2025高考化学二轮复习 大题突破 热化学、化学反应速率与平衡的综合分析

I大题突破热化学、化学反应速率与平衡的综合分析

1.题型特点

这类试题往往以化学反应速率、化学平衡知识为主题，借助图像、图表的手段，综合考查关联知识，

关联知识主要有：

(1)△”符号的判断、热化学方程式的书写、应用盖斯定律计算

⑵化学反应速率的计算与比较，外因对化学反应速率的影响(浓度、压强、温度、催化剂)。

⑶平衡常数、转化率的计算，温度对平衡常数的影响；化学平衡状态的判断，用化学平衡的影响因素

进行分析和解释。

(4)在多层次曲线图中反映化学反应速率、化学平衡与温度、压强、浓度的关系。

2.解答化学平衡移动问题的步骤

(1)正确分析反应特点：包括反应物、生成物的状态，气体体积变化，反应的热效应。

(2)明确外界反应条件：恒温恒容、恒温恒压、反应温度是否变化、反应物投料比是否变化。

⑶结合图像或K与Q的关系、平衡移动原理等，判断平衡移动的方向或结果。

3.分析图表与作图时应注意的问题

⑴仔细分析并准确画出曲线的最高点、最低点、拐点和平衡点。

(2)找准纵坐标与横坐标的对应数据。

⑶描绘曲线时注意点与点之间的连接关系。

(4)分析表格数据时，找出数据大小的变化规律。

4.解答有关平衡常数的计算

(1)结合题意，运用“三段式”，分析计算、确定各物理量的变化。

(2)多重平衡体系的计算用好连续计算法(分设变量)、守恒法两种方法。

(3)多重平衡体系达到整体综合平衡后，每种平衡组分都只能有一个平衡浓度。

皂精螭考真题

1.(2024•湖北，17)用BaCO3和焦炭为原料，经反应I、II得到BaC2,再制备乙快是我国科研人员提出

的绿色环保新路线。

反应I：BaCO3(s)+C(s)r^BaO(s)+2CO(g)

反应II：BaO(s)+3C(s)=^BaC2(s)+CO(g)

