内容正文:
专题十三 化学反应原理综合
分类突破之知识重构
分类突破之题型解码
分类突破之真题改编
分类突破之新题快递
分类突破之原创好题
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专题十三 化学反应原理综合
分类突破之知识重构
2
化学反应原理的考查角度
专题十三 化学反应原理综合
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掌握利用盖斯定律计算反应热的步骤和方法
(1)计算步骤:
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(2)计算方法:
专题十三 化学反应原理综合
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正确理解化学反应速率的影响因素
(1)“惰性气体”对反应速率的影响
①恒温恒容:充入“惰性气体”总压增大 参与反应的各物质浓度不变
(活化分子浓度不变) 反应速率不变。
②恒温恒压:充入“惰性气体”体积增大 参与反应的各物质浓度减小
(活化分子浓度减小) 反应速率减小。
专题十三 化学反应原理综合
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(2)纯液体、固体对化学反应速率的影响
在化学反应中,纯液体和固体的浓度为常数,故不能用纯液体和固体的浓度变
化来表示反应速率,但是固态反应物颗粒的大小是影响反应速率的因素之一,如煤
粉由于表面积大,燃烧得比煤块快。
专题十三 化学反应原理综合
(3)外界条件对可逆反应的正、逆反应速率的影响
条件改变 影响
增大反应 物浓度 瞬间增大, 瞬间不变,随后也增大
增大压强 和 都增大,气体分子数减小的方向的反应速率增大的程
度大
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 和 都增大,但吸热反应方向的反应速率增大的程度大
使用催化剂 能同等程度地改变正、逆反应速率
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突破化学平衡状态的判断
(1)注意“三关注”:一要关注反应条件,是恒温恒容、恒温恒压还是绝热恒容、
绝热恒压;二要关注反应特点,是等体积反应,还是非等体积反应;三要关注特殊
情况,是否有固体参加或生成,是否有固体的分解反应。
(2)
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(3)从现象上判断
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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
浓度 增大反应物浓度或减小生
成物浓度 向正反应方向移动
减小反应物浓度或增大生
成物浓度 向逆反应方向移动
压强
(对有气体
参加的反
应) 反应前后气
体体积改变 增大压强 向气体分子总数减小的方向移动
减小压强 向气体分子总数增大的方向移动
反应前后气
体体积不变 改变 压强 平衡不移动
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改变的条件(其他条件不变) 化学平衡移动的方向
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、 ,平衡不移动
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化学能与电能的转化
(1)判断是原电池还是电解池,根据装置图中物质的变化判断发生氧化反应
还是还原反应,或根据离子的移动方向等,确定电解池(或原电池)的电极名称。
(2)结合电解池原理(或原电池原理)书写电极反应,结合电路中转移电子
守恒进行相关计算。
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题型1 化工生产中条件选择与控制
例1 (2024·全国甲卷)甲烷转化为多碳化合物具有重要意义。一种将甲烷溴化再
偶联为丙烯 的研究所获得的部分数据如下。回答下列问题:
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(1)已知如下热化学方程式:
计算反应的_____ 。
[解析] 将第一个热化学方程式命名为①,将第二个热化学方程式命名为②。根据盖
斯定律, 可得
。
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(2)与反应生成,部分
会进一步溴化。将和
通入密闭容器,平衡时,、
与温度的关系见下图(假设反应后的含碳物质
只有、和 )。
(ⅰ)图中的曲线是__(填“”或“ ”)。
[解析] 根据热化学方程式①可知该反应为放
热反应,升高温度,平衡逆向移动,
的物质的量增大,的物质的量减少,故的曲线为 ;
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(ⅱ)时,的转化率_____,____ 。
[解析] 时反应达到平衡,剩余的的物质的量为 ,其转化率
;若只发生一步反应,则生成 ,
但此时剩余的的物质的量为,说明还有 发生反应生
成,则此时生成的的物质的量 ;
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(ⅲ)时,反应的平衡常数
______。
[解析] 平衡时,反应中各组分的物质的量分别为 、
、、 ,故该反应的平
衡常数 。
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(3)少量可提高生成的选择性。时,分别在有和无 的条件下,将
和通入密闭容器,溴代甲烷的物质的量随时间 的变化
关系见下图。
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(ⅰ)在之间,有和无时的生成速率之比 ____。
1.5
[解析] 时,有 的生成速率
,无 的生成速率
。生成速率之比
。
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(ⅱ)从图中找出提高了 选择性的证据:_____________________________
__________________________________。
反应一段时间后,有存在的条件下,更大,更小
[解析] 观察图中曲线可发现,反应一段时间后,有存在的条件下 更大,且
同时更小,这使得目标产物 在最终产物中的比率得以提高,因此也是
提高了 选择性的证据。
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(ⅲ)研究表明, 参与反应的可能机理如下:
①
②
③
④
⑤
⑥
根据上述机理,分析提高 选择性的原因:
______________________________。
促进和转化为
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[解析] 观察机理中的各步基元反应可发现,加入的首先裂解为活泼的 自由基
(步骤),夺取中的生成(步骤), 再夺取体系中
的生成(步骤)。由此可见,的加入可将转化为 。步
骤③所得的可夺取体系中的生成(步骤),与步骤②所得 反
