(通用版)2022年高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí) 5個(gè)解答題之2 反應(yīng)原理綜合題(含解析)
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1、(通用版)2022年高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí) 5個(gè)解答題之2 反應(yīng)原理綜合題(含解析) 1.(2018·全國(guó)卷Ⅲ)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) ΔH1=48 kJ·mol-1 3SiH2Cl2(g)===SiH4(g)+2Si
2、HCl3(g) ΔH2=-30 kJ·mol-1 則反應(yīng)4SiHCl3(g)===SiH4(g)+3SiCl4(g)的ΔH為_(kāi)_______kJ·mol-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、__、______。 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x-k逆xx,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))。 [把脈考點(diǎn)] 第(1)問(wèn) 考查化學(xué)方程式的書(shū)寫 第(2)問(wèn) 考查利用蓋斯定律求算反應(yīng)熱 第(3)問(wèn) ① 考查轉(zhuǎn)化率及平衡常數(shù)的相關(guān)計(jì)算 ② 考查外界條件對(duì)速率和平衡的影響 ③ 考查反應(yīng)速率大小比較、根據(jù)信息進(jìn)行相關(guān)計(jì)算 解析:(1)SiHCl3遇潮氣時(shí)發(fā)煙生成(HSiO)2O等,結(jié)合原子守恒推知SiHCl3與水蒸氣反
4、應(yīng)除生成(HSiO)2O外,還生成HCl,化學(xué)方程式為2SiHCl3+3H2O===(HSiO)2O+6HCl。 (2)將題給兩個(gè)熱化學(xué)方程式依次編號(hào)為①、②,根據(jù)蓋斯定律,由①×3+②可得:4SiHCl3(g)===SiH4(g)+3SiCl4(g),則有ΔH=3ΔH1+ΔH2=3×48 kJ·mol-1+(-30 kJ·mol-1)=114 kJ·mol-1。 (3)溫度越高,反應(yīng)速率越快,達(dá)到平衡的時(shí)間越短,曲線a達(dá)到平衡的時(shí)間短,則曲線a代表343 K時(shí)SiHCl3的轉(zhuǎn)化率變化,曲線b代表323 K時(shí)SiHCl3的轉(zhuǎn)化率變化。 ①由題圖可知,343 K時(shí)反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率α=22%
5、。設(shè)起始時(shí)SiHCl3(g)的濃度為1 mol·L-1,則有 2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)+SiCl4(g) 起始濃度/mol·L-1 1 0 0 轉(zhuǎn)化濃度/mol·L-1 0.22 0.11 0.11 平衡濃度/mol·L-1 0.78 0.11 0.11 則343 K時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù) K343 K==≈0.02。 ②在343 K時(shí),要提高SiHCl3轉(zhuǎn)化率,可采取的措施是及時(shí)移去產(chǎn)物,使平衡向右移動(dòng);要縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間,需加快化學(xué)反應(yīng)速率,可采取的措
6、施有提高反應(yīng)物壓強(qiáng)或濃度、改進(jìn)催化劑等。 答案:(1)2SiHCl3+3H2O===(HSiO)2O+6HCl (2)114 (3)①22 0.02?、诩皶r(shí)移去產(chǎn)物 改進(jìn)催化劑 提高反應(yīng)物壓強(qiáng)(濃度)?、鄞笥凇?.3 2.(2017·全國(guó)卷Ⅰ)近期發(fā)現(xiàn),H2S是繼NO、CO之后的第三個(gè)生命體系氣體信號(hào)分子,它具有參與調(diào)節(jié)神經(jīng)信號(hào)傳遞、舒張血管減輕高血壓的功能。回答下列問(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 mol·L-
7、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
8、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)實(shí)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 [把脈考點(diǎn)] 第(1)問(wèn) 考查酸性強(qiáng)弱的比較、弱電解質(zhì)的電離平衡 第(2)問(wèn) 考查應(yīng)用蓋斯定律書(shū)寫熱化學(xué)方程式、反應(yīng)熱大小的比較 第(3)問(wèn)
9、 ① 考查平衡轉(zhuǎn)化率、平衡常數(shù)的計(jì)算 ② 考查溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響 ③ 考查濃度對(duì)化學(xué)平衡、轉(zhuǎn)化率的影響 解析:(1)根據(jù)較強(qiáng)酸制備較弱酸原理,氫硫酸不和NaHCO3反應(yīng),亞硫酸與NaHCO3反應(yīng),說(shuō)明亞硫酸、碳酸、氫硫酸的酸性依次減弱,A項(xiàng)正確;溶液的導(dǎo)電能力與離子總濃度有關(guān),相同濃度下,氫硫酸溶液導(dǎo)電能力弱,說(shuō)明氫硫酸的電離能力較弱,即電離出的氫離子濃度較小,B項(xiàng)正確;相同濃度下,亞硫酸的pH較小,故它的酸性較強(qiáng),C項(xiàng)正確;酸性強(qiáng)弱與還原性無(wú)關(guān),酸性強(qiáng)調(diào)酸電離出氫離子的難易,而還原性強(qiáng)調(diào)還原劑失電子的難易,D項(xiàng)錯(cuò)誤。(2)系統(tǒng)(Ⅰ)和系統(tǒng)(Ⅱ)都是吸熱反應(yīng),從熱化學(xué)方程式可
10、以看出,系統(tǒng)(Ⅱ)制備1 mol H2需要消耗20 kJ能量,而系統(tǒng)(Ⅰ)制備1 mol H2需要消耗286 kJ能量,故系統(tǒng)(Ⅱ)消耗的能量較少。(3)①用三段式法計(jì)算:該反應(yīng)是等氣體分子數(shù)反應(yīng),平衡時(shí)n(H2O)=0.02×0.50 mol=0.01 mol。 H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g) 起始/mol 0.40 0.10 0 0 轉(zhuǎn)化/mol 0.01 0.01 0.01 0.01 平衡/mol 0.39 0.09 0.01 0.01 α(H2S)=×100%=2.5
11、%。對(duì)于等氣體分子數(shù)反應(yīng),可直接用物質(zhì)的量替代濃度計(jì)算平衡常數(shù):K==≈2.8×10-3。②總物質(zhì)的量不變,H2O的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大,說(shuō)明平衡向右移動(dòng),H2S的轉(zhuǎn)化率增大。即升高溫度,平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。③平衡之后,再充入H2S,則CO2的轉(zhuǎn)化率增大,H2S的轉(zhuǎn)化率減小,A項(xiàng)錯(cuò)誤;充入CO2,平衡向右移動(dòng),H2S的轉(zhuǎn)化率增大,B項(xiàng)正確;充入COS,平衡向左移動(dòng),H2S的轉(zhuǎn)化率減小,C項(xiàng)錯(cuò)誤;充入N2,無(wú)論體積是否變化,對(duì)于氣體分子數(shù)相等的反應(yīng),平衡不移動(dòng),H2S的轉(zhuǎn)化率不變,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案:(1)D (2)H2O(l)===H2(g)+O2(g)ΔH=+286 kJ
