2025届高考化学一轮复习 课件 综合提能2 化学反应原理

综合提能(二) 化学反应原理 高考怎么考 高考考什么 提能点1 化学平衡图像分析、条件控制及原因解释 提能点2 化学平衡相关计算 模型构建与素养提升 1 题型特色分析 高考怎么考 1. [2023•辽宁卷] 硫酸工业在国民经济中占有重要地位。 (1)我国古籍记载了硫酸的制备方法——“炼石胆(CuSO4·5H2O)取精华法”。借助现代仪器分析,该制备过程中CuSO4·5H2O分解的TG曲线(热重)及DSC曲线(反映体系热量变化情况,数值已省略)如图所示。700 ℃左右有两个吸热峰,则此时分解生成的氧化物有SO2、  和　　　　(填化学式)。  CuO　 SO3 高考怎么考 [解析] (1)CuSO4·5H2O中w(H2O)=×100%=36%,从开始到约220 ℃,固体质量减少量占原固体质量的比例为×100%=36%,此时剩余固体为CuSO4,之后CuSO4发生热分解反应,从TG图像可以看出,到约800 ℃时质量减少量为原CuSO4质量的一半,说明有固体CuO剩余,在700 ℃左右有两个吸热峰,说明有两个反应发生,此时气体产物为SO2、SO3、O2,固体产物为CuO。 高考怎么考 (2)铅室法使用了大容积铅室制备硫酸(76%以下),副产物为亚硝基硫酸,主要反应如下: NO2+SO2+H2O=NO+H2SO4 2NO+O2 =2NO2 (ⅰ)上述过程中NO2的作用为 。  (ⅱ)为了适应化工生产的需求,铅室法最终被接触法所代替,其主要原因是________________________________________________________________________ _________________________________________________________ (答出两点即可)。    [解析] (2)(ⅰ)根据所给的反应方程式,NO2在反应过程中先消耗再生成,说明NO2在反应中起催化剂的作用。 (ⅱ)铅室法最终被接触法代替的原因是在铅室法反应中有NO和NO2放出,污染空气;同时副产物亚硝基硫酸影响产品质量;铅室法制硫酸的产率不高;制得硫酸浓度相对较低。 作催化剂　 铅室法反应中有NO和NO2放出,污染空气;副产物亚硝基硫酸影响产品质量;铅室法制硫酸的产率不高;制得硫酸浓度相对较低(答案合理即可) 高考怎么考 (3)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化:SO2(g)+O2(g)⇌SO3(g) ΔH=-98.9 kJ·mol-1 (ⅰ)为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度,绘制相应转化率(α)下反应速率 (数值已略去)与温度的关系如图所示,下列说法正确的是　　　　。  a.温度越高,反应速率越大 b.α=0.88的曲线代表平衡转化率 c.α越大,反应速率最大值对应温度越低 d.可根据不同α下的最大速率,选择最佳生产温度 [解析] (3)(ⅰ)根据不同转化率下的反应速率曲线可以看出,随着温度的升高反应速率先加快后减慢,a错误; 不同温度下平衡转化率不同,α=0.88可能是某一温度下的平衡转化率,且T=490 ℃时,α能达到0.92,则该温度下平衡转化率一定不是0.88,b错误; cd　 高考怎么考 (3)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化:SO2(g)+O2(g)⇌SO3(g) ΔH=-98.9 kJ·mol-1 (ⅰ)为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度,绘制相应转化率(α)下反应速率 (数值已略去)与温度的关系如图所示,下列说法正确的是　　　　。  a.温度越高,反应速率越大 b.α=0.88的曲线代表平衡转化率 c.α越大,反应速率最大值对应温度越低 d.可根据不同α下的最大速率,选择最佳生产温度 从图像可以看出随着转化率的增大,最大反应速率不断减小,最大反应速率对应的温度也逐渐降低,c正确; 从图像可以看出随着转化率的增大,最大反应速率对应的温度也逐渐降低,这时可以根据不同转化率选择合适的反应温度以减少能源的消耗,d正确。 cd　 高考怎么考 (ⅱ)为提高钒催化剂的综合性能,我国科学家对其进行了 改良。不同催化剂下,温度和转化率关系如下图所示, 催化性能最佳的是　　　　(填标号)。  [解析] (ⅱ)为了提高催化剂的综合性能,科学家对催化剂进行了改良,从图中可以看出标号为d的催化剂V-K-Cs-Ce对SO2的转化率最好,产率最佳,故答案选d。 