应生成和(步骤),说明步骤④和⑤又可将转化为 。综合上述
分析可知,的加入促进和转化为,这是提高 选择性的内在
原因。
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变式1 (2024·湖北高考)用和焦炭为原料,经反应Ⅰ、Ⅱ得到 ,再制
备乙炔,是我国科研人员提出的绿色环保新路线。
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
回答下列问题:
(1)写出 与水反应的化学方程式:___________________________________。
[解析] 、为同主族元素,所以与水的反应和 与水的反应相似,其反
应的化学方程式为 。
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图1 与 的关系曲线
(2)已知、
(是的化学计量数)。反应Ⅰ、Ⅱ的 与
温度的关系曲线见图1。
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①反应在的_____ 。
[解析] 反应Ⅰ反应Ⅱ得 ,所以其平衡常数
ⅠⅡ,由图1可知,时Ⅰ,Ⅱ ,即
,所以 ,则
;
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②保持不变,假定恒容容器中只发生反应Ⅰ,达到平衡时_____ ,若
将容器体积压缩到原来的,重新建立平衡后_____ 。
[解析] 由图1可知,时反应Ⅰ的Ⅰ,即Ⅰ ,所以
,即;③若将容器体积压缩到原来的 ,由于温度不变、
平衡常数不变,重新建立平衡后应不变,即 。
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图2 产率与时间的关系曲线
(3)恒压容器中,焦炭与 的物质的量之比
为,为载气。和下, 产
率随时间的关系曲线依实验数据拟合得到图2
(不考虑接触面积的影响)。
①初始温度为,缓慢加热至 时,实
验表明已全部消耗,此时反应体系中含
物种为_____。
[解析] 由图2可知,时, 的产率为0,
即没有生成,同时实验表明 已全部被
消耗,所以此时反应体系中含物种为 ;
专题十三 化学反应原理综合
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② 下,反应速率的变化特点为________________________________________
___,其原因是________________________________________________。
阶段内反应的速率不变,时刻后速率为0
固体反应物不影响反应速率,时刻后反应物消耗完毕
[解析] 图像显示时的产率随时间由0开始直线增加到接近 ,说明
阶段内反应的速率不变,时刻后速率为0; 时碳酸钡已全部被消耗,此
时反应体系的含钡物种只有氧化钡, 时只有反应
,反应条件为恒温 、恒压,且该反应中只
有为气态,固体反应物不影响反应速率, 时刻后反应物消耗完毕。
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解题技法
专题十三 化学反应原理综合
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题型2 设置情境制备新型工业材料
例2 (2024·安徽高考)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:
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【乙烷制乙烯】
(1) 氧化脱氢反应:
计算:______
[解析] 将两个反应依次标号为反应①和反应②,反应①-反应 可得目标反应,
则 。
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图1
(2) 直接脱氢反应为
,
的平衡转化率与温度和压强的关系如图所
示,则___(填“ ”“ ”或“ ”)0。结
合图1,下列条件中,达到平衡时转化率
最接近 的是___(填标号)。
、
、
、
专题十三 化学反应原理综合
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[解析] 由图1可知,压强相同的情况下,随着温度升高, 的平衡转化率逐渐增
大,因此该反应为吸热反应,。项,、时, 的平衡转化
率约为,错误;项,、时,的平衡转化率小于 ,最接
近,正确;项,、时,的平衡转化率大于 ,错误。
专题十三 化学反应原理综合
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(3)一定温度和压强下,反应
反应远大于
( 是以平衡物质的量分数代替平衡浓度计算的平衡常数)
①仅发生反应ⅰ时,的平衡转化率为,计算 ___。
[解析] 仅发生反应ⅰ时,设初始时的物质的量为,平衡时 的转化率为
,则消耗,生成,生成 ,
。
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②同时发生反应ⅰ和ⅱ时,与仅发生反应ⅰ相比, 的平衡产率______
(填“增大”“减小”或“不变”)。
增大
[解析] 假设先发生反应,得反应ⅰ平衡后,再发生反应,因为远大于 ,则反
应ⅱ会使非常小,反应ⅰ的化学平衡正向移动, 的平衡产率增大。
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【乙烷和乙烯混合气的分离】
(4)通过修饰的分子筛的吸附-脱附,可实现和混合气的分离。
的__________与分子的 键电子形成配位键,这种配位键强弱介于范德华力和
共价键之间。用该分子筛分离和 的优点是____________________________
_________________________________________。
空轨道
识别度高,能有效将和分离,分离出的产物中杂质少,纯度较高
[解析] 配合物中,金属离子通常提供空轨道,配体提供孤电子对,则的 空轨
道与分子的 键电子形成配位键。能与形成配合物而吸附在 分子筛
上,中无孤电子对,不能与 形成配合物而无法吸附,通过这种分子筛分离
和,优点是识别度高,能有效将和 分离,分离出的产物中杂质
少,纯度较高。
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图2
(5)常温常压下,将和 等体积
混合,以一定流速通过某吸附剂。测得两
种气体出口浓度与进口浓度 之比随
时间变化关系如图2所示。下列推断合理
的是____(填标号)。
BC
A.前 ,两种气体均未被吸附
B. 点对应的时刻,出口气体的主要成分
是
C.对应的时间段内,吸附的 逐渐
被 替代
专题十三 化学反应原理综合
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[解析] A项,前,等于0,出口浓度 为0,说明两种气体均被吸附,错误;
B项,点时,对应的约为,出口处浓度较大,而对应的 较小,
出口处浓度较小,说明此时出口处气体的主要成分为,正确;C项, 点
处的,说明此时不再吸附在吸附剂上,而点后的 ,说明
原来吸附在吸附剂上的也开始脱落,同时从图中可知,点后一段时间,
的仍为0,说明是吸附的逐渐被替代,点到点之间,吸附的 仍在
