内容正文:
板块四 反应变化与规律
选择题命题区间七 化学反应(历程)机理、
化学反应速率和限度
必考热点 迁移拓展
命题角度1
[真题自测]
1.D [由反应历程及能量变化图可知,两种路径生成的产物的总能量均低于反应物,故从CH3CH2Br生成CH3CH2CN和CH3CH2NC的反应都是放热反应,A项正确;与Br原子直接相连的C原子为α-C,由反应历程及能量变化图可知,过渡态TS1是由CN-的C原子进攻CH3CH2Br的α-C,形成碳碳键,B项正确;由反应历程及能量变化图可知,后续物Ⅰ、Ⅱ转化为产物,分别断开的是“N--Ag”和“C--Ag”,且后者吸收更多的能量,故Ⅰ中“N--Ag”之间的作用力比Ⅱ中“C--Ag”之间的作用力弱,C项正确;由于生成CH3CH2CN所需要的活化能高,反应速率慢,故低温时更容易生成CH3CH2NC,为主要产物,D项错误。]
2.C [由题图可知,NaCl固体溶于水的过程分两步实现,第一步为NaCl固体变为Na+(g)和Cl-(g),此过程离子键发生断裂,为吸热过程;第二步为Na+(g)和Cl-(g)与水结合形成水合钠离子和水合氯离子的过程,此过程为成键过程,为放热过程。由题图可知,NaCl固体溶解过程的焓变为ΔH3=+4 kJ·mol-1,为吸热过程,A正确;由题图可知,NaCl固体溶于水的过程分两步实现,由盖斯定律可知ΔH1=ΔH2+ΔH3,即a+b=4,B正确;由分析可知,第一步为NaCl固体变为Na+(g)和Cl-(g),此过程离子键发生断裂,为吸热过程,a>0;第二步为Na+(g)和Cl-(g)与水结合形成水合钠离子和水合氯离子的过程,此过程为成键过程,为放热过程,b<0,C错误;由分析可知,溶解过程的能量变化,取决于NaCl固体断键吸收的热量及Na+(g)和Cl-(g)水合过程放出的热量有关,即与NaCl固体和NaCl溶液中微粒间作用力的强弱有关,D正确。]
3.D [结合反应机理图可知VO2+和H2O2反应生成、·OH、H+,步骤①反应为+·OH+H+,·OH和苯生成,和、H+反应生成、VO2+和水。结合反应机理图可知VO2+和H2O2反应生成、·OH、H+,步骤①反应为+·OH+H+,A正确;步骤③为放热反应,ΔH=E正-E逆<0,即正反应的活化能小于逆反应的活化能,B正确;在催化循环中V的化合价由+5价降低到+3价,所以起氧化作用,C正确;步骤③生成的物质Z是H2O,D错误。]
4.C [由图像可知,生成物总能量大于反应物总能量,则总反应为吸热反应,A错误;化学平衡常数只与温度有关,而与其他条件无关,因此温度一定时,两种不同催化剂作用下总反应的化学平衡常数相同,B错误;反应的决速步骤为活化能最大的步骤,即反应进行最慢的步骤,由图像可以看出,在①转化为②的进程中,+H―→+2H的活化能最大,因此①转化为②的进程中,决速步骤为+H―→+2H的(或写为
―→+H),D错误。]
5.D [由反应历程图可知,反应ⅰ反应后相对能量增加0.05 eV,体系能量升高,故反应ⅰ为吸热反应,A正确;由图可知,反应ⅱ中H2O(g)脱去的步骤即反应ⅱ的最后一步的活化能为3.39 eV-0.70 eV=2.69 eV,B正确;反应ⅲ历程中存在两个过渡态,故包含2个基元反应,C正确;由图可知,整个反应历程中,活化能最高的步骤是反应ⅲ中的TS7对应的步骤,即总反应的速控步包含在反应ⅲ中,故D错误。]
[素养进阶]
1.D [催化剂是反应前后不变,先参加反应后生成的物质,由图可知,催化剂有AcOH和KI,A错误;不知道反应物和生成物的总能量相对大小,且断裂化学键和形成化学键所需能量未知,不能确定反应是吸热反应还是放热反应,B错误;该转化过程有碳氧单键、碳氧双键断裂和碳氧单键形成,没有碳碳键的断开和形成,C错误;CO2分子的结构为O===C===O,其中一个C===O键断开,与另一反应物中C—O键断开,形成化合物,其中有两个O原子来自于CO2,若用C18O2参与反应,可得到,D正确。]
2.C [由图可知,过程①中+4价的Ti得到电子化合价降低为+3价,发生还原反应,A错误;由图可知,过程②没有共价键的断裂,B错误;TiO2可以催化分解CO2生成CO和氧气,总反应为2CO22CO+O2,分解过程中吸收能量,故含有ΔH>0,C正确;催化剂只能降低反应的活化能,不能降低反应的焓变,D错误。]
