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2022高考化學 難點剖析 專題38 化學平衡計算講解

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1、2022高考化學 難點剖析 專題38 化學平衡計算講解 一、高考題再現(xiàn) 1.(2018課標Ⅲ)三氯氫硅(SiHCl3)是制備硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列問題: (1)SiHCl3在常溫常壓下為易揮發(fā)的無色透明液體,遇潮氣時發(fā)煙生成(HSiO)2O等,寫出該反應(yīng)的化學方程式__________。 (2)SiHCl3在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng): 2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+ SiCl4(g) ΔH1=48 kJ·mol?1 3SiH2Cl2(g)SiH4(g)+2SiHCl3 (g) ΔH2=?30 kJ·mol?1 則反應(yīng)4SiHCl3(g)SiH4(g)+ 3S

2、iCl4(g)的ΔH=__________ kJ·mol?1。 (3)對于反應(yīng)2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g),采用大孔弱堿性陰離子交換樹脂催化劑,在323 K和343 K時SiHCl3的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的結(jié)果如圖所示。 ①343 K時反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率α=_________%。平衡常數(shù)K343 K=__________(保留2位小數(shù))。 ②在343 K下:要提高SiHCl3轉(zhuǎn)化率,可采取的措施是___________;要縮短反應(yīng)達到平衡的時間,可采取的措施有____________、___________。 ③比較a、b處反應(yīng)速率大?。害詀________

3、υb(填“大于”“小于”或“等于”)。反應(yīng)速率υ=υ正?υ逆 =?,k正、k逆分別為正、逆向反應(yīng)速率常數(shù),x為物質(zhì)的量分數(shù),計算a處=__________(保留1位小數(shù))。 【答案】 2SiHCl3+3H2O(HSiO)2O+6HCl 114 ①22 0.02 ②及時移去產(chǎn)物 改進催化劑 提高反應(yīng)物壓強(濃度) ③大于 1.3 【解析】(1)根據(jù)題目表述,三氯氫硅和水蒸氣反應(yīng)得到(HSiO)2O,方程式為: 2SiHCl3+3H2O=(HSiO)2O+6HCl。 (2)將第一個方程式擴大3倍,再與第二個方程式相加就可以得到第三個反應(yīng)的焓變,所以焓變?yōu)?8×3

4、+(-30)=114kJ·mol-1。 ②溫度不變,提高三氯氫硅轉(zhuǎn)化率的方法可以是將產(chǎn)物從體系分離(兩邊物質(zhì)的量相等,壓強不影響平衡)??s短達到平衡的時間,就是加快反應(yīng)速率,所以可以采取的措施是增大壓強(增大反應(yīng)物濃度)、加入更高效的催化劑(改進催化劑)。 ③a、b兩點的轉(zhuǎn)化率相等,可以認為各物質(zhì)的濃度對應(yīng)相等,而a點的溫度更高,所以速率更快,即Va>Vb。根據(jù)題目表述得到,,當反應(yīng)達平衡時, =,所以,實際就是平衡常數(shù)K值,所以 0.02。a點時,轉(zhuǎn)化率為20%,所以計算出: 2SiHCl3 SiH2Cl2 + SiCl4 起始: 1 0

5、 0 反應(yīng): 0.2 0.1 0.1 (轉(zhuǎn)化率為20%) 平衡: 0.8 0.1 0.1 所以=0.8;==0.1;所以 2.(2018天津)CO2是一種廉價的碳資源,其綜合利用具有重要意義。回答下列問題: (1)CO2可以被NaOH溶液捕獲。若所得溶液pH=13,CO2主要轉(zhuǎn)化為______(寫離子符號);若所得溶液c(HCO3?)∶c(CO32?)=2∶1,溶液pH=___________。(室溫下,H2CO3的K1=4×10?7;K2=5×10?11) (2)CO2與CH4經(jīng)催化重整,制得

6、合成氣: CH4(g)+ CO2(g) 2CO (g)+ 2H2(g) ①已知上述反應(yīng)中相關(guān)的化學鍵鍵能數(shù)據(jù)如下: 化學鍵 C—H C=O H—H CO(CO) 鍵能/kJ·mol?1 413 745 436 1075 則該反應(yīng)的ΔH=_________。分別在VL恒溫密閉容器A(恒容)、B(恒壓,容積可變)中,加入CH4和CO2各1 mol的混合氣體。兩容器中反應(yīng)達平衡后放出或吸收的熱量較多的是_______(填“A” 或“B ”)。 ②按一定體積比加入CH4和CO2,在恒壓下發(fā)生反應(yīng),溫度對CO和H2產(chǎn)率的影響如圖3所示。此反應(yīng)優(yōu)選溫度為900℃的原因是___

