文档内容
专题 09 大题突破——化学反应原理综合
目录
01考情透视·目标导航............................................................................................................................
02知识导图·思维引航............................................................................................................................
03核心精讲·题型突破............................................................................................................................
题型一 热化学方程式的书写与焓变的计算...................................................................................
【真题研析】...........................................................................................................................................................
【核心精讲】...........................................................................................................................................................
1.焓变的判断与计算.............................................................................................................................................
2.根据盖斯定律计算步骤.....................................................................................................................................
【命题预测】...........................................................................................................................................................
题型二 平衡图像分析、条件控制及原因解释...............................................................................
【真题研析】...........................................................................................................................................................
【核心精讲】...........................................................................................................................................................
1.影响化学反应速率的因素.................................................................................................................................
2.影响化学平衡的因素.........................................................................................................................................
3.外界因素的影响原因解释.................................................................................................................................
【命题预测】...........................................................................................................................................................
题型三 各类平衡常数及相关计算...................................................................................................
【真题研析】...........................................................................................................................................................
【核心精讲】...........................................................................................................................................................
1.分压平衡常数(K )..............................................................................................................................................
p
2.K 的计算.............................................................................................................................................................
p
【命题预测】...........................................................................................................................................................考点要求 考题统计 考情分析
2024·福建卷,14,15分;2024·广西卷,17,15分;
2024· 海南卷,16,12分;2024· 重庆卷,17,15分;
通常以组合题的形
2024· 贵州卷,17,15分;2024·江西卷,16,14分;
式呈现,题目往往围绕
2024·甘肃卷,17;2024·广东卷,19;2024·北京卷,
一个主题,由多个小题
16;2024·湖南卷,18,3分;2024·安徽卷,17,15分;
组成,各小题有一定的
2024·河北卷,17,15分;2024·山东卷,20,12分;
独立性,分别考查不同
2024·湖北卷,17,14分;2024·全国甲卷,10,14分;
的知识点,其内容涉及
2024·浙江1月卷,19,10分;2024·辽吉黑卷,18,13
反应热、反应方向、化
分;2024·浙江6月卷,19,10分;2024·江苏卷,16, 学反应速率、化学平
15分;2024·江苏卷,17,16分;2023•全国甲卷28题, 衡、平衡常数计算、电
14分;2023•全国乙卷28题,14分;2023•全国新课标卷 化学等知识,具有很强
化学反应
29题,14分;2023•湖南卷16题,14分;2023•山东卷 综合性。这类试题一般
原理综合
20题,11分;2023•辽宁省选择性考试18题;2023•湖北 篇幅较长,文字较多,
省选择性考试19题;2023•浙江省6月选考19题,10 且题目中穿插图形、图
分;2023•浙江省1月选考19题,10分;2022•全国甲卷 表等,有一定的难度,
要求考生有一定的阅读
28题,14分;2022•全国乙卷28题,15分;2022•河北
能力和分析归纳能力。
省选择性考试16题;2022•重庆卷16题,14分;2022•
预计 2025 年仍利用前
福建卷13题,13分;2022•海南省选择性考试16题,10
沿学术情境素材的陌生
分;2022•湖北省选择性考试19题,14分;2022•辽宁省
度来考查有关热力学、
选择性考试18题,13分;2022•山东卷20题,11分;
