資源簡介

攻難點(三)　化學反應機理圖像分析
核心考點 三年考情 命題預測
物質(zhì)能 量、能 壘圖像 2024甘肅T10,甲烷在某含MO催化劑作用下部分反應的能量變化; 2024貴州T14, AgCN與CH3CH2Br發(fā)生取代反應的反應歷程及能量變化; 2024北京T13,苯在濃硝酸和濃硫酸作用下,反應過程中能量變化 [命題特點] 通過反應過程中的能量變化圖像或催化機理圖像考查化學反應中的能量變化、化學反應速率快慢的判斷、化學平衡原理的應用、化學鍵的判斷、催化劑或產(chǎn)物的判斷等。 [創(chuàng)新考法] 反應原理或命題背景呈現(xiàn)創(chuàng)新性;閱讀量、信息量呈現(xiàn)增大的趨勢;考點的融合性增強,多與電化學、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、化學反應速率和化學平衡等融合考查。
2023浙江T14,氣態(tài)反應物和生成物[O2(g)和Cl2(g)]的相對能量與反應歷程
催化機 理循 環(huán)圖 2024河北T14,可充電Mg-CO2電池電極上CO2轉(zhuǎn)化的三種可能反應路徑及相對能量變化; 2024北京T10,DeacOn催化氧化法的催化機理
2023湖南T14,某Ru(Ⅱ)催化劑(用[L-Ru—NH3]+表示)高效電催化氧化NH3合成N2H4
2022山東T10,在NO催化下,丙烷與氧氣反應制備丙烯; 2022浙江T24,固定CO2
命題角度1　物質(zhì)能量、能壘圖像分析
　
1.(2024·甘肅卷)甲烷在某含MO催化劑作用下部分反應的能量變化如圖所示,下列說法錯誤的是(　　)
A.E2=1.41 eV
B.步驟2逆向反應的ΔH=+0.29 eV
C.步驟1的反應比步驟2快
D.該過程實現(xiàn)了甲烷的氧化
2.(2024·廣東卷)對反應S(g)T(g)(I為中間產(chǎn)物),相同條件下:①加入催化劑,反應達到平衡所需時間大幅縮短;②提高反應溫度,c平(S)/c平(T)增大,c平(S)/c平(I)減小。基于以上事實,可能的反應歷程示意圖(——為無催化劑,為有催化劑)為(　　)
A　B
C　D
3.(2023·廣東卷)催化劑Ⅰ和Ⅱ均能催化反應R(g)P(g)。反應歷程(下圖)中,M為中間產(chǎn)物。其他條件相同時,下列說法不正確的是(　　)
A.使用Ⅰ和Ⅱ,反應歷程都分4步進行
B.反應達平衡時,升高溫度,R的濃度增大
C.使用Ⅱ時,反應體系更快達到平衡
D.使用Ⅰ時,反應過程中M所能達到的最高濃度更大
1.反應過程中的能量變化
(1)活化能是從低能態(tài)“爬坡”到高能態(tài)的能壘,活化能最大的步驟,決定了整個反應過程的反應速率。
(2)反應熱與活化能的關(guān)系:ΔH=E1(反應物的活化能)-E2(生成物的活化能)。
(3)分析變化過程中所經(jīng)由的全部基元反應,包括過渡態(tài)的形成、鍵的斷裂和生成等。
①基元反應與非基元反應。
例如H++OH-H2O,反應幾乎沒有過程,瞬間平衡一步到位,稱為簡單反應;而2HIH2+I2的實際機理是分兩步進行的,每一步都是一個基元反應:2HIH2+2I·、2I·I2,存在未成對電子的微粒稱為自由基,反應活性高, 壽命短,2HIH2 + I2稱為非基元反應。
②過渡態(tài)。
A+B—C[A…B…C]A—B+C
備注:a.以上為一種基元反應,其中正反應活化能Ea正=b-a,逆反應活化能Ea逆=b-c, ΔH=Ea正-Ea逆。
b.過渡態(tài)(A…B…C)不穩(wěn)定。
③中間體。
備注:處于能量最高點的是反應的過渡態(tài),在多步反應中兩個過渡態(tài)之間的是中間體,中間體很活潑,壽命很短,但是會比過渡態(tài)更穩(wěn)定些。
④催化機理能壘圖。
a.在催化機理能壘圖中,有幾個活化狀態(tài),就有幾個基元反應。可以用圖中每步基元反應前后的活性物質(zhì),寫出其熱化學方程式。注意:如果縱坐標相對能量的單位是電子伏特(eV),焓變應轉(zhuǎn)化成每摩爾。
b.每步基元反應的快慢取決于其能壘的大小,能壘越大,反應速率越慢。
2.反應歷程與能量圖解題策略
真題例析
[例]　(2024·安徽卷)某溫度下,在密閉容器中充入一定量的X(g),發(fā)生下列反應:X(g)Y(g)(ΔH1<0)、Y(g)Z(g)(ΔH2<0),測得各氣體濃度與反應時間的關(guān)系如圖所示。下列反應進程示意圖符合題意的是(　　)
　
A B
　
C D
[圖像分析]　由題圖可知,反應初期隨著時間的推移X的濃度逐漸減小、Y和Z的濃度逐漸增大,后來隨著時間的推移X和Y的濃度逐漸減小、Z的濃度繼續(xù)逐漸增大,說明X(g)Y(g)的反應速率大于Y(g)Z(g)的反應速率,則反應X(g)Y(g)的活化能小于反應Y(g)Z(g)的活化能。
[聽課記錄]　
1.(2024·長春質(zhì)檢)用“循環(huán)電沉積”法處理制備鋰電池,其中Li2CO3和C在MOS2的催化作用下發(fā)生電極反應,其反應歷程中的能量變化如圖。下列說法不正確的是(　　)
A.反應歷程中存在極性鍵和非極性鍵的斷裂和形成
B.反應歷程中涉及電子轉(zhuǎn)移的變化均吸收能量
C.MOS2催化劑通過降低電極反應的活化能使反應速率加快
D.電極上失去0.2 mol e-時,生成CO2的體積為2.24 L(標準狀況下)
2.1,2 丙二醇(CH2OHCHOHCH3)單分子解離可以得到多種不同的產(chǎn)物或自由基,反應相對能量隨反應歷程的部分變化如圖所示。解離路徑包括碳碳鍵斷裂解離和脫水過程。下列說法正確的是(　　)
A.可用質(zhì)譜法鑒別TS1和TS2兩條路徑的產(chǎn)物
B.從能量的角度分析,TS2路徑的速率比TS1路徑快
C.產(chǎn)物CH3CHCHOH比產(chǎn)物CH3C(OH)CH2更穩(wěn)定
D.1,2 丙二醇中C—C鍵的鍵能相差約為1.4 kJ·mol-1
3.(2024·合肥質(zhì)檢)電催化偶聯(lián)N2和CO2制備尿素[CO(NH2)2],可實現(xiàn)室溫下尿素的綠色合成。結(jié)合實驗和計算機模擬在酸性介質(zhì)中催化劑表面的反應歷程如下圖所示,吸附在催化劑表面的物種用*標注。下列有關(guān)該碳氮偶聯(lián)過程的說法錯誤的是(　　)
A.化合價發(fā)生改變的元素有C和N
B.有O—N鍵的生成和斷裂
C.*NCON*的生成可減少副產(chǎn)物NH3的形成
D.該過程生成尿素的總反應式:N2+CO2+6e-+6H+CO(NH2)2+H2O
命題角度2　催化機理循環(huán)圖
　
1.(2023·新課標卷)“肼合成酶”以其中的Fe2+配合物為催化中心,可將NH2OH與NH3轉(zhuǎn)化為肼(NH2NH2),其反應歷程如圖所示。
下列說法錯誤的是(　　)
A.NH2OH、NH3和H2O均為極性分子
B.反應涉及N—H、N—O鍵斷裂和N—N鍵生成
C.催化中心的Fe2+被氧化為Fe3+,后又被還原為Fe2+
D.將NH2OH替換為ND2OD,反應可得ND2ND2
2.(2024·河北卷)我國科技工作者設計了如圖所示的可充電Mg-CO2電池,以Mg(TFSI)2為電解質(zhì),電解液中加入1,3 丙二胺(PDA)以捕獲CO2,使放電時CO2還原產(chǎn)物為MgC2O4。該設計克服了MgCO3導電性差和釋放CO2能力差的障礙,同時改善了Mg2+的溶劑化環(huán)境,提高了電池充放電循環(huán)性能。對上述電池放電時CO2的捕獲和轉(zhuǎn)化過程開展了進一步研究,電極上CO2轉(zhuǎn)化的三種可能反應路徑及相對能量變化如圖(*表示吸附態(tài))。
下列說法錯誤的是(　　)
A.PDA捕獲CO2的反應為+CO2
B.路徑2是優(yōu)先路徑,速控步驟反應式為*C++e-*C2+
C.路徑1、3經(jīng)歷不同的反應步驟但產(chǎn)物相同;路徑2、3起始物相同但產(chǎn)物不同
D.三個路徑速控步驟均涉及轉(zhuǎn)化,路徑2、3的速控步驟均伴有PDA再生
催化劑:在連續(xù)反應中從一開始就參與了反應,在最后又再次生成,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)反應中為某一步的產(chǎn)物,在后續(xù)反應中又作為反應物被消耗,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,先找到確定的反應物,反應物一般是通過一個箭頭進入整個歷程的物質(zhì)(產(chǎn)物一般多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)。如下圖所示:
真題例析
[例]　(2023·湖南卷)N2H4是一種強還原性的高能物質(zhì),在航天、能源等領(lǐng)域有廣泛應用。我國科學家合成的某Ru(Ⅱ)催化劑(用[L-Ru—NH3]+表示)能高效電催化氧化NH3合成N2H4,其反應機理如圖所示。
下列說法錯誤的是(　　)
A.Ru(Ⅱ)被氧化至Ru(Ⅲ)后,配體NH3失去質(zhì)子能力增強
B.M中Ru元素的化合價為+3價
C.該過程有非極性鍵的形成
D.該過程的總反應式:4NH3-2e-N2H4+2N
[圖像分析]　
[聽課記錄]
1.相關(guān)研究表明,釩基催化劑、銅基催化劑的NH3—SCR催化反應機理(如圖所示)非常相似。下列說法正確的是(　　)
反應機理Ⅰ
反應機理Ⅱ
A.兩種機理的各步反應均為氧化還原反應
B.反應②中存在極性鍵和非極性鍵的斷裂和形成
C.V5+和Cu2+是反應的催化劑,V4+和Cu+是中間產(chǎn)物
D.NH3—SCR催化反應為NH3+NON2+H2O+H+
2.(2024·湖北T8聯(lián)考)在可見光的照射下將CO2催化還原為CH4的反應歷程如圖所示(FeⅡ代表鐵元素顯+2價)。下列敘述錯誤的是(　　)
A.一段時間后,Ir(ppy)3數(shù)目基本保持不變
B.在上述循環(huán)中,鐵元素化合價發(fā)生了變化
C.上述循環(huán)中只斷裂和形成σ鍵
D.CO2催化還原過程中,CO是中間產(chǎn)物
3.N 羧基丙氨酸酸酐廣泛用于生物領(lǐng)域,用碳酸二甲酯[(CH3O)2CO]和丙氨酸[CH3CH(NH2)COOH]為原料可以制備N 羧基丙氨酸酸酐,其反應機理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A.在強酸性環(huán)境不利于反應進行
B.該過程中Zn元素的化合價發(fā)生改變
C.反應過程中有C—O的斷裂和形成
D.用甘氨酸(H2NCH2COOH)代替丙氨酸,可制得
攻難點3
命題角度1 　
真題體驗
1.C　解析　由能量變化圖可知,E2=0.70 eV-(-0.71 eV)=1.41 eV,A項正確;步驟2逆向反應的ΔH=-0.71 eV-(-1.00 eV)=+0.29 eV,B項正確;步驟1的活化能E1=0.70 eV,步驟2的活化能E3=-0.49 eV-(-0.71 eV)=0.22 eV,步驟1的活化能大于步驟2的活化能,步驟1的反應比步驟2慢,C項錯誤;該過程甲烷轉(zhuǎn)化為甲醇,屬于加氧氧化,該過程實現(xiàn)了甲烷的氧化,D項正確。
2.A　解析　提高反應溫度,c平(S)/c平(T)增大,說明反應S(g)T(g)的平衡逆向移動,即該反應為放熱反應,c平(S)/c平(I)減小,說明S生成中間產(chǎn)物I的反應平衡正向移動,屬于吸熱反應,由此可排除C、D兩項,加入催化劑,反應達到平衡所需時間大幅縮短,即反應的決速步驟的活化能下降,使得反應速率大幅加快,活化能大的步驟為決速步驟,符合條件的反應歷程示意圖為A,A項正確。
3.C　解析　由圖可知兩種催化劑均出現(xiàn)四個波峰,所以使用Ⅰ和Ⅱ,反應歷程都分4步進行,A項正確;該反應是放熱反應,升高溫度平衡向左移動,R的濃度增大,B項正確;由圖可知Ⅰ的最高活化能小于Ⅱ的最高活化能,所以使用Ⅰ時反應速率更快,反應體系更快達到平衡,C項錯誤;在前兩個歷程中使用Ⅰ活化能較低反應速率較快,后兩個歷程中使用Ⅰ活化能較高反應速率較慢,所以使用Ⅰ時,反應過程中M所能達到的最高濃度更大,D項正確。
真題例析
例　B　解析　X(g)Y(g)和Y(g)Z(g)的ΔH都小于0,而圖像顯示Y的能量高于X,即圖像顯示X(g)Y(g)為吸熱反應,A項不符合題意;圖像顯示X(g)Y(g)和Y(g)Z(g)的ΔH都小于0,且X(g)Y(g)的活化能小于Y(g)Z(g)的活化能,B項符合題意;圖像顯示X(g)Y(g)和Y(g)Z(g)的ΔH都小于0,但圖像上X(g)Y(g)的活化能大于Y(g)Z(g)的活化能,C項不符合題意;圖像顯示X(g)Y(g)和Y(g)Z(g)的ΔH都大于0,且X(g)Y(g)的活化能大于Y(g)Z(g)的活化能,D項不符合題意。
典題演練
1.D　解析　整個過程中有碳酸根離子中C—O鍵斷裂,CO中C—O鍵生成,含極性鍵的斷裂和生成;有草酸根離子中C—C鍵的生成和斷裂,故有非極性鍵的生成和斷裂,A項正確;圖示中可以看出,涉及電子轉(zhuǎn)移的變化均吸收能量,B項正確;催化劑可以降低反應的活化能,故MoS2 催化劑也是通過降低電極反應的活化能使反應速率加快,C項正確;從圖中可看出,整個電極總反應為C+2C-4e-3CO2↑,電極上失去0.2 mol e-時,生成CO2的體積為3.36 L(標準狀況下),D項錯誤。
2.D　解析　TS1與TS2路徑對應的有機產(chǎn)物互為同分異構(gòu)體,應用紅外光譜儀鑒別,A項錯誤;TS2的能壘比TS1的大,TS2路徑反應慢,B項錯誤;CH3C(OH)CH2的相對能量為3.1 kJ·mol-1,CH3CHCHOH的相對能量為8.4 kJ·mol-1,相對能量低的物質(zhì)更穩(wěn)定,C項錯誤;中①處C—C鍵斷裂和②處C—C鍵斷裂生成對應自由基的相對能量相差為(85.1-83.7) kJ·mol-1=1.4 kJ·mol-1,D項正確。
3.B　解析　轉(zhuǎn)化過程中,H、O元素的化合價不變,化合價發(fā)生改變的元素有C和N,A項正確;轉(zhuǎn)化過程的物種中不存在O—N鍵,故沒有O—N鍵的生成和斷裂,B項錯誤;*NCON*生成得越多,生成NH3越少,*NCON*的生成可減少副產(chǎn)物NH3的形成,C項正確;該過程氮氣生成尿素,N元素的化合價降低為-3價,有二氧化碳參與反應,根據(jù)電荷守恒配氫離子,根據(jù)元素守恒配水,總反應式為N2+CO2+6e-+6H+CO(NH2)2+H2O,D項正確。
命題角度2 　
真題體驗
1.D　解析　NH2OH、NH3、H2O的電荷分布都不均勻,不對稱,為極性分子,A項正確;由反應歷程可知,有N—H鍵、N—O鍵的斷裂,還有N—N鍵的生成,B項正確;由反應歷程可知,反應過程中,Fe2+先失去電子發(fā)生氧化反應生成Fe3+,后面又得到電子生成Fe2+,C項正確;由反應歷程可知,反應過程中,生成的NH2NH2有兩個氫原子來源于NH3,所以將NH2OH替換為ND2OD不可能得到ND2ND2,可得到ND2NH2和HDO,D項錯誤。
2.D　解析　根據(jù)題給反應路徑圖可知,PDA(1,3 丙二胺)捕獲CO2的產(chǎn)物為,因此PDA捕獲CO2的反應為+CO2,A項正確;由反應進程—相對能量圖可知,路徑2的最大能壘最小,因此與路徑1和路徑3相比,路徑2是優(yōu)先路徑,且路徑2的最大能壘為*C2的步驟,據(jù)反應路徑2的圖示可知,該步驟有參與反應,因此速控步驟反應式為*C++e-*C2+,B項正確;根據(jù)反應路徑圖可知,路徑1、3的中間產(chǎn)物不同,即經(jīng)歷了不同的反應步驟,但產(chǎn)物均為*MgCO3,而路徑2、3的起始物均為,產(chǎn)物分別為*MgC2O4和*MgCO3,C項正確;根據(jù)反應路徑與相對能量的圖像可知,三個路徑的速控步驟中都參與了反應,且由B項分析可知,路徑2的速控步驟伴有PDA再生,但路徑3的速控步驟為得電子轉(zhuǎn)化為*CO和,沒有PDA的生成,D項錯誤。
真題例析
例　B　解析　Ru(Ⅱ)被氧化至Ru(Ⅲ)后,[L-Ru—NH3]2+中的Ru元素帶有更多的正電荷,其與N原子成鍵后,Ru原子吸引電子的能力比Ru(Ⅱ)強,這種作用使得配體NH3中的N—H極性變強且更易斷裂,因此其失去質(zhì)子(H+)的能力增強,A項正確;Ru(Ⅱ)中Ru元素的化合價為+2,當其變?yōu)镽u(Ⅲ)后,Ru元素的化合價變?yōu)?3,Ru(Ⅲ)失去1個質(zhì)子后,N原子有1個孤電子對,Ru元素的化合價不變;M為[L-Ru—H2]+,當[L-Ru—NH2]+變?yōu)镸時,N原子的孤電子對拆為2個電子并轉(zhuǎn)移給Ru原子1個電子,其中Ru元素的化合價變?yōu)?2,因此,B項不正確;該過程M變?yōu)閇L-Ru—NH2—NH2—Ru-L]2+時,有N—N鍵形成,N—N是非極性鍵,C項正確;從整個過程來看,4個NH3失去了2個電子后生成了1個N2H4和2個N,Ru(Ⅱ)是催化劑,因此,該過程的總反應式為4NH3-2e-N2H4+2N,D項正確。
典題演練
1.C　解析　兩種機理的各步反應中,①和④中元素化合價無變化,二者均為非氧化還原反應,A項錯誤;反應②中存在極性鍵的斷裂、極性鍵和非極性鍵的形成,不存在非極性鍵的斷裂,B項錯誤;由反應機理圖示可知,V5+和Cu2+是反應的催化劑,V4+和Cu+是中間產(chǎn)物,C項正確;NH3—SCR催化反應為4NH3+4NO+O24N2+6H2O,D項錯誤。
2.C　解析　Ir(ppy)3循環(huán)轉(zhuǎn)化,總量基本保持不變,A項正確;鐵元素顯0、+1、+2價,B項正確;上述轉(zhuǎn)化中,斷裂了碳氧雙鍵中的π鍵,C項錯誤;CO2經(jīng)過反應(2)和(3)生成CO,CO經(jīng)過反應(4)(5)(6)生成CH4,CO是中間產(chǎn)物,D項正確。
3.B　解析　在強酸性溶液中,碳酸二甲酯會發(fā)生水解,同時CH3CH(NH2)COO-濃度降低,不利于反應進行,A項正確;碳酸二甲酯[(CH3O)2CO]與Zn(CH3COO)2形成的是配位鍵,整個過程中均未有元素化合價發(fā)生變化,B項錯誤;該過程中存在N—H、C—O等極性鍵的斷裂和C—O等極性鍵的生成,C項正確;若用甘氨酸(H2NCH2COOH)代替丙氨酸,則根據(jù)轉(zhuǎn)化關(guān)系,最后可得到,D項正確。破大題(一)　化學反應原理的綜合應用
　
1.(2024·安徽卷)乙烯是一種用途廣泛的有機化工原料。由乙烷制乙烯的研究備受關(guān)注。回答下列問題:
【乙烷制乙烯】
(1)C2H6氧化脫氫反應:
2C2H6(g)+O2(g)2C2H4(g)+2H2O(g)　ΔH1=-209.8 kJ·mol-1
C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)　ΔH2=178.1 kJ·mol-1
計算:2CO(g)+O2(g)2CO2(g)　ΔH3=_____________ kJ·mol-1。
(2)C2H6直接脫氫反應為C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)　ΔH4,C2H6的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度和壓強的關(guān)系如圖所示,則ΔH4__________0(填“>”“<”或“=”)。結(jié)合該圖,下列條件中,達到平衡時轉(zhuǎn)化率最接近40%的是_____________(填字母)。
a.600 ℃,0.6 MPa　b.700 ℃,0.7 MPa
c.800 ℃,0.8 MPa
(3)一定溫度和壓強下,反應ⅰ　C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)　Kx1;
反應ⅱ　C2H6(g)+H2(g)2CH4(g)　Kx2(Kx2遠大于Kx1)(Kx是以平衡物質(zhì)的量分數(shù)代替平衡濃度計算的平衡常數(shù))
①僅發(fā)生反應ⅰ時,C2H6的平衡轉(zhuǎn)化率為25.0%,計算Kx1=_____________。
②同時發(fā)生反應ⅰ和ⅱ時,與僅發(fā)生反應ⅰ相比,C2H4的平衡產(chǎn)率_____________(填“增大”“減小”或“不變”)。
【乙烷和乙烯混合氣的分離】
(4)通過Cu+修飾的Y分子篩的吸附—脫附。可實現(xiàn)C2H4和C2H6混合氣的分離。Cu+的_____________與C2H4分子的π鍵電子形成配位鍵,這種配位鍵強弱介于范德華力和共價鍵之間。用該分子篩分離C2H4和C2H6的優(yōu)點是______________________________。
(5)常溫常壓下,將C2H4和C2H6等體積混合,以一定流速通過某吸附劑,測得兩種氣體出口濃度(c)與進口濃度(c0)之比隨時間變化關(guān)系如圖所示。下列推斷合理的是__________(填字母)。
A.前30 min,兩種氣體均未被吸附
B.p點對應的時刻,出口氣體的主要成分是C2H6
C.a~b對應的時間段內(nèi),吸附的C2H6逐漸被C2H4替代
2.(2024·黑吉遼卷)為實現(xiàn)氯資源循環(huán)利用,工業(yè)上采用RuO2催化氧化法處理HCl廢氣:2HCl(g)+2(g)Cl2(g)+H2O(g)
ΔH1=-57.2 kJ·mol-1　ΔS　K。將HCl和O2分別以不同起始流速通入反應器中,在360 ℃、400 ℃和440 ℃下反應,通過檢測流出氣成分繪制HCl轉(zhuǎn)化率(α)曲線,如圖所示(較低流速下轉(zhuǎn)化率可近似為平衡轉(zhuǎn)化率)。
圖1
圖2
回答下列問題:
(1)ΔS_____________0(填“>”或“<”);T3=_____________ ℃。
(2)結(jié)合以下信息,可知H2的燃燒熱ΔH=_____________ kJ·mol-1。
H2O(l)H2O(g)　ΔH2=+44.0 kJ·mol-1
H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)　ΔH3=-184.6 kJ·mol-1
(3)下列措施可提高M點HCl轉(zhuǎn)化率的是_____________(填字母)
