2023年高考化学二轮复习（人教版） 第1部分 专题突破 专题14　化学反应速率与化学平衡归因分析.docx

[复****目标]　1.掌握速率、平衡图像的分析方法及类型。2.掌握实际工业生产中的陌生图像的分析方法。
1．(2022·全国甲卷，28)金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途，目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4，再进一步还原得到钛。回答下列问题：
(1)TiO2转化为TiCl4有直接***化法和碳***化法。在1 000 ℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：
(ⅰ)直接***化：TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)　ΔH1＝＋172 kJ·mol－1，Kp1＝1.0×10－2
(ⅱ)碳***化：TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g)　ΔH2＝－51 kJ·mol－1，Kp2＝1.2×1012 Pa
①反应2C(s)＋O2(g)===2CO(g)的ΔH为________ kJ·mol－1，Kp＝__________Pa。
②碳***化的反应趋势远大于直接***化，其原因是__________________________________。
③对于碳***化反应：增大压强，平衡________移动(填“向左”“向右”或“不”)；温度升高，平衡转化率________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)在1.0×105 Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。
①反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的平衡常数Kp(1 400 ℃)＝__________Pa。
②图中显示，在200 ℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4，但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是___________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)TiO2碳***化是一个“气-固-固”反应，有利于TiO2-C“固-固”接触的措施是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)①－223　1.2×1014　②碳***化反应气体分子数增加，ΔH＜0，是熵增、放热过程，根据ΔG＝ΔH－TΔS可知ΔG＜0，故该反应能自发进行，而直接***化的体系气体分子数不变且是吸热过程，反应趋势远小于碳***化　③向左　变小
(2)①7.2×105　②为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品，提高效益　(3)将两固体粉碎后混合，同时鼓入Cl2，使固体粉末“沸腾”
解析　(1)①根据盖斯定律，将“反应(ⅱ)－反应(ⅰ)”得到反应2C(s)＋O2(g)===2CO(g)，则ΔH＝－51 kJ·mol－1－(＋172 kJ·mol－1)＝－223 kJ·mol－1；则Kp＝＝ Pa＝1.2×1014 Pa；②碳***化的反应趋势远大于直接***化，因为碳***化反应气体分子数增加，ΔH＜0，是熵增、放热过程，根据ΔG＝ΔH－TΔS可知ΔG＜0，故该反应能自发进行，而直接***化的体系气体分子数不变且是吸热过程，反应趋势远小于碳***化；③对于碳***化反应，气体分子数增大，依据勒夏特列原理，增大压强，平衡向气体分子数减少的方向移动，即平衡向左移动；该反应是放热反应，温度升高，平衡向吸热方向移动，即向左移动，则平衡转化率变小。(2)①从图中可知，1 400 ℃时，体系中气体平衡组成比例CO2是0.05，TiCl4是0.35，CO是0.6，反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的平衡常数Kp(1 400 ℃)＝＝Pa＝7.2×105 Pa；②实际生产中需要综合考虑反应的速率、产率等，以达到最佳效益，实际反应温度远高于200 ℃，就是为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品。
(3)固体颗粒越小，比表面积越大，反应接触面积越大。有利于TiO2-C“固-固”接触的措施为将两者粉碎后混合，同时鼓入Cl2，使固体粉末“沸腾”，增大接触面积。
2.[2019·北京，27(1)]氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。
甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。
①反应器中初始反应的生成物为H2和CO2，其物质的量之比为4∶1，甲烷和水蒸气反应的方程式是_______