2025版高考化学二轮复习课件 主观题突破四 化学反应原理综合题

主观题突破四化学反应原理综合题突破点1热化学方程式书写及反应热计算突破点2化学平衡状态及平衡移动的分析目录索引

突破点3反应速率、平衡常数及转化率的计算突破点4速率及平衡图像的综合分析突破点5电化学的综合应用突破点1热化学方程式书写及反应热计算聚焦核心要点1.焓变的计算[1](1)根据(相对)能量计算ΔH=H总(生成物)-H总(反应物)(2)根据键能计算ΔH=∑E(反应物键能之和)-∑E(生成物键能之和)【应用示例1】CO2经过催化氢化合成低碳烯烃。其合成乙烯的反应为2CO2(g)+6H2(g)

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

ΔH。几种物质的能量(在标准状况下规定单质的能量为0,测得其他物质在生成时所放出或吸收的热量)如表所示:则ΔH=

。

-128kJ·mol-1解析:反应焓变=生成物总能量-反应物总能量,则该反应的焓变为52

kJ·mol-1+(-242

kJ·mol-1)×4-(-394

kJ·mol-1)×2-0=-128

kJ·mol-1。(3)根据活化能计算ΔH=E(正反应的活化能)-E(逆反应的活化能)。【应用示例2】催化过程一般有吸附—解离—反应—脱附等过程,图示为N2和H2在固体催化剂表面合成氨反应路径的势能面图(部分数据略),其中“*”表示被催化剂吸附。氨气的脱附是

(填“吸热”或“放热”)过程,合成氨的热化学方程式为

。

吸热

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

ΔH=-92kJ·mol-12.热化学方程式书写易出现的错误(1)未标明反应物或生成物的状态而造成错误。对于具有同素异形体的物质,除了要注明聚集状态之外,还要注明物质的名称。(2)反应热的符号使用不正确,即吸热反应未标出“+”号,放热反应未标出“-”号,从而导致错误。(3)漏写ΔH的单位,或者将ΔH的单位写为kJ,从而造成错误。(4)反应热的数值与方程式的计量数不对应而造成错误。(5)对燃烧热的概念理解不到位,忽略其标准是1mol可燃物而造成错误。3.利用盖斯定律计算反应热[2]【应用示例3】实验室可用KClO3分解制取O2,KClO3受热分解的反应分两步进行:-144解析:依据盖斯定律将①+③×3-②×4得到4KClO3(s)═3KClO4(s)+KCl(s)的ΔH=-144

kJ·mol-1。链接高考[1]-45+128解析:由C40H20和C40H18的结构简式和反应历程可以看出,C40H20中断裂了2根碳氢键,C40H18形成了1根碳碳键,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世纪初,工业上以CO2和NH3为原料在一定温度和压强下合成尿素。反应分两步:ⅰ.CO2和NH3生成NH2COONH4;ⅱ.NH2COONH4分解生成尿素。结合反应历程中能量变化示意图,下列说法正确的是

(填字母)。

a.活化能:反应ⅰ<反应ⅱb.ⅰ为放热反应,ⅱ为吸热反应c.CO2(l)+2NH3(l)═CO(NH2)2(l)+H2O(l)

ΔH=E1-E4ab解析:反应ⅰ的活化能是E1,反应ⅱ的活化能是E3,E1<E3,a项正确;从图中反应物和生成物能量的相对大小可看出反应ⅰ为放热反应,反应ⅱ为吸热反应,b项正确;总反应的ΔH=E1-E2+E3-E4,c项错误。链接高考[2]1.(2023·湖南卷)已知下列反应的热化学方程式:+118解析:根据盖斯定律,将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:电解液态水制备1molO2(g),电解反应的ΔH=+572kJ·mol-1。由此计算H2(g)的燃烧热(焓)ΔH=

kJ·mol-1。

-286解析:电解液态水制备1

mol

O2(g),电解反应的ΔH=+572

kJ·mol-1,由此可以判断,2

mol

H2(g)完全燃烧消耗1

mol

O2(g),生成液态水的同时放出的热量为572

kJ,故1

mol

H2(g)完全燃烧生成液态水放出的热量为286

kJ,因此,H2(g)的燃烧热(焓)ΔH=-286

kJ·mol-1。精研核心命题命题角度1焓变的计算例1(1)(2024·河北卷)硫酰氯常用作氯化剂和氯磺化剂,工业上制备原理如下:SO2(g)+Cl2(g)SO2Cl2(g)

ΔH=-67.59kJ·mol-1。若正反应的活化能为E正kJ·mol-1,则逆反应的活化能E逆=

kJ·mol-1(用含E正的代数式表示)。

E正+67.59解析:根据反应热ΔH与活化能E正和E逆关系为ΔH=正反应活化能-逆反应活化能可知,该反应的E逆=E正

kJ·mol-1-ΔH=(E正+67.59)

kJ·mol-1。(2)(2024·贵州黔东南一模)科学家开发催化剂实现CO2催化还原制备附加值高的产品。利用CO2制备甲醇的有关反应如下:Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)

CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH1Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

ΔH2已知几种共价键的键能如下:利用键能数据计算:ΔH1=

kJ·mol-1。

-92解析:焓变等于反应物的总键能减去生成物的总键能,可得ΔH1=(799×2+436×3-413×3-358-467-467×2)

kJ·mol-1=-92

kJ·mol-1。+247.3解析:焓变等于生成物的总生成焓减去反应物的总生成焓,ΔH=(-110.5

kJ·mol-1)×2-(-393.5

kJ·mol-1)-(-74.8

kJ·mol-1)=+247.3

kJ·mol-1。[变式演练1](1)氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料。查阅资料可知,H—H、N≡N、N—H的键能分别为436kJ·mol-1、946kJ·mol-1、389kJ·mol-1,则2NH3(g)

