资源简介

(共17张PPT)
专题4　化学反应的热效应、速率与平衡
选择题型2　催化机理循环图
高考重点：试题以常见物质转化为背景，考查学生对催化剂、能量变化、化学键类 型、化合价等的认识，涉及催化剂、反应物及生成物的识别，反应方程式的书写、元 素化合价等必备知识。此类试题以反应过程中的物质变化为载体，考查学生的信息获 取与加工、逻辑推理与论证能力。
■真题调研
1. （2024·北京卷）可采用Deacon催化氧化法将工业副产物HCl制成Cl2，实现氯资源 的再利用。反应的热化学方程式：4HCl（g）＋O2（g） 2Cl2（g）＋2H2O（g）　 ΔH＝－114.4 kJ·mol－1。如图所示为该法的一种催化机理。
B
A. Y为反应物HCl，W为生成物H2O
B. 反应制得1 mol Cl2，须投入2 mol CuO
C. 升高反应温度，HCl被O2氧化制Cl2的反应平衡常数减小
D. 图中转化涉及的反应中有两个属于氧化还原反应
解析：由该反应的热化学方程式可知，该反应涉及的主要物质有HCl、O2、CuO、 Cl2、H2O；CuO与Y反应生成Cu（OH）Cl，则Y为HCl；Cu（OH）Cl分解生成W 和Cu2OCl2，则W为H2O；CuCl2分解为X和CuCl，则X为Cl2；CuCl和Z反应生成 Cu2OCl2，则Z为O2；综上所述，X、Y、Z、W依次是Cl2、HCl、O2、H2O。由分析 可知，Y为反应物HCl，W为生成物H2O，A正确；CuO在反应中作催化剂，会不断 循环，适量即可，B错误；总反应为放热反应，其他条件一定，升温平衡逆向移动， 平衡常数减小，C正确；题图中涉及的两个氧化还原反应是CuCl2→CuCl和 CuCl→Cu2OCl2，D正确。
2. （2025·河南卷）在MoS2负载的Rh－Fe催化剂作用下，CH4可在室温下高效转化为 CH3COOH，其可能的反应机理如图所示。
A. 该反应的原子利用率为100％
B. 每消耗1 mol O2可生成1 mol CH3COOH
C. 反应过程中，Rh和Fe的化合价均发生变化
D. 若以CD4为原料，用H2O吸收产物可得到CD3COOH
B
A. 过程Ⅱ和过程Ⅲ都有极性共价键形成
D. 常温常压、无催化剂条件下，CO2与NH3·H2O反应可生产CO （NH2）2
A
■重点理解
1. 催化剂与中间产物
催化剂：在连续反应中从一开始就参与了反应，在最后又再次生成，所以仅从结果上 来看似乎并没有发生变化，实则是消耗多少后续又生成了多少。
中间产物：在连续反应中为某一步的产物，在后续反应中又作为反应物被消耗，所以 仅从结果上来看似乎并没有生成，实则是生成多少后续又消耗多少。
在含少量I－的溶液中，H2O2分解的机理：
在该反应中I－为催化剂，IO－为中间产物。
2. 通过反应机理图确定反应物、催化剂和中间产物
在反应机理图中，先找到确定的反应物，反应物一般是通过一个箭头进入整个历程的 物质（产物一般多是通过一个箭头最终脱离这个历程的物质），与之同时反应的就是 催化剂，并且经过一个完整循环之后又会生成；中间产物则是这个循环中的任何一个 环节。
如图所示：
3. 化学反应机理循环图分析技巧
■题组演练
A. 灼热CuO粉末投入过量X，黑色粉末变红
B. 中间体W中所有碳原子可能共面
C. 化合物X不能使酸性KMnO4溶液褪色
D. 中间体Z转化为中间体W能自发进行，说明W比Z更稳定
C
解析：X中与羟基相连的碳上有2个H原子，可被CuO氧化生成醛，CuO被还原为 Cu，则黑色粉末变红，A正确；中间体W中碳正离子为sp2杂化，其他3个碳原子为 sp3杂化，可通过单键（C—C）旋转使所有碳原子共面，B正确；X中与羟基相连的 碳上有2个H原子，则能使酸性KMnO4溶液褪色，发生氧化反应，C错误；中间体Z 转化为中间体W能自发进行，可知W的能量更低，则W比Z更稳定，D正确。
A. 加入“—O—Ga—O—Zn—”催化剂，降低了CO2合成甲醇的｜ΔH｜，速率加快
