（3）化学反应原理综合——2024届高考化学二轮复习突破典型题型之综合题

这是一份（3）化学反应原理综合——2024届高考化学二轮复习突破典型题型之综合题，共35页。试卷主要包含了反应热的比较与计算，化学平衡状态及移动方向的判断，速率等内容，欢迎下载使用。

1.反应热的比较
(1)分清是ΔH还是热量的比较。热量无正负，只比较数值；ΔH有正负，比较大小注意带符号比较。
(2)直接比较法
①吸热反应的ΔH肯定比放热反应的大(前者大于0，后者小于0)。
②等量的可燃物完全燃烧所放出的热量比不完全燃烧所放出的热量多。
③产物相同时，同种气态物质燃烧放出的热量比等量的固态物质燃烧放出的热量多。
如：A(s)+B(g)C(g) ΔH1，A(g)+B(g)C(g)
ΔH2，则ΔH1>ΔH2。
反应物相同时，生成同种液态物质放出的热量比生成等量的气态物质放出的热量多。
如：A(g)+B(g)C(g) ΔH1，A(g)+B(g)C(l)
ΔH2，则ΔH1>ΔH2。
④对于可逆反应，因反应不能进行完全，实际反应过程中放出或吸收的热量要小于相应热化学方程式中的反应热数值。
(3)盖斯定律法比较
如比较ΔH1与ΔH2的大小的方法。因ΔH1<0，ΔH2<0，ΔH3<0(均为放热反应)，依据盖斯定律得ΔH1=ΔH2+ΔH3，即|ΔH1|>|ΔH2|，所以ΔH1<ΔH2。
(4)图示比较法
依据反应物的总能量与生成物的总能量的高低关系比较ΔH的大小。
对于反应2A+B2C的能量变化如图所示：
2.反应热的三种计算方式
(1)利用键能计算：ΔH=∑E(反应物)-∑E(生成物)，即ΔH等于反应物的键能总和与生成物的键能总和之差。
(2)由ΔH含义计算：ΔH=H(生成物)-H(反应物)，这类计算通常会通过图像的方式给出计算所需的数据。
(3)盖斯定律的应用：盖斯定律既可以计算出目标反应的ΔH，也可以得出目标反应的热化学方程式。
①调方向：根据目标方程式反应物、生成物的位置，调整已知方程式的反应方向。满足目标方程式各物质的位置要求，注意方程式方向改变，ΔH符号随之改变，但数值不变。
②调化学计量数：把目标方程式中不存在的物质的化学计量数调整为相等，ΔH随之进行调整，与化学计量数成比例。
③相加：把调整好的方程式相加就得到目标方程式，必要时可约简化学计量数，同时也得到相应方程式的反应热ΔH。
二、化学平衡状态及移动方向的判断
1.化学平衡状态的判定
(1)直接判定：v正=v逆(实质)
①一定是用同一物质表达的正反应速率与逆反应速率相等(即该物质的生成速率与消耗速率相等)。
②对于用不同物质表达的速率，可通过化学方程式中的化学计量数转化为同一物质，但必须是不同方向的速率。
(2)间接判定
关键是看欲判定的条件因素是否与可逆化学反应具备相关性，也就是当化学反应向某一方向进行时，该因素是否随之发生变化：
①若条件随反应进行发生变化，说明两者具备相关性，当该条件不变时，建立平衡。
②若条件不随反应进行发生变化，说明两者不具备相关性，条件不变时，不一定建立平衡。
2.化学平衡移动的判断
(1)判断转化率的变化时，不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来，要视具体情况而定。
(2)压强影响的实质是浓度的影响，所以只有当这些“改变”造成浓度改变时，平衡才有可能移动。
(3)化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变，而不是“抵消”外界条件的改变。也就是说，新平衡建立后该物理量介于改变前后的值之间。
①反应物A的浓度由1 ml·L-1增大为2 ml·L-1，平衡右移，平衡后A的浓度：1 ml·L-1②将体系温度从50 ℃升高到80 ℃，则化学平衡向吸热反应方向移动，达到新平衡状态时，体系温度：50 ℃③对反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)加压(压缩容器体积)，从30 MPa加压到60 MPa，化学平衡向气体分子数减小的方向移动，达到新平衡时，体系压强：30 MPa(4)在分析化学平衡移动前后，体系颜色、压强、浓度等的变化时，我们可以把整个过程分为两个阶段：第一阶段只考虑物理过程(如减小容器体积)，然后确定颜色、压强、浓度等的变化；第二阶段再考虑平衡的移动，在上面判断的基础上考虑相关因素的变化。结合上面(3)的结论确定相关条件的变化。
(5)虚拟过程法判断平衡移动：在判断平衡移动时，如果不好直接得出结论，可用构造虚拟过程的方法，比如在一定温度下，2 ml SO2和1 ml O2在容器甲中建立的平衡体系中，再加入2 ml SO2和1 ml O2的混合气体，可假定在另一个相同体积的容器乙中先建立平衡，此时这两个平衡体系完全一致，然后把乙中气体压入容器甲，甲中各物质的量增倍，则平衡右移。
3.等效平衡
(1)等效平衡的概念
在一定条件(恒温、恒容或恒温、恒压)下，同一可逆反应体系，不管是从正反应开始，还是从逆反应开始，在达到化学平衡状态时，任何相同组分的百分含量(体积分数、物质的量分数等)均相同，这样的化学平衡互称等效平衡。
①相同的外界条件：通常可以是恒温、恒容或恒温、恒压。
②平衡状态只与始态有关，而与途径无关(无论反应从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，或是从中间状态开始；不管投料是一次还是分成几次；反应容器经过扩大—缩小或缩小—扩大的过程)，只要起始浓度相当，就达到相同的平衡状态。
(2)等效平衡的判定
①恒温、恒容条件
a.对于反应前后气体分子数改变的可逆反应，对于几种不同的起始状态，如果通过方程式的化学计量数转换为反应同一侧(“一边倒”换算)，与原平衡完全相同，则两平衡等效。
b.对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，通过方程式的化学计量数转换为反应同一侧，只要各物质的物质的量之比与原平衡相同，则两平衡等效。
