2019版高考化學二輪復習 第二篇 理綜化學填空題突破 第9題 以速率、平衡為中心的原理綜合題學案.doc

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第9題　以速率、平衡為中心的原理綜合題 復習建議：4課時(題型突破2課時　習題2課時) 1．(2018課標全國Ⅰ，28)采用N2O5為硝化劑是一種新型的綠色硝化技術，在含能材料、醫(yī)藥等工業(yè)中得到廣泛應用?；卮鹣铝袉栴}： (1)1840年Devil用干燥的氯氣通過干燥的硝酸銀，得到N2O5。該反應的氧化產(chǎn)物是一種氣體，其分子式為________。 (2)F.Daniels等曾利用測壓法在剛性反應器中研究了25 ℃時N2O5(g)分解反應： 2N2O5(g)―→4NO2(g)＋O2(g)  2N2O4(g) 其中NO2二聚為N2O4的反應可以迅速達到平衡。體系的總壓強p隨時間t的變化如表所示(t＝∞時，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N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g)的ΔH＝________kJmol－1。 ②研究表明，N2O5(g)分解的反應速率v＝210－3pN2O5(kPamin－1)。t＝62 min時，測得體系中pO2＝2.9 kPa，則此時的pN2O5＝________kPa，v＝________kPamin－1。 ③若提高反應溫度至35 ℃，則N2O5(g)完全分解后體系壓強p∞(35 ℃)________63.1 kPa(填“大于”“等于”或“小于”)，原因是________________________________________________________________________。 ④25 ℃時N2O4(g)2NO2(g)反應的平衡常數(shù)Kp＝________kPa(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)，計算結果保留1位小數(shù))。 (3)對于反應2N2O5(g)―→4NO2(g)＋O2(g)，R.A.Ogg提出如下反應歷程： 第一步　N2O5NO2＋NO3　　　　　快速平衡 第二步　NO2＋NO3―→NO＋NO2＋O2 慢反應 第三步　NO＋NO3―→2NO2 快反應 其中可近似認為第二步反應不影響第一步的平衡。下列表述正確的是________(填標號)。 A．v(第一步的逆反應)>v(第二步反應) B．反應的中間產(chǎn)物只有NO3 C．第二步中NO2與NO3的碰撞僅部分有效 D．第三步反應活化能較高 解析　(1)氯氣與硝酸銀反應生成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，則只能是氧元素化合價升高，所以氣體氧化產(chǎn)物為O2。(2)①將已知熱化學方程式依次編號為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，體系中pO2＝2.9 kPa，根據(jù)三段式法得 則62 min時pN2O5＝30.0 kPa，v＝210－330.0 kPamin－1＝6.010－2kPamin－1。③剛性反應容器的體積不變，25 ℃ N2O5(g)完全分解時體系的總壓強為63.1 kPa，升高溫度，從兩個方面分析：一方面是體積不變，升高溫度，體系總壓強增大；另一方面，2NO2N2O4的逆反應是吸熱反應，升溫，平衡向生成NO2的方向移動，氣體物質(zhì)的量增大，故體系總壓強增大。④N2O5完全分解生成N2O4和O2，起始pN2O5＝35.8 kPa，其完全分解時pN2O4＝35.8 kPa，pO2＝17.9 kPa，設25 ℃平衡時N2O4轉化了x，則 35．8 kPa－x＋2x＋17.9 kPa＝63.1 kPa，解得x＝9.4 kPa。平衡時，pN2O4＝26.4 kPa，pNO2＝18.8 kPa，K＝＝ kPa＝13.4 kPa。(3)快速平衡，說明第一步反應的正、逆反應速率都較大，則第一步反應的逆反應速率大于第二步反應的速率，A項正確；反應的中間產(chǎn)物除NO3外還有NO，B項錯誤；有效碰撞才能發(fā)生反應，第二步反應慢，說明部分碰撞有效，C項正確；第三步反應快，說明反應活化能較低，D項錯誤。 答案　(1)O2 (2)①53.1?、?0.0　6.010－2?、鄞笥凇囟壬?，體積不變，總壓強增大；NO2二聚為放熱反應，溫度提高，平衡左移，體系物質(zhì)的量增加，總壓強增大　④13.4 (3)AC 2．(2018課標全國Ⅱ，27)CH4CO2催化重整不僅可以得到合成氣(CO和H2)，還對溫室氣體的減排具有重要意義?；卮鹣铝袉栴}： (1)CH4CO2催化重整反應為：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 該催化重整反應的ΔH＝________kJmol－1。有利于提高CH4平衡轉化率的條件是________(填標號)。 