被 替代,但是速率相对之前有所减小,同时吸附剂可能因吸附量有限等原因无
法一直吸附,因此点后,的 也逐步增大,直至等于1,此时吸附剂不能
再吸附两种物质,正确。
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变式2 (2024·河北高考)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, 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:
。
专题十三 化学反应原理综合
41
①若正反应的活化能为,则逆反应的活化能 _____________
(用含 的代数式表示)。
[解析] 根据 正反应活化能-逆反应活化能可知,该反应的
。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,越大。从
到, 增大,说明反应正向进行程度逐渐增大,已知正反应为放热反应,则温度
由到逐渐降低,即。由图甲中 点可知,进料比为
,平衡时 ,已知恒温恒容条件下,容器内气体的物质
的量之比等于压强之比,可据此列出“三段式”:
专题十三 化学反应原理综合
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可计算得 ,
。③由图甲中 点可知,进料比为2
时,,结合“三段式”,以及 时化学平衡常数可知,进料比为0.5时,
也为,曲线D上存在 。
专题十三 化学反应原理综合
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甲
②恒容密闭容器中按不同进料比充入 和
,测定、、温度下体系达平衡时的
(, 为体系初始压强,
, 为体系平衡压强),结果如图甲。
图甲中温度由高到低的顺序为____________,判
断依据为___________________________________
___________________________________________
___________________________________________
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,从到,平衡时增大,说明反应正向进行程度逐渐增大,对应温度逐渐降低
___________________。点的转化率为_____, 温度下用分压表示的平衡常数
_____ 。
专题十三 化学反应原理综合
44
③图乙曲线中能准确表示温度下 随进料比变化的是___(填标号)。
D
乙
专题十三 化学反应原理综合
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(2)1,二(氯甲基)苯(D)是有机合成中的重要中间体,可由对二甲苯
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,为速率常数分别对应反应①~ 。某温度下,反应器
中加入一定量的 ,保持体系中氯气浓度恒定(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, 。
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①时,,且内 ,
反应进行到时,_____ 。
[解析] 根据化学反应速率的计算公式,, 时,
。
专题十三 化学反应原理综合
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②时,,若产物 的含量可忽略不计,则此
时______;后,随的含量增加, ______(填“增大”“减小”
或“不变”)。
增大
[解析] 已知 ,又由题给反应速率方程推知,
,则,即
时,。后,D和转化为 的速率比为
,消耗得更快,则 增大。
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解题技法
专题十三 化学反应原理综合
49
题型3 运用化学反应原理分析反应机理
例3 (2024·浙江6月选考)氢是清洁能源,硼氢化钠 是一种环境友好的固
体储氢材料,其水解生氢反应方程式如下:(除非特别说明,本题中反应条件均为
, )
专题十三 化学反应原理综合
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请回答:
(1)该反应能自发进行的条件是___。
C
A.高温 B.低温 C.任意温度 D.无法判断
[解析] 反应|, ,由
可知,任意温度下,该反应均能自发进行。
专题十三 化学反应原理综合
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(2)该反应比较缓慢。忽略体积变化的影响,下列措施中可增大反应速率的是_____。
AC
A.升高溶液温度 B.加入少量异丙胺
C.加入少量固体硼酸 D.增大体系压强
[解析] 升高温度,活化分子数增多,有效碰撞概率增大,反应速率增大,A项符合
题意;加入少量异丙胺,溶液呈碱性,降低了 的浓度,化学反应
速率减小,B项不符合题意;加入少量固体硼酸 增大,化学反应速
率减小,C项符合题意;增大体系压强,忽略体积变化,则气体浓度不变,化学反
应速率不变,D项不符合题意。
专题十三 化学反应原理综合
52
图1
(3)为加速 水解,某研究小组开发了一种
水溶性催化剂,当该催化剂足量、浓度一定且活性
不变时,测得反应开始时生氢速率 与投料比
之间的关系,结果如图1所示。
请解释 段变化的原因:______________________
____________________________________________
_________________________________________。
因为水解呈碱性,而在段,随着投料比增大,水的量在相应地减少,溶液碱性增强,下降,故生氢速率减小
专题十三 化学反应原理综合
53
图2
(4)氢能的高效利用途径之一是在燃料电池中
产生电能。某研究小组的自制熔融碳酸盐燃料
电池工作原理如图2所示,正极上的电极反应式
是_________________________。该电池以
恒定电流工作14分钟,消耗 体积为
,故可测得该电池将化学能转化为电能
的转化率为_____。[已知:该条件下 的摩
尔体积为;电荷量 电流
时间;;
专题十三 化学反应原理综合
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[解析] 根据题干信息可知,该燃料电池中为负极, 为正极,熔融碳酸盐为电解
质,故正极的电极反应为,该条件下, 的物质
的量为,工作时,失去电子 ,所
带电荷量为 ,工作电荷
量为 ,则该电池将化学能转化为电能的转化率为
。
专题十三 化学反应原理综合
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(5)资源的再利用和再循环有利于人类的可持续发展。选用如下方程式,可以设
计能自发进行的多种制备方法,将反应副产物偏硼酸钠再生为 。
(已知:是反应的自由能变化量,其计算方法也遵循盖斯定律,可类比 计算
方法;当 时,反应能自发进行)
Ⅰ.
Ⅱ.
专题十三 化学反应原理综合
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Ⅲ.
