2023新教材高考化学二轮专题复习专题13化学反应原理综合考查

专题十三化学反应原理综合考查真题研练·析考情【真题研练】1.[2022·全国乙卷]油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢，需要回收处理并加以利用。回答下列问题：（1）已知下列反应的热化学方程式：①2H2S（g）＋3O2（g）=2SO2（g）＋2H2O（g）ΔH1＝－1036kJ·mol－1②4H2S（g）＋2SO2（g）=3S2（g）＋4H2O（g）ΔH2＝94kJ·mol－1③2H2（g）＋O2（g）=2H2O（g）ΔH3＝－484kJ·mol－1计算H2S热分解反应④2H2S（g）=S2（g）＋2H2（g）的ΔH4＝kJ·mol－1。（2）较普遍采用的H2S处理方法是克劳斯工艺，即利用反应①和②生成单质硫。另一种方法是，利用反应④高温热分解H2S。相比克劳斯工艺，高温热分解方法的优点是，缺点是。（3）在1470K、100kPa反应条件下，将n（H2S）∶n（Ar）＝1∶4的混合气进行H2S热分解反应。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等，H2S平衡转化率为，平衡常数Kp＝kPa。（4）在1373K、100kPa反应条件下，对于n（H2S）∶n（Ar）分别为4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19的H2S­Ar混合气，热分解反应过程中H2S转化率随时间的变化如下图所示。①n（H2S）∶n（Ar）越小，H2S平衡转化率，理由是。②n（H2S）∶n（Ar）＝1∶9对应图中曲线，计算其在0～0.1s之间，H2S分压的平均变化率为kPa·s－1。2．[2022·湖北卷]自发热材料在生活中的应用日益广泛。某实验小组为探究“CaO－Al－H2O”体系的发热原理，在隔热装置中进行了下表中的五组实验，测得相应实验体系的温度升高值（ΔT）随时间（t）的变化曲线，如图所示。实验编号abcde反应物组成0.2gCaO粉末，5.0mLH2O0.15gAl粉，5.0mLH2O0.15gAl粉，5.0mL饱和石灰水0.15gAl粉，5.0mL石灰乳0.15gAl粉，0.2gCaO粉末，5.0mLH2O回答下列问题：（1）已知：①CaO（s）＋H2O（l）=Ca（OH）2（s）ΔH1＝－65.17kJ·mol－1②Ca（OH）2（s）=Ca2＋（aq）＋2OH－（aq）ΔH2＝－16.73kJ·mol－1③Al（s）＋OH－（aq）＋3H2O（l）=[Al（OH）4]－（aq）＋32H2（g）ΔH3＝－415.0kJ·mol－则CaO（s）＋2Al（s）＋7H2O（l）=Ca2＋（aq）＋2[Al（OH）4]－（aq）＋3H2（g）的ΔH4＝kJ·mol－1。（2）温度为T时，Ksp[Ca（OH）2)]＝x，则Ca（OH）2饱和溶液中c（OH－）＝（用含x的代数式表示）。（3）实验a中，4min后ΔT基本不变，原因是。（4）实验b中，ΔT的变化说明Al粉与H2O在该条件下（填“反应”或“不反应”）。实验c中，前3min的ΔT有变化，其原因是；3min后ΔT基本不变，其原因是微粒的量有限。（5）下列说法不能解释实验d在10min内温度持续升高的是（填标号）。A．反应②的发生促使反应①平衡右移B．反应③的发生促使反应②平衡右移C．气体的逸出促使反应③向右进行D．温度升高导致反应速率加快（6）归纳以上实验结果，根据实验e的特征，用文字简述其发热原理________________________________________________________________________。3．[2022·山东卷]利用γ－丁内酯（BL）制备1，4-丁二醇（BD），反应过程中伴有生成四氢呋喃（THF）和1－丁醇（BuOH）的副反应，涉及反应如下：已知：①反应Ⅰ为快速平衡，可认为不受慢反应Ⅱ、Ⅲ的影响；②因反应Ⅰ在高压H2氛围下进行，故H2压强近似等于总压。回答下列问题：（1）以5.0×10－3molBL或BD为初始原料，在493K、3.0×103kPa的高压H2氛围下，分别在恒压容器中进行反应。达平衡时，以BL为原料，体系向环境放热XkJ；以BD为原料，体系从环境吸热YkJ。忽略副反应热效应，反应Ⅰ焓变ΔH（493K，3.0×103kPa）＝________kJ·mol－1。（2）初始条件同上。xi表示某物种i的物质的量与除H2外其它各物种总物质的量之比，xBL和xBD随时间t变化关系如图甲所示。实验测X<Y，则图中表示xBL变化的曲线是；反应Ⅰ平衡常数Kp＝kPa－2（保留两位有效数字）。以BL为原料时，t1时刻xH2O＝，BD产率＝（保留两位有效数字）。图甲图乙（3）（xBD/xBL）max为达平衡时xBD与xBL的比值。（493K，2.5×103kPa）、（493K，3.5×103kPa）、（513K，2.5×103kPa）三种条件下，以5.0×10－3molBL为初始原料，在相同体积的刚性容器中发生反应，xBD/xBLxBD/xBLmax随时间t变化关系如图乙所示。因反应在高压H2氛围下进行，可忽略压强对反应速率的影响。曲线a、b、c中，（xBD/xBL）max最大的是________________________________________________________________________。4．