板塊三　化學(xué)反應(yīng)原理綜合

板塊三化學(xué)反應(yīng)原理綜合1.(2023·全國(guó)甲卷,28)甲烷選擇性氧化制備甲醇是一種原子利用率高的方法。回答下列問題:(1)已知下列反應(yīng)的熱化學(xué)方程式:NO.1

“品”高考考情——考什么?怎么考?精準(zhǔn)備考!反應(yīng)熱與化學(xué)平衡的綜合-307b(3)MO+分別與CH4、CD4反應(yīng),體系的能量隨反應(yīng)進(jìn)程的變化如圖所示(兩者歷程相似,圖中以CH4示例)。(ⅰ)步驟Ⅰ和Ⅱ中涉及氫原子成鍵變化的是

(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。

(ⅱ)直接參與化學(xué)鍵變化的元素被替換為更重的同位素時(shí),反應(yīng)速率會(huì)變慢,則MO+與CD4反應(yīng)的能量變化應(yīng)為圖中曲線

(填“c”或“d”)。

(ⅲ)MO+與CH2D2反應(yīng),氘代甲醇的產(chǎn)量CH2DOD

CHD2OH(填“>”“=”或“<”)。若MO+與CHD3反應(yīng),生成的氘代甲醇有

種。

Ⅰc<2解析:(3)(ⅰ)步驟Ⅰ涉及的是碳?xì)滏I的斷裂和氫氧鍵的形成,步驟Ⅱ中涉及碳氧鍵的形成,所以符合題意的是步驟Ⅰ。(ⅱ)直接參與化學(xué)鍵變化的元素被替換為更重的同位素時(shí),反應(yīng)速率會(huì)變慢,則此時(shí)正反應(yīng)活化能會(huì)增大,根據(jù)圖示可知,MO+與CD4反應(yīng)的能量變化應(yīng)為圖中曲線c。(ⅲ)MO+與CH2D2反應(yīng)時(shí),因直接參與化學(xué)鍵變化的元素被替換為更重的同位素時(shí),反應(yīng)速率會(huì)變慢,則單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)量會(huì)下降,實(shí)際生產(chǎn)中,在一定時(shí)間內(nèi)氘代甲醇的產(chǎn)量CH2DOD<CHD2OH;根據(jù)反應(yīng)機(jī)理可知,若MO+與CHD3反應(yīng),生成的氘代甲醇可能為CHD2OD或CD3OH,共2種。2.(2023·全國(guó)乙卷,28)硫酸亞鐵在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有許多用途,如可用作農(nóng)藥防治小麥黑穗病,制造磁性氧化鐵、鐵催化劑等。回答下列問題:(1)在N2氣氛中,FeSO4·7H2O的脫水熱分解過程如圖所示:根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果,可知x=

,y=

。

41(a+c-2b)32.25增大46.263.(2022·全國(guó)乙卷,28)油氣開采、石油化工、煤化工等行業(yè)廢氣普遍含有的硫化氫,需要回收處理并加以利用?；卮鹣铝袉栴}:(1)已知下列反應(yīng)的熱化學(xué)方程式:170(2)較普遍采用的H2S處理方法是克勞斯工藝。即利用反應(yīng)①和②生成單質(zhì)硫。另一種方法是,利用反應(yīng)④高溫?zé)岱纸釮2S。相比克勞斯工藝,高溫?zé)岱纸夥椒ǖ膬?yōu)點(diǎn)是

,缺點(diǎn)是

。

同時(shí)回收氫氣解析:(2)克勞斯工藝可以利用反應(yīng)①所產(chǎn)生的熱量,故在能量利用方面具有優(yōu)勢(shì)。反應(yīng)④高溫?zé)岱纸釮2S,優(yōu)點(diǎn)是在回收單質(zhì)硫的同時(shí),可以回收H2,反應(yīng)綠色、經(jīng)濟(jì),缺點(diǎn)是高溫耗能,對(duì)設(shè)備要求較高。高溫耗能(3)在1470K、100kPa反應(yīng)條件下,將n(H2S)∶n(Ar)=1∶4的混合氣進(jìn)行H2S熱分解反應(yīng)。平衡時(shí)混合氣中H2S與H2的分壓相等,H2S平衡轉(zhuǎn)化率為

,平衡常數(shù)Kp=

kPa。

50%4.76解析:(3)在1470K、100kPa反應(yīng)條件下,設(shè)硫化氫和氬的起始投料的物質(zhì)的量分別為1mol和4mol,列三段式(4)在1373K、100kPa反應(yīng)條件下,對(duì)于n(H2S)∶n(Ar)分別為4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19的H2S-Ar混合氣,熱分解反應(yīng)過程中H2S轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化如圖所示。①n(H2S)∶n(Ar)越小,H2S平衡轉(zhuǎn)化率

,理由是

。

解析:(4)在1373K、100KPa反應(yīng)條件下,對(duì)于H2S-Ar混合氣,由題圖可知,熱分解反應(yīng)過程中H2S平衡轉(zhuǎn)化率按曲線a、b、c、d、e的順序依次升高。①n(H2S)∶n(Ar)越小,表示反應(yīng)初始硫化氫分壓越小,惰性氣體分壓越大。硫化氫熱分解反應(yīng)為氣體分子數(shù)增加的反應(yīng),故等溫等壓下加入惰性氣體,平衡會(huì)向氣體分子數(shù)增加的方向移動(dòng),以達(dá)到新的平衡,即H2S平衡轉(zhuǎn)化率會(huì)提高。越高等溫等壓下加入惰性氣體,平衡向氣體分子數(shù)增加的方向移動(dòng)解析:②n(H2S)∶n(Ar)越小,H2S平衡轉(zhuǎn)化率越高,所以n(H2S)∶n(Ar)=1∶9對(duì)應(yīng)的曲線是d;根據(jù)圖像可知n(H2S)∶n(Ar)=1∶9、反應(yīng)進(jìn)行到0.1s時(shí)H2S轉(zhuǎn)化率為24%,在1373K、100kPa反應(yīng)條件下,設(shè)硫化氫和氬的起始投料的物質(zhì)的量分別為1mol和9mol,②n(H2S)∶n(Ar)=1∶9對(duì)應(yīng)圖中曲線

,計(jì)算其在0～0.1s之間,H2S分壓的平均變化率為

kPa·s-1。

d-24.94.(2021·全國(guó)乙卷,28)一氯化碘(ICl)是一種鹵素互化物,具有強(qiáng)氧化性,可與金屬直接反應(yīng),也可用作有機(jī)合成中的碘化劑?；卮鹣铝袉栴}:(1)歷史上海藻提碘中得到一種紅棕色液體,由于性質(zhì)相似,Liebig誤認(rèn)為是ICl,從而錯(cuò)過了一種新元素的發(fā)現(xiàn),該元素是

。

溴(或Br)解析:(1)高中階段常見的紅棕色物質(zhì)有液溴、Fe2O3、NO2(g),故此處所獲得的紅棕色液體為液溴,所含元素為溴元素。24.8①由圖可知,NOCl分解為NO和Cl2反應(yīng)的ΔH

0(填“大于”或“小于”)。

大于②反應(yīng)2ICl(g)Cl2(g)+I2(g)的K=

(用Kp1、Kp2表示);該反應(yīng)的ΔH

0(填“大于”或“小于”),寫出推理過程:

。

Kp1·Kp2大于圖像斜率可知,由T2到T1,lgKp1與lgKp2的變化量的關(guān)系為lgKp2(T1)-lgKp2(T2)>lgKp1(T2)-lgKp1(T1),lgKp1(T1)+lgKp2(T1)>lgKp1(T2)+lgKp2(T2),lg[Kp1(T1)·Kp2(T1)]>lg[Kp1(T2)·Kp2(T2)],則Kp1(T1)·Kp2(T1)>Kp1(T2)·Kp2(T2),則K(T1)>K(T2),即溫度升高,K增大,則ΔH>00.5溶液、電化學(xué)與化學(xué)平衡的綜合1.(2020·全國(guó)Ⅱ卷,26)化學(xué)工業(yè)為疫情防控提供了強(qiáng)有力的物質(zhì)支撐。氯的許多化合物既是重要化工原料,又是高效、廣譜的滅菌消毒劑。回答下列問題:(1)氯氣是制備系列含氯化合物的主要原料,可采用如圖(a)所示的裝置來制取。裝置中的離子膜只允許

