2026三维设计一轮总复习高中化学-大题突破2⇒化学反应原理综合题

化学反应原理综合题化学反应原理综合题选材常常源于能源、环境保护、化工生产等情境素材，题目设问围绕一个主题，将热化学、电化学、化学反应速率、化学平衡等知识融合在一起。题目会提供一些原始的生产科研数据和图表、图像，信息量大、综合性强，对学生提取、整合信息的能力、综合分析问题的能力及高阶思维能力要求较高。本专题通过提供一些切实可行的策略，帮助学生学会应用化学学科知识，深化拓展综合分析化学反应及化工生产条件，从容应对“高不可攀”的原理类试题。一、平衡图像的分析流程丙烯是一种重要的化工原料，可以在催化剂作用下，由丙烷直接脱氢或氧化脱氢制备。反应Ⅰ（直接脱氢）：C3H8（g）C3H6（g）＋H2（g）ΔH1＝＋125kJ·mol－反应Ⅱ（氧化脱氢）：C3H8（g）＋12O2（g）C3H6（g）＋H2O（g）ΔH2＝－118kJ·mol（1）已知键能：E（C—H）＝416kJ·mol－1，E（H—H）＝436kJ·mol－1，由此计算生成1mol碳碳π键放出的能量为kJ。（2）在温度为T2时，通入气体分压比为p（C3H8）∶p（O2）∶p（N2）＝10∶5∶85的混合气体，各组分气体的分压随时间的变化关系如图所示。0～1.2s生成C3H6的平均速率为kPa·s－1；在反应一段时间后，C3H8和O2的消耗速率比小于2∶1的原因为。答案：（1）271（2）2H2和C3H6都消耗O2解析：（1）反应Ⅰ中断裂2molC—H，形成1mol碳碳π键和1molH—H，故416kJ·mol－1×2－E（碳碳π键）－436kJ·mol－1＝＋125kJ·mol－1，解得E（碳碳π键）＝271kJ·mol－1。（2）由图知，0～1.2s内C3H6的分压由0增大为2.4kPa，则生成C3H6的平均速率为2.4kPa1.2s＝2kPa·s－1；若只发生反应Ⅰ、Ⅱ，C3H6的分压应大于H2和H2O的分压，但由图b知，随着反应进行，分压p（H2O）＞p（C3H6）＞p（H2），且有CO2生成，H2分压降低，故体系中还发生反应：C3H6＋92O23CO2＋3H2O，H2＋12O2H2O，两个副反应都消耗O2，平衡图像的分析流程第一步：通过读图、识图获取有用信息在依据化学反应原理中反应速率和平衡移动知识解读图像的基础上，还需要进行如下思考：明标在明确横、纵坐标含义的基础上，用变量的观点分析坐标，找出横、纵坐标的关系，再联想相应的已学化学知识找点在找出曲线中的起点、拐点、终点、交叉点、平衡点等的基础上，分析这些点的意义及影响这些点的主要因素有哪些析线正确分析曲线的变化趋势（上升、下降、平缓、转折等），同时对走势有转折变化的曲线要分段分析，研究各段曲线变化趋势及其含义第二步：对获取的图像信息进行加工处理（对图像信息加工处理的角度如图所示）二、多平衡体系中化学平衡相关数据的计算方法利用CO、H2和CO2可以合成生物质能源甲醇，是实现碳的固定的重要途径，有关反应如下。反应1：CO2（g）＋3H2（g）⇌CH3OH（g）＋H2O（g）；反应2：CO（g）＋2H2（g）⇌CH3OH（g）；反应3：CO2（g）＋H2（g）⇌CO（g）＋H2O（g）。（1）T0℃时，在密闭容器甲、乙中，分别充入1molCO2和3molH2，它们分别在有水分子筛（只允许水分子透过）和无水分子筛条件下仅发生反应1。测得CO2平衡转化率与压强的变化关系如图所示。①使用了水分子筛的容器是乙（填“甲”或“乙”）。②M点p（H2）＝75kPa。（2）T2℃时，向压强为p0kPa的恒压密闭容器中，通入1molCO2和3molH2，发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH（g）为xmol，CO（g）为ymol，此时H2O（g）的分压p（H2O）＝x＋y4－2xp0kPa（用含x、y、p0的代数式表示），则该温度下反应3的压强平衡常数Kp＝（x＋y）y（1－x解析：（1）①由题图可知，压强相同时，乙中CO2平衡转化率比甲中的大，说明乙中使用了水分子筛分离出H2O，使反应1平衡正向移动。②由题图可知，M点对应的CO2平衡转化率为50％，平衡压强为150kPa，则反应1消耗了0.5molCO2。方法一：三段式法

