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化學(xué)反應(yīng)機理、速率與平衡的綜合判斷
專題五 選擇題專攻1
01
核心精講
1.化學(xué)反應(yīng)方向的判斷
催化劑：在連續(xù)反應(yīng)中從一開始就參與了反應(yīng)，在最后又生成，所以僅從結(jié)果上來看似乎并沒有發(fā)生變化，實則是消耗多少后續(xù)又生成了多少。
中間產(chǎn)物：在連續(xù)反應(yīng)中為某一步的產(chǎn)物，在后續(xù)反應(yīng)中又作為反應(yīng)物被消耗，所以僅從結(jié)果上來看似乎并沒有生成，實則是生成多少后續(xù)又消耗多少。
2.催化機理圖分析
(1)催化機理循環(huán)圖
在含少量I-的溶液中，H2O2分解的機理為
H2O2+I-―→H2O+IO-　慢
H2O2+IO-―→O2+I-+H2O　快
在該反應(yīng)中I-為催化劑，IO-為中間產(chǎn)物。
而在機理圖中，先找到確定的反應(yīng)物，
反應(yīng)物一般是通過一個箭頭進入整個
歷程的物質(zhì)(生成物一般是通過一個箭頭最終脫離這個歷程的物質(zhì))，與之同時反應(yīng)的就是催化劑，并且經(jīng)過一個完整循環(huán)之后又會生成；中間產(chǎn)物則是這個循環(huán)中的任何一個環(huán)節(jié)。如圖所示：
例如：如圖是1，2-丙二醇脫氧脫水反應(yīng)的催化循環(huán)機理：
MoO3是該反應(yīng)的 ， 、 、 為 ，生成物除水外還有 、 、CH3CHO。
催化劑
中間產(chǎn)物
CH3CH==CH2
HCHO
(2)“直線式”催化劑表面“吸附、脫附”機理分析
上述是合成氨的催化反應(yīng)機理的一般過程(簡化的過程)：
①反應(yīng)物擴散到催化劑表面；
②反應(yīng)物被吸附在催化劑表面；
③被吸附的反應(yīng)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成產(chǎn)物；
④產(chǎn)物的脫附。
3.催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響
(1)普遍認為，催化劑之所以能改變化學(xué)反應(yīng)速率，是因為它能改變反應(yīng)歷程，改變反應(yīng)的活化能，但不改變反應(yīng)的限度和反應(yīng)熱。
(2)絕大多數(shù)催化劑都有活性溫度范圍，溫度太低時，催化劑的活性很小，反應(yīng)速率很慢，隨溫度升高，反應(yīng)速率逐漸增大，物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率增大，溫度過高又會破壞催化劑的活性。
4.化學(xué)平衡常數(shù)及其應(yīng)用
(1)化學(xué)平衡常數(shù)的表達式
對于反應(yīng)mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)，K=(固體和純液體的濃度視為常數(shù)，通常不計入平衡常數(shù)表達式中)。
(2)化學(xué)平衡常數(shù)的意義
①K值越大，說明平衡體系中生成物所占比例越大，正反應(yīng)進行的程度越大，平衡時反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大。K>105時，該反應(yīng)就進行得基本完全了。
②K只受溫度影響，與反應(yīng)物或生成物的濃度變化無關(guān)。
③化學(xué)平衡常數(shù)是指某一具體反應(yīng)的平衡常數(shù)。若化學(xué)方程式中的化學(xué)計量數(shù)等比例擴大或縮小，盡管是同一反應(yīng)，平衡常數(shù)也會改變。
【判斷正誤】
(1)某溫度下，反應(yīng)BaCO3(s) BaO(s)+CO2(g)達到平衡，壓縮容器容積后達到新平衡時，容器中的CO2濃度將增大(　　)
(2)在合成氨工業(yè)中，移走NH3可增大正反應(yīng)速率，提高原料轉(zhuǎn)化率(　　)