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以及催化劑進行重整反應，達到平衡時CO2的轉化率是50%，其平衡常數(shù)為________ mol2L－2。 (2)反應中催化劑活性會因積碳反應而降低，同時存在的消碳反應則使積碳量減少。相關數(shù)據(jù)如下表： 積碳反應 CH4(g)=== C(s)＋2H2(g) 消碳反應 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____________________________________________________________。 在反應進料氣組成、壓強及反應時間相同的情況下，某催化劑表面的積碳量隨溫度的變化關系如圖1所示，升高溫度時，下列關于積碳反應、消碳反應的平衡常數(shù)(K)和速率(v)的敘述正確的是________(填標號)。 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，不同p(CO2)下積碳量隨時間的變化趨勢如圖2所示，則pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)從大到小的順序為_________________________________________________。 解析　(1)將已知中3個反應依次記為①、②、③，根據(jù)蓋斯定律③2－①－②得該催化重整反應的ΔH＝[(－111)2＋75＋394]kJmol－1＝＋247 kJmol－1。由于該反應為吸熱且氣體體積增大的反應，要提高CH4的平衡轉化率，需在高溫低壓下進行。根據(jù)平衡時消耗的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從表格中數(shù)據(jù)可看出相對于催化劑X，用催化劑Y催化時積碳反應的活化能大，則積碳反應的反應速率小，而消碳反應活化能相對小，則消碳反應的反應速率大，再根據(jù)題干信息“反應中催化劑活性會因積碳反應而降低”可知催化劑X劣于催化劑Y。兩個反應均吸熱，故隨溫度升高，K積和K消均增加，且消碳反應速率增加的倍數(shù)比積碳反應的大，故A、D正確。②由該圖像可知在反應時間和p(CH4)相同時，圖象中速率關系va>vb>vc，結合沉積碳的生成速率方程v＝kp(CH4)[p(CO2)]－0.5，在p(CH4)相同時，隨著p(CO2)增大，反應速率逐漸減慢，即可判斷：pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2)。 答案　(1)247　A　 (2)①劣于　相對于催化劑X，催化劑Y積碳反應的活化能大，積碳反應的速率?。欢挤磻罨芟鄬π?，消碳反應速率大　AD?、趐c(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2) 3．(2018課標全國Ⅲ，28)三氯氫硅(SiHCl3)是制備硅烷、多晶硅的重要原料?；卮鹣铝袉栴}： (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，寫出該反應的化學方程式________________________________________。 (2)SiHCl3在催化劑作用下發(fā)生反應： 2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g) ΔH＝48 kJmol－1 3SiH2Cl2(g)===SiH4(g)＋2SiHCl3(g) ΔH＝－30 kJmol－1 則反應4SiHCl3(g)===SiH4(g)＋3SiCl4(g)的ΔH為________kJmol－1。 (3)對于反應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的轉化率隨時間變化的結果如圖所示。 ①343 K時反應的平衡轉化率α＝________%。平衡常數(shù)K343 K＝________(保留2位小數(shù))。 ②在343 K下：要提高SiHCl3轉化率，可采取的措施是________________；要縮短反應達到平衡的時間，可采取的措施有______________________。 ③比較a、b處反應速率大?。簐a________vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反應速率v＝v正－v逆＝k正x2SiHCl3－k逆xSiH2Cl2xSiCl4，k正、k逆分別為正、逆向反應速率常數(shù)，x為物質(zhì)的量分數(shù)，計算a處的＝________(保留1位小數(shù))。 解析　(1)SiHCl3遇潮氣發(fā)生反應生成(HSiO)2O和HCl，即2SiHCl3＋3H2O===(HSiO)2O＋6HCl。(2)將已知熱化學方程式依次編號為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，反應越先達到平衡，根據(jù)圖示，左側曲線對應的溫度為343 K，343 K時反應的平衡轉化率為22%。