1.(2022·全國(guó)甲卷)金屬鈦(Ti)在航空航天、醫(yī)療器械等工業(yè)領(lǐng)域有著重要用途，目前生產(chǎn)鈦的方法之一是將金紅石(TiO2)轉(zhuǎn)化為TiCl4，再進(jìn)一步還原得到鈦?；卮鹣铝袉?wèn)題：
(1)TiO2轉(zhuǎn)化為TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1 000 ℃時(shí)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式及其平衡常數(shù)如下：
(ⅰ)直接氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)
ΔH1＝＋172 kJ·ml－1，Kp1＝1.0×10－2
(ⅱ)碳氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g)
ΔH2＝－51 kJ·ml－1，Kp2＝1.2×1012Pa
①反應(yīng)2C(s)＋O2(g)===2CO(g)的ΔH為_(kāi)_________kJ·ml－1，Kp＝__________Pa。
②碳氯化的反應(yīng)趨勢(shì)遠(yuǎn)大于直接氯化，其原因是_________________________________________________________________。
③對(duì)于碳氯化反應(yīng)：增大壓強(qiáng)，平衡__________移動(dòng)(填“向左”“向右”或“不”)；溫度升高，平衡轉(zhuǎn)化率__________(填“變大”“變小”或“不變”)。
(2)在1.0×105Pa，將TiO2、C、Cl2以物質(zhì)的量比1∶2.2∶2進(jìn)行反應(yīng)。體系中氣體平衡組成比例(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))隨溫度變化的理論計(jì)算結(jié)果如圖所示。
①反應(yīng)C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的平衡常數(shù)Kp(1 400 ℃)＝__________Pa。
②圖中顯示，在200 ℃平衡時(shí)TiO2幾乎完全轉(zhuǎn)化為TiCl4，但實(shí)際生產(chǎn)中反應(yīng)溫度卻遠(yuǎn)高于此溫度，其原因是___________________________________。
(3)TiO2碳氯化是一個(gè)“氣－固－固”反應(yīng)，有利于TiO2－C“固－固”接觸的措施是_________________________________________________________________。
答案 (1)①－223 1.2×1014 ②碳氯化反應(yīng)氣體分子數(shù)增加，ΔH小于0，是熵增、放熱過(guò)程，根據(jù)ΔG＝ΔH－ΔST可知ΔG＜0，故該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，而直接氯化的體系氣體分子數(shù)不變且是吸熱過(guò)程，反應(yīng)趨勢(shì)遠(yuǎn)小于碳氯化 ③向左 變小
(2)①7.2×105 ②為了提高反應(yīng)速率，在相同時(shí)間內(nèi)得到更多的TiCl4產(chǎn)品，提高效益
(3)將兩固體粉碎后混合，同時(shí)鼓入Cl2，使固體粉末“沸騰”
解析 (1)①根據(jù)蓋斯定律，將“反應(yīng)(ⅱ)－反應(yīng)(ⅰ)”得到反應(yīng)2C(s)＋O2(g)===2CO(g)，則ΔH＝－51 kJ·ml－1－(＋172 kJ·ml－1)＝－223 kJ·ml－1；則Kp＝eq \f(Kp2,Kp1)＝eq \f(1.2×1012,1.0×10－2) Pa＝1.2×1014Pa；②碳氯化的反應(yīng)趨勢(shì)遠(yuǎn)大于直接氯化，因?yàn)樘悸然磻?yīng)氣體分子數(shù)增加，ΔH小于0，是熵增、放熱過(guò)程，根據(jù)ΔG＝ΔH－ΔST可知ΔG＜0，故該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，而直接氯化的體系氣體分子數(shù)不變且是吸熱過(guò)程，反應(yīng)趨勢(shì)遠(yuǎn)小于碳氯化；③對(duì)應(yīng)碳氯化反應(yīng)，氣體分子數(shù)增大，依據(jù)勒夏特列原理，增大壓強(qiáng)，平衡向氣體分子數(shù)減少的方向移動(dòng)，即平衡向左移動(dòng)；該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡向吸熱方向移動(dòng)，即向左移動(dòng)，則平衡轉(zhuǎn)化率變小。(2)①?gòu)膱D中可知，1 400 ℃，體系中氣體平衡組成比例CO2是0.05，TiCl4是0.35，CO是0.6，反應(yīng)C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的平衡常數(shù)Kp(1 400 ℃)＝eq \f(（0.6p總）2,0.05p總)＝eq \f(（0.6×1.0×105）2,0.05×1.0×105)Pa＝7.2×105Pa；②實(shí)際生產(chǎn)中需要綜合考慮反應(yīng)的速率、產(chǎn)率等，以達(dá)到最佳效益，實(shí)際反應(yīng)溫度遠(yuǎn)高于200 ℃，就是為了提高反應(yīng)速率，在相同時(shí)間內(nèi)得到更多的TiCl4產(chǎn)品。
(3)固體顆粒越小，比表面積越大，反應(yīng)接觸面積越大。有利于TiO2－C“固－固”接觸，可將兩者粉碎后混合，同時(shí)鼓入Cl2，使固體粉末“沸騰”，增大接觸面積。
2.(2022·全國(guó)乙卷)油氣開(kāi)采、石油化工、煤化工等行業(yè)廢氣普遍含有硫化氫，需要回收處理并加以利用?；卮鹣铝袉?wèn)題：
(1)已知下列反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：
①2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－1 036 kJ·ml－1
②4H2S(g)＋2SO2(g)===3S2(g)＋4H2O(g) ΔH2＝＋94 kJ·ml－1
③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH3＝ －484 kJ·ml－1
計(jì)算H2S熱分解反應(yīng)④2H2S(g)===S2(g)＋2H2(g)的ΔH4＝________kJ·ml－1。
(2)較普遍采用的H2S處理方法是克勞斯工藝，即利用反應(yīng)①和②生成單質(zhì)硫。另一種方法是，利用反應(yīng)④高溫?zé)岱纸釮2S。相比克勞斯工藝，高溫?zé)岱纸夥椒ǖ膬?yōu)點(diǎn)是______________，缺點(diǎn)是____________________________________。
(3)在1 470 K、100 kPa反應(yīng)條件下，將n(H2S)∶n(Ar)＝1∶4的混合氣進(jìn)行H2S熱分解反應(yīng)。平衡時(shí)混合氣中H2S與H2的分壓相等，H2S平衡轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_________，平衡常數(shù)Kp＝__________ kPa。
(4)在1 373 K、100 kPa反應(yīng)條件下，對(duì)于n(H2S)∶n(Ar)分別為4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19的H2S－Ar混合氣，熱分解反應(yīng)過(guò)程中H2S轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化如圖所示。
①n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S平衡轉(zhuǎn)化率__________，理由是_____________
_________________________________________________________________。
②n(H2S)∶n(Ar)＝1∶9對(duì)應(yīng)圖中曲線________，計(jì)算其在0～0.1 s之間，H2S分壓的平均變化率為_(kāi)_________ kPa·s－1。
答案 (1)＋170 (2)副產(chǎn)物氫氣可作燃料、不產(chǎn)生SO2污染物 耗能高
(3)50% 4.76 (4)①越高
n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S的分壓越小，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，H2S平衡轉(zhuǎn)化率越高 ②d 24.9
