2021新高考化学二轮总复习课件：专题七　化学反应速率和化学平衡 151页

专题七　化学反应速率和化学平衡 第二部分 热点专攻 ( 七 ) 内容索引 01 02 03 考情分 析 备考 定向 高频 考点 能力 突破 考情分 析 备考 定向 备考要点说明 1 . 了解化学反应速率的概念和定量表示方法。能正确计算化学反应的转化率 ( α ) 。 2 . 了解反应活化能的概念 , 了解催化剂的重要作用。 3 . 了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。 4 . 掌握化学平衡的特征。了解化学平衡常数 ( K ) 的含义 , 能利用化学平衡常数进行相关计算。 5 . 理解外界条件 ( 浓度、温度、压强、催化剂等 ) 对化学反应速率和化学平衡的影响 , 能用相关理论解释其一般规律。 6 . 了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。 核心价值引领 2020 年 6 月 10 日 , 在江苏省科学技术奖励大会上 , 钟秦教授科研团队的《高效燃煤燃气烟气脱硝催化剂全生命周期关键技术研发与应用》获得 2019 年江苏省科学技术奖一等奖 , 钒基脱硝催化剂在 220 ℃ 至 550 ℃ 高温高效稳定运行 , 解决了催化剂生产、运行诊断、再生与回收等关键技术问题。催化剂能够改变反应历程 , 降低反应的活化能 , 故催化剂能够极大程度地加快化学反应速率。科学家一直致力于研究发现高效催化剂 , 那么催化剂增大化学反应速率的机理是什么 ? 催化剂能不能提高反应物的转化率 ? 能否改变反应的焓变 ? 带着这些问题我们来深入研究化学反应速率、化学平衡的影响因素以及化学反应条件的选择。 高频 考点 能力 突破 考点一 外界条件对化学反应速率的影响 【真题示例】 ( 2019 浙江 4 月选考 ) 高温高压液态水具有接近常温下弱酸的 c (H + ) 或弱碱的 c (OH - ), 油脂在其中能以较快的反应速率水解。与常温常压水相比 , 下列说法不正确的是 ( 　　 ) A. 高温高压液态水中 , 体系温度升高 , 油脂水解反应速率加快 B. 高温高压液态水中 , 油脂与水的互溶能力增强 , 油脂水解反应速率加快 C. 高温高压液态水中 , c (H + ) 增大 , 可催化油脂水解反应 , 且产生的酸进一步催化水解 D. 高温高压液态水中的油脂水解 , 相当于常温下在体系中加入了相同 c (H + ) 的酸或相同 c (OH - ) 的碱的水解 答案 D 　 解析 A 项 , 温度升高 , 反应速率加快 , 所以正确 , 不符合题意 ;B 项 , 高温高压下 , 油脂与水互溶性增强 , 接触面积更大 , 反应速率加快 , 所以正确 , 不符合题意 ;C 项 , 高温高压下 , 氢离子浓度增大 , 对油脂的水解起到催化作用 , 生成的氢离子又进一步起到催化作用 , 所以正确 , 不符合题意 ;D 项 , 高温高压下水电离的氢离子和氢氧根离子浓度虽然较常温时的大 , 但水解前溶液呈中性 , 与加入酸或碱所形成的环境不同 , 所以错误 , 符合题意。 【 必备知识 】 1 . 化学反应速率的 计算 ① 浓度变化只适用于气体和溶液中的溶质 , 不适用于固体和纯液体。 ② 化学反应速率是某段时间内的平均反应速率 , 而不是瞬时速率 , 且计算时取正值。 ③ 同一反应用不同的物质表示反应速率时 , 数值可能不同 , 但意义相同。同一化学反应中用不同物质表示的反应速率之比等于其化学计量数之比。 2 . 气体反应体系中充入惰性气体 ( 或无关气体 ) 时 , 对反应速率的影响 实验 ① 实验 ② 实验 ③   1 mL 0.01 M 的 KMnO 4 溶液和 1 mL 0.1 M 的 H 2 C 2 O 4 溶液混合   1 mL 0.01 M 的 KMnO 4 溶液 和 1 mL 0.1 M 的 H 2 C 2 O 4 溶液混合   1 mL 0.01 M 的 KMnO 4 溶液 和 1 mL 0.1 M 的 H 2 C 2 O 4 溶液混合 褪色 比实验 ① 褪色快 比实验 ① 褪色快 【 应考训练 】 考 向 1 　 化学反应速率的影响因素 1 .(2019 北京石景山高三统练 ) 资料显示 , 自催化作用是指反应产物之一使该反应速率加快的作用。用稀硫酸酸化的 KMnO 4 进行下列三组实验 , 一段时间后溶液均褪色 (0.01 mol·L -1 可以记做 0.01 M) 。 下列说法不正确的是 ( 　　 ) A. 实验 ① 中发生氧化还原反应 ,H 2 C 2 O 4 是还原剂 , 产物 MnSO 4 能起自催化作用 B. 实验 ② 褪色比 ① 快 , 是因为 MnSO 4 的催化作用加快了反应速率 C. 实验 ③ 褪色比 ① 快 , 是因为 Cl - 的催化作用加快了反应速率 D. 若用 1 mL 0.2 M 的 H 2 C 2 O 4 溶液做实验 ① , 推测比原实验 ① 褪色快 答案 C 　 解析 由分析可知 , 实验 ① 中发生氧化还原反应 ,H 2 C 2 O 4 是还原剂 , 反应生成的 MnSO 4 能起自催化作用 , 故 A 正确 ; 实验 ② 加入了 MnSO 4 固体后 , 褪色比 ① 快 , 说明 MnSO 4 的催化作用加快了反应速率 , 故 B 正确 ; 实验 ③ 加入了稀盐酸之后 ,Cl - 与 KMnO 4 发生氧化还原反应 , 所以褪色比 ① 快 ,Cl - 是还原剂不是催化剂 , 故 C 错误 ; 若用 1 mL 0.2 M 的 H 2 C 2 O 4 溶液做实验 ① , 还原剂 H 2 C 2 O 4 的浓度增大 , 反应速率更快 , 能更快地将 KMnO 4 消耗完 , 因此比原实验 ① 褪色快 , 故 D 正确。 考向 2 　 化学反应速率的计算 2 .( 双选 )(2020 山东济南一模 ) 丙酮的碘代反应 CH 3 COCH 3 +I 2 → CH 3 COCH 2 I+HI 的速率方程为 v = kc m (CH 3 COCH 3 ) c n (I 2 ), 其半衰期 ( 当剩余反应物恰好是起始的一半时所需的时间 ) 为 0.7/ k 。改变反应物浓度时 , 反应的瞬时速率如表所示。 c (CH 3 COCH 3 )/( mol·L -1 ) c (I 2 )/(mol·L -1 ) v /(10 -3 mol·L -1 ·min -1 ) 0.25 0.050 1.4 0.50 0.050 2.8 1.00 0.050 5.6 0.50 0.100 2.8 下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 速率方程中的 m =1 、 n =0 B. 该反应的速率常数 k =2.8×10 -3 min -1 C. 增大 I 2 的浓度 , 反应的瞬时速率加快 D. 在过量的 I 2 存在时 , 反应掉 87.5% 的 CH 3 COCH 3 所需的时间是 375 min 答案 AD 　 考向 3 　 “ 控制变量 ” 思想在探究影响化学反应速率因素中的应用 3 . 铬是广泛存在于环境中的金属元素 , 在水体中主要以三价和六价铬的化合物为主 , 其中六价铬对人有害。通常含六价铬的酸性工业废水的处理流程为 : 为进一步研究初始 pH 和草酸的浓度对第 ② 步反应速率的影响 , 某学习小组设计对比实验如下表 : 实验 编号 初始 pH 废水样品 的体积 /mL 草酸溶液 的体积 /mL 蒸馏水的 体积 /mL 甲 4 60 10 30 乙 5 x 10 30 丙 5 y 5 z (1) 实验设计表中 z = 　　　　　 ;   (2) 实验甲中 O ~ t 1 时间段反应速率 v (Cr 3+ )= 　　　 mol·L -1 ·min -1 ( 用含字母的代数式表示 ) 。   (3) 常温下 , 第 ③ 步反应生成的 Cr(OH) 3 在溶液中存在以下平衡 :Cr(OH) 3 (s ) Cr 3 + (aq)+3OH - (aq), 其溶度积 K sp [Cr(OH) 3 ]=1×10 -32 , 要使反应后溶液中 c (Cr 3+ ) 不高于 10 -5 mol·L -1 , 溶液的 pH 应调至 　　　　　　　 。   考点二 化学平衡及其 影响因素 化学平衡 常数及有关计算 【真题示例】 1 .(2020 天津化学 ) 已知 [Co(H 2 O) 6 ] 2+ 呈粉红色 ,[CoCl 4 ] 2- 呈蓝色 ,[ZnCl 4 ] 2- 为无色。现将 CoCl 2 溶于水 , 加入浓盐酸后 , 溶液由粉红色变为蓝色 , 存在以下平衡 : [Co(H 2 O) 6 ] 2+ + 4Cl - [ CoCl 4 ] 2- +6H 2 O 　 Δ H 用该溶液做实验 , 溶液的颜色变化如下 : 以下结论和解释正确的是 ( 　　 ) A. 等物质的量的 [Co(H 2 O) 6 ] 2+ 和 [CoCl 4 ] 2- 中 σ 键数之比为 3 ∶ 2 B. 由实验 ① 可推知 Δ H <0 C. 实验 ② 是由于 c (H 2 O) 增大 , 导致平衡逆向移动 D. 由实验 ③ 可知配离子的稳定性 :[ZnCl 4 ] 2- >[CoCl 4 ] 2- 答案 D 　 解析 1 mol [Co(H 2 O) 6 ] 2+ 中 σ 键数为 18 N A ,1 mol [CoCl 4 ] 2- 中 σ 键数为 4 N A , 二者之比为 9 ∶ 2,A 项错误 ; 将蓝色溶液放入冰水中 , 颜色变粉红色 , 说明平衡 [Co(H 2 O) 6 ] 2+ + 4Cl - [ CoCl 4 ] 2- +6H 2 O 左移 , 根据勒夏特列原理可知 ,Δ H >0,B 项错误 ;H 2 O 是纯液体 , 其浓度不变 , 但加入 H 2 O 会引起其他离子浓度的变化 , 使平衡移动 ,C 项错误 ; 实验 ③ 中加入 ZnCl 2 , 溶液变粉红色 ,[CoCl 4 ] 2- 变为 [Co(H 2 O) 6 ] 2+ , 说明 Zn 2+ 与 Cl - 络合生成 [ZnCl 4 ] 2- 的能力比 Co 2+ 与 Cl - 络合生成 [CoCl 4 ] 2- 的能力强 , 即 [CoCl 4 ] 2- 不如 [ZnCl 4 ] 2- 稳定 ,D 项正确。 