②恒温、恒压条件
不管反应前后气体分子数是否改变，只要通过方程式的化学计量数转换为反应同一侧的状态，各物质的物质的量之比与原平衡相同，则达平衡后与原平衡等效。
三、速率、转化率及平衡常数的计算
1.化学反应速率的计算与比较
对于化学反应mA(g)+nB(g)cC(g)+dD(g)
(1)速率计算公式：v(B)=Δc(B)Δt=Δn(B)VΔt。
(2)同一反应用不同的物质表示反应速率时，数值可能不同，但意义相同。不同物质表示的反应速率，存在如下关系：v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶c∶d。
(3)化学反应速率的大小比较(注意把速率的单位换算成相同单位)。
①通过反应条件比较大小，高温、高压、增大浓度、使用催化剂时化学反应速率都要加快。
②用不同物质表达的反应速率要通过方程式转化为同一物质再作比较。
③对于有催化剂存在的多步反应，活化能小的反应的反应速率快于活化能大的反应的反应速率。
2.转化率、平衡常数的计算
(1)转化率α=n(转化)n(起始)×100%=c(转化)c(起始)×100%。
(2)化学平衡常数：对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，K=cp平(C)·c平q(D)c平m(A)·c平n(B)
①固体或纯液体的浓度是常数，平衡常数表达式中不能出现固体或纯液体。
②化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。
③平衡常数表达式与方程式的书写形式有关。对于同一个反应，当方程式的化学计量数不同时，对应有不同的平衡常数(数值、单位均不同)；当方程式逆写时，平衡常数与原平衡常数互为倒数。
(3)压强平衡常数Kp
①Kp仅适用于气相发生的反应。
②在气相的化学平衡体系中，用各气体物质的分压替代浓度计算得到的平衡常数就是压强平衡常数。
③对于可逆反应：mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，Kp=pp(C)·pq(D)pm(A)·pn(B)。
④各组分分压=总压×各组分物质的量分数。
3.基元反应与化学反应速率常数
(1)基元反应
①基元反应是指在反应中，反应物微粒(分子、离子、自由基等)一步直接转化为产物的反应。
②绝大多数的反应不是基元反应，需要经历若干个基元反应才能完成。
(2)化学反应速率常数
①含义：对于基元反应，其化学反应速率与反应物浓度的数值的化学计量数次方的乘积成正比。
例如：对于基元反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，
正反应速率为v正=k正×cm(A)×cn(B)，逆反应速率为v逆=k逆×cp(C)×cq(D)，其中k正、k逆分别为正、逆反应的速率常数。
②化学反应速率常数在数值上等于各反应物浓度为1 ml·L-1时的反应速率数值。
(3)速率平衡常数k正、k逆与化学平衡常数K的关系
对于前面的基元反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，当反应建立平衡后，有v正=v逆，即k正×cm(A)×cn(B)=k逆×cp(C)×cq(D)。k正k逆=cp(C)×cq(D)cm(A)×cn(B)=K，也就是说，对于基元反应而言，存在K=k正k逆。
4.熟练运用“三段式”法进行平衡的相关计算
对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，若A、B起始物质的量浓度分别为a ml·L-1、b ml·L-1，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx ml·L-1。
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
起始/(ml·L-1)ab00
变化/(ml·L-1)mxnxpxqx
平衡/(ml·L-1)a-mxb-nxpxqx
反应物A的平衡转化率=mxa×100%，
反应的平衡常数K=(px)p·(qx)q(a-mx)m·(b-nx)n。
5.化学平衡常数的应用
(1)判断反应进行的方向
通过与浓度商的大小比较，判断反应进行的方向。对于可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，在一定温度下的任意时刻，浓度商(Qc)的表达式为 Qc=cp(C)×cq(D)cm(A)×cn(B)。
若Qcv(逆)，反应向正反应方向进行。
若Qc=K，v(正)=v(逆)，反应处于平衡状态。
若Qc>K，v(正)(2)判断反应的热效应
升高温度，K增大，则正反应为吸热反应；K减小，则正反应为放热反应。
6.催化剂的催化原理与活化能
(1)催化剂的催化原理主要是改变反应的路径，生成多种中间产物，催化反应往往由多步基元反应组成，其中活化能最大的基元反应，反应速率最慢，决定整个反应的反应速率。
(2)催化剂的主要作用是提供一个活性位点，与反应物分子结合生成中间吸附产物。整个催化历程总体上可分为吸附—反应—脱附三个阶段，每个阶段可能包含多步反应。首先，反应物分子被吸附在催化剂表面，催化剂与反应物分子反应生成中间产物，然后，这些中间产物继续反应或脱离催化剂表面生成最终产物。
(3)反应物分子在催化剂表面的吸附—反应—脱附过程的反应活化能远小于反应物分子直接反应的活化能，使得反应更容易进行，反应速率大大加快。
(4)由于在整个化学反应中催化剂经历了反应又生成的变化，所以催化剂在整个反应前后化学组成没有发生变化，但是催化剂的物理状态会发生变化(块状、颗粒变为粉末)。
四、速率、平衡图像题的综合分析
1.高考中速率、平衡图像题的特点
(1)近三年高考试题速率、平衡图像的呈现