12、·mol-1 H2S(g)===H2(g)+S(s) ΔH=+20 kJ·mol-1 系統(tǒng)(Ⅱ) (3)①2.5 2.8×10-3?、? >?、跙 3.(2016·全國(guó)卷Ⅲ)煤燃燒排放的煙氣含有SO2和NOx,形成酸雨、污染大氣,采用NaClO2溶液作為吸收劑可同時(shí)對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫、脫硝?;卮鹣铝袉?wèn)題: (1)NaClO2的化學(xué)名稱為_(kāi)_______。 (2)在鼓泡反應(yīng)器中通入含有SO2和NO的煙氣,反應(yīng)溫度323 K,NaClO2溶液濃度為5×10-3 mol·L-1。 反應(yīng)一段時(shí)間后溶液中離子濃度的分析結(jié)果如下表。 離子 SO SO NO NO Cl- c/(mo
13、l·L-1) 8.35×10-4 6.87×10-6 1.5×10-4 1.2×10-5 3.4×10-3 ①寫出NaClO2溶液脫硝過(guò)程中主要反應(yīng)的離子方程式________________________。增加壓強(qiáng),NO的轉(zhuǎn)化率________(填“提高”“不變”或“降低”)。 ②隨著吸收反應(yīng)的進(jìn)行,吸收劑溶液的pH逐漸________(填“增大”“不變”或“減小”)。 ③由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,脫硫反應(yīng)速率________脫硝反應(yīng)速率(填“大于”或“小于”)。原因是除了SO2和NO在煙氣中的初始濃度不同,還可能是__________________________________
14、______________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)在不同溫度下,NaClO2溶液脫硫、脫硝的反應(yīng)中SO2和NO的平衡分壓pe如圖所示。 ①由圖分析可知,反應(yīng)溫度升高,脫硫、脫硝反應(yīng)的平衡常數(shù)均________(填“增大”“不變”或“減小”)。 ②反應(yīng)ClO+2SO2SO+Cl-的平衡常數(shù)K表達(dá)式為_(kāi)_________________。 (4)如果采用NaClO、Ca(ClO)2替代NaClO2,也
15、能得到較好的煙氣脫硫效果。 ①?gòu)幕瘜W(xué)平衡原理分析,Ca(ClO)2相比NaClO具有的優(yōu)點(diǎn)是________________________________________________________________________。 ②已知下列反應(yīng): SO2(g)+2OH-(aq)===SO(aq)+H2O(l) ΔH1 ClO-(aq)+SO(aq)===SO(aq)+Cl-(aq) ΔH2 CaSO4(s)===Ca2+(aq)+SO(aq) ΔH3 則反應(yīng)SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq)===CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq
16、)的ΔH=________。 [把脈考點(diǎn)] 第(1)問(wèn) 考查化學(xué)用語(yǔ)規(guī)范 第(2)問(wèn) ① 考查壓強(qiáng)對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響 ② 考查反應(yīng)過(guò)程中離子濃度的變化 ③ 考查外界條件對(duì)反應(yīng)速率的影響 第(3)問(wèn) ① 考查根據(jù)圖像分析氣體的平衡分壓對(duì)平衡常數(shù)的影響 ② 考查平衡常數(shù)表達(dá)式的書(shū)寫 第(4)問(wèn) ① 考查外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響 ② 考查利用蓋斯定律求算反應(yīng)熱 解析:(1)NaClO2中Cl元素的化合價(jià)為+3,其化學(xué)名稱為亞氯酸鈉。(2)①分析表中數(shù)據(jù)可知,NaClO2溶液脫硝過(guò)程中主要生成Cl-和NO,結(jié)合電子守恒和元素守恒寫出離子方程式:4NO+3C
17、lO+4OH-===4NO+3Cl-+2H2O。該反應(yīng)中只有NO是氣體,增加壓強(qiáng),有利于NO的吸收,NO的轉(zhuǎn)化率提高。②由于吸收SO2和NO過(guò)程中生成H+,溶液中c(H+)不斷增大,溶液的pH逐漸減小。③由表中數(shù)據(jù)可知,相同時(shí)間內(nèi),c(SO)比c(NO)增加得多,說(shuō)明脫硫反應(yīng)速率大于脫硝反應(yīng)速率,其原因除了SO2和NO在煙氣中的初始濃度不同外,還可能是NO溶解度較低或脫硝反應(yīng)活化能較高。(3)①由圖可知,溫度升高,SO2和NO的平衡分壓pe對(duì)應(yīng)的-lg pe逐漸減小,說(shuō)明SO2和NO的平衡分壓pe逐漸增大,則脫硫、脫硝反應(yīng)逆向進(jìn)行,平衡常數(shù)均減小。②反應(yīng)ClO+2SO2SO+Cl-的平衡常
18、數(shù)K的表達(dá)式為K=。(4)①利用Ca(ClO)2替代NaClO2,形成CaSO4沉淀,反應(yīng)平衡向產(chǎn)物方向移動(dòng),SO2轉(zhuǎn)化率高。②將題給三個(gè)熱化學(xué)方程式分別標(biāo)號(hào)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,根據(jù)蓋斯定律,由Ⅰ+Ⅱ-Ⅲ可得:SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq)===CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq),則有ΔH=ΔH1+ΔH2-ΔH3。 答案:(1)亞氯酸鈉 (2)①4NO+3ClO+4OH-===4NO+3Cl-+2H2O 提高 ②減小?、鄞笥? NO溶解度較低或脫硝反應(yīng)活化能較高 (3)①減小 ②K= (4)①形成CaSO4沉淀,反應(yīng)平衡向產(chǎn)物方向移動(dòng),SO2轉(zhuǎn)化率
19、提高 ②ΔH1+ΔH2-ΔH3 化學(xué)反應(yīng)原理綜合題是高考必考題型,常與生產(chǎn)、生活、科技等緊密聯(lián)系的物質(zhì)為背景材料,把熱化學(xué)、電化學(xué)及四大平衡知識(shí)融合在一起命制,題目設(shè)問(wèn)較多,涉及內(nèi)容也較多,多數(shù)題目含有圖像或圖表,導(dǎo)致思維轉(zhuǎn)換角度較大,對(duì)考生思維能力的要求較高。 主要考查學(xué)生的信息處理能力、學(xué)科內(nèi)綜合分析能力,應(yīng)用反應(yīng)原理解決生產(chǎn)實(shí)際中的具體問(wèn)題,體現(xiàn)了“變化觀念與平衡思想”的核心素養(yǎng)?! ? 高考題點(diǎn)逐一研究——清盲點(diǎn) 化學(xué)反應(yīng)原理綜合題是高考的重點(diǎn)和難點(diǎn),是考生主要失分點(diǎn),要想順利突破此點(diǎn),需從兩方面著手: 一要抓住兩條知識(shí)主線:一條是能量線,由此可串聯(lián)化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)
