大题突破四　化学反应原理综合

大题突破四化学反应原理综合重温经典明确考向NO.1题型1反应热与化学平衡的综合1.(2022·山东卷,20)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。-200(X+Y)解析:(1)依题意,结合已知信息,可推出在同温同压下,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5.0×10-3molBL为原料,达到平衡时放出XkJ热量,以同物质的量的BD为原料,达到平衡时吸收YkJ热量,两者能量差值为(X+Y)kJ,则原料物质的量为1mol时两者能量差值为200(X+Y)kJ,反应Ⅰ为放热反应,因此焓变ΔH=-200(X+Y)kJ·mol-1。a或c8.3×10-80.0839%c由于b和c代表的温度相同,而压强对反应速率的影响可忽略,压强增大,反应Ⅱ、Ⅲ均是逆向移2.(2021·山东卷,20)2-甲氧基-2-甲基丁烷(TAME)常用作汽油原添加剂。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:回答下列问题:2-甲基-2-丁烯A.<-1 B.-1～0 C.0～1 D.>1D(2)为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)=

。

0.9α逆向移动1∶10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的化学平衡将向着分子数增大的方向移动,即逆向移动。平衡时,TAME的转化率变大,但是平衡常数不变,A与CH3OH物质的量浓度之比不变,c(A)∶c(CH3OH)=0.1α∶α=1∶10。(3)为研究反应体系的动力学行为,向盛有四氢呋喃的另一容器中加入一定量A、B和CH3OH。控制温度为353K,A、B物质的量浓度c随反应时间t的变化如图所示。代表B的变化曲线为

(填“X”或“Y”);t=100s时,反应Ⅲ的正反应速率v正

逆反应速率v逆(填“>”“<”或“=”)。

X<

题型2溶液、电化学与化学平衡的综合1.(2022·广东卷,19)铬及其化合物在催化、金属防腐等方面具有重要应用。(1)催化剂Cr2O3可由(NH4)2Cr2O7加热分解制备,反应同时生成无污染气体。N2↑4H2O(E1-E2)+ΔH+(E3-E4)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

。(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

。

BD6.0×10-4mol·L-1③在稀溶液中,一种物质对光的吸收程度(A)与其所吸收光的波长(λ)有关;在一定波长范围内,最大A对应的波长(λmax)取决于物质的结构特征;浓度越高,A越大。混合溶液在某一波长的A是各组分吸收程度之和。为研究pH对反应(ⅰ)和(ⅱ)平衡的影响,配制浓度相同、pH不同的K2Cr2O7稀溶液,测得其A随λ的变化曲线如图。λ3增大2.(2022·湖南卷,16)2021年我国制氢量位居世界第一,煤的气化是一种重要的制氢途径。回答下列问题:(1)在一定温度下,向体积固定的密闭容器中加入足量的C(s)和1molH2O(g),起始压强为0.2MPa时,发生下列反应生成水煤气:①下列说法正确的是

;

BD解析:(1)①在恒温、恒容条件下,平衡时向容器中充入惰性气体不能改变反应混合物各组分的浓度,因此反应Ⅰ的平衡不移动,A不正确;在反应中,气体的质量增加,而容器的体积不变,因此气体的密度在反应过程中不断增大,当混合气体的密度保持不变时,说明反应体系已达到平衡,B正确;②反应平衡时,H2O(g)的转化率为50%,CO的物质的量为0.1mol。此时,整个体系

(填“吸收”或“放出”)热量

kJ,反应Ⅰ的平衡常数Kp=

(以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。

吸收31.20.02MPa解析:②反应平衡时,H2O(g)的转化率为50%,则水的物质的量的变化量为0.5mol,水的平衡物质的量也是0.5mol,由于CO的物质的量为0.1mol,则根据O原子守恒可知,CO2的物质的量为0.2mol,根据相关反应的热化学方程式可知,生成0.3molCO过程中要吸收热量39.42kJ,生成0.2molCO2要放出热量8.22kJ,此时,整个体系吸收热量39.42kJ-8.22kJ=31.2kJ;由H原子守恒可知,平衡时H2的物质的量为0.5mol,CO的物质的量为0.1mol,(2)一种脱除和利用水煤气中CO2方法的示意图如下:10②再生塔中产生CO2的离子方程式为

