高考化学二轮复习专题八化学反应速率与化学平衡课件

这是一份高考化学二轮复习专题八化学反应速率与化学平衡课件，共60页。PPT课件主要包含了内容索引，专项模块素养培优，五年高考命题研究，要点归纳•再提升，经典对练•得高分，思路点拨，答案B，对点演练，答案D，答案A等内容，欢迎下载使用。

第一编
2022
内容索引
考点一　外界条件对化学反应速率的影响
考点二　化学平衡　化学平衡常数及有关计算
考点三　化学反应速率与化学平衡的有关图像
专项模块　素养培优
五年高考 命题研究
考点一　外界条件对化学反应 速率的影响
要点归纳•再提升
一、化学反应速率的计算及速率常数1.化学反应速率的计算
计算时一定要注意容器或溶液的体积,不能忽视容器或溶液的体积V,盲目地把Δn当作Δc代入公式进行计算,同时还要注意单位及规范书写,还要根据要求注意计算值的处理。
2.速率常数(1)假设基元反应(能够一步完成的反应)为aA(g)+bB(g)==cC(g)+dD(g),其速率可表示为v=k·ca(A)·cb(B),式中的k称为反应速率常数或速率常数,它表示单位浓度下的化学反应速率,与浓度无关,但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响,通常反应速率常数越大,反应进行得越快。不同反应有不同的速率常数。
(2)正、逆反应的速率常数与平衡常数的关系
二、正确理解化学反应速率的影响因素
1.内因——活化能相同条件下,不同化学反应的速率不同,主要是内因——活化能大小不同所致,活化能小的化学反应速率快,活化能大的化学反应速率慢。注意:反应热为正、逆反应活化能的差值。
影响反应速率的主要因素
2.外因相同的化学反应,在不同条件下,化学反应速率不同,主要原因是外因——浓度、压强、温度、催化剂、光照、接触面积等因素。(1)浓度(c):增大(减小)反应物浓度→单位体积内活化分子数目增加(减少),活化分子百分数不变→有效碰撞频率提高(降低)→化学反应速率加快(减慢)。(2)压强(p):对于气相反应来说,增大(减小)压强→相当于减小(增大)容器容积→相当于增大(减小)反应物的浓度→化学反应速率加快(减慢)。
化学反应确定后,只能通过改变外因改变反应速率
微点拨“ 惰性气体”对反应速率的影响
(3)温度(T):升高(降低)温度→活化分子百分数增大(减小)→有效碰撞频率提高(降低)→化学反应速率加快(减慢)。(4)催化剂①添加催化剂能改变反应的路径,降低反应的活化能,所以化学反应速率加快。②催化剂的选择性:对于在给定条件下反应物之间能够同时发生多个反应的情况,理想的催化剂还具有大幅度提高目标产物在最终产物中比例的作用。③酶作催化剂的特点:高效性、专一性(高选择性,一种酶只能催化一种或一类化学反应,如蛋白酶只能催化蛋白质水解成多肽)、温和性(反应条件温和,温度升高,酶发生变性失去催化活性)。
经典对练•得高分
考向1　化学反应速率的影响因素真题示例1-1.(2021福建新高考适应卷,5)有研究认为,强碱性溶液中反应I-+ClO-==IO-+Cl-分三步进行,其中两步如下:第一步　ClO-+H2O→HOCl+OH-　K1=3.3×10-10第三步　HOI+OH-→IO-+H2O　K3=2.3×103下列说法错误的是(　　)A.反应第二步为HOCl+I-→HOI+Cl-B.由K可判断反应第三步比第一步快C.升高温度可以加快ClO-的水解D.HOCl和HOI都是弱酸
思路点拨
答案 B
1-2.(2021湖北新高考适应卷,18节选)甲烷和水蒸气催化制氢主要有如下两个反应:①CH4(g)+H2O(g) ==CO(g)+3H2(g)ΔH=+206 kJ·mol-1②CO(g)+H2O(g) ==CO2(g)+H2(g)ΔH=-41 kJ·mol-1恒定压强为100 kPa时,将n(CH4)∶n(H2O)=1∶3的混合气体投入反应器中,平衡时,各组分的物质的量分数与温度的关系如图所示。
回答下列问题:(1)写出CH4与CO2生成H2和CO的热化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)关于甲烷和水蒸气催化制氢反应,下列叙述正确的是　　　　(填标号)。 A.恒温、恒容条件下,加入惰性气体,压强增大,反应速率加快B.恒温、恒容条件下,加入水蒸气,活化分子百分数增大,反应速率加快C.升高温度,活化分子百分数增大,有效碰撞频率增大,反应速率加快D.加入合适的催化剂,降低反应温度也能实现单位时间内转化率不变
答案 (1)CH4(g)+CO2(g) ==2CO(g)+2H2(g)　ΔH=+247 kJ·mol-1　(2)C
解析 (1)①CH4(g)+H2O(g) ==CO(g)+3H2(g)　ΔH=+206 kJ·mol-1②CO(g)+H2O(g) ==CO2(g)+H2(g)　ΔH=-41 kJ·mol-1根据盖斯定律,①-②,ΔH=+206 kJ·mol-1+41 kJ·mol-1=+247 kJ·mol-1,得到CH4与CO2生成H2和CO的热化学方程式:CH4(g)+CO2(g) ==2CO(g)+2H2(g)ΔH=+247 kJ·mol-1;
(2)由反应CH4(g)+H2O(g) ==CO(g)+3H2(g)　ΔH=+206 kJ·mol-1,恒温、恒容条件下,加入惰性气体,总压强增大,各物质的分压不变,各气体的浓度不变,化学反应速率不变,故A不符合题意;恒温、恒容条件下,加入水蒸气,活化分子百分数不变,单位体积活化分子数增加,有效碰撞几率增大,反应速率加快,故B不符合题意;升高温度,活化分子百分数增大,有效碰撞频率增大,反应速率加快,故C符合题意;加入合适的催化剂,缩短达到平衡的时间,但不影响平衡的移动,单位时间内气体的转化率改变;降低反应温度,平衡发生移动,单位时间内气体的转化率改变,故D不符合题意;答案选C。
对点演练
1-1.(2021河北石家庄模拟)为了研究碳酸钙粉末与稀盐酸反应的反应速率,某同学利用图1所示装置通过实验测定反应中生成的CO2的体积随反应时间变化的情况,绘制出图2所示的曲线。已知该反应是放热反应,下列说法正确的是(　　)
A.t1~t2段反应速率大于O~t1段的主要原因是此阶段盐酸的浓度较大B.t2~t3段反应速率小于t1~t2段的主要原因是此阶段反应体系的温度降低C.t4时刻不再产生气体,表明碳酸钙已经完全消耗D.微热锥形瓶时活塞向右移动,停止加热后活塞恢复至原位置,则装置气密性良好
答案 D　
解析 t1~t2段反应速率大于O~t1段的主要原因是反应放热造成此阶段反应体系温度较高,A项错误;t2~t3段反应速率小于t1~t2段的主要原因是此阶段盐酸的浓度减小,B项错误;t4时刻不再生成气体,可能是盐酸反应完全,碳酸钙因过量而仍有剩余,C项错误;微热锥形瓶时活塞向右移动,停止加热后活塞恢复至原位置,表明装置气密性良好,D项正确。
1-2.资料显示:自催化作用是指反应产物之一使该反应速率加快的作用。用稀硫酸酸化的KMnO4进行下列三组实验,一段时间后溶液均褪色(0.01 mol·L-1可以记做0.01M)。
下列说法不正确的是(　　)A.实验①中发生氧化还原反应,H2C2O4是还原剂,产物MnSO4能起自催化作用B.实验②褪色比①快,是因为MnSO4的催化作用加快了反应速率C.实验③褪色比①快,是因为Cl-的催化作用加快了反应速率D.若用1 mL 0.2 M的H2C2O4溶液做实验①,推测比实验①褪色快
答案 C　解析 根据化合价的变化可知,H2C2O4是还原剂,KMnO4是氧化剂,对比实验①和②可知,MnSO4对反应起催化作用,所以产物MnSO4能起自催化作用,故A、B项正确;实验③加入了稀盐酸之后,Cl-能与KMnO4发生氧化还原反应,所以褪色比①快,Cl-是还原剂而不是催化剂,故C错误;由于浓度会影响反应速率,所以增大H2C2O4溶液的浓度可以加快反应速率,故D正确。
考向2　化学反应速率的计算真题示例
计算曲线a的反应在30~90 min内的平均速率 (a)=　　　　　kPa·min-1。 
思路点拨根据定义式计算反应速率
答案 0.004 7
