30.化学反应原理
1．(一)以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]水溶液为原料，通过电解法可以
制备四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]，装置如图1所示。
(1) 收集到(CH3)4NOH的区域是 (填a、b、c或d)。
(2) 写出电池总反应。
(二)乙酸乙酯一般通过乙酸和乙醇酯化合成：
CH3COOH(l)＋C2H5OH(l) CH3COOC2H5(l)＋H2O(l) ΔH＝－kJ·mol－1
请完成：．．．的是。
A．反应体系中硫酸有催化作用
B．因为化学方程式前后物质的化学计量数之和相等，所以反应的ΔS等于零
C．因为反应的△H接近于零，所以温度变化对平衡转化率的影响大
D．因为反应前后都是液态物质，所以压强变化对化学平衡的影响可忽略不计
(2) 一定温度下该反应的平衡常数K＝。若按化学方程式中乙酸和乙醇的化学计量数比例投料，则乙酸乙酯的平衡产率y＝；若乙酸和乙醇的物质的量之比为n : 1，相应平衡体系中乙酸乙酯的物质的量分数为x，请在图2中绘制x随n变化的示意图(计算时不计副反应)。
(3) 工业上多采用乙酸过量的方法，将合成塔中乙酸、乙醇和硫酸混合液加热至110℃左右发生酯化反应并回流，直到塔顶温度达到70～71℃，开始从塔顶出料。控制乙酸过量的作用
有。
(4) 近年，科学家研究了乙醇催化合成乙酸乙酯的新方法：
2C2H5OH(g)CH3COOC2H5(g)＋2H2(g)
在常压下反应，冷凝收集，测得常温下液体收集物中主要产物的质量分数如图3所示。关于该方法，下列推测合理的是。
A．反应温度不宜超过300℃
B．增大体系压强，有利于提高乙醇平衡转化率
C．在催化剂作用下，乙醛是反应历程中的中间产物
D．提高催化剂的活性和选择性，减少乙醚、乙烯等副产物是工艺的关键
2．(一) 十氢萘是具有高储氢密度的氢能载体，经历“十氢萘(C10H18)→四氢萘(C10H12)→萘(C10H8)”的脱氢过程释放氢气。已知：
C10H18(l)C10H12(l)＋3H2(g) △H1,C10H12(l)C10H8(l)＋2H2(g) △H2
△H1＞△H2＞0；C10H18→C10H12的活化能为E a1，C10H12→C10H8的活化能为E a2，十氢萘的常压沸点为192℃；在192℃，液态十氢萘的脱氢反应的平衡转化率约为9％。请回答：
(1) 有利于提高上述反应平衡转化率的条件是。
A．高温高压B．低温低压C．高温低压D．低温高压
(2) 研究表明，将适量十氢萘置于恒容密闭反应器中，升高温度带来高压，该条件下也可显著释氢，
理由
是
。
(3) 温度335℃，在恒容密闭反应器中进行高压液态十氢萘（ mol）催化脱氢实验，
测得C10H12和C10H8的产率x1和x2（以物质的量分数计）随时间变化关系，如图1所示。
时间/h
图1
①在8 h时，反应体系内氢气的量为 mol（忽略其他副反应）。
②x1显著低于x2的原因
是
。
③在图2中绘制“C10H18→C10H12→C10H8”的“能量～反应过程”示意图
．．．。
(二) 科学家发现，以H2O和N2为原料，熔融NaOH－KOH为电解质，纳米Fe2O3作催化剂，在250℃和常压下
可实现电化学合成氨。阴极区发生的变化可视为按两步进行，请补充完整。
电极反应式：和2Fe＋3H2O ＋N2＝2NH3＋Fe2O3。
3．以氧化铝为原料，通过碳热还原法可合成氮化铝（AlN）；通过电解法可制取铝。电解铝时阳极产生的CO2可通过二氧化碳甲烷化再利用。请回答：(1) 已知：2Al2O3(s)= 4Al(g) ＋3O2(g) ΔH1＝3351 kJ·molˉ1
2C(s)＋O2(g)= 2CO(g) ΔH2＝－221 kJ·molˉ1 2Al(g)＋N2(g)= 2AlN(s) ΔH3＝－318 kJ·molˉ1
碳热还原Al2O3合成AlN的总热化学方程式是，该反应自发进行的条件。
(2) 在常压、Ru/TiO2催化下，CO2和H2混和气体(体积比1∶4，总物质的量a mol)进行反应，测得CO2转
化率、CH4和CO选择性随温度变化情况分别如图1和图2所示(选择性：转化的CO2中生成CH4或CO的百分比)。
