol）1﹣x2﹣2xx4x780℃时，a、d相交，此时H2、CH4的物质的量分数相等，即1﹣x＝4x，解得x＝0.2mol，则平衡时，CH4、H2S、CS2、H2的物质的量分别为0.8mol、1.6mol、0.2mol、0.8mol，P分压（CH4）＝P总×n%＝P0×0.8mol(0.8+1.6+0.2+0.8)mol=0.8P03.4，以此类推，P分压（H2S）=1.6P03.4，P分压（CS2）=③根据题目列三段式有：CH4（g）+2H2S（g）⇌CS2（g）+4H2（g）起始（mol）1200变化（mol）x2xx4x平衡（mol）1﹣x2﹣2xx4xm点时，b、d相交，此时CS2、CH4的物质的量分数相等，即1﹣x＝x，解的x＝0.5mol，则平衡时，CH4、H2S、CS2、H2的物质的量分别为0.5mol、1mol、0.5mol、2mol，P分压（CH4）=0.5P04，P分压（H2S）=P04，P分压（H2）=P02，故Kp=(p02)4×(0.5p04)(0.5p04)×(p04)2；维持m点温度不变，向容器中再通入CH4、H2S、CS2、H2各1mol，则CH4、H2S、CS2、H2的物质的量分别为1.5mol、2mol、1.5mol、3mol，则总物质的量为8mol，P分压（CH4）=1.5p0故答案为：＞；（4）已知Ea（苯）＜Ea（二甲苯），升高温度，有利于活化能大的反应，则降低温度，有利于活化能小的反应，所以若要提高苯的产率，可采取的措施有：适当降低温度，加入合适的催化剂；故答案为：加入合适的催化剂、适当降低温度；【点评】本题考查反应中的能量变化和化学平衡，侧重考查学生热化学方程式书写、平衡状态的判断和条件改变平衡移动的掌握情况，试题难度中等。2．（2025•仓山区校级二模）3﹣羟基丙酸乙酯（）高效合成丙烯腈（CH2＝CHCN）的原理如：反应i：（g）⇌TiO2（g）+H2O（g）ΔH1＞反应ⅱ：（g）+NH3（g）⇌TiO2CH2＝CHCN（g）+H2O（g）+C2H5OH（g）ΔH2（1）反应i正反应活化能大于（选填“大于”或“小于”）反应ii；上述两个反应一定条件下均可以自发进行的原因是两个反应均为熵增反应。（2）绝热恒容条件下，下列选项可表明反应体系一定达到平衡状态的是CD。（填序号）A．容器内混合气体质量不再变化B．每断裂3molN—H键，同时生成1molH2OC．容器内混合气体的平均相对分子质量不再变化D．容器内温度不再变化（3）下列选项中可以提高丙烯腈平衡产率的措施有A（填序号）。A．高温低压B．低温高压C．增加TiO2的用量D．延长反应时间（4）在装有TiO2催化剂、压强为101kPa的恒压密闭容器中，按物质的量之比为1：8：1通入3﹣羟基丙酸乙酯、NH3、N2，测得平衡体系中含碳物质（乙醇除外）的物质的量分数随温度的变化如图所示。[如CH2＝CHCN的]①图中温度升高，丙烯酸乙酯（）的物质的量分数先增大后降低，请解释原因：低温时，主要发生反应①，生成丙烯酸乙酯。随着温度升高，反应②占主导，开始消耗丙烯酸乙酯。②T1℃反应ⅱ的平衡常数Kx＝1115（以平衡时各物质的物质的【答案】（1）大于；两个反应均为熵增反应；（2）CD；（3）A；（4）①低温时，主要发生反应①，生成丙烯酸乙酯。随着温度升高，反应②占主导，开始消耗丙烯酸乙酯；②1115【分析】（1）根据反应i为吸热反应，则正反应的活化能大于逆反应的活化能；两个反应为吸热反应，熵增反应，进行分析；（2）根据在一定条件下，当一个可逆反应的正反应速率与逆反应速率相等时，反应物的浓度与生成物的浓度不再改变，即达到平衡状态进行分析；（3）根据两个反应都是吸热反应，也都是气体分子数增多的反应，低温高压使平衡逆向移动，进行分析；（4）根据反应ⅰ、ⅱ均为吸热反应，低温时，主要发生反应①，最高点前反应i进行程度大，生成丙烯酸乙酯，随着温度升高，反应②占主导，T1℃，与CH2＝CHCN的物质的量分数相等，进行分析。