化學(xué)反應(yīng)原理探究能力提升試題一、熱化學(xué)與蓋斯定律綜合應(yīng)用例題1（2025·云南卷）我國(guó)科學(xué)家研發(fā)的乙醇綠色制氫途徑中，主要反應(yīng)為：Ⅰ.C?H?OH(g)→CH?COOH(g)+H?(g)Ⅱ.C?H?OH(g)→CH?CHO(g)+H?(g)（1）已知反應(yīng)：①CH?COOH(g)→CH?CHO(g)+?O?(g)ΔH?=+190kJ·mol?1②H?(g)+?O?(g)→H?O(g)ΔH?=-242kJ·mol?1則反應(yīng)Ⅰ的ΔH=_______。解析：根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)Ⅰ可由反應(yīng)Ⅱ+（-反應(yīng)①）+反應(yīng)②推導(dǎo)。即：Ⅰ=Ⅱ-①+②由于題目未直接給出反應(yīng)Ⅱ的ΔH，需通過(guò)能量守恒關(guān)系推導(dǎo)。假設(shè)反應(yīng)Ⅱ的ΔH為x，則：ΔH?=x-ΔH+ΔH?→190=x-ΔH-242→ΔH=x-432。若反應(yīng)Ⅱ的ΔH為已知（如模擬題中常見數(shù)據(jù)x=+45kJ·mol?1），則ΔH=45-432=-387kJ·mol?1。（2）一定溫度下，恒容密閉容器中反應(yīng)Ⅰ達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是_______（填標(biāo)號(hào)）。A.容器內(nèi)壓強(qiáng)不再變化B.混合氣體密度不再變化C.H?體積分?jǐn)?shù)不再變化D.單位時(shí)間內(nèi)生成1molCH?COOH，同時(shí)消耗1molH?解析：反應(yīng)Ⅰ為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)（1mol→2mol），壓強(qiáng)不變可說(shuō)明平衡（A正確）；混合氣體總質(zhì)量和體積不變，密度始終不變（B錯(cuò)誤）；H?體積分?jǐn)?shù)不變是平衡直接標(biāo)志（C正確）；生成CH?COOH和消耗H?均為正反應(yīng)方向，無(wú)法判斷平衡（D錯(cuò)誤）。答案為AC。二、化學(xué)反應(yīng)速率與平衡圖像分析例題2（2025·陜西、山西卷）CO?與H?反應(yīng)生成CH?OH的主要反應(yīng)如下：Ⅰ.CO?(g)+3H?(g)?CH?OH(g)+H?O(g)ΔH=-49kJ·mol?1Ⅱ.CO?(g)+H?(g)?CO(g)+H?O(g)ΔH=+41kJ·mol?1（1）恒壓100kPa下，按n(CO?):n(H?)=1:3投料，產(chǎn)氫速率和產(chǎn)物選擇性隨溫度變化關(guān)系如圖1所示。①反應(yīng)Ⅰ最適宜溫度為270℃的原因?yàn)開______。②270℃時(shí)，若乙醇轉(zhuǎn)化率為90%，乙酸選擇性為80%，則n(CH?COOH):n(CH?CHO)=_______。解析：①270℃時(shí)產(chǎn)氫速率最大且乙酸選擇性最高，溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致催化劑失活或副反應(yīng)加劇。②設(shè)起始乙醇為1mol，轉(zhuǎn)化0.9mol，其中80%生成乙酸（0.72mol），20%生成乙醛（0.18mol），故比例為0.72:0.18=4:1。（2）關(guān)鍵步驟中間體的能量變化如圖2所示，其中吸附在催化劑表面的物種用*標(biāo)注。①所示步驟中最慢的基元反應(yīng)是_______（填序號(hào)）。②生成水的基元反應(yīng)方程式為_______。解析：①活化能最大的步驟為反應(yīng)瓶頸，如圖中過(guò)渡態(tài)能量最高的步驟③（*COOH+*H→*CO+H?O，活化能E=75kJ·mol?1）。②結(jié)合中間體變化，生成水的步驟為H+OH→H?O(g)+2（*表示催化劑活性位點(diǎn)）。三、化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算與應(yīng)用例題3（2025·全國(guó)甲卷改編）甲烷溴化反應(yīng)體系中：Ⅰ.CH?(g)+Br?(g)?CH?Br(g)+HBr(g)K?Ⅱ.CH?Br(g)+Br?(g)?CH?Br?(g)+HBr(g)K?560℃時(shí)，向2L密閉容器中充入2mmolCH?和4mmolBr?，平衡時(shí)n(CH?)=1.6mmol，n(CH?Br)=5.0mmol，n(CH?Br?)=1.4mmol。（1）計(jì)算CH?的轉(zhuǎn)化率α=_______。（2）計(jì)算平衡常數(shù)K?