专题15 化学反应原理综合题（讲）-高考化学二轮复习讲练测（新高考专用）（原卷版）

专题15化学反应原理综合题该题型通常以元素化合物知识为载体，以工业生产为背景，综合考查化学反应速率、化学平衡及其影响因素、化学反应中的能量转化、盖斯定律及其应用、热化学方程式的书写、原电池、电解池原理及其电极反应式的书写、水溶液中的离子平衡等知识，甚至还融合考查氧化还原反应、离子反应，涉及知识点较多，但各个小题又比较相对独立。题目的综合性强，化学信息较多，设问角度灵活多变，侧重考查考生接受、整合信息的能力、应用化学知识解决实际问题的能力。一、化学能与热能、电能的相互转化化学能与热能、电能的相互转化是高考的必考热点内容。试题形式常与能量图像，电化学装置图为背景进行综合考查，一般难度中档。近几年高考的命题角度主要有①根据能量图像判断焓变ΔH；②结合盖斯定律进行ΔH计算或书写热化学方程式；③结合背景材料或装置图示进行原电池原理、电解原理的问题分析；④书写一定背景下的电极反应式；⑤一定条件的电化学计算等。预测今后高考命题盖斯定律的应用和一定背景的电极反应式的书写仍会是命题的热点。1．审题策略(1)利用盖斯定律确定热化学方程式或焓变ΔH时要做到：①明确待求热化学方程中的反应物和生成物；②处理已知热化学方程式中的化学计量数和焓变；③叠加处理热化学方程式确定答案。(2)对电化学中的电极反应式的书写要做到：①根据题意或装置图示明确“原电池”“电解池”或“电镀池”；②明确电极；③根据电极反应物和介质确定产物进而写出电极反应式。(3)对电化学计算要利用各电极转移的电子数相等求未知量。2．答题策略(1)对书写热化学方程式要注意①注明状态；②ΔH的符号与单位；③ΔH与化学计量数的一致性。(2)对电极反应式的书写要注意①配平(原子守恒、电荷守恒、电子守恒)；②产物粒子在介质中能存在；③得、失电子要填准，得电子写(＋ne－)，失电子写(－ne－)。(3)对物理量的填写要填准单位，千万不要漏掉单位。【方法技巧】利用盖斯定律计算反应热的两种方法(1)虚拟途径法：先根据题意虚拟转化过程，然后根据盖斯定律列式求解，即可求得待求反应的反应热。(2)加和法：将所给热化学方程式适当加减得到所求的热化学方程式，反应热也作相应的加减运算。流程如下：二、化学反应速率与化学平衡试题的综合判断与计算化学反应速率与化学平衡是高考必考的热点内容，试题的呈现形式常结合图表、图像考查考生的综合分析能力和解题能力，综合性较强，一般难度为中档。近几年高考的命题角度主要有(1)外界条件对反应速率、平衡移动的判断；(2)平衡状态的判定；(3)化学平衡常数的定义式、影响因素和含义的理解；(4)反应速率、平衡常数、转化率的相关计算；(5)平衡常数的应用；(6)反应速率和平衡图像的综合分析。预测今后高考对反应速率的计算、平衡常数的有关计算和应用仍是命题的重中之重。1．审题策略(1)对于图像分析要明确三步①“一看”——看图像。a.看面：弄清纵、横坐标的含义。b.看线：弄清线的走向、变化趋势及线的陡与平。c.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。d.看量的变化：弄清是浓度变化、温度变化还是转化率的变化。e.看要不要作辅助线：如等温线、等压线等。②“二想”——想规律。看完线后联想外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律。③“三判断”——得结论。通过对比分析，作出正确判断。(2)对于反应速率、平衡常数、转化率计算要明确三种量：一是起始量(物质的量或浓度)二是变化量，三是平衡量；用变化量求反应速率和转化率，用平衡浓度求平衡常数。(3)对化学平衡状态的比较分析时要审清两个条件：①恒温恒容；②恒温恒压。2．答题策略(1)利用“三段式”计算v、α、K时，要特别注意用什么时量，用什么物理量计算，心中要清楚，如计算平衡常数K时，不能用平衡时的物质的量，而用平衡时的物质的量浓度代入。(2)在填写某些物理量时要注意单位。(3)在填空时要注意题中要求。(4)在判断K变化时只考虑温度是否变化。(5)利用改变容器容积(p改变)判断平衡移动时，要注意体积变化的倍数与浓度变化的倍数的大小。【方法技巧】化学反应速率、平衡的常规图像题的解题方法三、水溶液中离子平衡试题的综合判断水溶液中的离子平衡是高考的热点内容，试题呈现的形式多种多样，如表格形式、图像形式和实验形式。题目难度往往较大，综合性较强，思维性较强。近几年高考的命题角度主要有①水溶液中水的电离程度判断；②水溶液的酸碱性；③酸碱反应过程中离子浓度的大小比较；④电离常数、水的离子积、水解常数、Ksp的关系及其计算；⑤某些溶液中离子浓度的大小比较；⑥pH曲线的理解与应用等。预测今后高考仍会以溶液中水的电离程度、离子浓度大小比较、c(H＋)H2O和pH的计算为重点进行命题。1．