[2022·湖南卷]2021年我国制氢量位居世界第一，煤的气化是一种重要的制氢途径。回答下列问题：（1）在一定温度下，向体积固定的密闭容器中加入足量的C（s）和1molH2O（g），起始压强为0.2MPa时，发生下列反应生成水煤气：Ⅰ.C（s）＋H2O（g）⇌CO（g）＋H2（g）ΔH1＝＋131.4kJ·mol－1Ⅱ.CO（g）＋H2O（g）⇌CO2（g）＋H2（g）ΔH2＝－41.1kJ·mol－1①下列说法正确的是；A．平衡时向容器中充入惰性气体，反应Ⅰ的平衡逆向移动B．混合气体的密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡C．平衡时H2的体积分数可能大于2D．将炭块粉碎，可加快反应速率②反应平衡时，H2O（g）的转化率为50%，CO的物质的量为0.1mol。此时，整个体系_________（填“吸收”或“放出”）热量kJ，反应Ⅰ的平衡常数Kp＝（以分压表示，分压＝总压×物质的量分数）。（2）一种脱除和利用水煤气中CO2方法的示意图如下：①某温度下，吸收塔中K2CO3溶液吸收一定量的CO2后，c（CO32-）∶c（HCO3-）＝1∶2，则该溶液的pH＝（该温度下H2CO3的Ka1＝4.6×10－7，Ka2＝5.0×②再生塔中产生CO2的离子方程式为；③利用电化学原理，将CO2电催化还原为C2H4，阴极反应式为。【考情分析】题型考向预测化学反应原理综合题热化学方程式的书写及反应热计算化学反应原理综合题仍然会以生产环保和化学史料为情景，通过陌生复杂的情境＋陌生的图像形式，经综合考查反应速率和化学平衡，以化学平衡为主，涉及定性分析和定量计算。定性分析主要是外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响，定量计算主要是围绕转化率和平衡常数的计算。另外，要关注反应机理的分析、压强平衡常数的计算、反应速率方程及计算、多步反应、动态平衡体系的分析和计算、溶液中微粒变化与本部分知识的综合考查。反应历程的分析化学平衡状态判断及影响因素分析化学反应速率、化学平衡图像分析化学反应速率、平衡常数及转化率计算电离平衡、水解平衡、溶解平衡的应用Ka（Kb）及Ksp的理解与计算电化学原理应用（书写电极反应式为主）核心突破·提能力考点1反应热计算的常用方法【核心梳理】1.利用盖斯定律进行计算2．利用键能、活化能进行计算（1）键能：ΔH＝E（反应物总键能）－E（生成物总键能）（2）活化能：ΔH＝E（正反应物活化能）－E（逆反应物活化能）【典题精研】考向反应热的计算例1[2021·全国甲卷节选]二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳，二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为：CO2（g）＋3H2（g）=CH3OH（g）＋H2O（g），该反应一般认为通过如下步骤来实现：①CO2（g）＋H2（g）=CO（g）＋H2O（g）ΔH1＝＋41kJ·mol－1②CO（g）＋2H2（g）=CH3OH（g）ΔH2＝－90kJ·mol－1总反应的ΔH＝kJ·mol－1；若反应①为慢反应，下列示意图中能体现上述反应能量变化的是（填标号），判断的理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[题型分析]关于反应热的计算常考查盖斯定律和键能的应用，命题形势基本稳定，就新高考而言又涉及了活化能的考查，解答这类问题一定注意计算过程的规范。2023年高考可能这样考1．氢气是一种清洁能源，水煤气变换反应的制氢原理为：CO＋H2O（g）⇌CO2（g）＋H2（g）ΔH1，水煤气变换部分基元反应如下：基元反应活化能Ea（eV）反应热ΔH（eV）①CO＋H2O＋2*=CO*＋H2O*0－1.73②H2O*＋*=H*＋OH*0.81－0.41第②步基元反应逆反应的活化能为eV。考点2化学平衡图像解读与分析【核心梳理】1.化学平衡图像信息的获取依据化学反应原理中反应速率和平衡移动知识解读图像，关键在于对“数”“形”“义”“性”的综合思考，包括：（1）明标：明晰横、纵坐标所表示的化学含义，这是理解题意和进行正确思考的前提。明晰坐标含义，也就是用变量的观点分析坐标，找出横、纵坐标的关系，再结合教材，联系相应的知识点。（2）找点：找出曲线中的特殊点（起点、顶点、拐点、终点、交叉点、平衡点等），分析这些点所表示的化学意义以及影响这些点的主要因素及限制因素等，大多考题就落在这些点的含义分析上，因为这些点往往隐含着某些限制条件或某些特殊的化学含义。（3）析线：正确分析曲线的变化趋势（上升、下降、平缓、转折等），同时对走势有转折变化的曲线，要分区段进行分析，研究各段曲线的变化趋势及其含义。2．化学平衡图像信息的加工在准确解读图像信息的基础上，对试题信息进行加工处理，分析角度如图【典题精研】考向化学平衡图像解读与分析例2[2021·全国甲卷节选]二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题：二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为：CO2（g）＋3H2（g）=CH3OH（g）＋H2O（g）（2）合成总反应在起始物n（H2）/n（CO2）＝3时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为x（CH3OH），在t＝250℃下的x（CH3OH）～p、在p＝5×105Pa下的x（CH3OH）～t如图所示。