2-2.(2021河北卷,13)室温下,某溶液初始时仅溶有M和N且浓度相等,同时发生以下两个反应:①M+N==X+Y;②M+N==X+Z。反应①的速率可表示为v1=k1c2(M),反应②的速率可表示为v2=k2c2(M)(k1、k2为速率常数)。反应体系中组分M、Z的浓度随时间变化情况如图。下列说法错误的是(　　)
A.0~30 min时间段内,Y的平均反应速率为6.67×10-3 mol·L-1·min-1B.反应开始后,体系中Y和Z的浓度之比保持不变C.如果反应能进行到底,反应结束时62.5%的M转化为ZD.反应①的活化能比反应②的活化能大
答案 A　
解析 考查化学反应速率的计算、转化率的计算、化学反应速率与活化能的关系等。反应①和②为竞争反应,由速率方程式可知,两个反应差异在速率常数的大小。图中显示,0~30 min内Δc(Z)=0.125 mol·L-1,Δc(M)=0.5 mol·L-1-0.3 mol·L-1=0.2 mol·L-1,Δc2(M)=Δc(Z)=0.125 mol·L-1,Δc(Y)=Δc1(M)=0.2 mol·L-1-0.125 mol·L-1=0.075 mol·L-1,v(Y)=0.075 mol·L-1÷30 min=0.002 5 mol·L-1·min-1,A项错误;由速率方程可知,
对点演练
2-1.(双选)(2021江西宜春模拟,改编)反应4A(s)+3B(g) 2C(g)+D(g)经过2 min,B的浓度减少0.6 mol·L-1。下列有关说法正确的有(　　)A.在2 min末时,反应物B的反应速率是0.3 mol·L-1·min-1B.在这2 min内用C表示的平均反应速率为0.2 mol·L-1·min-1C.在2 min时,B、C、D的浓度比一定为3∶2∶1D.若D的起始浓度为0.1 mol·L-1,则2 min时D的浓度为0.3 mol·L-1
答案 BD　
解析 2 min末的反应速率为瞬时速率,2 min内用B表示的速率为0.3 mol·L-1·min-1,该速率是平均反应速率,A错误;根据化学反应速率之比等于化学计量数之比,在这2 min内用C表示的平均速率为B的平均速率的 ,即0.2 mol·L-1·min-1,B正确;因为起始浓度未知,因此在2 min时,B、C、D的浓度之比不一定为3∶2∶1,C错误;根据浓度的变化量之比等于化学计量数之比,2 min内D的浓度应增加0.2 mol·L-1,若D的起始浓度为0.1 mol·L-1,则2 min时D的浓度为0.3 mol·L-1,D正确。
2-2.(2021浙江卷)取50 mL过氧化氢水溶液,在少量I-存在下分解:2H2O2==2H2O+O2↑。在一定温度下,测得O2的放出量,转换成H2O2的浓度(c)如下表:
下列说法不正确的是(　　)A.反应20 min时,测得O2体积为224 mL(标准状况)B.20~40 min,消耗H2O2的平均速率为0.010 mol·L-1·min-1C.第30 min时的瞬时速率小于第50 min时的瞬时速率D.H2O2分解酶或Fe2O3代替I-也可以催化H2O2分解
答案 C　
解析 反应20 min时,过氧化氢的浓度变为0.4 mol·L-1,说明分解的过氧化氢的物质的量n(H2O2)=(0.80-0.40) mol·L-1×0.05 L=0.02 mol,过氧化氢分解生成的氧气的物质的量n(O2)=0.01 mol,标准状况下的体积V=n·Vm=0.01 mol×22.4 L·mol-1=0.224 L=224 mL,A项正确;20~40 min,消耗过氧化氢的浓度为(0.40-0.20) mol·L-1=0.20 mol·L-1,则这段时间内的平均速率
=0.010 mol·L-1·min-1,B项正确;随着反应的不断进行,过氧化氢的浓度不断减小,某一时刻分解的过氧化氢的量也不断减小,故第30 min时的瞬时速率大于第50 min时的瞬时速率,C项错误;I-在反应中起到催化的作用,故也可以利用过氧化氢分解酶或Fe2O3代替,D项正确。
考向3　“控制变量”思想在探究影响化学反应速率因素中的应用真题示例3.(双选)(2021河北新高考适应卷,15)一定条件下,反应H2(g)+Br2(g) ==2HBr(g)的速率方程为v=kcα(H2)cβ(Br2)cγ(HBr),某温度下,该反应在不同浓度下的反应速率如下:
根据表中的测定结果,下列结论错误的是(　　)A.表中c的值为4B.α、β、γ的值分别为1、2、-1C.反应体系的三种物质中,Br2(g)的浓度对反应速率影响最大D.在反应体系中保持其他物质浓度不变,增大HBr(g)浓度,会使反应速率降低
思路点拨
答案 AB
对点演练3-1.(2021河北石家庄二十七中月考)碘在科研与生活中有重要应用。某兴趣小组用0.20 mol·L-1 KI溶液、0.2%淀粉溶液、0.20 mol·L-1 (NH4)2S2O8溶液、0.10 mol·L-1 Na2S2O3溶液等试剂,探究反应条件对化学反应速率的影响。
结合表中数据判断下列说法错误的是(　　)A.a=5,b=5
答案 B
3-2.(2021浙江宁波模拟)已知酸性KMnO4溶液与H2C2O4溶液发生如下反应:2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4==2MnSO4+K2SO4+10CO2↑+8H2O。探究该反应反应速率的影响因素,有关实验数据如表所示。下列说法不正确的是(　　)
A.用KMnO4表示该反应的速率,v(实验3)约为2×10-3 mol·L-1·min-1B.表中数据a<12.7,b>5C.实验1、2探究温度对反应的影响,实验3、4探究催化剂对反应的影响D.可通过比较收集相同体积的CO2所消耗的时间来判断反应速率快慢
答案 A
解析 实验3中,根据关系式2KMnO4~5H2C2O4可知,高锰酸钾的量不足,消耗高锰酸钾的物质的量为4×10-3 L×0.01 mol·L-1=4×10-5 mol,则用KMnO4表示实验3的反应速率为 ≈6.7×10-4 mol·L-1·min-1,A错误;温度越高反应速率越快,催化剂可加快反应速率,则a<12.7,b>5,B正确;根据单一变量原则,实验1、2探究温度对反应速率的影响,实验3、4探究催化剂对反应速率的影响,C正确;比较收集相同体积CO2所消耗的时间,可判断反应速率的大小,进而可判断反应的快慢,D正确。
易错防范•不失分
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)对于任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象就越明显。(　　)(2)化学反应速率为0.8 mol·L-1·s-1是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol·L-1。(　　)(3)由v= 计算平均速率,用反应物表示时为正值,用生成物表示时为负值。(　　)(4)同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率,其数值可能不同,但表示的意义相同。(　　)
(5)对于反应:2H2O2==2H2O+O2↑,加入MnO2或降低温度都能加快O2的生成速率。(　　)(6)由于固体浓度为一常数,所以块状CaCO3与粉末状CaCO3与等浓度的盐酸反应速率一样快。(　　)(7)100 mL 2 mol·L-1的盐酸跟锌片反应,加入适量的氯化钠溶液,反应速率不变。(　　)(8)FeCl3和MnO2均可加快H2O2分解,同等条件下二者对H2O2分解速率的改变相同。(　　)
答案 (1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)×　(8)×
考点二　化学平衡　化学平衡 常数及有关计算
要点归纳•再提升
1.化学平衡状态的标志(1)绝对标志
(2)相对标志①有气体参加的反应,气体的总压强、总体积、总物质的量不变时,如果是等体积反应时,不一定达到平衡;如果是不等体积反应时,一定达到平衡。
不变时,要具体分析各表达式中的分子或分母的变化情况,判断是否平衡。③如果反应体系中的物质有颜色,则反应体系的颜色不变时,一定达到平衡。
