2019高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí) 微專題3 隱藏在Ⅱ卷中的化學(xué)微型計(jì)算教案.doc

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微專題3隱藏在卷中的化學(xué)微型計(jì)算近三年全國(guó)卷考情年份題號(hào)考查點(diǎn)2016年全國(guó)27平衡常數(shù)的計(jì)算,Ksp的計(jì)算28氧化還原計(jì)算,有效氯含量計(jì)算2016年全國(guó)26H計(jì)算、氧化還原、平衡常數(shù)2017年全國(guó)26元素含量計(jì)算、物質(zhì)純度計(jì)算27Ksp的計(jì)算28平衡轉(zhuǎn)化率、平衡常數(shù)K2017年全國(guó)26氧化還原滴定27H計(jì)算28氧化還原滴定2018年全國(guó)27氧化還原滴定28H計(jì)算、分壓計(jì)算、速率、Kp計(jì)算2018年全國(guó)27H計(jì)算、平衡常數(shù)K28氧化還原滴定、元素含量在理綜測(cè)試中,對(duì)于計(jì)算能力的考查并非是化學(xué)學(xué)科的核心任務(wù),不會(huì)出現(xiàn)以計(jì)算為主要考查目標(biāo)的大題。但基本的化學(xué)計(jì)算是完整化學(xué)知識(shí)體系的重要組成部分,所以化學(xué)計(jì)算總是隱藏在卷的實(shí)驗(yàn)、工藝流程、化學(xué)原理等題目中,這可以從近三年全國(guó)高考理綜化學(xué)部分對(duì)計(jì)算的考查頻率中看出來(lái)。H計(jì)算、氧化還原滴定、平衡常數(shù)K的計(jì)算成為近兩年的考查熱點(diǎn)。類型一物質(zhì)含量、組成、化學(xué)式的計(jì)算(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)第5758頁(yè)) 物質(zhì)組成計(jì)算類型及方法總結(jié)類型解題方法物質(zhì)含量計(jì)算根據(jù)常見(jiàn)計(jì)算方法(方程式、關(guān)系式、得失電子守恒等)計(jì)算出混合物中某一成分的量w。w除以樣品的總量,即可得出其含量確定物質(zhì)化學(xué)式的計(jì)算根據(jù)題給信息,通過(guò)方程式、質(zhì)量變化等計(jì)算出物質(zhì)分解、轉(zhuǎn)化為生成物的物質(zhì)的量。根據(jù)原子守恒,確定出未知物質(zhì)組成元素的原子的物質(zhì)的量。根據(jù)質(zhì)量守恒,確定出結(jié)晶水的物質(zhì)的量(若有結(jié)晶水)。確定物質(zhì)組成原子和結(jié)晶水分子的物質(zhì)的量之比。結(jié)合相對(duì)分子質(zhì)量確定化學(xué)式續(xù)表類型解題方法熱重曲線計(jì)算熱重曲線的原理:物質(zhì)在高溫加熱時(shí)發(fā)生脫水、分解后物質(zhì)質(zhì)量與溫度的關(guān)系圖像。掌握物質(zhì)質(zhì)量變化的原理:首先失去結(jié)晶水(注意可能逐步失水);然后是難溶含氧酸鹽、氫氧化物的分解;最后得到金屬氧化物;金屬元素可能會(huì)發(fā)生價(jià)態(tài)變化,但符合原子守恒。通過(guò)中確定的變化規(guī)律確定化學(xué)方程式(需要設(shè)未知數(shù)表達(dá)未知物的化學(xué)式),并通過(guò)質(zhì)量變化列比例確定未知數(shù),最后確定物質(zhì)化學(xué)式續(xù)表類型解題方法氧化還原滴定計(jì)算近兩年氧化還原滴定頻頻出現(xiàn)在高考試題中,大多為一步的氧化還原反應(yīng),通常要用酸性KMnO4、I2(淀粉)作氧化劑,反應(yīng)過(guò)程伴隨明顯的顏色變化,這種題實(shí)際上是物質(zhì)的量用于方程式的計(jì)算。17年卷出現(xiàn)了多步的氧化還原反應(yīng),主要是為了把標(biāo)定物質(zhì)轉(zhuǎn)化為便于用氧化還原滴定的物質(zhì)。此時(shí)需要利用關(guān)系式法找出標(biāo)定物與滴定試劑的關(guān)系式計(jì)算。返滴定法:第一步用過(guò)量試劑使標(biāo)定物全部反應(yīng),然后第二步再用滴定試劑標(biāo)定出上一步過(guò)量的試劑。根據(jù)第一步加入的量減去第二步中過(guò)量的量,即可得出第一步所求物質(zhì)的物質(zhì)的量【例1】 (2018全國(guó)卷,28節(jié)選)K3Fe(C2O4)33H2O(三草酸合鐵酸鉀)為亮綠色晶體,可用于曬制藍(lán)圖。測(cè)定三草酸合鐵酸鉀中鐵的含量實(shí)驗(yàn)如下:(1)稱量m g樣品于錐形瓶中,溶解后加稀H2SO4酸化,用 c molL-1KMnO4 溶液滴定至終點(diǎn)。滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象是。(2)向上述溶液中加入過(guò)量鋅粉至反應(yīng)完全后,過(guò)濾、洗滌,將濾液及洗滌液全部收集到錐形瓶中。加稀H2SO4酸化,用c molL-1KMnO4溶液滴定至終點(diǎn),消耗KMnO4溶液 V mL。該晶體中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式為。解析:(1)滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象是有粉紅色出現(xiàn)且半分鐘內(nèi)不變色。(2)加入鋅粉后將Fe3+還原為Fe2+,再用KMnO4溶液滴定,將Fe2+氧化為Fe3+,MnO4-轉(zhuǎn)化為Mn2+:Fe2+Fe3+e-MnO4-Mn2+5e-可得關(guān)系式:5Fe2+MnO4-已知n(MnO4-)=cV10-3 mol則n(Fe2+)=5cV10-3 mol則m(Fe2+)=5cV10-356 g該晶體中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(Fe)=5cV10-356 gmg100%=5cV56m1 000100%答案:(1)粉紅色出現(xiàn)(2)5cV56m1 000100%【例2】 (2017全國(guó)卷,28節(jié)選)水中的溶解氧是水生生物生存不可缺少的條件。某課外小組采用碘量法測(cè)定學(xué)校周邊河水中的溶解氧。實(shí)驗(yàn)步驟及測(cè)定原理如下:.取樣、氧的固定用溶解氧瓶采集水樣。記錄大氣壓及水體溫度。將水樣與Mn(OH)2堿性懸濁液(含有KI)混合,反應(yīng)生成MnO(OH)2,實(shí)現(xiàn)氧的固定。.酸化、滴定將固氧后的水樣酸化,MnO(OH)2被I-還原為Mn2+,在暗處?kù)o置5 min,然后用標(biāo)準(zhǔn)Na2S2O3溶液滴定生成的I2(2S2O32-+I22I-+S4O62-)?；卮鹣铝袉?wèn)題:(1)“氧的固定”中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為。(2)取100.00 mL水樣經(jīng)固氧、酸化后,用a molL-1Na2S2O3溶液滴定,以淀粉溶液作指示劑,終點(diǎn)現(xiàn)象為;若消耗Na2S2O3溶液的體積為b mL,則水樣中溶解氧的含量為mgL-1。解析:(1)由題知:固氧時(shí),Mn(OH)2MnO(OH)2,所以反應(yīng)為O2+2Mn(OH)22MnO(OH)2。(2)終點(diǎn):當(dāng)?shù)稳胱詈笠坏蜰a2S2O3溶液時(shí),溶液藍(lán)色剛好褪去,且半分鐘內(nèi)不變色。由反應(yīng):2Mn(OH)2+O22MnO(OH)2,酸化時(shí):MnO(OH)2+2I-+4H+Mn2+I2+3H2OI2+2S2O32-2I-+S4O62-得關(guān)系式:4S2O32-2I22MnO(OH)2O241ab10-3 moln(O2)所以n(O2)=ab410-3mol,所以m(O2)=ab410-3 mol32 gmol-1=8ab10-3g=8ab mg所以8abmg0.1 L=80ab mgL-1。答案:(1)O2+2Mn(OH)22MnO(OH)2(2)藍(lán)色剛好褪去80ab規(guī)律方法:對(duì)于連續(xù)多步的化學(xué)反應(yīng),可以通過(guò)原子守恒,找出多步反應(yīng)中物質(zhì)的關(guān)系式,利用關(guān)系式法計(jì)算,將會(huì)使問(wèn)題變得簡(jiǎn)單。本題中物質(zhì)的關(guān)系如下:O22MnO(OH)22I24S2O32-?！纠?】 (2014全國(guó)卷,27節(jié)選)PbO2在加熱過(guò)程發(fā)生分解的失重曲線如圖所示,已知失重曲線上的a點(diǎn)為樣品失重4.0%即樣品起始質(zhì)量-a點(diǎn)固體質(zhì)量樣品起始質(zhì)量100%的殘留固體。若a點(diǎn)固體組成表示為PbOx或mPbO2nPbO,列式計(jì)算x值和mn值。解析:根據(jù)題目信息可知,樣品失重失去的是氧元素的質(zhì)量,若a點(diǎn)固體組成表示為PbOx,可得方程式PbO2PbOx+2-x2O2,結(jié)合原子守恒得出x的值,若組成表示為mPbO2nPbO,則O原子與Pb原子的比值為2m+nm+n=x,以此計(jì)算。答案:根據(jù)PbO2PbOx+2-x2O2,有2-x232=2394.0%,x=2-2394.0%16=1.4根據(jù)mPbO2nPbO,2m+nm+n=1.4,mn=0.40.6=231.