2025版高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)課件 主觀題突破四 化學(xué)反應(yīng)原理綜合題

主觀題突破四化學(xué)反應(yīng)原理綜合題突破點(diǎn)1熱化學(xué)方程式書寫及反應(yīng)熱計(jì)算突破點(diǎn)2化學(xué)平衡狀態(tài)及平衡移動(dòng)的分析目錄索引

突破點(diǎn)3反應(yīng)速率、平衡常數(shù)及轉(zhuǎn)化率的計(jì)算突破點(diǎn)4速率及平衡圖像的綜合分析突破點(diǎn)5電化學(xué)的綜合應(yīng)用突破點(diǎn)1熱化學(xué)方程式書寫及反應(yīng)熱計(jì)算聚焦核心要點(diǎn)1.焓變的計(jì)算[1](1)根據(jù)(相對(duì))能量計(jì)算ΔH=H總(生成物)-H總(反應(yīng)物)(2)根據(jù)鍵能計(jì)算ΔH=∑E(反應(yīng)物鍵能之和)-∑E(生成物鍵能之和)【應(yīng)用示例1】CO2經(jīng)過催化氫化合成低碳烯烴。其合成乙烯的反應(yīng)為2CO2(g)+6H2(g)

CH2=CH2(g)+4H2O(g)

ΔH。幾種物質(zhì)的能量(在標(biāo)準(zhǔn)狀況下規(guī)定單質(zhì)的能量為0,測(cè)得其他物質(zhì)在生成時(shí)所放出或吸收的熱量)如表所示:則ΔH=

。

-128kJ·mol-1解析:反應(yīng)焓變=生成物總能量-反應(yīng)物總能量,則該反應(yīng)的焓變?yōu)?2

kJ·mol-1+(-242

kJ·mol-1)×4-(-394

kJ·mol-1)×2-0=-128

kJ·mol-1。(3)根據(jù)活化能計(jì)算ΔH=E(正反應(yīng)的活化能)-E(逆反應(yīng)的活化能)。【應(yīng)用示例2】催化過程一般有吸附—解離—反應(yīng)—脫附等過程,圖示為N2和H2在固體催化劑表面合成氨反應(yīng)路徑的勢(shì)能面圖(部分?jǐn)?shù)據(jù)略),其中“*”表示被催化劑吸附。氨氣的脫附是

(填“吸熱”或“放熱”)過程,合成氨的熱化學(xué)方程式為

。

吸熱

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH=-92kJ·mol-12.熱化學(xué)方程式書寫易出現(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。對(duì)于具有同素異形體的物質(zhì),除了要注明聚集狀態(tài)之外,還要注明物質(zhì)的名稱。(2)反應(yīng)熱的符號(hào)使用不正確,即吸熱反應(yīng)未標(biāo)出“+”號(hào),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)值與方程式的計(jì)量數(shù)不對(duì)應(yīng)而造成錯(cuò)誤。(5)對(duì)燃燒熱的概念理解不到位,忽略其標(biāo)準(zhǔn)是1mol可燃物而造成錯(cuò)誤。3.利用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱[2]【應(yīng)用示例3】實(shí)驗(yàn)室可用KClO3分解制取O2,KClO3受熱分解的反應(yīng)分兩步進(jìn)行:-144解析:依據(jù)蓋斯定律將①+③×3-②×4得到4KClO3(s)═3KClO4(s)+KCl(s)的ΔH=-144

kJ·mol-1。鏈接高考[1]-45+128解析:由C40H20和C40H18的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式和反應(yīng)歷程可以看出,C40H20中斷裂了2根碳?xì)滏I,C40H18形成了1根碳碳鍵,所以C40H20(g)C40H18(g)+H2(g)的ΔH=(431.0×2-298.0-436.0)

kJ·mol-1=+128

kJ·mol-1。3.(2023·北京卷)20世紀(jì)初,工業(yè)上以CO2和NH3為原料在一定溫度和壓強(qiáng)下合成尿素。反應(yīng)分兩步:ⅰ.CO2和NH3生成NH2COONH4;ⅱ.NH2COONH4分解生成尿素。結(jié)合反應(yīng)歷程中能量變化示意圖,下列說法正確的是

(填字母)。

a.活化能:反應(yīng)ⅰ<反應(yīng)ⅱb.ⅰ為放熱反應(yīng),ⅱ為吸熱反應(yīng)c.CO2(l)+2NH3(l)═CO(NH2)2(l)+H2O(l)

ΔH=E1-E4ab解析:反應(yīng)ⅰ的活化能是E1,反應(yīng)ⅱ的活化能是E3,E1<E3,a項(xiàng)正確;從圖中反應(yīng)物和生成物能量的相對(duì)大小可看出反應(yīng)ⅰ為放熱反應(yīng),反應(yīng)ⅱ為吸熱反應(yīng),b項(xiàng)正確;總反應(yīng)的ΔH=E1-E2+E3-E4,c項(xiàng)錯(cuò)誤。鏈接高考[2]1.(2023·湖南卷)已知下列反應(yīng)的熱化學(xué)方程式:+118解析:根據(jù)蓋斯定律,將①-②-③可得C6H5C2H5(g)

C6H5CH=CH2(g)+H2(g)

ΔH4=-4

386.9

kJ·mol-1-(-4

263.1

kJ·mol-1)-(-241.8

kJ·mol-1)=+118

kJ·mol-1。2.(2022·海南卷)已知:電解液態(tài)水制備1molO2(g),電解反應(yīng)的ΔH=+572kJ·mol-1。由此計(jì)算H2(g)的燃燒熱(焓)ΔH=

kJ·mol-1。

-286解析:電解液態(tài)水制備1

mol

O2(g),電解反應(yīng)的ΔH=+572

kJ·mol-1,由此可以判斷,2

mol

H2(g)完全燃燒消耗1

mol

O2(g),生成液態(tài)水的同時(shí)放出的熱量為572

kJ,故1

mol

H2(g)完全燃燒生成液態(tài)水放出的熱量為286

kJ,因此,H2(g)的燃燒熱(焓)ΔH=-286

kJ·mol-1。精研核心命題命題角度1焓變的計(jì)算例1(1)(2024·河北卷)硫酰氯常用作氯化劑和氯磺化劑,工業(yè)上制備原理如下:SO2(g)+Cl2(g)SO2Cl2(g)

ΔH=-67.59kJ·mol-1。若正反應(yīng)的活化能為E正kJ·mol-1,則逆反應(yīng)的活化能E逆=

kJ·mol-1(用含E正的代數(shù)式表示)。

E正+67.59解析:根據(jù)反應(yīng)熱ΔH與活化能E正和E逆關(guān)系為ΔH=正反應(yīng)活化能-逆反應(yīng)活化能可知,該反應(yīng)的E逆=E正

kJ·mol-1-ΔH=(E正+67.59)

kJ·mol-1。(2)(2024·貴州黔東南一模)科學(xué)家開發(fā)催化劑實(shí)現(xiàn)CO2催化還原制備附加值高的產(chǎn)品。利用CO2制備甲醇的有關(guān)反應(yīng)如下:Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)

CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH1Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