2.“惰性气体(对反应无关的气体)”对化学平衡的影响(1)恒温恒容时:充入惰性气体,体系的总压强增大,但各反应成分的浓度不变,即各反应气体的分压不变,平衡不移动。(2)恒温恒压时:充入惰性气体,容器容积增大,各反应气体的浓度降低,相当于减压,化学平衡向着气体体积增大的方向移动。
实质是压强的改变导致气体的浓度改变
3.分析化学平衡移动的一般思路
4.化学平衡计算的基本模式——“三段式”根据反应进行(或平衡移动)的方向,设出某反应物消耗的量,然后列式求解。例如:　　　mA　+　nB pC　+　qD起始量: a b 0 0变化量: mx nx px qx平衡量 : a-mx b-nx px qx其中:①各物质的变化量之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。②这里a、b可指物质的量、浓度、气体体积等。
注意:(1)弄清起始量、平衡量、平衡转化率三者之间的互换关系。反应起始时,反应物和生成物可能同时存在。(2)由于起始浓度是人为控制的,故不同的物质起始浓度比不一定等于化学计量数之比。若反应物起始浓度之比等于化学计量数之比,则隐含着各反应物转化率相等,且平衡时各反应物的浓度之比等于化学计量数之比。(3)起始浓度之比、平衡浓度之比不一定等于化学计量数之比,但物质之间是按化学计量数之比反应和生成的,故各物质的浓度变化之比一定等于化学计量数之比,这是计算的关键。在计算平衡常数时,要注意反应物或生成物的状态。
经典对练•得高分
考向1　化学平衡状态的判断真题示例1.(2020浙江卷,29节选)研究NOx之间的转化具有重要意义。已知:N2O4(g) 2NO2(g)　ΔH>0将一定量N2O4气体充入恒容的密闭容器中,控制反应温度为T1。下列可以作为反应达到平衡的判据是　　　　。 A.气体的压强不变 B.v正(N2O4)=2v逆(NO2)C.K不变 D.容器内气体的密度不变E.容器内颜色不变
思路点拨
答案 AE
对点演练1-1.(2021广东佛山质检节选)向体积为1 L的恒容密闭容器中充入1 mol CH4和2 mol H2S,发生如下反应:CH4(g)+2H2S(g) CS2(g)+4H2(g),测得不同温度下,CH4的平衡转化率与温度的关系如图所示:
(1)1 200 ℃时,该反应的平衡常数K=　　　　　　(列出计算式即可); (2)下列情况能说明反应达到平衡状态的是　　　　　(填字母)。 A.4v(CH4)=v(H2)B.混合气体的压强保持不变C.混合气体的平均摩尔质量保持不变D.n(CH4)∶n(H2S)∶n(CS2)∶n(H2)=1∶2∶1∶4
解析 (1)由图可知,1 200 ℃时甲烷的平衡转化率为80%,平衡时甲烷的浓度为(1 mol·L-1-1 mol·L-1×80%)=0.2 mol·L-1,由方程式可知,硫化氢的浓度为(2 mol·L-1-0.8 mol·L-1×2)=0.4 mol·L-1、二硫化碳的浓度为0.8 mol·L-1、氢气的浓度为0.8 mol·L-1×4=3.2 mol·L-1,则化学平衡常数
(2)A.4v(CH4)=v(H2)不能说明正、逆反应速率相等,无法判断反应是否达到平衡状态,故错误;B.该反应是气体体积增大的反应,恒容密闭容器,随反应进行,混合气体的压强增大,则混合气体的压强保持不变说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故正确;C.由质量守恒定律可知,反应前后气体的质量不变,该反应是气体物质的量增大的反应,反应中混合气体的平均摩尔质量减小,则混合气体的平均摩尔质量保持不变说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故正确;D.n(CH4)∶n(H2S)∶n(CS2)∶n(H2)=1∶2∶1∶4不能说明正、逆反应速率相等,无法判断反应是否达到平衡状态,故错误。
1-2.(2021福建龙岩一模节选)利用CO2可合成烷烃、烯烃、醇等一系列重要化工原料。回答下列有关问题:制备甲烷:CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)　ΔH=-252.9 kJ·mol-1
该反应的ΔG(ΔG=ΔH-TΔS)与温度的关系如图所示。
(1)要使该反应能顺利发生,理论上温度不高于　　　　　　　　。 (2)在恒温、恒容容器中进行该反应,下列不能说明反应达到平衡状态的是　。 A.CO2和H2的转化率之比不再变化B.混合气体的平均摩尔质量不再变化C.容器内的压强不再变化D.v正(H2)=4v正(CH4)
答案 (1)597 ℃　(2)AD
解析 (1)ΔG(ΔG=ΔH-TΔS)<0,反应能自发进行,由图可知,理论上温度不高于597 ℃;(2)A.CO2和H2的转化率之比与投料比有关,不能判定是否达到平衡状态;B.反应前后气体的质量不变,物质的量发生改变,混合气体的平均摩尔质量不再变化,说明反应达到平衡状态;C.反应前后气体的物质的量发生改变,则压强发生改变,故容器内压强不变时反应达到平衡状态;D.正、逆反应速率相等时,反应达到平衡,v正(H2)=4v正(CH4)没有涉及逆反应,故不能说明反应达到平衡状态。
考向2　外界条件对化学平衡的影响真题示例2-1.(2021辽宁新高考适应,7)某温度下,在一恒容密闭容器中进行如下两个反应并达到平衡:①2X(g)+Y(g) Z(s)+2Q(g)　ΔH1<0②M(g)+N(g) R(g)+Q(g)　ΔH2>0下列叙述错误的是(　　)A.加入适量Z,①和②平衡均不移动B.通入稀有气体Ar,①平衡正向移动C.降温时无法判断Q浓度的增减D.通入Y,则N的浓度增大
思路点拨
答案 B　
2-2.(双选)(2021湖南卷,11)已知:A(g)+2B(g) 3C(g)　ΔH<0,向一恒温恒容的密闭容器中充入1 mol A和3 mol B发生反应,t1时达到平衡状态Ⅰ,在t2时改变某一条件,t3时重新达到平衡状态Ⅱ,正反应速率随时间的变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.容器内压强不变,表明反应达到平衡B.t2时改变的条件:向容器中加入CC.平衡时A的体积分数φ:φ(Ⅱ)>φ(Ⅰ)D.平衡常数K:K(Ⅱ)思路点拨根据图像可知,向恒温恒容密闭容器中充入1 mol A和3 mol B发生反应,反应时间从开始到t1阶段,正反应速率不断减小,所以平衡向正反应方向移动,t1~t2时间段,正反应速率不变,反应达到平衡状态,t2~t3时间段,改变条件使正反应速率逐渐增大,平衡向逆反应方向移动,t3以后反应达到新的平衡状态。
答案 BC　
对点演练2-1.(2021湖南株洲调研)已知:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)ΔH=-m kJ·mol-1。在2 L密闭容器中通入3 mol H2和1 mol N2,测得不同温度下,NH3的产率随时间的变化如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A.ΔH>0,T2>T1B.达到平衡时,T1温度对应反应放出的热量为m kJC.平衡时,通入氩气平衡正向移动D.平衡常数Ka答案 D　
解析 根据“先拐先平数值大”知,T12-2.(2021辽宁沈阳二中四模节选)氮的氧化物是造成大气污染的主要物质。研究氮氧化物的反应机理对于消除环境污染有重要意义。(1)用活性炭还原法处理氮氧化物的有关反应为C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g)。向恒容密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,T ℃时,各物质起始浓度及10 min和20 min各物质平衡浓度如表所示:
①T ℃时,该反应的平衡常数为　　　　(保留至小数点后两位)。 ②在10 min时,若只改变某一条件使平衡发生移动,20 min时重新达到平衡,则改变的条件是　。 