A.增大HCl的流速
B.將溫度升高40 ℃
C.增大n(HCl)∶n(O2)
D.使用更高效的催化劑
(4)圖中較高流速時,α(T3)小于α(T2)和α(T1),原因是___________________________________。
(5)設N點的轉(zhuǎn)化率為平衡轉(zhuǎn)化率,則該溫度下反應的平衡常數(shù)K=_____________(用平衡物質(zhì)的量分數(shù)代替平衡濃度計算)。
(6)負載在TiO2上的RuO2催化活性高,穩(wěn)定性強。TiO2和RuO2的晶體結(jié)構(gòu)均可用下圖表示,二者晶胞體積近似相等,RuO2與TiO2的密度比為1.66,則Ru的相對原子質(zhì)量為_____________(精確至1)。
專題微練3　氧化還原反應和離子反應
　
1.下列應用中涉及氧化還原反應的是(　　)
A.使用明礬對水進行凈化
B.雪天道路上撒鹽融雪
C.暖貼中的鐵粉遇空氣放熱
D.熒光指示牌被照發(fā)光
解析　使用明礬對水進行凈化過程中,明礬電離出的鋁離子發(fā)生水解生成氫氧化鋁膠體,氫氧化鋁膠體粒子吸附水中的懸浮物并沉降下來而使水變得澄清,該過程中沒有元素的化合價發(fā)生變化,因此沒有涉及氧化還原反應,A項不符合題意;雪天道路上撒鹽融雪是為了降低水的凝固點到0 ℃以下,該過程中沒有任何一種元素的化合價發(fā)生變化,因此沒有涉及氧化還原反應,B項不符合題意;暖貼中的鐵粉遇空氣放熱,是因為暖貼中含有鐵粉、碳粉、氯化鈉、水等物質(zhì),當這些物質(zhì)遇到空氣后形成無數(shù)微小原電池并開始工作,在此過程中會放出熱量,該過程中鐵元素和氧元素的化合價發(fā)生變化,因此,該過程涉及氧化還原反應,C項符合題意;熒光指示牌被照發(fā)光是發(fā)生了光反射,該過程中沒有任何一種元素的化合價發(fā)生變化,因此沒有涉及氧化還原反應,D項不符合題意。
答案　C
2.下列實驗中的顏色變化正確且反應與電子轉(zhuǎn)移有關(guān)的是(　　)
A.用NaOH標準液滴定鹽酸(滴加酚酞),滴定終點溶液由無色變?yōu)闇\紅色
B.向FeCl3溶液中滴加幾滴KSCN溶液,溶液由黃色變?yōu)榧t色
C.向AgI懸濁液中滴加適量Na2S溶液,沉淀由黃色轉(zhuǎn)化為黑色
D.向I2的CCl4溶液中加入足量NaOH溶液,振蕩后有機層由紫紅色變成無色
解析　該過程為酸堿中和滴定,不是氧化還原反應,與電子轉(zhuǎn)移無關(guān),A項錯誤;Fe3+遇到SCN-生成紅色物質(zhì),不是氧化還原反應,與電子轉(zhuǎn)移無關(guān),B項錯誤;AgI轉(zhuǎn)化為Ag2S,為沉淀轉(zhuǎn)化,不是氧化還原反應,與電子轉(zhuǎn)移無關(guān),C項錯誤;I2可以和NaOH溶液反應,是氧化還原反應,碘消失后溶液由紫紅色變成無色,D項正確。
答案　D
3.關(guān)于反應2NH2OH+4Fe3+N2O↑+4Fe2++4H++H2O,下列說法正確的是(　　)
A.生成1 mol N2O,轉(zhuǎn)移4 mol電子
B.H2O是還原產(chǎn)物
C.NH2OH既是氧化劑又是還原劑
D.若設計成原電池,Fe2+為負極產(chǎn)物
解析　由離子方程式可知,反應生成1 mol一氧化二氮轉(zhuǎn)移4 mol電子,A項正確;反應中氮元素的化合價升高被氧化,NH2OH是還原劑,Fe3+是氧化劑,還原產(chǎn)物是Fe2+,B、C兩項錯誤;若設計成原電池,Fe3+在正極得到電子被還原生成Fe2+,Fe2+為正極產(chǎn)物,D項錯誤。
答案　A
4.下列離子方程式書寫正確的是(　　)
A.NaHS溶液中HS-的水解:HS-S2-+H+
B.用醋酸處理水垢中的碳酸鈣:CaCO3+2H+Ca2++H2O+CO2↑
C.向FeBr2溶液中通入等物質(zhì)的量的Cl2:2Br-+Cl2Br2+2Cl-
D.明礬溶液與過量氨水混合:Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+
解析　NaHS溶液中HS-水解的離子方程式為HS-+H2OH2S+OH-,A項錯誤;用醋酸處理水垢中的碳酸鈣,醋酸是弱電解質(zhì),不能拆成離子形式,離子方程式為CaCO3+2CH3COOHCa2++H2O+CO2↑+2CH3COO-, B項錯誤;向FeBr2溶液中通入等物質(zhì)的量的Cl2,氯氣先與亞鐵離子反應,后與溴離子反應,離子方程式為2Fe2++2Br-+2Cl2Br2+4Cl-+2Fe3+,C項錯誤;明礬溶液與過量氨水混合,氫氧化鋁不溶于氨水,離子方程式為Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+, D項正確。
答案　D
5.下列離子方程式正確的是(　　)
A.實驗室制備Fe(OH)3膠體:Fe3++3OH-Fe(OH)3↓
B.Fe3+的檢驗:Fe3++3SCN-Fe(SCN)3↓
C.制備TiO2:TiCl4+(x+2)H2OTiO2·xH2O↓+4H++4Cl-
D.稀鹽酸滴在石灰石上:CaCO3+2H+Ca2++H2CO3
解析　實驗室制備Fe(OH)3膠體,氯化鐵水解生成氫氧化鐵膠體和氯化氫,離子方程式為Fe3++3H2OFe(OH)3(膠體)+3H+,A項錯誤;硫氰化鐵是紅色溶液,不是沉淀,B項錯誤;用TiCl4與水反應生成沉淀制備TiO2,反應式為TiCl4+(x+2)H2OTiO2·xH2O↓+4H++4Cl-,C項正確;稀鹽酸與碳酸鈣反應的離子方程式為CaCO3+2H+Ca2++H2O+CO2↑,D項錯誤。
答案　C
6.下列離子方程式錯誤的是(　　)
A.飽和碳酸鈉溶液中通入足量CO2:+CO2+H2O2
B.硫化鈉溶液與稀硝酸混合:3S2-+2+8H+3S↓+2NO↑+4H2O
C.用鐵氰化鉀溶液檢驗Fe2+:Fe2++K++[Fe(CN)6]3-KFe[Fe(CN)6]↓
D.將少量SO2通入NaClO溶液中:3ClO-+SO2+H2O+Cl-+2HClO
解析　飽和碳酸鈉溶液中通入足量CO2反應生成溶解度較小的碳酸氫鈉晶體2Na++CO2+H2O2NaHCO3↓,A項錯誤;硫化鈉溶液與稀硝酸混合,硫離子被硝酸根離子氧化為硫單質(zhì),同時硝酸根離子被還原為NO,B項正確;亞鐵離子和K3[Fe(CN)6]溶液會生成藍色沉淀Fe2++K++[Fe(CN)6]3-KFe[Fe(CN)6]↓,可以用于檢驗亞鐵離子,C項正確;少量SO2通入NaClO溶液中,次氯酸根離子過量,二氧化硫被次氯酸氧化為硫酸根離子,同時過量次氯酸根離子會生成弱酸次氯酸,D項正確。
答案　A
7.(2024·邢臺一模)硫代硫酸鈉(Na2S2O3)主要用于照相時作定影劑,也可用作氰化物的解毒劑,下列離子方程式書寫錯誤的是(　　)
A.用過量的Na2S2O3溶液除去底片上的AgBr時有Na3[Ag]生成:Ag++2S2[Ag]3-
B.久置空氣中的Na2S2O3溶液變質(zhì):S2+H2O+2O22+2H+
C.用Na2S2O3溶液吸收工業(yè)尾氣中足量的Cl2:S2+4Cl2+5H2O2+8Cl-+10H+
D.向Na2S2O3溶液中滴加稀硫酸:S2+2H+S↓+SO2↑+H2O
解析　AgBr難溶于水,用過量的Na2S2O3溶液除去底片上的AgBr時有Na3[Ag]生成,反應的離子方程式為AgBr+2S2[Ag]3-+Br-,A項錯誤;久置空氣中的Na2S2O3溶液變質(zhì),S2被空氣中的氧氣氧化為S,反應的離子方程式為S2+H2O+2O22+2H+,B項正確;用Na2S2O3溶液吸收工業(yè)尾氣中足量的Cl2,生成硫酸鈉、氯化鈉和鹽酸,反應的離子方程式為S2+4Cl2+5H2O2+8Cl-+10H+,C項正確;向Na2S2O3溶液中滴加稀硫酸,生成硫和二氧化硫,反應的離子方程式為S2+2H+S↓+SO2↑+H2O,D項正確。
答案　A
8.常溫下,下列各組離子在指定溶液中一定能大量共存的是(　　)
A.pH=1的溶液中:Na+、K+、、S2
B.透明溶液中:Fe3+、Na+、、Cl-
C.0.1 mol·L-1 KI溶液中:、Fe3+、Cl-、
D.能使甲基橙變紅的溶液中:Mg2+、Ba2+、、
解析　pH=1的溶液中,N會與S2發(fā)生氧化還原反應,不能大量共存,A項錯誤;四種離子在透明溶液中不發(fā)生任何反應,一定能大量共存,B項正確;Fe3+能與KI溶液中的I-發(fā)生氧化還原反應,不能大量共存,C項錯誤;能使甲基橙變紅的溶液為酸性溶液,HC與H+反應,不能大量共存,D項錯誤。
答案　B
9.常溫下,下列各組離子在指定條件下可能大量共存的是(　　)
A.含有Al3+的溶液中:K+、Na+、、Cl-
B.pH=12的溶液中:K+、Na+、Br-、[Al(OH)4]-
C.=1012的溶液中:K+、Na+、、Cl-
D.水電離出的c(H+)=1.0×10-12 mol·L-1的溶液中:Na+、、S2-、Br-
解析　Al3+與能發(fā)生相互促進的水解反應,二者不能大量共存,A項不符合題意;pH=12的溶液顯堿性,堿性條件下,該組離子均能共存,B項符合題意;=1012的溶液呈酸性,酸性條件下,能氧化Cl-,二者不能大量共存,C項不符合題意;常溫下,水電離出的c(H+)=1.0×10-12 mol·L-1的溶液,水的電離受到抑制,此溶液既可以為酸性溶液又可以為堿性溶液,酸性溶液中S2-不能大量存在,堿性溶液中不能大量存在,D項不符合題意。
答案　B
10.某無色溶液中可能含有①Na+、②Al3+、③Mg2+、④Br-、⑤S、⑥C、⑦Cl-中的幾種離子,依次進行下列實驗,且每步所加試劑均過量,觀察到的現(xiàn)象如下:
步驟 操作 現(xiàn)象
Ⅰ 用玻璃棒蘸取待測液點在pH試紙中央 pH試紙變藍
Ⅱ 向溶液中滴加氯水,再加入CCl4,振蕩,靜置 CCl4層呈橙紅色
Ⅲ 取Ⅱ的上層溶液,加入BaCl2溶液 無沉淀產(chǎn)生
Ⅳ 取Ⅱ的上層溶液,向濾液中加入AgNO3溶液和稀硝酸 有白色沉淀產(chǎn)生
下列結(jié)論正確的是(　　)
A.肯定含有的離子是①④⑥
B.肯定沒有的離子是②⑤⑦
C.可能含有的離子是①②⑥
D.不能確定的離子是①⑤⑦
解析　步驟Ⅱ說明該溶液中一定存在Br-;根據(jù)步驟Ⅱ和步驟Ⅲ,該溶液中一定無 S,根據(jù)步驟Ⅰ,該溶液呈堿性,則該溶液是強堿弱酸鹽溶液,所以一定存在 C,根據(jù)離子共存原則,不存在 Al3+、Mg2+;溶液呈電中性,所以溶液中的陽離子只能是 Na+;步驟Ⅳ不能確定 Cl-的存在,因為步驟Ⅱ加入的氯水中含有 Cl-。因此一定存在的離子是①④⑥,一定不存在的離子是②③⑤,不能確定的離子是⑦,故選A。
答案　A
11.某溶液可能含有Al3+、、Ba2+、Mg2+、、、、Cl-中的幾種,且所含離子的濃度均相同。某實驗興趣小組同學取100 mL該溶液,平均分成2份,進行如下實驗:
①向第一份溶液中加入過量NaOH溶液,加熱,生成一種無色、有刺激性氣味的氣體,同時有白色沉淀生成,將沉淀濾出;
②向步驟①所得濾液中加入稀硝酸酸化的AgNO3溶液,有白色沉淀生成;
③向第二份溶液中加入過量BaCl2溶液,有白色沉淀生成,過濾、洗滌、干燥,得到2.33 g沉淀,加入足量的鹽酸沉淀質(zhì)量不變。
下列說法錯誤的是(　　)
A.步驟①說明溶液中含有和Mg2+
B.由步驟③可知溶液中c()=0.2 mol·L-1
C.無法確定溶液中是否存在Al3+和
D.溶液中一定含有、Mg2+、、Cl-
解析　步驟①加入足量NaOH溶液產(chǎn)生無色、有刺激性氣味的氣體并且有白色沉淀生成,則說明溶液中含有和Mg2+,A項正確;步驟③中生成的白色沉淀為BaSO4,其物質(zhì)的量為n(BaSO4)==0.01 mol,則c()==0.2 mol·L-1,B項正確;由步驟②知溶液中含有Cl-,由步驟①知溶液中含有和Mg2+,則溶液中不含,由步驟③知溶液中含有,則溶液中不含Ba2+;由于各離子濃度相同,則n()=n(Mg2+)=0.01 mol、n(Cl-)=n()=0.01 mol,則溶液中不可能含有Al3+和,否則溶液不呈電中性,C項錯誤;該溶液中一定含有、Mg2+、、Cl-四種離子,D項正確。
答案　C
12.雄黃(As4S4,)與雌黃(As2S3,)都是自然界中常見的難溶砷化物,早期都曾用作繪畫顏料,因都有抗病毒療效也可用來入藥。一定條件下,雌黃和雄黃的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.反應Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ中有三個氧化還原反應
B.反應Ⅱ中若有0.5 mol As4S4參加反應,轉(zhuǎn)移14 mol電子,則物質(zhì)a為SO2
C.反應Ⅰ中,As2S3和Sn2+方程式的化學計量數(shù)之比為2∶1
D.反應過程中的尾氣用硫酸銅溶液能夠完全吸收
解析　反應Ⅲ、Ⅳ中沒有元素化合價的升降,不是氧化還原反應,A項錯誤;反應Ⅱ中,若物質(zhì)a為SO2,方程式為As4S4+7O22As2O3+4SO2,0.5 mol As4S4參加反應轉(zhuǎn)移14 mol電子,B項正確;反應Ⅰ中,1個As2S3得到2電子,1個Sn2+失去2電子,故化學計量數(shù)之比為1∶1,C項錯誤;反應的尾氣有硫化氫,可能還有二氧化硫,硫酸銅溶液只能吸收H2S,不能吸收SO2,應該用氫氧化鈉吸收,D項錯誤。
答案　B
13.亞氯酸鈉(NaClO2)具有強氧化性、受熱易分解,可用作漂白劑、食品消毒劑等,以氯酸鈉等為原料制備亞氯酸鈉的工藝流程如圖所示。已知高濃度的ClO2易爆炸。下列說法錯誤的是(　　)
A.“反應1”中ClO2是還原產(chǎn)物,母液中主要成分是Na2SO4
B.“反應1”需要通入N2稀釋ClO2,以防發(fā)生爆炸
C.“反應2”中,氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為2∶1
D.若還原產(chǎn)物均為Cl-時,ClO2的氧化能力是等質(zhì)量Cl2的2.5倍
解析　反應1中二氧化硫與稀硫酸、氯酸鈉反應生成硫酸鈉、二氧化氯和水,Cl元素化合價由+5價下降到+4價,ClO2是還原產(chǎn)物,母液中主要成分是Na2SO4,A項正確;已知高濃度的ClO2易爆炸,“反應1”需要通入N2稀釋ClO2,以防發(fā)生爆炸,B項正確;“反應2”中發(fā)生反應的化學方程式為H2O2+2ClO2+2NaOH2NaClO2+2H2O+O2,H2O2是還原劑,ClO2是氧化劑,氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2∶1,C項正確;1 mol Cl2完全反應轉(zhuǎn)移2 mol e-,1 mol ClO2完全反應轉(zhuǎn)移5 mol e-,所以等物質(zhì)的量的ClO2的氧化能力是Cl2的2.5倍,D項錯誤。
答案　D
　　該綜合題主要考查熱化學、化學反應速率和化學平衡等主干理論知識,主要命題點有蓋斯定律的應用、反應速率和化學平衡的分析、化學平衡常數(shù)的表達式書寫與計算、反應條件的分析選擇、生產(chǎn)生活中的實際應用等,試題常以填空、讀圖、作圖、計算等形式呈現(xiàn)。試題一般以與生產(chǎn)、生活緊密聯(lián)系的物質(zhì)為背景材料命制組合題,各小題之間又有一定的獨立性。主要考查學生的信息處理能力、學科內(nèi)綜合分析能力,應用反應原理解決生產(chǎn)實際中的具體問題,體現(xiàn)了“變化觀念與平衡思想”的核心素養(yǎng)。
熱點　蓋斯定律的應用
1.蓋斯定律的應用
同加異減成比例,觀察消去做標記。
注意事項:每個方程式最多用一次;目標方程式中的物質(zhì)只看在一個已知方程式中出現(xiàn)的物質(zhì);消去時注意化學計量數(shù)關(guān)系。
2.ΔH的計算
①ΔH=生成物的能量-反應物的能量;
②ΔH=反應物的鍵能之和-生成物的鍵能之和。
1.(2023·新課標卷)氨是最重要的化學品之一,我國目前氨的生產(chǎn)能力位居世界首位。回答下列問題:
根據(jù)圖中數(shù)據(jù)計算反應N2(g)+H2(g)NH3(g)的ΔH=__________ kJ·mol-1。
2.(2023·全國甲卷)甲烷選擇性氧化制備甲醇是一種原子利用率高的方法。回答下列問題:
已知下列反應的熱化學方程式:
①3O2(g)2O3(g)　K1　ΔH1=285 kJ·mol-1
②2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(l)　K2　ΔH2=-329 kJ·mol-1
反應③CH4(g)+O3(g)CH3OH(l)+O2(g)的ΔH3=_____________ kJ·mol-1,平衡常數(shù)K3=_____________(用K1、K2表示)。
3.(2024·浙江1月選考)某研究小組改用熱化學方法,將CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH等化學品,相關(guān)熱化學方程式如下:
Ⅰ:C(s)+O2(g)CO2(g)　ΔH1=-393.5 kJ·mol-1
Ⅱ:C(s)+H2(g)+O2(g)HCOOH(g)　ΔH2=-378.7 kJ·mol-1
Ⅲ:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)　ΔH3
ΔH3=_____________kJ·mol-1。
4.(2023·湖南卷)已知下列反應的熱化學方程式:
①C6H5C2H5(g)+2(g)8CO2(g)+5H2O(g)　ΔH1=-4 386.9 kJ·mol-1
②C6H5CHCH2(g)+10O2(g)8CO2(g)+4H2O(g)　ΔH2=-4 263.1 kJ·mol-1
③H2(g)+2(g)H2O(g)　ΔH3=-241.8 kJ·mol-1
計算反應④C6H5C2H5(g)C6H5CHCH2(g)+H2(g)的ΔH4=_____________ kJ·mol-1。
熱點　化學反應速率常數(shù)和化學平衡常數(shù)
1.含義:一定溫度下,化學反應速率與反應物濃度以其計量數(shù)為指數(shù)的冪的乘積成正比。
2.表達式
反應:aA(g)+bB(g)gG(g)+hH(g)
表達式:v正=k正·ca(A)·cb(B)(其中k正為正反應的速率常數(shù)),v逆=k逆·cg(G)·ch(H)(其中k逆為逆反應的速率常數(shù))。
3.速率常數(shù)與化學平衡常數(shù)之間的關(guān)系
推導 一定溫度下,可逆反應:aA(g)+bB(g)gG(g)+hH(g),達到平衡狀態(tài)時,v正=k正·ca(A)·cb(B),v逆=k逆·cg(G)·ch(H),因平衡時v正=v逆,則k正·ca(A)·cb(B)=k逆·cg(G)·ch(H)
關(guān)系 ==K
4.Kp含義及計算
(1)含義。
有氣體參與的反應,在化學平衡體系中,各氣體物質(zhì)的平衡分壓替代平衡濃度,計算的平衡常數(shù)叫壓強平衡常數(shù)。
(2)表達式。
對于一般可逆反應mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),當在一定溫度下達到平衡時其壓強平衡常數(shù)Kp可表示為Kp=
其中p(A)、p(B)、p(C)、p(D)表示反應物和生成物的分壓,用平衡分壓可以這樣計算:
分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù)。
p(總)=p(A)+p(B)+p(C)+p(D);
==。
(3)計算技巧。
①根據(jù)“三段式”法計算平衡體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量或物質(zhì)的量濃度。
②計算各氣體組分的物質(zhì)的量分數(shù)或體積分數(shù)。
③根據(jù)分壓計算公式求出各氣體物質(zhì)的分壓,某氣體的分壓=氣體總壓強×該氣體的體積分數(shù)(或物質(zhì)的量分數(shù))。
④根據(jù)平衡常數(shù)計算公式代入計算。例如,N2(g)+3H2(g)2NH3(g),壓強平衡常數(shù)表達式為Kp=。
1.(2023·河北卷)氫氣催化還原NOx作為一種高效環(huán)保的脫硝技術(shù)備受關(guān)注。高溫下氫氣還原NO反應的速率方程為v=k·cx(NO)·cy(H2),k為速率常數(shù)。在一定溫度下改變體系中各物質(zhì)的濃度,測定結(jié)果如下表。
組號 c(NO) /(mol·L-1) c(H2) /(mol·L-1) v /(mol·L-1·s-1)
1 0.10 0.10 r
2 0.10 0.20 2r
3 0.20 0.10 4r
4 0.05 0.30
表中第4組的反應速率為_____________ mol·L-1·s-1。(寫出含r的表達式)
2.(2024·湖北卷)已知Kp=(pCO)n、K=(n是CO的化學計量數(shù))。反應Ⅰ:BaCO3(s)+C(s)BaO(s)+2CO(g),反應Ⅱ:BaO(s)+3C(s)BaC2(s)+CO(g),反應Ⅰ、Ⅱ的lg K與溫度的關(guān)系曲線如圖所示。
(1)反應BaCO3(s)+4C(s)BaC2(s)+3CO(g)在1 585 K的Kp=_____________Pa3。
(2)保持1 320 K不變,假定恒容容器中只發(fā)生反應Ⅰ,達到平衡時pCO=_____________Pa,若將容器容積壓縮到原來的,重新建立平衡后pCO=_____________Pa。
3.(2024·河北卷)1,4 二(氯甲基)苯(D)是有機合成中的重要中間體,可由對二甲苯(X)的氯化反應合成。對二甲苯淺度氯化時反應過程為
以上各反應的速率方程均可表示為v=k·c(A)·c(B),其中c(A)、c(B)分別為各反應中對應反應物的濃度,k為速率常數(shù)(k1~k5分別對應反應①~⑤)。某溫度下,反應器中加入一定量的X,保持體系中氯氣濃度恒定(反應體系體積變化忽略不計),測定不同時刻相關(guān)物質(zhì)的濃度。已知該溫度下,k1∶k2∶k3∶k4∶k5=100∶21∶7∶4∶23。