設開始時加入SiHCl3的濃度為a molL－1，根據(jù)化學方程式和SiHCl3的平衡轉化率知，達平衡時，SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的濃度分別為0.78a molL－1、0.11a molL－1、0.11a molL－1，化學平衡常數(shù)K＝＝0.02。②根據(jù)化學平衡移動原理并結合該反應特點，及時分離出生成物可提高反應物的轉化率?？s短反應達到平衡的時間，實質(zhì)就是提高反應速率，可采用加壓的方式或選擇更為高效的催化劑。③溫度越高，反應速率越大，a點所在曲線對應的溫度高于b點所在曲線對應的溫度，所以a點反應速率大于b點反應速率。a點所在曲線達到平衡時，v正＝v逆，即k正x2SiHCl3＝k逆xSiH2Cl2xSiCl4，從題圖上可知a點所在曲線平衡時SiHCl3的轉化率為22%，設投入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的轉化率為20%，根據(jù)三段式法得 則＝＝，將①代入計算得出v正/v逆＝1.3。 答案　(1)2SiHCl3＋3H2O===(HSiO)2O＋6HCl (2)114 (3)①22　0.02 ②及時移去產(chǎn)物　改良催化劑；提高反應物壓強(濃度) ③大于　1.3 4．(2017課標全國Ⅰ，28)近期發(fā)現(xiàn)，H2S是繼NO、CO之后第三個生命體系氣體信號分子，它具有參與調(diào)解神經(jīng)信號傳遞、舒張血管減輕高血壓的功能。回答下列問題： (1)下列事實中，不能比較氫硫酸與亞硫酸的酸性強弱的是________(填標號)。 A．氫硫酸不能與碳酸氫鈉溶液反應，而亞硫酸可以 B．氫硫酸的導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．氫硫酸的還原性強于亞硫酸 (2)下圖是通過熱化學循環(huán)在較低溫度下由水或硫化氫分解制備氫氣的反應系統(tǒng)原理。 通過計算，可知系統(tǒng)(Ⅰ)和系統(tǒng)(Ⅱ)制氫的熱化學方程式分別為_____________________________________________________________、 _________________________________________________________， 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：H2S(g)＋CO2(g)COS(g) ＋H2O(g)。在610 K時，將0.10 mol CO2與0.40 mol H2S充入2.5 L的空鋼瓶中，反應平衡后水的物質(zhì)的量分數(shù)為0.02。 ①H2S的平衡轉化率α1＝________%，反應平衡常數(shù)K＝________。 ②在620 K重復試驗，平衡后水的物質(zhì)的量分數(shù)為0.03，H2S的轉化率α2________α1，該反應的ΔH________0。(填“>”“<”或“＝”) ③向反應器中再分別充入下列氣體，能使H2S轉化率增大的是________(填標號) A．H2S B．CO2 C．COS D．N2 解析　(1)H2SO3能和NaHCO3反應放出CO2，說明酸性：H2SO3>H2CO3，而H2S不能和NaHCO3反應，說明酸性：H2S?、跙 5．(2016課標全國Ⅰ，27)元素鉻(Cr)在溶液中主要以Cr3＋(藍紫色)、[Cr(OH)4]－(綠色)、Cr2O(橙紅色)、CrO(黃色)等形式存在，Cr(OH)3為難溶于水的灰藍色固體，回答下列問題： (1)Cr3＋與Al3＋的化學性質(zhì)相似，在Cr2(SO4)3溶液中逐滴加入NaOH溶液直至過量，可觀察到的現(xiàn)象是______________________________________________ _____________________________________________________________。 (2)CrO和Cr2O在溶液中可相互轉化。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溶液中的轉化反應_________________________ ____________________________________________________。 ②由圖可知，溶液酸性增大，CrO的平衡轉化率______(填“增大”、“減小”或“不變”)。根據(jù)A點數(shù)據(jù)，計算出該轉化反應的平衡常數(shù)為________。 ③升高溫度，溶液中CrO的平衡轉化率減小，則該反應的ΔH________0(填“大于”“小于”或“等于”)。 (3)在化學分析中采用K2CrO4為指示劑，以AgNO3標準溶液滴定溶液中的Cl－，利用Ag＋與CrO生成磚紅色沉淀，指示到達滴定終點。