化学反应原理综合题解题策略

化学反应原理综合题解题策略化学反应原理综合题涉及的内容主要包括化学反应过程中的焓变、化学能与电能的相互转化、电极反应式的书写、化学反应速率的定性分析与定量计算、化学平衡移动原理在生产中的应用、化学平衡常数的计算、反应条件的控制、弱酸弱碱的转化、pH计算、离子浓度大小的比较、离子的共存、难溶物之间的转化等问题。试题常以选择、填空、读图、作图、计算等形式出现。高考一般以与生产、生活联系紧密的物质为背景材料出组合题，各小题之间有一定独立性。1．化学反应速率题中应注意的问题(1)对于可逆反应，温度变化对正、逆反应速率均产生影响，且影响趋势相同，但影响值不同。升温对吸热反应影响较大，对放热反应影响较小；反之，降温对吸热反应影响较小，对放热反应影响较大。(2)计算反应速率时，要特别注意时间、体积、浓度单位的换算。2．化学反应焓变题中应注意的问题(1)正确理解ΔH正负号的意义及焓变与能量变化的关系。ΔH为负值，反应物总能量高于生成物总能量，反应放热；ΔH为正值，反应物总能量低于生成物总能量。(2)运用盖斯定律计算多步反应的ΔH时，要注意反应分子式前面的系数与ΔH的对应关系，运用数学加减法和移项原理进行加减，在总反应式中没有的物质要用消元法除去，出现的物质要按照总反应式中的分子数保留。3．化学平衡常数题中应注意的问题(1)固体物质、纯液体、水溶液中进行的反应，H2O不列入平衡常数的计算表达式中；气体反应、有机反应，H2O的浓度要列入平衡常数的计算表达式中。(2)平衡常数(K)式中的浓度是平衡状态时的物质的量浓度，而浓度商(Q)式中的浓度是任意时刻的物质的量浓度。4．原电池与电解池题中应注意的问题(1)原电池中负极发生氧化反应，常出现电极材料溶解、质量减轻等现象；正极发生还原反应，常出现质量不变或增重、有气体产生等现象。电解池中与电源负极连接的阴极材料不反应，与电源正极连接的阳极(除惰性电极外)材料发生氧化反应，可能出现电极溶解、质量减轻等现象。(2)Fe在原电池与电解池反应中发生氧化反应时失去2个电子生成Fe2＋。(3)可充电电池的放电反应是原电池反应，充电反应是电解池反应。放电过程中原池的负极发生氧化反应，充电过程中电池的阴极发生还原反应。5．电离平衡、水解平衡和溶解平衡应题中注意的问题(1)书写电离平衡、水解平衡、溶解平衡方程式时要用可逆号连接。(2)分析离子的存在形式时要考虑弱酸弱碱的电离和离子能否发生水解。(3)分析离子浓度大小时要考虑酸碱盐对水电离的影响。(4)利用溶度积常数分析沉淀是否能完成转化时，要考虑溶解平衡式中阴阳离子系数与溶度积常数关系，溶度积大的其溶解度不一定大。6．分析图表与作图时应注意的问题(1)仔细分析和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。反应速率与化学平衡有关综合题[例题1已知CO2可以生产绿色燃料甲醇：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝－187.4kJ/mol。300℃时，在一定容积的密闭容器中，c(CO2)＝1.00mol/L，c(H2)＝1.60mol/L开始反应，结果如下图所示，回答下列问题：(1)使用催化剂I时，反应在10小时内的平均反应速率：v(H2)＝______mol/(L·h)。(2)下列叙述正确的是________。A．当容器内气体的密度不再改变时，反应不一定达到平衡状态B．充入氩气增大压强有利于提高CO2的转化率C．CO2平衡转化率，在上述反应条件下，催化剂Ⅱ比催化剂Ⅰ高D．催化效率：在上述反应条件下，催化剂Ⅱ比催化剂Ⅰ高(3)根据图中数据，计算此反应在300℃时的平衡常数(写出计算过程)。(4)将上述平衡体系升温至400℃，平衡常数：K(400℃)______K(300℃)(填“”、“＝”或“”)。(5)已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)ΔH＝－242.8kJ/mol，则反应2CH3OH(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(g)ΔH＝________kJ/mol。解析：本题考查化学反应速率、化学平衡状态的建立、图像分析、化学平衡常数应用与计算等。(1)从图读数知10小时内CO2消耗量为1.00mol/L×18%＝0.18mol/L，反应速率计算式v(CO2)＝Δc(CO2)/t＝0.18mol/L÷10h＝0.018mol/(L·h)，v(H2)＝3v(CO2)＝3×0.018mol/(L·h)＝0.054mol/(L·h)。(2)A项正确，该密闭容器的容积一定，无固体和液体参加反应，无论反应达到平衡与否，其气体密度均不变化；B项错误，氩气不参加反应，容器的容积一定，充入氩气不改变反应物、生成物的浓度，对平衡不产生影响；C项错误，催化剂的使用同等程度改变正、逆反应速率，不影响平衡移动；D项正确，据图知，使用催化剂Ⅱ使反应达到平衡时间比使用催化剂Ⅰ短，故催化效率更高。答案：(1)0.054(2)AD(3)答：略。(4)(5)－353.6CO2＋3H2CH3OH＋H2O起始浓度/mol·L－11.001.6000变化浓度/mol·L－10.200.600.200.20平衡浓度/mol·L－10.801.00.200.20K＝cCH3OH×cH2OcCO2×c3H2＝0.20mol·L－1×0.20mol·L－10.80mol·L－1×0.20mol·L－13＝0.050(mol·L－1)－2【变式训练】1．尿素[CO(NH2)2]是首个由无机物人工合成的有机物。(1)工业上尿素由CO2和NH3在一定条件下合成，其反应方程式为：____________________________。(2)当氨碳比＝4时，CO2的转化率随时间的变化关系如下图所示。①A点的逆反应速率v逆(CO2)__________B点的正反应速率v正(CO2)(填“大于”、“小于”或“等于”)。②NH3的平衡转化率为__________。nNH3nCO2解析：(1)利用CO(NH2)2中C∶N＝1∶2，用观察法写出化学方程式，同时图像中t≥60min时达到平衡状态，即该反应为可逆反应。