反应Ⅰ.CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) ΔH4，反应Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH5
①下列说法不正确
．．．的是。
A．△H4小于零
B．温度可影响产物的选择性
C．CO2平衡转化率随温度升高先增大后减少
D．其他条件不变，将CO2和H2的初始体积比改变为1∶3，可提高CO2平衡转化率
② 350℃时，反应Ⅰ在t1时刻达到平衡，平衡时容器体积为V L，该温度下反应Ⅰ的平衡常数为
(用a、V表示)
③ 350℃下CH4物质的量随时间的变化曲线如图3所示。画出400℃下0~t1时刻CH4物质的量随时间的变化曲线。
(3) 据文献报道，CO2可以在碱性水溶液中电解生成甲烷，生成甲烷的电极反应式
是。
4．氯及其化合物在生活和生产中应用广泛。
(1) 已知：900 K时，4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)，反应自发。
①该反应是放热还是吸热，判断并说明理由。
②900 K时，体积比为4 ：l的HCl和O2在恒温恒容的密闭容器中发生反应，HCl的平衡转化率α(HCl)随压强(P)变化曲线如图。保持其他条件不变，升温到T K(假定反应历程不变)，请画出压强在×l05~×105 Pa范围内，HCl的平衡转化率α(HCl) 随压强(P)变化曲线示意图。
(2) 已知：Cl2(g) + 2NaOH(aq) =NaCl(aq) + NaClO(aq) + H2O(l) △H l = －102 kJ·molˉ1
3Cl2(g) + 6NaOH(aq) = 5NaCl(aq) + NaClO3(aq) + 3H2O(1) △H2 = －422 kJ·molˉ1
①写出在溶液中NaClO分解生成NaClO3的热化学方程
式: 。
②用过量的冷NaOH溶液吸收氯气，制得NaClO溶液(不含NaClO3)，此时ClOˉ的浓度为c0mol·Lˉ1；加
热时NaClO转化为NaClO3，测得t时刻溶液中ClOˉ浓度为c t mol·Lˉ1，写出该时刻溶液中Clˉ浓度的
表达式；c(Clˉ)= mol·L-1 (用c0、c t表示)。
③有研究表明，生成NaClO3的反应分两步进行：I. 2ClOˉ = ClO2ˉ+ Clˉ II. ClO2ˉ +
ClOˉ = ClO3ˉ+ Clˉ
常温下，反应II能快速进行，但氯气与NaOH溶液反应很难得到NaClO3，试用碰撞理论解释其原
因：
。
(3)电解NaClO3水溶液可制备NaClO4。在电解过程中由于阴极上吸附氢气，会使电解电压升高，电解效率
下降。为抑制氢气的产生，可选择合适的物质(不引入杂质)，写出该电解的总化学方程式
。
5．氨气及其相关产品是基本化工原料，在化工领域中具有重要的作用。
(1) 以Fe为催化剂， mol氮气和 mol氢气在恒温、容积恒定为
1 L的密闭容器中反应生成氨气，20 min后达到平衡，氮气的物质的量为 mol。①在第25min时，保持温
度不变，将容器体积迅速增大至2 L并保持恒容，体系达到平衡时N2的总转化率为%。请画出从第25 min
起H2的物质的量浓度随时间变化的曲线。
②该反应体系未达到平衡时，催化剂对逆反应速率的影响是
（填增大、减少或不变）。
(2) ①N2H4是一种高能燃料，有强还原性，可通过NH3和NaClO反应制得，写出该制备反应的化学方程式
。
②N2H4的水溶液呈弱碱性，室温下其电离常数K1≈×10－6，则mol·L－1 N2H4水溶液的pH等于
（忽略N2H4的二级电离和H2O的电离）。
③已知298K和101kPa条件下：N2(g) + 3H2(g)＝2NH3(g) ΔH1, 2H2(g) + O2(g)＝2H2O(l)
ΔH2,
2H2(g) + O2(g)＝2H2O(g) ΔH3, 4NH3(g) + O2(g)＝2N2H4(l) + 2H2O(l) ΔH4
则N2H4(l)的标准燃烧热ΔH
＝。
(3)科学家改进了NO2转化为HNO3的工艺(如虚框所示)，在较高的操作压力下，提高N2O4/H2O的质量比和O2