(3)工業(yè)生產(chǎn)HNO3過程中發(fā)生反應(yīng)2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)，則該反應(yīng)ΔS<0、ΔH>0(　　)
(4)常溫下，反應(yīng)C(s)+CO2(g) 2CO(g)不能自發(fā)進行，則該反應(yīng)的ΔH>0(　　)
×
√
×
×
02
真題演練
1.(2024·江蘇，5)催化反應(yīng)廣泛存在，如豆科植物固氮、石墨制金剛石、CO2和H2制CH3OCH3(二甲醚)、V2O5催化氧化SO2等。催化劑有選擇性，如C2H4與O2反應(yīng)用Ag催化生成 (環(huán)氧乙烷)、用CuCl2/PdCl2催化生成CH3CHO。下列說法正確的是
A.豆科植物固氮過程中，固氮酶能提高該反應(yīng)的活化能
B.C2H4與O2反應(yīng)中，Ag催化能提高生成CH3CHO的選擇性
C.H2O2制O2反應(yīng)中，MnO2能加快化學(xué)反應(yīng)速率
D.SO2與O2反應(yīng)中，V2O5能減小該反應(yīng)的焓變
1
2
3
4
5
√
催化劑能降低反應(yīng)的活化能，A錯誤；
由材料信息知C2H4與O2反應(yīng)用Ag催化生成環(huán)氧乙烷，B錯誤；
MnO2是H2O2制O2反應(yīng)的催化劑，能加快化學(xué)反應(yīng)速率，C正確；
催化劑能改變反應(yīng)歷程加快反應(yīng)速率，但不能改變反應(yīng)的焓變，D錯誤。
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
2.(2023·江蘇，10)金屬硫化物(MxSy)催化反應(yīng)CH4(g)+2H2S(g)===CS2(g)
+4H2(g)　ΔH<0，既可以除去天然氣中的H2S，又可以獲得H2。下列說法正確的是
A.該反應(yīng)的ΔS<0
B.該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=
C.題圖所示的反應(yīng)機理中，步驟Ⅰ可理解為H2S中帶部分負電荷的S與催
化劑中的M之間發(fā)生作用
D.該反應(yīng)中每消耗1 mol H2S，轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目約為2×6.02×1023
√
1
2
3
4
5
由方程式知，K=，B錯誤；
由方程式知，消耗1 mol H2S同時生成
2 mol H2，轉(zhuǎn)移4 mol e-，數(shù)目為4×6.02
×1023，D錯誤。
3.(2022·江蘇，10)用尿素水解生成的NH3催化還原NO，是柴油機車輛尾氣凈化的主要方法。反應(yīng)為4NH3(g)+O2(g)+4NO(g) O(g)，下列說法正確的是
A.上述反應(yīng)ΔS<0
B.上述反應(yīng)平衡常數(shù)K=
C.上述反應(yīng)中消耗1 mol NH3，轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為2×6.02×1023
D.實際應(yīng)用中，加入尿素的量越多，柴油機車輛排放的尾氣對空氣污染
程度越小
1
2
3
4
5
√
由化學(xué)方程式可知，該反應(yīng)是一個氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，即熵增的反應(yīng)，反應(yīng)ΔS>0，故A錯誤；
由化學(xué)方程式可知，反應(yīng)每消耗4 mol氨氣，轉(zhuǎn)移12 mol電子，則反應(yīng)中消耗1 mol氨氣轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為3×6.02×1023，故C錯誤；
實際應(yīng)用中，加入尿素的量越多，尿素水解生成的氨氣過量，柴油機車輛排放的氨氣對空氣污染程度增大，故D錯誤。
1
2
3
4
5
