2023届高考化学三轮冲刺 第10题　以速率、平衡为中心的原理综合题 课件（共254张PPT）

(共254张PPT)
第10题　以速率、平衡为
第二篇　非选择题突破
中心的原理综合题
复习建议：4课时(题型突破2课时　习题2课时)
悟真题·明考向
析题型·固双基
目
录
CONTENTS
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题型特训
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1.(2022·全国甲卷)金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途，目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4，再进一步还原得到钛。回答下列问题：
(1)TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1 000 ℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：
(ⅰ)直接氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)
ΔH1＝＋172 kJ·mol－1，Kp1＝1.0×10－2
(ⅱ)碳氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g)
ΔH2＝－51 kJ·mol－1，Kp2＝1.2×1012Pa
①反应2C(s)＋O2(g)===2CO(g)的ΔH为__________kJ·mol－1，Kp＝__________Pa。
②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，其原因是
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
③对于碳氯化反应：增大压强，平衡__________移动(填“向左”“向右”或“不”)；温度升高，平衡转化率__________(填“变大”“变小”或“不变”)。
－223
1.2×1014
碳氯化反应气体分子数增加，ΔH小于0，是熵增、放热过程，根据ΔG＝ΔH－ΔST可知ΔG＜0，故该反应能自发进行，而直接氯化的体系气体分子数不变且是吸热过程，反应趋势远小于碳氯化
向左
变小
(2)在1.0×105Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。
①反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的平衡常数Kp(1 400 ℃)＝______________Pa。
②图中显示，在200 ℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4，但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是
___________________________________________________________________。
(3)TiO2碳氯化是一个“气－固－固”反应，有利于TiO2－C“固－固”接触的措施是______________________________________________________________。
7.2×105
为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品，提高效益
将两固体粉碎后混合，同时鼓入Cl2，使固体粉末“沸腾”
2.(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＝－1 036 kJ·mol－1
②4H2S(g)＋2SO2(g)===3S2(g)＋4H2O(g)　ΔH2＝＋94 kJ·mol－1
③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH3＝　－484 kJ·mol－1
计算H2S热分解反应④2H2S(g)===S2(g)＋2H2(g)的ΔH4＝________kJ·mol－1。
＋170
(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1 470 K、100 kPa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。
副产物氢气可作燃料、不产生SO2污染物
耗能高
50%
4.76
(4)在1 373 K、100 kPa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H2S－Ar混合气，热分解反应过程中H2S转化率随时间的变化如图所示。
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0～0.1 s之间，H2S分压的平均变化率为__________ kPa·s－1。
越高
n(H2S)∶n(Ar)
越小，H2S的分压越小，平衡向正反应方向进行，H2S平衡转化率越高
d
24.9
3.(2021·全国甲卷)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：
(1)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＝＋41 kJ·mol－1
②CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)　ΔH2＝－90 kJ·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
