大单元5 四类必考大题解题方略(1) 热化学与化学反应速率、平衡的综合应用(课时作业)-【优化探究】2026年高考化学二轮专题复习配套课件（广东专版）

2 3 4 1 非选择题 1.(14分)(2025·广东广州二模)水煤气变换是重要的化工过程,铁的氧化物可作为该反应的催化剂。 水煤气变换反应:CO(g)+H2O(g)⥫⥬CO2(g)+H2(g)　ΔH1 (1)基态Fe原子价层电子的轨道表示式为　　　 　。  1 2 3 4 1 (2)使用Fe2O3作为反应催化剂,该反应分两步完成: 3Fe2O3(s)+CO(g)⥫⥬2Fe3O4(s)+CO2(g)　ΔH2 2Fe3O4(s)+H2O(g)⥫⥬3Fe2O3(s)+H2(g)　ΔH3 则ΔH1=　　　 　　 (用ΔH2和ΔH3表示)。  ΔH2+ΔH3 解析:使用Fe2O3作为反应催化剂,该反应分两步完成: ①3Fe2O3(s)+CO(g)⥫⥬2Fe3O4(s)+CO2(g)　ΔH2 ②2Fe3O4(s)+H2O(g)⥫⥬3Fe2O3(s)+H2(g)　ΔH3 根据盖斯定律,①+②得:CO(g)+H2O(g)⥫⥬CO2(g)+H2(g)　ΔH1=ΔH2+ΔH3。 2 2 3 4 1 (3)科研小组研究了在两种不同催化剂表面上水煤气变换的反应历程,如图所示。其他条件相同时,下列说法正确的有　　　　　　(填字母)。  A.水煤气变换反应的ΔH1<0 B.使用催化剂Ⅰ时,反应体系更快达到平衡 C.催化剂Ⅱ条件下CO的平衡转化率比催化剂Ⅰ条件下大 D.反应过程中,使用催化剂Ⅰ时中间产物所能达到的最高浓度更大 AD 3 2 3 4 1 解析: A.根据反应历程图可知,反应物能量高于生成物能量,水煤气变换反应的ΔH1<0,A正确;B.根据反应历程图可知,使用催化剂Ⅱ时反应的最大活化能小于使用催化剂Ⅰ时反应的最大活化能,则使用催化剂Ⅱ时,反应体系更快达到平衡,B错误;C.催化剂不能使化学平衡发生移动,催化剂Ⅱ条件下CO的平衡转化率与催化剂Ⅰ条件下相同,C错误;D.根据反应历程图可知,使用催化剂Ⅰ时,生成中间产物的基元反应的活化能较小,中间产物转化为生成物的活化能较大,则使用催化剂Ⅰ时,生成中间产物的反应速率快,消耗中间产物的反应速率慢,则中间产物所能达到的最高浓度更大,D正确。 4 2 3 4 1 (4)科研人员研究了467 ℃和489 ℃时水煤气变换反应中H2和CO分压随时间变化关系如图1所示,催化剂为Fe2O3,实验初始时体系中的p(H2O)=p(CO)、p(CO2)=p(H2)。 ①489 ℃时,p(CO)随时间变化关系的曲线是 　　　　　 (填“a”或“b”)。  ②467 ℃时反应在0~90 min内的平均反应速率v(CO) =　　　　　　 kPa·min-1(结果保留两位有效数字)。  b 0.007 8 5 2 3 4 1 解析:①由题图可知,a、b表示的是CO的分压,该反应为放热反应,故升高温度,平衡逆向移动,CO分压增加,H2分压降低,故467 ℃时,p(CO)随时间变化关系的曲线是a;489 ℃时,p(CO)随时间变化关系的曲线是b。 ②467 ℃时,p(CO)随时间变化关系的曲线是a;反应在0~90 min内的平均反应速率v(CO)=≈0.007 8 kPa·min-1。 6 2 3 4 1 (5)科研人员研究了温度和初始投料比n(H2O)/n0(CO)对水煤气变换反应平衡状态的影响。已知:CO初始的物质的量恒定为n0(CO)。在527 ℃和784 ℃下,p平(CO2)/p平(CO)随n(H2O)/n0(CO)的变化曲线如图2。 7 2 3 4 1 ①计算527 ℃时水煤气变换反应的平衡常数Kp=　 (Kp以分压表  示,分压=总压×物质的量分数,写出计算过程)。 4 答案:根据在527 ℃和784 ℃下,p平(CO2)/p平(CO)随n(H2O)/n0(CO)的变化曲线,因为反应的ΔH1<0,所以T1为527 ℃,T2为784 ℃。由图2可得,T1温度下n(H2O)/n0(CO)=1.0时,p平(CO2)/p平(CO)=2.0。因为初始投料n(H2O)=n(CO),平衡时有p(H2O)=p(CO),且有p(CO2)=p(H2),则Kp===4 8 2 3 4 1 ②721 ℃时,在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合,采用适当的催化剂进行反应,则平衡时体系中H2的物质的量分数范围是　　　 (填字母)。  