(1)30 min時,c(X)=6.80 mol·L-1,且30~60 min內(nèi)v(X)=0.042 mol·L-1·min-1,反應進行到60 min時,c(X)=_____________mol·L-1。
(2)60 min時,c(D)=0.099 mol·L-1,若0~60 min產(chǎn)物T的含量可忽略不計,則此時c(G)=_____________mol·L-1;60 min后,隨T含量的增加,_____________(填“增大”“減小”或“不變”)。
熱點　化學平衡的圖像分析
1.化學平衡圖像信息的獲取
依據(jù)化學反應原理中反應速率和平衡移動知識解讀圖像,關(guān)鍵在于對“數(shù)”“形”“義”“性”的綜合思考,包括:
(1)明標。
明晰橫、縱坐標所表示的化學含義,這是理解題意和進行正確思考的前提。明晰坐標含義,也就是用變量的觀點分析坐標,找出橫、縱坐標的關(guān)系,再結(jié)合教材,聯(lián)系相應的知識點。
(2)找點。
找出曲線中的特殊點(起點、頂點、拐點、終點、交叉點、平衡點等),分析這些點所表示的化學意義以及影響這些點的主要因素及限制因素等,大多考題就落在這些點的含義分析上,因為這些點往往隱含著某些限制條件或某些特殊的化學含義。
分析角度如圖所示。
2.常考化學平衡圖像分析
(1)含量類綜合圖像分析。
此類圖像縱坐標是物質(zhì)的量或物質(zhì)的量分數(shù),橫坐標可能是時間、溫度、壓強或其他,往往涉及多個變化曲線,分析時應細讀試題相關(guān)內(nèi)容,明確已知和所求,結(jié)合已學基本圖像,讀懂題給圖像,分析曲線的變化趨勢,研究變量間的內(nèi)在聯(lián)系,找出相應的變化規(guī)律,挖掘圖像的隱含意義,挖掘解題切入點。
(2)產(chǎn)率、轉(zhuǎn)化率類綜合圖像分析。
此類圖像縱坐標是產(chǎn)率或轉(zhuǎn)化率,橫坐標可能是溫度、壓強或投料比,分析時應分析題給可逆反應的特征,聯(lián)想橫坐標變化因素對化學平衡的影響,根據(jù)圖中線條的變化趨勢,找出相應的變化規(guī)律,結(jié)合題設問題解答。
1.(2024·甘肅卷)在催化劑作用下由粗硅制備SiHCl3:3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s)4SiHCl3(g)。773 K,2 L密閉容器中,經(jīng)不同方式處理的粗硅和催化劑混合物與0.4 mol H2和0.1 mol SiCl4氣體反應,SiCl4轉(zhuǎn)化率隨時間的變化如圖所示:
(1)0~50 min,經(jīng)方式__________處理后的反應速率最快;在此期間,經(jīng)方式丙處理后的平均反應速率v(SiHCl3)=__________mol·L-1·min-1。
(2)當反應達平衡時,H2的濃度為_____________mol·L-1,平衡常數(shù)K的計算式為_______________________________。
(3)增大容器容積,反應平衡向_______________________________移動。
2.(2024·新課標卷)在總壓分別為0.10、0.50、1.0、2.0 MPa下,Ni(s)和CO(g)反應達平衡時,Ni(CO)4的體積分數(shù)x與溫度的關(guān)系如圖所示。反應Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)的ΔH_____________0(填“大于”或“小于”)。從熱力學角度考慮,_______ ____ _________________
____有利于Ni(CO)4的生成(寫出兩點)。p3、100 ℃時CO的平衡轉(zhuǎn)化率α=_____________,該溫度下平衡常數(shù)Kp=_____________(MPa)-3。
3.(2024·河北卷)硫酰氯常用作氯化劑和氯磺化劑,工業(yè)上制備原理如下:SO2(g)+Cl2(g)SO2Cl2(g)　ΔH=-67.59 kJ·mol-1。
(1)若正反應的活化能為E正 kJ·mol-1,則逆反應的活化能E逆=_____________kJ·mol-1(用含E正的代數(shù)式表示)。
(2)恒容密閉容器中按不同進料比充入SO2(g)和其Cl2(g),測定T1、T2、T3溫度下體系達平衡時的Δp(Δp=p0-p,p0為體系初始壓強,p0=240 kPa,p為體系平衡壓強),結(jié)果如圖1。
圖1
圖1中溫度由高到低的順序為____________________,判斷依據(jù)為____________________________
_____________________________________________________________________________________。M點Cl2的轉(zhuǎn)化率為_____________,T1溫度下用分壓表示的平衡常數(shù)Kp=_____________kPa-1。
(3)圖2曲線中能準確表示T1溫度下Δp隨進料比變化的是_____________(填字母)。
圖2
1.(2024·山東卷)水煤氣是H2的主要來源,研究CaO對C—H2O體系制H2的影響,涉及的主要反應如下:
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
回答列問題:
(1)C(s)+CaO(s)+2H2O(g)CaCO3(s)+2H2(g)的焓變ΔH=________________(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的代數(shù)式表示)。
(2)壓力p下,C—H2O—CaO體系達平衡后,圖示溫度范圍內(nèi)C(s)已完全反應,CaCO3(s)在T1溫度時完全分解。氣相中CO、CO2和H2摩爾分數(shù)隨溫度的變化關(guān)系如圖所示,則a線對應物種為_____________(填化學式)。當溫度高于T1時,隨溫度升高c線對應物種的摩爾分數(shù)逐漸降低的原因是___________________________________。
(3)壓力p下、溫度為T0時,圖示三種氣體的摩爾分數(shù)分別為0.50、0.15、0.05,則反應CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常數(shù)Kp=_____________________;此時氣體總物質(zhì)的量為4.0 mol,則CaCO3(s)的物質(zhì)的量為____________________mol;若向平衡體系中通入少量CO2(g),重新達平衡后,分壓p(CO2)將__________(填“增大”“減小”或“不變”,下同),p(CO)將__________。
2.(2024·湖南卷)丙烯腈(CH2CHCN)是一種重要的化工原料。工業(yè)上以N2為載氣,用TiO2作催化劑生產(chǎn)CH2CHCN的流程如下:
已知:①進料混合氣進入兩釜的流量恒定,兩釜中反應溫度恒定。
②反應釜Ⅰ中發(fā)生的反應:
ⅰ.HOCH2CH2COOC2H5(g)
CH2CHCOOC2H5(g)+H2O(g)　ΔH1
③反應釜Ⅱ中發(fā)生的反應:
ⅱ.CH2CHCOOC2H5(g)+NH3(g)CH2CHCONH2(g)+C2H5OH(g)　ΔH2
ⅲ.CH2CHCONH2(g)CH2CHCN(g)+H2O(g)　ΔH3
④在此生產(chǎn)條件下,酯類物質(zhì)可能發(fā)生水解。
回答下列問題:
(1)總反應HOCH2CH2COOC2H5(g)+NH3(g)CH2CHCN(g)+C2H5OH(g)+2H2O(g)ΔH=______________________________________(用含ΔH1、ΔH2和ΔH3的代數(shù)式表示)。
(2)進料混合氣中n(HOCH2CH2COOC2H5)∶n(C2H5OH)=1∶2,出料中四種物質(zhì)(CH2CHCOOC2H5、CH2CHCN、C2H5OH、H2O)的流量,(單位時間內(nèi)出料口流出的物質(zhì)的量)隨時間變化關(guān)系如圖:
①表示CH2CHCN的曲線是_____________(填“a”“b”或“c”)。
②反應釜Ⅰ中加入C2H5OH的作用是___________________________________。
③出料中沒有檢測到CH2CHCONH2的原因是______________________________。
④反應11 h后,a、b、c曲線對應物質(zhì)的流量逐漸降低的原因是____________________________。
(3)催化劑TiO2再生時會釋放CO2,可用氨水吸收獲得NH4HCO3。現(xiàn)將一定量的NH4HCO3固體(含0.72 g水)置于密閉真空容器中,充入CO2和NH3,其中CO2的分壓為100 kPa,在27 ℃下進行干燥。為保證NH4HCO3不分解,NH3的分壓應不低于____________________kPa(已知p(H2O)=2.5×102 kPa·mol-1×n(H2O),NH4HCO3分解的平衡常數(shù)Kp=4×104(kPa)3)。
(4)以CH2CHCN為原料,稀硫酸為電解液,Sn作陰極,用電解的方法可制得Sn(CH2CH2CN)4,其陰極反應式___________________________________。
3.(2024·唐山二模)金屬氧化物催化氧化制備苯甲醛是近年來的研究熱點。以Fe3O4為催化劑,苯乙烯、H2O2為原料制備苯甲醛涉及的主要反應有:
反應ⅰ:(l)+2H2O2(l)(l)+HCHO(l)+2H2O(l)　ΔH1=-489.0 kJ·mol-1
反應ⅱ:(l)+H2O2(l)(l)+H2O(l)　ΔH2=+566.6 kJ·mol-1
反應ⅲ:(l)+H2O2(l)
(l)+HCHO(l)+H2O(l)　ΔH3
回答下列問題:
(1)反應ⅲ的ΔH3=_____________ kJ·mol-1。
(2)根據(jù)阿累尼烏斯方程ln k=-+ln A(A為指前因子,Ea為活化能),ln k與呈線性關(guān)系。據(jù)圖1可知反應ⅰ的活化能__________(填“>”“=”或“<”)反應ⅱ的活化能。
圖1
(3)實驗測得苯乙烯的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖2所示。溫度高于60 ℃,苯乙烯的轉(zhuǎn)化率下降,可能的原因是___________________________________________________________。
圖2
(4)Fe3O4的催化反應機理如圖3所示:
圖3
以上轉(zhuǎn)化過程中,屬于氧化還原反應的是_____________(填序號)。
(5)在V2O5-ZrO2催化下,甲苯可以實現(xiàn)氣相氧化制備苯甲醛。
主反應:+O2+H2O
副反應:2+O22
T ℃時,向2 L密閉容器中充入1 mol甲苯蒸氣和2 mol O2,起始壓強為p0,2 h后反應達平衡時容器內(nèi)氣體總物質(zhì)的量為2.9 mol,甲苯的轉(zhuǎn)化率為80%。則甲苯的平均反應速率為_____________ mol·L-1·h-1,主反應的Kp=_____________(Kp為平衡分壓代替平衡濃度的平衡常數(shù),氣體平衡分壓=總壓×該氣體物質(zhì)的量分數(shù),計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。
破大題(一)
真題引領(lǐng)·明確考向
1.答案　(1)-566　(2)>　b　(3)① 　②增大　(4)4s空軌道　識別度高,能有效將C2H4和C2H6分離,分離出的產(chǎn)物中雜質(zhì)少,純度較高　(5)BC
解析　(1)將兩個反應依次標號為反應①和反應②,反應①-反應②×2可得目標反應,則ΔH3=ΔH1-2ΔH2=(-209.8-178.1×2) kJ·mol-1=-566 kJ·mol-1。(2)從題圖可知,壓強相同的情況下,隨著溫度升高,C2H6的平衡轉(zhuǎn)化率增大,因此該反應為吸熱反應,ΔH4>0。600 ℃、0.6 MPa時,C2H6的平衡轉(zhuǎn)化率約為20%,a項錯誤;700 ℃、0.7 MPa時,C2H6的平衡轉(zhuǎn)化率約為50%,最接近40%,b項正確;700 ℃、0.8 MPa時,C2H6的平衡轉(zhuǎn)化率接近50%,升高溫度,該反應的化學平衡正向移動,C2H6轉(zhuǎn)化率增大,因此800 ℃、0.8 MPa時,C2H6的平衡轉(zhuǎn)化率大于50%,c項錯誤。(3)①僅發(fā)生反應ⅰ,設初始時C2H6的物質(zhì)的量為1 mol,平衡時C2H6的轉(zhuǎn)化率為25%,則消耗C2H6 0.25 mol,生成C2H4 0.25 mol,生成H2 0.25 mol,Kx1==;②同時發(fā)生反應ⅰ和反應ⅱ,且從題干可知Kx2遠大于Kx1,反應ⅱ消耗反應ⅰ中生成的H2,使反應ⅰ正向進行,C2H4的平衡產(chǎn)率增大。(4)配合物中,金屬離子通常提供空軌道,配體提供孤電子對,則Cu+的4s空軌道與C2H4分子的π鍵電子形成配位鍵。C2H4能與Cu+形成配合物而吸附在Y分子篩上,C2H6中無孤電子對,不能與Cu+形成配合物而無法吸附,通過這種分子篩分離C2H4和C2H6,優(yōu)點是識別度高,能有效將C2H4和C2H6分離,分離出的產(chǎn)物中雜質(zhì)少,純度較高。(5)前30 min,等于0,出口濃度c為0,說明兩種氣體均被吸附,A項錯誤;p點時,C2H6對應的約為1.75,出口處C2H6濃度較大,而C2H4對應的較小,出口處C2H4濃度較小,說明此時出口處氣體的主要成分為C2H6,B項正確;a點處C2H6的=1,說明此時C2H6不再吸附在吸附劑上,而a點后C2H6的>1,說明原來吸附在吸附劑上的C2H6也開始脫落,同時從圖中可知,a點后一段時間,C2H4的仍為0,說明是吸附的C2H6逐漸被C2H4替代,p點到b點之間,吸附的C2H6仍在被C2H4替代,但是速率相對之前有所減小,同時吸附劑可能因吸附量有限等原因無法一直吸附C2H4,因此p點后C2H4的也逐步增大,直至等于1,此時吸附劑不能再吸附兩種物質(zhì),C項正確。
2.答案　(1)<　360　(2)-285.8　(3)BD　(4)流速過快,反應物分子來不及在催化劑表面接觸而發(fā)生反應,導致轉(zhuǎn)化率下降,同時,T3溫度低,反應速率低,故單位時間內(nèi)氯化氫的轉(zhuǎn)化率低　(5)6　(6)101
解析　(1)反應2HCl(g)+O2(g)Cl2(g)+H2O(g)前后的氣體分子數(shù)目減小,所以該反應ΔS<0,該反應為放熱反應,由于在流速較低時的轉(zhuǎn)化率視為平衡轉(zhuǎn)化率,所以在流速低的時候,溫度越高,HCl的轉(zhuǎn)化率越小,故T1代表的溫度為440 ℃,T3為360 ℃。(2)表示氫氣燃燒熱的熱化學方程式為④H2(g)+O2(g)H2O(l),設①2HCl(g)+O2(g)Cl2(g)+H2O(g),②H2O(l)H2O(g),③H2(g)+Cl2(g)2HCl(g),則④=①+③-②,因此氫氣的燃燒熱ΔH=-57.2 kJ·mol-1-184.6 kJ·mol-1-44 kJ·mol-1=-285.8 kJ·mol-1。(3)增大HCl的流速,由圖像可知,HCl的轉(zhuǎn)化率在減小,A項不符合題意; M對應溫度為360 ℃,由圖像可知,升高溫度,HCl的轉(zhuǎn)化率增大,B項符合題意;增大n(HCl)∶n(O2),HCl的轉(zhuǎn)化率減小,C項不符合題意;使用高效催化劑,可以增加該溫度下的反應速率,使單位時間內(nèi)HCl的轉(zhuǎn)化率增加,D項符合題意。(4)圖中在較高流速下,T3溫度下的轉(zhuǎn)化率低于溫度較高的T1和T2,主要是流速過快,反應物分子來不及在催化劑表面接觸而發(fā)生反應,導致轉(zhuǎn)化率下降,同時,T3溫度低,反應速率低,故單位時間內(nèi)氯化氫的轉(zhuǎn)化率低。(5)由圖像可知,N點HCl的平衡轉(zhuǎn)化率為80%,設起始n(HCl)=n(O2)=4 mol,可列出三段式:
　　　 　　2HCl(g)+O2(g)Cl2(g)+H2O(g)
起始/mol 　　4　　　　　4　　　　0　 　　0
變化/mol　　3.2　　　　0.8　　　1.6　 　1.6
平衡/mol　　0.8　　　　3.2　　　1.6　 　1.6
則Kx==6。(6)由于二者的晶體結(jié)構(gòu)相似,體積近似相等,則其密度之比等于摩爾質(zhì)量之比。故1.66==,則Ru的相對原子質(zhì)量為101。
命題熱點·逐點突破
熱點1
典題演練
1.答案　-45
2.答案　-307　或
解析　根據(jù)蓋斯定律可知,反應③=×(反應②-反應①),所以對應ΔH3=×(ΔH2-ΔH1)=×(-329 kJ·mol-1-285 kJ·mol-1)=-307 kJ·mol-1;根據(jù)平衡常數(shù)表達式與熱化學方程式之間的關(guān)系可知,對應化學平衡常數(shù)K3=或。
3.答案　+14.8
解析　根據(jù)蓋斯定律,ΔH3=ΔH2-ΔH1=-378 .7 kJ·mol-1+393 .5 kJ·mol-1=+14.8 kJ·mol-1。
4.答案　+118
解析　(1)根據(jù)蓋斯定律,將①-②-③可得C6H5C2H5(g)C6H5CHCH2(g)+H2(g)　ΔH4=-4 386.9 kJ·mol-1-(-4 263.1 kJ·mol-1)-(-241.8 kJ·mol-1)=+118 kJ·mol-1。
熱點2
典題演練
1.答案　0.75r
解析　實驗1與實驗2相比,=,得y=1,實驗1與實驗3相比,=,得x=2,代入實驗1,k==103r,根據(jù)實驗4計算,v=103r(0.05)2×0.3=0.75r。
2.答案　(1)1016　(2)105　105
解析　(1)反應Ⅰ+反應Ⅱ得BaCO3(s)+4C(s)BaC2(s)+3CO(g),所以其平衡常數(shù)K=KⅠ×KⅡ=,由題圖可知,1 585 K時KⅠ=102.5,KⅡ=10-1.5,即=102.5×10-1.5=10,所以=10×(105Pa)3=1016Pa3,則Kp==1016Pa3。(2)由題圖可知,1 320 K時反應Ⅰ的KⅠ=100=1,即KⅠ==1,所以=(105 Pa)2,即pCO=105 Pa;若將容器容積壓縮到原來的,由于溫度不變、平衡常數(shù)不變,重新建立平衡后pCO應不變,即pCO=105 Pa。
3.答案　(1)5.54　(2)0.033　增大
解析　(1)根據(jù)化學反應速率的計算公式,v(X)=,60 min時,c(X)=6.80 mol·L-1-v(X)·Δt=6.80 mol·L-1-0.042 mol·L-1·min-1×30 min=5.54 mol·L-1。(2)已知==,又由題給反應速率方程推知,===3,則Δc(G)=×Δc(D)=0.033 mol·L-1,即60 min后c(G)=0.033 mol·L-1。60 min后,D和G轉(zhuǎn)化為T的速率比為=,G消耗得更快,則增大。
熱點3
典題演練
1.答案　(1)甲　5.6×10-5　(2)0.195 2
　(3)逆反應方向
解析　(1)由轉(zhuǎn)化率圖像可知,0~50 min,經(jīng)方式甲處理后反應速率最快;經(jīng)方式丙處理后,50 min時SiCl4的轉(zhuǎn)化率為4.2%,反應的SiCl4的物質(zhì)的量為0.1 mol×4.2%=0.004 2 mol,根據(jù)化學計量數(shù)可得反應生成的SiHCl3的物質(zhì)的量為0.004 2 mol×=0.005 6 mol,平均反應速率v(SiHCl3)==5.6×10-5 mol·L-1·min-1。(2)反應達到平衡時,SiCl4的轉(zhuǎn)化率為14.6%,列出三段式為
　　　　　　　3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s)4SiHCl3(g)
起始濃度/(mol·L-1)　 　0.05　 　　0.2　　　　　　　　　0
轉(zhuǎn)化濃度/(mol·L-1)　 0.007 3　　0.004 8　　 　　　　0.009 7
平衡濃度/(mol·L-1)　 0.042 7　　0.195 2　　 　　　　0.009 7
當反應達平衡時,H2的濃度為0.195 2 mol·L-1,平衡常數(shù)K的計算式為。(3)增大容器容積,壓強減小,平衡向氣體體積增大的方向移動,即反應平衡向逆反應方向移動。
2.答案　小于　降低溫度、增大壓強　97.3%　9 000
解析　隨著溫度升高,平衡時Ni(CO)4的體積分數(shù)減小,說明溫度升高平衡逆向移動,因此該反應的ΔH<0;該反應的正反應是氣體總分子數(shù)減小的放熱反應,因此降低溫度和增大壓強均有利于Ni(CO)4的生成;由上述分析知,溫度相同時,增大壓強平衡正向移動,對應的平衡體系中Ni(CO)4的體積分數(shù)增大,則壓強p4>p3>p2>p1,即p3對應的壓強是1.0 MPa。由題圖可知,p3、100 ℃條件下達到平衡時,CO和Ni(CO)4的物質(zhì)的量分數(shù)分別為0.1、0.9,設初始投入的CO為4 mol,反應生成的Ni(CO)4為x mol,可得三段式:
　　　　　Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)
起始/mol　　　 　　4　　　　　0
轉(zhuǎn)化/mol　 　　　4x　　　　　x
平衡/mol　 　　　4-4x　　　x
反應后總物質(zhì)的量為(4-3x) mol,根據(jù)阿伏加德羅定律,其他條件相同時,氣體的體積分數(shù)即其物質(zhì)的量分數(shù),因此有=0.9,解得x=,因此達到平衡時n轉(zhuǎn)化(CO)=4× mol,CO的平衡轉(zhuǎn)化率α=×100%≈97.3%;氣體的分壓=總壓強×該氣體的物質(zhì)的量分數(shù),則該溫度下的壓強平衡常數(shù)Kp====9 000(MPa)-3。