解析 (1)根據(jù)蓋斯定律(①＋②)×eq \f(1,3)－③即得到④2H2S(g)===S2(g)＋2H2(g)的ΔH4＝(－1 036＋94) kJ·ml－1×eq \f(1,3)＋484 kJ·ml－1＝＋170 kJ·ml－1。(2)根據(jù)蓋斯定律(①＋②)×eq \f(1,3)可得2H2S(g)＋O2(g)===S2(g)＋2H2O(g) ΔH＝(－1 036＋94) kJ·ml－1×eq \f(1,3)＝－314 kJ·ml－1，因此，克勞斯工藝的總反應(yīng)是放熱反應(yīng)；根據(jù)硫化氫分解的化學(xué)方程式可知，高溫?zé)岱纸夥椒ㄔ谏蓡钨|(zhì)硫的同時(shí)還有氫氣生成。因此，高溫?zé)岱纸夥椒ǖ膬?yōu)點(diǎn)是可以獲得氫氣作燃料；但由于高溫分解H2S會(huì)消耗大量能量，所以其缺點(diǎn)是耗能高。(3)假設(shè)在該條件下，硫化氫和氬的起始投料的物質(zhì)的量分別為1 ml和4 ml，平衡時(shí)轉(zhuǎn)化的n(H2S)＝x ml，根據(jù)三段式可知：
平衡時(shí)H2S和H2的分壓相等，則二者的物質(zhì)的量相等，即1－x＝x，解得x＝0.5，所以H2S的平衡轉(zhuǎn)化率為eq \f(0.5,1)×100%＝50%，所以平衡常數(shù)Kp＝eq \f(p（S2）×p2（H2）,p2（H2S）)＝eq \f(\f(0.25,5.25)×100 kPa×（\f(0.5,5.25)×100 kPa）2,（\f(0.5,5.25)×100 kPa）2)≈4.76 kPa。(4)①由于正反應(yīng)是體積增大的可逆反應(yīng)，n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S的分壓越小，相當(dāng)于降低壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，因此H2S平衡轉(zhuǎn)化率越高。
②n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S平衡轉(zhuǎn)化率越高，所以n(H2S)∶n(Ar)＝1∶9對(duì)應(yīng)的曲線是d；根據(jù)圖像可知n(H2S)∶n(Ar)＝1∶9反應(yīng)進(jìn)行到0.1 s時(shí)H2S轉(zhuǎn)化率為24.0%。假設(shè)在該條件下，硫化氫和氬的起始投料的物質(zhì)的量分別為1 ml和9 ml，則根據(jù)三段式可知：
此時(shí)H2S的壓強(qiáng)為eq \f(0.76,0.76＋0.12＋0.24＋9)×100 kPa≈7.51 kPa，H2S的起始?jí)簭?qiáng)為10 kPa，所以H2S分壓的平均變化率為eq \f(10 kPa－7.51 kPa,0.1 s)＝24.9 kPa·s－1。
3.(2021·全國(guó)甲卷)二氧化碳催化加氫制甲醇，有利于減少溫室氣體二氧化碳?；卮鹣铝袉?wèn)題：
(1)二氧化碳加氫制甲醇的總反應(yīng)可表示為：
CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)
該反應(yīng)一般認(rèn)為通過(guò)如下步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)：
①CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH1＝＋41 kJ·ml－1
②CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g) ΔH2＝－90 kJ·ml－1
總反應(yīng)的ΔH＝________ kJ·ml－1；若反應(yīng)①為慢反應(yīng)，下列示意圖中能體現(xiàn)上述反應(yīng)能量變化的是________(填標(biāo)號(hào))，判斷的理由是_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(2)合成總反應(yīng)在起始物n(H2)/n(CO2)＝3時(shí)，在不同條件下達(dá)到平衡，設(shè)體系中甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為x(CH3OH)，在t＝250 ℃下的x(CH3OH)～p、在p＝5×105 Pa下的x(CH3OH)～t如圖所示。
①用各物質(zhì)的平衡分壓表示總反應(yīng)的平衡常數(shù)，表達(dá)式Kp＝_________________________________________________________________；
②圖中對(duì)應(yīng)等壓過(guò)程的曲線是________，判斷的理由是_________________________________________________________________；
③當(dāng)x(CH3OH)＝0.10時(shí)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率α＝________，反應(yīng)條件可能為_(kāi)_______或________。
答案 (1)－49 A ΔH1為正值，ΔH2和ΔH為負(fù)值，反應(yīng)①活化能大于反應(yīng)②的
(2)①eq \f(p（H2O）·p（CH3OH）,p3（H2）·p（CO2）) ②b 總反應(yīng)ΔH0 (4)0.5
解析 (1)高中階段常見(jiàn)的紅棕色物質(zhì)有液溴、Fe2O3、NO2(g)，故此處所獲得的紅棕色液體為液溴，所含元素為溴元素。(2)由題給信息可知，氯鉑酸鋇固體加熱時(shí)分解的化學(xué)方程式為BaPtCl6BaCl2＋2Cl2↑＋Pt，該反應(yīng)的Kp′＝p2(Cl2)＝1.0×104 Pa2，所以平衡時(shí)p(Cl2)＝0.1 kPa。根據(jù)方程式2ICl(g)I2(g)＋Cl2(g)，設(shè)達(dá)到平衡時(shí)，碘蒸氣減小的壓強(qiáng)為p kPa，根據(jù)平衡時(shí)的總壓強(qiáng)為32.5 kPa，有32.5 kPa＝(2p＋20.0－p＋0.1) kPa，解得p＝12.4，則平衡時(shí)p(I2)＝20.0 kPa－12.4 kPa＝7.6 kPa，p(ICl)＝2×12.4 kPa＝24.8 kPa，故反應(yīng)2ICl(g)===Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)的平衡常數(shù)K＝eq \f(p（I2）·p（Cl2）,p2（ICl）)＝eq \f(7.6×0.1,24.82)。(3)①縱坐標(biāo)為lg Kp1、lg Kp2，橫坐標(biāo)為eq \f(1,T)×103。由題圖可知，lg Kp2隨著eq \f(1,T)的增大逐漸減小，即Kp2隨著溫度的降低逐漸減小，說(shuō)明對(duì)于反應(yīng)2NOCl(g)2NO(g)＋Cl2(g)，降低溫度，平衡逆向移動(dòng)，則ΔH大于0。②2NO(g)＋2ICl(g)2NOCl(g)＋I(xiàn)2(g) Kp1(ⅰ)2NOCl(g)2NO(g)＋Cl2(g) Kp2(ⅱ)，根據(jù)蓋斯定律，由(ⅰ)＋(ⅱ)可得2ICl(g)I2(g)＋Cl2(g) K＝Kp1·Kp2。lg Kp1～eq \f(1,T)和lg Kp2～eq \f(1,T)均為線性關(guān)系，根據(jù)對(duì)數(shù)的運(yùn)算法則可知，lg(Kp1·Kp2)＝lg Kp1＋lg Kp2，取兩條線段的首位兩個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，可知在最左側(cè)的點(diǎn)lg Kp1＋lg Kp2＝－3.9，在最右側(cè)的點(diǎn)lg Kp1＋lg Kp2＝－4.1，溫度降低時(shí)，Kp1·Kp2會(huì)減小，所以反應(yīng)2ICl(g)Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)為吸熱反應(yīng)，ΔH>0。(4)由題目給出的反應(yīng)機(jī)理可知，反應(yīng)總方程式為2NOCl＋hν―→2NO＋Cl2，故分解1 ml NOCl需要0.5 ml的光子。
考情預(yù)測(cè)：預(yù)計(jì)在2023年的高考中，化學(xué)反應(yīng)原理的綜合仍會(huì)以與生產(chǎn)生活實(shí)際聯(lián)系緊密的創(chuàng)新題材為載體，考查學(xué)生蓋斯定律的運(yùn)用，化學(xué)反應(yīng)速率和平衡的影響因素，通過(guò)圖像等信息獲取解題數(shù)據(jù)，完成化學(xué)平衡常數(shù)K、Kp、Kx以及轉(zhuǎn)化率的計(jì)算等重要知識(shí)點(diǎn)，另外速率常數(shù)的理解與應(yīng)用也是近幾年高考考查的重點(diǎn)內(nèi)容之一，應(yīng)給予關(guān)注。
智能點(diǎn) 一 蓋斯定律的兩大熱點(diǎn)應(yīng)用——計(jì)算和書(shū)寫
1.計(jì)算反應(yīng)熱
[示例1] (1)(2020·全國(guó)卷Ⅱ)乙烷在一定條件可發(fā)生如下反應(yīng)：C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g) ΔH1，相關(guān)物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)如表所示：
ΔH1＝________ kJ·ml－1。
(2)已知鍵能數(shù)據(jù)如下：
CH4(g)＋H2O(l)===3H2(g)＋CO(g)的ΔH2＝________ kJ·ml－1。
思維流程
答案 ＋137 ＋198
