2024年高考化学二轮复习：化学反应原理综合（题型突破）（测试）教师版

专题09化学反应原理综合

(考试时间：75分钟试卷满分：100分)

1.(10分)(2024.山东枣庄高三期中)氮是空气中含量最多的元素，在自然界中的存在十分广泛，实验小

组对不同含氮物质做了相关研究。

(1)乙二胺(H2NCH2cH2NH2)是二元弱碱，分步电离，在溶液中的电离类似于氨。25。(2时，乙二胺溶液

中各含氮微粒的分布分数3(平衡时某含氮微粒的浓度占各含氮微粒浓度之和的分数)随溶液

pOH[pOH=-lgc(OH-)]的变化曲线如图所示。

①H2NCH2cH2NH2在水溶液中第一步电离的方程式为。

②乙二胺一级电离平衡常数。K.为o

(2)工业上利用氨气脱硝反应，实现二者的无害化处理，己知下列反应：

I

①2H2(g)+O2(g)2H20(g)A/fi=-483.6kJ-mor

1

②2NO(g)N2(g)+O2(g)AHi=-lSOkJ-mol-

1

③N2(g)+3H2(g)2NH3(g)AH3=-92.2kJ-mor

则6NO(g)+4NH3(g)6H2O(g)+5N2(g)AH=。

(3)氨气常被用于对汽车尾气中的氮氧化物进行无害化处理，以消除其对空气的污染。去除NO的反应

历程如图1所示，此反应中的氧化剂为(填化学式)，含铁元素的中间产物有种。

若选用不同的铁的氧化物为催化剂可实现较低温度下的转化，根据图2选择的适宜条件为

(4)利用电化学原理脱硝可同时获得电能，其工作原理如图所示。则负极发生的电极反应式

为,当外电路中有2moi电子通过时，理论上通过质子膜的微粒的物质的量为=

+

【答案】⑴H2NCH2CH2NH2+H2OH2NCH2CH2NH3+OH（1分）1049（1分）

（2）-1806.4kJmoFi（2分）

（3）NO、O2（1分）2（1分）FezCh作催化剂、反应温度为250℃（1分）

+

（4）NO-3e+2H2O=NO3+4H（l分）2mol（2分）

【解析】（1）①乙二胺属于二元弱碱，在水溶液中分步电离，第一级电离方程式为H2NCH2cH2NH2+H2O

一丁,…皿（：）（）

二^H2NCH2cH2NH3++OH；②根据图像，乙二胺…一级i电禺平衡常数，Kb尸cH,N…CH.CH.NH-cO―H'

