回归教材重难点08 聚焦热、速率、平衡-【查漏补缺】2023年高考化学三轮冲刺过关（新高考专用）（原卷版）

回归教材重难点08聚焦热、速率、平衡热化学、化学反应速率和化学平衡是高考中的重点和热点问题，主要以某一可逆反应为载体，以表格和图像的形式考查反应热的计算、化学反应速率的计算，影响因素、平衡的标志和特征，平衡的移动，化学平衡常数、转化率、物质的量分数等的计算。本考点是高考五星高频考点，2020年~2022年各地新高考卷均为必考的综合题。一、化学反应与能量变化1．典型的放热反应和吸热反应（1）放热反应①金属、金属氧化物与酸或水的反应②可燃物的燃烧反应及缓慢氧化③酸和碱的中和反应④铝热反应，如2Al+Fe2O32Fe+Al2O3⑤大多数的化合反应。如2NO2N2O4（2）吸热反应①大多数的分解的反应（2H2O22H2O+O2↑除外）②铵盐和碱反应，如Ba（OH）2•8H2O+2NH4Cl＝BaCl2+2NH3•H2O+8H2O③盐的水解反应④两个特殊反应：C+CO22CO、C+H2O（g）CO+H2⑤碳酸氢钠与柠檬酸的反应2．牢记两类能量变化图像的含义（1）反应热与物质具有的能量的关系（2）反应热与正、逆反应活化能的关系如图所示，E1表示正反应的活化能，E2表示逆反应的活化能，ΔH＝E1－E2。3．熟练掌握计算反应热的八种方法（根据条件作选择）（1）根据热化学方程式计算：反应热与热化学方程式中各物质的物质的量成正比（Q＝n·ΔH）。（2）根据反应物和生成物的总能量计算：ΔH＝E生成物的总能量－E反应物的总能量。（3）根据键能计算：ΔH＝E反应物键能之和－E生成物键能之和。（4）根据燃烧热和热值计算：Q＝n（可燃物）×燃烧热。①根据燃烧热计算：Q放＝n（可燃物）×|燃烧热|②根据热值计算：Q放＝m（可燃物）×|热值|（5）计算燃烧热、热值、中和热 ①计算燃烧热：DH燃烧热＝－kJ/mol②计算热值：DH热值＝－kJ/g③计算中和热：DH中和热＝－kJ/mol（6）根据比热公式进行计算：Q＝cmΔT。①水的比热容：c＝4.18×10－3kJ/（g·℃）②m代表液体或混合液的总质量③ΔT表示反应前后温度的变化值，ΔT＝T2－T1（7）利用活化能计算：反应热＝正反应活化能－逆反应的活化能（8）根据盖斯定律计算①合理设计反应途径如：，则ΔH＝ΔH1+ΔH2②热化学方程式相加或相减三、化学反应速率及化学平衡1．化学反应速率2．化学平衡 3．平衡常数与书写方式的关系（1）正逆反应平衡常数的关系是：K正·K逆＝1（2）化学计量数变成n倍，平衡常数变为n次方倍（3）反应③＝反应①+反应②，则：△H3＝△H1+△H2，K3＝K1·K2（4）反应③＝反应①－反应②，则：△H3＝△H1－△H2，K3＝（5）反应③＝a×反应①－×反应②，则：△H3＝a△H1－△H2，K3＝4．计算平衡常数的注意事项（1）浓度平衡常数：Kc＝①平衡量必须为平衡时的浓度②等体反应：可以用平衡时的物质的量代替平衡时的浓度③恒压条件下：先计算平衡体积，再算平衡常数（2）压强平衡常数：Kp＝①平衡量为平衡时的浓度、物质的量、体积等均可②分压Pi＝P总×xi＝P总×＝（P1+P2+P3+…）×③恒容条件下：先计算平衡总压，再算平衡常数或直接根据分压计算四、外界条件对化学平衡移动的影响1．正常情况下的平衡移动（1）温度：升高温度，平衡向吸热反应方向移动（2）浓度：增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动（3）压强：增大气体反应压强，平衡向气体体积减小的方向移动（4）体积：视体积变化为压强变化①比较瞬间浓度与所给浓度的相对大小，确定平衡移动方向②利用压强对平衡移动的影响，判断系数的关系，确定物质的状态③反应：xA（g）+yB（g）zC（g）原平衡c（A）＝0.5mol·L－1体积加倍新平衡c（A）＝0.3mol·L－1平衡移动方向逆反应x、y、z的关系x+y＞z2．