2023届高三化学二轮复习专题-化学反应原理课件

化学反应原理综合题探究化学反应原理综合题型解决方案一.化学反应原理综合题型命题特点：

试题常以“脱硫、脱硝、减少二氧化碳排放、水煤气制备和新材料制备、合成氨的新工艺研究”等为命题材料,通过图像变化展示化学反应机理和化学平衡等,反映化学新技术和新方法的应用。高考考向:

高考化学的所有命题素材都离不开以下情境1.日常生活情境根据功能划分为食物营养、合成药物、常见材料和能量转化设备。2.生产环保情境从物质来源的方式或工业目的可以分为自然资源利用、生产条件优化、废物回收利用和毒害物质处理。3.学术探索情境为公开刊物上的最新化学学科前沿成果。学术探索情境包括最新合成方法、新颖功能物质和新型催化技术。4.最新合成方法是指对于已经可以制备的化合物采用新方法或新技术进行合成，对应的物质多数是有机物，其基本特征是绿色、经济、高选择性，而且更加高效和环境友好。5.新颖功能物质,主要是指新型复合材料或新型催化剂的结构，该情境主要考查物质结构与性质。6.对于某些已经工业化的化学反应，采用新型的催化技术可提高转化效率、降低生产成本，主要考查推理反应过程的能量变化、判断反应历程和机理以及反应的转化率等。二.化学反应原理综合题型的研究方向和知识基础：三.化学反应原理综合题型的能力要求：四.化学反应原理综合题型的考点分解及解决方法考点1.化学反应的能量变化——反应热（ΔH）方向（1）盖斯定律的应用+247.4【例1】.（2021广东八省）温室气体的利用是当前环境和能源领域的研究热点。I.CH4与CO2重整可以同时利用两种温室气体，其工艺过程中涉及如下反应：反应①CH4(g)+CO2(g)⇌2CO(g)+2H2(g)ΔH1反应②CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.2kJ·mol-1反应③CH4(g)+O2(g)⇌CO(g)+2H2(g)ΔH3=-35.6kJ·mol-1(1)已知：O2(g)+H2(g)=H2O(g)ΔH=-241.8kJ·mol-1，则ΔH1=______kJ·mol-1。（2）化学键键能和反应热【例2】甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料．利用合成气（主要成分为CO、CO2和H2）在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主要反应如下：已知反应①中的相关的化学键键能数据如下：由此计算△H1=

kJ．mol﹣1（1）键的类型、键的数目（2）键能的大小键能的方向（断吸或成放）（3）根据总能大小定方向，总能差值算热值-99特别注意：一些晶体（1mol)中化学键的类型及数目：Si晶体：2molSi-SiSiO2:4molSi-O金刚石：2molC-C石墨：1.5molC-CCO2:2molC=OCO:1molC=OP4：6molP-P断键吸收能量=1076kJ．mol﹣1+2×436kJ．mol﹣1=1948kJ．mol﹣1

成键放出能量=343kJ．mol﹣1+3×413kJ．mol﹣1+465kJ．mol﹣1

=2047kJ．mol﹣1

总的热效应为放热，数值=2047-1948=99（3）反应能垒、活化能与反应热【例3】[2019卷1]我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用●标注。可知水煤气变换的ΔH

0（填“大于”“等于”或“小于”），该历程中最大能垒（活化能）E正=_____eV，写出该步骤的化学方程式_______________________。小于2.02COOH●+H●+H2O●=COOH●+2H●+OH●始终NNH2NNH2MoNNMoHNNHMo2(H3N-Mo)2NH3bacdeE/kJ.mol-1历程【变式】有研究发现Mo做催化剂合成氨的历程如图所示：反应N2（g）+3H2(g)=2NH3(g)的最大能垒为

