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大题突破二　化学反应原理综合题
真｜题｜研｜析
　（2024·甘肃高考17题）SiHCl3是制备半导体材料硅的重要原料，可由不
同途径制备。
（1）由SiCl4制备SiHCl3：SiCl4（g）＋H2（g） SiHCl3（g）＋HCl
（g）　ΔH1＝＋74.22 kJ·mol－1　（298 K）
已知SiHCl3（g）＋H2（g） Si（s）＋3HCl（g）　ΔH2＝＋
219.29 kJ·mol－1　（298 K）
298 K时，由SiCl4（g）＋2H2（g） Si（s）＋4HCl（g）制备56
g硅 （填“吸”或“放”）热 kJ。升高温度有利于
制备硅的原因是 。
吸
587.02
该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动
解析：根据盖斯定律，由第一个反应＋第二个反应，可得热化学方程式SiCl4（g）＋2H2（g） Si（s）＋4HCl（g）ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝＋74.22 kJ·mol－1＋（＋219.29 kJ·mol－1）＝＋293.51 kJ·mol－1，则制备56 g Si（2 mol）需要吸收的热量为293.51 kJ·mol－1×2 mol＝587.02 kJ；该反应为吸热反应，则升高温度，反应正向进行，有利于制备硅。
（2）在催化剂作用下由粗硅制备SiHCl3：3SiCl4（g）＋2H2（g）＋Si
（s） 4SiHCl3（g）。773 K，2 L密闭容器中，经不同方式处理
的粗硅和催化剂混合物与0.4 mol H2和0.1 mol SiCl4气体反应，SiCl4
转化率随时间的变化如图所示：
①0～50 min，经方式 处理后的反应速率最快；在此期间，经方式丙处理后的平均反应速率v（SiHCl3）＝ mol·L－1·min－1。
甲
5.6×10－5
②当反应达平衡时，H2的浓度为 mol·L－1，平衡常数K的
计算式为 。
③增大容器体积，反应平衡向 移动。
0.1951
　
逆反应方向
解析：①由SiCl4转化率图像可知，0～50 min内经方式甲处理后的反应速率最快；经方式丙处理后，50 min时SiCl4的转化率为4.2％，故参与反应的SiCl4的物质的量为0.1 mol×4.2％＝0.004 2 mol，根据粗硅制备SiHCl3的化学方程式可得反应生成的SiHCl3的物质的量为0.004 2 mol× ＝0.005 6 mol，则0～50 min的平均反应速率v（SiHCl3）＝ ＝5.6×10－5 mol·L－1·min－1。 ②由题图可知，反应达到平衡时，SiCl4的转化率为14.6％，即参与反应的SiCl4的浓度为 ×14.6％＝0.007 3 mol·L－1，结合起始c（SiCl4）＝0.05 mol·L－1，c（H2）＝0.2 mol·L－1，则可列三段式：
3SiCl4（g）＋2H2（g）＋Si（s） 4SiHCl3（g）
起始浓度/
（mol·L－1）0.05 0.2 0
转化浓度/
（mol·L－1）0.007 3 0.004 9 0.009 7
平衡浓度/
（mol·L－1）0.042 7 0.195 1 0.009 7
当反应达平衡时，H2的浓度为0.195 1 mol·L－1，平衡常数K的计算式
为 。③增大容器体积，即减小体系压强，平衡向气体体
积增大的方向移动，故该反应平衡向逆反应方向移动。
原理综合题解题流程
能｜力｜进｜阶
1. （2024·辽宁重点高中协作校二模）二氧化碳甲烷化是有效利用二氧化
碳资源的途径之一。
Ⅰ.将CO2和H2在催化剂作用下，可实现二氧化碳甲烷化：
①CO2（g）＋4H2（g） CH4（g）＋2H2O（g） ΔH1＝－164.9 kJ·mol－1
②CO2（g）＋H2（g） CO（g）＋H2O（g） ΔH2＝＋41.2 kJ·mol－1
③CO（g）＋3H2（g） CH4（g）＋H2O（g） ΔH3
（1）经计算，ΔH3＝ kJ·mol－1。
解析：根据盖斯定律：反应①－反应②得反应③，则ΔH3＝
ΔH1－ΔH2＝－206.1 kJ·mol－1。
－206.1
（2）一定温度条件下，利用不同催化剂，在相同反应时间内，测得产物
的生成速率与催化剂的关系如图，则有利于制甲烷的催化剂
是 。
Cat4
解析：根据图示可知，催化剂为Cat4时甲烷生成速率最大且CO生成速率最小，有利于制甲烷。
（3）不同条件下，按照n（CO2）∶n（H2）＝1∶4投料同时发生上述反
应，CO2的平衡转化率如图所示。
①压强p1、p2、p3由大到小的顺序是 。压强为p2时，
温度高于700 ℃之后，温度升高转化率增大的原因是


。
p3＞p2＞p1
反应①为放热
反应，随温度升高平衡逆向移动，二氧化碳转化率降低，反应②为
吸热反应，随温度升高平衡正向移动，二氧化碳转化率升高，温度
高于700 ℃之后，二氧化碳转化率取决于反应②
②在某温度下，向恒容密闭容器中充入1 mol CO2和4 mol H2，初始压
强为5p0 kPa，上述反应达平衡时，p（CO）＝a kPa，p（CO2）＝b
kPa，则CH4的选择性＝ ［CH4的选择性＝
×100％，用含p0、a、b的代数式表示，下同］，该温
度下反应②的化学平衡常数Kp＝ 。
×100％