離子通過,氯氣的逸出口是

(填標(biāo)號(hào))。

Na+a解析:(1)結(jié)合題圖(a)電解裝置,可知陰極上水電離出的H+得到電子生成H2,Na+從左側(cè)通過離子膜向陰極移動(dòng),即該裝置中的離子膜只允許Na+通過;電解時(shí)陽極上Cl-失去電子生成Cl2,Cl2在a出口逸出。10-7.5(3)Cl2O為淡棕黃色氣體,是次氯酸的酸酐,可由新制的HgO和Cl2反應(yīng)來制備,該反應(yīng)為歧化反應(yīng)(氧化劑和還原劑為同一種物質(zhì)的反應(yīng))。上述制備Cl2O的化學(xué)方程式為

。

(4)ClO2常溫下為黃色氣體,易溶于水,其水溶液是一種廣譜殺菌劑。一種有效成分為NaClO2、NaHSO4、NaHCO3的“二氧化氯泡騰片”,能快速溶于水,逸出大量氣泡,得到ClO2溶液。上述過程中,生成ClO2的反應(yīng)屬于歧化反應(yīng),每生成1molClO2消耗NaClO2的量為

mol;產(chǎn)生“氣泡”的化學(xué)方程式為

。

1.25(5)“84消毒液”的有效成分為NaClO,不可與酸性清潔劑混用的原因是

(用離子方程式表示)。工業(yè)上是將氯氣通入30%的NaOH溶液中來制備NaClO溶液,若NaClO溶液中NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%,則生產(chǎn)1000kg該溶液需消耗氯氣的質(zhì)量為

kg(保留整數(shù))。

203ΔH3=

kJ·mol-1。

89.3解析:(1)根據(jù)蓋斯定律,由①+②可得反應(yīng)③的ΔH3=89.3kJ·mol-1。40%3.56×104BD(3)環(huán)戊二烯容易發(fā)生聚合生成二聚體,該反應(yīng)為可逆反應(yīng)。不同溫度下,溶液中環(huán)戊二烯濃度與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系如圖所示,下列說法正確的是

(填標(biāo)號(hào))。

A.T1>T2B.a點(diǎn)的反應(yīng)速率小于c點(diǎn)的反應(yīng)速率C.a點(diǎn)的正反應(yīng)速率大于b點(diǎn)的逆反應(yīng)速率D.b點(diǎn)時(shí)二聚體的濃度為0.45mol·L-1CD解析:(3)溫度越高化學(xué)反應(yīng)速率越大,單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度減少越多,故T1<T2,故A錯(cuò)誤;化學(xué)反應(yīng)一般是先快后慢,圖中a點(diǎn)濃度變化大,c點(diǎn)濃度變化小,因此a點(diǎn)反應(yīng)速率大于c點(diǎn)反應(yīng)速率,故B錯(cuò)誤;a點(diǎn)、b點(diǎn)反應(yīng)一直在正向進(jìn)行,故v(正)>v(逆),a點(diǎn)反應(yīng)物濃度大于b點(diǎn),故a點(diǎn)的正反應(yīng)速率大于b點(diǎn)的逆反應(yīng)速率,故C正確;b點(diǎn)時(shí)環(huán)戊二烯濃度由1.5mol·L-1減小到0.6mol·L-1,減少了0.9mol·L-1,因此生成二聚體的濃度為0.45mol·L-1,故D正確。(4)環(huán)戊二烯可用于制備二茂鐵[Fe(C5H5)2,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為],后者廣泛應(yīng)用于航天、化工等領(lǐng)域中。二茂鐵的電化學(xué)制備原理如圖所示,其中電解液為溶解有溴化鈉(電解質(zhì))和環(huán)戊二烯的DMF溶液(DMF為惰性有機(jī)溶劑)。該電解池的陽極為

,總反應(yīng)為

。電解制備需要在無水條件下進(jìn)行,原因?yàn)?/p>

。

Fe電極水會(huì)阻礙中間物Na的生成;水會(huì)電解生成OH-,進(jìn)一步與Fe2+反應(yīng)生成Fe(OH)2可知反應(yīng)平衡常數(shù)K(300℃)

K(400℃)(填“大于”或“小于”)。設(shè)HCl初始濃度為c0,根據(jù)進(jìn)料濃度比c(HCl)∶c(O2)=1∶1的數(shù)據(jù)計(jì)算K(400℃)=

(列出計(jì)算式)。按化學(xué)計(jì)量比進(jìn)料可以保持反應(yīng)物高轉(zhuǎn)化率,同時(shí)降低產(chǎn)物分離的能耗。進(jìn)料濃度比c(HCl)∶c(O2)過低、過高的不利影響分別是

。

大于O2和Cl2分離能耗較高、HCl轉(zhuǎn)化率較低-116(3)在一定溫度的條件下,進(jìn)一步提高HCl的轉(zhuǎn)化率的方法是

。(寫出2種)

解析:(3)若想提高HCl的轉(zhuǎn)化率,應(yīng)該促使平衡正向移動(dòng),該反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng),根據(jù)勒夏特列原理,可以增大壓強(qiáng),使平衡正向移動(dòng),也可以及時(shí)除去產(chǎn)物,減小產(chǎn)物濃度,使平衡正向移動(dòng)。增加反應(yīng)體系壓強(qiáng)、及時(shí)除去產(chǎn)物(4)在傳統(tǒng)的電解氯化氫回收氯氣技術(shù)的基礎(chǔ)上,科學(xué)家最近采用碳基電極材料設(shè)計(jì)了一種新的工藝方案,主要包括電化學(xué)過程和化學(xué)過程,如圖所示:負(fù)極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)有

(寫反應(yīng)方程式)。電路中轉(zhuǎn)移1mol電子,需消耗氧氣

L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。

5.6命題點(diǎn)2023年2022年2021年2020年2019年甲乙甲乙甲乙ⅠⅡⅢⅠⅡⅢ熱化學(xué)方程式的書寫及反應(yīng)熱的比較與計(jì)算√√√√√√√√√√√√化學(xué)平衡狀態(tài)及移動(dòng)方向的判斷√√√有關(guān)化學(xué)反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率及平衡常數(shù)的計(jì)算√√√√√√√√√√√√速率、平衡圖像題的綜合分析√√√√√√√√√√√表達(dá)說理題的科學(xué)思維及答題規(guī)范√√√√√√√√電化學(xué)(見第一篇區(qū)間五)√√√化學(xué)反應(yīng)原理綜合題的考查內(nèi)容包含了熱化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡、溶液中的離子平衡、電化學(xué)等基本的化學(xué)反應(yīng)原理。試題的情境通常為化工生產(chǎn)中的實(shí)際反應(yīng),然后對(duì)此反應(yīng)從不同角度進(jìn)行設(shè)問來達(dá)到覆蓋化學(xué)反應(yīng)原理考查點(diǎn)的目的,各小題之間有一定的獨(dú)立性。通過對(duì)近五年高考試題的分析統(tǒng)計(jì),我們會(huì)發(fā)現(xiàn)①反應(yīng)熱的計(jì)算或比較,②平衡常數(shù)的計(jì)算,③速率、平衡圖像題的綜合分析等考查點(diǎn)比較穩(wěn)定。其中用氣體的分壓表示平衡體系的組成已成為近五年的固定模式,而對(duì)于溶液中的電離、水解、沉淀溶解平衡的考查則漸漸淡出,同時(shí)電化學(xué)時(shí)而進(jìn)入考查范圍。從近些年高考看,2022年、2023年此類題目均未涉及電化學(xué),最近的涉及電化學(xué)的此類題目是2020年的全國(guó)Ⅱ卷。從命題點(diǎn)輪動(dòng)角度預(yù)測(cè),2024年的高考應(yīng)該有較大可能在此類題目中出現(xiàn)電化學(xué)的考查,而最容易與此類題目產(chǎn)生關(guān)聯(lián)的是燃料電池或電解。NO.2