审题策略(1)对于溶液中水电离程度的判断时要做到：①明确酸、碱溶液(抑制水电离)还是水解呈酸性或碱性的盐溶液(促进水电离)；②酸、碱电离出的c(H＋)或c(OH－)越大，对水电离抑制越大；水解生成的c(H＋)或c(OH－)越大，对水电离促进越大。(2)对同一溶液中不同粒子浓度比较时，要做到：①明确单一溶液还是混合液；②分析溶液中溶质粒子的电离和水解问题包括程度大小；③分析溶液中粒子的来源途径；④理解溶液中的两守恒(电离守恒和物料守恒)及应用。(3)对于溶液中某些常数的应用要知道下列关系：①KW＝c(H＋)·c(OH－)，②HAH＋＋A－的Ka＝eq\f(cH＋·cA－,cHA)，③A－＋H2OHA＋OH－的Kh＝eq\f(cOH－·cHA,cA－)，④Kh＝eq\f(KW,Ka)，⑤XY(s)＋Z－(aq)XZ(s)＋Y－(aq)的K＝eq\f(cY－,cZ－)＝eq\f(KspXY,KspXZ)。2．答题策略(1)在守恒式中要注意系数不能遗漏。①在列电荷守恒式时，注意离子所带电荷的多少，不要简单地认为只是各离子浓度的相加，如2c(COeq\o\al(2－,3))的系数“2”不可漏掉；②在列物料守恒式时，离子浓度系数不能漏写或颠倒。如Na2S溶液中的物料守恒式中，“2”表示c(Na＋)是溶液中各种硫元素存在形式的硫原子总浓度的2倍。(2)在比较溶液中某些离子大小时①不要忽略水的微弱电离，②不能违背电荷守恒和物料守恒，如氨水溶液与盐酸混合液中不能出现c(NHeq\o\al(＋,4))＞c(Cl－)＞c(H＋)＞c(OH－)。(3)对酸式盐、酸及其盐、碱及其盐的溶液分析时要注意分析电离程度和水解程度的大小。(4)对水溶液的平衡常数计算时要做到①写准表达式；②根据题意寻找表达式中各粒子浓度。四、实际工业生产中图像问题分类突破1．控制反应条件的目的(1)促进有利的化学反应：通过控制反应条件，可以加快化学反应速率，提高反应物的转化率，从而促进有利的化学反应进行。(2)抑制有害的化学反应：通过控制反应条件，也可以减缓化学反应速率，减少甚至消除有害物质的产生或控制副反应的发生，从而抑制有害的化学反应继续进行。2．控制反应条件的基本措施(1)控制化学反应速率的措施通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率。(2)提高转化率的措施通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率。3．化工生产适宜条件选择的一般原则条件原则从化学反应速率分析既不能过快，又不能太慢从化学平衡移动分析既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性从原料的利用率分析增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本从实际生产能力分析如设备承受高温、高压能力等从催化剂的使用活性分析注意催化剂的活性对温度的限制4.平衡类问题需考虑的几个方面(1)原料的来源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。(2)原料的循环利用。(3)产物的污染处理。(4)产物的酸碱性对反应的影响。(5)气体产物的压强对平衡造成的影响。(6)改变外界条件对多平衡体系的影响。题型一反应热与水溶液的离子反应例1.（2022·广东卷）铬及其化合物在催化、金属防腐等方面具有重要应用。（1）催化剂可由加热分解制备，反应同时生成无污染气体。①完成化学方程式：______________。②催化丙烷脱氢过程中，部分反应历程如图，过程的焓变为_______(列式表示)。③可用于的催化氧化。设计从出发经过3步反应制备的路线_______(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）溶液中存在多个平衡。本题条件下仅需考虑如下平衡：(ⅰ)(ⅱ)①下列有关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.加入少量溶液，反应(ⅰ)的平衡逆向移动D.加入少量固体，平衡时与的比值保持不变②25℃时，溶液中随pH的变化关系如图。当时，设、与的平衡浓度分别为x、y、，则x、y、z之间的关系式为_______；计算溶液中的平衡浓度_____(写出计算过程，结果保留两位有效数字)。③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()有关；在一定波长范围内，最大A对应的波长()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。为研究对反应(ⅰ)和(ⅱ)平衡的影响，配制浓度相同、不同的稀溶液，测得其A随的变化曲线如图，波长、和中，与的最接近的是_______；溶液从a变到b的过程中，的值_______(填“增大”“减小”或“不变”)。