4.(2021·江蘇，8)2NO(g)+O2(g)===2NO2(g)　ΔH=-116.4 kJ·mol-1。大氣中過量的NOx和水體中過量的N、N均是污染物。通過催化還原的方法，可將煙氣和機動車尾氣中的NO轉(zhuǎn)化為N2，也可將水體中的N轉(zhuǎn)化為N2。對于反應(yīng)2NO(g)+O2(g)===2NO2(g)，下列說法正確的是
A.該反應(yīng)的ΔH<0，ΔS<0
B.反應(yīng)的平衡常數(shù)可表示為K=
C.使用高效催化劑能降低反應(yīng)的焓變
D.其他條件相同，增大，NO的轉(zhuǎn)化率下降
1
2
3
4
5
√
2NO(g)+O2(g)===2NO2(g)　ΔH=-116.4 kJ·mol-1，反應(yīng)氣體物質(zhì)的量減少，ΔS<0，故A正確；
反應(yīng)2NO(g)+O2(g)===2NO2(g)的平衡常數(shù)可表示為K=，故B錯誤；
使用高效催化劑，反應(yīng)的焓變不變，故C錯誤；
其他條件相同，增大，NO的轉(zhuǎn)化率增大，故D錯誤。
1
2
3
4
5
1
2
5.(2020·江蘇，8)反應(yīng)SiCl4(g)+2H2(g) Si(s)+4HCl(g)可用于純硅的制備。下列有關(guān)該反應(yīng)的說法正確的是
A.該反應(yīng)ΔH>0、ΔS<0
B.該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=
C.高溫下反應(yīng)每生成1 mol Si需消耗2×22.4 L H2
D.用E表示鍵能，該反應(yīng)ΔH=4E(Si—Cl)+2E(H—H)-4E(H—Cl)
3
4
5
√
A錯，該反應(yīng)是氣體分子數(shù)增多的反應(yīng)，ΔS>0；
B對，固體不列入平衡常數(shù)表達式；
C錯，沒有說明H2所處的狀況，無法根據(jù)氣體摩爾體積計算氫氣的體積；
D錯，反應(yīng)焓變等于反應(yīng)物的鍵能之和減去生成物的鍵能之和，表達式中缺少了Si—Si的鍵能。
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5化學(xué)反應(yīng)機理、速率與平衡的綜合判斷
1.化學(xué)反應(yīng)方向的判斷
2.催化機理圖分析
(1)催化機理循環(huán)圖
催化劑：在連續(xù)反應(yīng)中從一開始就參與了反應(yīng)，在最后又生成，所以僅從結(jié)果上來看似乎并沒有發(fā)生變化，實則是消耗多少后續(xù)又生成了多少。
中間產(chǎn)物：在連續(xù)反應(yīng)中為某一步的產(chǎn)物，在后續(xù)反應(yīng)中又作為反應(yīng)物被消耗，所以僅從結(jié)果上來看似乎并沒有生成，實則是生成多少后續(xù)又消耗多少。
在含少量I-的溶液中，H2O2分解的機理為
H2O2+I-H2O+IO-　慢
H2O2+IO-O2+I-+H2O　快
在該反應(yīng)中I-為催化劑，IO-為中間產(chǎn)物。
而在機理圖中，先找到確定的反應(yīng)物，反應(yīng)物一般是通過一個箭頭進入整個歷程的物質(zhì)(生成物一般是通過一個箭頭最終脫離這個歷程的物質(zhì))，與之同時反應(yīng)的就是催化劑，并且經(jīng)過一個完整循環(huán)之后又會生成；中間產(chǎn)物則是這個循環(huán)中的任何一個環(huán)節(jié)。如圖所示：
例如：如圖是1，2 丙二醇脫氧脫水反應(yīng)的催化循環(huán)機理：
MoO3是該反應(yīng)的　　　　　　　，、、為　　　　　　　　　，生成物除水外還有　　　　　　、　　　　　、CH3CHO。
(2)“直線式”催化劑表面“吸附、脫附”機理分析
上述是合成氨的催化反應(yīng)機理的一般過程(簡化的過程)：
①反應(yīng)物擴散到催化劑表面；
②反應(yīng)物被吸附在催化劑表面；
③被吸附的反應(yīng)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成產(chǎn)物；
④產(chǎn)物的脫附。
3.催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響