(2018全國(guó)卷,26節(jié)選)硫代硫酸鈉晶體(Na2S2O35H2O,M=248 gmol-1)可用作定影劑、還原劑。利用K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液定量測(cè)定硫代硫酸鈉的純度。測(cè)定步驟如下:(1)溶液配制:稱取1.200 0 g某硫代硫酸鈉晶體樣品,用新煮沸并冷卻的蒸餾水在中溶解,完全溶解后,全部轉(zhuǎn)移至100 mL的中,加蒸餾水至。(2)滴定:取0.009 50 molL-1的K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00 mL,硫酸酸化后加入過(guò)量KI,發(fā)生反應(yīng):Cr2O72-+6I-+14H+3I2+2Cr3+7H2O。然后用硫代硫酸鈉樣品溶液滴定至淡黃綠色,發(fā)生反應(yīng):I2+2S2O32-S4O62-+2I-。加入淀粉溶液作為指示劑,繼續(xù)滴定,當(dāng)溶液,即為終點(diǎn)。平行滴定3次,樣品溶液的平均用量為24.80 mL,則樣品純度為%(保留1位小數(shù))。解析:(1)配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液,應(yīng)該在燒杯中溶解,冷卻至室溫后,轉(zhuǎn)移至100 mL的容量瓶中,加水至距刻度線12 cm處,改用膠頭滴管滴加至溶液的凹液面最低處與刻度線相平。(2)加入淀粉作指示劑,淀粉遇I2變藍(lán)色,加入的Na2S2O3樣品與I2反應(yīng),當(dāng)I2消耗完后,溶液藍(lán)色褪去,即為滴定終點(diǎn)。由反應(yīng)Cr2O72-+6I-+14H+3I2+2Cr3+7H2OI2+2S2O32-S4O62-+2I-得關(guān)系式:Cr2O72-3I26S2O32-160.009 50 molL-10.02 L0.009 50 molL-10.02 L6硫代硫酸鈉樣品溶液的濃度=0.009 50molL-10.02 L60.024 8 L,樣品的純度為0.009 50molL-10.02 L60.024 8 L0.1 L248 gmol-11.200 0 g100%=95.0%。答案:(1)燒杯容量瓶刻度(2)藍(lán)色褪去95.02.草酸鈷是制備鈷氧化物的重要原料。如圖為二水合草酸鈷(CoC2O42H2O)在空氣中受熱的質(zhì)量變化曲線,曲線中300 及以上所得固體均為鈷氧化物。(1)通過(guò)計(jì)算確定C點(diǎn)剩余固體的成分為(填化學(xué)式)。試寫(xiě)出B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的物質(zhì)與O2在225300 條件下發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式:。(2)取一定質(zhì)量的二水合草酸鈷分解后的鈷氧化物(其中Co的化合價(jià)為+2、+3價(jià)),用480 mL 5 molL-1鹽酸恰好完全溶解固體,得到CoCl2溶液和4.48 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)黃綠色氣體。試確定該鈷氧化物中Co、O的物質(zhì)的量之比。解析:(1)18.3 g二水合草酸鈷的物質(zhì)的量為0.1 mol,由于在300 時(shí)生成的是Co的氧化物,故在8.03 g氧化物中,含Co的質(zhì)量為0.1 mol59 gmol-1=5.9 g,m(O)=8.03 g-5.9 g=2.13 g,故n(Co)n(O)34,C點(diǎn)剩余固體的化學(xué)式為Co3O4。當(dāng)晶體恰好將結(jié)晶水失去時(shí)得到CoC2O4 14.70 g,在225300 與O2反應(yīng)生成Co3O4的化學(xué)方程式為3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2。(2)黃綠色氣體為Cl2,其物質(zhì)的量為0.2 mol,根據(jù)Cl元素守恒可知,溶液中2n(Co)=n(HCl)-2n(Cl2),故n(Co)=1 mol,根據(jù)得失電子守恒n(Co3+)=2n(Cl2)=0.4 mol,則n(Co2+)=0.6 mol,根據(jù)電荷守恒可知,2n(O)=3n(Co3+)+2n(Co2+),n(O)=1.2 mol,故n(Co)n(O)=11.2=56。答案:(1)Co3O43CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2(2)由得失電子守恒有n(Co3+)=2n(Cl2)=24.48 L22.4 Lmol-1=0.4 mol,由電荷守恒有n(Co)總=n(Co2+)溶液=0.5n(Cl-)=0.5(0.4805-0.22) mol=1 mol,所以固體中n(Co2+)=1 mol-0.4 mol=0.6 mol,n(O)=0.43+0.622 mol=1.2 mol,故n(Co)n(O)=11.2=56。