3.答案　(1)E正+67.59　(2)T3>T2>T1　該反應的正反應放熱,且氣體分子數(shù)減小,反應正向進行時,容器內(nèi)壓強減小,從T3到T1平衡時Δp增大,說明反應正向進行程度逐漸增大,對應溫度逐漸降低　75%　0.03　(3)D
解析　(1)根據(jù)反應熱ΔH與活化能E正和E逆關(guān)系為ΔH=正反應活化能-逆反應活化能可知,該反應的E逆=E正 kJ·mol-1-ΔH=(E正+67.59)kJ·mol-1。(2)該反應的正反應為氣體體積減小的反應,因此反應正向進行程度越大,平衡時容器內(nèi)壓強越小,Δp越大。從T3到T1,Δp增大,說明反應正向進行程度逐漸增大,已知正反應為放熱反應,則溫度由T3到T1逐漸降低,即T3>T2>T1。由題圖甲中M點可知,進料比為n(SO2)∶n(Cl2)=2,平衡時Δp=60 kPa,已知恒溫恒容情況下,容器內(nèi)氣體的物質(zhì)的量之比等于壓強之比,可據(jù)此列出“三段式”。
　　　　　　　SO2(g)+Cl2(g)SO2Cl2(g)　Δp
起始壓強/kPa　 160　 　80
轉(zhuǎn)化壓強/kPa 　60　　　60　　 　60　　　　60
平衡壓強/kPa　 100　　20　 　　60
可計算得α(Cl2)=×100%=75%,Kp===0.03 kPa-1。(3)由題圖1中M點可知,進料比為2時,Δp=60 kPa,結(jié)合“三段式”以及T1時化學平衡常數(shù)可知,進料比為0.5時,Δp也為60 kPa,曲線D上存在(0.5,60)。本題也可以快解:根據(jù)“等效平衡”原理,該反應中SO2和Cl2的化學計量數(shù)之比為1∶1,則SO2和Cl2的進料比互為倒數(shù)(如2與0.5)時,Δp相等。
化零為整·綜合應用
1.答案　(1)ΔH1+ΔH2+ΔH3　(2)H2　當溫度高于T1時,CaCO3(s)已完全分解,只發(fā)生反應Ⅱ,溫度升高,反應Ⅱ逆向移動,所以CO2的摩爾分數(shù)減小　(3)　0.5　不變　不變
解析　(1)已知三個反應:
Ⅰ.C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)
Ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
Ⅲ.CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)
設目標反應C(s)+CaO(s)+2H2O(g)CaCO3(s)+2H2(g)為Ⅳ,根據(jù)蓋斯定律,Ⅳ=Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ,所以ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。(2)圖示溫度范圍內(nèi)C(s)已完全反應,則反應Ⅰ已經(jīng)進行完全,反應Ⅱ和Ⅲ均為放熱反應,從開始到T1,溫度不斷升高,反應Ⅱ和Ⅲ逆向移動,依據(jù)反應Ⅱ,H2的量減小,摩爾分數(shù)減小,CO的量升高,摩爾分數(shù)增大,且二者摩爾分數(shù)變化斜率相同,所以a曲線代表H2的摩爾分數(shù)的變化,則c曲線代表CO2的摩爾分數(shù)隨溫度的變化,從開始到T1,CO2的摩爾分數(shù)升高,說明在這段溫度范圍內(nèi),反應Ⅲ占主導,當溫度高于T1時,CaCO3(s)已完全分解,只發(fā)生反應Ⅱ,所以CO2的摩爾分數(shù)減小。(3)壓力p下、溫度為T0時,H2、CO、CO2的摩爾分數(shù)分別為0.50、0.15、0.05,則H2O(g)的摩爾分數(shù)為1-0.5-0.15-0.05=0.3,則反應CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常數(shù)Kp===;根據(jù)氣體總物質(zhì)的量為4.0 mol知,平衡時n(CO)=0.15×4.0 mol=0.6 mol,n(H2)=0.50×4.0 mol=2 mol,n(CO2)=0.05×4.0 mol=0.2 mol,在圖示溫度范圍內(nèi),C已完全反應,設起始加入x mol C、y mol H2O,反應Ⅱ中轉(zhuǎn)化的CO為a mol,反應Ⅲ中轉(zhuǎn)化的CO2為b mol,則存在:
　　　　　　C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)
起始量/mol 　x　 　y　　　 　0　　　0
轉(zhuǎn)化量/mol 　x　 　x　　　 　x　　x
　　　　　　CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
轉(zhuǎn)化量/mol 　a　　　a　　　　　a　　 　a
　　　　　　CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)
轉(zhuǎn)化量/mol　　　 　　b　　　　　b
平衡時,n(CO)=(x-a) mol,n(H2)=(x+a) mol,n(CO2)=(a-b) mol,則x-a=0.6,x+a=2,a-b=0.2,聯(lián)立解得x=1.3,a=0.7,b=0.5,即n(CaCO3)=0.5 mol。根據(jù)反應Ⅲ的平衡常數(shù)Kp=及平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)知,重新平衡時,體系中p(CO2)不變。溫度不變,平衡常數(shù)不變,根據(jù)=K1·K2·K3、K2=知,p(CO)也保持不變。
2.答案　(1)ΔH1+ΔH2+ΔH3　(2)①c　②降低分壓,有利于反應ⅰ平衡正向移動且提高醇的濃度,可以使酯的水解程度降低從而提高產(chǎn)率　③CH2CHCONH2在反應釜Ⅱ的溫度下發(fā)生分解　④反應時間過長,催化劑中毒活性降低,反應速率降低,故產(chǎn)物減少　(3)40　(4)Sn+4CH2CHCN+4e-+4H+Sn(CH2CH2CN)4
解析　(1)根據(jù)蓋斯定律,總反應HOCH2CH2COOC2H5(g)+NH3(g)CH2CHCN(g)+C2H5OH(g)+2H2O(g)可以由反應ⅰ+反應ⅱ+反應ⅲ得到,故ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。(2)①根據(jù)總反應HOCH2CH2COOC2H5(g)+NH3(g)CH2CHCN(g)+C2H5OH(g)+2H2O(g),設進料混合氣中n(HOCH2CH2COOC2H5)=1 mol,n(C2H5OH)=2 mol,出料氣中CH2CHCOOC2H5含量很少,且根據(jù)(2)③中的信息可知出料氣中無CH2CHCONH2,則生成CH2CHCN(g)、C2H5OH(g)的物質(zhì)的量約為1 mol,生成H2O(g)的物質(zhì)的量約為2 mol,故出料氣中C2H5OH(g)的物質(zhì)的量共約3 mol,故出料氣中CH2CHCN、C2H5OH、H2O的物質(zhì)的量之比約為1∶3∶2,故曲線c表示CH2CHCN的曲線;②反應釜Ⅰ中發(fā)生的反應ⅰ是氣體體積增大的反應,故加入C2H5OH可降低分壓,有利于反應ⅰ平衡正向移動且提高醇的濃度,可以使酯的水解程度降低從而提高產(chǎn)率;③丙烯酰胺(CH2CHCONH2)的分解溫度約為160~170 ℃,出料中沒有檢測到CH2CHCONH2的原因是CH2CHCONH2在反應釜Ⅱ的溫度下發(fā)生分解;④反應11 h后,a、b、c曲線對應物質(zhì)的流量逐漸降低的原因是反應時間過長,催化劑中毒活性降低,反應速率降低,故產(chǎn)物減少。(3)0.72 g水的物質(zhì)的量為0.04 mol,故p(H2O)=2.5×102 kPa· mol-1×n(H2O)=10 kPa,NH4HCO3分解的反應式為NH4HCO3NH3↑+CO2↑+H2O↑,故NH4HCO3分解的平衡常數(shù)Kp=p(NH3)·p(CO2)·p(H2O)=4×104(kPa)3,解得p(NH3)=40 kPa,故為保證NH4HCO3不分解,NH3的分壓應不低于40 kPa。(4)Sn(CH2CH2CN)4是有機化合物,與水不溶,在水中不電離,以CH2CHCN為原料在Sn做的陰極上得電子制得Sn(CH2CH2CN)4,故陰極的電極反應式為Sn+4CH2CHCN+4e-+4H+Sn(CH2CH2CN)4。
3.答案　(1)-1 055.6　(2)<　(3)溫度升高,H2O2部分分解(或升溫反應ⅰ逆向移動,反應ⅱ正向移動,對反應ⅰ的影響更大)　(4)②⑥　(5)0.2　2.18
解析　(1)反應ⅰ-反應ⅱ可以得到反應ⅲ,所以反應ⅲ的ΔH3=ΔH1-ΔH2=-1 055.6 kJ·mol-1。(2)由公式可知,-即為斜率,所以反應ⅰ的活化能小于反應ⅱ的活化能。(3)溫度高于60 ℃,苯乙烯的轉(zhuǎn)化率下降,可能的原因是溫度升高,H2O2部分分解(或升溫反應ⅰ逆向移動,反應ⅱ正向移動,對反應ⅰ的影響更大)。(4)有元素化合價變化的反應屬于氧化還原反應,即以上轉(zhuǎn)化過程中,屬于氧化還原反應的是②⑥。(5)向2 L密閉容器中充入1 mol甲苯蒸氣和2 mol O2,甲苯的轉(zhuǎn)化率為80%,消耗的甲苯為0.8 mol,則甲苯的平均反應速率為==0.2 mol·L-1·h-1;根據(jù)三段式:
　　　 　　+O2+H2O
起始/mol　　1　　　2　 　　0　 　　0
轉(zhuǎn)化/mol　 　0.8　　0.8　 　0.8　 　0.8
平衡/mol　 　0.2　　1.2　 　0.8　 　0.8
　　　 　　2+O2
起始/mol 　　0.8　　　 　1.2　　　0
轉(zhuǎn)化/mol 　　2x　　 　　x　　 　2x
平衡/mol0.8-2x　 　1.2-x　　2x
根據(jù)題目信息,則0.8-2x+1.2-x+2x+0.8+0.2=2.9,則x=0.1 mol,根據(jù)反應前后壓強之比等于氣體的物質(zhì)的量之比,=,平衡時壓強p=p0,則p(甲苯)=×p0=p0,p(苯甲醛)=×p0=0.2p0,p(H2O)=×p0=p0,p(O2)=×p0=p0,所以主反應的Kp==2.18。專題五　熱化學　化學反應速率和化學平衡
微專題1　化學反應與熱量
　
　(2022·浙江1月選考)相關(guān)有機物分別與氫氣發(fā)生加成反應生成1 mol環(huán)己烷()的能量變化如圖所示:
下列推理不正確的是(　　)
A.2ΔH1≈ΔH2,說明碳碳雙鍵加氫放出的熱量與分子內(nèi)碳碳雙鍵數(shù)目成正比
B.ΔH2<ΔH3,說明單雙鍵交替的兩個碳碳雙鍵間存在相互作用,有利于物質(zhì)穩(wěn)定
C.3ΔH1<ΔH4,說明苯分子中不存在三個完全獨立的碳碳雙鍵
D.ΔH3-ΔH1<0,ΔH4-ΔH3>0,說明苯分子具有特殊穩(wěn)定性
1.反應熱計算的四種方法
放熱反應ΔH<0
吸熱反應ΔH>0
(1)從宏觀角度計算。
ΔH=H1(生成物的總能量)-H2(反應物的總能量)
(2)從微觀角度計算。
ΔH=E1(反應物的鍵能總和)-E2(生成物的鍵能總和)
(3)從活化能角度計算。
ΔH=E1(正反應的活化能)-E2(逆反應的活化能)
(4)根據(jù)蓋斯定律計算。
①計算步驟。
②計算方法。
2.熱化學方程式書寫注意事項
(1)注意ΔH的符號和單位:ΔH的單位為kJ·mol-1。
(2)注意測定條件:絕大多數(shù)的反應熱ΔH是在25 ℃、101 kPa下測定的,此時可不注明溫度和壓強。
(3)注意熱化學方程式中的化學計量數(shù):熱化學方程式的化學計量數(shù)可以是整數(shù),也可以是分數(shù)。
(4)注意物質(zhì)的聚集狀態(tài):氣體用“g”,液體用“l(fā)”,固體用“s”,溶液用“aq”。熱化學方程式中不用“↑”和“↓”。
(5)注意ΔH的數(shù)值與符號:如果化學計量數(shù)加倍,則ΔH也要加倍。逆反應的反應熱與正反應的反應熱數(shù)值相等,但符號相反。
(6)對于具有同素異形體的物質(zhì),除了要注明聚集狀態(tài)外,還要注明物質(zhì)的名稱。
如:①S(單斜,s)+O2(g)SO2(g)　ΔH=-297.16 kJ·mol-1
②S(正交,s)+O2(g)SO2(g)　ΔH2=-296.83 kJ·mol-1
③S(單斜,s)S(正交,s)　ΔH3=-0.33 kJ·mol-1
1.(2024·大慶一模)研究表明I-可以作為水溶液中SO2歧化反應的催化劑:3SO2(g)+2H2O(l)2H2SO4(aq)+S(s)　ΔH<0;該過程一般通過如下步驟來實現(xiàn):①SO2(g)+4I-(aq)+4H+(aq)S(s)+2I2(g)+2H2O(l)　ΔH>0;②I2(g)+2H2O(l)+SO2(g)S(aq)+4H+(aq)+2I-(aq)　ΔH<0;已知反應①為慢反應,示意圖中能體現(xiàn)上述反應過程中能量變化的是(　　)
A　B
C　D
2.(2024·貴陽質(zhì)檢)已知反應:①C2H4(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(g)　ΔH1=-a kJ·mol-1(a>0);
②C2H4(g)+2O2(g)2CO(g)+2H2O(l)　ΔH2=-b kJ·mol-1(b>0)。
其他數(shù)據(jù)如表所示:
化學鍵 CO OO C—H O—H CC
鍵能 /(kJ·mol-1) 798 x 413 463 615
下列說法正確的是(　　)
A.乙烯的燃燒熱為a kJ·mol-1
B.上表中的x用a的代數(shù)式表示為
C.反應2CO(g)+O2(g)2CO2(g)　ΔH=-(a-b) kJ·mol-1
D.當有4 mol C—H鍵斷裂時,反應放出的熱量一定為b kJ
3.(2024·武漢二模)晶格能是反映離子晶體穩(wěn)定性的物理量,其定義為氣態(tài)離子形成1 mol離子晶體釋放的能量。TlF(s)生成TlF3(s)的BOrn Haber循環(huán)如圖所示。
下列說法錯誤的是(　　)
A.離子晶體穩(wěn)定性:TlFB.Tl原子的第三電離能為4 849 kJ·mol-1
C.斷裂1 mol F—F鍵消耗158 kJ的能量
D.TlF(s)+F2(g)TlF3(s)　ΔH=-297 kJ·mol-1
微專題1
真題體驗
　A　解析　2ΔH1≈ΔH2,說明碳碳雙鍵加氫放出的熱量與分子內(nèi)碳碳雙鍵數(shù)目成正比,但不能是存在相互作用的兩個碳碳雙鍵,A項錯誤;ΔH2<ΔH3,即單雙鍵交替的物質(zhì)能量低,更穩(wěn)定,說明單雙鍵交替的兩個碳碳雙鍵間存在相互作用,有利于物質(zhì)穩(wěn)定,B項正確;由圖示可知,反應Ⅰ為(l)+H2(g)(l)　ΔH1　反應Ⅳ為(l)+3H2(g)(l)　ΔH4 ,故反應Ⅰ是1 mol碳碳雙鍵加成,如果苯環(huán)上有三個完全獨立的碳碳三鍵,則3ΔH1=ΔH4,現(xiàn)3ΔH1<ΔH4,說明苯分子中不存在三個完全獨立的碳碳雙鍵,C項正確;由圖示可知,反應Ⅰ為(l)+H2(g)(l)　ΔH1　反應Ⅲ為(l)+2H2(g)(l)　ΔH3　反應Ⅳ為(l)+3H2(g)(l)　ΔH4 ,ΔH3-ΔH1<0,即(l)+H2(g)(l)　ΔH<0,ΔH4-ΔH3>0,即(l)+H2(g)(l)　ΔH>0,則說明具有的總能量小于,能量越低越穩(wěn)定,則說明苯分子具有特殊穩(wěn)定性,D項正確。
典題演練
1.A　解析　3SO2(g)+2H2O(l)2H2SO4(aq)+S(s)　ΔH<0;整個過程是放熱反應,反應物的總能量大于生成物總能量,因此C項不符合題意,該過程一般通過如下步驟來實現(xiàn):①SO2(g)+4I-(aq)+4H+(aq)S(s)+2I2(g)+2H2O(l)　ΔH>0;第一步是吸熱反應,因此D項不符合題意,②I2(g)+2H2O(l)+SO2(g)S(aq)+4H+(aq)+2I-(aq)　ΔH<0;第二步是放熱反應,又已知反應①為慢反應,說明反應①的活化能大于反應②的活化能,A項符合題意。
2.B　解析　表示燃燒熱時所生成的產(chǎn)物水為液態(tài),A項錯誤;根據(jù)鍵能計算反應熱,ΔH1=(413×4+3x+615)-(798×4+463×4)=-a,則有x=,B項正確;反應①②中水的狀態(tài)不同,根據(jù)蓋斯定律不能計算反應2CO(g)+O2(g)2CO2(g)的ΔH,C項錯誤;反應①②1 mol C2H4反應都有4 mol C—H鍵斷裂,無法確定放出的熱量,D項錯誤。
3.B　解析　晶格能是反映離子晶體穩(wěn)定性的物理量,其定義為氣態(tài)離子形成1 mol離子晶體時釋放的能量,由圖可知,形成1 mol TlF(s)離子晶體釋放845 kJ能量,形成1 mol TlF3(s)離子晶體釋放5 493 kJ能量,則離子晶體穩(wěn)定性TlFΔH=+4 849 kJ·mol-1,可判斷Tl原子的第三電離能不是4 849 kJ·mol-1,B項錯誤;由圖可知,F2(g)2F(g)吸收158 kJ能量,則斷裂1 mol F—F鍵消耗158 kJ的能量,C項正確;根據(jù)蓋斯定律,TlF(s)+F2(g)TlF3(s)　ΔH=+845+4 849+158-656-5 493=-297 kJ·mol-1,D項正確。微專題2　化學反應速率和化學平衡的應用
　
1.(2024·甘肅卷)下列措施能降低化學反應速率的是(　　)
A.催化氧化氨制備硝酸時加入鉑
B.中和滴定時,邊滴邊搖錐形瓶
C.鋅粉和鹽酸反應時加水稀釋
D.石墨合成金剛石時增大壓強
2.(2023·河北卷)在恒溫恒容密閉容器中充入一定量W(g),發(fā)生如下反應:
反應②和③的速率方程分別為v2=k2·c2(X)和v3=k3·c(Z),其中k2、k3分別為反應②和③的速率常數(shù),反應③的活化能大于反應②。測得W(g)的濃度隨時間的變化如下表。
t/min 0 1 2 3 4 5
c(W)/ (mol·L-1) 0.160 0.113 0.080 0.056 0.040 0.028
下列說法正確的是(　　)
A.0~2 min內(nèi),X的平均反應速率為0.080 mol·L-1·min-1
B.若增大容器容積,平衡時Y的產(chǎn)率增大
C.若k2=k3,平衡時c(Z)=c(X)
D.若升高溫度,平衡時c(Z)減小
3.(2024·浙江6月選考)為探究化學平衡移動的影響因素,設計方案并進行實驗,觀察到相關(guān)現(xiàn)象。其中方案設計和結(jié)論都正確的是(　　)
選項 影響 因素 方案設計 現(xiàn)象 結(jié)論
A 濃度 向1 mL 0.1 mol·L-1 K2CrO4溶液中加入1 mL 1.0 mol·L-1 HBr溶液 黃色溶液變橙色 增大反應物濃度,平衡向正反應方向移動
B 壓強 向恒溫恒容密閉玻璃容器中充入100 mL HI氣體,分解達到平衡后再充入100 mL氬氣 氣體顏色不變 對于反應前后氣體總體積不變的可逆反應,改變壓強平衡不移動
C 溫度 將封裝有NO2和N2O4混合氣體的燒瓶浸泡在熱水中 氣體顏色變深 升高溫度,平衡向吸熱反應方向移動
D 催化劑 向1 mL乙酸乙酯中加入1 mL 0.3 mol·L-1 H2SO4溶液,水浴加熱 上層液體逐漸減少 使用合適的催化劑可使平衡向正反應方向移動
4.(2024·浙江6月選考)二氧化碳氧化乙烷制備乙烯,主要發(fā)生如下兩個反應:
Ⅰ.C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+CO(g)+H2O(g)　ΔH1>0
Ⅱ.C2H6(g)+2CO2(g)4CO(g)+3H2(g) ΔH2>0
向容積為10 L的密閉容器中投入2 mol C2H6和3 mol CO2,不同溫度下,測得5 min時(反應均未平衡)的相關(guān)數(shù)據(jù)見下表,下列說法不正確的是(　　)
溫度/℃ 400 500 600
乙烷轉(zhuǎn)化率/% 2.2 9.0 17.8
乙烯選擇性/% 92.6 80.0 61.8
注:乙烯選擇性=×100%
A.反應活化能:Ⅰ<Ⅱ
B.500 ℃時,0~5 min反應Ⅰ的平均速率:v(C2H4)=2.88×10-3 mol·L-1·min-1
C.其他條件不變,平衡后及時移除H2O(g),可提高乙烯的產(chǎn)率
D.其他條件不變,增大投料比[n(C2H6)/n(CO2)],平衡后可提高乙烷轉(zhuǎn)化率
1.化學反應速率計算的兩種方法
(1)公式法:v(B)==
(2)比值法
同一化學反應,各物質(zhì)的反應速率之比等于反應方程式中的化學計量數(shù)之比。對于反應:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)來說,則有===。
2.化學反應速率的影響因素
(1)內(nèi)因——活化能。
相同條件下,不同化學反應的速率不同,主要是內(nèi)因——活化能大小不同,活化能小的化學反應速率快,活化能大的化學反應速率慢。
(2)外因——濃度、壓強、溫度、催化劑、光照、接觸面積等。
①濃度(c):增大(減小)反應物濃度→單位體積內(nèi)活化分子數(shù)目增加(減少),活化分子百分數(shù)不變→有效碰撞頻率提高(降低)→化學反應速率加快(減慢)。
②壓強(p):對于氣相反應來說,增大(減小)壓強→相當于減小(增大)容器容積→相當于增大(減小)反應物的濃度→化學反應速率加快(減慢)。
③溫度(T):升高(降低)溫度→活化分子百分數(shù)增大(減小)→有效碰撞頻率提高(降低)→化學反應速率加快(減慢)。
④催化劑:使用催化劑→降低反應的活化能→活化分子百分數(shù)增大→有效碰撞頻率提高→化學反應速率加快。
3.“兩方法”“三關(guān)注”判斷化學平衡狀態(tài)
(1)“兩方法”——正逆相等、變量不變。
①“正逆相等”:反應速率必須一個是正反應的速率,一個是逆反應的速率,且經(jīng)過換算后同一種物質(zhì)的消耗速率和生成速率相等。