(1)普遍認為，催化劑之所以能改變化學(xué)反應(yīng)速率，是因為它能改變反應(yīng)歷程，改變反應(yīng)的活化能，但不改變反應(yīng)的限度和反應(yīng)熱。
(2)絕大多數(shù)催化劑都有活性溫度范圍，溫度太低時，催化劑的活性很小，反應(yīng)速率很慢，隨溫度升高，反應(yīng)速率逐漸增大，物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率增大，溫度過高又會破壞催化劑的活性。
4.化學(xué)平衡常數(shù)及其應(yīng)用
(1)化學(xué)平衡常數(shù)的表達式
對于反應(yīng)mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，K=(固體和純液體的濃度視為常數(shù)，通常不計入平衡常數(shù)表達式中)。
(2)化學(xué)平衡常數(shù)的意義
①K值越大，說明平衡體系中生成物所占比例越大，正反應(yīng)進行的程度越大，平衡時反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大。K>105時，該反應(yīng)就進行得基本完全了。
②K只受溫度影響，與反應(yīng)物或生成物的濃度變化無關(guān)。
③化學(xué)平衡常數(shù)是指某一具體反應(yīng)的平衡常數(shù)。若化學(xué)方程式中的化學(xué)計量數(shù)等比例擴大或縮小，盡管是同一反應(yīng)，平衡常數(shù)也會改變。
判斷正誤
(1)某溫度下，反應(yīng)BaCO3(s)BaO(s)+CO2(g)達到平衡，壓縮容器容積后達到新平衡時，容器中的CO2濃度將增大(　　)
(2)在合成氨工業(yè)中，移走NH3可增大正反應(yīng)速率，提高原料轉(zhuǎn)化率(　　)
(3)工業(yè)生產(chǎn)HNO3過程中發(fā)生反應(yīng)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)，則該反應(yīng)ΔS<0、ΔH>0(　　)
(4)常溫下，反應(yīng)C(s)+CO2(g)2CO(g)不能自發(fā)進行，則該反應(yīng)的ΔH>0(　　)
1.(2024·江蘇，5)催化反應(yīng)廣泛存在，如豆科植物固氮、石墨制金剛石、CO2和H2制CH3OCH3(二甲醚)、V2O5催化氧化SO2等。催化劑有選擇性，如C2H4與O2反應(yīng)用Ag催化生成(環(huán)氧乙烷)、用CuCl2/PdCl2催化生成CH3CHO。下列說法正確的是(　　)
A.豆科植物固氮過程中，固氮酶能提高該反應(yīng)的活化能
B.C2H4與O2反應(yīng)中，Ag催化能提高生成CH3CHO的選擇性
C.H2O2制O2反應(yīng)中，MnO2能加快化學(xué)反應(yīng)速率
D.SO2與O2反應(yīng)中，V2O5能減小該反應(yīng)的焓變
2.(2023·江蘇，10)金屬硫化物(MxSy)催化反應(yīng)CH4(g)+2H2S(g)CS2(g)+4H2(g)，既可以除去天然氣中的H2S，又可以獲得H2。下列說法正確的是(　　)
A.該反應(yīng)的ΔS<0
B.該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=
C.題圖所示的反應(yīng)機理中，步驟Ⅰ可理解為H2S中帶部分負電荷的S與催化劑中的M之間發(fā)生作用
D.該反應(yīng)中每消耗1 mol H2S，轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目約為2×6.02×1023
3.(2022·江蘇，10)用尿素水解生成的NH3催化還原NO，是柴油機車輛尾氣凈化的主要方法。反應(yīng)為4NH3(g)+O2(g)+4NO(g)O(g)，下列說法正確的是(　　)
A.上述反應(yīng)ΔS<0
B.上述反應(yīng)平衡常數(shù)K=
C.上述反應(yīng)中消耗1 mol NH3，轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為2×6.02×1023
