新高考化学二轮复习化学反应原理学案

化学反应原理

I回扣----核心知识I

1.⑴如图是N2(g)、H2(g)与NH3(g)之间转化的能量关系图,则:

能量t

下、、\molN2(g)+3molH2(g)

92kJ•mol*1

©molNH3(g)

反应过程

①N2(g)与H2(g)反应生成NH3(g)的热化学方程式为EN2(g)+

3H2(g)2NH3(g)—92kJ-mo「。

②过程i和过程n的反应热回相同(填“相同”或“不同”)，原因是囱反应

热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。

(2)利用CO、CO2和H2,在催化剂作用下合成甲醇，发生的主要反应如下：

①CO(g)+2H2(g)CH30H(g)AHi

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)AH2

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)Aft

已知反应①中相关的化学键键能数据如下：

化学键H—HC—0C^OH—0C—H

，(kJ・mori)4363431076465413

11

由此计算AHi=B-99kJ-moF；已知AH2=-58kJ-moF,则AH3=S+

41kJ-molXo

2.在一定温度下，向2L固定容积的密闭容器中通入2moic02、3moiH2,

发生反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)AH<Oo回答下列问题：

(1)能说明该反应已达平衡状态的是回包(填字母，下同)。

A.C02的体积分数保持不变

B.体系中隼羿的值保持不变

C.混合气体的密度保持不变

D.单位时间内有〃molH—H键断裂，同时有nmolO—H键生成

(2)下列措施能使“黑差，的值增大的是团4

A.升高温度

B.恒温恒容下，充入He

C.使用高效催化剂

D.恒温恒容下，再充入2nlolC02、3molH2

(3)反应10min时体系达到平衡状态，此时CO2的转化率为25%,该反应的

反应速率0但2)=因0.075moLLlmiiTi,反应的平衡常数7^=回(保留三位有效

数字)；若使K的值变为1,则应采取的措施是回C。

A.增大压强B.恒压下加入一定量H2

C.降低温度D.升高温度

3.(1)一定条件下，氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时会生成

亚硝酰氯(C1NO),涉及有关反应的热化学方程式和平衡常数如表:

反应热化学方程式平衡常数

①2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g)AHiKi

②

4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2N0(g)+Ch(g)AftK2

③2NO(g)+Cl2(g)2ClN0(g)AH3K3

则八43=回2AHi—A“2(用'Hi、A42表示)；&=园法(用K、*表示)。

(2)300℃时，在一密闭容器中发生反应：2ClN0(g)2N0(g)+Cb(g),其

正反应速率表达式。正=kc«(ClNO)。测得正反应速率和对应浓度的数据如表:

序号c(ClNO)/(mol-L-1)v正/(mol・L-if—1)

①X10-9

②xio-8

③X10「8

则〃=回2,左=回乂10一8；达到平衡后，若减小压强，则混合气体的平均相

对分子质量将回减小(填“增大”“减小”或“不变”)。

(3)25℃时，向体积为2L且带气压计的恒容密闭容器中通入0.08molNO和

0.04molC12发生反应：2N0(g)+Cb(g)2ClN0(g)AHO已知：反应起始和平

衡时温度相同。

①测得反应过程中压强⑦）随时间⑺的变化如图1曲线a所示，则四三（填

或“不确定”）0；若其他条件相同，仅改变某一条件时，测得压强

⑦）随时间⑺的变化如图1曲线b所示，则改变的条件是固加入催化剂。

②图2是两位同学描绘的上述反应平衡常数的对数值（1g3与温度的变化关

系图像，其中正确的曲线是画乙（填“甲”或“乙”）；机的值为画2。

|1月纳——思维升华|

1.明确利用盖斯定律计算反应热的“四步骤”

2.化学平衡状态的判断

（1）两方法——逆向相等、变量不变

①“逆向相等”：反应速率必须一个是正反应的速率，一个是逆反应的速率，

且经过换算后同一种物质的消耗速率和生成速率相等。

②“变量不变”：如果一个量是随反应进行而改变的，当不变时为平衡状态；

一个随反应的进行保持不变的量，不能作为是否达到平衡状态的判断依据。

（2）“三关注”