3.B [根据反应可知氮气、氢气反应时为非极性共价键断裂,但并没有非极性共价键形成,A错误;基于NH3有较强的分子间作用力,可以将NH3液化,不断将液氨移去,生成物浓度降低,平衡正向移动,但在影响浓度不太快时可能平衡的正向移动会提高合成氨的反应速率,但若是氨的浓度降低过快,浓度减小会导致正、逆反应速率均减小,B正确;催化剂可以加快反应速率,不能改变反应的焓变,C错误;“加压”则反应速率加快,反应为气体分子数减少的反应,加压会使平衡正向移动,氨的产率增大,D错误。]
4.B [乙烯生成环氧乙烷的反应为2CH2===CH2(g)+O2(g)2(g),该反应是熵减的反应,反应熵变ΔS<0,A错误;中间体生成吸附态CH3CHO(ads)的活化能为(-124 kJ·mol-1)-(-176 kJ·mol-1)=52 kJ·mol-1,B正确;环氧乙烷的能量高于乙醛,则环氧乙烷转化为乙醛的反应为反应物总能量大于生成物的总能量,反应的ΔH=-[(-148 kJ·mol-1)-(-282 kJ·mol-1)]=
-102 kJ·mol-1,C错误;由图可知,生成环氧乙烷的速率比生成乙醛的慢,D错误。]
命题角度2
[真题自测]
1.A [平衡体系中的含H元素物质有C3H8O3、H2、H2O、CH4,含C元素物质有C3H8O3、CH4、CO、CO2,根据C元素守恒有:1 mol×3=3n(C3H8O3)+n(CH4)+n(CO)+n(CO2),根据H元素守恒有:1 mol×8+9 mol×2=8n(C3H8O3)+4n(CH4)+2n(H2)+2n(H2O),两式联立,结合上述分析和图中数据可得n(H2O)=7.2 mol,故550 ℃时,H2O的平衡转化率为×100%=20%,A正确;由题图知,550 ℃反应达到平衡时,n(CO2)∶n(CO)=11∶2,B错误;其他条件不变,在400~550 ℃ 范围内,升高温度,反应Ⅰ的平衡正向移动,反应Ⅱ和Ⅲ的平衡逆向移动,CO2的物质的量增加,说明反应Ⅲ的平衡逆向移动的程度大于反应Ⅱ,故平衡时H2O的物质的量随温度升高而减小,C错误;反应Ⅰ是气体分子数增大的反应,反应Ⅱ是气体分子数不变的反应,反应Ⅲ是气体分子数减小的反应,其他条件不变,增大压强,反应Ⅰ的平衡逆向移动,反应Ⅱ的平衡不移动,反应Ⅲ的平衡正向移动,平衡时H2的物质的量减小,故D错误。]
2.C [图中白圈标记的曲线代表气体温度,L4处与L5处对应的温度不同,平衡常数只与温度有关,故L4处与L5处的平衡常数不同,A错误;由图可知,随着气体在绝热反应管中前进,气体温度不断升高,说明有热量放出,而反应①ΔH1>0,故反应②ΔH2<0,B错误;从L5到L6,甲醇的体积分数逐渐增加,说明反应②在向右进行,反应②消耗CO,而CO体积分数没有明显变化,说明反应①也在向右进行,反应①为气体分子数不变的反应,其向右进行时,n(H2O)增大,反应②为气体分子数减小的反应,且没有H2O的消耗与生成,故n总减小而n(H2O)增加,即H2O的体积分数会增大,故L6处的H2O的体积分数大于L5处,C正确;L1处,CO的体积分数大于CH3OH,说明生成的CO的物质的量大于CH3OH,两者反应时间相同,说明CO的生成速率大于CH3OH的生成速率,D错误。]
3.D [由盖斯定律可知反应2CO(g)+2H2(g)===CO2(g)+CH4(g)的焓变ΔH=
-2×41.2 kJ·mol-1-164.7 kJ·mol-1=-247.1 kJ·mol-1,A错误;CO2(g)+4H2(g)===CH4(g)+2H2O(g)为放热反应,升高温度平衡逆向移动,CH4的含量降低,故CH4的平衡选择性随着温度的升高而降低,B错误;由图可知温度范围约为350~400 ℃时二氧化碳实际转化率最高,为最佳温度范围,C错误;450 ℃时,提高的值可提高二氧化碳的平衡转化率,增大压强反应Ⅰ平衡正向移动,可提高二氧化碳的平衡转化率,均能使CO2平衡转化率达到X点的值,D正确。]
4.B [根据已知反应①C2H5OH(g)+3H2O(g)===2CO2(g)+6H2(g) ΔH=
173.3 kJ·mol-1,反应②CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g) ΔH=41.2 kJ·
