（通用版）2020高考化学二轮复习 题型三 化学反应原理综合题的研究大题突破教案

化学反应原理综合题的研究考向突破一化学平衡与能量变化的结合1．题型特点这类试题往往以化学反应速率，化学平衡知识为主题，借助图像、图表的手段，综合考查关联知识，关联知识主要有：(1)ΔH符号的判断、热化学方程式的书写、应用盖斯定律计算ΔH。(2)化学反应速率的计算与比较，外因对化学反应速率的影响(浓度、压强、温度、催化剂)。(3)平衡常数、转化率的计算，温度对平衡常数的影响；化学平衡状态的判断，用化学平衡的影响因素进行分析和解释。(4)在多层次曲线图中反映化学反应速率、化学平衡与温度、压强、浓度的关系。2．热化学方程式的书写及反应热计算技巧首先根据要求书写目标热化学方程式的反应物、生成物并配平，其次在反应物和生成物的后面括号内注明其状态，再次将目标热化学方程式与已有的热化学方程式比对(主要是反应物和生成物的位置、化学计量数)，最后根据盖斯定律进行适当运算得出目标热化学方程式的反应热ΔH，空一格写在热化学方程式右边即可。3．解答化学平衡移动问题的步骤(1)正确分析反应特点：包括反应物、生成物的状态、气体体积变化、反应的热效应。(2)明确外界反应条件：恒温恒容、恒温恒压、反应温度是否变化、反应物配料比是否变化。(3)结合图像或K与Q的关系、平衡移动原理等，判断平衡移动的方向或结果。(4)结合题意，运用“三段式”，分析计算、确定各物理量的变化。4．分析图表与作图时应注意的问题(1)仔细分析并准确画出曲线的最高点、最低点、拐点和平衡点。(2)找准纵坐标与横坐标的对应数据。(3)描绘曲线时注意点与点之间的连接关系。(4)分析表格数据时，找出数据大小的变化规律。1．从空气中捕获CO2直接转化为甲醇是二十多年来“甲醇经济”领域的研究热点，诺贝尔化学奖获得者乔治·安德鲁·欧拉教授首次以金属钌作催化剂实现了这种转化，其转化如图所示。(1)如图所示转化中，第4步常采取蒸馏法分离生成的甲醇和水，其依据是________________________________________________________________________________________。(2)如图所示转化中，由第1步至第4步的反应热(ΔH)依次是akJ·mol－1、bkJ·mol－1、ckJ·mol－1、dkJ·mol－1，则该转化总反应的热化学方程式是_________________________________________________________________________________________________________。(3)一定温度下，利用金属钌作催化剂，在容积为2L的密闭容器中可直接实现(2)中总反应的转化得到甲醇。测得该反应体系中X、Y浓度随时间变化如下表：反应时间/min0246810X的浓度/mol·L－11.1000.55000.30000.15000.10000.1000Y的浓度/mol·L－10.0000.55000.80000.95001.0001.000①X的电子式是______________，判断的理由是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②从反应开始到平衡，用另一反应物Z表示的平均反应速率v(Z)＝__________。③下列不可作为反应达到平衡状态的标志的是________(填字母)。A．混合气体的密度不再变化B．生成1molCO2的同时生成1molCH3OHC．混合气体的平均相对分子质量不再变化D．CH3OH的体积分数不再变化④若起始时只有反应物且反应物Z的起始浓度为3.400mol·L－1，则该条件下该反应的平衡常数K＝________________________________________________________________________。⑤下列说法正确的是________(填字母)。a．金属钌可大大提高该反应的化学反应速率和反应物的转化率b．X的平衡转化率是90.91%c．其他条件不变时，若起始投料是原来的2倍，X的平衡转化率低于90.91%d．其他条件相同而温度升高时，测得X的平衡转化率为93%，由此可知该反应为吸热反应答案(1)甲醇与水互溶且甲醇的沸点比水低30℃以上(2)CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(l)＋H2O(l)ΔH＝(a＋b＋c＋d)kJ·mol－1(3)①X随反应进行浓度减小，因此X为反应物，且其相同时间内转化量与Y相同，则其在方程式中的化学计量数应与Y相同，因此X是CO2②0.3750mol·L－1·min－1③CD④156.25⑤bd解析(1)可用蒸馏法分离的两种物质的特点应该是沸点相差大于等于30℃的互溶液体。(2)根据图示是一个闭合的“环”，说明总反应的反应热是四步反应的反应热之和，结合碳元素守恒，可以写出总反应的热化学方程式：CO2(g)＋3H2(g)H2O(l)＋CH3OH(l)ΔH＝(a＋b＋c＋d)kJ·mol－1。(3)①根据表中数据，随着反应时间延长，X的浓度下降而Y的浓度从0开始增大，说明X为反应物，Y为生成物，又因为在相同时间内X的浓度变化量与Y的相同，说明在总反应化学方程式中X和Y的化学计量数应相等，满足此条件的反应物只有CO2，所以X为CO2，电子式为②该反应只有两种反应物，所以Z为H2，v(H2)＝3v(CO2)＝3×1.100－0.1000mol·L－18min＝0.3750mol·L－1·min－1。