专题六 化学反应速率化学平衡及化学反应与能量的综合应用xue.docx

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专题六化学反应速率化学平衡及化学反应与能量的综合应用xue

专题六化学反应速率、化学平衡及化学反应与能量的综合应用

【知识网络】

【能力展示】

【高考回眸】

1.下表列出了3种燃煤烟气脱硫方法的原理:

方法Ⅰ

用氨水将SO2转化为NH4HSO3，再氧化成（NH4）2SO4

方法Ⅱ

用生物质热解气（主要成分为CO、CH4、H2）将SO2在高温下还原成单质硫

方法Ⅲ

用Na2SO3溶液吸收SO2，再经电解转化为H2SO4

（1）方法Ⅰ中氨水吸收燃煤烟气中SO2的化学反应如下:

2NH3+SO2+H2O

（NH4）2SO3（NH4）2SO3+SO2+H2O

2NH4HSO3

能提高燃煤烟气中SO2去除率的措施有　　（填字母）。

A.增大氨水浓度B.升高反应温度

C.使燃煤烟气与氨水充分接触D.通入空气使HSO3-转化为SO42-

采用方法Ⅰ脱硫，并不需要先除去燃煤烟气中大量的CO2，原因是　（用离子方程式表示）。

（2）方法Ⅱ主要发生了下列反应:

2CO（g）+SO2（g）

S（g）+2CO2（g）　ΔH=+8.0kJ·mol-1

2H2（g）+SO2（g）

S（g）+2H2O（g）ΔH=+90.4kJ·mol-1

2CO（g）+O2（g）

2CO2（g）ΔH=-566.0kJ·mol-1

2H2（g）+O2（g）

2H2O（g）ΔH=-483.6kJ·mol-1

S（g）与O2（g）反应生成SO2（g）的热化学方程式为 。

（3）方法Ⅲ中用惰性电极电解NaHSO3溶液的装置如右图所示。

阳极区放出的气体的成分为（填化学式）。

2.

（1）（第16题节选）在一定条件下，SO2转化为SO3的反应为2SO2+O2

2SO3，该反应的平衡常数表达式为K=。

（2）（第18题节选）银锌碱性电池的电解质溶液为KOH溶液，电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag，负极的Zn转化为K2Zn（OH）4，写出该电池反应方程式为：

。

（3）（第20题节选）氢气是一种清洁能源，氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。

已知:

CH4（g）+H2O（g）

CO（g）+3H2（g）　　ΔH=+206.2kJ·mol-1

CH4（g）+CO2（g）

2CO（g）+2H2（g）ΔH=+247.4kJ·mol-1

2H2S（g）

2H2（g）+S2（g）ΔH=+169.8kJ·mol-1

以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。

CH4（g）与H2O（g）反应生成CO2（g）和H2（g）的热化学方程式为。

3.

（1）（第16题节选）一定条件下，NO与NO2存在下列反应:

NO（g）+NO2（g）

N2O3（g），其平衡常数表达式为K=　　　　　　　　。

（2）（第20题节选）铝是地壳中含量最高的金属元素，其单质及合金在生产生活中的应用日趋广泛。

①真空碳热还原

氯化法可实现由铝矿制备金属铝，其相关的热化学方程式如下:

Al2O3（s）+AlCl3（g）+3C（s）

3AlCl（g）+3CO（g）　　　ΔH=akJ·mol-1

3AlCl（g）

2Al（l）+AlCl3（g）ΔH=bkJ·mol-1

反应Al2O3（s）+3C（s）

2Al（l）+3CO（g）的ΔH=　　　　（用含a、b的代数式表示）kJ·mol-1。

②铝电池性能优越，Al

AgO电池可用作水下动力电源，其原理如右图所示。

该电池反应的化学方程式为　。

4.（2013江苏高考第20题节选）磷是地壳中含量较为丰富的非金属元素,主要以难溶于水的磷酸盐如Ca3（PO4）2等形式存在。

它的单质和化合物在工农业生产中有着重要的应用。

白磷（P4）可由Ca3（PO4）2、焦炭和SiO2在一定条件下反应获得。

相关热化学方程式如下:

2Ca3（PO4）2（s）+10C（s）

6CaO（s）+P4（s）+10CO（g）ΔH1=+3359.26kJ·mol-1

CaO（s）+SiO2（s）

CaSiO3（s）　ΔH2=-89.61kJ·mol-1

2Ca3（PO4）2（s）+6SiO2（s）+10C（s）

6CaSiO3（s）+P4（s）+10CO（g）　ΔH3

则ΔH3=　　　　kJ·mol-1。

5.（2014江苏高考）

（1）（第20题节选）硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。

由硫化氢获得硫单质有多种方法。

①将烧碱吸收H2S后的溶液加入到如图甲所示的电解池的阳极区进行电解。

电解过程中阳极区发生如下反应:

