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2024年高考化学三轮冲刺考前巩固专题训练49 化学原理综合
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一、非选择题
1．通过电化学、热化学等方法，将CO2转化为HCOOH等化学品，是实现“双碳”目标的途径之一。
请回答：
（1）某研究小组采用电化学方法将CO2转化为HCOOH，装置如图1。电极B上的电极反应式是 。
（2）该研究小组改用热化学方法，相关热化学方程式如下：
①ΔH3＝ kJ•ml﹣1。
②反应Ⅲ在恒温、恒容的密闭容器中进行，CO2和H2的投料浓度均为1.0ml•L﹣1，平衡常数K＝2.4×10﹣8，则CO2的平衡转化率为 。
③用氨水吸收HCOOH，得到1.00ml•L﹣1氨水和0.18ml•L﹣1甲酸铵的混合溶液，298K时该混合溶液的pH＝ 。[已知：298K时，电离常数Kb（NH3•H2O）＝1.8×10﹣5、Ka（HCOOH）＝1.8×10﹣4]
（3）为提高效率，该研究小组参考文献优化热化学方法，在如图密闭装置中充分搅拌催化剂M的DMSO（有机溶剂）溶液，CO2和H2在溶液中反应制备HCOOH，反应过程中保持CO2（g）和H2（g）的压强不变，总反应CO2+H2⇌HCOOH的反应速率为v，反应机理如下列三个基元反应，各反应的活化能E2＜E1＜＜E3（不考虑催化剂活性降低或丧失）。
①催化剂M足量条件下，下列说法正确的是 ____。
A．v与CO2（g）的压强无关
B．v与溶液中溶解H2的浓度无关
C．温度升高，v不一定增大
D．在溶液中加入N（CH2CH3）3，可提高CO2转化率
（4）②实验测得：298K，p（CO2）＝p（H2）＝2MPa下，v随催化剂M浓度c变化如图3。c⩽c0时，v随c增大而增大：c＞c0时，v不再显著增大。请解释原因 。
2．天然气、石油钻探过程会释放出CO2、H2S等气体。某种将CO2和H2S共活化的工艺涉及反应如下：
①CO2(g)+H2S(g)⇌COS(g)+H2O(g) ΔH1
②CO2(g)+H2S(g)⇌CO(g)+12S2(g)+H2O(g) ΔH2
③H2S(g)⇌12S2(g)+H2(g) ΔH3=+85.79kJ⋅ml−1
④H2(g)+CO2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH4=+41.20kJ⋅ml−1
恒压密闭容器中，反应物的平衡转化率、部分生成物的选择性与温度关系如图所示。
已知：i．CO2和H2S的初始物质的量相等：
ii．产率=转化率×选择性：
iii．COS的选择性=n生成(COS)n消耗(H2S)×100%，H2O的选择性=n生成(H2O)n消耗(H2S)×100%。
回答下列问题：
（1）COS分子的空间结构为 形。
（2）ΔH2= kJ⋅ml−1。
（3）以下温度，COS的产率最高的是____。
A．400℃B．600℃C．800℃D．1000℃
（4）温度高于500℃时，H2S的转化率大于CO2，原因是 。
（5）可提高S2平衡产率的方法为____。
A．升高温度B．增大压强C．降低温度D．充入氩气
（6）700℃时反应①的平衡常数K= （精确到0.01）。
（7）催化剂CeO2-MgO对反应②具有高选择性，通过理论计算得到反应的主要路径如下图所示。表示状态2的为____。
A．B．C．
3．二氧化碳一甲烷重整反应制备合成气(H2+CO)是一种生产高附加值化学品的低碳过程。该过程存在如下化学反应：
①CH4(g)+CO2(g)⇌2H2(g)+2CO(g) ΔH1
②CO2(g)+2H2(g)⇌C(s)+2H2O(g) ΔH2=−90.2kJ⋅ml−1
③CH4(g)⇌C(s)+2H2(g) ΔH3=+74.9kJ⋅ml−1
④CO(g)+H2(g)⇌H2O(g)+C(s) ΔH4=−131.3kJ⋅ml−1
回答下列问题：
（1）ΔH1= ，反应① 正向自发进行(填标号)。
A．低温下能 B．高温下能 C．任何温度下都能 D．任何温度下都不能
（2）反应体系总压强分别为5.00MPa、1.00MPa和0.50MPa时，CH4平衡转化率随反应温度变化如图所示，则代表反应体系总压强为5.00MPa的曲线是 (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)，判断依据是 。
（3）当反应体系总压强为0.1MPa时，平衡时部分组分的物质的量随反应温度变化如图所示。随反应温度的升高，CO2的物质的量先增加后减少，主要原因是 。
（4）恒温恒压条件下，向容器中通入1mlCH4和1mlCO2，达到平衡时CH4的转化率为80%，CO2的转化率为50%，碳单质的物质的量为0.8ml，CO的物质的量为 ml，反应①用摩尔分数表示的平衡常数Kx= (结果保留两位小数)。
上述平衡时[c(H2)]2c(CH4)=a，向体系通入He气，重新达到平衡时，[c(H2)]2c(CH4)=b，则a b(填“>”“<”或“=”)。(已知反应aA(g)+bB(g)⇌cC(g)+dD(g)的Kx=xCc⋅xDdxAa⋅xBb，物质i的摩尔分数xi=nin总)
4．硫酸工业在国民经济中占有重要地位。
（1）我国古籍记载了硫酸的制备方法——“炼石胆(CuSO4·5H2O)取精华法”。借助现代仪器分析，该制备过程中CuSO4·5H2O分解的TG曲线(热重)及DSC曲线(反映体系热量变化情况，数值已省略)如下图所示。700℃左右有两个吸热峰，则此时分解生成的氧化物有SO2、 和 (填化学式)。
（2）铅室法使用了大容积铅室制备硫酸(76%以下)，副产物为亚硝基硫酸，主要反应如下：
NO2+SO2+H2O=NO+H2SO4
2NO+O2=2NO2
(ⅰ)上述过程中NO2的作用为 。
(ⅱ)为了适应化工生产的需求，铅室法最终被接触法所代替，其主要原因是 (答出两点即可)。
（3）接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化：
SO2(g)+12O2(g)⇌SO3(g) ΔH=-98.9kJ·ml-1
(ⅰ)为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度，绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度的关系如下图所示，下列说法正确的是 。
a．温度越高，反应速率越大
b．α=0.88的曲线代表平衡转化率
c．α越大，反应速率最大值对应温度越低
d．可根据不同α下的最大速率，选择最佳生产温度
(ⅱ)为提高钒催化剂的综合性能，我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下，温度和转化率关系如下图所示，催化性能最佳的是 (填标号)。
(ⅲ)设O2的平衡分压为p，SO2的平衡转化率为αe，用含p和αe的代数式表示上述催化氧化反应的Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算)。
5．纳米碗C40H10是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下，C40H10可以由C40H20分子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。C40H20(g)→H⋅C40H18(g)+H2(g)的反应机理和能量变化如下：
回答下列问题：
（1）已知C40Hx中的碳氢键和碳碳键的键能分别为431.0kJ⋅ml−1和298.0kJ⋅ml−1，H-H键能为436.0kJ⋅ml−1。估算C40H20(g)⇌C40H18(g)+H2(g)的ΔH= kJ⋅ml−1。
（2）图示历程包含 个基元反应，其中速率最慢的是第 个。
（3）C40H10 纳米碗中五元环和六元环结构的数目分别为 、 。
（4）1200K时，假定体系内只有反应C40H12(g)⇌C40H10(g)+H2(g)发生，反应过程中压强恒定为p0(即C40H12的初始压强)，平衡转化率为α，该反应的平衡常数Kp为 (用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。
（5）C·40H19(g)⇌C40H18(g)+H⋅(g) 及C·40H11(g)⇌C40H10(g)+H⋅(g)反应的lnK(K为平衡常数)随温度倒数的关系如图所示。已知本实验条件下，lnK=−ΔHRT+c(R为理想气体常数，c为截距)。图中两条线几乎平行，从结构的角度分析其原因是 。
（6）下列措施既能提高反应物的平衡转化率，又能增大生成C40H10的反应速率的是 (填标号)。
a．升高温度 b．增大压强 c．加入催化剂
6．硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途，如可用作农药防治小麦黑穗病，制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题：
（1）在N2气氛中，FeSO4⋅7H2O的脱水热分解过程如图所示：
根据上述实验结果，可知x= ，y= 。
（2）已知下列热化学方程式：
FeSO4⋅7H2O(s)=FeSO4(s)+7H2O(g)ΔH1=akJ⋅ml−1
FeSO4⋅xH2O(s)=FeSO4(s)+xH2O(g)ΔH2=bkJ⋅ml−1
FeSO4⋅yH2O(s)=FeSO4(s)+yH2O(g)ΔH3=ckJ⋅ml−1
则FeSO4⋅7H2O(s)+FeSO4⋅yH2O(s)=2(FeSO4⋅xH2O)(s)的ΔH= kJ⋅ml−1。
（3）将FeSO4置入抽空的刚性容器中，升高温度发生分解反应：2FeSO4(s)⇌Fe2O3(s)+SO2(g)+SO3(g)(Ⅰ)。平衡时PSO3−T的关系如下图所示。660K时，该反应的平衡总压P总= kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)= (kPa)2。Kp(Ⅰ)随反应温度升高而 (填“增大”“减小”或“不变”)。
（4）提高温度，上述容器中进一步发生反应2SO3(g)⇌2SO2(g)+O2(g)(Ⅱ)，平衡时PO2= (用PSO3、PSO2表示)。在929K时，P总=84.6kPa、PSO3=35.7kPa，则PSO2= kPa，Kp(Ⅱ)= kPa(列出计算式)。
7．氨是最重要的化学品之一，我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题：
（1）根据图1数据计算反应12N2(g)+32H2(g)=NH3(g)的ΔH= kJ⋅ml−1。
（2）研究表明，合成氨反应在Fe催化剂上可能通过图2机理进行(*表示催化剂表面吸附位，N2∗表示被吸附于催化剂表面的N2)。判断上述反应机理中，速率控制步骤(即速率最慢步骤)为 (填步骤前的标号)，理由是 。
（3）合成氨催化剂前驱体(主要成分为Fe3O4)使用前经H2还原，生成α−Fe包裹的Fe3O4。已知α−Fe属于立方晶系，晶胞参数a=287pm，密度为7.8g⋅cm−3，则α−Fe晶胞中含有Fe的原子数为 (列出计算式，阿伏加德罗常数的值为NA)。
（4）在不同压强下，以两种不同组成进料，反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如下图所示。其中一种进料组成为xH2=0.75、xN2=0.25，另一种为xH2=0.675、xN2=0.225、xAt=0.10。(物质i的摩尔分数：xi=nin总)
①图中压强由小到大的顺序为 ，判断的依据是 。
②进料组成中含有情性气体Ar的图是 。
③图3中，当p2=20MPa、xNH3=0.20时，氮气的转化率α= 。该温度时，反应12N2(g)+32H2(g)⇌NH3(g)的平衡常数Kp= (MPa)−1(化为最简式)。
8．二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于解决能源短缺问题，涉及的反应如下：
（1）I．主反应CO2(g) + 3H2(g) = CH3OH(g) + H2O(g) ΔH1
Ⅱ．副反应CO2(g)+ H2(g) =CO(g)+ H2O(g) ΔH2= + 41 kJ/ml
回答下列问题：
已知：
①H2(g)+12O2(g) = H2O(g) ΔH = -242 kJ/ml
②CH3OH(g) +32O2(g) = CO2(g) + 2H2O(g) ΔH = -677 kJ/ml
则ΔH1 = kJ/ml， 该反应在 (填“低温”或“高温”)易自发进行。
（2）关于二氧化碳催化加氢制甲醇的反应体系，下列说法正确的有____。
A．平衡时，3 v(H2)正= v(CO2)逆
B．平衡后，增大压强有利于提高CH3OH的产率
C．平衡后，移去部分H2O(g)， 反应I、Ⅱ的平衡常数均增大
D．选择理想的催化剂，可提高CH3OH在最终产物中的比率
（3）初始进料比n(CO2)： n(H2)=1：3时，在不同温度下达到平衡，体系中CH3OH、CO的选择性和CO2的平衡转化率[ α(CO2)]与温度的关系如图所示：
已知： CH3OH的选择性=生成的CH3OH的物质的量转化的CO2的物质的量×100%
①用各物质的平衡分压p(B)表示反应I的平衡常数表达式Kp= ；
②该反应体系中的催化剂活性受温度影响变化不大。图中表示CH3OH选择性变化的曲线是 (填 “a”或“b”)，其原因是 。
③当T= 250℃时，H2的平衡转化率α(H2)= 。
（4）我国科学家研究Li-CO2电池取得重大科研成果。该电池放电时，CO2在正极放电的反应机理如下：
(i) 2CO2+2e → C2O42−
(ii)C2O42−→CO22− + CO2
(iii)C2O42− + CO22−→2CO32− +C
电池的正极反应式为 。
9．我国力争2030年前实现碳达峰，2060 年前实现碳中和。CO2 的综合利用是实现碳中和的措施之一。
（1）Ⅰ． CO2和CH4在催化剂表面可以合成CH3COOH，该反应的历程和相对能量的变化情况如下图所示(*指微粒吸附在催化剂表面，H*指H吸附在催化剂载体上的氧原子上，TS表示过渡态)：
决定该过程的总反应速率的基元反应方程式为 。
（2）下列说法正确的有 。
a．增大催化剂表面积可提高CO2在催化剂表面的吸附速率
b． CH3COOH* 比CH3COOH(g)能量高
c．催化效果更好的是催化剂2
d．使用高活性催化剂可降低反应焓变，加快反应速率
（3）Ⅱ． CO2和 H2在一定条件下也可以合成甲醇，该过程存在副反应ii。
反应i： CO2(g) + 3H2(g) ⇌CH3OH(g) + H2O(g) ΔH1 = -49.3 kJ·ml-1
