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1、第二部分第二部分 選考試題強化篇選考試題強化篇選考題型一無機化學與化學選考題型一無機化學與化學 反應原理綜合反應原理綜合-3-211.(2016浙江4月選考,30)氨氣及其相關(guān)產(chǎn)品是基本化工原料,在化工領(lǐng)域中具有重要的作用。(1)以鐵為催化劑,0.6 mol氮氣和1.8 mol氫氣在恒溫、容積恒定為1 L的密閉容器中反應生成氨氣,20 min后達到平衡,氮氣的物質(zhì)的量為0.3 mol。在第25 min時,保持溫度不變,將容器容積迅速增大至2 L并保持恒容,體系達到平衡時N2的總轉(zhuǎn)化率為38.2%,請在下圖中畫出從第25 min起H2的物質(zhì)的量濃度隨時間變化的曲線。-4-21答案: -5-21該

2、反應體系未達到平衡時,催化劑對逆反應速率的影響是增大(填“增大”“減小”或“不變”)。 (2)N2H4是一種高能燃料,有強還原性,可通過NH3和NaClO反應制得,寫出該制備反應的化學方程式:NaClO+2NH3 N2H4+NaCl+H2O。 N2H4的水溶液呈弱堿性,室溫下其電離常數(shù)K1=1.010-6 ,則0.01 molL-1 N2H4水溶液的pH等于10(忽略N2H4的二級電離和H2O的電離)。 -6-21已知298 K和101 kPa條件下:-7-21(3)科學家改進了NO2轉(zhuǎn)化為HNO3的工藝(如虛框所示),在較高的操作壓力下,提高N2O4/H2O的質(zhì)量比和O2的用量,能制備出高濃

3、度的硝酸。實際操作中,應控制N2O4/H2O質(zhì)量比高于5.11,對此請給出合理解釋反應2N2O4+2H2O+O2 4HNO3中,N2O4/H2O的質(zhì)量比等于5.11,高于5.11是為了提高N2O4的濃度,有利于平衡正向移動,得到高濃度的硝酸。 -8-21深度剖析:(1)本小題要求作圖,而作圖的基礎(chǔ)建立在準確計算的基礎(chǔ)之上,因此對學生的綜合能力要求較高。要求考生能利用三段式求出20 min平衡時氫氣的物質(zhì)的量;在第25 min時,體積變?yōu)? L,則濃度為原來的一半,再根據(jù)平衡轉(zhuǎn)化率求出第二次平衡時氫氣的濃度。已知信息:020 minN2(g)+3H2(g) 2NH3(g)起始/mol:0.61.

4、80轉(zhuǎn)化/mol:平衡/mol:0.3 -9-21利用信息計算:020 minN2(g)+3H2(g) 2NH3(g)起始/mol:0.61.80轉(zhuǎn)化/mol:0.30.90.6平衡/mol:0.30.90.6因此,在第25 min時,保持溫度不變,將容器容積迅速增大至2 L并保持恒容,則此時c(H2)= =0.45 molL-1(作圖時起點的縱坐標)-10-21已知信息:體系達到平衡時N2的總轉(zhuǎn)化率為38.2%,則轉(zhuǎn)化的氮氣為0.6 mol38.2%0.23 mol;達平衡時N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)起始/mol:0.61.80轉(zhuǎn)化/mol:0.23平衡/mol:-11-21利

5、用信息計算:達平衡時N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)起始/mol:0.61.80轉(zhuǎn)化/mol:0.23 0.69 0.46平衡/mol:0.37 1.11 0.46因此,第二次平衡時c(H2)= =0.555 molL-1(作圖時新平衡的縱坐標),圖見答案。催化劑能同等程度地增大正、逆化學反應速率,所以該反應未達到平衡時,催化劑對逆反應速率的影響也是增大的。-12-21(2)由題給信息“N2H4可通過NH3和NaClO反應制得”可以確定氧化劑為NaClO,還原劑為NH3,對應的氧化產(chǎn)物為N2H4,還原產(chǎn)物為NaCl,再利用氧化還原反應方程式的配平方法,完成化學方程式:NaClO+2NH