(2)化学平衡相关图像题目的特点
①把可逆化学反应的特点通过图像展示给考生，要求考生通过对图像的解读获取反应相关信息来解答相关问题。
②图像从2019年的速率图像过渡为近两年的平衡图像，涉及的化学反应主要是容器中气体间的反应。
③图像的横坐标基本是温度、时间、压强；纵坐标多为平衡气体分压(各组分物质的量分数)、浓度、反应物的平衡转化率等。2021年开始变化较大，纵坐标引入压强平衡常数的对数，横坐标把温度转变为温度的倒数。同时开始出现多坐标轴，实际是把两个图像呈现在一幅图中，需要分清曲线对应的坐标轴。这些创新可能会成为以后平衡图像试题的一个方向。
④从上面的总结中可以看出，平衡图像类题目解答所用的理论依据基本都是条件对化学反应速率、化学平衡的影响。
2.化学速率、平衡图像的解答方法
(1)图像信息的获取
①看轴：弄清纵、横坐标的物理含义。
②看面：分析多条曲线的差异(不同温度、不同压强)与相互关系。
③看线：弄清线的走向、变化趋势及线的陡与平所代表的化学意义；把线的变化趋势解读为可逆化学反应的特点(ΔH、反应前后气体的变化)。
④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、折点、最高点与最低点等；尤其这些特殊点的数值是相关计算的依据。
(2)图像信息的应用
①在准确解读图像信息的基础上，对试题信息进行加工处理
②找准切入口，用好图像信息
a.从曲线的变化趋势着手
通过温度、压强对可逆反应平衡的影响特点，确定化学反应的ΔH以及反应前后分子数的变化。
b.从点入手
尤其是给出坐标数值的点(包括坐标轴上的起点)，这些都是进行平衡相关计算(转化率、平衡常数、反应速率等)的数据信息来源。
c.分清直线(水平段居多)、曲线变化(上升、下降、平缓、转折等)代表的化学含义，同时对走势有转折变化的曲线，要分段分析，找出各段曲线的变化趋势及其含义，每一段可能发生了不同的反应。
【针对训练】
1.在“碳达峰”“碳中和”的发展背景下，催化加氢合成甲醇是重要的碳捕获利用与封
存技术，该过程主要发生下列反应：
反应①
反应②
回答下列问题：
（1）CO继续加氢生成气态甲醇的热化学方程式为_______。
（2）①现向2L恒容密闭容器中加入，在恒温下发生上述反应。10s后反应达到平衡，此时容器内的浓度为，CO为。则前10s内的平均反应速率_______；反应②的平衡常数为_______。
②若恒温恒容条件下只发生反应①，起始投料比，下列叙述能说明反应①达到平衡状态的是_______。
a.单位时间内消耗的同时生成
b.1ml生成的同时有3mlH—H键断裂
c.和的浓度保持不变
d.容器内压强保持不变
e.和的物质的量之比保持不变
（3）催化加氢制甲醇反应历程中某一步基元反应的Arrhenius经验公式的实验数据如图1所示，已知Arrhenius经验公式为（其中为活化能，为速率常数，和为常数）。
该反应的活化能_____。
（4）0.5MPa下，将的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应器，测得的转化率、或CO的选择性[]以及的产率（的转化率×的选择性）随温度的变化如图2所示。
曲线a表示________（填“”或“CO”）的选择性随温度的变化，270℃时，对应的转化率为________；在210～250℃之间，的产率增大的原因是________。
2.乙烯的产量是衡量一个国家石油化工发展水平的标志，近几年各国都加大了乙烯制备的研发力度。回答下列问题：
（1）乙烷分解法
已知CO的燃烧热为。以和为原料可以协同制取和CO，发生的反应如下：
反应1：
反应2：
①的_______。
②恒温条件下，下列能够提高反应中乙烯产率的措施有________（填标号）。
A.保持体积不变，通入氮气
B.保持压强不变，通入乙烷
C.保持体积不变，通入乙烷
D.及时分离出氢气
③恒温恒压(100kPa)下，在密闭容器中通入乙烷和稀有气体，平衡时各组分的体积分数分别为：乙烷5%、氢气20%、乙烯20%。该温度下反应的平衡常数______kPa（用物质的平衡分压代替平衡浓度，平衡分压=总压强×体积分数）。
（2）二氧化碳转化法反应原理为。在体积固定的密闭容器中，加入一定量的、和催化剂，一段时间内测得二氧化碳的浓度变化如图1所示。在相同时间段内，测得乙烯的体积分数随温度变化如图2所示。
①由图1可知，0~8min用乙烯表示的平均反应速率为_____。
②图2中，a、b、c三点表示的化学平衡常数由大到小的顺序为_____；b点的反应速率_______（填“<”“>”或“=”）。
③b点后乙烯的体积分数随温度升高逐渐减小的原因可能是_____、_____（任写两条）。
④实验测定，反应中，（、为速率常数，只与温度有关），精确实验表明，达到平衡时的值为的2倍，则该反应的平衡常数_______。
3.利用逆水煤气变换与丙烷直接脱氢进行耦合可有效提升丙烯的产率，具有极高的经济价值，反应过程中发生的反应如下：
丙烷直接脱氢反应：
逆水煤气变换反应：
请回答下列问题：
（1）耦合后总反应：________。
（2）不同温度下，三个反应的吉布斯自由能变化如图甲所示。
1073K时，可自发进行的反应为___。
（3）不同气配比[为1：4、1：3、1：2、1：1]对转化率的影响如图乙所示：
①800K、时，的平衡转化率为________。
②充入能影响转化率的原因是________、________。
（4）在恒压为的恒温容器中加入1ml和3ml发生上述反应，平衡时，的转化率为，的体积分数为。
①平衡时，气体的总物质的量为________。
②丙烷直接脱氢反应的=________（用含的代数式表示）。
4.研究氮氧化物反应的特征及机理，对处理该类化合物的污染问题具有重要意义。回答下列问题：
（1）氮的氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时，涉及如下反应：
Ⅰ.