特殊情况下的平衡移动（1）向容器中通入无关气体①恒容容器：压强增大，浓度不变，速率不变，平衡不移动 ②恒压容器：体积增大，浓度减小，速率减慢，平衡向气体体积增大的方向移动（2）同倍数改变反应物和生成物浓度①恒温恒容：相当于改变压强②恒温恒压：瞬间各组分的浓度不变，平衡不移动（3）不同倍数改变反应物和生成物浓度①Q＜K：平衡正向移动，v正＞v逆②Q＝K：平衡不移动，v正＝v逆③Q＞K：平衡逆向移动，v正＜v逆3．水对平衡移动的影响（1）溶液反应：加水，相当于稀释，平衡向可溶性微粒系数和增大的方向移动①A（aq）+B（aq）C（aq）+D（aq）：不移动②A（aq）C（aq）+D（aq）+H2O（l）：正向移动③A（aq）+B（aq）+H2O（l）C（aq）：逆向移动（2）水蒸气或非溶液反应：当成普通的反应物或生成物即可①C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）：通入H2O（g）正向移动②2A（g）+O2（g）2C（g）+H2O（g）：通入H2O（g）逆向移动③RCOOH（l）+R′OH（l）RCOOR′（l）+H2O（l），加浓硫酸正向移动4．平衡中浓度变化对“比量”的影响（1）恒温下浓度变化对转化率的影响①恒容：同倍数增大反应物或产物浓度，相当于增大压强②恒压：同倍数增大反应物或产物浓度，平衡不移动③反应物多种，加谁谁的转化率变小，其余的变大（2）恒温下浓度变化对百分含量的影响：当投料比＝化学计量数比时，生成物含量最大5．容器类型对转化率和百分含量的影响（1）起始量完全相同，非等体反应①反应物的转化率：恒压容器＞恒容容器＞绝热容器②产物的百分含量：恒压容器＞恒容容器＞绝热容器（2）起始量完全相同，等体反应①反应物的转化率：恒压容器＝恒容容器＞绝热容器②产物的百分含量：恒压容器＝恒容容器＞绝热容器1．（2022·浙江6月选考）标准状态下，下列物质气态时的相对能量如下表：物质（g）OHHOHOOH2O2H2O2H2O能量/kJ·mol－1249218391000－136－232可根据HO（g）+HO（g）H2O2（g）计算出H2O2中氧氧单键的键能为214kJ·mol－1。下列说法不正确的是（）。A．H2的键能为436kJ·mol－1B．O2的键能大于H2O2中氧氧单键的键能的两倍C．解离氧氧单键所需能量：HOO＜H2O2D．H2O（g）+O（g）H2O2（g）△H＝－153kJ·mol－12．（湖南省长沙市2022~2023学年高三3月模拟）乙酸是常见的化工原料，在过渡金属的催化作用下有两种反应路径，种路径和能垒数据（单位：eV）如图，已知每一步生成的粒子均为吸态。下列说法正确的是（）。 A．该反应条件下，CH3COOH中O－H最容易断裂B．两条路径的决速步为④C．反应⑤的反应方程式：CH2CO*CH2*+CO*D．反应过程中粒子被吸附在金属表面，发生物理变化3．（湖南省衡阳市2022~2023学年高三3月模拟）我国科学家合成了Y、Sc（Y1/NC，Sc1/NC）单原子催化剂，用于电化学催化氢气还原氮气的反应。反应历程与相对能量模拟计算结果如图所示（*表示稀土单原子催化剂）。下列说法中错误的是（）。A．相同条件下，Sc1/NC比Y1/NC催化剂更利于吸附氮气B．实际生产中将催化剂的尺寸处理成纳米级颗粒可提高氨气的平衡转化率C．使用Sc1/NC单原子催化剂，反应的快慢由生成*NNH的速率决定D．工业合成氨与电化学催化还原氮气均涉及到共价键的断裂与形成4．（合肥市2023年4月高三教学质量检测）下图是我国科研工作者研究MgO（s）与CH4（g）作用最终生成Mg（s）与CH3OH（g）的物质相对能量－反应进程曲线。下列叙述错误的是（）。A．中间体OMgCH4（s）比MgOCH4（s）更稳定B．该反应进程中的最大能垒（活化能）为350.6kJ·mol－1C．生成HOMgCH3（s）的过程中有极性键的断裂和形成D．总反应的热化学方程式为MgO（s）+CH4（g）Mg（s）+CH3OH（g）△H1＝－146.1kJ·mol－15．（2022·辽宁省选择考）某温度下，在1L恒容密闭容器中2.0molX发生反应2X（s）Y（g）+2Z（g），有关数据如下：时间段/min产物Z的平均生成速率/mol·L－1·min－10～20.200～40.150～60.10下列说法错误的是（）。