d　 高考怎么考 (ⅲ)设O2的平衡分压为p,SO2的平衡转化率为αe,用含p和αe的代数式表示上述催化氧化反 应的Kp=　 (用平衡分压 代替平衡浓度计算)。 [解析] (ⅲ)利用平衡分压代替平衡浓度计算平衡常数,已知O2的平衡分压为p,反应的平衡常数Kp===;设SO2初始物质的量为m,则平衡时n(SO3)=mαe,n(SO2)=m-mαe=m(1-αe),Kp==。 高考怎么考 2. [2021•湖北卷] 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=+125 kJ·mol-1 反应Ⅱ(氧化脱氢):C3H8(g)+O2(g)=C3H6(g)+H2O(g)　ΔH2=-118 kJ·mol-1 (1)已知键能:E(C—H)=416 kJ·mol-1,E(H—H)=436 kJ·mol-1,由此计算生成1 mol碳碳π键放出的能量为　　 　　kJ。  271 [解析] (1)由C3H8(g)=C3H6(g)+H2(g)　ΔH1=+125 kJ·mol-1,可知反应中需要断裂 2 mol C—H、形成1 mol碳碳π键和1 mol H—H,则416 kJ·mol-1×2-E(碳碳π键)- 436 kJ·mol-1=+125 kJ·mol-1,解得:E(碳碳π键)=271 kJ·mol-1,所以形成1 mol碳碳 π键放出的能量为271 kJ。 高考怎么考 (2)对于反应Ⅰ,总压恒定为100 kPa,在密闭容器中通入C3H8和N2的混合气体(N2不参与反应),从平衡移动的角度判断,达到平衡后“通入N2”的作用是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;在温度为T1时,C3H8的平衡转化率与通入气体中C3H8的物质的量分数的关系如图a所示,计算T1时反应Ⅰ的平衡常数Kp=　　　　kPa(以分压表示,分压=总压×物质的量分数,保留一位小数)。  减小气体浓度,使平衡右移,提高C3H8(g)转化率　 16.7 高考怎么考 [解析] (2)达到平衡后,通入N2,由于总压恒定为100 kPa,则容器容积增大,平衡向气体体积增大的方向移动,即向正反应方向移动,C3H8(g)的转化率增大。根据图a,C3H8的物质的量分数为0.4时,其平衡转化率为50%。假设混合气体为1 mol,则起始时C3H8为0.4 mol,N2为0.6 mol,运用三段式法计算: 　　　 　　C3H8(g)⇌H2(g)+C3H6(g) 开始量/mol 　0.4　　 0　 　0 变化量/mol 　0.2 　　0.2　 0.2 平衡量/mol 　0.2 　　0.2　 0.2 由于总压恒定为100 kPa,平衡时C3H8为0.2 mol,C3H6为 0.2 mol,H2为0.2 mol,N2为0.6 mol,则C3H8(g)、C3H6(g)、 H2(g)的分压均为100 kPa×= kPa,故T1时反应Ⅰ的平衡常数Kp=≈ 16.7 kPa。 高考怎么考 (3)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b所示。0~1.2 s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 　　　　　 　　 　　　。  2　 [解析] (3)0~1.2 s内C3H6的分压由0增大为2.4 kPa,则0~1.2 s 生成C3H6的平均速率为=2 kPa·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+O2 =3CO2+3H2O,H2+O2 =H2O,消耗O2,因此C3H8和O2的消耗速率比小于2∶1。 H2和C3H6都消耗O2 高考怎么考 (4)恒温刚性密闭容器中通入气体分压比为p(C3H8)∶p(O2)∶p(N2)=2∶13∶85的混合气体,已知某反应条件下只发生如下反应(k,k'为速率常数): 反应Ⅱ:2C3H8(g)+O2(g)=2C3H6(g)+2H2O(g)　k 反应Ⅲ:2C3H6(g)+9O2(g)=6CO2(g)+6H2O(g)　k' 实验测得丙烯的净生成速率方程为v(C3H6)=kp(C3H8)-k'p(C3H6),可推测丙烯的浓度随时间的变化趋势为　　　　　　　　　　,其理由是______________________________ _________________________________________________________________________ __________________________________。 先增大后减小　 [解析] (4)反应开始时,反应Ⅱ向右进行,c(C3H6)逐渐增大,且体系中以反应Ⅱ为主,随着反应进行,p(C3H8)减小,p(C3H6)增大,使得v(C3H6)减小,体系中以反应Ⅲ为主,因此丙烯的浓度随时间的变化趋势为先增大后减小。 