Ⅱ.
①反应：只有在低温时自发进行，则该反应的活化能：（正）_______（逆）（填“>”或“<”），。的数值范围是______（填序号）。
A.<-1
B.-1~0
C.0~1
D.>1
②为研究上述反应体系的平衡关系，恒温条件下，向盛有足量NaCl（s）的恒容密闭容器中加入0.2 ml、0.2 ml NO和0.1 ml，初始压强为，只发生反应Ⅰ、Ⅱ，达到平衡时测得体系的压强减少20%，的平衡转化率为20%，则平衡反应时_______ml，Ⅱ的压强平衡常数____（为以分压表示的平衡常数，气体分压=气体总压×体积分数）。
（2）CO还原氮氧化物的反应如下：。
①该反应分别在不同温度、不同催化剂下，保持其他初始条件不变，重复实验，在相同时间内测得NO转化率与温度的关系如图甲所示。
在催化剂作用下，图中点________（填“达到了”或“未达到”）平衡状态。温度高于400℃，NO转化率降低的原因可能是________。
②实验测得（是速率常数，只与温度有关）。如图乙所示①②③④四条斜线中，能表示随温度变化的是_______（填序号）升高温度，_____（填“增大”“减小”或“不变”）图中点的纵坐标分别为，则温度时化学平衡常数_____.
③同温同压下，再向该容器中注人稀有气体氦气，该反应的化学平衡将______（填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”）。
5.二甲醚（DME）作为一种新兴的基本有机化工原料，在制药、燃料、农药等化学工业中有许多用途，还是未来制取低碳烯烃的主要原料之一。回答下列问题。
（1）已知：的燃烧热，CO（g）的燃烧热，二甲醚的燃烧热，。则_____。
（2）恒温恒容条件下，能说明达到平衡的标志是______（填序号）。
A.的反应速率之比为4：2：1：1
B.的物质的量之比为4：2：1：1
C.混合气体的平均摩尔质量保持不变
D.容器中气体的密度保持不变
（3）在时，向容积为1L的恒容容器中充入物质的量之和为3ml的和CO且，发生反应，达到平衡时的体积分数对应图甲中点。
当起始时，反应达到平衡状态后，的体积分数可能对应图甲中的____（填“”“”或“”）点。
（4）某温度下，将2.0ml CO(g）和4.0ml（g）充入容积为2L的密闭容器中，反应达到平衡时，改变压强和温度，平衡体系中（g）的物质的量分数变化情况如图乙所示，关于温度和压强的关系判断正确的是_______（填序号）。
A.
B.
C.
D.
（5）在恒温恒压条件下，密闭容器中充入2.0mlCO（g）和4.0ml（g）发生应，平衡时的转化率为50%。达到平衡时，______；平衡常数______（以分压表示，分压=总压×物质的量分数）。
6.将玉米秸秆进行热化学裂解可制备出以为主要成分的生物质原料气，对原料气进行预处理后，可用于生产甲醇、乙醇等燃料。
（1）已知：几种常见共价键的键能如表所示。
由此可估算反应。的焓变=______。
（2）若在恒容绝热的密闭容器中进行上述反应，下列说法正确的是_____（填序号）。
A.体系温度不再发生变化时，反应达到化学平衡状态
B.平衡体系中，和的物质的量之比为2：1
C.加入催化剂，可以提高的平衡产率
D.其他条件不变，增大CO的浓度，能提高的平衡转化率
（3）和合成乙醇的反应为。将等物质的量的和充入一刚性容器中，测得平衡时的体积分数随温度和压强的变化关系如图甲所示。
①压强：______（填“>”“<”或“=”，下同），判断依据是___。
②两点的平衡常数：_____。
③已知Arrhenius经验公式为（为活化能，为速率常数，和为常数），为探究m、n两种催化剂的催化效率，进行了实验探究，依据实验数据获得图乙所示曲线。在m催化剂作用下，该反应的活化能___。从图中信息获知催化效率较高的催化剂是___（填“m”或“n”）。
7.磷石膏是湿法生产磷酸的固体废弃物，主要成分是。用磷石膏生产硫酸或硫，既可减少对环境的污染又可使资源循环利用。回答下列问题：
（1）用硫黄还原磷石膏。已知下列反应：
①
②
则反应的____（用和△表示）。
（2）以高硫煤为还原剂焙烧2.5小时，温度对转化率的影响如图甲所示，的作用是______；当温度高于1200℃时，无论有无，的转化率都趋于相同，可能的原因是______。
（3）用CO作还原剂与磷石膏反应，不同反应温度下可得到不同的产物。
①温度低于800℃时，主要的还原产物是一种硫的最低价盐，该物质的化学式是____。