;③利用电化学原理,将CO2电催化还原为C2H4,阴极反应式为

。通过以化工生产中的实际工业反应为素材,从不同角度进行设问完成对ΔH的计算、化学反应速率与平衡概念的理解及计算、电化学装置的分析等必备知识的考查。试题的信息通常会以各种各样的图像作为呈现形式,试题形式的多样性有助于完成对考生的“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学态度与社会责任”多个维度的化学学科素养的考查。从山东卷近些年考情看,反应原理综合题难度逐年递增,知识点的考查基本就是热化学、反应速率、平衡理论相结合。基本不与电化学、溶液部分内容融合。但考虑到山东卷近些年的变化比较大,所以反应原理与其他模块融合的题型也应该适当关注。化整为零逐点击破NO.2命题热点1反应热的计算及盖斯定律的应用1.掌握反应热计算的三种方法2.盖斯定律的应用(1)盖斯定律既可以计算出目标反应的ΔH,也可以得出目标反应的热化学方程式。(2)应用步骤。①调方向:根据目标热化学方程式反应物、生成物的位置,调整已知热化学方程式的反应方向;ΔH的“+”“-”随之改变,但数值不变。②调化学计量数:调整已知热化学方程式,使目标热化学方程式中不存在的物质的化学计量数调整为相等,ΔH随之进行调整,与化学计量数成正比。③相加:把调整好的热化学方程式相加就得到目标热化学方程式,必要时可约简化学计量数,同时也得到相应热化学方程式的反应热ΔH。3.热化学方程式的书写(1)写出配平的化学方程式。(2)用s、l、g、aq标明物质的聚集状态。(4)在化学方程式后写出ΔH,并根据信息注明ΔH的“+”或“-”。(5)根据化学计量数计算写出ΔH的值。注意:对互为同素异形体的物质(如金刚石和石墨等)除了要注明聚集状态之外,还要注明物质的名称。1.(2023·山东青岛模拟节选)丙烯广泛用于生产多种重要有机化工原料,生成合成树脂、合成橡胶及多种精细化学品等。制备丙烯的相关反应有回答下列问题:-23.8若ΔE1=66.5kJ·mol-1,则ΔE2=

