题型突破丨化学反应原理

题型突破二化学反应原理要点❶

反应热的计算

（1）从宏观角度分析ΔH＝H2（生成物的总能量）－H1（反应物的总能量）（2）从微观角度分析ΔH＝E1（反应物的键能总和）－E2（生成物的键能总和）（3）从活化能角度分析ΔH＝E1（正反应活化能）－E2（逆反应活化能）（4）根据盖斯定律计算①计算步骤②计算方法要点❷

平衡移动及陌生图像、反应条件的选择要点❸

化学速率、平衡相关计算（1）三段式计算根据反应进行（或平衡移动）的方向，设某反应物消耗的量，然后列式求解。

起始量/mol

a

b

0

0转化量/mol

mx

nx

px

qx平衡量/mol

a－mx

b－nx

px

qx（2）连续式反应（单位：mol）

起始

a

0

0变化

b

b

b平衡

a－b

b

b

起始

b

0

0

（3）竞争式反应（单位：mol·L－1）

起始

a

b

0

0变化

c

c

c

c平衡a－c

b－c

c

c

起始

1－a

1－b

0

0变化

d

d

d

d平衡1－a－d

1－b－d

d

d则平衡时各物质的浓度：A为a－c＋1－a－d＝1－c－d，B为b－c＋1－b－d＝1－c－d，C为c，D为c，E为d，F为d，分别计算转化率、平衡常数。也可以利用原子守恒法计算：

题组

化学反应原理综合1.[2022·山东化学]利用γ－丁内酯（BL）制备1，4－丁二醇（BD），反应过程中伴有生成四氢呋喃（THF）和1－丁醇（BuOH）的副反应，涉及反应如下：已知：①反应Ⅰ为快速平衡，可认为不受慢反应Ⅱ、Ⅲ的影响；②因反应Ⅰ在高压H2氛围下进行，故H2压强近似等于总压。回答下列问题：（1）以5.0×10－3molBL或BD为初始原料，在493K、3.0×103kPa的高压H2氛围下，分别在恒压容器中进行反应。达平衡时，以BL为原料，体系向环境放热XkJ；以BD为原料，体系从环境吸热YkJ。忽略副反应热效应，反应Ⅰ焓变ΔH（493K，3.0×103kPa）＝

⁠kJ·mol－1。

答案：（1）－200（X＋Y）

解析：（1）依题意，结合已知信息，可推定在同温同压下，以同物质的量的BL或BD为初始原料，达到平衡时的状态相同，两个平衡完全等效。则以5.0×10－3mol的BL为原料，达到平衡时放出X

kJ热量与同物质的量的BD为原料达到平衡时吸收

Y

kJ热量，二者能量差值为（X＋Y）kJ，则1

mol时二者能量差值为200（X＋Y）kJ，反应Ⅰ为放热反应，因此焓变ΔH＝－200（X＋Y）kJ·mol－1。

答案：（2）a或c

8.3×10－8

0.08

39%

（1）TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1000℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：

②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，其原因是

⁠。

③对于碳氯化反应：增大压强，平衡

⁠移动（填“向左”“向右”或“不”）；温度升高，平衡转化率

⁠（填“变大”“变小”或“不变”）。

答案：（1）①－223

1.2×1014

②碳氯化反应气体分子数增加，ΔH小于0，是熵增、放热过程，熵判据与焓判据均是自发过程，而直接氯化的体系气体分子数不变、且是吸热过程③向左变小

（2）在1.0×105Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例（物质的量分数）随温度变化的理论计算结果如图所示。

②图中显示，在200℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4，但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是

⁠。

答案：（2）①7.2×105

②为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品，提高效益（3）TiO2碳氯化是一个“气－固－固”反应，有利于TiO2－C“固－固”接触的措施是

⁠。

答案：（3）将两固体粉碎后混合，同时鼓入Cl2，使固体粉末“沸腾”解析（3）固体颗粒越小，比表面积越大，反应接触面积越大。有利于TiO2－C“固－固”接触，可将两者粉碎后混合，同时鼓入Cl2，使固体粉末“沸腾”，增大接触面积。