當溶液中Cl－恰好完全沉淀(濃度等于1.010－5 molL－1)時，溶液中c(Ag＋)為________molL－1，此時溶液中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＋，該反應的離子方程式為__________________________________ _______________________________________________________。 解析　(1)由于Cr3＋與Al3＋的化學性質(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，先生成灰藍色沉淀Cr(OH)3，并逐漸增多，隨著滴加NaOH溶液的過量，灰藍色沉淀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，說明CrO逐漸轉化為Cr2O，則CrO的平衡轉化率逐漸增大，其反應的離子方程式為：2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O；由圖中A點數(shù)據(jù)，可知：c(Cr2O)＝0.25 molL－1、c(H＋)＝1.010－7 molL－1，則進一步可知c(CrO)＝1.0 molL－1－20.25 molL－1＝0.5 molL－1，根據(jù)平衡常數(shù)的定義可計算出該轉化反應的平衡常數(shù)為1.01014；升高溫度，溶液中CrO的平衡轉化率減小，說明化學平衡逆向移動，則正反應為放熱反應，即該反應的ΔH小于0。 (3)根據(jù)Ksp(AgCl)＝c(Ag＋)c(Cl－)＝2.010－10，可計算出當溶液中Cl－恰好完全沉淀(即濃度等于1.010－5 molL－1)時，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，又可計算出此時溶液中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＋反應的離子方程式：Cr2O＋3HSO＋5H＋===2Cr3＋＋3SO＋4H2O。 答案　(1)藍紫色溶液變淺，同時有灰藍色沉淀生成，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 設空方向 頻數(shù) 難度 1.化學反應與能量變化 反應熱與熱化學方程式的書寫 12 0.42 化學反應與鍵能 3 0.40 電化學(以書寫電極反應式為主) 1 0.38 2.化學反應速率 化學反應速率的計算 4 0.44 化學反應速率的影響因素 8 0.46 化學反應速率變化圖像分析 10 0.42 3.化學平衡 平衡狀態(tài)判斷及化學平衡圖像分析 12 0.41 化學平衡影響因素分析 8 0.48 反應物轉化率的計算 7 0.46 化學平衡常數(shù)表達式及其計算 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的理解與計算 2 0.39 化學反應原理綜合題，是高考的固定題型，通常以速率、平衡知識為中心，還常涉及到化學反應與能量變化及電解質(zhì)溶液等內(nèi)容。對于化學反應與能量變化的考查，一方面涉及到氧化還原反應分析及電化學電極書寫，但最為常見的題型還是蓋斯定律的應用，根據(jù)已知熱化學方程式書寫待求熱化學方程式或直接計算其反應熱，難度不大，是高考熱點；對于化學反應速率與化學平衡的考查主要有以下方面：化學反應速率的定量計算、外界條件對速率、平衡的影響、新情境下平衡狀態(tài)的判定、平衡常數(shù)的表達式及平衡常數(shù)與轉化率的計算、以及其速率平衡圖像、數(shù)據(jù)表格分析等。預計在2019年的高考中，化學反應原理的綜合仍會以創(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，同時聯(lián)系生產(chǎn)生活實際考查學生選擇溫度、壓強、酸堿性環(huán)境等適宜的反應條件，體現(xiàn)學生知識運用能力，另外化學平衡常數(shù)的多種表達形式，通過圖像信息獲取解題數(shù)據(jù)，完成平衡常數(shù)與轉化率的計算，也是高考考查的重點內(nèi)容之一，應給予關注！ 1．計算反應熱 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 回答下列問題： 已知反應①中相關的化學鍵鍵能數(shù)據(jù)如下： 化學鍵 H—H C—O C≡O H—O C—H E/(kJmol－1) 436 343 1 076 465 413 由此計算ΔH1＝________ kJmol－1； 已知ΔH2＝－58 kJmol－1，則ΔH3＝________ kJmol－1。 [模型應用] 答案?。?9　＋41 [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________。 答案　＋158.8 kJmol－1(將已知的兩個熱化學方程式依次編號為①、②，根據(jù)蓋斯定律，由①＋②可得) 2．