6、3 N2H4+NaCl+H2O。本小題考查弱電解質(zhì)的電離、電離平衡常數(shù)和溶液的計算等,綜合性較強。-13-21本小題考查蓋斯定律的運用,同時需要掌握標準燃燒熱的定義。雖屬于常規(guī)題型,但由于需要通過四個熱化學方程式進行選擇和數(shù)學運算,對考生的數(shù)學運算能力要求較高。已知:由蓋斯定律可知, -14-21(3)本小題主要考查利用總反應方程式結(jié)合化學平衡移動原理,分析化工生產(chǎn)中的實際問題。由NO2轉(zhuǎn)化為HNO3的工藝圖可知,N2O4與水、氧氣反應生成硝酸:2N2O4+O2+2H2O 4HNO3,反應中N2O4/H2O的質(zhì)量比恰好等于 5.11,當高于5.11,則提高了N2O4的濃度,又因為化學反應有一定

7、的可逆性,因此利用化學平衡移動原理就可以解釋:N2O4/H2O的質(zhì)量比高于5.11是為了提高N2O4的濃度,有利于平衡正向移動,得到高濃度的硝酸。-15-212.(2015浙江10月選考,30)由某精礦石(MCO3ZCO3)可以制備單質(zhì)M,制備過程中排放出的二氧化碳可以作為原料制備甲醇。取該礦石樣品1.84 g,高溫灼燒至恒重,得到0.96 g僅含兩種金屬氧化物的固體,其中m(M) m(Z)=3 5。請回答:(1)該礦石的化學式為MgCO3CaCO3。 (2)以該礦石灼燒后的固體產(chǎn)物為原料,真空高溫條件下用單質(zhì)硅還原,僅得到單質(zhì)M和一種含氧酸鹽(只含Z、Si和O元素,且Z和Si的物質(zhì)的量之比為

8、2 1)。寫出該反應的化學方程式2MgO+2CaO+Si Ca2SiO4+2Mg。 單質(zhì)M還可以通過電解熔融MCl2得到。不能用電解MCl2溶液的方法制備M的理由是電解MgCl2溶液時,陰極上H+比Mg2+容易得電子,電極反應式為2H2O+2e- H2+2OH-(或2H+2e- H2),所以不能得到Mg單質(zhì)。 -16-21(3)一定條件下,由CO2和H2制備甲醇的過程中含有下列反應: 其對應的平衡常數(shù)分別為K1、K2、K3,它們隨溫度變化的曲線如圖1所示。則H2小于H3(填“大于”“小于”或“等于”),理由是由圖1可知,隨著溫度升高,K1增大,則H10;根據(jù)蓋斯定律,H1=H3-H2,所以H2

9、0。根據(jù)蓋斯定律,H1=H3-H2,結(jié)合H10可知H2H3。-22-21(4)本小題考查平衡移動原理的應用,并能據(jù)此作圖。只有高度關(guān)注圖像的起點、變化趨勢和新平衡點,才能保證作圖正確。根據(jù)圖1可知,溫度越高,K3越小,說明反應3是放熱反應。假定t時刻迅速降溫到T2,平衡應向放熱反應即正反應方向移動,甲醇的濃度變大,最終在新的溫度下重新達到平衡。作圖時要特別注意溫度變化瞬間濃度是連續(xù)的,同時注意降低溫度化學反應速率減小,曲線斜率減小。詳見答案。-23-考試方向知能儲備-24-考試方向知能儲備-25-考試方向知能儲備-26-考試方向知能儲備一、無機推斷(氧化還原反應)從【考試方向】分析可知,本題型

10、中涉及的無機推斷部分重點在氧化還原反應方程式的書寫,要做好此類試題,要特別關(guān)注氧化還原反應的綜合應用。1.氧化還原反應概念(原理)知識網(wǎng)絡書寫陌生氧化還原反應方程式時,應根據(jù)題目信息確定氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物,在此基礎(chǔ)上根據(jù)得失電子數(shù)相等進行配平。-27-考試方向知能儲備2.常見的氧化劑和還原劑常見的氧化劑:O2、Cl2、O3、濃硫酸、HNO3、H2O2、 (H+)、 (H+)、ClO-、Fe3+;常見的還原劑:金屬單質(zhì)、Cl-、Br-、I-、S2-、S、 、Fe2+。注意:元素的最高價態(tài)只有氧化性;最低價態(tài)只有還原性;中間價態(tài)既有氧化性又有還原性。以上所列常見的氧化劑和還原劑中,