A．1min时，Z的浓度大于0.20mol·L－1B．2min时，加入0.20molZ，此时v正（Z）＜v逆（Z）C．3min时，Y的体积分数约为33.3%D．5min时，X的物质的量为1.4mol6．（2022·广东省等级考）在相同条件下研究催化剂I、Ⅱ对反应X→2Y的影响，各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图，则（）。A．无催化剂时，反应不能进行B．与催化剂Ⅰ相比，Ⅱ使反应活化能更低C．a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化D．使用催化剂Ⅰ时，0~2min内，v（X）＝1.0mol·L－1·min－17．（2022·河北省选择考）恒温恒容条件下，向密闭容器中加入一定量X，发生反应的方程式为①XY；② YZ。反应①的速率v1＝k1c（X），反应②的速率v2＝k2c（Y），式中k1、k2为速率常数。图甲为该体系中X、Y、Z浓度随时间变化的曲线，图乙为反应①和②的lnk∼曲线。下列说法错误的是（）。A．随c（X）的减小，反应①、②的速率均降低B．体系中v（X）＝v（Y）+v（Z）C．欲提高Y的产率，需提高反应温度且控制反应时间D．温度低于T1时，总反应速率由反应②决定8．（河北省保定市2022~2023学年高三3月模拟）工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯：CH3OH（g）+CO（g）HCOOCH3（g），在容积固定的密闭容器中，投入等物质的量CH3OH和CO，测得相同时间内CO的转化率随温度变化如图所示，下列说法正确的是（）。A．反应速率v（b）＞v（d）B．由图可知生产时反应温度控制在80～85℃为宜C．b条件下延长反应时间，CO的转化率保持不变D．d→e，CO的转化率随温度的升高而减小，可能是因为该反应吸热，升高温度反应逆向移动9．（2023年1月浙江省选考仿真模拟卷B）丙烯酸是非常重要的化工原料之一，可用甘油催化转化如下：甘油（C3H8O3）→丙烯醛（C3H4O）→丙烯酸（C3H4O2）。已知：反应I：C3H8O3（g）C3H4O（g）+2H2O（g）△H1＞0Ea1（活化能）反应II：2C3H4O（g）+O2（g）2C3H4O2（g）△H2＞0Ea2（活化能）甘油常压沸点为290℃，工业生产选择反应温度为300℃常压下进行。下列说法不正确的是（）。A．当H2O的体积分数保持不变，说明反应达到平衡状态B．固体催化剂一定时，增加其表面积可提高化学反应速率，增大甘油的平衡转化率C．丙烯醛有毒，为了工业生产安全可选择能大幅降低Ea2且对Ea1几乎无影响的催化剂D．若改变条件增大反应II的平衡常数，反应II一定向正反应方向移动，且平衡移动过程中逆反应速率先减小后增加10．（陕西省咸阳市2023年高考一模）草酸二甲酯［（COOCH3）2］催化加氢制乙二醇的反应体系中，发生的主要反应为反应I：（COOCH3）2（g）+2H2（g）CH3OOCCH2OH（g）+CH3OH（g）ΔH1＜0反应II：（COOCH3）2（g）+4H2（g）HOCH2CH2OH（g）+2CH3OH（g）ΔH2＜0压强一定的条件下，将（COOCH3）2、H2按一定比例、流速通过装有催化剂的反应管，测得（COOCH3）2的转化率及CH3OOCCH2OH、HOCH2CH2OH的选择性［×100%］与温度的关系如图所示。下列说法正确的是（）。A．曲线B表示HOCH2CH2OH的选择性随温度变化 B．190~198°C范围内，温度升高，（COOCH3）2的平衡转化率增大C．190~198℃范围内，温度升高，逐渐减小D．192℃时，其他条件一定，加快气体的流速可以提高（COOCH3）2转化率11．（江苏无锡2023年3月高三模拟）已知2N2O（g）2N2（g）+O2（g）的速率方程为v＝k·cn（N2O）（k为速率常数，只与温度、催化剂有关）。