“拆”大題拆分——這么拆,這么練,各個(gè)擊破!必備知識(shí)熱化學(xué)方程式的書寫及反應(yīng)熱的比較與計(jì)算1.反應(yīng)熱的比較分清是ΔH還是熱量的比較。熱量無正負(fù),只比較數(shù)值;ΔH有正負(fù),比較大小注意帶符號(hào)比較。(1)直接比較法。①吸熱反應(yīng)的ΔH一定比放熱反應(yīng)的大(前者大于0,后者小于0)。②等量的可燃物完全燃燒所放出的熱量比不完全燃燒所放出的熱量多。③產(chǎn)物相同時(shí),同種氣態(tài)物質(zhì)燃燒放出的熱量比等量的固態(tài)物質(zhì)燃燒放出的熱量多。反應(yīng)物相同時(shí),生成同種液態(tài)物質(zhì)放出的熱量比生成等量的氣態(tài)物質(zhì)放出的熱量多。④對(duì)于可逆反應(yīng),因反應(yīng)不能進(jìn)行完全,實(shí)際反應(yīng)過程中放出或吸收的熱量要小于相應(yīng)熱化學(xué)方程式中的反應(yīng)熱數(shù)值。(2)圖示比較法。依據(jù)反應(yīng)物的總能量與生成物的總能量的高低關(guān)系比較ΔH的大小。(3)蓋斯定律法比較。如:,比較ΔH1與ΔH2的大小的方法。因ΔH1<0,ΔH2<0,ΔH3<0(均為放熱反應(yīng)),依據(jù)蓋斯定律得ΔH1=ΔH2+ΔH3,即|ΔH1|>|ΔH2|,所以ΔH1<ΔH2。2.反應(yīng)熱的三種計(jì)算方式(1)利用鍵能計(jì)算:ΔH=∑E(反應(yīng)物)-∑E(生成物),即ΔH等于反應(yīng)物的鍵能總和與生成物的鍵能總和之差。(2)由ΔH含義計(jì)算:ΔH=H(生成物)-H(反應(yīng)物),這類計(jì)算通常會(huì)通過圖像的方式給出計(jì)算所需的數(shù)據(jù)。(3)由蓋斯定律計(jì)算:蓋斯定律既可以計(jì)算出目標(biāo)反應(yīng)的ΔH,也可以得出目標(biāo)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。計(jì)算方法:①調(diào)方向:根據(jù)目標(biāo)方程式反應(yīng)物、生成物的位置,調(diào)整已知方程式的反應(yīng)方向。滿足目標(biāo)方程式各物質(zhì)的位置要求,注意方程式方向改變,ΔH符號(hào)隨之改變,但數(shù)值不變。②調(diào)化學(xué)計(jì)量數(shù):把目標(biāo)方程式中不存在的物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)調(diào)整為相等,ΔH隨之進(jìn)行調(diào)整,與化學(xué)計(jì)量數(shù)成比例。③相加:把調(diào)整好的方程式相加就得到目標(biāo)方程式,必要時(shí)可化簡(jiǎn)化學(xué)計(jì)量數(shù),同時(shí)也得到相應(yīng)方程式的反應(yīng)熱ΔH。3.熱化學(xué)方程式書寫中易出現(xiàn)的錯(cuò)誤(1)未標(biāo)明反應(yīng)物或生成物的狀態(tài)而造成錯(cuò)誤。(2)反應(yīng)熱的符號(hào)使用不正確,如放熱反應(yīng)未標(biāo)出“-”號(hào),從而導(dǎo)致錯(cuò)誤。(3)漏寫ΔH的單位,或者將ΔH的單位寫為kJ,從而造成錯(cuò)誤。(4)反應(yīng)熱的數(shù)值與方程式的化學(xué)計(jì)量數(shù)不對(duì)應(yīng)而造成錯(cuò)誤。(5)對(duì)燃燒熱、中和熱的概念理解不到位,忽略其標(biāo)準(zhǔn)是1mol可燃物或生成1molH2O(l)而造成錯(cuò)誤。素養(yǎng)提能1.(2021·全國(guó)甲卷,28節(jié)選)二氧化碳催化加氫制甲醇,有利于減少溫室氣體二氧化碳。回答下列問題:二氧化碳加氫制甲醇的總反應(yīng)可表示為:-49AΔH1為正值,ΔH2和ΔH為負(fù)值,反應(yīng)①的活化能大于反應(yīng)②的解析:由蓋斯定律可知,反應(yīng)①+反應(yīng)②得總反應(yīng),則總反應(yīng)的ΔH=ΔH1+ΔH2=+41kJ·mol-1+(-90kJ·mol-1)=-49kJ·mol-1。該總反應(yīng)是放熱反應(yīng),生成物的總能量比反應(yīng)物的總能量低,B、D錯(cuò)誤;反應(yīng)①為慢反應(yīng),是總反應(yīng)的決速步驟,則反應(yīng)①的活化能比反應(yīng)②的大,A正確,C錯(cuò)誤。2.(1)(2020·全國(guó)Ⅰ卷,28)釩催化劑參與反應(yīng)的能量變化如圖所示,V2O5(s)與SO2(g)反應(yīng)生成VOSO4(s)和V2O4(s)的熱化學(xué)方程式為:

。

物質(zhì)C2H6(g)C2H4(g)H2(g)燃燒熱ΔH/(kJ·mol-1)-1560-1411-286ΔH=

kJ·mol-1。

+1373.(2018·全國(guó)Ⅱ卷,27節(jié)選)CH4-CO2催化重整不僅可以得到合成氣(CO和H2),還對(duì)溫室氣體的減排具有重要意義。回答下列問題:該催化重整反應(yīng)的ΔH=

kJ·mol-1,有利于提高CH4平衡轉(zhuǎn)化率的條件是

(填標(biāo)號(hào))。

A.高溫低壓 B.低溫高壓C.高溫高壓 D.低溫低壓某溫度下,在體積為2L的容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化劑進(jìn)行重整反應(yīng),達(dá)到平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率是50%,其平衡常數(shù)為

mol2·L-2。

247A4.(2023·河北石家莊一模節(jié)選)二甲醚是重要的有機(jī)合成原料。工業(yè)上常用合成氣(主要成分為CO、H2)制備二甲醚,其主要反應(yīng)如下:-90.7(2)已知ΔG=ΔH-TΔS,ΔG隨溫度變化的三種趨勢(shì)如圖中線條所示。能用來表示反應(yīng)ⅰ的線條是

(填字母)。

解析:(2)反應(yīng)ⅰ為放熱的熵減反應(yīng),隨著溫度升高,ΔG會(huì)增大,故表示反應(yīng)ⅰ的線條是c。c5.(2023·四川自貢二診節(jié)選)CO2的轉(zhuǎn)化和利用是實(shí)現(xiàn)“碳中和”的有效途徑。其中CO2轉(zhuǎn)換為CH3OH被認(rèn)為是最可能利用的路徑,該路徑涉及反應(yīng)如下:請(qǐng)回答下列問題:(1)若已知H2和CO的燃燒熱,計(jì)算反應(yīng)Ⅱ的ΔH2,還需要的一個(gè)只與水有關(guān)的物理量為

。

(2)在催化劑條件下,反應(yīng)Ⅰ的反應(yīng)機(jī)理和相對(duì)能量變化如圖所示(吸附在催化劑表面上的粒子用*標(biāo)注,TS為過渡態(tài))。H2O*1.406.(2023·江西南昌一模節(jié)選)近年,甲醇的制取與應(yīng)用在全球引發(fā)了關(guān)于“甲醇經(jīng)濟(jì)”的廣泛探討。利用烯烴催化制取甲醇,制取過程中發(fā)生如下反應(yīng):根據(jù)圖判斷:ΔH2=