动力学等问题,创新性
2022•湖南选择性考试题,13分;2022•湖南选择性考试
运用知识。
题,14分; 2022·浙江省1月选考29题,10分;2022·
浙江省6月选考29题,10分;2022•江苏卷18题,14分题型一 热化学方程式的书写与焓变的计算
1.(2024·福建卷,14节选)SiHCl 是制造多晶硅的原料,可由 Si和SiCl 耦合加氢得到,相关反应如
3 4
下:
Ⅰ.SiCl (g)+H(g)= SiHCl (g)+HCl(g) ΔH =52kJ·mol−1
4 2 3 1
Ⅱ.Si(s)+3HCl(g)= SiHCl (g)+H(g) ΔH =-236kJ·mol−1
3 2 2
Ⅲ.Si(s)+SiCl (g)+2H(g)=2SiH Cl(g) ΔH =16kJ·mol−1
4 2 2 2 3
(1)生成SiHCl 的总反应:
3
Ⅳ.Si(s)+3SiCl (g)+2H(g)=4SiHCl (g) ΔH =______kJ·mol−1
4 2 3 4
【答案】(1)-80
【解析】(1)根据盖斯定律可知,ΔH=ΔH+3ΔH =-236kJ·mol−1+3×(+52kJ·mol−1)=-80kJ·mol−1。
4 2 1
2.(2024·江西卷,16节选)石油开采的天然气含有HS。综合利用天然气制氢是实现“碳中和”的重
2
要途径。CH 和HS重整制氢的主要反应如下:
4 2反应Ⅰ:CH(g)+2HS(s) CS(g)+4H(g) ΔH =+260kJ/mol
4 2 2 2 1
反应Ⅱ:CH(g) C(s)+2H(g) ΔH =+90kJ/mol
4 2 2
反应Ⅲ:2HS(g) S(g)+2H(g) ΔH =+181kJ/mol
2 2 2 3
回答下列问题:
(2)反应Ⅳ:CS(g) S(g)+C(s)ㅤΔH=_______kJ/mol。
2 2 4
【答案】(2)+11
【解析】 (2)根据盖斯定律可知,反应Ⅱ+Ⅲ﹣Ⅰ=Ⅳ,则CS(g) S(g)+C(s)ㅤΔH=ΔH+ΔH ﹣
2 2 4 2 3
ΔH=(90+181-260)kJ/mol=+11kJ/mol。
1
3.(2024·安徽卷,17,15节选)乙烯是一种用途广泛的有机化工原料。由乙烷制乙烯的研究备受关注。
回答下列问题:
(1) C H 氧化脱氢反应:
2 6
2C H(g)+O(g)=2C H(g)+2HO(g) ΔH =-209.8kJ·mol−1
2 6 2 2 4 2 1
C H(g)+CO(g)=C H(g)+2HO(g)+ CO(g) ΔH =178.1kJ·mol−1
2 6 2 2 4 2 2
计算:2CO(g)+O(g) 2CO(g) ΔH =_______kJ·mol−1
2 2 3
【答案】(1)-566
【解析】(1)将两个反应依次标号为反应①和反应②,反应①-反应②×2可得目标反应,则ΔH=ΔH -
3 1
2ΔH=(-209.8-178.1×2)kJ/mol=-566kJ/mol。
2
4.(2024·广西卷,17节选)二氯亚砜(SOCl)是重要的液态化工原料。回答下列问题:
2
(1)合成SOCl 前先制备SCl。有关转化关系为:
2 2
的
则S(s)+Cl(g)=SCl(l) ΔH=_______ kJ·mol−1。
2 2 3
【答案】(1)-50
【 解 析 】 (1) 由 盖 斯 定 律 可 知 , 2S(s) + 2Cl(g)=2SCl(l) 的 焓 变 为
2 2
, 则 S(s) + Cl(g)=SCl(l) 的
2 2
。
5.(2024· 贵州卷,17节选)在无氧环境下,CH 经催化脱氢芳构化可以直接转化为高附加值的芳烃产
4品。一定温度下,CH 芳构化时同时存在如下反应:
4
ⅰ.CH(g) →C(s)+2H(g) ΔH =+74.6kJ·mol−1 ΔS=+80.84J·mol-1·K-1
4 2 1
ⅱ.6CH(g) →C H(l)+H(g) ΔH
4 6 6 2 2
回答下列问题:
(1)反应ⅰ在1000K时 (选填“能”或“不能”)自发进行。
(2)已知25℃时有关物质的燃烧热数据如表,则反应ⅱ的ΔH= kJ·mol−1 (用含 的代数式
2
表示)。
物质 CH(g) C H(l) H(g)
4 6 6 2
ΔH/(kJ·mol−1)
【答案】(1)能 (2)6a-b-9c
【解析】(1)反应ⅰ.CH(g) →C(s)+2H(g) ΔH =+74.6kJ·mol−1 ΔS=+80.84J·mol-1·K-1,在1000K时,
4 2 1
ΔG=ΔH-TΔS=+74.6 kJ·mol-1-1000K×80.84×10-3kJ·mol-1·K-1=-6.24 kJ·mol-1<0,故反应ⅰ在1000K时能自发进
行。(2)ⅱ.6CH(g) →C H(l)+H(g) ΔH ;由题给数据可得出以下热化学方程式:③CH(g)+2O(g)=
4 6 6 2 2 4 2
CO(g)+2HO(l) ΔH=akJ·mol-1;④C H(l)+7.5O(g)=6CO(g)+3HO(l) ΔH=bkJ·mol-1;⑤H(g)+0.5O (g)
2 2 6 6 2 2 2 2 2
=HO(l) ΔH=c kJ·mol-1;依据盖斯定律,将反应③×6-④-⑤×9得,反应ⅱ的ΔH=(6a-b-9c) kJ·mol-1。
2 2
6.(2024· 海南卷,16节选)氨是一种理想的储氢载体,具有储氢密度高、储运技术成熟等优点。已知
298K,100 kPa时,反应①:N(g)+3H(g) 2NH (g) ΔH=-92kJ·mol−1;p(NH )=总压×NH 物质的量
2 2 3 3 3
分数。
(1)题述条件下,反应②:2NH (g) N(g)+3H(g) ΔH = kJ·mol−1。
3 2 2 2
(2)设反应为一步完成,且 与温度无关,已知 下,反应①活化能为335 kJ·mol−1,则NH (g)分
3
解反应的活化能为 kJ·mol−1。
【答案】(1)+92 (2)427
【解析】(1)由方程式可知,反应①是反应②的逆反应,反应① ΔH=—92kJ/mol,则反应
②ΔH=+92kJ/mol;(2)由方程式可知,反应①是反应②的逆反应,由题意可知,673K下,反应①活化能为
335 kJ/mol,则氨气分解的活化能为335 kJ/mol+92kJ/mol=427kJ/mol。1 . 焓变的判断与计算
2 . 根据盖斯定律计算步骤
1.[新考法](2025· 浙江省杭州市浙南联盟高三联考,节选)硫酰氯常用作氯化剂和氯磺化剂,工业上
制备原理如下:SO (g)+Cl (g) SO Cl (g) ΔH。已知:298K时,相关物质的相对能量(如图1),请
2 2 2 2
回答问题:(1)该反应ΔH= kJ·mol−1 。
【答案】(1) -67.59
【解析】(1)该反应ΔH=生成物总能量-反应物总能量=31.41 kJ·mol−1-99 kJ·mol−1=-67.59 kJ·mol−1。
2.(2025·河南省部分重点中学青桐鸣大联考高三预测,节选)亚硝酰氯(NOCl)是有机合成中的重要试
剂,可由NO和Cl 反应得到,热化学方程式为2NO(g)+Cl(g) 2NOCl(g) ΔH=-77kJ·mol−1。回答下
2 2
列问题。
(1)已知几种化学键的键能数据如下:
化学键 NO中的氮氧键 Cl-Cl NOCl中的氯氮键 NOCl中的氮氧键
键能/ kJ·mol−1 630 243 a 607
则a= 。
【答案】(1)183
【解析】(1)△H=反应物总键能-生成物总键能,根据题表化学键的键能数据可得:
△H=2×630kJ·mol-1+243kJ·mol-1-2akJ·mol-1-2×607kJ·mol-1=-77kJ·mol-1,解得a=183。
3.(2025·浙江省七彩阳光新高考研究联盟高三联考,节选)能源与化工生产、生活等密切相关,氢能的
有效利用是实现“碳达峰、碳中和”的重要途径。
(1)已知:4Al(s)+3O(g)=2Al O(s) ΔH ;4Fe (s)+3O(g)=2Fe O(s) ΔH 。则ΔH-ΔH 0(填
2 2 3 1 2 2 3 2 1 2
“>”、“<”或“=”),理由 。
【答案】(1) < 已知4Al(s)+2Fe O(s)=2Al O(s)+4Fe (s)的ΔH<0,根据盖斯定律有ΔH=ΔH-ΔH
2 3 2 3 1 2
<0
【解析】(1)已知4Al(s)+2Fe O(s)=2Al O(s)+4Fe (s)的ΔH<0,根据盖斯定律有ΔH=ΔH-ΔH <0,因
2 3 2 3 1 2
此ΔH-ΔH <0<0。
1 2
4.(2025·浙江省名校协作体三开学测试,节选)乙酸是重要的有机化工原料之一,在一定条件下,甲
醇气体和 气体可以合成液态乙酸。该过程可能涉及的反应如下:
反应Ⅰ:CHOH(g)+CO(g) CHCOOH(l) ΔH =-173.5kJ·mol−1
3 3 1
反应Ⅱ:2CHOH (g)+3O(g) 2CO(g)+4HO(l) ΔH =-1259kJ·mol−1
3 2 2 2 2反应Ⅲ:CHCOOH(l)+2O(g) 2CO(g)+2HO(l) ΔH
3 2 2 2 3
反应Ⅳ:2CO(g)+O(g) 2CO(g) ΔH =-566kJ·mol−1
2 2 4
(1)反应Ⅲ的ΔH= ,反应Ⅱ自发进行条件是 (填“低温”、“高温”或“任何温度”)。
3
【答案】(1) -874kJ/mol 任何温度
【解析】(1)由题干已知:反应Ⅰ:CHOH(g)+CO(g) CHCOOH(l) ΔH =-173.5kJ·mol−1,反应
3 3 1
Ⅱ:2CHOH (g)+3O(g) 2CO(g)+4HO(l) ΔH =-1259kJ·mol−1,反应Ⅳ:2CO(g)+O(g)