回答下列问题：

(1)写出BaC2与水反应的化学方程式。

(2)已知Kp=(pco)〃、仁(阖)〃(〃是CO的化学计量系数)。反应I、II的1gK与温度的关系曲线见图lo

①反应BaCO3(s)+4C(s)u^BaC2(s)+3CO(g)在1585K的Kp=Pa3o

②保持1320K不变，假定恒容容器中只发生反应I,达到平衡时pco=Pa,若将容器体积

压缩到原来的重新建立平衡后pco=Pa0

(3)恒压容器中，焦炭与BaCCh的物质的量之比为4：1,Ar为载气。1400K和1823K下，BaC?产率

随时间的关系曲线依实验数据拟合得到图2(不考虑接触面积的影响)。

100

8.n

*

/6r

<*t

2

g

4V/

o

e

g2

h，2h

时间

图2BaC?产率与时间的关系曲线

①初始温度为900K,缓慢加热至1400K时，实验表明BaCCh已全部消耗，此时反应体系中含Ba物

种为o

②1823K下，反应速率的变化特点为,其原因是。

答案(l)BaC2+2H2。一＞Ba(OH)2+HC三CHf(2)@1016②及io5(3)①BaO②速率不变至BaC?产率

接近100%容器中只发生反应II,反应条件恒温1823K、恒压，且该反应只有CO为气态，据仁照-

105Pa

可知，co的压强为定值，所以化学反应速率不变

解析(l)Ba、Ca同主族，BaC2与CaC?结构相似，BaC?与水反应和CaC?与水反应相似，其反应的化学方

程式为BaC2+2H2。一Ba(OH)2+HC三CHf。⑵①反应I+反应H得BaCC)3(s)+4C(s)iBaC2(s)+3CO(g),则

其平衡常数K=K1xKn=(弩-A；由图1可知,1585K时Kino",&=10一”,BP(^-)3=102-5xl0-I5=10,

lO^Pa10°Pa

3163163

所以诧0=10x(105Pa)=10Pa,则Kp=p^WPa0②由图1可知，1320K时反应I的Ki=10°=l,即Ki

=（般）2=1,所以就o=（105pa）2,即加o=l（）5pa;若将容器体积压缩到原来的杯，由于温度不变、平衡常数

不变，重新建立平衡后0co不变，即pco=l（）5Pa。（3）①由图2可知，1400K时，BaC2的产率为0,即没有

BaCz生成，又实验表明BaCCh已全部消耗，此时反应体系中含Ba物种只有BaO。

2.（2024•河北，17节选）氯气是一种重要的基础化工原料，广泛应用于含氯化工产品的生产。硫酰氯及1,

4-二（氯甲基）苯等可通过氯化反应制备。

⑴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）AH=-67.59

kJ-mol1□

②恒容密闭容器中按不同进料比充入SO2（g）和Cb（g）,测定71、72、73温度下体系达平衡时的

△p（Ap=po-p，po为体系初始压强，po=24OkPa,p为体系平衡压强），结果如图。

-M(Z,DU)

------J

_~~~--

11.522.533.54

n(SO2):n(Cl2)

上图中温度由高到低的顺序为,判断依据为_________________

M点Cl2的转化率为,Ti温度下用分压表示的平衡常数/=kPaL

③下图曲线中能准确表示Ti温度下bp随进料比变化的是（填序号）。

（2）1,4-二（氯甲基）苯（D）是有机合成中的重要中间体，可由对二甲苯（X）的氯化反应合成。对二甲苯浅

度氯化时的反应过程为

以上各反应的速率方程均可表示为片h(A)c(B),其中c(A)、c(B)分别为各反应中对应反应物的浓度，k

为速率常数仅1~依分别对应反应①〜⑤)。某温度下，反应器中加入一定量的X,保持体系中氯气浓度恒

定(反应体系体积变化忽略不计)，测定不同时刻相关物质的浓度。已知该温度下，k\：k2：k3：履:

fe=100：21：7：4：23o

①30min时，c(X)=6.80mol-L1,且30-60min内v(X)=0.042mol-L^min1,反应进行到60min时，

c(X)=mol-L-1o

②60min时，c(D)=0.099mol-L1,若0~60min产物T的含量可忽略不计，则此时c(G)=

mol.L1；60min后，随T的含量增加，喘____________(填“增大”“减小”或“不变”)。

答案(1)②T3>T2>T1该反应是放热的、气体分子数减小的反应，恒容条件下，反应正向进行时，容器内

压强减小，从T3到T1平衡时至增大，说明反应正向进行程度逐渐增大，对应温度逐渐降低75%0.03

③D(2)①5.54②0.033增大

解析(1)②该反应的正反应为气体体积减小的反应，反应正向进行程度越大，如越大。由图可知，从A

到Ti,Ap增大,说明反应正向进行程度逐渐增大，已知正反应为放热反应，则温度由A到r逐渐降低,

即T3>T2>TI0由图中M点可知，进料比为n(SO2)：n(Ch)=2,平衡时Ap=60kPa,已知恒温恒容条件下,

容器内气体物质的量之比等于压强之比，可据此列出三段式：

SO2(g)+Cl2(g)=SO2c12(g)

起始压强/kPa16080

转化压强/kPa60606060

平衡压强/kPa1002060

60kPaP(SOC1)60kPa

二221

可计算得ct(Cl2)=X1OO%=75%,Kp-100kPax20kPa=0.03kPa.③根据“等效平衡”原理,

80kPap(SO2)-p(Cl2)

该反应中SO2和C12的化学计量数之比为1：1,则SO2和。2的进料比互为倒数(如2与0.5)时，Ap相等。

(2)①根据v(X)=A'(x),60min时,c(X)=6.80mobL-|-v(X)-Af=6.80mol-L-1-0.042mol-L1-min1x30min=5.54

v(D)

m。心。②由题给反应速率方程推知最至瑞樗=3,又D、G的初始浓度均为°,则第二舞’则

△c(G)=$Ac(D)=0.033mol-L1,即此时c(G)=0.033mol-L'o60min后，D和G转化为T的速率比为

v(D)

消耗_/C4・C(D)_4X0.099G生成慢而消耗的快,则噜

以当轩⑹一包((G)—23X0Q33,结合二者的生成速率可知，D生成的快而消耗的慢,

消耗

增大。

3.[2024.黑吉辽，18(1)(2)(3)(4)(5)]为实现氯资源循环利用，工业上采用RuO?催化氧化法处理HC1废气:

1

2HCl(g)+|o2(g)^^Cl2(g)+H2O(g)AHi=-57.2kJ-molASK。将HC1和O2分别以不同起始流速通入

反应器中，在360°C、400°。和440°C下反应，通过检测流出气成分绘制HC1转化率(a)曲线，如下图

所示(较低流速下转化率可近似为平衡转化率)。

w

群

S

U

H

/n(HCl)：n(O2)=4«3

；(0.17,”......................