20、熱和電化學(xué)知識(shí);另一條是平衡線,由此可串聯(lián)化學(xué)平衡、電離平衡、水解平衡和沉淀溶解平衡。特別注意平衡移動(dòng)原理適用于所有的動(dòng)態(tài)平衡,可以用平衡移動(dòng)原理對(duì)四大平衡進(jìn)行分析比較,以加深對(duì)平衡的特點(diǎn)、本質(zhì)及平衡移動(dòng)方向等的理解,還可以借助圖表來(lái)直觀理解平衡移動(dòng)原理,達(dá)到一提一條線,一串串一片。 二要從反應(yīng)熱的計(jì)算、化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志及平衡移動(dòng)方向的判斷、平衡轉(zhuǎn)化率及平衡常數(shù)的相關(guān)計(jì)算、信息圖像題的綜合分析四個(gè)命題角度掌握解題技法,做到舉一通百,萬(wàn)變不離其中。 命題點(diǎn)一 反應(yīng)熱的計(jì)算 (一)求反應(yīng)熱的幾種方法 1.從宏觀角度分析計(jì)算 ΔH=H1(生成物的總能量)-H2(反應(yīng)物的總能量)
21、2.從微觀角度分析計(jì)算 ΔH=E1(反應(yīng)物的鍵能總和)-E2(生成物的鍵能總和) 3.從活化能角度分析計(jì)算 ΔH=E1(正反應(yīng)的活化能)-E2(逆反應(yīng)的活化能) 4.根據(jù)蓋斯定律計(jì)算 (1)計(jì)算步驟 (2)計(jì)算方法 (二)化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)熱的大小比較 1.同一反應(yīng)的比較 (1)反應(yīng)物狀態(tài)不同 例如:S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH1<0 S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH2<0 因?yàn)榈攘糠磻?yīng)物S(g)比S(s)所具有的能量多,反應(yīng)放出熱量就多,所以ΔH1<ΔH2。 (2)生成物狀態(tài)不同 例如:H2(g)+O2(g)===H2O(g)
22、 ΔH1<0 H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH2<0 因?yàn)榈攘慨a(chǎn)物H2O(g)比H2O(l)所具有的能量多,反應(yīng)放出熱量少,所以ΔH1>ΔH2。 (注意:ΔH為負(fù),放熱越多,ΔH越小) (3)化學(xué)計(jì)量數(shù)不同 例如:H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH1<0 2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH2<0 有2ΔH1=ΔH2且ΔH1>ΔH2。 2.不同反應(yīng)的比較 (1)根據(jù)反應(yīng)物的本性比較 等物質(zhì)的量的不同物質(zhì)與同一種物質(zhì)反應(yīng)時(shí),越活潑的物質(zhì)反應(yīng)放熱越多。例如: H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g) ΔH1 H2(g)+Br2(g
23、)===2HBr(g) ΔH2 因Cl2比Br2活潑,故ΔH1<ΔH2。 (2)根據(jù)反應(yīng)程度不同比較 例如:C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1<0 C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH2<0 反應(yīng)間存在關(guān)系,各步轉(zhuǎn)化都是放熱反應(yīng),第一個(gè)反應(yīng)程度大,放熱多,故ΔH1<ΔH2。 [注意] 比較ΔH的大小時(shí),要將其數(shù)值和前面的符號(hào)“+”“-”看作一個(gè)整體進(jìn)行比較,不能只比較數(shù)值的大小。 [對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練] 1.(2017·全國(guó)卷Ⅲ節(jié)選)砷(As)是第四周期ⅤA族元素,可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物,有著廣泛的用途。 已知: As(s
24、)+H2(g)+2O2(g)===H3AsO4(s) ΔH1 H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH2 2As(s)+O2(g)===As2O5(s) ΔH3 則反應(yīng)As2O5(s)+3H2O(l)===2H3AsO4(s)的ΔH=________。 解析:將已知熱化學(xué)方程式依次編號(hào)為①、②、③,根據(jù)蓋斯定律,由①×2-②×3-③可得:As2O5(s)+3H2O(l)===2H3AsO4(s) ΔH=2ΔH1-3ΔH2-ΔH3。 答案:2ΔH1-3ΔH2-ΔH3 2.化學(xué)反應(yīng)的焓變既可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定,也可以根據(jù)理論計(jì)算。 (1)一氧化碳還原氧化鐵是工業(yè)煉鐵的原理。已知:
25、 ①Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g) ΔH1=-26.7 kJ·mol-1 ②3Fe2O3(s)+CO(g)===2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH2=-50.8 kJ·mol-1 ③Fe3O4(s)+CO(g)===3FeO(s)+CO2(g) ΔH3=-36.5 kJ·mol-1 試寫出CO氣體還原固態(tài)FeO生成固態(tài)Fe和CO2氣體的熱化學(xué)方程式:________________________________________________________________________。 (2)請(qǐng)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)計(jì)算ΔH1和ΔH2。 物
26、質(zhì) 石墨 H2 CO CH4 燃燒熱/(kJ·mol-1) 393.5 285.8 283.0 890.3 化學(xué)鍵 H—H C===O H—O C—H E/(kJ·mol-1) 436 799 1 076 465 413 CO2(g)+4H2(g)===CH4(g)+2H2O(g)的ΔH1=________kJ·mol-1;CH4(g)+H2O(l)===3H2(g)+CO(g)的ΔH2=________kJ·mol-1。 解析:(1)根據(jù)蓋斯定律,由(①×3-②-③×2)×得FeO(s)+CO(g)===Fe(s)+CO2(g) ΔH=
27、(ΔH1×3-ΔH2-ΔH3×2)×≈+7.3 kJ·mol-1。(2)ΔH1=2E(C===O)+4E(H—H)-4E(C—H)-4E(H—O)=(2×799+4×436-4×413-4×465)kJ·mol-1=-170 kJ·mol-1。根據(jù)燃燒熱寫出如下熱化學(xué)方程式:CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH3=-890.3 kJ·mol-1;H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH4=-285.8 kJ·mol-1;CO(g)+O2(g)===CO2(g) ΔH5=-283.0 kJ·mol-1。根據(jù)蓋斯定律可得ΔH2=ΔH3-3ΔH4-ΔH5=(-89
28、0.3+3×285.8+283.0)kJ·mol-1=+250.1 kJ·mol-1。 答案:(1)FeO(s)+CO(g)===Fe(s)+CO2(g) ΔH=+7.3 kJ·mol-1 (2)-170?。?50.1 3.(2018·貴陽(yáng)摸底)氮及其化合物在生活及工業(yè)生產(chǎn)中有著重要應(yīng)用。請(qǐng)回答以下問(wèn)題: (1)如圖是N2(g)、H2(g)與NH3(g)之間轉(zhuǎn)化的能量關(guān)系圖,則: ①N2(g)與H2(g)反應(yīng)生成NH3(g)的熱化學(xué)方程式為 ____________________________________________________________________