3 2 2 2 2 2
2CO(g) ΔH =-566kJ·mol−1,则 (Ⅱ-2Ⅰ+Ⅳ)可得反应Ⅲ:CHCOOH(l)+2O(g) 2CO(g)+
2 4 3 2 2
2HO(l),根据盖斯定律可知, = [(-1529)-2×(-173.5)+(-566)]kJ/mol=-874kJ/
2
mol,反应Ⅱ: 2CHOH (g)+3O(g) 2CO(g)+4HO(l) ΔH =-1259kJ·mol−1是一个ΔH<0,ΔS>
3 2 2 2 2
0的反应,故反应Ⅱ自发进行条件是任何温度。
5.(2025·浙江省第二届辛愉杯高三测试,节选)“碳达峰”“碳中和”是近年来的热门话题,以二氧化
氮和氢气为原料反应时,通常存在以下几个反应:
I.CO(g)+H(g) CO(g)+HO(g) ΔH =+41.2kJ·mol−1
2 2 2 1
II.CO(g)+3H(g) CHOH(g)+HO(g) ΔH =-48.8kJ·mol−1
2 2 3 2 2
III.2CO(g)+6H(g) CHOCH (g)+3HO(g) ΔH =-123.2kJ·mol−1
2 2 3 3 2 3
IV.2CHOH(g) CHOCH (g)+HO(g) ΔH
3 3 3 2 4
(1)①ΔH= 。
4
②L(L,L)、X分别代表温度或压强,如图表示不同L下,反应III中二甲醚的平衡产率随X变化的关
1 2
系,判断L,L 的大小并说明理由 。
1 2
【答案】(1)-25.6kJ·mol−1 L >L ,反应III为气体分子数减小的反应,相同温度时,压强越大,二
1 2
甲醚的平衡产率就越高。
【解析】(1)①II.CO(g)+3H(g) CHOH(g)+HO(g) ΔH =-48.8kJ·mol−1III.2CO(g)+6H(g)
2 2 3 2 2 2 2
CHOCH (g)+3HO(g) ΔH =-123.2kJ·mol−1;根据盖斯定律 III -II×2 得 2CHOH(g)
3 3 2 3 3CHOCH (g)+HO(g) ΔH =-123.2 kJ·mol−1+48.8 kJ·mol−1×2=-25.6 kJ·mol−1;②正反应放热,升高温度,平
3 3 2 4
衡逆向移动,二甲醚的平衡产率降低,则X表示温度、L表示压强。反应III为气体分子数减小的反应,相
同温度时,压强越大,二甲醚的平衡产率就越高,所以L>L。
1 2
题型二 平衡图像分析、条件控制及原因解释
1.(2024·福建卷,14节选)SiHCl 是制造多晶硅的原料,可由 Si和SiCl 耦合加氢得到,相关反应如
3 4
下:
Ⅰ.SiCl (g)+H(g)= SiHCl (g)+HCl(g) ΔH =52kJ·mol−1
4 2 3 1
Ⅱ.Si(s)+3HCl(g)= SiHCl (g)+H(g) ΔH =-236kJ·mol−1
3 2 2
Ⅲ.Si(s)+SiCl (g)+2H(g)=2SiH Cl(g) ΔH =16kJ·mol−1
4 2 2 2 3
Ⅳ.Si(s)+3SiCl (g)+2H(g)=4SiHCl (g) ΔH =-80kJ·mol−1
4 2 3 4
(2)体系达到平衡状态且其他条件不变时:
①压缩平衡体系体积,重新达到平衡后物质的量分数增大的组分为_______。(填标号)
a.SiCl b.SiHCl c.SiHCl d.HCl
4 3 2 2
②反应温度升高不利于提高平衡时产物SiHCl 选择性的原因是_______。
3
【答案】(2)①. bc ② 因ΔH<0,升温反应IV向逆反应方向进行,SiHCl 的产量反而减小
4 3
【解析】(2)①压缩平衡体系体积,相当于增大压强,重新达到平衡后,对于反应I→IV,除压强对反
应I无影响,对II→IV的反应都是平衡向正反应方向移动,因此SiHCl 和SiHCl 的量增大;因ΔH<0、
2 2 3 4
ΔH>0,升温反应IV向逆反应方向进行,反应III向正反应方向进行,SiHCl 的产量反而减小。
3 3
2.(2024· 贵州卷,17节选)在无氧环境下,CH 经催化脱氢芳构化可以直接转化为高附加值的芳烃产
4
品。一定温度下,CH 芳构化时同时存在如下反应:
4
ⅰ.CH(g) →C(s)+2H(g) ΔH =+74.6kJ·mol−1 ΔS=+80.84J·mol-1·K-1
4 2 1
ⅱ.6CH(g) →C H(l)+H(g) ΔH
4 6 6 2 2
(3)受反应ⅰ影响,随着反应进行,单位时间内甲烷转化率和芳烃产率逐渐降低,原因是 。
(4)对催化剂在不同的pH条件下进行处理,能够改变催化剂的活性。将催化剂在5种不同pH条件下处
理后分别用于催化CH 芳构化,相同反应时间内测定相关数据如下表,其中最佳pH为 ,理由是
4
。
pH CH 平均转化率/% 芳烃平均产率/% 产物中积碳平均含量/%
4
2.4 9.60 5.35 40.754.0 9.80 4.60 45.85
7.0 9.25 4.05 46.80
10.0 10.45 6.45 33.10
12.0 9.95 4.10 49.45
【答案】(3)反应ⅰ有积炭生成,随着反应的进行,生成的积炭逐渐增多,覆盖在催化剂表面,使催化
剂催化性能逐渐降低,化学反应速率减小
(4) 10.0 pH=10.0时,产物中积炭平均含量最低,CH 平均转化率最大,芳烃平均产率最高
4
【解析】(3)由于反应ⅰ生成固态炭,会覆盖在催化剂表面,从而减小气体与催化剂的接触面积,因此
随着反应进行,单位时间内甲烷转化率和芳烃产率逐渐降低。(4)比较表中数据可以看出,pH=10.0时,
CH 平均转化率为最大值10.45%,芳烃平均产率为最大值6.45%,产物中积炭平均含量为最小值33.10%,
4
所以最佳pH为10.0。
3.(2024·北京卷,16节选)以NH 为氮源催化氧化制备HNO,反应原理分三步进行。
3 3
针对第Ⅱ步反应进行研究:在容积可变的密闭容器中,充入2nmolNO和nmolO 进行反应。在不同压
2
强下(p、p),反应达到平衡时,测得 转化率随温度的变化如图所示。解释y点的容器容积小于x点的
1 2
容器容积的原因 。
【答案】(1) 2NO+O 2NO ,该反应正向气体分子总数减小,同温时,p 条件下NO转化率高于
2 2 1
p,故p>p,x、y点转化率相同,此时压强对容积的影响大于温度对容积的影响
2 1 2
【解析】2NO+O 2NO ,该反应正向气体分子总数减小,同温时,p 条件下NO转化率高于
2 2 1
p,故p>p,根据 ,x、y点转化率相同,则n相同,此时压强对容积的影响大于温度对容积的
2 1 2
影响,故y点的容器容积小于x点的容器容积。
4.(2024·江西卷,16节选)石油开采的天然气含有HS。综合利用天然气制氢是实现“碳中和”的重
2要途径。CH 和HS重整制氢的主要反应如下:
4 2
反应Ⅰ:CH(g)+2HS(s) CS(g)+4H(g) ΔH =+260kJ/mol
4 2 2 2 1
反应Ⅱ:CH(g) C(s)+2H(g) ΔH =+90kJ/mol
4 2 2
反应Ⅲ:2HS(g) S(g)+2H(g) ΔH =+181kJ/mol
2 2 2 3
(3)保持反应器进料口总压为100kPa.分别以8kPaCH、24kPaHS(He作辅气)与25kPaCH、75kPaHS
4 2 4 2
进料。CH 平衡转化率与温度的关系如图1,含有He的曲线为 _______,理由是 _______。
4
【答案】(3)① M ② 总压一定,充入氦气,反应物分压减小,相当于减压,反应Ⅰ、Ⅱ均正向移
动,CH 平衡转化率增大
4
【解析】(3)保持反应器进料口总压为100kPa。分别以8kPaCH 、24kPaHS(He作辅气)与25kPaCH 、
4 2 4
75kPaHS进料。CH 平衡转化率与温度的关系如图1,含有He的曲线为M,理由是总压一定,充入氦气,
2 4
反应物分压减小,相当于减压,反应Ⅰ、Ⅱ均正向移动,CH 平衡转化率增大。
4
5.(2024· 海南卷,16节选)氨是一种理想的储氢载体,具有储氢密度高、储运技术成熟等优点。已知
298K,100 kPa时,反应①:N(g)+3H(g) 2NH (g) ΔH=-92kJ·mol−1;p(NH )=总压×NH 物质的量
2 2 3 3 3
分数。
(3)既能影响反应②平衡转化率又能影响其反应速率的因素有 、 。
(4)温度T下恒容密闭容器中进行氨催化分解反应,p(NH )- t关系曲线如图所示,其函数关系
3
p(NH )/kPa= (写表达式),增大氨的初始分压,氨的转化速率 ;假设吸附到催化剂表面后
3NH 都变成活化分子,其它条件不变,改用比表面积更大的催化剂,则单位时间H 的产量将 。
3 2
【答案】(3) 压强 温度 (4)35-2.3t 不变 增大
【解析】(3)反应②是气体体积增大的吸热反应,改变温度和压强,化学反应速率均改变,平衡都会发
生移动,所以温度和压强既能影响反应平衡转化率又能影响其反应速率;(4)由图可知,反应起始时氨气的
分压为35kPa、5min时氨气的分压为23.5kPa、10min时氨气的分压为12kPa,0—5min时,分压的变化量
为2.3×5=35-23.5,0—5min时,分压的变化量为2.3×10=35-12,则函数关系p(NH )= 35-2.3t;由关系式可
3
知,增大氨的初始分压,氨的转化速率不变;由题意可知,吸附到催化剂表面后氨分子都变成活化分子,
则其它条件不变,改用比表面积更大的催化剂,反应速率加快,所以单位时间氢气的产量将增大。
6.(2024·安徽卷,17,15节选)乙烯是一种用途广泛的有机化工原料。由乙烷制乙烯的研究备受关注。
回答下列问题:
(2) C H 直接脱氢反应为C H (g) C H(g)+H(g) ΔH ,C H 的平衡转化率与温度和压强的关