请书写一个方程式表示再生为的一种制备方法,并注明 __________
______________________________________________________________。
(要求:反应物不超过三种物质;氢原子利用率为 )
[解析] 结合题干信息,要使得氢原子利用率为,可由( 反应Ⅲ)
( 反应Ⅱ 反应Ⅰ)得
, 。
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变式3 (2024·江苏高考)氢能是理想清洁能源,氢能产业链由制氢、储氢和用氢组成。
(1)利用铁及其氧化物循环制氢,原理
如图所示。反应器Ⅰ中化合价发生改变的
元素有__________;含和各 的
混合气体通过该方法制氢,理论上可获得
___ 。
C、、
专题十三 化学反应原理综合
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[解析] ①反应器Ⅰ中参与反应的物质有、、,产物有、、 ,发
生反应、 ,化合价发生改
变的元素有C、、。、分别参与上述反应,各生成 ,
共生成,在反应器Ⅱ中发生反应 ,则
生成 。
专题十三 化学反应原理综合
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(2)一定条件下,将氮气和氢气按 混合匀速通入合成塔,发生
反应。海绵状的作催化剂,多孔作为
的“骨架”和气体吸附剂。
①中含有会使催化剂中毒。和氨水的混合溶液能吸收 生
成 溶液,该反应的化学方程式为_________________________
___________________________________________。
专题十三 化学反应原理综合
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②含量与表面积、出口处氨含量关系如图所示。含量大于 ,出
口处氨含量下降的原因是__________________________________________________
________________________________________________________________________。
多孔可作为气体吸附剂,含量过多会吸附生成的;含量大于时,表面积减小,反应速率减小,产生的减少
专题十三 化学反应原理综合
61
(3)反应 可用于储氢。
①密闭容器中,其他条件不变,向含有催化剂
的溶液中通入 ,
产率随温度变化如图所示。温度高于
, 产率下降的可能原因是_______
________________________________________
_______________________。
随着温度升高,的溶解度下降;、受热分解;催化剂活性下降
[解析] 随着温度升高, 的溶解度下降,
下降; 受热分解,且催化剂的活性
可能下降,致使反应速率减小,以及 受
热分解, 的产率降低。
专题十三 化学反应原理综合
62
②使用含氨基物质(化学式为
, 是一种碳衍生材料)联合
催化剂储氢,可能机理如图所示。
氨基能将 控制在催化剂表面,其原
理是________________________________
____________;用重氢气代替 ,通
过检测是否存在________________
(填化学式)确认反应过程中的加氢方式。
氨基中的和中的羟基形成氢键
、
专题十三 化学反应原理综合
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[解析] 由于氨基能将 控制在催化剂表面,故两者通过氢键连接,又因为形成
了 ,因此氢键的形式只能是 ,而不是 。由步骤Ⅲ可得,
断开,再分别形成和,因此用代替 ,可通过检测是否存在
、 确认反应过程中的加氢方式。
专题十三 化学反应原理综合
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解题技法
1.读题要求:①泛读,明确有几个条件及求解的问题;②细读,圈出关键字、
关键词,把握数量关系;③精读,深入思考,挖掘隐含信息,尤其是图表中的信息。
2.做题要求:①看准题目要求,不要答非所问;②把
握答题要点,不可似是而非;③卷面整洁规范,字迹不要
潦草;④各个问题,逐个突破,切不可因一个问题没解决
而放弃其他问题;⑤遇难而过,不要强攻拦路虎。
专题十三 化学反应原理综合
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专题十三 化学反应原理综合
分类突破之真题改编
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(非选择题第1题9分;第2题10分;第3题13分,总计32分)
1.(2023·辽宁高考改编)硫酸有着广泛的用途。硫酸工业在国民经济中占有重要地位。
(1)实验室可用铜与浓硫酸反应制备少量
。
判断该反应的自发性并说明理由:__________________________________________
____。(2分)
任何温度下都能自发进行,因为,
[解析] ,
正反应气体分子数增大,;、 ,所以该反应在任何温度下都能
自发进行。
专题十三 化学反应原理综合
67
(2)我国古籍记载了硫酸的制备方法—
—“炼石胆 取精华法”。
借助现代仪器分析,该制备过程中
分解的 曲线(热重)及
曲线(反映体系热量变化情况,数值
已省略)如图所示。 左右有两个吸
[解析] 根据热重曲线所示,在左右会出现两个吸热峰,说明此时 发生
热分解反应,从图像可以看出,质量减少量为原 质量的一半,说明有固体
剩余,根据氧化还原反应可知,生成的同时还有 生成,由题意知有3种氧
化物,所以另一种氧化物为 。
热峰,则此时分解生成的氧化物有_____、_____(填化学式)和 。(2分)
专题十三 化学反应原理综合
68
(3)接触法制硫酸的关键反应为 的催化氧化:(5分)
专题十三 化学反应原理综合
69
①为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度,绘制不同转化率 下反应
速率(数值已略去)与温度的关系如图,下列说法正确的是_____。
CD
A.温度越高,反应速率越大
B. 的曲线代表平衡转化率
C. 越大,反应速率最大值对应温度越低
D.可根据不同 下的最大速率,选择最佳生产温
度
专题十三 化学反应原理综合
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[解析] A项,根据图示,随着温度的升高,反应速率先增大后减小,错误;B项,
由图示可知,相同温度下转化率还有高于0.88的,说明 的曲线不能代表平
衡转化率,错误;C项,根据图示,转化率越大,反应速率最大值对应温度越低,
正确;D项,可根据不同 下的最大速率,选择最合适的生产温度,正确。
专题十三 化学反应原理综合
71
②固定投料比,在压强分别为 、
和下,得到 的平衡转化率
随温度的变化如图所示。在、
时,该反应的平衡转化率 ______。
0.975
[解析] 该反应正向为气体分子数减小的反应,
温度相同时增大压强,化学平衡正向移动,
的平衡转化率 增大,
,故。、时, 。
专题十三 化学反应原理综合
72
③对于气体参与的反应,可用气体组分(B)的平衡压强 代替该气体物质的量
浓度来表示平衡常数。设的平衡分压为,的平衡转化率为 ,则上述
催化氧化反应的_ ________(用含和 的代数式表示)。
[解析] 利用分压代替浓度计算平衡常数,反应的平衡常数
;设的初始量为 ,则平衡时
, ,
。
专题十三 化学反应原理综合
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2.(2023·新课标卷改编)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)根据图中数据计算反应
_____
。(2分)
[解析] 由图计算可得
。
专题十三 化学反应原理综合
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(2)合成氨工厂以“水煤气”和 为原料,
采用两段间接换热式绝热反应器,由进气
口充入一定量含、、、 的混
合气体,在反应器A进行合成氨,其催化
剂Ⅲ铁触媒在 时活性最大,反应器
B中主要发生的反应为
,装置如图。(4分)
①温度:气流___(填“ ”“ ”或“”)气流 。
[解析] B中反应放热,气体的温度低于 气体的温度。
专题十三 化学反应原理综合
75
②气体流速一定,经由催化剂Ⅰ到催化剂Ⅱ,原料转化率有提升,其可能原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
______ 。
气流若在催化剂Ⅰ层达到平衡流出,经中间热交换,温度降低,平衡正向移动,
转化率增大;气流若在催化剂Ⅰ层未达到平衡,则与催化剂Ⅱ接触,继续反应,转化
率增大
专题十三 化学反应原理综合
76
③下列说法正确的是______(填字母)。
BCD
A.合成氨是目前自然固氮中最重要的途径
B.利用焦炭与水蒸气高温制备水煤气时,适当增大通入水蒸气的流速,有利于水煤
气生成
C.体系温度升高,可能导致催化剂失活,热交换器可预热原料气并使反应体系冷却
D.终端出口2得到的气体通过液化可分离出
[解析] 合成氨属于人工固氮,A项错误;适当增大水蒸气的流速,可以带出产物,
生成物的浓度减小,有利于水煤气生成,B项正确;体系温度升高,可能使催化剂
失去活性,热交换器的作用是交换热量,可以预热或者使反应体系冷却,C项正确;
反应器A中进行合成氨,终端出口2的气体中含有氮气、氨气和氢气,通过液化可分
离出氨气,D项正确。
专题十三 化学反应原理综合
77
(3)过渡金属复合催化剂也可用于催化合成氨,已知 先被吸附发生反
应,紧接着 被吸附发生反应的化学方程式为_______
____________________________。(2分)
[解析] 合成氨的总反应为,总反应减去 的吸附反应方程式,
得的吸附反应为 。
专题十三 化学反应原理综合
78
(4)工业上常将甲烷水蒸气重整制备所得的氢气用作合成氨的原料,体系中发生
如下反应。
Ⅰ.