②图中对应等压过程的曲线是，判断的理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________；③当x（CH3OH）＝0.10时，CO2的平衡转化率α＝，反应条件可能为______________或______________。[题型分析]化学反应原理综合题的图像问题常以生产实际为情景，考查影响反应速率、平衡的因素，生产条件的选择及原因解析，也时常把有关计算融合在一起。解答这类问题应该把题给信息与基本规律结合起来进行分析。2023年高考可能这样考2．我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和，CO2制CH3OH是热点研究之一。中科院大连化物所研究团队直接利用CO2与H2合成甲醇，主要涉及以下反应：①CO2（g）＋H2（g）⇌CO（g）＋H2O（g）ΔH1②CO（g）＋2H2（g）⇌CH3OH（g）ΔH2＝－90kJ·mol－1③CO2（g）＋3H2（g）⇌CH3OH（g）＋H2O（g）ΔH3＝－49kJ·mol－1④2CO2（g）＋6H2（g）⇌CH3OCH3（g）＋3H2O（g）ΔH4＝－121kJ·mol－1（1）反应①、②的平衡常数随温度变化曲线如图Ⅰ所示，则表示②反应的lgKc-T关系的曲线为（填“l”或“m”）。（2）有同学认为在400℃以后反应②在该体系中可以忽略，其依据是________________________________________________________________________。（3）500℃以后CO2的平衡转化率随温度变化的可能原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。（4）恒压下将CO2和H2按体积比1∶3混合，在不同催化剂作用下发生反应。在相同时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如图Ⅱ所示。其中CH3OH的选择性＝CH3OH的物质的量则合成甲醇的适宜条件是（填标号）。A．230℃ B．210℃C．CZT催化剂 D．CZ（Zr－1）T催化剂考点3反应速率常数、化学平衡常数的计算【核心梳理】1.速率常数（1）假设基元反应（能够一步完成的反应）为aA（g）＋bB（g）=cC（g）＋dD（g），其速率可表示为v＝k·ca（A）·cb（B），式中的k称为反应速率常数或速率常数，k与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响，通常反应速率常数越大，反应进行得越快。（2）正、逆反应的速率常数与平衡常数的关系对于基元反应aA（g）＋bB（g）⇌cC（g）＋dD（g），v正＝k正·ca（A）·cb（B），v逆＝k逆·cc（C）·cd（D），平衡常数K＝ccC·cdDcaA·cbB2．化学平衡常数表达式（1）不要把反应体系中纯固体、纯液体以及稀水溶液中水的浓度写进平衡常数表达式，但在非水溶液中，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应写进平衡常数表达式中。（2）Kp含义及表达式①Kp含义：有气体参与的反应，在化学平衡体系中，各气体物质的分压替代平衡浓度，计算的平衡常数叫压强平衡常数。②表达式对于一般可逆反应mA（g）＋nB（g）⇌pC（g）＋qD（g），当在一定温度下达到平衡时其压强平衡常数Kp可表示为Kp＝p其中p（A）、p（B）、p（C）、p（D）表示反应物和生成物的分压，用平衡分压可以这样计算：分压＝总压×物质的量分数。p（总）＝p（A）＋p（B）＋p（C）＋p（D）；pApB＝n（3）Kx含义：在化学平衡体系中，各物质的物质的量分数替代平衡浓度，计算的平衡常数。3．转化率、产率及分压的计算反应物转化率＝反应物的变化量反应物的起始量×生成物的产率＝生成物的实际产量生成物的理论产量×【典题精研】考向1速率常数的计算与应用例3[2022·辽宁卷节选]（4）某合成氨速率方程为：v＝kcα（N2）cβ（H2）cγ（NH3），根据表中数据，γ＝；实验cccv1mnpq22mnp2q3mn0.1p10q4m2np2.828q在合成氨过程中，需要不断分离出氨的原因为。a.有利于平衡正向移动b.防止催化剂中毒c.提高正反应速率[题型分析]速率常数及其应用是近几年高考题中以信息的形式出现的命题点，除考查数学推理进行计算以外常与平衡常数结合在一起进行考查，解答这类问题一定注意信息的提取、加工和应用。2023年高考可能这样考3．T℃时，2NO2（g）⇌N2O4（g），该反应正、逆反应速率与浓度的关系为：v正＝k正c2（NO2），v逆＝k逆c（N2O4）（k正、k逆这是速率常数）。（1）图中表示lgv逆～lgc（N2O4）的线是（填“m”或“n”）（2）T℃时，向刚性容器中充入一定量NO2气体，平衡后测得c（N2O4）为1.0mol·L－1，则平衡时，v正＝（用含a的表达式表示）。（3）T℃时，向2L的容器中充入5molN2O4气体和1molNO2气体，此时v正v逆（填“>”“＜”或“＝”）。考向2平衡常数的计算与应用例4[2021·全国乙卷节选]一氯化碘（ICl）是一种卤素互化物，具有强氧化性，可与金属直接反应，也可用作有机合成中的碘化剂。