实验测得，N2O在催化剂X表面反应的变化数据如下：t/min010203040506070c（N2O）/mol·L－10.1000.080c10.0400.020c2c30下列说法正确的是（）。A．t＝10min时，v（N2O）＝2.0×10－3mol·L－1·min－1B．速率方程中n＝1，表格中c1＞c2＝c3C．相同条件下，增加N2O的浓度或催化剂X的表面积，都能加快反应速率D．保持其他条件不变，若起始浓度为0.020mol·L－1，当减至一半时共耗时70min12．（2022·湖南省等级考）2021年我国制氢量位居世界第一，煤的气化是一种重要的制氢途径。回答下列问题：（1）在一定温度下，向体积固定的密闭容器中加入足量的C（s）和1molH2O（g），起始压强为0.2MPa时，发生下列反应生成水煤气：Ⅰ．C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）△H1＝+131.4kJ·mol－1Ⅱ．CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H2＝－41.1kJ·mol－1①下列说法正确的是_______；A．平衡时向容器中充入惰性气体，反应Ⅰ的平衡逆向移动B．混合气体的密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡C．平衡时H2的体积分数可能大于D．将炭块粉碎，可加快反应速率②反应平衡时，H2O（g）的转化率为50%，CO的物质的量为0.1mol。此时，整个体系_______（填“吸收”或“放出”）热量_______kJ，反应Ⅰ的平衡常数Kp＝_______（以分压表示，分压＝总压×物质的量分数）。（2）一种脱除和利用水煤气中CO2方法的示意图如下：①某温度下，吸收塔中K2CO3溶液吸收一定量的CO2后，c（CO32－）∶c（HCO3－）＝1∶2，则该溶液的pH＝_____（该温度下H2CO3的Ka1＝4.6×10－7，Ka2＝5.0×10－11）；②再生塔中产生CO2的离子方程式为_____________________________；③利用电化学原理，将CO2电催化还原为C2H4，阴极反应式为______________________。12．（2022·山东省等级考）利用γ－丁内酯（BL）制备1，4－丁二醇（BD），反应过程中伴有生成四氢呋喃（THF）和1－丁醇（BuOH）的副反应，涉及反应如下：已知：①反应Ⅰ为快速平衡，可认为不受慢反应Ⅱ、Ⅲ的影响；②因反应Ⅰ在高压H2氛围下进行，故H2压强近似等于总压。回答下列问题：（1）以5.0×10－3molBL或BD为初始原料，在493K，3.0×103kPa的高压H2氛围下，分别在恒压容器中进行反应。达平衡时，以BL为原料，体系向环境放热XkJ；以BD为原料，体系从环境吸热YkJ。忽略副反应热效应，反应Ⅰ焓变△H（493K，3.0×103kPa）＝_______kJ·mol－1。（2）初始条件同上。xi表示某物种i的物质的量与除H2外其它各物种总物质的量之比，xBL和xBD随时间t变化关系如图甲所示。实验测得X＜Y，则图中表示xBL变化的曲线是_______；反应Ⅰ平衡常数Kp＝_______Kpa－2（保留两位有效数字）。以BL为原料时，t1时刻xH2O＝_______，BD产率＝_______（保留两位有效数字）。 （3）（xBD/xBL）max为达平衡时xBD与xBL的比值。（493K，2.5×103kPa）、（493K，3.5×103kPa）、（513K，2.5×103kPa）三种条件下，以5.0×10－3molBL为初始原料，在相同体积的刚性容器中发生反应，随时间t变化关系如图乙所示。因反应在高压H2氛围下进行，可忽略压强对反应速率的影响。曲线a、b、c中，（xBD/xBL）max最大的是_______（填代号）；与曲线b相比，曲线c达到＝1.0所需时间更长，原因是_______。14．（安徽省、云南省、吉林省、黑龙江省2023届高三下学期2月适应性测试）异丁烯是一种重要的化工原料，主要用于制备甲基叔丁基醚、丁基橡胶、甲基丙烯腈等。