反应开始时,体系中主要发生反应Ⅱ,c(C3H6)逐渐增大,随着反应进行,p(C3H8)减小,p(C3H6)增大,v(C3H6)减小,体系中主要发生反应Ⅲ,c(C3H6)逐渐减小 必备知识 提能点1 化学平衡图像分析、条件控制及原因解释 高考考什么 一、化学平衡图像分析 1. 化学平衡图像信息的获取 依据化学反应原理中反应速率和平衡移动知识解读图像,关键在于对“数”“形”“义”“性”的综合思考,包括: 必备知识 高考考什么 (1)明标 明晰横、纵坐标所表示的化学含义,这是理解题意和进行正确思考的前提。明晰坐标含义,也就是用变量的观点分析坐标,找出横、纵坐标的关系,再结合教材,联系相应的知识点。 (2)找点 找出曲线中的特殊点(起点、顶点、拐点、终点、交叉点、平衡点等),分析这些点所表示的化学意义以及影响这些点的主要因素及限制因素等,大多考题就落在这些点的含义分析上,因为这些点往往隐含着某些限制条件或某些特殊的化学含义。 (3)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,要分区段进行分析,研究各段曲线的变化趋势及其含义。 必备知识 高考考什么 2. 化学平衡图像信息的加工 在准确解读图像信息的基础上,对试题信息进行加工处理,分析角度如图所示。 必备知识 高考考什么 二、化学反应的调控 1. 分析思路 必备知识 高考考什么 2. 最佳条件的选择 分析角度 化工生产适宜条件的选择原则 　从化学反应速率分析 　既不能过快,又不能太慢 　从化学平衡移动分析 　既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性,又要注意二者影响的矛盾性 　从原料的利用率分析 　增加易得廉价原料,提高难得高价原料的利用率,从而降低生产成本 　从实际生产能力分析 　如设备承受高温、高压能力等 　从催化剂的使用活性分析 　注意催化剂的活性对温度的限制 必备知识 高考考什么 三、条件控制及原因解释思维模型 1. [2022•辽宁卷节选] 工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破,目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖,其反应为N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1　ΔS= -200 J·K-1·mol-1。回答下列问题: (1)合成氨反应在常温下　　　　(填“能”或“不能”)自发。 (2)　　　　温(填“高”或“低”,下同)有利于提高反应速率,　　　　温有利于提高平衡转化率,综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素,工业常采用400~500 ℃。   对点突破 高考考什么 能　 [解析](1)对于合成氨反应,常温下,ΔG=ΔH-TΔS=-92.4 kJ·mol-1-298 K×(-0.2 kJ·K-1· mol-1)=-32.8 kJ·mol-1<0,故合成氨反应在常温下能自发进行。 高　 低　 [解析] (2)其他条件一定时,升高温度,可以提供更多的能量,使活化分子百分数增大,反应速率加快;合成氨反应是放热反应,要提高平衡转化率,即使平衡正向移动,应降低温度。 针对反应速率与平衡产率的矛盾,我国科学家提出了两种解决方案。 (3)方案一:双温-双控-双催化剂。 使用Fe-TiO2-xHy双催化剂,通过光辐射产生温差(如体系温度为495 ℃时,Fe的温度为547 ℃,而TiO2-xHy的温度为415 ℃)。 下列说法正确的是　　　　。  a.氨气在“冷Ti”表面生成,有利于提高氨的平衡产率 b.N≡N在“热Fe”表面断裂,有利于提高合成氨反应速率 c.“热Fe”高于体系温度,有利于提高氨的平衡产率 d.“冷Ti”低于体系温度,有利于提高合成氨反应速率 对点突破 高考考什么 ab　 对点突破 高考考什么 [解析] (3)因为正反应为放热反应,所以低温有利于平衡正向移动,氨气在“冷Ti”表面生成,有利于提高氨的平衡产率,a正确; 温度升高,反应速率加快,所以N≡N在“热Fe”表面断裂,有利于提高合成氨反应速率,b正确; 合成氨反应的正反应为放热反应,“热Fe”高于体系温度,不利于提高氨的平衡产率,c不正确; 温度升高,可提高合成氨反应的速率,所以“冷Ti”低于体系温度,不利于提高合成氨反应速率,d不正确。 (4)方案二:M-LiH复合催化剂。 下列说法正确的是　　　　。  a.300 ℃时,复合催化剂比单一催化剂效率更高 b.