3.[2022·广东化学]铬及其化合物在催化、金属防腐等方面具有重要应用。

③Cr2O3可用于NH3的催化氧化。设计从NH3出发经过3步反应制备HNO3的路线

⁠（用“→”表示含氮物质间的转化）；其中一个有颜色变化的反应的化学方程式为

⁠。

答案：（1）①N2↑

4H2O②（E1－E2）＋ΔH＋（E3－E4）③NH3

NO

NO2

HNO3

（2）K2Cr2O7溶液中存在多个平衡。本题条件下仅需考虑如下平衡：

①下列有关K2Cr2O7溶液的说法正确的有

⁠。

A.加入少量硫酸，溶液的pH不变B.加入少量水稀释，溶液中离子总数增加C.加入少量NaOH溶液，反应（ⅰ）的平衡逆向移动

4.[2022·浙江1月选考]工业上，以煤炭为原料，通入一定比例的空气和水蒸气，经过系列反应可以得到满足不同需求的原料气。请回答：（1）在C和O2的反应体系中：

①设y＝ΔH－TΔS，反应1、2和3的y随温度的变化关系如图1所示。图中对应于反应3的线条是

⁠。

②一定压强下，随着温度的升高，气体中CO与CO2的物质的量之比

⁠。

A.不变B.增大C.减小D.无法判断答案：（1）①a

②B解析：（1）①由已知方程式，2×反应1－反应2可得反应3，结合盖斯定律得：ΔH3＝2ΔH1－ΔH2＝[2×（－394）－（－566）]

kJ·mol－1＝－222

kJ·mol－1，反应1前后气体分子数不变，ΔS＝0，升温y不变，对应线条b；反应2

ΔS＜0，对应线条c，反应3

ΔS＞0，对应线条a。②温度升高，三个反应平衡均逆向移动，由于反应2焓变绝对值更大，故温度对其平衡移动影响程度大，故CO2物质的量减小，CO物质的量增大，所以CO与CO2物质的量比值增大。

答案：（2）水蒸气与煤炭反应吸热，氧气与煤炭反应放热，交替通入空气和水蒸气有利于维持体系热量平衡，保持较高温度，有利于加快化学反应速率解析：（2）由于水蒸气与煤炭反应吸热，会引起体系温度的下降，从而导致反应速率变慢，不利于反应的进行，通入空气，利用煤炭与O2反应放热从而维持体系温度平衡，维持反应速率。②维持与题①相同的温度和总压，提高水蒸气的比例，使CO的平衡转化率提高到90%，则原料气中水蒸气和CO的物质的量之比为

⁠。

③生产过程中，为了提高变换反应的速率，下列措施中合适的是

⁠。

A.反应温度愈高愈好B.适当提高反应物压强C.选择合适的催化剂D.通入一定量的氮气①一定温度下，反应后测得各组分的平衡压强（即组分的物质的量分数×总压）：p（CO）＝0.25MPa、p（H2O）＝0.25MPa、p（CO2）＝0.75MPa和p（H2）＝0.75MPa，则反应的平衡常数K的数值为

⁠。

④以固体催化剂M催化变换反应，若水蒸气分子首先被催化剂的活性表面吸附而解离，能量—反应过程如图2所示。用两个化学方程式表示该催化反应历程（反应机理）：步骤Ⅰ：

⁠；步骤Ⅱ：

⁠。

③反应温度过高，会影响催化剂活性，且使平衡逆移，A不符合题意；适当增大压强，可加快反应速率，B符合题意；选择合适的催化剂有利于加快反应速率，C符合题意；若为恒容条件，通入氮气对反应速率无影响，若为恒压条件，通入氮气后，容器体积变大，反应物浓度减小，反应速率变慢，D不符合题意。

题型突破二

化学反应原理1.[2022·重庆调研]为减少环境污染，减少化石能源的使用，开发新型、清洁、可再生能源迫在眉睫。

①若将一定量的CO2和H2投入1.0L恒容密闭容器中合成甲醇，实验测得不同温度及压强下，平衡时甲醇的物质的量变化如图所示。则该反应的正反应为

⁠（填“放热”或“吸热”）反应，在p2及512K时，图中N点处平衡

⁠（填“正向”或“逆向”）移动。

②若将物质的量之比为1∶3的CO2和H2充入体积为1.0L的恒容密闭容器中反应，不同压强下CO2转化率随温度的变化关系如图所示。a.A、B两条曲线的压强分别为pA、pB，则pA

