热点强化16 化学反应原理归因分析
文字描述代表一种开放性思维与能力，一般从速率、平衡(转化率)、安全、节能减排等角度作答(考查前两个角度居多)，实际上就是效益最大化的问题。
1.条件选择类
(1)实验最佳条件的选择或控制就是为了又“快”又“好”地生产，即主要是从反应速率与转化率(化学平衡)两个角度来分析。“快”就是提高反应速率，“好”就是提高转化率，原料利用率高，而影响速率与转化率的主要因素就是浓度、温度、压强与催化剂，其中温度与压强是试题中经常考查的因素。
(2)从速率、转化率、产率、纯度等角度分析，选择最佳条件。如针对反应速率时，思考方向为如何提高浸出速率、如何提高反应速率等；针对平衡转化率、产率时，可运用平衡移动原理解释(其他条件不变的情况下，改变××条件，可逆反应平衡向××方向移动，导致××发生变化)；针对综合生产效益时，可从原料成本，原料来源是否广泛、是否可再生，能源成本，对设备的要求，环境保护，绿色化学等方面作答。
(3)选择当前条件的优势，其他条件的不足，往往不足的描述比较容易疏忽，如温度过高或过低，压强过小或过大，也要进行分析。
2.原因分析类
(1)依据化学反应速率和平衡移动原理，分析造成图像曲线变化的原因。
(2)催化剂对反应的影响、不同反应的选择性问题是这类题目的难点，解题时要多加关注，不同的条件会有不同的选择性。
(3)这类题目一般都是多因素影响，需要多角度分析原因。
一、文字信息类归因分析
1.[2023·海南，16(3)]磷酸二氢钾在工农业生产及国防工业等领域都有广泛的应用。某研究小组用质量分数为85%的磷酸与KCl(s)反应制备KH2PO4(s)，反应方程式为H3PO4(aq)+KCl(s)KH2PO4(s)+HCl(g)。该小组为提高转化率采用的措施中有：使用浓磷酸作反应物、向系统中不断通入水蒸气等。它们能提高转化率的原因是：不使用稀磷酸 ； 通入水蒸气 。
2.[2021·辽宁，17(4)]苯催化加氢制备环己烷是化工生产中的重要工艺，一定条件下，发生如下反应：
Ⅰ.主反应：(g)+3H2(g)(g) ΔH1<0
Ⅱ.副反应：(g)(g) ΔH2>0
氢原子和苯分子吸附在催化剂表面活性中心时，才能发生反应，机理如图。当H2中混有微量H2S或CO等杂质时，会导致反应Ⅰ的产率降低，推测其可能原因为 。
二、曲线上特殊点的归因分析
3.用(NH4)2CO3捕碳的反应：(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g)2NH4HCO3(aq)。为研究温度对(NH4)2CO3捕获CO2效率的影响，将一定量的(NH4)2CO3溶液置于密闭容器中，并充入一定量的CO2气体，保持其他初始实验条件不变，分别在不同温度下，经过相同时间测得CO2气体浓度，得到趋势图如图。
(1)c点的逆反应速率和d点的正反应速率的大小关系为v逆(c) (填“>”“=”或“<”)v正(d)。
(2)b、c、d三点的平衡常数Kb、Kc、Kd从大到小的顺序为 。
(3)T3~T4温度区间，容器内CO2气体浓度呈现增大的变化趋势，其原因是 。
4.[2020·天津，16(4)]用H2还原CO2可以在一定条件下合成CH3OH(不考虑副反应)：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0。恒压下，CO2和H2的起始物质的量之比为1∶3时，该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜时甲醇的产率随温度的变化如图所示，其中分子筛膜能选择性分离出H2O。
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 ℃。
(1)对于化学反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，M点前，表示从反应物开始，v正>v逆；M点为刚达到平衡点(如图)；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A的百分含量增加或C的百分含量减少，平衡左移，故ΔH<0。
(2)对于化学反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，L线上所有的点都是平衡点(如图)。L线的左上方(如E点)，A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量，所以，E点：v正>v逆；则L线的右下方(如F点)：v正三、曲线变化趋势的归因分析
5.乙烯气相水合反应的热化学方程式为C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g) ΔH=-45.5 kJ·mol-1，如图是乙烯气相水合法制乙醇中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系[其中n(H2O)∶n(C2H4)=1∶1]。图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序为 ，理由是 。
6.[2024·山东，20(2)]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)+H2(g)(Ⅰ) ΔH1>0
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)(Ⅱ) ΔH2<0
CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)(Ⅲ) ΔH3<0