【变式探究】（2021·海南卷）碳及其化合物间的转化广泛存在于自然界及人类的生产和生活中。已知25℃，时：①葡萄糖完全燃烧生成和，放出热量。②。回答问题：（1）25℃时，与经光合作用生成葡萄糖和的热化学方程式为___________。（2）25℃，时，气态分子断开化学键的焓变称为键焓。已知、键的键焓分别为、，分子中碳氧键的键焓为___________。（3）溶于水的只有部分转化为，大部分以水合的形式存在，水合可用表示。已知25℃时，的平衡常数，正反应的速率可表示为，逆反应的速率可表示为，则___________(用含的代数式表示)。（4）25℃时，潮湿的石膏雕像表面会发生反应：，其平衡常数___________。[已知，]（5）溶洞景区限制参观的游客数量，主要原因之一是游客呼吸产生的气体对钟乳石有破坏作用，从化学平衡的角度说明其原因___________。题型二反应热与化学平衡例2.（2022·海南卷）某空间站的生命保障系统功能之一是实现氧循环，其中涉及反应：回答问题：（1）已知：电解液态水制备，电解反应的。由此计算的燃烧热(焓)_______。（2）已知：的平衡常数(K)与反应温度(t)之间的关系如图1所示。①若反应为基元反应，且反应的与活化能(Ea)的关系为。补充完成该反应过程的能量变化示意图(图2)_______。②某研究小组模拟该反应，温度t下，向容积为10L的抽空的密闭容器中通入和，反应平衡后测得容器中。则的转化率为_______，反应温度t约为_______℃。（3）在相同条件下，与还会发生不利于氧循环的副反应：，在反应器中按通入反应物，在不同温度、不同催化剂条件下，反应进行到2min时，测得反应器中、浓度()如下表所示。催化剂t=350℃t=400℃催化剂Ⅰ10.812722345.242780催化剂Ⅱ9.2107753438932在选择使用催化剂Ⅰ和350℃条件下反应，生成的平均反应速率为____；若某空间站的生命保障系统实际选择使用催化剂Ⅱ和400℃的反应条件，原因是_______。【变式探究】（2022·全国甲卷）金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途，目前生产钛的方法之一是将金红石转化为，再进一步还原得到钛。回答下列问题：(1)转化为有直接氯化法和碳氯化法。在时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：(ⅰ)直接氯化：(ⅱ)碳氯化：①反应的为_______，_______Pa。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”)。(2)在，将、C、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。①反应的平衡常数_______。②图中显示，在平衡时几乎完全转化为，但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是_______。(3)碳氯化是一个“气—固—固”反应，有利于“固—固”接触的措施是_______。题型三化学平衡与电化学例3.（2022·湖南卷）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，向体积固定密闭容器中加入足量的和，起始压强为时，发生下列反应生成水煤气：Ⅰ.Ⅱ.①下列说法正确的是_______；A.平衡时向容器中充入惰性气体，反应Ⅰ的平衡逆向移动B.混合气体的密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡C.平衡时的体积分数可能大于D.将炭块粉碎，可加快反应速率②反应平衡时，的转化率为，CO的物质的量为。此时，整个体系_______(填“吸收”或“放出”)热量_______kJ，反应Ⅰ的平衡常数_______(以分压表示，分压=总压×物质的量分数)。（2）一种脱除和利用水煤气中方法的示意图如下：

①某温度下，吸收塔中溶液吸收一定量的后，，则该溶液的_______(该温度下的)；②再生塔中产生的离子方程式为_______；③利用电化学原理，将电催化还原为，阴极反应式为_______。eq\o(=,\s\up5(△))【变式探究】（2021·湖南卷）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：(1)反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)_______；(2)已知该反应，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℃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)，各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。