(2)NO2存在如下平衡:2NO2(g) N2O4(g)　ΔH<0,在一定条件下NO2与N2O4的消耗速率与各自的分压(分压=总压×物质的量分数)有如下关系:v(NO2)=k1·p2(NO2),v(N2O4)=k2·p(N2O4),相应的速率与其分压关系如图所示。一定温度下,k1、k2与平衡常数Kp(压力平衡常数,用平衡分压代替平衡浓度计算)间的关系是k1=　　　　;在图中标出的点中,能表示反应达到平衡状态的点是　　　　。 
答案 (1)①0.56　②分离出了二氧化碳(2)2k2·Kp　B、D
②根据表中数值知,NO、CO2的浓度减小,N2的浓度增大,说明改变的条件是分离出了CO2;
考向3　化学平衡常数的计算与应用真题示例3-1.(2020山东卷,18节选)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素,有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:
回答下列问题:(1)一定条件下,向体积为V L的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2发生上述反应,达到平衡时,容器中CH3OH(g)为a mol,CO为b mol,此时H2O(g)的浓度为　　　　　 mol·L-1(用含a、b、V的代数式表示,下同),反应Ⅲ的平衡常数为　。 (2)不同压强下,按照n(CO2)∶n(H2)=1∶3投料,实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如下图所示。
其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图　　　　(填“甲”或“乙”);压强p1、p2、p3由大到小的顺序为　　　　;图乙中T1温度时,三条曲线几乎交于一点的原因是　 　。 (3)为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率,应选择的反应条件为　　　　(填标号)。 A.低温、高压 B.高温、低压C.低温、低压 D.高温、高压
思路点拨
(1)物质的量浓度的计算——根据化学方程式计算。设反应Ⅰ生成CH3OH物质的量为x mol;反应Ⅲ生成CO物质的量为y mol。
反应Ⅰ:　CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)转化/mol x 3x 　　x 　x反应Ⅱ:　　CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)转化/mol a-x 2a-2x a-x反应Ⅲ:　　CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)转化/mol y y y y
根据题意有n(CO)=[y-(a-x)] mol=b mol,则x+y=a+b。
平衡常数的计算——利用定义表达式计算。
(2)图像的判断和分析。
①图像的含义:根据盖斯定律可知Ⅰ-Ⅱ=Ⅲ,则ΔH3=+40.9 kJ·mol-1,反应Ⅲ为吸热反应。反应Ⅰ和Ⅱ为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,则CH3OH的平衡产率减小,所以图甲表示CH3OH的平衡产率;图乙中,由于反应Ⅰ和Ⅱ为放热反应,随着温度升高,平衡逆向移动,CO2的平衡转化率降低;反应Ⅲ为吸热反应,升高温度平衡向正反应方向移动,升高至一定温度后以反应Ⅲ为主,CO2的平衡转化率又升高,所以图乙表示CO2的平衡转化率。
②压强大小的比较:反应Ⅰ和Ⅱ是气体体积减小的反应,增大压强反应Ⅰ和Ⅱ化学平衡正向移动;反应Ⅲ气体体积不变,平衡不移动。即随着压强增大CH3OH的平衡产率增大,所以压强关系为p1>p2>p3。③特殊点的分析:随着温度升高,反应Ⅰ和Ⅱ化学平衡逆向移动,反应Ⅲ化学平衡正向移动,所以T1温度时,三条曲线交于一点的原因为:T1时以反应Ⅲ为主,反应Ⅲ前后气体分子数相等,压强改变对平衡没有影响。
(3)外界条件对化学平衡的影响。根据图甲、图乙可知,温度越低,CO2的平衡转化率越大,CH3OH的平衡产率越大;压强越大,CO2的平衡转化率越大,CH3OH的平衡产率越大。因此选择低温和高压,A项正确。
(2)乙　p1、p2、p3　T1时以反应Ⅲ为主,反应Ⅲ前后气体分子数相等,压强改变对平衡没有影响(3)A
3-2.(2020全国Ⅲ卷,28)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。回答下列问题:(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中,产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)=　　　　。当反应达到平衡时,若增大压强,则n(C2H4)　　　　(填 “变大”“变小”或“不变”)。 (2)理论计算表明,原料初始组成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,在体系压强为0.1 MPa,反应达到平衡时,四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
图中,表示C2H4、CO2变化的曲线分别是　　　　、　　　　。CO2催化加氢合成C2H4反应的ΔH　　　　(填“大于”或“小于”)0。 
(3)根据图中点A(440 K,0.39),计算该温度时反应的平衡常数Kp=　　　　　　　　　　　　　　　　(MPa)-3(列出计算式。 以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。 (4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应,生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烃。一定温度和压强条件下,为了提高反应速率和乙烯选择性,应当　　　　　　　　　　　　。 
思路点拨(1)①陌生化学方程式的书写
2CO2+6H2 CH2=CH2+4H2O根据化学方程式可知,该反应中产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)=1∶4。②外界条件对平衡的影响第一步,分析化学反应的特点。该反应的反应物和生成物均为气态,且反应物的化学计量数之和大于生成物的化学计量数之和。第二步,得出增大压强导致n(C2H4)的变化。增大压强,化学平衡向正反应方向移动,n(C2H4)变大。
(2)①化学平衡图像的分析390 ℃时,a、c曲线所表示物质的物质的量比约为3∶1;b、d曲线所表示的物质的物质的量比约为4∶1,由此可知,a、b、c、d曲线所表示的物质分别为H2、H2O、CO2、C2H4。②外界条件对平衡的影响由题给图像可知,随着温度的升高,a、c所表示的H2和CO2物质的量逐渐增大,说明平衡逆向移动,因此该反应是放热反应,即ΔH小于0。
(3)Kp的计算——利用定义表达式的计算第一步,写出定义表达式
第二步,找数据
第三步,代数计算
(4)反应条件的选择
结论:为了同时提高反应速率和乙烯的选择性,应当选择合适的催化剂。
答案 (1)1∶4　变大　(2)d　c　小于
(4)选择合适催化剂等
对点演练3-1.(2021广东六校三模)H2S分解反应:2H2S(g) 2H2(g)+S2(g)在无催化剂及Al2O3催化下,恒容密闭容器中只充入H2S,在反应器中不同温度时反应,每间隔相同时间测定一次H2S的转化率,其转化率与温度的关系如图所示:
下列说法错误的是(　　)A.该反应的ΔH>0B.由图可知,1 100 ℃时Al2O3几乎失去催化活性C.不加催化剂时,温度越高,反应速率越快,达到平衡的时间越短D.A点达到平衡时,若此时气体总压强为p,则平衡常数Kp=0.25p
答案 D　