将异丁烷脱氢制备异丁烯，可提高异丁烷的附加值，具有良好的经济与社会效益。回答下列问题。（1）利用下列键能数据，计算下列异丁烷直接脱氢生成异丁烯反应：（CH3）2CHCH3（g）（CH3）2C＝CH2（g）+H2（g）的△H＝_______kJ·mol－1。化学键C－CC＝CC－HH－HO－HO＝O键能/（kJ·mol－1）347.7615413.4436462.8497.3（2）在压强100kPa下，异丁烷的平衡转化率随温度的变化结果如下图所示。该反应的平衡常数Kp随温度升高而_______（填“增大”“减小”或“不变”）。计算820K时的平衡常数，Kp＝_______kPa（结果保留一位小数）。（3）在温度853K、压强100kPa下，初始反应气体组成或与平衡时异丁烷摩尔分数x的关系如下图所示。其中x~为曲线_______，判断依据是_______。（4）有人提出加入适量空气，采用异丁烷氧化脱氢的方法制备异丁烯，写出该反应的热化学方程式_________________________________________________。并比较异丁烷直接脱氢制备异丁烯，从产率角度分析该方法的优缺点__________________。15．（广西防城港市2023年高考一模）我国对世界郑重承诺：2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，其中的关键技术是运用催化转化法实现二氧化碳的碳捕集和碳利用。请回答下列问题：Ⅰ、一定温度下，CO2和H2在催化剂作用下可发生a、b两个平行反应，分别生成CH3OH和CO。a：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1＝－49.5kJ/mol b：CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）ΔH2＝+41.2kJ/mol（1）相同温度下，反应CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）的ΔH2＝__________kJ/mol（2）在传统的催化固定反应床（CFBR）中，CO2的转化率和甲醇的选择性通常都比较低。后来，科学团队研制了一种具有反应和分离双功能的分子筛膜催化反应器（CMR），极大地改善了该问题，其原理如图1所示：保持压强为3MPa，温度为260℃，向密闭容器中按投料比，＝3投入一定量CO2和H2，不同反应模式下CO2的平衡化率和CH3OH的选择性的相关实验数据如下表所示。实验组反应模式温度/℃CO2的平衡转化率CH3OH的选择性①CFBR326021.967.3②CMR326036.1100.0已知：CH3OH的选择性是指转化的CO2中生成CH3OH的百分比。①在CMR模式下，按上述条件发生反应。下列说法能证明反应a达到平衡状态的是___________（填字母）。A．气体压强不再变化B．气体的平均相对分子质量不再变化C．不再变化D．CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量之比为1∶3∶1∶1②由表中数据可知，在CMR模式下，CO2的转化率明显提高，结合具体反应分析可能的原因是___________。（3）反应b在进气比不同时，测得CO2的平衡转化率如图2所示（各点对应的反应温度可能相同，也可能不同，其他反应条件均相同）。①D和F两点对应的温度关系：T（D）_____T（F）（填“＞”、“＝”或“＜”），其原因是_____________________________________________________。②恒温条件下，在达到平衡状态为G点的反应过程中，当CO2的转化率刚好达到20%时，v正______v逆（填“＞”、“＝”或“＜”）。Ⅱ、用图3所示装置电解二氧化碳也可制取甲醇，控制在一定温度范围内，持续通入二氧化碳，电解过程中HCO3－的物质的量基本不变。 （4）阴极的电极反应式为_________________________________________。