C（H2NCH2CH2NH2）

=10-49；⑵根据盖斯定律，将热化学方程式进行叠加，①X3+②X3-③X2,整理可得6NO（g）+4NH3（g）

6H2O（g）+5N2（g）AH=-1806.4kJ-mori。（3）在氧化还原反应中，氧化剂得到电子，元素化合价降低。根据

图示可知：在历程图1中，元素的化合价降低的物质为NO、Ch,所以氧化剂为NO、O2；含铁元素的中间

产物有Fe2+—NH2和Fe2+这2种；根据图2可知：在使用FezCh为催化剂时，NO的转化率相对来说较高，

反应温度合适为250℃,故根据图2选择的适宜条件为Fe2O3作催化剂、反应温度为250℃；（4）该装置为原

电池，在原电池反应中，负极失去电子，发生氧化反应，正极上得到电子，发生还原反应。根据图示可知：

+

NO在负极失去电子转化为HNCh,电极反应式为：NO-3e-+2H2O=NO3+4H；当外电路中有2moi电子通过

时，有2molH+通过质子膜进入正极区和02结合生成H2O,根据电子守恒，通过的微粒的物质的量为2mol。

2.（10分）（2024.浙江省义乌五校高三联考）反应CO（g）+H2O（g）CC）2（g）+H2（g）在工业上有重要应

用。

（1）该反应在不同温度下的平衡常数如表所示。

温度/e7008008301000

平衡常数1.671.111.000.59

该反应的AH0（填“或"="）。反应常在较高温度下进行，该措施的优缺点是

（2）该反应常在Pd膜反应器中进行，其工作原理如图所示。

①利用平衡移动原理解释反应器存在Pd膜时具有更高转化率的原因是o

②某温度下，氏在Pd膜表面上的解离过程存在如下平衡：H2=^2H（即图中过程2）,其正反应的活

化能远小于逆反应的活化能。下列说法不正确的是

A.图中过程2的AH>0

B.Pd膜对气体分子的透过具有选择性

C.加快Pd膜内H原子迁移有利于H2的解离

D.N2吹扫有助于H2分子脱离Pd膜

③同温同压下，将等物质的量的CO和H20通入无Pd膜反应器反应，测得CO的平衡转化率为50%；

若换成Pd膜反应器,CO的平衡转化率为80%,则相同时间内，出口a和出口b中H2的物质的量比为

【答案】（l）AH<0（2分）优点是升高温度，反应速率较快；缺点是正反应为放热反应，升高温度，

平衡逆向移动，产物的转化率较低（2分）

（2）Pd膜能选择性分离出H2,平衡正向移动，平衡转化率增大（2分）A（2分）1：15（2分）

【解析】（1）根据表中的数据，温度越高，平衡常数越小，所以正反应为放热反应，AH<0；优点：升

高温度，反应速率较快；缺点：正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，产物的转化率较低；（2）①

由图像可知，Pd膜能选择性分离出H2,导致平衡正向移动，平衡转化率增大；②A项，过程2正反应的活

化能远小于逆反应的活化能，AH<0,故A错误；B项，Pd膜只允许H2通过，不允许CO2通过，对气体分

子的透过具有选择性，故B正确；C项，加快Pd膜内H原子迁移，平衡H2U2H正向移动，有利于H2的

解离，故C正确；D项，N2吹扫更有利于带走H2,有助于H2分子脱离Pd膜，故D正确。故选A。③根据

反应CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）,设通入的CO和H?均为amol,无Pd膜反应器中CO的平衡转

化率为50%,列三段式：

CO(g尸H2O(g)-—co2(g>H,®

起始(mol)aa00

转化(mol)0.5a0.5a0.5a0.5a

平衡(mol)0.5a0.5a0.5a0.5a

则反应前后气体分子数不变，用物质的量代替物质的量浓度计算平衡常数K=C?fS土PIx0等Sa=1；有Pd膜反

0.5ax0.5a

应器中CO的平衡转化率为80%,列三段式：

CO(g>H：O(g)=二co：(gHH.(g)

起始(mol)aa00

卒科t(mol)0.8a0.8a0.8a0.8a

平衡(mol)02a0.2a0.8an

0Raxn

温度不变，则平衡常数K不变，K=J“=1,解得n=0.05a,则相同时间内出口a产生的H2为

0.2ax0.2a

0.05amol,出口b的H2为(0.8a-0.05a)mol,质量比为1：15=

3.(10分)(2024.浙江强基联盟高三联考)甲烷催化重整是工业制氢的重要途径。涉及的主要反应如下：

①甲烷部分氧化反应：CH4(g)+l/2O2(g)CO(g)+2H2(g)AW=-35.7kJ-mori

1

②甲烷水蒸气重整反应：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)A/7=+206.2kJ.moF

③水气转换反应：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)A/7=-41.2kJ.mor>

请回答：

⑴甲烷水蒸气重整一水气变换耦合反应为CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g),该反应的△“=_