回答下列问题：（2）氯铂酸钡（BaPtCl6）固体加热时部分分解为BaCl2、Pt和Cl2，376.8℃时平衡常数K′p＝1.0×104Pa2。在一硬质玻璃烧瓶中加入过量BaPtCl6，抽真空后，通过一支管通入碘蒸气（然后将支管封闭）。在376.8℃，碘蒸气初始压强为20.0kPa。376.8℃平衡时，测得烧瓶中压强为32.5kPa，则pICl＝kPa，反应2ICl（g）=Cl2（g）＋I2（g）的平衡常数K＝________________________________________________________________________（列出计算式即可）。（3）McMorris测定和计算了在136～180℃范围内下列反应的平衡常数Kp：2NO（g）＋2ICl（g）⇌2NOCl（g）＋I2（g）Kp12NOCl（g）⇌2NO（g）＋Cl2（g）Kp2得到lgKp1～1T和lgKp2～1①由图可知，NOCl分解为NO和Cl2反应的ΔH0（填“大于”或“小于”）。②反应2ICl（g）=Cl2（g）＋I2（g）的K＝（用Kp1、Kp2表示）；该反应的ΔH_____________0（填“大于”或“小于”），写出推理过程________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[题型分析]关于平衡常数的有关计算是高考的必考点，就呈现形式而言，在经典题型的基础上又出现了多反应平衡体系和数形结合的图像题，在浓度常数的基础上又延伸出了压强常数和物质的量分数常数，常用“三段式”法和守恒法进行计算。2023年高考可能这样考4．[2022·重庆市模拟]（1）一定条件下，向容积恒定为2L的密闭容器中加入0.10molCO2和0.40molNH3，发生反应2NH3（g）＋CO2（g）⇌CO（NH2）2（l）＋H2O（g），60min开始达到平衡。反应中CO2的物质的量随时间变化如下表所示：时间/min0206080n（CO2）/mol0.100.060.040.04①60min时，上述反应的平均反应速率v（CO2）＝。②NH3的平衡转化率为。（2）一定条件下，恒容容器中，若原料气中的NH3和CO2的物质的量之比nNH3nCO2＝x，发生反应2NH3（g）＋CO2（g）⇌CO（NH2）2（l）＋H2O（g），①α随着x增大而增大的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②A点平衡时容器内总压强为p0kPa，则上述反应的平衡常数Kp＝。（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数）模考精练·抓落实1.[2022·天津市津南区一模]我国研发了一种新型催化剂，可以通过反应2NO（g）＋2H2（g）⇌N2（g）＋2H2O（g）ΔH达到消除NO污染的效果。已知：Ⅰ.4NH3（g）＋6NO（g）⇌5N2（g）＋6H2O（g）ΔH1＝－1808kJ·mol－1；Ⅱ.N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g）ΔH2＝－92.4kJ·mol－1。回答下列问题：（1）若在密闭容器中同时发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，反应Ⅱ对反应Ⅰ中NO的平衡转化率的影响为（填“增大”“减小”或“无影响”）。（2）2NO（g）＋2H2（g）⇌N2（g）＋2H2O（g）的ΔH＝（保留四位有效数字）。（3）T1℃时，向填充催化剂的10L恒容密闭容器甲中充入2molNO和2molH2，发生反应2NO（g）＋2H2（g）⇌N2（g）＋2H2O（g）。10min末反应达到平衡时测得N2的物质的量为0.8mol。①0～10min内，用NO的浓度变化表示的平均反应速率v（NO）＝。②反应的平衡常数Kc＝L·mol－1。③若起始向填充催化剂的10L恒容密闭容器乙中充入1molNO（g）、1molH2（g）、2molN2（g）、2molH2O（g）。甲、乙容器中平衡时气体压强之比815（填“>”“<”或“＝”），理由为________________________________________________________________________。（4）有学者对比了新型催化剂与传统催化剂的催化效果。当固定比例的NO（g）和H2（g）的混合气体，以相同流速分别通过填充有两种催化剂的反应器，测得NO的转化率与温度的关系如图所示。①新型催化剂优于传统催化剂的理由为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②M、N、P、Q四点中一定未达到平衡状态的是（填字母）。2．[2022·山东省潍坊市一模]碘及其化合物有着多方面的用途，用化学反应原理研究碘及其化合物有重要意义。回答下列问题：（1）一碘甲烷（CH3I）热裂解可制取乙烯等低碳烯烃化工原料。一碘甲烷（CH3I）热裂解时主要反应有：反应Ⅰ2CH3I（g）⇌C2H4（g）＋2HI（g）ΔH1反应Ⅱ3C2H4（g）⇌2C3H6（g）ΔH2反应Ⅲ2C2H4（g）⇌C4H8（g）ΔH3＝akJ·mol－1（298K）实验测得，反应Ⅰ、Ⅱ的ΔH随温度的变化如图1所示，在体积为1L的密闭容器中，起始投料1molCH3I（g），反应温度对平衡体系中乙烯、丙烯和丁烯物质的量分数的影响如图2所示。