29、____。 ②過(guò)程Ⅰ和過(guò)程Ⅱ的反應(yīng)熱________(填“相同”或“不同”),原因是_________ _______________________________________________________________。 ③一定溫度下,在容積為1 L的密閉容器中充入1 mol N2(g)、3 mol H2(g),達(dá)到平衡時(shí),混合氣體的總量為2.8 mol,則該條件下反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的平衡常數(shù)為_(kāi)_______,H2的平衡轉(zhuǎn)化率為_(kāi)____________________________________________。 (2)用NH3可以消除氮
30、氧化物的污染,已知: 反應(yīng)Ⅰ:4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) ΔH1=a kJ·mol-1 反應(yīng)Ⅱ:N2(g)+O2(g)2NO(g)ΔH2=b kJ·mol-1 反應(yīng)Ⅲ:4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g) ΔH3=c kJ·mol-1 則反應(yīng)Ⅱ中的b=________(用含a、c的代數(shù)式表示),反應(yīng)Ⅲ中的ΔS________(填“>”“<”或“=”)0。 解析:(1)①由題圖可確定N2(g)與H2(g)反應(yīng)生成NH3(g)的熱化學(xué)方程式為N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92 kJ·mol-1。②反應(yīng)
31、熱只與反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān),而與反應(yīng)的途徑無(wú)關(guān),所以過(guò)程Ⅰ和過(guò)程Ⅱ的反應(yīng)熱相同。③設(shè)該條件下反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),有x mol N2發(fā)生反應(yīng),根據(jù)三段式法得 N2(g)+3H2(g)2NH3(g) 起始/mol 1 3 0 轉(zhuǎn)化/mol x 3x 2x 平衡/mol 1-x 3-3x 2x 由達(dá)到平衡時(shí),混合氣體的總量為2.8 mol,可得(1-x)+(3-3x)+2x=2.8,解得x=0.6。則平衡時(shí)c(N2)=0.4 mol·L-1,c(H2)=1.2 mol·L-1,c(NH3)=1.2 m
32、ol·L-1,平衡常數(shù)K==。H2的平衡轉(zhuǎn)化率為3×0.6÷3×100%=60%。(2)根據(jù)蓋斯定律,由(反應(yīng)Ⅰ-反應(yīng)Ⅲ)÷3,得N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH2= kJ·mol-1。反應(yīng)Ⅲ中生成物氣體的物質(zhì)的量大于反應(yīng)物氣體的物質(zhì)的量,所以反應(yīng)Ⅲ是熵增反應(yīng),ΔS>0。 答案:(1)①N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92 kJ·mol-1 ②相同 反應(yīng)熱只與反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān),而與反應(yīng)的途徑無(wú)關(guān)?、邸?0% (2)?。? 4.(2018·黃岡調(diào)研)中科院大連化學(xué)物理研究所的一項(xiàng)最新成果實(shí)現(xiàn)了甲烷高效生產(chǎn)乙烯,甲烷在催化作用下脫氫,在氣相中經(jīng)自由基偶聯(lián)
33、反應(yīng)生成乙烯,如圖所示。 物質(zhì) 燃燒熱/(kJ·mol-1) 氫氣 285.8 甲烷 890.3 乙烯 1 411.0 已知相關(guān)物質(zhì)的燃燒熱如上表,寫出甲烷制備乙烯的熱化學(xué)方程式________________________________________________________________________。 解析:根據(jù)H2、CH4和C2H4的燃燒熱數(shù)據(jù)可寫出熱化學(xué)方程式:①H2(g)+O2(g) ===H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1,②CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol
34、-1,③C2H4(g)+3O2(g)===2CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-1 411.0 kJ·mol-1,根據(jù)蓋斯定律,由②×2-③-①×2得2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) ΔH=+202.0 kJ·mol-1。 答案:2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) ΔH=+202.0 kJ·mol-1[或CH4(g)C2H4(g)+H2(g) ΔH=+101.0 kJ·mol-1] [題后悟道] 反應(yīng)熱計(jì)算中的注意事項(xiàng) 1.物理變化也會(huì)有熱效應(yīng) 在物理變化過(guò)程中,也會(huì)有能量變化,雖然不屬于吸熱反應(yīng)或放熱反應(yīng),但在進(jìn)行相關(guān)反應(yīng)熱計(jì)算時(shí),必須要考慮發(fā)生物理
35、變化時(shí)的熱效應(yīng),如物質(zhì)的三態(tài)變化或物質(zhì)的溶解過(guò)程中的能量變化等。 2.不可忽視化學(xué)鍵的物質(zhì)的量 根據(jù)鍵能計(jì)算反應(yīng)熱時(shí),要注意弄清各種化學(xué)鍵的物質(zhì)的量,既要考慮熱化學(xué)方程式中物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù),又要考慮物質(zhì)中各種化學(xué)鍵的個(gè)數(shù),再進(jìn)行計(jì)算。反應(yīng)熱(ΔH)等于反應(yīng)物中的鍵能總和減去生成物中的鍵能總和,即ΔH=ΣE反-ΣE生(E表示鍵能)。如反應(yīng)3H2(g)+N2(g)2NH3(g) ΔH=3E(H—H)+E(N≡N)-6E(N—H)。 3.嚴(yán)格保證熱化學(xué)方程式與ΔH變化的一致性 (1)熱化學(xué)方程式乘以某一個(gè)數(shù)時(shí),反應(yīng)熱數(shù)值也必須乘上該數(shù)。 (2)熱化學(xué)方程式相加減時(shí),相同狀態(tài)的同種物質(zhì)之
36、間可相加減,反應(yīng)熱也隨之相加減。 (3)將一個(gè)熱化學(xué)方程式顛倒時(shí),ΔH的“+”“-”號(hào)必須隨之改變。 命題點(diǎn)二 化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志及平衡移動(dòng)方向的判斷 (一)化學(xué)反應(yīng)速率問(wèn)題 1.外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響 (1)純液體和固體濃度視為常數(shù),它們的量的改變不會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)速率。但固體顆粒的大小導(dǎo)致接觸面積的大小發(fā)生變化,故影響反應(yīng)速率。 (2)對(duì)于固體、液體物質(zhì),由于壓強(qiáng)改變對(duì)它們的體積影響很小,因而壓強(qiáng)對(duì)它們濃度的影響可看作不變,壓強(qiáng)對(duì)無(wú)氣體參加的化學(xué)反應(yīng)的速率無(wú)影響。 (3)升高溫度,不論吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng),也不論正反應(yīng)速率還是逆反應(yīng)速率都增大。 (4)使用催化劑催
