热化学、电化学与化学反应速率、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)ΔH符号的判断、热化学方程式的书写、应用盖斯定律计算ΔH。
(2)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)。
(3)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。
(3)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
(1)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。
(3)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。
1.(2024·江苏，17)氢能是理想清洁能源，氢能产业链由制氢、储氢和用氢组成。
(1)利用铁及其氧化物循环制氢，原理如图所示。反应器Ⅰ中化合价发生改变的元素有 ；含CO和H2各1 mol的混合气体通过该方法制氢，理论上可获得 mol H2。
(2)一定条件下，将氮气和氢气按n(N2)∶n(H2)=1∶3混合匀速通入合成塔，发生反应N2+3H22NH3。海绵状的α Fe作催化剂，多孔Al2O3作为α Fe的“骨架”和气体吸附剂。
①H2中含有CO会使催化剂中毒。CH3COO[Cu]和氨水的混合溶液能吸收CO生成CH3COO[CuCO]溶液，该反应的化学方程式为 。
②Al2O3含量与α Fe表面积、出口处氨含量关系如图所示。Al2O3含量大于2%，出口处氨含量下降的原因是 。
(3)反应H2+HCOO-+H2O可用于储氢。
①密闭容器中，其他条件不变，向含有催化剂的0.1 mol·L-1 NaHCO3溶液中通入H2，HCOO-产率随温度变化如图所示。温度高于70 ℃，HCOO-产率下降的可能原因是 。
②使用含氨基物质(化学式为CN—NH2，CN是一种碳衍生材料)联合Pd Au催化剂储氢，可能机理如图所示。氨基能将控制在催化剂表面，其原理是 ；
用重氢气(D2)代替H2，通过检测是否存在 (填化学式)确认反应过程中的加氢方式。
2.(2023·江苏，17)空气中CO2含量的控制和CO2资源利用具有重要意义。
(1)燃煤烟气中CO2的捕集可通过如下所示的物质转化实现。
“吸收”后所得的KHCO3溶液与石灰乳反应的化学方程式为 ；
载人航天器内，常用LiOH固体而很少用KOH固体吸收空气中的CO2，其原因是 。
(2)合成尿素[CO]是利用CO2的途径之一、尿素合成主要通过下列反应实现
反应Ⅰ：2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(l)
反应Ⅱ：NH2COONH4(l)CO(l)+H2O(l)
①密闭体系中反应Ⅰ的平衡常数(K)与温度的关系如图甲所示，反应Ⅰ的ΔH (填“=0”“>0”或“<0”)。
②反应体系中除发生反应Ⅰ、反应Ⅱ外，还发生尿素水解、尿素缩合生成缩二脲[(NH2CO)2NH]和尿素转化为氰酸铵(NH4OCN)等副反应。尿素生产中实际投入NH3和CO2的物质的量之比为n(NH3)∶n(CO2)=4∶1，其实际投料比值远大于理论值的原因是 。
(3)催化电解吸收CO2的KOH溶液可将CO2转化为有机物。在相同条件下，恒定通过电解池的电量，电解得到的部分还原产物的法拉第效率(FE%)随电解电压的变化如图乙所示。
FE%=×100%
其中，QX=nF，n表示电解生成还原产物X所转移电子的物质的量，F表示法拉第常数。
①当电解电压为U1V时，电解过程中含碳还原产物的FE%为0，阴极主要还原产物为 (填化学式)。
②当电解电压为U2V时，阴极由生成CH4的电极反应式为 。
③当电解电压为U3V时，电解生成的C2H4和HCOO-的物质的量之比为 (写出计算过程)。
答案精析
真题演练
1.(1)C、H、Fe (2)①CH3COO［Cu］+NH3·H2O+COCH3COO［Cu(NH3)3CO］+H2O ②多孔Al2O3可作为气体吸附剂，含量过多会吸附生成的NH3，且Al2O3含量大于2%时，α Fe表面积减小，反应速率减小，这也会导致产生的NH3减少 (3)①NaHCO3受热分解，导致HCOO-产率下降 ②—NH2可以与形成氢键 CN—NHD或DCOO-
解析 (1)反应器Ⅰ中参与反应的物质有CO、H2、Fe2O3，产物有 CO2、H2O、Fe，发生反应：3CO+Fe2O32Fe+3CO2、3H2+Fe2O32Fe+3H2O，化合价发生改变的元素有 C、H、Fe；CO、H2各1 mol参与上述反应，各生成 mol Fe，共生成 mol Fe， mol Fe在反应器Ⅱ中发生反应3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2，则共生成= mol H2。(3)②氨基和碳酸氢根离子可以形成氢键N—H…O、N…H—O，形成的氢键将碳酸氢根离子控制在催化剂表面；由图可知，步骤Ⅱ发生的反应为氨基和碳酸氢根离子中的羟基发生取代反应生成水，氢气发生共价键断裂，氢原子被CN吸附，步骤Ⅲ发生的反应为碳氮键发生断裂，碳原子和氮原子分别与氢原子结合生成CN—NH2和HCOO-，则用D2代替氢气，得到的产物为CN—NHD和DCOO-，所以通过检测是否存在CN—NHD或DCOO-可确认反应过程中的加氢方式。