反应ii： CO2(g) + H2(g ⇌CO(g)+ H2O(g) ΔH2
有关物质能量变化如图所示，稳定单质的焓(H)为0，则ΔH2= kJ·ml-1
（4）恒温恒容条件下，仅发生反应ii，反应达到平衡的标志是 。
a． CO的分压不再发生变化
b．气体平均相对分子质量不再发生变化
c． 气体密度不再发生变化
d． c(CO2)⋅c(H2)c(CO)⋅c(H2O)比值不再发生变化
（5）在5.0MPa，将n(CO2) ： n(H2)=5 ： 16的混合气体在催化剂作用下进行反应。体系中气体平衡组成比例(CO和CH3OH在含碳产物中物质的量百分数)及CO2的转化率随温度的变化如图所示。
①表示平衡时CH3OH在含碳产物中物质的量百分数的曲线是 (填“a”或“b”)。
②CO2平衡转化率随温度的升高先减小后增大，增大的原因可能是 。
③250℃时反应i： CO2(g)+3H2(g) ⇌CH3OH(g)+H2O(g)的 Kp= (MPa)-2(用最简分数表示)。
10．我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和，因此CO2的综合利用是研究热点之一。
（1）以CO2为原料可制取甲醇。
已知：
①H2(g)、CH3OH(l)的燃烧热ΔH分别为-285.8kJ·ml-1和-726.5kJ·ml-1
②CH3OH(l)⇌CH3OH(g) ΔH=+38kJ·ml-1
③H2O(l)⇌H2O(g) ΔH=+44kJ·ml-1
则反应CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(l)+H2O(g)的ΔH1= kJ·ml-1。
（2）利用CO2与H2合成甲醇涉及的主要反应如下：
I.CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(l)+H2O(g) ΔH1
II.CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O ΔH2=+41kJ·ml-1
一定条件下向某刚性容器中充入物质的量之比为1：3的CO2和H2发生上述反应，在不同催化剂(catl，cat2)下经相同反应时间，CO2转化率和甲醇的选择性[甲醇的选择=n(CH3OH)n(CO)+n(CH3OH)×100%]随温度变化如图甲所示：
①由图可知，催化效果catl cat2(填“>”“＜”或“=”)。
②在210℃-270℃间，CH3OH的选择性随温度的升高而下降，可能原因为 。
③某条件下，达到平衡时CO2的转化率为15%，CH3OH的选择性为80%，则H2的平衡转化率为 ；反应II的平衡常数Kp= (列出算式即可)。
（3）利用制备的甲醇可以催化制取丙烯，过程中发生如下反应：3CH3OH(g)⇌C3H6(g)+3H2O(g)。该反应的实验数据遵循Arhenius经验公式，如图乙中曲线a所示，已知Arthenius经验公式为Rlnk=-EaT+C(Ea为活化能，假设受温度影响忽略不计，k为速率常数，R和C为常数)，则反应的活化能 kJ·ml-1。当改变外界条件时，实验数据如图乙中的曲线b所示，则实验可能改变的外界条件是 ；此经验公式说明对于某个基元反应，当升高相同温度时，其活化能越大，反应速率增大的 (填“越多”或“越少”)。
11．将CH4和CO2两种气体转化为合成气(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。甲烷及二氧化碳重整涉及以下反应：
I．CH4(g)+CO2(g)⇌2CO(g)+2H2(g) ΔH1 平衡常数K1
Ⅱ．CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g) ΔH2 平衡常数K2
Ⅲ．CH4(g)+2H2O(g)⇌CO2(g)+4H2(g) ΔH3 平衡常数K3
（1）ΔfHθm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1 ml该物质的焓变。对于稳定相态单质，其ΔfHθm为零。根据下表数据，计算反应Ⅱ的反应热ΔH2= ，该反应正反应活化能 逆反应活化能(填“大于”、“小于”或“等于”)。
（2）平衡常数K2= (用K1、K3表示)。
（3）一定温度下，维持压强p0，向一密闭容器中通入等物质的量的CH4和H2O(g)发生反应。已知反应Ⅱ的速率方程可表示为v正=k正⋅p(CO)⋅p(H2O)，v逆=k逆⋅p(CO2)⋅p(H2)，其中k正、k逆分别为正、逆反应的速率常数，则以物质的分压表示的反应Ⅱ的平衡常数KpII= (用k正、k逆表示)，另lgk与1T的关系如图所示，①、②、③、④四条直线中，表示lgk正的是 (填序号)，T1温度时，图中A、B、C、D点的纵坐标分别为a+1、a+0.48、a−0.3、a−1，达到平衡时，测得CH4的转化率为60%，且体系中p(CO2)=p(H2O)，则p(CO2)= ，以物质的分压表示的反应I的平衡常数KpⅠ= 。(用含p0的代数式表示，已知：lg5=0.7)
12．二甲醚(DME)是一种重要的化工原料，可以通过CO2制备得到。制备方法和涉及反应如下：
方法a：“二步法”制二甲醚
I：CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=−49.5kJ/ml
Ⅱ：2CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=−23.4kJ/ml
方法b：“一步法”制二甲醚
Ⅲ：2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH3
两种方法都伴随副反应：
Ⅳ：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH4=+41.2kJ/ml
请回答：
（1）反应I自发进行的条件是 ；ΔH3= 。
（2）在一定温度下，向1L的恒容密闭容器中通入1mlCO2(g)和3mlH2(g)和利用方法a制备二甲醚。测得CO2的平衡转化率为30%，CH3OCH3(g)为aml，CO(g)为bml，反应I的平衡常数为 (用含a、b的式子表示，只需列出计算式)。
（3）恒压条件下，在密闭容器中利用方法b制备二甲醚。按照n(CO2)：n(H2)=1：3投料，CO2的平衡转化率和CO、CH3OCH3的选择性随温度变化如图1所示。
(CO的选择性=CO的物质的量参加反应的CO2的物质的量×100%，CH3OCH3的选择性=2×CH3OCH3的物质的量参加反应的CO2的物质的量×100%)
①下列说法正确的是
A．当反应达到平衡时，n(CO2)：n(H2)=1：3
B．曲线①表示二甲醚的选择性
C．温度越低越有利于工业生产二甲醚
D．工业上引入双功能催化剂是为了降低反应Ⅲ的ΔH3
②在200∼350℃的范围内，CO2的平衡转化率先降低后升高的原因： 。
（4）有学者研究反应Ⅱ机理，利用磷酸硅铝分子筛催化甲醇制二甲醚，其中简化的分子筛模型与反应过渡态结构模型如图所示，下列说法正确的是____。(已知：磷酸硅铝分子筛中有酸性位点可以将甲醇质子化，题中的分子筛用“ZOH”符号表示)
A．制得的磷酸硅铝分子筛的孔径越大催化效率越高
B．该反应机理：2CH3OH+ZOH→[H|CH3O⋯CH3⋯OH2+⋯ZO−]→ZOH+(CH3)2O(g)+H2O(g)
C．改变分子筛组分比例适当提高其酸性，有利加快反应速率
D．温度越高，有利于水蒸气脱离分子筛，反应速率越快
13．甲醇水蒸气催化重整是当前制取清洁能源氢气的主要方法，其反应机理如下：
反应1：CH3OH(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+3H2(g) ΔH1
反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH2
请回答下列问题：
（1）在精选催化剂R作用下，反应Ⅰ可通过如图1所示的反应历程实现催化重整，则ΔH1= kJ/ml(用含字母a、b、c的代数式表示)。
（2）将一定量的甲醇气体和水蒸气混合反应，使用催化剂R，测得相同条件下，甲醇的转化率[(CH3OH)%]与CO的物质的量分数[(CO)%]变化如图2所示。反应Ⅱ为 反应(填“吸热”或“放热”)，选择催化剂R的作用为 。
（3）将1 ml甲醇气体和1.2 ml水蒸气混合充入2 L恒容密闭容器中，控制反应温度为300℃、起始压强为2.5 MPa下进行反应。平衡时容器中n(CH3OH)=n(CO)=0.1 ml。此时H2O的浓度为 ，甲醇的转化率为 ，则反应Ⅱ的逆反应的压强平衡常数Kp= 。
（4）相同反应条件下，得到甲醇水蒸气重整反应各组分的实际组成与反应温度关系曲线图。
下列说法正确的是
A．升温对反应Ⅰ的化学反应速率影响更大
B．催化剂的选择应考虑提高生成CO2的选择性
C．催化剂的活性与温度有关，且反应前后化学性质保持不变
D．若容器内气体的平均摩尔质量保持不变，则反应Ⅱ一定处于平衡状态
14．丁二烯是生产丁苯橡胶SBR、ABS 树脂、聚丁二烯橡胶BR等的基本原料，也是生产氯丁二烯、乙烯基环己烯等化学品的关键中间体，工业上常在钼系催化剂作用下，用丁烯氧化脱氢制丁二烯。丁烯氧化脱氢制丁二烯的反应如下：
反应： 2C4H8 (g) +O2 (g) =2C4H6 (g) +2H2O (g) ΔH
副反应①： C4H8(g) +6O2 (g) =4CO2 (g) +4H2O (g) ΔH =-2542.6kJ·ml-1
副反应②： 2C4H6 (g) +11O2 (g) =8CO2 (g) +6H2O (g) ΔH2= -4886.6kJ·ml-1
（1）丁烯氧化脱氢制丁二烯反应的 ΔH = 。
（2）在钼系催化剂作用下，某恒压密闭容器中通入一定量的丁烯和氧气发生反应： 2C4H8 (g) +O2 (g) ⇌2C4H6(g) +2H2O (g)，分别测得温度和氧烯比(氧气和丁烯的物质的量之比)对丁烯的转化率和丁二烯选择性的影响如下图所示：
氧烯比固定，温度升高，丁烯单位时间内转化率先增大后无明显变化的原因是 ； 丁
丁二烯最佳的温度和氧烯比分别为 ；
（3）400℃时，在体积为1L的恒容密闭容器中充入1ml C4H8和1ml O2发生丁烯氧化脱氢制丁二烯反应和副反应①和②，测得此时容器的压强为P0，平衡时容器内的压强为1.2P0，C4H8的转化率为70%，丁二烯的选择性为90%，则平衡后C4H6 (g)的体积分数为 ，丁烯氧化脱氢制丁二烯反应的平衡常数K= 。
（4）钼系催化剂上C4H8燃烧反应的速率方程为v (C4H8) =k·px (C4H8) ·Py (O2)。为确定x和y，通过实验获得如图3数据，则： x和y分别为 、 。
（5）一种以C4H8为主要原料的电池工作原理如图4所示。B上的电极反应式为 。
15．氨是工农业生产中的重要原料，研究氨的合成和转化是一项重要的科研课题。回答下列问题：
（1）已知：工业合成氨合成塔中每产生2mlNH3，放出92.2kJ热量，
则1mlN-H键断裂吸收的能量为 kJ。
（2）在密闭容器中合成氨气，有利于加快反应速率且能提高H2转化率的措施是____(填字母)
A．升高反应温度B．增大反应的压强
C．及时移走生成的NH3D．增加H2的物质的量
（3）将0.6mlN2和0.8mlH2充入恒容密闭容器中，在不同温度下，平衡时NH3的体积分数随压强变化的曲线如图。
甲、乙、丙中温度从高到低的顺序是 。d点N2的转化率是 ，d点Kp= (Kp是以平衡分压表示的平衡常数，平衡分压=平衡时各组分的物质的量分数×总压)。
（4）催化氧化法消除NO反应原理为：6NO+4NH3催化剂__Δ5N2+6H2O。不同温度条件下，氨气与一氧化氮的物质的量之比为2：1时，得到NO脱除率曲线如图甲所示。脱除NO的最佳温度是 。在温度超过1000℃时NO脱除率骤然下降的原因可能是 。
（5）研究发现NH3与NO的反应历程如图乙所示。下列说法正确的是____(填字母)。
A．该反应历程中形成了非极性键和极性键
B．每生成2mlN2，转移的电子总数为8NA
C．Fe2+能降低总反应的活化能，提高反应速率
D．该反应历程中存在：NO+Fe2+-NH2=Fe2++N2↑+H2O
16．近年，甲醇的制取与应用在全球引发了关于“甲醇经济”的广泛探讨。二氧化碳加氢制甲醇已经成为研究热点，在某CO2催化加氢制CH3OH的反应体系中，发生的主要反应如下：
Ⅰ. CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1<0
Ⅱ. CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH2>0
回答下列问题：
（1）下列能说明反应Ⅰ一定达到平衡状态的是____(填标号)。
A．v正(CO2)=3v逆(H2)
B．平衡常数不再发生变化
C．混合气体的密度不再发生变化
D．混合气体中H2O(g)的百分含量保持不变
（2）CO2在催化剂作用下，将平均相对分子质量为16的CO2和H2的混合气体充入一恒容密闭容器中发生反应Ⅰ、Ⅱ，已知反应Ⅱ的反应速率v正=k正x(CO2)⋅x(H2)，v逆=k逆x(CO)⋅x(H2O)，k正，k逆为速率常数，x为物质的量分数。
①当CO2转化率达到60%时，反应达到平衡状态，这时CO2和H2的平均相对分子质量为23，若反应Ⅱ的k正=20ml⋅L−1⋅s−1，平衡时反应速率v逆= ml⋅L−1⋅s−1；
②Arrℎenius经验公式为Rlnk=−EaT+C，其中Ea为活化能，T为热力学温度，k为速率常数，R和C为常数，则ΔH2= kJ⋅ml−1 (用含k正、k逆、T、R的代数式表示)。
③由实验测得，随着温度的逐渐升高，反应Ⅰ为主反应，平衡逆向移动平衡时混合气体的平均相对分子质量几乎又变回16，原因是 。
（3）其他条件相同时，反应温度对CH3OH选择性的影响如图所示：
由图可知，温度相同时CH3OH选择性的实验值略高于其平衡值，可能的原因是 。
（4）利用甲醇分解制取烯烃，涉及反应如下。
a. 2CH3OH(g)=C2H4(g)+2H2O(g)
b. 3CH3OH(g)=C3H6(g)+3H2O(g)
c. 3C2H4(g)⇌2C3H6(g)
恒压条件下，平衡体系中各物质的量分数随温度变化如图所示：
已知650K时，2x(C2H4)=x(C3H6)，平衡体系总压强为P，则650K反应c的平衡常数Kp= 。
17．“O3氧化法”和“光催化氧化法”常用于烟气脱硫、脱硝，对环境保护意义重大。回答下列问题：
（1）Ⅰ.O3氧化法
用O3氧化烟气中的SO2时，体系中存在以下反应：
a)SO2(g)+O3(g)⇌SO3(g)+O2(g) ΔH1
b)2O3(g)⇌3O2(g) ΔH2=−286.6kJ⋅ml−1