(用含ΔH1和ΔH3的計(jì)算式表示),反應(yīng)Ⅲ的ΔHθ=

kJ/mol。

-100必備知識(shí)化學(xué)平衡狀態(tài)及移動(dòng)方向的判斷1.影響反應(yīng)速率的因素(1)內(nèi)因。在相同條件下,不同的化學(xué)反應(yīng)會(huì)有不同的速率,這表明反應(yīng)速率首先是由反應(yīng)物的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等因素決定的。(2)外因。濃度、壓強(qiáng)、溫度、催化劑、光照、接觸面積等。注意:①壓強(qiáng)(p)對(duì)速率影響的實(shí)質(zhì)是改變了濃度,若壓強(qiáng)改變但不改變濃度則不影響速率。②“惰性氣體”對(duì)反應(yīng)速率的影響。③溫度過高催化劑會(huì)失去活性,所以有催化劑的反應(yīng)溫度升高速率不一定增大。(3)催化劑的催化原理與活化能。①催化劑的催化原理主要是改變反應(yīng)的路徑,生成多種中間產(chǎn)物,催化反應(yīng)往往由多步基元反應(yīng)組成,其中活化能最大的基元反應(yīng),反應(yīng)速率最小,決定整個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)速率。②催化歷程總體上可分為吸附—反應(yīng)—脫附三個(gè)階段,每個(gè)階段可能包含多步反應(yīng)。首先,反應(yīng)物分子被吸附在催化劑表面,催化劑與反應(yīng)物分子反應(yīng)生成中間產(chǎn)物,然后,這些中間產(chǎn)物繼續(xù)反應(yīng)或脫離催化劑表面生成最終產(chǎn)物。③由于在整個(gè)化學(xué)反應(yīng)中催化劑經(jīng)歷了反應(yīng)又生成的變化,所以催化劑在整個(gè)反應(yīng)前后化學(xué)組成沒有發(fā)生變化,但是催化劑的物理狀態(tài)可能會(huì)發(fā)生變化(塊狀、顆粒變?yōu)榉勰?。2.影響化學(xué)平衡的因素(1)化學(xué)平衡移動(dòng)的判斷。注意:①壓強(qiáng)的影響的實(shí)質(zhì)是濃度的影響,所以只有當(dāng)“改變”造成濃度改變時(shí),平衡才有可能移動(dòng)。②化學(xué)平衡移動(dòng)的目的是“減弱”外界條件的改變,而不是“抵消”外界條件的改變。也就是說,新平衡建立后該物理量介于改變前后的值之間。如將體系溫度從50℃升高到80℃,則化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng),達(dá)到新平衡狀態(tài)時(shí),體系溫度:50℃<T<80℃。(2)“惰性氣體(對(duì)反應(yīng)無關(guān)的氣體)”對(duì)化學(xué)平衡的影響。①恒溫、恒容時(shí):充入惰性氣體,體系的總壓強(qiáng)增大,但各反應(yīng)成分的濃度不變,即各反應(yīng)氣體的分壓不變,平衡不移動(dòng)。②恒溫、恒壓時(shí):充入惰性氣體,容器容積增大,各反應(yīng)氣體的濃度減小,相當(dāng)于減壓,化學(xué)平衡向著氣體體積增大的方向移動(dòng)。3.化學(xué)平衡狀態(tài)的判定(1)直接判定:v正=v逆(實(shí)質(zhì))。(2)間接判定。某物理量隨著化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變化,我們稱之為變量,當(dāng)該物理量不再變化時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡,即“變量不變,達(dá)平衡”。4.分析化學(xué)平衡移動(dòng)的特殊方法(1)在分析化學(xué)平衡移動(dòng)前后,體系顏色、壓強(qiáng)、濃度等的變化時(shí),我們可以把整個(gè)過程分為兩個(gè)階段:第一階段只考慮物理過程(如減小容器容積),然后確定顏色、壓強(qiáng)、濃度等的變化;第二階段再考慮平衡的移動(dòng),在上面判斷的基礎(chǔ)上考慮相關(guān)因素的變化。(2)虛擬過程法判斷化學(xué)平衡移動(dòng):在判斷化學(xué)平衡移動(dòng)時(shí),如果不好直接得出結(jié)論,可用構(gòu)造虛擬過程的方法,比如在一定溫度下,向2molSO2和1molO2在容器甲中建立的平衡體系中,再加入2molSO2和1molO2的混合氣體,可假定在另一個(gè)相同容積的容器乙中先建立平衡,此時(shí)這兩個(gè)平衡體系完全一致,然后把乙中氣體壓入容器甲,甲中各物質(zhì)的物質(zhì)的量瞬間增倍,隨后平衡右移。5.等效平衡(1)等效平衡的概念。在一定條件下,同一可逆反應(yīng)體系,不管是從正反應(yīng)開始,還是從逆反應(yīng)開始,在達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí),任何相同組分的百分含量(體積分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)等)均相同,這樣的化學(xué)平衡互稱等效平衡。(2)等效平衡的判定。①恒溫、恒容條件。a.反應(yīng)前后氣體分子數(shù)改變的可逆反應(yīng):對(duì)于幾種不同的起始狀態(tài),如果通過化學(xué)方程式的化學(xué)計(jì)量數(shù)轉(zhuǎn)換為反應(yīng)同一側(cè)(“一邊倒”換算),與原平衡完全相同,則達(dá)平衡后與原平衡等效。b.反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的可逆反應(yīng):對(duì)于幾種不同的起始狀態(tài),通過化學(xué)方程式的化學(xué)計(jì)量數(shù)轉(zhuǎn)換為反應(yīng)同一側(cè),只要各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比與原平衡相同,則達(dá)平衡后與原平衡等效。②恒溫、恒壓條件。不管反應(yīng)前后氣體分子數(shù)是否改變,對(duì)于幾種不同的起始狀態(tài),通過化學(xué)方程式的化學(xué)計(jì)量數(shù)轉(zhuǎn)換為反應(yīng)同一側(cè),只要各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比與原平衡相同,則達(dá)平衡后與原平衡等效。素養(yǎng)提能升高溫度減小壓強(qiáng)(增大體積)(2)(2020·全國(guó)Ⅲ卷,28)CO2催化加氫生成乙烯和水的反應(yīng)中,產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比(C2H4)∶n(H2O)=

。當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),若增大壓強(qiáng),則n(C2H4)

(填“變大”“變小”或“不變”)。

1∶4變大2.(2019·全國(guó)Ⅰ卷,28節(jié)選)水煤氣變換[CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)]是重要的化工過程,主要用于合成氨、制氫以及合成氣加工等工業(yè)領(lǐng)域中?；卮鹣铝袉栴}:(1)Shibata曾做過下列實(shí)驗(yàn):①使純H2緩慢地通過處于721℃下的過量氧化鈷CoO(s),氧化鈷部分被還原為金屬鈷Co(s),平衡后氣體中H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.0250。②在同一溫度下用CO還原CoO(s),平衡后氣體中CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.0192。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果判斷,還原CoO(s)為Co(s)的傾向是CO

H2(填“大于”或“小于”)。

大于(2)721℃時(shí),在密閉容器中將等物質(zhì)的量的CO(g)和H2O(g)混合,采用適當(dāng)?shù)拇呋瘎┻M(jìn)行反應(yīng),則平衡時(shí)體系中H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為

(填標(biāo)號(hào))。

A.<0.25

B.0.25

C.0.25～0.50D.0.50

E.>0.50C3.(2023·四川綿陽二診)二氧化碳的吸收和利用是實(shí)現(xiàn)“碳中和”的重要途徑,利用二氧化碳合成二甲醚方法通常是CO2和H2先合成甲醇,再由甲醇脫水制備二甲醚。合成二甲醚的關(guān)鍵是合成甲醇:(1)恒容絕熱容器中,一定能說明反應(yīng)Ⅰ已達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是

(填字母)。

A.3v正(H2)=v逆(CH3OH)B.n(CO2)∶n(H2)∶n(CH3OH)∶n(H2O)=1∶3∶1∶1C.氣體的密度保持不變D.容器內(nèi)氣體的溫度保持不變D解析:(1)根據(jù)熱化學(xué)方程式,v正(H2)=3v正(CH3OH),則甲醇正、逆反應(yīng)速率不同,反應(yīng)未達(dá)到平衡,A錯(cuò)誤;n(CO2)∶n(H2)∶n(CH3OH)∶n(H2O)=1∶3∶1∶1,這與初始的投料比及反應(yīng)進(jìn)行程度有關(guān),無法說明反應(yīng)達(dá)到平衡,B錯(cuò)誤;在恒容容器中,氣體的質(zhì)量和體積始終不變,則氣體密度始終不變,無法說明反應(yīng)達(dá)到平衡,C錯(cuò)誤;該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng),在恒容、絕熱容器中氣體溫度保持不變,說明正、逆反應(yīng)速率相同,反應(yīng)達(dá)到平衡,D正確。(2)合成甲醇時(shí)存在逆水汽變換:Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

ΔH>0,按照n(CO2)∶n(H2)=1∶3投料,保持壓強(qiáng)為5MPa下達(dá)到平衡時(shí),CO和CH3OH在含碳產(chǎn)物中物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)及CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖所示,圖中

(填“a”或“b”)表示甲醇在含碳產(chǎn)物中物質(zhì)的量分?jǐn)?shù),CO2的轉(zhuǎn)化率在270℃之后隨溫度升高而增大的原因是

。

a溫度高于270℃,反應(yīng)Ⅰ平衡逆向移動(dòng),而反應(yīng)Ⅱ平衡正向移動(dòng)且程度更大,所以CO2轉(zhuǎn)化率增大解析:(2)反應(yīng)Ⅰ為放熱反應(yīng),反應(yīng)Ⅱ?yàn)槲鼰岱磻?yīng),隨著溫度升高,反應(yīng)Ⅰ化學(xué)平衡逆向移動(dòng),反應(yīng)Ⅱ化學(xué)平衡正向移動(dòng),則CO在含碳產(chǎn)物中物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度的升高而增大,甲醇在含碳產(chǎn)物中物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度的升高而減小,故代表甲醇在含碳產(chǎn)物中物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)的曲線是a。溫度高于270℃,反應(yīng)Ⅰ平衡逆向移動(dòng),而反應(yīng)Ⅱ平衡正向移動(dòng)且程度更大,所以CO2轉(zhuǎn)化率增大。(1)生產(chǎn)中,欲既提高CO的轉(zhuǎn)化率,又增大反應(yīng)速率,可采取的一項(xiàng)措施是

