資源簡介

熱化學、電化學與化學反應速率、平衡的綜合分析
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.題型特點
這類試題往往以化學反應速率、化學平衡知識為主題，借助圖像、圖表的手段，綜合考查關聯知識，關聯知識主要有：
(1)ΔH符號的判斷、熱化學方程式的書寫、應用蓋斯定律計算ΔH。
(2)化學反應速率的計算與比較，外因對化學反應速率的影響(濃度、壓強、溫度、催化劑)。
(3)平衡常數、轉化率的計算，溫度對平衡常數的影響；化學平衡狀態的判斷，用化學平衡的影響因素進行分析和解釋。
(4)在多層次曲線圖中反映化學反應速率、化學平衡與溫度、壓強、濃度的關系。
2.解答化學平衡移動問題的步驟
(1)正確分析反應特點：包括反應物、生成物的狀態，氣體體積變化，反應的熱效應。
(2)明確外界反應條件：恒溫恒容、恒溫恒壓、反應溫度是否變化、反應物投料比是否變化。
(3)結合圖像或K與Q的關系、平衡移動原理等，判斷平衡移動的方向或結果。
3.分析圖表與作圖時應注意的問題
(1)仔細分析并準確畫出曲線的最高點、最低點、拐點和平衡點。
(2)找準縱坐標與橫坐標的對應數據。
(3)描繪曲線時注意點與點之間的連接關系。
(4)分析表格數據時，找出數據大小的變化規律。
4.解答有關平衡常數的計算
(1)結合題意，運用“三段式”，分析計算、確定各物理量的變化。
(2)多重平衡體系的計算用好連續計算法(分設變量)、守恒法兩種方法。
(3)多重平衡體系達到整體綜合平衡后，每種平衡組分都只能有一個平衡濃度。
1.(2024·江蘇，17)氫能是理想清潔能源，氫能產業鏈由制氫、儲氫和用氫組成。
(1)利用鐵及其氧化物循環制氫，原理如圖所示。反應器Ⅰ中化合價發生改變的元素有　　　　　；含CO和H2各1 mol的混合氣體通過該方法制氫，理論上可獲得　　　 mol H2。
(2)一定條件下，將氮氣和氫氣按n(N2)∶n(H2)=1∶3混合勻速通入合成塔，發生反應N2+3H22NH3。海綿狀的α Fe作催化劑，多孔Al2O3作為α Fe的“骨架”和氣體吸附劑。
①H2中含有CO會使催化劑中毒。CH3COO[Cu]和氨水的混合溶液能吸收CO生成CH3COO[CuCO]溶液，該反應的化學方程式為　　　　。
②Al2O3含量與α Fe表面積、出口處氨含量關系如圖所示。Al2O3含量大于2%，出口處氨含量下降的原因是　　　 　　　　。
(3)反應H2+HCOO-+H2O可用于儲氫。
①密閉容器中，其他條件不變，向含有催化劑的0.1 mol·L-1 NaHCO3溶液中通入H2，HCOO-產率隨溫度變化如圖所示。溫度高于70 ℃，HCOO-產率下降的可能原因是　　　 　　　　。
②使用含氨基物質(化學式為CN—NH2，CN是一種碳衍生材料)聯合Pd Au催化劑儲氫，可能機理如圖所示。氨基能將控制在催化劑表面，其原理是　　　 　　　　；
用重氫氣(D2)代替H2，通過檢測是否存在　　　　　　　(填化學式)確認反應過程中的加氫方式。
2.(2023·江蘇，17)空氣中CO2含量的控制和CO2資源利用具有重要意義。
(1)燃煤煙氣中CO2的捕集可通過如下所示的物質轉化實現。
“吸收”后所得的KHCO3溶液與石灰乳反應的化學方程式為　　　　；
載人航天器內，常用LiOH固體而很少用KOH固體吸收空氣中的CO2，其原因是　　　　　。
(2)合成尿素[CO]是利用CO2的途徑之一、尿素合成主要通過下列反應實現
反應Ⅰ：2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(l)
反應Ⅱ：NH2COONH4(l)CO(l)+H2O(l)
①密閉體系中反應Ⅰ的平衡常數(K)與溫度的關系如圖甲所示，反應Ⅰ的ΔH　　(填“=0”“>0”或“<0”)。
②反應體系中除發生反應Ⅰ、反應Ⅱ外，還發生尿素水解、尿素縮合生成縮二脲[(NH2CO)2NH]和尿素轉化為氰酸銨(NH4OCN)等副反應。尿素生產中實際投入NH3和CO2的物質的量之比為n(NH3)∶n(CO2)=4∶1，其實際投料比值遠大于理論值的原因是　　　 　　　　。