=_______（用分壓表示，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，總壓100kPa）。解析：（1）轉(zhuǎn)化率α=(2-1.6)/2×100%=20%（注意：題目中原始數(shù)據(jù)可能存在干擾，需嚴(yán)格按定義計(jì)算）。（2）平衡時(shí)總物質(zhì)的量n總=1.6+(4-5.0-1.4)+5.0+1.4+(5.0+1.4)=1.6+(-2.4)+5.0+1.4+6.4=12.0mmol（Br?消耗量需根據(jù)反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ的Br?計(jì)量數(shù)計(jì)算：反應(yīng)Ⅰ消耗5.0mmol，反應(yīng)Ⅱ消耗1.4mmol，共消耗6.4mmol，剩余4-6.4=-2.4mmol，此處數(shù)據(jù)矛盾，需重新核對(duì)原始投料量，正確應(yīng)為n(Br?)起始=6.4mmol，則剩余0mmol，n總=1.6+5.0+1.4+6.4=14.4mmol）。分壓p(CH?)=1.6/14.4×100kPa，p(Br?)=0，p(CH?Br)=5.0/14.4×100kPa，p(HBr)=6.4/14.4×100kPa，故K?=[p(CH?Br)·p(HBr)]/[p(CH?)·p(Br?)]→因Br?完全反應(yīng)，K?需用近似方法或修正數(shù)據(jù)計(jì)算，此處按模擬題常見處理方式，K?≈(5.0×6.4)/(1.6×0.2)=100（具體數(shù)值需根據(jù)題目數(shù)據(jù)調(diào)整）。四、電化學(xué)與反應(yīng)機(jī)理融合例題4（2025·湖南卷）微生物燃料電池可將秸稈纖維素水解產(chǎn)生的乙醇轉(zhuǎn)化為電能，裝置如圖所示：（1）負(fù)極反應(yīng)式為_______。（2）若質(zhì)子交換膜兩側(cè)H?濃度差為0.1mol·L?1，電池電動(dòng)勢(shì)E=_______V（常溫下，E=E°-0.059pH）。解析：（1）乙醇在負(fù)極失電子生成乙酸，酸性條件下反應(yīng)式為：C?H?OH-4e?+H?O→CH?COOH+4H?。（2）正極O?+4e?+4H?→2H?O，E°=1.23V。假設(shè)負(fù)極H?濃度為10??mol·L?1（pH=4），正極H?濃度為10?3mol·L?1（pH=3），則E=1.23-0.059×(4-3)=1.17V。五、多因素影響與實(shí)驗(yàn)探究例題5（2025·山東模擬）某小組探究“溫度對(duì)乙酸乙酯水解速率的影響”，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下：實(shí)驗(yàn)編號(hào)乙酸乙酯體積/mL0.1mol·L?1NaOH體積/mL水體積/mL溫度/℃指示劑耗時(shí)/min（溶液褪色）①551025酚酞20②551045酚酞8③55545酚酞6（1）實(shí)驗(yàn)①②的結(jié)論是_______。（2）實(shí)驗(yàn)②③的變量是_______，說(shuō)明_______。解析：（1）其他條件相同時(shí)，升高溫度（25℃→45℃），反應(yīng)速率加快（耗時(shí)從20min→8min）。（2）變量為水體積（10mL→5mL），即NaOH濃度增大（0.025mol·L?1→0.033mol·L?1），說(shuō)明增大反應(yīng)物濃度可加快反應(yīng)速率。六、綜合應(yīng)用題：工業(yè)流程中的反應(yīng)原理例題6（2025·浙江卷）利用CO?和NH?合成尿素的反應(yīng)為：2NH?(g)+CO?(g)?CO(NH?)?(s)+H?O(g)ΔH=-87kJ·mol?1（1）工業(yè)上選擇200℃、15MPa的原因是_______。（2）若原料氣中n(NH?):n(CO?)=3:1，達(dá)平衡時(shí)CO?轉(zhuǎn)化率為60%，則NH?的轉(zhuǎn)化率為_______。解析：（1）高溫（200℃）可加快反應(yīng)速率，高壓（15MPa）促進(jìn)平衡正向移動(dòng)（氣體分子數(shù)減少），且此條件下催化劑活性最高。（2）設(shè)n(NH?)=3mol，n(CO?)=1mol，轉(zhuǎn)化的CO?為0.6mol，需NH?1.2mol，故NH?轉(zhuǎn)化率=1.2/3×100%=40%。七、易錯(cuò)點(diǎn)警示與解題策略蓋斯定律應(yīng)用：注意ΔH的正負(fù)號(hào)及系數(shù)匹配，如反應(yīng)方向反轉(zhuǎn)時(shí)ΔH符號(hào)需改變。平衡狀態(tài)判斷：“變量不變”是核心，如氣體密度（ρ=m/V）需同時(shí)關(guān)注m和V是否為變量。K值計(jì)算：固