11、如Cl2中氯為0價,雖常作強氧化劑,但Cl2與水或堿溶液反應時既是氧化劑又是還原劑,因此中間價態(tài)還應視具體情況具體分析。-28-考試方向知能儲備3.氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的判斷(1)判斷的基本原理:還原劑所含元素化合價升高,失去電子,生成氧化產(chǎn)物;氧化劑所含元素化合價降低,得到電子,生成還原產(chǎn)物。(2)善于利用平常學習的知識:KMnO4參與氧化還原反應時,固態(tài)時一般還原為K2MnO4或MnO2,酸性溶液中還原為Mn2+,例如:KMnO4參與氧化還原反應時,其還原產(chǎn)物還會受溶液酸堿性的影響,如:-29-考試方向知能儲備H2O2參與的氧化還原反應: Fe遇不同的氧化劑時,強氧化劑往往將其氧化到+3價,

12、弱氧化劑將其氧化到+2價。我的積累: 。 -30-考試方向知能儲備4.陌生氧化還原反應方程式的書寫(1)根據(jù)信息確定主要反應物和產(chǎn)物。寫出:氧化劑+還原劑還原產(chǎn)物+氧化產(chǎn)物注意:同一氧化劑與含多種還原劑的混合物反應時,還原性最強的物質(zhì)優(yōu)先被氧化;同一還原劑與含多種氧化劑的混合物反應時,氧化性最強的物質(zhì)優(yōu)先被還原。同一元素不同價態(tài)的物質(zhì)間發(fā)生氧化還原反應時,生成中間價態(tài)的產(chǎn)物,不會出現(xiàn)價態(tài)變化交叉現(xiàn)象。有些多價態(tài)元素還會發(fā)生歧化反應(同一元素發(fā)生一部分化合價降低一部分化合價升高的氧化還原反應)。-31-考試方向知能儲備(2)關(guān)注數(shù)據(jù)信息,準確計算,確定相關(guān)物質(zhì)的化學式或物質(zhì)間反應的定量關(guān)系。特別

13、要注意計算的準確性和作答的規(guī)范性,如:2013年浙江卷中NaN3的推斷,首先是要利用數(shù)據(jù)進行正確計算,計算正確后要相信自己,防止出現(xiàn)計算出NaN3,反而寫成Na3N的現(xiàn)象。(3)根據(jù)電子守恒(化合價升降數(shù)值相等)、原子守恒等對氧化還原反應方程式進行配平。該類題型不要急于一步寫出反應物和生成物,有些未發(fā)生元素化合價變化的反應物和生成物,可能需要按照缺項配平的方式最后寫出,不要急于求成。-32-考試方向知能儲備二、化學反應原理1.化學反應中的熱效應(1)構(gòu)建知識網(wǎng)絡:-33-考試方向知能儲備(2)熱化學方程式的書寫:正確書寫化學方程式;標注物質(zhì)狀態(tài)(s、l、g、aq)、反應溫度和壓強(25 、10

14、1 kPa時不標注);寫H(“+”或“-”、數(shù)值及單位)。檢查?；瘜W計量數(shù)表示物質(zhì)的量,可以是分數(shù);查每種物質(zhì)的狀態(tài)是否標注正確;查H(吸熱為“+”、放熱為“-”,單位“kJ mol-1”)。-34-考試方向知能儲備(3)反應熱與鍵能: H=E1-E2(反應物的鍵能總和減去生成物的鍵能總和),利用鍵能計算反應熱,要正確判斷物質(zhì)中化學鍵的數(shù)目;H=E4-E3(生成物具有的總能量減去反應物具有的總能量)。-35-考試方向知能儲備(4)標準燃燒熱與中和熱:標準燃燒熱:在101 kPa時,1 mol物質(zhì)完全燃燒的反應熱。注意:標準燃燒熱是以1 mol物質(zhì)完全燃燒為標準的;燃燒產(chǎn)物必須是穩(wěn)定的物質(zhì),如碳

15、元素轉(zhuǎn)化為CO2(g)、氫元素轉(zhuǎn)化為H2O(l)、氮元素轉(zhuǎn)化為N2(g)等;要特別注意區(qū)分標準燃燒熱與熱值概念的差異:熱值是指1 g物質(zhì)完全燃燒所放出的熱量。中和熱:在稀溶液中,強酸跟強堿發(fā)生中和反應生成1 mol H2O(l)時的反應熱。-36-考試方向知能儲備注意:中和熱是以生成1 mol H2O(l)為標準的;以稀溶液中的中和反應為基礎(chǔ);文獻資料中中和熱的熱化學方程式一般為:因此,弱酸、弱堿、濃溶液等不適用于該熱化學方程式。-37-考試方向知能儲備(5)蓋斯定律:蓋斯定律:一定條件下,一個化學反應不論是一步完成,還是分幾步完成,其總的熱效應是完全相同的。蓋斯定律內(nèi)涵:一個化學反應的H只與

