2022届高考化学二轮教学案-题型三化学反应原理综合题热点题空

热点题空1读懂图像——计算化学反应速率或化学平衡常数一、化学反应速率和化学平衡常数计算公式对于可逆反应：aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)(1)反应速率计算公式v(B)＝eq\f(ΔcB,Δt)＝eq\f(\f(ΔnB,V),Δt)。(2)化学平衡常数计算公式K＝eq\f(ccC·cdD,caA·cbB)(式中的浓度是指平衡状态的浓度)，Kp＝eq\f(pcC·pdD,paA·pbB)。其中p(A)、p(B)、p(C)、p(D)分别为A、B、C、D各气体的分压，气体的分压＝气体总压×体积分数＝气体总压×气体的物质的量分数。二、化学平衡常数相关计算解题流程1．审起始根据信息找出起始充入物质的相关量。2．审平衡结合图表找出起始和平衡时的相关量或者变化量，如压强、平衡转化率、物质的量分数等。3．列三段式通过设立未知数，列出三段式。4．列方程通过相关信息建立方程式，求解未知数，然后代入进行有关平衡常数的计算。典例苯乙烯是一种重要的化工原料，可采用乙苯催化脱氢法制备，反应如下：(g)(g)＋H2(g)ΔH＝＋17.6kJ·mol－1。现在某一温度下向一刚性容器中充入1mol乙苯和4mol水蒸气，测得容器内总压与反应时间的关系如图所示：则该温度下反应平衡常数Kp＝________(Kp为以分压表示的平衡常数)。解题思路(1)审起始：乙苯1mol，水蒸气4mol。(2)审平衡：起始压强100kPa，平衡压强115kPa。(3)设未知数，列三段式设转化的乙苯为xmol，可列出三段式：(g)(g)＋H2(g)n0/mol100Δn/molxxxn平/mol1－xxx(4)列方程已知起始和平衡时的压强，依据阿伏加德罗定律推论可得方程：eq\f(5＋x,5)＝eq\f(115,100)，解得x＝0.75。所以平衡时各气体物质的量为乙苯0.25mol，苯乙烯0.75mol，氢气0.75mol，水蒸气4mol。故Kp＝eq\f(p·pH2,p)＝eq\f(115kPa×\f(0.75,5.75)×115kPa×\f(0.75,5.75),115kPa×\f(0.25,5.75))＝45kPa。特别提醒不要忽略了水蒸气的存在，在计算气体总量时要将所有气体计算在内。1．如图为丙烷直接脱氢法中丙烷和丙烯的平衡体积分数与温度、压强的关系(图中的压强分别为104Pa和105Pa)。(已知：丙烷脱氢制丙烯为强吸热过程)(1)104Pa时，图中表示丙烯的曲线是________(填“ⅰ”“ⅱ”“ⅲ”或“ⅳ”)。(2)104Pa、500℃时，主反应用平衡分压代替平衡浓度表示反应C3H8(g)C3H6(g)＋H2(g)的化学平衡常数Kp＝__________(已知：气体分压＝气体总压×体积分数)。答案(1)ⅰ(2)3.3×103Pa解析(1)丙烷脱氢制丙烯为气体体积增大的反应，增大压强，平衡向逆反应方向移动，丙烯的平衡体积分数减小；该反应为吸热反应，温度升高，平衡向正反应方向移动，故曲线ⅰ代表104Pa时丙烯的平衡体积分数。(2)104Pa、500℃时，丙烯的平衡体积分数为33%，设起始丙烷为1mol，转化率为x，由题意建立如下三段式：C3H8(g)C3H6(g)＋H2(g)起始/mol100变化/molxxx平衡/mol1－xxx则由丙烯的平衡体积分数为33%可得，eq\f(x,1＋x)＝0.33，解得x≈0.5，丙烷、丙烯和氢气的分压均为104Pa×eq\f(1,3)，则用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝eq\f(104Pa×\f(1,3)×104Pa×\f(1,3),104Pa×\f(1,3))＝104Pa×eq\f(1,3)≈3.3×103Pa。2．顺-1,2-二甲基环丙烷和反-1,2-二甲基环丙烷可发生如下转化：该反应的速率方程可表示为v正＝k正·c(顺)和v逆＝k逆·c(反)，k正和k逆在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。回答下列问题：(1)已知：T1温度下，k正＝0.006s－1，k逆＝0.002s－1，该温度下反应的平衡常数值K1＝________；该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，则ΔH________(填“小于”“等于”或“大于”)0。(2)T2温度下，图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是________(填曲线编号)，平衡常数值K2＝________；温度T1________(填“小于”“等于”或“大于”)T2，判断理由是____________________________________________________________________________。