c)2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g) ΔH3=−196.6kJ⋅ml−1
根据盖斯定律，ΔH1= 。
（2）在密闭容器中充入1mlN2O4和1mlO3，发生以下反应：
d)N2O4(g)⇌2NO2(g) ΔH4=+57kJ⋅ml−1
e)N2O4(g)+O3(g)⇌N2O5(g)+O2(g) ΔH5
不同压强(p)下，N2O4的平衡转化率α(N2O4)随反应温度(T)的变化关系如下图所示：
①由图可知，ΔH5 0(填“大于”或“小于”下同)，p1 p2。
②下列有关该反应体系的说法正确的是 (填标号)。
A．恒压下，混合气体的密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡
B．任意时刻，存在n(NO2)+n(N2O4)+n(N2O5)<1ml
C．恒容下，升高温度，该体系中气体颜色变浅
D．恒容下，增大N2O4的浓度，反应d、e的正反应速率均增大
③某温度下，平衡时N2O4的物质的量分数为13，且NO2与O2的物质的量分数相等，此时n(O2)= ml。
（3）Ⅱ.光催化氧化法
光照条件下，催化剂TiO2表面产生电子(e−)和空穴(ℎ+)。电子与O2作用生成离子自由基(·O2−)，空穴与水电离出的OH−作用生成羟基自由基(·OH)，·O2−和·OH分别与NO反应生成NO3−。变化过程如下图所示：
一定范围内，NO脱除速率随烟气湿度的增大而增大，结合催化剂的作用机理，分析可能的原因 。
（4）已知该过程中生成的HNO2可继续与·OH发生反应：HNO2+2⋅OH=H++NO3−+H2O；该反应可分两步进行，请补充反应ⅰ：
ⅰ. ；
ⅱ.NO2+·OH=H++NO3−。
（5）理论上“光催化氧化法”中，消耗的OH−与生成的NO3−的物质的量之比为 。
18．工业上常用甲烷和水蒸气催化重整制备H2，该工艺同时发生如下反应：
反应Ⅰ：CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g) ΔH1
反应Ⅱ：CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g) ΔH2
（1）反应Ⅰ和反应Ⅱ以物质的量分数表示的平衡常数Kx与温度T变化关系如图甲所示，则ΔH1-ΔH2 0(填“>”“<”或“=”)。
（2）恒容密闭容器中，按质量比为8：9加入CH4和H2O，下列说法正确的是____。
A．达平衡时，CH4和H2O的转化率相等
B．反应Ⅰ在低温时容易自发进行
C．当压强不再发生改变时，反应Ⅰ和反应Ⅱ均达到了平衡
D．单位时间内，若有2mlH-O键断裂，同时有3mlH-H键断裂，则反应Ⅰ处于平衡状态
（3）某科研小组研究了反应I的动力学，获得其速率方程v正=k正·cm(CH4)·cn(H2O)，k正为速率常数(只受温度影响)，反应级数是反应的速率方程式中各反应物浓度的指数之和。在某温度下进行实验，测得各组分初始浓度和反应初始速率如下：
若某时刻，测得c(CH4)=0.4000ml·L-1，c(H2O)=0.4000ml·L-1，则此时的反应速率v正= 。
（4）在2.4MPa下，将CH4和H2O(g)按照1：3的比例通入反应器中。平衡时各组分的物质的量分数与温度的关系如图乙所示。
①600℃时，若经过tmin，反应达到平衡。该条件下，反应I的Kp= (MPa)2(列出计算式即可)。
②H2的含量在740℃左右出现峰值的原因为 。
（5）某工厂用电解原理除去H2中的杂质CH4、CO和CO2，其装置如图丙所示：
①CH4参与的电极反应为 。
②经测定，原料气中各气体的体积分数为：
若电解过程中消耗了100m3的原料气，则可得到相同条件下纯净H2 m3。
19．加深对含氮氧化物的研究，有利于为环境污染提供有效决策。回答下列问题：
（1）已知：2NO(g) +O2(g)⇌2NO2(g) ΔH1=-114 kJ·ml-1；
C(s)+O2(g)⇌CO2(g) ΔH2= - 393.5 kJ·ml-1；
2NO(g)⇌N2(g)+O2(g) ΔH3=-181 kJ·ml -1。
C(s)与NO2(g)反应生成N2(g)和CO2(g)的热化学方程式为 ；关于该可逆反应，改变下列条件，一段时间后，正反应速率增大的是 (填字母)。
A．恒温下，缩小反应容器体积
B．恒容下，降低反应温度
C．恒温恒容下，通入一定量的N2
D．恒温恒容下，将CO2移出容器
（2）T ℃时，存在如下平衡：2NO2(g)⇌N2O4(g)。该反应正、逆反应速率与NO2、N2O4的浓度关系为：v正= k正c2 (NO2)，v逆=k逆c(N2O4) (k正、k逆为速率常数，仅与温度有关)，且lg v正~lg c(NO2)与lg v逆~lg c(N2O4)的关系如图所示。
①表示v正的直线是 (填“A”或“B")。
②T ℃时，该反应的平衡常数K= 。
③T ℃时，向刚性容器中充入一定量NO2，平衡后测得c(NO2)为0.1 ml·L-1，平衡时NO2的转化率为 (保留一位小数)。平衡后v逆= (用含a的表达式表示)。
④上题③中的反应达到平衡后，其他条件不变，继续通定量入一的NO2，NO2的平衡浓度将 (填“增大”“减小”或“不变”)。
（3）为减少汽车尾气中NOx的排放，某研究小组在实验室以耐高温催化剂催化NO转化为N2，测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图所示。结合(1)中的反应，若不使用CO，温度超过775K，发现NO转化为N2的转化率降低，其可能的原因是 ；用平衡移动原理解释加入CO后，NO转化为N2的转化率增大的原因： 。
20．CO2与CH4均是温室气体，CO2与CH4催化重整受到越来越多的关注，它是有效应对全球气候变化的重要方法。
（1）CO2与CH4经催化重整可制得合成气CO和H2，其反应原理为CO2(g)+CH4(g)⇌2CO(g)+2H2(g) ΔH=+120kJ·ml-1
①该反应在一定温度下能自发进行的原因为 。
②已知键能是指气态分子中1ml化学键解离成气态原子所吸收的能量，上述反应中相关的化学键键能数据如下：
则CO2(g)=C(g)+2O(g) ΔH= kJ·ml-1。
（2） 催化重整涉及的反应如下：
i．CH4(g)+CO2(g)⇌2H2(g)+2CO(g)
ii．H2(g)+CO2(g)⇌H2O(g)+CO(g) ΔH=+41.2kJ·ml-1
若在恒温、恒容密闭容器中进行反应i、ii，下列事实能说明上述反应达到平衡状态的是____ (填字母)。
A．相同时间内形成C-H键和H-H键的数目之比为2：1
B．体系内n(H2)/n(CO)保持不变
C．体系内各物质的浓度保持不变
D．体系内混合气体的密度保持不变
（3）在总压为24p0的恒压密闭容器中，起始时通入n(CH4)：n(CO2)=1：1的混合气体，在一定温度下发生反应i、ii，测得CH4、CO2的平衡转化率分别为20%和40%。
①平衡时容器的体积是起始时的 倍。
②该温度下反应i的压强平衡常数Kp= p02(Kp为用分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数)。
③维持其他因素不变，若向平衡体系中通入一定量的N2(N2不参与反应)，再次平衡后CH4的转化率 (填“增大”“减小”“不变”或“无法判断”，下同)，c3(H2)⋅c(CO)c(CH4)⋅c(H2O) 。
（4）光催化甲烷重整技术也是研究热点。以Rh/SrTiO3为光催化剂，光照时，价带失去电子并产生空穴(h+，具有强氧化性)，CO2在导带获得电子生成CO和O2-，价带上CH4直接转化为CO和H2，反应机理如图所示：
在Rh表面，每生成1mlCO，则价带产生的空穴(h+)数为 NA；价带上的电极反应式可表示为 。
21．氨是化肥工业和有机化工的主要原料，历史上在合成氨的理论可行性、工业化及机理等方面的研究上产生过三位诺贝尔奖得主。回答下列问题：
（1）科学家基于不同的催化体系提出了相应的反应机理。
①基于铁催化体系(添加了氧化铝和氧化钾)的反应机理及能量变化如图所示，据此计算反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)的ΔΗ= 。
②中科院大连化学物理研究所科研团队构筑了“过渡金属—LiH”双活性中心催化体系，显著提高了传统金属催化剂在温和条件下的合成氨性能，其反应过程分为以下三步(*表示催化剂的活性位点)，据此写出Ⅱ的化学方程式。
I．N2+2∗=2N∗；Ⅱ． ；Ⅲ．[LiNH]+32H2=LiH+NH3。
（2）研究表明，反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)在不同压强(p)和氮氢比[n(N2)：n(H2)]下，平衡体系中氨的体积分数[φ(NH3)]随温度(T)的变化曲线如图所示。
①a点对应的转化率：α(N2) α(H2)(填“>”“<”或“=”，下同)；p2 p3。
②c点对应的φc(NH3)小于a点对应的φa(NH3)，解释其原因为 。
③a、b、e三点对应的压强平衡常数(Ka、Kb和Kc)的大小关系为 ；a点对应的压强平衡常数Kp= (用体系中各气体的分压来表示，分压=总压×物质的量分数)
（3）合成氨动力学研究表明，反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)达到平衡时，正反应的速率方程为v正=k正p(N2)⋅p1.5(H2)⋅p−1(NH3)。已知：Kp=k正k逆，k正、k逆为速率常数。据此计算，v逆=k逆pα(N2)⋅pβ(H2)⋅pγ(NH3)中β= ；γ= 。
22．二氧化碳是地球上取之不尽用之不竭的碳源，捕集、利用二氧化碳始终是科学研究的热点，回答下列问题：
（1）I.乙醇胺(HOCH2CH2NH2)是重要的吸收剂，其吸收CO2的原理可能如下：
乙醇胺→A(C3H7NO3)→B[(C3H6NO3)−]+C[(C2H8NO)+]
CO2的电子式为 。
（2）已知A能够水解，且1mlA能与2mlNa发生反应。反应①的化学方程式为 。
（3）用一定浓度的乙醇胺溶液吸收模拟烟气中的CO2，将烟气流量分别定为2Lmin、6Lmin、8Lmin进行吸收实验，CO2脱除率随时间变化如图1所示，相同时间内CO2脱除率随气流增大而降低的原因是 。
（4）II.CO2制取C的太阳能工艺如图2所示。
“重整系统”发生反应的化学反应方程式为 。
（5）III.探究利用CO2合成CH3OH的相关反应有：
①CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH1
②CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)ΔH2
已知键能如表所示：
则ΔH2= 。
（6）一定条件下，向VL体积的恒容密闭容器中通入1mlCO2和3mlH2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为aml，CO(g)为bml，反应①的平衡常数K= (用含a、b、V的代数式表示)。
（7）IV.利用1-氨基吡啶硝酸盐在电化学条件下，可以实现直接从空气中捕获与再释放CO2。原理如图3所示。
通电时，阳极有机产物是 (填结构简式)。
23．能源的合理开发和利用，低碳减排是人类正在努力解决的大问题。2023 年2月21日，中国气候变化特使谢振华获得首届诺贝尔可持续发展特别贡献奖，以表彰他在全球生态保护中做出的贡献
（1）在298K、100kPa时，已知：
C(s，石墨) +O2(g)=CO2(g) ΔH1= -393.5 kJ·ml-1
H2(g) +12O2(g)=H2O(1) ΔH2= -285.8 kJ· ml-1
2C2H2(g) +5O2 (g)= 4CO2(g) +2H2O(1) ΔH3= -2599.0 kJ·ml-1
在298K时由C(s，石墨)和H2(g)反应生成1 ml C2H2(g) 的热化学方程式为 。
（2）在固相催化剂作用下CO2加氢合成甲烷过程中发生以下两个反应：
主反应：CO2(g) +4H2(g) ⇌CH4(g) +2H2O(g) ΔH1=-156.9kJ· ml-1
副反应：CO2(g) +H2(g) ⇌CO(g) + H2O(g) ΔH2= +41.1 kJ·ml -1
工业合成甲烷通常控制温度为500℃左右，其主要原因为 。
（3）向密闭容器中充入一定量的CH4(g)和NO(g) ，保持总压为100kPa发生反应：
CH4(g) +4NO(g) ⇌2N2(g) +CO2(g) +2H2O(g) ΔH <0。
当n(NO)n(CH4)=1时，NO的平衡转化率~1T；T2时NO平衡转化率~n(NO)n(CH4)的关系如图
①能表示此反应已经达到平衡的是 。
A．气体总体积保持不变
B．混合气体的平均相对分子质量保持不变
C． n(NO)n(N2)不再变化
②表示T2时NO平衡转化率~n(NO)n(CH4)的关系是 (填“I”或“II”)，T1 T2(填“>”或“<”)。
③在n(NO)n(CH4)=1、T2时，CH4的平衡分压为 。已知：该反应的标准平衡常数 Kθ=p(CO2)p⋅[p(N2)pθ]⋅[p(H2O)pθ][p(NO)pθ]4⋅p(CH4)pθ2，其中pθ=100 kPa，p(CH4)、p(NO)、p(CO)2、 p(N2)和p( H2O)为各组分的平衡分压，则该温度下Kθ = 。(分压=总压 ×物质的量分数。计算结果用分数表示)。
24．全球大气CO2浓度升高对人类生产、生活产生了影响，碳及其化合物的资源化利用成为研究热点。回答下列问题：
（1）已知25℃时，大气中的CO2溶于水存在以下过程
①CO2(g)⇌CO2(aq)
②CO2(aq)+H2O(1)⇌H+(ag)+HCO3−(aq) K
过程①的ΔH 0(填“＞”“＜”或“=”)。溶液中CO2的浓度与其在大气中的分压(分压=总压×物质的量分数)成正比，比例系数为yml·L-1·kPa-1。当大气压强为pkPa，大气中CO2(g)的物质的量分数为x时，溶液中H+的浓度为 ml·L-1(忽略HCO3−和水的电离)。
（2）焦炭与水蒸气可在高温下反应制H2。
反应I：C(s)+H2O(g)⇌CO(g)+H2(g) ΔH1=+131.3kJ·ml-1 K1
反应II：C(s)+2H2O(g)⇌CO2(g)+2H2(g) ΔH2=+90.3kJ·ml-1 K2
反应III：CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g) ΔH3=-41.0kJ·ml-1 K3
上述反应的化学平衡常数随温度变化的关系如图所示，表示K1、K2、K3的曲线分别是c、 、 。