2 .(2019 海南化学 ) 反应 C 2 H 6 (g ) C 2 H 4 (g )+H 2 (g) Δ H >0, 在一定条件下于密闭容器中达到平衡。下列各项措施中 , 不能提高乙烷平衡转化率的是 ( 　　 ) A. 增大容器容积 B. 升高反应温度 C. 分离出部分氢气 D. 等容下通入惰性气体 答案 D 　 解析 该反应的正反应是气体体积增大的反应 , 增大反应容器的容积 , 体系的压强减小 , 化学平衡正向移动 , 能提高乙烷平衡转化率 ,A 项不符合题意 ; 该反应的正反应是吸热反应 , 升高反应温度 , 化学平衡正向移动 , 可提高乙烷的平衡转化率 ,B 项不符合题意 ; 分离出部分氢气 , 减少了生成物浓度 , 平衡正向移动 , 可提高乙烷的平衡转化率 ,C 项不符合题意 ; 等容下通入惰性气体 , 体系的总压强增大 , 但各气体的浓度保持不变 , 因此化学平衡不移动 , 对乙烷的平衡转化率无影响 ,D 项符合题意。 3 .(2019 浙江 4 月选考 ) 下列说法正确的是 ( 　　 ) A.H 2 (g)+I 2 (g ) 2HI(g ), 其他条件不变 , 缩小反应容器体积 , 正逆反应速率不变 B.C(s)+H 2 O(g ) H 2 (g )+CO(g), 碳的质量不再改变说明反应已达平衡 C. 若压强不再随时间变化能说明反应 2A(?)+B(g ) 2C (?) 已达平衡 , 则 A 、 C 不能同时是气体 D.1 mol N 2 和 3 mol H 2 反应达到平衡时 H 2 转化率为 10%, 放出热量 Q 1 ; 在相同温度和压强下 , 当 2 mol NH 3 分解为 N 2 和 H 2 的转化率为 10% 时 , 吸收热量 Q 2 , Q 2 不等于 Q 1 答案 B 　 解析 A 项 , 缩小反应容器体积 , 反应物和生成物的浓度均增大 , 因此正、逆反应速率均增大 , 所以错误 ;B 项 , 碳的质量不再发生变化说明正逆反应速率相等 , 说明反应达到平衡状态 , 所以正确 ;C 项 , 如果 A 、 C 同时是气体 , 反应前后气体的化学计量数之和不等 , 压强不变可以说明反应达到平衡 , 所以错误 ;D 项 , 由题给物质的量和转化率可知 , 正反应时消耗氢气的物质的量为 0.3 mol, 逆反应时生成氢气的物质的量也是 0.3 mol, 因此吸收和放出的热量数值相同 , 所以错误。 4 .(2018 天津理综 ) 室温下 , 向圆底烧瓶中加入 1 mol C 2 H 5 OH 和含 1 mol HBr 的氢溴酸 , 溶液中发生反应 : C 2 H 5 OH+HBr C 2 H 5 Br+H 2 O , 充分反应后达到平衡。已知常压下 ,C 2 H 5 Br 和 C 2 H 5 OH 的沸点分别为 38.4 ℃ 和 78.5 ℃ 。下列有关叙述错误的是 ( 　　 ) A. 加入 NaOH, 可增大乙醇的物质的量 B. 增大 HBr 浓度 , 有利于生成 C 2 H 5 Br C. 若反应物均增大至 2 mol, 则两种反应物平衡转化率之比不变 D. 若起始温度提高至 60 ℃ , 可缩短反应达到平衡的时间 答案 D 　 解析 加入 NaOH 能与 HBr 反应 , 平衡左移 , 可增大乙醇的物质的量 ,A 项正确 ; 增大反应物 HBr 的浓度 , 平衡右移 , 有利于生成 C 2 H 5 Br,B 项正确 ; 由于两种反应物的起始量相等 , 且反应中两种物质的化学计量数之比为 1 ∶ 1, 则两种反应物平衡转化率之比不变 ,C 项正确 ; 由于 C 2 H 5 Br 的沸点为 38.4 ℃ , 若起始温度提高至 60 ℃ , 则会造成 C 2 H 5 Br 的挥发 , 因此反应达到平衡的时间会延长 ,D 项错误。 5 .(2020 全国 Ⅱ ) 天然气的主要成分为 CH 4 , 一般还含有 C 2 H 6 等烃类 , 是重要的燃料和化工原料。 (1) 乙烷在一定条件可发生如下反应 :C 2 H 6 (g ) C 2 H 4 (g )+H 2 (g) 　 Δ H 1 , 相关物质的燃烧热数据如下表所示 : ① Δ H 1 = 　　　　 kJ·mol -1 。   ② 提高该反应平衡转化率的方法有 　　　　　 、 　　　　　　　　　　　 。   ③ 容器中通入等物质的量的乙烷和氢气 , 在等压下 ( p ) 发生上述反应 , 乙烷的平衡转化率为 α 。反应的平衡常数 K p = 　　　　　　 ( 用平衡分压代替平衡浓度计算 , 分压 = 总压 × 物质的量分数 ) 。   物质 C 2 H 6 (g) C 2 H 4 (g) H 2 (g) 燃烧热 Δ H /(kJ·mol -1 ) -1 560 -1 411 -286 (2) 高温下 , 甲烷生成乙烷的反应如下 : 2CH 4 C 2 H 6 +H 2 。反应在初期阶段的速率方程为 : r=k × , 其中 k 为反应速率常数。 ① 设反应开始时的反应速率为 r 1 , 甲烷的转化率为 α 时的反应速率为 r 2 , 则 r 2 = 　　　　 r 1 。   ② 对于处于初期阶段的该反应 , 下列说法正确的是 　　　　 。   A. 增加甲烷浓度 , r 增大 B. 增加 H 2 浓度 , r 增大 C. 乙烷的生成速率逐渐增大 D. 降低反应温度 , k 减小 (3)CH 4 和 CO 2 都是比较稳定的分子 , 科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化 , 其原理如下图所示 : ① 阴极上的反应式为 　　　　　　　　　　　　　 。   ② 若生成的乙烯和乙烷的体积比为 2 ∶ 1, 则消耗的 CH 4 和 CO 2 体积比为 　　　　 。   答案 (1) ① 137 　 ② 升高温度　减小压强 ( 增大体积 ) ( 2) ① (1- α ) 　 ② AD (3) ① CO 2 +2e - == = CO+O 2- 　 ② 6 ∶ 5 (2) ① 甲烷转化率为 α 时 ,CH 4 的浓度与 CH 4 的初始浓度之比为 (1- α ) ∶ 1, 故此时反应速率 r 2 = (1 - α ) r 1 。 ② 反应初期阶段 , 反应速率与速率常数 k 、 有关 。增加甲烷浓度可增大反应速率 ,A 正确、 B 错误 ; 随着反应的进行 , 逐渐 减小 , 反应速率逐渐减小 , 则乙烷的生成速率逐渐减小 ,C 错误 ; 降低反应温度 , 反应速率减小 , k 减小 ,D 正确。 (3) 由图可知 , 阳极上 CH 4 转化成 C 2 H 6 、 C 2 H 4 、 H 2 O: 2CH 4 -2e - + O 2- == = C 2 H 6 +H 2 O , 2CH 4 -4e - + 2O 2- == = C 2 H 4 +2H 2 O 。 阴极上 CO 2 转化成 CO 和 O 2- : CO 2 +2e - == = CO+O 2- 若生成乙烯和乙烷的体积比为 2 ∶ 1, 则每生成 2 mol C 2 H 4 、 1 mol C 2 H 6 , 转移电子 10 mol 、消耗 6 mol CH 4 , 根据得失电子守恒可知消耗 5 mol CO 2 。则消耗的 CH 4 和 CO 2 的体积比为 6 ∶ 5 。 6 .(2020 山东化学 ) 探究 CH 3 OH 合成反应化学平衡的影响因素 , 有利于提高 CH 3 OH 的产率。以 CO 2 、 H 2 为原料合成 CH 3 OH 涉及的主要反应如下 : Ⅰ .CO 2 (g)+3H 2 (g ) CH 3 OH(g )+H 2 O(g) Δ H 1 =-49.5 kJ·mol -1 Ⅱ .CO(g)+2H 2 (g ) CH 3 OH(g ) 　 Δ H 2 =-90.4 kJ·mol -1 Ⅲ .CO 2 (g)+H 2 (g ) CO(g )+H 2 O(g) 　 Δ H 3 回答下列问题 : (1)Δ H 3 = 　　　　　 kJ·mol -1 。   (2) 一定条件下 , 向体积为 V L 的恒容密闭容器中通入 1 mol CO 2 和 3 mol H 2 发生上述反应 , 达到平衡时 , 容器中 CH 3 OH(g) 为 a mol,CO 为 b mol, 此时 H 2 O(g) 的浓度为 　　　　　 mol·L -1 ( 用含 a 、 b 、 V 的代数式表示 , 下同 ), 反应 Ⅲ 的平衡常数为 　　　　　　 。   (3) 不同压强下 , 按照 n (CO 2 ) ∶ n (H 2 )=1 ∶ 3 投料 , 实验测定 CO 2 的平衡转化率和 CH 3 OH 的平衡产率随温度的变化关系如下图所示。 其中纵坐标表示 CO 2 平衡转化率的是图 　　　　 ( 填 “ 甲 ” 或 “ 乙 ”); 压强 p 1 、 p 2 、 p 3 由大到小的顺序为 　　　　 ; 图乙中 T 1 温度时 , 三条曲线几乎交于一点的原因是 　　　　　　　　 。   其中纵坐标表示 CO 2 平衡转化率的是图 　　　　 ( 填 “ 甲 ” 或 “ 乙 ”); 压强 p 1 、 p 2 、 p 3 由大到小的顺序为 　　　　 ; 图乙中 T 1 温度时 , 三条曲线几乎交于一点的原因是 　　　　　　　　　　　　 。   (4) 为同时提高 CO 2 的平衡转化率和 CH 3 OH 的平衡产率 , 应选择的反应条件为 　　　　 ( 填标号 ) 。   A. 低温、高压 B. 高温、低压 C. 低温、低压 D. 高温、高压 答案 (1)+40.9 (3) 乙　 p 1 、 p 2 、 p 3 　 T 1 时以反应 Ⅲ 为主 , 反应 Ⅲ 前后气体分子数相等 , 压强改变对平衡没有影响 (4)A 解析 本题利用科研文献中图像、曲线及数据设题 , 要求考生在陌生情景中进行热力学分析 , 有一定难度。 (3) 从图乙中看到在 T 1 时 , p 不同时三条曲线交于一点 , 说明压强的改变对平衡无影响。而反应 Ⅲ 前后分子数不变 , 反应以 Ⅲ 为主 , 所以升高温度平衡向正方向移动 ,CO 2 的转化率升高。图乙纵坐标表示 CO 2 的平衡转化率 , 图甲纵坐标表示 CH 3 OH 的平衡产率 , 反应 Ⅰ 、 Ⅱ 都是体积减小的反应 , 增大压强平衡向正反应方向移动 , 故 p 1 >p 2 >p 3 。 (4) 由反应的方程式可知 , 低温、高压可提高 CO 2 的平衡转化率和 CH 3 OH 的平衡产率。 7 .(2019 全国 Ⅲ 节选 ) 近年来 , 随着聚酯工业的快速发展 , 氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此 , 将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题 : (1)Deacon 发明的直接氧化法为 4HCl(g)+O 2 (g ) 2Cl 2 (g )+2H 2 O(g) 。下图为刚性容器中 , 进料浓度 比 c (HCl) ∶ c (O 2 ) 分别等于 1 ∶ 1 、 4 ∶ 1 、 7 ∶ 1 时 HCl 平 衡 转化率随温度变化的关系 : 可知反应平衡常数 K (300 ℃ ) 　　 　 K (400 ℃ )( 填 “ 大于 ” 或 “ 小于 ”) 。设 HCl 初始浓度为 c 0 , 根据进料浓度比 c (HCl) ∶ c (O 2 )=1 ∶ 1 的数据计算 K (400 ℃ )= _____ 　　　　　　　　 ( 列出计算式 ) 。按化学计量数比进料可以保持反应物高转化率 , 同时降低产物分离的能耗。进料浓度比 c (HCl) ∶ c (O 2 ) 过低、过高的不利影响分别是 　　　 。   (2) 在一定温度的条件下 , 进一步提高 HCl 的转化率的方法 是 　　 。 ( 写出 2 种 )   解析 (1) 分析任意一条平衡曲线可知 , 在进料浓度比固定的条件下 , 随着温度的升高 ,HCl 的平衡转化率降低 , 说明正反应为放热反应 , 由于 K 只与温度有关 , 升高温度 , 平衡逆向移动 , 平衡常数 K 减小 , 即 K (300 ℃ ) 大于 K (400 ℃ ) 。 根据进料浓度比及 HCl 的平衡转化率间的关系可知 , c (HCl) ∶ c (O 2 )=1 ∶ 1 的曲线为最上面的那条曲线 , 由该曲线可知 , 温度为 400 ℃ 时 HCl 的平衡转化率为 84% 。 进料浓度比 c (HCl) ∶ c (O 2 ) 过低 , 导致产品 Cl 2 混有大量 O 2 , 则分离两气体时导致能耗较高。而进料浓度比 c (HCl) ∶ c (O 2 ) 过高 , 则导致 HCl 的转化率过低 , 浪费原料。 (2) 在温度一定时 , 要增大 HCl 的平衡转化率 , 可采取的措施有 : 及时移走部分产物、增大体系压强等。 8 .(2018 全国 Ⅲ ) 三氯氢硅 (SiHCl 3 ) 是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题 : (1)SiHCl 3 在常温常压下为易挥发的无色透明液体 , 遇潮气时发烟生成 (HSiO) 2 O 等 , 写出该反应的化学方程式 　　　　　　　　　　　　　　　 。   (2)SiHCl 3 在催化剂作用下发生反应 : 2SiHCl 3 (g ) == = SiH 2 Cl 2 (g )+ SiCl 4 (g) Δ H 1 =48 kJ·mol -1 3SiH 2 Cl 2 (g ) == = SiH 4 (g )+ 2SiHCl 3 (g) Δ H 2 =-30 kJ·mol -1 则反应 4SiHCl 3 (g ) == = SiH 4 (g )+3SiCl 4 (g) 的 Δ H 为 　　　　　 kJ·mol -1 。   (3) 对于反应 2SiHCl 3 (g)SiH 2 Cl 2 (g)+SiCl 4 (g), 采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂 , 在 323 K 和 343 K 时 SiHCl 3 的转化率随时间变化的结果如图所示。 ① 343 K 时反应的平衡转化率 α = 　　　　　 % 。平衡常数 K 343 K = 　　　　　 ( 保留 2 位小数 ) 。   ② 在 343 K 下 : 要提高 SiHCl 3 转化率 , 可采取的措施是 　　　　　　　　　 ; 要缩短反应达到平衡的时间 , 可采取的措施有 　　　　　　 、 　　　　　　 。   ③ 比较 a 、 b 处反应速率大小 : v a 　　　　　 v b ( 填 “ 大于 ”“ 小于 ” 或 “ 等于 ”) 。 答案 ( 1)2SiHCl 3 +3H 2 O == = ( HSiO) 2 O+6HCl (2)114 (3) ① 22 　 0.02 　 ② 及时移去产物　改进催化剂　提高反应物压强 ( 浓度 ) 　 ③ 大于　 1.3 解析 (1)SiHCl 3 与 H 2 O 反应生成 (HSiO) 2 O 为非氧化还原反应 , 由原子守恒配平 : 2SiHCl 3 +3H 2 O == = ( HSiO) 2 O+6HCl 。 (2)2SiHCl 3 (g ) == = SiH 2 Cl 2 (g )+SiCl 4 (g) Δ H 1 =48 kJ · mol -1 ① 3SiH 2 Cl 2 (g ) == = SiH 4 (g )+2SiHCl 3 (g) Δ H 2 =-30 kJ · mol -1 ② 根据盖斯定律 : ① ×3+ ② 即可得 4SiHCl 3 (g ) == = SiH 4 (g )+3SiCl 4 (g) 　 Δ H =114 kJ · mol -1 。 (3) ① 由图根据 “ 先拐先平速率大 ” 可知 a 曲线温度较高 (343 K), 平衡转化率为 22%; 设 SiHCl 3 起始物质的量为 1 mol, 则有 　　　　 2SiHCl 3 (g) == = SiH 2 Cl 2 (g )+SiCl 4 (g) 起始 物质的 量 /mol 1 0 0 转化 物质的 量 /mol 0.22 0.11 0.11 平衡 物质的 量 /mol 0.78 0.11 0.11 【 必备知识 】 1 . 化学平衡状态的标志 (1) 绝对标志。 (2) 相对标志。 ① 有气体参加的反应 , 气体的总压强、总体积、总物质的量不变时 , 如果是等体积反应时 , 不一定达到平衡 ; 如果是不等体积反应时 , 一定达到平衡。 不变 时 , 要具体分析各表达式中的分子或分母的变化情况 , 判断是否平衡。 ③ 如果反应体系中的物质有颜色 , 则反应体系的颜色不变时 , 一定达到平衡。 2 .“ 惰性气体 ( 与反应无关的气体 )” 对化学平衡的影响 (1) 恒温恒容时 : 充入惰性气体 , 体系的总压强增大 , 但各反应成分的浓度不变 , 即各反应气体的分压不变 , 平衡不移动。 (2) 恒温恒压时 : 充入惰性气体 , 容器容积增大 , 各反应气体的浓度降低 , 相当于减压 , 化学平衡向着气体体积增大的方向移动。 3 . 分析化学平衡移动的一般 思路 4 . 化学平衡计算的基本模式 ——“ 三段式 ” 根据反应进行 ( 或平衡移动 ) 的方向 , 设出某反应物消耗的量 , 然后列式求解。 例如 : 　　　 m A 　 + 　 n B p C 　 + 　 q D 起始量 : a b 0 0 变化量 : mx nx px qx 平衡量 : a - mx b - nx px qx 其中 : ① 各物质的变化量之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。 ② 这里 a 、 b 可指物质的量、浓度、气体体积等。 ③ 弄清起始量、平衡量、平衡转化率三者之间的互换关系。 ④ 在计算平衡常数时 , 要注意反应物或生成物的状态。 注意 :(1) 反应起始时 , 反应物和生成物可能同时存在。 (2) 由于起始浓度是人为控制的 , 故不同的物质起始浓度比不一定等于化学计量数之比。若反应物起始浓度之比等于化学计量数之比 , 则隐含着各反应物转化率相等 , 且平衡时各反应物的浓度之比等于化学计量数之比。 (3) 起始浓度之比、平衡浓度之比不一定等于化学计量数之比 , 但物质之间是按化学计量数之比反应和生成的 , 故各物质的浓度变化之比一定等于化学计量数之比 , 这是计算的关键。 【 应考训练 】 考 向 1 　 化学平衡状态的判断 1 .(2019 黑龙江哈尔滨第六中学高三期中 ) 在一定温度下的恒压容器中 , 进行可逆反应 A(g)+B(g ) C(g )+2D(g) 。下列能说明该反应达到平衡状态的是 ( 　　 ) ① 反应混合物的密度不再改变　 ② 混合气体的平均相对分子质量不再改变　 ③ C 和 D 的物质的量之比为 1 ∶ 2 　 ④ 体系压强不再改变　 ⑤ C 的质量分数不再改变 ⑥ v (A) ∶ v (C)=1 ∶ 1 A. 只有 ①②④⑤ B. 只有 ①②⑤ C. 只有 ②⑤⑥ D . ①②③④⑤⑥ 答案 B 　 解析 ① 一定温度下的恒压容器中 , 反应混合物的密度不再改变 , 说明气体的物质的量不再变化 , 故能确定该反应达到平衡状态 ; ② 因为 A(g)+B(g ) C(g )+2D(g) 反应前后计量数不等 , 所以混合气体的平均相对分子质量不再改变 , 说明气体的物质的量不变 , 正、逆反应速率相等 , 达到平衡状态 ; ③ C 和 D 的物质的量之比为 1 ∶ 2, 由于起始投料方式未知 , 故不能说明反应达到平衡 ; ④ 在一定温度下的恒压容器中 , 压强一直不变 , 故不选 ; ⑤ C 的质量分数不再改变 , 说明 C 气体的物质的量不变 , 正、逆反应速率相等 , 说明达平衡状态 ; ⑥ v (A) ∶ v (C)=1 ∶ 1, 未体现正、逆反应速率的关系 , 故不能说明反应达到平衡。