kJ.mol-1；反应热ΔH=

kJ.mol-1b[(b-a)-(c-d-e)]【变式】（2021深圳一模）＋41考点2：催化剂的催化作用【例】某研究小组探究催化剂对CO、NO转化的影响。将NO和CO以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应，相同时间内测量逸出气体中NO含量，从而确定尾气脱氮率(脱氮率即NO的转化率)，结果如右图所示。(1)以下说法正确的是______(填字母)。A.两种催化剂均能降低活化能，但ΔH不变B.相同条件下，改变压强对脱氮率没有影响C.曲线Ⅱ中的催化剂适用于450℃左右脱氮D.曲线Ⅱ中催化剂脱氮率比曲线Ⅰ中的高(2)若低于200℃，图中曲线Ⅰ脱氮率随温度升高而变化不大的主要原因为__________________________________________；判断a点是否为对应温度下的平衡脱氮率，并说明其理由：__________________________________________________。温度较低时，催化剂的活性偏低不是平衡脱氮率。因为该反应为放热反应，如果a点为平衡脱氮率，则温度升高，再平衡脱氮率应该降低。但使用催化剂Ⅱ在更高温度下有更大的脱氮率。[2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)ΔH<0]AC（1）催化剂能改变反应的活化能（同等程度）；但不会改变反应热。（2）催化剂能改变化学反应速率（同等程度）；但不会改变反应方向及平衡使用催化剂可以改变单位时间发生的能量变化使用催化剂可以缩短反应达平衡所需时间；使用合适的催化剂可以提高单位时间反应物的转化率（未平衡）（3）催化剂有选择性（双向选择）利用催化剂的选择性可以提高目标产物在所有产物中的占比（未平衡）（4）催化剂有一定的活化效能合适的活化温度某些物质可以使催化剂失活——催化剂中毒关于催化剂我们要关注的问题关于催化剂的选择性的应用利用催化剂的选择性获得某些特定产物如：甲苯与Cl2反应可以生成邻氯甲苯和对氯甲苯。如果能找到一种适合的催化剂，对生成邻氯甲苯反应的催化效果特别好，而对生成对氯甲苯的反应的催化效果较小甚至没有催化效果，则可以利用此催化剂在反应未达平衡前分离产品，则其中邻氯甲苯的含量就相当大。但如果时足够时间到达平衡，则两种氯甲苯的含量几乎相当。关于催化剂催化机理：大部分催化剂都会参与反应历程，只是在某个历程中被消耗，在另外的历程中有重新生成。也有少部分催化剂没有直接参与反应，而是提供一个表面模型让反应物分子在其表面发生反应。注意和中间产物的区别！这种情况下就要重点考虑表面积和各分子能否占据表面的问题了【变式】将一定量的CO2和H2充入到某恒容密闭容器中，测得在不同催化剂作用下，相同时间内CO2的转化率与温度的变化如图乙所示：催化效果最好的是催化剂________(选填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)，该反应在a点达到平衡状态，a点的转化率比b点的高，其原因是_______________________________。CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(l)＋H2O(l)ΔH＝－93.8kJ·mol－1该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向进行Ⅰ考点3：化学反应速率（1）定性判断反应速率的大小根据活化能大小判断：反应活化能越小，反应速率越大【例】CH4－CO2催化重整反应为：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)。反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：积碳反应CH4(g)=C(s)＋2H2(g)消碳反应CO2(g)＋C(s)=2CO(g)ΔH/kJ·mol－175172活化能/kJ·mol－1催化剂X3391催化剂Y4372由上表判断，催化剂X

(填“优于”或“劣于”)Y，理由是______________________________在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如右图所示。升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是________(填字母)。A.K积、K消均增加 B.v积减小、v消增加C.K积减小、K消增加 D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大AD

相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小，而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大。劣于【例】298K时，将20mL3xmol·L－1Na3AsO3、20mL3xmol·L－1I2和20mLNaOH溶液混合，发生反应：AsO33-(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsO43-(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsO43-)与反应时间的关系如下图所示。②tm时，v正________v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。③tm时，v逆________tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”)，理由是_____________________________。根据反应进行的状态判断：反应向正方向进行（Q<K）则v（正）>v(逆）反应达平衡状态（Q=K）则v（正）=v(逆）反应向逆方向进行（Q>K）则v（正）<v(逆）tm时生成物浓度较低大于小于tm时，反应在向正反应方向进行，所以v正大于v逆tm与tn比较，生成物的浓度tn时更大，所以tn逆反应速率更大根据反应条件判断：温度高；浓度大；有催化剂，反应速率大【例1】环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是________(填标号)。A.T1＞T2B.a点的反应速率小于c点的反应速率C.a点的正反应速率大于b点的逆反应速率D.b点时二聚体的浓度为0.45mol·L－1【例2】对于反应2SiHCl3(g)=SiH2Cl2＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323K和343K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如右图所示。比较a、b处反应速率大小：va_________vb(填“大于”“小于”或“等于”)注意判断的时总反应速率还是某方向的反应速率CD大于依据：各浓度相同，反应温度高，反应速率大（2）定量计算反应速率一般计算【例】.（2021广东八省）II．Ni-CeO2