_________________________________________________________________。
－49
A
ΔH1为正值，ΔH2和ΔH为负值，反应①活化能大于反应②的
(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＝5×105 Pa下的x(CH3OH)～t如图所示。
①用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式Kp＝
___________________________________；
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____________________。
b
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
33.3%
5×105 Pa，210 ℃
9×105 Pa，250 ℃
4.(2021·全国乙卷)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：
溴(或Br)
24.8
大于
Kp1·Kp2
大于
(4)Kistiakowsky曾研究了NOCl光化学分解反应，在一定频率(ν)光的照射下机理为：
NOCl＋hν―→NOCl*
NOCl＋NOCl*―→2NO＋Cl2
其中hν表示一个光子能量，NOCl*表示NOCl的激发态。可知，分解1 mol的NOCl需要吸收__________ mol的光子。
0.5
考情预测：预计在2023年的高考中，化学反应原理的综合仍会以与生产生活实际联系紧密的创新题材为载体，考查学生盖斯定律的运用，化学反应速率和平衡的影响因素，通过图像等信息获取解题数据，完成化学平衡常数K、Kp、Kx以及转化率的计算等重要知识点，另外速率常数的理解与应用也是近几年高考考查的重点内容之一，应给予关注。
智能点 一　盖斯定律的两大热点应用——计算和书写
1.计算反应热
[示例1]　(1)(2020·全国卷Ⅱ)乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g)　ΔH1，相关物质的燃烧热数据如表所示：
ΔH1＝________ kJ·mol－1。
物质 C2H6(g) C2H4(g) H2(g)
燃烧热ΔH/ (kJ·mol－1) －1 560 －1 411 －286
＋137
(2)已知键能数据如下：
化学键 H—H C===O C≡O H—O C—H
E/(kJ·mol－1) 436 799 1 076 465 413
CH4(g)＋H2O(l)===3H2(g)＋CO(g)的ΔH2＝________ kJ·mol－1。
＋198
思维流程
[微练1]　(2021·江苏卷)CH4与CO2重整的主要反应的热化学方程式为
反应Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH＝246.5 kJ·mol－1
反应Ⅱ：H2(g)＋CO2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝41.2 kJ·mol－1
反应Ⅲ：2CO(g)===CO2(g)＋C(s)　ΔH＝－172.5 kJ·mol－1
在CH4与CO2重整体系中通入适量H2O(g)，可减少C(s)的生成，反应3CH4(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)===4CO(g)＋8H2(g)的ΔH＝________。
答案　657.1 kJ·mol－1
2.书写热化学方程式
[示例2]　由合成气(组成为H2、CO和少量CO2)直接制备二甲醚，其中的主要过程包括以下四个反应：
甲醇合成反应：
(ⅰ)CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)　ΔH1＝－90.1 kJ·mol－1
(ⅱ)CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH2＝－49.0 kJ·mol－1
水煤气变换反应：
(ⅲ)CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH3＝－41.1 kJ·mol－1
二甲醚合成反应：
(ⅳ)2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH4＝－24.5 kJ·mol－1
则由H2和CO直接制备二甲醚(另一产物为水蒸气)的热化学方程式为__________________________________________________________________。
2CO(g)＋4H2(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH＝－204.7 kJ·mol－1
思维流程
[微练2]　(2021·河北卷)大气中的二氧化碳主要来自煤、石油及其他含碳化合物的燃烧。已知25 ℃时，相关物质的燃烧热数据如下表：
则25 ℃时H2(g)和C(石墨，s)生成C6H6(l)的热化学方程式为
_________________________________________________________________。
答案　3H2(g)＋6C(石墨，s)===C6H6(l)　ΔH＝＋49.1 kJ·mol－1
物质 H2(g) C(石墨，s) C6H6(l)
燃烧热ΔH(kJ·mol－1) －285.8 －393.5 －3 267.5
微题型建模
智能点 二　两大热点计算——化学反应速率常数和化学平衡常数
1.化学反应速率常数
①则Kp2＝________。
