2024年高考化学一轮复习（新高考版） 第8章 热点强化19 化学反应速率和化学平衡简答题

热点强化19化学反应速率和化学平衡简答题

热点精讲

文字描述代表一种开放性思维与能力，一般从速率问题、平衡(转化率)问题、安全问题、节

能减排等角度作答(考查前两个角度居多)，实际上就是效益最大化的问题。

i.条件选择类

(1)实验最佳条件的选择或控制就是为了又“快”又“好”地生产，即主要是从反应速率与转

化率(化学平衡)两个角度来分析。“快”就是提高反应速率，“好”就是提高转化率，原料

利用率高，而影响速率与转化率的主要因素就是浓度、温度、压强与催化剂，其中温度与压

强是试题中经常考查的因素。

(2)从速率、转化率、产率、纯度等角度分析，选择最佳条件。如针对反应速率时，思考方向

为如何提高浸出速率、如何提高反应速率等；针对平衡转化率、产率时，可运用平衡移动原

理解释(其他条件不变的情况下，改变XX条件，可逆反应平衡向XX方向移动，导致XX发

生变化)；针对综合生产效益时，可从原料成本，原料来源是否广泛、是否可再生，能源成本,

对设备的要求，环境保护，绿色化学等方面作答。

(3)选择当前条件的优势，其他条件的不足，往往不足的描述比较容易疏忽，如温度过高或过

低，压强过小或过大，也要进行分析。

2.原因分析类

(1)依据化学反应速率和平衡移动原理，分析造成图像曲线变化的原因。

(2)催化剂对反应的影响、不同反应的选择性问题是这类题目的难点，解题时要多加关注，不

同的条件会有不同的选择性。

(3)这类题目一般都是多因素影响，需要多角度分析原因。

II热点专练

题组一曲线上特殊点的分析

1.用(NH4)2CC>3捕碳的反应：(NH4)2CO3(aq)+H2O(I)+CO2(g)2NH4HCO3(aq)»为研究温

度对(NH4)2CO3捕获C02效率的影响，将一定量的(NHQ2CO3溶液置于密闭容器中，并充入一

定量的CO2气体，保持其他初始实验条件不变，分别在不同温度下，经过相同时间测得C02

气体浓度，得到趋势图：

(l)c点的逆反应速率和d点的正反应速率的大小关系为。逆(c)(填”或

“V”)0正(d)。

(2)b、c、d三点的平衡常数感、及、《从大到小的顺序为。

⑶八〜。温度区间，容器内COa气体浓度呈现增大的变化趋势，其原因是

答案(1)<(2)Kb>Kc>Kd(3)兀〜。温度区间，化学反应已达到平衡，由于正反应是放热

反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，不利于CO2的捕获

解析(1)温度越高，反应速率越快，d点温度高，则c点的逆反应速率和d点的正反应速率

的大小关系为。巡(c)〈。正(d)。(2)根据图像，温度为A时反应达平稹亍，此后温度升高，c(CO2)

增大，平衡逆向移动，说明正反应是放热反应。升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，

故KAQKg

2.[2020•天津，16(4)]用H2还原CO2可以在一定条件下合成CH30H(不考虑副反应)：CO2(g)

+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)AH<0

恒压下，CO2和比的起始物质的量之比为1：3时，该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率

和有分子筛膜时甲醇的产率随温度的变化如图所示，其中分子筛膜能选择性分离出HQ。

45△有分子筛膜

•无分子筛膜

25

5

200220240温度/七

①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为

②P点甲醇产率高于T点的原因为______________________________________________

___________________________________________________________________________O

③根据上图，在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为

答案①该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动(或平衡常数减小)②分子筛膜从反

应体系中不断分离出HzO,有利于反应正向进行，甲醇产率升高③210

解析①图中有分子筛膜时，P点甲醇产率最大，达到平衡状态，尸点后甲醇的产率降低，

其原因是合成甲醇的反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，甲醇产率降低。②尸点有

分子筛膜，T点无分子筛膜，而分子筛膜能选择性分离出H2O,使平衡正向移动，提高甲醇

的产率。③由图可知，当有分子筛膜，温度为210℃时，甲醇产率最大，故该分子筛膜的最

佳反应温度为210°C。

3.[2020•山东，18(3)]探究CH30H合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH30H的产

