2023届高三化学二轮复习《热力学化学平衡图像》

2023届高三化学二轮复习反应热、化学平衡和转化率图像问题（热力学篇）目录目录政策解读与高考真题的一点理解高考真题高考真题一定是充分的体现了政策！政策的作用不是押题，应该是指导教学！高考真题的研究价值不在于解题模式，应是命题者对真实情境的试题化处理与设问逻辑！阅读政策解读的核心文件阅读政策解读的核心文件1.能书写平衡常数表达式，能进行平衡常数、转化率的计算并具备一定的计算能力，能利用平衡常数和浓度商的关系判断化学反应是否达到平衡及平衡移动的方向。2.能运用浓度、压强、温度对化学平衡的影响规律，推测平衡移动方向及浓度、转化率等相关物理量的变化，能通过图像信息讨论化学反应条件的选择和优化。阅读政策解读的核心文件3.能进行化学反应速率的简单计算，能通过实验探究分析不同组分浓度改变对化学反应速率的影响，能用一定的理论模型说明外界条件改变对化学反应速率的影响。4.能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题，能讨论化学反应条件的选择和优化。5.针对典型案例，能从限度、速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。主流三版新教材关于速率与平衡的编写思路苏教版平衡速率限度平衡速率限度主流三版新教材关于速率与平衡的编写思路人教版平衡限度速率调控=速率＋限度主流三版新教材关于速率与平衡的编写思路鲁科版

对反应的方向和限度的分析完全是理论分析，它只能指出反应发生的可能性和趋势，并不能说明该反应能否实际发生。一个反应的实际发生还涉及化学反应的速率问题。事实上，实现原料的高转化率和反应的高速率所需要的条件往往是相互矛盾的。在依据化学反应进行实际生产时不应片面追求高转化率或高反应速率，而应该选择以较高的反应速率获取适当转化率的反应条件。新教材对比分析平衡从速率角度认识平衡是否合适？过程相关过程无关速率：必须通过实验才能测定平衡：可以通过理论计算△G△G=△H-T·△S速率VS热力学问题理论计算动力学问题反应机理题目设置符合真实情境的认知过程能不能大不大快不快化学反应的方向化学反应的限度化学反应的速率△G=△H-T·△S△G△H△S（考的少）Kc、Kp、Kχ平衡常数的计算K与α的换算难点：图像or表格获取信息速度（催化剂）成本（利益）热点：解释抛物线抓主要矛盾目录△G在情境中的应用△G=△H-T·△S△G＜0自发进行△G=0平衡状态（反应限度）△G＞0非自发进行Gibbs-Helmholtz方程可逆反应自发性是否矛盾？化学反应的方向△G考什么△G表达的意义当自发性遇上可逆反应限度自发非自发自发非自发吉布斯自由能变热力学第一定律：体系内能的变化等于体系与环境间传递的热量与做功之和∆U=Q+W其中

W=We+W′，We

是体积功，如恒压过程气体膨胀做功We=−p

∆VW′

是非体积功，如电功。所以∆U=Q−p

∆V+W′………………①

焓的定义：H=U

+

pV

移项得：U=

H−pV

若反应为恒温恒压，可得∆U=∆H−p

∆V……②

联合①和②式：∆H−p

∆V=Q−p

∆V+W′∆H=Q+W′

由热力学第二定律：△S=Q/T，可知Q=T·△S

∆H=T·△S+W′

△G=W′CH4燃烧反应的△G=-818kJ·mol-1，表示在298K及标态条件下，1molCH4在理想的可逆燃料电池中最多能输出818kJ的功；在内燃机中1molCH4燃烧所输出的功一般只有200kJ；而1molCH4在高效率的燃料电池中可输出功700kJ。任何人不可能找到一种方法，使1molCH4燃烧时所输出的功大于818kJ。吉布斯自由能变与电功△G=W′W′=-qU=-nFE

（F为法拉第常数96500C/mol，E为电势差）nFE=2.30RTlgKpθθ已知E为电池电动势(电池电动势即电池的理论电压，是两个电极电位之差，E=E(正)-E(负)），△G为电池反应的自由能变，则该电池与传统铅酸蓄电池相比较，EZn-PbO2

EPb-PbO2△GZn-PbO2

△GPb-PbO2【2022河北省适应性考试】I.TiO2(s)+2Cl2(g)⇌TiCl4(g)+O2(g)ΔHI=181kJ·mol-1，KI=3.4×10-29II.2C(s)+O2(g)⇌2CO(g)ΔHII=-221kJ·mol-1，KII=1.2×1048结合数据说明氯化过程中加碳的理由______。TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(g)+2CO(g)，K=KIKII=4.1×1019远大于K1，反应II使TiO2氯化为TiCl4得以实现；ΔH=ΔHI+ΔHII=-40kJ·mol-1，反应II可为反应I提供所需的能量工业生产中的反应都容易自发吗？（2022浙江模拟）工业上，常采用“加碳氯化”的方法以高钛渣(主要成分为TiO2)为原料生产TiCl4，相应的化学方程式为：

；TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(g)+2CO(g)工业生产中的反应都容易自发吗？（2022重庆适应性）“立窑煅烧”中SrCO3与焦炭反应的化学方程式为____________________________

。工业制硅单质SiO2＋2CSi＋2CO2C(s)+O2(g)⇌2CO(g)ΔHII=-221kJ·mol-1，KII=1.2×1048焓变套路一：盖斯定律（2022·广东高考真题）我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应：根据盖斯定律，反应a的∆H1=_______(写出一个代数式即可)。口诀：同边加号异边负，焓的变化跟系数！焓变套路一：盖斯定律（图像挖掘方程式）（2020•新课标Ⅰ卷）钒催化剂参与反应的能量变化如图所示，V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为：焓变套路二：表格挖掘方程式（2022·河北高考真题）当今，世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点。因此，研发二氧化碳利用技术，降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。(1)大气中的二氧化碳主要来自于煤、石油及其他含碳化合物的燃烧。已知25℃时，相关物质的燃烧热数据如表：物质H2(g)C(石墨，s)C6H6(l)燃烧热△H(kJ•mol-1)-285.8-393.5-3267.5则25℃时H2(g)和C(石墨，s)生成C6H6(l)的热化学方程式为________。焓变套路三：键能（2022湖南高考真题）氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面两种方法由氨气得到氢气。方法I：氨热分解法制氢气。相关化学键的键能数据化学键键能E/(kJ·mol-1)946436.0390.8一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题：以熵的角度考自发性焓变套路四：相对能量或摩尔生成焓（2022•浙江7月选考）研究CO2氧化C2H6制C2H4对资源综合利用有重要意义。相关的主要化学反应有：Ⅰ

C2H6(g)⇌C2H4(g)＋H2(g)

ΔH1＝136kJ·mol−1Ⅱ

C2H6(g)＋CO2(g)⇌C2H4(g)＋H2O(g)＋CO(g)

ΔH2＝177kJ·mol−1ⅢC2H6(g)＋2CO2(g)⇌4CO(g)＋3H2(g)

ΔH3ⅣCO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g)

ΔH4＝41kJ·mol−1已知：298K时，相关物质的相对能量(如图1)。可根据相关物质的相对能量计算反应或变化的ΔH(ΔH随温度变化可忽略)。例如：H2O(g)⇌H2O(l)ΔH4＝(−286kJ·mol−1)－(−242kJ·mol−1)＝−44kJ·mol−1。请回答：(1)根据相关物质的相对能量计算ΔH3＝________kJ·mol−1。焓变套路四：相对能量或摩尔生成焓（2022石家庄质检）已知：氧化还原反应可拆分为氧化、还原两个半反应，电极电势分别表示为φ(-)和φ(+)，电势差E=φ(+)-φ(-)，两组电对的电势差越大，反应的自发程度越大。各电对的电极电势与产物浓度的关系如图1所示，将体系中自发程度最大的反应记为ⅰ，反应ⅰ的离子方程式为___________。各微粒的相对能量如下表：已知反应ⅰ为放热反应，当有发生反应ⅰ时，释放的能量为___________。(用含字母的代数式表示)目录气相反应：Kc、Kp、KχKc：浓度平衡常数Kp：压力平衡常数Kχ：摩尔分数平衡常数均一体系中平衡态时各组份的权重pA(g)＋qB(g)⇌mC(g)＋nD(g)根据理想气体状态方程：PiV=niRTPi=niRTV=ciRTPi=χi·P

思考：若为气相等体积反应？

关于压强的几个问题1、分压能直接测定吗？2、如何从总压到分压？不能，只能测定总压。需要测定各组分的物质的量百分含量差量法与三段式的混合使用（2021年全国一卷）F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25℃时N2O5(g)分解反应：其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强

p随时间

t的变化如下表所示（t=∞时，N2O5(g)完全分解）：t/min0408016026013001700∞p/kPa35.840.342.5.45.949.261.262.363.125℃时N2O4(g)2NO2(g)反应的平衡常数Kp=_______

kPa（Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数）。利用总压和差量法求解各物质的分压（2022·全国高考乙卷）差量法与三段式的混合使用利用总压和差量法求解各物质的分压无关气体与计算的联合考察（2022年新课标Ⅰ）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Kp=___________(以分压表示，分压=总压×物质的量分数)。无关气体制造陌生感，有关气体解决问题数形结合（2021全国高考）一看横纵坐标是否平衡态、二看系数热效应、三看曲线走势、四做判断。一看横纵坐标、二看是否平衡态、三看系数热效应、四看曲线走势关键点数形结合：Kc、Kp、Kχ与α（2022全国高考）（2022·全国高考乙卷）(3)McMorris测定和计算了在136~180℃范围内下列反应的平衡常数Kp。理论出发：