16．（四川省遂宁市2023年高三2月模拟）CH4超干重整CO2技术可得到富含CO的化工原料。回答下列问题：（1）CH4超干重整CO2的催化转化如图所示：①已知相关反应的能量变化如图所示：过程Ⅰ的热化学方程式为______________________________________。②关于上述过程Ⅱ的说法不正确的是________（填序号）。a．实现了含碳物质与含氢物质的分离b．可表示为CO2+H2＝H2O（g）+COc．CO未参与反应d．Fe3O4、CaO为催化剂，降低了反应的ΔH③其他条件不变，在不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下，反应CH4（g）+CO2（g）2CO（g）+2H2（g）进行相同时间后，CH4的转化率随反应温度的变化如图所示。a点所代表的状态________（填“是”或“不是”）平衡状态；b点CH4的转化率高于c点，原因是________。（2）在一刚性密闭容器中，CH4和CO2的分压分别为20kPa、25kPa，加入Ni／α－Al2O3催化剂并加热至1123K使其发生反应CH4（g）+CO2（g）2CO（g）+2H2（g）。①研究表明CO的生成速率υ（CO）＝1.3×10－2·p（CH4）·p（CO2）mol·g－1·s－1，某时刻测得p（CO）＝20kPa，则p（CO2）＝________kPa，υ（CO）＝________mol·g－1·s－1。②达到平衡后测得体系压强是起始时的1.8倍，则该反应的平衡常数的计算式为Kp＝________（kPa）2。（用各物质的分压代替物质的量浓度计算）（3）CH4超干重整CO2得到的CO经偶联反应可制得草酸（H2C2O4）。常温下，向某浓度的草酸溶液中加入一定浓度的NaOH溶液，所得溶液中c（H2C2O4）＝c（C2O42－），则此时溶液的pH＝________。（已知常温下H2C2O4的Ka1＝6×10－2，Ka2＝6×10－5，lg6＝0.8）17．（2022~2023学年甘肃省兰州市高三3月模拟）硫化氢广泛存在于燃气及废水中，热分解或氧化硫化氢有利于环境保护并回收硫资源。回答下列问题：（1）1gH2S气体完全燃烧，生成液态水和SO2气体，放出17.24kJ的热量，写出表示H2S（g）的燃烧热的热化学方程式：_____________________________________。（2）利用H2S的热分解反应可生产H2：2H2S（g）S2（g）+2H2（g）。现将0.20molH2S（g）通入到某恒压（压强p＝aMPa）密闭容器中，在不同温度下测得H2S的平衡转化率如图1所示。 已知：对于气相反应，用某组分（B）的平衡分压（PB）代替物质的量浓度（cB）也可表示平衡常数（Kp）。（P总＝PB×B的物质的量分数，P总为平衡时气体总压强）。温度升高时，混合气体的平均摩尔质量_______（填“增大”“减小”或“不变”）。温度为T4℃时，该反应的平衡常数Kp＝____________MPa（用含a的代数式表示）。（3）用氯气除去废水中H2S的反应为Cl2（aq）+H2S（aq）S（s）+HCl（aq），该反应的可能机理如下：A．Cl2→2Cl·慢Cl·+H2S→HCl+HS·快Cl·+HS·→HCl+S快B．Cl2→2Cl·快Cl·+H2S→HCl+HS·慢Cl·+HS·→HCl+S快C．Cl2+H2S→Cl·+HS·+HCl慢Cl·+HS·→HCl+S快D．Cl2+H2S→Cl·+HS·+HCl快Cl·+HS·→HCl+S慢①机理a的中间体为_______。②已知v正＝k·c（Cl2）·c（H2S），v正为正反应速率，k为速率常数，上述机理中与该速率方程一致的是_______（填字母）。（4）科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构如图2所示。①a极的电极反应式为______________________。②电池工作时，H+经质子膜进入_______区（填“a极”或“b极”）。