率。以CO?、H2为原料合成CH30H涉及的主要反应如下:

I.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

AW!=-49.5kJmol1

II.CO(g)+2H2(g)CH30H(g)

△“2=-90.4kJmor1

m.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)A//3

不同压强下，按照n(CO2):〃出2)=1:3投料，实验测定CO2的平衡转化率和CH30H的平衡

产率随温度的变化关系如下图所示。

”(CO?)初始一”(CO2bpit

已知：C02的平衡转化率=X100%

”(CO2)初始

”(CHsOH)：”.

CH30H的平衡产率=xioo%

”(CO2)初始

其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图_______(填“甲”或"乙”)；压强0、P2、P3由大

到小的顺序为;图乙中温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是

答案乙PI>P2>P3口时以反应用为主，反应IH前后气体分子数相等，压强改变对平衡

没有影响

解析由反应I、II可知，随着温度的升高，甲醇的平衡产率逐渐降低，因此图甲的纵坐标

表示的是甲醇的平衡产率，图乙的纵坐标表示的是CO2的平衡转化率。同温度下，随着压强

的增大，甲醇的平衡产率应增大，因此压强由大到小的顺序为P1>P2>P3。图乙中，当升温

到T1时，CO2的平衡转化率与压强的大小无关，说明以反应III为主，因为反应III前后气体分

子数相等。

-思维模型

(1)对于化学反应"伍(g)+〃B(g)0c(g)+qD(g),M点前，表示从反应物开始，v£>v；M

点为刚达到平衡点(如图)；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A的百分含量增加或

C的百分含量减少，平衡左移，故△”<0。

A%

a--------»P

(2)对于化学反应〃伍(g)+〃B(g)pC(g)+«D(g),L线上所有的点都是平衡点(如图)。L线的

左上方(如E点)，A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量，所以，E点：vs>va；

则L线的右下方(如F点)：。正

题组二曲线变化趋势的分析

4.乙烯气相水合反应的热化学方程式为C2H4(g)+H2O(g)C2H50H(g)△"=-45.5kJ.

mol,,如图是乙烯气相水合法制乙爵中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系［其中

n(H2O)：n(C2H4)=1：1J«图中压强⑺、pz、p3、°4)的大小顺序为，理由是

3()

20

1()

20025030035077七

答案P4>P3>P2>Pl该反应正向是气体分子数减小的反应，相同温度下，压强升高乙烯转化

率升高

5.汽车使用乙醇汽油并不能减少NO工的排放，某研究小组在实验室以耐高温试剂Ag-ZSW-5

催化，测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图所示。

No转

化

为

N2

的

转

化

率

\

%

。无CO时NO直接分解为N,的产率

▲CO剩余的百分率

。联黑=1条件下，NO还原为N2的转化率

〃(CO)

⑴在器既=1条件下，最佳温度应控制在______左右。

(2)若不使用CO,温度超过775K,发现NO的分解率降低，其可能的原因为

⑶用平衡移动原理解释为什么加入CO后NO转化为N2的转化率增大：

答案(l)870K(860〜880K范围内都可以)

(2)该反应放热，升高温度，反应向逆反应方向进行

(3)加入的CO会与NO的分解产物02发生反应，促进NO分解平衡向生成N2的方向移动，

导致NO的转化率增大

6.下图是在一定时间内，使用不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱氮率，由图可知

工业使用的最佳催化剂为,相应温度为；使用Mn作催化剂时，脱氮率在

b〜a段呈现如图变化的可能原因是____________________________________________

0100200300400500温度/(

答案Mn200℃b〜a段，开始温度较低，催化剂活性较低，脱氮反应速率较慢，反应还

没达到化学平衡，随着温度升高反应速率变大，一定时间参与反应的氮氧化物变多，导致脱

氮率逐渐增大

N

丙烯庸(\X

7.)是一种重要的化工原料，广泛应用在合成纤维、合成橡胶及合成树脂等

()

八

工业生产中。以3-羟基丙酸乙酯［H()O(g)］为原料合成丙烯月青，主要反应过程如下:

O

Ukz\

TiO2

O(g)+H2O(g)\Hy

o

\/\/Xrox及NOH

12

反应II：()(g)+NH3(g)(g)+H2O(g)+\Z(g)Mh

()

Z\AZ\

在盛有催化剂TiO2、压强为200kPa的恒压密闭容器中按体积比2：15充入H。()(g)

和NHKg)发生反应，通过实验测得平衡体系中含碳物质(乙醇除外)的物质的量分数随温度的

变化如图所示。

1(X)

叫

80

7()

60

5()

40

30

20

1()1

0’--------

15020025030035()

温度/七

0

/\

随着温度的升高，()(g)的平衡物质的量分数先增大后减小的原因为

N点对应反应n的平衡常数KX=。代表物质的量分数)。

()

」/\

答案温度较低时，反应I进行的程度大，()(g)的物质的量分数增大；温度较高时

()

\/\/\3

反应n进行的程度增大，()(g)的物质的量分数减小280

NN

解析根据图像可知，温度较低时，(g)的物质的量分数很小，随温度升高(g)

()

/\

的物质的量分数增大,o(g)是反应I的生成物、反应n的反应物，故随着温度的升

o

/

高，O(g)的平衡物质的量分数先增大后减小的原因为温度较低时，反应I进行的程

oo

Z\/\

度大，()(g)的物质的量分数增大；温度较高时反应n进行的程度增大，。(g)

oo

的物质的量分数减小。N点时，HO()(g)的物质的量分数为0,HOo(g)

()()

NN

完全消耗,O(g)和(g)的物质的量分数相等，即()(g)和(g)

物质的量相等，设起始H。()(g)、NH3(g)物质的量依次为2mol、15mol,平衡时

()

,vkZ\

、/(g)物质的量为xmol,反应I生成的。(g)和H20(g)的物质的量均为2mol,

()

xAZ\、/OH

则反应H消耗的。(g)和NH3(g)、生成的H2O(g)和l7(g)物质的量都为xmol,

()

\AZ\OH

则2-x=x,解得x=l,平衡时()(g)、NH3(g)、▽(g)、H2O(g),。(g)

物质的量依次为1mol、14mo1、1mol、3mol1mol,气体总物质的量为20mo1,物质的量

分数依次为布、布、布、方、布，N点对应反应II的平衡常数Ki=j=ovn

ZUZUZUZUZU1、/14ZoU

20X20

8.汽车尾气是雾霾形成的原因之一，研究氮氧化物的处理方法可有效减少雾霾的形成，可采

用氧化还原法脱硝：4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)^^4N2(g)+6H2O(g)△“<0。根据下图判

断提高脱硝效率的最佳条件是;

氨氮物质的量之比一定时，在400℃时，脱硝效率最大，其可能的原因是

1

()()t

%--•40()

、9()t

8()---------39()t

70t

6()----------420

5()多勺一一一37()

()：811.2

氨氮物质的量之比

答案氨氮物质的量之比为1,温度为400℃在400°C时，催化剂的活性最好，催化效率

最高，同时400℃温度较高，反应速率快

9.一种新型煤气化燃烧集成制氢发生的主要反应如下：

I,C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)AWi

II.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)\H2

III.CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)A//3

1

W.C⑸+2H2O(g)+CaO(s)CaCO3(s)+2H2(g)A//4=-64.9kJmol

副反应：

V.C(s)+2H2(g)CH4(g)

△H5=-74.8kJ-moL

VI.CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)

△〃6=-206.1kJ-moP1

回答下列问题：

⑴已知反应I、n的平衡常数&、氏随温度的变化如图1、图2所示。

图2

①由反应V和反应VI可知，△&=；反应I的AS(填或“<”)0。

②温度小于800℃时,K=0,原因是__________________________________________________

③为提高反应II中CO的转化率，可采取的措施是

____________________________________________________________________(写一条)。

④时，向密闭容器中充入1molCO(g)和3molH2O(g),只发生反应II,此时该反应的平

衡常数&=1,CO的平衡转化率为。

(2)从环境保护角度分析，该制氢工艺中设计反应HI的优点是。

(3)起始时在气化炉中加入1molC、2molH2O及1molCaO,在2.5MPa下，气体的组成与

温度的关系如图3所示。

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