《2019版高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí) 第二篇 理綜化學(xué)填空題突破 第9題 以速率、平衡為中心的原理綜合題學(xué)案.doc》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2019版高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí) 第二篇 理綜化學(xué)填空題突破 第9題 以速率、平衡為中心的原理綜合題學(xué)案.doc(61頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
第9題 以速率、平衡為中心的原理綜合題
復(fù)習(xí)建議:4課時(shí)(題型突破2課時(shí) 習(xí)題2課時(shí))
1.(2018課標(biāo)全國(guó)Ⅰ,28)采用N2O5為硝化劑是一種新型的綠色硝化技術(shù),在含能材料、醫(yī)藥等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用?;卮鹣铝袉?wèn)題:
(1)1840年Devil用干燥的氯氣通過(guò)干燥的硝酸銀,得到N2O5。該反應(yīng)的氧化產(chǎn)物是一種氣體,其分子式為_(kāi)_______。
(2)F.Daniels等曾利用測(cè)壓法在剛性反應(yīng)器中研究了25 ℃時(shí)N2O5(g)分解反應(yīng):
2N2O5(g)―→4NO2(g)+O2(g)
2N2O4(g)
其中NO2二聚為N2O4的反應(yīng)可以迅速達(dá)到平衡。體系的總壓強(qiáng)p隨時(shí)間t的變化如表所示(t=∞時(shí),N2O5(g)完全分解):
t/min
0
40
80
160
260
1 300
1 700
∞
p/kPa
35.8
40.3
42.5
45.9
49.2
61.2
62.3
63.1
①已知:2N2O5(g)===2N2O4(g)+O2(g)
ΔH1=-4.4 kJmol-1
2NO2(g)===N2O4(g) ΔH2=-55.3 kJmol-1
則反應(yīng)N2O5(g)===2NO2(g)+O2(g)的ΔH=________kJmol-1。
②研究表明,N2O5(g)分解的反應(yīng)速率v=210-3pN2O5(kPamin-1)。t=62 min時(shí),測(cè)得體系中pO2=2.9 kPa,則此時(shí)的pN2O5=________kPa,v=________kPamin-1。
③若提高反應(yīng)溫度至35 ℃,則N2O5(g)完全分解后體系壓強(qiáng)p∞(35 ℃)________63.1 kPa(填“大于”“等于”或“小于”),原因是________________________________________________________________________。
④25 ℃時(shí)N2O4(g)2NO2(g)反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=________kPa(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù),計(jì)算結(jié)果保留1位小數(shù))。
(3)對(duì)于反應(yīng)2N2O5(g)―→4NO2(g)+O2(g),R.A.Ogg提出如下反應(yīng)歷程:
第一步 N2O5NO2+NO3 快速平衡
第二步 NO2+NO3―→NO+NO2+O2 慢反應(yīng)
第三步 NO+NO3―→2NO2 快反應(yīng)
其中可近似認(rèn)為第二步反應(yīng)不影響第一步的平衡。下列表述正確的是________(填標(biāo)號(hào))。
A.v(第一步的逆反應(yīng))>v(第二步反應(yīng))
B.反應(yīng)的中間產(chǎn)物只有NO3
C.第二步中NO2與NO3的碰撞僅部分有效
D.第三步反應(yīng)活化能較高
解析 (1)氯氣與硝酸銀反應(yīng)生成N2O5,氯氣作氧化劑,還原產(chǎn)物為氯化銀,又硝酸銀中氮元素、銀元素已經(jīng)是最高化合價(jià),則只能是氧元素化合價(jià)升高,所以氣體氧化產(chǎn)物為O2。(2)①將已知熱化學(xué)方程式依次編號(hào)為a、b,根據(jù)蓋斯定律,由a-b得N2O5(g)===2NO2(g)+O2(g) ΔH==kJmol-1=+53.1 kJmol-1。②t=62 min時(shí),體系中pO2=2.9 kPa,根據(jù)三段式法得
則62 min時(shí)pN2O5=30.0 kPa,v=210-330.0 kPamin-1=6.010-2kPamin-1。③剛性反應(yīng)容器的體積不變,25 ℃ N2O5(g)完全分解時(shí)體系的總壓強(qiáng)為63.1 kPa,升高溫度,從兩個(gè)方面分析:一方面是體積不變,升高溫度,體系總壓強(qiáng)增大;另一方面,2NO2N2O4的逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng),升溫,平衡向生成NO2的方向移動(dòng),氣體物質(zhì)的量增大,故體系總壓強(qiáng)增大。④N2O5完全分解生成N2O4和O2,起始pN2O5=35.8 kPa,其完全分解時(shí)pN2O4=35.8 kPa,pO2=17.9 kPa,設(shè)25 ℃平衡時(shí)N2O4轉(zhuǎn)化了x,則
35.8 kPa-x+2x+17.9 kPa=63.1 kPa,解得x=9.4 kPa。平衡時(shí),pN2O4=26.4 kPa,pNO2=18.8 kPa,K== kPa=13.4 kPa。(3)快速平衡,說(shuō)明第一步反應(yīng)的正、逆反應(yīng)速率都較大,則第一步反應(yīng)的逆反應(yīng)速率大于第二步反應(yīng)的速率,A項(xiàng)正確;反應(yīng)的中間產(chǎn)物除NO3外還有NO,B項(xiàng)錯(cuò)誤;有效碰撞才能發(fā)生反應(yīng),第二步反應(yīng)慢,說(shuō)明部分碰撞有效,C項(xiàng)正確;第三步反應(yīng)快,說(shuō)明反應(yīng)活化能較低,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
答案 (1)O2
(2)①53.1?、?0.0 6.010-2?、鄞笥凇囟壬?,體積不變,總壓強(qiáng)增大;NO2二聚為放熱反應(yīng),溫度提高,平衡左移,體系物質(zhì)的量增加,總壓強(qiáng)增大?、?3.4
(3)AC
2.(2018課標(biāo)全國(guó)Ⅱ,27)CH4CO2催化重整不僅可以得到合成氣(CO和H2),還對(duì)溫室氣體的減排具有重要意義?;卮鹣铝袉?wèn)題:
(1)CH4CO2催化重整反應(yīng)為:CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g)。
已知:C(s)+2H2(g)===CH4(g) ΔH=-75 kJmol-1
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-394 kJmol-1
C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH=-111 kJmol-1
該催化重整反應(yīng)的ΔH=________kJmol-1。有利于提高CH4平衡轉(zhuǎn)化率的條件是________(填標(biāo)號(hào))。
A.高溫低壓 B.低溫高壓
C.高溫高壓 D.低溫低壓
某溫度下,在體積為2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化劑進(jìn)行重整反應(yīng),達(dá)到平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率是50%,其平衡常數(shù)為_(kāi)_______ mol2L-2。
(2)反應(yīng)中催化劑活性會(huì)因積碳反應(yīng)而降低,同時(shí)存在的消碳反應(yīng)則使積碳量減少。相關(guān)數(shù)據(jù)如下表:
積碳反應(yīng)
CH4(g)=== C(s)+2H2(g)
消碳反應(yīng)
CO2(g)+C(s) ===2CO(g)