。

提高H2O(g)的濃度解析:(1)題給反應(yīng)為氣體體積不變的放熱反應(yīng),生產(chǎn)中可增大反應(yīng)物水蒸氣的濃度,使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),既提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率,又增大反應(yīng)速率。(2)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其他條件不變,在體系中投入一定量CaO可以增大H2的體積分?jǐn)?shù),從化學(xué)平衡的角度解釋原因:

。

解析:(2)其他條件不變,在體系中投入一定量氧化鈣,氧化鈣與生成物二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣,生成物濃度減小,平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),氫氣的體積分?jǐn)?shù)增大。CaO可以和生成物CO2反應(yīng),降低生成物的濃度,使平衡正向移動(dòng)CD圖中縱坐標(biāo)為物質(zhì)

的轉(zhuǎn)化率,若T1<T2,則該反應(yīng)為

(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。

I-放熱解析:(2)增大c(Fe3+),I-的轉(zhuǎn)化率增大,所以圖中縱坐標(biāo)為I-的轉(zhuǎn)化率;若T1<T2,根據(jù)題圖所示,升高溫度,轉(zhuǎn)化率降低,說明平衡逆向移動(dòng),則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。必備知識(shí)有關(guān)化學(xué)反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率及平衡常數(shù)的計(jì)算1.化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算與比較(1)化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算。(2)化學(xué)反應(yīng)速率的比較(注意把速率的單位換算成相同單位)。①用不同物質(zhì)表示的化學(xué)反應(yīng)速率要通過化學(xué)計(jì)量數(shù)轉(zhuǎn)化為同一物質(zhì)后再作比較。②通過反應(yīng)條件比較大小,高溫、高壓、增大濃度、使用催化劑時(shí)化學(xué)反應(yīng)速率都要增大。③對(duì)于有催化劑存在的多步反應(yīng),活化能小的反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率大于活化能大的反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率。2.轉(zhuǎn)化率、平衡常數(shù)的計(jì)算②化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān),與反應(yīng)物或生成物的濃度無關(guān)。③平衡常數(shù)表達(dá)式與化學(xué)方程式的書寫形式有關(guān)。正、逆反應(yīng)平衡常數(shù)互為倒數(shù);化學(xué)計(jì)量數(shù)變?yōu)閚倍,K變?yōu)镵n。(3)壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp。①Kp僅適用于氣相發(fā)生的反應(yīng)。②在氣相的化學(xué)平衡體系中,用各氣體物質(zhì)的分壓替代濃度計(jì)算得到的平衡常數(shù)就是壓強(qiáng)平衡常數(shù)。④各組分分壓=總壓×各組分物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。3.基元反應(yīng)與化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)(1)基元反應(yīng)。①基元反應(yīng)是指在反應(yīng)中,反應(yīng)物粒子一步直接轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的反應(yīng)。②絕大多數(shù)的反應(yīng)不是基元反應(yīng),需要經(jīng)歷若干個(gè)基元反應(yīng)才能完成。(2)化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)。(3)速率常數(shù)k正、k逆與化學(xué)平衡常數(shù)K的關(guān)系。4.熟練運(yùn)用“三段式”法進(jìn)行平衡的相關(guān)計(jì)算5.化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用(1)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。通過與濃度商的大小比較,判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。若Qc<K,v(正)>v(逆),反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行。若Qc=K,v(正)=v(逆),反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。若Qc>K,v(正)<v(逆),反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行。(2)判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)。升高溫度,K增大,則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng);升高溫度,K減小,則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。素養(yǎng)提能①343K時(shí)反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率α=

%。平衡常數(shù)K343K=

(保留2位小數(shù))。

220.02②在343K下:要提高SiHCl3轉(zhuǎn)化率,可采取的措施是

;要縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間,可采取的措施有

、

。

及時(shí)移去產(chǎn)物改進(jìn)催化劑提高反應(yīng)物壓強(qiáng)(濃度)解析:②在343K時(shí),要提高SiHCl3轉(zhuǎn)化率,可采取的措施是及時(shí)移去產(chǎn)物,使平衡向右移動(dòng);要縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間,需加快化學(xué)反應(yīng)速率,可采取的措施有提高反應(yīng)物壓強(qiáng)或濃度、改進(jìn)催化劑等。大于1.3①將組成(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))為2m%SO2(g)、m%O2(g)和q%N2(g)的氣體通入反應(yīng)器,在溫度t、壓強(qiáng)p條件下進(jìn)行反應(yīng)。平衡時(shí),若SO2轉(zhuǎn)化率為α,則SO3壓強(qiáng)為

,平衡常數(shù)Kp=

(以分壓表示,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

曲線上v最大值所對(duì)應(yīng)溫度稱為該α′下反應(yīng)的最適宜溫度tm。t<tm時(shí),v逐漸提高;t>tm后,v逐漸下降。原因是

。

升高溫度,k增大使v逐漸提高,但α降低使v逐漸下降。t<tm時(shí),k增大對(duì)v的提高大于α引起的降低;t>tm后,k增大對(duì)v的提高小于α引起的降低解析:②升高溫度,反應(yīng)速率常數(shù)k增大,反應(yīng)速率v提高,但α降低使反應(yīng)速率v逐漸下降。t<tm時(shí),k增大對(duì)v的提高大于α引起的降低;t>tm后,k增大對(duì)v的提高小于α引起的降低。①容器中通入等物質(zhì)的量的乙烷和氫氣,在等壓下(p)發(fā)生上述反應(yīng),乙烷的平衡轉(zhuǎn)化率為α。反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=

(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

(ⅰ)設(shè)反應(yīng)開始時(shí)的反應(yīng)速率為r1,甲烷的轉(zhuǎn)化率為α?xí)r的反應(yīng)速率為r2,則r2=

r1。

(ⅱ)對(duì)于處于初期階段的該反應(yīng),下列說法正確的是

。

A.增加甲烷濃度,r增大B.增加H2濃度,r增大C.乙烷的生成速率逐漸增大D.降低反應(yīng)溫度,k減小(1-α)AD(1)用CO2來表示5min內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)速率v(CO2)=

。

0.002mol/(L·min)(2)其他條件相同時(shí),若只改變某一條件,曲線由Ⅰ變化為Ⅱ,則改變的條件是

。

加入合適的催化劑解析:(2)從題圖中可知,曲線Ⅱ反應(yīng)速率比曲線Ⅰ大,而且達(dá)到平衡時(shí)壓強(qiáng)不變說明平衡時(shí)各氣體的物質(zhì)的量與原平衡時(shí)相同,說明平衡未發(fā)生移動(dòng),則改變的條件為加入合適的催化劑。4.44×10-11在t℃、壓強(qiáng)為0.9MPa條件下,向一恒壓密閉容器中通入氫氮比為3的混合氣體,體系中氣體的含量與時(shí)間變化關(guān)系如圖所示:反應(yīng)20min達(dá)到平衡,試求0～20min內(nèi)氨的平均反應(yīng)速率v(NH3)=

MPa·min-1,該反應(yīng)的Kp=

(MPa-2)(保留兩位小數(shù))。(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù))

0.0050.235.(2023·河北石家莊一模節(jié)選)二甲醚是重要的有機(jī)合成原料,工業(yè)上常用合成氣(主要成分為CO、H2)制備二甲醚,其主要反應(yīng)如下:(1)一定溫度下,在體積為2L的密閉容器中充入4molCO(g)和8molH2(g)制備二甲醚,4min時(shí)達(dá)到平衡,平衡時(shí)CO(g)的轉(zhuǎn)化率為80%,c(H2)=1.4mol/L,且c(CH3OH)=2c(CH3OCH3)。①0～4min內(nèi),v(CO)=

mol/(L·min)。

0.4②反應(yīng)ⅲ的平衡常數(shù)Kc=

(保留三位有效數(shù)字)。

4.67(2)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中,需要在260℃、壓強(qiáng)恒為4.0MPa的反應(yīng)釜中進(jìn)行上述反應(yīng)。初始時(shí)向反應(yīng)釜中加入0.01molCO(g)和0.02molH2(g),為確保反應(yīng)的連續(xù)性,需向反應(yīng)釜中以n(CO)∶n(H2)=1∶2、進(jìn)氣流量0.03mol/min持續(xù)通入原料,同時(shí)控制出氣流量。①需控制出氣流量小于進(jìn)氣流量的原因?yàn)?/p>