的用量，能制备出高浓度的硝酸。
实际操作中，应控制N2O4/H2O质量比高于，对此请给出合理解释
。
6．由某精矿石（MCO3·ZCO3）可以制备单质M，制备过程中排放出的二氧化碳可以作为原料制备甲醇，取
该矿石样品1.84g，高温灼烧至恒重，得到0.96g仅含两种金属氧化物的固体，其中m(M)︰m(Z)＝3︰5，请回答：(1) 该矿石的化学式
为。
(2) ①以该矿石灼烧后的固体产物为原料，真空高温条件下用单质硅还原，仅得到单质M和一种含氧酸盐
（只含Z、Si和O元素，且Z和Si的物质的量之比为2︰1）。写出该反应的化学方程
式。
②单质M还可以通过电解熔融MCl2得到。不能用电解MCl2溶液的方法制备M的理由
是
。
(3) 一定条件下，由CO2和H2制备甲醇的过程中含有下列反应：
反应1：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) △H1
反应2：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) △H2
反应3：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) △H3
其对应的平衡常数分别为K1、K2、K3，它们随温度变化的曲线如图1所示。则△H2 △H3（填“大于”、“小于”或“等于”），理由
是。
(4) 在温度T1时，使体积比为3︰1的H2和CO2在体积恒定的密闭容器内进行反应。T1温度下甲醇浓度随时
间变化曲线如图2所示；不改变其他条件，假定t时刻迅速降温到T2，一段时间后体系重新达到平衡。试在图2中画出t时刻后甲醇浓度随时间变化至平衡的示意曲线。
7．(1) 氮化铝(AlN)是一种人工合成的非氧化物陶瓷材料，可在温度高于1500℃时，通过碳热还原法制得。实验研究认为，该碳热还原反应分两步进行：①Al2O3在碳的还原作用下生成铝的气态低价氧化物X（X 中Al与O的质量比为 : 2）；②在碳存在下，X与N2反应生成AlN。请回答：(1)X的化学式
为。
(2) 碳热还原制备氮化铝的总反应化学方程式为：Al2O3(s) + 3C(s) + N2(g)2AlN(s) + 3CO(g)
①在温度、容积恒定的反应体系中，CO浓度随时间的变化关系
如下图曲线甲所示。下列说法不正确
．．．的是。
A．从a、b两点坐标可求得从a到b时间间隔内该化学反应的平均速率
B．c点切线的斜率表示该化学反应在t时刻的瞬时速率
C．在不同时刻都存在关系：v (N2) = 3v (CO)
D．维持温度、容积不变，若减少N2的物质的量进行反应，曲线甲将转变为曲线乙
②该反应在高温下自发进行，则随着温度升高，反应物Al2O3的平衡转化率
将，（填“增大”、“不变”或“减小”），理由是
。
③一定温度下，在压强为p的反应体系中，平衡时N2的转化率为α，CO的物质的量浓度为c；若温度不变，反应体系的压强减小为0. 5p，则N2的平衡转化率将α（填“<”、“＝”或“>”），平衡时CO的物质的量浓度。 A．小于 B．大于，小于c
C．等于c D．大于c
(3) 在氮化铝中加入氢氧化钠溶液，加热，吸收产生的氨气，进一步通过酸碱滴定法可以测定氮化铝产
品中氮的含量。写出上述过程中氮化铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程
式。
8．2016杭州G20峰会期间，中美两国共同交存参加《巴黎协定》法律文书，展示了应对全球性问题的雄心和决心。其中燃煤、汽车、工业尾气排放等途径产生的CO、NO x的有效消除成为环保领域的重要课题。请根据题目提供信息回答相关问题。Ⅰ．已知：N2(g) + O2(g) ＝ 2NO(g) ?H= + kJ·mol-1
2C(s) + O2(g) ＝2CO(g) ?H= kJ·mol-1 C(s) + O2(g) ＝CO2(g) ?H= kJ·mol-1 (1) 汽车尾气转化器中发生的反应为：2NO(g) + 2CO(g)N2(g) + 2CO2(g)，此反应的?H
= ；
(2) 汽车燃油不完全燃烧时产生CO,有人设想选择合适的催化剂按下列反应除去CO:2CO(g)＝