ΔH/(kJmol-1)
75
172
活化能(kJmol-1)
催化劑X
33
91
催化劑Y
43
72
①由上表判斷,催化劑X________Y(填“優(yōu)于”或“劣于”),理由是____________________________________________________________。
在反應(yīng)進(jìn)料氣組成、壓強(qiáng)及反應(yīng)時(shí)間相同的情況下,某催化劑表面的積碳量隨溫度的變化關(guān)系如圖1所示,升高溫度時(shí),下列關(guān)于積碳反應(yīng)、消碳反應(yīng)的平衡常數(shù)(K)和速率(v)的敘述正確的是________(填標(biāo)號(hào))。
A.K積、K消均增加
B.v積減小、v消增加
C.K積減小、K消增加
D.v消增加的倍數(shù)比v積增加的倍數(shù)大
②在一定溫度下,測(cè)得某催化劑上沉積碳的生成速率方程為v=kp(CH4)[p(CO2)]-0.5(k為速率常數(shù))。在p(CH4)一定時(shí),不同p(CO2)下積碳量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)如圖2所示,則pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)從大到小的順序?yàn)開(kāi)________________________________________________。
解析 (1)將已知中3個(gè)反應(yīng)依次記為①、②、③,根據(jù)蓋斯定律③2-①-②得該催化重整反應(yīng)的ΔH=[(-111)2+75+394]kJmol-1=+247 kJmol-1。由于該反應(yīng)為吸熱且氣體體積增大的反應(yīng),要提高CH4的平衡轉(zhuǎn)化率,需在高溫低壓下進(jìn)行。根據(jù)平衡時(shí)消耗的CO2為1 mol50%=0.5 mol,則消耗的CH4為0.5 mol,生成的CO和H2均為1 mol,根據(jù)三段式法可知平衡時(shí)CH4、CO2、CO和H2的平衡濃度分別為0.75 molL-1、0.25 molL-1、0.5 molL-1、0.5 molL-1,則平衡常數(shù)K== mol2L-2。(2)①?gòu)谋砀裰袛?shù)據(jù)可看出相對(duì)于催化劑X,用催化劑Y催化時(shí)積碳反應(yīng)的活化能大,則積碳反應(yīng)的反應(yīng)速率小,而消碳反應(yīng)活化能相對(duì)小,則消碳反應(yīng)的反應(yīng)速率大,再根據(jù)題干信息“反應(yīng)中催化劑活性會(huì)因積碳反應(yīng)而降低”可知催化劑X劣于催化劑Y。兩個(gè)反應(yīng)均吸熱,故隨溫度升高,K積和K消均增加,且消碳反應(yīng)速率增加的倍數(shù)比積碳反應(yīng)的大,故A、D正確。②由該圖像可知在反應(yīng)時(shí)間和p(CH4)相同時(shí),圖象中速率關(guān)系va>vb>vc,結(jié)合沉積碳的生成速率方程v=kp(CH4)[p(CO2)]-0.5,在p(CH4)相同時(shí),隨著p(CO2)增大,反應(yīng)速率逐漸減慢,即可判斷:pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2)。
答案 (1)247 A
(2)①劣于 相對(duì)于催化劑X,催化劑Y積碳反應(yīng)的活化能大,積碳反應(yīng)的速率小;而消碳反應(yīng)活化能相對(duì)小,消碳反應(yīng)速率大 AD?、趐c(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2)
3.(2018課標(biāo)全國(guó)Ⅲ,28)三氯氫硅(SiHCl3)是制備硅烷、多晶硅的重要原料?;卮鹣铝袉?wèn)題:
(1)SiHCl3在常溫常壓下為易揮發(fā)的無(wú)色透明液體,遇潮氣時(shí)發(fā)煙生成(HSiO)2O等,寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式________________________________________。
(2)SiHCl3在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng):
2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)
ΔH=48 kJmol-1
3SiH2Cl2(g)===SiH4(g)+2SiHCl3(g)
ΔH=-30 kJmol-1
則反應(yīng)4SiHCl3(g)===SiH4(g)+3SiCl4(g)的ΔH為_(kāi)_______kJmol-1。
(3)對(duì)于反應(yīng)2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)+SiCl4(g),采用大孔弱堿性陰離子交換樹(shù)脂催化劑,在323 K和343 K時(shí)SiHCl3的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的結(jié)果如圖所示。
①343 K時(shí)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(dá)到平衡的時(shí)間,可采取的措施有______________________。
③比較a、b處反應(yīng)速率大?。簐a________vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反應(yīng)速率v=v正-v逆=k正x2SiHCl3-k逆xSiH2Cl2xSiCl4,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?jǐn)?shù),計(jì)算a處的=________(保留1位小數(shù))。
解析 (1)SiHCl3遇潮氣發(fā)生反應(yīng)生成(HSiO)2O和HCl,即2SiHCl3+3H2O===(HSiO)2O+6HCl。(2)將已知熱化學(xué)方程式依次編號(hào)為①、②,根據(jù)蓋斯定律,由①3+②,可得:4SiHCl3(g)===SiH4(g)+3SiCl4(g) ΔH=348 kJmol-1-30 kJmol-1=114 kJmol-1。(3)①溫度越高,反應(yīng)越先達(dá)到平衡,根據(jù)圖示,左側(cè)曲線對(duì)應(yīng)的溫度為343 K,343 K時(shí)反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率為22%。設(shè)開(kāi)始時(shí)加入SiHCl3的濃度為a molL-1,根據(jù)化學(xué)方程式和SiHCl3的平衡轉(zhuǎn)化率知,達(dá)平衡時(shí),SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的濃度分別為0.78a molL-1、0.11a molL-1、0.11a molL-1,化學(xué)平衡常數(shù)K==0.02。②根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理并結(jié)合該反應(yīng)特點(diǎn),及時(shí)分離出生成物可提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率??s短反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間,實(shí)質(zhì)就是提高反應(yīng)速率,可采用加壓的方式或選擇更為高效的催化劑。③溫度越高,反應(yīng)速率越大,a點(diǎn)所在曲線對(duì)應(yīng)的溫度高于b點(diǎn)所在曲線對(duì)應(yīng)的溫度,所以a點(diǎn)反應(yīng)速率大于b點(diǎn)反應(yīng)速率。a點(diǎn)所在曲線達(dá)到平衡時(shí),v正=v逆,即k正x2SiHCl3=k逆xSiH2Cl2xSiCl4,從題圖上可知a點(diǎn)所在曲線平衡時(shí)SiHCl3的轉(zhuǎn)化率為22%,設(shè)投入SiHCl3 y mol,則根據(jù)三段式法得
代入k正x2SiHCl3=k逆xSiH2Cl2xSiCl4得,k正0.782=k逆0.112,則=?、?