②实验测得平衡体系总压强为5.0×107 Pa，HI的分压为3.6×107 Pa，H2的分压为7.2×106 Pa，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＝b min－1，在t＝40 min时，v正＝________ min－1(用含b的代数式表示)。
答案　①36　②1.44×10－2b
2.化学平衡常数
[示例4]　(2021·广东卷)我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应：
[微练4]　(2022·河北九师联盟质检)C3H8制备C3H6(丙烯)的两种反应如下：
①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为
_________________________________________________________________。
②P点甲醇产率高于T点的原因为_________________________________
_________________________________________________________________。
③根据上图，在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为________ ℃。
答案　①该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动(或平衡常数减小)　
②分子筛膜从反应体系中不断分离出H2O，有利于反应正向进行，甲醇产率升高　③210
[微练5]　(2021·湖南卷)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。某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下，将0.1 mol NH3通入3 L的密闭容器中进行反应(此时容器内总压为200 kPa)，各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。
①若保持容器容积不变，t1时反应达到平衡，用H2的浓度变化表示0～t1时间内的反应速率v(H2)＝________ mol·L－1·min－1(用含t1的代数式表示)；
②t2时将容器容积迅速缩小至原来的一半并保持不变，图中能正确表示压缩后N2分压变化趋势的曲线是________(用图中a、b、c、d表示)，理由是_________________________________________________________________。
[微练6]　(2022·湘豫名校联考)乙烯的产量是衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。羟基氮化硼可高效催化乙烷氧化脱氢制乙烯。
(1)a点________(填“是”或“不是”)对应温度下乙烯的平衡产率，并说明理由_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(2)温度较低时乙烯的产率随温度变化不大的主要原因是_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
答案　(1)不是　催化剂不能改变化学平衡，根据曲线Ⅱ可知，a点对应的温度下乙烯的平衡产率应该更高　(2)温度较低时，催化剂的活性低，反应速率较慢，产率较低
【微题型建模】　化学平衡图像分析
【题型建模】
[典例]　(2021·山东卷)2－甲氧基－2－甲基丁烷(TAME)常用作汽油原添加剂。在催化剂作用下，可通过甲醇与烯烃的液相反应制得，体系中同时存在如图反应：
D
(2)为研究上述反应体系的平衡关系，向某反应容器中加入1.0 mol TAME，控制温度为353 K，测得TAME的平衡转化率为α。已知反应Ⅲ的平衡常数Kx3＝9.0，则平衡体系中B的物质的量为____________ mol，反应Ⅰ的平衡常数Kx1＝
____________________。同温同压下，再向该容器中注入惰性溶剂四氢呋喃稀释，反应Ⅰ的化学平衡将________________(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)平衡时，A与CH3OH物质的量浓度之比c(A)∶c(CH3OH)＝____________。
0.9α
逆向移动
1∶10
(3)为研究反应体系的动力学行为，向盛有四氢呋喃的另一容器中加入一定量A、B和CH3OH。控制温度为353 K，A、B物质的量浓度c随反应时间t的变化如图所示。代表B的变化曲线为________(填“X”或“Y”)；t＝100 s时，反应Ⅲ的正反应速率v正________逆反应速率v逆(填“＞”“＜”或“＝”)。
X
＜
解题模型
回答下列问题：
(1)合成氨反应在常温下________(填“能”或“不能”)自发。
(2)________温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率，________温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用400～500 ℃。
能
高
低
针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解决方案。
(3)方案二：M－LiH复合催化剂。
下列说法正确的是________。
a.300 ℃时，复合催化剂比单一催化剂效率更高
b.同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率
c.温度越高，复合催化剂活性一定越高
a
(4)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________。
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