ΔH2已知幾種共價(jià)鍵的鍵能如下:利用鍵能數(shù)據(jù)計(jì)算:ΔH1=

kJ·mol-1。

-92解析:焓變等于反應(yīng)物的總鍵能減去生成物的總鍵能,可得ΔH1=(799×2+436×3-413×3-358-467-467×2)

kJ·mol-1=-92

kJ·mol-1。+247.3解析:焓變等于生成物的總生成焓減去反應(yīng)物的總生成焓,ΔH=(-110.5

kJ·mol-1)×2-(-393.5

kJ·mol-1)-(-74.8

kJ·mol-1)=+247.3

kJ·mol-1。[變式演練1](1)氨是化肥工業(yè)和基本有機(jī)化工的主要原料。查閱資料可知,H—H、N≡N、N—H的鍵能分別為436kJ·mol-1、946kJ·mol-1、389kJ·mol-1,則2NH3(g)

N2(g)+3H2(g)的焓變?chǔ)=

,該反應(yīng)活化能E(正)

(填“>”或“<”)E(逆)。

+80kJ·mol-1>解析:由反應(yīng)熱和反應(yīng)物的鍵能之和與生成物的鍵能之和的差值相等可得:反應(yīng)ΔH=389

kJ·mol-1×3×2-(436

kJ·mol-1×3+946

kJ·mol-1)=+80

kJ·mol-1,則該反應(yīng)為正反應(yīng)活化能大于逆反應(yīng)活化能的吸熱反應(yīng)。(2)(2024·四川興文一模)工業(yè)上采用CH4-H2O催化重整制取合成氣(CO和H2的混合氣)的過程中發(fā)生如下反應(yīng):①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

ΔH1=+206.4kJ·mol-1②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

ΔH2=-41.0kJ·mol-1③CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)

ΔH3若反應(yīng)③的正向活化能Ea(正)為219.4kJ·mol-1,則該反應(yīng)的逆向活化能Ea(逆)為

kJ·mol-1。

54.0命題角度2蓋斯定律的應(yīng)用例2(1)(2023·山東卷)一定條件下,水氣變換反應(yīng)CO+H2OCO2+H2的中間產(chǎn)物是HCOOH。為探究該反應(yīng)過程,研究HCOOH水溶液在密封石英管中的分子反應(yīng):Ⅰ.HCOOH

CO+H2O(快)Ⅱ.HCOOH

CO2+H2(慢)回答下列問題:一定條件下,反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ的焓變分別為ΔH1、ΔH2,則該條件下水氣變換反應(yīng)的焓變?chǔ)=

(用含ΔH1、ΔH2的代數(shù)式表示)。

ΔH2-ΔH1解析:根據(jù)蓋斯定律,反應(yīng)Ⅱ-反應(yīng)Ⅰ=水氣變換反應(yīng),故水氣變換反應(yīng)的焓變?chǔ)=ΔH2-ΔH1。(2)(2024·山東卷)水煤氣是H2的主要來源,研究CaO對(duì)C-H2O體系制H2的影響,涉及主要反應(yīng)如下:C(s)+H2O(g)═CO(g)+H2(g)(Ⅰ)

ΔH1>0CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)(Ⅱ)

ΔH2<0CaO(s)+CO2(g)═CaCO3(s)(Ⅲ)

ΔH3<0回答下列問題:C(s)+CaO(s)+2H2O(g)CaCO3(s)+2H2(g)的焓變?chǔ)=

(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的代數(shù)式表示)。

ΔH1+ΔH2+ΔH3解析:根據(jù)已知三個(gè)反應(yīng):設(shè)目標(biāo)反應(yīng)C(s)+CaO(s)+2H2O(g)CaCO3(s)+2H2(g)為Ⅳ,根據(jù)蓋斯定律,Ⅳ=Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ,所以ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。[變式演練2](1)(2024·湖南北師聯(lián)盟三模)為實(shí)現(xiàn)“碳中和”“碳達(dá)峰”,碳的循環(huán)利用是重要措施。利用氫氣和CO反應(yīng)生成甲烷,涉及的反應(yīng)如下:ⅰ.CO(g)+3H2(g)

CH4(g)+H2O(g)

ΔH1ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

ΔH2ⅲ.CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)

ΔH3回答下列問題:在25℃和101kPa下,1molH2O(g)轉(zhuǎn)變?yōu)?molH2O(l)時(shí)放出44.0kJ熱量,CH4的燃燒熱為-890.3kJ·mol-1,CO的燃燒熱為-283.0kJ·mol-1,H2的燃燒熱為-285.8kJ·mol-1,則ΔH1=

kJ·mol-1。

解析:根據(jù)燃燒熱定義,求得反應(yīng)CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(l)的焓變?chǔ)=-283.0

kJ·mol-1+(-285.8

kJ·mol-1×3)-(-890.3

kJ·mol-1)=-250.1

kJ·mol-1,根據(jù)1

mol

H2O(g)轉(zhuǎn)變?yōu)?

mol

H2O(l)放熱44.0

kJ,求得反應(yīng)CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)

ΔH1=-250.1

kJ·mol-1+44.0

kJ·mol-1=-206.1

kJ·mol-1。-206.1(2)(2024·湖南模擬預(yù)測(cè))一種CO2合成轉(zhuǎn)化為甲醛的總反應(yīng)為CO2(g)+2H2(g)HCHO(g)+H2O(g)

ΔH。轉(zhuǎn)化步驟如下圖所示:已知2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)

ΔH4,則總反應(yīng)的ΔH=___________________

(用上圖中焓變以及ΔH4表示)。命題角度3結(jié)合催化機(jī)理求反應(yīng)熱例3(2024·湖南邵陽(yáng)?？?脫除汽車尾氣中NO和CO包括以下兩個(gè)反應(yīng):反應(yīng)ⅰ.2NO+CO═N2O+CO2;反應(yīng)ⅱ.N2O+CO═N2+CO2反應(yīng)歷程中各物質(zhì)相對(duì)能量如圖(TS表示過渡態(tài)):CO(g)和NO(g)反應(yīng)生成N2(g)的熱化學(xué)方程式為

。

2NO(g)+2CO(g)═N2(g)+2CO2(g)

ΔH=-747.2kJ·mol-1解析:由反應(yīng)ⅰ+反應(yīng)ⅱ得:2NO(g)+2CO(g)═N2(g)+2CO2(g),根據(jù)各物質(zhì)相對(duì)能量圖計(jì)算出ΔH=(398.4-1

027)

kJ·mol-1+(496.6-615.2)

kJ·mol-1=-747.2

kJ·mol-1。[變式演練3](1)科技工作者結(jié)合實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果,研究了一個(gè)乙苯分子在催化劑表面脫氫制苯乙烯的反應(yīng),其歷程如圖所示(吸附在催化劑表面的物質(zhì)用*標(biāo)注):乙苯脫氫制苯乙烯反應(yīng)的焓變?chǔ)=

eV;為提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率,應(yīng)選擇的反應(yīng)條件為

(填字母)。

A.低溫、高壓

B.高溫、低壓C.低溫、低壓

D.高溫、高壓-1.35B(2)釕及其化合物在合成工業(yè)上有廣泛用途,下圖是用釕(Ru)基催化劑催化合成甲酸的過程。每生成92g液態(tài)HCOOH放出62.4kJ的熱量。根據(jù)圖示寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式:

。

H2(g)+CO2(g)═HCOOH(l)

ΔH=-31.2kJ·mol-1解析:根據(jù)整個(gè)流程圖可知,CO2(g)和H2(g)為反應(yīng)物,生成物為HCOOH(l),92

g

HCOOH的物質(zhì)的量為

=2

mol,所以生成1

mol

HCOOH(l)放出31.2

kJ熱量,熱化學(xué)方程式為H2(g)+CO2(g)═HCOOH(l)

