化学基本理论综合应用Word下载.docx
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(4)向容积为2L的某恒容密闭容器中充入3molCH4(g)、4molH2O(g),测出t℃时,容器内H2的物质的量浓度随时间的变化如图中曲线Ⅱ所示。
图中曲线Ⅰ、Ⅲ分别表示相对于曲线Ⅱ改变反应条件后c(H2)随时间的变化。
①若曲线Ⅰ代表的是仅改变一种条件后的情况,则改变的条件可能d是________,a、b两点用CO浓度变化值表示的反应速率e关系为________。
②曲线Ⅱ对应反应的平衡常数⑥等于____________________________;
该温度下,若将等物质的量浓度的CH4、H2O、CO、H2混合在该容器中,则开始时H2的生成速率________H2的消耗速率(填“>
”、“<
”、“=”或“无法确定”)。
③曲线Ⅲ相对于曲线Ⅱ改变的条件是________(填字母)。
a.降低温度 b.使用催化剂、降低温度 c.加压
【解题指导】
1.审题“三读”
泛读——明确有几个条件及求解的问题
↓
细读——把握关键字、词和数量关系等
精读——要深入思考,注意挖掘隐含信息等注意:
“向细心要分、向整洁规范要分”。
2.审题指导
a.明确“合金”、“氧化产物”的含义,从化合价入手分析。
b.分步写,先写C2O3与水反应,再写H2C2O4与NaOH溶液反应。
c.先根据键能计算ΔH2,再用盖斯定律计算,调方向,变系数,相加减。
d.影响化学反应速率和化学平衡的影响因素。
e.明确“平衡常数”的含义,观图像,找平衡浓度。
[解析]
(1)Mg17Al12合金中各金属均为0价,故氧化产物是MgH2。
(2)由C2O3溶于水生成草酸知,C2O3与NaOH溶液反应生成草酸钠与水。
(3)ΔH2=反应物总键能-生成物总键能=(958.5+0.5×
497)kJ·
mol-1-2×
745kJ·
mol-1=-283kJ·
mol-1,由盖斯定律知:
ΔH=ΔH3-(ΔH2+3ΔH1)=+30.7kJ·
mol-1。
(4)曲线Ⅰ相对于曲线Ⅱ而言,达到平衡所需要的时间较少,平衡时c(H2)较大,说明条件改变后反应速率较快,更有利于平衡向右进行,故改变的条件是升高温度。
a、b两点反应均处于平衡状态,故平均反应速率均为0。
由题给数据并结合反应的化学方程式易求出平衡时c(CH4)=0.5mol·
L-1、c(H2O)=1mol·
L-1、c(CO)=1mol·
L-1,故平衡常数为54。
当几种物质等物质的量浓度(设为c)混合时,Qc=c2,因c值不确定,故无法确定Qc与K的相对大小,所以反应进行的方向也无法确定。
曲线Ⅲ对应的反应速率快于曲线Ⅱ对应的反应速率,但平衡向右进行的程度低于曲线Ⅱ对应的反应程度,故答案为b。
[答案]
(1)MgH2
(2)C2O3+2NaOH===NaOOCCOONa+H2O
(3)+30.7kJ·
mol-1 (4)①升高温度 相等或均为0 ②54 无法确定 ③b
[典型例题2] 碳、氮、硫的氧化物对空气污染严重,回答下列问题。
(1)消除汽车排放的尾气中含的NO、CO,有利于减少PM2.5的排放。
2NO(g)O2(g)
2O(g)
Ⅱ.N2(g)+O2(g)===2NO(g) ΔH1
2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH2=-565kJ·
①ΔH1=a________________。
②在催化剂作用下NO和CO转化为无毒气体,该反应的热化学方程式b为
______________________________________________________________。
(2)25℃时,在体积为2L的密闭容器中,发生反应2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH2=-565kJ·
mol-1,O2、CO、CO2的物质的量浓度随时间t的变化用A、B、C曲线如图。
在5~7min内,若K值改变,则此处曲线变化的原因c是____________________________。
若在第5~7min内,将体积2L变为1L,反应重新达到平衡时,化学平衡常数dK=______________。
(3)测定汽车尾气常用的方法有两种。
①方法1:
电化学气敏传感器法。
其中CO传感器的工作原理如图所示,则工作电极的反应式e为_______________________。
②方法2:
滴定法。
用H2O2溶液吸收尾气,将NO转化为强酸,用中和滴定法测强酸浓度。
则NO与H2O2溶液反应的离子方程式f为________________。
(4)工业上可以用NaOH溶液或氨水吸收过量的SO2,分别生成NaHSO3、NH4HSO3,其水溶液均呈酸性。