⁠（填“＞”“＜”或“＝”）pB。

b.若A曲线条件下，起始充入CO2和H2的物质的量分别为1mol、3mol，且a点时的K＝300L2·mol－2，则a点对应CO2转化率为

⁠。

解析：（1）①分析图像可知温度升高，平衡时甲醇的物质的量减小，可知正反应为放热反应；在p2及512

K时，N点在曲线下方未达到平衡，达到平衡后甲醇的物质的量增大，平衡正向移动才能增大甲醇的物质的量，故N点处平衡正向移动。

答案：（1）①放热正向②a.＞b.90%

①第二步比第一步反应慢，则第二步反应的活化能比第一步

⁠（填“大”或“小”）。反应过程中，中间产物[M]O的能量比产物的能量

⁠（填“高”或“低”）。

答案：（2）①大高②减小温度为主要影响因素，Kp减小对v的降低大于k增大对v的提高解析：（2）①活化能越大，反应就越慢，第二步反应比第一步反应慢，则第二步的活化能大于第一步；反应物断开化学键需要吸收能量，正反应为放热反应，总能量降低，则中间产物的能量比产物的能量高。

2.[2022·临沂模拟]用CO2制备C2H4，有利于实现“双碳”目标。主要反应为

（1）已知298K时，部分物质的相对能量如表所示（忽略ΔH随温度的变化）。物质CO2（g）H2O（l）H2O（g）CO（g）H2（g）C2H4（g）相对能量（kJ·mol－1）－393－286－242－110052则ΔH1＝

⁠kJ·mol－1。

答案：（1）－130

解析：（1）已知焓变等于生成物的总能量减去反应物的总能量，则ΔH1＝52

kJ·mol－1＋4×（－242

kJ·mol－1）－2×（－393

kJ·mol－1）－6×0＝－130

kJ·mol－1。（2）向某刚性容器中，按投料比n（CO2）∶n（H2）＝1∶3充入CO2和H2，在不同催化剂（M、N）下发生上述反应。一段时间后，测得CO2的转化率、C2H4的选择性（含碳生成物中C2H4的百分含量）随温度的变化如图1所示。①由图可知，

⁠（填“M”或“N”）的催化效果好。

②500～800K之间，乙烯的选择性随温度变化的原因是

⁠。

答案：（2）①N

②温度升高催化剂活性降低或者升高温度更有利于反应Ⅱ的进行

②已知速率方程v正＝k正c2（CO2）·c6（H2），v逆＝k逆c（C2H4）·c4（H2O），k正、k逆是速率常数。图中a、b、c、d分别代表x点、z点的速率常数，其中

⁠点表示x点的lgk正；升高温度时，k正－k逆

⁠（填“增大”“减小”或“不变”）。

答案：（3）①＜55.56

②d减小解析：（2）①由图可知，N催化下能够在较低的温度下获得较高的CO2转化率和C2H4的选择性，故N的催化效果好。②由曲线信息可知，500～800

K之间，乙烯的选择性随温度升高而减小，故其原因可能为温度升高催化剂活性降低或者升高温度更有利于反应Ⅱ的进行。

3.[2022·菏泽模拟]我国对世界郑重承诺：2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。而研发二氧化碳的碳捕集和碳利用技术则是关键，其中催化转化法最具应用价值。回答下列问题：一定温度下，CO2和H2在催化剂作用下可发生两个平行反应，分别生成CH3OH和CO。

答案：（1）－90.7kJ·mol－1

（2）在传统的催化固定反应床（CFBR）中，CO2转化率和甲醇选择性通常都比较低，科研团队研制了一种具有反应和分离双功能的分子筛膜催化反应器（CMR），极大地改善了该问题，原理如图所示。

实验组反应模式温度/℃CO2转化率/%CH3OH选择性/%①CFBR326021.967.3②CMR326036.1100.0已知CH3OH选择性：转化的CO2中生成CH3OH的百分比。①CMR模式时，上述条件下发生反应，下列说法能作为反应a达到平衡状态的判据是