A.<　　B.(,)　　C.(,)　　D.> B 9 2 3 4 1 解析:②721 ℃时,在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合,采用适当的催化剂进行反应。可设CO(g)和H2O(g)的物质的量均为1 mol,根据三段式: 　　　　　CO(g)+H2O(g)⥫⥬CO2(g)+H2(g) 起始/mol 1 1 0 0 转化/mol x x x x 平衡/mol 1-x 1-x x x 10 2 3 4 1 平衡时体系中H2的物质的量分数===。527 ℃下n(H2O)/n0(CO)=1.0时,p平(CO2)/p平(CO)=2.0,=2.0,解得x=,平衡时体系中H2的物质的量分数为=;784 ℃下=1.0时,=1.0,=1.0,解得x=,平衡时体系中H2的物质的量分数为=;由此可判断721 ℃时最终平衡时体系中H2的物质的量分数范围为(,)。 11 2 3 4 1 2.(18分)(2025·广东茂名二模)钛(Ti)及其合金是理想的高强度、低密度结构材料,应用广泛。 (1)Ti在元素周期表中位于　　　　区。  d 12 2 3 4 1 (2)生产钛的方法之一是将TiO2还原得到Ti,原理如下表: 反应 ΔH/(kJ·mol-1) ΔS/(J·mol-1·K-1) Ⅰ:2Cl2(g)+C(s)+TiO2(s)===TiCl4(g)+CO2(g) -212 44.7 Ⅱ:2Cl2(g)+2C(s)+TiO2(s)===TiCl4(g)+2CO(g) -51 220 ①反应C(s)+CO2(g)===2CO(g)的ΔH为　　　　　　kJ·mol-1。  ②已知ΔG越小,反应越容易发生,温度为1 500 K时更易发生的反应是 　　　　(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。  +161 Ⅱ 13 2 3 4 1 解析:由反应的lg K与温度的关系图可知,温度升高lg K增大,说明2TiCl3(g)+2CH4(g) ⥫⥬2TiC(s)+6HCl(g)+H2(g)为吸热反应;对于可逆反应来说,通过浓度商Q与K的大小关系,可以判断反应进行的方向(或判断v正、v逆的大小关系)。 (2)①目标反应可由Ⅱ-Ⅰ得到,根据盖斯定律可知目标反应的ΔH=-51 kJ·mol-1- (-212)kJ·mol-1=+161 kJ·mol-1。②ΔG=ΔH-TΔS,代入相关数据得ΔGⅠ=-212 kJ·mol-1-1 500 K×44.7×10-3 kJ·mol-1·K-1=-279.05 kJ·mol-1、ΔGⅡ=-51 kJ·mol-1-1 500 K×220×10-3 kJ·mol-1·K-1=-381 kJ·mol-1,即ΔGⅡ<ΔGⅠ,故当温度为1 500 K时,反应Ⅱ更容易发生。 14 2 3 4 1 (3)TiC能高效分解水,为开发氢能源提供了研究方向。一种制取高纯TiC的原理的主反应:2TiCl3(g)+2CH4(g)⥫⥬2TiC(s)+6HCl(g)+H2(g)。 ①如图1为主反应的lg K与温度T的关系,该反应是　　　　(填“放热”或“吸热”)反应。  吸热 15 2 3 4 1 ②下列关于主反应的说法正确的是　　　　(填字母)。  A.减压时平衡正向移动,K增大 B.当v正(CH4)=2v逆(H2)时,反应达到平衡状态 C.温度升高,逆反应速率减慢,平衡正向移动 D.投料时增大的值,有利于提高TiCl3的平衡转化率 BD 16 2 3 4 1 ③初始组分TiCl3和CH4的物质的量均为10 mol,H2的物质的量为20 mol时,在体积为2 L的密闭容器中进行合成TiC的反应,t分钟时体系部分组分的物质的量随温度的变化曲线如图2所示。 17 2 3 4 1 a.600 ℃以后,TiC的量增幅不大,而H2的量明显增多的原因是CH4发生了分解反应:　　　　　　　　(用方程式表示)。  b.求m点时主反应的浓度商Q=　　 　　(列出计算式),则v正 　　　　(填“<”“>”或“=”)v逆。  CH4C+2H2 < 18 2 3 4 1 解析:①由图1可知,升高温度lg K增大,则K增大,平衡正向移动,则该反应为吸热反应。 ②A.