[微練1] (2021·江蘇卷)CH4與CO2重整的主要反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為
反應(yīng)Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝246.5 kJ·ml－1
反應(yīng)Ⅱ：H2(g)＋CO2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH＝41.2 kJ·ml－1
反應(yīng)Ⅲ：2CO(g)===CO2(g)＋C(s) ΔH＝－172.5 kJ·ml－1
在CH4與CO2重整體系中通入適量H2O(g)，可減少C(s)的生成，反應(yīng)3CH4(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)===4CO(g)＋8H2(g)的ΔH＝________。
答案 657.1 kJ·ml－1
2.書(shū)寫熱化學(xué)方程式
[示例2] 由合成氣(組成為H2、CO和少量CO2)直接制備二甲醚，其中的主要過(guò)程包括以下四個(gè)反應(yīng)：
甲醇合成反應(yīng)：
(ⅰ)CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g) ΔH1＝－90.1 kJ·ml－1
(ⅱ)CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH2＝－49.0 kJ·ml－1
水煤氣變換反應(yīng)：
(ⅲ)CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH3＝－41.1 kJ·ml－1
二甲醚合成反應(yīng)：
(ⅳ)2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)
ΔH4＝－24.5 kJ·ml－1
則由H2和CO直接制備二甲醚(另一產(chǎn)物為水蒸氣)的熱化學(xué)方程式為_(kāi)________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
思維流程
答案 2CO(g)＋4H2(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝－204.7 kJ·ml－1
[微練2] (2021·河北卷)大氣中的二氧化碳主要來(lái)自煤、石油及其他含碳化合物的燃燒。已知25 ℃時(shí)，相關(guān)物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)如下表：
則25 ℃時(shí)H2(g)和C(石墨，s)生成C6H6(l)的熱化學(xué)方程式為_(kāi)________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
答案 3H2(g)＋6C(石墨，s)===C6H6(l) ΔH＝＋49.1 kJ·ml－1
解析 由題給燃燒熱數(shù)據(jù)可得，①H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH1＝－285.8 kJ·ml－1，②C(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－393.5 kJ·ml－1，③C6H6(l)＋eq \f(15,2)O2(g)===6CO2(g)＋3H2O(l) ΔH3＝－3 267.5 kJ·ml－1，根據(jù)蓋斯定律，目標(biāo)方程式可由3×①＋6×②－③得到，其ΔH＝(－285.8 kJ·ml－1)×3＋(－393.5 kJ·ml－1)×6－(－3 267.5 kJ·ml－1)＝＋49.1 kJ·ml－1，故H2(g)與C(石墨，s)生成C6H6(l)的熱化學(xué)方程式為3H2(g)＋6C(石墨，s)===C6H6(l) ΔH＝＋49.1 kJ·ml－1。
微題型建模
智能點(diǎn) 二 兩大熱點(diǎn)計(jì)算——化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)和化學(xué)平衡常數(shù)
1.化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)
[要點(diǎn)回顧] 速率方程
(1)含義：一定溫度下，化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度以其計(jì)量數(shù)為指數(shù)的冪的乘積成正比。
(2)表達(dá)式
反應(yīng)：aA(g)＋bB(g)gG(g)＋hH(g)
表達(dá)式：v正＝k正ca(A)·cb(B)(其中k正為正反應(yīng)的速率常數(shù))，v逆＝k逆·cg(G)·ch(H)(其中k逆為逆反應(yīng)的速率常數(shù))。
[示例3] (2021·海南卷)溶于水的CO2只有部分轉(zhuǎn)化為H2CO3(aq)，大部分以水合CO2的形式存在，水合CO2可用CO2(aq)表示。已知25 ℃時(shí)，H2CO3(aq)CO2(aq)＋H2O(l)的平衡常數(shù)K＝600，正反應(yīng)的速率可表示為v(H2CO3)＝k1·c(H2CO3)，逆反應(yīng)的速率可表示為v(CO2)＝k2·c(CO2)，則k2________(用含k1的代數(shù)式表示)。
答案 eq \f(k1,600)
解析 當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，則由v(H2CO3)＝v(CO2)可得：k1c(H2CO3)＝k2c(CO2)，eq \f(k1,k2)＝eq \f(c（CO2）,c（H2CO3）)＝K＝600，解得k2＝eq \f(k1,600)。
歸納總結(jié)
速率常數(shù)與化學(xué)平衡常數(shù)之間的關(guān)系
[微練3] (2022·濰坊一模)研究HI的分解與合成對(duì)提高反應(yīng)2CH3I(g)C2H4(g)＋2HI(g)中CH3I(g)的平衡轉(zhuǎn)化率有重要意義。T ℃，將a ml I2(g)和a ml H2(g)置于已抽成真空的特制1 L密閉容器中，40 min時(shí)體系達(dá)到平衡，體系中存在如下反應(yīng)關(guān)系：
Ⅰ.I2(g)2I(g) Kp1＝2.304
Ⅱ.H2(g)＋I(xiàn)2(g)2HI(g) Kp2
Ⅲ.HI(g)H(g)＋I(xiàn)(g) Kp3＝8.0×10－6
Ⅳ.H2(g)2H(g) Kp4＝1.0×10－9
①則Kp2＝________。
②實(shí)驗(yàn)測(cè)得平衡體系總壓強(qiáng)為5.0×107 Pa，HI的分壓為3.6×107 Pa，H2的分壓為7.2×106 Pa，已知該反應(yīng)的正反應(yīng)速率為v正＝k正·x(H2)·x(I2)，逆反應(yīng)速率為v逆＝k逆·x2(HI)，其中k正、k逆為速率常數(shù)，x為物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，若k正＝b min－1，在t＝40 min時(shí)，v正＝________ min－1(用含b的代數(shù)式表示)。
答案 ①36 ②1.44×10－2b
解析 ①由蓋斯定律可知，Ⅱ＝Ⅰ＋Ⅳ－2Ⅲ，故Kp2＝eq \f(Kp1·Kp4,Keq \\al(2,p3))＝eq \f(2.304×1.0×10－9,6.4×10－11)＝36。
②因?yàn)閴簭?qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，40 min達(dá)到平衡時(shí)，Kp＝eq \f(p2（HI）,p（H2）·p（I2）)，即36＝eq \f(（3.6×107）2,7.2×106×p（I2）)，故p(I2)＝5×106 Pa，故v正＝k正·x(H2)·x(I2)＝b×eq \f(7.2×106,5×107)×eq \f(5×106,5×107) min－1＝1.44×10－2b min－1。
2.化學(xué)平衡常數(shù)
[要點(diǎn)回顧] Kp含義及表達(dá)式
(1)含義
有氣體參與的反應(yīng)，在化學(xué)平衡體系中，各氣體物質(zhì)的分壓替代平衡濃度，計(jì)算的平衡常數(shù)叫壓強(qiáng)平衡常數(shù)。
(2)表達(dá)式
對(duì)于一般可逆反應(yīng)mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，當(dāng)在一定溫度下達(dá)到平衡時(shí)其壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp可表示為Kp＝eq \f(pp（C）·pq（D）,pm（A）·pn（B）)
其中p(A)、p(B)、p(C)、p(D)表示反應(yīng)物和生成物的分壓，用平衡分壓可以這樣計(jì)算：
分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。
p(總)＝p(A)＋p(B)＋p(C)＋p(D)；
eq \f(p（A）,p（B）)＝eq \f(n（A）,n（B）)＝eq \f(c（A）,c（B）)。
[示例4] (2021·廣東卷)我國(guó)力爭(zhēng)于2030年前做到碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。CH4與CO2重整是CO2利用的研究熱點(diǎn)之一。該重整反應(yīng)體系主要涉及以下反應(yīng)：