在a處SiHCl3的轉(zhuǎn)化率為20%,根據(jù)三段式法得
則==,將①代入計(jì)算得出v正/v逆=1.3。
答案 (1)2SiHCl3+3H2O===(HSiO)2O+6HCl
(2)114
(3)①22 0.02
②及時(shí)移去產(chǎn)物 改良催化劑;提高反應(yīng)物壓強(qiáng)(濃度)
③大于 1.3
4.(2017課標(biāo)全國(guó)Ⅰ,28)近期發(fā)現(xiàn),H2S是繼NO、CO之后第三個(gè)生命體系氣體信號(hào)分子,它具有參與調(diào)解神經(jīng)信號(hào)傳遞、舒張血管減輕高血壓的功能?;卮鹣铝袉?wèn)題:
(1)下列事實(shí)中,不能比較氫硫酸與亞硫酸的酸性強(qiáng)弱的是________(填標(biāo)號(hào))。
A.氫硫酸不能與碳酸氫鈉溶液反應(yīng),而亞硫酸可以
B.氫硫酸的導(dǎo)電能力低于相同濃度的亞硫酸
C.0.10 molL-1的氫硫酸和亞硫酸的pH分別為4.5和2.1
D.氫硫酸的還原性強(qiáng)于亞硫酸
(2)下圖是通過(guò)熱化學(xué)循環(huán)在較低溫度下由水或硫化氫分解制備氫氣的反應(yīng)系統(tǒng)原理。
通過(guò)計(jì)算,可知系統(tǒng)(Ⅰ)和系統(tǒng)(Ⅱ)制氫的熱化學(xué)方程式分別為_(kāi)____________________________________________________________、
_________________________________________________________,
制得等量H2所需能量較少的是________。
(3)H2S與CO2在高溫下發(fā)生反應(yīng):H2S(g)+CO2(g)COS(g) +H2O(g)。在610 K時(shí),將0.10 mol CO2與0.40 mol H2S充入2.5 L的空鋼瓶中,反應(yīng)平衡后水的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.02。
①H2S的平衡轉(zhuǎn)化率α1=________%,反應(yīng)平衡常數(shù)K=________。
②在620 K重復(fù)試驗(yàn),平衡后水的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.03,H2S的轉(zhuǎn)化率α2________α1,該反應(yīng)的ΔH________0。(填“>”“<”或“=”)
③向反應(yīng)器中再分別充入下列氣體,能使H2S轉(zhuǎn)化率增大的是________(填標(biāo)號(hào))
A.H2S B.CO2
C.COS D.N2
解析 (1)H2SO3能和NaHCO3反應(yīng)放出CO2,說(shuō)明酸性:H2SO3>H2CO3,而H2S不能和NaHCO3反應(yīng),說(shuō)明酸性:H2S
?、跙
5.(2016課標(biāo)全國(guó)Ⅰ,27)元素鉻(Cr)在溶液中主要以Cr3+(藍(lán)紫色)、[Cr(OH)4]-(綠色)、Cr2O(橙紅色)、CrO(黃色)等形式存在,Cr(OH)3為難溶于水的灰藍(lán)色固體,回答下列問(wèn)題:
(1)Cr3+與Al3+的化學(xué)性質(zhì)相似,在Cr2(SO4)3溶液中逐滴加入NaOH溶液直至過(guò)量,可觀察到的現(xiàn)象是______________________________________________
_____________________________________________________________。
(2)CrO和Cr2O在溶液中可相互轉(zhuǎn)化。室溫下,初始濃度為1.0 molL-1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O)隨c(H+)的變化如圖所示。
①用離子方程式表示Na2CrO4溶液中的轉(zhuǎn)化反應(yīng)_________________________
____________________________________________________。
②由圖可知,溶液酸性增大,CrO的平衡轉(zhuǎn)化率______(填“增大”、“減小”或“不變”)。根據(jù)A點(diǎn)數(shù)據(jù),計(jì)算出該轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平衡常數(shù)為_(kāi)_______。
③升高溫度,溶液中CrO的平衡轉(zhuǎn)化率減小,則該反應(yīng)的ΔH________0(填“大于”“小于”或“等于”)。
(3)在化學(xué)分析中采用K2CrO4為指示劑,以AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定溶液中的Cl-,利用Ag+與CrO生成磚紅色沉淀,指示到達(dá)滴定終點(diǎn)。當(dāng)溶液中Cl-恰好完全沉淀(濃度等于1.010-5 molL-1)時(shí),溶液中c(Ag+)為_(kāi)_______molL-1,此時(shí)溶液中c(CrO)等于________molL-1(已知Ag2CrO4、AgCl的Ksp分別為2.010-12和2.010-10)。
(4)+6價(jià)鉻的化合物毒性較大,常用NaHSO3將廢液中的Cr2O還原成Cr3+,該反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_________________________________