B. 历程中涉及极性键和非极性键的断裂与形成
C. 理论上，每产生1 mol乙烯，需消耗2 mol氢气
D. CH3OH中C、O的杂化类型不同
B
A. 图甲的转化过程中元素化合价均未发生变化
B. 化合物1到化合物2的过程中存在碳氧键的断裂和碳氢键的形成
C. 化合物2的总键能大于化合物3的总键能
D. 图乙表示的反应历程包括三步基元反应，第一步为决速步
B
解析：由图甲可知，化合物4转化为化合物1时，氢气生成水，被氧化，因此铁元素 化合价降低被还原，化合物1转化为化合物2时，二氧化碳生成甲酸根离子，碳元素 化合价降低，因此铁元素化合价升高，A错误；由图甲可知，化合物1到化合物2的过 程中二氧化碳中的碳氧键断裂，生成碳氢键，B正确；由图乙可知，化合物2与水反 应生成化合物3和HCOO－过程是放热反应，则化合物2的总键能小于化合物3的总键 能，C错误；图乙中存在3个过渡态，则包括三步基元反应，其中峰值越大则活化能 越大，活化能越大反应越慢，决定总反应速率的是慢反应，第二步反应的活化能最 大，故第二步为决速步，D错误。(共23张PPT)
专题4　化学反应的热效应、速率与平衡
选择题型3　化学反应速率与化学平衡
高考重点：以陌生的可逆反应为素材，考查化学反应速率、化学平衡的基础知识，难 度较大，主要涉及化学反应速率、速率常数的计算、外界条件对化学反应速率、化学 平衡移动的影响等必备知识。此类试题常以图像或表格的形式给出不同物质的浓度与 时间、温度与速率常数的关系，要求根据图像、图表进行分析判断，主要考查学生信 息获取与加工、逻辑推理和论证的能力。
■真题调研
A. a线所示物种为固相产物
B. T1温度时，向容器中通入N2，气相产物分压仍为p1
C. p3小于T3温度时热解反应的平衡常数Kp
D. T1温度时，向容器中加入b线所示物种，重新达平衡时逆反应速率增大
D
A. 减小体系压强
B. 升高温度
C. 增大H2浓度
D. 恒容下充入惰性气体
C
解析：该反应为气体分子数减小的反应，减小体系压强，平衡向气体分子数增大的 方向移动，即平衡向逆反应方向移动，A错误；该反应为放热反应，升高温度，平衡 向吸热反应方向移动，即平衡向逆反应方向移动，B错误；增大H2浓度，反应物浓度 增大，平衡向正反应方向移动，C正确；恒容下充入惰性气体，各物质浓度不变，平 衡不移动，D错误。
3. （2025·江苏卷）甘油（C3H8O3）水蒸气重整获得H2过程中的主要反应：
1.0×105 Pa条件下，1 mol C3H8O3和9 mol H2O发生上述反应达平衡状态时，体系中 CO、H2、CO2和CH4的物质的量随温度变化的理论计算结果如图所示。
A
A. 550 ℃时，H2O的平衡转化率为20％
B. 550 ℃反应达平衡状态时，n（CO2）∶n（CO）＝11∶25
C. 其他条件不变，在400～550 ℃范围，平衡时H2O的物质的量随温度升高而增大
D. 其他条件不变，加压有利于增大平衡时H2的物质的量
（1）速率—时间图像
t1时增大反应物的浓度，正反应速率瞬间增大，然后逐渐减小，而逆反应速率逐渐增 大；t2时升高温度，对任何反应，正反应和逆反应速率均增大，吸热方向的正反应速 率增大较快；t3时减小压强，正反应速率和逆反应速率均减小，气体分子数减小方向 的正反应速率减小较快；t4时使用催化剂，对v正、v逆影响相同，正反应速率和逆反 应速率均瞬间增大。
（2）转化率（或含量）—时间图像
甲表示压强对反应物转化率的影响，对于气体反应物化学计量数之和大于气体生成物 化学计量数之和的反应，压强越大，反应物的转化率越大；乙表示温度对反应物转化 率的影响，对于吸热反应，温度越高，反应物的转化率越大；丙表示催化剂对反应物 转化率的影响，催化剂只能改变化学反应速率，不能改变平衡时反应物的转化率。
（3）恒压（温）线
分析时可沿横轴作一条平行于纵轴的虚线，即为等压线或等温线，然后分析另一条件 变化对该反应的影响。