①关注反应条件，是恒温恒容，恒温恒压还是绝热容器；

②关注反应特点，是等体积反应，还是非等体积反应；

③关注特殊情况，是否有固体参加或生成，或固体的分解反应。

3.化学平衡移动的判断方法

（1）依据勒夏特列原理判断

通过比较平衡破坏瞬时的正、逆反应速率的相对大小来判断平衡移动的方向。

①若外界条件改变，引起。正>0逆，则化学平衡向正反应方向(或向右)移动；

②若外界条件改变，引起。正<0逆，则化学平衡向逆反应方向(或向左)移动；

③若外界条件改变，虽能引起。正和。逆变化，但变化后新的0'正和。'逆仍保持

相等，则化学平衡没有发生移动。

(2)依据浓度商(Q)规则判断

通过比较浓度商(Q)与平衡常数(3的大小来判断平衡移动的方向。

①若Q>K,平衡逆向移动；

②若Q=K,平衡不移动；

③若Q<K,平衡正向移动。

4.化学平衡常数与转化率的计算

(1)牢记一个万能模式(“三段式”法)

如mA(g)+nB(g)PC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量浓度分别为a

mol-L-\bmol-L-1,达到平衡过程中消耗A的物质的量浓度为mxmol.Lr。

mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)

起始/(mol・L-1)ab00

变化/(mol・L-1)mxnxpxqx

平衡/(mol1-1)〃一加工b~nxpxqx

(a-mx)m(b—nx)n°

(2)掌握三个百分数

①转化率=疝而*100%=漏漏*100%;

②生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲，转

化率越大，原料利用率越高，产率越大。

产物实际产量

产率=；

理论产量X100%

③平衡混合物某组分的百分含量=X100%o

5.解答化学平衡图像题的四步骤

第一步：看特点。即分析可逆反应化学方程式，观察物质的状态、气态物质

分子数的变化(正反应是气体分子数增大的反应，还是气体分子数减小的反应)、

反应热（正反应是放热反应，还是吸热反应）等。

第二步：识图像。即识别图像类型，横坐标和纵坐标的含义、线和点（平台、

折线、拐点等）的关系。利用规律''先拐先平，数值大”判断，即曲线先出现拐

点，先达到平衡，其温度、压强越大。

第三步：想原理。联想化学反应速率、化学平衡移动原理，特别是影响因素

及使用前提条件等。

第四步：巧整合。图表与原理整合。逐项分析图表，重点看图表是否符合可

逆反应的特点、化学反应速率和化学平衡原理。

随堂演练板块突破

1.丙烯（C3H6）是重要的有机化工原料。丙烷脱氢制丙烯发生的主要反应及能

量变化如图。

（1）丙烷脱氢制丙烯为强吸热过程。

①为提供反应所需热量，恒压时若向原料气中掺入水蒸气，则K（主反

应）（填“增大”“减小”或“不变”，下同），转化率a（C3H8）。

②温度升高，副反应更容易发生的主要原因是o

（2）如图为丙烷直接脱氢法中丙烷和丙烯的平衡体积分数与温度、压强的关

系（图中的压强分别为IO4Pa和105Pa）0

7o

6o

5o

4o

3o

2o

1O

500510520530540550560570580

温度/t

①IO,Pa时，图中表示丙烯的曲线是（填“i”“五”“也”或

“iv”）。

②lO,Pa、500℃时，主反应用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数

Kp=（已知：气体分压=气体总压X体积分数）o

（3）利用CO2的弱氧化性，开发了丙烷氧化脱氢制丙烯的新工艺。该工艺可

采用铭的氧化物为催化剂，其反应机理如图。

已知:CO和H2的燃烧热分别为AH=—283.0kJmoL、AH=—285.8

kJ-mo「1。

①图中催化剂为。

②298K时，该工艺总反应的热化学方程式为。

③该工艺可以有效消除催化剂表面的积炭，维持催化剂活性，原因是

解析：（1）①由图可知，丙烷脱氢制丙烯为吸热反应：C3H8（g）C3H6（g）+

H2（g）AH=+124.3kJ-molT,恒压时若向原料气中掺入水蒸气，体系温度升高，

平衡向正反应方向移动，化学平衡常数K增大，丙烷的转化率增大。

②由图可知，副反应的活化能低于主反应的活化能，温度升高，活化能较低

的副反应更容易发生。

（2）①丙烷脱氢制丙烯为气体体积增大的反应，增大压强，平衡向逆反应方向

移动，丙烯的平衡体积分数减小；该反应为吸热反应，温度升高，平衡向正反应

方向移动，故曲线i代表IO,Pa时丙烯的平衡体积分数。

②lO,Pa、500℃时，丙烯的平衡体积分数为33%,设起始丙烷为Imol,转

化率为x,由题意建立如下三段式：

c3H8(g)C3H6(g)+H2(g)