_______________________________________________________。
解析 (1)由于Cr3+與Al3+的化學(xué)性質(zhì)相似,所以Cr(OH)3也具有兩性,根據(jù)題目信息,則可知在Cr2(SO4)3溶液中逐滴加入NaOH溶液,先生成灰藍(lán)色沉淀Cr(OH)3,并逐漸增多,隨著滴加NaOH溶液的過(guò)量,灰藍(lán)色沉淀Cr(OH)3逐漸溶解并生成綠色[Cr(OH)4]-溶液。
(2)由圖可知,隨著溶液酸性增大,溶液中c(Cr2O)逐漸增大,說(shuō)明CrO逐漸轉(zhuǎn)化為Cr2O,則CrO的平衡轉(zhuǎn)化率逐漸增大,其反應(yīng)的離子方程式為:2CrO+2H+Cr2O+H2O;由圖中A點(diǎn)數(shù)據(jù),可知:c(Cr2O)=0.25 molL-1、c(H+)=1.010-7 molL-1,則進(jìn)一步可知c(CrO)=1.0 molL-1-20.25 molL-1=0.5 molL-1,根據(jù)平衡常數(shù)的定義可計(jì)算出該轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平衡常數(shù)為1.01014;升高溫度,溶液中CrO的平衡轉(zhuǎn)化率減小,說(shuō)明化學(xué)平衡逆向移動(dòng),則正反應(yīng)為放熱反應(yīng),即該反應(yīng)的ΔH小于0。
(3)根據(jù)Ksp(AgCl)=c(Ag+)c(Cl-)=2.010-10,可計(jì)算出當(dāng)溶液中Cl-恰好完全沉淀(即濃度等于1.010-5 molL-1)時(shí),溶液中c(Ag+)=2.010-5 molL-1,然后再根據(jù)Ksp(Ag2 CrO4)=c2(Ag+)c(CrO)=2.010-12,又可計(jì)算出此時(shí)溶液中c(CrO)=510-3 molL-1。
(4)根據(jù)得失電子守恒、電荷守恒和原子守恒可寫出NaHSO3將廢液中的Cr2O還原成Cr3+反應(yīng)的離子方程式:Cr2O+3HSO+5H+===2Cr3++3SO+4H2O。
答案 (1)藍(lán)紫色溶液變淺,同時(shí)有灰藍(lán)色沉淀生成,最后沉淀逐漸溶解形成綠色溶液
(2)①2CrO+2H+Cr2O+H2O?、谠龃蟆?.01014?、坌∮?
(3)2.010-5 510-3
(4)Cr2O+3HSO+5H+===2Cr3++3SO+4H2O
命題調(diào)研(2014~2018五年大數(shù)據(jù))
命題角度
設(shè)空方向
頻數(shù)
難度
1.化學(xué)反應(yīng)與能量變化
反應(yīng)熱與熱化學(xué)方程式的書(shū)寫
12
0.42
化學(xué)反應(yīng)與鍵能
3
0.40
電化學(xué)(以書(shū)寫電極反應(yīng)式為主)
1
0.38
2.化學(xué)反應(yīng)速率
化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算
4
0.44
化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素
8
0.46
化學(xué)反應(yīng)速率變化圖像分析
10
0.42
3.化學(xué)平衡
平衡狀態(tài)判斷及化學(xué)平衡圖像分析
12
0.41
化學(xué)平衡影響因素分析
8
0.48
反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的計(jì)算
7
0.46
化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式及其計(jì)算
13
0.40
4.電解質(zhì)溶液
電離平衡、水解平衡、溶解平衡的理解
1
0.45
Ka (Kb)及Ksp的理解與計(jì)算
2
0.39
化學(xué)反應(yīng)原理綜合題,是高考的固定題型,通常以速率、平衡知識(shí)為中心,還常涉及到化學(xué)反應(yīng)與能量變化及電解質(zhì)溶液等內(nèi)容。對(duì)于化學(xué)反應(yīng)與能量變化的考查,一方面涉及到氧化還原反應(yīng)分析及電化學(xué)電極書(shū)寫,但最為常見(jiàn)的題型還是蓋斯定律的應(yīng)用,根據(jù)已知熱化學(xué)方程式書(shū)寫待求熱化學(xué)方程式或直接計(jì)算其反應(yīng)熱,難度不大,是高考熱點(diǎn);對(duì)于化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡的考查主要有以下方面:化學(xué)反應(yīng)速率的定量計(jì)算、外界條件對(duì)速率、平衡的影響、新情境下平衡狀態(tài)的判定、平衡常數(shù)的表達(dá)式及平衡常數(shù)與轉(zhuǎn)化率的計(jì)算、以及其速率平衡圖像、數(shù)據(jù)表格分析等。預(yù)計(jì)在2019年的高考中,化學(xué)反應(yīng)原理的綜合仍會(huì)以創(chuàng)新考查為主,特別是在情境、取材上創(chuàng)新,在圖像上創(chuàng)新,同時(shí)聯(lián)系生產(chǎn)生活實(shí)際考查學(xué)生選擇溫度、壓強(qiáng)、酸堿性環(huán)境等適宜的反應(yīng)條件,體現(xiàn)學(xué)生知識(shí)運(yùn)用能力,另外化學(xué)平衡常數(shù)的多種表達(dá)形式,通過(guò)圖像信息獲取解題數(shù)據(jù),完成平衡常數(shù)與轉(zhuǎn)化率的計(jì)算,也是高考考查的重點(diǎn)內(nèi)容之一,應(yīng)給予關(guān)注!