相同条件下,同浓度的两种酸式盐的水溶液中c(SO
)较小的g是________,用文字和化学用语解释原因___________。
【解题指导】 a.根据“键能”计算ΔH。
b.书写热化学方程式,利用“盖斯定律”计算ΔH。
c.外界条件对化学平衡的影响。
d.明确“K”的含义,K只受温度影响。
e.新型化学电源电极反应式的书写,O2是正极,CO失电子是负极。
f.氧化还原反应方程式的书写,信息“将NO转化为强酸”。
g.NH
水解使溶液中c(H+)增加。
[解析]
(1)①根据Ⅰ的数据分析ΔH1=(945+498-2×
630)kJ·
mol-1=+183kJ·
②将Ⅱ中的两个热化学方程式相减,即得2CO(g)+2NO(g)===2CO2(g)+N2(g) ΔH=-748kJ·
(2)在5~7min内,K值改变,说明平衡移动是由温度变化引起的,根据变化曲线可以得出A~O2,B~CO,C~CO2,在5~7min平衡向正反应方向移动,说明曲线变化是降低温度引起的。
在第5~7min内,将体积2L变为1L,增大压强,平衡向正反应方向移动,但化学平衡常数不变,K=
=
≈3.2。
(3)①反应原理是2CO+O2===2CO2,在酸性条件下正极电极反应为O2+4e-+4H+===2H2O,将总反应式减去正极反应式即得CO-2e-+H2O===CO2+2H+。
②H2O2溶液吸收NO,将氮氧化物转化为强酸(硝酸),离子方程式是2NO+3H2O2===2NO
+2H2O+2H+。
(4)同浓度的NaHSO3、NH4HSO3的水溶液中c(SO
)较小的是NH4HSO3,因为HSO
H++SO
,NH
水解使c(H+)增大,电离平衡逆向移动,c(SO
)浓度减小。
[答案]
(1)①+183kJ·
②2CO(g)+2NO(g)===2CO2(g)+N2(g)
ΔH=-748kJ·
(2)降低温度 3.2
(3)①CO-2e-+H2O===CO2+2H+
②2NO+3H2O2===2NO
+2H2O+2H+
(4)NH4HSO3 HSO
)浓度减小
[针对训练]
1.科学家研究出一种以天然气为燃料的“燃烧前捕获系统”,其简单流程如图所示(部分条件及物质未标出)。
(1)已知:
CH4、CO、H2的燃烧热分别为890.3kJ·
mol-1、283.0kJ·
mol-1、285.8kJ·
mol-1,则上述流程中第一步反应2CH4(g)+O2(g)===2CO(g)+4H2(g) ΔH=________。
(2)工业上可用H2和CO2制备甲醇,其反应为:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),某温度下,将1molCO2和3molH2充入体积不变的2L密闭容器中,发生上述反应,测得不同时刻反应前后的压强关系如下:
时间/h
1
2
3
4
5
6
p后/p前
0.90
0.85
0.83
0.81
0.80
①用H2表示前2h平均反应速率v(H2)=_______________________。
②该温度下CO2的平衡转化率为________________。
(3)在300℃、8MPa下,将二氧化碳和氢气按物质的量之比为1∶3通入一密闭容器中发生
(2)中反应,达到平衡时,测得二氧化碳的平衡转化率为50%,则该反应条件下的平衡常数Kp=________(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×
物质的量分数)。
(4)CO2经催化加氢可合成低碳烯烃:
2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH。
在0.1MPa时,按n(CO2)∶n(H2)=1∶3投料,如图所示为不同温度(T)下,平衡时四种气态物质的物质的量(n)关系:
①该反应的ΔH________0(填“>
”、“=”或“<
”)。
②曲线c表示的物质为________。
③为提高CO2的平衡转化率,除改变温度外,还可采取的措施是
[解析]
(1)按顺序把热化学方程式标为①②③:
CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)
ΔH1=-890.3kJ·
mol-1 ①
CO(g)+1/2O2(g)===CO2(g)
ΔH2=-283.0kJ·
mol-1 ②
H2(g)+1/2O2(g)===H2O(l)
ΔH3=-285.8kJ·
mol-1 ③
根据盖斯定律,①×
2-2×
②-4×
③得2CH4(g)+O2(g)===2CO(g)+4H2(g) ΔH=-71.4kJ·
(2)①由反应前后的压强关系可知2h时,体系中气体的总的物质的量为3.4mol,减少了0.6mol。