①298K时，反应3CH3I（g）⇌C3H6（g）＋3HI（g）ΔH4；ΔH4＝kJ·mol－1。②当体系温度高于600K时，乙烯的物质的量分数随温度升高而显著增加的可能原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。③若维持体系温度为715K，CH3I（g）的平衡转化率为，反应Ⅰ以物质的量分数表示的平衡常数Kx＝。（2）研究HI的分解与合成对提高反应Ⅰ中CH3I（g）的平衡转化率有重要意义。T℃，将amolI2（g）和amolH2（g）置于已抽成真空的特制1L密闭容器中，40min时体系达到平衡，体系中存在如下反应关系：Ⅰ.I2（g）⇌2I（g）Kp1＝2.304Ⅱ.H2（g）＋I2（g）⇌2HI（g）Kp2Ⅲ.HI（g）⇌H（g）＋I（g）Kp3＝8.0×10－6Ⅳ.H2（g）⇌2H（g）Kp4＝1.0×10－9①则Kp2＝。②实验测得平衡体系总压强为5.0×107Pa，HI的分压为3.6×107Pa，H2的分压为7.2×106Pa，已知该反应的正反应速率为v正＝k正·x（H2）·x（I2），逆反应速率为v逆＝k逆·x2（HI），其中k正、k逆为速率常数，x为物质的量分数，若k正＝bmin－1，在t＝40min时，v正＝min－1（用含b的代数式表示）。3．[2022·广东省韶关市一模]当今，世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点，因此碳的利用、捕集和减排成了研究的重点。（1）目前国际空间站处理CO2的一个重要方法是将CO2还原，所涉及的反应方程式为：反应Ⅰ：CO2（g）＋4H2（g）⇌CH4（g）＋2H2O（g）ΔH1＝－164.9kJ·mol－1反应Ⅱ：CO2（g）＋H2（g）⇌CO（g）＋H2O（g）ΔH2＝＋41.2kJ·mol－1则CH4（g）和H2O（g）重整生成CO（g）和H2（g）的热化学方程式为。（2）将CO2和H2按体积比1∶4混合（n总＝5mol），匀速通入装有Ru/TiO2催化剂的反应容器中发生反应Ⅰ和反应Ⅱ。反应相同时间，CO2转化率、CH4和CO选择性（选择性：转化的CO2中生成CH4或CO的百分比）随温度变化曲线分别如图所示。①a点的正反应速率和逆反应速率的大小关系为v正（a）v逆（a）（填“＞”“＝”或“＜”）。②Ru/TiO2催化剂在较低温度主要选择（填“反应Ⅰ”或“反应Ⅱ”）。③350℃～400℃温度区间，CO2转化率呈现减小的变化趋势，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。④350℃时，反应达到平衡时容器体积为5L，求该温度下反应Ⅰ的平衡常数K＝________L2·mol－2。（3）常温下，用NaOH溶液作CO2捕捉剂不仅可以降低碳排放，而且可得到重要的化工产品Na2CO3。若某次捕捉后得到pH＝10的溶液，则溶液中c（CO32-）∶c（H2CO3）＝。（已知：常温下H2CO3：Ka1＝4.5×10－7、Ka2＝4.7×10－（4）Na­CO2电池可以实现对CO2的利用，该类电池放电的反应方程式为：4Na＋3CO2=2Na2CO3＋C。其工作原理如图所示，请写出正极的反应方程式。4．[2022·福建省龙岩市一检]Fe­C合金薄带在Ar­H2O­H2气氛中进行脱碳处理是生铁炼钢的新路径，可能涉及的反应如下：①C＋H2O（g）⇌CO（g）＋H2（g）ΔH1＝akJ·mol－1②Fe（s）＋H2O（g）⇌H2（g）＋FeO（s）ΔH2＝bkJ·mol－1③3Fe（s）＋4H2O（g）⇌4H2（g）＋Fe3O4（s）ΔH3＝ckJ·mol－1④3FeO（s）＋H2O（g）⇌H2（g）＋Fe3O4（s）ΔH4（1）ΔH4＝kJ·mol－1（用含字母的代数式表示）；（2）1103K时，在刚性容器中加入足量Fe和一定量H2O发生反应③，反应前气体总压为p，tmin后达到平衡，此时H2的物质的量分数为0.492。①该反应的Kp＝（写出数学计算式）。②0～tmin，用单位时间内分压变化表示的反应速率vH2O＝。（3）为了防止脱碳过程中Fe被H2O氧化，需要通入一定比例H2。①通入H2能抑制铁被氧化，原因是。②下图1表示铁元素存在形态与反应温度、水蒸气含量的关系。当pH2O/p（H2＋H2O）＝0.5，反应温度从845K升到1073K，含铁物质发生反应的化学方程式。（4）对碳的质量分数为4.2%某Fe-C合金进行脱碳处理，保持其他条件相同，脱碳时间、脱碳后碳的质量分数、脱碳温度的关系如图2所示。①a点脱碳效率（填“大于”“小于”或“等于”）b点。②c点v正v逆（填“>”“<”或“＝”），理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。专题十三化学反应原理综合考查真题研练·析考情1．解析：(1)根据盖斯定律可知，反应④＝(①＋②)÷3－③，即ΔH4＝(ΔH1＋ΔH2)÷3－ΔH3＝＋170kJ·mol－1。(2)克劳斯工艺无法获取H2，且存在副产物SO2，高温热分解能够获得H2，H2可作燃料，且副产物少；高温热分解法的缺点是需要高温条件，能耗高。