①若保持容器体积不变，t1时反应达到平衡，用H2的浓度变化表示时间内的反应速率_______(用含的代数式表示)②t2时将容器体积迅速缩小至原来的一半并保持不变，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_______；③在该温度下，反应的标准平衡常数_______。(已知：分压=总压×该组分物质的量分数，对于反应，，其中，、、、为各组分的平衡分压)。方法Ⅱ：氨电解法制氢气利用电解原理，将氮转化为高纯氢气，其装置如图所示。(4)电解过程中OH-的移动方向为_______(填“从左往右”或“从右往左”)；(5)阳极的电极反应式为_______。题型四反应热、化学平衡与电化学例4.(2022·河北卷)氢能是极具发展潜力的清洁能源，以氢燃料为代表的燃料电池有良好的应用前景。（1）时，燃烧生成)放热，蒸发吸热，表示燃烧热的热化学方程式为_______。（2）工业上常用甲烷水蒸气重整制备氢气，体系中发生如下反应。Ⅰ.Ⅱ.①下列操作中，能提高平衡转化率的是_______(填标号)。A.增加用量B.恒温恒压下通入惰性气体C.移除D.加入催化剂②恒温恒压条件下，和反应达平衡时，的转化率为，的物质的量为，则反应Ⅰ的平衡常数_______(写出含有a、b的计算式；对于反应，，x为物质的量分数)。其他条件不变，起始量增加到，达平衡时，，平衡体系中的物质的量分数为_______(结果保留两位有效数字)。（3）氢氧燃料电池中氢气在_______(填“正”或“负”)极发生反应。（4）在允许自由迁移的固体电解质燃料电池中，放电的电极反应式为_______。【变式探究】（2021·河北卷）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(1)则25℃时H2(g)和C(石墨，s)生成C6H6(l)的热化学方程式为________。(2)雨水中含有来自大气的CO2，溶于水中的CO2进一步和水反应，发生电离：①CO2(g)=CO2(aq)②CO2(aq)+H2O(l)=H+(aq)+HCO(aq)25℃时，反应②的平衡常数为K2。溶液中CO2的浓度与其在空气中的分压成正比(分压=总压×物质的量分数)，比例系数为ymol•L-1•kPa-1，当大气压强为pkPa，大气中CO2(g)的物质的量分数为x时，溶液中H+浓度为________mol•L-1(写出表达式，考虑水的电离，忽略HCO的电离)(3)105℃时，将足量的某碳酸氢盐(MHCO3)固体置于真空恒容容器中，存在如下平衡：2MHCO3(s)M2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)。上述反应达平衡时体系的总压为46kPa。保持温度不变，开始时在体系中先通入一定量的CO2(g)，再加入足量MHCO3(s)，欲使平衡时体系中水蒸气的分压小于5kPa，CO2(g)的初始压强应大于________kPa。(4)我国科学家研究Li—CO2电池，取得了重大科研成果，回答下列问题：①Li—CO2电池中，Li为单质锂片，则该电池中的CO2在___(填“正”或“负”)极发生电化学反应。研究表明，该电池反应产物为碳酸锂和单质碳，且CO2电还原后与锂离子结合形成碳酸锂按以下4个步骤进行，写出步骤Ⅲ的离子方程式。Ⅰ.2CO2+2e-=C2OⅡ.C2O=CO2+COⅢ._______________Ⅳ.CO+2Li+=Li2CO3②研究表明，在电解质水溶液中，CO2气体可被电化学还原。Ⅰ.CO2在碱性介质中电还原为正丙醇(CH3CH2CH2OH)的电极反应方程式为______________。Ⅱ.在电解质水溶液中，三种不同催化剂(a、b、c)上CO2电还原为CO的反应进程中(H+被还原为H2的反应可同时发生)，相对能量变化如图.由此判断，CO2电还原为CO从易到难的顺序为_________________(用a、b、c字母排序)。题型五化学反应原理与物质结构与性质综合例5.（2022·辽宁卷）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖，其反应为：回答下列问题：（1）合成氨反应在常温下___________(填“能”或“不能”)自发。（2）___________温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率，___________温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用。针对反