mol-1,且反应①的热效应更大,温度升高对反应①影响更大一些,根据选择性的含义,升温时CO选择性增大,同时CO2的选择性减小,所以图中③代表CO的选择性,①代表CO2的选择性,②代表H2的产率,A错误、B正确;一定温度下,增大,可以认为开始时水蒸气物质的量不变,增大乙醇物质的量,乙醇的平衡转化率降低,C错误;加入CaO同时吸收CO2和水蒸气,无法判断平衡如何移动,无法判断如何影响平衡时H2产率,D错误。]
[思维纠偏]
(1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)× (8)×
[素养进阶]
1.D [反应Ⅰ生成COS和H2O,反应Ⅲ也生成H2O,则H2O的选择性应高于COS,由图可知,X的选择性高于Y,所以X代表H2O,Y代表COS,A错误;反应Ⅰ、Ⅲ均生成H2O,且均为吸热反应,温度升高,平衡正向移动,H2O的物质的量应增多,B错误;400 ℃之前,H2S、CO2有转化率,COS、H2O有选择性,同时反应Ⅱ中H2S分解也会发生(只是程度小),不可能只发生反应Ⅰ,C错误;反应Ⅰ是气体分子数不变的反应,反应Ⅱ逆向移动(减少H2S分解),反应Ⅲ气体分子数不变,整体有利于COS生成,能提高其平衡选择性,D正确。]
2.D [随着n(CH4)∶n(O2)增大,CH4的转化率降低,则曲线b表示CH4的转化率,曲线a表示C2H6的选择性,A正确;由盖斯定律可知,反应②×2-反应①=反应④,则反应④的ΔH=(-282 kJ·mol-1)×2-(-354 kJ·mol-1)=
-210 kJ·mol-1,该反应是熵增的放热反应,任何条件下,反应ΔH-TΔS均小于0,能自发进行,B正确;压强对反应②、③的平衡移动几乎无影响,增大压强反应①平衡正向移动,产物中H2O的体积分数增大,C正确;由题意可知,反应起始时lg v0=lg p0+1.1①,随着反应进行,当C2H4的生成速率v降低到其初始生成速率v0的时lg =lg p+1.1②,联立方程解得氧气的分压p=,D错误。]
3.A [反应状态达A点时,CO2的平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性均为25%,根据的选择性=×100%可得:25%=×100%,故反应状态达A点时,容器中n(CH3OCH3)为0.031 25 mol,A错误;由题干信息可知反应Ⅰ.2CO2(g)+6H2(g)===CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH1=-122.5 kJ·mol-1,反应Ⅱ.CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g) ΔH2=41.2 kJ·mol-1,由2CO(g)+4H2(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g)=Ⅰ-2×Ⅱ可得,ΔH=(-122.5-2×41.2) kJ·mol-1=-204.9 kJ·mol-1,B正确;由反应化学方程式可知,增大压强反应2CO2(g)+6H2(g)⥫⥬CH3OCH3(g)+3H2O(g)平衡正向移动,CO2平衡转化率增大,减小,则CO2的平衡转化率增大,即加压或减小均可实现CO2平衡转化率由A到B点,C正确;使用对反应Ⅰ催化活性更高的催化剂即可加快反应Ⅰ的速率,从而提高CH3OCH3的实际选择性,D正确。]
4.D [温度越高,平衡压强越大,说明温度升高,平衡正向移动,所以该反应为吸热反应,A错误;453 K时反应的平衡压强为81 kPa,该反应的平衡常数Kp=,B错误;当固体质量减少8%时,逆反应速率最大,说明反应达到平衡状态,减小质量为生成O2的质量,则生成 mol O2,当R2O转化率为20%时,则生成 mol O2,此时==,则v(O2)=k,C错误。]
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选择题命题区间七 化学反应(历程)机理、化学反应速率和限度
(1)通览全图,找准一“剂”三“物”
一“剂”指催化剂