kJmor1,该反应自发进行的条件是。

(2)一定温度下，恒容反应器中注入初始浓度均为ImolLi的原料气CH4(g)、Ch(g)、H2O(g),充分反应

达到平衡状态，测得c[CH4(g)]=c[CO2(g)]=0.25moLlAc[O2(g)]=0.75molL'o该条件下反应③的平衡常数

为o

(3)下列说法正确的是o

A.通过控制氧气用量，有利于实现甲烷重整过程的热平衡

B.升高温度，水气变换反应速率降低，应产率降低

C.恒压条件比恒容条件利于提高CH4平衡转化率

D.一定温度下，恒容反应器中c[CO(g)]：c[CO2(g)]=l,说明反应达到平衡状态

(4)在进气量为100mL-min一下，CH4(g)>O2(g),H2(D(g)以恒定比例通入催化反应器，研究温度对反应

的影响。结果如图1所示。

6o

5o♦Hj收率

-CO收率

4o-CO?收率

3o

2o

1O

500550600650700750800

550600

温度/C

在图2中画出CH4转化率与温度关系示意图_______-

②近年来发展了钿膜催化甲烷重整制氢技术，反应器中H?选择性透过膜的机理如图3所示。说明该制

备技术的优点：。

【答案】（1）+165（2分）高温（2分）（2）2.0（2分）（3）AC（2分）

生成的H2通过钿膜不断分离，生成物浓度降低，平衡右移，转化率（产率）提高；钿膜选择性透过H2,

可直接分离获得高纯度H2

【解析】（1）反应②和反应③相加即可得反应CH4（g）+2H2O（g）CO2（g）+4H2（g）,则该反应的AH

=+206.2kJ/mol-41,2kJ/mol=+165.0kJmoF1,该反应是吸热的燧增反应，根据AG=AH-TAS,AGO时反应自

发，所以该反应自发进行的条件是高温。（2）根据碳原子守恒，可知CO的物质的量浓度为

1mol/L-0.25mol/L-0.25mol/L=0.5mol/L,根据氧原子守恒可知H2O的物质的量浓度为0.5mol/L,根据氢原子

C（CO2）C（HJ2X0.25

守恒，可知H2的物质的量浓度为2.0mol/L,则K=晨"（3）A项，增大氧气的量,

反应①放出更多的热量，可以提供热量给反应②，所以可以通过控制氧气用量，实现甲烷重整过程的热平

衡，故A正确；B项，升高温度，反应速率增大，故B错误；C项，由于反应①和②均为气体体积增大的

反应，所以恒压条件比恒容条件利于提高CH4平衡转化率，故C正确；D项，反应达到平衡状态和物质的

量浓度之比无关，故D错误；故选AC。（4）①从图1可以看出，温度较低时，也和CO的收率都没有明显

变化，而CO2的收率在增加，说明反应①和②速率较慢，反应③速率较快，甲烷的转化率较小；温度达到

650℃以上时，温度升高，CO2的收率降低，比和CO的收率都增大，说明反应③逆向移动，反应①和②速

率加快，甲烷的转化率增大，三个反应都达到平衡后，甲烷的转化率不再明显变化，故图像为

100

90

80

id/。②从图3可以看出，通过铝膜催化甲烷重整制氢技术，可以把生成

............|

500550600650700750800850

温度/C

的H2通过把膜不断分离，生成物浓度降低，平衡右移，转化率（产率）提高；铝膜选择性透过H2,还可直接

分离获得高纯度H2O

4.（12分X2024•浙江省温州市普通高中高三一模）苯乙烯是用来制备重要高分子聚苯乙烯的原料。以水

蒸气做稀释剂、催化剂存在条件下，乙苯催化脱氢可生成苯乙烯。可能发生如下两个反应：

主反应：C6H5c2H5（g）C6H5cH=CH2（g）+H2（g）AHi=+117.5kJ-mor>

副反应：C6H5c2H5（g）+H2（g）C6H5cH3（g）+CH4（g）AH2

（1）已知，在298K、lOlkPa条件下，某些物质的相对能量（AH）变化关系如图所示：

△“kJ•mol"

+50

C6H5cH3®

+29.8

泵忑2H5(g)

C(s),H2(g)\

-74.8---……___\_______

CH4(g)

AH2=kJmor1o

n(H2O)

（2）在不同的温度条件下，以水烧比=9投料，在膜反应器中发生乙苯脱氢反应。膜反应器

”(C6H5aH5)

可以通过多孔膜移去H2,提高乙苯的平衡转化率，原理如图所示。

移去的H,的物质的量

已知Hz移出率Y（HJ=生成的H而总物质的量“°

①忽略副反应。维持体系总压强p恒定，在温度T时，已知乙苯的平衡转化率为a,的移出率为b,

则在该温度下主反应的平衡常数KP=（用。等符号表示）。［对于气相反应，用某组分B的平衡压

强P（B）代替物质的量浓度c（B）也可表示平衡常数,记作kJ.mor1,如p（B）=p.x（B）,p为平衡总压强，x（B）

为平衡系统中B的物质的量分数］;

②乙苯的平衡转化率增长百分数与H2的移出率在不同温度条件下的关系如下表：

温度/℃

增长百分数/%7009501000

凡移出率/%

608.434.382.77

8016.86.13.8

90277.14.39

高温下副反应程度极小。试说明当温度高于950℃时，乙苯的平衡转化率随的移去率的变化改变程

度不大的原因：;