7、_____。 (3)O2輔助的Al~CO2電池工作原理如圖4所示。該電池電容量大,能有效利用CO2,電池反應(yīng)產(chǎn)物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。 電池的負極反應(yīng)式:________。 電池的正極反應(yīng)式:6O2+6e?6O2? 6CO2+6O2?3C2O42? 反應(yīng)過程中O2的作用是________。 該電池的總反應(yīng)式:________。 【答案】 CO32- 10 +120 kJ·mol-1 B 900 ℃時,合成氣產(chǎn)率已經(jīng)較高,再升高溫度產(chǎn)率增幅不大,但能耗升高,經(jīng)濟效益降低。 Al–3e–=Al3+(或2Al–6e–=2Al3+) 催化劑 2Al+6

8、CO2=Al2(C2O4)3 (2)①化學反應(yīng)的焓變應(yīng)該等于反應(yīng)物鍵能減去生成物的鍵能,所以焓變?yōu)?4×413+2×745)- (2×1075+2×436)= +120 kJ·mol-1。初始時容器A、B的壓強相等,A容器恒容,隨著反應(yīng)的進行壓強逐漸增大(氣體物質(zhì)的量增加);B容器恒壓,壓強不變;所以達平衡時壓強一定是A中大,B中小,此反應(yīng)壓強減小平衡正向移動,所以B的反應(yīng)平衡更靠右,反應(yīng)的更多,吸熱也更多。 ②根據(jù)圖3得到,900℃時反應(yīng)產(chǎn)率已經(jīng)比較高,溫度再升高,反應(yīng)產(chǎn)率的增大并不明顯,而生產(chǎn)中的能耗和成本明顯增大,經(jīng)濟效益會下降,所以選擇900℃為反應(yīng)最佳溫度。 (3)明顯電池的

9、負極為Al,所以反應(yīng)一定是Al失電子,該電解質(zhì)為氯化鋁離子液體,所以Al失電子應(yīng)轉(zhuǎn)化為Al3+,方程式為:Al–3e–=Al3+(或2Al–6e–=2Al3+)。根據(jù)電池的正極反應(yīng),氧氣再第一步被消耗,又在第二步生成,所以氧氣為正極反應(yīng)的催化劑。將方程式加和得到,總反應(yīng)為:2Al+6CO2=Al2(C2O4)3。 二、考點突破 有關(guān)化學平衡的基本計算 1. 物質(zhì)濃度的變化關(guān)系 反應(yīng)物:平衡濃度=起始濃度-轉(zhuǎn)化濃度 生成物:平衡濃度=起始濃度+轉(zhuǎn)化濃度 其中,各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化濃度之比等于它們在化學方程式中物質(zhì)的計量數(shù)之比。 2. 反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率(α):α= ×100% 3. 在密閉容

10、器中有氣體參加的可逆反應(yīng),在計算時經(jīng)常用到阿伏加德羅定律的兩個推論: 恒溫、恒容時: ;恒溫、恒壓時:n1/n2=V1/V2 4. 計算模式(“三段式”) 濃度(或物質(zhì)的量) aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g) 起始 m n 0 0 轉(zhuǎn)化 ax bx cx dx 平衡 m-ax n-bx cx dx A的轉(zhuǎn)化率:α(A)=(ax/m)×100% C的物質(zhì)的量分數(shù):ω(C)= ×100% 典例1(201

11、9屆山西省大同市第一中學高三8月開學檢測)—定溫度下,將2molSO2和lmolO2充入10L恒容密閉容器中,發(fā)生反應(yīng) 2SO2(g) +O2(g) 2SO3(g) △H=-196 kJ?mol-1,5min時達到平衡,測得反應(yīng)放熱166.6 kJ。下列說法錯誤的是 A. 0?5 min內(nèi),用O2表示的平均反應(yīng)速率v(O2)=0.017 mol?L-1 min-1 B. 的值不變時,該反應(yīng)達到平衡狀態(tài) C. 若增大O2的濃度,SO2的轉(zhuǎn)化率增大 D. 條件不變,起始向容器中充入4 mol SO2和 2 mol O2,平衡時放熱小于333.2 kJ 【答案】D 典例2(2018屆四

12、川省成都市郫都區(qū)高三期中測試)80 ℃時,2 L 密閉容器中充入0.40 mol N2O4,發(fā)生反應(yīng)N2O42NO2 △H =+Q kJ/mol(Q>0),獲得如下數(shù)據(jù):下列判斷正確的是 時間/s 0 20 40 60 80 100 c(NO2)/mol·L-1 0.00 0.12 0.20 0.26 0.30 0.30 A. 升高溫度該反應(yīng)的平衡常數(shù)K減小 B. 20~40 s 內(nèi),v(N2O4)=0.002 mol/( L?s) C. 反應(yīng)達平衡時,吸收的熱量為0.30 Q kJ/mol D. 100s 時再通入0.40 mol N2O4,達新平衡時N