起(mol)100

变(mol)XXX

平(mol)l-xXX

X

则由丙烯的平衡体积分数为33%可得，解得X七，丙烷、丙烯和氢

JLI人

气的分压均为lO,Paxg,则用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=

(104Pax|)x[104Pax|)

43

----------------------;------------=10PaX^=XIOPao

104Pax1'

(3)①由图可知，反应i为3C3H8+2CrO33c3H6+Cr2O3+3H2O,反应ii

为3cO2+Cr2O32CrO3+3CO,则催化剂为CrCh。

②由题意可得H2(g)+3o2(g)=H2O⑴AH=-285.8kJ-mol-1,①

1

CO(g)+1o2(g)===CO2(g)AH=-283.0kJ-rnol",②

C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)AH=+124.3kJ-rnol-1,③

由盖斯定律③一②+①得热化学方程式为C3H8(g)+CO2(g)C3H6(g)+

-13

CO(g)+H2O(l),则AH=(+124.3kJ-mol)+(-285.8kJ-moP)-(-283.0kJ-mol

-i)=+121.5kJ-mol-

③该工艺中碳与CO2反应生成CO,可以有效消除催化剂表面的积炭，维持

催化剂活性。

答案：(1)①增大增大②副反应的活化能低于主反应的活化能

(2)①i②X103Pa

(3)①CrCh②C3H8(g)+82(g)C3H6(g)+CO(g)+H2O⑴AH=+

121.5kJ-moF1③碳与CO2反应生成CO,脱离催化剂表面

2.汽车发动机工作时会产生包括CO、NOx等多种污染气体,涉及如下反应：

①N2(g)+O2(g)2NO(g)

②2NO(g)+O2(g)2NO2(g)

(3)NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g)

弄清上述反应的相关机理，对保护大气环境意义重大，回答下列问题：

⑴请根据下表数据填空：N2(g)+02(g)2NO(g)AH=o

物质N2O2NO

能量(kJ)946497

(断开1mol物质中化学键所需要的能量)

(2)实验测得反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)AH<0的即时反应速率满足

以下关系式:

0正=左正，网0>。（02）；。逆=左逆/（NCh）,k正、左逆为速率常数，受温度影响。

①温度为八时，在1L的恒容密闭容器中，投入0.6molNO和0.3molO2,

达到平衡时02为0.2mol；温度为72时，该反应存在k正=左逆，则Ti

（填“大于”“小于”或“等于"）乃o

②研究发现该反应按如下步骤进行：

卜、r-

第一步：NO+NO1N2O2快速平衡

ki逆

k[

第二步：N2O2+O2--------->2NO2慢反应

其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡，第一步反应中：加正=%

正・C2（N0）;01逆=比逆-C（N2C）2）。

下列叙述正确的是O

k、-p

A.同一温度下，平衡时第一步反应的j越大，反应正向进行的程度越大

B.第二步反应速率低，因而转化率也低

C.第二步的活化能比第一步的活化能低

D.整个反应的速率由第二步反应速率决定

（3）科学家研究出了一种高效催化剂，可以将CO和NO2两者转化为无污染

气体，反应方程式为2NO2（g）+4CO（g）==4CO2（g）+N2（g）AH<0o

某温度下，向10L密闭容器中分别充入0.1molNO2和0.2molCO,发生上

述反应，随着反应的进行，容器内的压强变化如下表所示：

时间/min024681012

压强/kPa75

回答下列问题：

①在此温度下，反应的平衡常数Kp=kPar（Kp为以分压表示的平

衡常数，计算结果精确到小数点后2位）；若保持温度不变，再将CO、CO2气体

浓度分别增加一倍，则平衡（填“右移”“左移”或“不移动”）。

②若将温度降低，再次平衡后，与原平衡相比体系压强①总）如何变化？

（填“增大”“减小”或“不变”），原因是。

解析：（1）计算出①N2（g）+O2（g）2N0（g）的（反应物键能）一E（生成

物键能)=(946+497-X2)kJ/mol=-179.5kJ/moL

(2)①温度为Ti时：2NO(g)+O2(g)2NO2(g)