③下列说法正确的是o

A.生成H2的总物质的量与苯乙烯相等

B.因为H2被分离至隔离区，故反应器中不发生副反应

C.在恒容的膜反应器中，其他条件不变，增大水燃比，可提高乙苯的转化率

D.膜反应器可降低反应温度，减少副反应的影响

（3）不同催化剂效能与水烧比有关。保持体系总压为常压的条件下，水烧比为9（曲线I）时乙苯的平衡转

化率与温度的关系的示意图如下：

<

拗

港

遥

算

»

7

①请在图中画出水煌比为1时乙苯的平衡转化率与温度的关系曲线（曲线H）

②工业上，减小水烧比是降低苯乙烯脱氢装置能耗的一个重要方向。若其他条件不变，减少水燃比,

为使反应从起始到平衡均达到或接近原有的反应速率、限度，则可相应的改变的条件：O

A.升温B.降温C.增压D.减压E.催化剂

【答案】⑴-54.6（2分）

a2（l-b）p

（2），八5q（2分）主反应的吸热，高于950℃时，乙苯的平衡转化率很大（或平衡常数很大）,

（l-a）（10+a-ab）

H2的移出率对平衡转化率的影响很小，或主反应的吸热，高于950℃时，温度对于主反应的影响大于H2的

移出率对平衡转化率的影响（2分）D（2分）

<

树

*

)

群

巡

3)小（2分）AE（2分）

W

7

【解析】⑴根据图像可知：①C（s）+2HKg）=CHKg）AW=-74.8kJ/mol；②

8C（S）+5H2（g）=C6H5C2H5（g）AW=+29.8kJ/mol:®7C（s）+4H2（g）=C6H5CH3（g）AH=+50kJ/mol；根据

1

盖斯定律：③-②+①，得C6115c2H5（g）+H2（g）C6H5cH3（g）+CH4（g）AH2=-54.6kJmor；（2）①

C.H.C;H?（gi^^C,H.CH=CH.|g）+H|g）

100

aaa

H2的移出率为b,剩余氢气a（l-b）,结合总压强p,将数据代入分压平衡常数，得J=0；

②当温度高于950℃时，乙苯的平衡转化率随H2的移去率的变化改变程度不大的原因：主反应的吸热，高

于950℃时，乙苯的平衡转化率很大（或平衡常数很大），比的移出率对平衡转化率的影响很小，或主反应的

吸热，高于950℃时，温度对于主反应的影响大于H2的移出率对平衡转化率的影响；③A项，该过程有副

反应发生，生成H2的总物质的量与苯乙烯不相等，故A错误；B项，主反应为可逆过程，始终有H2存在，

故反应器中发生副反应，故B错误；C项，在恒容的膜反应器中，其他条件不变，增大水爆比，平衡正向

移动，但乙苯的转化率降低，故C错误；D项，膜反应器可降低反应温度，减少副反应的影响，故D正确；

变

<

^

解

包

②工

故选D；⑶①水燃比为1时乙苯的平衡转化率与温度的关系曲线(曲线H)：小

报

7

77℃

业上，减小水煌比是降低苯乙烯脱氢装置能耗的一个重要方向。若其他条件不变，减少水燃比，为使反应

从起始到平衡均达到或接近原有的反应速率、限度，则可相应的升温或使用催化剂实现。

5.(14分X2024•河南省湘豫名校联考联盟高三联考)汽车尾气的污染是现代研究的重要课题。一定条件

下对汽车尾气有效治理的反应要经历以下三个基元反应阶段，反应历程如图甲所示(TS表示过渡态，图示涉

及的物质均是气体)。

［相对能量/(kJ・moH)

…N=N

TSi/\

300.02984——°TSTS3

200.02-一"2483、

100.0,函2一一由

0.(•,△£,=554.9

-100.0'NO+NO~1T

N=N+COCO2+N2O+CO\12CO+N

-200.0■反应①/\22

-300.000\反应③

-400.0CO+NO

-500.0反应②22

-600.0

反应历程

甲

请回答下列问题:

(1)写出有效治理汽车尾气的三个基元反应中反应②的热化学方程式为；上述该过程的总反应热

化学方程式为o

⑵汽车尾气中含有N2O,在一定条件下N2O会发生反应2N2O(g)2N2(g)+02(g)o在三个密闭容器

I、II、III中分别通入O.lmolNzO气体，各容器中N2O的平衡转化率如图乙所示。

%

<、

)780

唧60

避40

小

O20

Z

N0

300350400450500550600

温度/℃

乙

①该反应的逆反应为反应(填“放热”或“吸热”)o

②若三个密闭容器的容积分别为VI、Vu、VIII,则Vi、ViBVui的大小关系为

③若VII=1L,470°C时容器n中反应的平衡常数K为；在此温度下，向1L的密闭容器IV中通入

0.06molN20,0.06molN2和0.04molO2,则反应开始时v正(N2O)v逆何2。)(填或

(3)汽车尾气中的NO可与Bn发生反应：2NO(g)+Br2(g)2NOBr(g)△H=-akJ・moE(a>0),其反

应机理如下：

®NO(g)+Br2(g)NOBn(g)快

@NO(g)+NOBr2(g)2NOBr(g)慢

下列有关该反应的说法正确的是(填字母序号)。

A.该反应的速率主要取决于反应①的快慢

B.NOBn是该反应的催化剂

C.正反应的活化能比逆反应的活化能小akJ-mol1

D.增大Bn(g)的浓度能增大活化分子百分数，加快反应速率

【答案】(l)N2O2(g)+CO(g)=N2O(g)+CO2(g)△H=-513.5kJ・moH(2分)

2CO(g)+2NO(g)三堂些N2(g)+2CO2(g)AH=-620.9kJ*mol1(2分)

(2)放热(2分)Vi>Vn>Vm(2分)0.0675mol・L-i(2分)>(2分)

(3)C(2分)