N2(g)+3H2(g)的焓变ΔH=

,该反应活化能E(正)

(填“>”或“<”)E(逆)。

+80kJ·mol-1>解析:由反应热和反应物的键能之和与生成物的键能之和的差值相等可得:反应ΔH=389

kJ·mol-1×3×2-(436

kJ·mol-1×3+946

kJ·mol-1)=+80

kJ·mol-1,则该反应为正反应活化能大于逆反应活化能的吸热反应。(2)(2024·四川兴文一模)工业上采用CH4-H2O催化重整制取合成气(CO和H2的混合气)的过程中发生如下反应: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若反应③的正向活化能Ea(正)为219.4kJ·mol-1,则该反应的逆向活化能Ea(逆)为

kJ·mol-1。

54.0命题角度2盖斯定律的应用例2(1)(2023·山东卷)一定条件下,水气变换反应CO+H2OCO2+H2的中间产物是HCOOH。为探究该反应过程,研究HCOOH水溶液在密封石英管中的分子反应:Ⅰ.HCOOH

CO+H2O(快)Ⅱ.HCOOH

CO2+H2(慢)回答下列问题:一定条件下,反应Ⅰ、Ⅱ的焓变分别为ΔH1、ΔH2,则该条件下水气变换反应的焓变ΔH=

(用含ΔH1、ΔH2的代数式表示)。

ΔH2-ΔH1解析:根据盖斯定律,反应Ⅱ-反应Ⅰ=水气变换反应,故水气变换反应的焓变ΔH=ΔH2-ΔH1。(2)(2024·山东卷)水煤气是H2的主要来源,研究CaO对C-H2O体系制H2的影响,涉及主要反应如下: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回答下列问题:C(s)+CaO(s)+2H2O(g)CaCO3(s)+2H2(g)的焓变ΔH=

(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的代数式表示)。

ΔH1+ΔH2+ΔH3解析:根据已知三个反应:设目标反应C(s)+CaO(s)+2H2O(g)CaCO3(s)+2H2(g)为Ⅳ,根据盖斯定律,Ⅳ=Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ,所以ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。[变式演练2](1)(2024·湖南北师联盟三模)为实现“碳中和”“碳达峰”,碳的循环利用是重要措施。利用氢气和CO反应生成甲烷,涉及的反应如下: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回答下列问题:在25℃和101kPa下,1molH2O(g)转变为1molH2O(l)时放出44.0kJ热量,CH4的燃烧热为-890.3kJ·mol-1,CO的燃烧热为-283.0kJ·mol-1,H2的燃烧热为-285.8kJ·mol-1,则ΔH1=

kJ·mol-1。

解析:根据燃烧热定义,求得反应CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(l)的焓变ΔH=-283.0

kJ·mol-1+(-285.8

kJ·mol-1×3)-(-890.3

kJ·mol-1)=-250.1

kJ·mol-1,根据1

mol

H2O(g)转变为1

mol

H2O(l)放热44.0

kJ,求得反应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·湖南模拟预测)一种CO2合成转化为甲醛的总反应为CO2(g)+2H2(g)HCHO(g)+H2O(g)

ΔH。转化步骤如下图所示:已知2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)

ΔH4,则总反应的ΔH=___________________

(用上图中焓变以及ΔH4表示)。命题角度3结合催化机理求反应热例3(2024·湖南邵阳模考)脱除汽车尾气中NO和CO包括以下两个反应:反应ⅰ.2NO+CO═N2O+CO2;反应ⅱ.N2O+CO═N2+CO2反应历程中各物质相对能量如图(TS表示过渡态):CO(g)和NO(g)反应生成N2(g)的热化学方程式为

。

2NO(g)+2CO(g)═N2(g)+2CO2(g)

ΔH=-747.2kJ·mol-1解析:由反应ⅰ+反应ⅱ得:2NO(g)+2CO(g)═N2(g)+2CO2(g),根据各物质相对能量图计算出ΔH=(398.4-1

027)

kJ·mol-1+(496.6-615.2)

kJ·mol-1=-747.2

kJ·mol-1。[变式演练3](1)科技工作者结合实验与计算机模拟结果,研究了一个乙苯分子在催化剂表面脱氢制苯乙烯的反应,其历程如图所示(吸附在催化剂表面的物质用*标注):乙苯脱氢制苯乙烯反应的焓变ΔH=

eV;为提高乙苯的平衡转化率,应选择的反应条件为

(填字母)。

A.低温、高压

B.高温、低压C.低温、低压

D.高温、高压-1.35B(2)钌及其化合物在合成工业上有广泛用途,下图是用钌(Ru)基催化剂催化合成甲酸的过程。每生成92g液态HCOOH放出62.4kJ的热量。根据图示写出该反应的热化学方程式:

。

H2(g)+CO2(g)═HCOOH(l)

ΔH=-31.2kJ·mol-1解析:根据整个流程图可知,CO2(g)和H2(g)为反应物,生成物为HCOOH(l),92

g

HCOOH的物质的量为

=2

mol,所以生成1

mol

HCOOH(l)放出31.2

kJ热量,热化学方程式为H2(g)+CO2(g)═HCOOH(l)