【解答】解：（1）反应i为吸热反应，则正反应的活化能大于逆反应的活化能；两个反应为吸热反应，熵增反应，即ΔH＞0，△S＞0，当△G＝ΔH﹣T△S＜0，反应高温条件下可自发进行，故答案为：大于；两个反应均为熵增反应；（2）A．反应过程中气体质量始终不变，容器内混合气体质量不再变化，不能表明达到平衡状态，故A错误；B．每断裂3molN—H键，同时生成1molH2O都是指正反应方向，不能表明达到平衡状态，故B错误；C．反应为气体物质的量增加的反应，反应过程中气体质量始终不变，容器内混合气体的平均相对分子质量为变量，混合气体的平均相对分子质量不再变化，表明达到平衡状态，故C正确；D．反应为吸热反应，绝热容器内温度不再变化，能表明达到平衡状态，故D正确；故答案为：CD；（3）A．两个反应都是吸热反应，也都是气体分子数增多的反应，升高温度、减压平衡正向移动，能提高丙烯腈平衡产率，故A选；B．低温高压使平衡逆向移动，降低丙烯腈平衡产率，故B不选；C．二氧化钛为催化剂，增加二氧化钛的用量，不影响平衡移动，不能提高丙烯腈平衡产率，故C不选；D．延长反应时间，不影响平衡移动，故D不选；故答案为：A；（4）①反应ⅰ、ⅱ均为吸热反应，低温时，主要发生反应①，最高点前反应i进行程度大，生成丙烯酸乙酯，随着温度升高，反应②占主导，反应ⅱ进行程度大，开始消耗丙烯酸乙酯所以随着温度的升高，丙烯酸乙酯平衡的物质的量分数先增大后减小，故答案为：低温时，主要发生反应①，生成丙烯酸乙酯。随着温度升高，反应②占主导，开始消耗丙烯酸乙酯；②T1℃，与CH2＝CHCN的物质的量分数相等，假设3﹣羟基丙酸乙酯投料为1mol，NH3投料为8mol，N2投料为1mol；平衡时，3﹣羟基丙酸乙酯为0，与CH2＝CHCN的物质的量，根据三段式可知，平衡时与CH2＝CHCN物质的量均为0.5mol，相当于先生成1mol，随后又消耗0.5mol，由此可知，水蒸气的物质的量为1.5mol，乙醇的物质的量为0.5mol，氨气剩余为7.5mol，总物质的量分数为0.5+0.5+1.5+7.5+1+0.5＝11.5mol，反应ⅱ的平衡常数Kx=0.511.5×故答案为：1115【点评】本题主要考查化学平衡的计算等，注意完成此题，可以从题干中抽取有用的信息，结合已有的知识进行解题。3．（2025•呼和浩特一模）催化加氢制甲醇是减少碳排放的一项关键技术，并为未来燃料和材料的制造提供方案。在催化剂作用下主要发生以下反应：Ⅰ．CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1＝﹣49.4kJ/molⅡ．CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）ΔH2＝+41kJ/molⅢ．CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）ΔH3（1）反应Ⅲ自发进行的条件是低温。（2）在恒温恒容密闭容器中充入3molH2和1molCO2，发生上述反应。①反应达平衡后，测得CH3OH为0.3mol，CO为0.2mol，则甲醇的选择性为60%（甲醇的选择性=n(甲醇)n(参加后期的CO2②平衡时，CO2转化率α（CO2）、CH3OH选择性SM、CO选择性SCO随温度T变化如图所示：图中表示α（CO2）的曲线是a（填“a”、“b”或“c”），曲线c变化趋势的原因是随着温度的升高，反应II平衡正向移动，反应I、III逆向移动，均导致CO的选择性提高。（3）二氧化碳与氢气反应生成的水在温度低于0℃时可形成多种冰的晶体，其中两种冰晶体的晶胞如图所示。