高考化学二轮复习热化学化学反应速率与平衡大题研究(一)化学反应原理综合题课件

(共45张PPT)
大题研究(一)　化学反应原理综合题
研真题　明确考向
【真题】　(2025·陕晋青宁卷)MgCO3/MgO循环在CO2捕获及转化等方面具有重要应用。科研人员设计了利用MgCO3与H2反应生成CH4的路线，主要反应如下：
Ⅰ.MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g)　ΔH1＝＋101 kJ·mol－1
Ⅱ.CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH2＝－166 kJ·mol－1
Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)===H2O(g)＋CO(g)　ΔH3＝＋41 kJ·mol－1
回答下列问题，
(1)计算MgCO3(s)＋4H2(g)===MgO(s)＋2H2O(g)＋CH4(g)　ΔH4＝________ kJ·mol－1。
－65
解析：已知Ⅰ.MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g)　ΔH1＝＋101 kJ·mol－1；Ⅱ.CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH2＝－166 kJ·mol－1，将Ⅰ＋ Ⅱ可得MgCO3(s)＋4H2(g)===MgO(s)＋2H2O(g)＋CH4(g)　ΔH4＝ΔH1＋ΔH2＝＋101 kJ·mol－1＋(－166 kJ·mol－1)＝－65 kJ·mol－1。
(2)提高CH4平衡产率的条件是________。
A．高温高压 B．低温高压
C．高温低压 D．低温低压
B
解析：已知反应Ⅱ.CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH2＝－166 kJ·mol－1为放热反应，要提高CH4平衡产率，就要使平衡正向移动。高温会使平衡逆向移动，不利于提高CH4平衡产率，A错误；低温使平衡正向移动，高压也使平衡正向移动，可提高CH4平衡产率，B正确；高温会使平衡逆向移动，低压会使平衡逆向移动，不利于提高CH4平衡产率，C错误；低压会使平衡逆向移动，不利于提高CH4平衡产率，D错误。
(3)高温下MgCO3分解产生的MgO催化CO2与H2反应生成CH4，部分历程如图，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注，所示步骤中最慢的基元反应是________(填序号)，生成水的基元反应方程式为____________________________。
④
HO*＋H2*＋CH2*===CH3*＋H2O
解析：反应活化能越高，反应速率越慢，从图中可以看出，第四步活化能最高，速率最慢，基元反应为CH3*＋ H*＋2H2O===CH4*＋2H2O；由图可知，在第三步时生成了水，基元反应为HO*＋H2*＋CH2*===CH3*＋H2O。
(4)100 kPa下，在密闭容器中H2(g)和MgCO3(s)各1 mol发生反应。反应物(H2、MgCO3)的平衡转化率和生成物(CH4、CO2)的选择性随温度变化关系如图(反应Ⅲ在360 ℃以下不考虑)。
c

0.2
反应Ⅱ平衡逆向移动的程度大于反应Ⅲ平衡正向移动的程度
解析：已知反应Ⅰ为吸热反应， Ⅱ为放热反应，Ⅲ为吸热反应，根据图像，温度逐渐升高，则碳酸镁的转化率逐渐升高，氢气的转化率下降，在360 ℃以下不考虑反应Ⅲ，则二氧化碳的选择性上升，甲烷的选择性下降，所以a表示碳酸镁的转化率，b表示二氧化碳的选择性，c表示甲烷的选择性。①表示CH4选择性的曲线是c；②点M温度下，从图中看出碳酸镁的转化率为49%，则剩余的碳酸镁为0.51 mol，根据碳原子守恒，甲烷和二氧化碳中碳原子的物质的量之和为0.49 mol，
③在550 ℃下达到平衡时，碳酸镁完全转化，二氧化碳的选择性为70%，甲烷的选择性为10%，则生成的二氧化碳为0.7 mol，生成的甲烷为0.1 mol，根据碳原子守恒得出n(CO)＝1 mol－0.7 mol－0.1 mol＝0.2 mol；因为反应Ⅱ是放热的，反应Ⅲ是吸热的。在500～600 ℃，随温度升高，反应Ⅱ逆向移动，反应Ⅲ正向移动，反应Ⅱ生成的氢气多于反应Ⅲ消耗的氢气，导致H2平衡转化率下降。
【高考动向】