kJ·mol-1。

241.0解析:ΔH=-87.0kJ·mol-1,即图中最终阶段相对初始阶段的能量变化是-87.0kJ·mol-1,那么由TS3到最终阶段,有ΔH=ΔE1+87.5kJ·mol-1-ΔE2,则ΔE2=ΔE1+87.5kJ·mol-1-ΔH=66.5kJ·mol-1+87.5kJ·mol-1-(-87.0kJ·mol-1)=241.0kJ·mol-1。3.(2023·山东聊城高三校考阶段练节选)聚丙烯塑料是制造口罩的主要材料,丙烯是合成聚丙烯的原料。科学家开发出自柱式纳米片(ZnOx-Si稳定的高分散Pt)催化剂,用于高效催化丙烷脱氢。已知:几种共价键的键能数据如下表。267解析:反应热等于断裂的化学键总键能与形成的化学键总键能之差,[2b+413×8-(a+b+413×6+436)]kJ·mol-1=123kJ·mol-1,π键键能=(a-b)kJ·mol-1=267kJ·mol-1。命题热点2化学平衡状态及移动方向的判断1.化学平衡的判断(1)等——“逆向相等”。①同一物质(两种表述):v正=v逆、断键数=成键数。(2)定——“变量不变”。如果一个量是随反应进行而改变的(即变量),当其“不变”时反应就达到平衡状态,即“变量”不变→平衡状态。①平衡体系中各物质的m、n、c和n%等保持不变。②一定条件下的气体密度、总压强、气体的平均相对分子质量不变等。③有色体系的颜色保持不变。(3)判——依据Q与K关系判断。若Q=K,反应处于平衡状态。2.平衡移动方向的判断依据勒夏特列原理判断如果改变影响平衡的一个条件(如温度、浓度、压强等),平衡就向能使这种改变减弱的方向移动依据图像中正、逆反应速率相对大小判断若v正>v逆,则平衡向正反应方向移动;反之向逆反应方向移动依据变化过程中速率变化的性质判断若平衡移动的过程中,正反应速率增加的幅度比逆反应速率的大(小),则平衡向逆(正)反应方向移动依据浓度商(Q)规则判断若某温度下Q<K,反应向正反应方向进行;Q>K,反应向逆反应方向进行3.速率改变但平衡不移动的特殊情况(2)催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率,所以催化剂不会影响化学平衡。4.化工生产反应条件的优化和选择外界条件有利于增大反应速率的条件控制有利于平衡正向移动的条件控制综合分析结果浓度增大反应物的浓度增大反应物的浓度,减小生成物的浓度不断地补充反应物,及时地分离出生成物催化剂加合适的催化剂无影响加合适的催化剂温度高温ΔH<0低温兼顾速率和平衡,考虑催化剂的适宜温度ΔH>0高温在设备条件允许和催化剂活性较高的前提下,尽量采取高温压强高压(有气体参加)反应后气体体积减小的反应高压在设备条件允许的前提下,尽量采取高压反应后气体体积增大的反应低压兼顾速率和平衡,选取适宜的压强1.(2023·山东聊城高三校考阶段练节选)聚丙烯塑料是制造口罩的主要材料,丙烯是合成聚丙烯的原料。科学家开发出自柱式纳米片(ZnOx-Si稳定的高分散Pt)催化剂,用于高效催化丙烷脱氢。A.气体总压强不变时达到平衡状态B.平衡时H2体积分数为20%C.加入催化剂能提高丙烷的平衡转化率D.平衡后,充入少量C3H8(g),丙烷平衡转化率增大A解析:气体总分子数增多的反应,压强不变时达到平衡状态,A项正确;如果1mol丙烷完全反应,氢气体积分数为20%,但丙烷脱氢反应是可逆反应,转化率小于100%,故平衡时氢气体积分数小于20%,B项错误;加入催化剂,能增大反应速率,不能提高丙烷的平衡转化率,C项错误;充入丙烷,相当于对原平衡加压,平衡向左移动,丙烷的平衡转化率降低,D项错误。2.(2023·山东烟台一模节选)甲烷在化学工业中应用广泛。回答下列问题:(1)H2捕集CO2合成CH4涉及下列反应:-165

减小大于解析:②由图可知,A点温度更高、压强更大,则平衡时A点的正、逆反应速率更大,则速率vA(正)大于vB(逆)。(2)CH4还原CO2是实现“双碳”经济的有效途径之一。恒压、750℃时,CH4和CO2反应经如图流程(主要产物已标出)可实现CO2高效转化。其中过程Ⅱ主要发生如下反应:过程Ⅱ平衡后通入He,反应ⅲ的化学平衡将

(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”),重新平衡时,n(CO2)

(填“增大”“减小”或“不变”,下同),p(CO)

。

逆向移动增大不变解析:(2)恒压、750℃时,过程Ⅱ平衡后通入He,相当于增大容器体积,导致反应ⅰ的化学平衡逆向移动,使得二氧化碳增多,进而导致反应ⅲ的化学平衡将逆向移动;反应ⅰ为气体分子数减小的反应,反应ⅱ、ⅲ为气体分子数不变的反应,故重新达到平衡时,n(CO2)仍然增大;反应ⅲ为气体分子数不变的反应,且反应物中只有一氧化碳为气体,其平衡常数只受温度影响,温度不变,平衡常数不变,则重新平衡时p(CO)不变。判定化学平衡状态的思维模板第一步析特点第二步做判断根据参加反应的体系的特点,通过推理做出判断。如v正=v逆,则处于平衡状态,否则反应未达到平衡状态。命题热点3速率、转化率及平衡常数的计算1.化学反应速率的计算(2)同一反应用不同的物质表示反应速率时,数值可能不同,但意义相同。不同物质表示的反应速率,存在如下关系:v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q。2.速率、转化率及平衡常数的计算方法——三段式法3.分压常数(Kp)与速率常数(k正、k逆)(1)平衡常数与速率常数之间的关系。(2)Kp的两种计算模板。①平衡总压为p0。②刚性容器起始压强为p0,平衡转化率为α。(3)Kp与k正、k逆的关系。a点对应反应的压强平衡常数Kp=