。

反應(yīng)釜要求壓強(qiáng)恒定,而反應(yīng)ⅰ為氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)解析:(2)①反應(yīng)釜要求壓強(qiáng)恒定,而反應(yīng)ⅰ為氣體分子數(shù)減少的反應(yīng),會(huì)導(dǎo)致壓強(qiáng)減小,故需控制出氣流量小于進(jìn)氣流量。②已知出氣流量為0.02mol/min,單位時(shí)間內(nèi)CO(g)的轉(zhuǎn)化率為60%,則流出氣體中CO2(g)的百分含量為

。

5%回答下列問題:(1)催化劑的選擇是CO2甲烷化技術(shù)的核心。在兩種不同催化劑條件下反應(yīng)相同時(shí)間,測(cè)得CO2轉(zhuǎn)化率和生成CH4選擇性隨溫度的變化如圖所示。對(duì)比上述兩種催化劑的催化性能,工業(yè)上應(yīng)選擇的催化劑是

,使用的合適溫度為

。

Ni-CeO2320℃解析:(1)由題圖可知使用Ni-CeO2催化劑時(shí)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率比使用Ni催化劑時(shí)要高,同時(shí)使用Ni-CeO2催化劑時(shí)甲烷的選擇性也高于使用Ni催化劑時(shí),因此應(yīng)用Ni-CeO2作催化劑,溫度應(yīng)選320℃。(2)在某溫度下,向恒容容器中充入7molCO2和12molH2,初始?jí)簭?qiáng)為19kPa,反應(yīng)經(jīng)10min達(dá)到平衡,此時(shí)p(H2O)=5kPa,p(CO)=4kPa,則總反應(yīng)的v(H2)=

kPa/min。試計(jì)算該溫度下反應(yīng)①的Kp1=

(用平衡分壓代替平衡濃度);在該平衡體系,若保持溫度不變壓縮容器的體積,CH4的物質(zhì)的量

(填“增加”“減少”或“不變”),反應(yīng)①的平衡將

(填“正向”“逆向”或“不”)移動(dòng)。

0.6增加正向(3)為研究反應(yīng)過程的熱效應(yīng),一定溫度范圍內(nèi)對(duì)上述反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp進(jìn)行計(jì)算,得lgKp～T的線性關(guān)系如圖所示。則T1溫度下Kp1=

,從圖像分析反應(yīng)①的ΔH1

(填“>”“<”或“=”)0。

1>必備知識(shí)速率、平衡圖像題的綜合分析1.高考中速率、平衡圖像題的特點(diǎn)(1)近四年高考試題速率、平衡圖像的呈現(xiàn)。高考試題化學(xué)反應(yīng)圖像縱、橫坐標(biāo)設(shè)問點(diǎn)涉及知識(shí)點(diǎn)2023年全國(guó)甲卷MO++CH4

M++CH3OHx與時(shí)間的關(guān)系圖像的識(shí)別;轉(zhuǎn)化率的計(jì)算速率的影響因素

(2)化學(xué)平衡相關(guān)圖像題目的特點(diǎn)。①把可逆化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)通過圖像展示給考生,要求考生通過對(duì)圖像的解讀獲取反應(yīng)相關(guān)信息來解答問題。②圖像從2019年的速率圖像過渡為近四年的平衡圖像,涉及的化學(xué)反應(yīng)主要是容器中氣體間的反應(yīng)。③圖像的橫坐標(biāo)基本是溫度、時(shí)間、壓強(qiáng);縱坐標(biāo)多為平衡氣體分壓(各組分物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)×總壓)、濃度、反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率等。2021年開始變化較大,縱坐標(biāo)引入壓強(qiáng)平衡常數(shù)的對(duì)數(shù),橫坐標(biāo)把溫度轉(zhuǎn)變?yōu)闇囟鹊牡箶?shù)。同時(shí)開始出現(xiàn)多坐標(biāo)軸,實(shí)際是把兩個(gè)圖像呈現(xiàn)在一幅圖中,需要分清曲線對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)軸。這些創(chuàng)新會(huì)成為以后平衡圖像試題的一個(gè)方向。④從上面的總結(jié)中可以看出,平衡圖像類題目解答所用的理論依據(jù)基本都是條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的影響。2.化學(xué)反應(yīng)速率、平衡圖像的解答方法(1)圖像信息的獲取。①看軸:弄清縱、橫坐標(biāo)的物理含義。②看面:分析多條曲線的差異(不同溫度、不同壓強(qiáng))與相互關(guān)系。③看線:弄清線的走向、變化趨勢(shì)及線的陡與平所代表的化學(xué)意義;把線的變化趨勢(shì)解讀為可逆反應(yīng)的特點(diǎn)(ΔH、反應(yīng)前后氣體的變化)。④看點(diǎn):弄清曲線上點(diǎn)的含義,特別是一些特殊點(diǎn),如與坐標(biāo)軸的交點(diǎn)、曲線的交點(diǎn)、拐點(diǎn)、最高點(diǎn)與最低點(diǎn)等;這些特殊點(diǎn)的數(shù)值是相關(guān)計(jì)算的依據(jù)。(2)圖像信息的應(yīng)用。①在準(zhǔn)確解讀圖像信息的基礎(chǔ)上,對(duì)試題信息進(jìn)行加工處理。②找準(zhǔn)切入口,用好圖像信息。a.從曲線的變化趨勢(shì)著手。通過溫度、壓強(qiáng)對(duì)可逆反應(yīng)平衡影響的特點(diǎn),確定化學(xué)反應(yīng)的ΔH以及反應(yīng)前后氣體分子數(shù)的變化。b.從點(diǎn)入手。尤其是給出坐標(biāo)數(shù)值的點(diǎn)(包括坐標(biāo)軸上的起點(diǎn)),這些都是進(jìn)行平衡相關(guān)計(jì)算(轉(zhuǎn)化率、平衡常數(shù)、反應(yīng)速率等)的數(shù)據(jù)信息來源。c.分清直線(水平段居多)、曲線變化(上升、下降、平緩、轉(zhuǎn)折等)代表的化學(xué)含義,同時(shí)對(duì)走勢(shì)有轉(zhuǎn)折變化的曲線,要分段分析,找出各段曲線的變化趨勢(shì)及其含義,每一段可能發(fā)生了不同的反應(yīng)。素養(yǎng)提能-49解析:(1)①由蓋斯定律可知,反應(yīng)a+反應(yīng)b得總反應(yīng),則總反應(yīng)的ΔH=ΔH1+ΔH2=+41kJ·mol-1+(-90kJ·mol-1)=-49kJ·mol-1。②合成總反應(yīng)在起始物n(H2)/n(CO2)=3時(shí),在不同條件下達(dá)到平衡,設(shè)體系中甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為x(CH3OH),在t=250℃下的x(CH3OH)～p、在p=5×105Pa下的x(CH3OH)～t如圖所示。圖中對(duì)應(yīng)等壓過程的曲線是

,判斷的理由是

;

當(dāng)x(CH3OH)=0.10時(shí),CO2的平衡轉(zhuǎn)化率α=

,反應(yīng)條件可能為

或

。

b總反應(yīng)ΔH<0,升高溫度時(shí)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)變小33.3%

5×105Pa,210℃9×105Pa,250℃由圖可知,NOCl分解為NO和Cl2反應(yīng)的ΔH

0(填“大于”或“小于”)。

大于0.975該反應(yīng)氣體分子數(shù)減少,增大壓強(qiáng),α提高。5.0MPa>2.5MPa=p2,所以p1=5.0MPa溫度、壓強(qiáng)和反應(yīng)物的起始濃度(組成)解析:(1)由題給反應(yīng)式知,該反應(yīng)為氣體分子數(shù)減少的反應(yīng),其他條件一定時(shí),增大壓強(qiáng),SO2平衡轉(zhuǎn)化率增大,故p1=5.0MPa。結(jié)合題圖知5.0MPa、550℃時(shí)對(duì)應(yīng)的SO2平衡轉(zhuǎn)化率為0.975。影響平衡轉(zhuǎn)化率的因素有溫度、壓強(qiáng)、反應(yīng)物的起始濃度等。(2)(2020·全國(guó)Ⅲ卷,28)CO2催化加氫生成乙烯和水的反應(yīng)中,理論計(jì)算表明,原料初始組成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,在體系壓強(qiáng)為0.1MPa,反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),四種組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)x隨溫度T的變化如圖所示。圖中,表示C2H4、CO2變化的曲線分別是