催化剂在机理图中多数是以完整的循环出现的,以催化剂粒子为主体的多个物种一定在机理图中的主线上
三“物”指反应物、生成物、中间物(或中间体)
反应物
通过一个箭头进入整个历程的物质一般是反应物
生成物
通过一个箭头最终脱离整个历程的物质一般是生成物
中间体
除催化剂、反应物、生成物外,其余一般是中间体
(2)逐项分析得答案
根据题给情境信息,找出催化剂、反应物、生成物、中间体,再结合每一选项设计的问题逐项分析判断,选出正确答案。
注:①能垒越大,反应速率越小,即多步反应中能垒最大的反应为决速反应。②用不同催化剂催化化学反应,催化剂使能垒降低幅度越大,说明催化效果越好。③相同反应物同时发生多个竞争反应,其中能垒越小的反应,反应速率越大,产物占比越高。
(1)化学反应速率的计算
(2)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
(1)化学平衡状态的判定
①直接判定:v正=v逆(实质)。
②间接判定。某物理量随着化学反应的进行发生变化,我们称之为变量,当该物理量不再变化时反应达到平衡,即“变量不变,达平衡”。
(2)化学平衡移动的判断
反应历程 活化能与反应热
(1)循环转化反应历程涉及的各步转化原理,催化剂、中间物质、反应物、生成物的判定及断键、成键分析等。
(2)涉及“能量—反应历程”的图像分析、活化能的应用分析与能量变化分析等。
1.(2024·贵州卷,T14)AgCN与CH3CH2Br可发生取代反应,反应过程中
CN-的C原子和N原子均可进攻CH3CH2Br,分别生成腈(CH3CH2CN)和异腈(CH3CH2NC)两种产物。通过量子化学计算得到的反应历程及能量变化如图(TS为过渡态,Ⅰ、Ⅱ为后续物)。
由图示信息,下列说法错误的是( )
A.从CH3CH2Br生成CH3CH2CN和CH3CH2NC的反应都是放热反应
B.过渡态TS1是由CN-的C原子进攻CH3CH2Br的α-C而形成的
C.Ⅰ中“N--Ag”之间的作用力比Ⅱ中“C--Ag”之间的作用力弱
D.生成CH3CH2CN放热更多,低温时CH3CH2CN是主要产物
2.(2025·北京卷)为理解离子化合物溶解过程的能量变化,可设想NaCl固体溶于水的过程分两步实现,示意图如下。
下列说法不正确的是( )
A.NaCl固体溶解是吸热过程
B.根据盖斯定律可知:a+b=4
C.根据各微粒的状态,可判断a>0,b>0
D.溶解过程的能量变化,与NaCl固体和NaCl溶液中微粒间作用力的强弱有关
3.(2025·四川卷)钒催化剂对H2O2氧化苯制备苯酚的反应具有良好的催化活性,反应机理如图所示,其中步骤③为放热反应。
下列说法错误的是( )
A.步骤①反应为+·OH+H+
B.步骤③正、逆反应的活化能关系为E正<E逆
在催化循环中起氧化作用
D.步骤③生成的物质Z是H2
4.(2025·河南卷)在催化剂a或催化剂b作用下,丙烷发生脱氢反应制备丙烯,总反应的化学方程式为CH3CH2CH3(g)⥫⥬CH3CH===CH2(g)+H2(g),反应进程中的相对能量变化如图所示(表示吸附态, CH3CHCH2+2H―→CH3CH==
CH2(g)+H2(g)中部分进程已省略)。
下列说法正确的是( )
A.总反应是放热反应
B.两种不同催化剂作用下总反应的化学平衡常数不同
C.和催化剂b相比,丙烷被催化剂a吸附得到的吸附态更稳定
D.①转化为②的进程中,决速步骤为―→+H
5.(2025·河北卷)氮化镓(GaN)是一种重要的半导体材料,广泛应用于光电信息材料等领域,可利用反应Ga2O3(s)+2NH3(g)⥫⥬2GaN(s)+3H2O(g)制备。反应历程(TS代表过渡态)如下:
下列说法错误的是( )
A.反应ⅰ是吸热过程
B.反应ⅱ中H2O(g)脱去步骤的活化能为2.69 eV
C.反应ⅲ包含2个基元反应
D.总反应的速控步包含在反应ⅱ中
1.催化剂对反应过程影响示意图
[说明] E1、E2是非催化反应的正、逆反应的活化能,E1′、E2′是催化反应的正、逆反应活化能。
(1)使用催化剂改变了反应历程。
(2)使用催化剂降低正、逆反应活化能,但不影响焓变ΔH。
(3)多步反应历程中,活化能大的为慢反应,为决速步骤。
2.反应历程图的分析模型
1.(2025·淮安调研)在非水溶剂中,将CO2转化为化合物的催化机理如图所示。下列说法正确的是( )