(保留两位有效数字)。

5.6kPa(2)科学家研究腈化反应的机理,通过DFT计算发现反应分2步进行:在t1时刻之后,反应速率v(B)、v(M)、v(C)的定量关系为

。

v(B)+v(M)=v(C)解析:(2)恒温、恒容条件下,向密闭容器中加入一定量B(g)和NH3(g),首先生成M,M又转化为C和H2O(g),则B浓度一直减小,M先增大后减小,C一直增大,结合图像可知,在t1时刻M达到最大值,之后M减小,结合化学计量数可知,t1时刻之后,反应速率v(B)、v(M)、v(C)的定量关系为v(B)+v(M)=v(C)。时间/s012345n(NO)/mol0.200.100.080.070.060.06n(O2)/mol0.100.050.040.0350.030.03(1)0～2s内该反应的平均速率v(NO)=

mol·L-1·s-1。

0.03

363(2)T1温度时,该反应的化学平衡常数K=

(结果保留3位有效数字)。

(3)化学平衡常数K与速率常数k正、k逆的数学关系是K=

。若将容器的温度改变为T2时,其k正=k逆,则T2

(填“>”“<”或“=”)T1。

>压强平衡常数Kp的计算解题步骤命题热点4速率、平衡图像题的综合分析1.新高考试题中速率、平衡图像题的特点(1)图像的形式。①直接呈现平衡体系中变量的变化:物质的量浓度—时间、组分百分含量—温度、压强—温度。(2)考查方式。①分析出纵、横坐标之间的关系,判断出适宜的反应条件(温度、压强、浓度、反应物的配比等)。②需要根据分析出的数据信息进行转化、计算得出结果。2.化学反应速率、平衡图像的分析方法(1)整体扫描图像,明确面、线、点的物理、化学意义。①看面:弄清纵、横坐标的物理含义,注意把坐标的变化转变为化学量的变化。②看线:弄清线的斜率、变化趋势及线的陡与平所代表的化学意义。③看点:弄清曲线上点的含义,特别是一些特殊点,如与坐标轴的交点、曲线的交点、拐点、最高点与最低点等。④作线:多条件变化时,是否需要确定一个条件为衡量的线,如等温线、等压线。(2)找准切入口,明确图像的意义。①从“断点”着手。当可逆反应达到一种平衡后,若某一时刻外界条件发生改变,可能使速率—时间图像的曲线出现不连续的情况,即出现“断点”。根据“断点”前后的速率大小,即可确定变化的是何种条件。②从“拐点”入手。同一可逆反应,若反应条件不同,达到平衡所用的时间也可能不同,反映到图像出现“拐点”的时间也就有差异。根据外界条件对化学反应速率的影响,即可判断出温度的高低、压强或浓度的大小及是否使用催化剂。③从曲线的变化趋势着手。a.对于速率—温度(或压强)图像,由于随着温度逐渐升高或压强逐渐增大,反应速率会逐渐增大,因此图像上出现的是平滑的递增曲线。b.温度或压强的改变对正、逆反应速率的影响是一致的,在图像上,就是v(正)、v(逆)两条曲线的走势大致相同。c.分析外界条件对化学反应速率的影响时,只能分析达到平衡之后化学反应速率的变化情况。1.(2023·山东青岛模拟改编)丙烯广泛用于生产多种重要有机化工原料,生成合成树脂、合成橡胶及多种精细化学品等。制备丙烯的相关反应有回答下列问题:(1)选定催化剂后,测得平衡时的甲醇转化率与温度的关系如图所示。反应Ⅰ为放热反应,升高温度,平衡左移,甲醇转化率下降升高温度,催化剂活性降低,反应Ⅰ选择性降低解析:(1)工业上生产二甲醚通常在270～300℃,高于330℃后,甲醇的转化率下降。根据化学平衡移动原理分析,其原因可能是反应Ⅰ为放热反应,升高温度,平衡左移,甲醇转化率下降;根据化学反应速率变化分析,其原因可能是升高温度,催化剂活性降低,反应Ⅰ选择性降低。(2)该过程也会有芳香烃等副产品,其中丙烯和芳香烃选择性与不同温度下反应Ⅰ进行程度的关系如图所示,要提高丙烯的选择性,可采取的措施是