1.計(jì)算反應(yīng)熱
解題模板
[示例1] 甲醇既是重要的化工原料,又可作為燃料,利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)在催化劑作用下合成甲醇。發(fā)生的主要反應(yīng)如下:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2
③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3
回答下列問(wèn)題:
已知反應(yīng)①中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下:
化學(xué)鍵
H—H
C—O
C≡O(shè)
H—O
C—H
E/(kJmol-1)
436
343
1 076
465
413
由此計(jì)算ΔH1=________ kJmol-1;
已知ΔH2=-58 kJmol-1,則ΔH3=________ kJmol-1。
[模型應(yīng)用]
答案?。?9?。?1
[示例2] 工業(yè)生產(chǎn)中可用苯乙烷生產(chǎn)苯乙烯
已知:
ΔH1=+117.6 kJmol-1
H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJmol-1
則 (g)+CO2(g) (g)+CO(g)+H2O(g)的ΔH為_(kāi)_______。
答案?。?58.8 kJmol-1(將已知的兩個(gè)熱化學(xué)方程式依次編號(hào)為①、②,根據(jù)蓋斯定律,由①+②可得)
2.利用蓋斯定律書(shū)寫熱化學(xué)方程式
[解題模板]
應(yīng)對(duì)霧霾污染、改善空氣質(zhì)量需要從多方面入手,如開(kāi)發(fā)利用清潔能源。甲醇是一種可再生的清潔能源,具有廣闊的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用前景。
已知:①CH3OH(g)+H2O(l)===CO2(g)+3H2(g)
ΔH=+93.0 kJmol-1
②CH3OH(g)+O2(g)===CO2(g)+2H2(g)
ΔH=-192.9 kJmol-1
③CH3OH(g)===CH3OH(l) ΔH=-38.19 kJmol-1
則表示CH3OH燃燒熱的熱化學(xué)方程式為_(kāi)__________________________________
_________________________________________________________
_____________________________________________________。
[示例3] [2017江蘇化學(xué),26(1)]TiO2與Cl2難以直接反應(yīng),加碳生成CO和CO2可使反應(yīng)得以進(jìn)行。
已知:TiO2(s)+2Cl2(g)=== TiCl4(g)+O2(g) ΔH1=+175.4 kJmol-1
2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH2=-220.9 kJmol-1
沸騰爐中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的熱化學(xué)方程式:___________________________________________________________
___________________________________________________________。
答案 TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)===TiCl4(g)+2CO(g) ΔH=-45.5 kJ/mol
說(shuō)明:對(duì)于平衡狀態(tài)的判斷,不斷出現(xiàn)新的判斷形式,如絕熱過(guò)程中的熱量變化,化學(xué)平衡常數(shù),有關(guān)圖像等,判斷時(shí)緊緊抓住反應(yīng)過(guò)程中對(duì)應(yīng)物理量是否變化,如果在反應(yīng)過(guò)程中在變,達(dá)到平衡時(shí)不變,則能說(shuō)明。
[示例4] 汽車尾氣凈化的主要原理為2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH<0。若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行,下列示意圖正確且能說(shuō)明反應(yīng)在進(jìn)行到t1時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是________(填編號(hào))。
答案?、冖堍?
分析:在研究平衡移動(dòng)時(shí),常用構(gòu)造模型的方法,比如在一定溫度下,2 mol SO2和1 mol O2在容器甲中建立的平衡體系中,再加入2 mol SO2和1 mol O2的混合氣體,你可以在另一個(gè)相同體積的容器乙中先建立平衡如圖,此時(shí)這兩個(gè)平衡體系完全一致,此時(shí)如果把甲、乙之間的隔板抽去,各物質(zhì)的量增倍,百分含量不變,然后再把它壓成此時(shí)體積的,壓強(qiáng)增大,平衡右移,所以通過(guò)這樣的虛擬過(guò)程,可以看出,在體積不變時(shí),成比例加入反應(yīng)物相當(dāng)于增大壓強(qiáng)。
[示例5] 在溫度、容積相同的3個(gè)密閉容器中,按不同方式投入反應(yīng)物,保持恒溫、恒容,測(cè)得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下[已知N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJmol-1]
容器
甲
乙
丙
反應(yīng)物投入量
1 mol N2、3 mol H2
2 mol NH3
4 mol NH3
c1
c2
c3
體系壓強(qiáng)(Pa)
p1
p2
p3
反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率
α1
α2
α3
判斷:2c1________c3 2p2________p3 α1+α3________1(填“>” “<” “=”)
答案?。肌?>?。?
1.根據(jù)圖像選擇合適條件
[示例6] 氨氣制取尿素[CO(NH2)2]的合成塔中發(fā)生反應(yīng):2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)。
下圖為合成塔中不同氨碳比a[]和水碳比b[]時(shí)二氧化碳轉(zhuǎn)化率(α)。b宜控制在________(填字母)范圍內(nèi)。
A.0.6~0.7 B.1~1.1 C.1.5~1.6
a宜控制在4.0左右,理由是___________________________
_________________________________________________。
[圖像分析] 控制變量,作垂直于橫軸的一條直線交三條曲線于三點(diǎn),轉(zhuǎn)化率越高越好,所以選擇A。選擇最佳氨碳比,可看最上面曲線的走勢(shì),整體增加,曲線先陡后平(略上升),依然選擇拐點(diǎn),當(dāng)氨碳比大于4.0時(shí),增大氨氣的量CO2轉(zhuǎn)化率增加不大,但生產(chǎn)成本提高了;氨碳比太小,CO2轉(zhuǎn)化率低。
答案 A 氨碳比等于4,CO2轉(zhuǎn)化率較高 當(dāng)氨碳比大于4.0時(shí),增大NH3的量CO2的轉(zhuǎn)化率增加不大,但生產(chǎn)成本提高了;氨碳比小于4.0時(shí),CO2的轉(zhuǎn)化率低。
2.根據(jù)圖像解釋產(chǎn)生某種現(xiàn)象的原因
[示例7] 以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4為催化劑,可以將CO2和CH4直接轉(zhuǎn)化成乙酸。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如下圖所示。250~300 ℃時(shí),溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是:___________
