大单元四 专题10 热点强化21 反应原理归因分析（教师用书word）-【步步高】2025年高考化学大一轮复习讲义（苏教版 江苏专用）

热点强化21　反应原理归因分析 1．思维建模 2．答题角度 (1)化学反应速率的影响因素：浓度、温度、压强、催化剂活性、接触面积、原电池原理、副反应(选择性)等。 常考反应速率减慢的原因： ①反应物浓度减小；②反应温度过高，催化剂失去活性；③析出的晶体或沉淀覆盖在固体表面，阻碍反应的进行；④竞争吸附(催化剂中毒)使活性位点减少等。 (2) 化学平衡：浓度、温度、压强对平衡移动的影响。 答题模板：其他条件不变的情况下， 改变× × 条件， 可逆反应平衡向× × 方向移动， 导致× × 发生变化。 (3)物质的性质：氧化或还原能力强弱、稳定性、挥发性、溶解性、酸碱性、吸附性等。 (4)双重归因：若两种因素影响不一致，抓矛盾主要方面。要有主语，两个因素影响结果都要交代，最后要有总结性评价。 1.向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，一定条件下使反应SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)达到平衡，正反应速率(v正)随时间变化如图所示。正反应速率先增大后减小的原因是________________________________________________________________________。 答案　反应放热，在绝热容器中反应使温度升高，v正增加，b点后，温度上升已不明显，反应物浓度降低，导致v正减小 2．在一定条件下，CO可以去除烟气中的SO2，其反应原理为2CO＋SO22CO2＋S。其他条件相同、以比表面积大的γ-Al2O3作为催化剂，研究表明，γ-Al2O3在240 ℃以上发挥催化作用。反应相同的时间，SO2去除率随反应温度的变化如图所示。240 ℃以前，随着温度的升高，SO2去除率降低的原因是_____________________________________________。 240 ℃以后，随着温度的升高，SO2去除率迅速增大的主要原因是________________。 答案　温度较低时，SO2被催化剂吸附，温度升高，吸附能力减弱　温度较高时，SO2在催化剂存在条件下被CO还原，温度升高，催化剂活性增强，反应速率加快 3．(2023·徐州统考模拟)利用·OH、ClO－、·O等氧化剂可消除苯酚和甲醛引起的环境污染。 ·OH是一种重要的活性基团，容易发生反应2·OH===H2O2而淬灭。·OH可用于脱除苯酚生成CO2。 (1)·OH的电子式为____________________。 (2)利用电化学氧化技术可以在电解槽中持续产生·OH，装置如图所示。a极生成H2O2，H2O2进一步将b极产物氧化且有·OH生成，实现高效处理含苯酚废水。生成·OH的离子方程式为_____________________。 (3)其他条件不变时，不同温度下苯酚的浓度随时间的变化如图所示。0～20 min内，50 ℃的化学反应速率与40 ℃的基本相同，原因是____________________________。 (4)·OH的存在几乎不受pH影响，研究认为，苯酚的电化学转化的中间产物为各种有机酸等，经过一段时间溶液pH先变小后变大的原因是_________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)　(2)Fe2＋＋H2O2＋H＋===Fe3＋＋H2O＋·OH　(3)0～20 min，与40 ℃相比，50 ℃时温度较高·OH更易发生淬灭，导致c(·OH)下降，所以与40 ℃相比，50 ℃时化学反应速率与其基本相同　(4)当有机酸产生时，溶液的pH开始降低，反应进行到一定程度后，有机酸累积速率小于其转化为CO2的速率，pH又开始上升 4．(2023·扬州模拟)NOx的吸收处理是当前研究的热点。 (1)还原吸收法 方法1：直接使用尿素[CO(NH2)2]溶液吸收烟气中的NOx。 方法2：先用合适的氧化剂将NOx中的NO氧化为NO2，再用CO(NH2)2溶液去还原吸收。 还原吸收等量的NOx，消耗尿素较多的是__________(填“方法1”或“方法2”)。工业上选择方法2处理NOx的原因是________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)水吸收法 NO2和N2O4均能被水吸收，不同初始压强下，NO2和N2O4的混合气体被水吸收前和吸收达平衡后，气体中NO2和N2O4的体积分数如图所示。混合气体中与水反应的主要成分是______________。达平衡后，气体中的NO2和N2O4的体积分数之和远小于100%，原因是 ________________________________________________________________________。 