利用蓋斯定律書寫熱化學方程式 [解題模板] 應對霧霾污染、改善空氣質(zhì)量需要從多方面入手，如開發(fā)利用清潔能源。甲醇是一種可再生的清潔能源，具有廣闊的開發(fā)和應用前景。 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燃燒熱的熱化學方程式為___________________________________ _________________________________________________________ _____________________________________________________。 [示例3]　[2017江蘇化學，26(1)]TiO2與Cl2難以直接反應，加碳生成CO和CO2可使反應得以進行。 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)的熱化學方程式：___________________________________________________________ ___________________________________________________________。 答案　TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g)　ΔH＝－45.5 kJ/mol 說明：對于平衡狀態(tài)的判斷，不斷出現(xiàn)新的判斷形式，如絕熱過程中的熱量變化，化學平衡常數(shù)，有關圖像等，判斷時緊緊抓住反應過程中對應物理量是否變化，如果在反應過程中在變，達到平衡時不變，則能說明。 [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。若該反應在絕熱、恒容的密閉體系中進行，下列示意圖正確且能說明反應在進行到t1時刻達到平衡狀態(tài)的是________(填編號)。 答案?、冖堍? 分析：在研究平衡移動時，常用構造模型的方法，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，你可以在另一個相同體積的容器乙中先建立平衡如圖，此時這兩個平衡體系完全一致，此時如果把甲、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體積的，壓強增大，平衡右移，所以通過這樣的虛擬過程，可以看出，在體積不變時，成比例加入反應物相當于增大壓強。 [示例5]　在溫度、容積相同的3個密閉容器中，按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時的有關數(shù)據(jù)如下[已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJmol－1] 容器 甲 乙 丙 反應物投入量 1 mol N2、3 mol H2 2 mol NH3 4 mol NH3 c1 c2 c3 體系壓強(Pa) p1 p2 p3 反應物轉化率 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：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[]時二氧化碳轉化率(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，轉化率越高越好，所以選擇A。選擇最佳氨碳比，可看最上面曲線的走勢，整體增加，曲線先陡后平(略上升)，依然選擇拐點，當氨碳比大于4.0時，增大氨氣的量CO2轉化率增加不大，但生產(chǎn)成本提高了；氨碳比太小，CO2轉化率低。 答案　A　氨碳比等于4，CO2轉化率較高　當氨碳比大于4.0時，增大NH3的量CO2的轉化率增加不大，但生產(chǎn)成本提高了；氨碳比小于4.0時，CO2的轉化率低。 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，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曲線對應的條件，分析兩個量之間內(nèi)在的聯(lián)系。這里涉及影響反應速率的兩個因素：催化劑和溫度，弄清影響因素即可。所以，250～300 ℃時，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是溫度超過250 ℃時，催化劑的催化效率降低。 答案　溫度超過250 ℃時，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，反應為(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)===2NH4HCO3(aq)　ΔH。為研究溫度對(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(用氮氣作為稀釋劑)，在t時刻，測得容器中CO2氣體的濃度。