⁠（填选项字母）。

A.气体压强不再变化B.气体平均相对分子质量不再变化D.CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量之比为1∶3∶1∶1②由表中数据可知CMR模式下，CO2的转化率明显提高，结合具体反应分析可能的原因：

⁠。

答案：（2）①B

②CMR模式下，只发生反应a，双功能的分子筛膜能及时分离出水蒸气，使平衡右移，二氧化碳转化率增大

（3）反应b在进气比[n（CO2）∶n（H2）]不同时，测得相应的CO2平衡转化率见图（各点对应的反应温度可能相同，也可能不同，其他反应条件都相同）。①D和F两点对应的温度关系：T（D）

⁠（填“＜”“＞”或“＝”）T（F），其原因是

⁠。

4.[2022·保定模拟]我国科学家利用钴分子筛实现丙烯高选择性合成甲基环氧乙烷（C3H6O）：

请回答下列问题：

答案：（1）a－b

A.混合气体的密度不随时间变化B.混合气体的总压强不随时间变化C.混合气体平均摩尔质量不随时间变化D.消耗丙烯的速率等于消耗O2速率的2倍答案：（2）BC

解析：（2）A.反应物和生成物都是气体，在密闭容器中混合气体的总质量不变，容器恒容即体积不变，则混合气体的密度一直不变，不能说明反应已达到平衡状态，A不选；B.上述两个反应都是反应前后气体分子数不相等，则总的物质的量发生变化，在恒温恒容下，压强与气体物质的量成正比，则混合气体的总压强不随时间变化即总的物质的量不再变化，能说明反应已达到平衡状态，B选；C.混合气体的总质量不变，总的物质的量发生变化，则混合气体的平均摩尔质量不随时间变化，能说明反应已达到平衡状态，C选；D.无论反应是否达到平衡，化学反应速率之比等于化学计量数之比，消耗丙烯的速率等于消耗O2速率的2倍都是指同一反应方向的速率，不能说明反应已达到平衡状态，D不选。

①相对催化效率较大的催化剂是

⁠（填“Cat1”或“Cat2”）。

②在Cat1催化下，300℃时对应的状态

⁠（填“是”或“不是”）平衡状态，判断的依据是

⁠。

③在Cat1催化下，温度高于300℃时丙烯转化率急剧下降的主要原因可能是

⁠（答一条即可）。

答案：（3）①Cat2

②不是同温度下两种催化剂丙烯转化率不同③催化剂选择性降低解析：（3）①由图1可知，相同条件下，催化剂Cat2的丙烯转化率比Cat1的高，则相对催化效率较大的催化剂是Cat2；②催化剂只能改变反应历程，不影响平衡移动，当反应达到平衡时，催化剂Cat1、Cat2的丙烯转化率应相等，则在Cat1催化下，300

℃时对应的状态不是平衡状态，判断的依据：同温度下两种催化剂的丙烯转化率不同；③在Cat1催化下，温度高于300

℃时丙烯转化率急剧下降的主要原因可能是催化剂选择性降低。②在p3、T℃时反应达到平衡，甲基环氧乙烷选择性为80%，此时容器体积为2L。提示：甲基环氧乙烷选择性等于甲基环氧乙烷的物质的量与甲基环氧乙烷和丙醛总物质的量之比。主反应的平衡常数K＝

⁠L0.5·mol－0.5。保持温度、容积不变，再充入0.5molO2（g）和0.5molCH3CH2CHO（g），副反应

⁠（填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”）进行。

答案：（4）①p1＞p2＞p3

②1.6向逆反应方向（4）在一密闭容器中充入2mol丙烯和xmolO2，同时发生上述两个反应，测得丙烯平衡转化率与温度、压强的关系如图2。①其他条件相同，p1、p2、p3由大到小的顺序为

⁠。

解析：（4）①上述两个反应的正反应方向都是气体分子数减小，则增大压强平衡正移，其他条件相同，丙烯平衡转化率越大，压强也越大，则压强由大到小的顺序

按要求回答下列问题：（1）若向某恒温且恒容的密闭容器中加入等物质的量的NH3和CO2，发生上述反应。下列叙述不能说明反应已经达到平衡状态的是

（填标号）。a.断裂6molN—H键的同时断裂2molO—H键b.压强不再变化c.混合气