(3)催化電解吸收CO2的KOH溶液可將CO2轉化為有機物。在相同條件下，恒定通過電解池的電量，電解得到的部分還原產物的法拉第效率(FE%)隨電解電壓的變化如圖乙所示。
FE%=×100%
其中，QX=nF，n表示電解生成還原產物X所轉移電子的物質的量，F表示法拉第常數。
①當電解電壓為U1V時，電解過程中含碳還原產物的FE%為0，陰極主要還原產物為　　　　　　　(填化學式)。
②當電解電壓為U2V時，陰極由生成CH4的電極反應式為　　　 　　　　。
③當電解電壓為U3V時，電解生成的C2H4和HCOO-的物質的量之比為　　　 　　　　(寫出計算過程)。
答案精析
真題演練
1.(1)C、H、Fe　　(2)①CH3COO［Cu］+NH3·H2O+COCH3COO［Cu(NH3)3CO］+H2O　②多孔Al2O3可作為氣體吸附劑，含量過多會吸附生成的NH3，且Al2O3含量大于2%時，α Fe表面積減小，反應速率減小，這也會導致產生的NH3減少　(3)①NaHCO3受熱分解，導致HCOO-產率下降　②—NH2可以與形成氫鍵　CN—NHD或DCOO-
解析　(1)反應器Ⅰ中參與反應的物質有CO、H2、Fe2O3，產物有 CO2、H2O、Fe，發生反應：3CO+Fe2O32Fe+3CO2、3H2+Fe2O32Fe+3H2O，化合價發生改變的元素有 C、H、Fe；CO、H2各1 mol參與上述反應，各生成 mol Fe，共生成 mol Fe， mol Fe在反應器Ⅱ中發生反應3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2，則共生成= mol H2。(3)②氨基和碳酸氫根離子可以形成氫鍵N—H…O、N…H—O，形成的氫鍵將碳酸氫根離子控制在催化劑表面；由圖可知，步驟Ⅱ發生的反應為氨基和碳酸氫根離子中的羥基發生取代反應生成水，氫氣發生共價鍵斷裂，氫原子被CN吸附，步驟Ⅲ發生的反應為碳氮鍵發生斷裂，碳原子和氮原子分別與氫原子結合生成CN—NH2和HCOO-，則用D2代替氫氣，得到的產物為CN—NHD和DCOO-，所以通過檢測是否存在CN—NHD或DCOO-可確認反應過程中的加氫方式。
2.(1)KHCO3+Ca(OH)2CaCO3+KOH+H2O
相同質量的LiOH固體可吸收更多二氧化碳
(2)①<0　②適當抑制副反應的發生，氨氣與二氧化碳的投料比越大，二氧化碳轉化率越高
(3)①H2　②HC+8e-+6H2OCH4↑+9OH-　③每生成1 mol C2H4轉移12 mol e-，每生成1 mol HCOO-轉移2 mol e-，故電解生成的C2H4和HCOO-的物質的量之比為∶=1∶2
解析　(1)由圖可知“吸收”后所得的KHCO3溶液與石灰乳反應生成碳酸鈣用于煅燒產生二氧化碳，產物KOH可回收利用，故化學方程式為KHCO3+Ca(OH)2CaCO3+KOH+H2O。(2)①由圖甲可知升高溫度反應Ⅰ的lg K減小，說明溫度升高平衡逆向移動，故正反應為放熱反應，其ΔH<0。(3)①當電解電壓為U1V時，電解過程中含碳還原產物的FE%為0，說明二氧化碳未得電子，為H2O放電變成氫氣。②當電解電壓為U2V時，根據得失電子守恒、原子守恒和電荷守恒可知堿性條件下陰極由生成CH4的電極反應式為HC+8e-+6H2OCH4↑+9OH-。(共21張PPT)
熱化學、電化學與化學反應速率、平衡的綜合分析
專題五 大題突破1
1.題型特點
這類試題往往以化學反應速率、化學平衡知識為主題，借助圖像、圖表的手段，綜合考查關聯知識，關聯知識主要有：
(1)ΔH符號的判斷、熱化學方程式的書寫、應用蓋斯定律計算ΔH。
(2)化學反應速率的計算與比較，外因對化學反應速率的影響(濃度、壓強、溫度、催化劑)。
(3)平衡常數、轉化率的計算，溫度對平衡常數的影響；化學平衡狀態的判斷，用化學平衡的影響因素進行分析和解釋。
(4)在多層次曲線圖中反映化學反應速率、化學平衡與溫度、壓強、濃度的關系。
2.解答化學平衡移動問題的步驟
(1)正確分析反應特點：包括反應物、生成物的狀態，氣體體積變化，反應的熱效應。
(2)明確外界反應條件：恒溫恒容、恒溫恒壓、反應溫度是否變化、反應物投料比是否變化。