同温同压下,复合催化剂有利于提高氨的平衡产率 c.温度越高,复合催化剂活性一定越高 对点突破 高考考什么 a　 [解析] (4)由题图可知,300 ℃时,复合催化剂催化时合成氨反应的反应速率比单一催化剂催化时大很多,说明300 ℃时复合催化剂比单一催化剂效率更高,a正确; 同温同压下,复合催化剂能提高反应速率,但不能使平衡发生移动,故不能提高氨的平衡产率,b错误; 温度过高,复合催化剂可能会失去活性,催化效率反而降低,c错误。 (5)某合成氨速率方程为v=kcα(N2)cβ(H2)·cγ(NH3),根据表中数据,γ=　　　　;  在合成氨过程中,需要不断分离出氨的原因为_______。  a.有利于平衡正向移动 b.防止催化剂中毒 c.提高正反应速率 实验 c(N2)/(mol·L-1) c(H2)/(mol·L-1) c(NH3)/(mol·L-1) v/(mol·L-1·s-1) 1 m n p q 2 2m n p 2q 3 m n 0.1p 10q 4 m 2n p 2.828q 对点突破 高考考什么 -1　 [解析] (5)将实验1、3中数据分别代入合成氨的速率方程可得: q=k·mα·nβ·pγ,10q=k·mα·nβ·(0.1p)γ,可得γ=-1。 合成氨过程中,不断分离出氨,即降低体系中c(NH3),生成物浓度降低,有利于平衡正向移动,但不会提高正反应速率,a正确,c错误; 反应的生成物氨不能使催化剂中毒,b错误。 a　 2. 金属钛(Ti)及其合金是高强度、低密度结构材料,在航空航天、医疗器械等领域有着重要用途。目前生产钛的方法之一是将TiO2转化为TiCl4,再进一步还原得到钛。 (1)TiO2转化为TiCl4有直接氯化法(反应a)和碳氯化法(反应b)。 a.TiO2(s) +2Cl2(g)⇌TiCl4(g) +O2(g)　ΔH1 =+172 kJ·mol-1 b.TiO2(s) +2Cl2(g)+2C(s)⇌TiCl4(g)+2CO (g)　ΔH2 已知:C(s)+O2(g)⇌CO2(g)　ΔH3=-393.5 kJ·mol-1, 2CO(g)+O2(g)⇌2CO2(g)　ΔH4=-566.0 kJ·mol-1。 ①直接氯化反应在　　　 　(填“高温”“低温”)条件下有利于自发进行。  对点突破 高考考什么 [解析] (1)①直接氯化时ΔH1=+172 kJ·mol-1,ΔS≈0,根据ΔG=ΔH-TΔS<0反应自发,直接氯化反应在高温条件下有利于自发进行。 高温　 a.TiO2(s) +2Cl2(g)⇌TiCl4(g) +O2(g)　ΔH1 =+172 kJ·mol-1 b.TiO2(s) +2Cl2(g)+2C(s)⇌TiCl4(g)+2CO (g)　ΔH2 已知:C(s)+O2(g)⇌CO2(g)　ΔH3=-393.5 kJ·mol-1, 2CO(g)+O2(g)⇌2CO2(g)　ΔH4=-566.0 kJ·mol-1。 ②ΔH2=　　　　 kJ·mol-1。  对点突破 高考考什么 [解析] ②已知:a.TiO2(s)+2Cl2(g)⇌TiCl4(g)+O2(g)　ΔH1=+172 kJ·mol-1;c.C (s) +O2(g)⇌ CO2(g)　ΔH3=-393.5 kJ·mol-1;d.2CO (g)+O2(g)⇌2CO2(g)　ΔH4=-566.0 kJ·mol-1; b=a+2c-d得反应TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)⇌TiCl4(g)+2CO(g),所以ΔH2=ΔH1+2ΔH3-ΔH4= -49 kJ·mol-1。 -49　 b.TiO2(s) +2Cl2(g)+2C(s)⇌TiCl4(g)+2CO (g)　ΔH2 已知:C(s)+O2(g)⇌CO2(g)　ΔH3=-393.5 kJ·mol-1, 2CO(g)+O2(g)⇌2CO2(g)　ΔH4=-566.0 kJ·mol-1。 ③碳氯化法中生成CO比生成CO2更有利于TiO2转化为TiCl4,从熵变角度分析可能的原因是 　 。  ④已知常压下TiCl4的沸点为136 ℃,从碳氯化反应的混合体系中分离出TiCl4的措施是 　　　　　　　　。  对点突破 高考考什么 [解析] ③生成CO反应中的ΔS比生成CO2反应中大,所以碳氯化法中生成CO比生成CO2更有利于TiO2转化为TiCl4,更有利于反应正向进行。 生成CO反应的ΔS更大,更有利于反应正向进行　 降温冷凝 [解析] ④常压下TiCl4的沸点为136 ℃,可用降温冷凝法将TiCl4从碳氯化反应的混合体系中分离。 (2)在1.0×105 Pa,将TiO2、C、Cl2以物质的量之比为1∶2.2∶2进行反应。