2 6 2 6 2 4 2 4 2 6
系如图所示,则ΔH=_______0(填“>”“<”或“=”)。结合下图。下列条件中,达到平衡时转化率最接近
4
的是_______(填标号)。
a.600℃,0.6MPa b.700℃,0.7MPa c.800℃,0.8MPa
(3)一定温度和压强下、反应i C H (g) C H(g)+H(g) K
2 6 2 4 2 a1
反应ⅱ C H (g)+H(g) 2CH(g) K (K 远大于K )( K 是以平衡物质的量分数代替平衡浓度计算
2 6 2 4 a2 a2 a1 x
的平衡常数)
①仅发生反应i时。C H 的平衡转化率为 ,计算K =_______。
2 6 a1
②同时发生反应i和ⅱ时。与仅发生反应i相比,C H 的平衡产率_______(填“增大”“减小”或“不
2 4
变”)。
【答案】(2)> b (3) 增大【解析】(2)从图中可知,压强相同的情况下,随着温度升高,C H 的平衡转化率增大,因此该反应为
2 6
吸热反应,ΔH>0。a项,600℃,0.6MPa时,C H 的平衡转化率约为20%,a错误;b项,700℃,0.7MPa
4 2 6
时,C H 的平衡转化率约为50%,最接近40%,b正确;c项,700℃,0.8MPa时,C H 的平衡转化率接近
2 6 2 6
50%,升高温度,该反应的化学平衡正向移动,C H 转化率增大,因此800℃,0.8MPa时,C H 的平衡转
2 6 2 6
化率大于50%,c错误;故选b。(3)①仅发生反应i,设初始时C H 物质的量为1mol,平衡时C H 转化率
2 6 2 6
为25%,则消耗C H0.25mol,生成C H0.25mol,生成H0.25mol,K = = 。②只发生反应i时,
2 6 2 4 2 a1
随着反应进行,气体总物质的量增大,压强增大促使化学平衡逆向移动,同时发生反应i和反应ii,且从题
干可知K 远大于K ,反应ii为等体积反应,因为反应ii的发生相当于在单独发生反应i的基础上减小了
a2 a1
压强,则反应i化学平衡正向移动,C H 平衡产率增大。
2 4
7.(2024·河北卷,17节选)氯气是一种重要的基础化工原料,广泛应用于含氯化工产品的生产。硫酰
氯及1,4-二(氯甲基)苯等可通过氯化反应制备。
(1)硫酰氯常用作氯化剂和氯磺化剂,工业上制备原理如下:SO (g)+Cl (g) SO Cl (g) ΔH
2 2 2 2
=-67.59kJ·mol−1。
①若正反应的活化能为E kJ·mol−1,则逆反应的活化能E =_______ kJ·mol−1 (用含E 正的代数式表
正 逆 正
示)。
②恒容密闭容器中按不同进料比充入SO (g)和其Cl (g),测定T、T、T 温度下体系达平衡时的 (
2 2 1 2 3
为体系初始压强, ,P为体系平衡压强),结果如图。
上图中温度由高到低的顺序为_______,判断依据为_______。M点Cl 的转化率为_______,T 温度下
2 1
用分压表示的平衡常数K =_______ kPa-1。
P
③下图曲线中能准确表示T 温度下Δp随进料比变化的是_______(填序号)。
1【答案】(1)①E +67.59 ②T >T>T
正 3 2 1
该反应正反应放热,且气体分子数减小,反应正向进行时,容器内压强减小,从T 到T 平衡时 增
3 1
大,说明反应正向进行程度逐渐增大,对应温度逐渐降低
75% 0.03 ③D
【解析】(1)①根据反应热ΔH与活化能E 和E 关系为ΔH=正反应活化能-逆反应活化能可知,该反
正 逆
应的 。②该反应的正反应为气体体积减小的反应,因此反应
正向进行程度越大,平衡时容器内压强越小,Δp即越大。从T 到T ,Δp增大,说明反应正向进行程度逐
3 1
渐增大,已知正反应为放热反应,则温度由T 到T 逐渐降低,即T >T >T 。由题图甲中M点可知,进
3 1 3 2 1
料比为 ,平衡时Δp=60 kPa,已知恒温恒容情况下,容器内气体物质的量之比等于压
强之比,可据此列出“三段式”。
可计算得 , 。③
由题图甲中M点可知,进料比为2时,Δp=60 kPa,结合“三段式”,以及T 时化学平衡常数可知,进料
1
比为0.5时,Δp也为60 kPa,曲线D上存在(0.5,60)。本题也可以快解:根据“等效平衡”原理,该反应
中SO 和Cl 的化学计量数之比为1:1,则SO 和Cl 的进料比互为倒数(如2与0.5)时,Δp相等。
2 2 2 21.审题——快速浏览,找出材料内容或新情景
(1)阅读题目背景材料、找出可能考查的化学反应原理。
(2)解读情景或材料,挖掘相应的知识内涵。
(3)明确知识考查背景,以及考查哪方面的化学反应原理。
2.析题——仔细审读,关注有效信息
(1)对于化学反应速率和化学平衡图像类试题:
明确纵横坐标的含义→理解起点、终点、拐点的意义→分析曲线的变化趋势。
(2)对于图表数据类试题:
分析数据→研究数据间的内在联系→找出数据的变化规律→挖掘数据的隐含意义。
3.答题——认真细致,规范正确答题
(1)规范化学反应原理的语言描述。
(2)注意问题表达(因果、对比)、注意书写规范。
(3)明确答题要求,避免答非所问。
1 . 影响化学反应速率的因素
条件改变 影响
增大反应物浓度 v 瞬间增大,v 瞬间不变,随后也增大
正 逆
v 和v 都增大,气体分子数减小方向的反应速率增大的程度大
正 逆
增大压强 对无气体参加或生成的化学反应的速率无影响
反应前后气体分子数不变的反应,正、逆反应速率同等程度地增大
升高温度 v 和v 都增大,但吸热反应方向的反应速率增大的程度大
正 逆
使用催化剂 能同等程度地改变正、逆反应速率
【易错提醒】
外界条件对可逆反应的正、逆反应速率的影响,方向是一致的,但影响程度不一定相同。
2 .影响化学平衡的因素
改变的条件(其他条件不变) 化学平衡移动的方向
增大反应物浓度或减小生成物浓度 向正反应方向移动
浓度
减小反应物浓度或增大生成物浓度 向逆反应方向移动
反应前后气体 增大压强 向气体分子总数减小的方向移动
压强(对有气体 体积改变 减小压强 向气体分子总数增大的方向移动
参加的反应) 反应前后气体
改变压强 平衡不移动
体积不变
温度 升高温度 向吸热反应方向移动降低温度 向放热反应方向移动
催化剂 同等程度改变v 、v ,平衡不移动
正 逆
3 .外界因素的影响原因解释
(1)设问逻辑
(2)答题思路
1.(2025·河南省部分重点中学青桐鸣大联考高三预测,节选)亚硝酰氯(NOCl)是有机合成中的重要试
剂,可由NO和Cl 反应得到,热化学方程式为2NO(g)+Cl(g) 2NOCl(g) ΔH=-77kJ·mol−1。
2 2
(4)向某密闭容器中充入2 mol NO(g)和1 molCl(g)发生上述反应,不同条件下达到平衡时 的转化
2
率为 ,在 时 和 时 的图像如图所示。
①该反应的△S 0(填“ ”“ ”或“ ”)。
②曲线a表示 与 (填“p”或“T”)的关系曲线,原因为 。③x、y、z三点平衡常数K(x)、K(y)、K(z)的大小关系为 。
④在y点对应条件下,该反应的平衡常数K= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物
p
质的显分数)。
【答案】(4) < P 该反应为气体总体积减小的反应,随着压强增大,平衡右移,NO的转化率
升高 K(x)=K(z)>K(y) 0.0675
【解析】(4)①该反应为反应前后气体总体积减小的反应,因此△S<0;②曲线a 表示α(NO)与p的关
系曲线,原因为该反应为反应前后气体总体积减小的反应,随着压强增大,平衡右移,NO的转化率升高;
③曲线 a 中各点均为在150℃下的反应数据,因此 K(x)=K(z),y点对应温度为 200℃,该反应为放热反
应,温度升高,平衡常数减小,因此K(x)=K(z)>K(y);④反应在压强为200kPa的恒压条件下进行,y点对
应的α(NO)=0.60,由反应后各物质变化量可列三段式(单位为mol):
平衡时气体的总物质的量为2.4 mol, 各气体的平衡分压分别为: P(NO)= 、
P(Cl )= 、P(NOCl)= 。因 此 在y点对应条件下 , 该反应的
2
平衡常数为Kp= = =0.0675。
2.(2025·山西省部分学校联考高三试题,节选)二氧化碳作为温室气体,是引发全球气候变化的主要
元凶之一,但通过转化可以将其变成有用的化学品或燃料,有助于实现碳循环和碳减排。
一定条件下使CO、H 的混合气体通过反应器可转化为甲醛。已知反应器内发生的反应有:
2 2
I. ; ,
II. ; ,
(3)将1molCO (g)和2molH (g)组成的混合气体通入不同温度下体积均为 的反应器,均经过 检
2 2
测生成物的物质的量,如下图所示。①实验过程中,高于380°C后曲线C逐渐减小,分析发生该变化的原因: 。
②计算450℃时,在0~10 min内HO的平均反应速率v(H O)= 。
2 2
③450℃时,反应II的平衡常数 (结果保留两位小数)。
【答案】(3)反应I是放热反应,反应达到平衡后升高温度,平衡逆向移动,CHO的物质的量减小
2
0.031 mol·L-1·min-1 0.69
【解析】(3)①反应的生成物有CHO、HO和CO,因反应I、II均生成HO,则HO的物质的量最多,
2 2 2 2
即曲线A表示HO的变化;反应I是放热反应,反应达到平衡后,升高温度,导致平衡逆向移动,CHO
2 2
的物质的量减少,则曲线C表示CHO的变化,且曲线C先升后降,说明最高点达到平衡状态;曲线A表
2
示HO的变化,曲线C表示CHO的变化,则曲线B表示的是CO的变化。实验过程中,高于380°C后曲