答案　(1)方法2　NO2在水中溶解性好，与尿素溶液反应速率快；NO2的氧化性强于NO (2)N2O4　NO2和N2O4与水反应后生成了NO 解析　(1)先用合适的氧化剂将NOx中的NO氧化为NO2，再用CO(NH2)2溶液去还原吸收，NO和NO2均被CO(NH2)2还原为N2，已知等物质的量的NO和NO2，后者消耗的尿素更多，故还原吸收等量的NOx，消耗尿素较多的是方法2。 (2)由题干图示信息可知，水吸收过程中N2O4的初始和平衡气体的体积分数变化比较明显，而NO2的变化不明显，即可推知混合气体中与水反应的主要成分是N2O4，已知3NO2＋H2O===2HNO3＋NO,3N2O4＋2H2O===4HNO3＋2NO，即NO2和N2O4与水反应后生成了NO，导致达平衡后，气体中的NO2和N2O4的体积分数之和远小于100%。 5．(2023·南京统考模拟)乙苯被吸附在催化剂表面发生脱氢可生成苯乙烯、苯甲醛等，生成苯乙烯的相关反应如下： 反应1：C6H5CH2CH3(g)C6H5CH===CH2(g)＋H2(g)　ΔH1＝117.6 kJ·mol－1 反应2：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝41.2 kJ·mol－1 反应3：2H2(g)＋O2(g)2H2O(g) ΔH3＝－483.6 kJ·mol－1 (1)反应4：C6H5CH2CH3(g)＋O2(g)C6H5CH===CH2(g)＋H2O(g)　ΔH4＝______ kJ·mol－1。 (2)较低温度下，向乙苯脱氢的反应体系中加入少量O2，乙苯平衡转化率较高而苯乙烯的选择性较低，其原因可能是_____________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)向乙苯脱氢反应体系中加入CO2，乙苯转化率与体系中CO2分压的关系如图所示。随CO2的增加，乙苯转化率先增大后减小的可能原因为____________________。 答案　(1)－124.2 (2)加入少量O2，H2与O2反应放热，氢气浓度减小和体系温度升高都使反应1平衡右移，使乙苯转化率升高，但温度升高，苯乙烯(或乙苯)被进一步氧化成苯乙醛等副产物 (3)随着CO2分压增大，反应2的平衡正向移动，降低了c(H2)，促进反应1正向进行，使乙苯转化率增大。当CO2分压过大时，CO2占据了催化剂表面，使催化剂表面吸附的乙苯减少，乙苯转化率下降 6．(2023·南通模拟)在催化剂作用下，NH3将柴油车尾气中的NOx选择性还原为N2的过程称为NH3-SCR脱硝。当柴油车尾气中n(NO)∶n(NO2)＝1∶1时，会发生快速NH3-SCR脱硝反应。 (1)写出快速NH3-SCR脱硝反应的化学方程式：________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)控制其他条件相同，将4 mol NH3与表中所示的气体充分混合后分别匀速通入如图所示的反应器中反应，测得A组NOx的脱除率明显低于B组，其可能原因是____________(该温度下NH3与O2不发生反应)。 混合气体物质的量 A组 n(NO)＝4 mol、n(O2)＝1 mol B组 n(NO)＝2 mol、n(NO2)＝2 mol 答案　(1)2NH3＋NO＋NO22N2＋3H2O (2)该温度下2NO＋O2===2NO2的平衡常数较小，反应速率较慢 7．乙醇用途广泛且需求量大，寻求制备乙醇的新方法是研究的热点。醋酸甲酯催化加氢制备乙醇涉及的主要反应如下： 反应Ⅰ：CH3COOCH3(g)＋2H2(g)C2H5OH(g)＋CH3OH(g)　ΔH＝－23.6 kJ·mol－1 反应Ⅱ：2CH3COOCH3(g)＋2H2(g)CH3COOC2H5(g)＋2CH3OH(g)　ΔH＝－22.6 kJ·mol－1 反应Ⅲ：CH3COOCH3(g)＋H2(g)CH3CHO(g)＋CH3OH(g)　ΔH＝44.2 kJ·mol－1 将n起始(H2)∶n起始(CH3COOCH3)＝10∶1的混合气体置于密闭容器中，在2.0 MPa和不同温度下反应达到平衡时，CH3COOCH3的转化率和C2H5OH的选择性[×100%]如图所示。 (1)若n起始(CH3COOCH3)＝1 mol，则500 K下反应达到平衡时生成C2H5OH的物质的量为________mol。 (2) 673～723 K时，CH3COOCH3的平衡转化率几乎不变，其原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)0.81 (2)温度升高，反应Ⅰ、反应Ⅱ中CH3COOCH3的平衡转化率下降，反应Ⅲ中CH3COOCH3的平衡转化率上升，且上升幅度与下降幅度相当 8．