ΔH=-31.2

kJ·mol-1。考点集训1.(2024·四川宜宾一模)由氨气制取氢气是一种新工艺,氨气中氢含量高,是一种优良的小分子储氢载体,且安全、易储运。氨热分解法制氢气相关化学键的键能数据如表:化学键N≡NH—HN—H键能E/(kJ·mol-1)946436391回答下列问题:(1)反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)

ΔH=

kJ·mol-1。

(2)已知该反应的ΔS=0.2kJ·mol-1·K-1,则温度T

K时反应能自发进行。+92>460解析:(1)断裂旧键吸收能量,形成新键释放能量,根据ΔH=断裂旧键吸收的能量-形成新键释放的能量可得2NH3(g)N2(g)+3H2(g)

ΔH=(+2×3×391-946-3×436)

kJ·mol-1=+92

kJ·mol-1。(2)若反应能自发进行,则ΔG=ΔH-TΔS<0,即92-0.2T<0,解得T>460

K。2.(2024·湖南重点高中二模)工业上,可以用O3处理烟气中NO、SO2,总反应式为SO2(g)+NO(g)+2O3(g)═SO3(g)+NO2(g)+2O2(g)

ΔH。已知:有关反应的能量变化曲线如图所示。(1)写出SO2和O3反应的热化学方程式:

。上述总反应中ΔH=

kJ·mol-1。

SO2(g)+O3(g)═SO3(g)+O2(g)

ΔH=-241.6

kJ·mol-1-442.5解析:由图可知,SO2和O3反应的ΔH=(58.2-299.8)

kJ·mol-1=-241.6

kJ·mol-1,热化学方程式为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,总反应等于两个反应相加,其ΔH=(-241.6-200.9)

kJ·mol-1=-442.5

kJ·mol-1。(2)其他条件不变,增大c(NO),对总反应速率几乎没有影响,其原因可能是

。

SO2和O3反应的活化能远大于NO与O3反应的活化能,即SO2和O3的反应为控速反应,总反应的速率主要取决于SO2和O3反应解析:SO2和O3反应的活化能远大于NO与O3反应的活化能,即SO2和O3的反应为控速反应,总反应的速率主要取决于SO2和O3反应,因此,当其他条件不变,增大c(NO),对总反应速率几乎没有影响。3.(2024·安徽黄山一模)CO是重要的化工原料,合理使用CO能发挥其在工业生产、物质合成、速率分析等领域的重要作用。(1)已知下列反应的热化学方程式:-283解析:由盖斯定律可知,反应②-①得到反应③,则ΔH3=(-394

kJ·mol-1)-(-111

kJ·mol-1)=-283

kJ·mol-1。(2)已知下列键能数据,结合反应③数据,计算C≡O的键能是

kJ·mol-1。化学键O=OC=O键能E/(kJ·mol-1)4967991067解析:由反应热和反应物键能之和与生成物键能之和的差值相等可得:ΔH3=E(C≡O)+496

kJ·mol-1×-799

kJ·mol-1×2=-283

kJ·mol-1,解得E(C≡O)=1

067

kJ·mol-1。4.(2024·黑吉辽卷)为实现氯资源循环利用,工业上采用RuO2催化氧化法处理HCl废气:将HCl和O2分别以不同起始流速通入反应器中,在360℃、400℃和440℃下反应,通过检测流出气成分绘制HCl转化率(α)曲线,如下图所示(较低流速下转化率可近似为平衡转化率)。图1图2回答下列问题:(1)ΔS

(填“>”或“<”)0。

(2)结合以下信息,可知H2的燃烧热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突破点2化学平衡状态及平衡移动的分析聚焦核心要点1.化学平衡状态的判断[1](1)“两方法”——逆向相等、变量不变①“逆向相等”:反应速率必须一个是正反应的速率,一个是逆反应的速率,且经过换算成同一种物质后的消耗速率和生成速率相等。②“变量不变”:如果一个量是随反应进行而改变的,当不变时为平衡状态。(2)“三关注”①关注反应条件,是恒温恒容、恒温恒压还是绝热容器;②关注反应特点,是等体积反应,还是非等体积反应;③关注特殊情况,是否有固体参加或生成,或是否为固体的分解反应。【应用示例1】已知:2NO(g)+Cl2(g)

2ClNO(g)

ΔH<0。一定温度下,将2molNO(g)与2molCl2(g)置于2L恒容密闭容器中发生上述反应,若4min末反应达到平衡状态,此时压强是初始时的80%,则0~4min内,平均反应速率v(Cl2)=

。下列现象可判断反应达到平衡状态的是

(填字母)。

A.混合气体的平均相对分子质量不变B.混合气体的密度保持不变C.每消耗1molNO(g)同时生成1molClNO(g)D.NO和Cl2的物质的量之比保持不变0.1mol·L-1·min-1AD解析:在反应开始时n(NO)=n(Cl2)=2

mol,假设反应消耗Cl2的物质的量为x

mol,则4

min末达到平衡时,n(NO)=(2-2x)