類型二應(yīng)用電子守恒的計(jì)算(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)第59頁(yè)) 化學(xué)學(xué)科中涉及的重要反應(yīng)、復(fù)雜反應(yīng)多為氧化還原反應(yīng),依據(jù)氧化還原反應(yīng)的計(jì)算也成為高考中涉及較多的計(jì)算類型,尤其是多步的氧化還原反應(yīng),反應(yīng)復(fù)雜,方程式繁多,如果利用方程式計(jì)算顯得非常繁瑣而易出錯(cuò)。此時(shí)抓住氧化還原反應(yīng)的根本實(shí)質(zhì)電子守恒,運(yùn)用關(guān)系式法進(jìn)行計(jì)算將會(huì)使反應(yīng)簡(jiǎn)化。1.電子守恒計(jì)算基本思路(1)確定反應(yīng)中的氧化劑、還原劑及其還原產(chǎn)物、氧化產(chǎn)物。(2)分析出一個(gè)原子、離子在反應(yīng)中得失電子數(shù)目(注意化學(xué)式中原子個(gè)數(shù))。(3)根據(jù)電子守恒列出等式:氧化劑原子個(gè)數(shù)得電子數(shù)目=還原劑原子個(gè)數(shù)失電子數(shù)目。2.對(duì)于多步連續(xù)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),只要中間各步反應(yīng)過(guò)程中沒(méi)有其他的氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物,中間反應(yīng)只是起了一個(gè)電子的傳遞作用,可直接找出起始物和最終產(chǎn)物之間的電子守恒關(guān)系,快速求解。3.原電池、電解池中電極產(chǎn)物、電解液中離子濃度的變化的計(jì)算,需要根據(jù)整個(gè)串聯(lián)電路中通過(guò)的電子物質(zhì)的量處處相等進(jìn)行計(jì)算?！纠}】 (2016全國(guó)卷,28節(jié)選)NaClO2是一種重要的殺菌消毒劑,也常用來(lái)漂白織物等,其一種生產(chǎn)工藝如下:回答下列問(wèn)題:(1)“尾氣吸收”是吸收“電解”過(guò)程排出的少量ClO2。此吸收反應(yīng)中,氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為,該反應(yīng)中氧化產(chǎn)物是。(2)“有效氯含量”可用來(lái)衡量含氯消毒劑的消毒能力,其定義是:每克含氯消毒劑的氧化能力相當(dāng)于多少克Cl2的氧化能力。NaClO2的有效氯含量為。(計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù))解析:(1)尾氣吸收的是少量的ClO2,根據(jù)轉(zhuǎn)化關(guān)系可知,ClO2作氧化劑被還原為NaClO2,H2O2為還原劑被氧化為O2,根據(jù)電子守恒可求得:n(ClO2)n(H2O2)=21。(2)設(shè)NaClO2的有效氯含量為m(Cl2),根據(jù)有效氯的定義,結(jié)合電子守恒知:1 g90.5 gmol-14=m(Cl2)71 gmol-12,解得:m(Cl2)1.57 g。答案:(1)21O2(2)1.571.按要求解答下列各題:(1)(2016全國(guó)卷,28)“氧化”中欲使3 mol的VO2+變?yōu)閂O2+,則需要氧化劑KClO3至少為 mol。(2)(2015全國(guó)卷,28)大量的碘富集在海藻中,用水浸取后濃縮,再向濃縮液中加MnO2和H2SO4,即可得到I2。該反應(yīng)的還原產(chǎn)物為。(3)(2015全國(guó)卷,28)工業(yè)上可用KClO3與Na2SO3在H2SO4存在下制得ClO2,該反應(yīng)氧化劑與還原劑物質(zhì)的量之比為。(4)(2016全國(guó)卷,26)聯(lián)氨可用于處理高壓鍋爐水中的氧,防止鍋爐被腐蝕。理論上1 kg的聯(lián)氨可除去水中溶解的O2kg。解析:(1)根據(jù)VO2+VO2+,KClO3Cl-,由得失電子守恒,則n(VO2+)=6n(KClO3),故n(KClO3)=16n(VO2+)=163 mol=0.5 mol。(2)濃縮液中的碘元素為-1價(jià),在酸性環(huán)境中,MnO2將-1價(jià)的I氧化為I2,MnO2中+4價(jià)的Mn被還原,產(chǎn)物應(yīng)為MnSO4。(3)由題給的反應(yīng)物中有KClO3、生成物中有ClO2可知,氧化劑為KClO3,還原劑為Na2SO3。