－1
a
微题型2　速率、平衡——能量变化综合题
[精练2]　(2022·浙江6月选考)主要成分为H2S的工业废气的回收利用有重要意义。
8×108 L·mol－1
高温
AB
③在1 000 ℃，常压下，保持通入的H2S体积分数不变，提高投料比[V(H2S)∶V(CH4)]，H2S的转化率不变，原因是
_____________________________________________________________________。
④在950 ℃～1 150 ℃范围内(其他条件不变)，S2(g)的体积分数随温度升高发生变化，写出该变化规律并分析原因_______________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________。
1 000 ℃时CH4不参与反应，相同分压的H2S经历相同的时间转化率相同
先升后降；在低温段，以反应Ⅰ为主，
随温度升高，S2(g)的体积分数增大；在高温段，随温度升高，反应Ⅱ消耗S2的速率大于反应Ⅰ生成S2的速率，S2(g)的体积分数减小
[精练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5.0×10－3 mol BL或BD为初始原料，在493 K、3.0×103 kPa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X kJ；以BD为原料，体系从环境吸热Y kJ。忽略副反应热效应，反应Ⅰ焓变ΔH(493 K，3.0×103 kPa)＝____________________ kJ·mol－1。
－200(X＋Y)
(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。实验测得Xa或c
8.3×10－8
0.08
39%
[精练4]　(2022·包头期末)减少氮的氧化物和碳的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一，合理应用和处理碳、氮及其化合物，在生产生活中有重要意义。
(1)对温室气体 CO2的研究一直是科技界关注的重点。在催化剂存在下用 H2还原 CO2是解决温室效应的重要手段之一。
已知：①H2和CH4的燃烧热分别为285.5 kJ/mol和890.0 kJ/mol。
②H2O(l)===H2O(g)　ΔH＝＋44 kJ/mol
试写出H2还原CO2生成CH4和H2O(g)的热化学方程式
_________________________________________________________________。
4H2(g)＋CO2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－164 kJ/mol
400 ℃，氨氮物质的量之比是1
400 ℃时，催化剂活性最好，催化效率高，同时温度较高，反应速率较快
b.如图为平衡时N2的体积分数与温度、压强的关系，若在D点对反应容器升温的同时压缩体积使体系压强增大，重新达到的平衡状态可能是图中A～G点中的________点。
G
时间/min 0 10 20 30 40 50
c(NO)/mol·L－1 1.0 0.58 0.40 0.40 0.48 0.48
c(N2)/mol·L－1 0 0.21 0.30 0.30 0.36 0.36
c(CO2)/mol·L－1 0 0.21 0.30 0.30 0.36 0.36
30 min后，只改变某一条件，根据上表的数据判断改变的条件可能是__________(填字母)。
A.通入一定量的CO2
B.加入合适的催化剂
C.适当缩小容器的体积
D.通入一定量的NO
E.加入一定量的活性炭
F.适当升高温度
CD
CO2 H2 CH3OH CO H2O(g) 总压/kPa
起始/mol 5.0 7.0 0 0 0 p0
平衡/mol n1 n2 P
若反应Ⅰ、Ⅱ均达平衡时，p0＝1.2p，则表中n1＝________，此时n2＝2，则反
应Ⅰ的平衡常数Kp＝________(已知：气体各组分的分压p(B)，等于总压乘以其体积分数，用含总压p的式子表示)。
1.0
微题型3　速率、平衡——电化学综合题
[精练5]　(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：
BD
吸收
31.2
0.02 MPa
(2)一种脱除和利用水煤气中CO2方法的示意图如下：
10
2CO2＋12e－＋12H＋===C2H4＋4H2O、AgCl＋e－===Ag＋Cl－
微题型4　速率、平衡——电解质溶液综合题
[精练6]　(2022·安徽十八校联盟模拟)碳的氧化物在金属冶炼、有机合成中有着广泛的应用。回答下列问题：
(1)向某密闭实验炉中加入足量Fe2O3(s)、适量的CO(g)，控制适当条件使其反应得到Fe(s)、CO2 (g)，实验表明，无论如何调控反应条件及反应时间，最终混合气体中总会含有一定量的CO(设体积分数为a%)，最可能的原因是_________________________________________________________________。
若维持温度不变，再向该容器中充入一定量的CO，经过充分反应，体系中CO的体积分数________a%(填“>”、“＜”或“＝”)。
CO与Fe2O3的反应是可逆反应
＝
①该反应的ΔH________0。(填“>”、“＜”或“＝”)，转化中应将温度控制在___________ ℃较好，写出一定温度下提高CO2转化率的两种方法
_________________________________________________________________。
②已知在恒压(4 MPa)、恒温(250 ℃)下，经过10 min后反应达到平衡状态，则v(H2)_____________ MPa·min－1(保留到小数点后3位数字)，Kp＝