ΔH=-31.2

kJ·mol-1?？键c(diǎn)集訓(xùn)1.(2024·四川宜賓一模)由氨氣制取氫氣是一種新工藝,氨氣中氫含量高,是一種優(yōu)良的小分子儲(chǔ)氫載體,且安全、易儲(chǔ)運(yùn)。氨熱分解法制氫氣相關(guān)化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如表:化學(xué)鍵N≡NH—HN—H鍵能E/(kJ·mol-1)946436391回答下列問題:(1)反應(yīng)2NH3(g)N2(g)+3H2(g)

ΔH=

kJ·mol-1。

(2)已知該反應(yīng)的ΔS=0.2kJ·mol-1·K-1,則溫度T

K時(shí)反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。+92>460解析:(1)斷裂舊鍵吸收能量,形成新鍵釋放能量,根據(jù)ΔH=斷裂舊鍵吸收的能量-形成新鍵釋放的能量可得2NH3(g)N2(g)+3H2(g)

ΔH=(+2×3×391-946-3×436)

kJ·mol-1=+92

kJ·mol-1。(2)若反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行,則ΔG=ΔH-TΔS<0,即92-0.2T<0,解得T>460

K。2.(2024·湖南重點(diǎn)高中二模)工業(yè)上,可以用O3處理煙氣中NO、SO2,總反應(yīng)式為SO2(g)+NO(g)+2O3(g)═SO3(g)+NO2(g)+2O2(g)

ΔH。已知:有關(guān)反應(yīng)的能量變化曲線如圖所示。(1)寫出SO2和O3反應(yīng)的熱化學(xué)方程式:

。上述總反應(yīng)中ΔH=

kJ·mol-1。

SO2(g)+O3(g)═SO3(g)+O2(g)

ΔH=-241.6

kJ·mol-1-442.5解析:由圖可知,SO2和O3反應(yīng)的ΔH=(58.2-299.8)

kJ·mol-1=-241.6

kJ·mol-1,熱化學(xué)方程式為SO2(g)+O3(g)═SO3(g)+O2(g)

ΔH=-241.6

kJ·mol-1;NO(g)+O3(g)═NO2(g)+O2(g)

ΔH=(3.2-204.1)

kJ·mol-1=-200.9

kJ·mol-1,總反應(yīng)等于兩個(gè)反應(yīng)相加,其ΔH=(-241.6-200.9)

kJ·mol-1=-442.5

kJ·mol-1。(2)其他條件不變,增大c(NO),對(duì)總反應(yīng)速率幾乎沒有影響,其原因可能是

。

SO2和O3反應(yīng)的活化能遠(yuǎn)大于NO與O3反應(yīng)的活化能,即SO2和O3的反應(yīng)為控速反應(yīng),總反應(yīng)的速率主要取決于SO2和O3反應(yīng)解析:SO2和O3反應(yīng)的活化能遠(yuǎn)大于NO與O3反應(yīng)的活化能,即SO2和O3的反應(yīng)為控速反應(yīng),總反應(yīng)的速率主要取決于SO2和O3反應(yīng),因此,當(dāng)其他條件不變,增大c(NO),對(duì)總反應(yīng)速率幾乎沒有影響。3.(2024·安徽黃山一模)CO是重要的化工原料,合理使用CO能發(fā)揮其在工業(yè)生產(chǎn)、物質(zhì)合成、速率分析等領(lǐng)域的重要作用。(1)已知下列反應(yīng)的熱化學(xué)方程式:-283解析:由蓋斯定律可知,反應(yīng)②-①得到反應(yīng)③,則ΔH3=(-394

kJ·mol-1)-(-111

kJ·mol-1)=-283

kJ·mol-1。(2)已知下列鍵能數(shù)據(jù),結(jié)合反應(yīng)③數(shù)據(jù),計(jì)算C≡O(shè)的鍵能是

kJ·mol-1?；瘜W(xué)鍵O=OC=O鍵能E/(kJ·mol-1)4967991067解析:由反應(yīng)熱和反應(yīng)物鍵能之和與生成物鍵能之和的差值相等可得:ΔH3=E(C≡O(shè))+496

kJ·mol-1×-799

kJ·mol-1×2=-283

kJ·mol-1,解得E(C≡O(shè))=1

067

kJ·mol-1。4.(2024·黑吉遼卷)為實(shí)現(xiàn)氯資源循環(huán)利用,工業(yè)上采用RuO2催化氧化法處理HCl廢氣:將HCl和O2分別以不同起始流速通入反應(yīng)器中,在360℃、400℃和440℃下反應(yīng),通過檢測(cè)流出氣成分繪制HCl轉(zhuǎn)化率(α)曲線,如下圖所示(較低流速下轉(zhuǎn)化率可近似為平衡轉(zhuǎn)化率)。圖1圖2回答下列問題:(1)ΔS

(填“>”或“<”)0。

(2)結(jié)合以下信息,可知H2的燃燒熱ΔH=

kJ·mol-1。

H2O(l)═H2O(g)

ΔH2=+44.0kJ·mol-1H2(g)+Cl2(g)═2HCl(g)

ΔH3=-184.6kJ·mol-1<-285.8突破點(diǎn)2化學(xué)平衡狀態(tài)及平衡移動(dòng)的分析聚焦核心要點(diǎn)1.化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷[1](1)“兩方法”——逆向相等、變量不變①“逆向相等”:反應(yīng)速率必須一個(gè)是正反應(yīng)的速率,一個(gè)是逆反應(yīng)的速率,且經(jīng)過換算成同一種物質(zhì)后的消耗速率和生成速率相等。②“變量不變”:如果一個(gè)量是隨反應(yīng)進(jìn)行而改變的,當(dāng)不變時(shí)為平衡狀態(tài)。(2)“三關(guān)注”①關(guān)注反應(yīng)條件,是恒溫恒容、恒溫恒壓還是絕熱容器;②關(guān)注反應(yīng)特點(diǎn),是等體積反應(yīng),還是非等體積反應(yīng);③關(guān)注特殊情況,是否有固體參加或生成,或是否為固體的分解反應(yīng)。【應(yīng)用示例1】已知:2NO(g)+Cl2(g)

2ClNO(g)

ΔH<0。一定溫度下,將2molNO(g)與2molCl2(g)置于2L恒容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng),若4min末反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),此時(shí)壓強(qiáng)是初始時(shí)的80%,則0~4min內(nèi),平均反應(yīng)速率v(Cl2)=