2.(1)KHCO3+Ca(OH)2CaCO3+KOH+H2O
相同质量的LiOH固体可吸收更多二氧化碳
(2)①<0 ②适当抑制副反应的发生，氨气与二氧化碳的投料比越大，二氧化碳转化率越高
(3)①H2 ②HC+8e-+6H2OCH4↑+9OH- ③每生成1 mol C2H4转移12 mol e-，每生成1 mol HCOO-转移2 mol e-，故电解生成的C2H4和HCOO-的物质的量之比为∶=1∶2
解析 (1)由图可知“吸收”后所得的KHCO3溶液与石灰乳反应生成碳酸钙用于煅烧产生二氧化碳，产物KOH可回收利用，故化学方程式为KHCO3+Ca(OH)2CaCO3+KOH+H2O。(2)①由图甲可知升高温度反应Ⅰ的lg K减小，说明温度升高平衡逆向移动，故正反应为放热反应，其ΔH<0。(3)①当电解电压为U1V时，电解过程中含碳还原产物的FE%为0，说明二氧化碳未得电子，为H2O放电变成氢气。②当电解电压为U2V时，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒可知碱性条件下阴极由生成CH4的电极反应式为HC+8e-+6H2OCH4↑+9OH-。(共21张PPT)
热化学、电化学与化学反应速率、平衡的综合分析
专题五 大题突破1
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)ΔH符号的判断、热化学方程式的书写、应用盖斯定律计算ΔH。
(2)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)。
(3)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。
(3)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
(1)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。
(3)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。
01
真题演练
1.(2024·江苏，17)氢能是理想清洁能源，氢能产业链由制氢、储氢和用氢组成。
(1)利用铁及其氧化物循环制氢，原理如图所示。反应器Ⅰ中化合价发生改变的元素有 ；含CO和H2各1 mol的混合气体通过该方法制氢，理论上可获得 mol H2。
1
2
C、H、Fe
1
2
反应器Ⅰ中参与反应的物质有CO、H2、Fe2O3，产物有 CO2、H2O、Fe，发生反应：3CO+Fe2O3===2Fe+3CO2、3H2+Fe2O3===2Fe+3H2O，化合价发
生改变的元素有 C、H、Fe；CO、H2各1 mol参与上述反应，各生成mol Fe，共生成 mol Fe， mol Fe在反应器Ⅱ中发生反应3Fe+
4H2O(g)===Fe3O4+4H2，则共生成= mol H2。
1
2
(2)一定条件下，将氮气和氢气按n(N2)∶n(H2)=1∶3混合匀速通入合成塔，发生反应N2+3H2 2NH3。海绵状的α-Fe作催化剂，多孔Al2O3作为α-Fe的“骨架”和气体吸附剂。
①H2中含有CO会使催化剂中毒。CH3COO[Cu]和氨水的混合溶液能吸收CO生成CH3COO[CuCO]溶液，该反应的化学方程式为
。
CH3COO[Cu]+NH3·H2O+CO===CH3COO[Cu(NH3)3CO]+H2O
1
2
②Al2O3含量与α-Fe表面积、出口处氨含量关系如图所示。Al2O3含量大于2%，出口处氨含量下降的原因是___________
______________________________________________________________________
多孔 Al2O3可
作为气体吸附剂，含量过多会吸附生成的
NH3，且Al2O3含量大于2%时，α-Fe表面
积减小，反应速率减小，这也会导致产生的NH3减少
______________________________________________。
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2
(3)反应H2+ HCOO-+H2O可用于储氢。
①密闭容器中，其他条件不变，向含有催化剂的0.1 mol·L-1 NaHCO3溶液中通入H2，HCOO-产率随温度变化如图所示。温度高于70 ℃，HCOO-产率下降的可能原因是 。
NaHCO3受热分解，导致HCOO-产率下降
1
2