_________________________(列出算式即可)。
<
250
适当增大压强、增大H2用量，不断分离出产品
0.115
10－4 mol/L
题型特训2　反应原理综合题
题型特训1　速率、平衡——能量变化综合题
题型特训1　速率、平衡——能量变化综合题
1.(2022·安徽六校联考)我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。“碳中和”是指二氧化碳的排放总量和减少总量相当，这对于改善环境，实现绿色发展至关重要。回答下列问题：
Ⅰ.化学链燃烧(CLC)是利用载氧体将空气中的氧传输至燃料的新技术，与传统燃烧方式相比，避免了空气和燃料的直接接触，有利于高效捕集CO2。基于CuO/Cu2O载氧体的甲烷化学链燃烧技术示意图如下。
空气反应器与燃料反应器中发生的反应分别为：
①2Cu2O(s)＋O2(g)===4CuO(s)　ΔH＝－227 kJ/mol
②8CuO(s)＋CH4(g)===4Cu2O(s)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－348 kJ/mol
(1)反应CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝________ kJ/mol。
(2)氧的质量分数：载氧体Ⅰ________(填“＞”“＝”或“＜”)载氧体Ⅱ。
－802
＞
(3)往盛有CuO/Cu2O载氧体的刚性密闭容器中充入空气[氧气的物质的量分数x(O2)为21%]，发生反应①。平衡时x(O2)随反应温度T变化的曲线如图1所示。985 ℃时O2的平衡转化率α(O2)＝________(保留2位有效数字)。
58%
＜
该反应为放热反应，温度小于T0时反应未
达平衡，故随温度升高，H2S转化率增大；温度大于T0后反应已达平衡，升温导致平衡逆向移动，硫化氢平衡转化率降低
(5)分别在300 ℃、320 ℃进行上述反应，反应中H2S(g)和COS(g)的体积分数(w)随时间(t)的变化关系如图3所示。已知：起始时密闭容器中w[H2S(g)]和w[CO(g)]、w[COS(g)]和w[H2(g)]分别相等。则320 ℃时，表示w[H2S(g)]的曲线是________(填“甲”、“乙”、“丙”或“丁”)。
甲
(1)相关的化学键键能数据如表所示：
化学键 H—H C===O H—O C—H C—O
E(kJ/mol) 436 745 465 413 351
写出二氧化碳催化加氢制甲醇的热化学方程式
_________________________________________________________________。
(2)采用真空封管法制备磷化硼纳米颗粒，成功的实现了高选择性电催化还原CO2制备甲醇，该反应历程如图所示。
①该过程容易产生副产物__________________。
②上述合成甲醇的反应速率较慢，要使反应速率加快，需要降低某步骤的能量变化，写出该基元反应的化学方程式：______________________________。
CO和CH2O
·CO＋·OH―→·CO＋·H2O
保持压强为5 MPa，向密闭容器中投入一定量CO2和H2，不同反应模式下CO2的平衡转化率和甲醇选择性的相关实验数据如表所示。
BCD
(4)由表中数据可知CMR模式下，CO2的转化率显著提高，结合具体反应分析可能的原因：____________________________________________________
________________________________________________________________。
(5)压力平衡常数Kp是指用平衡分压代替平衡浓度进行计算的平衡常数，平衡分压＝p总×物质的量分数。根据表中数据计算温度为230 ℃时，反应a的Kp值为
____________________________________________(无需计算，写表达式)。
CMR模式下，只发生反应a，双功能分子筛催化膜反应
器能及时分离出产物水蒸气，使平衡右移，二氧化碳的产率增大
3.(2022·玉林、贵港联考)我国煤炭资源丰富，煤资源的综合利用是重要的研究课题之一。
②一定温度下，在一个恒容密闭容器中加入足量的C(s)和1 mol H2O(g)，发生上述可逆反应，下列能说明该反应已经达到平衡状态的有________(填标号)。
A.c(CO)＝c(H2)
B.断裂2 mol H—O键的同时生成1 mol H—H键
C.容器内气体的压强保持不变
D.混合气体的密度保持不变
CD
①写出CO2的电子式：____________________________。
②使用_____________(填化学式)作催化剂的催化效率更快。
Fe2O3
③用CaO作催化剂时，0～2 min内，用N2的浓度变化表示的平均反应速率为________________________。该反应的化学平衡常数K＝________ (mol/L)－1，若保持反应体系温度不变，达到平衡后，再向容器中充入0.2 mol NO和0.1 mol N2，则v(正)________v(逆)(填“>”“<”或“＝”)。
④3 min时，n(CO)的变化如图所示，则改变的外界条件可能是
_________________________________________________________________
(任答两条)。
0.012 5 mol·L－1·min－1
10
＞
降温、减小生成物浓度、向容器中充入NO
4.(2022·河南示范性高中调研)氨是最重要的氮肥，也是产量最大的化工产品之一。合成氨工艺是人工固氮的重要途径。回答下列问题：
(1)已知气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量，叫做该化学键的键能(kJ·mol－1)。一些键能数据如下表：
化学键 N≡N H—H N—H