②“變量不變”:如果一個量是隨反應進行而改變的,當不變時為平衡狀態(tài);一個隨反應的進行保持不變的量,不能作為是否達到平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)。
(2)“三關(guān)注”。
①關(guān)注反應條件,是恒溫恒容、恒溫恒壓還是絕熱容器。
②關(guān)注反應特點,是等體積反應,還是非等體積反應。
③關(guān)注特殊情況,是否有固體參加或生成,或固體的分解反應。
4.“三角度”判斷化學平衡移動的方向
(1)通過比較平衡破壞瞬間的正、逆反應速率的相對大小來判斷平衡移動的方向。
①若外界條件改變,引起v正>v逆,則化學平衡向正反應方向移動。
②若外界條件改變,引起v正③若外界條件改變,雖能引起v正和v逆變化,但變化后新的v'正和v'逆仍保持相等,則化學平衡不發(fā)生移動。
(2)通過比較濃度商(Q)與平衡常數(shù)(K)的大小來判斷平衡移動的方向。
①若Q>K,平衡逆向移動。
②若Q=K,平衡不移動。
③若Q(3)依據(jù)勒夏特列原理判斷。
如果改變影響平衡的一個條件(如濃度、壓強或溫度等),平衡就向能夠減弱這種改變的方向移動。
①當增大反應物的濃度時,平衡向正反應方向移動,反之向逆反應方向移動。
②當升高反應溫度時,平衡向吸熱反應方向移動,反之向放熱反應方向移動。
③在有氣體參加或生成的可逆反應中,當增大壓強時,平衡總是向氣體體積縮小的方向移動,反之向氣體體積增大的方向移動。
5.化學平衡與平衡轉(zhuǎn)化率
(1)轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率。
轉(zhuǎn)化率有未達到平衡的轉(zhuǎn)化率和已達到平衡的平衡轉(zhuǎn)化率,在審題的時候一定要注意轉(zhuǎn)化率是否為平衡轉(zhuǎn)化率。
(2)轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系。
可逆反應的焓變ΔH 升高溫度
吸熱反應,ΔH>0 未達到平衡的轉(zhuǎn)化率增大
已達到平衡的平衡轉(zhuǎn)化率增大
放熱反應,ΔH<0 未達到平衡的轉(zhuǎn)化率增大
已達到平衡的平衡轉(zhuǎn)化率減小
(3)增大反應物的濃度與平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系(其中A、B、C均為氣體)。
可逆 反應 改變 條件 平衡移 動方向 反應物 轉(zhuǎn)化率 備注
A+B C 增大A的濃度 正向 移動 α(A)減小 α(B)增大 -
A B+C 增大A的濃度 正向 移動 α(A)減小 反應物轉(zhuǎn)化率實際是考慮壓強的影響
2A B+C 增大A的濃度 正向 移動 α(A)不變
3A B+C 增大A的濃度 正向 移動 α(A)增大
(4)如果兩氣體物質(zhì)的投料比按照化學計量數(shù)投料,那么無論是否達到化學平衡,兩者的轉(zhuǎn)化率一直相等。
1.(2024·滄州模擬)已知某條件下反應2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的速率方程為v=k·cn(NH3),NH3在鎢(W)表面分解的實驗數(shù)據(jù)如表所示。
t/min 0 20 40 60 80 100
c(NH3) /(mol·L-1) 0.100 0.080 0.060 a 0.020 0
已知:①k為速率常數(shù),只與溫度、催化劑有關(guān),與濃度無關(guān)。
②n=0時,反應為0級反應,n=1時,反應為1級反應,以此類推。n可以為整數(shù),也可以為分數(shù)。
③濃度消耗一半所用的時間叫半衰期()。
下列說法錯誤的是(　　)
A.表格中a=0.040
B.該反應為2級反應
C.該反應速率與NH3的濃度無關(guān),可能因為催化劑表面吸附的NH3已達到飽和
D.保持其他條件不變,若起始濃度為0.120 mol·L-1,則半衰期為60 min
2.在2 L恒容恒溫的密閉容器中發(fā)生反應CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH<0,若起始時向密閉容器中加入2 mol CO(g)和2 mol H2O(g),充分反應,5 min時達到平衡,CO2和H2的質(zhì)量之和占混合氣體總質(zhì)量的40%,下列說法正確的是(　　)
A.達到平衡時,CO(g)的轉(zhuǎn)化率為40%
B.0~5 min內(nèi),v(CO2)=0.08 mol·L-1·s-1
C.達到平衡后,升高溫度,平衡常數(shù)增大
D.恒容時,增大CO(g)的濃度能增加單位體積內(nèi)的活化分子百分數(shù)
3.(2024·大慶質(zhì)檢)在兩個相同恒溫(T1)恒容密閉容器中僅發(fā)生反應:2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)　ΔH>0。實驗測得:v正(N2O5)=k正·c2(N2O5);v逆(NO2)=k逆·c4(NO2)·c(O2);k正、k逆為速率常數(shù),受溫度影響。下列說法錯誤的是(　　)
容器 編號 物質(zhì)的起始濃度/ (mol·L-1) 物質(zhì)的平衡濃度/ (mol·L-1)
c(N2O5) c(NO2) c(O2) c(O2)
Ⅰ 4 0 0 1
Ⅱ 1 2 0.5
A.平衡時容器Ⅰ中再充入一定量的N2O5,NO2體積分數(shù)增大
B.若將容器Ⅰ改為恒容絕熱條件,平衡時c(O2)<1 mol·L-1
C.反應剛開始時容器Ⅱ中的v正>v逆
D.當溫度改變?yōu)門2時,若k正=k逆,則T2微專題2
命題角度1 　
真題體驗
1.C　解析　催化劑可以改變化學反應速率,一般來說,催化劑可以用來加快化學反應速率,故催化氧化氨制備硝酸時加入鉑可以加快化學反應速率,A項不符合題意;中和滴定時,邊滴邊搖錐形瓶,可以讓反應物快速接觸,可以加快化學反應速率,B項不符合題意;鋅粉和鹽酸反應時加水稀釋會降低鹽酸的濃度,會降低化學反應速率,C項符合題意;石墨合成金剛石,該反應中沒有氣體參與,增大壓強不會改變化學反應速率,D項不符合題意。
2.D　解析　由表知0~2 min內(nèi)Δc(W)=0.16-0.08=0.08 mol·L-1,生成Δc(X)=2Δc(W)=0.16 mol·L-1,但一部分X轉(zhuǎn)化為Z,造成Δc(X)<0.16 mol·L-1,則v(X)<=0.080 mol·L-1·min-1,A項錯誤;過程①是完全反應,過程②是可逆反應,增大容器容積相當于減小壓強,只對過程②有影響,生成Y的反應是過程①,完全反應,平衡時Y的產(chǎn)率不變,B項錯誤;由速率比等于化學計量數(shù)比,平衡時v逆(X)=2v正(Z),即v3=2v2,k3·c(Z)=2k2·c2(X),若k2=k3,平衡時c(Z)=2c2(X),C項錯誤;反應③的活化能大于反應②,ΔH=正反應活化能-逆反應活化能<0,則4X(g)2Z(g)　ΔH<0,該反應是放熱反應,升高溫度,平衡逆向移動,則平衡時c(Z)減小,D項正確。
3.C　解析　(黃色)+2H+Cr2(橙色)+H2O,向1 mL 0.1 mol·L-1 K2CrO4溶液中加入1 mL 1.0 mol·L-1 HBr溶液,Cr2可以將Br-在酸性條件下氧化為Br2,故溶液由黃色變橙色,無法說明平衡正向移動,A項錯誤;2HIH2+I2為反應前后氣體總體積不變的可逆反應,向恒溫恒容密閉玻璃容器中充入100 mL HI氣體,分解達到平衡后再充入100 mL氬氣,雖然總壓增大,但HI、I2、H2的分壓不變,濃度不變,故平衡不發(fā)生移動,氣體顏色不變,由題中方案不能得出相應結(jié)論,B項錯誤;2NO2N2O4為放熱反應,升高溫度,氣體顏色變深,說明平衡逆向移動,即向吸熱反應方向移動,C項正確;催化劑只改變化學反應速率,不影響平衡移動,D項錯誤。
4.D　解析　由表可知,相同溫度下,乙烷在發(fā)生轉(zhuǎn)化時,反應Ⅰ更易發(fā)生,則反應活化能Ⅰ<Ⅱ,A項正確;由表可知,500 ℃時,乙烷的轉(zhuǎn)化率為9.0%,可得轉(zhuǎn)化的乙烷的總物質(zhì)的量為2 mol×9.0%=0.18 mol,而此溫度下乙烯的選擇性為80%,則轉(zhuǎn)化為乙烯的乙烷的物質(zhì)的量為0.18 mol×80%=0.144 mol,根據(jù)方程式可得,生成乙烯的物質(zhì)的量為0.144 mol,則0~5min反應Ⅰ的平均速率v(C2H4)==2.88×10-3 mol·L-1·min-1,B項正確;其他條件不變,平衡后及時移除H2O(g),反應Ⅰ正向進行,可提高乙烯的產(chǎn)率,C項正確;其他條件不變,增大投料比[n(C2H6)/n(CO2)],平衡后CO2轉(zhuǎn)化率提高,C2H6轉(zhuǎn)化率降低,D項錯誤。
典題演練
1.B　解析　由表格數(shù)據(jù)知,0~20 min內(nèi),氨氣的反應速率為=0.001 mol/(L·min),20~40 min內(nèi),氨氣的反應速率為=0.001 mol/(L·min),相同時間內(nèi)氨氣的反應速率相等,說明該反應是勻速反應,則40~60 min內(nèi),氨氣的反應速率為=0.001 mol/(L·min),解得a=0.040,A項正確;則由速率方程可得cn(NH3)==1,解得n=0,該反應是0級反應,反應的速率常數(shù)k=v=0.001 mol/(L·min),B項錯誤;該反應速率與氨氣的濃度無關(guān)說明催化劑表面吸附的氨氣已達到飽和,氨氣的濃度為定值,C項正確;設起始濃度為c,由分析可知,反應速率與速率常數(shù)相等,則半衰期=,所以起始濃度為0.120 mol·L-1時,半衰期==60 min,D項正確。
2.A　解析　CO2和H2的質(zhì)量之和占混合氣體總質(zhì)量的40%,反應前后質(zhì)量不變,說明反應物轉(zhuǎn)化了40%,根據(jù)題意列“三段式”如下:
　　　　　CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起始/mol 　2　 　　2　　 　　0　 　　0
轉(zhuǎn)化/mol 　0.8　 　0.8　 　　0.8　 　0.8
平衡/mol 　1.2　 　1.2　 　　0.8　 　0.8
達到平衡時,CO(g)的轉(zhuǎn)化率為×100%=40%,A項正確;0~5 min內(nèi),v(CO2)===0.08 mol·L-1·min-1,B項錯誤;達到平衡后,升高溫度,ΔH<0,平衡常數(shù)減小,C項錯誤;恒容時,增大CO(g)的濃度,單位體積內(nèi)的活化分子百分數(shù)不變,D項錯誤。
3.A　解析　平衡時容器Ⅰ中再充入一定量的N2O5,相當于增大壓強,平衡2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)逆向移動,NO2體積分數(shù)減小,A項錯誤;該反應為吸熱反應,若將容器Ⅰ改為恒容絕熱條件,反應過程中容器的溫度降低,平衡逆向移動,平衡時c(O2)<1 mol·L-1,B項正確;容器Ⅰ平衡時,c(O2)=1 mol·L-1,c(NO2)=4 mol·L-1,c(N2O5)=2 mol·L-1,平衡常數(shù)K==64,容器Ⅱ開始時Q==8v逆,C項正確;T1時K=64;根據(jù)v逆(NO2)=k逆·c4(NO2)·c(O2)、v正(N2O5)=k正·c2(N2O5),可知K=,當溫度改變?yōu)門2時,若k正=k逆,即K=1,正反應吸熱,則T2　
1.(2024·安徽卷)室溫下,為探究納米鐵去除水樣中的影響因素,測得不同條件下濃度隨時間變化關(guān)系如圖。
實驗 序號 水樣體積 /mL 納米鐵質(zhì)量 /mg 水樣初始 pH
① 50 8 6
② 50 2 6
③ 50 2 8
下列說法正確的是(　　)
A.實驗①中,0~2小時內(nèi)平均反應速率v()=2.0 mol·L-1·h-1
B.實驗③中,反應的離子方程式為2Fe+Se+8H+2Fe3++Se+4H2O
C.其他條件相同時,適當增加納米鐵的質(zhì)量可加快反應速率
D.其他條件相同時,水樣初始pH越小,的去除效果越好
2.(2024·黑吉遼卷)異山梨醇是一種由生物質(zhì)制備的高附加值化學品,150 ℃時其制備過程及相關(guān)物質(zhì)濃度隨時間變化如圖所示,15 h后異山梨醇濃度不再變化。下列說法錯誤的是(　　)
A.3 h時,反應②正、逆反應速率相等
B.該溫度下的平衡常數(shù):①>②
C.0~3 h平均速率v(異山梨醇)=0.014 mol·kg-1·h-1
D.反應②加入催化劑不改變其平衡轉(zhuǎn)化率
3.(2024·山東卷改編)逆水氣變換反應為CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH>0。一定壓力下,按CO2、H2的物質(zhì)的量之比n(CO2)∶n(H2)=1∶1投料,T1、T2溫度時反應物摩爾分數(shù)隨時間變化關(guān)系如圖所示。已知該反應的速率方程為v=kc0.5(H2)·c(CO2),T1、T2溫度時反應速率常數(shù)k分別為k1、k2。下列說法錯誤的是(　　)
A.k1>k2
B.T1、T2溫度下達平衡時反應速率的比值:<
C.溫度不變,僅改變體系初始壓力,反應物摩爾分數(shù)隨時間的變化曲線不變
D.T2溫度下,改變初始投料比例,平衡時各組分摩爾分數(shù)與T1溫度時不可能相同
4.(2024·湖南卷)恒壓下,向某密閉容器中充入一定量的CH3OH(g)和CO(g),發(fā)生如下反應:
主反應:CH3OH(g)+CO(g)CH3COOH(g) ΔH1
副反應:CH3OH(g)+CH3COOH(g)CH3COOCH3(g)+H2O(g)　ΔH2
在不同溫度下,反應達到平衡時,測得兩種含碳產(chǎn)物的分布分數(shù)δδ(CH3COOH)=隨投料比x(物質(zhì)的量之比)的變化關(guān)系如圖所示,下列說法正確的是(　　)
A.投料比x代表
B.曲線c代表乙酸的分布分數(shù)
C.ΔH1<0,ΔH2>0
D.L、M、N三點的平衡常數(shù):K(L)=K(M)>K(N)
1.利用圖像“斷點”判斷影響反應速率的外界條件
可逆反應達到平衡后,若某一時刻改變外界條件,速率-時間圖像的曲線可能會出現(xiàn)“漸變”或“突變”。根據(jù)“斷點”前后速率的大小變化,即可對外界條件的變化情況作出判斷。
圖像 速率變 化分析 條件變 化判斷 平衡移動 方向判斷
v'正突變,v'逆漸變, 且v'正>v'逆 增大反應物濃度 平衡正向移動
v'正、v'逆都突然減小,且v'正>v'逆 ①降低溫度(正反應放熱); ②減小壓強(正反應氣體總體積增大) 平衡正向移動
v'正、v'逆都突然增大,且增大程度相同 ①使用催化劑; ②增大壓強(反應前后氣體總體積不變) 平衡不移動
2.兩種典型的圖像
(1)轉(zhuǎn)化率(或百分含量)與溫度變化圖像。
　
圖1 圖2
[思維建模]　表示兩個外界條件同時變化時,反應物A的轉(zhuǎn)化率變化情況,解決這類圖像一般采用“定一議二”的方法,即把自變量(溫度、壓強)之一設為恒量,討論另外兩個變量的關(guān)系。如:圖1中,當壓強相等(任意一條等壓線)時,升高溫度,A的轉(zhuǎn)化率增大,說明升高溫度平衡向正反應方向移動,即正反應為吸熱反應。當溫度相等時,在圖1中作垂線,與三條等壓線交于三點,這三點自下而上為增大壓強,A的轉(zhuǎn)化率增大,說明增大壓強平衡向正反應方向移動,即正反應為氣體體積減小的反應。
(2)轉(zhuǎn)化率(或百分含量)與壓強變化圖像。
　
圖3 圖4
[思維建模]　圖3中,當溫度相等(任意一條等溫線)時,增大壓強,A的轉(zhuǎn)化率增大,說明增大壓強平衡正向移動,即正反應是氣體體積減小的反應。當壓強相等時,在圖3中作垂線,與兩條等溫線交于兩點,這兩點自下而上為降低溫度,A的轉(zhuǎn)化率增大,說明降低溫度平衡正向移動,即正反應為放熱反應。
1.(2024·廣東二模)一定條件下,NH3在恒容密閉容器中發(fā)生分解反應:2NH3(g)N2(g)+3H2(g)　ΔH>0,v(NH3)隨時間的變化如圖所示。已知t1時反應達到平衡,t2時改變某單一條件(濃度、溫度或催化劑等),下列說法不正確的是(　　)
A.由0到t1,H2的濃度不斷增大
B.由t1到t2,2v正(H2)=3v逆(NH3)
C.t2時,可能向容器中通入了N2
D.平衡常數(shù)KⅠ可能小于KⅡ
2.(2024·石家莊質(zhì)檢)將1 mol CO2(g)和3 mol H2(g)充入2 L恒容密閉容器中發(fā)生反應:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1<0(慢反應)
Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2>0(快反應)
測得相同時間內(nèi)c(CO2)、v正(CO2)與溫度的關(guān)系如圖所示,下列說法錯誤的是(　　)
A.200 ℃前,加入催化劑可使a線轉(zhuǎn)化為b線
B.300 ℃時,M點對應的反應體系中,v正(CO2)>v逆(CO2)
C.400 ℃時,若5 min時達到平衡,則v(CO2)=0.04 mol·L-1·min-1
D.400 ℃后,溫度對正反應速率的影響比濃度大
3.(2024·河北卷)在水溶液中,CN-可與多種金屬離子形成配離子。X、Y、Z三種金屬離子分別與CN-形成配離子達平衡時,lg與-lg c(CN-)的關(guān)系如圖。
下列說法正確的是(　　)
A.99%的X、Y轉(zhuǎn)化為配離子時,兩溶液中CN-的平衡濃度:X>Y
B.向Q點X、Z的混合液中加少量可溶性Y鹽,達平衡時>
C.由Y和Z分別制備等物質(zhì)的量的配離子時,消耗CN-的物質(zhì)的量:YD.若相關(guān)離子的濃度關(guān)系如P點所示,Y配離子的解離速率小于生成速率
4.(2024·江蘇卷)二氧化碳加氫制甲醇的過程中的主要反應(忽略其他副反應)為:
①CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH1=41.2 kJ·mol-1
②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH2
225 ℃、8×106 Pa下,將一定比例的CO2、H2混合氣勻速通過裝有催化劑的絕熱反應管。裝置及L1、L2、L3…位點處(相鄰位點距離相同)的氣體溫度、CO和CH3OH的體積分數(shù)如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.L4處與L5處反應①的平衡常數(shù)K相等
B.反應②的焓變ΔH2>0
C.L6處的H2O的體積分數(shù)大于L5處
D.混合氣從起始到通過L1處,CO的生成速率小于CH3OH的生成速率
微專題3
真題體驗
1.C　解析　實驗①中,0~2小時內(nèi)平均反應速率v()==2.0×10-5 mol·L-1·h-1,A項不正確; 實驗③中水樣初始pH=8,溶液顯弱堿性,結(jié)合氧化還原反應規(guī)律可得離子方程式為2Fe+SeS+4H2O2Fe(OH)3+Se+2OH-,B項不正確;綜合分析實驗①和②可知,在相同時間內(nèi),實驗①中濃度的變化量大,因此,其他條件相同時,適當增加納米鐵的質(zhì)量可加快反應速率,C項正確;綜合分析實驗③和②可知,在相同時間內(nèi),實驗②中濃度的變化量大,因此,其他條件相同時,適當減小初始pH,的去除效果越好,但是當初始pH太小時,H+濃度太大,納米鐵與H+反應速率加快,會導致與反應的納米鐵減少,因此,當初始pH越小時的去除效果不一定越好,D項不正確。
2.A　解析　由題圖可知,3小時后異山梨醇濃度繼續(xù)增大,15 h后異山梨醇濃度才不再變化,所以3 h時,反應②未達到平衡狀態(tài),即正、逆反應速率不相等,A項錯誤;圖像顯示該溫度下,15 h后所有物質(zhì)濃度都不再變化,且此時山梨醇轉(zhuǎn)化完全,即反應充分,而1,4 失水山梨醇仍有剩余,即反應②正向進行程度小于反應①、反應限度小于反應①,所以該溫度下的平衡常數(shù)①>②,B項正確;由圖可知,在0~3 h內(nèi)異山梨醇的濃度變化量為0.042 mol·kg-1,所以平均速率v(異山梨醇)==0.014 mol·kg-1·h-1,C項正確;催化劑只能改變化學反應速率,不能改變物質(zhì)平衡轉(zhuǎn)化率,所以反應②加入催化劑不改變其平衡轉(zhuǎn)化率,D項正確。
3.C　解析　由題圖可知,T1比T2反應速率快,則T1>T2,反應速率常數(shù)與溫度有關(guān),結(jié)合反應速率方程知k1>k2,A項正確;反應的速率方程為v=k·c0.5(H2)·c(CO2),則=,T1溫度下達到平衡時反應物的摩爾分數(shù)低于T2溫度下平衡時,則<,B項正確;溫度不變,僅改變體系初始壓力,雖然平衡不移動,但反應物的濃度改變,反應速率改變,反應達到平衡的時間改變,反應物摩爾分數(shù)隨時間的變化曲線變化,C項錯誤;T2溫度下,改變初始投料比,相當于改變某一反應物的濃度,達到平衡時H2和CO2的摩爾分數(shù)不可能相等,D項正確。
4.D　解析　題干明確指出,圖中曲線表示的是測得兩種含碳產(chǎn)物的分布分數(shù)即分別為δ(CH3COOH)、δ(CH3COOCH3),若投料比x代表,x越大,可看作是CH3OH的量增多,則對于主、副反應可知生成的CH3COOCH3越多,CH3COOCH3分布分數(shù)越高,則曲線a或曲線b表示CH3COOCH3分布分數(shù),曲線c或曲線d表示CH3COOH分布分數(shù),據(jù)此分析可知A、B均正確,可知如此假設錯誤,則可知投料比x代表,曲線a或曲線b表示δ(CH3COOH),曲線c或曲線d表示δ(CH3COOCH3),A、B兩項錯誤;曲線a或曲線b表示δ(CH3COOH),當同一投料比時,觀察圖像可知T2時δ(CH3COOH)大于T1時δ(CH3COOH),而T2>T1可知,溫度越高則δ(CH3COOH)越大,說明溫度升高主反應的平衡正向移動,ΔH1>0;曲線c或曲線d表示δ(CH3COOCH3),當同一投料比時,觀察可知T1時δ(CH3COOCH3)大于T2時δ(CH3COOCH3),而T2>T1可知,溫度越高則δ(CH3COOCH3)越小,說明溫度升高副反應的平衡逆向移動,ΔH2<0,C項錯誤;L、M、N三點對應副反應ΔH2<0,且TN>TM=TL,升高溫度平衡逆向移動,K(L)=K(M)>K(N),D項正確。