答案(1)3小于(2)Beq\f(7,3)小于该反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动解析(1)根据v正＝k正·c(顺)，k正＝0.006s－1，则v正＝0.006s－1·c(顺)，v逆＝k逆·c(反)，k逆＝0.002s－1，则v逆＝0.002s－1·c(反)，化学平衡状态时正、逆反应速率相等，则0.006s－1·c(顺)＝0.002s－1·c(反)，该温度下反应的平衡常数K1＝eq\f(c反,c顺)＝eq\f(0.006s－1,0.002s－1)＝3；该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，说明断键吸收的能量小于成键释放的能量，即该反应为放热反应，则ΔH小于0。(2)随着时间的推移，顺式异构体的质量分数不断减少，且减少速率随时间增多而减小，则符合条件的曲线是B。设顺式异构体的起始浓度为x，则平衡时，顺式异构体为0.3x，反式异构体为0.7x，所以平衡常数为K2＝eq\f(0.7x,0.3x)＝eq\f(7,3)，因为K1＞K2，对于放热反应升高温度时平衡逆向移动，所以温度T2＞T1。3．(2021·广东汕头市高三期末)氮及其化合物在工农业生产和生命活动中起着重要的作用，但同时又是污染环境的主要物质，研究其转化规律一直是科学家们的热点问题。回答下列问题：(1)某温度下，反应的平衡常数如下：a．2NO2(g)N2(g)＋2O2(g)K＝6.7×1016b．2NO(g)N2(g)＋O2(g)K＝2.2×1030分解反应趋势较大的反应是______(填“a”或“b”)；反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的K＝________。(2)已知反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的正反应速率v正＝k1cm(NO)cn(O2)，其中k为速率常数，该反应的历程为第一步：NO＋NOeq\o(,\s\up7(k1),\s\do5(k1′))N2O2快速平衡第二步：N2O2＋O2eq\o(→,\s\up7(k2))2NO2慢反应其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡，第一步反应中：v正＝k1c2(NO)，v逆＝k1′c(N2O2)。下列叙述不正确的是________(填字母)。A．第一步反应的平衡常数K＝eq\f(k1,k1′)B．第二步的活化能比第一步的活化能高C．v(第一步的正反应)>v(第二步的反应)D．第二步中N2O2与O2的碰撞100%有效(3)在恒温条件下，将2molCl2和1molNH3充入某密闭容器中发生反应：2Cl2(g)＋NH3(g)NHCl2(l)＋2HCl(g)，测得平衡时Cl2和HCl的物质的量浓度与平衡总压的关系如图所示。则A、B、C三点中Cl2转化率最高的是________点(填“A”“B”或“C”)；计算C点时该反应的压强平衡常数Kp(C)＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。答案(1)b3.3×1013(2)D(3)B0.5MPa－1解析(1)平衡常数越大，反应程度越大，b的平衡常数比a大，故b的分解反应趋势较大；反应b－a得到2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)，则反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的K＝eq\f(2.2×1030,6.7×1016)≈3.3×1013。(2)A项，第一步反应的平衡常数K＝eq\f(cN2O2,c2NO)，平衡时v正＝k1c2(NO)＝v逆＝k1′c(N2O2)，则K＝eq\f(cN2O2,c2NO)＝eq\f(k1,k1′)，正确；B项，第二步反应比第一步反应难，第二步的活化能比第一步的活化能高，正确；C项，v(第一步的正反应)是快反应，v(第二步的反应)是慢反应，v(第一步的正反应)>v(第二步的反应)，正确；D项，第二步反应是慢反应，说明N2O2与O2的有效碰撞几率较小，不可能达到100%，错误。(3)根据平衡时Cl2和HCl的物质的量浓度与平衡总压的关系，可知B点HCl的物质的量浓度最大，Cl2转化率最高；设反应的NH3的物质的量为xmol，利用三段式求解：2Cl2(g)＋NH3(g)NHCl2(l)＋2HCl(g)起始量/mol2100变化量/mol2xxx2x平衡量/mol2－2x1－xx2xC点Cl2的物质的量浓度等于HCl的物质的量浓度，则2－2x＝2x，解得x＝0.5，反应后气体总物质的量为(3－3x＋2x)mol＝2.5mol，总压强为10MPa，则平衡常数Kp(C)＝eq\f(p2HCl,p2Cl2·pNH3)＝eq\f(10MPa×\f(1,2.5)2,10MPa×\f(1,2.5)2×10MPa×\f(0.5,2.5))＝0.5MPa－1。4．已知NO2可发生二聚反应生成N2O4，化学方程式为2NO2(g)N2O4(g)，请回答下列问题：(1)该反应达到平衡后，升高温度可使体系颜色加深，则该反应的ΔH________0(填“>”或“<”)。(2)已知该反应的正反应速率方程为v正＝k正·c2(NO2)，逆反应速率方程为v逆＝k逆·c(N2O4)，其中k正、k逆分别为正、逆反应的速率常数。