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

mol,n(ClNO)=2x

mol,n(总)=(4-x)

mol,由于在恒温恒容密闭容器中气体的压强之比等于气体的物质的量之比,所以

=0.8,解得x=0.8,所以v(Cl2)==0.1

mol·L-1·min-1。反应混合物都是气体,气体的质量不变;该反应是反应前后气体物质的量发生改变的反应,若混合气体的平均相对分子质量不变,则气体的物质的量不变,反应达到了平衡状态,A符合题意;反应混合物都是气体,气体的质量不变;反应在恒容密闭容器中进行,气体的体积不变,则混合气体的密度始终保持不变,因此不能据此判断反应是否达到平衡状态,B不符合题意;由于方程式中NO、NOCl的计量数相等,因此在任何条件下都存在每消耗1

mol

NO(g)同时生成1

mol

ClNO(g),不能判断反应是否达到平衡状态,C不符合题意;反应开始时NO和Cl2的物质的量相等,二者反应消耗的比是2∶1,若反应未达到平衡状态,二者的物质的量之比就会发生改变,因此当NO和Cl2的物质的量之比保持不变时,反应达到了平衡状态,D符合题意。2.化学平衡移动的判断方法[2]化学平衡移动的过程(1)依据反应速率判断若外界条件改变,使正逆反应速率满足下列条件:v(正)>v(逆)平衡向正反应方向移动v(正)=v(逆)反应达到平衡状态,平衡不发生移动v(正)<v(逆)平衡向逆反应方向移动(2)依据浓度商(Q)判断通过比较浓度商(Q)与平衡常数(K)的大小来判断平衡移动的方向。①若Q>K,平衡逆向移动;②若Q=K,平衡不移动;③若Q<K,平衡正向移动。(3)依据勒夏特列原理判断如果改变影响平衡的一个因素(如温度、压强及参加反应的物质的浓度),平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。当达到平衡时,在其他条件不变的情况下:改变因素平衡移动方向浓度增大c(反应物)向正反应方向移动减小c(反应物)向逆反应方向移动温度升高反应温度向吸热反应的方向移动降低反应温度向放热反应的方向移动压强(有气体参加或生成的反应)增大压强向气体体积缩小的方向移动减小压强向气体体积增大的方向移动【应用示例2】工业上利用两种温室气体CH4和CO2催化重整制取H2和CO,主要反应为反应Ⅰ:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)

ΔH=+247.4kJ·mol-1

K1过程中还发生三个副反应:反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

ΔH=+41.2kJ·mol-1

K2反应Ⅲ:2CO(g)CO2(g)+C(s)

ΔH=-171.0kJ·mol-1

K3反应Ⅳ:CH4(g)2H2(g)+C(s)

ΔH

K4将CH4与CO2(体积比为1∶1)的混合气体以一定流速通过催化剂,产物中H2与CO的物质的量之比、CO2的转化率与温度的关系如图所示。(1)升高温度,反应Ⅰ、Ⅱ平衡

移动;

(2)反应Ⅳ的平衡常数K4=

(用K1、K2、K3表示);

(3)升高温度,CO2的转化率

,反应Ⅲ的速率

;

(4)升高温度,产物中H2与CO的物质的量之比增大,除由于升温有利于反应Ⅱ正向进行、反应Ⅲ逆向进行外,另一原因是

。

正向

K1·K3增大

加快

反应Ⅳ正向进行

解析:(1)反应Ⅰ、Ⅱ为吸热反应,升高温度,平衡正向移动;(2)反应Ⅳ可由反应Ⅰ+反应Ⅲ得到,则反应Ⅳ的平衡常数K4=K1·K3;(3)由图知升高温度,CO2的转化率增大,反应速率加快;(4)升高温度,产物中H2与CO的物质的量之比增大,除了升温有利于反应Ⅱ正向进行、反应Ⅲ逆向进行外,反应Ⅳ正向进行,也会使得产物中H2与CO的物质的量之比增大。链接高考[1]1.(2022·福建卷)异丙醇(C3H8O)可由生物质转化得到,催化异丙醇脱水制取高值化学品丙烯(C3H6)的工业化技术已引起人们的关注,其主要反应如下:Ⅰ.C3H8O(g)C3H6(g)+H2O(g)

ΔH1=+52kJ·mol-1Ⅱ.2C3H6(g)C6H12(g)

ΔH2=-97kJ·mol-1回答下列问题:在恒温刚性密闭容器中,反应Ⅰ、Ⅱ均达到平衡的判据是

(填字母)。

a.H2O(g)的分压不变

b.混合气体密度不变c.n(C3H6)=2n(C6H12)

d.v正(H2O)=v逆(C3H8O)ad解析:H2O的分压不变,则C3H6的分压也不变,反应Ⅰ、Ⅱ各组分分压不变,反应Ⅰ、Ⅱ均达到平衡,a正确;反应物和生成物均为气体,混合气体的总质量不变,刚性密闭容器容积不变,则混合气体密度不变,不能作为反应Ⅰ、Ⅱ均达到平衡的判据,b错误;当n(C3H6)=2n(C6H12)时,反应不一定达到平衡,不能作为反应Ⅰ、Ⅱ均达到平衡的判据,c错误;v正(H2O)=v逆(C3H8O),说明正逆反应速率相等,反应Ⅰ达平衡,各组分分压不变,C3H6的分压不变,说明反应Ⅱ也达平衡,d正确。2.(2021·天津卷)CS2是一种重要的化工原料。工业上可以利用硫(S8)与CH4为原料制备CS2,S8受热分解成气态S2,发生反应2S2(g)+CH4(g)CS2(g)+2H2S(g),回答下列问题:某温度下,若S8完全分解成气态S2。在恒温密闭容器中,S2与CH4物质的量比为2∶1时开始反应。(1)当CS2的体积分数为10%时,CH4的转化率为