②使用含氨基物质(化学式为CN—NH2，CN是一种碳衍生材料)联合Pd-Au催化剂储氢，可能机理如图所示。氨基能将控制在催化剂表面，其原理是 ；
用重氢气(D2)代替H2，通过检测是否存在 (填化学式)确认反应过程中的加氢方式。
—NH2可以与形成氢键
CN—NHD或DCOO-
1
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氨基和碳酸氢根离子可以形成氢键N—H…O、N…H—O，形成的氢键将碳酸氢根离子控制在催化剂表面；由图可知，步骤Ⅱ发生的反应为氨基和碳酸氢根离子中的羟基发生取代
反应生成水，氢气发生共价键断裂，氢原子被CN吸附，步骤Ⅲ发生的反应为碳氮键发生断裂，碳原子和氮原子分别与氢原子结合生成CN—NH2和HCOO-，则用D2代替氢气，得到的产物为CN—NHD和DCOO-，所以通过检测是否存在CN—NHD或DCOO-可确认反应过程中的加氢方式。
2.(2023·江苏，17)空气中CO2含量的控制和CO2资源利用具有重要意义。
(1)燃煤烟气中CO2的捕集可通过如下所示的物质转化实现。
1
2
“吸收”后所得的KHCO3溶液与石灰乳反应的化学方程式为__________
____________________________； 载人航天器内，常用LiOH固体而很少用KOH固体吸收空气中的CO2，其原因是_________________________
______________。
KHCO3+
相同质量的LiOH固体可吸收
Ca(OH)2===CaCO3+KOH+H2O
更多二氧化碳
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由图可知“吸收”后所得的KHCO3溶液与石灰乳反应生成碳酸钙用于煅烧产生二氧化碳，产物KOH可回收利用，故化学方程式为KHCO3+Ca(OH)2===CaCO3+KOH+H2O。
(2)合成尿素[CO]是利用CO2的途径之一、尿素合成主要通过下列反应实现
反应Ⅰ：2NH3(g)+CO2(g)===NH2COONH4(l)
反应Ⅱ：NH2COONH4(l)===CO(l)+H2O(l)
①密闭体系中反应Ⅰ的平衡常数(K)与温度的关系如图
甲所示，反应Ⅰ的ΔH (填“=0”“>0”或“<0”)。
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<0
由图甲可知升高温度反应Ⅰ的lg K减小，说明温度升高平衡逆向移动，故正反应为放热反应，其ΔH<0。
②反应体系中除发生反应Ⅰ、反应Ⅱ外，还发生尿素水解、尿素缩合生成缩二脲[(NH2CO)2NH]和尿素转化为氰酸铵(NH4OCN)等副反应。尿素生产中实际投入NH3和CO2的物质的量之比为n(NH3)∶n(CO2)=4∶1，其实际投料比值远大于理论值的原因是_______________________________
_______________________________________。
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2
适当抑制副反应的发生，氨气与二氧化碳的投料比越大，二氧化碳转化率越高
(3)催化电解吸收CO2的KOH溶液可将CO2转化为有机物。在相同条件下，恒定通过电解池的电量，电解得到的部分还原产物的法拉第效率(FE%)随电解电压的变化如图乙所示。
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FE%=×100%
其中，QX=nF，n表示电解生成还原产物X所转移
电子的物质的量，F表示法拉第常数。
①当电解电压为U1V时，电解过程中含碳还原产物的FE%为0，阴极主要还原产物为 (填化学式)。
H2
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2
当电解电压为U1V时，电解过程中含碳还原产物的FE%为0，说明二氧化碳未得电子，为H2O放电变成氢气。
②当电解电压为U2V时，阴极由生成CH4的电极反应式为 。
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2
HC+8e-+6H2O===CH4↑+9OH-
当电解电压为U2V时，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒可知碱性条件下阴极由生成CH4的电极反应式为HC+8e-+6H2O===
CH4↑+9OH-。
③当电解电压为U3V时，电解生成的C2H4和HCOO-的物质的量之比为_________________
______________________________________________________________________________
_____________(写出计算过程)。
1
2
每生成1 mol C2H4转移12 mol e-，每生成1 mol HCOO-转移2 mol e-，故电解生成的C2H4和HCOO-的物质的量之比为∶=1∶2