该反应为正向气体分子数增大的反应,故减压平衡正向移动,但化学平衡常数只与温度有关,温度不变,K不变,A错误;B.当v正(CH4)=2v逆(H2)时说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,B正确;C.升高温度,正逆反应速率都加快,主反应为吸热反应,则正向速率加快的更多,平衡正向移动,C错误;D.投料时增大的值,相当于保持TiCl3的量不变,增大CH4的量,反应正向移动,有利于提高TiCl3的平衡转化率,D正确。 19 2 3 4 1 ③a.由图像可知随着温度升高,产物中出现了C,且氢气的量明显增多,说明甲烷分解生成了C和氢气,反应的化学方程式为CH4C+2H2。 b.由题图可知在温度为670 ℃,t min时,体系内甲烷和C均为3.5 mol,说明副反应中甲烷转化了3.5 mol,同时还生成了7 mol H2,设主反应中甲烷转化了2x mol,列出三段式: 　　　 2TiCl3(g)+2CH4(g)⥫⥬2TiC(s)+6HCl(g)+H2(g) 初始/mol 10 10 0 20 转化/mol 2x 2x 6x x t min/mol 10-2x 10-2x-3.5 6x 20+x+7 20 2 3 4 1 依题有10-2x-3.5=3.5,解得x=1.5;平衡时H2、HCl、CH4、TiCl3的物质的量浓度分别为14.25 mol·L-1、4.5 mol·L-1、1.75 mol·L-1、3.5 mol·L-1,代入公式有浓度商Q=,由反应的lg K与温度的关系图可知,温度为670 ℃时平衡常数K=10-5,故Q>K,平衡逆向移动,即v正<v逆。 21 2 3 4 1 3.(8分)(2025·广东清远二模)氮元素是重要的非金属元素,在工农业生产和生命活动中起着重要的作用。 (1)标准摩尔生成焓是指在25 ℃和101 kPa时,由元素最稳定的单质生成 1 mol纯化合物时的焓变,符号为Δf。已知在25 ℃、101 kPa时,以下物质的标准摩尔生成焓如表所示。 物质 NH3(g) H2O(g) Δf/(kJ·mol-1) a -242 由4NH3(g)+3O2(g)⥫⥬2N2(g)+6H2O(g)　ΔH2=-1 268 kJ·mol-1,则a=　　　　　。  -46 22 2 3 4 1 解析:根据标准摩尔生成焓的定义,反应热ΔH的计算公式为ΔH=∑Δf(生成物)-∑Δf(反应物)。对于反应:4NH3(g)+3O2(g)⥫⥬2N2(g)+6H2O(g), O2(g)和N2(g)是最稳定单质,其标准摩尔生成焓为0。则ΔH2=6×Δf[H2O(g)]-4×Δf[NH3(g)],已知ΔH2=-1 268 kJ·mol-1, Δf[H2O(g)]=-242 kJ·mol-1。代入可得-1 268=6×(-242)-4a,解得a=-46。 23 2 3 4 1 (2)氨气的催化氧化是工业制取硝酸的重要步骤,假设只会发生以下两个竞争反应。 反应Ⅰ:4NH3(g)+5O2(g)⥫⥬4NO(g)+6H2O(g)　ΔH1=-905.0 kJ·mol-1 反应Ⅱ:4NH3(g)+3O2(g)⥫⥬2N2(g)+6H2O(g)　ΔH2 为分析某催化剂对该反应的选择性,将1 mol NH3和2 mol O2充入1 L密闭容器中,在相同时间下,测得N2、NO的物质的量与温度的关系如图所示。 24 2 3 4 1 ①该催化剂在高温时对反应　　　　　 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)的选择性更好。  ②520 ℃时,容器中c(NH3)=　　　　mol·L-1。  ③下列叙述能说明该条件下反应达到平衡状态的是　　　　　 (填字母)。  a.氨气的体积分数不变 b.容器中气体密度保持不变 c.容器中气体压强保持不变 Ⅰ 0.4 ac 25 2 3 4 1 解析:①由图像可知,高温时NO的物质的量相对较大,反应Ⅰ生成NO,所以该催化剂在高温时对反应Ⅰ的选择性更好。 ②520 ℃时,n(N2)=0.2 mol,根据反应Ⅱ:4NH3(g)+3O2(g)⥫⥬2N2(g)+ 6H2O(g),生成0.2 mol N2时,消耗NH3的物质的量Δn(NH3)=0.2 mol×2= 0.4 mol,此时n(NO)=0.2 mol,根据反应Ⅰ:4NH3(g)+5O2(g)⥫⥬4NO(g) +6H2O(g),此时消耗NH3的物质的量Δn(NH3)=0.2 mol,n初始(NH3)=1 mol,容器体积V=1 L,则c(NH3)= mol·L-1=0.4 mol·L-1。 