0.180.14().100.06

HQ流速/(mol•h-1)

图1

W

新

B

汉]N

螂KO.10,80)

S

O

H

H(HC1)：/I(O2)=4：4

0.180.140.100.06

HC1流速/(mol•h-1)

图2

回答下列问题：

(1)A50(填“>”或“<”)；T3=℃o

⑵结合以下信息，可知H2的燃烧热AH=kJ-mol^o

1

H2O(l)=H2O(g)AH2=+44.0kJ-mol

1

H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)AH3=-184.6kJ-mol

(3)下列措施可提高M点HC1转化率的是(填标号)。

A.增大HC1的流速

B.将温度升高40℃

C.增大n(HCl)：“(Ch)

D.使用更高效的催化剂

(4)图中较高流速时，以⑸小于a(A)和a(Ti),原因是。

(5)设N点的转化率为平衡转化率，则该温度下反应的平衡常数K=(用平衡物质的量分数代

替平衡浓度计算)。

答案(1)<360(2)-285.8(3)BD(4)反应未达平衡时，流速过快，反应物分子来不及在催化剂表面接

触而发生反应，导致转化率下降，同时，73温度低，反应速率低，故单位时间内氯化氢的转化率低(5)6

解析(l)2HCl(g)+#>2(g)D0C12(g)+H2O(g)反应后气体分子数目减小，该反应A5<0；该反应为放热反应，

由于在流速较低时的转化率视为平衡转化率，在流速低的时候，温度越高，HC1的转化率越小，由图像可

知，Ti代表的温度为440℃,八为360℃0⑵根据盖斯定律可得反应H2(g)+102(g)=H20(l)a<J

11

AH=AH1+AH3-AH2=-57.2kJ-mol-184.6kJ-mo「i-44.0kJ-mol^-285.8kJmol,即氢气的燃烧热A〃=-285.8

kJ.mol'(3)增大HC1的流速,由图像可知，HC1的转化率减小，A不符合题意；M点对应的温度为360℃,

由图像可知，温度升高40。。为400℃时，HC1的转化率增大,B符合题意；增大”(HC1)：〃(。2),HC1的转

化率减小，C不符合题意；M点时，反应未达到平衡，使用高效催化剂，可以增加该温度下的反应速率，

使单位时间内HC1的转化率增加，D符合题意。(5)由图像可知，N点HC1的平衡转化率为80%,设起始

〃(HC1)=〃(C)2)=4moi,可列出三段式：

1

2HCl(g)+|0(g)-

2-Cb(g)+H2O(g)

起始量/mol4400

变化量/mol3.20.81.61.6

平衡量/mol0.83.21.61.6

”x竺

则K=-726。

骸X粉

题型突破练(A)［分值：50分］

1.(10分)(2024・贵州，17)在无氧环境下，CH4经催化脱氢芳构化可以直接转化为高附加值的芳煌产品。一定

温度下，CH4芳构化时同时存在如下反应：

i.CH4(g)—>C(s)+2H?(g)AHi=+74.6kJ-mol1AS=+80.84J-mol'-K1

ii.6CH4(g)—>C6H6(l)+9H2(g)AH2

回答下列问题：

⑴反应i在1000K时(填“能”或“不能”)自发进行。

(2)已知25°。时有关物质的燃烧热数据如表，则反应ii的A“2=kJ-mo『(用含小b、c的代数式表

示)。

物质

CH4(g)C6H6(1)H2(g)