压力p下，C-H2O-CaO体系达平衡后，图示温度范围内C(s)已完全反应，CaCO3(s)在T1温度时完全分解。气相中CO、CO2和H2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T1时，随温度升高c线对应物种摩尔分数逐渐降低的原因是 。
7.(2024·芜湖高三模拟)汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，某研究小组在实验室以耐高温试剂Ag ZSW 5催化，测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图所示。
(1)在=1条件下，最佳温度应控制在 左右。
(2)若不使用CO，温度超过775 K，发现NO的分解率降低，其可能的原因为 。
(3)用平衡移动原理解释为什么加入CO后NO转化为N2的转化率增大： 。
8.如图是在一定时间内，使用不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱氮率，由图可知工业使用的最佳催化剂为 ，相应温度为 ；使用Mn作催化剂时，脱氮率在b~a段呈现如图变化的可能原因是 。
9.(2024·深圳模拟)利用有机溶剂从废水中萃取HR的方法去除HR。该过程涉及以下反应：
(i)HR(aq)R-(aq)+H+(aq) ΔH1
(ii)HR(aq)HR(有机相) ΔH2
(iii)2HR(有机相)(HR)2(有机相) ΔH3
水相的pH以及体系温度(T)对HR的平衡分配比(D)有影响。
已知：D=。
常温下，配制体积相同、pH不同、含R粒子总浓度相同的系列溶液，分别加入等量有机溶剂萃取。测算并得到D随pH变化的曲线如图所示。分析D随pH升高而降低的原因： 。
10.(2024·四川绵阳一模)减少CO2的排放、捕集并利用CO2是我国能源领域的一个重要战略方向。在CO2加氢合成甲醇的体系中，同时存在以下反应：
反应ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-48.7 kJ·mol-1
反应ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41 kJ·mol-1
已知：CH3OH的选择性x=×100%。
维持压强、投料比和反应时间不变，将CO2和H2按一定流速通过反应器，CO2的转化率α(CO2)和甲醇的选择性x(CH3OH)随温度变化的关系如图所示。已知催化剂活性随温度影响变化不大，结合反应ⅰ和反应ⅱ，分析下列问题：
(1)235 ℃后甲醇的选择性随温度升高而下降的原因是
；CO2的转化率随温度升高也下降的可能原因是 。
(2)不考虑催化剂活性温度，为同时提高CO2的平衡转化率和甲醇的选择性，应选择的反应条件是 (填字母)。
A.高温高压 B.高温低压
C.低温低压 D.低温高压
答案精析
热点专练
1.使用浓磷酸作反应物可以提高磷酸的浓度，促使反应正向进行 使得气体中氯化氢的分压减小，促使反应正向进行
2.金属催化剂会与H2S或CO反应从而失去催化活性
3.(1)< (2)Kb>Kc>Kd (3)T3~T4温度区间，化学反应已达到平衡，由于正反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，不利于CO2 的捕获
4.①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
5.p4>p3>p2>p1 该反应正向是气体分子数减小的反应，相同温度下，压强升高乙烯平衡转化率升高
6.H2 当温度高于T1，CaCO3(s)已完全分解，只发生反应Ⅱ，温度升高，反应Ⅱ逆向移动，所以CO2的摩尔分数减小
7.(1)870 K(860~880 K范围内都可以)
(2)该反应放热，升高温度，反应向逆反应方向进行
(3)加入的CO会与NO的分解产物O2发生反应，促进NO分解平衡向生成N2的方向移动，导致NO的转化率增大
8.Mn 200 ℃ b~a段，开始温度较低，催化剂活性较低，脱氮反应速率较慢，反应还没达到化学平衡，随着温度升高反应速率变大，一定时间参与反应的氮氧化物变多，导致脱氮率逐渐增大
9.pH升高，反应(i)平衡正移，导致反应(ii)平衡逆移，平衡分配比下降
10.(1)反应ⅰ为放热反应，反应ⅱ为吸热反应，温度升高反应ⅰ平衡逆向移动，反应ⅱ平衡正向移动 温度升高对反应ⅰ中CO2转化率降低的影响大于对反应ⅱ中CO2转化率升高的影响 (2)D(共24张PPT)
化学
大
一
轮
复
习
第十章 热点强化16
化学反应原理归因分析
文字描述代表一种开放性思维与能力，一般从速率、平衡(转化率)、安全、节能减排等角度作答(考查前两个角度居多)，实际上就是效益最大化的问题。
1.条件选择类
(1)实验最佳条件的选择或控制就是为了又“快”又“好”地生产，即主要是从反应速率与转化率(化学平衡)两个角度来分析。“快”就是提高反应速率，“好”就是提高转化率，原料利用率高，而影响速率与转化率的主要因素就是浓度、温度、压强与催化剂，其中温度与压强是试题中经常考查的因素。
(2)从速率、转化率、产率、纯度等角度分析，选择最佳条件。如针对反应速率时，思考方向为如何提高浸出速率、如何提高反应速率等；针对平衡转化率、产率时，可运用平衡移动原理解释(其他条件不变的情况下，改变××条件，可逆反应平衡向××方向移动，导致××发生变化)；针对综合生产效益时，可从原料成本，原料来源是否广泛、是否可再生，能源成本，对设备的要求，环境保护，绿色化学等方面作答。
(3)选择当前条件的优势，其他条件的不足，往往不足的描述比较容易疏忽，如温度过高或过低，压强过小或过大，也要进行分析。