解析 由图可知,升高温度,H2S的转化率增大,说明升高温度,平衡向正反应方向移动,正反应为吸热反应,ΔH>0,A项正确;1 100 ℃,有催化剂和无催化剂时,H2S的转化率相等,表明Al2O3几乎失去催化活性,B项正确;不加催化剂时,温度越高,反应速率越快,达到平衡的时间越短,C项正确;A点达到平衡时,H2S的转化率为50%,设加入的H2S的物质的量为x,列出三段式:　　　2H2S(g) 2H2(g)+S2(g)起始 x 0 0转化 0.5x 0.5x 0.25x平衡 0.5x 0.5x 0.25x
3-2.(2021河南六市二模节选)H2S广泛存在于天然气等燃气及废水中,热分解或氧化H2S有利于环境保护并回收硫资源。回答下列问题:(1)用氯气除去废水中H2S的反应为Cl2(aq)+H2S(aq) S(s)+2HCl(aq),该反应的正、逆反应速率表达式分别为v正=k正×c(Cl2)×c(H2S),v逆=k逆×c2(HCl),(k正、k逆分别为正、逆反应的反应速率常数,只与温度有关),化学平衡常数K与k正、k逆的关系是　　　　　　　。 
(2)H2S可用于高效制取氢气,发生的反应为2H2S(g) S2(g)+2H2(g)。若起始时容器中只有H2S,平衡时三种物质的物质的量与裂解温度的关系如图1所示:
①A、B两点化学平衡常数较大的是　　　　(填“KA”或“KB”)。 ②A点时S2的体积分数是　　　　　　。 ③若在两个等体积的恒容容器中分别加入2.0 mol H2S、1.0 mol H2S,测得不同温度下H2S的平衡转化率如图2所示。代表1.0 mol H2S分解的曲线是　　　　　(填“甲”或“乙”);M、N两点容器内的压强:p(N)　　　　　2p(M)(填“大于”或“小于”)。 
(3)某科研团队进行了H2S热分解实验:2H2S(g)==2H2(g)+S2(g),开始时,当1 mol H2S与23.75 mol Ar混合,在101 kPa及不同温度下反应达平衡时H2、H2S及S2(g)的体积分数如图3所示, 该反应在Q点对应温度下的平衡常数Kp=　　　　 kPa(Kp为以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数,结果保留小数点后两位)。 
(2)①升高温度,平衡时生成物的物质的量增大,所以促进平衡正向移动,即该反应为吸热反应,KB>KA;②由于生成物n(H2)∶n(S2)=2∶1,所以曲线n对应的是H2的物质的量,曲线m对应的是H2S的物质的量,
2H2S(g) S2(g)+2H2(g) 8 4 8
③加入2.0 mol H2S的容器与加入1.0 mol H2S的容器相比,相当于加压,平衡逆移,即转化率减小,所以甲对应1.0 mol H2S分解的曲线;M、N两点容器内H2S的转化率相同,平衡时N点气体物质的量为M点的2倍,但N点温度较高,所以2p(M)(3)Q点时,H2和H2S体积分数相同,设生成S2的物质的量为a mol,　　　　　　 2H2S S2　+　2H2起始物质的量/mol 1 0 0转化物质的量/mol 2a a 2a平衡物质的量/mol 1-2a a 2a
方法技巧
易错防范•不失分
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)2H2O 2H2↑+O2↑为可逆反应。(　　)(2)对于反应A(g)+B(g) C(g)+D(g),压强不随时间而变,说明反应已达平衡状态。(　　)(3)恒温恒容下进行的可逆反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时,反应达到平衡状态。(　　)(4)化学平衡状态指的是反应静止了,不再发生反应了。(　　)
(5)对于反应A(g)+B(g) 2C(g)+D(g),当密度保持不变,在恒温恒容或恒温恒压条件下,均不能作为达到化学平衡状态的标志。(　　)(6)化学平衡正向移动,反应物的转化率不一定增大。(　　)(7)二氧化氮与四氧化二氮的平衡体系,加压后颜色加深。(　　)(8)平衡常数发生变化,化学平衡必定发生移动。(　　)(9)平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度。(　　)(10)对某一可逆反应,升高温度则化学平衡常数一定变大。(　　)
答案 (1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√　(7)√　(8)√　(9)√　(10)×
考点三　化学反应速率与化学 平衡的有关图像
要点归纳•再提升
1.常见基本图像[以反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)为例,已知该反应ΔH>0,m+n>p+q](1)速率曲线图
(2)转化率曲线图
2.几种特殊的图像(1)对于化学反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),如下图甲、乙,M点之前,表示从反应物开始,v正>v逆;M点达到平衡;M点之后为平衡受温度的影响情况,即升温时A的百分含量增加、C的百分含量减少,平衡左移,故正反应的ΔH<0。
(2)对于化学反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),如上图丙,l曲线上所有的点都是平衡点。l曲线的左上方(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点时v正>v逆;则l曲线的右下方(F点)v正3.速率、平衡图像题的分析方法
经典对练•得高分
考向　利用图像综合考查反应速率和化学平衡真题示例1.(2020全国Ⅰ卷,28节选)硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+ O2(g) SO3(g)　ΔH=-98 kJ·mol-1。回答下列问题:(1)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时,在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa压强下,SO2平衡转化率α随温度的变化如图(a)所示。反应在5.0 MPa、550 ℃时的α=　　　,判断的依据是　 　。 影响α的因素有　　　　　　　　　　　　　　。 
图(a)
(2)将组成(物质的量分数)为2m% SO2(g)、m% O2(g)和q% N2(g)的气体通入反应器,在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时,若SO2转化率为α,则SO3压强为　　　　　　　, 平衡常数Kp=　　　　　　　　　　(以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。 
(3)研究表明,SO2催化氧化的反应速率方程为:
式中:k为反应速率常数,随温度t升高而增大;α为SO2平衡转化率,α'为某时刻SO2转化率,n为常数。在α'=0.90时,将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程,得到v~t曲线,如图(b)所示。
图(b)
曲线上v最大值所对应温度称为该α'下反应的最适宜温度tm。ttm后,v逐渐下降。原因是 　。 
思路点拨(1)化学平衡图像的分析。
(2)化学平衡的定量计算。①三段式法。假设原气体的物质的量为100 mol,则SO2、O2和N2的物质的量分别为2m mol、m mol和q mol,2m+m+q=3m+q=100,SO2的平衡转化率为α,则有下列关系:
起始量/mol 2m m 0变化量/mol 2mα mα 2mα平衡量/mol 2m(1-α) m(1-α) 2mα
平衡时气体的总物质的量为n(总)=[2m(1-α)+m(1-α)+2mα] mol+q mol,则SO3的物质的量分数为
②利用Kp定义表达式的计算。第一步,写出定义表达式。
第二步,找数据
第三步,代数计算。
(3)根据题给信息分析判断。第一步,明确要求:根据题给反应速率方程,分析不同温度范围温度的变化影响反应速率大小的原因。第二步,分析反应速率方程。