典題演練
1.D　解析　由圖可知,0到t1的過程為氨氣分解形成平衡的過程,反應中氫氣的濃度不斷增大,A項正確;由圖可知,t1時反應達到平衡,正、逆反應速率相等,則t1到t2的過程中,反應速率的關(guān)系為2v正(H2)=3v逆(NH3),B項正確;t2條件改變的瞬間,逆反應速率增大,可能是通入氮氣,增大了生成物氮氣的濃度,C項正確;t2條件改變的瞬間,逆反應速率增大,隨后減小,說明平衡向逆反應方向移動,該反應是吸熱反應,若改變條件為升高溫度,平衡向正反應方向移動,與圖示不符合,所以改變條件不可能是升高溫度,溫度不變,平衡常數(shù)不變,則反應的平衡常數(shù)KⅠ等于KⅡ,D項錯誤。
2.B　解析　200 ℃前,升高溫度,二氧化碳的濃度減小、反應速率加快,說明反應未達到平衡,則加入催化劑,二氧化碳的反應速率加快,反應消耗二氧化碳的濃度增大,可使a線轉(zhuǎn)化為b線,A項正確; 300 ℃時,二氧化碳的濃度呈增大趨勢,說明平衡向逆反應方向移動,則二氧化碳的正反應速率小于逆反應速率,B項錯誤;400 ℃時,反應達到平衡狀態(tài),二氧化碳的濃度為0.3 mol·L-1,則5 min內(nèi)二氧化碳的反應速率為=0.04 mol/(L·min),C項正確;由圖可知,400 ℃后,二氧化碳正反應速率增大,而二氧化碳的濃度減小,說明溫度對正反應速率的影響比濃度大,D項正確。
3.B　解析　99%的X、Y轉(zhuǎn)化為配離子時,溶液中==,則lg=lg≈-2,根據(jù)圖像可知,縱坐標約為-2時,溶液中-lgcX(CN-)>-lgcY(CN-),則溶液中CN-的平衡濃度Xlg,則>,B項正確;設金屬離子形成配離子的離子方程式為金屬離子+mCN-配離子,則平衡常數(shù)K=,lgK=lg-mlgc(CN-)=-lg-mlgc(CN-),即lg=-mlgc(CN-)-lgK,故X、Y、Z三種金屬離子形成配離子時結(jié)合的CN-越多,對應lg~-lgc(CN-)曲線斜率越大,由題圖知,曲線斜率Y>Z,則由Y、Z制備等物質(zhì)的量的配離子時,消耗CN-的物質(zhì)的量Z生成速率,D項錯誤。
4.C　解析　圖中白圈標記的曲線代表氣體溫度,L4處與L5處的溫度不同,平衡常數(shù)只與溫度有關(guān),故L4處與L5處反應①的平衡常數(shù)K不相等,A項錯誤;由圖像可知,L1~L3溫度在升高,該裝置為絕熱裝置,反應①為吸熱反應,所以反應②為放熱反應,ΔH2<0,B項錯誤;從L5到L6,甲醇的體積分數(shù)逐漸增加,說明反應②在向右進行,反應②消耗CO,而CO的體積分數(shù)沒有明顯變化,說明反應①也在向右進行,反應①為氣體分子數(shù)不變的反應,其向右進行時,n(H2O)增大,反應②為氣體分子數(shù)減小的反應,且沒有H2O的消耗與生成,故n總減小而n(H2O)增加,即H2O的體積分數(shù)會增大,故L6處H2O的體積分數(shù)大于L5處,C項正確;L1處CO的體積分數(shù)大于CH3OH,說明生成的CO的物質(zhì)的量大于CH3OH,兩者反應時間相同,說明CO的生成速率大于CH3OH的生成速率,D項錯誤。(共22張PPT)
專題五
熱化學　化學反應速率
和化學平衡
高
考
專
題
攻
略
微專題1　化學反應與熱量
專題五　熱化學　化學反應速率和化學平衡
(2022·浙江1月選考)相關(guān)有機物分別與氫氣發(fā)生加成反應生成1 mol環(huán)己烷( )的能量變化如圖所示：
下列推理不正確的是(　　)
A.2ΔH1≈ΔH2，說明碳碳雙鍵加氫放出的熱量與分子內(nèi)碳碳雙鍵數(shù)目成正比
B.ΔH2<ΔH3，說明單雙鍵交替的兩個碳碳雙鍵間存在相互作用，有利于物質(zhì)穩(wěn)定
C.3ΔH1<ΔH4，說明苯分子中不存在三個完全獨立的碳碳雙鍵
D.ΔH3-ΔH1<0，ΔH4-ΔH3>0，說明苯分子具有特殊穩(wěn)定性
解析
解析
1.反應熱計算的四種方法
(1)從宏觀角度計算。
ΔH=H1(生成物的總能量)-H2(反應物的總能量)
(2)從微觀角度計算。
ΔH=E1(反應物的鍵能總和)-E2(生成物的鍵能總和)
(3)從活化能角度計算。
ΔH=E1(正反應的活化能)-E2(逆反應的活化能)
(4)根據(jù)蓋斯定律計算。
①計算步驟。
②計算方法。
2.熱化學方程式書寫注意事項
(1)注意ΔH的符號和單位：ΔH的單位為kJ·mol-1。
(2)注意測定條件：絕大多數(shù)的反應熱ΔH是在25 ℃、101 kPa下測定的，此時可不注明溫度和壓強。
(3)注意熱化學方程式中的化學計量數(shù)：熱化學方程式的化學計量數(shù)可以是整數(shù)，也可以是分數(shù)。
(4)注意物質(zhì)的聚集狀態(tài)：氣體用“g”，液體用“l(fā)”，固體用“s”，溶液用“aq”。熱化學方程式中不用“↑”和“↓”。
(5)注意ΔH的數(shù)值與符號：如果化學計量數(shù)加倍，則ΔH也要加倍。逆反應的反應熱與正反應的反應熱數(shù)值相等，但符號相反。
(6)對于具有同素異形體的物質(zhì)，除了要注明聚集狀態(tài)外，還要注明物質(zhì)的名稱。
如：①S(單斜，s)+O2(g)===SO2(g)　ΔH=-297.16 kJ·mol-1
②S(正交，s)+O2(g)===SO2(g)　ΔH2=-296.83 kJ·mol-1
③S(單斜，s)===S(正交，s)　ΔH3=-0.33 kJ·mol-1
1.(2024·大慶一模)研究表明I-可以作為水溶液中SO2歧化反應的催化劑：3SO2(g)+2H2O(l)===2H2SO4(aq)+S(s)　ΔH<0；該過程一般通過如下步驟來實現(xiàn)：①SO2(g)+4I-(aq)+4H+(aq)===S(s)+2I2(g)+2H2O(l)　ΔH>0；②I2(g)+2H2O(l)+SO2(g)===S(aq)+4H+(aq)+2I-(aq)　ΔH<0;已知反應①為慢反應，示意圖中能體現(xiàn)上述反應過程中能量變化的是(　　)
3SO2(g)+2H2O(l)===2H2SO4(aq)+S(s)　ΔH<0；整個過程是放熱反應，反應物的總能量大于生成物總能量，因此C項不符合題意，該過程一般通過如下步驟來實現(xiàn)：①SO2(g)+4I-(aq)+4H+(aq)===
S(s)+2I2(g)+2H2O(l)　ΔH>0；第一步是吸熱反應，因此D項不符合題意，②I2(g)+2H2O(l)+SO2(g)===S(aq)+4H+(aq)+2I-(aq)　ΔH<
0；第二步是放熱反應，又已知反應①為慢反應，說明反應①的活化能大于反應②的活化能，A項符合題意。
解析
2.(2024·貴陽質(zhì)檢)已知反應：①C2H4(g)+3O2(g)===2CO2(g)+2H2O(g)　ΔH1=-a kJ·mol-1(a>0)；
②C2H4(g)+2O2(g)===2CO(g)+2H2O(l)　ΔH2=-b kJ·mol-1(b>0)。
其他數(shù)據(jù)如表所示：
化學鍵 C==O O==O C—H O—H C==C
鍵能 /(kJ·mol-1) 798 x 413 463 615
解析
3.(2024·武漢二模)晶格能是反映離子晶體穩(wěn)定性的物理量，其定義為氣態(tài)離子形成1 mol離子晶體釋放的能量。TlF(s)生成TlF3(s)的Born-Haber循環(huán)如圖所示。
下列說法錯誤的是(　　)
A.離子晶體穩(wěn)定性：TlFB.Tl原子的第三電離能為4 849 kJ·mol-1
C.斷裂1 mol F—F鍵消耗158 kJ的能量
D.TlF(s)+F2(g)===TlF3(s)　ΔH=-297 kJ·mol-1
晶格能是反映離子晶體穩(wěn)定性的物理量，其定義為氣態(tài)離子形成1 mol離子晶體時釋放的能量，由圖可知，形成1 mol TlF(s)離子晶體釋放845 kJ能量，形成1 mol TlF3(s)離子晶體釋放5 493 kJ能量，則離子晶體穩(wěn)定性TlFF2(g) Tl3+(g)+F-(g)+F2(g)　ΔH=+4 849 kJ·mol-1，可判斷Tl原子
解析
的第三電離能不是4 849 kJ·mol-1，B項錯誤；由圖可知，F(xiàn)2(g)
2F(g)吸收158 kJ能量，則斷裂1 mol F—F鍵消耗158 kJ的能量,
C項正確；根據(jù)蓋斯定律，TlF(s)+F2(g)===TlF3(s)　ΔH=+845+
4 849+158-656-5 493=-297 kJ·mol-1，D項正確。
解析(共39張PPT)
微專題2　化學反應速率和化學平衡的應用
專題五　熱化學　化學反應速率和化學平衡
1.(2024·甘肅卷)下列措施能降低化學反應速率的是(　　)
A.催化氧化氨制備硝酸時加入鉑
B.中和滴定時，邊滴邊搖錐形瓶
C.鋅粉和鹽酸反應時加水稀釋
D.石墨合成金剛石時增大壓強
催化劑可以改變化學反應速率，一般來說，催化劑可以用來加快化學反應速率，故催化氧化氨制備硝酸時加入鉑可以加快化學反應速率，A項不符合題意；中和滴定時，邊滴邊搖錐形瓶，可以讓反應物快速接觸，可以加快化學反應速率，B項不符合題意；鋅粉和鹽酸反應時加水稀釋會降低鹽酸的濃度，會降低化學反應速率，C項符合題意；石墨合成金剛石，該反應中沒有氣體參與,增大壓強不會改變化學反應速率，D項不符合題意。
解析
2.(2023·河北卷)在恒溫恒容密閉容器中充入一定量W(g)，發(fā)生如下反應：

反應②和③的速率方程分別為v2=k2·c2(X)和v3=k3·c(Z)，其中k2、k3分別為反應②和③的速率常數(shù)，反應③的活化能大于反應②。測得W(g)的濃度隨時間的變化如下表。
下列說法正確的是(　　)
A.0~2 min內(nèi)，X的平均反應速率為0.080 mol·L-1·min-1
B.若增大容器容積，平衡時Y的產(chǎn)率增大
C.若k2=k3，平衡時c(Z)=c(X)
D.若升高溫度，平衡時c(Z)減小
t/min 0 1 2 3 4 5
c(W)/(mol·L-1) 0.160 0.113 0.080 0.056 0.040 0.028
解析
解析
3.(2024·浙江6月選考)為探究化學平衡移動的影響因素，設計方案并進行實驗，觀察到相關(guān)現(xiàn)象。其中方案設計和結(jié)論都正確的是(　　)
選項 影響 因素 方案設計 現(xiàn)象 結(jié)論
A 濃度 向1 mL 0.1 mol·L-1 K2CrO4溶液中加入1 mL 1.0 mol·L-1 HBr溶液 黃色溶液變橙色 增大反應物濃度，平衡向正反應方向移動
B 壓強 向恒溫恒容密閉玻璃容器中充入100 mL HI氣體，分解達到平衡后再充入100 mL氬氣 氣體顏色不變 對于反應前后氣體總體積不變的可逆反應，改變壓強平衡不移動
C 溫度 將封裝有NO2和N2O4混合氣體的燒瓶浸泡在熱水中 氣體顏色變深 升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動
D 催化劑 向1 mL乙酸乙酯中加入1 mL 0.3 mol·L-1 H2SO4溶液，水浴加熱 上層液體逐漸減少 使用合適的催化劑可使平衡向正反應方向移動
解析
溫度/℃ 400 500 600
乙烷轉(zhuǎn)化率/% 2.2 9.0 17.8
乙烯選擇性/% 92.6 80.0 61.8
注：乙烯選擇性=×100%
A.反應活化能：Ⅰ<Ⅱ
B.500 ℃時，0~5 min反應Ⅰ的平均速率：v(C2H4)=2.88×10-3 mol·
L-1·min-1
C.其他條件不變，平衡后及時移除H2O(g)，可提高乙烯的產(chǎn)率
D.其他條件不變，增大投料比[n(C2H6)/n(CO2)]，平衡后可提高乙烷轉(zhuǎn)化率
解析
2.化學反應速率的影響因素
(1)內(nèi)因——活化能。
相同條件下，不同化學反應的速率不同，主要是內(nèi)因——活化能大小不同，活化能小的化學反應速率快，活化能大的化學反應速率慢。
(2)外因——濃度、壓強、溫度、催化劑、光照、接觸面積等。
①濃度(c)：增大(減小)反應物濃度→單位體積內(nèi)活化分子數(shù)目增加
(減少)，活化分子百分數(shù)不變→有效碰撞頻率提高(降低)→化學反應速率加快(減慢)。
②壓強(p)：對于氣相反應來說，增大(減小)壓強→相當于減小(增大)容器容積→相當于增大(減小)反應物的濃度→化學反應速率加快(減慢)。
③溫度(T)：升高(降低)溫度→活化分子百分數(shù)增大(減小)→有效碰撞頻率提高(降低)→化學反應速率加快(減慢)。
④催化劑：使用催化劑→降低反應的活化能→活化分子百分數(shù)增大→有效碰撞頻率提高→化學反應速率加快。
3.“兩方法”“三關(guān)注”判斷化學平衡狀態(tài)
(1)“兩方法”——正逆相等、變量不變。
①“正逆相等”：反應速率必須一個是正反應的速率，一個是逆反應的速率，且經(jīng)過換算后同一種物質(zhì)的消耗速率和生成速率相等。
②“變量不變”：如果一個量是隨反應進行而改變的，當不變時為平衡狀態(tài)；一個隨反應的進行保持不變的量，不能作為是否達到平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)。
(2)“三關(guān)注”。
①關(guān)注反應條件，是恒溫恒容、恒溫恒壓還是絕熱容器。
②關(guān)注反應特點，是等體積反應，還是非等體積反應。
③關(guān)注特殊情況，是否有固體參加或生成，或固體的分解反應。
4.“三角度”判斷化學平衡移動的方向
(1)通過比較平衡破壞瞬間的正、逆反應速率的相對大小來判斷平衡移動的方向。
①若外界條件改變，引起v正>v逆，則化學平衡向正反應方向移動。
②若外界條件改變，引起v正③若外界條件改變，雖能引起v正和v逆變化，但變化后新的v'正和v'逆仍保持相等，則化學平衡不發(fā)生移動。
(2)通過比較濃度商(Q)與平衡常數(shù)(K)的大小來判斷平衡移動的方向。
①若Q>K，平衡逆向移動。
②若Q=K，平衡不移動。
③若Q(3)依據(jù)勒夏特列原理判斷。
如果改變影響平衡的一個條件(如濃度、壓強或溫度等)，平衡就向能夠減弱這種改變的方向移動。
①當增大反應物的濃度時，平衡向正反應方向移動，反之向逆反應方向移動。
②當升高反應溫度時，平衡向吸熱反應方向移動，反之向放熱反應方向移動。
③在有氣體參加或生成的可逆反應中，當增大壓強時，平衡總是向氣體體積縮小的方向移動，反之向氣體體積增大的方向移動。
5.化學平衡與平衡轉(zhuǎn)化率
(1)轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率。
轉(zhuǎn)化率有未達到平衡的轉(zhuǎn)化率和已達到平衡的平衡轉(zhuǎn)化率，在審題的時候一定要注意轉(zhuǎn)化率是否為平衡轉(zhuǎn)化率。
(2)轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系。
可逆反應的焓變ΔH 升高溫度
吸熱反應，ΔH>0 未達到平衡的轉(zhuǎn)化率增大
已達到平衡的平衡轉(zhuǎn)化率增大
放熱反應，ΔH<0 未達到平衡的轉(zhuǎn)化率增大
已達到平衡的平衡轉(zhuǎn)化率減小
(3)增大反應物的濃度與平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系(其中A、B、C均為氣體)。
(4)如果兩氣體物質(zhì)的投料比按照化學計量數(shù)投料，那么無論是否達到化學平衡，兩者的轉(zhuǎn)化率一直相等。
1.(2024·滄州模擬)已知某條件下反應2NH3(g) N2(g)+3H2(g)的速率方程為v=k·cn(NH3)，NH3在鎢(W)表面分解的實驗數(shù)據(jù)如表所示。
t/min 0 20 40 60 80 100
c(NH3) /(mol·L-1) 0.100 0.080 0.060 a 0.020 0
下列說法錯誤的是(　　)
A.表格中a=0.040
B.該反應為2級反應
C.該反應速率與NH3的濃度無關(guān)，可能因為催化劑表面吸附的NH3已達到飽和
D.保持其他條件不變，若起始濃度為0.120 mol·L-1，則半衰期為60 min
解析
解析
2.在2 L恒容恒溫的密閉容器中發(fā)生反應CO(g)+H2O(g) CO2(g)+
H2(g)　ΔH<0，若起始時向密閉容器中加入2 mol CO(g)和2 mol H2O(g)，充分反應，5 min時達到平衡，CO2和H2的質(zhì)量之和占混合氣體總質(zhì)量的40%，下列說法正確的是(　　)
A.達到平衡時，CO(g)的轉(zhuǎn)化率為40%
B.0~5 min內(nèi)，v(CO2)=0.08 mol·L-1·s-1
C.達到平衡后，升高溫度，平衡常數(shù)增大
D.恒容時，增大CO(g)的濃度能增加單位體積內(nèi)的活化分子百分數(shù)
CO2和H2的質(zhì)量之和占混合氣體總質(zhì)量的40%，反應前后質(zhì)量不
變，說明反應物轉(zhuǎn)化了40%，根據(jù)題意列“三段式”如下：
　　　　　CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
起始/mol 　2　 　　2　　 　　0　 　　0
轉(zhuǎn)化/mol 　0.8　 　0.8　 　　0.8　 　0.8
平衡/mol 　1.2　 　1.2　 　　0.8　 　0.8
解析
解析
3.(2024·大慶質(zhì)檢)在兩個相同恒溫(T1)恒容密閉容器中僅發(fā)生反應:
2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g)　ΔH>0。實驗測得：v正(N2O5)=k正·
c2(N2O5)；v逆(NO2)=k逆·c4(NO2)·c(O2)；k正、k逆為速率常數(shù)，受溫度影響。下列說法錯誤的是(　　)
容器 編號 物質(zhì)的起始濃度/(mol·L-1) 物質(zhì)的平衡濃度/(mol·L-1)
c(N2O5) c(NO2) c(O2) c(O2)
Ⅰ 4 0 0 1
Ⅱ 1 2 0.5
A.平衡時容器Ⅰ中再充入一定量的N2O5，NO2體積分數(shù)增大
B.若將容器Ⅰ改為恒容絕熱條件，平衡時c(O2)<1 mol·L-1
C.反應剛開始時容器Ⅱ中的v正>v逆
D.當溫度改變?yōu)門2時，若k正=k逆，則T2解析
解析(共41張PPT)
微專題3　化學反應速率和化學平衡的圖像
專題五　熱化學　化學反應速率和化學平衡
1.(2024·安徽卷)室溫下，為探究納米鐵去除水樣中的影響因素，測得不同條件下濃度隨時間變化關(guān)系如圖。
實驗序號 水樣體積/mL 納米鐵質(zhì)量/mg 水樣初始pH
① 50 8 6
② 50 2 6
③ 50 2 8
下列說法正確的是(　　)
A.實驗①中，0~2小時內(nèi)平均反應速率v()=2.0 mol·L-1·h-1
B.實驗③中，反應的離子方程式為2Fe+Se+8H+===2Fe3++Se+4H2O
C.其他條件相同時，適當增加納米鐵的質(zhì)量可加快反應速率
D.其他條件相同時，水樣初始pH越小，的去除效果越好
實驗①中，0~2小時內(nèi)平均反應速率v()=
=2.0×10-5 mol·L-1·h-1，A項不正確； 實驗③中水樣初始pH=8，溶液顯弱堿性，結(jié)合氧化還原反應規(guī)律可得離子方程式為2Fe+SeS+4H2O===2Fe(OH)3+Se+2OH-，B項不正確；綜合分析實驗①和②可知，在相同時間內(nèi)，實驗①中濃度的變化量大，因此，其他條件相同時，適當增加納米
解析
鐵的質(zhì)量可加快反應速率，C項正確；綜合分析實驗③和②可知,在相同時間內(nèi)，實驗②中濃度的變化量大，因此，其他條件相同時，適當減小初始pH，的去除效果越好，但是當初始pH太小時，H+濃度太大，納米鐵與H+反應速率加快，會導致與反應的納米鐵減少，因此，當初始pH越小時的去除效果不一定越好，D項不正確。
解析
2.(2024·黑吉遼卷)異山梨醇是一種由生物質(zhì)制備的高附加值化學品,
150 ℃時其制備過程及相關(guān)物質(zhì)濃度隨時間變化如圖所示，15 h后異山梨醇濃度不再變化。下列說法錯誤的是(　　)
A.3 h時，反應②正、逆反應速率相等
B.該溫度下的平衡常數(shù)：①>②
C.0~3 h平均速率v(異山梨醇)=0.014 mol·kg-1·h-1
D.反應②加入催化劑不改變其平衡轉(zhuǎn)化率
由題圖可知，3小時后異山梨醇濃度繼續(xù)增大，15 h后異山梨醇濃度才不再變化，所以3 h時，反應②未達到平衡狀態(tài)，即正、逆反應速率不相等，A項錯誤；圖像顯示該溫度下，15 h后所有物質(zhì)濃度都不再變化，且此時山梨醇轉(zhuǎn)化完全，即反應充分，而1，4-失水山梨醇仍有剩余，即反應②正向進行程度小于反應①、反應限度小于反應①，所以該溫度下的平衡常數(shù)①>②，B項正確；由圖
解析
可知，在0~3 h內(nèi)異山梨醇的濃度變化量為0.042 mol·kg-1，所以平均速率v(異山梨醇)==0.014 mol·kg-1·h-1，C項正確；催化劑只能改變化學反應速率，不能改變物質(zhì)平衡轉(zhuǎn)化率，所以反應②加入催化劑不改變其平衡轉(zhuǎn)化率，D項正確。
解析
3.(2024·山東卷改編)逆水氣變換反應
為CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　
ΔH>0。一定壓力下，按CO2、H2的物
質(zhì)的量之比n(CO2)∶n(H2)=1∶1投料，
T1、T2溫度時反應物摩爾分數(shù)隨時間
變化關(guān)系如圖所示。已知該反應的速率方程為v=kc0.5(H2)·c(CO2)，T1、T2溫度時反應速率常數(shù)k分別為k1、k2。下列說法錯誤的是(　　)