16、反應的起始狀態(tài)和反應的最終狀態(tài)有關(guān),而與反應的途徑無關(guān)。 蓋斯定律的價值是計算化學反應的反應熱,寫出新反應的熱化學方程式。計算技巧:以目標熱化學方程式為基準,可將熱化學方程式等號左右互換,H變成相反數(shù),單位不變;可將熱化學方程式乘以或除以某個數(shù),反應熱也要進行相應地變化;可將熱化學方程式相加或相減,反應熱也相應相加或相減。-38-考試方向知能儲備2.原電池和電解池 -39-考試方向知能儲備-40-考試方向知能儲備注意:電鍍池是利用了電解的原理,鍍層金屬作陽極,待鍍制品(鍍件)作陰極。-41-考試方向知能儲備3.化學反應速率與化學平衡(1)構(gòu)建知識網(wǎng)絡:-42-考試方向知能儲備(2)化學反應速率

17、:同一反應在同一時間內(nèi),用不同物質(zhì)表示的反應速率數(shù)值可能不同,但其數(shù)值之比等于相應物質(zhì)在化學方程式中的化學計量數(shù)之比。 注意:比較反應速率的大小,首先看單位是否相同,然后轉(zhuǎn)化成同一物質(zhì)表示的速率,再比較。-43-考試方向知能儲備解釋化學反應速率的兩個理論。過渡態(tài)理論:反應物轉(zhuǎn)化為生成物的過程需經(jīng)過能量較高的過渡狀態(tài)。過渡狀態(tài)的平均能量與反應物平均能量的差為反應的活化能。E1為正反應的活化能,E2為逆反應的活化能。碰撞理論:反應速率的大小與單位時間內(nèi)反應物分子間的有效碰撞次數(shù)成正比。能發(fā)生反應的碰撞為有效碰撞,發(fā)生有效碰撞的前提條件:一是需要活化分子;二是分子在一定方向上發(fā)生碰撞。-44-考試方

18、向知能儲備影響化學反應速率的因素:內(nèi)因是反應物本身的性質(zhì),而濃度、溫度、壓強、催化劑等是影響化學反應速率的外因。(3)H、S與反應的方向:H0,反應一定自發(fā); H0、S0、S0,反應高溫自發(fā);H0、SK,v(正)v(逆);Qv(逆)。-46-考試方向知能儲備(5)化學平衡移動與勒夏特列原理:勒夏特列原理:改變影響化學平衡的一個因素,平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移動。特別注意:“改變影響化學平衡的一個因素”不能理解為“改變一個條件”,因為改變的一定是能夠“影響化學平衡的條件”。如:壓強改變對氣體物質(zhì)的量不變的可逆反應的平衡無影響;催化劑不影響化學平衡等。“平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移動

19、”不能理解為“抵消這種改變”。-47-考試方向知能儲備4.溶液中的離子反應(1)構(gòu)建知識網(wǎng)絡:-48-考試方向知能儲備(2)弱電解質(zhì)的電離: 特別注意:多元弱酸的電離方程式,可以只寫第一步,也可以多步都寫,但不能合并書寫。電離平衡常數(shù):意義:弱酸、弱堿的電離平衡常數(shù)能夠反映弱酸、弱堿的相對強弱,電離平衡常數(shù)越大,電離程度越大。特別注意:多元弱酸的電離以第一步為主,各級電離平衡常數(shù)差距較大;電離平衡常數(shù)與其他化學平衡常數(shù)一樣,只與溫度有關(guān);由于電離是吸熱過程,因此升高溫度,K值增大。-49-考試方向知能儲備電離度: 注意:升高溶液溫度,弱電解質(zhì)的電離度增大;濃度越小,電離度越大。 電離平衡的移動