催化CO2加H2形成CH4的反应历程如图1所示(吸附在催化剂表面的物种用*标注)，含碳产物中CH4的物质的量百分数(Y)及CO2的转化率随温度的变化如图2所示。(4)CO2甲烷化的过程中，保持CO2与H2的体积比为1：4，反应气的总流量控制在40mL·min-1，320℃时测得CO2转化率为80%，则CO2反应速率为______mL·min-1。6.440×1/5mL=8mL；v=mL·min-1=6.4mL·min-1（2）定量计算反应速率创新计算——利用速率方程计算【例】T℃时，在恒容密闭容器中通入CH3OCH3，发生反应Ⅱ：CH3OCH3(g)CO(g)＋H2(g)＋CH4(g)，测得容器内初始压强为41.6kPa，反应过程中反应速率v(CH3OCH3)、时间t与CH3OCH3分压P(CH3OCH3)的关系如图(b)所示。①t＝400s时，CH3OCH3的转化率α＝________(保留2位有效数字)；反应速率满足v(CH3OCH3)＝kPn(CH3OCH3)，k＝_________s－1；400s时v(CH3OCH3)______________kPa·s－1。16%4.4×10－41.54×10－2先根据实验数据确定有关数据的级数，计算速率常数k，再根据速率方程计算一定条件下的反应速率中学教学中认为，正、逆反应的速率相等，这时反应达到平衡状态。对于一个任意的溶液中的基元反应，aA+bB→dD+eE正反应的速率方程可写为，v正=k正·ca(A)·cb(B)逆反应的速率方程可写为，v逆=k逆·cd(D)·ce(E)当反应达到平衡状态时，正、逆反应的速率还要相等。就自然会有k正·ca(A)·cb(B)=k逆·cd(D)·ce(E)。从而可以得到，由于其中的k正与k逆都是常数，所以Kc也是常数。【引申】k正k逆ca(A)·cb(B)cd(D)·ce(E)==Kc基元反应与质量作用定律P71质量作用定律由G.M.古德贝格和P.瓦格1867年提出，定义是：化学反应速率与反应物的有效质量成正比，其中的有效质量实际是指浓度吸收

【例】质量作用定律考点4：化学平衡（1）定性：化学平衡状态的判断和条件改变对化学平衡移动的判断（略）（2）定量：与化学平衡常数和转化率有关的计算【例1】Deacon发明的直接氧化法为4HCl(g)＋O2(g)=2Cl2(g)＋2H2O(g)。右图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1:1、4:1、7:1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：可知反应平衡常数K(300℃)________K(400℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的数据计算K(400℃)＝________________________________(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是________________________________________________。大于O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低由图可知：反应放热；从上到下三条线分别是c(HCl)∶c(O2)为1:1、4:1、7:1注意：三段式，别漏掉C0【例2】某温度下，等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生反应：起始总压为105Pa，平衡时总压增加了20%，环戊烯的转化率为________，该反应的平衡常数Kp＝________________Pa。(g)+I2(g)(g)+2HI(g)40%

3.56×104

等温等体积容器中，压强比等于气体的物质的量之比体现内某气体的分压=气体的体积分数（物质的量分数）×总压(g)+I2(g)(g)+2HI(g)变化/mol起始/mol平衡/molaxaa00axax2axa(1-x)a(1-x)ax2axn总2a2a+ax2a2a+ax=p0p0(1+0.2)

x=0.4体积分数1/41/41/61/3KP=(1/6)p总×[(1/3)p总]2[(1/4)p总]2=3.56×104PaKp常数计算注意：恒容时总压变化【例3】.Ⅰ.(2020·新课标Ⅱ卷)天然气的主要成分为CH4，一般还含有C2H6等烃类，是重要的燃料和化工原料。(1)乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g)→C2H4(g)＋H2(g)

Kp常数计算注意：投料时加入生成物了分压：2m+m+q=100【例4】.(2020·新课标I卷)Kp常数计算注意：投料中加入了“无关气体”(2)理论计算表明，原料初始组成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，在体系压强为0.1MPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。(a为H2，b为H2O

)【例5】.(2020·新课标Ⅲ卷)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。2CO2＋6H2→CH2=CH2＋4H2OKp常数计算注意：题中直接获取体积分数，无需三段式13.4