。下列現(xiàn)象可判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是

(填字母)。

A.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變B.混合氣體的密度保持不變C.每消耗1molNO(g)同時(shí)生成1molClNO(g)D.NO和Cl2的物質(zhì)的量之比保持不變0.1mol·L-1·min-1AD解析:在反應(yīng)開始時(shí)n(NO)=n(Cl2)=2

mol,假設(shè)反應(yīng)消耗Cl2的物質(zhì)的量為x

mol,則4

min末達(dá)到平衡時(shí),n(NO)=(2-2x)

mol,n(Cl2)=(2-x)

mol,n(ClNO)=2x

mol,n(總)=(4-x)

mol,由于在恒溫恒容密閉容器中氣體的壓強(qiáng)之比等于氣體的物質(zhì)的量之比,所以

=0.8,解得x=0.8,所以v(Cl2)==0.1

mol·L-1·min-1。反應(yīng)混合物都是氣體,氣體的質(zhì)量不變;該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量發(fā)生改變的反應(yīng),若混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變,則氣體的物質(zhì)的量不變,反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài),A符合題意;反應(yīng)混合物都是氣體,氣體的質(zhì)量不變;反應(yīng)在恒容密閉容器中進(jìn)行,氣體的體積不變,則混合氣體的密度始終保持不變,因此不能據(jù)此判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài),B不符合題意;由于方程式中NO、NOCl的計(jì)量數(shù)相等,因此在任何條件下都存在每消耗1

mol

NO(g)同時(shí)生成1

mol

ClNO(g),不能判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài),C不符合題意;反應(yīng)開始時(shí)NO和Cl2的物質(zhì)的量相等,二者反應(yīng)消耗的比是2∶1,若反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài),二者的物質(zhì)的量之比就會(huì)發(fā)生改變,因此當(dāng)NO和Cl2的物質(zhì)的量之比保持不變時(shí),反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài),D符合題意。2.化學(xué)平衡移動(dòng)的判斷方法[2]化學(xué)平衡移動(dòng)的過程(1)依據(jù)反應(yīng)速率判斷若外界條件改變,使正逆反應(yīng)速率滿足下列條件:v(正)>v(逆)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)v(正)=v(逆)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),平衡不發(fā)生移動(dòng)v(正)<v(逆)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)(2)依據(jù)濃度商(Q)判斷通過比較濃度商(Q)與平衡常數(shù)(K)的大小來判斷平衡移動(dòng)的方向。①若Q>K,平衡逆向移動(dòng);②若Q=K,平衡不移動(dòng);③若Q<K,平衡正向移動(dòng)。(3)依據(jù)勒夏特列原理判斷如果改變影響平衡的一個(gè)因素(如溫度、壓強(qiáng)及參加反應(yīng)的物質(zhì)的濃度),平衡就向著能夠減弱這種改變的方向移動(dòng)。當(dāng)達(dá)到平衡時(shí),在其他條件不變的情況下:改變因素平衡移動(dòng)方向濃度增大c(反應(yīng)物)向正反應(yīng)方向移動(dòng)減小c(反應(yīng)物)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)溫度升高反應(yīng)溫度向吸熱反應(yīng)的方向移動(dòng)降低反應(yīng)溫度向放熱反應(yīng)的方向移動(dòng)壓強(qiáng)(有氣體參加或生成的反應(yīng))增大壓強(qiáng)向氣體體積縮小的方向移動(dòng)減小壓強(qiáng)向氣體體積增大的方向移動(dòng)【應(yīng)用示例2】工業(yè)上利用兩種溫室氣體CH4和CO2催化重整制取H2和CO,主要反應(yīng)為反應(yīng)Ⅰ:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)

ΔH=+247.4kJ·mol-1

K1過程中還發(fā)生三個(gè)副反應(yīng):反應(yīng)Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

ΔH=+41.2kJ·mol-1

K2反應(yīng)Ⅲ:2CO(g)CO2(g)+C(s)

ΔH=-171.0kJ·mol-1

K3反應(yīng)Ⅳ:CH4(g)2H2(g)+C(s)

ΔH

K4將CH4與CO2(體積比為1∶1)的混合氣體以一定流速通過催化劑,產(chǎn)物中H2與CO的物質(zhì)的量之比、CO2的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖所示。(1)升高溫度,反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ平衡

移動(dòng);

(2)反應(yīng)Ⅳ的平衡常數(shù)K4=

(用K1、K2、K3表示);

(3)升高溫度,CO2的轉(zhuǎn)化率

,反應(yīng)Ⅲ的速率

;

(4)升高溫度,產(chǎn)物中H2與CO的物質(zhì)的量之比增大,除由于升溫有利于反應(yīng)Ⅱ正向進(jìn)行、反應(yīng)Ⅲ逆向進(jìn)行外,另一原因是

。

正向

K1·K3增大

加快

反應(yīng)Ⅳ正向進(jìn)行

解析:(1)反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ?yàn)槲鼰岱磻?yīng),升高溫度,平衡正向移動(dòng);(2)反應(yīng)Ⅳ可由反應(yīng)Ⅰ+反應(yīng)Ⅲ得到,則反應(yīng)Ⅳ的平衡常數(shù)K4=K1·K3;(3)由圖知升高溫度,CO2的轉(zhuǎn)化率增大,反應(yīng)速率加快;(4)升高溫度,產(chǎn)物中H2與CO的物質(zhì)的量之比增大,除了升溫有利于反應(yīng)Ⅱ正向進(jìn)行、反應(yīng)Ⅲ逆向進(jìn)行外,反應(yīng)Ⅳ正向進(jìn)行,也會(huì)使得產(chǎn)物中H2與CO的物質(zhì)的量之比增大。鏈接高考[1]1.(2022·福建卷)異丙醇(C3H8O)可由生物質(zhì)轉(zhuǎn)化得到,催化異丙醇脫水制取高值化學(xué)品丙烯(C3H6)的工業(yè)化技術(shù)已引起人們的關(guān)注,其主要反應(yīng)如下:Ⅰ.C3H8O(g)C3H6(g)+H2O(g)

ΔH1=+52kJ·mol-1Ⅱ.2C3H6(g)C6H12(g)

ΔH2=-97kJ·mol-1回答下列問題:在恒溫剛性密閉容器中,反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ均達(dá)到平衡的判據(jù)是

(填字母)。

a.H2O(g)的分壓不變

b.混合氣體密度不變c.n(C3H6)=2n(C6H12)

d.v正(H2O)=v逆(C3H8O)ad解析:H2O的分壓不變,則C3H6的分壓也不變,反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ各組分分壓不變,反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ均達(dá)到平衡,a正確;反應(yīng)物和生成物均為氣體,混合氣體的總質(zhì)量不變,剛性密閉容器容積不變,則混合氣體密度不變,不能作為反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ均達(dá)到平衡的判據(jù),b錯(cuò)誤;當(dāng)n(C3H6)=2n(C6H12)時(shí),反應(yīng)不一定達(dá)到平衡,不能作為反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ均達(dá)到平衡的判據(jù),c錯(cuò)誤;v正(H2O)=v逆(C3H8O),說明正逆反應(yīng)速率相等,反應(yīng)Ⅰ達(dá)平衡,各組分分壓不變,C3H6的分壓不變,說明反應(yīng)Ⅱ也達(dá)平衡,d正確。2.(2021·天津卷)CS2是一種重要的化工原料。工業(yè)上可以利用硫(S8)與CH4為原料制備CS2,S8受熱分解成氣態(tài)S2,發(fā)生反應(yīng)2S2(g)+CH4(g)CS2(g)+2H2S(g),回答下列問題:某溫度下,若S8完全分解成氣態(tài)S2。在恒溫密閉容器中,S2與CH4物質(zhì)的量比為2∶1時(shí)開始反應(yīng)。(1)當(dāng)CS2的體積分?jǐn)?shù)為10%時(shí),CH4的轉(zhuǎn)化率為

。

(2)當(dāng)以下數(shù)值不變時(shí),能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡的是

(填字母)。

a.氣體密度b.氣體總壓c.CH4與S2體積比d.CS2的體積分?jǐn)?shù)30%

d解析:(1)在恒溫密閉容器中,S2與CH4物質(zhì)的量比為2∶1時(shí)開始反應(yīng),(2)恒容容器,質(zhì)量不變,故密度一直不變,故密度不變不一定平衡,a不選;反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變,故壓強(qiáng)也一直不變,故壓強(qiáng)不變不一定平衡,b不選;CH4與S2體積比一直為1∶2,故不一定平衡,c不選;CS2的體積分?jǐn)?shù)不變說明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到了平衡,選d。鏈接高考[2]1.(2024·甘肅卷)在催化劑作用下由粗硅制備SiHCl3:3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s)