。

(2)当以下数值不变时,能说明该反应达到平衡的是

(填字母)。

a.气体密度b.气体总压c.CH4与S2体积比d.CS2的体积分数30%

d解析:(1)在恒温密闭容器中,S2与CH4物质的量比为2∶1时开始反应,(2)恒容容器,质量不变,故密度一直不变,故密度不变不一定平衡,a不选;反应前后气体的物质的量不变,故压强也一直不变,故压强不变不一定平衡,b不选;CH4与S2体积比一直为1∶2,故不一定平衡,c不选;CS2的体积分数不变说明反应已经达到了平衡,选d。链接高考[2]1.(2024·甘肃卷)在催化剂作用下由粗硅制备SiHCl3:3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s)

4SiHCl3(g)773K,2L密闭容器中,经不同方式处理的粗硅和催化剂混合物与0.4molH2和0.1molSiCl4气体反应,SiCl4转化率随时间的变化如下图所示:(1)0~50min,经方式

处理后的反应速率最快;在此期间,经方式丙处理后的平均反应速率v(SiHCl3)=

mol·L-1·min-1。

(2)当反应达平衡时,H2的浓度为

mol·L-1,平衡常数K的计算式为

。

(3)增大容器容积,反应平衡向

移动。

甲

5.6×10-50.19513逆反应方向

2.(2023·浙江1月卷)“碳达峰”“碳中和”是我国社会发展重大战略之一,CH4还原CO2是实现“双碳”经济的有效途径之一,相关的主要反应有: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请回答:有利于提高CO2平衡转化率的条件是

(填字母)。

A.低温低压 B.低温高压C.高温低压 D.高温高压C解析:反应Ⅰ为气体体积增大的吸热反应,反应Ⅱ为气体体积不变的吸热反应,ΔH>0,升高温度,平衡右移,CH4平衡转化率增大;降低压强,平衡右移,CH4平衡转化率增大,故有利于提高CO2平衡转化率的条件是高温低压。3.(2022·重庆卷)反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在工业上有重要应用。(1)该反应在不同温度下的平衡常数如表所示。温度/℃7008008301000平衡常数1.671.111.000.59①反应的ΔH

(填“>”“<”或“=”)0。

②反应常在较高温度下进行,该措施的优缺点是

。

<优点是升高温度,反应速率较快;缺点是正反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,产物的转化率较低解析:①根据表中的数据,温度越高,平衡常数越小,所以正反应为放热反应,ΔH<0;②优点是升高温度,反应速率较快;缺点是正反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,产物的转化率较低。(2)该反应常在Pd膜反应器中进行,其工作原理如图所示。

利用平衡移动原理解释反应器存在Pd膜时具有更高转化率的原因是

。

Pd膜能选择性分离出H2,平衡正向移动,平衡转化率增大

解析:Pd膜能选择性分离出H2,平衡正向移动,平衡转化率增大。

精研核心命题命题角度1化学平衡标志的判断

AB[变式演练1](2024·上海静安区一模)CO2的高效转化利用对缓解能源危机以及实现“碳中和”目标具有重要的战略意义。利用CO2加氢制备CH3OH是人工固碳的途径之一。已知:(1)有利于提高反应Ⅱ中CO2的平衡转化率的措施有

(填字母,下同)。A.使用催化剂

B.加压C.升温

D.增大CO2和H2的初始投料比C解析:反应Ⅱ是气体体积不变的吸热反应,升温可以提高CO2的平衡转化率,增大CO2和H2的初始投料比相等于增大CO2的浓度,CO2的平衡转化率减小,催化剂不能改变CO2的平衡转化率,故选C。(2)若将含等物质的量CO和H2的混合气体充入恒温恒容密闭容器中进行反应Ⅲ,下列事实能说明此反应已达到平衡状态的是

。

A.容器内气体密度保持不变B.混合气体的平均相对分子质量不变C.生成CH3OH的速率与生成H2的速率相等D.CO的体积分数保持不变BD解析:密度是混合气体的质量和容器容积的比值,在反应过程中质量和容积始终是不变的,则容器内气体密度保持不变不能说明反应达到平衡状态,A错误;混合气体的平均相对分子质量是混合气体的质量和混合气体的总的物质的量的比值,质量不变,但物质的量是变化的,所以混合气体的平均相对分子质量不变能说明反应达到平衡状态,B正确;生成CH3OH的速率与生成H2的速率相等,但不满足计量数之比,反应没有达到平衡状态,C错误;CO的体积分数保持不变说明正逆反应速率相等,达到了平衡状态,D正确。【注意】在利用M、ρ、n(总)、p(总)判断时要注意反应特点和容器的容积变化问题。命题角度2化学平衡的移动例2(2024·黑吉辽卷)为实现氯资源循环利用,工业上采用RuO2催化氧化法处理HCl废气:将HCl和O2分别以不同起始流速通入反应器中,在360℃、400℃和440℃下反应,通过检测流出气成分绘制HCl转化率(α)曲线,如下图所示(较低流速下转化率可近似为平衡转化率)。图1图2回答下列问题:(1)T3=