键能E(kJ·mol－1) 946.0 436.0 390.8
－90.8
(2)化学家格哈德·埃特尔在哈伯研究所证实了部分参加反应的分子在固体催化剂表面合成氨的反应过程，模拟示意图如下：
吸收
原料气中N2相对易得，适度过量有利于提高H2的转化率
N2在催化剂上的吸附是决速步骤，适度过量有利于提高整体反应速率
iii.关于合成氨工艺，下列说法正确的是________。
A.控制温度(773 K)远高于室温，是为了提高平衡转化率和加快化学反应速率
B.基于NH3有较强的分子间作用力，可将其液化，不断将液氨移去，利于化学平衡向正反应方向移动
C.当温度、体积一定时，在原料气中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率
D.原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生
BD
i.M点和N点的平衡常数大小关系是KM________KN(填“＞”、“＜”或者“＝”)。
ii.M点的平衡常数Kp＝________ MPa－2 (计算结果保留到小数点后2位。用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数。)
＞
0.05
5.(2022·东北三校二模)深入研究碳、氮元素的物质转化有着重要的实际意义，合成尿素的反应为：
A
1 000
1 000
变大
④图Ⅱ为在不同催化剂下，反应至相同时间容器中尿素的物质的量随温度变化的曲线，则在T1 ℃，催化效率最好的是催化剂________(填序号)。T2 ℃以上，n[CO(NH3)2]下降的原因可能是______________________________________
_________________________________________________________________
(答出一点即可，不考虑物质的稳定性)。
③
随温度升高，可能是催化剂活性降低，
反应速率降低，相同时间生成的尿素的物质的量减少
6.(2022·四省八校模拟)甲醇是重要的化工原料，主要用于精细化工和制造塑料。利用二氧化碳生产甲醇实现CO2资源化，同时减少温室气体的排放。
－90
(2)CO2催化加氢生产甲醇的反应历程的能量变化如下图所示(吸附在催化剂表面的物质用*标注，如*CO2表示CO2吸附在催化剂表面；图中*H已省略)。
该反应历程中，决定反应速率的步骤所需的活化能为________ eV。
1.85
①上图中曲线Ⅰ表示_________________(填“CO2平衡转化率”或“甲醇产率”)随温度变化的曲线，请简述理由：_________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
②550 K时，该平衡体系中CO的物质的量为________ mol，反应i的平衡常数Kp
＝____________________ (MPa)－2(列出计算式)。
CO2平衡转化率
反应i为放热反应，反应ii为吸热
反应，温度升高，反应i平衡向逆反应方向移动，反应ii平衡向正反应方向移动；低于600 K，反应i占主导，CO2的转化率随温度升高而减小，高于600 K，反应ii占主导，CO2的转化率随温度升高而增大。因此，CO2平衡转化率先减小后增大，则曲线Ⅰ为CO2平衡转化率随温度变化的曲线
0.1
7.(2022·成都树德中学测试)我国要在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标。因此CO2的捕集、利用与固化封存成为科学家研究的重要课题。
＋249.1
高温
高于320 ℃后，以Ni－CeO2为催化剂，CO2转化率略有下降，而以Ni为催化剂，CO2转化率却仍在上升，其原因是______________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
工业上应选择的催化剂是__________________，使用的合适温度为________。
以Ni－CeO2为催化剂，其选择性有所
下降，所以CO2转化率略有下降，且以Ni－CeO2为催化剂，测定转化率时，CO2甲烷化反应已达平衡，升高温度平衡左移，CO2转化率下降；以Ni为催化剂，CO2甲烷化反应速率较慢，升高温度反应速率加快，反应相同时间时CO2转化率增加
Ni－CeO2
320 ℃
①图中对应A、B 两点的速率：vA(正)________vB(逆)(填“大于”、“小于”或“等于”)。
②当x(CH3OH)＝0.10时，CO2的平衡转化率α＝________%(保留 3 位有效数字)，
用各物质的平衡分压表示反应的平衡常数，当T＝210 ℃，Kp＝______________
(MPa)－2(用化简的分数表示)。
小于
33.3
题型特训2　反应原理综合题
1.(2022·咸阳模拟)环氧乙烷作为一种高效消毒剂，能与微生物的蛋白质、DNA、RNA发生非特异性烷基化作用，阻碍细菌蛋白质的新陈代谢，因此，常用于一次性口罩生产过程中灭菌和新冠病毒的消杀。工业上常用乙烯氧化法生产环氧乙烷，具体反应原理为：
(1)C2H4的燃烧热ΔH＝－1 411.0 kJ·mol－1，则环氧乙烷(g)的燃烧热ΔH＝____________________。
(2)以下既能加快反应速率又能提高环氧乙烷产率的方法有________(填字母序号)。
A.降低温度 B.向容器中充入N2使压强增大
C.采用改性的催化剂 D.用空气替代氧气
(3)若在1 L的密闭容器中充入2 mol CH2===CH2(g)和1 mol O2(g)，在一定温度下只发生主反应，达到平衡时CH2===CH2的转化率为75%，则平衡时用各组分的物质的量分数表示的化学平衡常数Kx＝________(保留2位有效数字)。
－1 306.1 kJ·mol－1
C
81
反应的ΔH<0，升高温度，平衡
逆向移动，导致平衡产率降低
增大