________________________________________________。
[圖像分析] 兩根曲線注意看清每個(gè)曲線對(duì)應(yīng)的條件,分析兩個(gè)量之間內(nèi)在的聯(lián)系。這里涉及影響反應(yīng)速率的兩個(gè)因素:催化劑和溫度,弄清影響因素即可。所以,250~300 ℃時(shí),溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是溫度超過(guò)250 ℃時(shí),催化劑的催化效率降低。
答案 溫度超過(guò)250 ℃時(shí),催化劑的催化效率降低
3.根據(jù)圖像推斷ΔH變化
[示例8] 為了減少空氣中的CO2,目前捕碳技術(shù)在降低溫室氣體排放中具有重要的作用,捕碳劑常用(NH4)2CO3,反應(yīng)為(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g)===2NH4HCO3(aq) ΔH。為研究溫度對(duì)(NH4)2CO3捕獲CO2效率的影響,在某溫度T1下,將一定量的(NH4)2CO3溶液置于密閉容器中,并充入一定量的CO2氣體(用氮?dú)庾鳛橄♂寗?,在t時(shí)刻,測(cè)得容器中CO2氣體的濃度。然后分別在溫度為T2、T3、T4、T5下,保持其他初始實(shí)驗(yàn)條件不變,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),經(jīng)過(guò)相同時(shí)間測(cè)得CO2氣體濃度,其關(guān)系如圖,則ΔH________(填“>”、“=”或“<”)0。
[圖像分析] 根據(jù)可逆反應(yīng)的特征,準(zhǔn)確確定平衡點(diǎn)。溫度越高反應(yīng)速率越快,達(dá)到平衡所需的時(shí)間越短,在相等時(shí)間內(nèi),CO2濃度最低的點(diǎn)應(yīng)該是平衡點(diǎn)。T3往后,溫度升高,CO2濃度增大,平衡逆向移動(dòng),逆反應(yīng)吸熱,正反應(yīng)放熱。
答案 <
1.化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式
(1)不要把反應(yīng)體系中純固體、純液體以及稀水溶液中水的濃度寫進(jìn)平衡常數(shù)表達(dá)式。如:
CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)
K=c(CO2)
Cr2O(aq)+H2O(l)2CrO(aq)+2H+(aq)
K=
但在非水溶液中,若有水參加或生成,則此時(shí)水的濃度不可視為常數(shù),應(yīng)寫進(jìn)平衡常數(shù)表達(dá)式中。如:
C2H5OH+CH3COOHCH3COOC2H5+H2O
K=
C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)
K=
(2)同一化學(xué)反應(yīng),化學(xué)反應(yīng)方程式寫法不同,其平衡常數(shù)表達(dá)式及數(shù)值亦不同。如:
N2O4(g)2NO2(g) K=
N2O4(g)NO2(g) K′==
(3)有氣體參與的反應(yīng),用平衡分壓(總壓乘以各自的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))表示平衡常數(shù)。
如:2A(g)+B(s)C(g)。若達(dá)到平衡時(shí),n(A)=n1、
n(C)=n2密閉體系的壓強(qiáng)為p,則K==。
2.悟透化學(xué)平衡常數(shù)及轉(zhuǎn)化率計(jì)算題解題模式
根據(jù)反應(yīng)進(jìn)行(或移動(dòng))的方向,設(shè)定某反應(yīng)物消耗的量,然后列式求解。
例: mA?。B pC?。D
起始量: a b 0 0
變化量: mx nx px qx
平衡量: a-mx b-nx px qx
注意:①變化量與化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)成比例;
②這里a、b可指:物質(zhì)的量、濃度、體積等;
③弄清起始濃度、平衡濃度、平衡轉(zhuǎn)化率三者之間的互換關(guān)系;
④在使用平衡常數(shù)時(shí),要注意反應(yīng)物或生成物的狀態(tài)。
[示例9] 順1,2二甲基環(huán)丙烷和反1,2二甲基環(huán)丙烷可發(fā)生如下轉(zhuǎn)化:
該反應(yīng)的速率方程可表示為:v(正)=k(正)c(順)和v(逆)=k(逆)c(反),k(正)和k(逆)在一定溫度時(shí)為常數(shù),分別稱作正、逆反應(yīng)速率常數(shù)?;卮鹣铝袉?wèn)題:
(1)已知:t1溫度下,k(正)=0.006 s-1,k(逆)=0.002 s-1,該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)值K1=________;該反應(yīng)的活化能Ea(正)小于Ea(逆),則ΔH________0(填“小于”“等于”或“大于”)。
答案 3 小于
1.題型特點(diǎn)
此類試題以元素及化合物、化學(xué)平衡知識(shí)為主題,借助圖像、圖表的手段考查相關(guān)聯(lián)的知識(shí)。主要考查點(diǎn):
(1)反應(yīng)現(xiàn)象的描述。
(2)氧化還原反應(yīng)、原電池與電解池、陌生離子方程式的書(shū)寫。
(3)化學(xué)鍵與反應(yīng)的熱效應(yīng)計(jì)算、信息條件下速率計(jì)算、平衡常數(shù)的計(jì)算、Ksp的計(jì)算。
(4)平衡的影響因素、平衡移動(dòng)與圖像及相關(guān)原因的分析。
2.解題思路:四步突破物質(zhì)性質(zhì)與化學(xué)平衡綜合題
分析: 2016課標(biāo)全國(guó)卷Ⅰ27題(題目見(jiàn)“考情解碼”第5題)就是借助元素鉻(Cr)在溶液中主要以Cr3+(藍(lán)紫色)、[Cr(OH)4]-(綠色)、Cr2O(橙紅色)、CrO(黃色)等形式存在, 根據(jù)Cr3+與Al3+的化學(xué)性質(zhì)相似, 寫實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及轉(zhuǎn)化的離子反應(yīng),進(jìn)一步根據(jù)圖像考查化學(xué)平衡常數(shù)及轉(zhuǎn)化率。
[典例演示1] (2017課標(biāo)全國(guó)Ⅱ,27)丁烯是一種重要的化工原料,可由丁烷催化脫氫制備?;卮鹣铝袉?wèn)題:
(1)正丁烷(C4H10)脫氫制1丁烯(C4H8)的熱化學(xué)方程式如下:
①C4H10(g)===C4H8(g)+H2(g) ΔH1
已知:②C4H10(g)+O2(g)===C4H8(g)+H2O(g) ΔH2=-119 kJmol-1
③H2(g)+ O2(g)===H2O(g) ΔH3=-242 kJmol-1
反應(yīng)①的ΔH1為_(kāi)_______ kJmol-1。圖(a)是反應(yīng)①平衡轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系圖,x________0.1(填“大于”或“小于”);欲使丁烯的平衡產(chǎn)率提高,應(yīng)采取的措施是________(填標(biāo)號(hào))。
A.升高溫度 B.降低溫度
C.增大壓強(qiáng) D.降低壓強(qiáng)
(2)丁烷和氫氣的混合氣體以一定流速通過(guò)填充有催化劑的反應(yīng)器(氫氣的作用是活化催化劑),出口氣中含有丁烯、丁烷、氫氣等。圖(b)為丁烯產(chǎn)率與進(jìn)料氣中n(氫氣)/n(丁烷)的關(guān)系。圖中曲線呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì),其降低的原因是___________________________________________________________
______________________________________________________________。
(3)圖(c)為反應(yīng)產(chǎn)率和反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線,副產(chǎn)物主要是高溫裂解生成的短碳鏈烴類化合物。丁烯產(chǎn)率在590 ℃之前隨溫度升高而增大的原因可能是______________________________________________________________、