S2--2e-

S　（n-1）S+S2-

写出电解时阴极的电极反应式:

　　　　　　　　　　　　。

②H2S在高温下分解生成硫蒸气和H2。

若反应在不同温度下达到平衡时,混合气体中各组分的体积分数如图丙所示,H2S在高温下分解反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。

（2）（第21题B改编）称取一定量已除去油污的废铁屑,加入稍过量的稀硫酸,加入稍过量的稀硫酸,加热、搅拌,反应一段时间后过滤。

反应加热的目的是　　　　　　。

 加入过量稀硫酸的目的是、。

（3）铁屑与稀硫酸反应中，加入稍过量的稀硫酸，一方面是保证铁屑充分反应，另一方面过量的稀硫酸可以抑制硫酸亚铁的水解。

【高考前沿】

1.研究NO2、SO2、CO等大气污染气体的测量及处理具有重要意义。

（1）I2O5可使H2S、CO、HCl等氧化,常用于定量测定CO的含量。

已知:

2I2（s）+5O2（g）

2I2O5（s）　ΔH=-75.56kJ·mol-1

2CO（g）+O2（g）

2CO2（g）　ΔH=-566.0kJ·mol-1

写出CO（g）与I2O5（s）反应生成I2（s）和CO2（g）的热化学方程式:

　。

（2）降低汽车尾气的方法之一是在排气管上安装催化转化器,发生如下反应:

2NO（g）+2CO（g）

N2（g）+2CO2（g）　ΔH<0

①该反应的化学平衡常数表达式为K=。

②一定条件下,将体积比为1∶2的NO、CO气体置于恒容密闭容器中发生上述反应,下列能说明反应达到平衡状态的是　　　　（填字母）。

a.体系压强保持不变b.混合气体颜色保持不变

c.N2和CO2的体积比保持不变d.每生成1molN2的同时生成2molNO

③若在一定温度下,将2molNO、1molCO充入1L固定容积的容器中,反应过程中各物质的浓度变化如下图所示。

若保持温度不变,20min时再向容器中充入CO、N2各0.6mol,平衡将（填“向左”、“向右”或“不”）移动。

20min时,若改变反应条件,导致N2浓度发生如右图所示的变化,则改变的条件可能是　　（填字母）。

a.加入催化剂　　　　　b.降低温度　　c.增加CO2的量

（3）电化学降解NO3-的原理如下图所示。

电源正极为　　　　（填“A”或“B”）极,阴极反应式为　。

2.研究和深度开发CO、CO2的应用对构建生态文明社会具有重要的意义。

（1）CO可用于炼铁,已知:

Fe2O3（s）+3C（s）

2Fe（s）+3CO（g）　ΔH1=+489.0kJ·mol-1,

C（s）+CO2（g）

2CO（g）　ΔH2=+172.5kJ·mol-1

则CO还原Fe2O3（s）的热化学方程式为　。

（2）分离高炉煤气得到的CO与空气可设计成燃料电池（以KOH溶液为电解液）。

写出该电池的负极反应式:

　。

（3）CO2和H2充入一定体积的密闭容器中,在两种温度下发生反应:

CO2（g）+3H2（g）

CH3OH（g）+H2O（g）。

测得CH3OH的物质的量随时间的变化见图1。

①曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ　（填“>”、“=”或“<”）KⅡ。

②一定温度下,在容积相同且固定的两个密闭容器中,按如下方式加入反应物,一段时间后达到平衡。

容器

甲

乙

反应物投入量

1molCO2、3molH2

amolCO2、bmolH2、

cmolCH3OH（g）、cmolH2O（g）

若甲中平衡后气体的压强为开始的0.8倍,要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等,且起始时维持化学反应向逆反应方向进行,则c的取值范围为　　。

（4）利用光能和光催化剂,可将CO2和H2O（g）转化为CH4和O2。

紫外光照射时,在不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下,CH4产量随光照时间的变化见图2。

在015h内,CH4的平均生成速率Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ从大到小的顺序为　　（填序号）。

图2　　

图3

（5）以TiO2/Cu2Al2O4为催化剂,可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。

在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系见图3。

乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围是　。

3.污染与环境保护已经成为现在我国最热门的一个课题,污染分为空气污染、水污染、土壤污染等。

（1）为了减少空气中SO2的排放,常采取的措施有:

①将煤转化为清洁气体燃料。

已知:

H2（g）+O2（g）

H2O（g）　ΔH1=-241.8kJ·mol-1

C（s）+O2（g）

CO（g）ΔH2=-110.5kJ·mol-1

写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式:

　　　　　　　　　　。

该反应的平衡常数表达式为K=　　　　　　　　　　　。

②洗涤含SO2的烟气,以下物质可作洗涤剂的是　　　　（填字母）。

a.Ca（OH）2　　　　b.CaCl2　　　　c.Na2CO3　　　　d.NaHSO3

（2）为了减少空气中的CO2,目前捕碳技术在降低温室气体排放中具有重要的作用,捕碳剂常用（NH4）2CO3,反应为：

（NH4）2CO3（aq）+H2O（l）+CO2（g）

2NH4HCO3（aq）　ΔH3。

为研究温度对（NH4）2CO3捕获CO2效率的影响,在某温度T1下,将一定量的（NH4）2CO3溶液置于密闭容器中,并充入一定量的CO2气体（用氮气作为稀释剂）,在t时刻,测得容器中CO2气体的浓度。

然后分别在温度为T2、T3、T4、T5下,保持其他初始实验条件不变,重复上述实验,经过相同时间测得CO2气体浓度,其关系如右图,则:

①ΔH3　　（填“>”、“=”或“<”）0。

②在T4-T5这个温度区间,容器内CO2气体浓度变化趋势的原因是。

（3）H2S是一种无色、有毒且有恶臭味的气体。

煤的低温焦化,含硫石油开采、提炼,橡胶、制革、染料、制糖等工业中都有H2S产生。

有研究组设计了一种硫化氢-空气燃料电池,总反应为2H2S+O2

2S↓+2H2O,简易结构如右图所示。

①硫化氢应通入到电极　　（填“a”或“b”）。

②b极发生的电极反应为　 　 。

4．氢气是清洁的能源，也是重要的化工原料。

（1）以H2为原料制取氨气进而合成CO（NH2）2的反应如下：

N2（g）＋3H2（g）＝2NH3（g）△H＝―92.40kJ·mol－1

2NH3（g）＋CO2（g）＝NH2CO2NH4（s）△H＝―159.47kJ·mol－1

NH2CO2NH4（s）＝CO（NH2）2（s）＋H2O（l）△H＝＋72.49kJ·mol－1

则N2（g）、H2（g）与CO2（g）反应生成CO（NH2）2（s）和H2O（l）的热化学方程式为。

（2）已知H2S高温热分解制H2的反应为：

H2S（g）

H2（g）＋1/2S2（g）

在恒容密闭容器中，控制不同温度进行H2S的分解实验：

以H2S的起始浓度均为cmol·L－1测定H2S的转化率，结果如右下图所示。

图中a为H2S的平衡转化率与温度关系曲线，b曲线表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H2S的转化率。

若985℃时，反应经tmin达到平衡，此时H2S的转化率为40%，则反应速率v（H2）＝（用含c、t的代数式表示）。

请说明随温度的升高，曲线b向曲线a逼近的原因：

。

（3）用惰性电极电解煤浆液的方法制H2的反应为：

C（s）＋2H2O（l）＝CO2（g）＋2H2（g）

现将一定量的1mol·L－1H2SO4溶液和适量煤粉充分混合，制成含碳量为0.02g·mL－1～0.12g·mL－1的煤浆液，置于右图所示装置中进行电解（两电极均为惰性电极）。

则A极的电极反应式为

。

【问题思考】

1.热化学方程式书写和反应热计算防错机制有哪些?

2.如何利用化学平衡常数判断反应进行的方向？

答案提示：

1.首先热化学方程式中物质聚集状态很重要，必须看清和标明。

其次利用盖斯定律进行计算和书写新的热化学方程式，必须注意:

一是化学计量数关系，决定乘和除的倍数;二是反应物的方位，决定加和减的关系。

方程式和反应热同步计算。

2.当Q=K时，化学反应处于平衡状态；

当Q

当Q>K时，反应逆向进行。

【能力提升】

[要点精析]

【典题演示】

类型1.△H的计算以及热化学方程式的书写

典题演示1

（1）CuCl（s）与O2反应生成CuCl2（s）和一种黑色固体。

在25℃、101kPa下，已知该反应每消耗1molCuCl（s），放热44.4kJ，该反应的热化学方程式是____________。

（2）（2014新课标1节选）乙醇是重要的有机化工原料，可由乙烯直接水合法或间接水合法生产。

已知：

甲醇脱水反应①2CH3OH（g）＝CH3OCH3（g）＋H2O（g）△H1＝－23.9KJ·mol－1

甲醇制烯烃反应②2CH3OH（g）＝C2H4（g）＋2H2O（g）△H2＝－29.1KJ·mol－1

乙醇异构化反应③CH3CH2OH（g）＝CH3OCH3（g））△H3＝+50.7KJ·mol－1

则乙烯气相直接水合反应C2H4（g）＋H2O（g）＝C2H5OH（g），△H＝kJ/mol

变式训练1

（1）（原创）已知下列化学键的键能

化学键

Si—O

H—H

H—Cl

Si—Si

Si—Cl

键能/kJ·mol-1

460

436

431

176

347

工业上高纯硅可通过下列反应制取:

