考向18 化学反应与能量变化-备战2022年高考化学一轮复习考点微专题

考向18 化学反应与能量变化 【2021广东卷】我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应： a)CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ∆H1 b)CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ∆H2 c)CH4(g) C(s)+2H2(g) ∆H3 d)2CO(g) CO2(g)+C(s) ∆H4 e)CO(g)+H2(g) H2O(g)+C(s) ∆H5 (1)根据盖斯定律，反应a的∆H1=_______(写出一个代数式即可)。 (2)上述反应体系在一定条件下建立平衡后，下列说法正确的有_______。 A．增大CO2与CH4的浓度，反应a、b、c的正反应速率都增加 B．移去部分C(s)，反应c、d、e的平衡均向右移动 C．加入反应a的催化剂，可提高CH4的平衡转化率 D．降低反应温度，反应a~e的正、逆反应速率都减小 (3)一定条件下，CH4分解形成碳的反应历程如图所示。该历程分_______步进行，其中，第_______步的正反应活化能最大。 (4)设K 为相对压力平衡常数，其表达式写法：在浓度平衡常数表达式中，用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压（单位为kPa）除以p0（p0=100kPa）。反应a、c、e的ln K 随 （温度的倒数）的变化如图所示。 ①反应a、c、e中，属于吸热反应的有_______(填字母)。 ②反应c的相对压力平衡常数表达式为K =_______。 ③在图中A点对应温度下、原料组成为n(CO2):n(CH4)=1:1、初始总压为100kPa的恒容密闭容器中进行反应，体系达到平衡时H2的分压为40kPa。计算CH4的平衡转化率，写出计算过程_______。 (5)CO2用途广泛，写出基于其物理性质的一种用途：_______。 【答案】∆H2+∆H3-∆H5或∆H3-∆H4 AD 4 4 ac 68% 做冷冻剂 【分析】 根据盖斯定律计算未知反应的反应热；根据影响化学反应速率和化学平衡的因素判断反应速率的变化及转化率的变化；根据图像及曲线高低判断反应进程和活化能的相对大小；根据平衡时反应物的分压计算平衡转化率；根据CO2的物理性质推测CO2的用途。 【解析】 (1)根据题目所给出的反应方程式关系可知，a=b+c-e=c-d，根据盖斯定律则有∆H1=∆H2+∆H3-∆H5=∆H3-∆H4； (2)A．增大CO2和CH4的浓度，对于反应a、b、c来说，均增大了反应物的浓度，反应的正反应速率增大，A正确； B．移去部分C(s)，没有改变反应体系中的压强，反应的正逆反应速率均不变，平衡不移动，B错误； C．催化剂可以同等条件下增大正逆反应速率，只能加快反应进程，不改变反应的平衡状态，平衡转化率不变，C错误； D．降低温度，体系的总能量降低，正、逆反应速率均减小，D正确； 故答案选AD； (3)由图可知，反应过程中能量变化出现了4个峰，即吸收了4次活化能，经历了4步反应；且从左往右看4次活化能吸收中，第4次对应的峰最高，即正反应方向第4步吸收的能量最多，对应的正反应活化能最大。 (4)①随着温度的升高，反应a和c的ln K 增大，说明K 的数值增大，反应向正反应方向进行，反应a和c为吸热反应，同理反应e的ln K 减小，说明K 的减小，反应向逆反应方向进行，反应e为放热反应，故答案为ac； ②用相对分压代替浓度，则反应c的平衡常数表达式K = ； ③由图可知，A处对应反应c的ln K =0，即K = =1，解方程的p2(H2)=p(CH4)，已知反应平衡时p(H2)=40kPa，则有p(CH4)=16kPa，且初始状态时p(CH4)= ×100kPa=50kPa，故CH4的平衡转化率为 ×100%=68%； (5) 固态CO2即为干冰，干冰用于制冷或人工降雨均是利用其物理性质。 【点睛】 本题难点在于K 与 关系曲线的判断，在曲线中斜率为正为放热反应，斜率为负为吸热反应。 1、图解反应热与活化能的关系: (1)注意活化能在图示中的意义。 ①从反应物至最高点的能量数值表示正反应的活化能(E1); ②从最高点至生成物的能量数值表示逆反应的活化能(E2); ③ΔH=E1-E2。 (2)催化剂只影响正、逆反应的活化能,而不影响反应的焓变。 (3)涉及反应热的有关计算时,要特别注意图示中反应物和生成物的物质的量。 2、利用键能计算ΔH的方法: (1)计算公式:ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能。 (2)常见1 mol物质中的化学键数目。  物质 CO2(CO) CH4(C—H) P4(P—P) SiO2(Si—O) 键数