a)CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH1
b)CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2
c)CH4(g)C(s)＋2H2(g) ΔH3
d)2CO(g)CO2(g)＋C(s) ΔH4
e)CO(g)＋H2(g)H2O(g)＋C(s) ΔH5
設(shè)Keq \\al(r,p)為相對(duì)壓力平衡常數(shù)，其表達(dá)式寫法：在濃度平衡常數(shù)表達(dá)式中，用相對(duì)分壓代替濃度。氣體的相對(duì)分壓等于其分壓(單位為kPa)除以p0(p0＝100 kPa)。反應(yīng)a、c、e的ln Keq \\al(r,p)隨eq \f(1,T)(溫度的倒數(shù))的變化如圖所示。
①反應(yīng)a、c、e中，屬于吸熱反應(yīng)的有________(填字母)。
②反應(yīng)c的相對(duì)壓力平衡常數(shù)表達(dá)式為Keq \\al(r,p)＝________。
③在圖中A點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下、原料組成為n(CO2)∶n(CH4)＝1∶1、初始總壓為100 kPa的恒容密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)，體系達(dá)到平衡時(shí)H2的分壓為40 kPa。計(jì)算CH4的平衡轉(zhuǎn)化率，寫出計(jì)算過(guò)程：_____________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
答案 ①ac ②eq \f(p2（H2）,p（CH4）·p0)
③由題圖中A點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下反應(yīng)c的ln Keq \\al(r,p)＝0，即Keq \\al(r,p)＝eq \f(p2（H2）,p（CH4）·p0)＝1，p(CH4)＝eq \f(p2（H2）,p0)＝eq \f(（40 kPa）2,100 kPa)＝16 kPa，p初始(CH4)＝100 kPa×eq \f(1,2)＝50 kPa，CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為eq \f(50 kPa－16 kPa,50 kPa)×100%＝68%
解析 ①由題圖可知，反應(yīng)a、c的Keq \\al(r,p)隨T升高而增大，故a、c均為吸熱反應(yīng)。反應(yīng)e的Keq \\al(r,p)隨T升高而減小，故e為放熱反應(yīng)。②由于C(s)是固體，因此反應(yīng)c的相對(duì)壓力平衡常數(shù)表達(dá)式為Keq \\al(r,p)＝eq \f(\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(p（H2）,p0)))\s\up12(2),\f(p（CH4）,p0))＝eq \f(p2（H2）,p（CH4）·p0)。③由題圖可知，A點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下反應(yīng)c的lnKeq \\al(r,p)＝0，即Keq \\al(r,p)＝eq \f(p2（H2）,p（CH4）·p0)＝1，p(CH4)＝eq \f(p2（H2）,p0)＝eq \f(（40 kPa）2,100 kPa)＝16 kPa，根據(jù)反應(yīng)條件，可知二氧化碳與甲烷物質(zhì)的量之比等于壓強(qiáng)之比，則p初始(CH4)＝eq \f(1,1＋1)×100 kPa＝50 kPa，則CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為eq \f(50 kPa－16 kPa,50 kPa)×100%＝68%。
思維流程
1.根據(jù)“三段式”法計(jì)算平衡體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量或物質(zhì)的量濃度。
2.計(jì)算各氣體組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)或體積分?jǐn)?shù)。
3.根據(jù)分壓計(jì)算公式求出各氣體物質(zhì)的分壓，某氣體的分壓＝氣體總壓強(qiáng)×該氣體的體積分?jǐn)?shù)(或物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。
4.根據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算公式代入計(jì)算。例如，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，壓強(qiáng)平衡常數(shù)表達(dá)式為Kp＝eq \f(p2（NH3）,p（N2）·p3（H2）)。
[微練4] (2022·河北九師聯(lián)盟質(zhì)檢)C3H8制備C3H6(丙烯)的兩種反應(yīng)如下：
(Ⅰ)直接脫氫：C3H8(g)C3H6(g)＋H2(g) Kp(Ⅰ)
(Ⅱ)氧化脫氫：C3H8(g)＋CO2(g)C3H6(g)＋CO(g)＋H2O(g) Kp(Ⅱ)
恒壓條件下，反應(yīng)(Ⅰ)、反應(yīng)(Ⅱ)[起始eq \f(n（CO2）,n（C3H8）)＝1]分別發(fā)生反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，C3H8的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度(K)變化的曲線如圖所示。
①反應(yīng)(Ⅱ)的ΔH________0(填“>”“＝”或“＜”)。
②若恒溫時(shí)，壓強(qiáng)增大，則eq \f(Kp（Ⅱ）,Kp（Ⅰ）)的值將________(填“增大”“減小”或“不變”)。
③若初始?jí)簭?qiáng)為p，計(jì)算N點(diǎn)處，該溫度下的Kp(Ⅰ)＝________，其中Kp是以分壓(分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))表示的平衡常數(shù)。
答案 ①1> ②不變 ③eq \f(1,3)p
解析 ①由圖可知隨著溫度升高，C3H8的轉(zhuǎn)化率升高故該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，即ΔH>0；②平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變，常數(shù)不變，故eq \f(Kp（Ⅱ）,Kp（Ⅰ）)不變；③設(shè)起始加入的二氧化碳和丙烷的物質(zhì)的量為x ml，由圖可知N點(diǎn)C3H8的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，N點(diǎn)對(duì)應(yīng)反應(yīng)Ⅰ，可得平衡時(shí)C3H8、C3H6、H2的物質(zhì)的量均為0.5x ml，C3H8、C3H6、H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)均為eq \f(1,3)，則平衡常數(shù)Kp(Ⅰ)＝eq \f(p（C3H6）·p（H2）,p（C3H8）)＝eq \f(\f(1,3)p×\f(1,3)p,\f(1,3)p)＝eq \f(1,3)p。
智能點(diǎn)三 讀懂圖像——精準(zhǔn)判斷速率、平衡對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的調(diào)控作用
[示例5] (2020·天津卷)恒壓下，CO2和H2的起始物質(zhì)的量比為1∶3時(shí)，發(fā)生反應(yīng)CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＜0，該反應(yīng)在無(wú)分子篩膜時(shí)甲醇的平衡產(chǎn)率和有分子篩膜時(shí)甲醇的產(chǎn)率隨溫度的變化如圖所示，其中分子篩膜能選擇性分離出H2O。
①甲醇平衡產(chǎn)率隨溫度升高而降低的原因?yàn)開(kāi)________________________________________________________________。
②P點(diǎn)甲醇產(chǎn)率高于T點(diǎn)的原因?yàn)開(kāi)________________________________
_________________________________________________________________。
③根據(jù)上圖，在此條件下采用該分子篩膜時(shí)的最佳反應(yīng)溫度為_(kāi)_______ ℃。
思維流程
答案 ①該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)(或平衡常數(shù)減小) ②分子篩膜從反應(yīng)體系中不斷分離出H2O，有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，甲醇產(chǎn)率升高 ③210