则平衡时，混合气体的n总＝（0.5＋1.5＋0.5＋0.5）mol＝3mol，p（H2）＝1.5mol3mol×150kPa＝75方法二：差量法 CO2（g）＋3H2（g）⇌CH3OH（g）＋H2O（g）Δ＝－2转化量 0.5mol n变则10.5mol＝－2n变，n变＝－1mol，n总＝1mol＋3mol＋（－1）n（H2）＝1.5mol，p（H2）＝1.5mol3mol×150kPa＝75（2）方法一：三段式法设反应1和反应3生成H2O（g）的物质的量分别为amol、bmol。假设发生反应的顺序为反应1、反应3、反应2，且每个反应达到平衡后再发生下一个反应。反应1：

反应3：

反应2：

由题意可知，平衡时CO（g）为ymol，可得b－x＋a＝y，则b＋a＝x＋y，平衡时混合气体的总物质的量为（1－a－b）mol＋（3－a－b－2x）mol＋（b－x＋a）mol＋xmol＋（a＋b）mol＝（4－2x）mol，平衡时n（CO2）＝（1－x－y）mol，n（H2）＝（3－3x－y）mol，n（CO）＝ymol，n（H2O）＝（x＋y）mol，H2O（g）的分压p（H2O）＝x＋y4－2xp0kPa，则该温度下反应3的压强平衡常数Kp＝方法二：原子守恒法碳原子守恒：n始（CO2）＝n平（CO2）＋n平（CO）＋n平（CH3OH）→n平（CO2）＝（1－x－y）mol；氧原子守恒：2n始（CO2）＝2n平（CO2）＋n平（CO）＋n平（CH3OH）＋n平（H2O）→n平（H2O）＝（x＋y）mol；氢原子守恒：2n始（H2）＝2n平（H2）＋4n平（CH3OH）＋2n平（H2O）→n平（H2）＝（3－3x－y）mol；n总＝（1－x－y）mol＋（x＋y）mol＋（3－3x－y）mol＋xmol＋ymol＝（4－2x）mol，进而计算出H2O（g）的分压及反应3的压强平衡常数Kp。1.（2025·八省联考四川卷）甲烷氧化偶联制乙烯是提高甲烷附加值的一项重要研究课题，其涉及的反应如下：①4CH4g＋O2g⇌2C2H6g＋2H2OgΔH1＝－354kJ·mol－②2CH4g＋O2g⇌C2H4g＋2H2OgΔH2＝－282kJ·mol－③CH4g＋2O2g⇌CO2g＋2H2OgΔH3＝－803kJ·mol－已知：以乙烯为例，将其选择性定义为2n乙烯2回答下列问题：（1）C2H6被氧化生成C2H4的热化学方程式④为2C2H6（g）＋O2（g）⇌2C2H4（g）＋2H2O（g）ΔH＝－210kJ·mol－1，反应的ΔS＞（填“＞”“＜”或“＝”）0，反应能（填“能”或“不能”）自发进行。（2）CH4氧化偶联生成C2H4分步进行，C2H6和C2H4的选择性随反应时间的变化关系如图所示，第一步反应的产物为C2H6。（3）恒压进料，原料气的nCH4∶nO2对CH4转化率与C2H6、C2H4、CO2选择性的影响如图所示，根据本研究课题的目的，nCH4∶nO2在2～3（填“2～3”或“3～4”）更优，其原因是nCH4∶nO2为2～3时，乙烯的选择性远大于乙烷的选择性，而nCH4∶nO2为3～4时，乙烯的选择性与乙烷的选择性相差不大，且n（CH4）∶n（O2）为（4）一定条件下，C2H4的生成速率v与O2分压p间的关系为lgv＝12lgp＋1.1。若O2的初始分压为p0，随着反应进行，当C2H4的生成速率v降低到其初始生成速率v0的34时，则O2分压p＝9p016（（5）若nCH4∶nO2＝3.5∶1、初始压强为450kPa，在恒容反应器中达平衡时，CH4的转化率为30％，C2H4和C2H6的选择性均为40％，则反应④的平衡常数Kp＝416kPa（解析：（1）由题意可知，乙烷被氧化为乙烯的反应为2C2H6（g）＋O2（g）⇌2C2H4（g）＋2H2O（g），由盖斯定律可知，反应②×2－反应①＝反应④，则反应④的ΔH＝（－282kJ·mol－1）×2－（－354kJ·mol－1）＝－210kJ·mol－1，反应的热化学方程式为2C2H6（g）＋O2（g）⇌2C2H4（g）＋2H2O（g）ΔH＝－210kJ·mol－1；该反应是熵增的放热反应，任何条件下，反应ΔH－TΔS均小于0，能自发进行。