、

。CO2催化加氫合成C2H4反應(yīng)的ΔH

0(填“大于”或“小于”)。根據(jù)圖中點(diǎn)A(440K,0.39),計(jì)算該溫度時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=

(MPa)-3(列出計(jì)算式。以分壓表示,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

dc小于3.(2023·河北衡水模擬)1,6-己二醇是一種重要的化工原料,與乙二醇相比,用1,6-己二醇為原料制備的聚酯具有更為優(yōu)異的柔韌性和抗腐蝕性。工業(yè)上利用己二酸二甲酯加氫制備1,6-己二醇,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為科研小組在高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行催化加氫反應(yīng),對(duì)己二酸二甲酯制備1,6-己二醇的工藝條件進(jìn)行了研究。圖甲和圖乙為此反應(yīng)在相同時(shí)間內(nèi),反應(yīng)壓力、反應(yīng)溫度與反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和1,6-己二醇選擇性的變化關(guān)系。(1)由圖可知,在壓強(qiáng)為27MPa時(shí),己二酸二甲酯制備1,6-己二醇應(yīng)選擇的合適溫度為

;選擇此溫度的理由是

;當(dāng)260℃時(shí),轉(zhuǎn)化率隨著壓強(qiáng)增大而不斷增大的原因是

。

290℃290℃時(shí)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率較高,且此溫度下的產(chǎn)物選擇性較高相同溫度時(shí)增大壓強(qiáng),反應(yīng)速率增大,且增大壓強(qiáng)有利于平衡正向移動(dòng),使反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大解析:(1)由題圖可知,在27MPa下,290℃時(shí)己二酸二甲酯的轉(zhuǎn)化率和1,6-己二醇的選擇性均高于280℃,因此溫度選擇290℃;相同溫度時(shí)增大壓強(qiáng),反應(yīng)速率增大,且增大壓強(qiáng)有利于平衡正向移動(dòng),使反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大。(2)圖丙為反應(yīng)時(shí)間與加氫反應(yīng)時(shí)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和選擇性的關(guān)系。綜合考慮,反應(yīng)時(shí)間控制在5h左右較為合適。此時(shí)1,6-己二醇的產(chǎn)率為

(保留兩位小數(shù))。

50.05%解析:(2)反應(yīng)時(shí)間控制在5h時(shí),1,6-己二醇的產(chǎn)率為92%×54.4%≈50.05%。4.(2023·河南鄭州一模)短鏈烯烴是重要的有機(jī)化工原料,如丙烯(C3H6)和乙烯等。利用它們間的轉(zhuǎn)化可有效強(qiáng)化節(jié)能減排,達(dá)到“碳達(dá)峰”和“碳中和”的目的。請(qǐng)回答下列問題:(1)丙烯可由丙烷脫氫制取。已知丙烷脫氫制丙烯發(fā)生的主要反應(yīng)及能量變化如圖所示,其中反應(yīng)1為主反應(yīng),反應(yīng)2為副反應(yīng)。根據(jù)圖和以上數(shù)據(jù)可知,若溫度升高,副反應(yīng)要比主反應(yīng)更容易發(fā)生,其主要原因是

,

主反應(yīng)的焓變?chǔ)1=

。

副反應(yīng)的活化能低于主反應(yīng)的活化能+124.3kJ/mol解析:(1)由題圖可知,副反應(yīng)的活化能低于主反應(yīng)的活化能,所以升高溫度,副反應(yīng)要比主反應(yīng)更容易發(fā)生;由蓋斯定律可知,反應(yīng)2-反應(yīng)3得到反應(yīng)1,則主反應(yīng)的焓變?chǔ)1=+81.3kJ/mol-(-43.0kJ/mol)=+124.3kJ/mol。①結(jié)合圖示,在1100℃下y點(diǎn)時(shí)v正

(填“>”“<”或“=”)v逆。

>解析:(2)①1100℃時(shí)y點(diǎn)反應(yīng)未達(dá)到平衡,正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率。②若在1100℃下x點(diǎn)時(shí)已達(dá)到平衡狀態(tài),用平衡分壓代替平衡濃度可以得到平衡常數(shù)Kp,則x點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=

(已知:氣體分壓p分=氣體總壓p總×氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。(1)原料CO2可通過捕捉技術(shù)從空氣中或工業(yè)尾氣中獲取,寫出一種常見的可作CO2捕捉劑的廉價(jià)試劑:

。

Na2CO3溶液(或氨水或石灰乳)①若5min時(shí)到達(dá)c點(diǎn),則0～5min時(shí)的平均反應(yīng)速率v(H2)=

mol/(L·min)。

0.18②Kp(b)=

(寫計(jì)算表達(dá)式)。

③c點(diǎn)時(shí),再加入CO2(g)和H2O(g),使兩者分壓均增大0.05kPa,H2的轉(zhuǎn)化率

(填“增大”“不變”或“減小”)。

增大(4)在恒溫、恒容條件下只發(fā)生反應(yīng)②。關(guān)于該步驟的下列說法錯(cuò)誤的是

(填字母)。

A.若反應(yīng)②正向?yàn)樽园l(fā)反應(yīng),需滿足ΔH2<0B.若氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變,說明反應(yīng)②體系已經(jīng)達(dá)到平衡C.增大O2的濃度,HCHO(g)的平衡物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)一定增大D.反應(yīng)②體系存在v正(H2O2)=v正(CH3OH)CD反應(yīng)②極性介質(zhì)使反應(yīng)①的活化能降低必備知識(shí)表達(dá)說理題的科學(xué)思維及答題規(guī)范1.化學(xué)反應(yīng)原理科學(xué)思維原理類說理題主要考查變化觀念與平衡思想。(1)變化觀念?；瘜W(xué)研究對(duì)象是化學(xué)變化,化學(xué)變化是極其復(fù)雜的一種變化,所有變化都是有條件的,條件不同變化就可能不同。比如常溫下濃硫酸會(huì)導(dǎo)致鐵、鋁鈍化使反應(yīng)瞬間停止,而如果改成加熱條件則不會(huì)產(chǎn)生鈍化。影響一個(gè)反應(yīng)的條件分內(nèi)部因素(內(nèi)因)及外部因素(外因)。內(nèi)部因素主要是反應(yīng)物的分子、原子、離子水平的結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致其變化快慢不同或變化的方向不同(生成物不同)。外部因素主要是溫度、濃度、壓強(qiáng)、催化劑、顆粒大小、各種波以及攪拌、滴加順序等因素,這些外部因素同樣會(huì)造成變化快慢或結(jié)果不同。實(shí)際上外部條件的變化可以看作是影響了內(nèi)部因素。比如升溫很多反應(yīng)加速,是因?yàn)闇囟壬邔?dǎo)致粒子運(yùn)動(dòng)加速或破壞部分化學(xué)鍵導(dǎo)致分子或原子變?yōu)樽杂苫绕渌罨虚g體。同時(shí)注意物理變化也是有條件的,也會(huì)隨著外界條件改變而向不同方向發(fā)展。比如水降溫變?yōu)楸?冰受熱化為水等。(2)平衡思想。幾乎所有變化(包括物理變化)都是“可逆的”,如大家熟悉的可逆反應(yīng)的化學(xué)平衡、弱電解質(zhì)的電離平衡、鹽類水解平衡及沉淀溶解平衡。其實(shí)還有很多變化都是存在平衡的。比如原電池中的雙電層理論的電子—離子沉積平衡、配位平衡、氣體—液體的相平衡、異構(gòu)化平衡、萃取過程存在的萃取平衡、吸附過程的吸附平衡等等。對(duì)于這些平衡,本質(zhì)上都是相同的,那就是在一定外部條件下一個(gè)系統(tǒng)處于一種宏觀不變而微觀變化的動(dòng)態(tài)平衡。各種平衡不變的是宏觀的統(tǒng)計(jì)角度,變的是微觀的粒子角度。2.化學(xué)反應(yīng)原理答題規(guī)范性此類題目答題一般思路是①先分析反應(yīng)具備的特點(diǎn):a.反應(yīng)吸放熱情況;b.物質(zhì)狀態(tài)及氣體化學(xué)計(jì)量數(shù)變化情況;c.反應(yīng)條件恒容、恒壓、恒溫情況。②結(jié)合反應(yīng)特點(diǎn)分析平衡移動(dòng)、反應(yīng)速率、平衡轉(zhuǎn)化率所受影響:根據(jù)生產(chǎn)條件的要求分析溫度、壓強(qiáng)、投料比、催化劑等因素對(duì)速率及平衡的影響。③綜合分析速率、平衡影響:工業(yè)生產(chǎn)需要綜合考慮速率、平衡,此類題經(jīng)常會(huì)提供圖表或圖像數(shù)據(jù),需要仔細(xì)分析這些數(shù)據(jù)找出生產(chǎn)最優(yōu)條件。3.答題模板既然是原理題,所以要求答題要“言之有理”,還要“有理有據(jù)”。答題模板為因?yàn)闇囟?壓強(qiáng)、催化劑活性或選擇性等因素)導(dǎo)致速率增大或減小(或平衡右移、左移,或平衡轉(zhuǎn)化率增大、減小),所以有××結(jié)果或××結(jié)論。[特別提醒]此類題要特別注意轉(zhuǎn)化率有兩類,一是平衡轉(zhuǎn)化率,二是非平衡轉(zhuǎn)化率(也叫時(shí)空轉(zhuǎn)化率)。前者與速率無關(guān),后者與速率相關(guān)。素養(yǎng)提能在容積為2L的剛性容器中,投入1mol氣態(tài)CH3OH,在一定催化劑作用下,反應(yīng)時(shí)間5min時(shí),分別測(cè)得甲醇轉(zhuǎn)化率和甲醛的選擇性與溫度的關(guān)系如圖所示(甲醛的選擇性:轉(zhuǎn)化的CH3OH中生成HCHO的百分比)。600℃以后,甲醛的選擇性下降的可能原因?yàn)?/p>