A.该转化过程中催化剂只有AcOH
B.该转化过程总反应ΔH>0
C.该转化过程中有碳碳键的断裂与形成
D.若用C18O2参与反应,可得到
2.(2025·南京模拟)TiO2可以催化分解CO2实现碳元素的循环利用,其催化反应机理如图所示。下列说法正确的是( )
A.过程①催化剂TiO2被氧化
B.过程②涉及共价键的断裂
C.该反应为2CO22CO+O2,ΔH>0
D.使用催化剂降低了反应的焓变,使CO2分解速率加快
3.(2025·宿迁三模)铁触媒作用下,N2和H2合成NH3的反应为N2(g)+3H2(g)⥫⥬2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1,其反应机理可简单表示如图(表示吸附态,中间部分表面反应过程未标出):
已知:N2的吸附分解反应活化能高、速率慢,决定了合成氨的整体反应速率。下列说法正确的是( )
A.反应过程中存在非极性共价键的断裂和形成
B.液化分离出产物NH3,可能利于提高合成氨反应速率
C.使用铁触媒作催化剂,可降低该反应的焓变
D.“加压”可加快反应速率,但氨的产率降低
4.(2025·连云港模拟)工业上用乙烯与O2在银催化作用下制备和CH3CHO的历程如图所示,下列说法正确的是( )
A.由乙烯生成环氧乙烷总反应的ΔS>0
B.中间体生成吸附态CH3CHO(ads)的活化能为52 kJ·mol-1
C.由(g)生成CH3CHO(g)热化学方程式为(g)===CH3CHO(g) ΔH=102 kJ·mol-1
D.相同条件下,生成环氧乙烷的速率比生成乙醛的快
化学反应速率和化学平衡
(1)化学反应速率与化学平衡的影响因素。
(2)反应速率、平衡常数、速率常数的基本计算与应用。
(3)基础图像的分析。
1.(2025·江苏卷)甘油(C3H8O3)水蒸气重整获得H2过程中的主要反应:
反应Ⅰ C3H8O3(g)===3CO(g)+4H2(g) ΔH>0
反应Ⅱ CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) ΔH<0
反应Ⅲ CO2(g)+4H2(g)===CH4(g)+2H2O(g) ΔH<0
1.0×105 Pa条件下,1 mol C3H8O3和9 mol H2O发生上述反应达平衡状态时,体系中CO、H2、CO2和CH4的物质的量随温度变化的理论计算结果如图所示。下列说法正确的是( )
A.550 ℃时,H2O的平衡转化率为20%
B.550 ℃反应达平衡状态时,n(CO2)∶n(CO)=11∶25
C.其他条件不变,在400~550 ℃范围,平衡时H2O的物质的量随温度升高而增大
D.其他条件不变,加压有利于增大平衡时H2的物质的量
2.(2024·江苏卷)二氧化碳加氢制甲醇过程中的主要反应(忽略其他副反应)为:
①CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g) ΔH1=41.2 kJ·mol-1
②CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g) ΔH2
225 ℃、8×106 Pa下,将一定比例CO2、H2混合气匀速通过装有催化剂的绝热反应管。装置及L1、L2、L3…位点处(相邻位点距离相同)的气体温度、CO和CH3OH的体积分数如图所示。下列说法正确的是( )
A.L4处与L5处反应①的平衡常数K相等
B.反应②的焓变ΔH2>0
C.L6处的H2O的体积分数大于L5处
D.混合气从起始到通过L1处,CO的生成速率小于CH3OH的生成速率
3.(2023·江苏卷)二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应为
CO2(g)+4H2(g)===CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-164.7 kJ·mol-1
CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g) ΔH=41.2 kJ·mol-1