Ⅱ.
恒温恒压条件下,和反应达到平衡时, 的转化率
为,的物质的量为,则反应Ⅰ的平衡常数
_ ____________________[写出含有、 的计算式;对于反应
,, 为物质的量分数]。(2分)
专题十三 化学反应原理综合
79
[解析] 多平衡体系中,反应Ⅰ中甲烷的转化率为 ,可列三段式:
专题十三 化学反应原理综合
80
平衡时的物质的量为 ,列出反应Ⅱ的三段式:
平衡时甲烷的物质的量为,的物质的量为, 的物
质的量为,的物质的量为,的物质的量为 ,
体系中气体的总物质的量为 ,
。
专题十三 化学反应原理综合
81
3.(2023·湖北高考改编)纳米碗 是一种奇特
的碗状共轭体系。高温条件下, 可以由
分子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生
成。 的反应机理和能
量变化如图:回答下列问题:
专题十三 化学反应原理综合
82
(1)已知中碳氢键和碳碳键的键能分别为 和
,的键能为 。估算
的________ 。(2分)
[解析] 由和的结构简式和反应历程可以看出, 中断裂了2根碳
氢键,形成了1根碳碳键,所以 的
。
专题十三 化学反应原理综合
83
(2)图示历程包含___个基元反应,其中速率最小的是第___个,最大能垒为_____
__ 。(3分)
3
3
141.3
[解析] 由反应历程可知,包含3个基元反应,分别是 、
、 ,其中第三个基元
反应的活化能最大,为 ,故其反应速率最小。
专题十三 化学反应原理综合
84
(3)下列关于 的说法不正确的是___(填标号)。(1分)
在室温常压下为气体
燃烧时有大量黑烟产生
结构中所有原子共平面
难溶于水
[解析] 为C原子个数大于18的烃,在室温常压下为固体,项错误; 含
碳量高,燃烧时有大量黑烟产生,项正确;由题可得, 的空间结构为碗形,
故所有原子不可能共平面,项错误;属于烃类有机物,难溶于水, 项正确。
专题十三 化学反应原理综合
85
(4) 纳米碗中五元环和六元环结构的数目分别为___、____。(2分)
6
10
[解析] 由 的结构分析可知,其中含有1个五元环、10个六元环,每脱两个氢
形成一个五元环,则总共含有6个五元环、10个六元环。
专题十三 化学反应原理综合
86
(5)时,假定体系内只有反应 发生,反应过
程中压强恒定为(的初始压强),平衡转化率为 ,该反应的平衡常数
为________(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压 总压×物质的量分数)。(2分)
[解析] 假设的起始量为 ,列三段式:
则,, ,该反应平衡常
数 。
专题十三 化学反应原理综合
87
(6) 及
反应的( 为平衡常
数)随温度倒数的关系如图所示。已知本实验条件
下,(为理想气体常数, 为截距)。
图中两条线几乎平行,试从化学键的角度分析其原因:
_______________________________________________
_______________________________。(2分)
反应前后化学键的变化相同(都是断裂1个,形成1个),反应热近似相等
专题十三 化学反应原理综合
88
(7)下列措施既能提高反应物的平衡转化率,又能增大生成 的反应速率的
是__(填标号)。(1分)
.升高温度 .增大压强
.加入催化剂 .延长反应时间
[解析] 由反应历程可知,该反应为吸热反应,升高温度,反应正向进行,提高了平
衡转化率,反应速率也增大, 项符合题意;由化学方程式可知,该反应为正向气
体分子数增大的反应,加压,反应逆向进行,降低了平衡转化率, 项不符合题意;
加入催化剂,平衡不移动,不能提高平衡转化率, 项不符合题意;当可逆反应达到
反应限度,延长反应时间,不能增大平衡转化率,也不能提高反应速率, 项不符
合题意。
专题十三 化学反应原理综合
89
专题十三 化学反应原理综合
分类突破之新题快递
90
(非选择题第1题12分;第2题12分;第3题12分;第4题15分,总计51分)
1.氨的用途十分广泛,是制造硝酸和氮肥的重要原料。
(1)工业合成氨中,合成塔中每产生,放出 热量。
断裂吸收的能量为_____ 。(1分)
391
[解析] ,
,
,即断裂吸收的能量为 。
专题十三 化学反应原理综合
91
(2)一定条件下,在恒温恒容的密闭容器中加入等物质的量和 发生反应生成
。下列状态能说明反应达到平衡的是___(填字母)。(1分)
A
A.容器内压强不变 B. 的体积分数不变
C.气体的密度不再改变 D.