(3)设初始时H2S为1mol，则Ar为4mol，H2S转化了2xmol，列三段式：2H2S(g)⇌S2(g)＋2H2(g)初始量/mol:100转化量/mol:2xx2x平衡量/mol:1－2xx2x平衡时H2S与H2的分压相等，则n(H2S)＝n(H2)，1－2x＝2x，可得x＝0.25，则H2S的平衡转化率＝0.25×21×100%＝50%，平衡时，n(H2S)＝n(H2)＝0.5mol，n(S2)＝0.25mol，此时容器中气体总物质的量为0.5mol＋0.5mol＋0.25mol＋4mol＝5.25mol，则H2S(g)、S2(g)、H2(g)的分压分别为(100×0.55.25)kPa、(100×0.255.25)kPa、(100×0.55.25)kPa，代入Kp＝p2H2×pS2p2H2S，可得Kp≈4.76kPa。(4)①n(H2S)∶n(Ar)越小，可理解为恒压条件下，不断充入Ar，导致H2S的分压降低，相当于进行减压操作，H2S的热分解反应为气体分子数增大的反应，减压时平衡正向移动，H2S的平衡转化率升高。②由①中分析知n(H2S)∶n(Ar)＝1∶9时的转化率仅低于n(H2S)∶n(Ar)＝1∶19时的转化率，故对应图中曲线d，0.1s时，H2H2S(g)⇌S2(g)＋2H2(g)初始量/mol:100变化量/mol:0.240.120.240．1s时/mol:0.760.120.24H2S的初始分压＝100×11+9kPa＝10kPa，0.1s时，H2S的分压＝100×0.760.76+0.12+0.24+9kPa≈7.51kPa，则变化的H2S分压约为10kPa－7.51kPa＝2.49kPa，故H2S分压的平均变化率为2.49kPa÷0.1s＝24.9kPa·s－答案：(1)＋170(2)高温热分解能够获得H2，H2可作燃料，且副产物少能耗高(3)50%4.76(4)①越高(或越大)H2S的热分解反应为气体分子数增大的反应，恒压条件下，不断充入Ar，导致H2S的分压降低，相当于减压，平衡正向移动，H2S的平衡转化率升高②d24.92．解析：(1)根据盖斯定律可得，①＋②＋2×③可得反应：CaO(s)＋2Al(s)＋7H2O(l)=Ca2＋(aq)＋2[Al(OH)4]－(aq)＋3H2(g)，则ΔH4＝ΔH1＋ΔH2＋2ΔH3＝(－65.17kJ·mol－1)＋(－16.73kJ·mol－1)＋2×(－415.0kJ·mol－1)＝－911.9kJ·mol－1。(2)温度为T时，Ca(OH)2饱和溶液中，Ca(OH)2(s)⇌Ca2＋(aq)＋2OH－(aq)，c(OH－)＝2c(Ca2＋)，Ksp[Ca(OH)2]＝c(Ca2＋)·c2(OH－)＝x，则c(OH－)＝32xmol·L－1。(3)实验a中，CaO和H2O反应①生成Ca(OH)2，4min后ΔT基本不变，是因为Ca(OH)2在水中的溶解度小，反应①达到了平衡状态。(4)实验b中，ΔT几乎不变，说明Al粉与H2O在该条件下不反应；实验c中，前3min的ΔT有变化，是因为Al和溶液中的OH－发生了反应，3min后ΔT基本不变，是因为饱和石灰水中OH－的浓度较低，OH－的量有限。(5)实验d中，发生反应②和③，反应③中有气体生成，气体的逸出促使反应③向右进行，反应③的发生使得溶液中OH－的浓度减小，促使反应②平衡右移，这两步反应都是放热反应，温度升高导致反应速率加快；综上所述，实验d在10min内温度持续升高与反应①无关，故选A。(6)实验e中，发生反应①、②和③，反应③中有气体生成，气体的逸出促使反应③向右进行，反应③的发生使得溶液中OH－的浓度减小，促使反应②平衡右移，反应②的发生促使反应①答案：(1)－911.9(2)32xmol·L－(3)Ca(OH)2在水中的溶解度小，反应①达到了平衡状态(4)不反应Al和溶液中的OH－发生了反应OH－(5)A(6)实验e中，发生反应①、②和③，反应③中有气体生成，气体的逸出促使反应③向右进行，反应③的发生使得溶液中OH－的浓度减小，促使反应②平衡右移，反应②的发生促使反应①平衡右移，这三步反应都是放热反应，温度升高导致反应速率加快3．解析：(1)依题意，结合已知信息，可推定在同温同压下，以同物质的量的BL或BD为初始原料，达到平衡时的状态相同，两个平衡完全等效。则以5.0×10－3mol的BL为原料，达到平衡时放出XkJ热量与同物质的量的BD为原料达到平衡时吸收YkJ热量的能量二者能量差值为(X＋Y)kJ，则1mol时二者能量差值为200(X＋Y)kJ，反应Ⅰ为放热反应，因此焓变ΔH＝－200(X＋Y)kJ·mol－1。(2)实验测定X<Y，则达到平衡时BD物质转化量大于BL物质转化量，平衡状态BD物质的量较小，根据图示可知，表示xBL变化的曲线是a或c；该平衡状态下BL的分压是0.48×3.0×103kPa，BD的分压是0.36×3.0×103kPa，H2的压强近似等于总压，故反应Ⅰ平衡常数Kp＝pBDpBL·p2H2＝0.36×3×1030.48×3×103×3×1032kPa－2＝8.3×10－8kPa－2；以BL为原料时，根据题给反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可知，体系总物质的量的增加量正好是BD参与反应Ⅱ、Ⅲ的量，也正好是H2O(g)的物质的量，设t1时BL转化了amol，BD转化了bmol，则体系总物质的量为(5.0×10－3＋b)mol，得到5.0×10-3-a5.0×10-3+b＝0.48，a-b5.0×10-3+b＝0.36，求得a＝5523×10－(3)依题意，反应Ⅰ是正向放热过程，以BL为初始原料，温度升高则平衡逆向移动，温度越高，反应速率越快，达到平衡时的时间越短，(xBD/xBL)max越小，xBD/xBLxBD/xBLmax的值越大；相同温度时，压强增大，BD的比重增大，(xBD/xBL)max增大，又可忽略压强对反应速率的影响，则(xBD/xBL)max最大即xBD/xBLxBD/xBLmax最小，对应曲线c；由于b答案：(1)－200(X＋Y)(2)a或c8.3×10－80.0839%(3)c由于b和c代表的温度相同，而压强对反应速率的影响可忽略，压强增大反应Ⅱ、Ⅲ均是逆向移动，(xBD/xBL)max增大，故xBD/x4．