②1150℃下，向盛有足量的真空恒容密闭容器中充入一定量CO，反应体系起始压强为，主要发生反应：。该反应达到平衡时，，CO的转化率为80%，则初始时_____，该反应的分压平衡常数___MPa（用含的代数式表示，分压=总压×物质的量分数，忽略副反应）。
（4）以C作还原剂，向密闭容器中加人相同质量的几组不同C/S值（炭粉与的物质的量之比）的混合物，1100℃煅烧至无气体产生，结果如图乙所示。当C/S值为0.5时，反应产物主要为CaO、和；当C/S值大于0.7时，反应所得气体中的体积分数不升反降，可能的原因是_______。
8.二氧化碳的资源化利用是实现碳中和的一种重要途径，研究表明，二氧化碳在催化剂的作用下可以氧化乙烷脱氢，生成乙烯和CO。请回答：
（1）已知CO和的燃烧热分别为和，。
①氧化乙烷脱氢制乙烯的热化学方程式为______。
②研究认为氧化乙烷脱氢制乙烯的反应由两个连续的反应组成，即反应和反应，则活化能_____（填“>”“=”或“<”）。
③画出二氧化碳和乙烷经两步反应生成乙烯的反应过程中相对能量的变化示意图。
（2）研究表明在催化剂表面上，乙烷和二氧化碳的反应机理如下：
①下列说法正确的是______。
A.反应过程中碳原子的杂化类型没有发生变化
B.催化剂上氧缺位越多，催化性能越好
C.若反应在恒温恒容的密闭容器中进行，体系中CO的分压不变时，则反应已经达到了平衡
D.催化剂改变了二氧化碳氧化乙烷脱氢制乙烯的焓变，使反应更容易进行
②乙烷转化为乙烯的过程中还伴有副反应：，从而造成氧缺位上积碳，积碳会造成催化剂的活性降低，如图是其他条件不变的情况下，测得在相同时间内、不同下乙烯产率的变化曲线。从催化剂的角度分析乙烯的产率随着的增大，先增加后减小的原因可能是______。
（3）是二氧化碳氧化乙烷脱氢的催化剂的活性成分，如图是在不同温度下，相同时间内测定的催化剂中的质量分数对乙烷转化率和乙烯选择性的影响（乙烯的选择性=×100%）。
①的质量分数对乙烯产率（乙烷的转化率×乙烯的选择性）的影响是________。
②时，向1L恒容密闭容器中充入1ml和1.8ml以及含的质量分数为3%的催化剂，在上述测定的时间内主副反应达到平衡，假设副反应只有，则时，反应的平衡常数为________。
9.甲酸是基本有机化工原料之一，广泛应用于农药、皮革、染料、医药和橡胶等工业。在较高温度或有催化剂存在下，它会分解成CO和或和。
反应I：
反应Ⅱ：
（1）已知工业上甲酸的能量关系转换会涉及以下反应：
则反应Ⅱ的_______。
（2）一定温度下，甲酸在某催化剂作用下分解的能量变化过程如图所示。
该反应的催化剂为________，该反应历程中速率最慢步骤的反应方程式为________________________。
（3）恒定压强为100 kPa时，向密闭容器中充入一定量的HCOOH气体，HCOOH（g）分解成CO和或和。平衡体系中CO或的选择性和HCOOH的转化率随温度变化曲线如图所示。
①400 ℃时，反应Ⅱ的平衡常数_______kPa（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×体积分数；结果保留小数点后1位）。
②图中随着温度升高，HCOOH的转化率增大，请解释CO的选择性下降的可能原因：__________。
（4）已知：25 ℃时，的电离平衡常数，，HCOOH的电离平衡常数。
①将的HCOOH溶液加入50 mL 的碳酸钠溶液中，写出相应反应的离子方程式：___________。
②25 ℃时，当溶液中时，溶液中_______。
10.丙烯是重要的石油化工中间体，可由丙烷脱氢制备，请回答下列问题：
I.丙烷直接脱氢法制丙烯
（1）某温度下，由处于标准状态的各种元素指定的单质生成标准状态的1 ml某纯物质的热效应称为标准摩尔生成热，记为，单质的标准摩尔生成热为。的标准摩尔生成热分别为，则丙烷直接脱氢反应________。
（2）分别在0.1 MPa、0.01 MPa条件下测定不同温度时，的平衡含量如图所示。
代表0.1 MPa下，摩尔分数的曲线为___________；原因是_________________________________。
Ⅱ.二氧化碳耦合丙烷脱氢
在恒压为p的容器中充入，发生反应：
反应I：
反应Ⅱ：
（3）充入能增大转化率的原因是_________、________。
（4）能说明该体系达到平衡状态的条件是________（填字母）。
A.的物质的量分数保持不变B.气体密度保持不变
C.保持不变D.