为什么选择lgKorlnK与1/T的关系（2022·全国高考乙卷）(3)McMorris测定和计算了在136~180℃范围内下列反应的平衡常数Kp。理论出发：

为什么选择lgKorlnK与1/T的关系（2022·广东高考真题）理论出发：

为什么选择lgKorlnK与1/T的关系①反应a、c、e中，属于吸热反应的有_______(填字母)。②反应c的相对压力平衡常数表达式为Kp=

_______。（2022·广东高考真题）理论出发：

为什么选择lgKorlnK与1/T的关系③在图中A点对应温度下、原料组成为n(CO2):n(CH4)=1:1、初始总压为100kPa的恒容密闭容器中进行反应，体系达到平衡时H2的分压为40kPa。计算CH4的平衡转化率，写出计算过程_______。读图配计算-注定不好办丙烯是一种重要的化工原料，可以在催化剂作用下，由丙烷直接脱氢或氧化脱氢制备。反应Ⅰ(直接脱氢)：C3H8(g)=C3H6(g)+H2(g)△H1=+125kJ·mo1-1反应Ⅱ(氧化脱氢)：C3H8(g)+1/2O2(g)=C3H6(g)+H2O(g)△H2=-118kJ·mo1-1（2022·湖北高考真题）对于反应Ⅰ，总压恒定为100kPa，在密闭容器中通入C3H8和N2的混合气体(N2不参与反应)，从平衡移动的角度判断，达到平衡后“通入N2”的作用是_________________________________。在温度为T1时，C3H8的平衡转化率与通入气体中C3H8的物质的量分数的关系如图a所示，计算T1时反应Ⅰ的平衡常数Kp=________kPa(以分压表示，分压=总压×物质的量分数，保留一位小数)。减小气体浓度，是平衡右移，提高C3H8转化率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0.1MPa，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______0(填“大于”或“小于”)。（3）根据图中点A(440K，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)。读图配计算-注定不好办（2022·全国高考真题III）如遇多重平衡怎么办？（2022·全国高考真题III）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___________________。选择适当的催化剂（选择性）前一步反应的生成物，继续参与后续反应生成新物质多步反应之间是平行关系同时也是竞争关系多重平衡中的计算（2022山东高考、2021湖北模拟考）：①CO2(g)﹢3H2(g)CH3OH(g)﹢H2O(g)②CO(g)﹢2H2(g)CH3OH(g)③CO2(g)﹢H2(g)CO(g)﹢H2O(g)（2022天津高考）:PH4I(s)PH3(g)+HI(g)；4PH3(g)P4(g)+6H2(g)；2HI(g)H2(g)+I2(g)

一定条件下，向体积为VL的恒容密闭容器中通入1molCO2和3mol的H2，发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为amol，CO为bmol。反应③的平衡常数为

(用a、b、V表示)。多重平衡中的计算（2022山东高考、2021湖北模拟考）：①CO2(g)﹢3H2(g)CH3OH(g)﹢H2O(g)②CO(g)﹢2H2(g)CH3OH(g)③CO2(g)﹢H2(g)CO(g)﹢H2O(g)（2022天津高考）:PH4I(s)PH3(g)+HI(g)；4PH3(g)P4(g)+6H2(g)；2HI(g)H2(g)+I2(g)1L真空密闭容器中，加入amolPH4I固体，一定温度下达到平衡时，体系中n(HI)=bmol，n(I2)=cmol，n(H2)=dmol，则t℃时，反应①的平衡常数K

值为

。巧设情境，强调逻辑思维能力（2022山东高考）2-甲氧基-2-甲基丁烷(TAME)常用作汽油添加剂。在催化剂作用下，可通过甲醇与烯烃的液相反应制得，体系中同时存在如图反应：用质量分数表示平衡常数，研究上述反应体系的平衡关系，向某反应容器中加入1.0molTAME，控制温度为353K，测得TAME的平衡转化率为α。已知反应Ⅲ的平衡常数Kx3=9.0，则平衡体系中B的物质的量为_________mol，反应Ⅰ的平衡常数Kx1=_________。同温同压下，再向该容器中注入惰性溶剂四氢呋喃稀释，反应Ⅰ的化学平衡将____________(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)平衡时，A与CH3OH物质的量浓度之比c(A)：c(CH3OH)=_____。陌生物质提升难度，逻辑思维核心能力创新考察方式：真实情境+框架清晰（2022全国Ⅰ卷）水煤气变换CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g),是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域。回答下列问题：Shibata曾做过下列实验：使纯H2缓慢地通过处于721℃下的过量氧化钴CoO（s），氧化钴部分被还原为金属钴Co（s），平衡后气体中氢气的物质的量分数为0.0250，②在同一温度下用CO还原CoO（s），平衡后气体中CO的物质的量分数为0.0192。（1）根据上述实