(5)用电解法也能制备环氧乙烷，具体方法为：使用惰性电极电解KCl溶液，用Cl－交换膜将电解液分为阴极区和阳极区，其中一区持续通入乙烯；电解结束，移出交换膜，两区混合反应即得环氧乙烷。若阳极区的生成物为HOCH2CH2Cl，则乙烯应从________(填“阳极”或“阴极”)通入，阴极的电极反应式为____________________________________________________。
阳极
2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
则ΔH1＝__________________________。
共价键 C—C C—H C===C H—H
键能/(kJ·mol－1) 347.7 413.4 615 436
＋123.5 kJ·mol－1
①掺入水蒸气的目的是___________________________________________
________________________________________________________________。
②投料比(m1、m2、m3)由大到小的顺序为________________。
③若投料比m＝1∶9，反应温度为600 ℃，并保持体系总压为常压的条件下进行反应，下列事实不能作为该反应达到平衡的依据的是________(填字母)。
a.v正(乙苯)＝v逆(苯乙烯)
b.容器内气体密度不再变化
c.容器内气体的平均相对分子质量不再变化
d.苯乙烯的体积分数不再变化
e.容器内苯乙烯与H2的物质的量之比不再变化
保持体系总压为常压，掺入水蒸气相当于
减压，使平衡正向移动，增大乙苯的转化率
m3>m2>m1
e
④若m2＝1∶9，保持体系总压为常压(101 kPa)，则A点温度下，该反应的平
衡常数Kp＝____________________________ kPa(列出计算式即可，Kp为用平衡分压代替平衡浓度表示的平衡常数，分压＝总压×物质的量分数)；若其他条件不变，将A点对应起始反应物置于某恒容密闭容器中，则乙苯的平衡转化率________(填“>”“<”或“＝”)60%。
<
(3)近年来，用CO2作为温和氧化剂，选择性氧化乙苯制苯乙烯的绿色反应体系不断取得新进展，在CO2气氛下，乙苯脱氢反应可能存在一步法和二步法两种途径，如图所示。
K1·K2
(4)某光电催化反应器如图所示，A极是Pt/CNT电极，B极是TiO2电极。写出A极由CO2制异丙醇的电极反应式：
________________________________________________________________。
3CO2＋18e－＋18H＋===CH3CH(OH)CH3＋5H2O
3.(2022·安徽诊断)硫化氢气体是石油钻井过程中经常遇到的腐蚀性气体之一，属于常见的酸性有害气体，其转化和综合应用是资源利用和环境保护的重要研究课题。
(1)工业上用克劳斯工艺处理含H2S的尾气获得硫磺，反应过程如下：
反应炉中的反应：2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(g)　
ΔH＝－1 035.6 kJ·mol－1
催化转化器中的反应：2H2S(g)＋SO2(g)===3S(g)＋2H2O(g)　
ΔH＝－92.8 kJ·mol－1
则克劳斯工艺中获得气态硫磺的总反应的热化学方程式为：
_________________________________________________________________。
2H2S(g)＋O2(g)===2S(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－407.1 kJ·mol－1
(2)工业上可以通过硫化氢分解制得H2和硫蒸气，其中H2S气体的平衡转化率与温度、压强的关系如图1所示。
<
p3>p2>p1
H2
1.01
(4)利用如图3所示的电化学装置处理工业尾气中的硫化氢，总反应为2H2S＋O2===S2＋2H2O，其中电势较高的电极为________(填“A”或“B”)，电极B发生反应的电极方程式为_____________________________________________。
A
2H2S－4e－===S2＋4H＋
4.(2022·长治质监)Ⅰ.研究氮和碳的化合物对工业生产和防治污染有重要意义，回答下列问题：
300
①温度从420 K升高到580 K用时4 min，则此时段内NO的平均反应速率v(NO)＝____________________________；
②在有氧条件下，温度580 K之后NO生成N2的转化率降低的原因可能是
_________________________________________________________________。
0.21 mol/(L·min)
平衡后升高温度，平衡逆向移动，NO的转化率降低
低温
(4)350 ℃时，向体积为2 L的恒容密闭容器中通入8 mol H2和4 mol CO2发生以上反应，若反应起始和平衡时温度相同(均为350 ℃)，测得反应过程中压强随时间的变化如表所示：
时间/min 0 10 20 30
压强 6.00p0 5.60p0 5.30p0 5.15p0
时间/min 40 50 60
压强 5.06p0 5.00p0 5.00p0
>
(5)工业上常用氨水吸收二氧化硫，通过计算判断常温下(NH4)2SO3溶液的酸碱性并说明判断依据：_________________________________________________
____________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(已知：NH3·H2O的Kb＝1.8×10－5；H2SO3的Ka1＝1.3×10－2，Ka2＝6.3×10－8。)
5.(2022·六安质检)气态含氮化合物是把双刃剑，既是固氮的主要途径，也是大气污染物。气态含氮化合物及相关反应是新型科研热点。回答下列问题：