（2）由题图可知，甲烷氧化偶联生成乙烯起始反应时，乙烷的选择性大于乙烯的选择性，说明第一步反应的产物为乙烷。（3）由题图可知，nCH4∶nO2为2～3时，乙烯的选择性远大于乙烷的选择性，而nCH4∶nO2为3～4时，乙烯的选择性与乙烷的选择性相差不大，且n（CH4）∶n（O2）为2～3时CH4的转化率大，所以甲烷氧化偶联制乙烯时nCH4∶nO（4）由题意可知，反应起始时lgv0＝12lgp0＋1.1①，随着反应进行，当C2H4的生成速率v降低到其初始生成速率v0的34时lg3v04＝12lgp＋1.1②，联立方程解得氧气的分压p＝9p016。（5）设初始甲烷、氧气的物质的量依次为3.5mol、1mol，平衡时CH4的转化率为30％，乙烷和乙烯的选择性均为40％，则平衡时甲烷、乙烷和乙烯的物质的量分别为3.5mol－3.5mol×30％＝2.45mol、3.5mol×30％×40％×12＝0.21mol、3.5mol×30％×40％×12＝0.21mol，由碳原子守恒可知，二氧化碳的物质的量为3.5mol－2.45mol－0.21mol×2－0.21mol×2＝0.213.5mol×4－2.45mol×4－0.21mol×6－0.21mol×42＝1.05mol，由氧原子守恒可知，氧气的物质的量为1mol×2－0.21mol×2－1.05mol2＝2.（2025·贵阳摸底）乙烯（CH2CH2）是重要的工业原料，随着我国碳达峰、碳中和目标的确定，利用二氧化碳制乙烯：2CO2（g）＋6H2（g）⇌CH2CH2（g）＋4H2O（g）ΔH＜0（1）已知1molH2完全燃烧生成1molH2O（g）时放出的热量为akJ，1molCH2CH2完成燃烧生成CO2（g）和H2O（g）时放出的热量为bkJ，则ΔH＝（－6a＋b）kJ·mol－1（用含a和b的代数式表示（2）下列措施一定有利于提高该反应中CO2的平衡转化率的是bd（填字母）。a.使用高效催化剂并增大催化剂的表面积b.增大n（c.恒容下向反应器中通入惰性气体d.反应器中降温处理（3）在0.1MPa下，将4molCO2和12molH2充入2L恒容密闭容器中发生反应：2CO2（g）＋6H2（g）⇌CH2CH2（g）＋4H2O（g）ΔH＜0，测得不同温度下该反应达到平衡时四种气态物质的量如图所示①曲线a表示的物质为H2O（填化学式）。②T1K时，反应经过10min达到平衡，则10min内v（H2）＝0.3mol·L－1·min－1。③列出T1K时该反应平衡常数的计算式，K＝24×解析：（1）由题给信息可得：①H2（g）＋12O2（g）H2O（g）ΔH＝－akJ·mol－1，②CH2CH2（g）＋3O2（g）2CO2（g）＋2H2O（g）ΔH＝－bkJ·mol－1，根据盖斯定律，由反应①×6－反应②，可得目标反应：2CO2（g）＋6H2（g）⇌CH2CH2（g）＋4H2O（g）ΔH＝（－6a＋b）kJ（2）使用高效催化剂并增大催化剂的表面积，平衡不移动，CO2的平衡转化率不变，a错误；增大n（H2）n（CO2）投料比，平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大，b正确；恒容下向反应器中通入惰性气体，各反应物浓度不变，平衡不移动，CO2的平衡转化率不变，c错误；该反应为放热反应，（3）①该反应为放热反应，升温，平衡逆向