则如图(lgk表示速率常数的对数；eq\f(1,T)表示温度的倒数)所示①、②、③、④四条斜线中，能表示lgk正随eq\f(1,T)变化关系的是斜线________，能表示lgk逆随eq\f(1,T)变化关系的是斜线________。(3)图中A、B、C、D点的纵坐标分别为a＋1.5、a＋0.5、a－0.5、a－1.5，则温度T1时化学平衡常数K＝______。答案(1)<(2)③④(3)10解析(1)升高温度体系颜色加深，平衡逆向移动，则正反应为放热反应，ΔH＜0。(2)化学反应速率和温度成正比，随着温度下降eq\f(1,T)增大，正、逆反应速率减小，则lgk正和lgk逆均减小，由于温度下降平衡正移，v正＞v逆，则下降相同温度时lgk逆减小更快，则表示lgk正随eq\f(1,T)变化关系的是斜线③，表示lgk逆随eq\f(1,T)变化关系的是斜线④。(3)化学平衡常数K＝eq\f(cN2O4,c2NO2)＝eq\f(k逆·cN2O4,k正·c2NO2)×eq\f(k正,k逆)＝eq\f(v逆,v正)×eq\f(k正,k逆)＝eq\f(10a－0.5,10a－1.5)＝10。5．亚硝酰氯(NOCl)是有机合成中的重要试剂，可由NO和Cl2反应得到，化学方程式为2NO(g)＋Cl2(g)2NOCl(g)。(1)在1L恒容密闭容器中充入2molNO(g)和1molCl2(g)，在不同温度下测得c(NOCl)与时间t的关系如图A所示：①反应开始到10min时NO的平均反应速率v(NO)＝________mol·L－1·min－1。②T2时该反应的平衡常数K＝________。③T2时Cl2的平衡转化率为__________。(2)若按投料比[n(NO)∶n(Cl2)]＝2∶1把NO和Cl2加入一恒压的密闭容器中发生反应，平衡时NO的转化率与温度T、压强p(总压)的关系如图B所示：①该反应的ΔH________(填“>”“<”或“＝”)0。②在p压强条件下，M点时容器内NO的体积分数为________。③若反应一直保持在p压强条件下进行，则M点的分压平衡常数Kp＝________(用含p的表达式表示，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×体积分数)。答案(1)①0.1②2③50%(2)①<②40%③eq\f(5,p)解析(1)①10min时，c(NOCl)＝1mol·L－1，则转化的NO的物质的量为1mol，则v(NO)＝eq\f(1mol·L－1,10min)＝0.1mol·L－1·min－1。②平衡常数K＝eq\f(12,12×0.5)＝2。③Cl2的平衡转化率为eq\f(0.5mol·L－1,1mol·L－1)×100%＝50%。(2)①根据图像，升高温度，平衡时NO的转化率减小，平衡逆向移动，说明该反应的正反应属于放热反应，ΔH＜0。②根据图像，在p压强条件下，M点时NO的转化率为50%，根据2NO(g)＋Cl2(g)2NOCl(g)可知，气体减小的体积为反应的NO的体积的一半，因此NO的体积分数为eq\f(2－2×50%,2＋1－\f(2×50%,2))×100%＝40%。③设NO的物质的量为2mol，则Cl2的物质的量为1mol。2NO(g)＋Cl2(g)2NOCl(g)起始/mol210反应/mol10.51平衡/mol10.51平衡分压p×eq\f(1,2.5)p×eq\f(0.5,2.5)p×eq\f(1,2.5)M点的分压平衡常数Kp＝eq\f(p×\f(1,2.5)2,p×\f(1,2.5)2·p×\f(0.5,2.5))＝eq\f(5,p)。6．纳米铁是重要的储氢材料，可用反应Fe(s)＋5CO(g)Fe(CO)5(g)制得。在1L恒容密闭容器中加入足量铁粉和0.48molCO，在T1、T2不同温度下进行反应，测得c(CO)与温度、时间的关系如图所示。(1)T1________T2，ΔH________0(填“＞”或“＜”)。(2)T2温度下，平衡时体系的压强为p，反应的标准平衡常数Kθ＝________(已知：标准平衡常数Kθ＝eq\f(\f(p[FeCO5],pθ),[\f(pCO,pθ)]5)，其中pθ为标准压强(1×105Pa)，p[Fe(CO)5]、p(CO)为各组分的平衡分压)。答案(1)><(2)eq\f(1.6×1021,p4)解析(1)温度越高反应速率越快，达到平衡所需要的时间越短，所以T1>T2，据图可知温度越高平衡时CO的浓度越大，说明温度升高平衡左移，所以该反应正反应为放热反应，ΔH<0。(2)反应初始投料为足量铁粉和0.48molCO，平衡时n(CO)＝0.08mol，则消耗的n(CO)＝0.4mol，根据化学方程式可知生成的n[Fe(CO)5]＝0.08mol，平衡时压强为p，压强之比等于物质的量之比，所以p[Fe(CO)5]＝p(CO)＝p×eq\f(0.08mol,0.08mol＋0.08mol)＝0.5p，Kθ＝eq\f(\f(0.5p,pθ),(\f(0.5p,pθ))5)＝eq\f(1.6×1021,p4)。热点题空2读懂图像——精准判断速率、平衡对实际生产的调控作用一、图像题的审题要领1．看题干，明方向：看清题目要求，在题干中圈出关键词，明确是速率问题还是平衡移动问题，分清楚是“恒温恒压”还是“恒温恒容”或其他限制条件。