2 2
线C逐渐减小,发生该变化的原因是:反应I是放热反应,反应达到平衡后升高温度,平衡逆向移动,
CHO的物质的量减小;②由图可知,曲线A表示HO的变化,a点(450,0.62),所以450℃时,在0~10
2 2
min内HO的平均反应速率 ;③450℃时,容器内各组分的物质
2
的量分别为HO:0.62 mol,CHO:0.07 mol,CO:0.55 mol,CO:
2 2 2
,H: ,容器体积为2L,则反应II的平衡常数 。
2
3.[新考法](2025· 浙江省杭州市浙南联盟高三联考,节选)硫酰氯常用作氯化剂和氯磺化剂,工业上
制备原理如下:SO (g)+Cl (g) SO Cl (g) ΔH。
2 2 2 2
(3)恒容密闭容器中按不同进料比充入SO 和Cl,测定T 温度下体系达平衡时的 (Δp=p-p,p 为体
2 2 1 0 0系初始压强p=240kPa,p为体系平衡压强),结果如图2。
0
①求在 温度下,M点的分压常数K= (对于气相反应,用某组分B的平衡压强p(B)代替物质
p
的量浓度c(B)也可表示平衡常数,记作K,如 ,p为平衡总压强,x(B)为平衡系统中B的物
p
质的量分数)。
②若T>T,在图2中画出[n(SO ):n(Cl)]>1:1,Vp在T 温度下随进料比变化的大致图像 。
2 1 2 2 2
③图2中,能准确表示T 温度下Vp随进料比变化的曲线是 (填A、B、C或D),请分析原因
1
。
【答案】(3) 0.03 kPa -1 D 由M点可知,进
料比为2时,Δp =60kPa,T 温度下K 为0.03 kPa -1,曲线D中当进料比为0.5时,Δp =60kPa,K 为0.03
1 p p
kPa -1,故温度也为T,曲线D能准确表示T 温度下Vp随进料比变化
1 1
(3)①M点的[n(SO ):n(Cl)]=2:1,体系初始压强p=240kPa,则p(Cl )=80kPa,p(SO )=160kPa,设平
2 2 0 2 2
衡时SO Cl 的压强为x kPa,三段式表示:
2 2M点Vp=60 kPa,则240-(240-x)=60,x=60,M点的分压常数 ;②正反应为
反热反应,升温平衡左移,在投料比相同的条件下Vp减小,若T>T,则T 时Vp小于T,[n(SO ):
2 1 2 1 2
n(Cl)]=1:1时Vp最大,[n(SO ):n(Cl)]>1:1时随着投料比增大,Vp减小,则Vp在T 温度下随进料比
2 2 2 2
变化的大致图像为 ;③由M点可知,进料比为2时,Δp
=60kPa,T 温度下K 为0.03 kPa -1,曲线D中当进料比为0.5时,Δp =60kPa,K 为0.03 kPa -1,故温度也
1 p p
为T,曲线D能准确表示T 温度下Vp随进料比变化;(4)电池的总反应为:2Li+SO Cl=2LiCl+SO ↑,由总
1 1 2 2 2
反应可知,SO Cl 中硫元素化合价由+6价降低到SO 中的+4价,该电池的正极反应为SO Cl+2e-
2 2 2 2 2
=SO ↑+2Cl-。
2
4.(2025·上海市南洋模范中学高三期中,节选)已知:
Ⅰ:CH(g)+CO(g) 2CO(g)+2H(g) ΔH =+330.3 kJ·mol−1
4 2 2 1
Ⅱ:CO(g)+H(g) CO(g)+HO(g) ΔH =+41kJ·mol−1
2 2 2 2
(5)在101kPa时,工业上按投料 加入刚性密闭容器中,只发生Ⅰ、Ⅱ两个反应,CH 和
4
CO 的平衡转化率与温度的关系如图所示。温度高于1200K时,CO 和CH 的平衡转化率趋于相等的原因
2 2 4
可能是 ;计算1000K时反应Ⅱ的压强平衡常数Kp (计算结果保留3位小数,写出计算过
程)。【答案】(5)1200K以上时以反应Ⅰ为主,二者转化率趋于相等 0.355
【解析】(5)由反应Ⅰ可知,若只发生该反应且按1:1投入甲烷和二氧化碳,则两者转化率相等,反
应II只消耗二氧化碳,没有消耗甲烷,若反应II进行程度大于反应Ⅰ,则二者转化率不会趋于相等,现趋
于相等说明1200K以上时以反应Ⅰ为主;CO 和CH 的平衡转化率趋于相等,说明反应Ⅱ进行的程度很小,
2 4
另一条原因可能是反应Ⅱ的催化剂失活;设开始时,n(CO)=n(CH )=1mol,1000 K时CH 转化率为80%即
2 4 4
反应了0.80mol,可得三段式:
对于副反应n(CO)=0.2mol,n(CO)=n(H )=1.6mol,CO 转化率为85%即反应了
2 2 2
0.85mol-0.8mol=0.05mol,则
反应达平衡后,n(H )=1.55mol,n(CO)=0.15mol,n(CO)=1.65mol,n(H O)=0.05mol,n总=3.5mol,
2 2 2
K= = =0.355。
p
5.(2025·浙江省名校协作体三开学测试,节选)乙酸是重要的有机化工原料之一,在一定条件下,甲
醇气体和 气体可以合成液态乙酸。该过程可能涉及的反应如下:
反应Ⅰ:CHOH(g)+CO(g) CHCOOH(l) ΔH =-173.5kJ·mol−1
3 3 1
(2)在一个恒压密闭容器中加入0.20molCHOH气体和0.22molCO气体发生反应I.测得甲醇的转化率随
3
温度的变化关系如图1所示,其中曲线I表示在5个不同温度下,均经过5min时测得的甲醇的转化率变化
曲线,曲线Ⅱ表示不同温度下甲醇的平衡转化率变化曲线,已知在T 温度下,达到平衡时容器的体积刚好
2
为 。①该反应达到平衡后,下列措施既能提高反应速率又能提高乙酸的产率的有 。
A.分离出部分乙酸 B.升高温度 C.缩小容器体积 D.改用高效催化剂
②在温度为T 时,反应I的平衡常数为K=
2
③曲线Ⅱ在T~T 阶段,甲醇转化率随温度变化降低的原因是 。
1 2
④在温度为T 时,甲醇的物质的量随时间的变化如图2所示。在t 时刻加入高效催化剂,画出t 之后
1 1 1
甲醇物质的量的变化曲线 。
【答案】(2) C 500 正反应是一个放热反应,升高温度,化学平衡逆向移动,导致甲醇的平衡
转化率降低
【解析】(2)①由题干可知,反应Ⅰ:CHOH(g)+CO(g) CHCOOH(l) ΔH =-173.5kJ·mol−1,正
3 3 1反应是一个气体体积减小的放热反应/。A项,分离出部分乙酸,导致生成物浓度不变,反应速率不变,平
衡不移动,乙酸的产率不变,A不合题意;B项,升高温度,反应速率加快,正反应为放热反应,故平衡
逆向移动,乙酸的产率降低,B不合题意;C项,缩小容器体积即增大压强,反应物、生成物的浓度均增
大,反应速率加快,正反应是一个气体体积减小的方向,故平衡正向移动,乙酸的产率增大,C符合题意;
D项,改用高效催化剂,反应速率加快,但平衡不移动,乙酸的产率不变,D不合题意;故选C;②由曲
线Ⅰ可知:T 温度下,5min 时测得的甲醇的转化率为 60%,故转化的甲醇的物质的量为
2
0.20mol×60%=0.12mol , 则 转 化 的 CO 的 物 质 的 量 为 0.12mol , 故 平 衡 时 甲 醇 的 物 质 的 量 为
0.20mol-0.12mol=0.08mol,CO的物质的量为0.22mol-0.12mol=0.1mol,则生成乙酸的物质的量为0.12mol,
故平衡常数K= = =500;③由题干图像信息可知,曲线Ⅱ在T~T 阶段,反
1 2
应Ⅰ:CHOH(g)+CO(g) CHCOOH(l) ΔH =-173.5kJ·mol−1,达到化学平衡,升高温度,平衡逆向
3 3 1
移动,则导致甲醇转化率随温度升高而降低;④在温度为T 时,甲醇的物质的量随时间的变化如图2所示,
1
在t 时刻加入高效催化剂,则反应速率加快,最终达到化学平衡,但平衡不移动,即最终CHOH的平衡转
1 3
化率为80%,即剩余的CHOH的物质的量为0.2mol×(1-80%)=0.04mol,故t 之后甲醇物质的量的变化曲线
3 1
为: 。
6.(2025·浙江省名校协作体高三联考)邻苯二甲酸酐( )是一种重要的化工原料。常
使用邻二甲苯与氧气合成,其中存在的相关反应如下:
主反应Ⅰ: (g)+3HO(g) ΔH =-1258kJ·mol−1
2 1副反应Ⅰ: ΔH=-3223kJ·mol−1
2
副反应Ⅱ: (该反应未配平) ΔH
3
请回答:
(1)当副反应Ⅱ中邻二甲苯的化学计量数为1时,ΔH= 。
3
(2)若某恒容容器中仅发生副反应Ⅱ。下列条件可以最大程度降低副反应Ⅱ中邻二甲苯的平衡转化率是
___________。
A.低温低压 B.低温高压 C.高温低压 D.高温高压
(3)在一定温度的恒压条件下,使用VO 和钛的化合物作为催化剂。将邻二甲苯和空气以体积比1:
2 5
100投料,进入轴向管式催化床反应器,示意图如图1所示。测得进料口温度为T,相同时间内催化床轴
0
向温度(T)与催化床相对高度( )之间的关系如图2所示,邻苯二甲酸酐的收率与催化床相对高度( )的关
b
系如图3所示。
①下列说法不正确的是 。
A.催化床相对高度在一定范围内,T 随高度增大而增加,可能因为存在强放热的副反应
b
B.进料口温度越高,副反应速率会越大,最终使邻苯二甲酸酐的收率减小
C.VO 和钛的化合物通过提高邻苯二甲酸酐的平衡转化率来提高其收率
2 5
D.工业生产中,该管式催化床反应器可能常通入烃类制冷剂不断交换热量
②其他条件不变,当进料口温度高于 时,邻苯二甲酸酐的收率相比 时大幅度下降。请解
释其原因 。
(4)其他条件相同,维持进料口温度为 ,测得不同的空速(单位时间通过单位体积催化剂的反应物的质量)下邻苯二甲酸酐的收率,并绘制曲线图,如图所示。
①下列说法正确的是 。
A.空速过小,原料气停留时间长,氧化程度可能加深,使邻苯二甲酸酐收率下降