然后分別在溫度為T2、T3、T4、T5下，保持其他初始實驗條件不變，重復上述實驗，經(jīng)過相同時間測得CO2氣體濃度，其關系如圖，則ΔH________(填“>”、“＝”或“<”)0。 [圖像分析]　根據(jù)可逆反應的特征，準確確定平衡點。溫度越高反應速率越快，達到平衡所需的時間越短，在相等時間內(nèi)，CO2濃度最低的點應該是平衡點。T3往后，溫度升高，CO2濃度增大，平衡逆向移動，逆反應吸熱，正反應放熱。 答案　< 1．化學平衡常數(shù)表達式 (1)不要把反應體系中純固體、純液體以及稀水溶液中水的濃度寫進平衡常數(shù)表達式。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，則此時水的濃度不可視為常數(shù)，應寫進平衡常數(shù)表達式中。如： C2H5OH＋CH3COOHCH3COOC2H5＋H2O K＝ C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) K＝ (2)同一化學反應，化學反應方程式寫法不同，其平衡常數(shù)表達式及數(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，用平衡分壓(總壓乘以各自的物質(zhì)的量分數(shù))表示平衡常數(shù)。 如：2A(g)＋B(s)C(g)。若達到平衡時，n(A)＝n1、 n(C)＝n2密閉體系的壓強為p，則K＝＝。 2．悟透化學平衡常數(shù)及轉化率計算題解題模式 根據(jù)反應進行(或移動)的方向，設定某反應物消耗的量，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變化量與化學方程式中各物質(zhì)的化學計量數(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、平衡轉化率三者之間的互換關系； ④在使用平衡常數(shù)時，要注意反應物或生成物的狀態(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)生如下轉化： 該反應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)在一定溫度時為常數(shù)，分別稱作正、逆反應速率常數(shù)?；卮鹣铝袉栴}： (1)已知：t1溫度下，k(正)＝0.006 s－1，k(逆)＝0.002 s－1，該溫度下反應的平衡常數(shù)值K1＝________；該反應的活化能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 此類試題以元素及化合物、化學平衡知識為主題，借助圖像、圖表的手段考查相關聯(lián)的知識。主要考查點： (1)反應現(xiàn)象的描述。 (2)氧化還原反應、原電池與電解池、陌生離子方程式的書寫。 (3)化學鍵與反應的熱效應計算、信息條件下速率計算、平衡常數(shù)的計算、Ksp的計算。 (4)平衡的影響因素、平衡移動與圖像及相關原因的分析。 2．解題思路：四步突破物質(zhì)性質(zhì)與化學平衡綜合題 　 分析： 2016課標全國卷Ⅰ27題(題目見“考情解碼”第5題)就是借助元素鉻(Cr)在溶液中主要以Cr3＋(藍紫色)、[Cr(OH)4]－(綠色)、Cr2O(橙紅色)、CrO(黃色)等形式存在， 根據(jù)Cr3＋與Al3＋的化學性質(zhì)相似， 寫實驗現(xiàn)象及轉化的離子反應，進一步根據(jù)圖像考查化學平衡常數(shù)及轉化率。 [典例演示1] (2017課標全國Ⅱ，27)丁烯是一種重要的化工原料，可由丁烷催化脫氫制備?；卮鹣铝袉栴}： (1)正丁烷(C4H10)脫氫制1丁烯(C4H8)的熱化學方程式如下： 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①的ΔH1為________ kJmol－1。圖(a)是反應①平衡轉化率與反應溫度及壓強的關系圖，x________0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡產(chǎn)率提高，應采取的措施是________(填標號)。 A．升高溫度 B．降低溫度 C．增大壓強 D．降低壓強 (2)丁烷和氫氣的混合氣體以一定流速通過填充有催化劑的反應器(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)率與進料氣中n(氫氣)/n(丁烷)的關系。圖中曲線呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，其降低的原因是___________________________________________________________ ______________________________________________________________。 (3)圖(c)為反應產(chǎn)率和反應溫度的關系曲線，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，由0.1 MPa變化到x MPa，丁烷的轉化率增大，即平衡正向移動，所以x的壓強更小，x<0.1。由于反應①為吸熱反應，所以溫度升高時，平衡正向移動，丁烯的平衡產(chǎn)率增大，因此A正確、B錯誤。反應①正向進行時體積增大，加壓時平衡逆向移動，丁烯的平衡產(chǎn)率減小，因此C錯誤，D正確。(2)反應初期，H2可以活化催化劑，進料氣中n(氫氣)/n(丁烷)較小，丁烷濃度大，反應向正反應方向進行的程度大，丁烯轉化率升高；然后進料氣中n(氫氣)/n(丁烷)增大，原料中過量的H2會使反應①平衡逆向移動，所以丁烯轉化率下降。(3)590 ℃之前，溫度升高時反應速率加快，生成的丁烯會更多，同時由于反應①是吸熱反應，升高溫度平衡正向移動，平衡體系中會含有更多的丁烯。而溫度超過590 ℃時，由于丁烷高溫會裂解生成短鏈烴類，所以參加反應①的丁烷也就相應減少。 答案　(1)＋123　小于　AD (2)原料中過量H2會使反應①平衡逆向移動，所以丁烯轉化率下降 (3)590 ℃前升高溫度，反應①平衡正向移動　升高溫度時，反應速率加快，單位時間產(chǎn)生丁烯更多　高于590 ℃時則有更多的C4H10裂解導致產(chǎn)率降低 [題型訓練1] (2018天津理綜，10)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主要轉化為________(寫離子符號)；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已知上述反應中相關的化學鍵鍵能數(shù)據(jù)如下： 化學鍵 C—H C===O H—H CO(CO) 鍵能/kJmol－1 413 745 436 1 075 則該反應的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，溫度對CO和H2產(chǎn)率的影響如圖1所示。此反應優(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，電池反應產(chǎn)物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。 電池的負極反應式：__________________________________________________。 電池的正極反應式：6O2＋6e－===6O 6CO2＋6O===3C2O＋6O2 反應過程中O2的作用是_____________________________________。 該電池的總反應式：___________________________________________。 解析　(1)若所得溶液的pH＝13，溶液呈強堿性，則CO2主要轉化為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＝反應物總鍵能－生成物總鍵能，該反應的ΔH＝(4134＋7452)kJmol－1－(1 0752＋4362)kJmol－1＝＋120 kJmol－1。該反應為氣體分子數(shù)增大的吸熱反應，恒容時達到的平衡相當于恒壓條件下達到平衡后增大壓強，加壓平衡向逆反應方向移動，故恒容時反應達平衡后吸收的熱量比恒壓時反應達平衡后吸收的熱量少。②根據(jù)題圖1知，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，但升高溫度，能耗升高，經(jīng)濟效益降低。(3)該電池中Al作負極，電解質(zhì)為含AlCl3的離子液體，故負極反應為Al－3e－===Al3＋。正極為多孔碳電極，根據(jù)正極反應式，得正極總反應為6CO2＋6e－===3C2O，O2不參與正極的總反應，故O2為催化劑。將負極反應式：2Al－6e－===2Al3＋和正極反應式：6CO2＋6e－===3C2O相加，可得該電池的總反應式為2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3。 答案　(1)CO　10 (2)①＋120 kJmol－1　B ②900 ℃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 (3)Al－3e－===Al3＋(或2Al－6e－===2Al3＋)　催化劑 2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3 [題型訓練2] NO2與SO2能發(fā)生反應：NO2＋SO2SO3＋NO，某研究小組對此進行相關實驗探究。 (1)硝酸廠向大氣中排放NO2造成的環(huán)境問題是____________________________ _________________________________________________。 (2)為了減少SO2的排放，將含SO2的煙氣通過洗滌劑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，同時又可得到化肥。