②研究表明，反应III的速率方程为v=k[x(CO)·x(H2O)-x(CO2)⋅x(H2)Kp]，x表示相应气体的物质的量分数，Kp为平衡常数(用平衡分压代替平衡浓度计算)，k为反应的速率常数，随温度升高而增大。在气体物质的量分数和催化剂一定的情况下，反应速率随温度的变化如图所示。根据速率方程分析T＞Tm时，v逐渐下降的原因是 。
（3）甲烷干法重整制H2同时存在如下反应：
主反应：CH4(g)+CO2(g)⇌2CO(g)+2H2(g) ΔH1
副反应：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH2
温度为T℃，压强为p0的恒压密闭容器中，通入2mlCH4和1mlCO2发生上述反应。平衡时H2O(g)的分压为p1，甲烷的转化率为40%。
①下列说法正确的是 (填标号)
A．ΔH1和ΔH2不变，说明反应达到平衡状态
B．相同条件下，主反应的速率大于副反应，说明主反应的活化能小
C．选用合适的催化剂可以提高主反应的选择性，增大甲烷的平衡转化率
D．平衡后，若增大压强，主反应平衡逆向移动，副反应平衡不移动
②平衡时混合气体的总物质的量为 ml，H2(g)的分压是 (用含p0和p1的计算式表示)。
（4）甲醇燃料电池中，吸附在催化剂表面的甲醇分子逐步脱氢得到CO，四步可能脱氢产物及其相对能量如图，则最可行途径为a→ (用b-j等代号表示)。
25．MnCeTiOx常用作脱硝催化剂，采用共沉淀法等比掺入金属M后，催化剂M0.15MnCeTiOx的脱硝性能及抗硫中毒性能会发生改变。烟气脱硝主要副产物为N2O，主反应如下：
反应I：4NH3(g)+6NO(g)⇌5N2(g)+6H2O(g)△H1=akJ/ml；
反应II：4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)⇌4N2(g)+6H2O(g)△H2=−1657.5kJ/ml
（1）已知：N2(g)+O2(g)⇌2NO(g)△H=+180.5kJ/ml。则a= 。
（2）某条件下对于反应I，v正=k正ca(NH3)cb(NO)，v逆=k逆ca(N2)cd(H2O)，k正、k逆为速率常数。升高温度时，k正增大m倍，k逆增大n倍，则m n(填“>”“<”或“=”)。
（3）将模拟烟气按一定流速通到催化剂表面，不同温度下气体出口处测定相关物质浓度，得出NO的转化率、N2的选择性、N2O的生成量随温度变化关系如下图。
①选择Cu0.15MnCeTiOx时，温度高于260℃时NO转化率下降的原因为 。
②综合分析，该脱硝过程应选择的最佳催化剂中M为 。
③选用合适的催化剂还能抑制催化剂表面出现NH4HSO4结晶现象，结晶会导致 。
（4）273℃，P0kPa下，向恒温恒压密闭的容器中(假设仅发生反应I、II)通入4mlNH3、4mlNO、2mlO2。
①下列选项不能说明反应I、Ⅱ均达到化学平衡状态的是 。
A．混合气体的平均摩尔质量保持不变 B．n(NH3)∶n(NO)保持不变
C．有1mlN-H键断裂的同时，有1mlN≡N键断裂 D．NO的分压保持不变
②达到平衡后测定O2转化率为30%，体系中NH3为1.2ml。则NO的转化率为 ，反应I的Kp= (写出计算式即可)(分压=总压×物质的量分数)。
26．减少CO2排放并实现CO2的有效转化已成为科研工作者的研究热点。根据以下几种常见的CO2转化方法，回答下列问题：
（1）I．研究表明，利用如图所示的原理，可以将CO2转化为炭黑。
该过程的能量转化形式为 ，在整个过程中， FeO 的作用是 。
（2）已知：①2Fe3O4(s)=6FeO(s)+O2(g) ΔH1=akJml
②C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH2=bkJ/ml
则过程1的热化学方程式为 。
II．以氧化铟(In2O3)作催化剂，采用“CO2催化加氢制甲醇”方法将CO2资源化利用。反应历程如下：
i．催化剂活化： In2O3( 无活性) ⇌氧化还原In2O3-x(有活性) ；
ii．CO2与H2在活化的催化剂表面同时发生如下反应：
反应①： CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3主反应
反应②： CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH4副反应
（3）某温度下，在恒容密闭反应器中，下列能说明反应①达到平衡状态的是____ (填编号 )。
A．混合气体的密度不再变化
B．CH3OH的分压保持不变
C．v正(H2)：v逆(CH3OH)=3：1
D．CO2、H2、CH3OH和H2O的浓度之比为1：3：1：1
（4）增大CO2和H2混合气体的流速，可减少产物中H2O(g) 的积累，从而减少催化剂的失活，请用化学方程式表示催化剂失活的原因： 。
（5）ii中反应①、②的lnK(K代表化学平衡常数)随 1T×103 (T代表温度)的变化如图所示。
a．升高温度，反应CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)的化学平衡常数K (填“增大” “减小”或“不变”)。
b．恒温恒压密闭容器中，加入2mlCO2和4mlH2，只发生反应①和反应②，初始压强为P0。 在230℃以上，升高温度，CO2 的平衡转化率增大，但甲醇的产率降低，可能原因是 。在300℃发生反应，反应达到平衡时，CO2的转化率为50%，容器体积减小20%，则反应②用平衡分压表示的平衡常数Kp= ( 保留两位有效数字)。
27．
（1）Ⅰ.科学家对汽车尾气进行无害化处理反应为：2CO + 2NO⇌2CO2 + N2。一定条件下，在1L密闭容器中充入2.00ml CO和2.00ml NO，一段时间后测得CO、CO2浓度随时间变化如图1所示，CO的平衡转化率与温度、起始投料比m的关系如图2所示，图中起始投料比m=n(NO)n(CO)，完成问题：
该反应的化学平衡常数表达式是 。根据图1，用N2表示该反应达平衡过程中的平均反应速率是 ml/(L·min)。
（2）已知：反应2CO(g) + 2NO(g)⇌2CO2(g) + N2(g)中，每生成14克N2时放出373.23kJ热量，试写出上述反应的热化学方程式： 。
（3）该反应的正反应是 反应(填“吸热”或“放热”)。图2中a、b、c三点对应的平衡常数Ka、Kb、Kc相对大小关系是 。
（4）写出一条结论，可表明该反应已经达到平衡状态 。
（5）下列关于该可逆反应的说法错误的是 (单选题)
a．其他条件不变，若充入N2，达到新平衡时，V正、V逆均增大
b．加入催化剂可提高NO的平衡转化率
c．若适当增大压强，则平衡正向移动
d．其他条件不变，若容器体积扩大一倍，达到新平衡时，c(N2)小于原来的一半
（6）Ⅱ.研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。为了验证催化剂比表面积对反应速率的影响规律，在温度为T0时，某同学设计了以下实验：
在图3中画出表中实验II条件下混合气体中NO的浓度随时间变化的曲线。
28．氢气是一种清洁能源，氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。
（1）Ⅰ.制取氢气
甲醇和水蒸气制取氢气的过程中有下列反应：
CH3OH(g)⇌CO(g)+2H2(g) ΔH=+91 kJ·ml−1
CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g) ΔH=−41 kJ·ml−1
写出以甲醇为原料制取氢气的热化学方程式 。
（2）理论上，能提高H2平衡产率的措施有 (写出一条即可)。
（3）Ⅱ.储存氢气
硼氢化钠(NaBH4)是研究最广泛的储氢材料之一
已知：
i．B的电负性为2.0，H的电负性为2.1
ii.25℃下NaBH4在水中的溶解度为55 g，NaBO2在水中的溶解度为0.28 g
在配制NaBH4溶液时，为了防止发生水解反应，可以加入少量的 (填写化学式)。
（4）向NaBH4水溶液中加入催化剂Ru/NGR后，能够迅速反应，生成偏硼酸钠(NaBO2)和氢气。写出该反应的化学方程式 。
（5）在研究浓度对催化剂Ru/NGR活性的影响时，发现B点后(见图1)增加NaBH4的浓度，制氢速率反而下降，推断可能的原因是 。
（6）用惰性电极电解NaBO2溶液可制得NaBH4，实现物质的循环使用，制备装置如图2所示。
①钛电极的电极反应式是 。
②电解过程中，阴极区溶液pH (填“增大”“减小”或“不变”)
29．我国力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。CO2的综合利用是实现碳中和的措施之一。
（1）生产尿素：
①尿素的合成分两步进行：
a.2NH3(g)+CO2(g)⇌NH2COONH4(l) ΔH=−117kJ⋅ml−1
b.NH2COONH4(l)⇌CO(NH2)2(l)+H2O(l) ΔH=+15kJ⋅ml−1
则总反应2NH3(g)+CO2(g)⇌CO(NH2)2(l)+H2O(l)的ΔH= 。
②如图为n(NH3)：n(CO2)=4：1时，温度对CO2的转化率的影响。解释温度升高CO2的平衡转化率增大的原因：
（2）已知制备甲醇的有关化学反应如下：CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)
①甲醇还可以与乙酸反应制香料，反应方程式为CH3OH(l)+CH3COOH(l)⇌CH3COOCH3(l)+H2O(l)，制香料反应的平衡常数K的表达式为 。
②850℃时，反应CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)的平衡常数K=160，在密闭容器中进行该反应，开始时只加入CO2、H2，反应10min后测得各组分的浓度如下表。比较正、逆反应的速率的大小：v(正) v(逆)(填“>”“＜”或“=”)。
（3）一定温度下，在体积为2L的恒容密闭容器中加入4ml CO(g)和4ml N2O(g)发生反应CO(g)+N2O(g)⇌CO2(g)+N2(g)，测得CO(g)和CO2(g)的物质的量随时间的变化如图所示：
①从反应开始至达到化学平衡时，以CO2表示的平均化学反应速率为 ml⋅L−1⋅min−1。
②若该反应的正、逆反应速率分别可表示为v正=k正⋅c(CO)⋅c(N2O)，v逆=k逆⋅c(CO2)⋅c(N2)，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数， A、B两点对应的时刻，该反应的正反应速率之比vA：vB= 。
③若平衡时总压强为pkPa，用平衡分压代替其平衡浓度表示的化学平衡常数Kp= [已知：气体分压(p分)=气体总压(p总)×该气体的体积分数]。
30．运用化学反应原理研究合成氨反应有重要意义。请回答下列问题，
（1）生成氢气：将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气。C(s)+H2O(g)⇌H2(g)+CO(g) ΔH= +131.3 kJ·ml-1 ， ΔS = +133.7 J·ml-1·K-1 ，该反应在低温下 (“能”或“不能”)自发进行。
（2）已知在T ℃时，反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)的平衡常数K = 0.5，相关化学键键能数据如表：
①T℃时， 2NH3(g)⇌N2(g)+3H2(g)的ΔH = 。
②T℃时，在1L密闭容器中进行合成氨反应，一段时间后，测得N2、H2、NH3的物质的量分别为4 ml 、2 ml 、4 ml，则此时反应v正(N2) v逆(N2)(填“>”“<”“=”或“不能确定” )。
（3）近期，我国科学家为了解决合成氨反应速率和平衡产率的矛盾，选择使用Fe-TiO2-xHy双催化剂，通过光辐射产生温差(如体系温度为495℃时，Fe的温度为547℃，而TiO2-xHy的温度为415℃)。结合图示解释该双催化剂的工作原理 。
（4）已知合成氨反应的速率方程为：v= kcα(N2)cβ( H2)c-1(NH3) ，k为反应速率常数。在合成氨过程中，需要不断分离出氨，该操作的目的是 。
（5）以氨为原料生产尿素的方程式为2NH3(g)+CO2(g)⇌CO(NH2)2(1)+H2O(g)。
①为进一步提高NH3的平衡转化率，下列措施能达到目的的是 (填字母)。
A．增大CO2的浓度 B．增大压强
C．及时转移生成的尿素 D．使用更高效的催化剂
②尿素的合成分两步进行：
a.2NH3(g)+CO2(g)⇌NH2COONH4 (1) ΔH =-117 kJ/ml
b．NH2COONH4(1)⇌CO(NH2)2(1)+H2O(g) ΔH = +15 kJ/ml，
第一步反应速率快，可判断活化能较大的是 (填“第一步”或“第二步”)。
③某实验小组为了模拟工业合成尿素，在恒温恒容的真空密闭容器中充入一定量的CO2和NH3发生反应： 2NH3(g)+CO2(g)⇌CO(NH2)2(1)+H2O(g)，反应过程中NH3的体积分数如图所示。实验测得体系平衡时的压强为10MPa，计算该反应的平衡常数 (MPa)-2(已知：分压=总压 ×体积分数)。
Ⅰ：C（s）+O2（g）═CO2（g）
ΔH1＝﹣393.5kJ•ml﹣1
Ⅱ：C（s）+H2（g）+O2（g）═HCOOH（g）
ΔH2＝﹣378.7kJ•ml﹣1
Ⅲ：CO2（g）+H2（g）⇌HCOOH（g）
ΔH3
Ⅳ：M+CO2⇌Q
E1
Ⅴ：Q+H2⇌L
E2
Ⅴ：L⇌M+HCOOH
E3
物质
CH4
CO2
CO
H2O(g)
ΔfHθm(kJ⋅ml−1)
−74.8
−393.5
−110.5
−241.8
实验序号
1
2
3
CH4浓度/ml·L-1
0.1000
0.2000
0.2000
H2O浓度/ml·L-1
0.1000
0.1000
0.2000
速率/ml·L-1·s-1
3.75×10-4
1.50×10-3
3.00×10-3
气体
H2
CH4
CO
CO2
体积分数
82%
3%
5%
10%
化学键
C-H
C≡O
H-H
键能/(kJ·ml-1)
413
1075
436
化学键
C=O
C−O
H−H
C−H
C−C
H−O
键能
745
351
436
414
347
460
实验编号
T(K)
NO的初始浓(ml⋅L−1)
CO的初始浓度 (ml⋅L−1)
催化剂的比表面积 (m2⋅g−1)
I
T0
1.20×10−3
3.80×10−3
75
II
T0
1.20×10−3
3.80×10−3
50
物质
H2
CO2
CH3OH
H2O
浓度/(ml⋅L−1)
0.2
0.2
0.4
0.4