1 mol KClO3生成1 mol ClO2時(shí)得到1 mol電子,1 mol Na2SO3生成1 mol Na2SO4時(shí)失去2 mol電子,根據(jù)得失電子守恒可知,該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為21。(4)聯(lián)氨處理高壓鍋爐水中的氧,發(fā)生的反應(yīng)為N2H4+O2N2+2H2O,理論上1 kg的聯(lián)氨可除去水中溶解的氧氣為1 kg32 gmol-132 gmol-1=1 kg。答案:(1)0.5(2)MnSO4(3)21(4)12.(2018內(nèi)蒙古包頭一模)測(cè)定某葡萄酒中抗氧化劑的殘留量(以游離SO2計(jì)算)的方案如下:葡萄酒樣品100.00 mL餾分溶液出現(xiàn)藍(lán)色且30 s內(nèi)不褪色(已知:滴定時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式為SO2+I2+2H2OH2SO4+2HI)按上述方案實(shí)驗(yàn),消耗標(biāo)準(zhǔn)I2溶液25.00 mL,該次實(shí)驗(yàn)測(cè)得樣品中抗氧化劑的殘留量(以游離SO2計(jì)算)為gL-1。解析:(1)令100 mL葡萄酒中二氧化硫的質(zhì)量為m g,則:SO2+I2+2H2OH2SO4+2HI64 g1 molm g0.025 L0.010 00 molL-164 gm g=1 mol(0.025 L0.010 00 molL-1)解得m=0.016,則樣品中抗氧化劑的殘留量為0.16 gL-1。答案:0.16【教師用書(shū)備用】 如圖為青銅器在潮濕環(huán)境中發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原理示意圖。(1)腐蝕過(guò)程中,負(fù)極是(填圖中字母“a”“b”或“c”)。(2)環(huán)境中的Cl-擴(kuò)散到孔口,并與正極反應(yīng)產(chǎn)物和負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)物作用生成多孔粉狀銹Cu2(OH)3Cl,其離子方程式為;(3)若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl,則理論上耗氧體積為L(zhǎng)(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。解析:(1)根據(jù)圖示,在青銅合金的腐蝕過(guò)程中是金屬Cu失電子被氧化,所以負(fù)極是Cu。(2)根據(jù)圖示負(fù)極產(chǎn)物是Cu2+,正極上是O2得電子生成OH-,兩者與擴(kuò)散到孔口的Cl-反應(yīng)生成Cu2(OH)3Cl,則離子方程式為2Cu2+3OH-+Cl-Cu2(OH)3Cl。(3)4.29 g Cu2(OH)3Cl的物質(zhì)的量為4.29 g214.5 g/mol=0.02 mol,則負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的Cu為0.04 mol,失去電子為0.08 mol,則正極上O2得到電子也為0.08 mol,反應(yīng)的O2為0.02 mol,則理論上耗氧體積為0.02 mol22.4 L/mol=0.448 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。答案:(1)c(2)2Cu2+3OH-+Cl-Cu2(OH)3Cl(3)0.448類型三有關(guān)平衡常數(shù)、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率的計(jì)算(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)第5961頁(yè)) 1.理解并掌握轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率的意義(1)轉(zhuǎn)化率=n(轉(zhuǎn)化)n(起始)100%=c(轉(zhuǎn)化)c(起始)100%。(2)生成物的產(chǎn)率:產(chǎn)率=產(chǎn)物實(shí)際產(chǎn)量理論產(chǎn)量100%。其中理論產(chǎn)量是根據(jù)方程式計(jì)算出的數(shù)值。(3)混合物中某組分的百分含量=組分平衡量平衡混合物總量100%?？梢允俏镔|(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度、氣體體積等。2.K、Ka、Kb、KW、Kh、Ksp的相似性(1)K、Ka、Kb、KW、Kh、Ksp分別表示化學(xué)平衡常數(shù)、弱酸電離平衡常數(shù)、弱堿電離平衡常數(shù)、水的離子積常數(shù)、鹽的水解平衡常數(shù)、難溶物的沉淀溶解平衡常數(shù)。