(3)結合圖像或K與Q的關系、平衡移動原理等，判斷平衡移動的方向或結果。
3.分析圖表與作圖時應注意的問題
(1)仔細分析并準確畫出曲線的最高點、最低點、拐點和平衡點。
(2)找準縱坐標與橫坐標的對應數據。
(3)描繪曲線時注意點與點之間的連接關系。
(4)分析表格數據時，找出數據大小的變化規律。
4.解答有關平衡常數的計算
(1)結合題意，運用“三段式”，分析計算、確定各物理量的變化。
(2)多重平衡體系的計算用好連續計算法(分設變量)、守恒法兩種方法。
(3)多重平衡體系達到整體綜合平衡后，每種平衡組分都只能有一個平衡濃度。
01
真題演練
1.(2024·江蘇，17)氫能是理想清潔能源，氫能產業鏈由制氫、儲氫和用氫組成。
(1)利用鐵及其氧化物循環制氫，原理如圖所示。反應器Ⅰ中化合價發生改變的元素有　　　　 ；含CO和H2各1 mol的混合氣體通過該方法制氫，理論上可獲得　　 mol H2。
1
2
C、H、Fe
1
2
反應器Ⅰ中參與反應的物質有CO、H2、Fe2O3，產物有 CO2、H2O、Fe，發生反應：3CO+Fe2O3===2Fe+3CO2、3H2+Fe2O3===2Fe+3H2O，化合價發
生改變的元素有 C、H、Fe；CO、H2各1 mol參與上述反應，各生成mol Fe，共生成 mol Fe， mol Fe在反應器Ⅱ中發生反應3Fe+
4H2O(g)===Fe3O4+4H2，則共生成= mol H2。
1
2
(2)一定條件下，將氮氣和氫氣按n(N2)∶n(H2)=1∶3混合勻速通入合成塔，發生反應N2+3H2 2NH3。海綿狀的α-Fe作催化劑，多孔Al2O3作為α-Fe的“骨架”和氣體吸附劑。
①H2中含有CO會使催化劑中毒。CH3COO[Cu]和氨水的混合溶液能吸收CO生成CH3COO[CuCO]溶液，該反應的化學方程式為
　 　　　。
CH3COO[Cu]+NH3·H2O+CO===CH3COO[Cu(NH3)3CO]+H2O
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②Al2O3含量與α-Fe表面積、出口處氨含量關系如圖所示。Al2O3含量大于2%，出口處氨含量下降的原因是___________
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多孔 Al2O3可
作為氣體吸附劑，含量過多會吸附生成的
NH3，且Al2O3含量大于2%時，α-Fe表面
積減小，反應速率減小，這也會導致產生的NH3減少
______________________________________________。
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2
(3)反應H2+ HCOO-+H2O可用于儲氫。
①密閉容器中，其他條件不變，向含有催化劑的0.1 mol·L-1 NaHCO3溶液中通入H2，HCOO-產率隨溫度變化如圖所示。溫度高于70 ℃，HCOO-產率下降的可能原因是　　　 　　　　。
NaHCO3受熱分解，導致HCOO-產率下降
1
2
②使用含氨基物質(化學式為CN—NH2，CN是一種碳衍生材料)聯合Pd-Au催化劑儲氫，可能機理如圖所示。氨基能將控制在催化劑表面，其原理是　　　　 　　　；
用重氫氣(D2)代替H2，通過檢測是否存在　　　　　　 　(填化學式)確認反應過程中的加氫方式。
—NH2可以與形成氫鍵
CN—NHD或DCOO-
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氨基和碳酸氫根離子可以形成氫鍵N—H…O、N…H—O，形成的氫鍵將碳酸氫根離子控制在催化劑表面；由圖可知，步驟Ⅱ發生的反應為氨基和碳酸氫根離子中的羥基發生取代
反應生成水，氫氣發生共價鍵斷裂，氫原子被CN吸附，步驟Ⅲ發生的反應為碳氮鍵發生斷裂，碳原子和氮原子分別與氫原子結合生成CN—NH2和HCOO-，則用D2代替氫氣，得到的產物為CN—NHD和DCOO-，所以通過檢測是否存在CN—NHD或DCOO-可確認反應過程中的加氫方式。