化学键
N≡N
H-H
N-H
键能/(kJ·ml-1)
946
436
390.8
一、非选择题
1．通过电化学、热化学等方法，将CO2转化为HCOOH等化学品，是实现“双碳”目标的途径之一。
请回答：
（1）某研究小组采用电化学方法将CO2转化为HCOOH，装置如图1。电极B上的电极反应式是 。
（2）该研究小组改用热化学方法，相关热化学方程式如下：
①ΔH3＝ kJ•ml﹣1。
②反应Ⅲ在恒温、恒容的密闭容器中进行，CO2和H2的投料浓度均为1.0ml•L﹣1，平衡常数K＝2.4×10﹣8，则CO2的平衡转化率为 。
③用氨水吸收HCOOH，得到1.00ml•L﹣1氨水和0.18ml•L﹣1甲酸铵的混合溶液，298K时该混合溶液的pH＝ 。[已知：298K时，电离常数Kb（NH3•H2O）＝1.8×10﹣5、Ka（HCOOH）＝1.8×10﹣4]
（3）为提高效率，该研究小组参考文献优化热化学方法，在如图密闭装置中充分搅拌催化剂M的DMSO（有机溶剂）溶液，CO2和H2在溶液中反应制备HCOOH，反应过程中保持CO2（g）和H2（g）的压强不变，总反应CO2+H2⇌HCOOH的反应速率为v，反应机理如下列三个基元反应，各反应的活化能E2＜E1＜＜E3（不考虑催化剂活性降低或丧失）。
①催化剂M足量条件下，下列说法正确的是 ____。
A．v与CO2（g）的压强无关
B．v与溶液中溶解H2的浓度无关
C．温度升高，v不一定增大
D．在溶液中加入N（CH2CH3）3，可提高CO2转化率
（4）②实验测得：298K，p（CO2）＝p（H2）＝2MPa下，v随催化剂M浓度c变化如图3。c⩽c0时，v随c增大而增大：c＞c0时，v不再显著增大。请解释原因 。
2．天然气、石油钻探过程会释放出CO2、H2S等气体。某种将CO2和H2S共活化的工艺涉及反应如下：
①CO2(g)+H2S(g)⇌COS(g)+H2O(g) ΔH1
②CO2(g)+H2S(g)⇌CO(g)+12S2(g)+H2O(g) ΔH2
③H2S(g)⇌12S2(g)+H2(g) ΔH3=+85.79kJ⋅ml−1
④H2(g)+CO2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH4=+41.20kJ⋅ml−1
恒压密闭容器中，反应物的平衡转化率、部分生成物的选择性与温度关系如图所示。
已知：i．CO2和H2S的初始物质的量相等：
ii．产率=转化率×选择性：
iii．COS的选择性=n生成(COS)n消耗(H2S)×100%，H2O的选择性=n生成(H2O)n消耗(H2S)×100%。
回答下列问题：
（1）COS分子的空间结构为 形。
（2）ΔH2= kJ⋅ml−1。
（3）以下温度，COS的产率最高的是____。
A．400℃B．600℃C．800℃D．1000℃
（4）温度高于500℃时，H2S的转化率大于CO2，原因是 。
（5）可提高S2平衡产率的方法为____。
A．升高温度B．增大压强C．降低温度D．充入氩气
（6）700℃时反应①的平衡常数K= （精确到0.01）。
（7）催化剂CeO2-MgO对反应②具有高选择性，通过理论计算得到反应的主要路径如下图所示。表示状态2的为____。
A．B．C．
3．二氧化碳一甲烷重整反应制备合成气(H2+CO)是一种生产高附加值化学品的低碳过程。该过程存在如下化学反应：
①CH4(g)+CO2(g)⇌2H2(g)+2CO(g) ΔH1
②CO2(g)+2H2(g)⇌C(s)+2H2O(g) ΔH2=−90.2kJ⋅ml−1
③CH4(g)⇌C(s)+2H2(g) ΔH3=+74.9kJ⋅ml−1
④CO(g)+H2(g)⇌H2O(g)+C(s) ΔH4=−131.3kJ⋅ml−1
回答下列问题：
（1）ΔH1= ，反应① 正向自发进行(填标号)。
A．低温下能 B．高温下能 C．任何温度下都能 D．任何温度下都不能
（2）反应体系总压强分别为5.00MPa、1.00MPa和0.50MPa时，CH4平衡转化率随反应温度变化如图所示，则代表反应体系总压强为5.00MPa的曲线是 (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)，判断依据是 。
（3）当反应体系总压强为0.1MPa时，平衡时部分组分的物质的量随反应温度变化如图所示。随反应温度的升高，CO2的物质的量先增加后减少，主要原因是 。
（4）恒温恒压条件下，向容器中通入1mlCH4和1mlCO2，达到平衡时CH4的转化率为80%，CO2的转化率为50%，碳单质的物质的量为0.8ml，CO的物质的量为 ml，反应①用摩尔分数表示的平衡常数Kx= (结果保留两位小数)。
上述平衡时[c(H2)]2c(CH4)=a，向体系通入He气，重新达到平衡时，[c(H2)]2c(CH4)=b，则a b(填“>”“<”或“=”)。(已知反应aA(g)+bB(g)⇌cC(g)+dD(g)的Kx=xCc⋅xDdxAa⋅xBb，物质i的摩尔分数xi=nin总)
4．硫酸工业在国民经济中占有重要地位。
（1）我国古籍记载了硫酸的制备方法——“炼石胆(CuSO4·5H2O)取精华法”。借助现代仪器分析，该制备过程中CuSO4·5H2O分解的TG曲线(热重)及DSC曲线(反映体系热量变化情况，数值已省略)如下图所示。700℃左右有两个吸热峰，则此时分解生成的氧化物有SO2、 和 (填化学式)。
（2）铅室法使用了大容积铅室制备硫酸(76%以下)，副产物为亚硝基硫酸，主要反应如下：
NO2+SO2+H2O=NO+H2SO4
2NO+O2=2NO2
(ⅰ)上述过程中NO2的作用为 。
(ⅱ)为了适应化工生产的需求，铅室法最终被接触法所代替，其主要原因是 (答出两点即可)。
（3）接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化：
SO2(g)+12O2(g)⇌SO3(g) ΔH=-98.9kJ·ml-1
(ⅰ)为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度，绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度的关系如下图所示，下列说法正确的是 。
a．温度越高，反应速率越大
b．α=0.88的曲线代表平衡转化率
c．α越大，反应速率最大值对应温度越低
d．可根据不同α下的最大速率，选择最佳生产温度
(ⅱ)为提高钒催化剂的综合性能，我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下，温度和转化率关系如下图所示，催化性能最佳的是 (填标号)。
(ⅲ)设O2的平衡分压为p，SO2的平衡转化率为αe，用含p和αe的代数式表示上述催化氧化反应的Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算)。
5．纳米碗C40H10是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下，C40H10可以由C40H20分子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。C40H20(g)→H⋅C40H18(g)+H2(g)的反应机理和能量变化如下：
回答下列问题：
（1）已知C40Hx中的碳氢键和碳碳键的键能分别为431.0kJ⋅ml−1和298.0kJ⋅ml−1，H-H键能为436.0kJ⋅ml−1。估算C40H20(g)⇌C40H18(g)+H2(g)的ΔH= kJ⋅ml−1。
（2）图示历程包含 个基元反应，其中速率最慢的是第 个。
（3）C40H10 纳米碗中五元环和六元环结构的数目分别为 、 。
（4）1200K时，假定体系内只有反应C40H12(g)⇌C40H10(g)+H2(g)发生，反应过程中压强恒定为p0(即C40H12的初始压强)，平衡转化率为α，该反应的平衡常数Kp为 (用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。
（5）C·40H19(g)⇌C40H18(g)+H⋅(g) 及C·40H11(g)⇌C40H10(g)+H⋅(g)反应的lnK(K为平衡常数)随温度倒数的关系如图所示。已知本实验条件下，lnK=−ΔHRT+c(R为理想气体常数，c为截距)。图中两条线几乎平行，从结构的角度分析其原因是 。
（6）下列措施既能提高反应物的平衡转化率，又能增大生成C40H10的反应速率的是 (填标号)。
a．升高温度 b．增大压强 c．加入催化剂
6．硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途，如可用作农药防治小麦黑穗病，制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题：
（1）在N2气氛中，FeSO4⋅7H2O的脱水热分解过程如图所示：
根据上述实验结果，可知x= ，y= 。
（2）已知下列热化学方程式：
FeSO4⋅7H2O(s)=FeSO4(s)+7H2O(g)ΔH1=akJ⋅ml−1
FeSO4⋅xH2O(s)=FeSO4(s)+xH2O(g)ΔH2=bkJ⋅ml−1
FeSO4⋅yH2O(s)=FeSO4(s)+yH2O(g)ΔH3=ckJ⋅ml−1
则FeSO4⋅7H2O(s)+FeSO4⋅yH2O(s)=2(FeSO4⋅xH2O)(s)的ΔH= kJ⋅ml−1。
（3）将FeSO4置入抽空的刚性容器中，升高温度发生分解反应：2FeSO4(s)⇌Fe2O3(s)+SO2(g)+SO3(g)(Ⅰ)。平衡时PSO3−T的关系如下图所示。660K时，该反应的平衡总压P总= kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)= (kPa)2。Kp(Ⅰ)随反应温度升高而 (填“增大”“减小”或“不变”)。
（4）提高温度，上述容器中进一步发生反应2SO3(g)⇌2SO2(g)+O2(g)(Ⅱ)，平衡时PO2= (用PSO3、PSO2表示)。在929K时，P总=84.6kPa、PSO3=35.7kPa，则PSO2= kPa，Kp(Ⅱ)= kPa(列出计算式)。
7．氨是最重要的化学品之一，我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题：
（1）根据图1数据计算反应12N2(g)+32H2(g)=NH3(g)的ΔH= kJ⋅ml−1。
（2）研究表明，合成氨反应在Fe催化剂上可能通过图2机理进行(*表示催化剂表面吸附位，N2∗表示被吸附于催化剂表面的N2)。判断上述反应机理中，速率控制步骤(即速率最慢步骤)为 (填步骤前的标号)，理由是 。
（3）合成氨催化剂前驱体(主要成分为Fe3O4)使用前经H2还原，生成α−Fe包裹的Fe3O4。已知α−Fe属于立方晶系，晶胞参数a=287pm，密度为7.8g⋅cm−3，则α−Fe晶胞中含有Fe的原子数为 (列出计算式，阿伏加德罗常数的值为NA)。
（4）在不同压强下，以两种不同组成进料，反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如下图所示。其中一种进料组成为xH2=0.75、xN2=0.25，另一种为xH2=0.675、xN2=0.225、xAt=0.10。(物质i的摩尔分数：xi=nin总)
①图中压强由小到大的顺序为 ，判断的依据是 。
②进料组成中含有情性气体Ar的图是 。
③图3中，当p2=20MPa、xNH3=0.20时，氮气的转化率α= 。该温度时，反应12N2(g)+32H2(g)⇌NH3(g)的平衡常数Kp= (MPa)−1(化为最简式)。
8．二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于解决能源短缺问题，涉及的反应如下：
（1）I．主反应CO2(g) + 3H2(g) = CH3OH(g) + H2O(g) ΔH1
Ⅱ．副反应CO2(g)+ H2(g) =CO(g)+ H2O(g) ΔH2= + 41 kJ/ml
回答下列问题：
已知：
①H2(g)+12O2(g) = H2O(g) ΔH = -242 kJ/ml
②CH3OH(g) +32O2(g) = CO2(g) + 2H2O(g) ΔH = -677 kJ/ml
则ΔH1 = kJ/ml， 该反应在 (填“低温”或“高温”)易自发进行。
（2）关于二氧化碳催化加氢制甲醇的反应体系，下列说法正确的有____。
A．平衡时，3 v(H2)正= v(CO2)逆
B．平衡后，增大压强有利于提高CH3OH的产率
C．平衡后，移去部分H2O(g)， 反应I、Ⅱ的平衡常数均增大
D．选择理想的催化剂，可提高CH3OH在最终产物中的比率
（3）初始进料比n(CO2)： n(H2)=1：3时，在不同温度下达到平衡，体系中CH3OH、CO的选择性和CO2的平衡转化率[ α(CO2)]与温度的关系如图所示：
已知： CH3OH的选择性=生成的CH3OH的物质的量转化的CO2的物质的量×100%
①用各物质的平衡分压p(B)表示反应I的平衡常数表达式Kp= ；
②该反应体系中的催化剂活性受温度影响变化不大。图中表示CH3OH选择性变化的曲线是 (填 “a”或“b”)，其原因是 。
③当T= 250℃时，H2的平衡转化率α(H2)= 。
（4）我国科学家研究Li-CO2电池取得重大科研成果。该电池放电时，CO2在正极放电的反应机理如下：
(i) 2CO2+2e → C2O42−
(ii)C2O42−→CO22− + CO2
(iii)C2O42− + CO22−→2CO32− +C
电池的正极反应式为 。
9．我国力争2030年前实现碳达峰，2060 年前实现碳中和。CO2 的综合利用是实现碳中和的措施之一。
（1）Ⅰ． CO2和CH4在催化剂表面可以合成CH3COOH，该反应的历程和相对能量的变化情况如下图所示(*指微粒吸附在催化剂表面，H*指H吸附在催化剂载体上的氧原子上，TS表示过渡态)：
决定该过程的总反应速率的基元反应方程式为 。
（2）下列说法正确的有 。
a．增大催化剂表面积可提高CO2在催化剂表面的吸附速率
b． CH3COOH* 比CH3COOH(g)能量高
c．催化效果更好的是催化剂2
d．使用高活性催化剂可降低反应焓变，加快反应速率
（3）Ⅱ． CO2和 H2在一定条件下也可以合成甲醇，该过程存在副反应ii。
反应i： CO2(g) + 3H2(g) ⇌CH3OH(g) + H2O(g) ΔH1 = -49.3 kJ·ml-1
反应ii： CO2(g) + H2(g ⇌CO(g)+ H2O(g) ΔH2
有关物质能量变化如图所示，稳定单质的焓(H)为0，则ΔH2= kJ·ml-1