37、化的化學(xué)反應(yīng),由于催化劑只有在適宜的溫度下活性最大,反應(yīng)速率才能達(dá)到最大,故在許多工業(yè)生產(chǎn)中溫度的選擇還需考慮催化劑的活性溫度范圍。 (5)“惰性氣體”(不參加反應(yīng)的氣體)對(duì)反應(yīng)速率的影響。 ①恒溫恒容:充入“惰性氣體”總壓強(qiáng)增大―→物質(zhì)濃度不變(活化分子濃度不變),反應(yīng)速率不變。 ②恒溫恒壓:充入“惰性氣體”體積增大物質(zhì)濃度減小(活化分子濃度減小)反應(yīng)速率減小。 2.化學(xué)反應(yīng)速率的相關(guān)計(jì)算 (1)根據(jù)圖表中數(shù)據(jù)和定義計(jì)算 v(X)=,即v(X)==,計(jì)算時(shí)一定要注意容器或溶液的體積,不能忽視容器或溶液的體積V,盲目地把Δn當(dāng)作Δc代入公式進(jìn)行計(jì)算。 (2)根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算
38、 對(duì)于反應(yīng)“mA(g)+nB(g)===pC(g)+qD(g)”,有v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q或===。 (二)化學(xué)平衡問(wèn)題 1.化學(xué)平衡的標(biāo)志 (1)直接判斷依據(jù) (2)間接判斷依據(jù) ①對(duì)于有有色氣體存在的反應(yīng)體系,如2NO2(g)N2O4(g)等,若體系的顏色不再發(fā)生改變,則反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)。 ②對(duì)于有氣體存在且反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量發(fā)生改變的反應(yīng),如N2(g)+3H2(g)2NH3(g),若反應(yīng)體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化或平均相對(duì)分子質(zhì)量不再發(fā)生變化,則說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)。 ③對(duì)于有氣體存在且反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不發(fā)生改變的反應(yīng),如2
39、HI(g)H2(g)+I(xiàn)2(g),反應(yīng)過(guò)程中的任何時(shí)刻體系的壓強(qiáng)、氣體的物質(zhì)的量、平均相對(duì)分子質(zhì)量都不變,故體系壓強(qiáng)、氣體的物質(zhì)的量、平均相對(duì)分子質(zhì)量不變均不能說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)。 2.外界條件對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響規(guī)律 溫度的影響 升高溫度,化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng);降低溫度,化學(xué)平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng) 濃度的影響 增大反應(yīng)物濃度或減小生成物濃度,化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng);減小反應(yīng)物濃度或增大生成物濃度,化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng) 壓強(qiáng)的影響 增大壓強(qiáng)會(huì)使平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng);減小壓強(qiáng)會(huì)使平衡向氣體體積增大的方向移動(dòng) [對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練] 1.(2017·全國(guó)卷Ⅲ節(jié)
40、選)砷(As)是第四周期ⅤA族元素,可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物,有著廣泛的用途。 298 K時(shí),將20 mL 3x mol·L-1 Na3AsO3、20 mL 3x mol·L-1 I2和20 mL NaOH溶液混合,發(fā)生反應(yīng):AsO(aq)+I(xiàn)2(aq)+2OH-(aq)AsO(aq)+2I-(aq)+H2O(l)。溶液中c(AsO)與反應(yīng)時(shí)間(t)的關(guān)系如圖所示。 (1)下列可判斷反應(yīng)達(dá)到平衡的是________(填標(biāo)號(hào))。 a.溶液的pH不再變化 b.v(I-)=2v(AsO) c.c(AsO)/c(AsO)不再變化 d.c(I
41、-)=y(tǒng) mol·L-1 (2)tm時(shí),v正________v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。 (3)tm時(shí)v逆________tn時(shí)v逆(填“大于”“小于”或“等于”),理由是____________________________________。 (4)若平衡時(shí)溶液的pH=14,則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K為_(kāi)_____________________。 解析:(1)溶液的pH不再變化,即OH-的濃度不再變化,所以平衡體系中各組分的濃度均不再變化,說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),a項(xiàng)正確;當(dāng)v正(I-)=2v逆(AsO)或v逆(I-)=2v正(AsO)時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),選項(xiàng)中的速率未指明是正
42、反應(yīng)速率還是逆反應(yīng)速率,故b項(xiàng)錯(cuò)誤;反應(yīng)達(dá)到平衡之前,c(AsO)逐漸減小而c(AsO)逐漸增大,故c(AsO)/c(AsO)逐漸增大,當(dāng)c(AsO)/c(AsO)不變時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),c項(xiàng)正確;根據(jù)離子方程式可知反應(yīng)體系中恒有c(I-)=2c(AsO),觀察圖像可知反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)c(AsO)=y(tǒng) mol·L-1,此時(shí)c(I-)=2y mol·L-1,故d項(xiàng)錯(cuò)誤。(2)tm時(shí)反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài),所以v正大于v逆。(3)從tm到tn,反應(yīng)逐漸趨于平衡狀態(tài),反應(yīng)物濃度逐漸減小而生成物濃度逐漸增大,所以正反應(yīng)速率逐漸減小,逆反應(yīng)速率逐漸增大,故tm時(shí)v逆小于tn時(shí)v逆。(4)根據(jù)題意,起始時(shí)c(A
43、sO)=c(I2)=x mol·L-1。根據(jù)圖像可知平衡時(shí)c(AsO)=y(tǒng) mol·L-1,則此時(shí)c(I-)=2y mol·L-1,c(AsO)=c(I2)=(x-y) mol·L-1,平衡時(shí)溶液的pH=14,則c(OH-)=1 mol·L-1,故該反應(yīng)的平衡常數(shù)K==。 答案:(1)ac (2)大于 (3)小于 tm時(shí)生成物濃度較低 (4) 2.污染性氣體NO2與CO在一定條件下的反應(yīng)為2NO2(g)+4CO(g)4CO2(g)+N2(g) ΔH<0,某溫度下,在1 L恒容密閉容器中充入0.1 mol NO2和0.2 mol CO,此時(shí)容器內(nèi)的壓強(qiáng)為1個(gè)大氣壓,5 s時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡
44、,容器內(nèi)的壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉?lái)的。 (1)反應(yīng)從開(kāi)始到平衡NO2的轉(zhuǎn)化率α(NO2)=______,平衡常數(shù)K=________(只列代數(shù)式)。 (2)下列說(shuō)法不能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是____。(填字母) A.容器內(nèi)混合氣體顏色不再變化 B.容器內(nèi)的壓強(qiáng)保持不變 C.2v逆(NO2)=v正(N2) D.容器內(nèi)混合氣體密度保持不變 (3)能使該反應(yīng)的反應(yīng)速率增大,且平衡逆向移動(dòng)的是________。(填字母) A.及時(shí)分離出CO2 B.適當(dāng)升高溫度 C.減小容器體積使體系壓強(qiáng)增大 D.選擇高效催化劑 解析:(1)反應(yīng)前容器內(nèi)有0.3 mol氣體,容器內(nèi)的壓強(qiáng)為1個(gè)大氣壓,
45、反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),容器內(nèi)的壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉?lái)的,即總物質(zhì)的量變?yōu)樵瓉?lái)的,所以平衡時(shí)容器內(nèi)氣體的物質(zhì)的量為0.3 mol×=0.29 mol,相對(duì)初始物質(zhì)的量減少了0.01 mol,根據(jù)化學(xué)方程式中各物質(zhì)系數(shù)關(guān)系可知,反應(yīng)從開(kāi)始到平衡,有0.02 mol NO2發(fā)生反應(yīng),故NO2的轉(zhuǎn)化率α(NO2)=×100%=20%。根據(jù)三段式法可求出平衡常數(shù)K=。(2)該反應(yīng)體系中只有NO2為有色氣體,其余均無(wú)色,容器內(nèi)混合氣體顏色不再變化,說(shuō)明NO2的濃度不變,即反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),A不合題意;該反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng),恒容條件下容器內(nèi)的壓強(qiáng)不變,說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),B不合題意;v逆(NO2)=2v正(N2)
46、時(shí)說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),C符合題意;容器的容積不變,氣體質(zhì)量不變,故氣體密度一直不變,所以,容器內(nèi)混合氣體密度不變不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),D符合題意。(3)及時(shí)分離出CO2,反應(yīng)速率減小,平衡正向移動(dòng),A錯(cuò)誤;該反應(yīng)的正反應(yīng)放熱,升高溫度,反應(yīng)速率加快,平衡逆向移動(dòng),B正確;該反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng),減小容器體積使體系壓強(qiáng)增大,反應(yīng)速率加快,平衡正向移動(dòng),C錯(cuò)誤;催化劑能加快反應(yīng)速率,但不改變平衡狀態(tài),D錯(cuò)誤。 答案:(1)20% (2)CD (3)B 3.在一定溫度下,向2 L固定容積的密閉容器中通入2 mol CO2、3 mol H2,發(fā)生反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)CH
47、3OH(g)+H2O(g) ΔH<0。回答下列問(wèn)題: (1)能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)的是________(填字母,下同)。 A.CO2的體積分?jǐn)?shù)保持不變 B.體系中n(CO2)/n(H2)的值保持不變 C.混合氣體的密度保持不變 D.單位時(shí)間內(nèi)有n mol H—H鍵斷裂,同時(shí)有n mol O—H鍵生成 (2)下列措施能使n(CH3OH)/n(CO2)的值增大的是________。 A.升高溫度 B.恒溫恒容下,充入He C.使用高效催化劑 D.恒溫恒容下,再充入2 mol CO2、3 mol H2 (3)反應(yīng)10 min時(shí)體系達(dá)到平衡狀態(tài),此時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為25%,該反
48、應(yīng)的反應(yīng)速率v(H2)=________,反應(yīng)的平衡常數(shù)K=________(保留三位有效數(shù)字);若使K的值變?yōu)?,則應(yīng)采取的措施是________。 A.增大壓強(qiáng) B.恒壓下加入一定量H2 C.降低溫度 D.升高溫度 解析:(1)各物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)或體積分?jǐn)?shù)保持不變,說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài);該反應(yīng)的投料比不等于其化學(xué)計(jì)量數(shù)之比,當(dāng)反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比保持不變時(shí),說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài);反應(yīng)中物質(zhì)的總質(zhì)量和體積恒定不變,不管反應(yīng)是否達(dá)到平衡,混合氣體的密度都不變,無(wú)法說(shuō)明反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài);H—H鍵的斷裂和O—H鍵的生成都表示正反應(yīng),無(wú)法說(shuō)明反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)。(2)反應(yīng)
49、正向移動(dòng)時(shí),n(CH3OH)/n(CO2)的值增大。升高溫度,平衡逆向移動(dòng);恒溫恒容下,充入He,平衡不移動(dòng);催化劑不影響化學(xué)平衡的移動(dòng);D項(xiàng)條件可等效為增大壓強(qiáng),平衡正向移動(dòng)。(3)達(dá)到平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為25%,即CO2反應(yīng)了2 mol×25%=0.5 mol,則 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) 起始/mol 2 3 0 0 轉(zhuǎn)化/mol 0.5 1.5 0.5 0.5 平衡/mol 1.5 1.5 0.5 0.5 平
50、衡時(shí)c(CO2)=c(H2)=0.75 mol·L-1,c(CH3OH)=c(H2O)=0.25 mol·L-1,v(H2)==0.075 mol·L-1·min-1,平衡常數(shù)K=≈0.198。K只與溫度有關(guān),若使K的值變?yōu)?,則應(yīng)改變溫度使平衡正向移動(dòng),應(yīng)采取的措施是降低溫度。 答案:(1)AB (2)D (3)0.075 mol·L-1·min-1 0.198 C 4.(1)在400 ℃時(shí),向1 L的恒容反應(yīng)器中充入1 mol CH4,發(fā)生反應(yīng)2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) ΔH=+202.0 kJ·mol-1,測(cè)得平衡混合氣體中C2H4的體積分?jǐn)?shù)為20.0%。則在該