体系中TiCl4、CO、CO2平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。 ①已知在200 ℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4,但实际生产中反应温度却远高于此温度,其原因是  　。  对点突破 高考考什么 [解析] (2)①虽然在200 ℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4,但温度较高时,反应速率加快,单位时间内得到的产品更多,所以实际生产中反应温度远高于此温度。 温度较高时,反应速率加快,单位时间内得到的产品更多　 ②图中a曲线代表的物质是　　　　　, 原因是________________________________ ____________________________________________________________。 对点突破 高考考什么 [解析] ②曲线a代表的物质的比例随着温度升高而增大,CO2(g)+C(g)⇌2CO(g)　ΔH>0,温度升高,平衡正向移动,CO物质的量分数逐渐升高,所以曲线a代表的物质为CO。 CO　 CO2 (g)+C(g)⇌2CO(g)　ΔH>0,温度升高,平衡正向移动,CO物质的量分数逐渐升高 必备知识 提能点2 化学平衡相关计算 高考考什么 1. 化学平衡常数 (1)化学平衡常数K的大小只与温度有关,K>105时,可以认为该反应已经进行完全。 (2)对于可逆反应mA(g)+nB(g)⇌pC(g)+qD(g),在一定温度下达到化学平衡时,K=。可用压强平衡常数表示:Kp=[p(C)为平衡时气体C的分压]。 必备知识 高考考什么 [微点拨] 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,即p(A)+p(B)+p(C)+p(D)+……=p; ②同温同容条件下,气体的分压之比等于物质的量之比:=; 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=气体总压×物质的量分数。 必备知识 高考考什么 (3)平衡常数间的关系 ①同一可逆反应中,K正·K逆=1。 ②同一方程式中的化学计量数同时扩大为原来的n倍或缩小至原来的,则新平衡常数K'与原平衡常数K间的关系:K'=Kn或K'=。 ③几个可逆反应方程式相加得总方程式,则总反应的平衡常数等于分步反应平衡常数之积;两个方程式相减所得反应的平衡常数为两个平衡常数之比。 ④水溶液中进行的反应,必须拆成离子方程式再计算平衡常数。 必备知识 高考考什么 2. 化学反应速率常数与化学平衡常数之间的关系 (1)K与k正、k逆的关系 对于反应:aA(g)+bB(g)⇌pC(g)+qD(g), v正=k正·ca(A)·cb(B)(k正为正反应速率常数) v逆=k逆·cp(C)·cq(D)(k逆为逆反应速率常数) 反应达到平衡时v正=v逆,此时:k正·ca(A)·cb(B)=k·cp(C)·cq(D)⇒ ==K,即K=。 必备知识 高考考什么 (2)Kp与k正、k逆的关系 以2NO2(g)⇌N2O4(g)为例, v正=k正·p2(NO2),v逆=k逆·p(N2O4) 反应达到平衡时v正=v逆,此时:k正·p2(NO2)=k逆·p(N2O4)⇒==Kp, 即Kp=。 必备知识 高考考什么 3. 多重平衡体系计算的步骤和方法 (1)计算步骤 必备知识 高考考什么 (2)计算方法 ①分设变量法——先设变量,求平衡量 必备知识 高考考什么 ②守恒法——直接设平衡量 1. [2023•广东卷节选] (1)有机物R能与Fe2+形成橙红色的配离子[FeR3]2+,该配离子可被HNO3氧化成淡蓝色的配离子[FeR3]3+,R的衍生物L可用于分离稀土。溶液中某稀土离子(用M表示)与L存在平衡:M+L⇌ML　K1;ML+L⇌ML2　K2。 研究组配制了L起始浓度c0(L)=0.02 mol·L-1、M与L起始浓度比不同的系列溶液,反应平衡后测定其核磁共振氢谱。配体L上的某个特征H在三个物种L、ML、ML2中的化学位移不同,该特征H对应吸收峰的相对峰面积S(体系中所有特征H的总峰面积计为1)如下表。 对点突破 高考考什么 S(L) S(ML) S(ML2) 0 1.00 0 0 a x <0.01 0.64 b <0.01 0.40 0.60 【注】核磁共振氢谱中相对峰面积S之比等于吸收峰对应H的原子数目之比; “<0.01”表示未检测到。 ①=a时,x=　　　　。  对点突破 高考考什么 [解析] (1)①=a时, S(ML2)+S(ML)+S(L)=1,且S(ML2)=0.64,S(ML)<0.01,得x=0.36; 0.36　 S(L) S(ML) S(ML2) 0 1.00 0 0 a x <0.01 0.64 b <0.01 0.40 0.60 ②=b时,平衡浓度比c平(ML2)∶c平(ML)=　　 　　。  