4SiHCl3(g)773K,2L密閉容器中,經(jīng)不同方式處理的粗硅和催化劑混合物與0.4molH2和0.1molSiCl4氣體反應(yīng),SiCl4轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化如下圖所示:(1)0~50min,經(jīng)方式

處理后的反應(yīng)速率最快;在此期間,經(jīng)方式丙處理后的平均反應(yīng)速率v(SiHCl3)=

mol·L-1·min-1。

(2)當(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí),H2的濃度為

mol·L-1,平衡常數(shù)K的計(jì)算式為

。

(3)增大容器容積,反應(yīng)平衡向

移動(dòng)。

甲

5.6×10-50.19513逆反應(yīng)方向

2.(2023·浙江1月卷)“碳達(dá)峰”“碳中和”是我國(guó)社會(huì)發(fā)展重大戰(zhàn)略之一,CH4還原CO2是實(shí)現(xiàn)“雙碳”經(jīng)濟(jì)的有效途徑之一,相關(guān)的主要反應(yīng)有:Ⅰ:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)

ΔH1=+247kJ·mol-1,K1Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

ΔH2=+41kJ·mol-1,K2請(qǐng)回答:有利于提高CO2平衡轉(zhuǎn)化率的條件是

(填字母)。

A.低溫低壓 B.低溫高壓C.高溫低壓 D.高溫高壓C解析:反應(yīng)Ⅰ為氣體體積增大的吸熱反應(yīng),反應(yīng)Ⅱ?yàn)闅怏w體積不變的吸熱反應(yīng),ΔH>0,升高溫度,平衡右移,CH4平衡轉(zhuǎn)化率增大;降低壓強(qiáng),平衡右移,CH4平衡轉(zhuǎn)化率增大,故有利于提高CO2平衡轉(zhuǎn)化率的條件是高溫低壓。3.(2022·重慶卷)反應(yīng)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在工業(yè)上有重要應(yīng)用。(1)該反應(yīng)在不同溫度下的平衡常數(shù)如表所示。溫度/℃7008008301000平衡常數(shù)1.671.111.000.59①反應(yīng)的ΔH

(填“>”“<”或“=”)0。

②反應(yīng)常在較高溫度下進(jìn)行,該措施的優(yōu)缺點(diǎn)是

。

<優(yōu)點(diǎn)是升高溫度,反應(yīng)速率較快;缺點(diǎn)是正反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度,平衡逆向移動(dòng),產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率較低解析:①根據(jù)表中的數(shù)據(jù),溫度越高,平衡常數(shù)越小,所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng),ΔH<0;②優(yōu)點(diǎn)是升高溫度,反應(yīng)速率較快;缺點(diǎn)是正反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度,平衡逆向移動(dòng),產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率較低。(2)該反應(yīng)常在Pd膜反應(yīng)器中進(jìn)行,其工作原理如圖所示。

利用平衡移動(dòng)原理解釋反應(yīng)器存在Pd膜時(shí)具有更高轉(zhuǎn)化率的原因是

。

Pd膜能選擇性分離出H2,平衡正向移動(dòng),平衡轉(zhuǎn)化率增大

解析:Pd膜能選擇性分離出H2,平衡正向移動(dòng),平衡轉(zhuǎn)化率增大。

精研核心命題命題角度1化學(xué)平衡標(biāo)志的判斷

AB[變式演練1](2024·上海靜安區(qū)一模)CO2的高效轉(zhuǎn)化利用對(duì)緩解能源危機(jī)以及實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)具有重要的戰(zhàn)略意義。利用CO2加氫制備CH3OH是人工固碳的途徑之一。已知:(1)有利于提高反應(yīng)Ⅱ中CO2的平衡轉(zhuǎn)化率的措施有

(填字母,下同)。A.使用催化劑

B.加壓C.升溫

D.增大CO2和H2的初始投料比C解析:反應(yīng)Ⅱ是氣體體積不變的吸熱反應(yīng),升溫可以提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率,增大CO2和H2的初始投料比相等于增大CO2的濃度,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率減小,催化劑不能改變CO2的平衡轉(zhuǎn)化率,故選C。(2)若將含等物質(zhì)的量CO和H2的混合氣體充入恒溫恒容密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)Ⅲ,下列事實(shí)能說明此反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是

。

A.容器內(nèi)氣體密度保持不變B.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變C.生成CH3OH的速率與生成H2的速率相等D.CO的體積分?jǐn)?shù)保持不變BD解析:密度是混合氣體的質(zhì)量和容器容積的比值,在反應(yīng)過程中質(zhì)量和容積始終是不變的,則容器內(nèi)氣體密度保持不變不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),A錯(cuò)誤;混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量是混合氣體的質(zhì)量和混合氣體的總的物質(zhì)的量的比值,質(zhì)量不變,但物質(zhì)的量是變化的,所以混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),B正確;生成CH3OH的速率與生成H2的速率相等,但不滿足計(jì)量數(shù)之比,反應(yīng)沒有達(dá)到平衡狀態(tài),C錯(cuò)誤;CO的體積分?jǐn)?shù)保持不變說明正逆反應(yīng)速率相等,達(dá)到了平衡狀態(tài),D正確?！咀⒁狻吭诶肕、ρ、n(總)、p(總)判斷時(shí)要注意反應(yīng)特點(diǎn)和容器的容積變化問題。命題角度2化學(xué)平衡的移動(dòng)例2(2024·黑吉遼卷)為實(shí)現(xiàn)氯資源循環(huán)利用,工業(yè)上采用RuO2催化氧化法處理HCl廢氣:將HCl和O2分別以不同起始流速通入反應(yīng)器中,在360℃、400℃和440℃下反應(yīng),通過檢測(cè)流出氣成分繪制HCl轉(zhuǎn)化率(α)曲線,如下圖所示(較低流速下轉(zhuǎn)化率可近似為平衡轉(zhuǎn)化率)。圖1圖2回答下列問題:(1)T3=

℃。

(2)下列措施可提高M(jìn)點(diǎn)HCl轉(zhuǎn)化率的是

(填字母)。

A.增大HCl的流速B.將溫度升高40℃C.增大n(HCl)∶n(O2)D.使用更高效的催化劑(3)圖中較高流速時(shí),α(T3)小于α(T2)和α(T1),原因是

。

360BD較高流速時(shí)反應(yīng)未達(dá)平衡,溫度升高,反應(yīng)速率變快,相同時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化率大解析:(1)題中所給反應(yīng)熱ΔH1=-57.2

kJ·mol-1,溫度升高時(shí)平衡逆向移動(dòng),HCl的轉(zhuǎn)化率減小,所以T1=440

℃、T2=400

℃、T3=360

℃。(2)A項(xiàng),由圖像可知增大HCl的流速,其轉(zhuǎn)化率減小;B項(xiàng),升高溫度,反應(yīng)速率加快,可提高M(jìn)點(diǎn)HCl的轉(zhuǎn)化率;C項(xiàng),增大n(HCl)∶n(O2),O2的轉(zhuǎn)化率增大,HCl的轉(zhuǎn)化率減小;D項(xiàng),催化劑可加快反應(yīng)速率,可提高M(jìn)點(diǎn)HCl的轉(zhuǎn)化率。故選B、D。(3)較高流速時(shí),反應(yīng)未達(dá)到平衡,溫度越高,反應(yīng)速率越快,單位時(shí)間內(nèi)HCl消耗掉的量越多,轉(zhuǎn)化率越大,所以α(T3)小于α(T2)和α(T1)。[變式演練2](2024·浙江紹興一模)用太陽(yáng)能電池電解水得到的H2,再與CO2反應(yīng)生成甲醇,是目前推動(dòng)“碳達(dá)峰、碳中和”的新路徑。合成甲醇過程中主要發(fā)生以下反應(yīng):在9.0MPa下,分別按照n(CO2)∶n(H2)=1∶3、n(CO)∶n(H2)=1∶2的投料比在容積可變的密閉容器中反應(yīng)相同時(shí)間,測(cè)得甲醇的生成速率和溫度的關(guān)系如圖所示。請(qǐng)回答:(1)下列說法正確的是