℃。

(2)下列措施可提高M点HCl转化率的是

(填字母)。

A.增大HCl的流速B.将温度升高40℃C.增大n(HCl)∶n(O2)D.使用更高效的催化剂(3)图中较高流速时,α(T3)小于α(T2)和α(T1),原因是

。

360BD较高流速时反应未达平衡,温度升高,反应速率变快,相同时间内转化率大解析:(1)题中所给反应热ΔH1=-57.2

kJ·mol-1,温度升高时平衡逆向移动,HCl的转化率减小,所以T1=440

℃、T2=400

℃、T3=360

℃。(2)A项,由图像可知增大HCl的流速,其转化率减小;B项,升高温度,反应速率加快,可提高M点HCl的转化率;C项,增大n(HCl)∶n(O2),O2的转化率增大,HCl的转化率减小;D项,催化剂可加快反应速率,可提高M点HCl的转化率。故选B、D。(3)较高流速时,反应未达到平衡,温度越高,反应速率越快,单位时间内HCl消耗掉的量越多,转化率越大,所以α(T3)小于α(T2)和α(T1)。[变式演练2](2024·浙江绍兴一模)用太阳能电池电解水得到的H2,再与CO2反应生成甲醇,是目前推动“碳达峰、碳中和”的新路径。合成甲醇过程中主要发生以下反应:在9.0MPa下,分别按照n(CO2)∶n(H2)=1∶3、n(CO)∶n(H2)=1∶2的投料比在容积可变的密闭容器中反应相同时间,测得甲醇的生成速率和温度的关系如图所示。请回答:(1)下列说法正确的是

(填字母)。

A.其他条件不变,温度升高,甲醇的生成速率加快B.其他条件不变,压缩容器容积增大压强,甲醇的产率增大C.选用更高效的催化剂,可增加甲醇的生成速率和平衡转化率D.反应ⅲ低于500K时很难发生可能是因为催化剂未达到最适温度BD解析:由图像可知其他条件不变,温度升高,甲醇的生成速率先加快后减小,A错误;反应ⅰ和反应ⅲ都是气体体积减小的反应,其他条件不变,压缩容器容积增大压强,平衡正向移动,甲醇的产率增大,B正确;选用更高效的催化剂,可增加甲醇的生成速率但不影响平衡转化率,C错误;反应ⅲ低于500

K时很难发生可能是因为催化剂未达到最适温度,D正确。(2)其他条件不变,将投料比由n(CO2)∶n(H2)=1∶3改成n(CO2)∶n(CO)∶n(H2)=4∶1∶15,发现产物中水蒸气物质的量分数极低。已知反应ⅱ能快速达到平衡,请在图中画出520K之前投料比为n(CO2)∶n(CO)∶n(H2)=4∶1∶15时甲醇生成速率和温度的关系。解析:物质的量分数极低且反应ⅱ能快速达到平衡,说明反应ⅱ进行程度很小,400

K以上CO选择性更高,反应ⅲ放热更多,温度上升快,故甲醇生成速率变大,后续主要还是CO2和H2反应,图线的变化趋势和投料比为n(CO2)∶n(H2)=1∶3一致,故甲醇生成速率和温度的关系如图所示:考点集训1.(2024·湖南岳阳二模)我国力争于2030年前做到碳达峰,2060年前实现碳中和。以生物材质(以C计)与水蒸气反应制取H2是一种低耗能、高效率的制H2方法。该方法由气化炉制造H2和燃烧炉再生CaO两步构成。气化炉中涉及的反应如下: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)绝热条件下,将H2、CO2以体积比2∶1充入恒容密闭容器中,若只发生反应Ⅱ,下列可作为反应Ⅱ达到平衡的判据是

(填字母)。

A.c(CO)与c(H2O)比值不变B.容器内气体密度不变C.容器内气体压强不变CD(2)反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)═CO(g)+H2O(g)的速率方程为v正=k正c(CO2)·c(H2),v逆=k逆c(CO)·c(H2O)。(k正、k逆为速率常数,与温度、催化剂、接触面积有关,与浓度无关)。净反应速率(Δv)等于正、逆反应速率之差。平衡时,Δv(500K)

(填“>”“<”或“=”)Δv(550K)。

=解析:已知化学平衡的本质特征为正、逆反应速率相等,即任何平衡状态下,净反应速率(Δv)等于正、逆反应速率之差,为0,故有平衡时,Δv(500

K)=Δv(550

K)。(3)对于反应Ⅲ,若平衡时保持温度不变,再充入CO2,使其浓度增大到原来的2倍,则平衡移动方向为

(填“向左移动”“向右移动”或“不移动”);当重新平衡后,CO2浓度

(填“变大”“变小”或“不变”)。

向左移动

不变解析:对于反应Ⅲ.CaCO3(s)

CaO(s)+CO2(g),若平衡时保持温度不变,再充入CO2,使其浓度增大到原来的2倍,则增大生成物浓度,化学平衡移动方向为向逆反应方向即向左移动;根据平衡常数K=c(CO2)仅仅是温度的函数可知,当重新平衡后,CO2浓度不变。2.(2024·陕西西安一模)甲烷、甲醇(CH3OH)、甲醛(HCHO)等含有一个碳原子的物质称为“一碳”化合物,广泛应用于化工、医药、能源等方面,研究“一碳”化合物的化学称为“一碳”化学。(1)工业上合成甲醇的反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),在一个密闭容器中,充入1molCO和2molH2发生反应,测得平衡时H2的体积分数与温度、压强的关系如图所示。压强p1