所以能说明该反应达到平衡状态的是 ①②⑤ 。 考向 2 　 外界条件对化学平衡的影响 2 .(2020 江西名师联盟一模 ) 关于一定条件下达到化学平衡的反应 H 2 (g)+I 2 (g ) 2HI(g ) 　 Δ H <0, 下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 恒温恒容时充入 H 2 , v ( 正 ) 增大 , 平衡右移 B. 恒温恒容时充入 He, v ( 正 ) 增大 , 平衡右移 C. 缩小容器体积使压强增大 , v ( 正 ) 、 v ( 逆 ) 不变 , 平衡不移动 D. 升高温度 , v ( 正 ) 减小 , v ( 逆 ) 增大 , 平衡左移 答案 A 　 解析 恒温恒容时充入 H 2 , 氢气浓度增大 , v ( 正 ) 增大 , 平衡右移 , 故 A 正确 ; 恒温恒容时充入 He, 各反应物浓度都不变 , v ( 正 ) 、 v ( 逆 ) 都不变 , 平衡不移动 , 故 B 错误 ; 缩小容器体积使压强增大 , 各物质浓度均增大 , v ( 正 ) 、 v ( 逆 ) 都增大 , 且增大程度相同 , 平衡不移动 , 故 C 错误 ; 升高温度 , v ( 正 ) 增大 , v ( 逆 ) 增大 , 由于正反应放热 , 所以平衡左移 , 故 D 错误。 考向 3 　 化学平衡常数的计算与应用 3 .(2020 山东德州一模 ) 已知反应 : CH 2 =CHCH 3 (g )+Cl 2 (g ) CH 2 =CHCH 2 Cl(g )+HCl(g) 。在 一定压强下 , 按 ω = 向 密闭容器中充入氯气与 丙 烯。图甲表示 平衡时 , 丙烯体积分数 ( φ ) 与温度 ( T ) 、 ω 的关系 , 图乙表示反应的平衡常数 K 与温度 T 的关系。则下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 图甲中 ω 1 >1 B. 图乙中 , 曲线 A 表示正反应的平衡常数 C. 在恒容容器中进行反应 , 压强不变时反应达到平衡状态 D. 当温度为 T 1 、 ω =2 时 ,Cl 2 的转化率约为 33.3% 答案 D 　 解析 增大氯气的浓度 , 平衡向正反应方向移动 , 丙烯的体积分数减小 , 由图甲分析可知 , ω 1 <1, 故 A 错误 ; 由图甲可知 , 温度升高 , 丙烯的体积分数增大 , 说明平衡向逆反应方向移动 , 该反应正反应为放热反应 , 升高温度 , 正反应的平衡常数减小 , 则图乙中 , 曲线 B 表示正反应的平衡常数 , 故 B 错误 ; 该反应是一个气体体积不变的可逆反应 , 无论是否达到平衡 , 压强始终不变 , 则在恒容容器中进行反应 , 压强不变时不能说明反应达到平衡状态 , 故 C 错误 ; 在温度为 T 1 、 ω =2 时 , 假设容器体积为 1 L,CH 2 =CHCH 3 的起始物质的量为 1 mol, 平衡时消耗丙烯的物质的量为 x mol, 由题意建立如下三段式 : 　　　 CH 2 =CHCH 3 (g)+Cl 2 (g ) CH 2 =CHCH 2 Cl(g )+HCl(g) 起始 /(mol · L -1 ) 1 2 0 0 转化 /(mol · L -1 ) x x x x 平衡 /(mol · L -1 ) 1- x 2- x x x 考点三 化学反应速率与化学平衡的有关图像 【真题示例】 1 .(2019 江苏化学 ) 在恒压、 NO 和 O 2 的起始浓度一定的条件下 , 催化反应相同时间 , 测得不同温度下 NO 转化为 NO 2 的转化率如下图中实线所示 ( 图中虚线表示相同条件下 NO 的平衡转化率随温度的变化 ) 。下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 反应 2NO(g)+O 2 (g) == = 2NO 2 (g) 的 Δ H >0 B. 图中 X 点所示条件下 , 延长反应时间能提高 NO 转化率 C. 图中 Y 点所示条件下 , 增加 O 2 的浓度不能提高 NO 转化率 D.380 ℃ 下 , c 起始 (O 2 )=5.0×10 -4 mol·L -1 ,NO 平衡转化率为 50%, 则平衡常数 K >2 000 答案 BD 　 Δ H >0, 起始总压为 10 5 Pa, 平衡时总压增加了 20%, 环戊烯的转化率为 　　　　　 , 该反应的平衡常数 K p = 　　　　　　　　 Pa 。达到平衡后 , 欲增加环戊烯的平衡转化率 , 可采取的措施有 　　　　　 ( 填标号 ) 。   A. 通入惰性气体 B. 提高 温度 C . 增加环戊烯浓度 D. 增加碘浓度 (2) 环戊二烯容易发生聚合生成二聚体 , 该反应为可逆反应。不同温度下 , 溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示 , 下列说法正确的是 　　　　 ( 填标号 ) 。   A. T 1 >T 2 B.a 点的反应速率小于 c 点的反应速率 C.a 点的正反应速率大于 b 点的逆反应速率 D.b 点时二聚体的浓度为 0.45 mol·L -1 答案 (1)40% 　 3.56×10 4 　 BD 　 (2)CD 解析 (1) 温度、体积一定 , 压强与物质的量成正比 , 则起始状态碘和环戊烯的分压分别为 5×10 4 Pa, 设环戊烯的转化率为 x , 根据反应 : 起始 /Pa 　 5×10 4 　　　　 5×10 4 　　　　 0 　　　 0 转化 /Pa 　 5×10 4 x 　　　 5×10 4 x 　 　 5×10 4 x 　 1×10 5 x 平衡 /Pa 　 5×10 4 (1- x ) 　 5×10 4 (1- x ) 5×10 4 x 　 　 1×10 5 x 根据平衡时总压增加了 20%, 则 5×10 4 (1- x ) Pa+5×10 4 (1- x ) Pa+5×10 4 x Pa+1×10 5 x Pa=1.2×10 5 Pa 解得 x =0.4, 即环戊烯的转化率为 40% 。平衡时各物质的分压为 p ( 环戊烯 )=3×10 4 Pa, p (I 2 )=3×10 4 Pa, p ( 环戊二烯 )=2×10 4 Pa, p (HI)=4×10 4 Pa, 则 通 入惰性气体 , 不会引起各物质浓度的变化 , 反应速率不变 , 平衡不移动 , 环戊烯的平衡转化率不变 ,A 项不符合题意 ; 由于该反应为吸热反应 , 故升高温度使平衡向右移动 , 环戊烯的平衡转化率增大 ,B 项符合题意 ; 增加一种反应物的物质的量 , 自身的转化率减少 , 而其他反应物的转化率增大 , 增加环戊烯的浓度 , 环戊烯的平衡转化率减小 , 增加碘的浓度 , 环戊烯的平衡转化率增大 ,C 项不符合题意 ,D 项符合题意。 (2) 根据曲线的变化趋势可知 , T 2 温度下反应速率大 , 因此 T 2 大于 T 1 ,A 项错误 ;a 点、 c 点对应的反应物的浓度、温度都不同 , 无法比较 a 、 c 两点的反应速率的大小 ,B 项错误 ;a 点的正反应速率大于 b 点的正反应速率 , 而 b 点还没有达到平衡 , 因此 b 点的正反应速率大于其逆反应速率 , 则 a 点的正反应速率大于 b 点的逆反应速率 ,C 项正确 ; 根据曲线可知 , 环戊二烯的初始浓度约为 1.5 mol · L -1 ,b 点环戊二烯的浓度为 0.6 mol · L -1 , 环戊二烯的浓度变化量为 0.9 mol · L -1 , 因此 b 点二聚体的浓度为 0.45 mol · L -1 ,D 项正确。 3 .(2020 全国 Ⅲ ) 二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用 CO 2 的热点研究领域。回答下列问题 : (1)CO 2 催化加氢生成乙烯和水的反应中 , 产物的物质的量之比 n (C 2 H 4 ) ∶ n (H 2 O)= 　　　　 。当反应达到平衡时 , 若增大压强 , 则 n (C 2 H 4 ) 　　　　 ( 填 “ 变大 ”“ 变小 ” 或 “ 不变 ”) 。   (2) 理论计算表明 , 原料初始组成 n (CO 2 ) ∶ n (H 2 )=1 ∶ 3, 在体系压强为 0.1 MPa, 反应达到平衡时 , 四种组分的物质的量分数 x 随温度 T 的变化如图所示。 图中 , 表示 C 2 H 4 、 CO 2 变化的曲线分别是 　　　　 、 　　　　 。 CO 2 催化加氢合成 C 2 H 4 反应的 Δ H 　　　　 ( 填 “ 大于 ” 或 “ 小于 ”)0 。   (3) 根据图中点 A(440 K,0.39), 计算该温度时反应的 平衡常数 K p = 　　　　　　　　　　　　　　　　　 (MPa) -3 ( 列出计算式。 以分压表示 , 分压 = 总压 × 物质的量分数 ) 。   (4) 二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应 , 生成 C 3 H 6 、 C 3 H 8 、 C 4 H 8 等低碳烃。一定温度和压强条件下 , 为了提高反应速率和乙烯选择性 , 应当 　　　　　　　　　　　　 。   答案 (1)1 ∶ 4 　变大　 (2)d 　 c 　 小于 (4) 选择合适催化剂等 解析 (1) 根据题给信息可知 , 反应原理为 2CO 2 (g)+6H 2 (g ) C 2 H 4 (g )+4H 2 O(g), 则乙烯和水的物质的量之比为 1 ∶ 4 。当反应达平衡时增大压强 , 平衡向气体分子数减小的方向移动 , 即平衡向正反应方向移动 , 则乙烯的物质的量增大。 (2) 由于原料初始组成 n (CO 2 ) ∶ n (H 2 )=1 ∶ 3, 而反应 2CO 2 (g)+6H 2 (g ) C 2 H 4 (g )+4H 2 O(g) 中二氧化碳和氢气的化学计量数之比也为 1 ∶ 3, 则无论反应进行到什么程度 , 混合气体中 n (CO 2 ) ∶ n (H 2 ) 始终为 1 ∶ 3, 由此可判断曲线 a 、 b 、 c 、 d 分别代表 H 2 、 H 2 O 、 CO 2 、 C 2 H 4 。由于升高温度 ,CO 2 或 H 2 的量增大 , 说明正反应为放热反应。 (4) 根据外界条件对速率的影响 , 可知在一定温度和压强下 , 选择合适的催化剂可提高反应速率 , 同时使合成乙烯的主反应较多地发生 , 而副反应被抑制 ( 即反应的选择性 ) 。 4 .(2020 天津化学 ) 利用太阳能光解水 , 制备的 H 2 用于还原 CO 2 合成有机物 , 可实现资源的再利用。回答下列问题 : Ⅰ . 半导体光催化剂浸入水或电解质溶液中 , 光照时可在其表面得到 产物 (1) 图 1 为该催化剂在水中发生光催化反应的原理示意图。光解水能量转化形式为 　　　　　　　　　 。   (2) 若将该催化剂置于 Na 2 SO 3 溶液中 , 产物之一 为 , 另一产物为 　　　　　 。若将该催化剂置于 AgNO 3 溶液中 , 产物之一为 O 2 , 写出生成另一产物的离子反应式 : 　　　　　　　　　　 　　　　 。   图 1 Ⅱ . 用 H 2 还原 CO 2 可以在一定条件下合成 CH 3 OH( 不考虑副反应 ) CO 2 (g)+3H 2 (g ) CH 3 OH(g )+H 2 O(g) 　 Δ H <0 (3) 某温度下 , 恒容密闭容器中 ,CO 2 和 H 2 的起始浓度分别为 a mol·L -1 和 3 a mol·L -1 , 反应平衡时 ,CH 3 OH 的产率为 b , 该温度下反应平衡常数的值为 　　　　　 。   (4) 恒压下 ,CO 2 和 H 2 的起始物质的量比为 1 ∶ 3 时 , 该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜时甲醇的产率随温度的变化如图 2 所示 , 其中分子筛膜能选择性分离出 H 2 O 。 ① 甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为 　　　　　　　　　　　　　　　　　 。   ② P 点甲醇产率高于 T 点的原因为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。   ③ 根据图 2, 在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度 为 　　　　　　　　　 ℃ 。   图 2 Ⅲ . 调节溶液 pH 可实现工业废气 CO 2 的捕获和释放 (5 ) 的 空间构型为 　　　　　 。已知 25 ℃ 碳酸电离常数为 K a1 、 K a2 , 当溶液 pH=12 时 , c (H 2 CO 3 ) ∶ c ( ) ∶ c ( )= 1 ∶ 　　　　　 ∶ 　　　　　 。   答案 Ⅰ .(1) 光能转化为 化学能 (4) ① 该反应为放热反应 , 温度升高 , 平衡逆向移动 ( 或平衡常数减小 ) ② 分子筛膜从反应体系中不断分离出 H 2 O, 有利于反应正向进行 , 甲醇产率升高 ③ 210 Ⅲ .(5) 平面 ( 正 ) 三角形　 10 12 · K a1 　 10 24 · K a1 · K a2 解析 Ⅰ .(1) 从图示可知 , 水在催化剂、光照条件下分解生成 H 2 和 O 2 , 所以光能转化为化学能。 (4) ① 该反应放热 , 升高温度 , 平衡逆向移动 , 甲醇平衡产率降低。 ② 分子筛膜能从体系中不断分离出 H 2 O, 有利于反应正向进行 , 使甲醇产率升高。 5 .(2018 全国 Ⅱ )CH 4 -CO 2 催化重整不仅可以得到合成气 (CO 和 H 2 ), 还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题 : (1)CH 4 -CO 2 催化重整反应为 :CH 4 (g)+CO 2 (g)2CO(g)+2H 2 (g) 。 已知 : C(s)+2H 2 (g ) == = CH 4 (g ) 　 Δ H =-75 kJ·mol -1 C(s)+O 2 (g ) == = CO 2 (g ) 　 Δ H =-394 kJ·mol -1 C(s )+ O 2 (g) == = CO(g ) 　 Δ H =-111 kJ·mol -1 该催化重整反应的 Δ H = 　　　　　 kJ·mol -1 , 有利于提高 CH 4 平衡转化率的条件是 　　　　 ( 填标号 ) 。   A. 高温低压 B. 低温 高压 C . 高温高压 D. 低温低压 某温度下 , 在体积为 2 L 的容器中加入 2 mol CH 4 、 1 mol CO 2 以及催化剂进行重整反应 , 达到平衡时 CO 2 的转化率是 50%, 其平衡常数为 　　　　　 mol 2 ·L -2 。   (2) 反应中催化剂活性会因积碳反应而降低 , 同时存在的消碳反应则使积碳量减少 , 相关数据如下表 :   积碳反应 CH 4 (g ) == = C(s )+2H 2 (g) 消碳反应 CO 2 (g)+C(s ) == = 2CO(g ) Δ H /(kJ·mol -1 ) 75 172 活化能 / (kJ·mol -1 ) 催化剂 X 33 91 催化剂 Y 43 72 ① 由上表判断 , 催化剂 X 　　　　　 Y( 填 “ 优于 ” 或 “ 劣于 ”), 理由是 　　　　　　　　　　　 。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下 , 某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示 , 升高温度时 , 下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数 ( K ) 和速率 ( v ) 的叙述正确的是 　　　　　 ( 填标号 ) 。   A. K 积 、 K 消 均增加 B. v 积 减小、 v 消 增加 C. K 积 减小、 K 消 增加 D. v 消 增加的倍数比 v 积 增加的倍数大 ② 在一定温度下 , 测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为 v=k · p (CH 4 )·[ p (CO 2 )] -0.5 ( k 为速率常数 ), 在 p (CH 4 ) 一定时 , 不同 p (CO 2 ) 下积碳量随时间的变化趋势如下图所示 , 则 p a (CO 2 ) 、 p b (CO 2 ) 、 p c (CO 2 ) 从大到小的顺序为 　　　　　　　　　 。   答案 (1)247 　 A 　 (2) ① 劣于　相对于催化剂 X, 催化剂 Y 积碳反应的活化能大 , 积碳反应的速率小 ; 而消碳反应活化能相对较小 , 消碳反应速率大　 AD 　 ② p c (CO 2 ) 、 p b (CO 2 ) 、 p a (CO 2 ) 解析 (1) 将已知热化学方程式依次编号为 ①②③ , 根据盖斯定律 , ③ ×2- ① - ② , 得到 CH 4 —CO 2 催化重整反应的 Δ H =+247 kJ · mol -1 。由于该反应是正反应气体体积增大的吸热反应 , 所以有利于提高 CH 4 平衡转化率的条件是高温低压 ,A 项正确。某温度下 , 在体积为 2 L 的容器中加入 2 mol CH 4 ,1 mol CO 2 , 达到平衡时 CO 2 的转化率是 50%, 则平衡时各物质的物质的量浓度分别为 c (CH 4 )=0.75 mol · L -1 、 c (CO 2 )=0.25 mol · L -1 、 c (CO)=0.5 mol · L -1 、 c (H 2 )=0.5 mol · L -1 , 根据 (2) ① 根据表格中活化能数据分析 , 催化剂 X 劣于催化剂 Y 。因为相对于催化剂 X, 催化剂 Y 积碳反应的活化能大 , 积碳反应的速率小 , 而消碳反应活化能相对较小 , 消碳反应速率大。由于积碳反应和消碳反应均为吸热反应 , 所以升高温度平衡正向移动 , K 积 、 K 消 均增加 ; 温度高于 600 ℃ 时 , 积碳量随温度的升高而下降 , 说明 v 消 增加的倍数比 v 积 增加的倍数大 ,A 、 D 两项正确。 ② 根据 v = k·p (CH 4 ) · [ p (CO 2 )] -0.5 , 当 p (CH 4 ) 一定时 , 积碳量随 p (CO 2 ) 的增大而减小 , 故 p c (CO 2 )> p b (CO 2 )> p a (CO 2 ) 。 【 必备知识 】 1 . 常见基本图像 [ 以反应 m A(g)+ n B(g ) p C(g )+ q D(g) 为例 , 已知该反应 Δ H >0, m + n > p + q ] (1) 速率曲线图 : (2) 转化率曲线图 : 2 . 几种特殊的图像 (1) 对于化学反应 m A(g)+ n B(g) p C(g )+ q D(g), 如下图甲、乙 , M 点之前 , 表示从反应物开始 , v ( 正 )> v ( 逆 ); M 点为达到平衡 ; M 点之后为平衡受温度的影响情况 , 即升温时 A 的百分含量增加、 C 的百分含量减少 , 平衡左移 , 故正反应的 Δ H <0 。 (2) 对于化学反应 m A(g)+ n B(g ) p C(g )+ q D(g), 如上图丙 , l 曲线上所有的点都是平衡点。 l 曲线的左上方 ( E 点 )A 的百分含量大于此压强时平衡体系的 A 的百分含量 , 所以 E 点时 v ( 正 )> v ( 逆 ); 则 l 曲线的 右下方 ( F 点 ) v ( 正 )< v ( 逆 ) 。 