2C(s)+O2(g)，则该反应能否自发进行并说明理
由：
。
Ⅱ．已知：用NH3催化还原NO x时包含以下反应。
反应①：4NH3(g) + 6NO(g)5N2(g) + 6H2O(l) ?H1 < 0
反应②：4NH3(g) + 6NO2(g)5N2(g) + 3O2(g) + 6H2O(l) ?H2 > 0
反应③：2NO(g) + O2(g)2NO2(g) ?H3 < 0
(3) 为探究温度及不同催化剂对反应①的影响，分别在不同温度、不同催化剂下，保持其它初始条件不变重复实验，在相同时间内测得N2浓度变化情况如右图所示。下列说法正确的是。A．在催化剂甲的作用下反应的平衡常数比催化剂乙时大
B．反应在N点达到平衡，此后N2浓度减小的原因可能是温度升高，平衡向左移动
C．M点后N2浓度减小的原因可能是温度升高发生了副反应
D．M点后N2浓度减小的原因可能是温度升高催化剂活性降低了
(4) 右图中虚线为反应③在使用催化剂条件下，起始O2、NO投料比和NO平衡转化率的关系图。当其他条件完全相同时，用实线画出不使用催化剂情况下，起始O2、NO投料比和NO平衡转化率的关系示意图。
(5) 由NO 2、O 2、熔融盐NaNO 3组成的燃料电池如下图所示，在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y ，请写出石墨Ⅱ极的电极反应
式： 。
30.化学反应原理参考答案： 1．(一) (1) d
(2) 2(CH 3)4NCl ＋2H 2O 通电 2(CH 3)4NOH ＋ H 2↑＋ Cl 2↑ (二) (1) BC (2) (或67%)
(3) 提高乙醇转化率；提高反应温度，从而加快反应速率；有利于后续产物分离 (4) ACD
2．(一) (1) C
(2) 温度升高，加快反应速率；温度升高使平衡正移的作用大于压强增大使平衡逆移的作用。 (3) ① ②催化剂显著降低了C 10H 12→C 10H 8的活化能， 反应生成的C 10H 12快速转化为C 10H 8。 ③作图：
(二) Fe 2O 3＋6e －
＋3H 2O ＝2Fe ＋6OH －
3．(1) Al 2O 3(s)＋3C(s)＋N 2(g)= 2AlN(s)＋3CO(g) ΔH ＝1 026 kJ·mol －1
高温 (2) ①CD ②625V
2
a
2
③
(3) CO 2＋6H 2O ＋8e －
= CH 4＋8OH －
4．(1)①放热反应，ΔS <0且反应自发 ②
(2)①3NaClO (aq) = 2NaCl(aq)＋NaClO 3(aq) ΔH ＝－116 kJ·mol －1
②c 0＋
2c 0－c t
3(或5c 0－2c t 3
) ③反应Ⅰ的活化能高，
活化分子百分数低，不利于ClO －
向ClO －
3转化 (3) 2NaClO 3＋O 2通电2NaClO 4 5．
(1)
① ② 增大
(2) ① 2NH 3＋NaClO ＝N 2H 4＋NaCl ＋H 2O ② 10 ③ 32ΔH 2―ΔH 1―
1
2
ΔH 4
(3)
2N 2O 4＋2H 2O ＋O 2＝4HNO 3，N 2O 4/ H 2O 质量比等于时恰好完全反应；高于是为了提高N 2O 4浓度，有利于平衡正向移动，得到高浓度的硝酸。
6．(1)MgCO 3·CaCO 3
(2)①2MgO＋2CaO ＋Si=====高温
Ca 2SiO 4＋2Mg
②电解MgCl 2溶液时，阴极上H +
比Mg 2+
容易得电子，电极反应式2H 2O ＋2e －
= H 2↑＋2OH ˉ，所以不能得到Mg 单质
(3)小于 由图1可知，随着温度升高，K 1增大，则ΔH 1>0，根据盖斯定律又得ΔH 3＝ΔH 1＋ΔH 2，所以ΔH 2<ΔH 3 (4)
7．(1) Al 2O ； (2) ① CD ；
②增大；该反应在高温下自发，且△S ＞0，所以△H ＞0，即正反应为吸热反应，则升高温度，平衡向正方向移动。 ③＞；B ；
(3) AlN + NaOH + H 2O NaAlO 2 + NH 3↑
8．(1) kJ·molˉ1
(2) 否；该反应△H >0，△S <0 (3) CD (4) 画图实线与虚线重合 (5) O 2＋4e ˉ＋ 2N 2O 5=4NO 3ˉ