（4）恒温恒容条件下，仅发生反应ii，反应达到平衡的标志是 。
a． CO的分压不再发生变化
b．气体平均相对分子质量不再发生变化
c． 气体密度不再发生变化
d． c(CO2)⋅c(H2)c(CO)⋅c(H2O)比值不再发生变化
（5）在5.0MPa，将n(CO2) ： n(H2)=5 ： 16的混合气体在催化剂作用下进行反应。体系中气体平衡组成比例(CO和CH3OH在含碳产物中物质的量百分数)及CO2的转化率随温度的变化如图所示。
①表示平衡时CH3OH在含碳产物中物质的量百分数的曲线是 (填“a”或“b”)。
②CO2平衡转化率随温度的升高先减小后增大，增大的原因可能是 。
③250℃时反应i： CO2(g)+3H2(g) ⇌CH3OH(g)+H2O(g)的 Kp= (MPa)-2(用最简分数表示)。
10．我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和，因此CO2的综合利用是研究热点之一。
（1）以CO2为原料可制取甲醇。
已知：
①H2(g)、CH3OH(l)的燃烧热ΔH分别为-285.8kJ·ml-1和-726.5kJ·ml-1
②CH3OH(l)⇌CH3OH(g) ΔH=+38kJ·ml-1
③H2O(l)⇌H2O(g) ΔH=+44kJ·ml-1
则反应CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(l)+H2O(g)的ΔH1= kJ·ml-1。
（2）利用CO2与H2合成甲醇涉及的主要反应如下：
I.CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(l)+H2O(g) ΔH1
II.CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O ΔH2=+41kJ·ml-1
一定条件下向某刚性容器中充入物质的量之比为1：3的CO2和H2发生上述反应，在不同催化剂(catl，cat2)下经相同反应时间，CO2转化率和甲醇的选择性[甲醇的选择=n(CH3OH)n(CO)+n(CH3OH)×100%]随温度变化如图甲所示：
①由图可知，催化效果catl cat2(填“>”“＜”或“=”)。
②在210℃-270℃间，CH3OH的选择性随温度的升高而下降，可能原因为 。
③某条件下，达到平衡时CO2的转化率为15%，CH3OH的选择性为80%，则H2的平衡转化率为 ；反应II的平衡常数Kp= (列出算式即可)。
（3）利用制备的甲醇可以催化制取丙烯，过程中发生如下反应：3CH3OH(g)⇌C3H6(g)+3H2O(g)。该反应的实验数据遵循Arhenius经验公式，如图乙中曲线a所示，已知Arthenius经验公式为Rlnk=-EaT+C(Ea为活化能，假设受温度影响忽略不计，k为速率常数，R和C为常数)，则反应的活化能 kJ·ml-1。当改变外界条件时，实验数据如图乙中的曲线b所示，则实验可能改变的外界条件是 ；此经验公式说明对于某个基元反应，当升高相同温度时，其活化能越大，反应速率增大的 (填“越多”或“越少”)。
11．将CH4和CO2两种气体转化为合成气(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。甲烷及二氧化碳重整涉及以下反应：
I．CH4(g)+CO2(g)⇌2CO(g)+2H2(g) ΔH1 平衡常数K1
Ⅱ．CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g) ΔH2 平衡常数K2
Ⅲ．CH4(g)+2H2O(g)⇌CO2(g)+4H2(g) ΔH3 平衡常数K3
（1）ΔfHθm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1 ml该物质的焓变。对于稳定相态单质，其ΔfHθm为零。根据下表数据，计算反应Ⅱ的反应热ΔH2= ，该反应正反应活化能 逆反应活化能(填“大于”、“小于”或“等于”)。
（2）平衡常数K2= (用K1、K3表示)。
（3）一定温度下，维持压强p0，向一密闭容器中通入等物质的量的CH4和H2O(g)发生反应。已知反应Ⅱ的速率方程可表示为v正=k正⋅p(CO)⋅p(H2O)，v逆=k逆⋅p(CO2)⋅p(H2)，其中k正、k逆分别为正、逆反应的速率常数，则以物质的分压表示的反应Ⅱ的平衡常数KpII= (用k正、k逆表示)，另lgk与1T的关系如图所示，①、②、③、④四条直线中，表示lgk正的是 (填序号)，T1温度时，图中A、B、C、D点的纵坐标分别为a+1、a+0.48、a−0.3、a−1，达到平衡时，测得CH4的转化率为60%，且体系中p(CO2)=p(H2O)，则p(CO2)= ，以物质的分压表示的反应I的平衡常数KpⅠ= 。(用含p0的代数式表示，已知：lg5=0.7)
12．二甲醚(DME)是一种重要的化工原料，可以通过CO2制备得到。制备方法和涉及反应如下：
方法a：“二步法”制二甲醚
I：CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=−49.5kJ/ml
Ⅱ：2CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=−23.4kJ/ml
方法b：“一步法”制二甲醚
Ⅲ：2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH3
两种方法都伴随副反应：
Ⅳ：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH4=+41.2kJ/ml
请回答：
（1）反应I自发进行的条件是 ；ΔH3= 。
（2）在一定温度下，向1L的恒容密闭容器中通入1mlCO2(g)和3mlH2(g)和利用方法a制备二甲醚。测得CO2的平衡转化率为30%，CH3OCH3(g)为aml，CO(g)为bml，反应I的平衡常数为 (用含a、b的式子表示，只需列出计算式)。
（3）恒压条件下，在密闭容器中利用方法b制备二甲醚。按照n(CO2)：n(H2)=1：3投料，CO2的平衡转化率和CO、CH3OCH3的选择性随温度变化如图1所示。
(CO的选择性=CO的物质的量参加反应的CO2的物质的量×100%，CH3OCH3的选择性=2×CH3OCH3的物质的量参加反应的CO2的物质的量×100%)
①下列说法正确的是
A．当反应达到平衡时，n(CO2)：n(H2)=1：3
B．曲线①表示二甲醚的选择性
C．温度越低越有利于工业生产二甲醚
D．工业上引入双功能催化剂是为了降低反应Ⅲ的ΔH3
②在200∼350℃的范围内，CO2的平衡转化率先降低后升高的原因： 。
（4）有学者研究反应Ⅱ机理，利用磷酸硅铝分子筛催化甲醇制二甲醚，其中简化的分子筛模型与反应过渡态结构模型如图所示，下列说法正确的是____。(已知：磷酸硅铝分子筛中有酸性位点可以将甲醇质子化，题中的分子筛用“ZOH”符号表示)
A．制得的磷酸硅铝分子筛的孔径越大催化效率越高
B．该反应机理：2CH3OH+ZOH→[H|CH3O⋯CH3⋯OH2+⋯ZO−]→ZOH+(CH3)2O(g)+H2O(g)
C．改变分子筛组分比例适当提高其酸性，有利加快反应速率
D．温度越高，有利于水蒸气脱离分子筛，反应速率越快
13．甲醇水蒸气催化重整是当前制取清洁能源氢气的主要方法，其反应机理如下：
反应1：CH3OH(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+3H2(g) ΔH1
反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH2
请回答下列问题：
（1）在精选催化剂R作用下，反应Ⅰ可通过如图1所示的反应历程实现催化重整，则ΔH1= kJ/ml(用含字母a、b、c的代数式表示)。
（2）将一定量的甲醇气体和水蒸气混合反应，使用催化剂R，测得相同条件下，甲醇的转化率[(CH3OH)%]与CO的物质的量分数[(CO)%]变化如图2所示。反应Ⅱ为 反应(填“吸热”或“放热”)，选择催化剂R的作用为 。
（3）将1 ml甲醇气体和1.2 ml水蒸气混合充入2 L恒容密闭容器中，控制反应温度为300℃、起始压强为2.5 MPa下进行反应。平衡时容器中n(CH3OH)=n(CO)=0.1 ml。此时H2O的浓度为 ，甲醇的转化率为 ，则反应Ⅱ的逆反应的压强平衡常数Kp= 。
（4）相同反应条件下，得到甲醇水蒸气重整反应各组分的实际组成与反应温度关系曲线图。
下列说法正确的是
A．升温对反应Ⅰ的化学反应速率影响更大
B．催化剂的选择应考虑提高生成CO2的选择性
C．催化剂的活性与温度有关，且反应前后化学性质保持不变
D．若容器内气体的平均摩尔质量保持不变，则反应Ⅱ一定处于平衡状态
14．丁二烯是生产丁苯橡胶SBR、ABS 树脂、聚丁二烯橡胶BR等的基本原料，也是生产氯丁二烯、乙烯基环己烯等化学品的关键中间体，工业上常在钼系催化剂作用下，用丁烯氧化脱氢制丁二烯。丁烯氧化脱氢制丁二烯的反应如下：
反应： 2C4H8 (g) +O2 (g) =2C4H6 (g) +2H2O (g) ΔH
副反应①： C4H8(g) +6O2 (g) =4CO2 (g) +4H2O (g) ΔH =-2542.6kJ·ml-1
副反应②： 2C4H6 (g) +11O2 (g) =8CO2 (g) +6H2O (g) ΔH2= -4886.6kJ·ml-1
（1）丁烯氧化脱氢制丁二烯反应的 ΔH = 。
（2）在钼系催化剂作用下，某恒压密闭容器中通入一定量的丁烯和氧气发生反应： 2C4H8 (g) +O2 (g) ⇌2C4H6(g) +2H2O (g)，分别测得温度和氧烯比(氧气和丁烯的物质的量之比)对丁烯的转化率和丁二烯选择性的影响如下图所示：
氧烯比固定，温度升高，丁烯单位时间内转化率先增大后无明显变化的原因是 ； 丁
丁二烯最佳的温度和氧烯比分别为 ；
（3）400℃时，在体积为1L的恒容密闭容器中充入1ml C4H8和1ml O2发生丁烯氧化脱氢制丁二烯反应和副反应①和②，测得此时容器的压强为P0，平衡时容器内的压强为1.2P0，C4H8的转化率为70%，丁二烯的选择性为90%，则平衡后C4H6 (g)的体积分数为 ，丁烯氧化脱氢制丁二烯反应的平衡常数K= 。
（4）钼系催化剂上C4H8燃烧反应的速率方程为v (C4H8) =k·px (C4H8) ·Py (O2)。为确定x和y，通过实验获得如图3数据，则： x和y分别为 、 。
（5）一种以C4H8为主要原料的电池工作原理如图4所示。B上的电极反应式为 。
15．氨是工农业生产中的重要原料，研究氨的合成和转化是一项重要的科研课题。回答下列问题：
（1）已知：工业合成氨合成塔中每产生2mlNH3，放出92.2kJ热量，
则1mlN-H键断裂吸收的能量为 kJ。
（2）在密闭容器中合成氨气，有利于加快反应速率且能提高H2转化率的措施是____(填字母)
A．升高反应温度B．增大反应的压强
C．及时移走生成的NH3D．增加H2的物质的量
（3）将0.6mlN2和0.8mlH2充入恒容密闭容器中，在不同温度下，平衡时NH3的体积分数随压强变化的曲线如图。
甲、乙、丙中温度从高到低的顺序是 。d点N2的转化率是 ，d点Kp= (Kp是以平衡分压表示的平衡常数，平衡分压=平衡时各组分的物质的量分数×总压)。
（4）催化氧化法消除NO反应原理为：6NO+4NH3催化剂__Δ5N2+6H2O。不同温度条件下，氨气与一氧化氮的物质的量之比为2：1时，得到NO脱除率曲线如图甲所示。脱除NO的最佳温度是 。在温度超过1000℃时NO脱除率骤然下降的原因可能是 。
（5）研究发现NH3与NO的反应历程如图乙所示。下列说法正确的是____(填字母)。
A．该反应历程中形成了非极性键和极性键
B．每生成2mlN2，转移的电子总数为8NA
C．Fe2+能降低总反应的活化能，提高反应速率
D．该反应历程中存在：NO+Fe2+-NH2=Fe2++N2↑+H2O
16．近年，甲醇的制取与应用在全球引发了关于“甲醇经济”的广泛探讨。二氧化碳加氢制甲醇已经成为研究热点，在某CO2催化加氢制CH3OH的反应体系中，发生的主要反应如下：
Ⅰ. CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1<0
Ⅱ. CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH2>0
回答下列问题：
（1）下列能说明反应Ⅰ一定达到平衡状态的是____(填标号)。
A．v正(CO2)=3v逆(H2)
B．平衡常数不再发生变化
C．混合气体的密度不再发生变化
D．混合气体中H2O(g)的百分含量保持不变
（2）CO2在催化剂作用下，将平均相对分子质量为16的CO2和H2的混合气体充入一恒容密闭容器中发生反应Ⅰ、Ⅱ，已知反应Ⅱ的反应速率v正=k正x(CO2)⋅x(H2)，v逆=k逆x(CO)⋅x(H2O)，k正，k逆为速率常数，x为物质的量分数。
①当CO2转化率达到60%时，反应达到平衡状态，这时CO2和H2的平均相对分子质量为23，若反应Ⅱ的k正=20ml⋅L−1⋅s−1，平衡时反应速率v逆= ml⋅L−1⋅s−1；
②Arrℎenius经验公式为Rlnk=−EaT+C，其中Ea为活化能，T为热力学温度，k为速率常数，R和C为常数，则ΔH2= kJ⋅ml−1 (用含k正、k逆、T、R的代数式表示)。
③由实验测得，随着温度的逐渐升高，反应Ⅰ为主反应，平衡逆向移动平衡时混合气体的平均相对分子质量几乎又变回16，原因是 。
（3）其他条件相同时，反应温度对CH3OH选择性的影响如图所示：
由图可知，温度相同时CH3OH选择性的实验值略高于其平衡值，可能的原因是 。
（4）利用甲醇分解制取烯烃，涉及反应如下。
a. 2CH3OH(g)=C2H4(g)+2H2O(g)
b. 3CH3OH(g)=C3H6(g)+3H2O(g)
c. 3C2H4(g)⇌2C3H6(g)
恒压条件下，平衡体系中各物质的量分数随温度变化如图所示：
已知650K时，2x(C2H4)=x(C3H6)，平衡体系总压强为P，则650K反应c的平衡常数Kp= 。
17．“O3氧化法”和“光催化氧化法”常用于烟气脱硫、脱硝，对环境保护意义重大。回答下列问题：
（1）Ⅰ.O3氧化法
用O3氧化烟气中的SO2时，体系中存在以下反应：
a)SO2(g)+O3(g)⇌SO3(g)+O2(g) ΔH1
b)2O3(g)⇌3O2(g) ΔH2=−286.6kJ⋅ml−1
c)2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g) ΔH3=−196.6kJ⋅ml−1