上述洗滌劑X可以是________(填序號)。 a．Ca(OH)2 b．K2CO3 c．Na2SO3 d．NH3H2O (3)實驗中，尾氣可以用堿溶液吸收。NaOH溶液吸收NO2時，發(fā)生的反應為2NO2＋2OH－===NO＋NO＋H2O，反應中形成的化學鍵是________(填化學鍵的類型)。用NaOH溶液吸收少量SO2的離子方程式為________________________ _____________________________________________________________。 (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，改變原料氣配比進行多組實驗(各次實驗的溫度可能相同，也可能不同)，測定NO2的平衡轉化率。部分實驗結果如圖所示： ①如果要將圖中C點的平衡狀態(tài)改變?yōu)锽點的平衡狀態(tài)，應采取的措施是_________________________________________________________________ ____________________________________________________________； ②若A點對應實驗中，SO2(g)的起始濃度為c0 molL－1，經(jīng)過t min達到平衡狀態(tài)，該時段化學反應速率v(NO2)＝________ molL－1min－1； ③圖中C、D兩點對應的實驗溫度分別為TC和TD，通過計算判斷TC________TD(填“>”“＝”或“<”)。 解析　(1)硝酸廠向大氣中排放NO2造成的環(huán)境問題是酸雨、光化學煙霧等。(2)SO2是酸性氧化物，由于同時又可得到化肥，因此洗滌劑應該是碳酸鉀或氨水。(3)發(fā)生的反應為2NO2＋2OH－===NO＋NO＋H2O，反應中生成亞硝酸根、硝酸根和水，形成的化學鍵是共價鍵；用NaOH溶液吸收少量SO2反應生成亞硫酸鈉和水，反應的離子方程式為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，反應為氣體體積不變的放熱反應，則①如果將圖中C點的平衡狀態(tài)改變?yōu)锽點的平衡狀態(tài)，平衡轉化率增大，平衡正向進行，正反應為放熱反應，降低溫度平衡正向進行。②A點平衡轉化率為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，反應的二氧化氮濃度為0.4c0 molL－150%＝0.2c0 molL－1，該時段化學反應速率v(NO2)＝＝ molL－1min－1。③NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)　ΔH＝－41.8 kJmol－1，反應為放熱反應，C點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兩點對應的實驗溫度分別為TC和TD，C點二氧化氮轉化率為50%， 平衡常數(shù)KC＝1， D點二氧化氮轉化率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)相同說明反應溫度相同，TC＝TD。 答案　(1)酸雨、光化學煙霧　(2)bd (3)共價鍵　SO2＋2OH－===SO＋H2O (4)－41.8 kJmol－1 (5)①降低溫度　②?、郏? [典例演示2] 氮及其化合物對生產(chǎn)、生活有重要的意義。 (1)合成氨的原理如圖1所示，該反應的熱化學方程式為 ________________________________________________________________ ______________________________________________________________。 (2)尿素是重要的肥料，工業(yè)合成尿素的反應如下： 2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH>0 該反應合適的反應條件是________。 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)生下列反應并達到平衡： 2NH3(g)＋CO2(g)NH2COONH4(s) 實驗測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，列式計算25.0 ℃時的平衡常數(shù)：_______________________。 ②關于上述反應的平衡狀態(tài)，下列說法正確的是________。 A．分離出少量的氨基甲酸銨，反應物的轉化率將增大 B．平衡時降低反應體系溫度，CO2的體積分數(shù)下降 C．NH3的轉化率始終等于CO2的轉化率 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：NH2COONH4＋2H2ONH4HCO3＋NH3H2O某研究小組分別測