Kp常数计算注意：多步反应特殊情况处理【例6】.(2018·新课标I卷)混合体系中求平衡常数，你能找到例题吗？⇌K常数计算注意：多重平衡体系求常数【例7】.(2021·八省联考广东卷)19.温室气体的利用是当前环境和能源领域的研究热点。I.CH4与CO2重整可以同时利用两种温室气体，其工艺过程中涉及如下反应：反应①CH4(g)+CO2(g)⇌2CO(g)+2H2(g)ΔH1反应②CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.2kJ·mol-1反应③CH4(g)+O2(g)⇌CO(g)+2H2(g)ΔH3=-35.6kJ·mol-1一定条件下，向体积为VL的密闭容器中通入CH4、CO2各1.0mol及少量O2，测得不同温度下反应平衡时各产物产量如图所示。②1100K时，CH4与CO2的转化率分别为95%和90%，反应①的平衡常数K=______(写出计算式)。b为CO，a为H2(3)创新：反应速率常数和平衡常数关系【例】对于反应2SiHCl3(g)=SiH2Cl2＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323K和343K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如右图所示。反应速率v＝v正－v逆＝k正x2(SiCl3)－k逆x(SiH2Cl2)x(SiCl4)，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的v正/v逆＝________(保留1位小数)。343K平衡时，v＝v正－v逆＝k正×(78%)2－k逆×11%×11%＝0，解得＝0.112/0.782=0.02，则a点处＝×＝0.02×＝1.3。x2(SiHCl3)x(SiH2Cl2)·x(SiCl4)k正k逆v正v逆k正k逆(0.80)2(0.10)21.3假设某位同学计算得到的结果为0.78，能否快速判断是否正确？考点5：化学反应原理图像分析【例1】一定比例的合成气（CO2和H2)在装有催化剂的反应器中反应12小时，体系中甲醇的产率和催化剂的催化活性与温度的关系如图2所示。

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH<0当温度为470K时，图中P点______(填“是”或“不是”)处于平衡状态。490K之后，甲醇产率下降的原因可能是_______________________________________。不是反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动；490K后。随着温度升高，催化剂活性降低

未达平衡前，改变条件对反应的影响只能由速率来解析；只有平衡后，改变条件对反应的影响才能通过平衡移动来解析，所以这类问题的关键要找到正确的解析方向。但首要任务时要了解所讨论反应本身的特征：反应的热效应和反应前后气体物质的量的变化。判断是否平衡：常见两种思考方向1.转化率或产率是否是该条件下的最大最高；2.后续条件改变后的变化是否与平衡时相反。【例2】合成氨工业涉及固体燃料的气化，需要研究CO2与CO之间的转化。为了弄清其规律，让一定量的CO2与足量碳在体积可变的密闭容器中反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)测得压强、温度对CO、CO2的平衡组成的影响如图所示：p1、p2、p3的大小关系是____________，欲提高C与CO2反应中CO2的平衡转化率，应采取的措施为________________________。图中a、b、c三点对应的平衡常数大小关系是____________。p1<p2<p3升高温度、降低压强Ka＝Kb<Kc找到单一变量时，CO的体积分数与变量的关系，结合反应特征进行判断控制单一变量思想：适当做辅助线，控制单一变量，再结合图像特征与原理结合综合判断拓展：1、加入C可否改变反应速率？2、加入C可否改变反应平衡？3、C的物质的量不变可否作为已达平衡的判据？4、C的浓度不变可否作为已达平衡的判据？【例3】工业上消除氮氧化物的常用方法是SCR(选择性催化还原)脱硝法，反应原理为4NH3(g)＋4NO(g)＋O2(g)4N2(g)＋6H2O(g)ΔH<0。①SCR法除NO，投料比一定时有利于提高NO平衡转化率的反应条件是____________、____________。当反应温度过高时，会发生以下副反应：2NH3(g)＋2O2(g)→N2O(g)＋3H2O(g)；4NH3(g)＋5O2(g)→4NO(g)＋6H2O(g)。②某科研小组通过系列实验，分析得出脱硝率与氨氮比、温度的关系如图2、图3所示，从图2可以看出，最佳氨氮比为2.0，理由是_______________________________________________________________________；由图3可知，当温度高于405℃后，脱硝率会逐渐减小，原因是__________________________________________________。