表達(dá)該平衡過(guò)程進(jìn)行的程度。(2)其表達(dá)式的意義相同:K=生成物濃度的系數(shù)次方的乘積反應(yīng)物濃度的系數(shù)次方的乘積,其中Ksp中難溶物無(wú)濃度,只有分子項(xiàng)。(3)Kp僅適用于氣相發(fā)生的反應(yīng)。當(dāng)把化學(xué)平衡常數(shù)K表達(dá)式中各物質(zhì)的濃度用該物質(zhì)的分壓來(lái)表示時(shí),就得到該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp。(4)Kp也同K相似可以利用“三段式法”進(jìn)行計(jì)算,往往可以使得問(wèn)題簡(jiǎn)化。3.用好“三段式法”解答平衡題依據(jù)方程式列出反應(yīng)物、生成物各物質(zhì)的初始量、變化量、平衡量,結(jié)合問(wèn)題代入公式運(yùn)算。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 molL-1、b molL-1,達(dá)到平衡后A的物質(zhì)的量濃度變化為mx molL-1。mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)起始濃度/(molL-1)ab00變化濃度/(molL-1)mxnxpxqx平衡濃度/(molL-1)a-mxb-nxpxqxK=(px)p(qx)q(a-mx)m(b-nx)n4.平衡常數(shù)的相關(guān)計(jì)算,通常需要通過(guò)圖像、表格找出平衡體系中相關(guān)成分的濃度,或利用“三段式法”求出相關(guān)成分的濃度。然后通過(guò)平衡常數(shù)的定義式計(jì)算出結(jié)果。相對(duì)而言,Ksp的相關(guān)計(jì)算比較單一,通常是根據(jù)給出的Ksp數(shù)據(jù)計(jì)算離子的濃度,或者根據(jù)給出的離子濃度判斷沉淀是否生成?！纠?】 (2018全國(guó)卷,28節(jié)選)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):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/min040801602601 3001 700p/kPa35.840.342.545.949.261.262.363.1(1)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。(2)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))。思路點(diǎn)撥:(1)氣體的分壓之比等于各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比。(2)氣體的分壓如同氣體的物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度一樣可以用“三段式法”進(jìn)行計(jì)算。解析:(1)由方程式2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)可知,62 min時(shí),pO2=2.9 kPa,則減小的N2O5為5.8 kPa,此時(shí)pN2O5=35.8 kPa-5.8 kPa=30.0 kPa,則v(N2O5)=210-330.0 kPamin-1=6.010-2 kPamin-1。(2)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pNO2=2pN2O5=235.8 kPa=71.6 kPa,pO2=0.535.8 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)/kPa071.6轉(zhuǎn)化壓強(qiáng)/kPax2x平衡壓強(qiáng)/kPax71.6-2x則x+(71.6-2x)=45.2,解得x=26.4,71.6 kPa-26.4 kPa2=18.8 kPa,Kp=p2(NO2)p(N2O4)=(18.8 kPa)226.4 kPa13.4 kPa。答案:(1)30.06.010-2(2)13.4【例2】 (2018全國(guó)卷,28節(jié)選)三氯氫硅(SiHCl3)是制備硅烷、多晶硅的重要原料。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。(1)343 K時(shí)反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率=%。平衡常數(shù)K343 K=(保留2位小數(shù))。(2)比較a、b處反應(yīng)速率大小:vavb(填“大于”“小于”或“等于”)。