AH7(kJ・mo「i)abc

(3)受反应i影响，随着反应进行，单位时间内甲烷转化率和芳煌产率逐渐降低，原因

是O

(4)对催化剂在不同的pH条件下进行处理，能够改变催化剂的活性。将催化剂在5种不同pH条件下处理

后分别用于催化CH4芳构化，相同反应时间内测定相关数据如下表，其中最佳pH为,理由

是O

PHCH4平均转化率/%芳煌平均产率/%产物中积碳平均含量/%

2.49.605.3540.75

4.09.804.6045.85

7.09.254.0546.80

10.010.456.4533.10

12.09.954.1049.45

(5)973K、100kPa下，在某密闭容器中按〃(C6H6)：”(CH4)=1：5充入气体，发生反应

C6H6(g)+CH4(g)-C7H8(g)+H2(g),平衡时C6H6与C7H8的分压比为4：1,则C6H6的平衡转化率

为，平衡常数Kp=(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压x物质的量分数，列出

计算式即可)。

(6)引入丙烷可促进甲烷芳构化制备苯和二甲苯，反应如下：

催化剂pC6H6(g)+H2(g)

CH(g)+CH(g)

438^CH(g)H(g)(两个反应可视为同级数的平行反应)

(过量)810+2

对于同级数的平行反应有也今=?e(其中V、上分别为反应速率和反应速率常数，及为反应活化

v2fc2A?

能，4、A2为定值，R为常数，T为温度，同一温度下詈是定值。已知Ea』＜心二群，若要提高苯的产率，

可采取的措施有o

答案(1)能(2)6a/-9c(3)反应i有积炭生成，随着反应的进行，生成的积炭逐渐增多，覆盖在催化剂

表面，使催化剂催化性能逐渐降低，化学反应速率减小(4)10.0pH=10.0时，产物中积炭平均含量最低,

/0.2、2

CH4平均转化率最大，芳煌平均产率最高(5)20%70s~5吃3----；(或百J)(6)适当降低温度，

(等xl00kPa)x(等xiOOkPa)'0.8x4.#

加入合适的催化剂(合理即可)

解析⑴反应iCH4(g)-C(s)+2H2(g)AH,=+74.6kJ-mol4AS=+80.84J-mol±K-i,在1000K时，

AG=AH-rAS=+74.6kJ-mol1-!000Kx80.84xW3kJ-moF1-K1=-6.24kJ-mol-^O,故反应i在1000K时能自发

进行。⑵ii.6cH通)一C6H6⑴+9H?(g)AH2

由题给数据可得出以下热化学方程式：

①CH4（g）+2O2（g）一CO2（g）+2H2。⑴NH=akJmol1

②C6H6（l）+£c>2（g）-6co2（g）+3H2O（l）NH=bkJ-mol1

③H2（g）+[O2（g）=H2。⑴AH=ckJmol1

依据盖斯定律，将反应①x6-②-③x9得，反应ii的△H2=（6a-b-9c）kJ-mol1.（5）设起始时C6H6的物质的量为

1mol,CH4的物质的量为5mol,参加反应的C6H6的物质的量为.rmol,则可建立如下三段式：

C6H6（g）+CH4（g）一C7H8（g）+H2（g）

起始量/mol1500

转化量/molXXXX

平衡量/mol1—X5—xXX

6八"日

根据平衡时c6H6与C7H8的分压比为4:1得^~-=；,解得尸0.2。平衡时，〃(C6H6)=0.8mol,n(CH4)=4.8

mol,H（C7H8）=0.2mol,77（H2）=0.2mol,则C6H6的平衡转化率为^^100%=20%,平衡常数

lmol

E-E

（^x100kPa）2a,二甲苯a,苯V

0.22花苯RT）

或(6)已知Ea,苯<Ea,二甲苯降低温度，-

（詈X100kPa）x（^xlOOkPa）0.8X4.8二一元"二甲苯

增大，可提高苯的产率；加入合适的催化剂，选择性降低Ea,笨，能加快生成苯的速率，提高苯的产率。

2.(10分)(2023・辽宁，18)硫酸工业在国民经济中占有重要地位。

(1)我国古籍记载了硫酸的制备方法——“炼石胆(CuSO,5H2O)取精华法”。借助现代仪器分析，该制备过

程中CuSO#5H2O分解的TG曲线(热重)及DSC曲线(反映体系热量变化情况，数值已省略)如图1所示。

700℃左右有两个吸热峰，则此时分解生成的氧化物有SO2、和(填化学式)。

(2)铅室法使用了大容积铅室制备硫酸(76%以下)，副产物为亚硝基硫酸，主要反应如下:

NO2+SO2+H2O=NO+H2SO4

2NO+O2=2NO2

i.上述过程中NO2的作用为。

ii.为了适应化工生产的需求，铅室法最终被接触法所代替，其主要原因是(答出两点即

可)。

1

(3)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化：S02(g)+102(g)-SO3(g)AH=-98.9kJ-mol-

i.为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度，绘制相应转化率(a)下反应速率(数值已略去)与温度

的关系如图2所示，下列说法正确的是。

a=0.88

a=0.90

a=0.92

47()48049()5()051()52()

温度/七

图2

a.温度越高，反应速率越大

b.ct=0.88的曲线代表平衡转化率

c.a越大，反应速率最大值对应温度越低

d.可根据不同a下的最大速率，选择最佳生产温度

ii.为提高钢催化剂的综合性能，我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下，温度和转化率关系如图3所

示，催化性能最佳的是(填标号)。

300350400450500550

温度/t

图3

iii.设O2的平衡分压为p,SO2的平衡转化率为ae，用含p和«e的代数式表示上述催化氧化反应的Kp=

(用平衡分压代替平衡浓度计算)-

答案(l)CuOSO3(2)i.催化剂ii.铅室法制得的产品中存在亚硝基硫酸杂质，生产过程中需使用有毒

ge

的氮氧化物⑶i.cdii.diii.x

(l-ae),p2

解析(1)由图可知，起始时有2.5mgCUSO4-5H2O,其物质的量是0.01mmol,所含结晶水的质量为0.9mg,

则固体质量剩余L6mg时所得固体为CuSO4,加热过程中Cu元素的质量不变，则固体质量剩余0.8mg时

所得的固体是CuO,结合题图DSC曲线有两个吸热峰可知，700。。发生的反应为CuS04-CuO+SCh、

SO3-SO2+O2,则生成的氧化物除SO2外，还有CuO、SO3。⑵i.根据所给的反应方程式，NO2在反应

过程中先消耗再生成，说明NCh在反应中起催化剂的作用。(3)i.根据不同转化率下的反应速率曲线可以

看出，随着温度的升高反应速率先加快后减慢，a错误；由图像可知，相同温度下，转化率可以达到0.90

和0.92，则a=0.88不是平衡转化率，b错误；随着转化率的增大，最大反应速率不断减小，最大反应速率

出现的温度也逐渐降低，c正确；iii.利用分压代替浓度计算平衡常数，反应的平衡常数

"(SO3)

n产y总

。;)总。：)

Kp=P(s1=n(s,设SO2初始量为m,则平衡时n(SO2)=m-mae=m(l-«e),

p(SO2)p2(O2)等21Pds.p402)n(SO2)P2(O2)