该综合题主要考查热化学、化学反应速率和化学平衡等主干理论知识，主要命题点有盖斯定律的应用、反应速率和化学平衡的分析、化学平衡常数的表达式书写与计算、反应条件的分析选择、生产生活中的实际应用等，试题常以填空、读图、作图、计算等形式呈现。试题一般以与生产、生活紧密联系的物质为背景材料命题，各小题之间又有一定的独立性。
主要考查学生的信息处理能力、学科内综合分析能力，应用反应原理解决生产实际中的具体问题的能力，体现了“变化观念与平衡思想”的核心素养。在近几年的相关考题中，对单一因素影响的考查已经越来越少了，主要以“多因素影响”出现，考查考生的综合分析判断能力。以实际情景(场景)为背景，更能体现核心素养的要求。而在实际生产过程中，影响因素是多元化、多方位和多层次的。
题型练　提升考能
再练真题
1．(2025·河北卷)乙二醇(EG)是一种重要的基础化工原料，可通过石油化工和煤化工等工业路线合成。
(1)石油化工路线中，环氧乙烷(EO)水合工艺是一种成熟的乙二醇生产方法，环氧乙烷和水反应生成乙二醇，伴随生成二乙二醇(DEG)的副反应。
主反应：EO(aq)＋H2O(l)===EG(aq)　ΔH<0
副反应：EO(aq)＋EG(aq)===DEG(aq)
体系中环氧乙烷初始浓度为1.5 mol·L－1，恒温下反应30 min，环氧乙烷完全转化，产物中n(EG)∶n(DEG)＝10∶1。
①0～30 min内，v总(EO)＝________ mol·L－1·min－1。
②下列说法正确的是________(填标号)。
a．主反应中，生成物总能量高于反应物总能量
b．0～30 min内，v总(EO)＝v总(EG)
c．0～30 min内，v主(EG)∶v副(DEG)＝11∶1
d．选择适当催化剂可提高乙二醇的最终产率
0.05
cd
(2)煤化工路线中，利用合成气直接合成乙二醇，原子利用率可达100%，具有广阔的发展前景。反应如下：2CO(g)＋3H2(g) HOCH2CH2OH(g)　ΔH。按化学计量比进料，固定平衡转化率α，探究温度与压强的关系。α分别为0.4、0.5和0.6时，温度与压强的关系如图所示。
L1
该反应为气体体积减小的反应，温度相同时，增大压强，平衡正向移动，平衡转化率增大
<
＝
12

解析：①2CO(g)＋3H2(g) HOCH2CH2OH(g)　ΔH，该反应为气体体积减小的反应，温度相同时，增大压强，平衡正向移动，平衡转化率增大，p(L1)>p(L2)>p(L3)，故L1、L2、L3对应α为0.6、0.5、0.4。
②由图可知，压强相同时，温度升高，平衡转化率减小，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应为放热反应，ΔH<0。
题型预测
2.(2025·山西晋中二模)我国向国际社会承诺2030年实现“碳达峰”，2060年实现“碳中和”。CO2加氢可以合成甲醇：ⅰ.CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－49.4 kJ·mol－1。
回答下列问题：
(1)化学上规定，通常条件下，稳定单质的焓(H)为0，有关物质的焓如下表所示，则a＝________，反应i的活化能Ea(正)________(填“大于”“小于”或“等于”)Ea(逆)。
物质 CO2(g) H2O(g) CH3OH(g)
焓/(kJ·mol－1) －394 －242 a
－201.4
小于
解析：焓变为生成物与反应物焓值差，根据题干信息，稳定单质的焓(H)为0，结合各物质焓可知，ΔH＝(－242 kJ·mol－1)＋a－(－394 kJ·mol－1)－0＝－49.4 kJ·mol－1，解得a＝－201.4。反应ⅰ为放热反应，则活化能Ea(正)小于Ea(逆)。
(2)已知ΔH－TΔS<0时，反应能自发进行，反应ⅰ的ΔS＝－180 J·mol－1·K－1，则该反应能自发进行的温度低于________K(保留一位小数)。
274.4
解析：已知ΔH－TΔS<0时，反应能自发进行，反应ⅰ的ΔH－TΔS＝－49.4 kJ·mol－1－T(－180×10－3 kJ·mol－1·K－1)＜0，解得T＜274.4 K，则该反应能自发进行的温度低于274.4 K。
(3)反应ⅰ催化机理如图所示，在该历程中，优先与催化剂In2O3反应的物质是________(填化学式，下同)，生成的水分子中的氧原子来自________。
H2
In2O3
资料显示：水可以使催化剂活化点位减少。利用计算机模拟，研究添加适量水蒸气前后对能垒较大的反应历程能量变化的影响，结果如图所示(吸附在催化剂表面上的物种用*标注)。