反應(yīng)速率v=v正-v逆=k正xSiHCl32-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v正v逆=(保留1位小數(shù))。解析: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,曲線b代表323 K時(shí)SiHCl3的轉(zhuǎn)化率變化曲線。(1)由題圖可知,343 K時(shí)反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率=22%。設(shè)起始時(shí)SiHCl3(g)的濃度為1 molL-1,則有2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)起始濃度/(molL-1)100轉(zhuǎn)化濃度/(molL-1)0.220.110.11平衡濃度/(molL-1)0.780.110.11則343 K時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K343 K=c(SiH2Cl2)c(SiCl4)/c2(SiHCl3)=(0.11 molL-1)2/(0.78 molL-1)20.02。(2)溫度越高,反應(yīng)速率越快,a點(diǎn)溫度為343 K,b點(diǎn)溫度為323 K,故反應(yīng)速率:va大于vb。反應(yīng)速率v=v正-v逆=k正xSiHCl32-k 逆xSiH2Cl2xSiCl4,則有v正=k正xSiHCl32,v逆=k逆xSiH2Cl2xSiCl4,343 K下反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)v正=v逆,即k正xSiHCl32=k逆xSiH2Cl2xSiCl4,此時(shí)SiHCl3的平衡轉(zhuǎn)化率=22%,經(jīng)計(jì)算可得SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)分別為0.78、0.11、0.11,則有k正0.782=k逆0.112,k正/k逆=0.112/0.7820.02。a處SiHCl3的平衡轉(zhuǎn)化率=20%,此時(shí)SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)分別為0.8、0.1、0.1,則有v正/v逆=(k正xSiHCl32)/(k逆xSiH2Cl2xSiCl4)=k正k逆xSiHCl32(xSiH2Cl2xSiCl4)=0.020.820.121.3。答案:(1)220.02(2)大于1.31.(2017全國(guó)卷,27節(jié)選)Li4Ti5O12和LiFePO4都是鋰離子電池的電極材料,可利用鈦鐵礦(主要成分為 FeTiO3,還含有少量MgO、SiO2等雜質(zhì))來(lái)制備。工藝流程如下:若“濾液”中c(Mg2+)=0.02 molL-1,加入雙氧水和磷酸(設(shè)溶液體積增加1倍),使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3+)=1.010-5molL-1,此時(shí)是否有 Mg3(PO4)2沉淀生成?(列式計(jì)算)。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分別為1.310-22、1.010-24。解析:加入雙氧水和磷酸后,溶液體積增加1倍,c(Mg2+)變?yōu)樵瓉?lái)的12,即c(Mg2+)=0.01 molL-1,Fe3+恰好沉淀完全時(shí),溶液中c(PO43-)=Ksp(FePO4)c(Fe3+)=1.310-22110-5 molL-1=1.310-17 molL-1。QMg3(PO4)2=c3(Mg2+)c2(PO43-)=0.013(1.310-17)2=1.710-40KspMg3(PO4)2,故沒(méi)有Mg3(PO4)2沉淀生成。答案:Fe3+恰好沉淀完全時(shí),c(PO43-)=1.310-221.010-5 molL-1=1.310-17 molL-1。c3(Mg2+)c2(PO43-)值為0.013(1.310-17)2=1.710-40KspMg3(PO4)2,因此不會(huì)生成Mg3(PO4)2沉淀2.(2017全國(guó)卷,28節(jié)選)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。H2S的平衡轉(zhuǎn)化率1=%,反應(yīng)平衡常數(shù)K=。