【解析】(1)根据图示中反应历程中三个基元反应可知，

反应①2NO(g)=N2Ch(g)AH=+199.2kJ«mol1；

反应②N2O2(g)+CO(g)=N2O(g)+CO2(g)AH-513.5kJ.mol1；

反应③N2O(g)+CO(g)=N2(g)+CO2(g)AH=-306.6kJ・moH；

总反应为2co(g)+2N0(g)一量一件=N2(g)+2CO2(g)；

根据盖斯定律反应①+反应②+反应③即得总反应，总反应热化学方程式为2CO(g)+2NO(g)一是亲户

N2(g)+2CO2(g)△H=-620.9kJ・moH；(2)①由图可知，温度升高，N2O的平衡转化率增大，即平衡正向移动，

则该反应的正反应为吸热反应，逆反应为放热反应；②反应2N2O(g)2N2(g)+C)2(g)为气体体积增大的

反应，温度相同、反应物的物质的量相同的条件下，容器I、容器II、容器III中N2O的平衡转化率递减,

说明容器I、容器n、容器III的压强逐渐增大，故容器I、容器II、容器m的容积依次减小，即Y>Vu>Yu；

③若Vn=lL,由图可知，470℃时容器1中N2O的平衡转化率为60%,则平衡时，以20)=0.041110卜「、

C(N)=0.06mol-U\c(O)=0.03mol-U1,其化学平衡常数K=。。;蓝。3moi-L1=0.0675mol.L-1；在

22

此温度下向1L密闭容器IV中若开始通入0.06molNQ,O.OGmolN?和O.OGmolO?,则容器IV中初始浓度嫡

Q。=0.04*62=oo4<00675,反应向正反应方向进行，则反应开始时v正（又0）>丫逆（N?。）；（3）A项，反

0.06

应速率主要取决于活化能大、反应速率慢的一步反应，所以该反应的总反应速率主要取决于反应②的快慢，

A项错误；B项，NOBrz是反应过程中的中间产物，而不是该反应的催化剂，B项错误；C项，由于该反应

为放热反应，说明反应物总能量高于生成物总能量，所以正反应的活化能比逆反应的活化能小aklmollC

项正确；D项，增大Br2（g）的浓度，单位体积内分子总数增加，单位体积内活化分子数增加，但活化分子

百分数不变，所以反应速率加快，D项错误；故选C。

6.（15分X2024•云南部分名校高三联考理科综合）氨是一种重要的化工原料，可用于制造镂态化肥。已

知：N2（g）+3H2（g）2NH3（g）AH=-91kJ/mol„回答下列问题：

⑴已知上述反应的燧变（AS）为-198.9J-moHKi,该反应能自发进行的温度可能是（填标号）。

A.25℃B.150℃C.1273℃D.1457.5℃

（2）在恒温恒容条件下，充入等物质的量的N2和泾合成氨气，下列情况表明该反应达到平衡状态的是

___________（填标号）。

A.混合气体密度不随时间变化B.N2体积分数不随时间变化

C.混合气体总压强不随时间变化D.压与NH3的消耗速率之比为3：2

（3）在催化剂作用下，合成氨的反应速率为v=kca（N2）-cP（Hj.d（NH3）（k为速率常数，只与温度、催

化剂有关，与浓度无关。a、0、丫为反应级数，可取正整数、负整数、0,也可取分数）。为了测定反应级

数，在一定温度下进行实验，其结果如下：

111

序号c(N2)/(mol-L-)c(H2)/(mol-L)C(NH3)/(molL)反应速率

I111V

II2112v

III14116v

IV14216v

®a+p-Hy=_________

F

②己知经验公式为Rink=-半+C（其中，Ea、k分别为活化能、速率常数，R、C为常数，T为温度）。

在催化剂作用下，测得Rink与温度（。）的关系如图1所示。

4o

(

-2o

No

-0

o8o

E

.6o

fo

E4

U2o

Wo

23A5

3K

S1

催化效率较图的是（填“Catl”或“Cat2”），在Cat2催化剂作用下。活化能Ea为

（4）在体积均为2L的甲、乙两恒容密闭容器中分别通入1tnolN?和3moi比，分别在不同条件下达到平

衡，测得NH,的物质的量与时间的关系如图2所示。

Lb(14,1.2)

L

I。

(

E

N。

>

。

。

0.0.

0123456789101112131415161718

囱0办iin

①相对甲，乙仅改变的一个条件是，正反应速率：a（填“>”、"v”或"=”）b。

②在该条件下，乙的平衡常数为（结果保留2位小数）。

【答案】（1）AB（2分）（2）CD（2分）（3）3（2分）Catl（2分）30.0kJ/mol（2分）

（4）降低温度（2分）>（1分）8.33（2分）

【解析】⑴根据自由能判据可知，AG=AH-TAS=-91000-（-198.9）T<0,T<457.5K,t<184.5℃,A、B项

符合题意；（2）A项，气体总质量不变，体积不变，密度始终不变，A错误；B项，氮气的体积分数为50%,

始终不变，B错误；C项，反应前后气体系数和不同，反应过程中气体的总物质的量随着反应发生改变，物

质的量变化压强会改变，混合气体总压强不随时间变化，C正确；D项，比与NH3的消耗速率之比为3:2,

则单位时间消耗的氢气等于生成的氢气，D正确；故选CD。（3）①将各组数据代入计算，将I、II组数据代

入，a为：I；将I、皿组数据代入，［3为2；将III、IV组数据代入，丫为0；所以a+叶尸3；②根据经验公式

可知，温度变化相同时，Rink变化值与活化能成比例，活化能越大，变化值越大。故斜率越小，活化能越

小，催化剂Catl催化效率越高，代入a、b点数据可知,93=-Eax2xl0-3+c,33=-Eax4xl0-3+C,解得Ea=30.0kJ/mol；

（4）①甲相对于乙，先达平衡，则速率快，达平衡时氨气的含量甲小于乙，故改变的条件为降低温度，甲的

温度较高，所以a点的反应速率大于b点；②乙容器平衡时含1.2mol氨气，则平衡时c（N2）=0.2mol/L,c（H2）=

K=/(“)=06x0.6=25=833

O.6mol/L,c(NH3)=0.6mol/L,-3-3

c(N2)xc(H2)0.2x0.6-3-,

7.(14分X2023•广东湛江高二毕业班调研考试)2023年5月，中国神舟十六号载人飞船成功发射，三位

航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮在天宫空间站开启长达半年的太空生活。

(1)法国化学家PaulSabatier提出并命名的"Sabatier反应”实现了CCh甲烷化，科技人员基于该反应设计

如图过程完成空间站中CO2与02的循环，从而实现O2的再生。

H2

①写出与CH4具有相同空间结构的一种微粒：0

②在特定温度下，由稳定态单质生成Imol化合物的焰变叫做该物质在此温度下的标准摩尔生成焰。表

中为几种物质在298K的标准生成焰。

物质

CO2(g)CH4(g)H2O(g)H2(g)