[解析] 在恒温恒容的密闭容器中进行合成氨反应,该反应为气体体积减小的反应,
压强为变量,当容器内压强不再交化时,表明正、逆反应速率相等,反应达到平衡
状态,A项正确;设起始和分别为,氮气的体积分数为, 反应
,列出三段式:
专题十三 化学反应原理综合
92
平衡时氮气的体积分数为,始终不变,故 的体积
分数不变不能说明反应达到平衡状态,B项错误;该反应在恒温恒容条件下进行,
混合气体的质量、容器容积为定值,则混合气体的密度始终不变,气体的密度不再
改变不能说明反应达到平衡状态,C项错误; ,
,不等于化学计量数之比,反应未达到平衡状态,D项错误。
专题十三 化学反应原理综合
93
(3)以氨为原料生产尿素的反应为 。
(4分)
①为进一步提高 的平衡转化率,下列措施能达到目的的是_____(填字母)。
AB
A.增大 的浓度 B.增大压强
C.及时转移生成的尿素 D.使用更高效的催化剂
[解析] 增大的浓度,平衡正向移动, 的平衡转化率增大,A项正确;增大压
强,平衡正向移动, 的平衡转化率增大,B项正确;尿素为液体,及时转移生
成的尿素,不影响平衡移动, 的平衡转化率不变,C项错误;使用更高效的催
化剂,缩短到达平衡时间,不影响平衡移动, 的平衡转化率不变,D项错误。
专题十三 化学反应原理综合
94
②尿素的合成分两步进行:
第一步反应速率大,可判断活化能较大的是________(填“第一步”或“第二步”)。
第二步
[解析] 活化能越大反应越慢,由第一步反应速率大,可判断活化能较大的是第二步。
专题十三 化学反应原理综合
95
③某实验小组为了模拟工业上合成尿素,在恒温恒容的
真空密闭容器中充入一定量的和 发生反应:
。反应过程
中混合气体中 的体积分数如图所示。
实验测得体系平衡时的压强为 ,该反应的平衡
常数_____(已知:分压 总压×体积分数)。
0.15
专题十三 化学反应原理综合
96
[解析] 开始时氨气体积分数为,则体积分数也为,设初始时和
的物质的量均为,平衡时转化的氨气为 ,则列三段式:
平衡时氨气的体积分数为,则有,解得 ,则平
衡时, ,
,所以 。
专题十三 化学反应原理综合
97
(4)中国首个空间实验室——“天宫一号”
的供电系统中有再生氢氧燃料电池 ,
它是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技
术相结合的可充电电池。、、、 均为
电极。
气体为______,A区 ______
(填“变大”“变小”或“不变”),图中右管中
氧气
变小
负
的通过隔膜向__(填“”或“”)电极移动, 是____极,电极上的电极反应为
_____________________________。(6分)
专题十三 化学反应原理综合
98
[解析] 由图可知, 与电源正极相连,为阳极,阳极上的水放电失去电子,发生氧
化反应生成氧气,电极反应为,A区酸性增强, 减
小;极为阴极,反应生成氢气;右侧 极进入的气体为氢气,氢气失去电子发生氧
化反应,电极反应为,为负极;右管中的 通过隔膜
向负极移动。
专题十三 化学反应原理综合
99
2.2023年杭州亚运会开幕式首次使用“零碳甲醇”作为主火炬塔燃料。以、 为
原料合成 涉及的主要反应如下:
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
回答下列问题:
(1) 的电子式为_ _________。(1分)
专题十三 化学反应原理综合
100
(2)已知分子中、的键长分别为和,、 的大小关系
为___(填“ ”或“ ”) 。(1分)
[解析] 已知分子中、的键长分别为和 ,原子半径越大,
键长越长,故、的大小关系为 。
专题十三 化学反应原理综合
101
(3)甲醇的沸点高于甲硫醇 的原因是__________________。
(2分)
甲醇分子间有氢键
(4)在和下,在中完全燃烧生成 和液态水,放出
的热量,写出 燃烧热的热化学方程式:___________________________
_____________________________。(2分)
[解析] 在和下,在中完全燃烧生成 和液态
水,放出的热量,故表示 燃烧热的热化学方程式为
。
专题十三 化学反应原理综合
102
(5)反应的______,
________(用含和 的代数式表示)。(2分)
[解析] 由盖斯定律分析可知,
,故
。
专题十三 化学反应原理综合
103
(6)不同压强下,按照
投料,实验测定的平衡转化率和 的
平衡产率随温度的变化关系如图所示。
已知: 的平衡产率
甲
时以反应Ⅱ为主,反应Ⅱ前后气体分子数相等,压强改变对平衡没有影响
其中纵坐标表示平衡产率的是图____(填“甲”或“乙”);压强、 的大小关
系为___(填“ ”或“ ”);图乙中 温度时,三条曲线几乎交于一点的原因是
____________________________________________________________________。
(4分)
专题十三 化学反应原理综合
104
[解析] 结合题意分析可知,生成甲醇的反应为放热反应,故温度升高,此反应逆向
移动,甲醇的平衡产率减小,故图甲纵坐标表示甲醇的平衡产率;同时
为气体分子数减小的反应,加压,平衡正向
移动,甲醇的平衡产率增大,故可知 ;图乙表示二氧化碳的平衡转化率,图
乙中温度时,三条曲线几乎交于一点的原因为 时以反应Ⅱ为主,反应Ⅱ前后气体
分子数相等,压强改变对平衡没有影响。
专题十三 化学反应原理综合
105
3.研究水质除砷技术对保护环境有重要意义。
已知:(Ⅴ)在不同 条件下的物种分布分数如图1所示。
图1
,; ,
。
专题十三 化学反应原理综合
106
(1)硫化法:(Ⅲ)能与硫化剂(能提供)反应生成雌黄 沉淀。
能在硫酸盐还原菌的作用下将还原为,同时生成 。(4分)
①沉淀(Ⅲ)理论上需消耗的物质的量为___ 。
3
[解析] 根据题意知,能在硫酸盐还原菌的作用下将还原为 ,同时生
成,故,根据硫元素守恒,沉淀需消耗 ,
故沉淀(Ⅲ),理论上需消耗的物质的量为 。
专题十三 化学反应原理综合
107
②能与反应:。该反应的平衡常数 _____。
0.25
[解析] ,该反应的平衡常数