解析:設(shè)平衡時(shí)H2S轉(zhuǎn)化的濃度為x molL-1,列三段式:H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)c0(molL-1)0.160.0400c(molL-1)xxxxc平(molL-1)0.16-x0.04-xxxx0.16-x+0.04-x+x+x=0.02,解得x=0.004,H2S的平衡轉(zhuǎn)化率1=cc0100%=0.004molL-10.16molL-1100%=2.5%。反應(yīng)平衡常數(shù)K=c(COS)c(H2O)c(H2S)c(CO2)=0.0040.0040.1560.0362.810-3。答案:2.52.810-33.(2016全國(guó)卷,27節(jié)選)元素鉻(Cr)在溶液中主要以Cr3+(藍(lán)紫色)、Cr(OH)4-(綠色)、Cr2O72-(橙紅色)、CrO42-(黃色)等形式存在。Cr(OH)3為難溶于水的灰藍(lán)色固體。CrO42-和Cr2O72-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(Cr2O72-)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)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。解析:(1)結(jié)合圖像可知,隨c(H+)增大,c(Cr2O72-)增大,說(shuō)明H+與CrO42-反應(yīng)轉(zhuǎn)化成Cr2O72-,離子方程式為2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O。(2)由圖像上A點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)值,結(jié)合平衡常數(shù)的計(jì)算式:K=c(Cr2O72-)c2(CrO42-)c2(H+)=0.250.52(1.010-7)2=1.01014。答案:(1)2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O(2)1.010144.已知K、Ka、Kb、KW、Kh、Ksp分別表示化學(xué)平衡常數(shù)、弱酸的電離平衡常數(shù)、弱堿的電離平衡常數(shù)、水的離子積常數(shù)、鹽的水解平衡常數(shù)、難溶電解質(zhì)的溶度積常數(shù)。(1)25 時(shí),將a molL-1的氨水與0.01 molL-1的鹽酸等體積混合所得溶液中c(NH4+)=c(Cl-),則溶液顯(填“酸”“堿”或“中”)性;用含a的代數(shù)式表示NH3H2O的電離平衡常數(shù)Kb=。(2)25 時(shí),H2SO3HSO3-+H+的電離平衡常數(shù)Ka=110-2,則該溫度下pH=3、c(HSO3-)=0.1 molL-1的NaHSO3溶液中c(H2SO3)=。(3)高爐煉鐵中發(fā)生的反應(yīng)有:FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)H”“”或“=”)v逆。(4)已知高溫下Fe(OH)3和Mg(OH)2的Ksp分別為8.010-38、1.010-11,向濃度均為0.1 molL-1的FeCl3、MgCl2的混合溶液中加入堿液,要使Fe3+完全沉淀而Mg2+不沉淀(離子濃度小于110-5 molL-1時(shí),即可認(rèn)為該離子沉淀完全),應(yīng)該調(diào)節(jié)溶液pH的范圍是(已知lg 2=0.3)。解析:(1)根據(jù)電荷守恒得c(H+)+c(NH4+)=c(Cl-)+c(OH-),因?yàn)閏(NH4+)=c(Cl-),所以c(H+)=c(OH-),故溶液顯中性。Kb=c(NH4+)c(OH-)c(NH3H2O)=120.0110-7a2-120.01=10-9a-0.01。(2)由Ka=c(H+)c(HSO3-)c(H2SO3),代入數(shù)據(jù)得c(H2SO3)=0.01 molL-1。(3)根據(jù)化學(xué)方程式可得K=c(CO2)c(CO);設(shè)開(kāi)始時(shí)c(CO)=a molL-1,平衡時(shí)c(CO2)=b molL-1,則ba-b=0.25,得a=5b,則平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為ba=b5b=20%;Q=c(CO2)c(CO)=0.020.1=0.2v逆。(4)KspFe(OH)3=c(Fe3+)c3(OH-),Fe3+完全沉淀時(shí)c(OH-)=38.010-3810-5 molL-1=210-11 molL-1,pH=3.3,Mg(OH)2開(kāi)始沉淀時(shí) c(OH-)=1.010-110.1 molL-1=110-5 molL-1,pH=9,調(diào)節(jié)pH范圍為3.39。答案:(1)中10-9a-0.01(2)0.01 molL-1(3)c(CO2)c(CO)20%(4)3.39