①构成该晶体的粒子通过CD（填标号）结合成晶体；A．极性键B．非极性键C．氢键D．范德华力②A晶胞和B晶胞的体积比为23：45。【答案】（1）低温；（2）①60%；0.105；②a；随着温度的升高，反应II平衡正向移动，反应I、III逆向移动，均导致CO的选择性提高；（3）①CD；②23：45。【分析】（1）根据I．CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1＝﹣49.4kJ/mol，II．CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）ΔH2＝+41kJ/mol，III．CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）ΔH3，反应III＝反应I﹣反应II，ΔH3＝ΔH1﹣ΔH2；（2）①充入3molH2和1molCO2，发生上述反应，达平衡后，CH3OH为0.3mol，CO为0.2mol，根据C原子守恒，剩余的CO2为0.5mol，反应的CO2为1mol﹣0.5mol＝0.5mol，甲醇的选择性为0.3mol根据O原子守恒，H2O的物质的量为1mol×2﹣0.3mol×1﹣0.2mol×1﹣0.5mol×2＝0.5mol，根据H原子守恒，H2的物质的量为12×（3mol×2﹣0.3mol×4﹣0.5mol×2）＝②根据I．CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1＝﹣49.4kJ/mol，II．CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）ΔH2＝+41kJ/mol，III．CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）ΔH3＝﹣90.4kJ•mol﹣1，升高温度，反应Ⅰ和III逆向移动，反应II正向移动，甲醇的选择性降低，曲线b代表甲醇的选择性，CO的选择性均升高，曲线c代表CO的选择性；（3）①水形成的冰为分子晶体，粒子通过氢键和范德华力结合成晶体；②A晶胞中有H2O个数为1+8×18=2，B晶胞中有H2O的个数为：2+4×16+4×112+2×1【解答】解：（1）根据I．CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1＝﹣49.4kJ/mol，II．CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）ΔH2＝+41kJ/mol，III．CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）ΔH3，反应III＝反应I﹣反应II，ΔH3＝ΔH1﹣ΔH2＝（﹣49.4kJ•mol﹣1）﹣（+41kJ•mol﹣1）＝﹣90.4kJ•mol﹣1，反应III是ΔH3＜0，△S＜0，反应自发进行满足△G＝ΔH﹣T△S＜0，需要低温条件下满足自发进行，故答案为：低温；（2）①充入3molH2和1molCO2，发生上述反应，达平衡后，CH3OH为0.3mol，CO为0.2mol，根据C原子守恒，剩余的CO2为0.5mol，反应的CO2为1mol﹣0.5mol＝0.5mol，甲醇的选择性为0.3mol根据O原子守恒，H2O的物质的量为1mol×2﹣0.3mol×1﹣0.2mol×1﹣0.5mol×2＝0.5mol，根据H原子守恒，H2的物质的量为12×（3mol×2﹣0.3mol×4﹣0.5mol×2）＝1.9mol；反应II为前后系数相等的反应，Kp故答案为：60%；0.105；②根据I．CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1＝﹣49.4kJ/mol，II．CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）ΔH2＝+41kJ/mol，III．CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）ΔH3＝﹣90.4kJ•mol﹣1，升高温度，反应Ⅰ和III逆向移动，反应II正向移动，甲醇的选择性降低，曲线b代表甲醇的选择性，CO的选择性均升高，曲线c代表CO的选择性，曲线a代表CO2的转化率；曲线c代表CO的选择性随温度升高而升高，原因是：随着温度的升高，反应II平衡正向移动，反应I、III逆向移动，均导致CO的选择性提高，故答案为：a；随着温度的升高，反应II平衡正向移动，反应I、III逆向移动，均导致CO的选择性提高；（3）①水形成的冰为分子晶体，粒子通过氢键和范德华力结合成晶体，故答案为：CD；②A晶胞中有H2O个数为1+8×18=2，B晶胞中有H2O的个数为：2+4×16+4×112+2×13+2×16=故答案为：23：45。【点评】本题考查化学平衡，侧重考查学生平衡移动的掌握情况，试题难度中等。4．（2025•雨花区校级一模）低碳烯烃是重要的化工原料，广泛用于生产塑料、溶剂、药物、化妆品等。低碳烯烃主要是指乙烯、丙烯、丁烯。回答下列问题：Ⅰ．我国科学家研究出新型催化剂Fe3（CO）12/ZMS﹣5，能使CO2加氢生成乙烯，反应过程如图所示：（1）Fe3（CO）12催化CO2加氢的反应由反应①和反应②两步完成，反应①的活化能E1＞反应②的活化能E2，则Fe3（CO）12催化CO2加氢反应的决速步骤是反应①（填“反应①”或“反应②”）。反应③为解聚、烯烃异构化反应，烯烃异构化是指改变烯烃结构而相对分子质量不变的反应过程，化工生产中的下列烯烃能发生异构化反应的是BC（填字母）。A．乙烯B．2﹣甲基丙烯C．2，3﹣二甲基﹣1﹣丁烯Ⅱ．丙烯作为化工原料，其用量仅次于乙烯，应用丙烷脱氢制丙烯成为丙烯的重要来源，涉及的主要反应如下：ⅰ．2C3H8（g）+O2（g）⇌2C3H6（g）+2H2O（g）ΔH1＝﹣235.0kJ•mol﹣1ⅱ．2C3H8（g）+7O2（g）⇌6CO（g）+8H2O（g）ΔH2＝﹣2742.0kJ•mol﹣1（2）6C3H8（g）+3CO（g）⇌7C3H6（g）+3H2O（g）ΔH＝+548.5kJ•mol﹣1。（3）按起始投料比n(O2)n(C3H8)=1M表示O2（填“C3H8”或“O2”）的转化率随温度变化的曲线；C点后，随着温度升高，主要进行的反应是ⅰ（填“ⅰ”或“ⅱ”），该反应在温度为T1K时的压强平衡常数Kp＝57.1kPa（保留一位小数）。Ⅲ．中国科学院大连化学物理研究所利用金属氧化物和分子筛的复合催化剂（OXZEO）实现了合成气（CO、）转化为低碳烯烃，反应过程如图所示：（4）该图显示，CO吸附到金属氧化物表面，碳氧键被“剪断”变成O原子和C原子，H2与C原子反应形成烃类中间体，该烃类中间体的电子式为。该中间体通过碳原子的链式增长，生成各种烯烃。该反应机理中，碳原子的链式增长的位置为D（填字母）。A．金属氧化物表面B．金属氧化物与分子筛之间的气体氛围中C．分子筛表面D．分子筛的孔道中【答案】（1）反应①；BC；（2）O2；ⅰ；57.1；（4）；D。【分析】（1）活化能大的反应速率慢，慢反应是决速步骤，则Fe3（CO）12催化CO2加氢反应的决速步骤是反应①；烯烃异构化是指改变烯烃结构而相对分子质量不变的反应过程；（2）ⅰ．2C3H8（g）+O2（g）⇌2C3H6（g）+2H2O（g）ΔH1=-235.0kJ⋅mol-1，ⅱ．