第三步,结合题设要求分析判断。分析反应速率方程式可知,此情况下,反应速率与二氧化硫平衡转化率和反应速率常数有关。二氧化硫平衡转化率:由于该反应是放热反应,升高温度,α降低,因此升高温度有使反应速率减小的倾向。反应速率常数:随温度升高而增大,因此升高温度有使反应速率增大的倾向。由此可知,当ttm,k增大对v的影响小于α降低引起的影响。
答案 (1)0.975　该反应气体分子数减少,增大压强,α提高。5.0 MPa>2.5 MPa=p2,所以p1=5.0 MPa　温度、压强和反应物的起始浓度(组成)
(3)升高温度,k增大使v逐渐提高,但α降低使v逐渐下降。ttm后,k增大对v的提高小于α引起的降低
(2)某温度下,等物质的量的碘和环戊烯( )在刚性容器内发生反应③,起始总压为105 Pa,平衡时总压增加了20%,环戊烯的转化率为　　　　　,该反应的平衡常数Kp=　　　　　　　　 Pa。达到平衡后,欲增加环戊烯的平衡转化率,可采取的措施有　　　　　(填标号)。 A.通入惰性气体B.提高温度C.增加环戊烯浓度D.增加碘浓度
(3)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体,该反应为可逆反应。不同温度下,溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示,下列说法正确的是　　　(填标号)。 
A.T1>T2B.a点的反应速率小于c点的反应速率C.a点的正反应速率大于b点的逆反应速率D.b点时二聚体的浓度为0.45 mol·L-1
思路点拨(1)根据盖斯定律计算目标反应的ΔH。
第三步:列式计算。ΔH3=ΔH1+ΔH2=100.3 kJ·mol-1+(-11.0 kJ·mol-1)=89.3 kJ·mol-1。
(2)根据定义式计算转化率。①假设反应前碘单质与环戊烯的物质的量均为n mol,平衡时环戊烯反应了x mol,根据题意可知:
1 mol　1 mol　1 mol　2 mol　　　1 molx mol　　　　　　　　　　　　　2n×20% mol
②利用“三段式法”计算压强平衡常数。
p(初)/Pa　0.5×105　0.5×105　　　0　　　　　0Δp/Pa　 0.5× 0.5×105 0.5×105 1×105 105×40%　 ×40% ×40% ×40%p(平)/Pa 0.3×105　 0.3×105　　0.2×105　0.4×105
③根据平衡移动原理分析。第一步:确定对象。该反应为气体物质的量增大的反应。第二步:明确移动结果。环戊烯的平衡转化率增大。第三步:确定外界条件的改变。逐项分析,根据环戊烯平衡转化率增大确定外界条件的改变。
(3)根据浓度与时间图像分析判断。
答案 (1)89.3　(2)40%　3.56×104　BD　(3)CD
对点演练
1.(双选)(2021湖南长郡十五校联考)利用液化石油气中的丙烷脱氢可制取丙烯:C3H8(g) C3H6(g)+H2(g)ΔH。将1 mol丙烷充入某恒压密闭容器中,起始体积为2 L,在不同温度、压强下测得平衡时反应体系中丙烷与丙烯的物质的量分数如图所示(已知p1为0.1 MPa)。
下列说法错误的是(　　)A.反应的ΔH>0B.压强p2<0.1 MPaC.556 ℃、压强为p1时,该反应的压强平衡常数为D.556 ℃、压强为p1时,容器中通入1.2 mol C3H8、0.8 mol C3H6、0.6 mol H2,此时v正>v逆
答案 CD　
解析 图像中物质的量分数随温度升高丙烯增加,丙烷减少,说明升温平衡正向移动,正反应为吸热反应,反应的ΔH>0,A正确;温度一定时,增大压强平衡逆向移动,丙烯的物质的量分数减小,p2压强下丙烯物质的量分数大于p1状态,说明p1>p2,即压强p2<0.1 MPa,B正确;根据图像可知556 ℃、压强为p1时,平衡时丙烷的物质的量分数为50%,则p(C3H8)=0.5p1=0.05 MPa,根据方程式C3H8(g) C3H6(g)+H2(g)可知,剩余50%的气体中,丙烯和氢气各占一半,所以p(C3H6)=p(H2)=0.025 MPa,所以压强平衡常数
C错误;根据图像可知,556 ℃、压强p1时,平衡时丙烷的物质的量分数为50%,设起始时丙烷的物质的量为1 mol,平衡时消耗C3H8的物质的量为x,列三段式有:
　 C3H8(g) C3H6(g)+H2(g)起始/mol 1 0 0转化/mol x x x平衡/mol 1-x x x
2.(2021湖南常德3月一模)含氮化合物在生活、生产、研究领域至关重要。回答下列问题:已知:
(1)反应Ⅲ的正反应活化能为Ea kJ·mol-1,则逆反应活化能为　　　　 kJ·mol-1(用含Ea的式子表示)。 (2)我国学者在刚性容器中按投料比 =1发生反应Ⅲ,不同催化剂条件下,反应相同时间测得NO转化率与温度的关系如图。
①下列能够说明该反应已达到化学平衡状态的是　　　　(填标号)。 A.2v逆(NO)=v正(N2)B.混合气体的密度不再变化C.容器内总压强不再变化D.混合气体的平均相对分子质量不再变化②使用催化剂乙时,NO转化率随温度升高先增大后减小的可能原因是　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)氨气可还原氮氧化物,工业上常利用反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0合成氨气。在30 MPa、不同物质的量分数(75%的H2和25%的N2;67.5%的H2、22.5%的N2和10%的惰性气体)条件下进行实验,测得平衡时,NH3的体积分数与温度的关系如图。
①物质的量分数为75%的H2和25%的N2对应的曲线是　　　　(填“a”或“b”)。 ②M点,该反应的压强平衡常数Kp=　　　　　　(MPa)-2(用平衡分压代替平衡浓度,分压=总压×物质的量分数)。 
答案 (1)Ea+664.1　(2)①CD　②该反应未达平衡,温度低于350 ℃时,温度升高,NO的转化率随着化学反应速率增大而增大;温度高于350 ℃时,催化剂失活或活性降低　③1　越大
解析 (1)根据盖斯定律可得反应Ⅲ的ΔH=ΔH1-ΔH2=-664.1 kJ·mol-1,又因为ΔH=正反应活化能-逆反应活化能=-664.1 kJ·mol-1,所以逆反应活化能=(Ea+664.1) kJ·mol-1。(2)①正反应速率=逆反应速率时反应达到平衡状态,反应Ⅲ达到平衡时v逆(NO)∶v正(N2)=2∶1,所以v逆(NO)=2v正(N2),A项错误;混合气体的密度 ,容器为刚性容器,所以容积不变,而混合气体的总质量也不变,所以混合气体的密度任何时候都不发生改变,故不能判定反应是否达到平衡状态,B项错误;该反应是一个气体体积减小的反应,平衡之前,容器内的压强随反应的进行不断变化,当反应达到平衡后,容器内的压强不再发生
改变,C项正确;混合气体的相对分子质量= ,混合气体的质量恒定不变,但是平衡前混合气体的物质的量一直发生变化,所以相对分子质量也在改变。若相对分子质量不变,则说明该反应达到平衡状态,D项正确。②使用催化剂乙时,NO的转化率随温度升高先增大后减小的原因是该反应未达到平衡,温度低于350 ℃时,随温度升高,NO的转化率随着化学反应速率增大而增大,当温度高于350 ℃时,催化剂失活或活性降低。③温度为T1时,假设初始时氢气和一氧化氮的物质的量都为1 mol,容器的容积为1 L,
(3)①温度相同的条件下,反应物的浓度越大,生成的产物越多。从图中可以看到,当温度相同时,曲线a位于曲线b的上方,说明曲线a代表的应该是75%的氢气和25%的氮气。②根据题意可知,初始时氢气的分压为30 MPa×75%= MPa,氮气的分压为30 MPa×25%= MPa,假设平衡时氮气的变化分压为x MPa,那么氢气的变化分压为3x MPa,氨气的变化分压为2x MPa,则有:
　　　　　　N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
易错防范•不失分