D.實際應(yīng)用中，加入尿素的量越多，柴油機車輛排放的尾氣對空氣污染程度越小
4.(2021·江蘇，8)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)
ΔH=-116.4 kJ·mol-1。大氣中過量的NOx和水體中過量的N、N均是污染物。通過催化還原的方法，可將煙氣和機動車尾氣中的NO轉(zhuǎn)化為N2，也可將水體中的N轉(zhuǎn)化為N2。對于反應(yīng)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)，下列說法正確的是(　　)
A.該反應(yīng)的ΔH<0，ΔS<0
B.反應(yīng)的平衡常數(shù)可表示為K=
C.使用高效催化劑能降低反應(yīng)的焓變
D.其他條件相同，增大，NO的轉(zhuǎn)化率下降
5.(2020·江蘇，8)反應(yīng)SiCl4(g)+2H2(g)Si(s)+4HCl(g)可用于純硅的制備。下列有關(guān)該反應(yīng)的說法正確的是(　　)
A.該反應(yīng)ΔH>0、ΔS<0
B.該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=
C.高溫下反應(yīng)每生成1 mol Si需消耗2×22.4 L H2
D.用E表示鍵能，該反應(yīng)ΔH=4E(Si—Cl)+2E(H—H)-4E(H—Cl)
答案精析
核心精講
2.(1)催化劑　中間產(chǎn)物　CH3CHCH2　HCHO
判斷正誤
(1)×　(2)×　(3)×　(4)√
真題演練
1.C?。鄞呋瘎┠芙档头磻?yīng)的活化能，A錯誤；由材料信息知C2H4與O2反應(yīng)用Ag催化生成環(huán)氧乙烷，B錯誤；MnO2是H2O2制O2反應(yīng)的催化劑，能加快化學(xué)反應(yīng)速率，C正確；催化劑能改變反應(yīng)歷程加快反應(yīng)速率，但不能改變反應(yīng)的焓變，D錯誤。］
2.C　［左側(cè)反應(yīng)物氣體計量數(shù)之和為3，右側(cè)生成物氣體計量數(shù)之和為5，ΔS>0，A錯誤；由方程式知，K=，B錯誤；由方程式知，消耗1 mol H2S同時生成2 mol H2，轉(zhuǎn)移4 mol e-，數(shù)目約為4×6.02×1023，D錯誤。］
3.B?。塾苫瘜W(xué)方程式可知，該反應(yīng)是一個氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，即熵增的反應(yīng)，反應(yīng)ΔS>0，故A錯誤；由化學(xué)方程式可知，反應(yīng)每消耗4 mol氨氣，轉(zhuǎn)移12 mol電子，則反應(yīng)中消耗1 mol氨氣轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為3×6.02×1023，故C錯誤；實際應(yīng)用中，加入尿素的量越多，尿素水解生成的氨氣過量，柴油機車輛排放的氨氣對空氣污染程度增大，故D錯誤。］
4.A?。?NO(g)+O2(g)2NO2(g)　ΔH=-116.4 kJ·mol-1，反應(yīng)氣體物質(zhì)的量減少，ΔS<0，故A正確；反應(yīng)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡常數(shù)可表示為K=，故B錯誤；使用高效催化劑，反應(yīng)的焓變不變，故C錯誤；其他條件相同，增大，NO的轉(zhuǎn)化率增大，故D錯誤。］
5.B?。跘錯，該反應(yīng)是氣體分子數(shù)增多的反應(yīng)，ΔS>0；B對，固體不列入平衡常數(shù)表達式；C錯，沒有說明H2所處的狀況，無法根據(jù)氣體摩爾體積計算氫氣的體積；D錯，反應(yīng)焓變等于反應(yīng)物的鍵能之和減去生成物的鍵能之和，表達式中缺少了Si—Si的鍵能。］

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