2C3H8（g）+7O2（g）⇌6CO（g）+8H2O（（3）起始投料比n(O2)n(C3H8)=12，根据反应式可知O2的最大转化率会更高，M表示O2转化率随温度变化的曲线；ⅰ、ⅱ均为放热反应，C点后，随着温度升高平衡会发生逆向移动，主要进行的反应是ⅰ反应，因为ΔH1＞ΔH2；该反应在温度为T1K时O2与C3H8的转化率均为ⅰ．2C3H8（g）+O2（g）⇌2C3H6（g）+2H2O（g）ΔH1＝﹣235.0kJ•mol﹣1起始/mol：2100变化/mol：2xx2x2x平衡/mol：2﹣2x1﹣x2x2xⅱ．2C3H8（g）+7O2（g）⇌6CO（g）+8H2O（g）ΔH2＝﹣2742.0kJ•mol﹣1起始/mol：2﹣2x1﹣x00变化/mol：2y7y6y8y平衡/mol：2﹣2x﹣2y1﹣x﹣7y6y8y；（4）H2与C原子反应形成烃类中间体—CH2，该烃类中间体的电子式为；由原理图可知，中间体通过分子筛孔道后生成低碳烯烃。【解答】解：（1）活化能大的反应速率慢，慢反应是决速步骤，则Fe3（CO）12催化CO2加氢反应的决速步骤是反应①。烯烃异构化是指改变烯烃结构而相对分子质量不变的反应过程，化工生产中的下列烯烃能发生异构化反应的是2﹣甲基丙烯、2，3﹣二甲基﹣1﹣丁烯，而乙烯中只含有2个碳拆分后不会成为烯烃，故答案为：反应①；BC；（2）ⅰ．2C3H8（g）+O2（g）⇌2C3H6（g）+2H2O（g）ΔH1=-235.0kJ⋅mol-1，ⅱ．2C3H8（g）+7O2（g）⇌6CO（g）+8H2O（g）ΔH2=-2742.0kJ⋅mol-1，根据盖斯定律ⅰ×72-ⅱ×12可得：6C3H8（g）+3CO（g）⇌故答案为：+548.5；（3）起始投料比n(O2)n(C3H8)=12，根据反应式可知O2的最大转化率会更高，M表示O2转化率随温度变化的曲线；ⅰ、ⅱ均为放热反应，C点后，随着温度升高平衡会发生逆向移动，主要进行的反应是ⅰ反应，因为ΔH1＞ΔH2；该反应在温度为T1K时O2与C3H8的转化率均为ⅰ．2C3H8（g）+O2（g）⇌2C3H6（g）+2H2O（g）ΔH1＝﹣235.0kJ•mol﹣1起始/mol：2100变化/mol：2xx2x2x平衡/mol：2﹣2x1﹣x2x2xⅱ．2C3H8（g）+7O2（g）⇌6CO（g）+8H2O（g）ΔH2＝﹣2742.0kJ•mol﹣1起始/mol：2﹣2x1﹣x00变化/mol：2y7y6y8y平衡/mol：2﹣2x﹣2y1﹣x﹣7y6y8y2-则此时整体物质的量总和为：2﹣2x﹣2y+1﹣x﹣7y+2y+2x+2y＝3.5mol，则有压强平衡常数Kp=故答案为：O2；ⅰ；57.1；（4）H2与C原子反应形成烃类中间体—CH2，该烃类中间体的电子式为；由原理图可知，中间体通过分子筛孔道后生成低碳烯烃，故碳原子的链式增长的位置为分子筛孔道，故答案为：；D。【点评】本题考查化学平衡，侧重考查学生平衡移动的掌握情况，试题难度中等。5．（2025•山东模拟）甲烷催化氧化偶联制乙烯是提高甲烷附加值的一项重要研究课题，其涉及的反应如下：反应Ⅰ.4CH4（g）+O2（g）⇌2C2H6（g）+2H2O（g）Δ反应Ⅱ.2CH4（g）+O2（g）⇌C2H4（g）+2H2O（g）Δ已知：①C2H6（g）的选择性=n(C2H回答下列问题：（1）反应Ⅲ：2C2H6（g）+O2（g）⇌2C2H4（g）+2H2O（g）的ΔH3＝﹣210kJ•mol﹣1，反应Ⅲ能够自发进行的原因是由于反应Ⅲ的ΔH3＜0、ΔS＞0，在任意温度都有ΔG＜0，都能自发进行。