[微練5] (2021·湖南卷)氨氣中氫含量高，是一種優(yōu)良的小分子儲(chǔ)氫載體，且安全、易儲(chǔ)運(yùn)。某興趣小組對(duì)該反應(yīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究。在一定溫度和催化劑的條件下，將0.1 ml NH3通入3 L的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)(此時(shí)容器內(nèi)總壓為200 kPa)，各物質(zhì)的分壓隨時(shí)間的變化曲線如圖所示。
①若保持容器容積不變，t1時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，用H2的濃度變化表示0～t1時(shí)間內(nèi)的反應(yīng)速率v(H2)＝________ ml·L－1·min－1(用含t1的代數(shù)式表示)；
②t2時(shí)將容器容積迅速縮小至原來(lái)的一半并保持不變，圖中能正確表示壓縮后N2分壓變化趨勢(shì)的曲線是________(用圖中a、b、c、d表示)，理由是_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
答案 ①eq \f(0.02,t1) ②b 容積迅速縮小至原來(lái)的一半時(shí)，N2分壓變?yōu)樵瓉?lái)的2倍；其他條件不變時(shí)，容器容積減小，壓強(qiáng)增大，平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)，該平衡逆向移動(dòng)，所以N2分壓先變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，后逐漸減小
[微練6] (2022·湘豫名校聯(lián)考)乙烯的產(chǎn)量是衡量一個(gè)國(guó)家石油化工發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。羥基氮化硼可高效催化乙烷氧化脫氫制乙烯。
主反應(yīng)：2C2H6(g)＋O2(g)2C2H4(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－211.6 kJ·ml－1；
副反應(yīng)：C2H4(g)===C2H2(g)＋H2(g) ΔH2＝＋174.3 kJ·ml－1。
工業(yè)上催化氧化制乙烯時(shí)，通常在乙烷和氧氣的混合氣體中摻入惰性氣體，即將一定比例的C2H6、O2和N2混合氣體以一定的流速通過(guò)兩種不同的催化劑進(jìn)行反應(yīng)，相同時(shí)間內(nèi)測(cè)得乙烯的產(chǎn)率如圖所示。
(1)a點(diǎn)________(填“是”或“不是”)對(duì)應(yīng)溫度下乙烯的平衡產(chǎn)率，并說(shuō)明理由_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(2)溫度較低時(shí)乙烯的產(chǎn)率隨溫度變化不大的主要原因是_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
答案 (1)不是 催化劑不能改變化學(xué)平衡，根據(jù)曲線Ⅱ可知，a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度下乙烯的平衡產(chǎn)率應(yīng)該更高 (2)溫度較低時(shí)，催化劑的活性低，反應(yīng)速率較慢，產(chǎn)率較低
【微題型建?！?化學(xué)平衡圖像分析
【題型建?！?br>[典例] (2021·山東卷)2－甲氧基－2－甲基丁烷(TAME)常用作汽油原添加劑。在催化劑作用下，可通過(guò)甲醇與烯烴的液相反應(yīng)制得，體系中同時(shí)存在如圖反應(yīng)：
反應(yīng)Ⅰ： ΔH1
反應(yīng)Ⅱ： ΔH2
反應(yīng)Ⅲ： ΔH3
回答下列問(wèn)題：
(1)反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ以物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)表示的平衡常數(shù)Kx與溫度T變化關(guān)系如圖所示。eq \f(ΔH1,ΔH2)的數(shù)值范圍是____________(填標(biāo)號(hào))。
A.1
(2)為研究上述反應(yīng)體系的平衡關(guān)系，向某反應(yīng)容器中加入1.0 ml TAME，控制溫度為353 K，測(cè)得TAME的平衡轉(zhuǎn)化率為α。已知反應(yīng)Ⅲ的平衡常數(shù)Kx3＝9.0，則平衡體系中B的物質(zhì)的量為_(kāi)___________ ml，反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)Kx1＝____________。同溫同壓下，再向該容器中注入惰性溶劑四氫呋喃稀釋，反應(yīng)Ⅰ的化學(xué)平衡將________(填“正向移動(dòng)”“逆向移動(dòng)”或“不移動(dòng)”)平衡時(shí)，A與CH3OH物質(zhì)的量濃度之比c(A)∶c(CH3OH)＝____________。
(3)為研究反應(yīng)體系的動(dòng)力學(xué)行為，向盛有四氫呋喃的另一容器中加入一定量A、B和CH3OH?？刂茰囟葹?53 K，A、B物質(zhì)的量濃度c隨反應(yīng)時(shí)間t的變化如圖所示。代表B的變化曲線為_(kāi)_______(填“X”或“Y”)；t＝100 s時(shí)，反應(yīng)Ⅲ的正反應(yīng)速率v正________逆反應(yīng)速率v逆(填“＞”“＜”或“＝”)。
答案 (1)D (2)0.9α
eq \f(（1－α）（1＋α）,0.1α2) 逆向移動(dòng) 1∶10
(3)X ＜
解析 (1)由平衡常數(shù)Kx與溫度T變化關(guān)系曲線可知，反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的平衡常數(shù)的自然對(duì)數(shù)隨溫度升高(要注意橫坐標(biāo)為溫度的倒數(shù))而減小，說(shuō)明3個(gè)反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，即ΔH1＜0、ΔH2＜0、ΔH3＜0，由蓋斯定律可知，Ⅰ－Ⅱ＝Ⅲ，則ΔH1－ΔH2＝ΔH3＜0，因此ΔH1＜ΔH2，由于放熱反應(yīng)的ΔH越小，其絕對(duì)值越大，則eq \f(ΔH1,ΔH2)的數(shù)值范圍是大于1，選D。
(2)向某反應(yīng)容器中加入1.0 ml TAME，控制溫度為353 K，測(cè)得TAME的平衡轉(zhuǎn)化率為α，則平衡時(shí)n(TAME)＝(1－α) ml，n(A)＋n(B)＝n(CH3OH)＝α ml。已知反應(yīng)Ⅲ的平衡常數(shù)Kx3＝9.0，則eq \f(n（B）,n（A）)＝9.0，將該式代入上式可以求出平衡體系中B的物質(zhì)的量為0.9α ml，n(A)＝0.1α ml，容器中氣體總物質(zhì)的量為TAME＋A＋B＋CH3OH＝1－α＋α＋α＝1＋α ml ，A的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)eq \f(0.1α,1＋α)，CH3OH的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)eq \f(α,1＋α)，TAME的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)eq \f(1－α,1＋α)，反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)Kx1＝eq \f(\f(1－α,1＋α),\f(0.1α,1＋α)·\f(α,1＋α))＝eq \f(（1－α）·（1＋α）,0.1α2)。同溫同壓下，再向該容器中注入惰性溶劑四氫呋喃稀釋，反應(yīng)Ⅰ的化學(xué)平衡將向著分子數(shù)增大的方向移動(dòng)，即逆向移動(dòng)。平衡時(shí)，TAME的轉(zhuǎn)化率變大，但是平衡常數(shù)不變，A與CH3OH物質(zhì)的量濃度之比不變，c(A)∶c(CH3OH)＝0.1α∶α＝1∶10。
(3)溫度為353 K，反應(yīng)Ⅲ的平衡常數(shù)Kx3＝9.0，eq \f(n（B）,n（A）)＝9.0。由A、B物質(zhì)的量濃度c隨反應(yīng)時(shí)間t的變化曲線可知，X代表的平衡濃度高于Y，則代表B的變化曲線為X；由曲線的變化趨勢(shì)可知，100 s 以后各組分的濃度仍在變化，t＝100 s時(shí)eq \f(n（B）,n（A）)＝eq \f(0.112,0.011)≈10.2＞9，因此，反應(yīng)Ⅲ正在向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故其正反應(yīng)速率v正小于逆反應(yīng)速率v逆。
解題模型
【分點(diǎn)突破】
微題型1 速率、平衡綜合題
[精練1] (2022·遼寧卷)工業(yè)合成氨是人類科學(xué)技術(shù)的一項(xiàng)重大突破，目前已有三位科學(xué)家因其獲得諾貝爾獎(jiǎng)，其反應(yīng)為：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－1 ΔS＝－200 J·K－1·ml－1