SiCl4（g）+2H2（g）

Si（s）+4HCl（g）,该反应的ΔH=　　　　。

（2）图10是2LiBH4/MgH2体系放氢焓变示意图，则：

Mg（s）＋2B（s）===MgB2（s）△H＝________。

典题演示2

（1）“镁-次氯酸盐”燃料电池的装置如右图所示，该电池的正极反应式为

。

（2）用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料（用MH）表示），NiO（OH）作为电池正极材料，KOH溶液作为电解质溶液，可制得高容量、长寿命的镍氢电池。

电池充放电时的总反应为：

Ni（OH）2＋M

NiO（OH）＋MH，电池放电时，负极电极反应式为；充电完成时，全部转化为NiO（OH），若继续充电，将在一个电极产生O2，O2扩散到另一个电极发生电极反应被消耗，从而避免产生的气体引起电池爆炸，此时，阴极电极反应式为　　　。

变式训练2

（1）（2014新课标II节选）PbO2也可以通过石墨为电极，Pb（NO3）2和Cu（NO3）2的混合溶液为电解液电解制取。

阳极发生的电极反应式，阴极观察到的现象是：

若电解液中不加入Cu（NO3）2，阴极发生的电极反应式，这样做的主要缺点是。

（2）氢能是最重要的新能源，储氢作为氢能利用的关键技术。

一定条件下，右图1

所示装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其它有机物）。

①导线中电子转移方向为。

（用A、D表示）

②生成目标产物的电极反应式为。

（3）（2014北京理综节选）电解NO制备NH4NO3，其工作原理如右图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质A，A是________，说明理由：

____________。

典题演示3研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：

2NO2（g）+NaCl（s）

NaNO3（s）+ClNO（g）K1∆H<0（I）

2NO（g）+Cl2（g）

2ClNO（g）K2∆H<0（II）

①4NO2（g）+2NaCl（s）

2NaNO3（s）+2NO（g）+Cl2（g）的平衡常数K=（用K1、K2表示）。

②为研究不同条件对反应（II）的影响，在恒温条件下，向2L恒容密闭容器中加入0.2molNO和0.1molCl2，10min时反应（II）达到平衡。

测得10min内v（ClNO）=7.5×10-3mol•L-1•min-1，则平衡后n（Cl2）=mol，NO的转化率а1=。

其它条件保持不变，反应（II）在恒压条件下进行，平衡时NO的转化率а2а1（填“>”“<”或“=”），平衡常数K2（填“增大”“减小”或“不变”。

若要使K2减小，可采用的措施是。

变式训练3

（1）一氧化碳是一种用途相当广泛的化工基础原料。

可以还原金属氧化物,可以用来合成很多有机物如甲醇（CH3OH）、二甲醚（CH3OCH3）等,还可以作燃料。

在压强为0.1MPa条件下,将amolCO与3amolH2的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇:

CO（g）+2H2（g）

CH3OH（g）　ΔH<0。

①该反应的平衡常数表达式为　　　　。

②若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是　　　　（填字母）。

A.升高温度　　B.将CH3OH（g）从体系中分离

C.充入He,使体系总压强增大　D.再充入1molCO和3molH2

（2）（2014扬州第一次模拟节选）①将合成气以n（H2）/n（CO）=2通入1L的反应器中,一定条件下发生反应:

4H2（g）+2CO（g）

CH3OCH3（g）+H2O（g）　ΔH,其CO的平衡转化率随温度、压强变化关系如图1所示,下列说法正确的是　　　　（填字母）。

A.ΔH<0B.p1

C.若在p3和316℃时,起始时n（H2）/n（CO）=3,则达到平衡时,CO转化率小于50%

②采用一种新型的催化剂（主要成分是Cu-Mn的合金）,利用CO和H2制备二甲醚。

观察图2回答问题。

催化剂中约为　　　　时最有利于二甲醚的合成。

【课堂评价】

1．氢是一种重要的非金属元素。

氢的单质及其化合物在科学研究和工业生产中有着广泛而重要的作用。

（1）某硝酸厂处理尾气中NO的方法是：

催化剂存在时用H2将NO还原为N2。

已知：

则H2还原NO生成氮气和水蒸气的热化学方程式是：

。

（2）在一定条件下，用H2将二氧化碳转化为甲烷的反应如下：

CO2（g）+4H2（g）

CH4（g）+2H2O（g）

向一容积为2L的恒容密闭容器中充人一定量的CO2和H2，在300℃时发生上述反应，达到平衡时各物质的浓度分别为CO20.2mol·L一1，H20.8mol·L一1，CH40.8mol·L一1，H2O1.6mol·L一1。