,理由是

。

升温由图可知,反应Ⅰ进行程度小时,丙烯的选择性高;反应Ⅰ为放热反应,升高温度,平衡左移,反应进行程度减小解析:(2)由图可知,反应Ⅰ进行程度小时,丙烯的选择性高。反应Ⅰ为放热反应,升高温度,平衡左移,反应进行程度减小,故升温可提高丙烯的选择性。(1)在T1

℃和T2

℃时,向恒容密闭容器中投入等物质的量的HNCO和NH3,平衡时lgp(NH3)与lgp[CO(NH2)2]的关系如图Ⅰ所示,p为物质的分压(单位为kPa)。T1

(填“>”“<”或“=”)T2。

<解析:(1)由反应机理图可知,最后一步的反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,若p(NH3)保持不变,温度升高,p[CO(NH2)2]会减小,由图可知,当lgp(NH3)=1时,T2直线所对应的lgp[CO(NH2)2]比T1直线所对应的lgp[CO(NH2)2]小,则有T1<T2。(2)其他条件相同,在不同催化剂下发生该反应,反应正向进行至相同时间,容器中CO(NH2)2的物质的量随温度变化的曲线如图Ⅱ所示。①在500℃时,催化效率最好的是催化剂

(填标号)。

c解析:(2)①由图Ⅱ可知在温度为500℃时,在催化剂c的作用下,CO(NH2)2的物质的量最多,其物质的量分数最大,故该温度下催化效率最好的是催化剂c。②500℃以上,n[CO(NH2)2]下降的原因可能是

(不考虑物质的稳定性)。

随着温度的升高,催化剂活性降低,反应速率减小,相同时间内生成的CO(NH2)2

的物质的量减小解析:②催化剂存在活化温度,在活化温度时催化效果较高,由图Ⅱ的CO(NH2)2的物质的量随着温度的变化趋势可知,500℃以上,n[CO(NH2)2]下降,原因可能是随着温度的升高,催化剂活性降低,反应速率减小,相同时间内生成的CO(NH2)2的物质的量减小。命题热点5电解原理的综合应用1.电解原理在综合题中的应用(1)电解原理在综合题中的应用多为通过电化学原理制备物质或消除污染。(2)实际的工业应用中往往都具有隔膜,主要是控制离子的运动方向达到物质分离的目的。(3)试题中出现的隔膜主要有阳离子交换膜、阴离子交换膜、质子交换膜、双极膜等。2.电解原理题的分析思路(1)首先明确电解是最强的氧化还原手段,可以强制一些通常不能进行的氧化还原反应进行反应。(2)根据物质的制备需要的转化过程确定反应的电极(氧化过程在阳极区完成,还原过程在阴极区完成)。(3)根据提供的原料和要制备的物质确定各种膜的作用与类型。双极膜的作用是把水电离为H+、OH-,分别释放到需要池室。(4)电解液中离子的移动方向,一方面要考虑制备物质的需要,另一方面要考虑电极反应生成的离子种类。3.有机化合物的电化学合成(1)电化学合成技术是用电子代替会造成环境污染的氧化剂和还原剂,在温和条件下制备高附加值的有机化合物产品,分为直接有机电合成和间接有机电合成两种类型。①直接有机电合成:有机合成反应直接在电解池的两电极通过氧化反应、还原反应完成。②间接有机电合成:有机化合物的氧化反应(或还原反应),仍采用氧化剂(或还原剂),用传统的化学方法进行,但氧化剂(或还原剂)在反应后以电化学方法(电解氧化或电解还原)再生后反复使用。(2)电化学合成有机化合物应用示例。1.(2023·山东聊城高三校考阶段练节选)聚丙烯塑料是制造口罩的主要材料,丙烯是合成聚丙烯的原料。科学家开发出自柱式纳米片(ZnOx-Si稳定的高分散Pt)催化剂,用于高效催化丙烷脱氢。用惰性电极电解CO2的酸性溶液也可得丙烯(C3H6),其原理如图所示。则b极的电极反应式为

。

2.(2023·湖南高三校考阶段练节选)某研究小组用NaOH溶液吸收尾气中的SO2,将得到的Na2SO3进行电解生产硫酸,其中阴、阳膜组合电解装置如图所示。电极材料为石墨,A～E代表生产中的原料或产品,a、b为离子交换膜,则A为