解析：①相同温度下，增大压强，反应①平衡正向移动，二氧化碳转化率增大，结合图示可知，压强：p3＞p2＞p1；温度高于700 ℃之后，温度升高转化率增大的原因：反应①为放热反应，随温度升高平衡逆向移动，二氧化碳转化率降低，反应②为吸热反应，随温度升高平衡正向移动，二氧化碳转化率升高，温度高于700 ℃之后，二氧化碳转化率取决于反应②；
②初始充入1 mol CO2和4 mol H2，初始总压为5p0 kPa，即CO2初始分压p0
kPa，H2初始分压4p0 kPa，反应达平衡时，p（CO）＝a kPa，p（CO2）
＝b kPa，其转化量为（p0－b）kPa，根据碳原子守恒，p（CH4）＝（p0
－b－a）kPa，则CH4的选择性： ×100％；根据氧原子守
恒，平衡时p（H2O）＝（2p0－2b－a）kPa，根据氢原子守恒，平衡时p
（H2）＝[4p0－（2p0－2b－a）－2（p0－b－a）]kPa＝（3a＋4b）
kPa，则该温度下反应②的化学平衡常数Kp＝ 。
2. （2023·兰州高三诊断）二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应如下：
反应Ⅰ：CO2（g）＋4H2（g） CH4（g）＋2H2O（g）　ΔH1
反应Ⅱ：CO2（g）＋H2（g） CO（g）＋H2O（g）　ΔH2
（1）已知CH4（g）、H2（g）的燃烧热ΔH依次为－893 kJ·mol－1、－
285.8 kJ·mol－1；H2O（g） H2O（l）　ΔH3＝－44 kJ·mol－1。则ΔH1＝ kJ·mol－1。
－162.2
解析：已知CH4（g）、H2（g）的燃烧热ΔH依次为－893 kJ·mol－1、－285.8 kJ·mol－1，则其热化学方程式为①CH4（g）＋2O2（g） CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH4＝－893 kJ·mol－1、②H2（g）＋ O2（g） H2O（l）　ΔH5＝－285.8 kJ·mol－1，由题知，③H2O（g） H2O（l）　ΔH3＝－44 kJ·mol－1，根据盖斯定律，将②×4－①－③×2得CO2（g）＋4H2（g） CH4（g）＋2H2O（g）　ΔH1＝－162.2 kJ·mol－1。
（2）已知ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG＝－2.303RTlg Kp（其中R为常数，T
为温度，Kp为分压平衡常数），忽略ΔH、ΔS随温度的变化。在
100 kPa下，反应Ⅱ的ΔG随温度变化的理论计算结果如图所示。
②1 000 K时，将等物质的量的CO2和H2投入恒压密闭容器中，假
设只发生反应Ⅱ，t min时达平衡状态，用CO2的分压变化表示t min
内的平均反应速率v（CO2）＝ kPa·min－1（用含t的表达式
表示，已知：分压＝总压×物质的量分数）。
①反应Ⅱ自发进行的温度范围为 ；ΔH2＝
。
T＞1 000 K
＋40
kJ·mol－1

解析：①当ΔG＝ΔH－TΔS＜0时，反应能自发进行，由图像可知，当T＞1 000 K时，ΔG＜0；当T＝0时，ΔH2＝ΔG＝＋40 kJ·mol－1。②由图像知，当温度为1 000 K时，ΔG＝0，则Kp＝
1，设起始时CO2和H2均为1 mol，平衡时CO2的转化量为x mol，利用三段式可得：
则 ＝1，解得x＝0.5，平衡时CO2的分压变化了 kPa＝25 kPa，因此v（CO2）＝ kPa·min－1。
　　　　　　CO2（g）＋H2（g） CO（g）＋H2O（g）
起始量/mol 1 1 0 0
转化量/mol x x x x
平衡量/mol 1－x 1－x x x
（3）在恒压（p0 kPa）密闭容器中，通入5 mol CO2和20 mol H2反应，
平衡时含碳物质（X）的物质的量随温度的变化如图所示：
①曲线丙代表的物质的物质的量随温度升高先增大后减小的原因
是


。
②CH4的选择性可表示为 ×100％。800 K下，反应达
平衡时，CH4的选择性为 ，反应Ⅰ的分压平衡常数Kp
＝ （列出计算式即可）。
曲线丙表示CO2的物质的量，其他条件不变时，温度小于1
050 K，反应Ⅰ为主反应，温度升高，平衡逆向移动，CO2的物质的
量增大；温度大于1 050 K，反应Ⅱ为主反应，温度升高，平衡正
向移动，CO2的物质的量减小
95％
或
解析：①反应Ⅰ为放热反应，反应Ⅱ为吸热反应，升高温度，反应Ⅰ平衡左移，CH4的物质的量减小，反应Ⅱ平衡右移，CO的物质的量增大，则曲线甲代表CH4，曲线乙代表CO，曲线丙代表CO2，由图像可以看出，当其他条件不变时，温度小于1 050 K时，反应Ⅰ为主反应，温度升高，平衡逆向移动，CO2的物质的量增大，温度大于1 050 K时，反应Ⅱ为主反应，温度升高，平衡正向移动，CO2的物质的量减小。
②由上述分析知800 K反应达平衡时，CH4为3.8 mol，CO2为1.0 mol，则
反应过程中消耗4.0 mol CO2，故CH4的选择性为 ×100％＝
×100％＝95％。由题图及反应方程式知，800 K下平衡时n（H2O）
＝（2×3.8＋0.2）mol＝7.8 mol，平衡时n（H2）＝20 mol－3.8×4 mol
－0.2 mol＝4.6 mol，平衡体系中，气体总的物质的量为17.4 mol，则反应
Ⅰ的分压平衡常数Kp＝ 或 。

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