2.(2023·江蘇，17)空氣中CO2含量的控制和CO2資源利用具有重要意義。
(1)燃煤煙氣中CO2的捕集可通過如下所示的物質轉化實現。
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“吸收”后所得的KHCO3溶液與石灰乳反應的化學方程式為__________
____________________________； 載人航天器內，常用LiOH固體而很少用KOH固體吸收空氣中的CO2，其原因是_________________________
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KHCO3+
相同質量的LiOH固體可吸收
Ca(OH)2===CaCO3+KOH+H2O
更多二氧化碳
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由圖可知“吸收”后所得的KHCO3溶液與石灰乳反應生成碳酸鈣用于煅燒產生二氧化碳，產物KOH可回收利用，故化學方程式為KHCO3+Ca(OH)2===CaCO3+KOH+H2O。
(2)合成尿素[CO]是利用CO2的途徑之一、尿素合成主要通過下列反應實現
反應Ⅰ：2NH3(g)+CO2(g)===NH2COONH4(l)
反應Ⅱ：NH2COONH4(l)===CO(l)+H2O(l)
①密閉體系中反應Ⅰ的平衡常數(K)與溫度的關系如圖
甲所示，反應Ⅰ的ΔH　　　(填“=0”“>0”或“<0”)。
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<0
由圖甲可知升高溫度反應Ⅰ的lg K減小，說明溫度升高平衡逆向移動，故正反應為放熱反應，其ΔH<0。
②反應體系中除發生反應Ⅰ、反應Ⅱ外，還發生尿素水解、尿素縮合生成縮二脲[(NH2CO)2NH]和尿素轉化為氰酸銨(NH4OCN)等副反應。尿素生產中實際投入NH3和CO2的物質的量之比為n(NH3)∶n(CO2)=4∶1，其實際投料比值遠大于理論值的原因是_______________________________
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1
2
適當抑制副反應的發生，氨氣與二氧化碳的投料比越大，二氧化碳轉化率越高
(3)催化電解吸收CO2的KOH溶液可將CO2轉化為有機物。在相同條件下，恒定通過電解池的電量，電解得到的部分還原產物的法拉第效率(FE%)隨電解電壓的變化如圖乙所示。
1
2
FE%=×100%
其中，QX=nF，n表示電解生成還原產物X所轉移
電子的物質的量，F表示法拉第常數。
①當電解電壓為U1V時，電解過程中含碳還原產物的FE%為0，陰極主要還原產物為　　(填化學式)。
H2
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2
當電解電壓為U1V時，電解過程中含碳還原產物的FE%為0，說明二氧化碳未得電子，為H2O放電變成氫氣。
②當電解電壓為U2V時，陰極由生成CH4的電極反應式為　　　　 　　　。
1
2
HC+8e-+6H2O===CH4↑+9OH-
當電解電壓為U2V時，根據得失電子守恒、原子守恒和電荷守恒可知堿性條件下陰極由生成CH4的電極反應式為HC+8e-+6H2O===
CH4↑+9OH-。
③當電解電壓為U3V時，電解生成的C2H4和HCOO-的物質的量之比為_________________
______________________________________________________________________________
_____________(寫出計算過程)。
1
2
每生成1 mol C2H4轉移12 mol e-，每生成1 mol HCOO-轉移2 mol e-，故電解生成的C2H4和HCOO-的物質的量之比為∶=1∶2

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