（5）反应达到平衡时，测得的转化率为的体积分数为φ：
①的转化率为________。
②反应I的________。
答案以及解析
1.答案：（1）
（2）①；0.107；②bcd
（3）30.0
（4）CO；21%；温度升高，生成的反应速率增大
解析：（1）第一步：写出反应的化学方程式。
。
第二步：对比。
目标方程式
反应①
反应②
第三步：叠加。目标方程式与已知方程式的相同物质在两侧，则相减，目标方程式中不含和，已知反应①和②中含，由反应①-反应②可得目标方程式：。
（2）①根据题意列三段式如下：
则平衡时，，则。将上述数据代入平衡常数表达式，可得反应②的平衡常数。②单位时间内消耗的同时生成，都代表逆反应，不能据此判断反应是否达到平衡状态，a不符合题意；生成1ml的同时会形成3mlH—H键，还有3mlH—H键断裂，则的浓度不变，反应处于平衡状态，b符合题意；若和的浓度保持不变，说明它们的生成速率与消耗速率相等，反应达到平衡状态，c符合题意；该反应是反应前后气体物质的量改变的反应，反应在恒容密闭容器中进行，若容器内压强保持不变，则气体的物质的量不变，反应达到平衡状态，d符合题意；加入和的物质的量之比等于反应过程中消耗的物质的量之比，因此和的物质的量之比始终保持不变，不能据此判断反应是否达到平衡状态，e不符合题意。
（3）根据图象并结合Arrhenius经验公式有：①，②，联立两式解得。
（4）反应①为放热反应，升高温度，未达到平衡之前，相同时间内甲醇的产率增加，达到平衡后随温度的升高，反应①平衡逆向移动，甲醇的产率和选择性降低；反应②为吸热反应，随着温度的升高，CO的产率和选择性升高，故曲线a代表CO的选择性随温度的变化。270℃时，CO的选择性为70%，则甲醇的选择性为30%，6.3%甲醇的产率为6.3%，故对应的转化率为。在210～250℃之间，反应①未达到平衡，的产率增大的原因是温度升高，生成的反应速率增大。
2.答案：（1）①+136；②D；③80
（2）①0.025；②a>b>c；>；③温度升高，催化剂的活性降低，反应速率降低；温度升高，发生其他副反应；④0.5
解析：（1）①根据盖斯定律，。②A项保持体积不变，通入氮气，对平衡无影响；B项保持压强不变，通入乙烷，各组分体积分数不变，产率不变；C项保持体积不变，通入乙烷，相当于加压，平衡逆向移动，乙烯产率减小；D项及时分离出氢气，平衡正向移动，乙烯产率增大。③根据题意，，，，。
（2）①根据图1，0~8min，，，故用乙烯表示的平均反应速率为。②根据图2中，平衡时的体积分数曲线，可知温度升高乙烯的体积分数减小，该反应为放热反应，温度升高，化学平衡常数减小；b点乙烯体积分数小于乙烯在该温度下的平衡体积分数，故反应正向进行，。③b点后乙烯的体积分数随温度升高逐渐减小的原因可能为温度升高，催化剂的活性降低，反应速率降低；有机反应复杂，温度升高，有其他副反应发生。④达到平衡时，，故，。
3.答案：（1）
（2）丙烷直接脱氢反应、耦合后总反应
（3）①40%；②会消耗丙烷直接脱氢反应产生的，促进丙烷直接脱氢反应平衡正向移动可以降低分压，促进丙烷直接脱氢反应平衡正向移动
（4）①；②
解析：（1）根据盖斯定律可知，两已知反应相加可得。
（2）吉布斯自由能小于0时，反应可以自发进行，根据图甲判断，1073K时，吉布斯自由能小于0的反应为丙烷直接脱氢反应及耦合后总反应。
（3）①越大，的转化率越低，即图乙四条曲线从上到下分别代表、1：3、1：2、1：1，则根据图乙可知，800K、时，的平衡转化率为40%。
（4）①丙烷直接脱氢反应中，每消耗1ml，气体的物质的量增加1 ml，而逆水煤气变换反应中，反应前后气体物质的量不变。反应过程中，的转化量为1 ml×，则平衡时，气体的总物质的量为1 ml+3ml+1 ml×=（4+）ml。②根据题中数据可列出丙烷直接脱氢反应的三段式：
的体积分数为，的体积分数为，则直接脱氢反应的平衡时。
4.答案：（1）①<；D；②0.18；
（2）①未达到；温度升高催化剂活性降低；②④；减小；0.1；③逆向移动
解析：（1）①根据反应的热化学方程式可知该反应，反应在低温下能自发进行，根据，推知，该反应为放热反应，故该反应正反应的活化能小于逆反应的活化能。根据盖斯定律，该反应的，推得，均为负值，故，D正确。
②结合题意，设反应达到平衡时消耗，列三段式：
根据题意，平衡时体系的压强减少20%，恒温恒容条件下气体的压强之比等于其物质的量之比，可知平衡后体系中气体总物质的量为0.5ml×（1-20%）=0.4ml，可列式：，解得，则平衡时。由以上计算知，反应Ⅱ达到平衡时，气体总压为，，则反应Ⅱ的。
（2）①在催化剂的作用下，点对应的NO转化率小于相同温度下使用另一催化剂时NO的转化率，催化剂的使用不影响平衡移动，故点不是平衡状态；温度高于400℃后转化率降低可能是因为温度升高使催化剂的活性降低。②速率常数只与温度有关，升高温度，正、逆反应速率常数均增大，则减小，由于正反应放热，升高温度平衡逆向移动，则增大的倍数大于增大的倍数，故升高温度，的值减小，表示随温度变化的斜线是④，表示随温度变化的斜线是③。，平衡时，则有，，所以温度时化学平衡常数。③同温同压下，再向该容器中注入氦气，相当于减小压强，平衡向气体分子数增大的方向移动，即平衡向逆反应方向移动。