(1)用NH3催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。已知：
①4NH3(g)＋3O2(g)===2N2(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－a kJ/mol
②N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝－b kJ/mol
写出NH3还原NO至N2和水蒸气的热化学方程式
_________________________________________________________________。
4NH3(g)＋6NO(g)===5N2(g)＋6H2O(g)　ΔH＝(3b－a) kJ/mol
②
(3)合成氨的“表面氢化机理”如图所示，在
较低的电压下实现氮气的还原合成氨。已知：
第一步：*＋H＋e－===*H(快)(吸附在催化剂表
面的物种用*表示)
第二步：N2＋2*H===中间体(吸附在催化剂表
面)(慢)
第三步：______________________________(快)(在横线上写出方程式)
上述三步中的决速步为第二步，原因是
____________________________________________________________。
该法较传统工业合成氨法，具有能耗小、环境友好的优点。
*N2H2＋4H＋＋4e－===2NH3
N2与*H反应过程中N≡N键断裂需要较高的能量
(4)向一恒定温度的刚性密闭容器中充入物质的量之比为1∶1的N2和H2混合气体，初始压强为30 MPa，在不同催化剂作用下反应，相同时间内H2的转化率随温度的变化如图所示，b点v正________v逆(填“>”、“<”或“＝”)。图中a点混合气体平均相对分子质量为18.75，a点对应温度下反应的平衡常数Kp＝_____________
(保留2位有效数字，Kp为以分压表示的平衡常数，分压＝总压×物质的量分数)
>
0.014 MPa－2
(5)氨不仅应用于化肥生产，也可以应用于能源领域，与氢氧燃料电池比，氨氧燃料电池有其独特优势，某研究小组设计的氨氧燃料电池装置如图：
则电极1的电极反应式为____________________________________________，
标准状况下，当3.36 L O2参加反应时，生成N2的物质的量为______________。
2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O
0.1 mol
6.(2022·重庆名校联盟联考)我国政府要求，要扎实做好碳达峰、碳中和各项工作。“碳中和”是指企业、团体或个人测算在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，以抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳“零排放”。CO2作为未来重要的碳源，其选择性加氢合成醇燃料是研究的热点。
(1)CO2可通过捕获技术从空气或工业尾气中获取，下列物质能作为CO2捕获剂的________(填字母)。
A.NaOH溶液 B.(NH4)2SO4溶液
C.CH3COCH3 D.饱和Na2CO3溶液
AD
①随温度升高，反应Ⅰ化学平衡常数逐渐减小，可推知ΔH1________0(填“<”、“＝”或“>”)。
②下列说法不合理的是________。
A.温度可影响催化剂的选择性，从而影响目标产物的选择性
B.增大H2的浓度，可以提高CH3COOCH3的转化率
C.225～235 ℃，反应Ⅰ处于平衡状态
③在205 ℃时CH3COOCH3起始物质的量为5 mol，转化率为30%，生成乙醇的物质的量________ mol。
＜
C
0.6
(4)CO2在自然界循环时可与CaCO3反应，CaCO3是难溶物质，其Ksp＝2.8×10－9。CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀，现将等体积的CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合，若Na2CO3溶液的浓度为5.6×10－5 mol/L，则生成沉淀所需CaCl2溶液的最小浓度为__________________ mol/L。
(5)以铅蓄电池为电源可将CO2转化为乙烯，其原
理如图3所示，电解所用电极材料均为惰性电极。
阴极上的电极反应式为
_________________________________________。
2×10－4
2CO2＋12H＋＋12e－===H2C===CH2＋4H2O
7.(2022·河南五市二模)Ⅰ.工业合成氨是人工固氮研究的重要领域，回答下列问题：
(1)2007年度诺贝尔化学奖获得者格哈德·埃特尔，确认了合成氨反应机理。673 K时，各步反应的能量变化如图所示，其中吸附在催化剂表面上的粒子用“*”标注。
图中决速步骤的反应方程式为_______________________________________，
该步反应的活化能Ea＝________ kJ·mol－1。
62
分散度越高，总表面积越大，吸附的反应物越多
不变
催化剂表面已充分
吸附氨气，反应中氨气浓度减小但吸附量不变，平均反应速率不变
(3)在一定条件下，向某反应容器中投入5 mol N2、15 mol H2在不同温度下反应，平衡体系中氨的质量分数随压强变化曲线如图所示：
T3
40%
0.007 3 (MPa)－2
Ⅱ.利用磷盐分子作为质子导体，可实现高速率电催化还原反应合成NH3，其原理如图所示。
(4)生成NH3的第二步反应方程式为______________________________________。
Li3N＋3H＋===NH3↑＋3Li＋
Thanks！
本讲内容结束