标准摩尔生成焰/(kJ.moE)-393.51-74.85-241.820

则Sabatier反应CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)AHkJ-mol'o

③下列有关Sabatier反应说法正确的是=

A.输送进入Sabatier反应器的是电解水装置的阴极产物

B.采用高压和合适催化剂均有利于提高Sabatier反应的转化率

C.恒温条件下，在刚性容器中发生Sabatier反应，气体密度不变时，说明反应达到平衡

D.应该在Sabatier反应器的前端维持较高温度，后端维持较低温度

④一定条件下，CH4分解形成碳的反应历程如图所示，其中决定反应速率的是第步反应。

(2)航天员呼吸产生的CO2还可以利用Bosch反应：CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g)代替Sabatier

反应。在250℃时，向体积为2L恒容密闭容器中通入2moi氐和ImolCCh发生Bosch反应，测得容器内气

压变化如图所示。

①试解释容器内气压先增大后减小的原因：O

②该温度下Bosch反应的Kp=（写出计算过程，Kp为用气体的分压表示的平衡常数，分压=气

体的体积分数x体系总压）。

③在上图基础上画出其他条件相同，向体系加入催化剂时其压强随时间的变化曲线。—

【答案】⑴NH4+、SCV-等（2分）-164.98（2分）AD（2分）4或四（2分）

（2）该反应是放热反应，反应开始时容器内温度上升，压强增大，随着反应进行，反应气体分子体减少，

压强减小（2分）0.05（2分）(2分)

【解析】⑴①CH4为正四面体形，NH4\SO42-等立体结构均为正四面体形；②根据题给信息可得则

Sabatier反应的AH=（-74.85-2x241.82）kJmor1-（-393.51+0）kJ-mor1=-164.98kJ-mor1；③由图示,输送

进入Sabatier反应器的是H2,H2是电解水装置的阴极产物，A正确；催化剂不能改变Sabatier反应的转化

率，B错误；反应前后气体总质量不变，刚性容器体积不变，所示气体密度不变时不能说明反应达到平衡,

C错误；Sabatier反应器的前端维持较高温度是为了提高反应速率，后端维持较低温度是因为该反应放热，

低温可提高反应转化率，D正确；故选AD；④活化能最大的一步反应最慢，是决定反应速率的步骤，故为

第4步；（2）①该反应是放热反应，反应开始时容器内温度上升，压强增大，随着反应进行，反应气体分子

体减少，压强减小；②设反应转化了xmolCO2：

CO2(g)+2H2(g)UC(g)+2H2O(g)

起始(mol)120

变化(mol)X2x2x

平衡(mol)1-x2-2x2x

根据阿伏加德罗定律：-嗯解得%（。屋蓝图］。。厂03③加入催化剂只能加

快反应速率，可以缩短时间，但不改变平衡转化率，所以平衡时的压强不变，其他条件相同，向体系加入

120

催化剂时其压强随时间的变化曲线如100

8.(15分)研究含氮元素物质的反应对生产、生活、科研等方面具有重要的意义。

(1)发射“神舟十三”号的火箭推进剂为液态四氧化二氮和液态偏二甲肿(C2H82)。

己知：①C2H8N2⑴+4O2(g)=2CO2(g)+N2(g)+4H2O⑴A,=—2765.0kJ-moP1

②202(g)+N2(g)=N2O4(l)△%=—19.5kJmor1

③H2O(g)=H2O(l)Aft=-44.0kJ-moF1

则C2H8-⑴+2N2O4⑴=3N2(g)+2CO2(g)+4H2O(g)的NH为。

(2)碘蒸气存在能大幅度提高N2O的分解速率，反应历程为

第一步：l2(g)-2I(g)(快反应)

第二步：1(g)+N2O(g)->N2(g)+IO(g)(慢反应)

第三步：IO(g)+N2O(g)fN2(g)+C)2(g)+l(g)(快反应)

实验表明,含碘时N2。分解速率方程V=Oc(N2O>[c(l2)]°-5(k为速率常数)。下列表述正确的是(填

字母)。

A.N2。分解反应中，/值与碘蒸气浓度大小有关B.V(第二步的逆反应)<v(第三步反应)

C.10为反应的催化剂D.第二步活化能比第三步大

(3)为