〃(SC)3)=加Ie,Kp=

m(l-ae)-p2(i-ae)-p2

3.(14分)(2024•山东，20)水煤气是Hz的主要来源，研究CaO对C-H2O体系制H?的影响，涉及主要反应如

下：

C(s)+H2O(g)-CO(g)+H2(g)(I)AHj>0

CO(g)+H2O(g)-CO2(g)+H2(g)(II)AH2<0

CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)(III)AH3<0

(l)C(s)+CaO⑸+2H2O(g)=CaCC>3(s)+2H2(g)的焰变AH=(用代数式表示)。

(2)压力p下，C-HzO-CaO体系达平衡后，图示温度范围内C(s)已完全反应，CaCC)3(s)在八温度时完全分解。

气相中CO、CO2和H?摩尔分数随温度的变化关系如图所示，则a线对应物种为(填化学

式)。当温度高于Ti时，随温度升高c线对应物种摩尔分数逐渐降低的原因是o

0.05

0

T,

温度T

(3)压力p下、温度为To时，图示三种气体的摩尔分数分别为0.50、0.15、0.05,则反应CO(g)+H2O(g)=

CO2(g)+H2(g)的平衡常数Kp=；此时气体总物质的量为4.0mol,则CaCC)3(s)的物质的量为

mol；若向平衡体系中通入少量CCh(g),重新达平衡后，分压p(CO2)将(填

“增大”“减小”或“不变”)，p(CO)将(填“增大”“减小”或“不变”)。

答案(1)A“I+A42+A”3(2)H2当温度高于TI，CaCCh⑸已完全分解，只发生反应H,温度升高，反应

II平衡逆向移动，所以CO2的摩尔分数逐渐降低0.5不变不变

解析(1)根据盖斯定律，目标总反应=反应(I)+反应(11)+反应(III),则其(2)图示温

度范围内C⑸已完全反应，则反应I已经进行完全，反应II和III均为放热反应，从开始到曾，温度不断升

高，反应II和ill平衡逆向移动，依据反应n,a量减小，摩尔分数减小，co量升高，摩尔分数增大，所

以a线代表H2的摩尔分数的变化，b线代表CO的摩尔分数的变化。T1时,CaCO3⑸已完全分解，当温度

高于-,相当于只发生反应II,CO2的摩尔分数减小，则c线代表CO2的摩尔分数随温度的变化。⑶压力

P下、温度为To时，珏、CO、CO2的摩尔分数分别为0.50、0.15、0.05,则H?。。的摩尔分数为1-0.5-

0.15-0.05=0.3,则反应CO(g)+H2O(g)-CO2(g)+H2(g)的平衡常数勺=鬻黑需=黑黑衿；从用的来

源分析，产生H?多少取决于消耗碳的量和生成不同含碳物种量的多少。平衡时，可独立分析产生H?与消

耗碳和生成各含碳物种的化学反应，如下：

I：C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)

IV：C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g)

=

V：C(s)+CaO(s)+2H2O(g)"^CaCO3(s)+2H2(g)

平衡时气体"(总)=4mol,根据H?、CO、CO2的摩尔分数可计算三者的物质的量分别为：

n(H2)=4molx0.5=2mol,同理，w(CO)=0.6mol,«(CO2)=0.2mol,平衡时，由反应(I)生成的H2：n(H2)i

=n(CO)=0.6mol,由反应(W)生成的H?：«(H2)IV=27?(CO2)=2X0.2mol=0.4mol,则由反应(V)生成的H?：

»(H2)V=2mol-0.6mol-0.4mol=lmol,由反应(V)产物关系可得”(CaCO3)=)(H2)v=：xlmol=0.5mol；若向平

衡体系中通入少量C02(g)后，反应IIICaO(s)+CO2(g)=CaCO3(s)重新达平衡，Kp=-^—,温度不变，&不

变，则分压p(C02)不变，Kc=—^―,c(CO2)也不变，其他气体的浓度均不变，所以P(CO)不变。

4.(16分)二氧化碳、甲烷等是主要的温室气体。研发二氧化碳和甲烷的利用技术对治理生态环境具有重要

意义。

已知：常温常压下，一些物质的燃烧热如表所示。

物质CH4(g)H2(g)co(g)

AH/

-890.3-285.8-283.0

(kJ-mol1)

(1)在催化剂作用下，甲烷的催化重整是制备合成气的重要方法，写出CH/g)与C02(g)反应生成CO(g)和

H2(g)的热化学方程式：。

⑵在恒温恒容密闭容器中，通入一定量的CH4、C02发生催化重整反应。

①下列能说明该反应达到化学平衡状态的是(填字母)。

A.混合气体的平均相对分子质量不再变化

B.v正(CH8=2v逆(CO)

C.CO与丛浓度的比值不再变化

D.容器内混合气体的密度不再变化

②当投料比嗡卜1。时，C02的平衡转化率(a)与温度(。、初始压强。的关系如图所示。由图可知：压强

pi(填““〈”或“=")2MPa；当温度为乃K、初始压强为2MPa时，a点的(填

或“=")v正。起始时向1L恒容容器中加入2moic珏和21noic。2,在温度为几K、初始压强

为2MPa条件下反应，用压强表示该反应的平衡常数%=MPa2(分压=总压义物质的量分数)。

a(CO2)

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

T,T2T,T4r5r6TIT/K

(3)我国科学家对甲烷和水蒸气催化重整反应机理也进行了广泛研究，通常认为该反应分两步进行。第一步:

CH4催化裂解生成H2和碳(或碳氢物种)，其中碳(或碳氢物种)吸附在催化剂上，如

CH4-Cads/[C(H)〃]ads+(29H2；第二步：碳(或碳氢物种)和H?。反应生成CC>2和H?,如

Cads/[C(H%]ads+2H2。―82+(2+今4。反应过程和能量变化残图如图：

能量/kJ

E\②

CH,+2H2O]\^/|

Cods/[C(H)„]ads+(2-1)H2+2H2O

反应过程

判断过程(填序号)加入了催化剂，原因是。

控制整个过程②反应速率的是第II步，其原因为。

1

答案(1)CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)AH=+247.3kJ-mol-(2)®A②<>4(3)(2)催化剂降低

了活化能第II步的活化能大，反应速率慢

解析⑴根据已知燃烧热可得热化学方程式：

①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)AH=-890.3kJ-mol1；②H2(g)+^O2(g)=H2O(l)AH=-285.8kJ-mol-1；

③CO(g)+#>2(g)=CO2(g)AH=-283.0kJ-mol'o根据盖斯定律，将热化学方程式①-②x2-③x2,整理可得

1

CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)AH=+247.3kJ.molo(2)①在恒温恒容密闭容器中，通入一定量的CH4

CO2发生催化重整反应：CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g),该反应的正反应是气体体积增大的反应，反应

后气体的物质的量增大，根据“=生可知，混合气体不变，“变化，平均相对分子质量变化，当平均相对

n

分子质量不再变化，反应达到平衡状态，A正确；反应速率之比等于化学计量数之比，当2V正(CH4)=v逆

(CO),反应达到平衡状态，故V正(CH4)=2v逆(CO)时反应未达到平衡状态，B错误；CO与H2都是生成物，

二者的浓度比始终保持不变，因此不能据此判断反应是否达到平衡状态，C错误；该反应的反应物都是气

体，气体的质量不变，反应在恒温恒容密闭容器中进行，气体的体积不变，则根据可知容器内混合气

体的密度始终不变化，因此不能据此判断反应是否达到平衡状态，D错误。②该反应的正反应为气体分子

数增多的反应，在其他条件不变时，增大压强，化学平衡逆向移动a(CO2)减小，故压强：pi<2MPa；根据

图示可知，当温度为T.K、初始压强为2MPa时，反应进行到a点时CO2的转化率大于该压强下的CO?平

衡转化率,则说明反应逆向进行，故反应速率关系：v逆”正；根据图示可知，在温度为T6K,起始压强为

2MPa时，CO2的平衡转化率为0.5。由于开始时加入/7(CH4)=H(CO2)=2mol,则根据

CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)中反应转化关系可知平衡时"(CH4)=〃(CO2)=1mol,«(H2)=/z(CO)=2mol,

气体总物质的量为"(总)=6mol,反应在恒温恒容密闭容器中进行，气体的压强与气体的物质的量呈正比，

则平衡时气体总压强为双平衡)=,6亭x2MPa=3MPa,则压强平衡常数&=空与字MPa2=4MPa)

2mol+2molK(3x-)x(3x-)