B.空速过小,反应热无法及时移走,导致温度升高,使邻苯二甲酸酐的收率增大
C.对于含有强放热副反应的反应,选用较大且适宜的空速可以保障目标产物的收率
D.如图所示,在以上条件下选择空速 左右进行工业生产较为合适
②当空速大于 时,其收率随空速增加而下降。请解释其原因 。
【答案】(1)-4481kJ/mol (2)D
(3)BC 温度升高,使副反应发生程度大于主反应,而副反应的反应热远超于主反应,导致体系温
度会迅速升高;最终催化剂因高温失活,导致邻苯二甲酸酐的收率大幅度下降
(4)ACD 空速过大导致反应热及时移走,使温度迅速下降,导致反应速率下降,最终收率下降(或
空速过大导致原料气在催化剂表面停留时间短,从而转化率下降,最终导致收率下降)
【解析】(1)根据题意可知,副反应Ⅱ中邻二甲苯的化学计量数为1时,因此副反应Ⅱ为:
,由盖斯定律可知,副反应Ⅱ=主反应I+副反应I,则
。(2)副反应Ⅱ为:
,,该反应为气体体积增大的反应,增大压强平衡逆向移动,邻二甲
苯的平衡转化率减小,该反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,同样也能使邻二甲苯的平衡转化率减
小,因此高温高压可以最大程度降低副反应Ⅱ中邻二甲苯的平衡转化率,故选D;(3)①A项,根据图2可
知,催化床相对高度为0~1m,观察图像可知,随着高度增大,T 快速增加,副反应I、副反应Ⅱ均为放热
b反应,因此温度快速升高可能是因为存在强放热的副反应,A正确;B项,高温不仅加快副反应速率,同
时也加快主反应速率,无论是主反应还是副反应均为放热反应,升高温度平衡均逆向移动,焓变的大小并
不能直接用来判断温度对其影响的程度,因此目标产物邻苯二甲酸酐的收率不一定减小,B错误;C项,
VO 和钛的化合物均为催化剂,催化剂不能提高邻苯二甲酸酐的平衡转化率,只能加快反应速率,C错误;
2 5
D项,化学工艺是将原料转化为产品的过程,这涉及到化学原理和规律的运用,以及采用化学和物理措施
来实现转化。在这个过程中,保持反应器的热稳定性至关重要,而通入烃类制冷剂不断交换热量是一种有
效的方法,以确保反应能够在最佳条件下进行,从而提高生产效率和产品质量,因此工业生产中,该管式
催化床反应器可能常通入烃类制冷剂不断交换热量,故D正确;故选BC;②根据题干可知,主反应产生
邻苯二甲酸酐,高于630.5K时,邻苯二甲酸酐的收率相比630K时大幅度下降,可能是由于以副反应为主,
邻苯二甲酸酐被消耗,也有可能是温度升高导致催化剂失活,因此当进料口温度高于630.5K时,邻苯二甲
酸酐的收率相比630K时大幅度下降的原因是:温度升高,使副反应发生程度大于主反应,而副反应的反
应热远超于主反应,导致体系温度会迅速升高;最终催化剂因高温失活,导致邻苯二甲酸酐的收率大幅度
下降;(4)①A项,根据副反应可知,空速过小,原料气停留时间长,氧化程度可能加深,邻苯二甲酸酐被
氧化,导致邻苯二甲酸酐收率下降,A正确;B项,对于主反应I可知,温度升高,平衡逆向移动,会导
致邻苯二甲酸酐的收率降低,B错误;C项,对于含有强放热副反应的反应,选用较大且适宜的空速,可
以保证热量散失更快,避免体系温度升高主反应I平衡逆向移动,因此可以保障目标产物的收率,C正确;
D项,根据图4可知,在以上条件下,在空速为 左右时,邻苯二甲酸酐的收率最大,因此选择
空速为 左右进行工业生产较为合适,故D正确;故选ACD;②当空速大于 时,收率
随空速增加而下降的原因是:空速过大导致反应热及时移走,使温度迅速下降,导致反应速率下降,最终
收率下降(或空速过大导致原料气在催化剂表面停留时间短,从而转化率下降,最终导致收率下降)。
7.(2025·河南省安阳市湘豫名校联考高三模拟,节选)乙炔(C H)、乙烯和乙烷是重要的基础化工原料,
2 2
在生产、生活中有广泛应用。
(2)科学家用计算机模拟了乙炔在钯表面催化加氢的反应机理,单个乙炔分子在催化剂表面的反应历程
如图甲所示,吸附在钯表面的物质用*标注,TS代表过渡态。已知:1eV=1.6×10-19J。①总反应分多步基元反应,其中,分子有效碰撞概率最大的基元反应的化学方程式是 ;
引入Pt催化剂,总反应的焓变 (填“增大”“减小”或“不变”)。
②已知:CH≡CH(g)+2H(g) CHCH(g) ΔH = -317.3kJ·mol−1,CH =CH (g)+H(g)
2 3 3 1 2 2 2
CHCH(g) ΔH =akJ·mol−1,a等于 。
3 3 2
(3)在反应器中充入一定量的C H(g)和H(g),在铂催化剂作用下合成乙烷,测得C H(g)平衡体积分数
2 4 2 2 6
(ψ)与温度、压强关系如图乙所示。
①随着X增大,ψ降低的原因是 。
②平衡常数M N(填“>”“<”或“=”,下同);Y Y。正反应速率v(N)
1 2
v(Q)。
【答案】(2) 不变 -219.1
(3) X为温度,正反应放热,升温,平衡向逆反应方向移动 = > <
【解析】(2)①活化能越低,反应速率越快,分子的有效碰撞几率就越大。观察图示,总反应包括2个过渡态,两个基元反应。能垒等于最高能量与最低能量之差: ,
,能垒大,活化分子百分率低,有效碰撞概率低。故分子有效碰撞概率最高
的反应是 ;催化剂只改变反应历程,降低能垒,但不改变反应物与生成物的总能量,
因此不能改变反应热(焓变);②根据图像可知:总反应的热化学方程式为C H(g)+H(g) C H(g)
2 2 2 2 4
,根据盖斯定律,
;(3)①反应:C H(g)+H(g)
2 4 2
C H(g) H=-219.1 kJ/mol,该反应的正反应是气体体积减小的放热反应。升高温度,化学平衡向吸热的逆
2 6 2
反应方向△移动,导致乙烷的体积分数降低,故横坐标X对应的物理量为温度。升高温度,化学平衡向吸热
的逆反应方向移动,导致乙烷的体积分数降低;②化学平衡常数只与温度有关,温度不变,化学平衡常数
不变。根据上述①分析可知:横坐标为温度,点M、N的反应温度相同,所以化学平衡常数:M=N;Y对
应的物理量为压强,在温度不变时,增大压强,化学平衡向气体体积的正反应方向移动,导致C H 的含量
2 6
增大。根据图像可知:M、N点对应温度相同,C H 的含量:M>N,所以压强大小关系:Y>Y;根据
2 6 1 2
上述分析可知:横坐标表示温度。升高温度,化学反应速率加快。根据图像可知温度:N点<Q点,故正
反应的化学速率:N点<Q点。
题型三 各类平衡常数及相关计算
1.(2024· 贵州卷,17节选)(5) 下,在某密闭容器中按n(C H):n(CH)=1:5充入气体,
6 6 4
发生反应C H(g)+CH(g)→C H(g)+H(g),平衡时C H(g)与C H(g)的分压比为4:1,则C H(g)的平衡
6 6 4 7 8 2 6 6 7 8 6 6
转化率为 ,平衡常数K= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压 总压 物质的量分数,列
p
出计算式即可)。
【答案】(5) 20% 或
【解析】(5) 下,在某密闭容器中按n(C H):n(CH)=1:5充入气体,发生反应C H(g)+
6 6 4 6 6
CH(g)→C H(g)+H(g),平衡时C H(g)与C H(g)的分压比为4:1,设起始时C H 的物质的量为1mol,
4 7 8 2 6 6 7 8 6 6CH 的物质的量为5mol,参加反应C H 的物质的量为xmol,则可建立如下三段式:
4 6 6
依题意, ,解得x=0.2,平衡时,n(C H)=0.8mol,n(CH)=4.8mol,n(C H)=0.2mol,
6 6 4 7 8
n(H )=0.2mol,则C H 的平衡转化率为 =20%,平衡常数K=
2 6 6 p
或 。
2.(2024·江西卷,16节选)石油开采的天然气含有HS。综合利用天然气制氢是实现“碳中和”的重
2
要途径。CH 和HS重整制氢的主要反应如下:
4 2
反应Ⅰ:CH(g)+2HS(s) CS(g)+4H(g) ΔH =+260kJ/mol
4 2 2 2 1
反应Ⅱ:CH(g) C(s)+2H(g) ΔH =+90kJ/mol
4 2 2
反应Ⅲ:2HS(g) S(g)+2H(g) ΔH =+181kJ/mol
2 2 2 3
(4)假设在10L的恒温刚性容器中,通入0.3mol CH 和0.15mol H S发生反应Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ,起始总压为
4 2
P CH 和HS的转化率与时间的关系如图2,0~5min内H 的化学反应速率为 _______mol/(L•min);5min
0. 4 2 2
时,容器内总压为 _______。
(5)假设HS和CH 的混合气体在某固体催化剂上的吸附服从Langmuir等温吸附(吸附分子彼此不发生
2 4相互作用,且气体分子为单分子层吸附)。吸附等温式为: 。其
中a是气体的吸附系数,V 是气体在固体表面的饱和吸附量(标态),P是气体的分压,V是气体分压为P时
m
的平衡吸附量(标态)。在一定温度下,HS的吸附系数是CH 的4倍,当HS的分压为2MPa及4MPa,CH
2 4 2 4
和HS的分压相同时,HS平衡吸附量分别为0.6m3/kg和0.8m3/kg(已换算成标态),则HS的吸附系数为
2 2 2
_______MPa﹣1。
【答案】(4)① 1.2×10-3 ② P (5)0.4
0
【解析】(4)由图可知,0~5min内消耗的CH 为0.3mol×5%=0.015mol,消耗的HS为0.15mol×20%
4 2
