第11章　热点强化15　化学反应原理归因分析

热点强化15化学反应原理归因分析文字描述代表一种开放性思维与能力，一般从速率、平衡(转化率)、安全、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。1.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××条件，可逆反应平衡向××方向移动，导致××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。一、催化活性及选择性问题1.[2025·江西，17(5)]通过对ZrO2负载Rh的单原子催化剂进行掺杂，可调控催化剂选择性生成CH4或CO，其示意图如下：ⅰ.写出Y的化学式：。

ⅱ.依据示意图，掺杂Na+的催化剂可以提高Y的选择性，其原因是。

答案ⅰ.COⅱ.钠抑制了Rh对H2的活化；钠与中间体的氧成键稳定了COOH*中间体构型解析ⅰ.可调控催化剂选择性生成CH4或CO，由图，右侧C、O相结合且均吸附在催化剂表面，则其后生成的Y为CO。ⅱ.由图，钠抑制了Rh对H2的活化，钠与中间体的氧成键稳定了COOH*中间体构型，从而使得掺杂Na+的催化剂可以提高CO的选择性。2.[2025·江苏，17(1)(2)]合成气(CO和H2)是重要的工业原料气。(1)合成气制备甲醇：CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)。CO的结构式为C≡O，估算该反应的ΔH需要(填数字)种化学键的键能数据。

(2)合成气经“变换”“脱碳”获得纯H2。①合成气变换。向绝热反应器中通入CO、H2和过量的H2O(g)：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH<0催化作用受接触面积和温度等因素影响，H2O(g)的比热容较大。H2O(g)过量能有效防止催化剂活性下降，其原因有。

②脱碳在钢制吸收塔中进行，吸收液成分：质量分数30%的K2CO3吸收剂、K2CrO4(Cr正价有+3、+6)缓蚀剂等。K2CO3溶液浓度偏高会堵塞设备，导致堵塞的物质是(填化学式)。K2CrO4减缓设备腐蚀的原理是。

答案(1)5(2)①该反应为放热反应，H2O(g)比热容较大，可防止绝热反应器中温度过高，导致催化剂失活；水蒸气可以与积炭反应生成CO和H2，防止积炭覆盖催化剂②KHCO3CrO42-将Fe2+氧化为Fe3+，自身被还原为Cr3+，Fe3+、Cr解析(1)ΔH=反应物总键能-生成物总键能，结合该反应中发生变化的化学键可知，估算该反应的ΔH需要C≡O、H—H、C—O、C—H、O—H共5种化学键的键能。(2)②脱碳时产生的CO2可与K2CO3发生反应：K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3，若K2CO3溶液浓度过高，则易导致KHCO3析出而堵塞设备；K2CrO4具有氧化性，可将Fe2+氧化为Fe3+，自身被还原为Cr3+，Fe3+、Cr3+在钢制设备表面形成致密的Fe2O3、Cr2O3膜或Fe(OH)3、Cr(OH)3膜，从而阻止设备被进一步腐蚀。3.[2025·安徽，17(3)]通过甲酸分解可获得超高纯度的CO。甲酸有两种可能的分解反应：①HCOOH(g)=CO(g)+H2O(g)ΔH1=+26.3kJ·mol-1②HCOOH(g)=CO2(g)+H2(g)ΔH2=-14.9kJ·mol-1一定温度下，使用某催化剂时反应历程如图甲，反应①的选择性接近100%，原因是；

升高温度，反应历程不变，反应①的选择性下降，可能的原因是。

答案反应①活化能远小于反应②升高温度，反应②的反应速率提升程度更大二、化学反应速率和化学平衡的调控问题4.[2025·浙江6月选考，18(3)]某研究小组提出，商用ClO2(常含杂质Cl2)在水中易发生如下反应，影响自来水消毒效果。Ⅳ2ClO2(aq)+H2O(l)=ClO3-(aq)+ClO2-(aqⅤ2ClO2(aq)+ClO-(aq)+H2O(l)=2ClO3-(aq)+2H+(aq)+Cl-ClO2中Cl2含量对ClO2反应初始速率v初始(ClO2)的影响如图所示。实验条件：T2①Cl2的存在主要加快了反应(填“Ⅳ”或“Ⅴ”)。