则CO2的平衡转化率为。

上述反应的平衡常数表达式K=。

200℃时该反应的平衡常数K=64.8，则该反应的△H0（填“>’’或“<”）

（3）H2的获得途径很多，由哈工大研究小组设计的微生物电解有机废水法，既可以清除废水中的有机杂质，同时可以获得氢气。

右图为一种处理含甲醇工业废水的微生物电解池，写出电解过程中，阳极发生的电极反应式：

。

2．乙醇汽油是被广泛使用的新型清洁燃料，工业生产乙醇的一种反应原理为：

2CO（g）+4H2（g）

CH3CH2OH（g）+H2O（g）△H=-256.1kJ·mol—1。

已知：

H2O（l）=H2O（g）△H=+44kJ·mol—1

CO（g）+H2O（g）

CO2（g）+H2（g）△H=-41.2kJ·mol—1

（1）以CO2（g）与H2（g）为原料也可合成乙醇，其热化学方程式如下：

2CO2（g）+6H2（g）

CH3CH2OH（g）+3H2O（l）△H=。

（2）CH4和H2O（g）在催化剂表面发生反应CH4+H2O

CO+3H2，该反应在不同温度下的化学平衡常数如下表：

温度/℃

800

1000

1200

1400

平衡常数

0.45

1.92

276.5

1771.5

①该反应是反应（填“吸热”或“放热”）；

②T℃时，向1L密闭容器中投入1molCH4和1molH2O（g），平衡时c（CH4）=0.5mol·L—1，该温度下反应CH4+H2O

CO+3H2的平衡常数K=。

⑶汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，这使NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。

某研究小组在实验室以Ag—ZSM—5为催化剂，测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如右图。

1若不使用CO，温度超过775℃，发现NO的分解率降低，其可能的原因为；

在n（NO）/n（CO）=1的条件下，应控制的最佳温度在左右。

②用CxHy（烃）催化还原NOx也可消除氮氧化物生成无污染的物质。

写出CH4与NO2发生反应的化学方程式：

。

（4）乙醇—空气燃料电池中使用的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2－离子。

该电池负极的电极反应式为。

3．1909年化学家哈伯在实验室首次合成了氨。

2007年化学家格哈德·埃特尔在哈伯研究所证实了氢气与氮气在固体表面合成氨的反应过程，示意如下图：

（1）图⑤表示生成的NH3离开催化剂表面，图②和图③的含义分别是______，______。

（2）已知：

4NH3（g）+3O2（g）=2

N2（g）+6H2O（g）;ΔH=-1266.8kJ/mol

N2（g）+O2（g）=2NO（g）;ΔH=+180.5kJ/mol，氨催化氧化的热化学方程式为_________。

（3）500℃下，在A、B两个容器中均发生合成氨的反应。

隔板Ⅰ固定不动，活塞Ⅱ可自由移动。

①当合成氨在容器B中达平衡时，测得其中含有1.0molN2，0.4molH2，0.4molNH3，此时容积为2.0L。

则此条件下的平衡常数为____________；保持温度和压强不变，向此容器中通入0.36molN2，平衡将__________（填“正向”、“逆向”或“不”）移动。

②向A、B两容器中均通入xmolN2和ymolH2，初始A、B容积相同，并保持温度不变。

若要平衡时保持N2在A、B两容器中的体积分数相同，则x与y之间必须满足的关系式为___。

专题六　化学反应速率、化学平衡及化学反应与能量的综合应用

非选择题

1.质子交换膜燃料电池广受关注。

（1）质子交换膜燃料电池中作为燃料的H2通常来自水煤气。

已知:

C（s）+

O2（g）

CO（g）　　　ΔH1=-110.35kJ·mol-1

2H2O（l）

2H2（g）+O2（g）ΔH2=+571.6kJ·mol-1

H2O（l）

H2O（g）ΔH3=+44.0kJ·mol-1

则C（s）+H2O（g）

CO（g）+H2（g）ΔH4=　　　　　　　　。

（2）燃料气（流速为180