26 2 3 4 1 ③a.氨气的体积分数不变,说明各物质的物质的量不再变化,反应达到平衡状态,该选项正确;b.反应前后气体总质量不变,容器体积不变,根据ρ=,气体密度始终不变,不能据此判断反应是否达到平衡状态,该选项错误;c.反应前后气体物质的量发生变化,在恒容容器中,气体压强保持不变时,说明各物质的物质的量不再变化,反应达到平衡状态,该选项正确。 2 3 4 1 4.(16分)(2025·广东高三第一次调研)CO2的资源化利用是化学领域关注的热点。 利用CO2合成甲醇是CO2资源化利用的一种途径。GaZrOx催化CO2与H2反应制甲醇的化学方程式为CO2(g)+3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)+H2O(g),反应机理如图甲所示(★表示氧空位),反应进程如图乙所示(吸附在催化剂表面的物质用*标注,TS代表过渡态)。 28 2 3 4 1 (1)Ga与Al同主族,则基态Ga原子价层电子的轨道表示式为 　 　 　　。  29 2 3 4 1 (2)下列说法正确的是　　　　(填字母)。  A.该反应在低温下能自发进行 B.GaZrOx催化剂能提高甲醇的平衡产率 C.“吸附a”与“氢化”两个步骤消耗H2的分子数之比为1∶2 D.降低步骤CH3O*+H*===CH3OH*的能垒,能有效加快甲醇的生成速率 AC 30 2 3 4 1 解析: A.由题图可知,该反应为放热、熵减反应,ΔH<0,ΔS<0,ΔH-TΔS<0可自发,故该反应在低温下能自发进行,A正确;B.催化剂不影响化学平衡,不能提高甲醇的平衡产率,B错误;C.“吸附a” 消耗1个H2,“氢化”消耗2个H2(生成甲基和水),两个步骤消耗H2的分子数之比为1∶2,C正确;D.降低反应最后一步的能垒(能垒最大),能有效加快甲醇的生成速率,D错误。 2 3 4 1 (3)恒容密闭容器中CO2和H2的起始浓度分别为a mol·L-1和3a mol·L-1,一定温度下只发生反应CO2(g)+3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)+H2O(g),t s时反应达到平衡,平衡体系中CH3OH的物质的量分数为b,则t s内v(H2)= 　 　 　mol·L-1·s-1(用含a、b和t的式子表示)。  2 3 4 1 解析:根据已知信息可列三段式: 　 　　　　 CO2(g)+3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)+H2O(g) 起始(mol·L-1) a 3a 0 0 转化(mol·L-1) x 3x x x 平衡(mol·L-1) a-x 3a-3x x x =b⇒x=,v(H2)== mol·L-1·s-1。 2 3 4 1 (4)恒定总压和碳氢投料比[n(CO2)∶n(H2)=1∶3],在不同温度下反应相同时间后含碳主产物甲醇的产率如图所示。 ①图中Q点对应的产率　　　　(填“是”或“不是”)该温度下甲醇的平衡产率,理由为___________________________________________________ 　  　 。  ②当温度高于520 K时,甲醇的产率随温度下降的原因可能为__________ ______________________________________________________________  　   　 (写两条)。  不是 该反应为放热反应,降低温度,平衡正向移动,甲醇的平衡产率增大,Q点温度低于520 K,甲醇的平衡产率应高于520 K时的 温度升高,催化剂的活性降低;或温度升高,主反应逆向移动;或温度高于520 K,促进了副反应的进行等(任写两条) 2 3 4 1 解析:①该反应为放热反应,降低温度,平衡正向移动,甲醇的平衡产率增大,Q点温度低于520 K,甲醇的平衡产率应高于520 K时的,所以Q点对应的产率不是该温度下甲醇的平衡产率。②当温度高于520 K时,甲醇的产率随温度下降的原因可能为温度升高,催化剂的活性降低;或温度升高,主反应逆向移动;或温度高于520 K,促进了副反应的进行等。 $