对点突破 高考考什么 3∶4或0.75 [解析] ②ML2相比于ML含有两个 配体,则ML2与ML的浓度比应为 S(ML2)的一半与S(ML)之比,即=。 S(L) S(ML) S(ML2) 0 1.00 0 0 a x <0.01 0.64 b <0.01 0.40 0.60 (2)研究组用吸收光谱法研究了(1)中M与L反应体系。当c0(L)=1.0×10-5 mol·L-1时,测得平衡时各物种随的变化曲线如图。=0.51时,计算M的平衡转化率(写出计算过程,结果保留两位有效数字)。 对点突破 高考考什么 [答案] c0(M)=0.51c0(L)=5.1×10-6 mol·L-1;c平(ML)= c平(L)=0.4c0(L)=4.0×10-6 mol·L-1,由L守恒可知c平(ML2)= = 1.0×10-6 mol·L-1,则c转(M)=4.0×10-6 mol·L-1+1.0×10-6 mol·L-1= 5.0×10-6 mol·L-1;则M的转化率为×100%≈98% 2. (1)[2023•全国乙卷节选] ①将FeSO4置入抽空的刚性容器中,升高温度发生分解反应:2FeSO4(s)⇌Fe2O3(s)+SO2(g)+SO3(g)　(Ⅰ) 平衡时-T的关系如下图所示。660 K时,该反应的平衡总压p总=　　　　kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)=　　　　(kPa)2。Kp(Ⅰ)随反应温度升高而　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。  对点突破 高考考什么 2.25　 3.0　 增大 对点突破 高考考什么 [解析] (1)①分解反应(Ⅰ)中,FeSO4和Fe2O3都是固体,平衡时生成SO2(g)和SO3(g)的物质的量相等,即平衡时SO2和SO3的分压是相等的,观察图像知,660 K达平衡时为1.5 kPa,则也为1.5 kPa,故p总=1.5 kPa+1.5 kPa=3.0 kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)= ×=1.5 kPa×1.5 kPa=2.25 (kPa)2。观察图像知,随着温度的升高,增大,说明平衡正向移动,正反应是吸热反应,故Kp(Ⅰ)随反应温度升高而增大。 ②提高温度,上述容器中进一步发生反应2SO3(g)⇌2SO2(g)+O2(g)(Ⅱ),平衡时= 　　　　　(用、表示)。在929 K时, p总=84.6 kPa、=35.7 kPa,则= 　　　　kPa,Kp(Ⅱ)=　　 　　 kPa(列出计算式)。  对点突破 高考考什么 　 [解析] ②如果只有反应(Ⅰ),则平衡时SO2和SO3的分压是相等的,但由于温度升高引起平衡(Ⅱ)的发生,SO3进一步分解为SO2和O2,故SO2分压增大而SO3分压减小,新增的O2的分压乘以2恰好等于SO2分压增大量或SO3分压减小量。 仅发生反应(Ⅰ)时SO3分压与SO2分压相等,即反应(Ⅱ)起始时SO3分压与SO2分压相等,则平衡时+2=-2即4=-,因此=。 46.26　 ()2×2.64 ②提高温度,上述容器中进一步发生反应2SO3(g)⇌2SO2(g)+O2(g)(Ⅱ),平衡时= 　　　　　(用、表示)。在929 K时, p总=84.6 kPa、=35.7 kPa,则= 　　　　kPa,Kp(Ⅱ)=　　 　　 kPa(列出计算式)。  对点突破 高考考什么 　 平衡时系统中只有SO3、SO2和O2三种气体,故p总=++,结合= 可知=,代入题给数据,即得=46.26 kPa,=2.64 kPa。 反应Ⅱ的平衡常数Kp(Ⅱ)=()2×2.64 kPa。 46.26　 ()2×2.64 (2)[2021•辽宁卷节选] 苯催化加氢制备环己烷是化工生产中的重要工艺,一定条件下, 发生如下反应: Ⅰ.主反应: (g)+3H2(g)⇌ (g)　ΔH1<0 Ⅱ.副反应: (g) ⇌ (g)　ΔH2>0 恒压反应器中,按照n(H2)∶n(C6H6)=4∶1投料,发生Ⅰ、Ⅱ反应。总压为p0,平衡时苯的 转化率为α,环己烷的分压为p,则反应Ⅰ的Kp=　 (列出计算式即可,  用平衡分压代替平衡浓度计算。分压=总压×物质的量分数)。 