(填字母)。

A.其他條件不變,溫度升高,甲醇的生成速率加快B.其他條件不變,壓縮容器容積增大壓強(qiáng),甲醇的產(chǎn)率增大C.選用更高效的催化劑,可增加甲醇的生成速率和平衡轉(zhuǎn)化率D.反應(yīng)ⅲ低于500K時(shí)很難發(fā)生可能是因?yàn)榇呋瘎┪催_(dá)到最適溫度BD解析:由圖像可知其他條件不變,溫度升高,甲醇的生成速率先加快后減小,A錯(cuò)誤;反應(yīng)ⅰ和反應(yīng)ⅲ都是氣體體積減小的反應(yīng),其他條件不變,壓縮容器容積增大壓強(qiáng),平衡正向移動(dòng),甲醇的產(chǎn)率增大,B正確;選用更高效的催化劑,可增加甲醇的生成速率但不影響平衡轉(zhuǎn)化率,C錯(cuò)誤;反應(yīng)ⅲ低于500

K時(shí)很難發(fā)生可能是因?yàn)榇呋瘎┪催_(dá)到最適溫度,D正確。(2)其他條件不變,將投料比由n(CO2)∶n(H2)=1∶3改成n(CO2)∶n(CO)∶n(H2)=4∶1∶15,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物中水蒸氣物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)極低。已知反應(yīng)ⅱ能快速達(dá)到平衡,請(qǐng)?jiān)趫D中畫出520K之前投料比為n(CO2)∶n(CO)∶n(H2)=4∶1∶15時(shí)甲醇生成速率和溫度的關(guān)系。解析:物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)極低且反應(yīng)ⅱ能快速達(dá)到平衡,說明反應(yīng)ⅱ進(jìn)行程度很小,400

K以上CO選擇性更高,反應(yīng)ⅲ放熱更多,溫度上升快,故甲醇生成速率變大,后續(xù)主要還是CO2和H2反應(yīng),圖線的變化趨勢(shì)和投料比為n(CO2)∶n(H2)=1∶3一致,故甲醇生成速率和溫度的關(guān)系如圖所示:考點(diǎn)集訓(xùn)1.(2024·湖南岳陽(yáng)二模)我國(guó)力爭(zhēng)于2030年前做到碳達(dá)峰,2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。以生物材質(zhì)(以C計(jì))與水蒸氣反應(yīng)制取H2是一種低耗能、高效率的制H2方法。該方法由氣化爐制造H2和燃燒爐再生CaO兩步構(gòu)成。氣化爐中涉及的反應(yīng)如下:Ⅰ.C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)

ΔH1Ⅱ.CO2(g)+H2(g)

CO(g)+H2O(g)

ΔH2Ⅲ.CaCO3(s)

CaO(s)+CO2(g)

ΔH3Ⅳ.C(s)+O2(g)CO2(g)

ΔH4(1)絕熱條件下,將H2、CO2以體積比2∶1充入恒容密閉容器中,若只發(fā)生反應(yīng)Ⅱ,下列可作為反應(yīng)Ⅱ達(dá)到平衡的判據(jù)是

(填字母)。

A.c(CO)與c(H2O)比值不變B.容器內(nèi)氣體密度不變C.容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)不變CD(2)反應(yīng)Ⅱ:CO2(g)+H2(g)═CO(g)+H2O(g)的速率方程為v正=k正c(CO2)·c(H2),v逆=k逆c(CO)·c(H2O)。(k正、k逆為速率常數(shù),與溫度、催化劑、接觸面積有關(guān),與濃度無關(guān))。凈反應(yīng)速率(Δv)等于正、逆反應(yīng)速率之差。平衡時(shí),Δv(500K)

(填“>”“<”或“=”)Δv(550K)。

=解析:已知化學(xué)平衡的本質(zhì)特征為正、逆反應(yīng)速率相等,即任何平衡狀態(tài)下,凈反應(yīng)速率(Δv)等于正、逆反應(yīng)速率之差,為0,故有平衡時(shí),Δv(500

K)=Δv(550

K)。(3)對(duì)于反應(yīng)Ⅲ,若平衡時(shí)保持溫度不變,再充入CO2,使其濃度增大到原來的2倍,則平衡移動(dòng)方向?yàn)?/p>

(填“向左移動(dòng)”“向右移動(dòng)”或“不移動(dòng)”);當(dāng)重新平衡后,CO2濃度

(填“變大”“變小”或“不變”)。

向左移動(dòng)

不變解析:對(duì)于反應(yīng)Ⅲ.CaCO3(s)

CaO(s)+CO2(g),若平衡時(shí)保持溫度不變,再充入CO2,使其濃度增大到原來的2倍,則增大生成物濃度,化學(xué)平衡移動(dòng)方向?yàn)橄蚰娣磻?yīng)方向即向左移動(dòng);根據(jù)平衡常數(shù)K=c(CO2)僅僅是溫度的函數(shù)可知,當(dāng)重新平衡后,CO2濃度不變。2.(2024·陜西西安一模)甲烷、甲醇(CH3OH)、甲醛(HCHO)等含有一個(gè)碳原子的物質(zhì)稱為“一碳”化合物,廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、能源等方面,研究“一碳”化合物的化學(xué)稱為“一碳”化學(xué)。(1)工業(yè)上合成甲醇的反應(yīng):CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),在一個(gè)密閉容器中,充入1molCO和2molH2發(fā)生反應(yīng),測(cè)得平衡時(shí)H2的體積分?jǐn)?shù)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。壓強(qiáng)p1

(填“大于”或“小于”)p2,該反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是

(填字母)。

A.反應(yīng)速率v正(H2)=2v逆(CH3OH)B.容器內(nèi)CO和H2物質(zhì)的量之比為1∶2C.混合氣體的質(zhì)量不再變化D.混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再變化小于

AD解析:反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng),相同條件下,增大壓強(qiáng),平衡正向移動(dòng),氫氣轉(zhuǎn)化率增大,平衡時(shí)H2的體積分?jǐn)?shù)減小,故壓強(qiáng)p1小于p2;各物質(zhì)代表的反應(yīng)速率等于其化學(xué)計(jì)量數(shù)比,v正(H2)=2v逆(CH3OH),則正逆反應(yīng)速率相等,達(dá)到平衡狀態(tài),A符合題意;容器內(nèi)CO和H2物質(zhì)的量之比為1∶2,不能說明正逆反應(yīng)速率相等,不能判斷達(dá)到平衡狀態(tài),B不符合題意;氣體總質(zhì)量始終不變,因此不能說明反應(yīng)已達(dá)平衡,C不符合題意;混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為M=m/n,氣體質(zhì)量不變,但是氣體的總物質(zhì)的量隨反應(yīng)進(jìn)行而改變,所以M會(huì)發(fā)生改變,當(dāng)M不變時(shí),反應(yīng)達(dá)到平衡,D符合題意。(2)我國(guó)科學(xué)家制備了一種ZO-ZrO2催化劑,實(shí)現(xiàn)CO2高選擇性合成CH3OH。氣相催化合成過程中,CO2轉(zhuǎn)化率(x)及CH3OH選擇性(S)隨溫度的變化曲線如圖。據(jù)此回答:①生成CH3OH的最佳溫度約為