20、,可以根據(jù)化學平衡移動原理進行分析。-50-考試方向知能儲備(3)鹽類水解:鹽類水解的實質(zhì)是弱酸的酸根離子或弱堿的陽離子結(jié)合水電離出的H+或OH-,使水的電離平衡正向移動。鹽類水解的影響因素:溫度、濃度等,可以根據(jù)化學平衡移動原理進行分析。鹽類水解的規(guī)律:有弱才水解,無弱不水解,越弱越水解,誰強顯誰性。(4)溶液的酸堿性:溶液的酸堿性取決于溶液中c(H+)和c(OH-)的相對大小:當c(H+)c(OH-),溶液呈酸性,pH7(常溫)。 當c(H+)=c(OH-),溶液呈中性,pH=7(常溫)。當c(H+)7(常溫)。pH計算公式:pH=-lg c(H+)。 -51-考試方向知能儲備5.識圖與作

21、圖化學反應速率與化學平衡的圖像分析:(1)理清題目中的一些基礎(chǔ)信息,如看清反應物和產(chǎn)物的狀態(tài)(固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)還是在溶液中)。(2)結(jié)合題目信息分析圖像。特別關(guān)注:橫坐標和縱坐標對應的物理量;曲線的走勢;關(guān)鍵點(起點、拐點和終點)的數(shù)據(jù)和含義;多條曲線存在時的比較(選取相同橫坐標比較相應的縱坐標或選取相同縱坐標比較相應的橫坐標)。(3)結(jié)合化學反應速率的有關(guān)規(guī)律和平衡移動原理,根據(jù)圖像得出結(jié)論或作圖。-52-1.無機推斷題要求考生熟悉物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系,尤其是氧化還原反應原理的應用、物質(zhì)間反應時定量關(guān)系的應用(計算)。注意規(guī)范答題,如:氧化還原反應方程式的書寫,化學式書寫,電子式書寫等。典例1(

22、2015浙江理綜,27()改編)化合物甲和NaAlH4都是重要的還原劑。一定條件下金屬鈉和H2反應生成甲。甲與水反應可產(chǎn)生H2,甲與AlCl3反應可得到NaAlH4。將4.80 g甲加熱至完全分解,得到金屬鈉和2.24 L(已折算成標準狀況) 的H2。請推測并回答:(1)甲的化學式為。 (2)NaAlH4與水發(fā)生氧化還原反應的化學方程式為。 (3)甲在無水條件下可作為某些鋼鐵制品的脫銹劑(鐵銹的成分表示為Fe2O3),脫銹過程發(fā)生反應的化學方程式為。 -53-解析:(1)4.80 g甲加熱至完全分解,得到金屬鈉和2.24 L(0.1 mol)氫氣,m(Na)=4.80 g-0.1 mol2 g

23、 mol-1 =4.60 g,物質(zhì)的量為0.2 mol,n(Na) n(H)=1 1,因此,甲的化學式為NaH。(2)NaAlH4與水反應生成氫氣,NaAlH4中Na為+1價、Al為+3價,則H為-1價,水中H為+1價,根據(jù)氧化還原反應原理,應為-1價的H和+1價的H反應生成中間價態(tài)的氫(0價),即產(chǎn)生氫氣?；瘜W反應方程式為NaAlH4+2H2O NaAlO2+4H2。(3)NaH在無水條件下可作為某些鋼鐵制品的脫銹劑(鐵銹的成分表示為Fe2O3),顯然是利用了NaH的還原性,即Fe2O3作為氧化劑,被還原得到單質(zhì)Fe,根據(jù)氧化還原反應原理,化學反應方程式為3NaH+Fe2O3 2Fe+3Na

24、OH。-54-易錯提示:(1)不能根據(jù)題給數(shù)據(jù)推斷甲的化學式NaH;不能恰當利用金屬性和非金屬性判定Na為+1價、H為-1價,將化學式寫成HNa;不按照指定回答,把化學式寫成名稱“氫化鈉”等。(2)不能正確利用NaAlH4中Na為+1價、Al為+3價,判斷出H為-1價,導致無法寫出化學方程式;不能利用信息和氧化還原反應原理首先寫出“NaAlH4+2H2O 未知物+4H2”,再利用原子守恒找出未知物為NaAlO2,導致無法完成化學方程式。(3)不能利用信息突破該反應屬于氧化還原反應,或雖知Fe2O3被還原為Fe,但不能得出另一產(chǎn)物NaOH,導致無法完成氧化還原反應方程式。-55-對點訓練對點訓練