对点突破 高考考什么 对点突破 高考考什么 [解析] (2)恒压反应器中,按照n(H2)∶n(C6H6)=4∶1投料,设投入的苯的物质的量为1 mol,发生Ⅰ、Ⅱ反应,总压为p0,平衡时苯的转化率为α,环己烷转化量为x mol,则: 　　　　　　 (g)+3H2(g)⇌ (g) 起始量/mol　　1　　　　4　　　0 转化量/mol　　α　　　　3α　 　α 　　　　　　 (g) ⇌ (g) 起始量/mol　　α　　　　　 0 转化量/mol　　x　　　 　　x 反应后平衡体系中总的物质的量为(1-α+4-3α+α-x+x) mol=(5-3α) mol,故平衡时,苯的分压为p0,H2的分压为p0,则反应Ⅰ的Kp= =。 (3)[2022•湖南卷节选] 2021年我国制氢量位居世界第一,煤的气化是一种重要的制氢途径。在一定温度下,向体积固定的密闭容器中加入足量的C(s)和1 mol H2O(g),起始压强为0.2 MPa时,发生下列反应生成水煤气: Ⅰ.C(s)+H2O(g) ⇌CO(g)+H2(g) ΔH1=+131.4 kJ·mol-1 Ⅱ.CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)　ΔH2=-41.1 kJ·mol-1 反应平衡时,H2O(g)的转化率为50%,CO的物质的量为0.1 mol。此时,整个体系_______ (填“吸收”或“放出”)热量　　　　kJ,反应Ⅰ的平衡常数Kp=　 (以分压表示,  分压=总压×物质的量分数)。 对点突破 高考考什么 吸收　 31.2　 0.02 MPa 对点突破 高考考什么 [解析] (3)反应平衡时,H2O(g)的转化率为50%,则H2O(g)的变化量为0.5 mol,H2O(g)的平衡量也是0.5 mol,设反应Ⅰ生成x mol CO,反应Ⅱ消耗y mol CO,可得,解得x=0.3,y=0.2,此时整个体系吸收的热量为(131.4×0.3-41.1×0.2) kJ=31.2 kJ;平衡时H2的物质的量为0.5 mol,CO的物质的量为0.1 mol,CO2的物质的量为0.2 mol,H2O(g)的物质的量为0.5 mol,则平衡时气体的总物质的量为 0.5 mol+0.1 mol+0.2 mol+0.5 mol=1.3 mol,在同温同体积条件下,气体的总压之比等于气体的总物质的量之比,则平衡体系的总压为0.2 MPa×=0.26 MPa,反应Ⅰ的平衡常数Kp==0.02 MPa。 思维模型构建 模型构建与素养提升——化学反应原理 思维模型构建 模型构建与素养提升——化学反应原理 +128　 思维模型构建 模型构建与素养提升——化学反应原理 [解析] (1)由C40H20和C40H18的结构和反应历程可以看出,C40H20中断裂了2个碳氢键,得到C40H18时形成了1个碳碳键,所以C40H20(g)⇌C40H18(g)+H2(g)的ΔH=431.0 kJ·mol-1×2-298.0 kJ·mol-1-436.0 kJ·mol-1=+128 kJ·mol-1。 思维模型构建 模型构建与素养提升——化学反应原理 3　 　3　 思维模型构建 模型构建与素养提升——化学反应原理 [解析](2)由反应历程可知,包含3个基元反应,分别为C40H20+H· ⇌H19+H2,H19+H2 ⇌H'19+H2,H'19+H2 ⇌C40H18+H·+H2,其中第3个反应的活化能最大,反应速率最慢。 思维模型构建 模型构建与素养提升——化学反应原理 6　 10　 思维模型构建 模型构建与素养提升——化学反应原理 [解析](3)由C40H20的结构分析,可知其中含有1个五元环和10个六元环,由C40H18的结构分析,每脱两个氢原子形成一个五元环,六元环数目保持不变,依次类推,C40H10比C40H20少10个H,则比C40H20中的五元环多5个,即C40H10总共含有6个五元环和10个六元环。 思维模型构建 模型构建与素养提升——化学反应原理 p0　 思维模型构建 模型构建与素养提升——化学反应原理 [解析](4)1200 K时,假定体系内只有反应C40H12(g)⇌C40H10(g)+H2(g)发生,反应过程中压强恒定为p0(即C40H12的初始压强),平衡转化率为α,设C40H12的起始量为1 mol,列出三段式:　　 C40H12(g)⇌C40H10(g)+H2(g) 起始量/mol　　 1　　　　　0　　　0 变化量/mol　　 α　　　　　α　　　α 平衡量/mol　　 1-α　　　　α　　　α 则p(C40H12)=p0×,p(C40H10)=p0×,p(H2)=p0×,该反应的平衡常数Kp==p0。 思维模型构建 模型构建与素养提升——化学反应原理 两反应断裂和形成的化学键相同,反应热ΔH近似相等　 [解析](5)图中两条线几乎平行,说明斜率几乎相等,根据ln K=-+c,R为理想气体常数,c为截距可知,两反应的焓变几乎相等,这是因为在两反应过程中,断裂和形成的化学键相同。 