。

②溫度升高,CO2轉(zhuǎn)化率升高,但產(chǎn)物CH3OH含量降低的原因:

。

320℃

溫度升高,反應(yīng)速率加快,CO2轉(zhuǎn)化率升高,但產(chǎn)物CH3OH的選擇性降低,副產(chǎn)物也增多,使得甲醇的含量降低解析:①由圖可知,生成CH3OH的最佳溫度約為320

℃,此時(shí)CO2轉(zhuǎn)化率(x)及CH3OH選擇性都較高;②溫度升高,反應(yīng)速率加快,CO2轉(zhuǎn)化率升高,但產(chǎn)物CH3OH的選擇性降低,副產(chǎn)物也增多,使得甲醇的含量降低。3.(2024·江西南昌一模)一氧化二氮是一種強(qiáng)大的溫室氣體,也是人類最早應(yīng)用于醫(yī)療的麻醉劑之一。它可由NH4NO3在加熱條件下分解產(chǎn)生。(1)一定溫度下,將足量NH4NO3(s)加入含有催化劑的1L恒容密閉容器中,發(fā)生下面兩個(gè)反應(yīng):反應(yīng)1:NH4NO3(s)

2H2O(g)+N2O(g)

ΔH1<0反應(yīng)2:2N2O(g)

2N2(g)+O2(g)測(cè)得平衡時(shí)容器中氣體總壓為33.0kPa,且p(O2)為2.4kPa。則平衡時(shí),p(H2O)為

kPa。

20.4解析:(1)設(shè)平衡時(shí)p(H2O)=x

kPa,則平衡時(shí)容器中氣體總壓為p(H2O)+p(N2O)+p(N2)+p(O2)=x

kPa+(-4.8)

kPa+4.8

kPa+2.4

kPa=33.0

kPa,解得x=20.4,則p(H2O)=20.4

kPa。(2)分別向三個(gè)容積不變的密閉容器中充入如表所示相應(yīng)氣體,進(jìn)行反應(yīng)2N2O(g)2N2(g)+O2(g)。容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中N2O的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線如圖所示:容器物質(zhì)的量/mol編號(hào)體積/LN2ON2O2ⅠV1=1.00.200ⅡV20.200ⅢV30.200①V1、V2、V3由大到小的順序?yàn)?/p>

。

②保持溫度不變的情況下,達(dá)平衡后再向容器Ⅰ中注入Ar稀釋,N2O的分壓p(N2O)將

(填“增大”“減小”或“不變”)。

③370℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)為

。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)

V1>V2>V3不變

0.018解析:①該反應(yīng)是一個(gè)正向氣體體積增大的反應(yīng),由圖知,相同溫度下,容器Ⅰ中的N2O的平衡轉(zhuǎn)化率最高,說明其中的壓強(qiáng)最小,則對(duì)應(yīng)的V1最大,故V1>V2>V3。②容器Ⅰ的容積恒定,保持溫度不變的情況下,達(dá)平衡后再向容器Ⅰ中注入Ar稀釋,N2O的濃度不變,其分壓p(N2O)也不變。③由圖知,370

℃時(shí)容器Ⅰ(容積為1

L)中N2O的平衡轉(zhuǎn)化率為40%,則反應(yīng)達(dá)到平衡的過程中N2O轉(zhuǎn)化了0.2

mol×40%=0.08

mol,平衡時(shí)N2O、N2、O2的物質(zhì)的量分別為0.12

mol、0.08

mol、0.04

mol,故該反應(yīng)的平衡常數(shù)突破點(diǎn)3反應(yīng)速率、平衡常數(shù)及轉(zhuǎn)化率的計(jì)算聚焦核心要點(diǎn)1.速率常數(shù)和速率方程[1](1)速率方程的類型一定溫度下,基元反應(yīng)的速率與反應(yīng)物濃度以其計(jì)量數(shù)為指數(shù)的冪的乘積成正比。①正逆反應(yīng)速率方程:對(duì)于反應(yīng):aA+bBgG+hH則v(正)=k正ca(A)·cb(B),v(逆)=k逆cg(G)·ch(H)(其中k正、k逆分別為正、逆反應(yīng)速率常數(shù))。②總反應(yīng)速率方程:某反應(yīng)的總反應(yīng)速率方程通常由實(shí)驗(yàn)測(cè)定,其中v應(yīng)指凈反應(yīng)速率,即v(正)-v(逆),如某合成氨速率方程為v=kcα(N2)·cβ(H2)·cγ(NH3)。(2)速率方程及速率常數(shù)的求算方法利用所給數(shù)據(jù)采用“定多議一”的原則求算,如合成氨速率方程為v=kcα(N2)·cβ(H2)·cγ(NH3)中,讓NH3和H2的濃度保持不變,利用N2濃度的不同求α。(3)速率常數(shù)和平衡常數(shù)的關(guān)系基元反應(yīng):aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)①平衡條件v(正)=v(逆):2.化學(xué)平衡常數(shù)(1)三種平衡常數(shù)[2]aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)ⅰ平衡量必須為平衡時(shí)的濃度ⅱ等體積反應(yīng):可以用平衡時(shí)的物質(zhì)的量代替平衡時(shí)的濃度ⅲ恒壓條件下:先計(jì)算平衡體積,再算平衡常數(shù)(2)多平衡體系化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算①多重平衡是指相互關(guān)聯(lián)的若干平衡同時(shí)存在于一個(gè)平衡系統(tǒng)中,且至少有一種物質(zhì)同時(shí)參與幾個(gè)相互關(guān)聯(lián)的平衡。②同一容器內(nèi)的多平衡體系,相同組分的平衡濃度相同如化學(xué)平衡:aA(g)

bB(g)+cC(g),cC(g)

dD(g)+eE(g),計(jì)算K1、K2時(shí),用到的c(C)相同。③計(jì)算方法

元素守恒法根據(jù)某元素守恒,計(jì)算出平衡時(shí)相應(yīng)組分的濃度設(shè)未知數(shù)法①有幾個(gè)平衡假設(shè)幾個(gè)未知數(shù)(變化量)②用這些未知數(shù)表示出平衡時(shí)相應(yīng)組分的濃度③根據(jù)相關(guān)量計(jì)算出未知數(shù),代入平衡常數(shù)表達(dá)式求解【應(yīng)用示例】二氧化碳催化加氫制甲醇有利于減少溫室氣體排放,涉及的反應(yīng)如下:Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)

CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH1

K1Ⅱ.CO2(g)+H2(g)

CO(g)+H2O(g)

ΔH2=+40.9kJ·mol-1

K2Ⅲ.CO(g)+2H2(g)

CH3OH(g)