=0.03mol,根据氢原子守恒,则生成H 的物质的量为n(H )=2×0.015mol+0.03=0.06mol,0~5min内H
2 2 2
的化学反应速率为v(H ) 1.2×10-3mol/(L•min);设反应Ⅰ转化了xmolCH ,则反应Ⅱ转化了
2 4
(0.015-x)molCH ,反应Ⅰ转化了2xmolH S,反应Ⅲ转化了(0.03-2x) molH S,列三段式有
4 2 2
5min时,n(CH)=0.285mol,n(H S)=0.12mol,n(H )=0.06mol,n(CS)=xmol,n(S )=(0.015-x)mol,
4 2 2 2 2
n(总)=0.48mol,起始总压为P,气体总量为0.45mol,根据压强之比等于物质的量之比,可得5min时,容
0器内总压为 ×P = P;(5)根据题意可知方程:① ,②
0 0
,联立方程①与②,解得:α =0.4MPa﹣1。
1
3.(2024·广西卷,17节选)二氯亚砜(SOCl)是重要的液态化工原料。回答下列问题:
2
(1)合成SOCl 前先制备SCl。有关转化关系为:
2 2
的
则S(s)+Cl(g)=SCl(l) ΔH=_______ kJ·mol−1。
2 2 3
(2)密闭容器中,以活性炭为催化剂,由SCl 和O 制备SOCl。反应如下:
2 2 2
ⅠSCl(g)+O(g) SOCl(g)
2 2 2 2
ⅡCl(g)+SOCl(g) 2SOCl(g)
2 2 2 2
①反应Ⅱ的 ( 为平衡常数)随 ( 为温度)的变化如图,推断出该反应为_______(填“吸热”或
“放热”)反应。
②466K时,平衡体系内各组分的物质的是分数 随 的变化如图。反应Ⅱ的平衡常数K=_______(保留1位小数)。保持 和 不变,增大SCl 平衡转化率的措施
1 2
有_______(任举一例)。
③改变 ,使反应Ⅱ的平衡常数 ,导致图中的曲线变化,则x(SCl )等于x(SOCl )的新交点
2 2
将出现在_______(填“ ”“ ”“ ”或“ ”)处。
【答案】(2)①放热 ②32.4 ③移走SOCl 或加入SO Cl ④ d
2 2 2
【解析】(2)①由图可知反应Ⅱ的 与 成正比,则温度升高即 减小随之lgK减小,那么K值减
小,平衡逆向移动,反应Ⅱ为放热反应;②由图可知, =2.0 时,平衡体系物质的量分数
x(SCl )=x(SOCl)=0.13,由于SCl(g)+O(g) SOCl(g)为非可逆反应,故O 应完全转化,即平衡体系
2 2 2 2 2 2 2 2
中不存在O ,则x(SOCl )=1-x(SCl )-x(SO Cl)=0.74,反应ⅡCl(g)+SOCl(g) 2SOCl(g)是气体体
2 2 2 2 2 2 2 2 2
积不变的反应,则平衡常数可用物质的量分数代替计算,反应Ⅱ的平衡常数 ;保
持 和 不变,减小生成物浓度或加入其他反应物均能使平衡正移,增大SCl 平衡转化率的措施
2有移走SOCl 或加入SO Cl ;③反应Ⅱ为放热反应,改变T,使反应Ⅱ的平衡常数 ,其平衡常
2 2 2
数减小,则为升高温度,反应Ⅱ逆向移动,使得SOCl 含量减小、SCl 增加,则图中x(SCl )等于x(SOCl )
2 2 2 2
的新交点将会提前,出现在d处。
4.(2024·福建卷,14节选)SiHCl 是制造多晶硅的原料,可由 Si和SiCl 耦合加氢得到,相关反应如
3 4
下:
Ⅰ.SiCl (g)+H(g)= SiHCl (g)+HCl(g) ΔH =52kJ·mol−1
4 2 3 1
Ⅱ.Si(s)+3HCl(g)= SiHCl (g)+H(g) ΔH =-236kJ·mol−1
3 2 2
Ⅲ.Si(s)+SiCl (g)+2H(g)=2SiH Cl(g) ΔH =16kJ·mol−1
4 2 2 2 3
Ⅳ.Si(s)+3SiCl (g)+2H(g)=4SiHCl (g) ΔH =-80kJ·mol−1
4 2 3 4
(3)在压强为p 的恒压体系中通入2molH 和1molSiCl ,达到平衡时,气体组分的物质的量分数随温度
0 2 4
变化如图所示(忽略气体组分在硅表面的吸附量)。已知:K 为用气体分压表示的平衡常数,分压=物质的量
p
分数×总压。
①图中n代表的组分为_______。(填化学式)
② 时,反应Ⅲ的平衡常数K=_______。(列出计算式)
p
③ 时,SiCl 的平衡转化率为f,消耗硅的物质的量为_______mol。(列出计算式)
4
(4)673K下、其他条件相同时,用Cu、CuO和CuCl分别催化上述反应,一段时间内SiCl 的转化率如
4
下表所示。(产物SiHCl 选择性均高于98.5%)
3
催化剂 Cu CuO CuCl
SiCl 的转化率/% 7.3 14.3 22.3
4
①使用不同催化剂时,反应Ⅳ的ΔH:CuO催化剂_______CuCl催化剂(填“>”“<”或“=”);反应Ⅳ的活化
能:Cu催化剂_______CuCl催化剂(填“>”“<”或“=”)。②使用CuCl催化剂,初始投料 该段时间内得到 ,则SiHCl 的选择性
3
_______ 。(列出计算式)
【答案】(3)①HCl ② ③ 或
(4)① = ② > ③
【解析】(3)在压强为p 的恒压体系中通入2molH 和1molSiCl ,①根据反应I→IV可知,温度升高反应
0 2 4
I和II向正反应方向进行,产物含量增加,结合图可知n为HCl,m为SiHCl ;②750K时按照反应II进行:
3
Si(s)+SiCl (g)+2H(g)=2SiHCl(g),由图中可知道平衡时SiCl 的物质的量分数为x,SiHCl 的物质的量分
4 2 2 2 4 2 2
数为z,H 的物质的量分数为w,则 ;③750K,1mol SiCl 的平衡转化率为f,
2 4
则转化的 SiCl 为 fmol,剩余的 SiCl 为(1-f)mol,平衡时的物质与物质的量分数分别为:SiCl →x、
4 4 4
SiHCl→z和SiHCl →y,设平衡时混合物的总物质的量为 Mmol,则可以根据剩余的SiCl 计算出M,
2 2 3 4
mol , 再 计 算 出 、
,根据硅原子守恒,消耗硅的物质的量=平衡物质中硅的总
物质的量-起始时的1molSiCl , 或者消耗硅
4
的 物 质 的 量 = 平 衡 物 质 中 SiHCl 和 SiHCl 物 质 的 量 之 和 - 消 耗 的 fmol SiCl ,
2 2 3 4。(4)①使用不同催化剂时,反应IV的ΔH:CuO催化
剂与ΔH:CuCl催化剂相比较,由于反应热只和反应物的始态与生成物的终态有关,与催化剂无关,所以
ΔH:CuO催化剂=ΔH:CuCl催化剂;根据表中数据,在相同单位时间内,Cu作催化剂SiCl 的转化率为
4
7.3%、CuCl作催化剂SiCl 的转化率为22.3%,由此可以得出CuCl作催化剂时活化能更低,效率更高,则
4
反应IV的活化能:Cu催化剂>CuCl催化剂;②根据反应IV:Si(s)+3SiCl (g)+2H(g)=4SiHCl (g),初始投
4 2 3
料 该段时间内得到 ,列式:
得出生成SiHCl 所消耗的SiCl 的物质的量 ,根据表的转化率可知所消耗的SiCl 的总物质
3 4 4
的量为 ,最后根据公式
。
5.(2024·河北卷,17节选)氯气是一种重要的基础化工原料,广泛应用于含氯化工产品的生产。硫酰
氯及1,4-二(氯甲基)苯等可通过氯化反应制备。
(2)1,4-二(氯甲基)苯(D)是有机合成中的重要中间体,可由对二甲苯(X)的氯化反应合成。对二甲苯浅
度氯化时反应过程为
以上各反应的速率方程均可表示为 ,其中 分别为各反应中对应反应物的浓
度,k为速率常数(k~k 分别对应反应①~⑤)。某温度下,反应器中加入一定量的X,保持体系中氯气浓度
1 5
恒定(反应体系体积变化忽略不计),测定不同时刻相关物质的浓度。已知该温度下,k:k:k:k:k
1 2 3 4 5=100:21:7:4:23。
① 时,c(X)=6.80mol·L-1,且30~60 min内v(X)=0.042 mol·L-1·min-1,反应进行到60 min时,
c(X)=_______ mol·L-1。
② 时,c(D)=0.099mol·L-1,若0~60 min产物T的含量可忽略不计,则此时 _______
mol·L-1;60 min后,随T的含量增加, _______(填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】(2)①5.54 ②0.033 增大
【 解 析 】 (2)① 根 据 化 学 反 应 速 率 的 计 算 公 式 时 , , 60 min 时 ,
。 ② 已 知
, 又 由 题 给 反 应 速 率 方 程 推 知 , , 则
,即60 min后 。60 min后,D和G转化为T的速率
比为 ,G消耗得更快,则 增大。
已知平衡时的总压和各组分物质的量求K :
p
求物质的量分数→求各气体分压→代入表达式求K 。
p
1 .分压平衡常数 ( K )
p
(1)气体的分压p(B):相同温度下,当某组分气体B单独存在且具有与混合气体总体积相同的体积时,该气体B所具有的压强,称为气体B的分压强,简称气体B的分压。符号为p(B),单位为Pa或kPa或
MPa
(2)分压定律
①分压定律:混合气体的总压等于相同温度下各组分气体的分压之和
p(A)+p(B)+p(C)+p(D)+…=p
②气体的分压之比等于其物质的量之比:=
③某气体的分压p(B)与总压之比等于其物质的量分数:==x(B)
则:气体的分压=气体总压×体积分数=总压×物质的量分数
(3)分压平衡常数K (只受温度影响)
p
一定温度下,气相反应:mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)达平衡时,气态生成物分压幂之积与气态