根据盖斯定律，ΔH1= 。
（2）在密闭容器中充入1mlN2O4和1mlO3，发生以下反应：
d)N2O4(g)⇌2NO2(g) ΔH4=+57kJ⋅ml−1
e)N2O4(g)+O3(g)⇌N2O5(g)+O2(g) ΔH5
不同压强(p)下，N2O4的平衡转化率α(N2O4)随反应温度(T)的变化关系如下图所示：
①由图可知，ΔH5 0(填“大于”或“小于”下同)，p1 p2。
②下列有关该反应体系的说法正确的是 (填标号)。
A．恒压下，混合气体的密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡
B．任意时刻，存在n(NO2)+n(N2O4)+n(N2O5)<1ml
C．恒容下，升高温度，该体系中气体颜色变浅
D．恒容下，增大N2O4的浓度，反应d、e的正反应速率均增大
③某温度下，平衡时N2O4的物质的量分数为13，且NO2与O2的物质的量分数相等，此时n(O2)= ml。
（3）Ⅱ.光催化氧化法
光照条件下，催化剂TiO2表面产生电子(e−)和空穴(ℎ+)。电子与O2作用生成离子自由基(·O2−)，空穴与水电离出的OH−作用生成羟基自由基(·OH)，·O2−和·OH分别与NO反应生成NO3−。变化过程如下图所示：
一定范围内，NO脱除速率随烟气湿度的增大而增大，结合催化剂的作用机理，分析可能的原因 。
（4）已知该过程中生成的HNO2可继续与·OH发生反应：HNO2+2⋅OH=H++NO3−+H2O；该反应可分两步进行，请补充反应ⅰ：
ⅰ. ；
ⅱ.NO2+·OH=H++NO3−。
（5）理论上“光催化氧化法”中，消耗的OH−与生成的NO3−的物质的量之比为 。
18．工业上常用甲烷和水蒸气催化重整制备H2，该工艺同时发生如下反应：
反应Ⅰ：CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g) ΔH1
反应Ⅱ：CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g) ΔH2
（1）反应Ⅰ和反应Ⅱ以物质的量分数表示的平衡常数Kx与温度T变化关系如图甲所示，则ΔH1-ΔH2 0(填“>”“<”或“=”)。
（2）恒容密闭容器中，按质量比为8：9加入CH4和H2O，下列说法正确的是____。
A．达平衡时，CH4和H2O的转化率相等
B．反应Ⅰ在低温时容易自发进行
C．当压强不再发生改变时，反应Ⅰ和反应Ⅱ均达到了平衡
D．单位时间内，若有2mlH-O键断裂，同时有3mlH-H键断裂，则反应Ⅰ处于平衡状态
（3）某科研小组研究了反应I的动力学，获得其速率方程v正=k正·cm(CH4)·cn(H2O)，k正为速率常数(只受温度影响)，反应级数是反应的速率方程式中各反应物浓度的指数之和。在某温度下进行实验，测得各组分初始浓度和反应初始速率如下：
若某时刻，测得c(CH4)=0.4000ml·L-1，c(H2O)=0.4000ml·L-1，则此时的反应速率v正= 。
（4）在2.4MPa下，将CH4和H2O(g)按照1：3的比例通入反应器中。平衡时各组分的物质的量分数与温度的关系如图乙所示。
①600℃时，若经过tmin，反应达到平衡。该条件下，反应I的Kp= (MPa)2(列出计算式即可)。
②H2的含量在740℃左右出现峰值的原因为 。
（5）某工厂用电解原理除去H2中的杂质CH4、CO和CO2，其装置如图丙所示：
①CH4参与的电极反应为 。
②经测定，原料气中各气体的体积分数为：
若电解过程中消耗了100m3的原料气，则可得到相同条件下纯净H2 m3。
19．加深对含氮氧化物的研究，有利于为环境污染提供有效决策。回答下列问题：
（1）已知：2NO(g) +O2(g)⇌2NO2(g) ΔH1=-114 kJ·ml-1；
C(s)+O2(g)⇌CO2(g) ΔH2= - 393.5 kJ·ml-1；
2NO(g)⇌N2(g)+O2(g) ΔH3=-181 kJ·ml -1。
C(s)与NO2(g)反应生成N2(g)和CO2(g)的热化学方程式为 ；关于该可逆反应，改变下列条件，一段时间后，正反应速率增大的是 (填字母)。
A．恒温下，缩小反应容器体积
B．恒容下，降低反应温度
C．恒温恒容下，通入一定量的N2
D．恒温恒容下，将CO2移出容器
（2）T ℃时，存在如下平衡：2NO2(g)⇌N2O4(g)。该反应正、逆反应速率与NO2、N2O4的浓度关系为：v正= k正c2 (NO2)，v逆=k逆c(N2O4) (k正、k逆为速率常数，仅与温度有关)，且lg v正~lg c(NO2)与lg v逆~lg c(N2O4)的关系如图所示。
①表示v正的直线是 (填“A”或“B")。
②T ℃时，该反应的平衡常数K= 。
③T ℃时，向刚性容器中充入一定量NO2，平衡后测得c(NO2)为0.1 ml·L-1，平衡时NO2的转化率为 (保留一位小数)。平衡后v逆= (用含a的表达式表示)。
④上题③中的反应达到平衡后，其他条件不变，继续通定量入一的NO2，NO2的平衡浓度将 (填“增大”“减小”或“不变”)。
（3）为减少汽车尾气中NOx的排放，某研究小组在实验室以耐高温催化剂催化NO转化为N2，测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图所示。结合(1)中的反应，若不使用CO，温度超过775K，发现NO转化为N2的转化率降低，其可能的原因是 ；用平衡移动原理解释加入CO后，NO转化为N2的转化率增大的原因： 。
20．CO2与CH4均是温室气体，CO2与CH4催化重整受到越来越多的关注，它是有效应对全球气候变化的重要方法。
（1）CO2与CH4经催化重整可制得合成气CO和H2，其反应原理为CO2(g)+CH4(g)⇌2CO(g)+2H2(g) ΔH=+120kJ·ml-1
①该反应在一定温度下能自发进行的原因为 。
②已知键能是指气态分子中1ml化学键解离成气态原子所吸收的能量，上述反应中相关的化学键键能数据如下：
则CO2(g)=C(g)+2O(g) ΔH= kJ·ml-1。
（2） 催化重整涉及的反应如下：
i．CH4(g)+CO2(g)⇌2H2(g)+2CO(g)
ii．H2(g)+CO2(g)⇌H2O(g)+CO(g) ΔH=+41.2kJ·ml-1
若在恒温、恒容密闭容器中进行反应i、ii，下列事实能说明上述反应达到平衡状态的是____ (填字母)。
A．相同时间内形成C-H键和H-H键的数目之比为2：1
B．体系内n(H2)/n(CO)保持不变
C．体系内各物质的浓度保持不变
D．体系内混合气体的密度保持不变
（3）在总压为24p0的恒压密闭容器中，起始时通入n(CH4)：n(CO2)=1：1的混合气体，在一定温度下发生反应i、ii，测得CH4、CO2的平衡转化率分别为20%和40%。
①平衡时容器的体积是起始时的 倍。
②该温度下反应i的压强平衡常数Kp= p02(Kp为用分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数)。
③维持其他因素不变，若向平衡体系中通入一定量的N2(N2不参与反应)，再次平衡后CH4的转化率 (填“增大”“减小”“不变”或“无法判断”，下同)，c3(H2)⋅c(CO)c(CH4)⋅c(H2O) 。
（4）光催化甲烷重整技术也是研究热点。以Rh/SrTiO3为光催化剂，光照时，价带失去电子并产生空穴(h+，具有强氧化性)，CO2在导带获得电子生成CO和O2-，价带上CH4直接转化为CO和H2，反应机理如图所示：
在Rh表面，每生成1mlCO，则价带产生的空穴(h+)数为 NA；价带上的电极反应式可表示为 。
21．氨是化肥工业和有机化工的主要原料，历史上在合成氨的理论可行性、工业化及机理等方面的研究上产生过三位诺贝尔奖得主。回答下列问题：
（1）科学家基于不同的催化体系提出了相应的反应机理。
①基于铁催化体系(添加了氧化铝和氧化钾)的反应机理及能量变化如图所示，据此计算反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)的ΔΗ= 。
②中科院大连化学物理研究所科研团队构筑了“过渡金属—LiH”双活性中心催化体系，显著提高了传统金属催化剂在温和条件下的合成氨性能，其反应过程分为以下三步(*表示催化剂的活性位点)，据此写出Ⅱ的化学方程式。
I．N2+2∗=2N∗；Ⅱ． ；Ⅲ．[LiNH]+32H2=LiH+NH3。
（2）研究表明，反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)在不同压强(p)和氮氢比[n(N2)：n(H2)]下，平衡体系中氨的体积分数[φ(NH3)]随温度(T)的变化曲线如图所示。
①a点对应的转化率：α(N2) α(H2)(填“>”“<”或“=”，下同)；p2 p3。
②c点对应的φc(NH3)小于a点对应的φa(NH3)，解释其原因为 。
③a、b、e三点对应的压强平衡常数(Ka、Kb和Kc)的大小关系为 ；a点对应的压强平衡常数Kp= (用体系中各气体的分压来表示，分压=总压×物质的量分数)
（3）合成氨动力学研究表明，反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)达到平衡时，正反应的速率方程为v正=k正p(N2)⋅p1.5(H2)⋅p−1(NH3)。已知：Kp=k正k逆，k正、k逆为速率常数。据此计算，v逆=k逆pα(N2)⋅pβ(H2)⋅pγ(NH3)中β= ；γ= 。
22．二氧化碳是地球上取之不尽用之不竭的碳源，捕集、利用二氧化碳始终是科学研究的热点，回答下列问题：
（1）I.乙醇胺(HOCH2CH2NH2)是重要的吸收剂，其吸收CO2的原理可能如下：
乙醇胺→A(C3H7NO3)→B[(C3H6NO3)−]+C[(C2H8NO)+]
CO2的电子式为 。
（2）已知A能够水解，且1mlA能与2mlNa发生反应。反应①的化学方程式为 。
（3）用一定浓度的乙醇胺溶液吸收模拟烟气中的CO2，将烟气流量分别定为2Lmin、6Lmin、8Lmin进行吸收实验，CO2脱除率随时间变化如图1所示，相同时间内CO2脱除率随气流增大而降低的原因是 。
（4）II.CO2制取C的太阳能工艺如图2所示。
“重整系统”发生反应的化学反应方程式为 。
（5）III.探究利用CO2合成CH3OH的相关反应有：
①CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH1
②CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)ΔH2
已知键能如表所示：
则ΔH2= 。
（6）一定条件下，向VL体积的恒容密闭容器中通入1mlCO2和3mlH2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为aml，CO(g)为bml，反应①的平衡常数K= (用含a、b、V的代数式表示)。
（7）IV.利用1-氨基吡啶硝酸盐在电化学条件下，可以实现直接从空气中捕获与再释放CO2。原理如图3所示。
通电时，阳极有机产物是 (填结构简式)。
23．能源的合理开发和利用，低碳减排是人类正在努力解决的大问题。2023 年2月21日，中国气候变化特使谢振华获得首届诺贝尔可持续发展特别贡献奖，以表彰他在全球生态保护中做出的贡献
（1）在298K、100kPa时，已知：
C(s，石墨) +O2(g)=CO2(g) ΔH1= -393.5 kJ·ml-1
H2(g) +12O2(g)=H2O(1) ΔH2= -285.8 kJ· ml-1
2C2H2(g) +5O2 (g)= 4CO2(g) +2H2O(1) ΔH3= -2599.0 kJ·ml-1
在298K时由C(s，石墨)和H2(g)反应生成1 ml C2H2(g) 的热化学方程式为 。
（2）在固相催化剂作用下CO2加氢合成甲烷过程中发生以下两个反应：
主反应：CO2(g) +4H2(g) ⇌CH4(g) +2H2O(g) ΔH1=-156.9kJ· ml-1
副反应：CO2(g) +H2(g) ⇌CO(g) + H2O(g) ΔH2= +41.1 kJ·ml -1
工业合成甲烷通常控制温度为500℃左右，其主要原因为 。
（3）向密闭容器中充入一定量的CH4(g)和NO(g) ，保持总压为100kPa发生反应：
CH4(g) +4NO(g) ⇌2N2(g) +CO2(g) +2H2O(g) ΔH <0。
当n(NO)n(CH4)=1时，NO的平衡转化率~1T；T2时NO平衡转化率~n(NO)n(CH4)的关系如图
①能表示此反应已经达到平衡的是 。
A．气体总体积保持不变
B．混合气体的平均相对分子质量保持不变
C． n(NO)n(N2)不再变化
②表示T2时NO平衡转化率~n(NO)n(CH4)的关系是 (填“I”或“II”)，T1 T2(填“>”或“<”)。
③在n(NO)n(CH4)=1、T2时，CH4的平衡分压为 。已知：该反应的标准平衡常数 Kθ=p(CO2)p⋅[p(N2)pθ]⋅[p(H2O)pθ][p(NO)pθ]4⋅p(CH4)pθ2，其中pθ=100 kPa，p(CH4)、p(NO)、p(CO)2、 p(N2)和p( H2O)为各组分的平衡分压，则该温度下Kθ = 。(分压=总压 ×物质的量分数。计算结果用分数表示)。
24．全球大气CO2浓度升高对人类生产、生活产生了影响，碳及其化合物的资源化利用成为研究热点。回答下列问题：
（1）已知25℃时，大气中的CO2溶于水存在以下过程
①CO2(g)⇌CO2(aq)
②CO2(aq)+H2O(1)⇌H+(ag)+HCO3−(aq) K
过程①的ΔH 0(填“＞”“＜”或“=”)。溶液中CO2的浓度与其在大气中的分压(分压=总压×物质的量分数)成正比，比例系数为yml·L-1·kPa-1。当大气压强为pkPa，大气中CO2(g)的物质的量分数为x时，溶液中H+的浓度为 ml·L-1(忽略HCO3−和水的电离)。
（2）焦炭与水蒸气可在高温下反应制H2。
反应I：C(s)+H2O(g)⇌CO(g)+H2(g) ΔH1=+131.3kJ·ml-1 K1
反应II：C(s)+2H2O(g)⇌CO2(g)+2H2(g) ΔH2=+90.3kJ·ml-1 K2
反应III：CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g) ΔH3=-41.0kJ·ml-1 K3
上述反应的化学平衡常数随温度变化的关系如图所示，表示K1、K2、K3的曲线分别是c、 、 。
②研究表明，反应III的速率方程为v=k[x(CO)·x(H2O)-x(CO2)⋅x(H2)Kp]，x表示相应气体的物质的量分数，Kp为平衡常数(用平衡分压代替平衡浓度计算)，k为反应的速率常数，随温度升高而增大。在气体物质的量分数和催化剂一定的情况下，反应速率随温度的变化如图所示。根据速率方程分析T＞Tm时，v逐渐下降的原因是 。