______________________________________________________________;
590 ℃之后,丁烯產(chǎn)率快速降低的主要原因可能是____________________________________________________________
___________________________________________________________
__________________________________________________________。
解析 (1)根據(jù)蓋斯定律,用②式-③式可得①式,因此ΔH1=ΔH2-ΔH3=-119 kJ/mol+242 kJ/mol=+123 kJ/mol。由a圖可以看出,溫度相同時(shí),由0.1 MPa變化到x MPa,丁烷的轉(zhuǎn)化率增大,即平衡正向移動(dòng),所以x的壓強(qiáng)更小,x<0.1。由于反應(yīng)①為吸熱反應(yīng),所以溫度升高時(shí),平衡正向移動(dòng),丁烯的平衡產(chǎn)率增大,因此A正確、B錯(cuò)誤。反應(yīng)①正向進(jìn)行時(shí)體積增大,加壓時(shí)平衡逆向移動(dòng),丁烯的平衡產(chǎn)率減小,因此C錯(cuò)誤,D正確。(2)反應(yīng)初期,H2可以活化催化劑,進(jìn)料氣中n(氫氣)/n(丁烷)較小,丁烷濃度大,反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行的程度大,丁烯轉(zhuǎn)化率升高;然后進(jìn)料氣中n(氫氣)/n(丁烷)增大,原料中過(guò)量的H2會(huì)使反應(yīng)①平衡逆向移動(dòng),所以丁烯轉(zhuǎn)化率下降。(3)590 ℃之前,溫度升高時(shí)反應(yīng)速率加快,生成的丁烯會(huì)更多,同時(shí)由于反應(yīng)①是吸熱反應(yīng),升高溫度平衡正向移動(dòng),平衡體系中會(huì)含有更多的丁烯。而溫度超過(guò)590 ℃時(shí),由于丁烷高溫會(huì)裂解生成短鏈烴類,所以參加反應(yīng)①的丁烷也就相應(yīng)減少。
答案 (1)+123 小于 AD
(2)原料中過(guò)量H2會(huì)使反應(yīng)①平衡逆向移動(dòng),所以丁烯轉(zhuǎn)化率下降
(3)590 ℃前升高溫度,反應(yīng)①平衡正向移動(dòng) 升高溫度時(shí),反應(yīng)速率加快,單位時(shí)間產(chǎn)生丁烯更多 高于590 ℃時(shí)則有更多的C4H10裂解導(dǎo)致產(chǎn)率降低
[題型訓(xùn)練1] (2018天津理綜,10)CO2是一種廉價(jià)的碳資源,其綜合利用具有重要意義?;卮鹣铝袉?wèn)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_(kāi)_______(寫離子符號(hào));若所得溶液c(HCO)∶c(CO)=2∶1,溶液pH=________。(室溫下,H2CO3的K1=410-7;K2=510-11)
(2)CO2與CH4經(jīng)催化重整,制得合成氣:
CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)
①已知上述反應(yīng)中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下:
化學(xué)鍵
C—H
C===O
H—H
CO(CO)
鍵能/kJmol-1
413
745
436
1 075
則該反應(yīng)的ΔH=________。分別在V L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(dá)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(duì)CO和H2產(chǎn)率的影響如圖1所示。此反應(yīng)優(yōu)選溫度為900 ℃的原因是_________________________________________________________。
(3)O2輔助的AlCO2電池工作原理如圖2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(fù)極反應(yīng)式:__________________________________________________。
電池的正極反應(yīng)式:6O2+6e-===6O
6CO2+6O===3C2O+6O2
反應(yīng)過(guò)程中O2的作用是_____________________________________。
該電池的總反應(yīng)式:___________________________________________。
解析 (1)若所得溶液的pH=13,溶液呈強(qiáng)堿性,則CO2主要轉(zhuǎn)化為CO。若所得溶液c(HCO)∶c(CO)=2∶1,根據(jù)K2=,則c(H+)=K2=510-112 molL-1=10-10 molL-1,pH=-lg 10-10=10。(2)①根據(jù)ΔH=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能,該反應(yīng)的ΔH=(4134+7452)kJmol-1-(1 0752+4362)kJmol-1=+120 kJmol-1。該反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的吸熱反應(yīng),恒容時(shí)達(dá)到的平衡相當(dāng)于恒壓條件下達(dá)到平衡后增大壓強(qiáng),加壓平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),故恒容時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡后吸收的熱量比恒壓時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡后吸收的熱量少。②根據(jù)題圖1知,900 ℃時(shí),合成氣產(chǎn)率已經(jīng)較高,再升高溫度產(chǎn)率增幅不大,但升高溫度,能耗升高,經(jīng)濟(jì)效益降低。(3)該電池中Al作負(fù)極,電解質(zhì)為含AlCl3的離子液體,故負(fù)極反應(yīng)為Al-3e-===Al3+。正極為多孔碳電極,根據(jù)正極反應(yīng)式,得正極總反應(yīng)為6CO2+6e-===3C2O,O2不參與正極的總反應(yīng),故O2為催化劑。將負(fù)極反應(yīng)式:2Al-6e-===2Al3+和正極反應(yīng)式:6CO2+6e-===3C2O相加,可得該電池的總反應(yīng)式為2Al+6CO2===Al2(C2O4)3。
答案 (1)CO 10
(2)①+120 kJmol-1 B
②900 ℃時(shí),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(jì)效益降低
(3)Al-3e-===Al3+(或2Al-6e-===2Al3+) 催化劑
2Al+6CO2===Al2(C2O4)3
[題型訓(xùn)練2] NO2與SO2能發(fā)生反應(yīng):NO2+SO2SO3+NO,某研究小組對(duì)此進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)探究。
(1)硝酸廠向大氣中排放NO2造成的環(huán)境問(wèn)題是____________________________
_________________________________________________。
(2)為了減少SO2的排放,將含SO2的煙氣通過(guò)洗滌劑X,充分吸收后再向吸收后的溶液中加入稀硫酸,既可以回收SO2,同時(shí)又可得到化肥。上述洗滌劑X可以是________(填序號(hào))。
a.Ca(OH)2 b.K2CO3
c.Na2SO3 d.NH3H2O