(2)①A点未达平衡，B点达到平衡，从图像得v逆(CO2)v正(CO2)。②平衡时CO2转化率为60%，令n(NH3)＝4mol，n(CO2)＝1mol，则有n消耗(CO2)＝0.6mol，n消耗(NH3)＝1.2mol，NH3的转化率＝×100%＝30%。1.2mol4mol答案：(1)2NH3＋CO2CO(NH2)2＋H2O(2)①小于②30%利用平衡原理的图表分析与作图综合题[例题2]甲烷自热重整是先进的制氢方法，包含甲烷氧化和蒸气重整。向反应系统同时通入甲烷、氧气和水蒸气，发生的主要化学反应如下：反应过程化学方程式焓变ΔH(kJ/mol)甲烷氧化CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)－802.6CH4(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2(g)－322.0蒸气重整CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)＋206.2CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g)＋165.0回答下列问题：(1)反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的ΔH＝_____kJ/mol。(2)对于气相反应，用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可表示平衡常数(记作KP)，则反应CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)的KP＝____________________；随着温度的升高，该平衡常数______(填“增大”、“减小”或“不变”)。(3)从能量的角度分析，甲烷自热重整方法的先进之处在于____________________________。(4)在某一给定进料比的情况下，温度、压强对H2和CO物质的量分数的影响如下图：①若要达到H2物质的量分数65%、CO的物质的量分数10%，以下条件中最合适的是______。A．600℃、0.9MPaC．800℃、1.5MPaB．700℃、0.9MPaD.1000℃、1.5MPa②画出600℃、0.1MPa条件下，系统中H2物质的量分数随反应时间(从常温进料开始计时)的变化趋势示意图。(5)如果进料中氧气量过大，最终导致H2物质的量分数降低，原因是______________。解析：(1)[CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g)ΔH1＝＋165.0kJ·mol－1]－[CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)ΔH2＝＋206.2kJ·mol－1]得CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)，ΔH＝－41.2kJ·mol－1。(2)反应式中水是气体，要列入计算平衡常数的表达式中，用压强代替浓度，其列式方法和用浓度列式相同。(4)①该读图题要注意比较不同要求下对应温度与质量分数关系，同时满足H2和CO的要求。根据图1，H2物质的量分数65%，在0.1MPa时温度要接近550℃，在0.9MPa时温度要接近700℃，在1.5MPa时温度要接近750℃。根据图2，CO的物质的量分数10%，在0.1MPa时温度低于650℃即可，在0.9MPa时温度低于700℃即可，在1.5MPa时温度低于725℃即可，选项B符合要求。(5)氧气量过大时，H2会部分被O2氧化。答案：(1)－41.2增大(3)系统内甲烷的氧化反应放出热量，为甲烷蒸气的吸热重整反应提供了所需的能量(4)①B②(5)甲烷氧化程度过高，氢气和氧气反应(合理即可)(2)p3H2·pCOpCH4·pH2O【变式训练】2．汽车尾气中的CO、NOx已经成为大气的主要污染物，使用稀土等催化剂能将CO、NOx、碳氢化合物转化成无毒物质，从而减少汽车尾气污染。(1)已知：N2(g)＋O2(g)===2NO(g)ΔH＝＋180.5kJ/mol；2C(s)＋O2(g)===2CO(g)C(s)＋O2(g)===CO2(g)ΔH＝－221.0kJ/mol；ΔH＝－393.5kJ/mol。①尾气转化的反应之一：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)ΔH＝_______________。－746.5kJ/mol②请在下面的坐标图中画出这个反应在反应过程中体系能量变化示意图，并进行必要的标注。(2)在容积相同的两个密闭容器内(装有等量的某种催化剂)，分别充入同量的NOx及C3H6，在不同温度下，同时发生以下反应：并分别在t秒时测定其中NOx的转化率，绘得图像如下图所示：①从图中可以得出的结论：结论一：从测定NOx转化数据中判断，相同温度下NO的转化效率比NO2的低；18NO(g)＋2C3H6(g)9N2(g)＋6CO2(g)＋6H2O(g)；18NO2(g)＋4C3H6(g)9N2(g)＋12CO2(g)＋12H2O(g)。结论二：___________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②在上述NO2和C3H6反应中，提高NO2转化率的措施有__________(填字母)。A．加入催化剂C．分离出H2O(g)B．降低温度D．增大压强BC在250℃～450℃时，NOx转化率随温度升高而增大，450℃～600℃时NOx转化率随温度升高而减小或450℃，NOx与C3H6的反应达到平衡，且正反应是放热反应化学反应焓变、电化学基础与化学平衡常数综合题[例题3]碳和碳的化合物在生产、生活中的应用非常广泛，在提倡健康生活已成潮流的今天，“低碳生活”不再只是一种理想，更是一种值得期待的新的生活方式。(1)甲烷燃烧放出大量的热，可作为能源用于人类的生产