结合资料、上图及学过的知识推测，在反应中添加水蒸气将如何影响甲醇产率及产生这种影响的原因：____________________________
____________________________________________________________________________________________________________(答一条)。
催化剂活化点位减少，吸附反应物能力减弱，甲醇产率下降或水蒸气过多，平衡逆向移动，甲醇产率下降或有水参与的反应历程，活化能较小，反应速率加快，甲醇产率上升
解析：由反应ⅰ催化机理图可知，在该历程中，优先与催化剂In2O3反应的物质是H2，生成的水分子中的氧原子来自In2O3。结合资料、题图及学过的知识推测，催化剂活化点位减少，吸附反应物能力减弱，甲醇产率下降或水蒸气过多，平衡逆向移动，甲醇产率下降或有水参与的反应历程，活化能较小，反应速率加快，甲醇产率上升。
①表示平衡时CH3OH的选择性S随温度变化的曲线是________(填“x”或“y”)。
②250 ℃时，平衡体系中有2 mol CO，则CO2的平衡转化率＝________，反应ⅰ的Kx＝________(Kx是以组分体积分数代替物质的量浓度表示的平衡常数)。
③若CO的选择性位于p、q两点，反应ⅱ的逆反应速率：v逆(p)________(填“>”“＝”或“<”)v逆(q)。
x
80%
800
＞
3．(2025·河北石家庄二模)丙烯是重要的化工产品，也是衡量国家化工水平的重要指标之一、工业上利用丙烷脱氢法制丙烯，反应方程式如下。
主反应：ⅰ.C3H8(g) C3H6(g)＋H2(g)　ΔH1＝＋124 kJ·mol－1
副反应：ⅱ.C3H8(g) CH4(g)＋C2H4(g)　ΔH2＝＋81.3 kJ·mol－1
ⅲ.C2H4(g)＋H2(g) C2H6(g)　ΔH3
请回答下列问题：
(1)已知H2(g)、C2H6(g)、C2H4(g)的燃烧热分别为－285.8 kJ·mol－1、－1 560 kJ·mol－1、－1 411 kJ·mol－1。计算ΔH3＝_______________。
－136.8 kJ·mol－1
(2)向容积可变的密闭容器中加入1 mol C3H8(g)，分别在0.1 MPa和0.01 MPa下，不同温度时，发生上述反应，反应达到平衡时，丙烷的转化率及0.1 MPa下C3H8(g)和C3H6(g)的物质的量分数随温度变化的曲线如图所示。
①L2曲线所在的压强为__________MPa；L1代表__________物质在0.1 MPa下的物质的量分数随温度变化的曲线，判断理由为__________________________________________________________。
②若在560 ℃，0.1 MPa下反应进行n min时反应达到平衡，反应ⅰ用C3H8(g)表示0～n min时间内的平均反应速率为_______ mol·min－1；反应ⅰ的压强平衡常数Kp为__________MPa(Kp为用平衡分压代替平衡浓度计算的平衡常数，保留三位有效数字)。
0.01
C3H8(g)
反应ⅰ为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，C3H8(g)物质的量分数减小

0.006 46
解析：①对于反应ⅰ和ⅱ，正反应是气体体积增大的反应，减小压强，平衡正向移动，丙烷转化率增大，所以L2曲线所在压强为0.01 MPa，L3曲线表示的压强为0.1 MPa；反应ⅰ是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，C3H8(g)物质的量分数减小，C3H6(g)物质的量分数增大，所以L1曲线代表C3H8(g)物质在0.1 MPa下的物质的量分数随温度变化的曲线，理由是反应ⅰ为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，C3H8(g)物质的量分数减小，则L4曲线代表C3H6(g)的物质的量分数随温度变化的曲线；
(3)在中性或碱性环境中，通过可再生电能进行CO2电化学还原实现了高效合成丙烯，得到丙烯的电极为__________(填“阴极”或“阳极”)；其电极反应式为_________________________________。
阴极
3CO2＋18e－＋12H2O===C3H6＋18OH－
解析：CO2电化学还原生成丙烯，碳元素化合价降低，发生还原反应，得到丙烯的电极为阴极，电极反应式为3CO2＋18e－＋12H2O===C3H6＋18OH－。