(3)實(shí)驗(yàn)中,尾氣可以用堿溶液吸收。NaOH溶液吸收NO2時(shí),發(fā)生的反應(yīng)為2NO2+2OH-===NO+NO+H2O,反應(yīng)中形成的化學(xué)鍵是________(填化學(xué)鍵的類型)。用NaOH溶液吸收少量SO2的離子方程式為_(kāi)_______________________
_____________________________________________________________。
(4)已知:2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH=-113.0 kJmol-1
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-196.6 kJmol-1
則NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g) ΔH=________。
(5)在固定體積的密閉容器中,使用某種催化劑,改變?cè)蠚馀浔冗M(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)(各次實(shí)驗(yàn)的溫度可能相同,也可能不同),測(cè)定NO2的平衡轉(zhuǎn)化率。部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示:
①如果要將圖中C點(diǎn)的平衡狀態(tài)改變?yōu)锽點(diǎn)的平衡狀態(tài),應(yīng)采取的措施是_________________________________________________________________
____________________________________________________________;
②若A點(diǎn)對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,SO2(g)的起始濃度為c0 molL-1,經(jīng)過(guò)t min達(dá)到平衡狀態(tài),該時(shí)段化學(xué)反應(yīng)速率v(NO2)=________ molL-1min-1;
③圖中C、D兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)溫度分別為TC和TD,通過(guò)計(jì)算判斷TC________TD(填“>”“=”或“<”)。
解析 (1)硝酸廠向大氣中排放NO2造成的環(huán)境問(wèn)題是酸雨、光化學(xué)煙霧等。(2)SO2是酸性氧化物,由于同時(shí)又可得到化肥,因此洗滌劑應(yīng)該是碳酸鉀或氨水。(3)發(fā)生的反應(yīng)為2NO2+2OH-===NO+NO+H2O,反應(yīng)中生成亞硝酸根、硝酸根和水,形成的化學(xué)鍵是共價(jià)鍵;用NaOH溶液吸收少量SO2反應(yīng)生成亞硫酸鈉和水,反應(yīng)的離子方程式為SO2+2OH-===SO+H2O。(4)①2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH=-113.0 kJmol-1,②2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-196.6 kJmol-1,利用蓋斯定律由(②-①)1/2得到NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g) ΔH=-41.8 kJmol-1。(5)NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g) ΔH=-41.8 kJmol-1,反應(yīng)為氣體體積不變的放熱反應(yīng),則①如果將圖中C點(diǎn)的平衡狀態(tài)改變?yōu)锽點(diǎn)的平衡狀態(tài),平衡轉(zhuǎn)化率增大,平衡正向進(jìn)行,正反應(yīng)為放熱反應(yīng),降低溫度平衡正向進(jìn)行。②A點(diǎn)平衡轉(zhuǎn)化率為50%,n0(NO2)∶n0(SO2)=0.4,SO2(g)的起始濃度為c0 molL-1,NO2起始濃度為0.4c0 molL-1,反應(yīng)的二氧化氮濃度為0.4c0 molL-150%=0.2c0 molL-1,該時(shí)段化學(xué)反應(yīng)速率v(NO2)== molL-1min-1。③NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g) ΔH=-41.8 kJmol-1,反應(yīng)為放熱反應(yīng),C點(diǎn)n0(NO2)∶n0(SO2)=1.0,SO2(g)的起始濃度為c0 molL-1,NO2起始濃度c(NO2)=c0 molL-1,圖中C、D兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)溫度分別為TC和TD,C點(diǎn)二氧化氮轉(zhuǎn)化率為50%,
平衡常數(shù)KC=1,
D點(diǎn)二氧化氮轉(zhuǎn)化率40%,n0(NO2)∶n0(SO2)=1.5,SO2(g)的起始濃度為c0 molL-1,NO2起始濃度c(NO2)=1.5c0 molL-1,則
平衡常數(shù)KD=1,
平衡常數(shù)相同說(shuō)明反應(yīng)溫度相同,TC=TD。
答案 (1)酸雨、光化學(xué)煙霧 (2)bd
(3)共價(jià)鍵 SO2+2OH-===SO+H2O
(4)-41.8 kJmol-1
(5)①降低溫度?、凇、郏?
[典例演示2] 氮及其化合物對(duì)生產(chǎn)、生活有重要的意義。
(1)合成氨的原理如圖1所示,該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為
________________________________________________________________
______________________________________________________________。
(2)尿素是重要的肥料,工業(yè)合成尿素的反應(yīng)如下:
2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)
ΔH>0
該反應(yīng)合適的反應(yīng)條件是________。
A.高溫 B.低溫
C.高壓 D.低壓
E.催化劑
(3)氨基甲酸銨是合成尿素的一種中間產(chǎn)物。將體積比為2∶1的NH3和CO2的混合氣體充入一個(gè)容積不變的真空密閉容器中,在恒定溫度下使其發(fā)生下列反應(yīng)并達(dá)到平衡:
2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s)
實(shí)驗(yàn)測(cè)得的不同溫度下的平衡數(shù)據(jù)如表所示:
溫度/℃
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
平衡狀態(tài)下氣體總
濃度/(10-3 molL-1)
2.4
3.4
4.8
6.8
9.4
①根據(jù)表中數(shù)據(jù),則2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s) ΔH________(填“>”或“<”)0,列式計(jì)算25.0 ℃時(shí)的平衡常數(shù):_______________________。
②關(guān)于上述反應(yīng)的平衡狀態(tài),下列說(shuō)法正確的是________。
A.分離出少量的氨基甲酸銨,反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率將增大
B.平衡時(shí)降低反應(yīng)體系溫度,CO2的體積分?jǐn)?shù)下降
C.NH3的轉(zhuǎn)化率始終等于CO2的轉(zhuǎn)化率
D.加入有效催化劑能夠提高氨基甲酸銨的產(chǎn)率
③已知氨基甲酸銨極易發(fā)生水解反應(yīng):NH2COONH4+2H2ONH4HCO3+NH3H2O某研究小組分別測(cè)
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