2．识图表，“面、点、线”识图是解题的基础，①面即坐标系，明晰横、纵坐标所表示的含义，这是理解题意和进行正确思维的前提。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含义。③析线：正确分析曲线的走向、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，研究找出各段曲线的变化趋势及其含义。二、应用举列1．涉及温度、压强对平衡影响类简答题答题要领：叙特点(反应特点或容器特点)→变条件→定方向→得结论(或结果)例1在密闭容器中充入一定量H2S，发生反应2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)ΔH＝＋169.8kJ·mol－1。下图为H2S气体的平衡转化率与温度、压强的关系。(1)图中压强(p1、p2、p3)的大小顺序为________，理由是_________________________________。(2)该反应平衡常数大小：K(T1)________(填“>”“<”或“＝”)K(T2)，理由是__________________________________________________________________________________________。(3)如果要进一步提高H2S的平衡转化率，除改变温度、压强外，还可以采取的措施有________________。[解题思路]答案(1)p1<p2<p3该反应的正反应是气体分子数增大的反应，其他条件不变时，减小压强使平衡正向移动，H2S的平衡转化率增大，由图像上看，相同温度，p1条件下H2S的平衡转化率最大，p3条件下H2S的平衡转化率最小(2)<该反应正反应是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，平衡常数增大(3)及时分离出产物2．图像中转化率变化分析答题要领：转化率问题首先看是否是平衡转化率，若为非平衡状态的转化率，则侧重分析温度、压强、浓度对反应快慢，催化剂对反应快慢及选择性(主副反应)的影响；若为平衡转化率，则侧重分析温度、压强、浓度对化学平衡的影响，有时也涉及温度对催化活性的影响。例2丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。C4H10(g)C4H8(g)＋H2(g)ΔH＝＋123kJ·mol－1。回答下列问题：(1)图(a)是该反应平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x________0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是________(填字母)。A．升高温度B．降低温度C．增大压强D．降低压强(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是___________________________________________________________________________________________________________。(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590℃之前随温度升高而增大的原因可能是_________________________________________________________________________________________________________；590℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是________________________________________________________________________________________________________________。[审题要领]抓关键词，第(1)问：“平衡产率”。第(2)问：“产率”“氢气的作用”。第(3)问：“副产物”产生的原因。答案(1)小于AD(2)氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)的增大，该反应向逆反应方向进行(3)升高温度，反应速率加快，生成的丁烯会增多，同时由于反应是吸热反应，升高温度，反应向正反应方向移动丁烯高温裂解生成短碳链烃类化合物解析(1)由图(a)可以看出，温度相同时，由0.1MPa变化到xMPa，丁烷的转化率增大，即平衡正向移动，所以x<0.1。由于反应为吸热反应，所以温度升高时，平衡正向移动，丁烯的平衡产率增大，因此A正确、B错误；反应正向进行时体积增大，加压时平衡逆向移动，丁烯的平衡产率减小，因此C错误、D正确。(2)反应初期，H2可以活化催化剂，进料气中n(氢气)/n(丁烷)较小，丁烷浓度大，反应向正反应方向进行的程度大，丁烯产率升高；随着进料气中n(氢气)/n(丁烷)增大，原料中过量的H2会使反应逆向移动，所以丁烯产率下降。