回答下列問(wèn)題：
(1)合成氨反應(yīng)在常溫下________(填“能”或“不能”)自發(fā)。
(2)________溫(填“高”或“低”，下同)有利于提高反應(yīng)速率，________溫有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率，綜合考慮催化劑(鐵觸媒)活性等因素，工業(yè)常采用400～500 ℃。
針對(duì)反應(yīng)速率與平衡產(chǎn)率的矛盾，我國(guó)科學(xué)家提出了兩種解決方案。
(3)方案二：M－LiH復(fù)合催化劑。
下列說(shuō)法正確的是________。
a.300 ℃時(shí)，復(fù)合催化劑比單一催化劑效率更高
b.同溫同壓下，復(fù)合催化劑有利于提高氨的平衡產(chǎn)率
c.溫度越高，復(fù)合催化劑活性一定越高
(4)某合成氨速率方程為：v＝kcα(N2)cβ(H2)·cγ(NH3)，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，γ＝________。
在合成氨過(guò)程中，需要不斷分離出氨的原因?yàn)開(kāi)_______。
a.有利于平衡正向移動(dòng)
b.防止催化劑中毒
c.提高正反應(yīng)速率
答案 (1)能 (2)高 低 (3)a (4) －1 a
解析 (1)對(duì)于合成氨反應(yīng)，常溫下，ΔG＝ΔH－TΔS＝－92.4 kJ·ml－1－298 K×(－0.2 kJ·K－1·ml－1)＝－32.8 kJ·ml－10，ΔH>0，由ΔG＝ΔH－TΔSp2>p1。
(3)Binist等進(jìn)行了H2S熱分解實(shí)驗(yàn)：2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)，H2S是反應(yīng)物、體積分?jǐn)?shù)不斷下降，H2(g)及S2(g)為生成物、體積分?jǐn)?shù)不斷增加，由化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為改變值之比可知，圖2中曲線c為H2。在101 kPa及不同溫度下，1 ml H2S與23.75 ml Ar混合，發(fā)生反應(yīng)2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)，設(shè)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率為α，則可建立下列三段式：
由圖知，Q點(diǎn)時(shí)1－α＝α，則α＝0.5，則平衡時(shí)混合氣體的總物質(zhì)的量為(1.25＋23.75) ml＝25 ml，H2S(g)、H2(g)和S2(g)的分壓分別為0.02p、0.02p、0.01p，則2H2S(g)===2H2(g)＋S2(g)平衡常數(shù)Kp＝eq \f(（0.02p）2×0.01p,（0.02p）2)＝0.01p＝1.01 kPa。
(4)由圖3知，電極A電子流入為正極、電極B電子流出為負(fù)極，則其中電勢(shì)較高的電極為A，電極B上發(fā)生氧化反應(yīng)，由總反應(yīng)2H2S＋O2===S2＋2H2O可知，B電極上的電極方程式2H2S－4e－===S2＋4H＋。
4.(2022·長(zhǎng)治質(zhì)監(jiān))Ⅰ.研究氮和碳的化合物對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和防治污染有重要意義，回答下列問(wèn)題：
(1)化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：
合成氨反應(yīng)eq \f(1,2)N2(g)＋eq \f(3,2)H2(g)NH3(g)的活化能Ea1＝254 kJ·ml－1，由此計(jì)算氨分解反應(yīng)NH3(g)eq \f(1,2)N2(g)＋eq \f(3,2)H2(g)的活化能Ea2＝________ kJ·ml－1。
(2)利用NH3的還原性可以消除氮氧化物的污染，其中除去NO的主要反應(yīng)如下：4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(g) ΔH”、“ 0.014 MPa－2
(5)2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O
0.1 ml
解析 (1)根據(jù)蓋斯定律，(①－②×3)可得4NH3(g)＋6NO(g)===5N2(g)＋6H2O(g) ΔH＝(3b－a) kJ/ml；(2)圖像是NH3分解率和時(shí)間的關(guān)系，先達(dá)到平衡，說(shuō)明溫度高，即T1>T2，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡，v正＝v逆，即k正·c2(NH3)＝k逆·c(N2)·c3(H2)推出eq \f(k正,k逆)＝eq \f(c（N2）·c3（H2）,c2（NH3）)＝K，達(dá)到平衡時(shí)，NH3的分解率為40%，此時(shí)消耗c(NH3)＝0.4c1 ml/L，達(dá)到平衡時(shí)，c(NH3)＝0.6c1 ml/L，c(N2)＝0.2c1 ml/L，c(H2)＝0.6c1 ml/L，K＝eq \f(c（N2）·c3（H2）,c2（NH3）)＝eq \f(0.2c1×（0.6c1）3,（0.6c1）2)＝0.12ceq \\al(2,1)，即eq \f(k正,k逆)＝0.12ceq \\al(2,1)；k正－k逆值較小，說(shuō)明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行程度增大，根據(jù)圖像，溫度升高NH3的分解率增大，即溫度越低，向逆反應(yīng)方向進(jìn)行程度越大，k正－k逆值較小為②；(3)由題中圖示信息可知，第二步中間產(chǎn)物為*N2H2，則第三步的方程式為：*N2H2＋4H＋＋4e－===2NH3，N2與*H反應(yīng)過(guò)程中N≡N鍵斷裂，需要較高的能量，所以三步中的決速步為第二步；(4)根據(jù)圖示可知：在b點(diǎn)時(shí)未達(dá)到該溫度下H2的最大轉(zhuǎn)化率，說(shuō)明反應(yīng)正向進(jìn)行，故反應(yīng)速率大小關(guān)系：v正>v逆；平均相對(duì)分子質(zhì)量為15的N2和H2的混合氣體中N2、H2的物質(zhì)的量的比是1∶1，假設(shè)混合氣體中N2、H2的物質(zhì)的量都是1 ml，混合氣體總質(zhì)量為m＝28 g＋2 g＝30 g，若a點(diǎn)混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量為18.75，則此時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量是n(總)＝
eq \f(30 g,18.75 g/ml)＝1.6 ml，反應(yīng)減少了0.4 ml，根據(jù)方程式N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)中物質(zhì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化關(guān)系可知：反應(yīng)減少0.4 ml，反應(yīng)產(chǎn)生0.4 ml NH3，反應(yīng)消耗0.2 ml N2和0.6 ml H2，平衡時(shí)n(N2)＝1 ml－0.2 ml＝0.8 ml，n(H2)＝1 ml－0.6 ml＝0.4 ml，n(NH3)＝0.4 ml，平衡時(shí)的壓強(qiáng)p＝eq \f(1.6,2)×30＝24 MPa，p(N2)＝eq \f(0.8 ml,1.6 ml)×24 MPa＝12 MPa，p(H2)＝p(NH3)＝eq \f(0.4 ml,1.6 ml)×24 MPa＝6 MPa，所以Kp＝eq \f(p2（NH3）,p（N2）×p3（H2）)＝eq \f(（6 MPa）2,（12 MPa）×（6 MPa）3)≈0.014 MPa－2；(5)電極1為負(fù)極，氨氣失去電子生成氮?dú)夂退?，電極反應(yīng)式為：2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O；標(biāo)準(zhǔn)狀況下，3.36 L O2的物質(zhì)的量是0.15 ml，若其參加反應(yīng)，電子轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量是0.15 ml×4＝0.6 ml，根據(jù)得失電子守恒，可知生成N2的物質(zhì)的量為0.1 ml。
6.(2022·重慶名校聯(lián)盟聯(lián)考)我國(guó)政府要求，要扎實(shí)做好碳達(dá)峰、碳中和各項(xiàng)工作?！疤贾泻汀笔侵钙髽I(yè)、團(tuán)體或個(gè)人測(cè)算在一定時(shí)間內(nèi)直接或間接產(chǎn)生的溫室氣體排放總量，通過(guò)植樹(shù)造林、節(jié)能減排等形式，以抵消自身產(chǎn)生的二氧化碳排放量，實(shí)現(xiàn)二氧化碳“零排放”。CO2作為未來(lái)重要的碳源，其選擇性加氫合成醇燃料是研究的熱點(diǎn)。