25、1.(2013浙江理綜,26改編)氫能源是一種重要的清潔能源?，F(xiàn)有兩種可產(chǎn)生H2的化合物甲和乙。將6.00 g甲加熱至完全分解,只得到一種短周期元素的金屬單質(zhì)和6.72 L的H2(已折算成標準狀況)。甲與水反應也能放出H2,同時還產(chǎn)生一種白色沉淀物,該白色沉淀可溶于NaOH溶液。化合物乙在催化劑存在下分解得到H2和另一種單質(zhì)氣體丙,丙在標準狀況下的密度為1.25 gL-1。請回答下列問題:-56-(1)甲的化學式是AlH3;乙的電子式是 。 (2)甲與水反應的化學方程式是AlH3+3H2O Al(OH)3+3H2。 (3)乙在加熱條件下與CuO反應可生成Cu和氣體丙,寫出該反應的化學方程式3C

26、uO+2NH3 N2+3Cu+3H2O。 (4)甲與乙之間可能(填“可能”或“不可能”)發(fā)生反應產(chǎn)生H2,判斷理由是AlH3中的H為-1價,NH3中的H為+1價,二者有可能發(fā)生氧化還原反應生成氫氣。 -57-解析:(1)由“甲與水反應放出H2和生成可溶于NaOH溶液的白色沉淀物”且“甲加熱完全分解得到一種短周期元素的金屬單質(zhì)和H2”,可以確定白色沉淀物為Al(OH)3,則甲含Al和H兩種元素。n(Al) n(H)=0.2 mol 0.6 mol=1 3則甲的化學式為AlH3。M(丙)=1.25 gL-122.4 Lmol-1=28 g mol-1,丙為N2,乙分解得到H2和丙(N2),則乙為N

27、H3。(2)AlH3中H為-1價,H2O中H為+1價,兩者可以發(fā)生反應產(chǎn)生H2,AlH3+3H2O Al(OH)3+3H2。-58-(3)由“乙在加熱條件下與CuO反應可生成Cu和氣體丙”可寫出:方法一:先按照氧化還原反應部分配平,3CuO+2NH3 3Cu+N2+,進而依據(jù)原子數(shù)目守恒寫出另一產(chǎn)物H2O;方法二:先猜測另一產(chǎn)物為H2O,CuO+NH3 Cu+N2+H2O,進而配平。(4)AlH3中的H為-1價,NH3中的H為+1價,根據(jù)氧化還原反應原理,二者可以發(fā)生反應生成中間價態(tài)的含氫物質(zhì),即產(chǎn)生H2。-59-2.涉及反應熱、化學反應速率、化學平衡、電離平衡、水解平衡和溶液的酸堿性的題型,

28、要求考生能夠運用化學反應速率及化學平衡原理來解決相關(guān)問題;要求考生對蓋斯定律等規(guī)律能夠靈活運用?？忌鷤淇紩r不可偏信熱點,在掌握重點知識和規(guī)律的基礎(chǔ)上,提高靈活分析、解決問題的能力。-60-典例2(2016浙江理綜,28)催化還原CO2是解決溫室效應及能源問題的重要手段之一。研究表明,在Cu/ZnO催化劑存在下,CO2和H2可發(fā)生兩個平行反應,分別生成CH3OH和CO,反應的熱化學方程式如下:某實驗室控制CO2和H2初始投料比為1 2.2,在相同壓強下,經(jīng)過相同反應時間測得如下實驗數(shù)據(jù):-61-備注Cat.1:Cu/ZnO納米棒;Cat.2:Cu/ZnO納米片;甲醇選擇性:轉(zhuǎn)化的CO2中生成甲醇

29、的百分比。已知:CO和H2的標準燃燒熱分別為-283.0 kJ mol-1和-285.8 kJ mol-1H2O(l) H2O(g)H3=+44.0 kJ mol-1請回答(不考慮溫度對H的影響):(1)反應的平衡常數(shù)表達式K=;反應的H2=kJ mol-1。 (2)有利于提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率的措施有。 A.使用催化劑Cat.1B.使用催化劑Cat.2C.降低反應溫度D.投料比不變,增加反應物的濃度E.增大CO2和H2的初始投料比-62-(3)表中實驗數(shù)據(jù)表明,在相同溫度下不同的催化劑對CO2轉(zhuǎn)化成CH3OH的選擇性有顯著的影響,其原因是 。 (4)在下圖中分別畫出反應在無催化