(填“大于”或“小于”)p2,该反应达到平衡的标志是

(填字母)。

A.反应速率v正(H2)=2v逆(CH3OH)B.容器内CO和H2物质的量之比为1∶2C.混合气体的质量不再变化D.混合气体的平均摩尔质量不再变化小于

AD解析:反应为气体分子数减小的反应,相同条件下,增大压强,平衡正向移动,氢气转化率增大,平衡时H2的体积分数减小,故压强p1小于p2;各物质代表的反应速率等于其化学计量数比,v正(H2)=2v逆(CH3OH),则正逆反应速率相等,达到平衡状态,A符合题意;容器内CO和H2物质的量之比为1∶2,不能说明正逆反应速率相等,不能判断达到平衡状态,B不符合题意;气体总质量始终不变,因此不能说明反应已达平衡,C不符合题意;混合气体的平均摩尔质量为M=m/n,气体质量不变,但是气体的总物质的量随反应进行而改变,所以M会发生改变,当M不变时,反应达到平衡,D符合题意。(2)我国科学家制备了一种ZO-ZrO2催化剂,实现CO2高选择性合成CH3OH。气相催化合成过程中,CO2转化率(x)及CH3OH选择性(S)随温度的变化曲线如图。据此回答:①生成CH3OH的最佳温度约为

。

②温度升高,CO2转化率升高,但产物CH3OH含量降低的原因:

。

320℃

温度升高,反应速率加快,CO2转化率升高,但产物CH3OH的选择性降低,副产物也增多,使得甲醇的含量降低解析:①由图可知,生成CH3OH的最佳温度约为320

℃,此时CO2转化率(x)及CH3OH选择性都较高;②温度升高,反应速率加快,CO2转化率升高,但产物CH3OH的选择性降低,副产物也增多,使得甲醇的含量降低。3.(2024·江西南昌一模)一氧化二氮是一种强大的温室气体,也是人类最早应用于医疗的麻醉剂之一。它可由NH4NO3在加热条件下分解产生。(1)一定温度下,将足量NH4NO3(s)加入含有催化剂的1L恒容密闭容器中,发生下面两个反应:反应1:NH4NO3(s)

2H2O(g)+N2O(g)

ΔH1<0反应2:2N2O(g)

2N2(g)+O2(g)测得平衡时容器中气体总压为33.0kPa,且p(O2)为2.4kPa。则平衡时,p(H2O)为

kPa。

20.4解析:(1)设平衡时p(H2O)=x

kPa,则平衡时容器中气体总压为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,则p(H2O)=20.4

kPa。(2)分别向三个容积不变的密闭容器中充入如表所示相应气体,进行反应2N2O(g)2N2(g)+O2(g)。容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中N2O的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示:容器物质的量/mol编号体积/LN2ON2O2ⅠV1=1.00.200ⅡV20.200ⅢV30.200①V1、V2、V3由大到小的顺序为

。

②保持温度不变的情况下,达平衡后再向容器Ⅰ中注入Ar稀释,N2O的分压p(N2O)将

(填“增大”“减小”或“不变”)。

③370℃时该反应的平衡常数为

。(结果保留2位有效数字)

V1>V2>V3不变

0.018解析:①该反应是一个正向气体体积增大的反应,由图知,相同温度下,容器Ⅰ中的N2O的平衡转化率最高,说明其中的压强最小,则对应的V1最大,故V1>V2>V3。②容器Ⅰ的容积恒定,保持温度不变的情况下,达平衡后再向容器Ⅰ中注入Ar稀释,N2O的浓度不变,其分压p(N2O)也不变。③由图知,370

℃时容器Ⅰ(容积为1

L)中N2O的平衡转化率为40%,则反应达到平衡的过程中N2O转化了0.2

mol×40%=0.08

mol,平衡时N2O、N2、O2的物质的量分别为0.12

mol、0.08

mol、0.04

mol,故该反应的平衡常数突破点3反应速率、平衡常数及转化率的计算聚焦核心要点1.速率常数和速率方程[1](1)速率方程的类型一定温度下,基元反应的速率与反应物浓度以其计量数为指数的幂的乘积成正比。①正逆反应速率方程:对于反应:aA+bBgG+hH则v(正)=k正ca(A)·cb(B),v(逆)=k逆cg(G)·ch(H)(其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数)。②总反应速率方程:某反应的总反应速率方程通常由实验测定,其中v应指净反应速率,即v(正)-v(逆),如某合成氨速率方程为v=kcα(N2)·cβ(H2)·cγ(NH3)。(2)速率方程及速率常数的求算方法利用所给数据采用“定多议一”的原则求算,如合成氨速率方程为v=kcα(N2)·cβ(H2)·cγ(NH3)中,让NH3和H2的浓度保持不变,利用N2浓度的不同求α。(3)速率常数和平衡常数的关系基元反应:aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)①平衡条件v(正)=v(逆):2.化学平衡常数(1)三种平衡常数[2]aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)ⅰ平衡量必须为平衡时的浓度ⅱ等体积反应:可以用平衡时的物质的量代替平衡时的浓度ⅲ恒压条件下:先计算平衡体积,再算平衡常数(2)多平衡体系化学平衡常数的计算①多重平衡是指相互关联的若干平衡同时存在于一个平衡系统中,且至少有一种物质同时参与几个相互关联的平衡。②同一容器内的多平衡体系,相同组分的平衡浓度相同如化学平衡:aA(g)

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

dD(g)+eE(g),计算K1、K2时,用到的c(C)相同。③计算方法

元素守恒法根据某元素守恒,计算出平衡时相应组分的浓度设未知数法①有几个平衡假设几个未知数(变化量)②用这些未知数表示出平衡时相应组分的浓度③根据相关量计算出未知数,代入平衡常数表达式求解【应用示例】二氧化碳催化加氢制甲醇有利于减少温室气体排放,涉及的反应如下: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回答下列问题:在恒温恒压(压强为p)的某密闭容器中,充入1molCO2(g)和3molH2(g),仅发生反应Ⅰ和Ⅱ,经过一段时间后,反应Ⅰ和Ⅱ达到平衡,此时测得CO2的平衡转化率为20%,甲醇的选择性为50%{甲醇选择性[(CH3OH)%=×100%]},则该温度下反应Ⅰ的平衡常数Kp=