开始(mol/L)0

转化(mol/L)

平衡(mol/L)

则温度为Ti时，平衡常数Ki=错误！=,由于平衡时O正逆，不难推出平

衡常数等于速率常数之比，即长=凸=;温度为72时，该反应存在及=各=1,

化逆化逆

K2<K1,由于反应为放热反应，温度越高平衡常数越小，所以T1<T2。

②由①分析可知，当第一步反应达平衡状态时，01正=01迎，由于速率常数之

比实际上就是平衡常数，平衡常数越大，反应正向进行的程度越大，A正确；反

应速率快慢与转化率之间无因果关系，B错误；相同温度下，第一步反应快速达

到平衡，第二步是慢反应，所以第二步活化能比第一步高，C错误；整个反应的

化学反应速率由第二步慢反应决定，D正确。

(3)①向10L密闭容器中分别充入0.1molNO2和0.2molCO,反应10min

达到平衡，体系内压强由75kPa减少到68.75kPa,则反应中各物质的浓度变化

为

2NO2(g)+4CO(g)4co2(g)+N2(g)AH<0

开始(mol/L)00

转化(mol/L)2x4x4xx

平衡一2x—4x4xx

根据二:弓卜弓;，错误！=错误!，解得x=0.0025mol/L;根据公式羯

黑;黑Y以A)=M总)X舒^可得Kp=0.04kPar。若平衡后再将CO、

CO2的浓度增加一倍，由于方程式中两种物质的系数相同，所以。c=K,因此化

学平衡不发生移动。

②降低温度，体积不变，根据阿伏加德罗定律，压强减小；同时该反应的正

反应为放热反应，降低温度，平衡正向移动，导致体系内气体分子数减少，所以

总压强也会减小。

答案：(1)—179.5kJ/mol(2)①小于②AD

(3)①不移动②减小若温度降低，体积不变，根据阿伏加德罗定律，总

压强减小；同时，降低温度，由于反应放热，所以平衡朝正方向移动，容器内分

子数减少，总压强也减小

3.铁及其化合物在生产、生活中有广泛的应用。

(1)复合氧化物铁酸镒(MnFezCU)可用于热化学循环分解制氢气，原理如下:

X

①MnFe2O4(s)=MnFe2O(4-x)(s)+^O?(g)AHi

②MnFe2O(4-x)(s)+%H2O(g)=MnFe2O4(s)+xH?(g)

AH2

(3)2H2O(g)=2H2(g)+02(g)AH3

贝U：A%与AHi、八%的关系为A83=-

(2)纳米铁是重要的储氢材料，可用下列反应制得：Fe(s)+5CO(g)

Fe(CO)5(g)AH<0o在1L恒容密闭容器中加入足量铁粉和0.5molCO,在Ti、

T2不同温度下进行反应，测得c(CO)与温度、时间的关系如图1所示。

①T1(填“>”或)/2。

②T2温度下，上述反应的平衡常数K=(结果不要求带单位)。

(3)高铁酸钾(K2FeO4)被人们称为“绿色化学”净水剂。高铁酸钾在酸性至弱

碱性条件下不稳定。

①工业上用KC1O与Fe(NO3)3溶液反应制得K2FeO4,反应的离子方程式为

-制备K2FeO4时，KC1O饱和溶液与Fe(NO3)3饱和

溶液混合的操作为。

②已知K2FeO4在水解过程中铁元素形成的微粒分布分数与pH的关系如图

2所示。向pH=6的溶液中加入KOH溶液，发生反应的离子方程式为

⑷电解法可制得K2FeO4,装置如图3所示。阳极的电极反应式为

c(CO)/mol/L

解析：(1)复合氧化物铁酸镒(MnFe2O4)可用于热化学循环分解制氢气，原理

如下：

Y

①MnFe2(D4(s)=MnFe2O(4T)(s)+丑2(g)AHi

②MnFe2O(4—%)(s)+%H2O(g)=MnFe2O4(s)+xH2(g)A