30、劑、有Cat.1和有Cat.2三種情況下“反應過程能量”示意圖。(5)研究證實,CO2也可在酸性水溶液中通過電解生成甲醇,則生成甲醇的反應發(fā)生在極,該電極反應式是。 -63-解析:(1)依據(jù)平衡常數(shù)為生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值,可寫出 。由題目信息可寫出:-64-(2)使用催化劑,不能使平衡發(fā)生移動,故不能提高反應物的轉(zhuǎn)化率,A和B都錯;降低反應溫度,平衡向放熱反應方向即正反應方向移動,可增大CO2轉(zhuǎn)化率,C對;“投料比不變,增加反應物的濃度”相當于增大壓強,平衡向氣體物質(zhì)的量減小方向即正反應方向移動,可增大CO2轉(zhuǎn)化率,D對;“增大CO2和H2的初始投料比”,可增大氫氣的轉(zhuǎn)化率

31、,二氧化碳的轉(zhuǎn)化率反而減小,E錯。(3)“在相同溫度下,不同的催化劑對CO2轉(zhuǎn)化成CH3OH的選擇性有顯著的影響”,表中數(shù)據(jù)表明此時反應未達到平衡,不同的催化劑對反應的催化能力不同,因而在該時刻下對甲醇選擇性有影響。-65-(4)表中數(shù)據(jù)表明,在催化劑Cat.2的作用下甲醇的選擇性更大,說明催化劑Cat.2對反應的催化效果更好。沒有使用催化劑時反應的活化能最高,催化劑Cat.1使反應的活化能下降,催化劑Cat.2使反應的活化能下降得最多,這些決定了圖中能量的變化趨勢。由于催化劑不能使化學平衡發(fā)生移動,因此三種情況下開始時能量和最終平衡時的大小應該一致,圖見答案。(5)CO2(C為+4價)在酸性

32、水溶液中通過電解生成CH3OH(C為-2價),C元素化合價降低,得到電子,發(fā)生還原反應,反應在陰極上進行。電極反應為:CO2+6H+6e- CH3OH+H2O。-66-(2)CD(3)表中數(shù)據(jù)表明此時反應未達到平衡,不同的催化劑對反應的催化能力不同,因而在該時刻下對甲醇選擇性有影響(4)(5)陰CO2+6H+6e- CH3OH+H2O -67-易錯提示:(1)平衡常數(shù)表達式K等于生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值,答題時容易忽略化學方程式中每種物質(zhì)前的化學計量數(shù)作為對應物質(zhì)的濃度冪進行表示,從而導致錯誤。H的計算由于不能把握標準燃燒熱的定義、H2O的狀態(tài)及不能正確運用蓋斯定律等,從而導致

33、解答錯誤。(2)使用催化劑不能使平衡發(fā)生移動,也就不能提高反應物的轉(zhuǎn)化率,認識不到這點就會錯選A或B;C是考查降低反應溫度對平衡的影響,D雖然是“投料比不變,增加反應物的濃度”,實質(zhì)是考查增大壓強對平衡的影響,E是考查“增大CO2和H2的初始投料比”對平衡的影響,C、D、E均要利用平衡移動原理進行解釋。綜合分析該題實際考查了化學平衡原理的兩個重要知識點:一是判定條件的改變是否影響平衡;二是判斷條件的改變?nèi)绾斡绊懟瘜W平衡。-68-(3)“在相同溫度下不同的催化劑對CO2轉(zhuǎn)化成CH3OH的選擇性有顯著的影響”的表述,非常容易把考生帶入“死胡同”,這種情況要求考生不能孤立思考這句話,縱觀試題,結(jié)合表

34、格數(shù)據(jù)的描述“在相同壓強下,經(jīng)過相同反應時間測得如下實驗數(shù)據(jù)”,這句話隱藏的本質(zhì)是“表中數(shù)據(jù)表明此時反應未達到平衡”,否則分析起來無從下手,導致錯誤。(4)作圖關(guān)鍵點有“起點、終點、拐點、最高點(或最低點)等”,這些點同時決定了曲線的變化趨勢,據(jù)此可作出圖1;再考慮到催化劑對反應的影響,作出圖2;最后考慮催化劑能夠降低反應的活化能、不同催化劑的影響不同等,得到圖3。-69-70-本題作圖考慮的細節(jié)多,加之還要通過無催化劑、Cat.1、 Cat.2的比較作圖,如果關(guān)注不到以上分析中的任何一個環(huán)節(jié),都會導致錯誤。(5)本題主要通過C元素化合價的變化,得出CO2應在陰極上反應,然后根據(jù)電子守恒、原子