66

(3)根据图示可知曲线②的活化能比曲线①的活化能低，反应速率快，故过程②加入了催化剂；对于多步反

应，总反应速率快慢由慢反应决定。反应的活化能越大，反应需要的能量就越高，反应速率就越慢。根据

图示可知第II步的活化能大，反应速率慢，其决定了整个反应速率的快慢。

题型突破练(B)［分值：50分］

1.(10分)(2024・湖南益阳高三模拟)煤的间接液化是煤的综合利用的一种重要方法。首先是煤燃烧生成CO2,

再在铝系催化剂的催化作用下与H2O反应，最终生成C2H5OH。过程中主要发生如下反应：

1

反应I：C(s)+O2(g)=CO2(g)AHi=-393.5kJ-mol-

1

反应II：2CO2(g)+2H2O(g)==C2H4(g)+3O2(g)AH2=+1323kJ-mol

1

反应III：C2H4(g)+H2O(g)=C2H50H⑴AH3=-88.2kJ-mol-

1

(1)已知H2O(l)=H2O(g)AH4=+44.0kJ-mol,C2H50H的燃烧热AH5=kJ-mol'o

(2)为更好地研究煤的液化过程，某学习小组对反应II进行了系统的研究。在一个2L的刚性容器中加入2

molCCh气体及4mol水蒸气，在500℃及铝系催化齐U(固体)存在条件下只发生反应II«

①下列能说明该反应已达到平衡状态的是(填字母)。

A.CO2的体积分数不再改变

B.<CO2)："(H?。)不再改变

C.容器的总压不再改变

D.容器中气体的密度不再改变

②如图为平衡时四种组分的物质的量分数随温度的变化曲线。图中曲线b表示的物质是,原因

是O

舞

余

啾

£

坦

承

余

期

就

③TiK时该反应的平衡常数为。

④TiK时，某同学在该容器中加入mmolCCh和〃molH2O(g),同时加入了1molC2H4和3moiO2，达到

平衡后CO2的体积分数仍与N点相同，则n=(用含m的代数式表示)。

答案(1)-1366.8(2)①AB②C2H4随温度升高，平衡正向移动，C2H4的含量增大，且。2物质的量分

数增大量是QR的3倍③亮@2m+2

解析⑵①CO2的体积分数不再改变，浓度不变，反应达到平衡状态，A选；充入的反应物不是按系数比

充入，n(CO2)："(HO)不再改变，反应达到平衡状态，B选；该反应反应前后气体总物质的量不变，容器

的总压不再改变，不能判断反应已达到平衡状态，C不选；该反应反应前后气体总物质的量不变，容器的

体积不变，密度为定值，容器中气体的密度不再改变，不能判断反应已达到平衡状态，D不选。③列出三

段式:

2CO2(g)+2H2O(g)=C2H4(g)+3O2(g)

初始/mol2400

转化/mollx2xx3%

平衡/mol2-2x4-2xx3%

11l

平衡时2-2x=x,解得,则平衡时c(CO2)=-mol-Lzc(H2O)=-mol-Lzc(C2H4)=-mol-L,c(O2)=l

27

1

mol.L-，故TiK时反应的平衡常数K=④力口入1molC2H4和3molO2,等效于加入2molCO2

G)飞)216

和2molH2O,可得黑=|，解得〃=2m+2。

2.(10分)(2023•辽宁抚顺普通高中高三模拟)我国承诺在2030年前实现碳达峰即二氧化碳的排放量不再增长。

因此，研发二氧化碳利用技术、降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。请回答下列问题：

(1)以CO2和NH3为原料合成尿素是利用CO2的成功范例。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下：

反应①：2NH3(g)+CO2(g)^==^NH2coONH4G)AHJ=-159.5kJ-mol1

反应②：NH2COONH4(S)"="CO(NH2)2(s)+H2O(g)AH2

1

总反应③：2NH3(g)+CO2(g)^^CO(NH2)2(s)+H2O(g)AH3=-87.0kJ-mol

反应②的A〃2=kJ-mol1o

(2)利用工业废气中的CO?可以制取甲醇：CO2(g)+3H2(g)-CH3OH(g)+H2O(g),一定条件下往恒容密闭容

器中充入1molCCh和3moiH2，在不同催化剂作用下发生反应I、反应II与反应III,相同时间内CCh的

转化率随温度变化如图所示。

4

-

5

s2

-

$3

3

o-

o5

①催化剂效果最佳的反应是(填“反应I”“反应II”或“反应III”)。

②一定温度下，下列不能说明上述反应I达到化学平衡状态的是(填字母)。

A.CO2的质量分数在混合气体中保持不变

B.反应中CCh与H?的物质的量之比为1：3

C.3V正(CC>2)=v逆(H2)

D.容器内气体总压强不再变化

E.容器内混合气体的密度不再变化

③若反应III在a点时已达平衡状态，a点CCh转化率高于b点和c点的原因是。

④c点时总压强为0.1MPa,该反应的平衡常数=MPa"(用平衡分压代替平衡浓度，分压=总压x物

质的量分数，计算结果用最简分式表示)。

答案⑴+72.5

(2)①反应I②BE③该反应为放热反应，c点所在温度高，平衡逆向移动，转化率低于a点；b点所在

温度低，反应速率慢，相同时间内反应未达到平衡，转化率低于a点④等

1

解析(1)根据盖斯定律，反应①+反应②得总反应③，即AH2=AH3-AHI=-87.0kJ-mol-(-159.5kJ-moF

11

)=+72.5kJ-moro(2)①根据图像分析，相同温度下，CO2转化率最高的为反应I,故其催化效果最好。②

CO2的质量分数在混合气体中保持不变，即反应体系各组分浓度保持不变，说明反应达到平衡状态，A不

合题意；起始时CO2与H2的物