在密闭容器中,1.01×105Pa、n起始(CO2)∶n起始(H2)=1∶4时,CO2平衡转化率、在催化剂作用下反应相同时间所测得的CO2实际转化率随温度的变化如题图所示。CH4的选择性可表示为×100%。下列说法正确的是( )
A.反应2CO(g)+2H2(g)===CO2(g)+CH4(g)的焓变ΔH=-205.9 kJ·mol-1
B.CH4的平衡选择性随着温度的升高而增加
C.用该催化剂催化二氧化碳反应的最佳温度范围约为480~530 ℃
D.450 ℃时,提高的值或增大压强,均能使CO2平衡转化率达到X点的值
4.(2022·江苏卷)乙醇-水催化重整可获得H2。其主要反应为C2H5OH(g)+3H2O(g)===2CO2(g)+6H2(g) ΔH=173.3 kJ·mol-1,CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g) ΔH=41.2 kJ·mol-1,在1.0×105 Pa、n始(C2H5OH)∶n始(H2O)=1∶3时,若仅考虑上述反应,平衡时CO2和CO的选择性及H2的产率随温度的变化如图所示。
CO的选择性=×100%,下列说法正确的是( )
A.图中曲线①表示平衡时H2产率随温度的变化
B.升高温度,平衡时CO的选择性增大
C.一定温度下,增大可提高乙醇平衡转化率
D.一定温度下,加入CaO(s)或选用高效催化剂,均能提高平衡时H2产率
(1)对于2NO2(g)⥫⥬N2O4(g),当v正(NO2)=v逆(N2O4)时,反应达到平衡状态。
( )
(2)升高温度,平衡向吸热方向移动,故v吸增大,v放减小。 ( )
(3)改变条件,平衡正向移动,化学平衡常数一定增大。 ( )
(4)C(s)+H2O(g)⥫⥬CO(g)+H2(g)的平衡常数K=。 ( )
(5)向平衡体系中增加任何反应物,正反应速率一定增大。 ( )
(6)一定温度下,在2SO2(g)+O2(g)⥫⥬2SO3(g)反应体系中,减小容器体积,平衡正向移动,c(SO2)减小。 ( )
(7)使用高效催化剂,可以提高反应的平衡转化率。 ( )
(8)同一可逆反应的K正=-K逆,ΔH正=-ΔH逆。 ( )
1.化学反应速率与平衡的计算模式——“三段式”
如mA(g)+nB(g)⥫⥬pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量浓度分别为a mol·
L-1、,达到平衡时消耗A的物质的量浓度为mx mol·L-1,列三段式:
mA(g)+nB(g)⥫⥬pC(g)+qD(g)
c始/(mol·L-1) a b 0 0
c转/(mol·L-1) mx nx px qx
c平/(mol·L-1) a-mx b-nx px qx
则有
(1)Δt s内消耗A的速率v(A)=。
(2)α(A)=×100%。
(3)K=。
(4)产率=×100%。
(5)混合物中某组分的百分含量=×100%。
2.化学平衡常数
(1)同一可逆反应中,K正·K逆=1。
(2)同一化学方程式中的化学计量数等倍扩大n倍或缩小到原来的,则新平衡常数K′与原平衡常数K之间的关系是K′=Kn或K′=。
(3)几个可逆反应化学方程式相加,得总反应化学方程式,则总反应的平衡常数等于分步反应平衡常数之积。如已知A+B⥫⥬2C K1,C+D⥫⥬E K2,则A+B+2D⥫⥬2E的K3=。
(4)正、逆反应的速率常数(k)与平衡常数的关系:
对于基元反应aA(g)+bB(g)⥫⥬cC(g)+dD(g),v正=k正·ca(A)·cb(B),v逆=k逆·cc(C)·cd(D),平衡常数K==,反应达到平衡时,v正=v逆,故K=。
3.平衡移动的分析思路
(1)
(2)浓度商Q与平衡常数K的相对大小
4.基本图像分析
对于反应mA(g)+nB(g)⥫⥬pC(g)+qD(g),m+n>p+q,且ΔH>0。
(1)速率—时间图
(2)转化率(或含量)—时间图
(3)恒压(温)线
(4)平衡的建立与移动
1.(2025·南通三模)一种以CO2、H2S为原料制取COS的过程中主要反应如下:
反应Ⅰ:CO2(g)+H2S(g)===COS(g)+H2O(g) ΔH1=35 kJ·mol-1
反应Ⅱ:2H2S(g)===S2(g)+2H2(g) ΔH2=171 kJ·mol-1