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)平衡时,其他条件不变,分离出固体生成物,v正加快。(　　)(2)化学平衡发生移动,速率一定改变。速率改变,化学平衡一定发生移动。(　　)(3)反应A(g)+3B(g) 2C(g)达平衡后,温度不变,增大压强,平衡正向移动,平衡常数K值增大。(　　)(4)C(s)+CO2(g) 2CO(g)　ΔH>0,其他条件不变时升高温度,反应速率v(CO2)和CO2的平衡转化率均增大。(　　)
(5)合成氨反应需使用催化剂,说明催化剂可以促进该平衡向生成氨的方向移动。(　　)(6)其他条件不变,使用不同催化剂,反应的平衡常数不变。(　　)(7)改变条件,使反应物的平衡转化率都增大,该可逆反应的平衡常数一定增大。(　　)
答案 (1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√　(7)×
专项模块　素养培优
(九)　化学反应原理综合题解题策略
本题型一般取材于能源、环境问题、化工生产等情景,题目围绕一个主题,将热化学、化学反应速率、电化学及化学平衡知识融合在一起进行考查,每个小题相对独立;题目中结合图像、表格、数据、装置等信息,考查考生的阅读、读图、分析归纳能力,试题的难度增加。考点主要涉及盖斯定律与热化学方程式、化学反应速率的计算及其影响因素的分析、平衡常数计算及其影响因素的分析、化学平衡移动及其影响因素的分析、电极反应方程式书写等。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,应予以关注。
1.(2021广东新高考适应卷,19)温室气体的利用是当前环境和能源领域的研究热点。Ⅰ.CH4与CO2重整可以同时利用两种温室气体,其工艺过程中涉及如下反应:
题型突破
题型1　化学图表、图像等信息的提取和加工
(2)一定条件下,向体积为V L的密闭容器中通入CH4、CO2各1.0 mol及少量O2,测得不同温度下反应平衡时各产物产量如图所示。
①图中a和b分别代表产物　　　　和　　　　,当温度高于900 K,H2O的产量随温度升高而下降的主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ②1 100 K时,CH4与CO2的转化率分别为95%和90%,反应①的平衡常数K=　　　　　　(写出计算式)。 
Ⅱ.Ni-CeO2催化CO2加H2形成CH4的反应历程如图1所示(吸附在催化剂表面的物种用*标注),含碳产物中CH4的物质的量百分数(Y)及CO2的转化率随温度的变化如图2所示。
(3)下列对CO2甲烷化反应体系的说法合理的有　　　　。 A.含碳副产物的产率均低于CH4B.存在反应CO2+4H2 CH4+2H2OC.存在副反应CO2+H2 CO+H2OD.CO2转化为CH4的过程中发生了能量转化E.温度高于260 ℃后,升高温度,甲烷产率几乎不变(4)CO2甲烷化的过程中,保持CO2与H2的体积比为1∶4,反应气的总流量控制在40 mL·min-1,320 ℃时测得CO2转化率为80%,则CO2反应速率为　　　　　　　 mL·min-1。 
解析Ⅰ.(1)将反应 O2(g)+H2(g)==H2O(g)标记为反应④,由盖斯定律可知,①=②+③-④,故ΔH1=ΔH2+ΔH3-ΔH=41.2 kJ·mol-1-35.6 kJ·mol-1+241.8 kJ·mol-1=+247.4 kJ·mol-1。(2)①由反应①②③可知,反应产物有CO、H2和H2O,生成的H2会在反应②中与CO2反应生成CO,CO的产量高于H2,故a曲线表示产物H2,b曲线表示产物CO;反应②是吸热反应,升高温度,平衡正向移动,H2O的产量增大,但反应 O2(g)+H2(g) ==H2O(g)为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,H2O的产量减小,故当温度高于900 K,H2O的产量随温度升高而下降的主要原因是升高温度,使反应 O2(g)+H2(g) ==H2O(g)的平衡逆向移动,H2O的含量减小。
Ⅱ.(3)由图可知,含碳产物中CH4的物质的量百分数Y≥70%,则含碳副产物的产率≤30%,故含碳副产物的产率均低于CH4,A正确;由Ni-CeO2催化CO2加H2形成CH4的反应历程图可知,存在反应CO2+4H2 CH4+2H2O,同时存在副反应CO2+H2 CO+H2O,B、C正确;化学反应均伴随着物质变化和能量变化,D正确;由题图2可知,当温度高于260 ℃后,含碳产物中CH4的物质的量百分数几乎不再变化,即甲烷产率几乎不变,E正确;
答案 (1)+247.4(2)①H2　CO　反应 O2(g)+H2(g) ==H2O(g)是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,H2O的含量减小
(3)ABCDE　(4)6.4
2.(2021湖南新高考适应卷,17)氨基甲酸铵(H2NCOONH4)为尿素生产过程的中间产物,易分解。某小组对氨基甲酸铵的分解实验进行探究。已知:Ⅰ.N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH1=-92.4 kJ·mol-1Ⅱ.C(s)+O2(g) CO2(g)　ΔH2=-393.8 kJ·mol-1Ⅲ.N2(g)+3H2(g)+C(s)+O2(g) H2NCOONH4(s)　ΔH3=-645.7 kJ·mol-1回答下列问题:(1)写出H2NCOONH4分解生成NH3与CO2气体的热化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)恒容条件下,实验测得数据如下表所示:
①恒温恒容时,下列能够说明该反应已达到化学平衡状态的是　　　　(填标号)。 A.容器内总压强不再改变B.2v正(NH3)=v逆(CO2)C.c2(NH3)·c(CO2)的值不再改变D.NH3的体积分数不再改变
②某温度下,该反应平衡时容器内总压强为p,写出该反应的压强平衡常数的计算式Kp=　　　　　　(用平衡分压代替平衡浓度,分压=总压×物质的量分数)。 ③随着温度升高,Kp逐渐　　　　(填“增大”“减小”或“不变”),其主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　。 ④某温度下,达到平衡后,欲增加NH3的平衡浓度,可釆取的措施有　　　　(填标号)。 A.加H2NCOONH4B.加催化剂C.减小体积,增大压强D.移走CO2
(2)①恒温恒容条件下,随着氨基甲酸铵的分解,容器内总压强不断增大,若压强不变,则反应达到平衡状态,故A正确;平衡时,NH3的正反应速率应该为CO2逆反应速率的2倍,即v正(NH3)=2v逆(CO2),故B错误;当反应达到平衡状态时,浓度商c2(NH3)·c(CO2)的值不再改变,故C正确;该反应生成的NH3和CO2的物质的量之比恒为2∶1,故NH3的体积分数一直不变,不能判断反应是否平衡,故D错误。
③根据表格中的数据,随着温度升高,p逐渐增大,则Kp逐渐增大,其主要原因是:氨基甲酸铵的分解是吸热反应,升高温度有利于反应正向进行,NH3和CO2的平衡分压均增大,压强平衡常数增大。④加入固体,不影响平衡移动,故A错误;加催化剂,不影响平衡移动,故B错误;减小体积,增大压强,容器内各气体浓度瞬间增大,平衡逆向移动,但最终达到平衡后,由于Kp不变,p(NH3)与p(CO2)之比仍然满足2∶1,则各气体浓度不变,故C错误;移走CO2,利于平衡正向移动,氨气的平衡浓度增大,故D正确。
答案 (1)H2NCOONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)　ΔH=+159.5 kJ·mol-1
③增大　氨基甲酸铵的分解是吸热反应,升高温度有利于反应正向进行,NH3和CO2的平衡分压均增大,压强平衡常数增大　④D(3)144.2
解题策略1.图表类分析
2.图像类分析
3.(2021辽宁新高考适应卷,18)环氧乙烷是高效消毒剂,可用于口罩等医用品消毒,工业上常用乙烯氧化法生产。