开发CO2催化加氢合成二甲醚技术是有效利用CO2资源，实现“碳达峰、碳中和”目标的重要途径。 CO2催化加氢直接合成二甲醚： 2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g) ΔH＝－122.54 kJ·mol－1 副反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH＝41.2 kJ·mol－1 其他条件相同时，反应温度对CO2平衡总转化率及反应2.5 h的CO2实际总转化率影响如图1所示；反应温度对二甲醚的平衡选择性及反应2.5 h的二甲醚实际选择性影响如图2所示(已知：CH3OCH3的选择性＝×100%)。 (1)图1中，温度高于290 ℃，CO2平衡总转化率随温度升高而上升的原因可能是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)图2中，在240～300 ℃范围内，相同温度下，二甲醚的实际选择性高于其平衡选择性，从化学反应速率的角度解释原因：___________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)温度高于290 ℃，随着温度升高，CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)平衡向右移动的程度大于2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)平衡向左移动的程度，使CO2的平衡转化率上升　(2)CO2催化加氢直接合成二甲醚的反应活化能较低，而副反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)活化能较高，所以二甲醚的实际选择性高于其平衡选择性 9．(2023·江苏统考模拟)脱除沼气中的H2S具有重要意义，脱除H2S有多种方法。 (1)受热分解法。将H2S和CH4混合气导入热解器，反应分两步进行。 反应Ⅰ：2H2S(g)===2H2(g)＋S2(g)　ΔH1＝169.8 kJ·mol－1 反应Ⅱ：CH4(g)＋S2(g)===CS2(g)＋2H2(g) ΔH2＝63.7 kJ·mol－1 现将硫化氢和甲烷按照2∶1体积比投料，并用N2稀释。在常压和不同温度下，反应相同时间后，H2、S2和CS2的体积分数随温度的变化关系如图所示。 ①2H2S(g)＋CH4(g)===CS2(g)＋4H2(g)　ΔH3＝__________。 ②1 050 ℃时，H2的体积分数为__________。 ③在950～1 150 ℃范围内，其他条件不变，随着温度的升高，S2(g)的体积分数先增大而后减小，其原因可能是_______________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)光电催化法。某光电催化法脱除H2S的原理如图所示。 ①光电催化法脱除H2S的离子方程式为_______________________________________ ________________________________________________________________________。 ②与受热分解法相比，光电催化法的优点是 ________________________________________________________________________。 (3)催化重整法。Fe2O3可以用作脱除H2S的催化剂，脱除过程如图所示。 ①Fe2O3脱除H2S时需先进行吸附。利用如图乙进行吸附，比图甲吸附能力强的原因是 ________________________________________________________________________。 ②脱除一段时间后，催化剂的活性降低，原因是 ________________________________________________________________________。 答案　(1)①233.5 kJ·mol－1　②3.6%　③在950～1 100 ℃之间，以反应Ⅰ为主，随温度升高，反应Ⅰ速率增大的幅度大于反应Ⅱ，S2(g)的体积分数增大；在1 100～1 150 ℃之间，反应Ⅱ速率增大的幅度大于反应Ⅰ，S2(g)的体积分数减小 (2)①2H2S＋2I===S2↓＋6I－＋4H＋　②光电催化法脱除H2S，耗能低，还能持续发电；溶液中I－可循环利用，生成的副产物双氧水可回收利用 (3)①H2S中H带正电、S带负电，Fe2O3中Fe带正电，O带负电；甲吸附方式为同种电性微粒靠近，乙吸附方式中为异种电性微粒靠近，吸附能力强 ②反应生成的硫单质附着在催化剂表面 学科网（北京）股份有限公司 $