13、2O4的轉(zhuǎn)化率增大 【答案】B 【解析】A、該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),溫度升高,平衡向吸熱的方向移動,即正反應(yīng)方向移動,平衡常數(shù)K增大,選項A錯誤;B、20~40s 內(nèi),v(NO2)===0.004mol?L-1?s-1,v(N2O4)=v(NO2)=0.002mol?L-1?s-1,選項正確;C、濃度不變時,說明反應(yīng)已達平衡,反應(yīng)達平衡時,生成NO2的物質(zhì)的量為0.30mol?L-1×2L=0.60mol,由熱化學方程式可知生成2molNO2吸收熱量QkJ,所以生成0.6molNO2吸收熱量0.3QkJ,單位錯誤,選項C錯誤;D、100s時再通入0.40mol N2O4,平衡狀態(tài)相當于增大壓強,

14、平衡逆向移動,N2O4的轉(zhuǎn)化率減小,選項D錯誤。答案選B。 典例3(2018屆內(nèi)蒙古赤峰二中高三上學期第三次月考)體積比為2∶3的N2和H2的混合氣體,在一定條件下發(fā)生反應(yīng)。達到平衡時,容器內(nèi)壓強為反應(yīng)開始時的4/5,則N2的轉(zhuǎn)化率為(  ) A. 50% B. 37.5% C. 25% D. 12.5% 【答案】C 根據(jù)題中信息有壓強比等于物質(zhì)的量比,有(2-x+3-3x+2x)/(2+3)=4/5 解x=0.5mol,則氮氣的轉(zhuǎn)化率=0.5/2=25%。 故答案為C。 典例4(2018屆北京市東城區(qū)高三第一學期期末)活性炭可處理大氣污染物NO。為模擬該過

15、程,T℃時,在3L密閉容器中加入NO和活性炭粉,反應(yīng)體系中各物質(zhì)的量變化如下表所示。下列說法正確的是 活性炭/mol NO/mol X/mol Y/mol 起始時 2.030 0.100 0 0 10min達平衡 2.000 0.040 0.030 0.030 A. X一定是N2,Y一定是CO2 B. 10min后增大壓強,NO的吸收率增大 C. 10min后加入活性炭,平衡向正反應(yīng)方向移動 D. 0~10min的平均反應(yīng)速率v(NO)=0.002 mol/(L?min) 【答案】D 【解析】活性炭粉和NO反應(yīng)生成X和Y,由表中數(shù)據(jù)可知,平衡時C

16、、NO、X、Y的△n分別為0.030mol、0.060mol、0.030mol、0.030mol,△n之比為1∶2∶1∶1,則有C(s)+2NO(g)?X+Y,結(jié)合原子守恒,可得方程式C(s)+2NO(g)?N2(g)+CO2(g)。 A、反應(yīng)方程式為C(s)+2NO(g)?N2(g)+CO2(g),由于N2和CO2的計量系數(shù)均為1,無法判斷X是否是N2,故A錯誤;B、增大壓強,平衡不移動,所以NO的吸收率不變,故B錯誤;C、活性炭為固體,增加固體的量不影響反應(yīng)速率和平衡,故C錯誤;D、△n(NO)=0.030mol,則v(NO)= =0.002 mol/(L?min),故D正確。故選D。

17、 典例5(2018屆北京市清華大學附屬中學高三10月月考)由CO和H2S反應(yīng)可制得羰基硫(COS)。在恒容的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)并達到平衡:CO(g)+H2S(g) COS(g)+H2(g),數(shù)據(jù)如下表所示: 實驗 溫度/℃ 起始時 平衡時 n(CO)/mol n(H2S)/mol n(COS)/mol n(H2)/mol n(CO)/mol 1 150 10.0 10.0 0 0 7.0 2 150 7.0 8.0 2.0 4.5 a 3 400 20.0 20.0 0 0 16.0 下列說法正確的是( ) A. 上述

18、反應(yīng)是吸熱反應(yīng) B. 實驗1達平衡時,CO的轉(zhuǎn)化率為70% C. 實驗2達平衡時,a<7.0 D. 實驗3達平平衡后,再充入1.0molH2,平衡逆向移動,平衡常數(shù)值增大 【答案】C C、 CO(g)+H2S(g) COS(g)+H2(g) 起始:10 10 0 0 變化:3 3 3 3 平衡:7 7 3 3 ,此溫度下,K=,實驗2中濃度商Qc=

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