题型2　化学反应原理的语言表达
回答下列问题:(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　　　　(填标号)。 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
反应随温度升高平衡产率降低的可能原因为　　　　　　　　　　　　;其他条件不变时,降低环氧乙烷与HCl的投料比,环氧乙烷的平衡转化率将　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 (4)环氧乙烷经水解可得到乙二醇。乙二醇易溶于水的原因为　　　　　　　　　　　　　　　　　　;写出乙二醇—氧气碱性燃料电池的负极电极反应式:　  。
(2)降低温度会使得反应速率降低,A不选;向容器中充入N2使压强增大,若该容器的体积恒定,则该反应的反应速率不变且环氧乙烷的产率不变,B不选;改性催化剂可以增大反应速率,提高环氧乙烷的产率,C选;用空气替代氧气,氧气的浓度降低,反应速率降低,D不选。
答案 (1)-1 306.1 kJ·mol-1(2)C　(3)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(4)乙二醇分子中有2个—OH,与水分子形成氢键　
解题策略
应考训练1.(2021全国甲卷,28节选)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　　　　　　　　。 
(2)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(3)33.3%　5×105 Pa,210 ℃　9×105 Pa,250 ℃
(2)在压强恒定的条件下,由于反应的ΔH<0,随着温度的升高,平衡逆向移动,甲醇的物质的量分数变小,故图中对应等压过程的曲线是b。曲线a是恒温(250 ℃)条件下x(CH3OH)随压强变化的曲线。
(3)当x(CH3OH)=0.10时,由图像可知反应条件之一是5×105 Pa,210 ℃;设反应起始时n(H2)=3 mol,n(CO2)=1 mol,生成CH3OH物质的量为y,利用“三段式”分析如下:
CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)起始 1 mol 3 mol 0 0转化 y 3y y y平衡 1 mol-y 3 mol-3y y y
由图像可以看出,当x(CH3OH)=0.10时的另一个条件是温度为250 ℃及压强为9×105 Pa。
2.(2021全国乙卷,28)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:(1)历史上海藻提碘中得到一种红棕色液体,由于性质相似,Liebig误认为是ICl,从而错过了一种新元素的发现。该元素是　　　　　　。 (2)氯铂酸钡(BaPtCl6)固体加热时部分分解为BaCl2、Pt和Cl2,376.8 ℃时平衡常数Kp'=1.0×104 Pa2。在一硬质玻璃烧瓶中加入过量BaPtCl6,抽真空后,通过一支管通入碘蒸气(然后将支管封闭)。在376.8 ℃,碘蒸气初始压强为20.0 kPa。376.8 ℃平衡时,测得烧瓶中压强为32.5 kPa,则pICl=　　　　 kPa,反应2ICl(g)==Cl2(g)+I2(g)的平衡常数K=　　　　(列出计算式即可)。 
(3)McMorris测定和计算了在136~180 ℃范围内下列反应的平衡常数Kp:
①由图可知,NOCl分解为NO和Cl2反应的ΔH　　　　0(填“大于”或“小于”)。 ②反应2ICl(g) ==Cl2(g)+I2(g)的K=　　　　(用Kp1、Kp2表示);该反应的ΔH　　　0(填“大于”或“小于”),写出推理过程　 　。 (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。 
解析 (1)海藻中富含氯、溴、碘元素,海藻提碘过程中得到的红棕色液体应是溴单质(Br2),故错过发现的新元素为Br。
　 2ICl(g) Cl2(g)　　　+　　　I2(g)p起始 0 32.5 kPa-20.0 kPa 20.0 kPap转化 24.8 kPa 12.5 kPa-0.1 kPa 12.4 kPap平衡 24.8 kPa 0.1 kPa 7.6 kPa
(4)将两式相加得2NOCl+hν→2NO+Cl2,即分解1 mol NOCl需要吸收0.5 mol光子。
3.(2021湖南永州二模)据统计,约有90%以上的工业过程中需要使用催化剂,因此,对催化剂的研究已成为重要课题。
Ⅰ.结合实验与计算机模拟结果,研究了N2与H2在固体催化剂表面合成NH3的反应历程。图示为反应历程中的势能图(部分数据省略),其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。(1)氨气的脱附是　　　　　　(填“吸热”或“放热”)过程,合成氨的热化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)当使用铁催化剂时,合成氨的速率方程式为w=k1·p(N2) ,其中w为反应的瞬时总速率,等于正反应速率和逆反应速率之差,k1、k2是正、逆反应速率常数,则合成氨反应N2+3H2 2NH3的平衡常数Kp=　　　　　　　　　　　(用k1、k2表示)。 
(3)在使用同一催化剂时,将2.0 mol N2和6.0 mol H2通入容积为1 L的密闭容器中,分别在T1和T2温度下进行反应。曲线A表示T2时n(H2)的变化,曲线B表示T1时n(NH3)的变化,T2时反应到a点恰好达到平衡。
①T2温度下反应进行到某时刻,测得容器内气体的压强为起始时的80%,则此时v正　　　　　v逆(填“>”“<”或“=”)。 ②能否由图中数据得出温度T1>T2,试说明理由:  　。 Ⅱ.用催化剂Fe3(CO)12/ZSM-5催化CO2加氢合成乙烯的过程中,还会生成CH4、C3H6、C4H8等副产物,若在催化剂中添加Na、K、Cu助剂后(助剂也起催化作用)可改变反应的选择性(选择性指的是转化的CO2中生成C2H4的百分比)。在其他条件相同时,添加不同助剂,经过相同时间后测得CO2转化率和各产物的物质的量分数如下表:
(4)欲提高单位时间内乙烯的产量,在Fe3(CO)12/ZSM-5中添加　　　　　　助剂效果最好;加入助剂能提高单位时间内乙烯产量的根本原因是　　　　　　　　　　　。 
答案 (1)吸热　N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92 kJ·mol-1
(3)①>　②不能,因为温度不同,催化剂的活性不同,对反应速率造成的影响不同(4)K　助剂K降低了生成乙烯的反应所需要的活化能,加快乙烯的生成速率而对其他副反应的速率几乎无影响
(3)①T2温度下将2 mol N2和6 mol H2通入容积为1 L的密闭容器中,反应达到平衡时,根据“三段式”分析:　　　　　　　　N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)起始/(mol·L-1) 2.0 6.0 0转化/(mol·L-1) 1.0 3.0 2.0平衡/(mol·L-1) 1.0 3.0 2.0
随着反应的进行,容器内压强降低,若某时刻容器内气体的压强为起始时的80%,说明反应未达到平衡,则反应正向进行,即v正>v逆。②虽然反应时使用同一催化剂,都是将2.0 mol N2和6.0 mol H2通入容积为1 L的密闭容器中,但分别在T1和T2温度下进行反应。不能根据图示信息判断温度的相对高低,因为温度不同,催化剂的活性不同,对反应速率造成的影响不同。(4)由表中数据可知,Na作助剂时其他副反应占比大,Cu作助剂时CO2转化率低,兼顾乙烯的产率、CO2转化率和对副反应的影响,选择添加K作助剂效果最好。加入助剂能提高单位时间内乙烯产量的根本原因是助剂K降低了生成乙烯的反应所需要的活化能,加快乙烯的生成速率而对其他副反应的速率几乎无影响。