2. 化学平衡的条件、趋势图像
（1）控制最佳反应条件
①投料比：理论上按化学方程式计量数之比投料，反应物的转化率最大。
增大一种反应物的浓度可以提高另一种反应物的转化率，但本身转化率降低。
②温度：讨论温度对速率、转化率、催化剂活性的影响，特别是催化剂的活性。
③压强：讨论压强对速率、转化率、设备的要求。
④催化剂：注意催化剂的选择性、高效性及催化活性受温度等影响。
总之，利用图像找出最佳投料比、温度、压强、催化剂。
（2）解答图像曲线中变化趋势
如以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不 同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示。
250～300 ℃时温度升高，乙酸的生成速率降低，原因是催化剂的催化效果降低。在 250 ℃以前，温度升高，乙酸的生成速率增大，原因是催化剂的催化效果不断升高。
3. 解题流程
4. 化学平衡与平衡转化率
（1）转化率和平衡转化率
转化率有未达到平衡的转化率和已达到平衡的平衡转化率。
（2）转化率与温度的关系
可逆反应的焓变ΔH 升高温度
吸热反应，ΔH＞0 未达到平衡的转化率增大
已达到平衡的平衡转化率增大
放热反应，ΔH＜0 未达到平衡的转化率增大
已达到平衡的平衡转化率减小
（3）增大反应物的浓度与平衡转化率的关系（其中A、B、C均为气体）
可逆
反应 改变
条件 平衡移动
方向 反应物转化率 备注
增大A
的浓度 正向移动 α（A）减小
α（B）增大 —
增大A
的浓度 正向移动 α（A）减小 反应物转化率实际 是考虑压强的影响
增大A
的浓度 正向移动 α（A）不变
增大A
的浓度 正向移动 α（A）增大
（4）如果两气体物质的投料比按照化学计量数投料，那么无论是否达到化学平衡， 两者的转化率一直相等。
■题组演练
A. 反应的ΔH＜0
B. 曲线a中NO转化率随温度升高而增大，是由于反应速率变 快
C. 曲线b中从M点到N点，NO转化率随温度升高而减小是由 于催化剂活性减弱
D. 催化剂存在时，其他条件不变，增大气体中c（O2），NO 转化率随温度的变化为曲线c
D
解析：相同条件下，NO的平衡转化率（虚线）随温度升高而减小，即温度升高，平 衡逆向移动，ΔH＜0，A正确；曲线a表示无催化剂，反应未达平衡，温度升高，反 应速率加快，NO转化率增大，B正确；观察图像，可判断曲线b表示有催化剂，N点 之前还未达到平衡，NO转化率随温度升高先增大后减小，说明催化剂活性随温度升 高先增大后减小，所以从M点到N点，NO转化率随温度升高而减小，是由于催化剂 活性减弱，C正确；催化剂存在时，其他条件不变，增大气体中c（O2），平衡正向 移动，故NO的平衡转化率会超过虚线，D错误。
A. 该反应可低温自发进行
B. b点时反应达到了平衡状态
C. 二氧化碳转化率：c＞b＞a
D. 及时移除H2O（g），可以提高甲醇的平衡产率
C
解析：随着温度的升高，甲醇的体积分数先升高后降低，说明在T0之前，随着温度 的升高，反应速率加快，经过相同时间，生成的甲醇增多，甲醇的体积分数增大， T0之后，温度升高，甲醇的体积分数降低，说明b点时反应达到平衡状态，此后，随 温度升高，平衡逆向移动，则该反应ΔH＜0，该反应是气体分子数减少的反应，ΔS ＜0，当ΔG＝ΔH－TΔS＜0时，反应能够自发进行，故该反应可在低温条件下自发 进行，A、B正确；a、c两点甲醇的体积分数相等，说明二氧化碳的转化率相同，b 点CO2的转化率最大，即b＞a＝c，C错误；及时移除H2O（g），使平衡正向移 动，可以提高甲醇的平衡产率，D正确。
容器 温度/℃ 起始时物质的量/mol t min时物质的量/mol
H2（g） I2（g） HI（g）
甲 T1 1 1 0.8
乙 T2 1 1 0.6
丙 T1 2 2 a
B
A. a＝1.6