解析：(1)①平衡时向容器中充入惰性气体，各物质浓度不变，反应Ⅰ的平衡不移动，A错误；C(s)在反应过程中转化成气体，气体质量增大，使气体密度增大，直至反应达到平衡，B正确；由Ⅰ＋Ⅱ得C(s)＋2H2O(g)⇌CO2(g)＋2H2(g)，当该反应进行到底时，H2的体积分数为23，但可逆反应不可能进行到底，故C错误；将炭块粉碎，增大了炭与水蒸气的接触面积，可加快反应速率，D正确。②设反应达到平衡时，反应Ⅰ消耗xmolH2O(g)、反应Ⅱ消耗ymolH2O(g)Ⅰ.C(s)＋H2O(g)⇌CO(g)＋H2(g)起始量/mol：100变化量/mol:xxxⅡ.CO(g)＋H2O(g)⇌CO2(g)＋H2(g)变化量/mol:yyyy平衡量/mol:x－y1－x－yyx＋y则x＋y＝50%×1、x－y＝0.1，解得x＝0.3、y＝0.2，故整个体系的热量变化为＋131.4kJ·mol－1×0.3mol－41.1kJ·mol－1×0.2mol＝＋31.2kJ(吸收热量)。平衡时气体总物质的量是1.3mol，总压强为0.26MPa，故反应Ⅰ的平衡常数Kp＝pCO·pH2p(2)①由Ka2＝cCO32-·cH+cHCO3-＝5.0×10－11、c(CO32-):c(HCO3-)＝1∶2，可得c(H＋)＝1.0×10－10mol·L－1，pH＝－lgc(H＋)＝10。②再生塔中产生CO2的同时生成K2CO3，说明KHCO3在水蒸气加热条件下发生分解反应。③由题意知，CO2在阴极得到电子生成C2H4，图中质子交换膜提示有H＋参与反应，故阴极反应式为2CO答案：(1)①BD②吸收31.20.02MPa(2)①10②2HCO3-≜H2O＋CO③2CO2＋12H＋＋12e－=C2H4＋4H2O核心突破·提能力[例1]解析：根据盖斯定律可知总反应＝反应①＋反应②，则总反应的ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝+41kJ·mol—1+(-90kJ·mol—1)＝－49kJ·mol－1。总反应是放热反应，即生成物的总能量比反应物的总能量低，则B项、D项错误；反应①为慢反应，则反应①的活化能较大，故A项正确。答案：－49AΔH1为正值，ΔH2和ΔH为负值，反应①活化能大于反应②的1．解析：根据ΔH＝正反应的活化能－逆反应的活化能，可得第②步基元反应逆反应的活化能＝正反应的活化能－ΔH＝0.81eV－(－0.41eV)＝1.22eV。答案：1.22[例2]解析：(2)②氢气和二氧化碳合成甲醇的总反应为放热反应，则升温平衡向逆反应方向移动，混合气体中甲醇的物质的量分数减小，故曲线b表示等压过程的曲线。③根据起始物n(H2)/n(CO2)＝3，设初始时H2为3mol，CO2为1mol，达到平衡时转化的CO2为amol，应用三段式法计算：CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)起始量/mol1300转化量/mola3aaa平衡量/mol1－a3－3aaa则a4-2a＝0.10，计算得a＝13，故CO2的平衡转化率为13mol÷(1mol)×100%≈33.3%。结合上述分析知，曲线a、b分别对应t＝250℃下的x(CH3OH)～p的曲线、p＝5×105Pa下的x(CH3OH)～t的曲线，对照图像中的x(CH3OH)＝0.10可知，反应条件可能是5×105Pa，210℃或9×105Pa，答案：(2)②b总反应ΔH<0，升高温度时平衡向逆反应方向移动，甲醇的物质的量分数变小③33.3%5×105Pa，210℃9×105Pa，250℃2．解析：(1)反应②CO(g)＋2H2(g)⇌CH3OH(g)ΔH2＝－90kJ·mol－1为放热反应，升温平衡逆向移动，温度越高，Kc值越小，lgKc越小，故表示②反应的lgKcT关系的曲线为l；(3)反应是①吸热反应，温度升高平衡向正方向移动；反应③④是放热反应，温度升高平衡向逆方向移动；且温度对反应③④的影响大于对反应①的影响，故500℃以后CO2的平衡转化率随温度升高而减小；(4)由图Ⅱ信息知，相同温度下，CZ(Zr－1)T作催化剂时，CH3OH的选择性和产率都优于CZT作催化剂，所以工业合成甲醇选择催化剂CZ(Zr－1)T，为兼顾CH3OH的选择性和产率，由图知温度应选择230℃。答案：(1)l(2)其平衡常数小于10－5，可以认为几乎不反应(3)反应是①吸热反应，温度升高平衡向正方向移动；反应③④是放热反应，温度升高平衡向逆方向移动；且温度对反应③④的影响大于对反应①的影响(4)AD[例3]解析：(4)将实验1、3中数据分别代入合成氨的速率方程可得：①q＝k·mα·nβ·pγ，③10q＝k·mα·nβ·(0.1p)γ，可得γ＝－1。合成氨过程中，不断分离出氨，即降低体系中c(NH3)，生成物浓度下降，平衡向正反应方向移动，但不会提高正反应速率，a正确，c错误；反应主产物即氨不能使催化剂中毒，b错误。