（3）甲烷干法重整制H2同时存在如下反应：
主反应：CH4(g)+CO2(g)⇌2CO(g)+2H2(g) ΔH1
副反应：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH2
温度为T℃，压强为p0的恒压密闭容器中，通入2mlCH4和1mlCO2发生上述反应。平衡时H2O(g)的分压为p1，甲烷的转化率为40%。
①下列说法正确的是 (填标号)
A．ΔH1和ΔH2不变，说明反应达到平衡状态
B．相同条件下，主反应的速率大于副反应，说明主反应的活化能小
C．选用合适的催化剂可以提高主反应的选择性，增大甲烷的平衡转化率
D．平衡后，若增大压强，主反应平衡逆向移动，副反应平衡不移动
②平衡时混合气体的总物质的量为 ml，H2(g)的分压是 (用含p0和p1的计算式表示)。
（4）甲醇燃料电池中，吸附在催化剂表面的甲醇分子逐步脱氢得到CO，四步可能脱氢产物及其相对能量如图，则最可行途径为a→ (用b-j等代号表示)。
25．MnCeTiOx常用作脱硝催化剂，采用共沉淀法等比掺入金属M后，催化剂M0.15MnCeTiOx的脱硝性能及抗硫中毒性能会发生改变。烟气脱硝主要副产物为N2O，主反应如下：
反应I：4NH3(g)+6NO(g)⇌5N2(g)+6H2O(g)△H1=akJ/ml；
反应II：4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)⇌4N2(g)+6H2O(g)△H2=−1657.5kJ/ml
（1）已知：N2(g)+O2(g)⇌2NO(g)△H=+180.5kJ/ml。则a= 。
（2）某条件下对于反应I，v正=k正ca(NH3)cb(NO)，v逆=k逆ca(N2)cd(H2O)，k正、k逆为速率常数。升高温度时，k正增大m倍，k逆增大n倍，则m n(填“>”“<”或“=”)。
（3）将模拟烟气按一定流速通到催化剂表面，不同温度下气体出口处测定相关物质浓度，得出NO的转化率、N2的选择性、N2O的生成量随温度变化关系如下图。
①选择Cu0.15MnCeTiOx时，温度高于260℃时NO转化率下降的原因为 。
②综合分析，该脱硝过程应选择的最佳催化剂中M为 。
③选用合适的催化剂还能抑制催化剂表面出现NH4HSO4结晶现象，结晶会导致 。
（4）273℃，P0kPa下，向恒温恒压密闭的容器中(假设仅发生反应I、II)通入4mlNH3、4mlNO、2mlO2。
①下列选项不能说明反应I、Ⅱ均达到化学平衡状态的是 。
A．混合气体的平均摩尔质量保持不变 B．n(NH3)∶n(NO)保持不变
C．有1mlN-H键断裂的同时，有1mlN≡N键断裂 D．NO的分压保持不变
②达到平衡后测定O2转化率为30%，体系中NH3为1.2ml。则NO的转化率为 ，反应I的Kp= (写出计算式即可)(分压=总压×物质的量分数)。
26．减少CO2排放并实现CO2的有效转化已成为科研工作者的研究热点。根据以下几种常见的CO2转化方法，回答下列问题：
（1）I．研究表明，利用如图所示的原理，可以将CO2转化为炭黑。
该过程的能量转化形式为 ，在整个过程中， FeO 的作用是 。
（2）已知：①2Fe3O4(s)=6FeO(s)+O2(g) ΔH1=akJml
②C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH2=bkJ/ml
则过程1的热化学方程式为 。
II．以氧化铟(In2O3)作催化剂，采用“CO2催化加氢制甲醇”方法将CO2资源化利用。反应历程如下：
i．催化剂活化： In2O3( 无活性) ⇌氧化还原In2O3-x(有活性) ；
ii．CO2与H2在活化的催化剂表面同时发生如下反应：
反应①： CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3主反应
反应②： CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH4副反应
（3）某温度下，在恒容密闭反应器中，下列能说明反应①达到平衡状态的是____ (填编号 )。
A．混合气体的密度不再变化
B．CH3OH的分压保持不变
C．v正(H2)：v逆(CH3OH)=3：1
D．CO2、H2、CH3OH和H2O的浓度之比为1：3：1：1
（4）增大CO2和H2混合气体的流速，可减少产物中H2O(g) 的积累，从而减少催化剂的失活，请用化学方程式表示催化剂失活的原因： 。
（5）ii中反应①、②的lnK(K代表化学平衡常数)随 1T×103 (T代表温度)的变化如图所示。
a．升高温度，反应CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)的化学平衡常数K (填“增大” “减小”或“不变”)。
b．恒温恒压密闭容器中，加入2mlCO2和4mlH2，只发生反应①和反应②，初始压强为P0。 在230℃以上，升高温度，CO2 的平衡转化率增大，但甲醇的产率降低，可能原因是 。在300℃发生反应，反应达到平衡时，CO2的转化率为50%，容器体积减小20%，则反应②用平衡分压表示的平衡常数Kp= ( 保留两位有效数字)。
27．
（1）Ⅰ.科学家对汽车尾气进行无害化处理反应为：2CO + 2NO⇌2CO2 + N2。一定条件下，在1L密闭容器中充入2.00ml CO和2.00ml NO，一段时间后测得CO、CO2浓度随时间变化如图1所示，CO的平衡转化率与温度、起始投料比m的关系如图2所示，图中起始投料比m=n(NO)n(CO)，完成问题：
该反应的化学平衡常数表达式是 。根据图1，用N2表示该反应达平衡过程中的平均反应速率是 ml/(L·min)。
（2）已知：反应2CO(g) + 2NO(g)⇌2CO2(g) + N2(g)中，每生成14克N2时放出373.23kJ热量，试写出上述反应的热化学方程式： 。
（3）该反应的正反应是 反应(填“吸热”或“放热”)。图2中a、b、c三点对应的平衡常数Ka、Kb、Kc相对大小关系是 。
（4）写出一条结论，可表明该反应已经达到平衡状态 。
（5）下列关于该可逆反应的说法错误的是 (单选题)
a．其他条件不变，若充入N2，达到新平衡时，V正、V逆均增大
b．加入催化剂可提高NO的平衡转化率
c．若适当增大压强，则平衡正向移动
d．其他条件不变，若容器体积扩大一倍，达到新平衡时，c(N2)小于原来的一半
（6）Ⅱ.研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。为了验证催化剂比表面积对反应速率的影响规律，在温度为T0时，某同学设计了以下实验：
在图3中画出表中实验II条件下混合气体中NO的浓度随时间变化的曲线。
28．氢气是一种清洁能源，氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。
（1）Ⅰ.制取氢气
甲醇和水蒸气制取氢气的过程中有下列反应：
CH3OH(g)⇌CO(g)+2H2(g) ΔH=+91 kJ·ml−1
CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g) ΔH=−41 kJ·ml−1
写出以甲醇为原料制取氢气的热化学方程式 。
（2）理论上，能提高H2平衡产率的措施有 (写出一条即可)。
（3）Ⅱ.储存氢气
硼氢化钠(NaBH4)是研究最广泛的储氢材料之一
已知：
i．B的电负性为2.0，H的电负性为2.1
ii.25℃下NaBH4在水中的溶解度为55 g，NaBO2在水中的溶解度为0.28 g
在配制NaBH4溶液时，为了防止发生水解反应，可以加入少量的 (填写化学式)。
（4）向NaBH4水溶液中加入催化剂Ru/NGR后，能够迅速反应，生成偏硼酸钠(NaBO2)和氢气。写出该反应的化学方程式 。
（5）在研究浓度对催化剂Ru/NGR活性的影响时，发现B点后(见图1)增加NaBH4的浓度，制氢速率反而下降，推断可能的原因是 。
（6）用惰性电极电解NaBO2溶液可制得NaBH4，实现物质的循环使用，制备装置如图2所示。
①钛电极的电极反应式是 。
②电解过程中，阴极区溶液pH (填“增大”“减小”或“不变”)
29．我国力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。CO2的综合利用是实现碳中和的措施之一。
（1）生产尿素：
①尿素的合成分两步进行：
a.2NH3(g)+CO2(g)⇌NH2COONH4(l) ΔH=−117kJ⋅ml−1
b.NH2COONH4(l)⇌CO(NH2)2(l)+H2O(l) ΔH=+15kJ⋅ml−1
则总反应2NH3(g)+CO2(g)⇌CO(NH2)2(l)+H2O(l)的ΔH= 。
②如图为n(NH3)：n(CO2)=4：1时，温度对CO2的转化率的影响。解释温度升高CO2的平衡转化率增大的原因：
（2）已知制备甲醇的有关化学反应如下：CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)
①甲醇还可以与乙酸反应制香料，反应方程式为CH3OH(l)+CH3COOH(l)⇌CH3COOCH3(l)+H2O(l)，制香料反应的平衡常数K的表达式为 。
②850℃时，反应CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)的平衡常数K=160，在密闭容器中进行该反应，开始时只加入CO2、H2，反应10min后测得各组分的浓度如下表。比较正、逆反应的速率的大小：v(正) v(逆)(填“>”“＜”或“=”)。
（3）一定温度下，在体积为2L的恒容密闭容器中加入4ml CO(g)和4ml N2O(g)发生反应CO(g)+N2O(g)⇌CO2(g)+N2(g)，测得CO(g)和CO2(g)的物质的量随时间的变化如图所示：
①从反应开始至达到化学平衡时，以CO2表示的平均化学反应速率为 ml⋅L−1⋅min−1。
②若该反应的正、逆反应速率分别可表示为v正=k正⋅c(CO)⋅c(N2O)，v逆=k逆⋅c(CO2)⋅c(N2)，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数， A、B两点对应的时刻，该反应的正反应速率之比vA：vB= 。
③若平衡时总压强为pkPa，用平衡分压代替其平衡浓度表示的化学平衡常数Kp= [已知：气体分压(p分)=气体总压(p总)×该气体的体积分数]。
30．运用化学反应原理研究合成氨反应有重要意义。请回答下列问题，
（1）生成氢气：将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气。C(s)+H2O(g)⇌H2(g)+CO(g) ΔH= +131.3 kJ·ml-1 ， ΔS = +133.7 J·ml-1·K-1 ，该反应在低温下 (“能”或“不能”)自发进行。
（2）已知在T ℃时，反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)的平衡常数K = 0.5，相关化学键键能数据如表：
①T℃时， 2NH3(g)⇌N2(g)+3H2(g)的ΔH = 。
②T℃时，在1L密闭容器中进行合成氨反应，一段时间后，测得N2、H2、NH3的物质的量分别为4 ml 、2 ml 、4 ml，则此时反应v正(N2) v逆(N2)(填“>”“<”“=”或“不能确定” )。
（3）近期，我国科学家为了解决合成氨反应速率和平衡产率的矛盾，选择使用Fe-TiO2-xHy双催化剂，通过光辐射产生温差(如体系温度为495℃时，Fe的温度为547℃，而TiO2-xHy的温度为415℃)。结合图示解释该双催化剂的工作原理 。
（4）已知合成氨反应的速率方程为：v= kcα(N2)cβ( H2)c-1(NH3) ，k为反应速率常数。在合成氨过程中，需要不断分离出氨，该操作的目的是 。
（5）以氨为原料生产尿素的方程式为2NH3(g)+CO2(g)⇌CO(NH2)2(1)+H2O(g)。
①为进一步提高NH3的平衡转化率，下列措施能达到目的的是 (填字母)。
A．增大CO2的浓度 B．增大压强
C．及时转移生成的尿素 D．使用更高效的催化剂
②尿素的合成分两步进行：
a.2NH3(g)+CO2(g)⇌NH2COONH4 (1) ΔH =-117 kJ/ml
b．NH2COONH4(1)⇌CO(NH2)2(1)+H2O(g) ΔH = +15 kJ/ml，
第一步反应速率快，可判断活化能较大的是 (填“第一步”或“第二步”)。
③某实验小组为了模拟工业合成尿素，在恒温恒容的真空密闭容器中充入一定量的CO2和NH3发生反应： 2NH3(g)+CO2(g)⇌CO(NH2)2(1)+H2O(g)，反应过程中NH3的体积分数如图所示。实验测得体系平衡时的压强为10MPa，计算该反应的平衡常数 (MPa)-2(已知：分压=总压 ×体积分数)。
Ⅰ：C（s）+O2（g）═CO2（g）
ΔH1＝﹣393.5kJ•ml﹣1
Ⅱ：C（s）+H2（g）+O2（g）═HCOOH（g）
ΔH2＝﹣378.7kJ•ml﹣1
Ⅲ：CO2（g）+H2（g）⇌HCOOH（g）
ΔH3
Ⅳ：M+CO2⇌Q
E1
Ⅴ：Q+H2⇌L
E2
Ⅴ：L⇌M+HCOOH
E3
物质
CH4
CO2
CO
H2O(g)
ΔfHθm(kJ⋅ml−1)
−74.8
−393.5
−110.5
−241.8
实验序号
1
2
3
CH4浓度/ml·L-1
0.1000
0.2000
0.2000
H2O浓度/ml·L-1
0.1000
0.1000
0.2000
速率/ml·L-1·s-1
3.75×10-4
1.50×10-3
3.00×10-3
气体
H2
CH4
CO
CO2
体积分数
82%
3%
5%
10%
化学键
C-H
C≡O
H-H
键能/(kJ·ml-1)
413
1075
436
化学键
C=O
C−O
H−H
C−H
C−C
H−O
键能
745
351
436
414
347
460
实验编号
T(K)
NO的初始浓(ml⋅L−1)
CO的初始浓度 (ml⋅L−1)
催化剂的比表面积 (m2⋅g−1)
I
T0
1.20×10−3
3.80×10−3
75
II
T0
1.20×10−3
3.80×10−3
50
物质
H2
CO2
CH3OH
H2O
浓度/(ml⋅L−1)
0.2
0.2
0.4
0.4
化学键
N≡N
H-H
N-H
键能/(kJ·ml-1)
946
436
390.8
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