3 . 速率、平衡图像题的分析方法 (1) 认清坐标系 , 弄清纵、横坐标所代表的意义 , 并与有关原理相结合。 (2) 看清起点 , 分清反应物、生成物 , 浓度减小的是反应物 , 浓度增大的是生成物 , 一般生成物多数以原点为起点。 (3) 看清曲线的变化趋势 , 注意渐变和突变 , 分清正、逆反应曲线 , 从而判断反应特点。 (4) 注意终点。例如 , 在浓度 — 时间图像上 , 一定要看清平衡时反应物的消耗量、生成物的增加量 , 并结合有关原理进行推理判断。 (5) 图像中先拐先平数值大。例如 , 在转化率 — 时间图像上 , 先出现拐点的曲线先达到平衡 , 此时逆向推理可得该曲线对应的温度高、浓度大或压强大。 (6) 定一议二原则。当图像中有三个量时 , 先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系。 【 应考训练 】 考 向 1 　 利用图像综合考查反应速率和化学平衡 1 .(2020 上海四区二模 ) 工业上用 CO 生产燃料甲醇。一定条件下发生反应 : CO(g)+2H 2 (g ) CH 3 OH(g ) 。 (1) 写出该反应的平衡常数表达式 K = 　　　　　　　　 。   (2) 图 1 是反应时 CO(g) 和 CH 3 OH(g) 的浓度随时间的变化情况。从反应开始到平衡 , 用 CO 浓度变化表示的平均反应速率 v (CO)= 　　　　　　　 。   (3) 图 2 表示该反应进行过程中能量的变化。曲线 a 表示不使用催化剂时反应的能量变化 , 曲线 b 表示使用催化剂后的能量变化。该反应是 　　　　　 ( 填 “ 吸热 ” 或 “ 放热 ”) 反应 , 反应的热化学方程式是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。   (4) 适宜的催化剂能 　　　　 ( 选填序号 ) 。   a. 改变反应的热效应 b. 降低生产能耗 c. 加快反应速率 d. 提高反应物的转化率 (5) 恒容条件下 , 下列措施中能 使 增大 的有 　　　　　 ( 选填序号 ) 。   a. 升高温度 b. 使用催化剂 c. 再充入 2 mol H 2 (3) 图 2 表示该反应进行过程中的能量变化。曲线 a 表示不使用催化剂时反应的能量变化 , 曲线 b 表示使用催化剂时的能量变化。根据图示可知 ,1 mol CO(g) 和 2 mol H 2 (g) 生成 1 mol CH 3 OH(g) 放出 (510-419) kJ 能量 , 是放热反应 , 故该反应的热化学方程式为 CO(g)+2H 2 (g ) CH 3 OH(g ) 　 Δ H =-91 kJ · mol -1 。 考向 2 　 通过生产数据综合考查反应速率和化学平衡 2 .(2020 北京西城高三一模 ) 页岩气中含有较多的乙烷 , 可将其转化为更有工业生产价值的乙烯。 (1) 二氧化碳氧化乙烷制乙烯。 将 C 2 H 6 和 CO 2 按物质的量之比为 1 ∶ 1 通入反应器中 , 发生如下反应 : ⅰ .C 2 H 6 (g) C 2 H 4 (g )+H 2 (g) 　 Δ H 1 =+136.4 kJ·mol -1 ⅱ .CO 2 (g)+H 2 (g ) CO(g )+H 2 O(g) 　 Δ H 2 =+41.2 kJ·mol -1 ⅲ .C 2 H 6 (g)+CO 2 (g ) C 2 H 4 (g )+CO(g)+ H 2 O(g) Δ H 3 ① 用 Δ H 1 、 Δ H 2 计算 Δ H 3 = 　　　 kJ·mol -1 。   ② 反应 ⅳ:C 2 H 6 (g)2C(s)+3H 2 (g) 为积碳反应 , 生成的碳附着在催化剂表面 , 降低催化剂的活性 , 适当通入过量 CO 2 可以有效缓解积碳 , 结合方程式解释其原因 : 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。   ③ 二氧化碳氧化乙烷制乙烯的研究热点之一是选择催化剂 , 相同反应时间 , 不同温度、不同催化剂的数据如下表 ( 均未达到平衡状态 ): 实验编号 t / ℃ 催化剂 转化率 /% 选择性 /% C 2 H 6 CO 2 C 2 H 4 CO Ⅰ 650 钴盐 19.0 37.6 17.6 78.1 Ⅱ 650 铬盐 32.1 23.0 77.3 10.4 Ⅲ 600 21.2 12.4 79.7 9.3 Ⅳ 550 12.0 8.6 85.2 5.4 【注】 C 2 H 4 的选择性 : 转化的乙烷中生成乙烯的百分比。 CO 选择性 : 转化的 CO 2 中生成 CO 的百分比。 对比实验 Ⅰ 和 Ⅱ , 该反应应该选择的催化剂为 　　　 , 理由是 　　　　　　　　 。实验条件下 , 铬盐作催化剂时 , 随温度升高 ,C 2 H 6 的转化率升高 , 但 C 2 H 4 的选择性降低 , 原因是 　　　　　　　　　　　 。   (2) 利用质子传导型固体氧化物电解池 将 乙烷 转化为乙烯 , 示意图如下 : ① 电极 a 与电源的 　　　　 极相连。   ② 电极 b 的电极反应式是 　　　　 。   答案 (1) ① +177.6 　 ② 增大 CO 2 的量 , 发生反应 C+CO 2 2CO , 从而消耗 C; 增大 CO 2 的量 , 反应 ⅲ 正向进行程度增大 , 降低了 C 2 H 6 的浓度 , 反应 ⅳ 正向进行的程度减小　 ③ 铬盐　相同温度下 , 铬盐作催化剂时 C 2 H 6 的转化率和 C 2 H 4 的选择性均较高　温度升高 , 反应 ⅰ 、 ⅲ 、 ⅳ 的化学反应速率均增大 , 反应 ⅳ 增大的更多 (2) ① 正　 ② CO 2 +2e - +2H + == = CO+H 2 O ② 增大二氧化碳的量可以有效缓解积碳 , 原因是二氧化碳能与碳在加热条件下反应生成一氧化碳 , 消耗积碳 , 反应的化学方程式为 C+CO 2 2CO ; 增大二氧化碳的量 , 反应 ⅲ 向正反应方向移动 , 降低了体系中 C 2 H 6 的浓度 , 使反应 ⅳ 向逆反应方向移动 , 减少积碳的生成。 ③ 由表格数据可知 , 相同温度下 , 铬盐作催化剂时 ,C 2 H 6 的转化率和 C 2 H 4 的选择性均较高 , 则对比实验 Ⅰ 和 Ⅱ , 该反应应该选择的催化剂为铬盐 ; 升高温度 , 反应 ⅰ 、 ⅲ 、 ⅳ 的化学反应速率均增大 , 反应 ⅳ 的化学反应速率增大的幅度更大 , 导致 C 2 H 6 的转化率升高 ,C 2 H 4 的选择性降低。 (2) ① 电解池中 , 阳离子向阴极移动 , 由图示中氢离子的移动方向可知 , 电极 a 为阳极 , 与电源正极相连 ; ② 由 ① 中分析可知 , 电极 b 为阴极 , 在氢离子作用下 , 二氧化碳在阴极上得电子发生还原反应生成一氧化碳和水 , 电极反应式为 CO 2 +2e - +2H + == = CO+H 2 O 。 热点专攻 （七） 一、题型分析 本题型一般取材于能源、环境保护、化工生产等情景 , 题目围绕一个主题 , 将热化学、化学反应速率、电化学及三大平衡知识融合在一起进行考查 , 每个小题相对独立 ; 题目中结合图像、表格、数据、装置等信息 , 考查考生的阅读、读图、分析归纳能力 , 试题的难度较大。考点主要涉及盖斯定律与热化学方程式、化学反应速率的计算及其影响因素的分析、平衡常数的计算及其影响因素的分析、化学平衡移动及其影响因素的分析、电极反应式的书写及相关计算等。另外速率常数的理解与应用也是近几年高考考查的重点内容之一 , 应给予关注。 化学反应原理综合题解题策略 二、重难考向剖析 考向 1 　 化学图表、图像等信息的提取和加工 【例 1 】 (2019 全国 Ⅰ ) 水煤气变换 [CO(g)+H 2 O(g ) CO 2 (g )+H 2 (g)] 是重要的化工过程 , 主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题 : (1)Shibata 曾做过下列实验 : ① 使纯 H 2 缓慢地通过处于 721 ℃ 下的过量氧化钴 CoO(s), 氧化钴部分被还原为金属钴 Co(s), 平衡后气体中 H 2 的物质的量分数为 0.025 0 。 ② 在同一温度下用 CO 还原 CoO(s), 平衡后气体中 CO 的物质的量分数为 0.019 2 。 根据上述实验结果判断 , 还原 CoO(s) 为 Co(s) 的倾向是 CO 　　　　　 H 2 ( 填 “ 大于 ” 或 “ 小于 ”) 。   (2)721 ℃ 时 , 在密闭容器中将等物质的量的 CO(g) 和 H 2 O(g) 混合 , 采用适当的催化剂进行反应 , 则平衡时体系中 H 2 的物质的量分数为 　　　　　 ( 填标号 ) 。   A .<0.25 　　　　 B.0.25 　　　　 C.0.25~0.50 D.0.50 　　　　　 E.>0.50 (3) 我国学者结合实验与计算机模拟结果 , 研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程 , 如图所示 , 其中吸附在金催化剂表面上的物种用 * 标注。 可知水煤气变换的 Δ H 　　　 0( 填 “ 大于 ”“ 等于 ” 或 “ 小于 ”), 该历程 中 最大能垒 ( 活化能 ) E 正 = 　　　　 eV, 写出该步骤的化学方程式 　 。   (4)Shoichi 研究了 467 ℃ 、 489 ℃ 时水煤气变换中 CO 和 H 2 分压随时间变化关系 ( 如下图所示 ), 催化剂为氧化铁 , 实验初始时体系中 的 计算曲线 a 的反应在 30~90 min 内的 平均速率 ( a)= 　　　　　 kPa·min -1 。 467 ℃ 时 和 p CO 随时间变化关系的曲线分别是 　　　　　 、 　　　　　 。 489 ℃ 时 和 p CO 随时间变化关系的曲线分别是 　　　　　 、 　　　　　 。   