A.k1>k2
B.T1、T2溫度下達平衡時反應速率的比值：<
C.溫度不變，僅改變體系初始壓力，反應物摩爾分數(shù)隨時間的變化曲線不變
D.T2溫度下，改變初始投料比例，平衡時各組分摩爾分數(shù)與T1溫度時不可能相同
由題圖可知，T1比T2反應速率快，則T1>T2，反應速率常數(shù)與溫度有關(guān)，結(jié)合反應速率方程知k1>k2，A項正確；反應的速率方程為v=k·c0.5(H2)·c(CO2)，則=，T1溫度下達到平衡時反應物的摩爾分數(shù)低于T2溫度下平衡時，則<，B項正確；溫度不變，僅改變體系初始壓力，雖然平衡不移動，但反
解析
應物的濃度改變，反應速率改變，反應達到平衡的時間改變，反應物摩爾分數(shù)隨時間的變化曲線變化，C項錯誤；T2溫度下，改變初始投料比，相當于改變某一反應物的濃度，達到平衡時H2和CO2的摩爾分數(shù)不可能相等，D項正確。
解析
4.(2024·湖南卷)恒壓下，向某密閉容器中充入一定量的CH3OH(g)和CO(g)，發(fā)生如下反應：
主反應：CH3OH(g)+CO(g)===CH3COOH(g)　ΔH1
副反應：CH3OH(g)+CH3COOH(g)===CH3COOCH3(g)+H2O(g)　ΔH2
在不同溫度下，反應達到平衡時，測得兩種含碳產(chǎn)物的分布分數(shù)δ[δ(CH3COOH)=]隨投料比x(物質(zhì)的量之比)的變化關(guān)系如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A.投料比x代表
B.曲線c代表乙酸的分布分數(shù)
C.ΔH1<0，ΔH2>0
D.L、M、N三點的平衡常數(shù)：K(L)=K(M)>K(N)
題干明確指出，圖中曲線表示的是測得兩種含碳產(chǎn)物的分布分數(shù)即分別為δ(CH3COOH)、δ(CH3COOCH3)，若投料比x代表,
x越大，可看作是CH3OH的量增多，則對于主、副反應可知生成的CH3COOCH3越多，CH3COOCH3分布分數(shù)越高，則曲線a或曲線b表示CH3COOCH3分布分數(shù)，曲線c或曲線d表示CH3COOH分布分數(shù)，據(jù)此分析可知A、B均正確，可知如此假設錯誤，則可知投料
解析
比x代表，曲線a或曲線b表示δ(CH3COOH)，曲線c或曲線d表示δ(CH3COOCH3)，A、B兩項錯誤；曲線a或曲線b表示δ(CH3COOH)，當同一投料比時，觀察圖像可知T2時δ(CH3COOH)大于T1時δ(CH3COOH)，而T2>T1可知，溫度越高則δ(CH3COOH)越大，說明溫度升高主反應的平衡正向移動，ΔH1>0；曲線c或曲線d表示δ(CH3COOCH3)，當同一投料比時，觀察可知T1時
解析
δ(CH3COOCH3)大于T2時δ(CH3COOCH3)，而T2>T1可知，溫度越高則δ(CH3COOCH3)越小，說明溫度升高副反應的平衡逆向移動，ΔH2<0，C項錯誤；L、M、N三點對應副反應ΔH2<0，且TN>TM=
TL，升高溫度平衡逆向移動，K(L)=K(M)>K(N)，D項正確。
解析
1.利用圖像“斷點”判斷影響反應速率的外界條件
可逆反應達到平衡后，若某一時刻改變外界條件，速率-時間圖像的曲線可能會出現(xiàn)“漸變”或“突變”。根據(jù)“斷點”前后速率的大小變化，即可對外界條件的變化情況作出判斷。
2.兩種典型的圖像
(1)轉(zhuǎn)化率(或百分含量)與溫度變化圖像。
[思維建模]　表示兩個外界條件同時變化時，反應物A的轉(zhuǎn)化率變化情況，解決這類圖像一般采用“定一議二”的方法，即把自變量(溫度、壓強)之一設為恒量，討論另外兩個變量的關(guān)系。如：圖1中，當壓強相等(任意一條等壓線)時，升高溫度，A的轉(zhuǎn)化率增大，說明升高溫度平衡向正反應方向移動，即正反應為吸熱反應。當溫度相等時，在圖1中作垂線，與三條等壓線交于三點，這三點自下而上為增大壓強，A的轉(zhuǎn)化率增大，說明增大壓強平衡向正反應方向移動，即正反應為氣體體積減小的反應。
(2)轉(zhuǎn)化率(或百分含量)與壓強變化圖像。
[思維建模]　圖3中，當溫度相等(任意一條等溫線)時，增大壓強，A的轉(zhuǎn)化率增大，說明增大壓強平衡正向移動，即正反應是氣體體積減小的反應。當壓強相等時，在圖3中作垂線，與兩條等溫線交于兩點，這兩點自下而上為降低溫度，A的轉(zhuǎn)化率增大，說明降低溫度平衡正向移動，即正反應為放熱反應。
1.(2024·廣東二模)一定條件下，NH3在恒容密閉容器中發(fā)生分解反應：2NH3(g) N2(g)+3H2(g)　ΔH>0，v(NH3)隨時間的變化如圖所示。已知t1時反應達到平衡，t2時改變某單一條件(濃度、溫度或催化劑等),下列說法不正確的是(　　)
A.由0到t1，H2的濃度不斷增大
B.由t1到t2，2v正(H2)=3v逆(NH3)
C.t2時，可能向容器中通入了N2
D.平衡常數(shù)KⅠ可能小于KⅡ
由圖可知，0到t1的過程為氨氣分解形成平衡的過程，反應中氫氣的濃度不斷增大，A項正確；由圖可知，t1時反應達到平衡，正、逆反應速率相等，則t1到t2的過程中，反應速率的關(guān)系為2v正(H2)=
解析
解析
3v逆(NH3)，B項正確；t2條件改變的瞬間，逆反應速率增大，可能是通入氮氣，增大了生成物氮氣的濃度，C項正確；t2條件改變的瞬間，逆反應速率增大，隨后減小，說明平衡向逆反應方向移動,
該反應是吸熱反應，若改變條件為升高溫度，平衡向正反應方向移動，與圖示不符合，所以改變條件不可能是升高溫度，溫度不變，平衡常數(shù)不變，則反應的平衡常數(shù)KⅠ等于KⅡ，D項錯誤。
A.200 ℃前，加入催化劑可使a線轉(zhuǎn)化為b線
B.300 ℃時，M點對應的反應體系中，v正(CO2)>v逆(CO2)
C.400 ℃時，若5 min時達到平衡，則v(CO2)=0.04 mol·L-1·min-1
D.400 ℃后，溫度對正反應速率的影響比濃度大
解析
解析
解析
解析
4.(2024·江蘇卷)二氧化碳加氫制甲醇的過程中的主要反應(忽略其他副反應)為：
①CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g)　ΔH1=41.2 kJ·mol-1
②CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g)　ΔH2
225 ℃、8×106 Pa下，將一定比例的CO2、H2混合氣勻速通過裝有催化劑的絕熱反應管。裝置及L1、L2、L3…位點處(相鄰位點距離相同)的氣體溫度、CO和CH3OH的體積分數(shù)如圖所示。下列說法正確的是
(　　)
A.L4處與L5處反應①的平衡常數(shù)K相等
B.反應②的焓變ΔH2>0
C.L6處的H2O的體積分數(shù)大于L5處
D.混合氣從起始到通過L1處，CO的生成速率小于CH3OH的生成速率
圖中白圈標記的曲線代表氣體溫度，L4處與L5處的溫度不同，平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，故L4處與L5處反應①的平衡常數(shù)K不相等，A項錯誤；由圖像可知，L1~L3溫度在升高，該裝置為絕熱裝置，反應①為吸熱反應，所以反應②為放熱反應，ΔH2<0，B項錯誤；從L5到L6，甲醇的體積分數(shù)逐漸增加，說明反應②在向右進行，反應②消耗CO，而CO的體積分數(shù)沒有明顯變化，說明反應①也
解析
在向右進行，反應①為氣體分子數(shù)不變的反應，其向右進行時，n(H2O)增大，反應②為氣體分子數(shù)減小的反應，且沒有H2O的消耗與生成，故n總減小而n(H2O)增加，即H2O的體積分數(shù)會增大，故L6處H2O的體積分數(shù)大于L5處，C項正確；L1處CO的體積分數(shù)大于CH3OH，說明生成的CO的物質(zhì)的量大于CH3OH，兩者反應時間相同，說明CO的生成速率大于CH3OH的生成速率，D項錯誤。
解析(共54張PPT)
攻難點
專題五 熱化學　化學反應速率和化學平衡
(三)　化學反應機理圖像分析
核心考點 三年考情 命題預測
物質(zhì)能 量、能 壘圖像 2024甘肅T10，甲烷在某含Mo催化劑作用下部分反應的能量變化； 2024貴州T14， AgCN與CH3CH2Br發(fā)生取代反應的反應歷程及能量變化； 2024北京T13，苯在濃硝酸和濃硫酸作用下，反應過程中能量變化 [命題特點]
通過反應過程中的能量變化圖像或催化機理圖像考查化學反應中的能量變化、化學反應速率快慢的判斷、化學平衡原理的應用、化學鍵的判斷、催化劑或產(chǎn)物的判斷等。
[創(chuàng)新考法]
反應原理或命題背景呈現(xiàn)創(chuàng)新性；閱讀量、信息量呈現(xiàn)增大的趨勢；考點的融合性增強，多與電化學、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、化學反應速率和化學平衡等融合考查。
2023浙江T14，氣態(tài)反應物和生成物[O2(g)和Cl2(g)]的相對能量與反應歷程
催化機 理循 環(huán)圖 2024河北T14，可充電Mg-CO2電池電極上CO2轉(zhuǎn)化的三種可能反應路徑及相對能量變化； 2024北京T10，Deacon催化氧化法的催化機理
2023湖南T14，某Ru(Ⅱ)催化劑(用[L-Ru—NH3]+表示)高效電催化氧化NH3合成N2H4
2022山東T10，在NO催化下，丙烷與氧氣反應制備丙烯； 2022浙江T24，固定CO2
物質(zhì)能量、能壘圖像分析
贏在微點 化學 大二輪
命題角度1
1.(2024·甘肅卷)甲烷在某含Mo催化劑作用下部分反應的能量變化如圖所示，下列說法錯誤的是(　　)
A.E2=1.41 eV
B.步驟2逆向反應的ΔH=+0.29 eV
C.步驟1的反應比步驟2快
D.該過程實現(xiàn)了甲烷的氧化
由能量變化圖可知，E2=0.70 eV-(-0.71 eV)=1.41 eV，A項正確；步驟2逆向反應的ΔH=-0.71 eV-(-1.00 eV)=+0.29 eV，B項正確；步驟1的活化能E1=0.70 eV，步驟2的活化能E3=-0.49 eV-(-0.71 eV)=0.22 eV，步驟1的活化能大于步驟2的活化能，步驟1的反應比步驟2慢,
C項錯誤；該過程甲烷轉(zhuǎn)化為甲醇，屬于加氧氧化，該過程實現(xiàn)了甲烷的氧化，D項正確。
解析
2.(2024·廣東卷)對反應S(g) T(g)(I為中間產(chǎn)物)，相同條件下：
①加入催化劑，反應達到平衡所需時間大幅縮短；②提高反應溫度,
c平(S)/c平(T)增大，c平(S)/c平(I)減小。基于以上事實，可能的反應歷程示意圖(——為無催化劑， 為有催化劑)為(　　)
提高反應溫度，c平(S)/c平(T)增大，說明反應S(g) T(g)的平衡逆向移動，即該反應為放熱反應，c平(S)/c平(I)減小，說明S生成中間產(chǎn)物I的反應平衡正向移動，屬于吸熱反應，由此可排除C、D兩項，加入催化劑，反應達到平衡所需時間大幅縮短，即反應的決速步驟的活化能下降，使得反應速率大幅加快，活化能大的步驟為決速步驟，符合條件的反應歷程示意圖為A，A項正確。
解析
3.(2023·廣東卷)催化劑Ⅰ和Ⅱ均能催化反應R(g) P(g)。反應歷程(下圖)中，M為中間產(chǎn)物。其他條件相同時，下列說法不正確的是
(　　)
A.使用Ⅰ和Ⅱ，反應歷程都分4步進行
B.反應達平衡時，升高溫度，R的濃度增大
C.使用Ⅱ時，反應體系更快達到平衡
D.使用Ⅰ時，反應過程中M所能達到的最高濃度更大
由圖可知兩種催化劑均出現(xiàn)四個波峰，所以使用Ⅰ和Ⅱ，反應歷程都分4步進行，A項正確；該反應是放熱反應，升高溫度平衡向左移動，R的濃度增大，B項正確；由圖可知Ⅰ的最高活化能小于Ⅱ的最高活化能，所以使用Ⅰ時反應速率更快，反應體系更快達到平衡，C項錯誤；在前兩個歷程中使用Ⅰ活化能較低反應速率較快，后兩個歷程中使用Ⅰ活化能較高反應速率較慢，所以使用Ⅰ時，反應過程中M所能達到的最高濃度更大，D項正確。
解析
1.反應過程中的能量變化
(1)活化能是從低能態(tài)“爬坡”到高能態(tài)的能壘，活化能最大的步驟，決定了整個反應過程的反應速率。
(2)反應熱與活化能的關(guān)系：ΔH=E1(反應物的活化能)-E2(生成物的活化能)。
(3)分析變化過程中所經(jīng)由的全部基元反應，包括過渡態(tài)的形成、鍵的斷裂和生成等。
基元反應與非基元反應。
例如H++OH-===H2O，反應幾乎沒有過程，瞬間平衡一步到位，稱為簡單反應；而2HI===H2+I2的實際機理是分兩步進行的，每一步都是一個基元反應：2HI H2+2I·、2I· I2，存在未成對電子的微粒稱為自由基，反應活性高， 壽命短，2HI===H2 + I2稱為非基元反應。
②過渡態(tài)。
A+B—C [A…B…C] A—B+C
備注：a.以上為一種基元反應，其中正反應活化能Ea正=b-a，逆反應活化能Ea逆=b-c， ΔH=Ea正-Ea逆。
b.過渡態(tài)(A…B…C)不穩(wěn)定。
③中間體。
備注：處于能量最高點的是反應的過渡態(tài)，在多步反應中兩個過渡態(tài)之間的是中間體，中間體很活潑，壽命很短，但是會比過渡態(tài)更穩(wěn)定些。
④催化機理能壘圖。
a.在催化機理能壘圖中，有幾個活化狀態(tài)，就有幾個基元反應。可以用圖中每步基元反應前后的活性物質(zhì)，寫出其熱化學方程式。注意：如果縱坐標相對能量的單位是電子伏特(eV)，焓變應轉(zhuǎn)化成每摩爾。
b.每步基元反應的快慢取決于其能壘的大小，能壘越大，反應速率越慢。
2.反應歷程與能量圖解題策略
[例]　(2024·安徽卷)某溫度下，在密閉容器中充入一定量的X(g)，發(fā)生下列反應：X(g) Y(g)(ΔH1<0)、Y(g) Z(g)(ΔH2<0)，測得各氣體濃度與反應時間的關(guān)系如圖所示。下列反應進程示意圖符合題意的是(　　)
[圖像分析]　由題圖可知，反應初期隨著時間的推移X的濃度逐漸減小、Y和Z的濃度逐漸增大，后來隨著時間的推移X和Y的濃度逐漸減小、Z的濃度繼續(xù)逐漸增大，說明X(g) Y(g)的反應速率大于Y(g)
Z(g)的反應速率，則反應X(g) Y(g)的活化能小于反應Y(g)
Z(g)的活化能。
解析
1.(2024·長春質(zhì)檢)用“循環(huán)電沉積”法處理制備鋰電池，其中Li2CO3和C在MoS2的催化作用下發(fā)生電極反應，其反應歷程中的能量變化如圖。下列說法不正確的是(　　)
A.反應歷程中存在極性鍵和非極性鍵的斷裂和形成
B.反應歷程中涉及電子轉(zhuǎn)移的變化均吸收能量
C.MoS2催化劑通過降低電極反應的活化能使反應速率加快
D.電極上失去0.2 mol e-時，生成CO2的體積為2.24 L(標準狀況下)
整個過程中有碳酸根離子中C—O鍵斷裂，CO中C—O鍵生成，含極性鍵的斷裂和生成；有草酸根離子中C—C鍵的生成和斷裂，故有非極性鍵的生成和斷裂，A項正確；圖示中可以看出，涉及電子轉(zhuǎn)移的變化均吸收能量，B項正確；催化劑可以降低反應的活化能，故MoS2 催化劑也是通過降低電極反應的活化能使反應速率加快，C項正確；從圖中可看出，整個電極總反應為C+2C-4e-===3CO2↑，電極上失去0.2 mol e-時，生成CO2的體積為3.36 L(標準狀況下)，D項錯誤。
解析
2.1，2-丙二醇(CH2OHCHOHCH3)單分子解離可以得到多種不同的產(chǎn)物或自由基，反應相對能量隨反應歷程的部分變化如圖所示。解離路徑包括碳碳鍵斷裂解離和脫水過程。下列說法正確的是(　　)
A.可用質(zhì)譜法鑒別TS1和TS2兩條路徑的產(chǎn)物
B.從能量的角度分析，TS2路徑的速率比TS1路徑快
C.產(chǎn)物CH3CH==CHOH比產(chǎn)物CH3C(OH)==CH2更穩(wěn)定
D.1，2-丙二醇中C—C鍵的鍵能相差約為1.4 kJ·mol-1
解析
3.(2024·合肥質(zhì)檢)電催化偶聯(lián)N2和CO2制備尿素[CO(NH2)2]，可實現(xiàn)室溫下尿素的綠色合成。結(jié)合實驗和計算機模擬在酸性介質(zhì)中催化劑表面的反應歷程如下圖所示，吸附在催化劑表面的物種用*標注。下列有關(guān)該碳氮偶聯(lián)過程的說法錯誤的是(　　)
A.化合價發(fā)生改變的元素有C和N
B.有O—N鍵的生成和斷裂
C.*NCON*的生成可減少副產(chǎn)物NH3的形成
D.該過程生成尿素的總反應式：N2+CO2+6e-+6H+===CO(NH2)2+H2O
轉(zhuǎn)化過程中，H、O元素的化合價不變，化合價發(fā)生改變的元素有C和N，A項正確；轉(zhuǎn)化過程的物種中不存在O—N鍵，故沒有O—N鍵的生成和斷裂，B項錯誤；*NCON*生成得越多，生成NH3越少，*NCON*的生成可減少副產(chǎn)物NH3的形成，C項正確；該過程氮氣生成尿素，N元素的化合價降低為-3價，有二氧化碳參與反應,根據(jù)電荷守恒配氫離子，根據(jù)元素守恒配水，總反應式為N2+CO2
+6e-+6H+===CO(NH2)2+H2O，D項正確。
解析
催化機理循環(huán)圖
贏在微點 化學 大二輪
命題角度2
1.(2023·新課標卷)“肼合成酶”以其中的Fe2+配合物為催化中心，可將NH2OH與NH3轉(zhuǎn)化為肼(NH2NH2)，其反應歷程如圖所示。
下列說法錯誤的是(　　)
A.NH2OH、NH3和H2O均為極性分子
B.反應涉及N—H、N—O鍵斷裂和N—N鍵生成
C.催化中心的Fe2+被氧化為Fe3+，后又被還原為Fe2+
D.將NH2OH替換為ND2OD，反應可得ND2ND2
NH2OH、NH3、H2O的電荷分布都不均勻，不對稱，為極性分子,
A項正確；由反應歷程可知，有N—H鍵、N—O鍵的斷裂，還有N—N鍵的生成，B項正確；由反應歷程可知，反應過程中，F(xiàn)e2+先失去電子發(fā)生氧化反應生成Fe3+，后面又得到電子生成Fe2+，C項正確；由反應歷程可知，反應過程中，生成的NH2NH2有兩個氫原子來源于NH3，所以將NH2OH替換為ND2OD不可能得到ND2ND2，可得到ND2NH2和HDO，D項錯誤。
解析
2.(2024·河北卷)我國科技工作者設計了如圖所示的可充電Mg-CO2電池，以Mg(TFSI)2為電解質(zhì)，電解液中加入1，3-丙二胺(PDA)以捕獲CO2，使放電時CO2還原產(chǎn)物為MgC2O4。該設計克服了MgCO3導電性差和釋放CO2能力差的障礙，同時改善了Mg2+的溶劑化環(huán)境，提高了電池充放電循環(huán)性能。對上述電池放電時CO2的捕獲和轉(zhuǎn)化過程開展了進一步研究，電極上CO2轉(zhuǎn)化的三種可能反應路徑及相對能量變化如圖(*表示吸附態(tài))。
解析
解析
*MgC2O4和*MgCO3，C項正確；根據(jù)反應路徑與相對能量的圖像可知，三個路徑的速控步驟中都參與了反應，且由B項分析可知，路徑2的速控步驟伴有PDA再生，但路徑3的速控步驟為得電子轉(zhuǎn)化為*CO和，沒有PDA的生成，D項錯誤。
解析
催化劑：在連續(xù)反應中從一開始就參與了反應，在最后又再次生成,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)反應中為某一步的產(chǎn)物，在后續(xù)反應中又作為反應物被消耗，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，先找到確定的反應物，反應物一般是通過一個箭頭進入整個歷程的物質(zhì)(產(chǎn)物一般多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)。如下圖所示：
[例]　(2023·湖南卷)N2H4是一種強還原性的高能物質(zhì)，在航天、能源等領(lǐng)域有廣泛應用。我國科學家合成的某Ru(Ⅱ)催化劑(用[L-Ru—NH3]+表示)能高效電催化氧化NH3合成N2H4，其反應機理如圖所示。
下列說法錯誤的是(　　)
A.Ru(Ⅱ)被氧化至Ru(Ⅲ)后，配體NH3失去質(zhì)子能力增強
B.M中Ru元素的化合價為+3價
C.該過程有非極性鍵的形成
D.該過程的總反應式：4NH3-2e-===N2H4+2N
[圖像分析]　
Ru(Ⅱ)被氧化至Ru(Ⅲ)后，[L-Ru—NH3]2+中的Ru元素帶有更多的正電荷，其與N原子成鍵后，Ru原子吸引電子的能力比Ru(Ⅱ)強,這種作用使得配體NH3中的N—H極性變強且更易斷裂，因此其失去質(zhì)子(H+)的能力增強，A項正確；Ru(Ⅱ)中Ru元素的化合價為
+2，當其變?yōu)镽u(Ⅲ)后，Ru元素的化合價變?yōu)?3，Ru(Ⅲ)失去1個質(zhì)子后，N原子有1個孤電子對，Ru元素的化合價不變；M為
[L-Ru—H2]+，當[L-Ru—NH2]+變?yōu)镸時，N原子的孤電子對拆為
解析
2個電子并轉(zhuǎn)移給Ru原子1個電子，其中Ru元素的化合價變?yōu)?2，因此，B項不正確；該過程M變?yōu)閇L-Ru—NH2—NH2—Ru-L]2+時,有N—N鍵形成，N—N是非極性鍵，C項正確；從整個過程來看，4個NH3失去了2個電子后生成了1個N2H4和2個N，Ru(Ⅱ)是催化劑，因此，該過程的總反應式為4NH3-2e-===N2H4+2N，D項正確。
解析
1.相關(guān)研究表明，釩基催化劑、銅基催化劑的NH3—SCR催化反應機理(如圖所示)非常相似。下列說法正確的是(　　)
A.兩種機理的各步反應均為氧化還原反應
B.反應②中存在極性鍵和非極性鍵的斷裂和形成
C.V5+和Cu2+是反應的催化劑，V4+和Cu+是中間產(chǎn)物
D.NH3—SCR催化反應為NH3+NO N2+H2O+H+
兩種機理的各步反應中，①和④中元素化合價無變化，二者均為非氧化還原反應，A項錯誤；反應②中存在極性鍵的斷裂、極性鍵和非極性鍵的形成，不存在非極性鍵的斷裂，B項錯誤；由反應機理圖示可知，V5+和Cu2+是反應的催化劑，V4+和Cu+是中間產(chǎn)物，C項正確；NH3—SCR催化反應為4NH3+4NO+O2 4N2+