(1)CO2可通過(guò)捕獲技術(shù)從空氣或工業(yè)尾氣中獲取，下列物質(zhì)能作為CO2捕獲劑的________(填字母)。
A.NaOH溶液
B.(NH4)2SO4溶液
C.CH3COCH3
D.飽和Na2CO3溶液
(2)CO2在催化劑作用下可以直接轉(zhuǎn)化為乙二醇和甲醇，(g)＋CO2(g)＋3H2(g)―→HOCH2CH2OH(g)＋CH3OH(g) ΔH＝－123.6 kJ/ml，獲取乙二醇的反應(yīng)歷程可分為如下2步：
Ⅰ、和二氧化碳反應(yīng)生成(g)
Ⅱ、(g)＋3H2(g)―→HOCH2CH2OH(g)＋CH3OH(g) ΔH＝－62.3 kJ/ml
則步驟Ⅰ的熱化學(xué)方程式是_________________________________
_________________________________________________________________。
(3)2017年采用中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全球首套煤基乙醇工業(yè)化項(xiàng)目投產(chǎn)成功，某地煤制乙醇的過(guò)程表示如下。
過(guò)程a包括以下3個(gè)主要反應(yīng)：
Ⅰ.CH3COOCH3(g)＋2H2(g)C2H5OH(g)＋CH3OH(g) ΔH1
Ⅱ.CH3COOCH3(g)＋C2H5OH(g)CH3COOC2H5(g)＋CH3OH(g) ΔH2
Ⅲ.CH3COOCH3(g)＋H2(g)CH3CHO(g)＋CH3OH(g) ΔH3
相同時(shí)間內(nèi)，測(cè)得CH3COOCH3轉(zhuǎn)化率、乙醇和乙酸乙酯的選擇性(如乙醇選擇性＝eq \f(n（最終轉(zhuǎn)化為乙醇的CH3COOCH3）,n（轉(zhuǎn)化的CH3COOCH3）))如圖1和圖2所示：
①隨溫度升高，反應(yīng)Ⅰ化學(xué)平衡常數(shù)逐漸減小，可推知ΔH1________0(填“”)。
②下列說(shuō)法不合理的是________。
A.溫度可影響催化劑的選擇性，從而影響目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性
B.增大H2的濃度，可以提高CH3COOCH3的轉(zhuǎn)化率
C.225～235 ℃，反應(yīng)Ⅰ處于平衡狀態(tài)
③在205 ℃時(shí)CH3COOCH3起始物質(zhì)的量為5 ml，轉(zhuǎn)化率為30%，生成乙醇的物質(zhì)的量________ ml。
(4)CO2在自然界循環(huán)時(shí)可與CaCO3反應(yīng)，CaCO3是難溶物質(zhì)，其Ksp＝2.8×10－9。CaCl2溶液與Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀，現(xiàn)將等體積的CaCl2溶液與Na2CO3溶液混合，若Na2CO3溶液的濃度為5.6×10－5 ml/L，則生成沉淀所需CaCl2溶液的最小濃度為_(kāi)_______ ml/L。
(5)以鉛蓄電池為電源可將CO2轉(zhuǎn)化為乙烯，其原理如圖3所示，電解所用電極材料均為惰性電極。陰極上的電極反應(yīng)式為_(kāi)_______________________
_________________________________________________________________。
答案 (1)AD
(2) (g)＋CO2(g)―→(g) ΔH＝－61.3 kJ/ml
(3)①＜ ②C ③0.6 (4)2×10－4
(5)2CO2＋12H＋＋12e－===H2C===CH2＋4H2O
解析 (1)能作為CO2捕獲劑，說(shuō)明該物質(zhì)能與CO2反應(yīng)，NaOH溶液、飽和Na2CO3溶液都能與二氧化碳反應(yīng)，可以作為CO2捕獲劑；硫酸銨溶液顯酸性、CO2難溶于CH3COCH3，所以二者不能作為CO2捕獲劑，故選AD。按蓋斯定律，總反應(yīng)＝步驟Ⅰ＋步驟Ⅱ，則步驟Ⅰ的熱化學(xué)方程式是： (g)＋CO2(g)―→(g) ΔH＝－123.6 kJ/ml－(－62.3 kJ/ml)＝－61.3 kJ/ml。
(3)①溫度升高，反應(yīng)Ⅰ化學(xué)平衡常數(shù)逐漸減小，說(shuō)明平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH1＜0。②A.據(jù)圖可知溫度變化時(shí)，催化劑的選擇性受到影響，從而影響目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性，A不選；B.兩種反應(yīng)物增加一種物質(zhì)會(huì)提高另一種物質(zhì)轉(zhuǎn)化率，增大H2的濃度平衡正向移動(dòng)，可以提高CH3COOCH3的轉(zhuǎn)化率，B不選；C.反應(yīng)Ⅰ為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，CH3COOCH3的轉(zhuǎn)化率應(yīng)減小，而據(jù)圖可知225～235 ℃時(shí)，隨溫度升高CH3COOCH3的轉(zhuǎn)化率還在增大，說(shuō)明此時(shí)反應(yīng)未達(dá)到平衡，溫度升高反應(yīng)速率加快，相同時(shí)間內(nèi)CH3COOCH3的轉(zhuǎn)化率增大，C選。③在205 ℃時(shí)CH3COOCH3起始物質(zhì)的量為5 ml，轉(zhuǎn)化率為30%，則Δn(CH3COOCH3)＝5 ml×30%＝1.5 ml，據(jù)圖可知205 ℃時(shí)乙醇的選擇性為40%，所以生成的乙醇為1.5 ml×40%＝0.6 ml。(4)根據(jù)碳酸鈣沉淀的溶度積表達(dá)式Ksp＝c(Ca2＋)·c(COeq \\al(2－,3))，混合溶液中c(COeq \\al(2－,3))＝eq \f(1,2)×5.6×10－5 ml/L＝2.8×10－5 ml/L，則生成沉淀所需Ca2＋的最小濃度c(Ca2＋)＝eq \f(Ksp,c（COeq \\al(2－,3)）)＝eq \f(2.8×10－9,2.8×10－5) ml/L＝1.0×10－4 ml/L，則原溶液中Ca2＋的最小濃度c(Ca2＋)＝1×10－4 ml/L×2＝2×10－4 ml/L。(5)根據(jù)圖知，陰極上二氧化碳得電子和氫離子反應(yīng)生成乙烯和水，則陰極反應(yīng)式為2CO2＋12H＋＋12e－===H2C===CH2＋4H2O。
7.(2022·河南五市二模)Ⅰ.工業(yè)合成氨是人工固氮研究的重要領(lǐng)域，回答下列問(wèn)題：
(1)2007年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者格哈德·埃特爾，確認(rèn)了合成氨反應(yīng)機(jī)理。673 K時(shí)，各步反應(yīng)的能量變化如圖所示，其中吸附在催化劑表面上的粒子用“*”標(biāo)注。
圖中決速步驟的反應(yīng)方程式為_(kāi)___________________________________
_________________________________________________________________，
該步反應(yīng)的活化能Ea＝________ kJ·ml－1。
(2)相同質(zhì)量的同種催化劑，在載體上的分散度越高，催化作用越強(qiáng)，原因是_________________________________________________________________
_________________________________________________________________，
NH3在少量某催化劑下分解的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：
分析表中數(shù)據(jù)可知，隨著反應(yīng)進(jìn)行，c(NH3)減小，平均反應(yīng)速率________(填“增大”、“減小”或“不變”)，對(duì)該變化的合理解釋是_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(3)在一定條件下，向某反應(yīng)容器中投入5 ml N2、15 ml H2在不同溫度下反應(yīng)，平衡體系中氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)變化曲線如圖所示：
①溫度T1、T2、T3中，最大的是________，M點(diǎn)N2的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_______。
②1939年捷姆金和佩熱夫推出合成氨反應(yīng)在接近平衡時(shí)凈速率方程式為：v(NH3)＝k1p(N2)eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(p3（H2）,p2（NH3）)))eq \s\up12(α)－k2eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(p2（NH3）,p3（H2）)))eq \s\up12(（1－α）)，k1、k2分別為正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率常數(shù)；p(N2)、p(H2)、p(NH3)代表各組分的分壓(分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))；α為常數(shù)，工業(yè)上以鐵為催化劑時(shí)，α＝0.5，由M點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算eq \f(k1,k2)＝________(保留2位有效數(shù)字)。