解析 ( 1) 因平衡后气体 CO 的物质的量分数小于氢气的物质的量分数 , 因此 CO 还原 CoO(s) 为 Co(s) 的倾向大于氢气还原 CoO(s) 为 Co(s) 的倾向。 　 CO(g)+H 2 O(g ) H 2 (g )+CO 2 (g) 起始 /mol 　 1 　　　 1 　　　 　 0 　 　　 0 转化 /mol 　 x x x x 平衡 /mol 　 1 -x 　　 1 -x x x 则 > 1, 解得 x >0.5 mol 。 当 x =0.5 时 , 氢气的物质的量分数为 0.25, 当完全反应时 , 氢气的物质的量分数为 0.5, 因此平衡时氢气的物质的量分数应介于 0.25 和 0.5 之间 , 所以 C 项正确。 (3) 由图示可知 , 最终生成物的相对能量低于反应物的相对能量 , 所以该反应为放热反应 , 即 Δ H <0 。由图示可知 , 该历程中最大活化能为 2.02 eV, 即最大能垒为 2.02 eV 。由图示给出参加反应的微粒和生成的微粒可知 , 该步骤的化学方程式为 COOH * +H * +H 2 O * == = COOH * +2H * +OH * ( 或 H 2 O * == = H * +OH * ) 。 (4) 由图像给出的数值可知 , 曲线 a 在 30~90 min 内压强变化为 0.28 kPa, 所以 反应速率 ≈ 0.004 7 kPa·min -1 。 a 、 b 、 c 、 d 四条曲线上 30~90 min 差值分别为 0.28 、 0.34 、 0.34 、 0.28, 由此可知 ,a 、 d 为一组反应 ,b 、 c 为一组反应。由 (2) 中结论可知 ,H 2 的分压始终高于 CO 的分压 , 则 a 、 b 表示的是 H 2 的分压 ,c 、 d 表示的是 CO 的分压。该反应为放热反应 , 因此达到平衡时 , 温度低时反应物转化得多 , 即 467 ℃ 时 , 和 p CO 随时间变化关系的曲线分别为 b 、 c;489 ℃ 时 , 和 p CO 随时间变化关系的曲线分别为 a 、 d 。 答案 (1) 大于　 (2)C 　 (3) 小于　 2.02 　 COOH * +H * +H 2 O * == = COOH * +2H * +OH * ( 或 H 2 O * == = H * +OH * ) 　 (4)0.004 7 　 b 　 c 　 a 　 d 解题策略 1 . 图表类分析 ① 明义 : 明确图表所呈现的化学含义 ( 图表的含义 ), 如物质的量浓度变化 ( 质量分数变化 ) 与时间的二维关系。 ② 辨数 : 通过图表明确相应数学规律 , 即变化趋势等 , 如正向或反向变化、极值点等。 ③ 析理 : 结合题意及图表规律分析确定其对应的化学原理 , 并提炼出相应变化规律及原因。 2 . 图像类分析 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维的前提。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 : 正确分析曲线的走向、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 , 研究找出各段曲线的变化趋势及其含义。 在绘制图像时通常题目会有参考的曲线 , 在分析新的条件与原曲线关系的基础上进行绘制。 考向 2 　 化学反应原理的语言表达 【例 2 】 (2019 北京理综 ) 氢能源是最具有应用前景的能源之一 , 高纯氢的制备是目前的研究热点。 (1) 甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。 ① 反应器中初始反应的生成物为 H 2 和 CO 2 , 其物质的量之比为 4 ∶ 1, 甲烷和水蒸气反应的方程式是 　　　　　　　 。   ② 已知反应器中还存在如下反应 : ⅰ .CH 4 (g)+H 2 O(g ) == = CO(g )+3H 2 (g) 　 Δ H 1 ⅱ .CO(g)+H 2 O(g ) == = CO 2 (g )+H 2 (g) 　 Δ H 2 ⅲ .CH 4 (g ) == = C(s )+2H 2 (g) 　 Δ H 3 …… ⅲ 为积碳反应 , 利用 Δ H 1 和 Δ H 2 计算 Δ H 3 时 , 还需要利用 　　　　 反应的 Δ H 。   ③ 反应物投料比采用 n (H 2 O) ∶ n (CH 4 )=4 ∶ 1, 大于初始反应的化学计量数之比 , 目的是 　　　　 ( 选填字母序号 ) 。   a. 促进 CH 4 转化 b. 促进 CO 转化为 CO 2 c . 减少积碳 生成 ④ 用 CaO 可以去除 CO 2 。 H 2 体积分数和 CaO 消耗率随时间变化关系如下图所示。 从 t 1 时开始 ,H 2 体积分数显著降低 , 单位时间 CaO 消耗率 　　　　 ( 填 “ 升高 ”“ 降低 ” 或 “ 不变 ”) 。此时 CaO 消耗率约为 35%, 但已失效 , 结合化学方程式解释原因 : 　　　　　　　 。   (2) 可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢 , 工作示意图如下。通过控制开关连接 K 1 或 K 2 , 可交替得到 H 2 和 O 2 。 ① 制 H 2 时 , 连接 　　　　 。   产生 H 2 的电极方程式是 　 。   ② 改变开关连接方式 , 可得 O 2 。 ③ 结合 ① 和 ② 中电极 3 的电极反应式 , 说明 电极 3 的作用 : 　　　　　 。   的 Δ H 。 ③ 增加 H 2 O(g) 的量 , 由 ⅰ 可知可提高 CH 4 的转化率 , 由 ⅱ 可知能促使 CO 转化为 CO 2 , 由 ⅲ 可知降低积碳反应的发生。 ④ 由图像可知 , 从 t 1 时开始 ,H 2 体积分数显著降低 , 单位时间 CaO 消耗率曲线斜率减小 , 原因是 CaO 表面被生成的碳酸钙覆盖 , 失去吸收 CO 2 的能力。 解析 (1) ① 由于初始反应的生成物为 H 2 和 CO 2 , 且其物质的量之比为 4 ∶ 1, 由 质量 (2) ① 根据题图示中电极 3 的转化关系可知 , 制 H 2 时 , 连接 K 1 。碱性条件下 , 生成 H 2 的电极反应式为 2H 2 O+2e - == = H 2 ↑+2OH - 。 ③① 中电极 3 反应式为 Ni(OH) 2 +OH - - e - == = NiOOH+H 2 O , 消耗生成 H 2 时产生的 OH - 。而 ② 中电极 3 的电极反应式为 NiOOH+H 2 O+e - == = Ni(OH) 2 +OH - , 补充生成 O 2 所需的 OH - , 同时保证电极 3 得以循环使用。 【 解题策略 】 (1) 通读全题 : 明确题中有哪些考点 , 并弄清相关考点的上下文联系 , 如盖斯定律与平衡移动间的关系等。 (2) 准确定位 : 即准确判断该题中针对文字表达的知识点。通过题中所给信息确定文字表达知识点所涉及的化学原理、化学规律 , 如针对速率变化、平衡移动、主副反应间关系等。该点是解决此类题目的重中之重 , 若能准确判断所考查的原理 , 则文字表述便是水到渠成。 (3) 文字表述 : 先讲普遍原理 , 再结合本题论述。如某反应正向吸热 , 因此升温有利于该反应正向进行。 应考训练 1 .(2020 全国 Ⅰ ) 硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是 SO 2 的催化氧化 :SO 2 (g )+ O 2 (g) == SO 3 (g) Δ H =-98 kJ·mol -1 。回答下列问题 : (1) 钒催化剂参与反应的能量变化如图 (a) 所示 ,V 2 O 5 (s) 与 SO 2 (g) 反应生成 VOSO 4 (s) 和 V 2 O 4 (s) 的热化学方程式为 : 　　　　　　　　　　　　　　　　 。   图 (a ) (2) 当 SO 2 (g) 、 O 2 (g) 和 N 2 (g) 起始的物质的量分数分别为 7.5% 、 10.5% 和 82% 时 , 在 0.5 MPa 、 2.5 MPa 和 5.0 MPa 压强下 ,SO 2 平衡转化率 α 随温度的变化如图 (b) 所示。反应在 5.0 MPa 、 550 ℃ 时的 α = 　　　　　 , 判断的依据是 　　　　　　　　 。影响 α 的因素有 　　　　　　　　　　　　　 。   图 (b ) (3) 将组成 ( 物质的量分数 ) 为 2 m % SO 2 (g) 、 m % O 2 (g) 和 q % N 2 (g) 的气体通入反应器 , 在温度 t 、压强 p 条件下进行反应。平衡时 , 若 SO 2 转化率为 α , 则 SO 3 压强为 　　　　　 , 平衡常数 K p = 　　　 ( 以分压表示 , 分压 = 总压 × 物质的量分数 ) 。   (4) 研究表明 ,SO 2 催化氧化的反应速率方程为 : 式 中 : k 为反应速率常数 , 随温度 t 升高而增大 ; α 为 SO 2 平衡转化率 , α ' 为某时刻 SO 2 转化率 , n 为常数。在 α '=0.90 时 , 将一系列温度下的 k 、 α 值代入上述速率方程 , 得到 v~t 曲线 , 如图 (c) 所示 。 图 (c ) 曲线上 v 最大值所对应温度称为该 α ' 下反应的最适宜温度 t m 。 tt m 后 , v 逐渐下降。原因是 　 。   答案 (1)2V 2 O 5 (s)+2SO 2 (g ) == = 2VOSO 4 (s )+V 2 O 4 (s) 　 Δ H =-351 kJ·mol -1 (2)0.975 　该反应气体分子数减少 , 增大压强 , α 提高。 5.0 MPa>2.5 MPa= p 2 , 所以 p 1 =5.0 MPa 　温度、压强和反应物的起始浓度 ( 组成 ) (4) 升高温度 , k 增大使 v 逐渐提高 , 但 α 降低使 v 逐渐下降。 