。

溫度升高,催化劑對(duì)甲醇脫氫的主要反應(yīng)的催化活性降低,反應(yīng)速率減小(或溫度升高,催化劑對(duì)甲醇脫氫的副反應(yīng)的催化活性升高,反應(yīng)速率增大)2.(2023·四川涼山二診)NOx會(huì)危害人體健康,破壞環(huán)境,對(duì)其進(jìn)行無害處理研究一直是科技界關(guān)注的重點(diǎn)。請(qǐng)回答以下問題。選擇性催化還原技術(shù)(SCR)是針對(duì)柴油車尾氣排放中的一項(xiàng)處理工藝。已知在催化劑的作用下,有如下反應(yīng)發(fā)生:(1)氨催化氧化時(shí)會(huì)發(fā)生①、②兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)。為研究某催化劑的效果,在1L恒容密閉容器中充入1molNH3和2molO2,測(cè)得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)有關(guān)物質(zhì)的量關(guān)系如圖a所示。①根據(jù)以上信息,其他條件不變時(shí),下列措施中可以提高NH3轉(zhuǎn)化為N2的平衡轉(zhuǎn)化率的是

(填字母)。

A.升高反應(yīng)溫度B.降低反應(yīng)溫度C.增大NH3和O2的初始投料比D.及時(shí)分離出H2OBD解析:(1)①反應(yīng)②是放熱反應(yīng),降低溫度,可提高NH3轉(zhuǎn)化為N2的平衡轉(zhuǎn)化率,故A錯(cuò)誤,B正確;增大NH3和O2的初始投料比,提高O2的轉(zhuǎn)化率,NH3的轉(zhuǎn)化率降低,故C錯(cuò)誤;將反應(yīng)生成的H2O(g)及時(shí)移出,降低生成物的濃度,平衡正向移動(dòng),可提高NH3轉(zhuǎn)化為N2的平衡轉(zhuǎn)化率,故D正確。②520～840℃時(shí)體系中NO含量迅速增加的原因是

。

解析:②520～840℃時(shí)催化劑大幅度提高了NO在產(chǎn)物中的比率。520～840℃時(shí)催化劑大幅度提高了NO在產(chǎn)物中的比率①?zèng)Q定NO氧化反應(yīng)速率的步驟是

(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。

解析:(2)①根據(jù)反應(yīng)過程能量變化示意圖可知,反應(yīng)Ⅰ的活化能較低,速率較大;反應(yīng)Ⅱ的活化能較高,速率較小。決定NO氧化反應(yīng)速率的步驟是反應(yīng)Ⅱ。Ⅱ②在恒容的密閉容器中充入一定量的NO和O2氣體,保持其他條件不變,在溫度為T1和T2(T2>T1)下,測(cè)得c(NO)隨時(shí)間t的變化曲線如圖c,轉(zhuǎn)化相同量的NO,在溫度

(填“T1”或“T2”)下消耗的時(shí)間較長(zhǎng),結(jié)合圖b分析其原因:

。

T2

反應(yīng)Ⅰ放熱,溫度升高,平衡逆向移動(dòng),c(N2O2)減小;c(N2O2)減小對(duì)反應(yīng)Ⅱ速率的影響大于溫度升高對(duì)反應(yīng)Ⅱ速率的影響解析:②由題圖c可知,當(dāng)轉(zhuǎn)化相同量的NO時(shí),溫度為T2時(shí)消耗的時(shí)間更長(zhǎng)。由題圖b可知,反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ均為放熱反應(yīng),但反應(yīng)Ⅰ的活化能較低,外界條件變化后能迅速達(dá)到平衡,溫度升高,反應(yīng)Ⅰ平衡逆向移動(dòng),c(N2O2)減小;而反應(yīng)Ⅱ活化能較高,反應(yīng)速率小,c(N2O2)減小對(duì)反應(yīng)Ⅱ速率的影響大于溫度升高對(duì)反應(yīng)Ⅱ速率的影響。(1)其他條件一定時(shí),不同壓強(qiáng)下,CO2的轉(zhuǎn)化率和CH4的產(chǎn)率如圖所示。則CO2甲烷化應(yīng)該選擇的壓強(qiáng)約為

MPa;CH4的產(chǎn)率小于CO2的轉(zhuǎn)化率的原因是

。

0.1

有其他含碳的副產(chǎn)物生成解析:(1)如題圖所示,隨著壓強(qiáng)增大,CO2的轉(zhuǎn)化率變化不大,CH4的產(chǎn)率逐漸減小,故CO2甲烷化應(yīng)該選擇的壓強(qiáng)約為0.1MPa;CH4的產(chǎn)率小于CO2的轉(zhuǎn)化率的原因是有其他含碳的副產(chǎn)物生成。①壓強(qiáng)p1、p2、p3由大到小的順序是

。

p3>p2>p1②壓強(qiáng)為p1時(shí),隨著溫度升高,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率先減小后增大。解釋溫度高于600℃之后,隨著溫度升高CO2轉(zhuǎn)化率增大的原因是

。

溫度超過600℃時(shí),副反應(yīng)進(jìn)行程度較大,副反應(yīng)是吸熱反應(yīng),升高溫度,平衡正向移動(dòng),CO2的轉(zhuǎn)化率增大解析:②壓強(qiáng)為p1時(shí),溫度低于600℃時(shí),主反應(yīng)進(jìn)行程度大,主反應(yīng)是放熱反應(yīng),升高溫度,平衡逆向移動(dòng),CO2的轉(zhuǎn)化率減小,溫度超過600℃時(shí),副反應(yīng)進(jìn)行程度較大,副反應(yīng)是吸熱反應(yīng),升高溫度,平衡正向移動(dòng),CO2的轉(zhuǎn)化率增大。NO.3

“組”題點(diǎn)組合——考什么,練什么,整體突破!反應(yīng)熱與化學(xué)平衡的綜合1.(2022·全國(guó)甲卷,28)金屬鈦(Ti)在航空航天、醫(yī)療器械等工業(yè)領(lǐng)域有著重要用途,目前生產(chǎn)鈦的方法之一是將金紅石(TiO2)轉(zhuǎn)化為TiCl4,再進(jìn)一步還原得到鈦。回答下列問題:(1)TiO2轉(zhuǎn)化為TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1000℃時(shí)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式及其平衡常數(shù)如下:[審題指導(dǎo)]①根據(jù)熱化學(xué)方程式疊加法計(jì)算ΔH和平衡常數(shù)基本規(guī)則:a.熱化學(xué)方程式疊加,ΔH相加;b.熱化學(xué)方程式疊加,平衡常數(shù)相乘;c.熱化學(xué)方程式顛倒,ΔH變?yōu)橄喾磾?shù);d.熱化學(xué)方程式顛倒,平衡常數(shù)變?yōu)榈箶?shù)。-2231.2×1014②碳氯化的反應(yīng)趨勢(shì)遠(yuǎn)大于直接氯化,其原因是

。

解析:②碳氯化的反應(yīng)趨勢(shì)遠(yuǎn)大于直接氯化,原因是C與O2反應(yīng)生成CO的平衡常數(shù)很大,推動(dòng)TiO2直接氯化反應(yīng)平衡向生成TiCl4方向移動(dòng)。C與O2反應(yīng)生成CO的平衡常數(shù)很大,推動(dòng)TiO2直接氯化反