B. 若T2＞T1，则乙中t min时消耗H2的速率可能等于生成H2的速率
C. 当容器内压强不变时，反应达到化学平衡状态
D. 当丙中反应达到化学平衡时，I2的转化率大于50％(共18张PPT)
专题4　化学反应的热效应、速率与平衡
选择题型1　化学反应的能量、能垒变化图像分析
高考重点：催化剂可以改变的两个方面：一是改变反应历程，二是降低反应的活化 能；催化剂不能改变的两个方面：一是反应焓变，二是平衡转化率。试题以催化剂在 反应中的表现为素材，考查学生对催化剂、能量变化等的认识，涉及反应热、催化剂 对化学反应速率和平衡的影响等必备知识。此类试题以反应历程中的能量变化图为载 体，考查学生的信息获取与加工、逻辑推理和论证能力。
■真题调研
B
D
A. 反应ⅰ是吸热过程
B. 反应ⅱ中H2O（g）脱去步骤的活化能为2.69 eV
C. 反应ⅲ包含2个基元反应
D. 总反应的速控步包含在反应ⅱ中
解析：观察历程图可知，反应ⅰ中Ga2O3（s）＋NH3（g）的相对能量为0，经TS1、 TS2、TS3完成反应，生成Ga2O2NH（s）和H2O（g），此时的相对能量为0.05 eV， 因此体系能量在反应中增加，则该反应为吸热过程，A正确；反应ⅱ中因H2O（g）脱 去步骤需要经过TS5，则活化能为0.70 eV与TS5的相对能量差，即3.39 eV－0.70 eV ＝2.69 eV，B正确；反应ⅲ从Ga2ON2H2（s）生成2GaN（s）＋H2O（g）经历过渡 态TS6、TS7，说明该反应分两步进行，包含2个基元反应，C正确；整个反应历程 中，活化能最高的步骤是反应ⅲ中的TS7对应的反应步骤（活化能为6.37 eV－3.30 eV＝3.07 eV），所以总反应的速控步包含在反应ⅲ中，D错误。
C
A. 总反应是放热反应
B. 两种不同催化剂作用下总反应的化学平衡常数不同
C. 和催化剂b相比，丙烷被催化剂a吸附得到的吸附态更稳定
2. 过渡态
（1）E1、E2分别为第一步、第二步反应的活化能。
（2）活化能与反应速率的关系：基元反应的活化能越大，反应速率越慢；一个反应的快慢取决于反应速率最慢（活化能最大）的基元反应。
（3）物质能量越低，物质越稳定。
（4）ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量＝正反应的活化能－逆反应的活化能＝反应物的总键能－生成物的总键能。
（5）催化剂的作用
催化剂参与反应，降低反应的活化能，加快反应速率，但不影响ΔH、化学平衡及平衡转化率。
3. 能垒图
（1）图中“爬坡”与“下坡”各对应一个基元反应。
（2）最大能垒：“爬坡”即能垒（活化能），最大能垒步骤属于“慢反应”，决定 整个反应的速率。相反，能垒越小，反应速率越快。
4. 反应历程能垒图分析技巧
■题组演练
1. （2025·安徽一模）在Ni作用下，可将C2H6（g）转化为CH4（g），转化历程如下 （NiCH2为固体）所示：
B
A. 转化中有极性键的断裂和形成
B. 转化过程中Ni的成键数目未变化
D. 转化过程中的一段时间内，可存在中间体2的浓度大于另外两种中间体的浓度
2. （2025·湖北三模）东南大学化学化工学院张袁健教授探究Fe—N—C和Co—N—C 分别催化H2O2分解的反应机理，部分反应历程如图所示（MS表示吸附在催化剂表面 物种；TS表示过渡态）：
A. 催化效果：催化剂Co—N—C高于催化剂Fe—N—C
C. 催化剂Fe—N—C比催化剂Co—N—C的产物更容易脱附
D. Co—N—C和Fe—N—C催化H2O2分解均为吸热反应
B
A. 反应速率：步骤Ⅰ＜步骤Ⅱ
B. 步骤Ⅰ和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是Ⅰ
C. 若MO＋与CH2D2反应，生成的氘代甲醇有3种
C

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