51、溫度下,其平衡常數(shù)K=____。按化學(xué)平衡移動(dòng)原理,在圖1中畫(huà)出CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)(p1>p2)的關(guān)系曲線。 (2)在制備C2H4時(shí),通常存在副反應(yīng):2CH4(g)C2H6(g)+H2(g)。在常溫下,向體積為1 L的恒容反應(yīng)器中充入1 mol CH4,然后不斷升高溫度,得到圖2所示C2H4與C2H6的體積分?jǐn)?shù)關(guān)系。 ①在200 ℃時(shí),測(cè)出乙烷的量比乙烯多的主要原因是_____________________________ ________________________________________________________________________
52、____ ________________________________________________________________________。 ②在600 ℃后,乙烯的體積分?jǐn)?shù)減少的主要原因是_______________________________ ____________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析:(1)設(shè)平衡
53、時(shí)轉(zhuǎn)化的CH4的物質(zhì)的量為2x mol,根據(jù)三段式法進(jìn)行計(jì)算: 2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) 起始/mol 1 0 0 轉(zhuǎn)化/mol 2x x 2x 平衡/mol 1-2x x 2x 則×100%=20.0%,解得x=0.25,則平衡時(shí)CH4、C2H4、H2的物質(zhì)的量濃度分別為0.50 mol·L-1、0.25 mol·L-1和0.50 mol·L-1,則K==0.25。該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),升高溫度,CH4的平衡轉(zhuǎn)化率增大;該反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng),溫度相同
54、時(shí)增大壓強(qiáng),CH4的平衡轉(zhuǎn)化率降低,據(jù)此畫(huà)出圖像。(2)①題圖中200 ℃時(shí)乙烷的量比乙烯多,這是因?yàn)樵摋l件下乙烷的生成速率比乙烯的快。②在600 ℃后,乙烯的體積分?jǐn)?shù)減少,主要是因?yàn)橐蚁┌l(fā)生了分解反應(yīng)。 答案:(1)0.25 如圖所示 (2)①在200 ℃時(shí),乙烷的生成速率比乙烯的快 ②在600 ℃后,乙烯開(kāi)始分解為碳和氫氣 [題后悟道] 1.判斷平衡狀態(tài)的技巧 可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的兩個(gè)直接標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相等、反應(yīng)物與生成物濃度保持不變;間接標(biāo)志是“變量不變”,可采用極端假設(shè)的方法,對(duì)比反應(yīng)前和完全反應(yīng)后該物理量如何變化,如果該物理量是可變的而題目給出一定條件下保持
55、不變即可認(rèn)為該條件下反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)。如對(duì)于某恒容容器中的反應(yīng)C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),未反應(yīng)時(shí),氣體的密度最小,反應(yīng)物全部轉(zhuǎn)化為生成物時(shí),氣體的密度最大,若一定條件下該反應(yīng)體系中氣體的密度不變,則說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)。 2.利用平衡常數(shù)判斷平衡移動(dòng)方向 除利用平衡移動(dòng)原理確定平衡移動(dòng)的方向外,還可以通過(guò)平衡常數(shù)確定,當(dāng)Q<K,平衡正向移動(dòng),當(dāng)Q>K,平衡逆向移動(dòng)。平衡正向移動(dòng)時(shí),反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不一定都增大,如對(duì)于反應(yīng)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),增大O2的濃度,平衡正向移動(dòng),SO2的轉(zhuǎn)化率增大,但O2的轉(zhuǎn)化率減小。濃度變化一般會(huì)引起化學(xué)平衡
56、移動(dòng),但有特殊情況,如對(duì)于反應(yīng)H2(g)+I(xiàn)2(g)2HI(g),當(dāng)容器的體積縮小時(shí),相當(dāng)于增大壓強(qiáng),各物質(zhì)的濃度都發(fā)生改變,但平衡不移動(dòng)。 命題點(diǎn)三 轉(zhuǎn)化率及平衡常數(shù)的相關(guān)計(jì)算 (一)化學(xué)平衡常數(shù) 1.注意事項(xiàng) (1)化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān),與反應(yīng)物或生成物的濃度變化無(wú)關(guān)。 (2)反應(yīng)物或生成物中有固體或純液體存在時(shí),由于其濃度可看作“1”而不代入化學(xué)平衡常數(shù)公式。 (3)化學(xué)平衡常數(shù)是指某一具體反應(yīng)的平衡常數(shù)。若方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)等比例擴(kuò)大或縮小,盡管是同一反應(yīng),平衡常數(shù)也會(huì)改變。 如N2+3H22NH3 K=a,則有: 2NH3N2+3H2
57、K′= N2+H2NH3 K″=a 2.具體應(yīng)用 (1)K值越大,說(shuō)明平衡體系中生成物所占的比例越大,正向反應(yīng)進(jìn)行的程度越大,即該反應(yīng)進(jìn)行得越完全,反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率越大;反之,就越不完全,轉(zhuǎn)化率就越小。 (2)若用任意狀態(tài)的濃度冪之積的比值(稱為濃度商,用Q表示)與K比較,可判斷可逆反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)和反應(yīng)進(jìn)行的方向。即:對(duì)于反應(yīng)mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),Q=。 Q<K 反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行 Q=K 反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài) Q>K 反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行 (3)利用K可判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)。 若升高溫度,K值增大,則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng); 若升高溫度