,可循环使用。阳极的电极反应式为

。NaOH化零为整整题突破NO.3题型1反应热与化学平衡的综合ΔH2-ΔH1研究发现,在反应Ⅰ、Ⅱ中,H+仅对反应Ⅰ有催化加速作用①;反应Ⅰ速率远大于反应Ⅱ,近似认为反应Ⅰ建立平衡后始终处于平衡状态。忽略水电离,其浓度视为常数②。回答下列问题:(1)一定条件下,反应Ⅰ、Ⅱ的焓变分别为ΔH1、ΔH2,则该条件下水气变换反应的焓变ΔH=

(用含ΔH1、ΔH2的代数式表示)。

[审题指导]①由于仅对反应Ⅰ有催化作用,所以氢离子既能影响反应Ⅰ的速率又能影响反应Ⅰ的平衡;而氢离子仅能影响反应Ⅱ的平衡,不会影响反应Ⅱ的速率。②根据题意反应Ⅰ始终处于平衡状态,但由于反应Ⅱ没有达到平衡,反应Ⅱ必然会引发反应Ⅰ平衡移动,但是反应Ⅰ会迅速再次平衡。由于忽略水的电离所以溶液中H+完全来自于HCOOH的电离,同时平衡常数表达式中水不得写入表达式。解析:(1)根据盖斯定律,反应Ⅱ-反应Ⅰ=水气变换反应,故水气变换反应的焓变ΔH=ΔH2-ΔH1。(2)反应Ⅰ正反应速率方程为:v=kc(H+)·c(HCOOH),k为反应速率常数。T1温度下,HCOOH电离平衡常数为Ka,当HCOOH平衡浓度为xmol·L-1③时,H+浓度为

mol·L-1,此时反应Ⅰ速率v=

mol·L-1·h-1(用含Ka、x和k的代数式表示)。

[审题指导]③根据速率方程可以后续计算速率,而计算速率需要知道氢离子、HCOOH浓度。根据Ka表达式,结合前述忽略水的电离则H+与HCOO-浓度相等,即可计算氢离子浓度。(3)T3温度下,在密封石英管内完全充满1.0mol·L-1HCOOH水溶液,使HCOOH分解,分解产物均完全溶于水。含碳物种浓度与反应时间的变化关系如图所示(忽略碳元素的其他存在形式)。a减小不变[审题指导]⑤加不加盐酸,由于Cl-不影响反应及平衡,只有H+会影响反应。根据题意,由于仅对反应Ⅰ有催化作用,所以氢离子既能影响反应Ⅰ的速率又能影响反应Ⅰ的平衡;而氢离子仅能影响反应Ⅱ的平衡,不会影响反应Ⅱ的速率。加入0.1mol·L-1盐酸后,根据题意H+对反应Ⅰ起催化作用,加快反应Ⅰ的反应速率,缩短到达平衡所需时间,故CO浓度峰值提前,反应Ⅱ消耗的HCOOH减小,体系中HCOOH浓度增大,导致CO浓度大于t1时刻的峰值,故c(CO)最有可能在a处达到峰值;CO浓度达到峰值时,由于此时反应时间远小于不加盐酸时时间,由于反应Ⅱ比较慢因此反应Ⅱ产生的c(CO2)会小于不含盐酸的浓度。(2023·山东济南一模)二氧化碳催化加氢制取二甲醚(DME)有利于减少温室气体二氧化碳,制取过程发生如下反应:回答下列问题:(1)T1

℃时,向恒压容器中充入0.2molCO2(g)和0.6molH2(g),若在该条件下只发生反应Ⅰ,达平衡时,放出4kJ能量;若向相同容器中充入0.4molCH3OH(g)和0.4molH2O(g),吸收11.8kJ能量,则反应Ⅰ的ΔH1=