（2）向刚性容器中充入4molCH4（g）和2molO2（g），起始压强为p0kPa、温度为TK条件下发生反应Ⅰ、反应Ⅱ，达到平衡后，测得反应体系总压强为0.95p0kPa，CH4（g）的分压为p0/15kPa，则C2H4（g）的选择性为66.7%，反应Ⅰ的分压表示的平衡常数Kp＝(0.1p0)2⋅(0.5p0)2(115p0)4⋅(112p0)或60754p0（3）向刚性容器中，充入4molCH4（g）和2molO2（g），分别在催化剂A、催化剂B作用下发生反应Ⅰ、反应Ⅱ，反应tmin时测得CH4转化率、C2H6选择性与温度关系如图所示：①在催化剂A的作用下，表示CH4转化率与T关系曲线是X（填“X”或“Z”）；②在催化剂B的作用下，曲线Q随温度升高逐渐降低的可能原因是随着温度升高，反应I速率加快的程度小于反应II加快的程度。【答案】（1）﹣210；由于反应Ⅲ的ΔH3＜0、ΔS＞0，在任意温度都有ΔG＜0，都能自发进行；（2）66.7%；(0.1p0)（3）①X；②随着温度升高，反应I速率加快的程度小于反应II加快的程度。【分析】（1）由反应I.4CH4（g）+O2（g）⇌2C2H6（g）+2H2O（g）ΔH1=-354kJ⋅mol-1和反应II.2CH4（g）+O2（g）⇌C2H4（g）+2H2O（g）ΔH2=-282kJ⋅mol-1，可以得到反应Ⅲ：2C2H6（g）+O2（g）⇌2C2H4（g）+2H2O（g）可看作由反应II×2﹣反应I，根据ΔG（2）在温度为TK条件下，向刚性容器中充入4molCH4（g）和2molO2（g），起始压强为p0kPa，则起始p(CH4)=44+2p0=23p0、p(O2)=24+2p0=反应I反应II根据23p0（3）①在tmin内CH4转化率会随温度升高而不断增大；②曲线Q代表在催化剂B的作用下，C2H6选择性与温度的关系，由于反应Ⅰ、Ⅱ均未达到平衡。【解答】解：（1）由反应I.4CH4（g）+O2（g）⇌2C2H6（g）+2H2O（g）ΔH1=-354kJ⋅mol-1和反应II.2CH4（g）+O2（g）⇌C2H4（g）+2H2O（g）ΔH2=-282kJ⋅mol-1，可以得到反应Ⅲ：2C2H6（g）+O2（g）⇌2C2H4（g）+2H2O（g）可看作由反应II×2﹣反应I，则ΔH3=ΔH1故答案为：﹣210；由于反应Ⅲ的ΔH3＜0、ΔS＞0，在任意温度都有ΔG＜0，都能自发进行；（2）在温度为TK条件下，向刚性容器中充入4molCH4（g）和2molO2（g），起始压强为p0kPa，则起始p(CH4)=44+2p0=23p0、p(O2)=24+2p0=反应I反应II根据23p0则C2H4（g）的选择性为=n(C2H4)n(C2H6)+n(C2H4)×100%=y2x+y×100%=0.2kPa故答案为：66.7%；(0.1p0)（3）①在tmin内CH4转化率会随温度升高而不断增大，在催化剂A下，表示CH4转化率与T关系曲线是X，故答案为：X；②由于反应Ⅰ、Ⅱ均未达到平衡，则原因是随着温度升高，反应Ⅰ速率加快的程度小于反应Ⅱ加快的程度。故答案为：随着温度升高，反应I速率加快的程度小于反应II加快的程度。【点评】本题考查化学平衡，侧重考查学生平衡移动的掌握情况，试题难度中等。6．（2025•衡阳县一模）CO2催化加氢制备甲醇可以减少CO2的排放，有利于实现碳中和。在一定条件下，CO2和H2可发生如下反应：Ⅰ．CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1＜0Ⅱ．CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）ΔH2Ⅲ．CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）ΔH3＞0回答下列问题：（1）已知部分化学键键能如下表：化学键C—OC≡OH—HO—HC—H键能（kJ/mol）ab