③该反应的生成物为液态，因此混合气体的密度不再改变，可以作为反应达到平衡状态的标志；生成1molCO2为逆反应，生成1molCH3OH为正反应，生成1molCO2的同时生成1molCH3OH说明v正＝v逆，可作为反应达到平衡状态的标志；该反应的生成物均为液态，因此混合气体的平均相对分子质量不会发生变化，C项不可以作为反应达到平衡状态的标志；该反应的反应物均为气态，生成物均为液态，CH3OH的体积分数不再变化不能作为反应达到平衡状态的标志。④根据题中数据，列“三段式”：CO2(g)＋3H2(g)H2O(l)＋CH3OH(l)起始浓度/mol·L－11.1003.40000变化浓度/mol·L－11.0003.0001.0001.000平衡浓度/mol·L－10.1000.4001.0001.000则K＝cH2O·cCH3OHcCO2·c3H2＝1.000×1.0000.100×0.4003＝156.25。⑤催化剂只能提高化学反应速率，不能使平衡移动，因此不能提高反应物的转化率，所以a错误；CO2的平衡转化率为1.0001.100×100%≈90.91%，所以b正确；其他条件不变时，将起始投料增大1倍，相当于增大压强，化学平衡向气体分子数减少的方向移动，即正向移动，X的平衡转化率将增大，应高于90.91%，所以c错误；其他条件相同而升高温度，X的平衡转化率增大至93%，即升温平衡正向移动，说明正反应为吸热反应，所以d正确。2．甲烷主要存在于天然气和可燃冰中，在地球上储量巨大，充分利用甲烷对人类的未来发展具有重要意义。(1)乙炔(CH≡CH)是重要的化工原料。工业上可用甲烷裂解法制取乙炔，反应为2CH4(g)C2H2(g)＋3H2(g)。甲烷裂解时还发生副反应：2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)。甲烷裂解时，几种气体平衡时分压(Pa)的对数即lgp与温度(℃)之间的关系如图所示。①1725℃时，向恒容密闭容器中充入CH4，达到平衡时CH4生成C2H2的平衡转化率为______________。②1725℃时，若图中H2的lgp＝5,则反应2CH4(g)C2H2(g)＋3H2(g)的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度进行计算)。③根据图判断，2CH4(g)C2H2(g)＋3H2(g)的ΔH________(填“＞”或“＜”)0。由题可知，甲烷裂解制乙炔过程中有副产物乙烯生成。为提高甲烷制乙炔的产率，除改变温度外，还可采取的措施有______________。(2)工业上用甲烷和水蒸气在高温和催化剂存在的条件下制得合成气(CO、H2)，发生反应：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)ΔH＞0。图中a、b、c、d四条曲线中的两条代表压强分别为1MPa、2MPa时甲烷含量曲线，其中表示1MPa的是________(填字母)。在实际生产中采用图中M点而不是N点对应的反应条件，运用化学反应速率和平衡知识，同时考虑生产实际，说明选择该反应条件的主要原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)利用CH4、CO2在一定条件下重整的技术可得到富含CO的气体，此技术在能源和环境上具有双重重大意义。重整过程中的催化转化原理如图所示。已知：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)ΔH＝＋206.2kJ·mol－1CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g)ΔH＝＋165.0kJ·mol－1①过程Ⅱ中第二步反应的化学方程式为______________________________________________________________________________________________________________。②只有过程Ⅰ投料比n(CH4)∶n(CO2)＝__________________________________，过程Ⅱ中催化剂组成才会保持不变。③该技术总反应的热化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)①62.5%②1×1013③＞充入适量乙烯或使用选择性更高的催化剂等(2)a与2MPa时相比，1MPa条件下CH4的平衡转化率更高，对设备要求不高，有利于降低成本；虽然温度越高越有利于提高CH4的平衡转化率，但700℃时CH4的平衡转化率已经较高，再升高温度，平衡转化率变化不大；700℃时催化剂活性高，反应的速率快(3)①3Fe＋4CaCO3=====高温Fe3O4＋4CaO＋4CO↑②1∶3③CH4(g)＋3CO2(g)2H2O(g)＋4CO(g)ΔH＝＋329.8kJ·mol－1解析(1)①由图可知，1725℃达到平衡时，CH4、C2H2、C2H4的平衡分压的对数分别为2、2、1，故CH4、C2H2、C2H4的平衡分压分别为100Pa、100Pa、10Pa，在同温同体积条件下，不同气体的压强之比等于其物质的量之比，故CH4、C2H2、C2H4的物质的量之比为10∶10∶1，由C原子守恒可知，CH4生成C2H2的平衡转化率为10×210＋10×2＋1×2×100%＝62.5%。②1725℃时，若图中H2的lgp＝5，则H2的平衡分压为1×105Pa，反应2CH4(g)C2H2(g)＋3H2(g)的平衡常数Kp＝100×1×10531002＝1×1013。③根据图可知，C2H2的平衡分压随温度升高而增大，平衡正向移动，所以反应2CH4(g)C2H2(g)＋3H2(g)为吸热反应，ΔH＞0。甲烷裂解制乙炔过程中有副产物乙烯生成，为提高甲烷制乙炔的产率，可充入适量乙烯使副反应的平衡向逆反应方向移动，或使用对甲烷转化为乙炔的选择性更高的