2.原因分析类
(1)依据化学反应速率和平衡移动原理，分析造成图像曲线变化的原因。
(2)催化剂对反应的影响、不同反应的选择性问题是这类题目的难点，解题时要多加关注，不同的条件会有不同的选择性。
(3)这类题目一般都是多因素影响，需要多角度分析原因。
热点专练
一、文字信息类归因分析
1.[2023·海南，16(3)]磷酸二氢钾在工农业生产及国防工业等领域都有广泛的应用。某研究小组用质量分数为85%的磷酸与KCl(s)反应制备KH2PO4(s)，反应方程式为H3PO4(aq)+KCl(s) KH2PO4(s)+HCl(g)。该小组为提高转化率采用的措施中有：使用浓磷酸作反应物、向系统中不断通入水蒸气等。它们能提高转化率的原因是：不使用稀磷酸_________
；通入水蒸气
。
酸作反应物可以提高磷酸的浓度，促使反应正向进行
使用浓磷
使得气体中氯化氢的分压减小，促使反应正向进行
2.[2021·辽宁，17(4)]苯催化加氢制备环己烷是化工生产中的重要工艺，一定条件下，发生如下反应：
Ⅰ.主反应： (g)+3H2(g) (g) ΔH1<0
Ⅱ.副反应： (g) (g) ΔH2>0
氢原子和苯分子吸附在催化剂表面活性中心时，才能发生反应，机理如图。当H2中混有微量H2S或CO等杂质时，会导致反应Ⅰ的产率降低，推测其可能原因为 。
金属催化剂会与H2S或CO反应从而失去催化活性
二、曲线上特殊点的归因分析
3.用(NH4)2CO3捕碳的反应：(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g) 2NH4HCO3(aq)。为研究温度对(NH4)2CO3捕获CO2效率的影响，将一定量的(NH4)2CO3溶液置于密闭容器中，并充入一定量的CO2气体，保持其他初始实验条件不变，分别在不同温度下，经过相同时间测得CO2气体浓度，得到趋势图如图。
(1)c点的逆反应速率和d点的正反应速率的大小关系为v逆(c) (填“>”“=”或“<”)
v正(d)。
<
温度越高，反应速率越快，d点温度高，则c点的逆反应速率和d点的正反应速率的大小关系为v逆(c)
(2)b、c、d三点的平衡常数Kb、Kc、Kd从大到小的顺序为 。
Kb>Kc>Kd
根据图像，温度为T3时反应达平衡，此后温度升高，c(CO2)增大，平衡逆向移动，说明正反应是放热反应。升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，故Kb>Kc>Kd。
(3)T3~T4温度区间，容器内CO2气体浓度呈现增大的变化趋势，其原因是___________________
__________________________________________________________________________________
。
T3~T4温度区间，化学反应已达到平衡，由于正反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，不利于CO2的捕获
4.[2020·天津，16(4)]用H2还原CO2可以在一定条件下合成CH3OH(不考虑副反应)：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0。恒压下，CO2和H2的起始物质的量之比为1∶3时，该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜时甲醇的产率随温度的变化如图所示，其中分子筛膜能选择性分离出H2O。
①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为
______________________________________
。
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)
②P点甲醇产率高于T点的原因为________________________________
________________________________________。
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
③根据如图，在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为 ℃。
210
(1)对于化学反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)，M点前，表示从反应物开始，v正>v逆；M点为刚达到平衡点(如图)；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A的百分含量增加或C的百分含量减少，平衡左移，故ΔH<0。
(2)对于化学反应mA(g)+nB(g) pC(g)+
qD(g)，L线上所有的点都是平衡点(如图)。L线的左上方(如E点)，A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量，所以，E点：v正>v逆；则L线的右下方(如F点)：v正 三、曲线变化趋势的归因分析
5.乙烯气相水合反应的热化学方程式为C2H4(g)+H2O(g) C2H5OH(g) ΔH=-45.5 kJ·mol-1，如图是乙烯气相水合法制乙醇中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系[其中n(H2O)∶n(C2H4)=1∶1]。图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序为 ，理由是__________________________