kJ·mol-1。

-49.5(2)已知反应Ⅲ的速率方程可表示为v正=k正·p(CO2)·p(H2),v逆=k逆·p(CO)·p(H2O),lgk与温度的关系如图所示,T2

℃下,图中A、B点的纵坐标分别为a-0.7、a-1。40%(或0.4)40%(或0.4)66.7%解析:(2)根据反应Ⅲ中物质反应转化关系可知,反应产生CO(g)与H2O(g)的物质的量相等,则根据CO(g)含量是5%可知反应Ⅲ产生H2O(g)占5%,根据反应Ⅱ中物质反应转化关系可知,反应产生CH3OCH3(g)占10%,会同时产生H2O(g)占10%,消耗20%的CH3OH(g),此时容器中CH3OH(g)占5%,则反应Ⅰ产生CH3OH(g)为20%+5%=25%,同时产生H2O(g)占25%,故该容器中H2O(g)的体积分数为5%+10%+25%=40%;CO2气体参加三个化学反应,其中部分转化为CH3OCH3(g),部分转化为CH3OH(g)和CO(g),反应达到平衡时CH3OH(g)、CH3OCH3(g)和CO(g)体积分数分别为5%、10%、5%,根据转化关系可知,理论上反应产生CH3OCH3(g)的CO2(g)的体积分数为5%+2×10%+5%,根据C原子守恒可知,每有2个CO2参加反应,理论上可制取1个CH3OCH3(g),现在反应达到平衡时产生CH3OH(g)、CH3OCH3(g)和CO(g)体积分数分别为5%、10%、5%,则发生反应消耗CO2(g)依次占5%、20%、5%,(3)在压强一定的条件下,将CO2(g)和H2(g)按一定比例、流速通过装有催化剂的反应管,测得“CO2(g)的转化率”及“CH3OCH3(g)的选择性”和“CO(g)、CH3OH(g)的选择性的和”分别与温度的关系如图所示。①曲线C表示

。CO(g)、CH3OH(g)的选择性的和解析:(3)①反应Ⅱ为放热反应,升高温度平衡逆向移动,CH3OCH3(g)的选择性减小,则曲线A为CH3OCH3(g)的选择性;反应Ⅱ的进行使部分CH3OH(g)继续消耗,故CO2(g)的转化率大于CO(g)、CH3OH(g)的选择性的和,因此曲线C表示CO(g)、CH3OH(g)的选择性的和。增大题型2溶液、电化学与化学平衡的综合(2021·湖南卷,16)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①化学键H—HN—H键能E/(kJ·mol-1)946436.0390.8在一定温度下,利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题:+90.8[审题指导]①给出N2、H2、NH3中的所有键能数据,可通过键能计算NH3分解为N2、H2的ΔH。解析:(1)ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和,根据热化学方程式以及表格中数据可得ΔH=390.8kJ·mol-1×3×2-(946kJ·mol-1+436.0kJ·mol-1×3)=+90.8kJ·mol-1。(2)已知该反应的ΔS=198.9J·mol-1·K-1②,在下列哪些温度下反应能自发进行?

(填标号)。

A.25℃ B.125℃ C.225℃ D.325℃CD[审题指导]②利用给出的ΔS数据结合前面计算出的ΔH数据,通过ΔH-TΔS<0,反应能自发进行,确定反应自发进行的温度T。解析:(2)若反应能自发进行,则ΔG=ΔH-TΔS<0,代入数据,ΔG=ΔH-TΔS=90.8×103J·mol-1-T×198.9J·mol-1·K-1<0,则T>456.5K,转化成摄氏温度,则T>183.5℃,故选C、D。(3)某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下,将0.1molNH3通入3L的密闭容器中进行反应(此时容器内总压为200kPa)③,各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。①若保持容器容积不变,t1时反应达到平衡,用H2的浓度变化表示0～t1时间内的反应速率④v(H2)=

mol·L-1·min-1(用含t1的代数式表示)。

[审题指导]③通过气体物质的量与压强建立n与压强p的比例关系,是后面进行相关计算的数据基础。④题目给出的是分压图像,需要用题干中的n-p比例关系换算为H2的物质的量,进而计算浓度、速率。②t2时将容器容积迅速缩小至原来的一半并保持不变⑤,图中能正确表示压缩后N2分压变化趋势的曲线是

(用图中a、b、c、d表示),理由是

。b容积迅速缩小至原来的一半时,N2分压变为原来的2倍;其他条件不变时,容器容积减小,压强增大,平衡向气体体积减小的方向移动,该平衡逆向移动,所以N2分压先变为原来的2倍,后逐渐减小解析:②t2时将容器容积迅速缩小至原来的一半,N2分压变为原来的2倍;其他条件不变时,容器容积减小,压强增大,