(3)590℃之前，温度升高时反应速率加快，生成的丁烯会增多，同时由于反应是吸热反应，升高温度平衡正向移动，平衡体系中会含有更多的丁烯。而温度超过590℃时，丁烯高温裂解会生成短碳链烃类化合物，使产率降低。3．依据图像，优选生产条件[解题模型]要从以下几个层面依次分析其中的“物理量”：eq\x(有几种)→eq\x(含义)→eq\x(变化趋势)→eq\x(有什么关系)例3[2017·天津，10(2)]已知：生物脱H2S的原理：H2S＋Fe2(SO4)3=S↓＋2FeSO4＋H2SO44FeSO4＋O2＋2H2SO4eq\o(=,\s\up7(硫杆菌))2Fe2(SO4)3＋2H2O由图1和图2判断使用硫杆菌的最佳条件为_______________________________________。若反应温度过高，反应速率下降，其原因是_______________________________________。答案30℃、pH＝2.0蛋白质变性(或硫杆菌失去活性)1．丙烷催化直接脱氢反应：C3H8(g)C3H6(g)＋H2(g)ΔH1＝＋124.3kJ·mol－1(ⅰ)；副反应：C3H8(g)C2H4(g)＋CH4(g)ΔH2(ⅱ)。(1)反应ⅰ的平衡常数、产物丙烯选择性、副产物乙烯选择性与温度关系如图所示，分析工业生产中采用的温度为650℃左右的原因是____________________。(2)温度为670℃时，若在1L的容器中投入8molC3H8，充分反应后，平衡混合气体中有2molCH4和一定量C3H8、C3H6、H2、C2H4，计算该条件下C3H6的选择性为________%(C3H6的选择性＝eq\f(C3H6的物质的量,消耗C3H8的物质的量)×100%)。(3)欲使丙烯的产率提高，下列措施可行的是________(填字母)。a．恒压条件下向原料气中掺杂水蒸气b．增大氢气与丙烷的投料比c．选择对脱氢反应更好选择性的催化剂d．增大压强(4)科学家探索出利用无机膜催化丙烷脱氢制丙烯的新工艺，该工艺利用特定功能膜将生成的氢气从反应区一侧有选择性的及时移走，从平衡角度分析该工艺的优点：________________。答案(1)温度控制在650℃，丙烯选择性高，反应速率快，平衡常数大(2)50(3)ac(4)将氢气及时移走，化学平衡C3H8(g)C3H6(g)＋H2(g)正向移动，提高丙烯的产率解析(2)平衡混合气体中有2molCH4，则根据反应ⅱ可知平衡时该反应消耗的n1(C3H8)＝2mol；设平衡时C3H6的物质的量为xmol，根据反应ⅰ可知平衡时n(H2)＝xmol，反应ⅰ消耗的n2(C3H8)＝xmol，则平衡时容器n(C3H8)＝(8－2－x)mol，据图可知该温度下反应ⅰ的lg

eq\f(1,K)＝0，所以K＝1，容器体积为1L，则有eq\f(x×x,8－2－x)＝1，解得x＝2，C3H6的选择性＝eq\f(C3H6的物质的量,消耗C3H8的物质的量)×100%＝eq\f(2mol,2mol＋2mol)×100%＝50%。(3)恒压条件下向原料气中掺杂水蒸气，则反应物和生成物的分压减小，该反应正反应为压强增大的反应，减小压强平衡正向移动，可以提高丙烯的产率，故a正确；氢气为产物，增大氢气的量会使平衡逆向移动，丙烯的产率降低，故b错误；选择对脱氢反应更好选择性的催化剂，增大丙烯的选择性，提高产率，故c正确；该反应正反应为压强增大的反应，增大压强会使平衡逆向移动，降低产率，故d错误。2．乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：eq\o(,\s\up7(催化剂))＋H2(g)ΔH＝＋124kJ·mol－1工业上，通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气(原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为1∶9)，控制反应温度600℃，并保持体系总压为常压的条件下进行反应。在不同反应温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)变化如图：(1)掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实：____________________________。(2)控制反应温度为600℃的理由是________________________________________________。答案(1)正反应方向气体分子数增加，压强不变，加入水蒸气相当于起减压的效果(2)600℃，乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。温度过低，反应速率慢，转化率低；温度过高，苯乙烯的选择性下降；高温还可能使催化剂失活，且能耗大3．(1)由折线图分析产生三硫化钼沉淀的过程中应选择的最优温度和时间是______________。(2)利用化学平衡移动原理分析低于或高于最优温度时，MoS3的产率均下降的原因(流程见下图)：___________________________________________________________________________