5.答案：（1）-204.7
（2）C
（3）d
（4）BD
（5）；
（6）①；②<；该反应正反应是放热反应，温度越低，平衡常数越大，时，，则，温度降低，反应向正反应方向进行，气体分子数减小，压强减小
解析：由题意可得出①；②；③；④。根据盖斯定律，4×①+2×②-③+④可得目标反应，则。
（2）在化学反应中，无论反应是否达到平衡，各物质的化学反应速率之比都等于化学计量数之比，A错误；各物质的物质的量之比等于化学计量数之比，不能说明该反应达到平衡，B错误；，反应物和生成物都是气体，保持不变，该反应的正反应是气体分子数减小的反应，反应达到平衡时，不变，不变，因此混合气体的平均摩尔质量保持不变能说明反应达到平衡，C正确；，反应物和生成物都是气体，保持不变，恒容条件下，保持不变，所以始终不变，则混气体的密度保持不变不能说明反应达到平衡，D错误。
（3）恰好等于和CO的化学计量数之比，此条件下平衡时的体积分数达到最大，当起始时，CO的物质的量减小，平衡时的体积分数减小。
（4）正反应为气体分子数减小的放热反应，温度越低、压强越大，二甲醚的物质的量分数越大。由图乙可知，在相同温度下，对应的二甲醚的物质的量分数依次减小，故；在相同压强下，对应的二甲醚的物质的量分数依次增大，故，故B、D正确。
（5）根据题目信息可列三段式：
，，，平衡常数。
（6）①，平衡时，则。
6.答案：（1）-353
（2）AD
（3）①<；该反应为气体分子数减小的反应，温度相同时，压强越大，平衡体系中乙醇的体积分数越大；②>；③；n
解析：（1）根据反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，可得。
（2）该容器为绝热的密闭容器，若反应还在正向或逆向进行，则体系的温度会变化，故当体系的温度不再发生变化时，反应达到化学平衡状态，A正确；平衡时和的物质的量不再改变，但其比值不一定为2：1，其比值与起始投入的量及其化学计量数等有关，B错误；催化剂能改变反应速率，但不影响平衡，故不能提高的平衡产率，C错误；其他条件不变，增大CO的浓度，平衡正向移动，能提高的平衡转化率，D正确。
（3）①该反应为气体分子数减小的反应，增大压强，平衡向右移动，故温度相同时，压强越大，平衡体系中乙醇的体积分数越大，故压强：；②由图知温度升高，平衡时乙醇的体积分数减小，说明升温平衡逆向移动，则正反应为放热反应，可知温度越高，平衡常数越小，即；③将图中两点坐标（7.2，56.2）、（7.5，27.4)代入题给公式中，得两个关系式：、，两式相减解得；从图中信息知，直线n斜率的绝对值更小，即更小，说明催化效率更高。
7.答案：（1）
（2）作催化剂两种情况下反应均趋于平衡，催化剂不影响平衡
（3）①CaS；②；
（4）高温下，过量的C与反应生成CO，使气体总体积增大（或部分转化为其他含硫物质，合理即可）
解析：（1）根据盖斯定律可知，可得目标热化学方程式，对应反应热。
（2）由图甲可知改变反应速率，但不改变最终的转化率，说明在转化过程中起催化作用；当温度高于1200℃时，两者转化率趋于相同，说明两种情况下反应趋于平衡状态，催化剂不改变平衡状态，则无论有无，的转化率趋于相同。
（3）①S的最低价态为-2价，温度低于800℃时，主要的还原产物为CaS。②根据反应：可知，转化的CO的浓度与生成的相同，所以该反应达到平衡时，，CO的转化率为80%，因此CO的初始浓度；根据题意列出三段式：
平衡时的总压强为，则的平衡分压分别为，所以。
（4）因高温下过量的C与反应生成CO，化学方程式为，从而使气体总体积增大，导致混合气体中的体积分数不升反降，也可能是部分转化为其他含硫物质，从而使的体积分数降低。
8.答案：（1）①+134；②<；③（吸热且第二步反应的活化能大于第一步反应的）
（2）①BC；②适当提高二氧化碳的含量，有利于除去氧缺位上的积碳，提高催化剂的活性；二氧化碳浓度过大时，催化剂表面吸附过量二氧化碳，影响后续乙烷的反应
（3）①随着质量分数的增大，乙烯的产率增大；②0.135
解析：（1）①第一步：根据题意写出已知热化学方程式。Ⅰ.；Ⅱ.；Ⅲ.。
第二步：找出目标反应中的相关物质。反应物：；生成物：。
第三步：消去中间物并简单计算。根据盖斯定律，由Ⅲ-×Ⅰ+×Ⅱ得。②总反应速率一般由连续反应中的反应速率最慢的一个决定，活化能越小，活化分子越多，有效碰撞越多，反应速率越快，故。③根据上述分析可知，总反应为吸热反应，两个连续的反应也均为吸热反应，且第二步的活化能比第一步的大，据此可画出反应过程中的相对能量变化示意图。
（2）①乙烷中碳原子的杂化方式为，乙烯中碳原子的杂化方式为，A错误；从图中可知氧缺位是吸附催化的活性部位，因此催化剂上氧缺位越多，催化性能越好，B正确；反应在恒温恒容的密闭容器中进行，生成CO，则当CO的分压不变时，其他物质的物质的量也不再变化，说明反应达到了平衡，C正确；焓变取决于反应物的总能量和生成物的总能量，催化剂只是改变了反应的活化能，不能改变反应的焓变，D错误。②根据题给信息可知，副反应会造成氧缺位上积碳，适当提高二氧化碳的含量，有利于除去氧缺位上的积碳，提高催化剂的活性，从而提高反应速率；二氧化碳浓度过大时，催化剂表面吸附过量，影响后续乙烷的反应。