ΔH3=-90.4kJ·mol-1

K3回答下列問題:在恒溫恒壓(壓強(qiáng)為p)的某密閉容器中,充入1molCO2(g)和3molH2(g),僅發(fā)生反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ,經(jīng)過一段時(shí)間后,反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ達(dá)到平衡,此時(shí)測(cè)得CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為20%,甲醇的選擇性為50%{甲醇選擇性[(CH3OH)%=×100%]},則該溫度下反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)Kp=

(寫出計(jì)算式即可,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

解析:在恒溫恒壓(壓強(qiáng)為p)的某密閉容器中,充入1

mol

CO2(g)和3

mol

H2(g),僅發(fā)生反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ,經(jīng)過一段時(shí)間后,反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ達(dá)到平衡,此時(shí)測(cè)得CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為20%,甲醇的選擇性為50%,根據(jù)三段式分析可知:

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)起始量/mol

1

3

0

0轉(zhuǎn)化量/mol

0.1

0.3

0.1

0.1平衡量/mol

0.9

2.7

0.1

0.1

CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)起始量/mol

0.9

2.7

0

0.1轉(zhuǎn)化量/mol

0.1

0.1

0.1

0.1平衡量/mol

0.8

2.6

0.1

0.2鏈接高考[1]1.(2023·山東卷)一定條件下,水氣變換反應(yīng)CO+H2OCO2+H2的中間產(chǎn)物是HCOOH。為探究該反應(yīng)過程,研究HCOOH水溶液在密封石英管中的分子反應(yīng):Ⅰ.HCOOHCO+H2O(快)Ⅱ.HCOOHCO2+H2(慢)反應(yīng)Ⅰ正反應(yīng)速率方程為v=kc(H+)·c(HCOOH),k為反應(yīng)速率常數(shù)。T1溫度下,HCOOH電離平衡常數(shù)為Ka,當(dāng)HCOOH平衡濃度為xmol·L-1時(shí),H+濃度為

mol·L-1,此時(shí)反應(yīng)Ⅰ速率v=

mol·L-1·h-1(用含Ka、x和k的代數(shù)式表示)。

2.(2022·遼寧卷)工業(yè)合成氨是人類科學(xué)技術(shù)的一項(xiàng)重大突破,目前已有三位科學(xué)家因其獲得諾貝爾獎(jiǎng),其反應(yīng)為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH=-92.4kJ·mol-1

ΔS=-200J·K-1·mol-1。某合成氨速率方程為v=kcα(N2)cβ(H2)cγ(NH3),根據(jù)表中數(shù)據(jù),γ=

;

在合成氨過程中,需要不斷分離出氨的原因?yàn)?/p>

(填字母)。

a.有利于平衡正向移動(dòng)

b.防止催化劑中毒

c.提高正反應(yīng)速率-1a解析:選擇實(shí)驗(yàn)1和3進(jìn)行分析,此時(shí)

,則γ=-1;在合成氨過程中,需要不斷分離出氨,有利于平衡正向移動(dòng),a正確;氨是在該催化劑的催化作用下生成,不會(huì)使催化劑中毒,b不正確;分離出氨,并沒有增大反應(yīng)物的濃度,所以不會(huì)提高正反應(yīng)速率,c不正確。3.(2021·海南卷)溶于水的CO2只有部分轉(zhuǎn)化為H2CO3(aq),大部分以水合CO2的形式存在,水合CO2可用CO2(aq)表示。已知25℃時(shí),H2CO3(aq)CO2(aq)+H2O(l)的平衡常數(shù)K=600,正反應(yīng)的速率可表示為v(H2CO3)=k1·c(H2CO3),逆反應(yīng)的速率可表示為v(CO2)=k2·c(CO2),則k2=

(用含k1的代數(shù)式表示)。

鏈接高考[2]1.(2023·河北卷)恒溫下,將1mol空氣(N2和O2的體積分?jǐn)?shù)分別為0.78和0.21,其余為惰性組分)置于容積為VL的恒容密閉容器中,假設(shè)體系中只存在如下兩個(gè)反應(yīng):ⅰ.N2(g)+O2(g)2NO(g)

K1

ΔH1ⅱ.2NO(g)+O2(g)

2NO2(g)

K2

ΔH2=-114kJ·mol-1若上述平衡體系中c(NO2)=amol·L-1,c(NO)=bmol·L-1,則c(O2)=__________mol·L-1,K1=

(寫出含a、b、V的計(jì)算式)。解析:根據(jù)三段式:2.(2022·河北卷)工業(yè)上常用甲烷水蒸氣重整制備氫氣,體系中發(fā)生如下反應(yīng)。3.(2023·湖北卷)1200K時(shí),假定體系內(nèi)只有反應(yīng)C40H12(g)C40H10(g)+H2(g)發(fā)生,反應(yīng)過程中壓強(qiáng)恒定為p0(即C40H12的初始?jí)簭?qiáng)),平衡轉(zhuǎn)化率為α,該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp為

(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))。

精研核心命題命題角度1速率常數(shù)及與平衡常數(shù)的關(guān)系例1(1)(2024·山東菏澤一模)氫氣和碳氧化物反應(yīng)生成甲烷,有利于實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)利用。涉及反應(yīng)如下:回答下列問題:①ΔH2=

kJ·mol-1。

-41.2d

(2)(2024·湖南長(zhǎng)沙一模)為避免汽車尾氣中的氮氧化合物對(duì)大氣的污染,需給汽車安裝尾氣凈化裝置。在凈化裝置中CO和NO發(fā)生反應(yīng)2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)

ΔH1=-746.8kJ·mol-1。實(shí)驗(yàn)測(cè)得:v(正)=k正·p2(NO)·p2(CO),v(逆)=k逆·p(N2)·p2(CO2),其中k正、k逆分別為正、逆反應(yīng)速率常數(shù),只與溫度有關(guān);p為氣體分壓(分壓=物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)×總壓)。①達(dá)到平衡后,僅升高溫度,k正增大的倍數(shù)

(填“大于”“小于”或“等于”)k逆增大的倍數(shù)。

②一定溫度下在剛性密閉容器中充入CO、NO和N2物質(zhì)的量之比為2∶2∶1,壓強(qiáng)為p0kPa。達(dá)平衡時(shí)壓強(qiáng)為0.9p0kPa,此時(shí)

=________kPa-1。小于

[變式演練1]溫度為T1時(shí),在三個(gè)容積均為1L的恒容密閉容器中按如表三種投料比進(jìn)行反應(yīng)2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)

ΔH=+196.6kJ·mol-1。結(jié)果如表,實(shí)驗(yàn)測(cè)得:v(正)=k正c2(SO3),v(逆)=k逆c2(SO2)·c(O2),k正、k逆為速率常數(shù)(僅與溫度有關(guān))。容器編號(hào)物質(zhì)的起始濃度物質(zhì)的平衡濃度c(SO3)c(SO2)c(O2)c(SO2)Ⅰ0.3000.2Ⅱ0.10.30.2

Ⅲ0.300.1

回答下列問題:(1)溫度為T1時(shí),該反應(yīng)的平衡常數(shù)為

。

(2)容器Ⅱ中起始時(shí),v(逆)

(填“>”“<”或“=”,下同)v(正)。

(3)達(dá)平衡時(shí),容器Ⅲ中SO2的體積分?jǐn)?shù)

50%。

(4)容器Ⅰ中達(dá)平衡后,溫度改變?yōu)門2時(shí),若k正=k逆,則T1

T2。

0.4><<命題角度2化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算例2(2024·山東卷)水煤氣是H2的主要來源,研究CaO對(duì)C-H2O體系制H