58、,K值減小,則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。 (4)計(jì)算轉(zhuǎn)化率。 依據(jù)起始濃度(或平衡濃度)和平衡常數(shù)可以計(jì)算平衡濃度(或起始濃度),從而計(jì)算反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。 (二)化學(xué)平衡常數(shù)與轉(zhuǎn)化率的計(jì)算 1.明確四個(gè)量(起始量、變化量、平衡量和差量) N2 + 3H22NH3 Δn=2 起始量 1 3 0 變化量 a b c c 平衡量 1-a 3-b c (1)反應(yīng)物的平衡量=起始量-轉(zhuǎn)化量。 (2)生成物的平衡量=起始量+轉(zhuǎn)化量。 (3)各物質(zhì)變化濃度之比等于它們
59、在化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。變化濃度是聯(lián)系化學(xué)方程式、平衡濃度、起始濃度、轉(zhuǎn)化率、化學(xué)反應(yīng)速率的橋梁。因此,抓變化濃度是解題的關(guān)鍵。 (4)化學(xué)平衡前后,同種元素原子的物質(zhì)的量相等。 2.掌握三個(gè)百分?jǐn)?shù) (1)轉(zhuǎn)化率=×100%=×100% (2)生成物的產(chǎn)率:實(shí)際產(chǎn)量(指生成物)占理論產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)。一般來(lái)講,轉(zhuǎn)化率越大,原料利用率越高,產(chǎn)率越大。 產(chǎn)率=×100% (3)平衡混合物某組分的百分含量=×100% 3.牢記一個(gè)萬(wàn)能模式(“三段式”法) 如mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),令A(yù)、B起始物質(zhì)的量濃度分別為a mol·L-1、b mol·L-1,
60、達(dá)到平衡后消耗A的物質(zhì)的量濃度為mx mol·L-1。 mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g) 起始/(mol·L-1) a b 0 0 變化/(mol·L-1) mx nx px qx 平衡/(mol·L-1) a-mx b-nx px qx K= [對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練] 1.(2018·全國(guó)卷Ⅰ節(jié)選)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。 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
61、)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的變化如下表所示[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 kJ·mol-1 2NO2(g)===N2O4(g) ΔH2=-55.3 kJ·mol
62、-1 則反應(yīng)N2O5(g)===2NO2(g)+O2(g)的ΔH=______kJ·mol-1。 (2)研究表明,N2O5(g)分解的反應(yīng)速率v=2×10-3×p(kPa·min-1)。t=62 min時(shí),測(cè)得體系中p=2.9 kPa,則此時(shí)的p=________kPa,v=________kPa·min-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______________________________________ _______________________
63、________。 (4)25 ℃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))。 解析:(1)把已知兩反應(yīng)按順序編號(hào)為a、b,根據(jù)蓋斯定律,a式×-b式可得: N2O5(g)===2NO2(g)+O2(g)ΔH=53.1 kJ·mol-1 (2)由方程式2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)可知,62 min時(shí),p=2.9 kPa,則減小的N2O5為5.8 kPa,此時(shí)p=35.8 kPa-5.8 kPa=30.0 kPa,則v(N2O5)=2×10-3×30.0 kPa·min-1=6.0×
64、10-2 kPa·min-1。 (3)溫度提高,體積不變,總壓強(qiáng)提高;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)提高。 (4)時(shí)間無(wú)限長(zhǎng)時(shí)N2O5完全分解,故由2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)知,此時(shí)生成的p=2p=2×35.8 kPa=71.6 kPa,p=0.5×35.8 kPa=17.9 kPa。由題意知,平衡時(shí)體系的總壓強(qiáng)為63.1 kPa,則平衡體系中NO2、N2O4的壓強(qiáng)和為63.1 kPa-17.9 kPa=45.2 kPa,設(shè)N2O4的壓強(qiáng)為x kPa,則 N2O4(g)2NO2(g) 初始?jí)簭?qiáng)/kPa
65、0 71.6 轉(zhuǎn)化壓強(qiáng)/kPa x 2x 平衡壓強(qiáng)/kPa x 71.6-2x 則x+(71.6-2x)=45.2,解得x=26.4,71.6 kPa-26.4 kPa×2=18.8 kPa,Kp==≈13.4 kPa。 答案:(1)53.1 (2)30.0 6.0×10-2 (3)大于 溫度提高,體積不變,總壓強(qiáng)提高;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)提高 (4)13.4 2.(2019屆高三·襄陽(yáng)調(diào)研)用天然氣與CO2反應(yīng)可制備合成氣(CO和H2的混合氣體),在10 L密閉容器中通入1 mol C
66、H4與1 mol CO2,在一定條件下發(fā)生反應(yīng)CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g),測(cè)得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。 (1)1 100 ℃、p2下,氣體混合后反應(yīng)經(jīng)過(guò)10 min至x點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的平衡,用CO的變化量表示反應(yīng)速率v(CO)=____________________________。 (2)由圖可知,壓強(qiáng)p1________p2(填“大于”或“小于”);壓強(qiáng)為p2時(shí),在y點(diǎn)v正________v逆(填“大于”“小于”或“等于”);y點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)的平衡常數(shù)K=________。 解析:(1)x點(diǎn)對(duì)應(yīng)的CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為80%,反應(yīng)消耗CH4、CO2的物質(zhì)的量均為0.8 mol,生成CO、H2的物質(zhì)的量均為1.6 mol,v(CO)==0.016 mol·L-1·min-1。(2)該反應(yīng)是一個(gè)氣體分子數(shù)增大的反應(yīng),減小壓強(qiáng),平衡正向移動(dòng),CH4的平衡轉(zhuǎn)化率增大,相同溫度下p1時(shí)CH4的平衡轉(zhuǎn)化率大,故p1<p2。壓強(qiáng)為p2時(shí),y點(diǎn)對(duì)應(yīng)的CH4的轉(zhuǎn)化率小于平衡轉(zhuǎn)化率,即反應(yīng)正向進(jìn)行,故v正>v逆。平衡常數(shù)只與溫度有關(guān),y點(diǎn)對(duì)應(yīng)反
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