（3）①观察并分析所给图示可知，相同时间内，随着质量分数的增大，乙烷的转化率和乙烯的选择性均增大，则随着质量分数的增大，乙烯的产率增大。②根据题意，反应达到平衡时，消耗的乙烷的物质的量为1ml×50%=0.5ml，生成乙烯的物质的量为0.5ml×90%=0.45ml，容器的体积为1L，则可列三段式：
则平衡常数。
9.答案：（1）+31.4
（2）；
（3）①426.3
②随着温度升高，主要发生反应Ⅱ，不利于反应I发生
（4）①
②
解析：（1）已知：①
②
③
反应③+①-②可得到反应Ⅱ，根据盖斯定律，。
（2）由题图可知，为该反应的催化剂。该反应历程中速率最慢步骤是能垒最大的步骤，该步骤的反应为。
（3）①分析题图可知，400 ℃时，CO的选择性几乎为0，的选择性为100%，则该条件下发生的反应为，HCOOH的转化率为90%，设起始时，加入HCOOH（g）的物质的量为，列“三段式”如下：
平衡时，气体的总物质的量，，。②题图中随着温度升高，HCOOH的转化率增大，但CO的选择性下降，可能的原因是随着温度升高，主要发生反应Ⅱ，不利于反应I发生。
（4）①HCOOH的电离平衡常数的电离平衡常数，则HCOOH的酸性强于，将的HCOOH溶液加入50 mL 的碳酸钠溶液中，，故相应反应的离子方程式为。②的电离平衡常数，当溶液中时，，HCOOH的电离平衡常数，，即溶液中。
10.答案：（1）
（2）D；温度升高，平衡正向移动，的物质的量分数增大；压强增大，平衡逆向移动，的物质的量分数减小
（3）能与反应I中生成的发生反应；能降低的分压，促进反应I正向进行
（4）AB
（5）①
②
解析：（1）根据题中信息可依次写出热化学方程式： ， ，则。
（2）由（1）可知，丙烷直接脱氢反应为吸热反应，温度升高，平衡正向移动，丙烷含量减少，丙烯含量升高，即曲线为丙烷含量，曲线为丙烯含量；同时，该反应为气体物质的量增大的反应，压强增大，平衡逆向移动，丙烷含量升高，丙烯含量减少，则曲线A代表0.1 MPa下的丙烷含量，曲线B代表0.01 MPa下的丙烷含量，曲线C代表0.01 MPa下的丙烯含量，曲线D代表0.1 MPa下的丙烯含量。
（3）充入，可以与反应I中生成的发生反应，同时降低的分压，两个原因均会导致转化率增大。
（4）反应体系中，的物质的量分数是变量，当的物质的量分数保持不变时，可以说明反应达到平衡状态，A符合题意；该反应在恒压容器中进行，且气体的物质的量发生变化，即容器容积是变量，气体的总质量是定值，则气体密度是变量，当密度保持不变时，可以说明反应达到平衡状态，B符合题意；为反应Ⅱ中的产物，则始终等于1，故保持不变不能说明反应达到平衡状态，C不符合题意；选项中未指明反应速率的正、逆，不能说明反应达到平衡状态，D不符合题意。
（5）设反应达到平衡时，有发生转化，根据物质的量关系可列出“三段式”：
即平衡时，、，，根据题意可得，解得。故，反应I的。
高考试题
化学反应
图像
纵、横坐标
设问点
涉及
知识点
2021年全国甲卷
CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
ΔH1=+41 kJ·ml-1
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
ΔH2=-90 kJ·ml-1
物质的量分数x(CH3OH)在t=250 ℃下与压强p的关系，在p=5×105 Pa 下与温度t的关系
曲线的识别；
平衡转化率α的计算
温度、压强对化学平衡的影响；三段式的应用
2021年全国乙卷
2NO(g)+2ICl(g)2NOCl(g)+I2(g) Kp1
2NOCl(g)2NO(g)+Cl2(g)
Kp2
lg Kp～1T
ΔH判定
温度对化学平衡的影响
2020年全国Ⅰ卷
SO2(g)+12O2(g)SO3(g)
ΔH=-98 kJ·ml-1
恒压下平衡转化率α与温度的关系
平衡转化率α的判断
压强对平衡的影响
2020年全国Ⅲ卷
2CO2+6H2C2H4+4H2O
各组分物质的量分数x与温度T的关系
曲线的识别；ΔH判定
温度对化学平衡的影响
2019年全国Ⅰ卷
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
CO和H2分压随时间变化关系
计算反应速率；曲线识别
化学反应速率的定义；温度对化学反应速率的影响
2019年全国Ⅱ卷
2环戊二烯二聚环戊二烯
环戊二烯浓度与反应时间的关系
温度的比较；反应速率的比较
温度、浓度对反应速率的影响
2019年全国Ⅲ卷
4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)
HCl平衡转化率随温度变化的关系
平衡常数的比较
温度对化学平衡的影响
共价键
键能/（）
413
358
839
436
437