答案：(4)－1a3．解析：(1)v正＝k正c2(NO2)，则lgv正＝lgk正＋2lgc(NO2)，v逆＝k逆c(N2O4)，则lgv逆＝lgk逆＋lgc(N2O4)，lgv逆～lgc(N2O4)的线斜率较小，则图中表示lgv逆～lgc(N2O4)的线是n；(2)由①可知，图中表示lgv逆～lgc(N2O4)的线是n，则lgk逆＝a，k逆＝10a，lgk正＝a＋2，k正＝10a＋2，反应达平衡时，v逆＝v正，即k正c2(NO2)＝k逆c(N2O4)，k正k逆＝cN2O4c2NO2，该反应的平衡常数K＝k正k逆＝10a+210a＝100，设T℃时，向刚性容器中充入x2NO2(g)⇌N2O4(g)起始/(mol·L－1)x0变化/(mol·L－1)21平衡/(mol·L－1)x－21K＝1x-22＝100，x＝2.1，则平衡时，NO2的浓度为0.1mol·L－1，v正＝k正c2(NO2)＝10a＋2×0.12＝10(3)T℃时，向2L的容器中充入5molN2O4气体和1molNO2气体，c(N2O4)＝5mol2L＝2.5mol·L－1，c(NO2)＝1mol2L＝0.5mol·L－1，v正＝10a＋2×0.52＝2.5×10a＋1，v逆＝10a×2.5＝2.5×10a，v正＞v答案：(1)n(2)10a(3)＞[例4]解析：(2)结合BaPtCl6(s)⇌BaCl2(s)＋Pt(s)＋2Cl2(g)可得376.8℃时K′p＝1.0×104Pa2＝p2(Cl2)，则平衡时p(Cl2)＝1.0×104Pa＝1.0×102Pa＝0.1kPa。相同温度、相同容积下，气体物质的量之比等于压强之比，设平衡时I2减小的压强为xI2(g)＋Cl2(g)⇌2ICl(g)起始压强/(kPa):20.00转化压强/(kPa):xx2x平衡压强/(kPa):20.0－x0.12x根据平衡时总压强为32.5kPa得(20.0－x)＋0.1＋2x＝32.5，解得x＝12.4，则平衡时pICl＝12.4kPa×2＝24.8kPa。结合上述分析可知反应2ICl(g)⇌I2(g)＋Cl2(g)的平衡常数K＝pCl2×pI2p2ICl＝100×20.0×103-12.4×10324.8×1032[或0.1×20.0-12.424.82]。(3)①结合图像lgKp2～1T×103可知，随横坐标逐渐增大，即温度逐渐降低，lgKp2逐渐减小，即平衡逆向移动，说明该反应的正反应为吸热反应，即ΔH大于0。②结合题中信息可知Kp1＝p2NOCl×pI2p2NO×p2ICl、Kp2＝p2NO×pCl2p2NOCl，故反应2ICl(g)⇌I2(g)＋Cl2(g)的平衡常数K＝pCl2×pI2p2ICl＝Kp1·Kp2。设T′>T，即1T'<1T，据图可知lgKp2(T′)－lgKp2(T)>|lgKp1(T′)－lgKp1(T)|＝lgKp1(T)－lgKp1(T′)，则lgKp2(T′)＋lgKp1(T′)>lgKp2(T)＋答案：(2)24.8100×(3)①大于②Kp1·Kp2大于设T′>T，即1T'<lgKp2(T′)－lgKp2(T)>|lgKp1(T′)－lgKp1(T)|＝lgKp1(T)－lgKp1(T′)则lg[Kp2(T′)·Kp1(T′)]>lg[Kp2(T)·Kp1(T)]，K(T′)>K(T)4．解析：(1)①根据表中数据可知，60min时，上述反应的平均反应速率v(CO2)＝0.10-0.04mol2L60min＝5.00×10－4mol·L－1·min－1；②平衡时CO2的物质的量减少0.10mol－0.04mol＝0.06mol，根据反应2NH3(g)＋CO2(g)⇌CO(NH2)2(l)＋H2O(g)可知NH3应该减少0.12mol，故NH3的平衡转化率为0.12mol0.40mol×(2)①如果c(CO2)不变，原料气中的NH3和CO2的物质的量之比x越大即nNH3nCO2越大，则c(NH3)越大，平衡正向移动CO2平衡转化率α增大；②A点平衡时容器内总压强为p0kPa，nNH3nCO2＝x＝3.0，α＝0.50，设2NH初始量(mol)310转化量(mol)10.50.5平衡量(mol)20.50.5则上述反应的平衡常数Kp＝0.53×p0kPa0.5答案：(1)①5.00×10－4mol·L－1·min－1②30%(2)①如果c(CO2)不变，x越大，则c(NH3)越大，平衡正向移动CO2平衡转化率增大②94p0模考精练·抓落实1．解析：(1)反应Ⅱ可以减小N2(g)浓度，同时增大NH3(g)浓度，使反应Ⅰ平衡正向移动，增大NO的平衡转化率。(2)根据盖斯定律，(Ⅰ＋Ⅱ×2)÷3得，2NO(g)＋2H2(g)⇌N2(g)＋2H2O(g)的ΔH≈－664.3kJ·mol－1。(3)由题意可得三段式：2NO起始(mol)2200变化(mol)1.61.60.81.6终止(mol)0.40.40.81.6①0～10min内，用NO的浓度变化表示的平均反应速率v(NO)＝1.6mol10L10min＝0.016mol·L－1·min－②反应的平衡常数Kc＝1.6mol10L2×③甲中平衡时气体总物质的量为3.2mol，乙中起始气体总物质的量为6mol，物质的量之比等于压强之比，则甲中平衡时气体压强与乙中起始气体压强之比为815。乙中浓度商Qc＝2mol10L2×2mol10L1mol10L2×1mol10L2＝80L·mol(4)①由图可知，新型催化剂在较低温度下