②指出改变v初始(ClO2)的影响因素，并解释原因：。

答案①Ⅴ②影响因素是溶液pH以及Cl2含量等，原因是Cl2浓度增大、pH增大，均使溶液中ClO-浓度增大，反应Ⅴ的反应物浓度增大，反应速率增大解析①反应Ⅳ是ClO2自身的氧化还原反应，而反应Ⅴ是ClO-作氧化剂，将ClO2氧化为ClO3-，故当Cl2存在时，存在平衡Cl2(aq)+H2O(l)⥬H+(aq)+Cl-(aq)+HClO(aq)、HClO(aq)⥬H+(aq)+ClO-(aq)，主要影响的是反应Ⅴ，即加快了反应5.[2025·四川，18(2)(3)]乙二醇是一种应用广泛的化工原料。以甲醛和合成气(CO+H2)为原料制备乙二醇，反应按如下两步进行：①HCHO(g)+CO(g)+H2(g)=HOCH2CHO(l)②HOCH2CHO(l)+H2(g)=HOCH2CH2OH(l)(2)恒压时，合成气中n(H2)∶n(CO)增大，HOCH2CHO(羟基乙醛)单位时间产率降低，其原因是。(3)反应中伴随副反应④：HCHO(g)+H2(g)=CH3OH(l)。平衡常数与温度之间满足关系lnK=-ΔHRT+常数，反应②和④的lnK与1T的关系如图所示，则ΔH2ΔH4(填“>”“<”或“=”)；欲抑制甲醇的生成，应适当(填“升高”或“降低”)反应温度，理由是答案(2)反应②的速率大于反应①使得单位时间内HOCH2CHO(羟基乙醛)产率降低(3)<降低随着1T的增大，即温度降低，反应②的lnK增大的程度大于反应④的lnK解析(2)恒压时，合成气中n(H2)∶n(CO)增大，意味着H2的分压增大，CO的分压减小，反应速率与反应物浓度相关，其CO分压减小效应超过H2分压增大的影响，导致反应①比反应②慢，故羟基乙醛单位时间产率降低。(3)lnK与1T的关系图中，斜率为-ΔHR。图中反应②的斜率大于反应④，表明|ΔH2|>|ΔH4|。由于两反应的K随温度降低均增大，均为放热反应(ΔH<0)，故ΔH2<ΔH4；欲抑制甲醇生成，即让反应②的正向进行程度大于反应④，由图可知，随着1T的增大，lnK2增大的程度大于ln6.[2025·甘肃，17(2)(4)节选]乙炔加氢是除去乙烯中少量乙炔杂质、得到高纯度乙烯的重要方法。该过程包括以下两个主要反应：反应1：C2H2(g)+H2(g)=C2H4(g)ΔH1=-175kJ·mol-1(25℃，101kPa)反应2：C2H2(g)+2H2(g)=C2H6(g)ΔH2=-312kJ·mol-1(25℃，101kPa)(2)一定条件下，使用某含Co催化剂，在不同温度下测得乙炔转化率如图所示(反应均未达平衡)。在60~220℃范围内，乙炔转化率随温度升高而增大的原因为(任写一条)，当温度由220℃升高至260℃。乙炔转化率减小的原因可能为。

(4)以Pd/W或Pd为催化剂，可在常温常压(25℃，101kPa)下实现乙炔加氢，反应机理如图所示(虚线为生成乙烷的路径)。以为催化剂时，乙烯的选择性更高，原因为。(图中“*”表示吸附态；数值为生成相应过渡态的活化能)答案(2)升高温度，反应速率加快(或升高温度，催化剂活性增强)220~260℃时，催化剂活性降低(4)Pd/WC2H4*→C2H6(g)，Pd/W作催化剂时活化能更大，更难生成C2H6(解析(2)在60~220℃范围内，反应未达到平衡状态，升高温度，反应速率加快，故乙炔转化率随温度的升高而增大，另外催化剂活性增强也可加快反应速率，提高乙炔转化率；而温度由220℃升高至260℃时，催化剂活性降低，故乙炔转化率减小。(4)由催化反应机理图中的能量变化可知，C2H4*→C2H4(g)时，使用Pd/W催化剂所需活化能更小，更易生成C2H4(g)，且C2H4*→C2H6(g)时，使用Pd/W催化剂所需活化能更大，更难生成C2H6(g7.[2024·山东，20(2)]水煤气是H2的主要来源，研究CaO对C-H2O体系制H2的影响，涉及主要反应如下：C(s)+H2O(g)⥬CO(g)+H2(g)(Ⅰ)ΔH1>0CO(g)+H2O(g)⥬CO2(g)+H2(g)(Ⅱ)ΔH2<0CaO(s)+CO2(g)⥬CaCO3(s)(Ⅲ)ΔH3<0压力p下，C-H2O-CaO体系达平衡后，图示温度范围内C(s)已完全反应，CaCO3(s)在T1温度时完全分解。气相中CO、CO2和H2摩尔分数随温度的变化关系如图所示，则a线对应物种为(填化学式)。当温度高于T1时，随温度升高c线对应物种摩尔分数逐渐降低的原因是。

答案H2当温度高于T1，CaCO3(s)已完全分解，只发生