35、守恒、反應環(huán)境(酸性)等寫出正確的電極反應式。-71-對點訓練對點訓練2.(2014浙江理綜,27)煤炭燃燒過程中會釋放出大量的SO2,嚴重破壞生態(tài)環(huán)境。采用一定的脫硫技術(shù)可以把硫元素以CaSO4的形式固定,從而降低SO2的排放。但是煤炭燃燒過程中產(chǎn)生的CO又會與CaSO4發(fā)生化學反應,降低了脫硫效率。相關(guān)反應的熱化學方程式如下:請回答下列問題:(1)反應能夠自發(fā)進行的條件是高溫。 (2)對于氣體參與的反應,表示平衡常數(shù)Kp時用氣體組分(B)的平衡壓強p(B)代替該氣體物質(zhì)的量濃度c(B),則反應的Kp= (用表達式表示)。 -72-(3)假設某溫度下,反應的速率(v1)大于反應的速率(v2)

36、,則下列反應過程能量變化示意圖正確的是C。(4)通過監(jiān)測反應體系中氣體濃度的變化可判斷反應和是否同時發(fā)生,理由是如果氣相中SO2和CO2兩種氣體的濃度之比隨時間發(fā)生變化,則表明兩個反應同時發(fā)生。 -73-(5)圖1為實驗測得不同溫度下反應體系中CO初始體積百分數(shù)與平衡時固體產(chǎn)物中CaS質(zhì)量百分數(shù)的關(guān)系曲線。則降低該反應體系中SO2生成量的措施有ABC。A.向該反應體系中投入石灰石B.在合適的溫度區(qū)間內(nèi)控制較低的反應溫度C.提高CO的初始體積百分數(shù)D.提高反應體系的溫度-74-(6)恒溫恒容條件下,假設反應和同時發(fā)生,且v1v2,請在圖2中畫出反應體系中c(SO2)隨時間t變化的總趨勢圖。-75

37、-答案: -76-解析:(1)反應是一個“S0、H0”的反應。可以有兩種方法判斷反應自發(fā)進行的條件:方法一(自學能力強的同學可用此規(guī)律):根據(jù)G=H-TS0、H0”,所以只有在高溫下反應才能自發(fā)進行。方法二(規(guī)律記憶加口訣):S0、H0一定能自發(fā)進行;S0一定不能自發(fā)進行;S0、H0高溫才自發(fā)進行(簡記:大大高);S0、H0低溫才自發(fā)進行(簡記:小小低)。-77-(2)“對于氣體參與的反應,表示平衡常數(shù)Kp時用氣體組分(B)的平衡壓強p(B)代替該氣體物質(zhì)的量濃度c(B)”,要求考生迅速理解并完成知識遷移:(3)由于反應是吸熱反應,故反應生成物所具有的能量高于反應物;由于反應是放熱反應,故反應

38、生成物所具有的能量低于反應物,A、D兩項對反應和生成物的能量判斷都相反,排除A、D兩項。某溫度下反應的速率(v1)大于反應的速率(v2),說明反應的活化能低于反應的活化能,反應的中間產(chǎn)物所具有的能量應該低一些,B和C中只有C正確。-78-(4)反應有SO2和CO2兩種氣體生成,而反應只有CO2一種氣體生成。故若監(jiān)測過程中,SO2、CO2濃度比保持不變,說明只發(fā)生反應;若發(fā)生變化,則說明反應和同時進行。(5)一定溫度下加入的石灰石分解可產(chǎn)生CO2,由于反應和產(chǎn)物都有CO2,因此有利于兩個平衡左移,減少SO2的生成,A項正確;由圖像知,CO的初始濃度越大、溫度越低,CaS的含量就會越高,此條件下生成的SO2就越少,B、C項正確,D項錯誤。(6)反應的速率大于反應的速率,故開始時體系內(nèi)c(SO2)是快速增大的,隨著第個反應中生成的CO2的增多,會使反應的平衡向左移動,c(SO2)又會下降,當達到平衡時c(SO2)保持不變,據(jù)此可作出圖像,圖像見答案。