(写出计算式即可,分压=总压×物质的量分数)。

解析:在恒温恒压(压强为p)的某密闭容器中,充入1

mol

CO2(g)和3

mol

H2(g),仅发生反应Ⅰ和Ⅱ,经过一段时间后,反应Ⅰ和Ⅱ达到平衡,此时测得CO2的平衡转化率为20%,甲醇的选择性为50%,根据三段式分析可知:

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)起始量/mol

1

3

0

0转化量/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转化量/mol

0.1

0.1

0.1

0.1平衡量/mol

0.8

2.6

0.1

0.2链接高考[1]1.(2023·山东卷)一定条件下,水气变换反应CO+H2OCO2+H2的中间产物是HCOOH。为探究该反应过程,研究HCOOH水溶液在密封石英管中的分子反应:Ⅰ.HCOOHCO+H2O(快)Ⅱ.HCOOHCO2+H2(慢)反应Ⅰ正反应速率方程为v=kc(H+)·c(HCOOH),k为反应速率常数。T1温度下,HCOOH电离平衡常数为Ka,当HCOOH平衡浓度为xmol·L-1时,H+浓度为

mol·L-1,此时反应Ⅰ速率v=

mol·L-1·h-1(用含Ka、x和k的代数式表示)。

2.(2022·辽宁卷)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破,目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖,其反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH=-92.4kJ·mol-1

ΔS=-200J·K-1·mol-1。某合成氨速率方程为v=kcα(N2)cβ(H2)cγ(NH3),根据表中数据,γ=

;

在合成氨过程中,需要不断分离出氨的原因为

(填字母)。

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-1a解析:选择实验1和3进行分析,此时

,则γ=-1;在合成氨过程中,需要不断分离出氨,有利于平衡正向移动,a正确;氨是在该催化剂的催化作用下生成,不会使催化剂中毒,b不正确;分离出氨,并没有增大反应物的浓度,所以不会提高正反应速率,c不正确。3.(2021·海南卷)溶于水的CO2只有部分转化为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℃时,H2CO3(aq)CO2(aq)+H2O(l)的平衡常数K=600,正反应的速率可表示为v(H2CO3)=k1·c(H2CO3),逆反应的速率可表示为v(CO2)=k2·c(CO2),则k2=

(用含k1的代数式表示)。

链接高考[2]1.(2023·河北卷)恒温下,将1mol空气(N2和O2的体积分数分别为0.78和0.21,其余为惰性组分)置于容积为VL的恒容密闭容器中,假设体系中只存在如下两个反应:ⅰ.N2(g)+O2(g)2NO(g)

K1

ΔH1ⅱ.2NO(g)+O2(g)

2NO2(g)

K2

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

(写出含a、b、V的计算式)。解析:根据三段式:2.(2022·河北卷)工业上常用甲烷水蒸气重整制备氢气,体系中发生如下反应。3.(2023·湖北卷)1200K时,假定体系内只有反应C40H12(g)C40H10(g)+H2(g)发生,反应过程中压强恒定为p0(即C40H12的初始压强),平衡转化率为α,该反应的平衡常数Kp为

(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。

精研核心命题命题角度1速率常数及与平衡常数的关系例1(1)(2024·山东菏泽一模)氢气和碳氧化物反应生成甲烷,有利于实现碳循环利用。涉及反应如下:回答下列问题:①ΔH2=

kJ·mol-1。

-41.2d

(2)(2024·湖南长沙一模)为避免汽车尾气中的氮氧化合物对大气的污染,需给汽车安装尾气净化装置。在净化装置中CO和NO发生反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)

ΔH1=-746.8kJ·mol-1。实验测得:v(正)=k正·p2(NO)·p2(CO),v(逆)=k逆·p(N2)·p2(CO2),其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,只与温度有关;p为气体分压(分压=物质的量分数×总压)。①达到平衡后,仅升高温度,k正增大的倍数

(填“大于”“小于”或“等于”)k逆增大的倍数。

②一定温度下在刚性密闭容器中充入CO、NO和N2物质的量之比为2∶2∶1,压强为p0kPa。达平衡时压强为0.9p0kPa,此时

=________kPa-1。小于

[变式演练1]温度为T1时,在三个容积均为1L的恒容密闭容器中按如表三种投料比进行反应2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)

ΔH=+196.6kJ·mol-1。结果如表,实验测得:v(正)=k正c2(SO3),v(逆)=k逆c2(SO2)·c(O2),k正、k逆为速率常数(仅与温度有关)。容器编号物质的起始浓度物质的平衡浓度c(SO3)c(SO2)c(O2)c(SO2)Ⅰ0.3000.2Ⅱ0.10.30.2

Ⅲ0.300.1

回答下列问题:(1)温度为T1时,该反应的平衡常数为

。

(2)容器Ⅱ中起始时,v(逆)

(填“>”“<”或“=”,下同)v(正)。

(3)达平衡时,容器Ⅲ中SO2的体积分数

50%。

(4)容器Ⅰ中达平衡后,温度改变为T2时,若k正=k逆,则T1

T2。

0.4><<命题角度2化学平衡常数的计算例2(2024·山东卷)水煤气是H2的主要来源,研究CaO对C-H2O体系制H