6H2O，D項錯誤。
解析
2.(2024·湖北T8聯(lián)考)在可見光的照射下將CO2催化還原為CH4的反應歷程如圖所示(FeⅡ代表鐵元素顯+2價)。下列敘述錯誤的是(　　)
A.一段時間后，Ir(ppy)3數(shù)目基本保持不變
B.在上述循環(huán)中，鐵元素化合價發(fā)生了變化
C.上述循環(huán)中只斷裂和形成σ鍵
D.CO2催化還原過程中，CO是中間產(chǎn)物
Ir(ppy)3循環(huán)轉(zhuǎn)化，總量基本保持不變，A項正確；鐵元素顯0、+1、+2價，B項正確；上述轉(zhuǎn)化中，斷裂了碳氧雙鍵中的π鍵，C項錯誤；CO2經(jīng)過反應(2)和(3)生成CO，CO經(jīng)過反應(4)(5)(6)生成CH4，CO是中間產(chǎn)物，D項正確。
解析
3.N-羧基丙氨酸酸酐廣泛用于生物領(lǐng)域，用碳酸二甲酯[(CH3O)2CO]和丙氨酸[CH3CH(NH2)COOH]為原料可以制備N-羧基丙氨酸酸酐，其反應機理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A.在強酸性環(huán)境不利于反應進行
B.該過程中Zn元素的化合價發(fā)生改變
C.反應過程中有C—O的斷裂和形成
D.用甘氨酸(H2NCH2COOH)代替丙氨酸，可制得
在強酸性溶液中，碳酸二甲酯會發(fā)生水解，同時CH3CH(NH2)COO-濃度降低，不利于反應進行，A項正確；碳酸二甲酯[(CH3O)2CO]與Zn(CH3COO)2形成的是配位鍵，整個過程中均未有元素化合價發(fā)生變化，B項錯誤；該過程中存在N—H、C—O等極性鍵的斷裂和C—O等極性鍵的生成，C項正確；若用甘氨酸(H2NCH2COOH)代
替丙氨酸，則根據(jù)轉(zhuǎn)化關(guān)系，最后可得到 ，D項正確。
解析(共93張PPT)
破大題
（一）化學反應原理的綜合應用
專題五　熱化學　化學反應速率和化學平衡
真題引領(lǐng)/明確考向
第一部分
1.(2024·安徽卷)乙烯是一種用途廣泛的有機化工原料。由乙烷制乙烯的研究備受關(guān)注。回答下列問題：
【乙烷制乙烯】
(1)C2H6氧化脫氫反應：
2C2H6(g)+O2(g)===2C2H4(g)+2H2O(g)　ΔH1=-209.8 kJ·mol-1
C2H6(g)+CO2(g)===C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)　ΔH2=178.1 kJ·mol-1
計算：2CO(g)+O2(g)===2CO2(g)　ΔH3=______________ kJ·mol-1。
-566
(2)C2H6直接脫氫反應為C2H6(g)===C2H4(g)+H2(g)　ΔH4，C2H6的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度和壓強的關(guān)系如圖所示，則ΔH4____________0(填“>”“<”或“=”)。結(jié)合該圖，下列條件中，達到平衡時轉(zhuǎn)化率最接近40%的是_________(填字母)。
a.600 ℃，0.6 MPa　
b.700 ℃，0.7 MPa
c.800 ℃，0.8 MPa
>
b
增大
【乙烷和乙烯混合氣的分離】
(4)通過Cu+修飾的Y分子篩的吸附—脫附。可實現(xiàn)C2H4和C2H6混合氣的分離。Cu+的_________________與C2H4分子的π鍵電子形成配位鍵，這種配位鍵強弱介于范德華力和共價鍵之間。用該分子篩分離C2H4和C2H6的優(yōu)點是______________________________________
_______________________________。
4s空軌道
識別度高，能有效將C2H4和C2H6分離，分離出的產(chǎn)物中雜質(zhì)少，純度較高
(5)常溫常壓下，將C2H4和C2H6等體積混合，以一定流速通過某吸附劑，測得兩種氣體出口濃度(c)與進口濃度(c0)之比隨時間變化關(guān)系如圖所示。下列推斷合理的是____________(填字母)。
A.前30 min，兩種氣體均未被吸附
B.p點對應的時刻，出口氣體的主要成分是C2H6
C.a~b對應的時間段內(nèi)，吸附的C2H6逐漸被C2H4替代
BC
(1)將兩個反應依次標號為反應①和反應②，反應①-反應②×2可得目標反應，則ΔH3=ΔH1-2ΔH2=(-209.8-178.1×2) kJ·mol-1=-566 kJ·mol-1。(2)從題圖可知，壓強相同的情況下，隨著溫度升高，C2H6的平衡轉(zhuǎn)化率增大，因此該反應為吸熱反應，ΔH4>0。600 ℃、0.6 MPa時，C2H6的平衡轉(zhuǎn)化率約為20%，a項錯誤；700 ℃、0.7 MPa時，C2H6的平衡轉(zhuǎn)化率約為50%，最接近40%，b項正確；700 ℃、0.8 MPa時，C2H6的平衡轉(zhuǎn)化率接近50%，升高溫度，該
解析
反應的化學平衡正向移動，C2H6轉(zhuǎn)化率增大，因此800 ℃、0.8 MPa時，C2H6的平衡轉(zhuǎn)化率大于50%，c項錯誤。(3)①僅發(fā)生反應ⅰ，設初始時C2H6的物質(zhì)的量為1 mol，平衡時C2H6的轉(zhuǎn)化率為25%，則消耗C2H6 0.25 mol，生成C2H4 0.25 mol，生成H2 0.25 mol,
Kx1==；②同時發(fā)生反應ⅰ和反應ⅱ，且從題干可知Kx2遠大于Kx1，反應ⅱ消耗反應ⅰ中生成的H2，使反應ⅰ正向進行，
解析
C2H4的平衡產(chǎn)率增大。(4)配合物中，金屬離子通常提供空軌道，配體提供孤電子對，則Cu+的4s空軌道與C2H4分子的π鍵電子形成配位鍵。C2H4能與Cu+形成配合物而吸附在Y分子篩上，C2H6中無孤電子對，不能與Cu+形成配合物而無法吸附，通過這種分子篩分離C2H4和C2H6，優(yōu)點是識別度高，能有效將C2H4和C2H6分離，分離出的產(chǎn)物中雜質(zhì)少，純度較高。(5)前30 min，等于0，出口濃
解析
度c為0，說明兩種氣體均被吸附，A項錯誤；p點時，C2H6對應的約為1.75，出口處C2H6濃度較大，而C2H4對應的較小，出口處C2H4濃度較小，說明此時出口處氣體的主要成分為C2H6，B項正確；a點處C2H6的=1，說明此時C2H6不再吸附在吸附劑上，而a點后C2H6的>1，說明原來吸附在吸附劑上的C2H6也開始脫落，
解析
同時從圖中可知，a點后一段時間，C2H4的仍為0，說明是吸附的C2H6逐漸被C2H4替代，p點到b點之間，吸附的C2H6仍在被C2H4替代，但是速率相對之前有所減小，同時吸附劑可能因吸附量有限等原因無法一直吸附C2H4，因此p點后C2H4的也逐步增大，直至等于1，此時吸附劑不能再吸附兩種物質(zhì)，C項正確。
解析
2.(2024·黑吉遼卷)為實現(xiàn)氯資源循環(huán)利用，工業(yè)上采用RuO2催化氧化法處理HCl廢氣：2HCl(g)+O2(g) Cl2(g)+H2O(g)
ΔH1=-57.2 kJ·mol-1　ΔS　K。將HCl和O2分別以不同起始流速通入反應器中，在360 ℃、400 ℃和440 ℃下反應，通過檢測流出氣成分繪制HCl轉(zhuǎn)化率(α)曲線，如圖所示(較低流速下轉(zhuǎn)化率可近似為平衡轉(zhuǎn)化率)。
回答下列問題：
(1)ΔS__________0(填“>”或“<”)；T3=_____________ ℃。
(2)結(jié)合以下信息，可知H2的燃燒熱ΔH=______________ kJ·mol-1。
H2O(l)===H2O(g)　ΔH2=+44.0 kJ·mol-1
H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH3=-184.6 kJ·mol-1
<
360
-285.8
(3)下列措施可提高M點HCl轉(zhuǎn)化率的是____________(填字母)
A.增大HCl的流速
B.將溫度升高40 ℃
C.增大n(HCl)∶n(O2)
D.使用更高效的催化劑
(4)圖中較高流速時，α(T3)小于α(T2)和α(T1)，原因是______________
____________________________________________________________________________________________________________________。
BD
流速過快，反應物分子來不及在催化劑表面接觸而發(fā)生反應，導致轉(zhuǎn)化率下降，同時，T3溫度低，反應速率低，故單位時間內(nèi)氯化氫的轉(zhuǎn)化率低
(5)設N點的轉(zhuǎn)化率為平衡轉(zhuǎn)化率，則該溫度下反應的平衡常數(shù)K=_________(用平衡物質(zhì)的量分數(shù)代替平衡濃度計算)。
(6)負載在TiO2上的RuO2催化活性高，穩(wěn)定性強。TiO2和RuO2的晶體結(jié)構(gòu)均可用下圖表示，二者晶胞體積近似相等，RuO2與TiO2的密度比為1.66，則Ru的相對原子質(zhì)量為_________(精確至1)。
6
101
解析
解析
解析
　　該綜合題主要考查熱化學、化學反應速率和化學平衡等主干理論知識，主要命題點有蓋斯定律的應用、反應速率和化學平衡的分析、化學平衡常數(shù)的表達式書寫與計算、反應條件的分析選擇、生產(chǎn)生活中的實際應用等，試題常以填空、讀圖、作圖、計算等形式呈現(xiàn)。試題一般以與生產(chǎn)、生活緊密聯(lián)系的物質(zhì)為背景材料命制組合題，各小題之間又有一定的獨立性。主要考查學生的信息處理能力、學科內(nèi)綜合分析能力，應用反應原理解決生產(chǎn)實際中的具體問題，體現(xiàn)了“變化觀念與平衡思想”的核心素養(yǎng)。
命題熱點/逐點突破
贏在微點 化學 大二輪
第二部分
1.蓋斯定律的應用
熱點一 蓋斯定律的應用
同加異減成比例，觀察消去做標記。
注意事項：每個方程式最多用一次；目標方程式中的物質(zhì)只看在一個已知方程式中出現(xiàn)的物質(zhì)；消去時注意化學計量數(shù)關(guān)系。
2.ΔH的計算
①ΔH=生成物的能量-反應物的能量；
②ΔH=反應物的鍵能之和-生成物的鍵能之和。
1.(2023·新課標卷)氨是最重要的化學品之一，我國目前氨的生產(chǎn)能力位居世界首位。回答下列問題：
根據(jù)圖中數(shù)據(jù)計算反應N2(g)+H2(g)===NH3(g)的ΔH=____________ kJ·mol-1。
-45
2.(2023·全國甲卷)甲烷選擇性氧化制備甲醇是一種原子利用率高的方法。回答下列問題：
已知下列反應的熱化學方程式：
3O2(g)===2O3(g)　K1　ΔH1=285 kJ·mol-1
②2CH4(g)+O2(g)===2CH3OH(l)　K2　ΔH2=-329 kJ·mol-1
反應③CH4(g)+O3(g)===CH3OH(l)+O2(g)的ΔH3=________ kJ·mol-1，
平衡常數(shù)K3=_________________(用K1、K2表示)。
-307
()或
解析
+14.8
根據(jù)蓋斯定律，ΔH3=ΔH2-ΔH1=-378 .7 kJ·mol-1+393 .5 kJ·mol-1=
+14.8 kJ·mol-1。
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+118
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熱點二 化學反應速率常數(shù)和化學平衡常數(shù)
1.(2023·河北卷)氫氣催化還原NOx作為一種高效環(huán)保的脫硝技術(shù)備受關(guān)注。高溫下氫氣還原NO反應的速率方程為v=k·cx(NO)·cy(H2),
k為速率常數(shù)。在一定溫度下改變體系中各物質(zhì)的濃度，測定結(jié)果如下表。
組號 c(NO)/(mol·L-1) c(H2)/(mol·L-1) v/(mol·L-1·s-1)
1 0.10 0.10 r
2 0.10 0.20 2r
3 0.20 0.10 4r
4 0.05 0.30
表中第4組的反應速率為___________ mol·L-1·s-1。(寫出含r的表達式)
解析
0.75r
1016
105
105
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3.(2024·河北卷)1，4-二(氯甲基)苯(D)是有機合成中的重要中間體,可由對二甲苯(X)的氯化反應合成。對二甲苯淺度氯化時反應過程為
以上各反應的速率方程均可表示為v=k·c(A)·c(B)，其中c(A)、c(B)分別為各反應中對應反應物的濃度，k為速率常數(shù)(k1~k5分別對應反應①~⑤)。某溫度下，反應器中加入一定量的X，保持體系中氯氣濃度恒定(反應體系體積變化忽略不計)，測定不同時刻相關(guān)物質(zhì)的濃度。已知該溫度下，k1∶k2∶k3∶k4∶k5=100∶21∶7∶4∶23。
(1)30 min時，c(X)=6.80 mol·L-1，且30~60 min內(nèi)v(X)=0.042 mol·
L-1·min-1，反應進行到60 min時，c(X)=______________mol·L-1。
(2)60 min時，c(D)=0.099 mol·L-1，若0~60 min產(chǎn)物T的含量可忽略不計，則此時c(G)=_________________mol·L-1；60 min后，隨T含量的增加，_________________(填“增大”“減小”或“不變”)。
5.54
0.033
增大
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1.化學平衡圖像信息的獲取
依據(jù)化學反應原理中反應速率和平衡移動知識解讀圖像，關(guān)鍵在于對“數(shù)”“形”“義”“性”的綜合思考，包括：
熱點三 化學平衡的圖像分析
(1)明標。
明晰橫、縱坐標所表示的化學含義，這是理解題意和進行正確思考的前提。明晰坐標含義，也就是用變量的觀點分析坐標，找出橫、縱坐標的關(guān)系，再結(jié)合教材，聯(lián)系相應的知識點。
(2)找點。
找出曲線中的特殊點(起點、頂點、拐點、終點、交叉點、平衡點等)，分析這些點所表示的化學意義以及影響這些點的主要因素及限制因素等，大多考題就落在這些點的含義分析上，因為這些點往往隱含著某些限制條件或某些特殊的化學含義。
分析角度如圖所示。
2.常考化學平衡圖像分析
(1)含量類綜合圖像分析。
此類圖像縱坐標是物質(zhì)的量或物質(zhì)的量分數(shù)，橫坐標可能是時間、溫度、壓強或其他，往往涉及多個變化曲線，分析時應細讀試題相關(guān)內(nèi)容，明確已知和所求，結(jié)合已學基本圖像，讀懂題給圖像，分析曲線的變化趨勢，研究變量間的內(nèi)在聯(lián)系，找出相應的變化規(guī)律,挖掘圖像的隱含意義，挖掘解題切入點。
(2)產(chǎn)率、轉(zhuǎn)化率類綜合圖像分析。
此類圖像縱坐標是產(chǎn)率或轉(zhuǎn)化率，橫坐標可能是溫度、壓強或投料比，分析時應分析題給可逆反應的特征，聯(lián)想橫坐標變化因素對化學平衡的影響，根據(jù)圖中線條的變化趨勢，找出相應的變化規(guī)律，結(jié)合題設問題解答。
(1)0~50 min，經(jīng)方式______處理后的反應速率最快；在此期間，經(jīng)方式丙處理后的平均反應速率v(SiHCl3)=_________mol·L-1·min-1。
(2)當反應達平衡時，H2的濃度為__________mol·L-1，平衡常數(shù)K的
計算式為___________________。
(3)增大容器容積，反應平衡向___________________移動。
甲
5.6×10-5
0.195 2
逆反應方向
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2.(2024·新課標卷)在總壓分別為0.10、
0.50、1.0、2.0 MPa下，Ni(s)和CO(g)反應
達平衡時，Ni(CO)4的體積分數(shù)x與溫度的
關(guān)系如圖所示。反應Ni(s)+4CO(g)===
Ni(CO)4(g)的ΔH_______0(填“大于”或“小
于”)。從熱力學角度考慮，____________
___________有利于Ni(CO)4的生成(寫出兩點)。p3、100 ℃時CO的平衡轉(zhuǎn)化率α=_________，該溫度下平衡常數(shù)Kp=_________(MPa)-3。
小于
降低溫度、
增大壓強
97.3%
9 000
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3.(2024·河北卷)硫酰氯常用作氯化劑和氯磺化劑，工業(yè)上制備原理如下：SO2(g)+Cl2(g) SO2Cl2(g)　ΔH=-67.59 kJ·mol-1。
(1)若正反應的活化能為E正 kJ·mol-1，則逆反應的活化能E逆=_________________kJ·mol-1(用含E正的代數(shù)式表示)。
E正+67.59
(2)恒容密閉容器中按不同進料比充入SO2(g)和其Cl2(g)，測定T1、T2、T3溫度下體系達平衡時的Δp(Δp=p0-p，p0為體系初始壓強，p0=240 kPa，p為體系平衡壓強)，結(jié)果如圖1。
圖1中溫度由高到低的順序為__________,判斷依據(jù)為_____________
____________________________________________________________________________________________________________________________________。M點Cl2的轉(zhuǎn)化率為__________，T1溫度下用分壓表示的平衡常數(shù)Kp=_________kPa-1。
T3>T2>T1
該反應的正反應放熱，且氣體分子數(shù)減小，反應正向進行時，容器內(nèi)壓強減小，從T3到T1平衡時Δp增大，說明反應正向進行程度逐漸增大，對應
溫度逐漸降低
75%
0.03
(3)圖2曲線中能準確表示T1溫度下Δp隨進料比變化的是____________
(填字母)。
D
(1)根據(jù)反應熱ΔH與活化能E正和E逆關(guān)系為ΔH=正反應活化能-逆反應活化能可知，該反應的E逆=E正 kJ·mol-1-ΔH=(E正+67.59)kJ·
mol-1。(2)該反應的正反應為氣體體積減小的反應，因此反應正向進行程度越大，平衡時容器內(nèi)壓強越小，Δp越大。從T3到T1，Δp增大，說明反應正向進行程度逐漸增大，已知正反應為放熱反應,則溫度由T3到T1逐漸降低，即T3>T2>T1。由題圖甲中M點可知，進料比為n(SO2)∶n(Cl2)=2，平衡時Δp=60 kPa，已知恒溫恒容情況下,容器內(nèi)氣體的物質(zhì)的量之比等于壓強之比，可據(jù)此列出“三段式”。
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　　　　　　　SO2(g)+Cl2(g) SO2Cl2(g)　Δp
起始壓強/kPa　 160　 　80
轉(zhuǎn)化壓強/kPa 　60　　 60　　 　60　　　　60
平衡壓強/kPa　 100　　 20　 　　60
可計算得α(Cl2)=×100%=75%，
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Kp===0.03 kPa-1。(3)由題圖1中M點可知，進料比為2時，Δp=60 kPa，結(jié)合“三段式”以及T1時化學平衡常數(shù)可知，進料比為0.5時，Δp也為60 kPa，曲線D上存在(0.5，60)。本題也可以快解：根據(jù)“等效平衡”原理，該反應中SO2和Cl2的化學計量數(shù)之比為1∶1，則SO2和Cl2的進料比互為倒數(shù)(如2與0.5)時,
Δp相等。
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化零為整/綜合應用
贏在微點 化學 大二輪
第三部分
ΔH1+ΔH2+ΔH3
(2)壓力p下，C—H2O—CaO體系達平衡
后，圖示溫度范圍內(nèi)C(s)已完全反應，
CaCO3(s)在T1溫度時完全分解。氣相中
CO、CO2和H2摩爾分數(shù)隨溫度的變化關(guān)
系如圖所示，則a線對應物種為________
(填化學式)。當溫度高于T1時，隨溫度
升高c線對應物種的摩爾分數(shù)逐漸降低的原因是__________________
____________________________________________________________________________________。
H2
當溫度高于T1時，CaCO3(s)已完全分解，只發(fā)生反應Ⅱ，溫度升高，反應Ⅱ逆向移動,所以CO2的摩爾分數(shù)減小
0.5
不變
不變
解析
解析
解析
解析
ΔH1+ΔH2+ΔH3
c
降低分壓，有利于反應ⅰ平衡正向移動且提高醇的濃度，可以使酯的水解程度降低從而提高產(chǎn)率
CH2==CHCONH2在反應釜Ⅱ的溫度下發(fā)生分解
反應時間過長，催化劑中毒活性降低，反應速率降低，故產(chǎn)物減少
40
Sn+4CH2==CHCN
+4e-+4H+===Sn(CH2CH2CN)4
解析
解析
解析
-1 055.6
<
溫度升高，H2O2部分分解(或升溫反應ⅰ逆向移動，反應ⅱ正向移動，對反應ⅰ的影響更大)
以上轉(zhuǎn)化過程中，屬于氧化還原反應的是_____________(填序號)。
(4)Fe3O4的催化反應機理如圖3所示：
②⑥
0.2
2.18
解析
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