。
专题十三 化学反应原理综合
108
(2)石灰沉淀法:向含砷(Ⅴ)废水中添加石灰水,可使砷元素转化为多种砷酸
钙盐沉淀。(8分)
①向中性废水中加入适量石灰水,使(Ⅴ)完全转化为 沉淀。写出该
反应的离子方程式:_______________________________________________________。
[解析] 根据图像知,中性废水中(Ⅴ)以、 的形式存在,且各占
,则加入石灰水后生成 沉淀的反应为
。
专题十三 化学反应原理综合
109
②向含沉淀的悬浊液中通入气体,可得到 。该转化能实现的
原因是__________________________________________________________________
_______________________________________________。
与、反应生成与,的溶解度比的小,使该反应向生成的方向移动
[解析] 与、反应生成与, 的溶解度比
的小,使该反应向生成 的方向移动。
专题十三 化学反应原理综合
110
③控制其他条件不变,向碱性含砷(Ⅴ)废水中加入一定量石灰水,测得 (Ⅴ)
去除率在 以后随温度升高而降低。可能的原因是__________________________
__________________________。
温度升高,的溶解度减小,砷酸钙的溶解度增大
[解析] 根据①知,向碱性含砷(Ⅴ)废水中加入一定量石灰水会生成 沉
淀,而(Ⅴ)去除率在以后随温度升高而降低,则可能的原因是 的
溶解度减小,砷酸钙的溶解度增大。
专题十三 化学反应原理综合
111
图2
④在初始、 (Ⅴ)]相同的模拟废水中加入
石灰水,(Ⅴ)去除率随 的变化如图2中曲线
所示;固定,往石灰水中添加 (Ⅲ)
盐,(Ⅴ)去除率随的变化如图2中曲线 所
示。加入(Ⅲ)盐后, (Ⅴ)去除率增大的原
因是__________________________________________
______________________________________________
______________________________________________
_______。
(Ⅲ)能与溶液中的(Ⅴ)反应生成沉淀,(Ⅲ)在水溶液中生成胶体,吸附溶液中的(Ⅴ),使得溶液中(Ⅴ)的去除率上升
专题十三 化学反应原理综合
112
4.三氧化二铬是重要的有机反应催化剂,一种利用铬酸钾 粗品制备
的流程示意图如图所示。
已知:Ⅰ.粗品中含有、 等杂质
Ⅱ.
Ⅲ.易溶于水, 难溶于水
专题十三 化学反应原理综合
113
(1)净化除杂
向粗品中加入溶液,生成沉淀以除去、 。反应
的离子方程式是_____________________________________。(2分)
[解析] 向粗品中加入溶液,生成沉淀以除去、 ,
反应的离子方程式是 。
专题十三 化学反应原理综合
114
(2)制备 (7分)
①向净化液中通入过量的可制得 。反应的化学方程式是
___________________________________________。
[解析] 向净化液中通入过量的可制得 ,根据质量守恒可知,水
也参与反应,生成物还有碳酸氢钾,反应的化学方程式是
。
专题十三 化学反应原理综合
115
②电解净化液也可制得 ,装置示意图如图。
ⅰ.阴极室中获得的产品有 和____________。
浓溶液
专题十三 化学反应原理综合
116
ⅱ.结合化学用语说明制备 的原理: _________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
__________________________ 。
ⅲ.取某溶液稀释至,移取 稀释液于锥形瓶中,加入过量
的溶液,滴加滴酚酞溶液,用 溶液滴定至终点,消耗
溶液的体积为。溶液的物质的量浓度为_____ 。
阳极上水失去电子,发生氧化反应生
成氧气和氢离子,电极反应为 ,溶液酸性增强,发生反
应(黄色)(橙色) ,钾离子通过阳离子交换膜进入
阴极室,阳极室得到
专题十三 化学反应原理综合
117
[解析] .阴极室中水得到电子,发生还原反应生成氢气和 ,阳极区钾离子通过
阳离子交换膜向阴极迁移得到氢氧化钾,故获得的产品有和浓 溶液。ⅱ.阳极
上水失去电子,发生氧化反应生成氧气和氢离子,电极反应为
,溶液酸性增强,发生反应 (黄色)
(橙色) ,钾离子通过阳离子交换膜进入阴极室,阳极室得到
。ⅲ.(黄色)(橙色) ,加入过量氯化钡反
应生成铬酸钡沉淀和氢离子,加入氢氧化钠发生反应 ,则存在关
系式, 溶液的物质的量浓度为
。
专题十三 化学反应原理综合
118
(3)制备
在热压反应釜中,将蔗糖与的混合溶液加热至 ,可获得
,同时生成、。若生成 ,理论上消耗蔗糖的物质的量至
少是______ 。(1分)
0.125
[解析] 蔗糖与的混合溶液加热至,可获得 ,同时
生成、,反应中碳元素化合价由0价变为价,铬元素化合价由 价变
为价,结合得失电子守恒可知,若生成 ,
理论上消耗蔗糖的物质的量至少是 。
专题十三 化学反应原理综合
119
(4)应用 (5分)
催化丙烷脱氢生成丙炔,该过程中会发生副反应形成积炭。
①该脱氢反应的两种可能的反应过程、 如图所示。
ⅰ.相同条件下,反应速率更大的是___(填“”或“ ”)。
ⅱ.该脱氢反应的焓变的计算式为________________________________。
专题十三 化学反应原理综合
120
[解析] .过渡态物质的总能量与反应物总能量的差值为活化能,活化能越小,反应
速率越大,活化能越大,反应速率越小,决定总反应速率的是慢反应;据图可知,
相同条件下,反应速率更大的是 。ⅱ.根据盖斯定律,该脱氢反应的焓变的计算式为
。
专题十三 化学反应原理综合
121
②当温度升高到一定程度时,相同时间内,丙炔的产量降低,原因是 ___________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
__________________________________________ (答1个)。
当温度升高