思维模型构建 模型构建与素养提升——化学反应原理 a 思维模型构建 模型构建与素养提升——化学反应原理 [解析](6)由反应历程可知,该反应为吸热反应,升温,平衡正向移动,提高反应物的平衡转化率,反应速率也加快,a符合题意; 由化学方程式可知,该正反应为气体分子数增大的反应,加压,平衡逆向移动,降低反应物的平衡转化率,b不符合题意; 加入催化剂,平衡不移动,不能提高反应物的平衡转化率,c不符合题意。 [2023•新课标全国卷] 氨是最重要的化学品之一,我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题: (1)根据图甲数据计算反应N2(g)+H2(g)=NH3(g)的ΔH=　　　　kJ·mol-1。  -45　 [解析] (1)由图可知,N2(g)+H2(g)= NH3(g)　ΔH=反应物断键吸收的能量-生成物成键释放的能量=(473+654) kJ·mol-1-(339+397+436) kJ·mol-1= -45 kJ·mol-1。 模型构建与素养提升——化学反应原理 核心素养提升 63 (2)研究表明,合成氨反应在Fe催化剂上可能通过图乙 机理进行(*表示催化剂表面吸附位,表示被吸附于 催化剂表面的N2)。判断上述反应机理中,速率控制 步骤(即速率最慢步骤)为　　 　(填步骤前的 标号),理由是________________________________ ______________________________。  (ⅱ)　 [解析] (2)由图甲可知: mol N2(g)变成N(g)吸收能量为473 kJ, mol H2(g)变成H(g)吸收能量为654 kJ,N≡N键能为946 kJ·mol-1,H—H的键能为436 kJ·mol-1,断开N≡N所需能量高,速率最慢,对应为图乙中的步骤(ⅱ)。 模型构建与素养提升——化学反应原理 核心素养提升 N2分子中N≡N键能很高,解离为N原子所需能量最多　 64  (3)合成氨催化剂前驱体(主要成分为Fe3O4)使用前经H2还原,生成α-Fe包裹的Fe3O4。已知α-Fe属于立方晶系,晶胞参数a=287 pm,密度为7.8 g·cm-3。则α-Fe晶胞中含有Fe 的原子数为　　　　　　　　　　　　(列出计算式,阿伏伽德罗常数的值为NA)。    [解析] (3)假设α-Fe晶胞中含有Fe的原子数为x,则有=7.8 g·cm-3,解得x=。 模型构建与素养提升——化学反应原理 核心素养提升 65  (4)在不同压强下,以两种不同组成进料,反应达平衡时氨的 摩尔分数与温度的计算结果如下图所示。其中一种进料组成 为=0.75、=0.25,另一种为=0.675、=0.225、 xAr=0.10。(物质i的摩尔分数:xi=) ①图中压强由小到大的顺序为　　　　　　,判断的依据是 __________________________________________________ __________________________________________________。  p1<p2<p3　 [解析] (4)①由图丙可知,在温度相同时,压强从p1到p3,反应达平衡时氨的摩尔分数增大。该正反应方向气体的分子数减小,增大压强,平衡正向移动,氨的摩尔分数增大,故有p1<p2<p3。 模型构建与素养提升——化学反应原理 核心素养提升 合成氨为气体分子数减少的反应,相同温度下,压强越大,产物氨的平衡产率越高,摩尔分数越大　 丙 丁 66  ②进料组成中含有惰性气体Ar的图是　 。  丁　 [解析] ②由图丙及图丁可知,在温度相同、压强相同时,图丁所示的氨的摩尔分数更低。该正反应方向气体分子数减小,恒压通入Ar,相当于减小各组分浓度,各组分分压减小,平衡逆向移动,氨的摩尔分数降低,故图丁的进料组成中含有惰性气体Ar。 模型构建与素养提升——化学反应原理 核心素养提升 丙 丁 67  ③图丙中,当p2=20 MPa、=0.20时,氮气的转化率 α=　　　。该温度时,反应N2(g)+H2(g)⇌NH3(g)的平衡 常数Kp=　　　　MPa-1(化为最简式)。 [解析]③假设起始时n(N2)=0.25 mol,n(H2)=0.75 mol,列三段式: N2(g) + H2(g) ⇌ NH3(g) 起始/mol　0.25　　 0.75　　　 0 转化/mol　 x　　　　3x　　　　2x 平衡/mol　0.25-x　 0.75-3x　　 2x =0.20,解得x=,氮气的转化率α=×100%≈33.3%。p(NH3)=×20 MPa=4 MPa,p(N2)=×20 MPa=4 MPa,p(H2)=×20 MPa= 12 MPa,Kp=== MPa-1。 模型构建与素养提升——化学反应原理 核心素养提升 33.3% 丙 　 68 $$