tt m 后 , k 增大对 v 的提高小于 α 引起的降低 解析 本题属于化学反应原理类试题 , 主要考查了热化学方程式的书写、化学平衡及计算、化学平衡常数和速率常数、反应速率变化的原因分析等知识。对读图识图能力、信息吸收及应用能力、规范表达能力等要求较高。 (1) 观察图 (a), 可得出以下两个热化学方程式 : ① V 2 O 4 (s)+2SO 3 (g ) == = 2VOSO 4 (s ) 　 Δ H 1 =-399 kJ · mol -1 , ② V 2 O 4 (s)+SO 3 (g ) == = V 2 O 5 (s )+SO 2 (g) 　 Δ H 2 =-24 kJ · mol -1 , 由 ① -2× ② 得 2V 2 O 5 (s)+2SO 2 (g ) == = 2VOSO 4 (s )+V 2 O 4 (s) 　 Δ H =-351 kJ · mol -1 。 (2) 要分析反应在 5.0 MPa 、 500 ℃ 时的 α , 首先必须判断此时图像中压强对应 p 1 、 p 2 、 p 3 中哪一个。在其他条件相同时 , 正反应是气体分子数减少的反应 , 压强越大 SO 2 平衡转化率 α 越大 , 可确定此时对应压强为 p 1 ,SO 2 平衡转化率 α =0.975 。 (3) 应用 “ 三段式 ” 进行计算可得 : 起始量 /mol 2 m m 0 变化量 /mol 2 m α m α 2 m α 平衡量 /mol 2 m (1 - α ) m (1 - α ) 2 m α (4) 由题目已知信息知 ,SO 2 催化氧化反应为放热反应 , 温度升高后 α 降低。因为反应速率方程 v = k ( - 1) 0 . 8 (1 -n α ' ), 升高温度 , k 增大使 v 逐渐提高 , 但 α 降低使 v 逐渐下降。当 tt m 时 , k 增大对 v 的提高小于 α 引起的降低。 2 .(2020 山东潍坊二模 )1,3- 丁二烯是重要的化工原料 , 工业上常用 1- 丁烯催化脱氢的方法制备 1,3- 丁二烯。将 0.1 mol 1- 丁烯和 0.675 mol 水蒸气组成混合气体 , 在 80 kPa 恒压下进行反应 : CH 3 CH 2 CH=CH 2 (g ) CH 2 =CHCH=CH 2 (g )+H 2 (g) 　 Δ H 。 请回答下列问题 : (1) 已知部分化学键键能数据如下 , 由此计算上述反应 的 Δ H = 　　　　　　　 kJ·mol -1 。   化学键 C—C C=C C—H H—H 键能 /(kJ·mol -1 ) 348 612 412 436 (2) 如图表示脱氢反应中温度对 1- 丁烯的 平衡 转化率的 影响 , 工业生产通常控制反应温度 为 600 ℃ 。 ① 请解释工业生产控制温度在 600 ℃ 的原因 : 　　　　　　　　　　　　　　 。   ② 此温度下反应进行 2.5 h 后达到平衡 , 从开始反应到建立平衡 , 以 H 2 表示的反应速率为 v (H 2 )= 　　　　　 kPa·h -1 ; 脱氢反应的平衡常数 K p = 　　　　　 ( K p 为以分压表示的平衡常数 , p 分 = p 总 × 物质的量分数 ) 。   (3) 在密闭容器中反应达到平衡后 , 再充入 1.575 mol 1- 丁烯和 1.625 mol 1,3- 丁二烯 , 化学反应向 　　　 ( 填 “ 正反应 ”“ 逆反应 ” 或 “ 不移动 ”) 方向进行。   答案 (1)+124 (2) ① 600 ℃ 时 1- 丁烯的平衡转化率高 , 催化剂活性强 ( 3) 正反应 (2) ① 催化剂的活性与温度有关 ,600 ℃ 时催化剂的活性最强 ,1 - 丁烯的平衡转化率高 ; ② 根据图表数据 ,600 ℃ 达到平衡时 ,1 - 丁烯的转化率为 25%, 根据 “ 三段式 ” 分析 : 　 CH 3 CH 2 CH=CH 2 (g) CH 2 =CHCH=CH 2 (g )+H 2 (g) 始 /mol 0.1 0 0 变 /mol 0.025 0.025 0.025 平 /mol 0.075 0.025 0.025 3 .(2020 山东滨州二模 ) 生产医用防护口罩的原料聚丙烯纤维属于有机高分子材料 , 其单体为丙烯。丙烯除了合成聚丙烯外 , 还广泛用于制备 1,2- 二氯丙烷、丙烯醛、丙烯酸等。请回答下列问题 : Ⅰ . 工业上用丙烯加成法制备 1,2- 二氯丙烷 , 主要副产物为 3- 氯丙烯 , 反应原理为 : ① CH 2 =CHCH 3 (g)+Cl 2 (g ) CH 2 ClCHClCH 3 (g ) 　 Δ H 1 =-134 kJ·mol -1 ② CH 2 =CHCH 3 (g)+Cl 2 (g ) CH 2 =CHCH 2 Cl(g )+HCl(g) 　 Δ H 2 =-102 kJ·mol -1 (1) 已知反应 CH 2 =CHCH 2 Cl(g)+HCl(g ) CH 2 ClCHClCH 3 (g ) 的活化能 E a ( 逆 ) 为 164 kJ·mol -1 , 则该反应的活化能 E a ( 正 ) 为 　　　　　 kJ·mol -1 。   (2) 一定温度下 , 向恒容密闭容器中充入等物质的量的 CH 2 =CHCH 3 (g) 和 Cl 2 (g), 在催化剂作用下发生反应 ①② , 容器内气体的压强随时间的变化如下表所示 。 用单位时间内气体分压的变化来表示反应速率 , 即 v = , 则反应 ① 前 180 min 内平均反应速率 v (CH 2 ClCHClCH 3 )= 　　　　　 kPa·min -1 ( 保留小数点后 2 位 ) 。   时间 /min 0 60 120 180 240 300 360 压强 /kPa 80 74.2 69.4 65.2 61.6 57.6 57.6 Ⅱ . 丙烯的制备方法 方法一 : 丙烷无氧脱氢法制备丙烯的反应如下 : C 3 H 8 (g ) C 3 H 6 (g )+H 2 (g) 　 Δ H =+124 kJ·mol -1 (3) ① 某温度下 , 在刚性容器中充入 C 3 H 8 , 起始压强 为 10 kPa, 平衡时总压为 14 kPa,C 3 H 8 的平衡转化率 为 　　　　　　　 。该反应的平衡常数 K p = 　　　　 kPa( 保留小数点后 2 位 ) 。   ② 总压分别为 100 kPa 、 10 kPa 时发生上述反应 , 平衡体系中 C 3 H 8 和 C 3 H 6 的物质的量分数随温度变化的关系如图所示 : 10 kPa 时 ,C 3 H 8 和 C 3 H 6 的物质的量分数随温度变化关系的曲线分别是 　　　　　 、 　　　　　 。   方法二 : 丙烷氧化脱氢法制备丙烯还生成 CO 、 CO 2 等副产物 , 制备丙烯的反应如下 : C 3 H 8 (g )+ O 2 (g) C 3 H 6 (g )+H 2 O(g) 　 Δ H =-118 kJ·mol -1 。在催化剂作用下 C 3 H 8 的转化率和 C 3 H 6 的产率随温度变化关系如图所示。 (4) ① 图中 C 3 H 8 的转化率随温度升高而上升的原因是 　　　　　　　　　　　 。   ② 575 ℃ 时 ,C 3 H 6 的选择性为 　　　　　 (C 3 H 6 的 ③ 基于上述研究结果 , 能提高 C 3 H 6 选择性的措施是 　　　　　　 。   答案 (1)132 　 (2)0.08 　 (3) ① 40% 　 2.67 　 ② Z 　 Y (4) ① 温度升高 , 反应速率增大 ( 或温度升高 , 催化剂的活性增大 ) 　 ② 50% 　 ③ 选择相对较低的温度 ( 或选择更合适的催化剂 ) 解析 (1) 反应 CH 2 =CHCH 2 Cl(g)+HCl(g ) CH 2 ClCHClCH 3 (g ) 可由 反应 ① - ② 得到 , 故该反应的 Δ H =Δ H 1 -Δ H 2 =(-134+102) kJ · mol -1 =-32 kJ · mol -1 , 所以 E a ( 正 )- E a ( 逆 )=-32 kJ · mol -1 , E a ( 正 )=132 kJ · mol -1 。 (2) 由于反应 ② 前后气体计量数之和相等 , 故压强的变化均由反应 ① 造成 ,180 min 时压强变化 Δ p 为 80 kPa-65.2 kPa=14.8 kPa , (3) ① 设丙烷压强的变化为 x kPa, 同温同容条件下压强之比等于气体物质的量之比 , 由题意可得 　　　　 C 3 H 8 (g) C 3 H 6 (g )+H 2 (g) 起始 /kPa 10 0 0 变化 /kPa x x x 终止 /kPa 10 -x x x ② 正反应吸热 , 升高温度 , 平衡正向移动 ,C 3 H 8 的物质的量分数减小 ,C 3 H 6 的物质的量分数增大 ; 根据化学方程式可知 , 该反应为气体体积增大的反应 , 增大压强 ,C 3 H 8 的物质的量分数增大 ,C 3 H 6 的物质的量分数减小 , 因此表示 10 kPa 时 C 3 H 8 的物质的量分数随温度变化关系的曲线是 Z, 表示 10kPa 时 C 3 H 6 的物质的量分数随温度变化关系的曲线是 Y 。 (4) ① 温度升高 , 反应速率加快 , 同时温度升高 , 催化剂的活性增大 , 因此 C 3 H 8 的转化率随温度升高而上升 ; ② 由图可知 ,575 ℃ 时 ,C 3 H 8 的转化率为 34%,C 3 H 6 的产率为 17%, 即参加反应的 C 3 H 8 为 34%, 生成的 C 3 H 6 为 17%, 故 C 3 H 6 的选择性 为 × 100%=50%; ③ 由图可知 , 温度低时 C 3 H 6 的选择性高 , 故能提高 C 3 H 6 选择性的措施是选择相对较低的温度 , 或者是寻找选择性更高的催化剂。 本 课 结 束