到一定程度时,会导致催化剂活性降低,相同时间内,丙炔的产量降低(或当温度
升高到一定程度时,反应过程中副反应形成的积炭附着在催化剂表面,降低了催化
剂的活性,相同时间内,导致丙炔的产量降低)
专题十三 化学反应原理综合
122
专题十三 化学反应原理综合
分类突破之原创好题
123
(非选择题第1题12分;第2题14分,总计26分)
1.(反应历程)科学家开发催化剂,促进剂,实现 羰基化制备
乙酸。
回答下列问题:
(1)铱和钴同族,位于元素周期表___区。已知:的沸点为 ,
的沸点为 ,其沸点差异的主要原因是______________________。(3分)
分子间存在氢键
[解析] 同族元素位于同区,钴位于区。甲醇分子间存在氢键, 分子间只存在
范德华力,氢键的存在使物质的沸点升高。
专题十三 化学反应原理综合
124
图1
(2)羰基化制备乙酸的历程如图1
, 为阿伏加德罗常数,
。(3分)
①总反应的热化学方程式为___________________
________________________________________
精确到 。
[解析] 如图1所示,反应物的相对能量为0,根据
单位换算可知,
。
专题十三 化学反应原理综合
125
②下列叙述错误的是_____(填字母)。
AD
A.为中间产物, 为催化剂
B.上述循环中断裂 键和 键,形成 键
C.、和 都是极性分子
D.速控反应为
[解析] 由循环图知,起点是反应,是催化剂, 是中间产物,A项错误;总
反应中,断裂了中的 键和中的 键,形成 键,B项正确;甲醇、
一氧化碳、乙酸都是极性分子,C项正确;由图可知,反应ⅲ是速控反应,化学方程
式为 ,D项错误。
专题十三 化学反应原理综合
126
(3)
速率方程式如下:
,逆(、 为速率常数,只与温
度、催化剂、接触面积有关)。
升高温度, ______(填“增大”“减小”或“不变”)。(1分)
减小
[解析] 根据速率方程式,平衡时,正反应是放热反应,升温, 减小,说明
正反应速率常数增大幅度小于逆反应,二者之差减小。
专题十三 化学反应原理综合
127
(4)常温下,用氨水吸收乙酸得到含 氨水和
的混合液,此混合液的 为____。(2分)
[已知常温下,
10
[解析] 中阴、阳离子水解常数
,水解忽略不计。
,, 。
专题十三 化学反应原理综合
128
(5)在密闭反应器中充入和合成 ,测
定 的平衡转化率与温度、压强的关系如图2所示。(3分)
图2
专题十三 化学反应原理综合
129
①下列叙述正确的是___(填字母)。
A. 代表压强
B.
C.:
B
[解析] 正反应是气体分子数减小的放热反应,增大压强, 的平衡转化率增大;升
温,的平衡转化率减小,所以,代表温度,代表压强,大于 ,A项错误,
B项正确;点温度低于点,点和点温度相同,正反应速率 ,C项错误。
专题十三 化学反应原理综合
130
②若点对应条件下容器体积为,则此时平衡常数 为____。
1.6
[解析] 点的转化率为,平衡时 ,
,根据可逆反应可写出平衡常数表达式,
。
专题十三 化学反应原理综合
131
2.(简答分压)利用和热解制备 ,发生的反应如下:
专题十三 化学反应原理综合
132
现将和按体积之比 (相同条件)
投料,并用 稀释。在常压和不同温度下,
反应相同时间后,测得、和 的体
积分数与温度的关系如图所示。
回答下列问题:
专题十三 化学反应原理综合
133
(1)分子的空间结构是________(填名称);键能:___(填“ ”“ ”或“
”) 。(2分)
直线形
[解析] 类似于,它是直线形分子。原子半径大于C原子半径, 键长小
于,故键能大于 。
专题十三 化学反应原理综合
134
(2) _________________。该反应在
__________(填“较高温度”“较低温度”或“任何温度”)条件下能自发正向进行。
(3分)
较高温度
[解析] 根据盖斯定律,总反应反应 反应②。正反应是吸热的熵增反应,故在
较高温度下能自发进行。
专题十三 化学反应原理综合
135
(3)在常压、时,保持通入的浓度不变,增大 通入的体积,反应相
同时间后 的转化率不变,其原因是_______________________________________
________________________________。(2分)
常压、下,不参与反应,相同浓度的在相同时间内转化率相等
[解析] 根据图像可知,时只发生反应①,故与 无关。
专题十三 化学反应原理综合
136
(4)范围内,其他条件不变,随着温度的升高, 的体积分数先
增大,后减小,其原因可能是 _____________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________ 。(2分)
[解析] 分析两个反应,反应①生成,反应②消耗 ,升高温度,这两个反应的
速率都增大,不同温度区间内,速率增大幅度不同,导致 总浓度变化趋势不同。
在 之间,以反应①为主,随着温度升
高,反应①的速率增大的幅度大于反应②, 的体积分数增大;在
之间,反应②增大幅度大于反应①, 的体积分数减小
专题十三 化学反应原理综合
137
(5)时,的体积分数为______。其他条件不变,升高温度, 的转化
率______(填“增大”“减小”或“不变”)。(3分)
增大
[解析] 时,、的体积分数分别为、,消耗 的体积分数为
,由反应中与、的化学计量数关系,此时 的体积分数为
。升高温度,反应①和②的速率都增
大,有利于向正反应方向进行,故 的转化率增大。
专题十三 化学反应原理综合
138
(6)一定温度下,保持总压强为 ,向体积可变的密闭容器中充入
和,发生上述反应,达到平衡时测得 的平衡转化率为
,的体积分数为。此温度下,反应①的平衡常数 为______
(结果保留2位小数) 。(2分)
提示:用分压替代浓度计算的平衡常数为压强平衡常数,分压 总压×物质的量
分数。
42.11
专题十三 化学反应原理综合
139
[解析] 先计算平衡体系中各物质的分压,再计算,设转化了 。
, 。
专题十三 化学反应原理综合
140
平衡时,气体组成:、、、 、
。
,, ,
(反应 。
专题十三 化学反应原理综合
$$