反应物分压
幂之积的比值为一个常数,称为该反应的压强平衡常数,用符号K 表示,K 的表达式如下:
p p
其中p(A)、p(B)、p(C)、p(D)分别为A、B、C、D各气体的分压
,
2 . K 的计算
p
根据“某气体的分压=气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)”计算压强平衡常数。
第一步 根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度
第二步 计算各气体组分的物质的量分数或体积分数
根据分压计算公式求出各气体物质的分压,某气体的分压=气体总压强×该气体的
第三步
体积分(或物质的量分数)
根据平衡常数计算公式代入计算。例如,N(g)+3H(g) 2NH (g),压强平衡常
2 2 3
第四步
数表达式为K =
p
1.(2025·河南省安阳市湘豫名校联考高三模拟,节选)乙炔(C H)、乙烯和乙烷是重要的基础化工原料,
2 2
在生产、生活中有广泛应用。
(4)一定温度下,保持总压强为100 kPa,向反应器中充入1 mol C H(g)和3 mol H (g),加入一定量催化
2 2 2
剂,经a min达到平衡,乙炔平衡转化率为50%,乙烯的选择性为60%。
①反应开始到恰好达到平衡状态时,H 平均压强变化率为 (用所给字母表示,数字保留1
2
位小数)kPa/min。
②反应C H(g)+H(g) C H(g)的平衡常数K 为 (kPa)-1(只列计算式)。提示:用分压
2 2 2 2 4 p计算的平衡常数为K ,分压=总压×物质的量分数。 。
p
【答案】(4) (或 )
【解析】(4)①开始时p(C H)=100 kPa× =25 kPa,p(H )=100 kPa-25 kPa=75 kPa。反应达到
2 2 2
平衡时乙炔转化率是50%,此时n(C H)=0.5 mol,由于乙烯的选择性为60%,则发生反应C H(g)+H(g)
2 2 2 2 2
C H(g)产生C H 的物质的量是n(C H)=0.5 mol×60%=0.3 mol,该反应消耗H 的物质的量是0.3
2 4 2 4 2 4 2
mol,发生反应C H(g)+H(g) C H(g)产生C H 的物质的量是n(C H)=0.5 mol-0.3 mol=0.2 mol,该
2 4 2 2 6 2 6 2 4
反应消耗H 的物质的量是2×0.2 mol=0.4 mol,故平衡时n(H )=3 mol-0.3 mol-0.4 mol=2.3 mol,n(总)=0.5
2 2
mol+0.3 mol+0.2 mol+2.3 mol=3.3 mol,由于反应前后气体总压强不变,故平衡时各种气体的平衡分压分别
是: , , ,
,则H 的分压变化率为 kPa/min;②
2
的压强平衡常数K = =
p
(kPa)-1(或 )。
2.乙烷在一定条件下可脱氢制得乙烯:C H(g) C H(g)+H(g) ΔH>0
2 6 2 4 2
(1)提高乙烷平衡转化率的措施有________、________
(2)一定温度下,向恒容密闭容器中通入等物质的量的C H 和H ,初始压强为100 kPa,发生上述反应,
2 6 2
乙烷的平衡转化率为20%。平衡时体系的压强为________kPa,该反应的平衡常数K =________kPa (用平
p
衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)
【答案】(1)升高温度 降低压强(或及时移出生成物) (2)110 15
【解析】(1)C H(g) C H(g)+H(g) ΔH>0,该反应是气体体积增大的吸热反应,提高乙烷平
2 6 2 4 2
衡转化率的措施有减小压强、升高温度或及时移出生成物等。(2)一定温度下,向恒容密闭容器中通入等物
质的量的C H 和H,初始压强为100 kPa,发生上述反应,假设起始物质的量为1 mol,乙烷的平衡转化率
2 6 2为20%,可得三段式:
C H(g) C H(g)+H(g)
2 6 2 4 2
起始/mol 1 0 1
转化/mol 0.2 0.2 0.2
平衡/mol 0.8 0.2 1.2
根据压强之比等于物质的量之比得到=,解得x=110 kPa,即平衡时体系的压强为110 kPa,该反应的
平衡常数K ==15 kPa。
p
3.(2025·河南省南阳市高三联考,节选)利用太阳能光催化分解水制H,再用制备的H 还原CO 生成
2 2 2
化工原料CHOH,可实现化工生产的节能减排。工业上用CO 和H 制备CHOH的原理如下:
3 2 2 3
①CO(g)+3H(g) CHOH(g)+HO(g) ΔH =-49.5kJ·mol−1
2 2 3 2 1
②CO (g)+H(g) CO(g)+HO(g) ΔH =+41.2kJ·mol−1
2 2 2 2
③CO(g)+2H(g) CHOH(g)的ΔH=-90.7 kJ·mol−1。
2 3
(5)在120℃,体积恒定的密闭容器中发生反应①和②,通入1mol CO 和2.5mol H 混合气体,起始压
2 2
强为0.35MPa,反应①和②平衡时,总压为0.25MPa,CO 的转化率为60%,则反应②的压强平衡常数K=
2 p
(分压=总压×物质的量分数)。
【答案】(5)1/6
【解析】(5)通入1mol CO 和2.5mol H 混合气体,起始压强为0.35MPa,平衡时总压为0.25MPa,则
2 2
平衡时气体总物质的量为2.5mol,设反应②中二氧化碳的变量为x,建立平衡:
,则 ,
,平衡时 , , ,
,则 。
4.硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO 的催化氧化:
2SO (g)+O(g) SO (g) ΔH=-98 kJ·mol-1。将组成(物质的量分数)为2m% SO (g)、m% O (g)
2 2 3 2 2
和q% N (g)的气体通入反应器,在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时,若SO 转化率为α,则SO
2 2 3
压强为________,平衡常数K =________________________(以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
p
【答案】
【解析】设通入的SO 、O 和N 共100 mol,利用三段式法进行计算:
2 2 2
SO (g)+O(g) SO (g)
2 2 3
起始量/mol 2m m 0
转化量/mol 2mα mα 2mα
平衡量/mol 2m-2mα m-mα 2mα
平衡时气体的总物质的量为(3m+q-mα)mol,则p(SO )=p×,p(O )=p×,p(SO )=p×,因3m+q=
2 2 3
100, ,代入计算得 。
5.对于反应C H(g) C H(g)+H(g) ΔH =+125 kJ·mol-1,总压恒定为100kPa,在密闭容器
3 8 3 6 2 1
中通入C H 和N 的混合气体(N 不参与反应),从平衡移动的角度判断,达到平衡后“通入N”的作用是
3 8 2 2 2
________________________;在温度为T 时,C H 的平衡转化率与通入气体中C H 的物质的量分数的关
1 3 8 3 8
系如图所示,计算T 时反应I的平衡常数K =________kPa(保留一位小数)
1 p
【答案】减小气体浓度,使平衡右移,提高C H(g)的转化率 16.7
3 8
【解析】达到平衡后,通入N ,为维持恒压状态,容器体积必须增大,则平衡向气体体积增大的反应
2
及正向移动,C H(g)的转化率增大。根据图a,C H 的物质的量分数为0.4时,其平衡转化率为50%,假
3 8 3 8
设混合气体为1mol,则起始时C H 为0.4mol,N 为0.6mol,运用三行式分析法可求出平衡时 C H 为
3 8 2 3 8
0.2mol,C H 为0.2mol, H 为0.2mol,N 为0.6mol。进而求出C H 、C H 、H 的分压均为100/6kPa,,
3 6 2 2 3 8 3 6 2
则T 时反应I的平衡常数可求得为16.7kPa。
1
6.在恒容密闭容器中,加入足量的MoS 和O ,仅发生反应:2MoS (s)+7O(g) 2MoO (s)+
2 2 2 2 3
4SO (g) ΔH。测得氧气的平衡转化率与起始压强、温度的关系如图所示:
2(1)p、p、p 的大小:________
1 2 3
(2)若初始时通入7.0 mol O,p 为7.0 kPa,则A点平衡常数K =________(用气体平衡分压代替气体平
2 2 p
衡浓度计算,分压=总压×气体的物质的量分数,写出计算式即可)
【答案】(1)p>p>p (2)(kPa)-3
1 2 3
【解析】(1)该反应的正反应是一个反应前后气体体积减小的可逆反应,增大压强平衡正向移动,氧气
转化率增大,所以压强:p >p >p 。(2)若初始时通入7.0 mol O ,p 为7.0 kPa,A点氧气转化率为50%,
1 2 3 2 2
则A点n(O )=7.0 mol×(1-50%)=3.5 mol,生成n(SO )=×4 =2 mol,恒温恒容条件下气体压强之比等于
2 2
物质的量之比,所以A点压强为×7.0 kPa=5.5 kPa,p(O )=×5.5 kPa=3.5 kPa,p(SO )=(5.5-3.5)kPa=2
2 2
kPa,则A点平衡常数K ==(kPa)-3=(kPa)-3 。
p