。
p4>p3>p2>p1
该反应正向是气体分子数减小的反应，相同温度下，压强升高乙烯平衡转化率升高
6.[2024·山东，20(2)]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>0
CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)(Ⅱ) ΔH2<0
CaO(s)+CO2(g) CaCO3(s)(Ⅲ) ΔH3<0
压力p下，C-H2O-CaO体系达平衡后，图示温度范围内C(s)已完全反应，CaCO3(s)在T1温度时完全分解。气相中CO、CO2和H2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T1时，随温度升高c线对应物种摩尔分数逐渐降低的原因是_________________________________
。
H2
当温度高于T1，CaCO3(s)已完全分解，只发生反应Ⅱ，温度升高，反应Ⅱ逆向移动，所以CO2的摩尔分数减小
图示温度范围内C(s)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T1，温度不断升高，反应Ⅱ和Ⅲ逆向移动，依据反应Ⅱ，H2摩尔分数减小，CO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，CaCO3(s)已完全分解，当温度高于T1，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。
7.(2024·芜湖高三模拟)汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，某研究小组在实验室以耐高温试剂Ag-ZSW-5催化，测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图所示。
(1)在=1条件下，最佳温度应控制在______
_________________________左右。
(2)若不使用CO，温度超过775 K，发现NO的分解率降低，其可能的原因为 。
870 K
(860~880 K范围内都可以)
该反应放热，升高温度，反应向逆反应方向进行
(3)用平衡移动原理解释为什么加入CO后NO转化为N2的转化率增大：_____________________
____________________________________________________________________________。
加入的CO会与NO的分解产物O2发生反应，促进NO分解平衡向生成N2的方向移动，导致NO的转化率增大
8.如图是在一定时间内，使用不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱氮率，由图可知工业使用的最佳催化剂为 ，相应温度为 ；使用Mn作催化剂时，脱氮率在b~a段呈现如图变化的可能原因是_______
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
。
Mn
200 ℃
b~a段，
开始温度较低，催化剂活性较低，脱氮反应速率较慢，反应还没达到化学平衡，随着温度升高反应速率变大，一定时间参与反应的氮氧化物变多，导致脱氮率逐渐增大
9.(2024·深圳模拟)利用有机溶剂从废水中萃取HR的方法去除HR。该过程涉及以下反应：
(i)HR(aq) R-(aq)+H+(aq) ΔH1
(ii)HR(aq) HR(有机相) ΔH2
(iii)2HR(有机相) (HR)2(有机相) ΔH3
水相的pH以及体系温度(T)对HR的平衡分配比(D)有影响。
已知：D=。
常温下，配制体积相同、pH不同、含R粒子总浓度相同的系列溶液，分别加入等量有机溶剂萃取。测算并得到D随pH变化的曲线如图所示。分析D随pH升高而降低的原因： 。
pH升高，反应(i)平衡正移，导致反应(ii)平衡逆移，平衡分配比下降
10.(2024·四川绵阳一模)减少CO2的排放、捕集并利用CO2是我国能源领域的一个重要战略方向。在CO2加氢合成甲醇的体系中，同时存在以下反应：
反应ⅰ：CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-48.7 kJ·mol-1
反应ⅱ：CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41 kJ·mol-1
已知：CH3OH的选择性x=×100%。
维持压强、投料比和反应时间不变，将CO2和H2按一定流速通过反应器，CO2的转化率α(CO2)和甲醇的选择性x(CH3OH)随温度变化的关系如图所示。已知催化剂活性随温度
影响变化不大，结合反应ⅰ和反应ⅱ，分析下列问题：
(1)235 ℃后甲醇的选择性随温度升高而下降的原因是_________________
______________________________________________________________
；CO2的转化率随温度升高也下降的可能原因是___________
。
反应ⅰ为放热反应，反应ⅱ为吸热反应，温度升高反应ⅰ平衡逆向移动，反应ⅱ平衡正向移动
温度升高对反应ⅰ中CO2转化率降低的影响大于对反应ⅱ中CO2转化率升高的影响
(2)不考虑催化剂活性温度，为同时提高CO2的平衡转化率和甲醇的选择性，应选择的反应条件是 (填字母)。
A.高温高压 B.高温低压
C.低温低压 D.低温高压
D