反应Ⅲ:CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g) ΔH3=41 kJ·mol-1
将等物质的量的CO2(g)和H2S(g)充入反应器中,压强一定,平衡时CO2(g)和H2S(g)的转化率、COS(g)和H2O(g)选择性与温度的关系如图所示。
COS(g)或H2O(g)选择性=×100%。下列说法正确的是( )
A.X代表的物质是COS
B.温度越高,平衡时所得H2O的物质的量越少
C.400 ℃之前,容器内只发生反应Ⅰ
D.600 ℃时,其他条件一定,适当增大起始反应的压强,既能加快反应速率也能提高COS的平衡选择性
2.(2025·苏州三模)甲烷氧化偶联制乙烯过程中的主要反应(忽略其他副反应)为:
①4CH4(g)+O2(g)===2C2H6(g)+2H2O(g) ΔH1=-354 kJ·mol-1
②2CH4(g)+O2(g)===C2H4(g)+2H2O(g) ΔH2=-282 kJ·mol-1
③CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH3=-803 kJ·mol-1
将CH4与O2以一定体积比投入反应体系中,维持压强恒定,反应一定时间,测得CH4转化率与C2H6、C2H4、CO2选择性随原料气的n(CH4)∶n(O2)的变化如图所示。已知:C2H4或C2H6的选择性=×100%。O2的分压p(O2)=p总×,C2H4的生成速率v与O2分压p间的关系为lg v=lg p+1.1。下列说法不正确的是( )
A.曲线a表示C2H6选择性随投料比的变化
B.反应④2C2H6(g)+O2(g)===2C2H4(g)+2H2O(g)在任意温度下自发
C.其他条件不变,增大体系压强,产物中H2O的体积分数增大
D.若O2的初始分压为p0,随着反应的进行,当C2H4的生成速率v降低到其初始生成速率v0的时,O2的分压为
3.(2025·徐州三模)一种捕获并资源化利用CO2的方法是将CO2催化加氢合成CH3OCH3,其过程中主要发生如下反应:
Ⅰ.2CO2(g)+6H2(g)===CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH1=-122.5 kJ·mol-1
Ⅱ.CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g) ΔH2=41.2 kJ·mol-1
向恒压密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2,CO2的平衡转化率和CH3OCH3的平衡选择性[CH3OCH3的选择性=×100%]随温度的变化如图所示。下列说法不正确的是( )
A.A点时,容器中n(CH3OCH3)为0.062 5 mol
B.反应2CO(g)+4H2(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g)的ΔH=-204.9 kJ·mol-1
C.CO2平衡转化率由A到B点,可采取的措施为加压或减小
D.使用对反应Ⅰ催化活性更高的催化剂可提高CH3OCH3的实际选择性
4.一定条件下,某金属氧化物(R2O,摩尔质量为M g·mol-1)发生分解反应:R2O(s)⥫⥬2R(s)+O2(g),该反应平衡压强(pc)与温度(T)的关系如下表所示。T1温度下,向恒容容器中加入R2O,分解过程中反应速率v(O2)与压强p的关系为v(O2)=k,k为速率常数(恒温为常数),当固体质量减少8%时,逆反应速率最大。下列说法正确的是( )
T/K
391
433
453
pc/kPa
9
42
81
A.该分解反应为放热反应
B.453 K时反应的平衡常数Kp=9
C.T1温度下,向恒容容器中加入m g R2O,当R2O的转化率为20%时,v(O2)为k
D.某温度下,1 L恒容密闭容器中起始有R2O(s)、R(s)和O2(g),建立平衡状态Ⅰ后,恒温将体积变为2 L,达平衡状态Ⅱ时,固体质量和起始固体质量相同,则建立平衡状态Ⅰ的过程中ΔS<0
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