Ⅱ.利用磷鹽分子作為質(zhì)子導(dǎo)體，可實(shí)現(xiàn)高速率電催化還原反應(yīng)合成NH3，其原理如圖所示。
(4)生成NH3的第二步反應(yīng)方程式為_(kāi)________________________________
_________________________________________________________________。
答案 (1)eq \f(1,2)Neq \\al(*,2)＋eq \f(3,2)Heq \\al(*,2)===N*＋3H* 62
(2)分散度越高，總表面積越大，吸附的反應(yīng)物越多 不變 催化劑表面已充分吸附氨氣，反應(yīng)中氨氣濃度減小但吸附量不變，平均反應(yīng)速率不變
(3)①T3 40% ②0.007 3 (MPa)－2
(4)Li3N＋3H＋===NH3↑＋3Li＋
解析 (1)整個(gè)反應(yīng)歷程中活化能最大的反應(yīng)，為慢反應(yīng)，也是決速反應(yīng)，所以上述歷程中決速步驟為：eq \f(1,2)Neq \\al(*,2)＋eq \f(3,2)Heq \\al(*,2)===N*＋3H*；該反應(yīng)的活化能為45 kJ·ml－1－(－17) kJ·ml－1＝62 kJ·ml－1；(2)相同質(zhì)量的同種催化劑，分散度越高，總表面積越大，吸附的反應(yīng)物越多，則催化效果越好；該反應(yīng)在催化劑表面發(fā)生，由表中數(shù)據(jù)可知，隨著反應(yīng)進(jìn)行，催化劑表面已充分吸附氨氣，反應(yīng)中氨氣濃度減小但吸附量不變，所以平均反應(yīng)速率不變；(3)①由上述反應(yīng)歷程可知，合成氨為放熱反應(yīng)，其他條件不變時(shí)，隨著溫度的升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則氨氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小，所以溫度最高的是T3；圖中M點(diǎn)表示氨氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，因反應(yīng)前后氣體的總質(zhì)量保持不變，所以氨氣的質(zhì)量為(5 ml×28 g/ml＋15 ml×2 g/ml)×40%＝68 g，所以得到的氨氣的物質(zhì)的量為eq \f(68 g,17 g/ml)＝4 ml，又各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化量之比等于參加反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，所以轉(zhuǎn)化的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為eq \f(4 ml,2)＝2 ml，其轉(zhuǎn)化率為eq \f(2 ml,5 ml)×100%＝40%；②結(jié)合上述公式可推出eq \f(k1,k2)＝Kp，根據(jù)圖像可看出M點(diǎn)已經(jīng)達(dá)到反應(yīng)平衡狀態(tài)，根據(jù)①計(jì)算可得出平衡時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量分別為：n(N2)＝5 ml－2 ml＝3 ml，n(H2)＝15 ml－6 ml＝9 ml，n(NH3)＝0 ml＋4 ml＝4 ml，則對(duì)應(yīng)各物質(zhì)的分壓分別為：p(N2)＝(eq \f(3 ml,3 ml＋9 ml＋4 ml))×16 MPa＝3 MPa，p(H2)＝ (eq \f(9 ml,3 ml＋9 ml＋4 ml))×16 MPa＝9 MPa，n(NH3)＝ (eq \f(4 ml,3 ml＋9 ml＋4 ml))×16 MPa＝4 MPa，所以eq \f(k1,k2)＝Kp＝
eq \f(（4 MPa）2,（3 MPa）×（9 MPa）3)≈0.007 3 (MPa)－2；(4)根據(jù)圖示可知，上述過(guò)程為電解池原理，生成氨氣的一極有電子的流入，為陰極，磷鹽分子在電解中的作用為傳導(dǎo)質(zhì)子，故生成氨氣的第二步反應(yīng)方程式為：Li3N＋3H＋===NH3↑＋3Li＋。
物質(zhì)
C2H6(g)
C2H4(g)
H2(g)
燃燒熱ΔH/ (kJ·ml－1)
－1 560
－1 411
－286
化學(xué)鍵
H—H
C===O
C≡O(shè)
H—O
C—H
E/(kJ·ml－1)
436
799
1 076
465
413
物質(zhì)
H2(g)
C(石墨，s)
C6H6(l)
燃燒熱
ΔH(kJ·ml－1)
－285.8
－393.5
－3 267.5
推導(dǎo)
一定溫度下，可逆反應(yīng)：aA(g)＋bB(g)gG(g)＋hH(g)，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，v正＝k正·ca(A)·cb(B)，v逆＝k逆·cg(G)·ch(H)，因平衡時(shí)v正＝v逆，則k正·ca(A)·cb(B)＝k逆·cg(G)·ch(H)
關(guān)系
eq \f(k正,k逆)＝eq \f(cg（G）·ch（H）,ca（A）·cb（B）)＝K
思維流程
第一問(wèn)
第二問(wèn)
敘反應(yīng)特點(diǎn)
該反應(yīng)為放熱反應(yīng)
反應(yīng)體系全為氣體
說(shuō)條件變化
升高溫度
不斷分離出H2O，生成物濃度減小
定移動(dòng)方向
平衡逆向移動(dòng)
平衡正向移動(dòng)
得影響結(jié)論
甲醇平衡產(chǎn)率降低
P點(diǎn)甲醇產(chǎn)率高于T點(diǎn)
實(shí)驗(yàn)
eq \f(c（N2）,ml·L－1)
eq \f(c（H2）,ml·L－1)
eq \f(c（NH3）,ml·L－1)
eq \f(v,ml·L－1·s－1)
1
m
n
p
q
2
2m
n
p
2q
3
m
n
0.1p
10q
4
m
2n
p
2.828q
溫度/℃
950
1 000
1 050
1 100
1 150
H2/V(%)
0.5
1.5
3.6
5.5
8.5
CS2/V(%)
0.0
0.0
0.1
0.4
1.8
時(shí)間/min
0
10
20
30
40
50
c(NO)/ml·L－1
1.0
0.58
0.40
0.40
0.48
0.48
c(N2)/ml·L－1
0
0.21
0.30
0.30
0.36
0.36
c(CO2)/ml·L－1
0
0.21
0.30
0.30
0.36
0.36
CO2
H2
CH3OH
CO
H2O(g)
總壓/kPa
起始/ml
5.0
7.0
0
0
0
p0
平衡/ml
n1
n2
p
化學(xué)鍵
H—H
C===O
H—O
C—H
C—O
E(kJ/ml)
436
745
465
413
351
實(shí)驗(yàn)組
①
②
③
反應(yīng)模式
CFBR
CFBR
CMR
eq \f(n（H2）,n（CO2）)
3
3
3
壓強(qiáng)/MPa
5
5
3
溫度/℃
250
230
260
CO2轉(zhuǎn)化率
25.6
20.0
36.1
CH3OH選擇性
61.3
70.0
100
化學(xué)鍵
N≡N
H—H
N—H
鍵能E(kJ·ml－1)
946.0
436.0
390.8
共價(jià)鍵
C—C
C—H
C===C
H—H
鍵能/(kJ·ml－1)
347.7
413.4
615
436
化學(xué)鍵
H—H
N≡N
N—H
E/(kJ·ml－1)
436
946
391
時(shí)間/min
0
10
20
30
壓強(qiáng)
6.00p0
5.60p0
5.30p0
5.15p0
時(shí)間/min
40
50
60
壓強(qiáng)
5.06p0
5.00p0
5.00p0
反應(yīng)時(shí)間/min
0
10
20
30
40
50
c(NH3)/ml·L－1
c0
0.9c0
0.8c0
0.7c0
0.6c0
0.5c0

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新高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)講義 第7章 專項(xiàng)特訓(xùn)4　化學(xué)反應(yīng)速率、平衡綜合題：

這是一份新高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)講義 第7章 專項(xiàng)特訓(xùn)4　化學(xué)反應(yīng)速率、平衡綜合題，共7頁(yè)。試卷主要包含了全面，扎實(shí)訓(xùn)練學(xué)科基本技能，培養(yǎng)學(xué)生積極的學(xué)習(xí)態(tài)度，有計(jì)劃等內(nèi)容，歡迎下載使用。

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