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) Δn(减少)=2
始:
1mol 3mol 0 0
变:
0.3mol0.9mol0.3mol0.3mol 0.6mol
末:
0.7mol2.1mol0.3mol0.3mol
v(H2)=
=0.225mol·
L-1·
h-1。
②该反应是一个反应前后气体分子数减小的反应,压强不变时,说明反应达到平衡。
5h时反应达到平衡,根据反应前后压强的比值可求得CO2的平衡转化率为
×
100%=40%。
(3)设开始时投入CO2和H2的物质的量分别为1mol和3mol。
CO2(g) +3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
1mol 3mol 0 0
0.5mol1.5mol0.5mol0.5mol
则平衡时
p(CO2)=8MPa×
=4/3MPa,p(H2)=8MPa×
=4MPa,p(CH3OH)=8MPa×
=4/3MPa,p(H2O)=8MPa×
=4/3MPa,Kp=
≈0.0208(MPa-2)。
(4)①由曲线变化可知随着温度升高,氢气的物质的量逐渐增多,说明升高温度平衡逆向移动,则正反应放热,ΔH<
0。
②随着温度升高,氢气的物质的量逐渐增多,因氢气为反应物,则另一条逐渐增多的曲线a代表CO2,由计量数关系可知曲线b代表水蒸气,曲线c代表C2H4。
③为提高CO2的平衡转化率,除改变温度外,还可采取的措施是增大压强或不断分离出水蒸气。
[答案]
(1)-71.4kJ·
(2)①0.225mol·
h-1 ②40%
(3)1/48MPa-2或0.0208MPa-2或0.021MPa-2
(4)①<
②C2H4 ③加压(或不断分离出水蒸气)
2.碘单质能与许多金属化合,一般能与氯单质反应的金属(除了贵金属)同样也能与碘反应,只是I2的反应活性不如Cl2的强,如碘与钨在一定温度下,可发生可逆反应:
W(s)+I2(g)WI2(g)。
【导学号:
14942047】
请回答下列问题:
(1)某化学兴趣小组做了名为“滴水生烟”的表演,将镁粉与碘粉均匀混合,滴加几滴水,发生剧烈反应,并产生大量紫色烟。
此实验说明水起了________作用,试解释产生紫色烟的原因____________________。
(2)有人设想将碘与镁的反应设计成原电池,用它作电源电解碘化钾溶液制KIO3,装置如图1所示,则甲池中碳电极上的电极反应式为_______________,
乙池中A电极上的电极反应式为__________________。
图1
(3)准确称取0.508g碘、0.736g金属钨放置于50.0mL密闭容器中,并加热使其发生反应W(s)+I2(g)WI2(g)。
图2是混合气体中WI2蒸气的物质的量随时间变化的图像[n(WI2)—t],其中曲线Ⅰ(0~t2时间段)的反应温度为450℃,曲线Ⅱ(从t2时刻开始)的反应温度为530℃。
据图分析:
该反应是________(填“放热”或“吸热”)反应,反应从开始到t1(t1=3min)时间内的平均速率v(I2)=__________,在450℃时,该反应的平衡常数K=________________。
图2
(4)能够说明反应W(s)+I2(g)WI2(g)在恒温恒容条件下已经达到化学平衡状态的有________(选填字母)。
A.I2与WI2的浓度相等
B.v(W)正=v(I2)逆
C.容器内混合气体的密度不再变化
D.容器内气体压强不再变化
[解析]
(1)由题干中的信息碘单质能和许多金属化合,本实验中将镁粉与碘粉均匀混合后并没剧烈反应,而滴加几滴水之后才发生剧烈反应,并产生大量紫色烟,这说明滴入的水对该反应起了催化作用。
(2)根据装置图可以看出甲池是原电池,乙池是电解池。
甲池中的镁为负极,C为正极,则乙池中A电极为阳极,B电极为阴极,再结合甲池是利用反应Mg+I2===MgI2设计的原电池,则不难写出负极的电极反应式为:
Mg-2e-===Mg2+,正极的电极反应式为:
I2+2e-===2I-,而对乙池中的电极反应式,则要根据题目中所提到的电解KI制KIO3这一信息来写,阳极的电极反应式:
I-+6OH--6e-===IO
+3H2O。
(3)升高温度,WI2的物质的量减少,所以平衡向逆反应方向移动,即逆反应是吸热反应,正反应是放热反应。
v(WI2)=
=1.20×
10-2mol·
min-1;
由于反应速率之比等于化学计量数之比,所以v(I2)=1.20×
min-1。
反应开始时,碘的物质的量为n=
=0.002mol,反应达到平衡时生成WI2的物质的量为1.80×
10-3mol,根据化学方程式可知,需要1.80×
10-3mol碘参加反应,剩余碘的物质的量为0.0002mol,所以平衡时,c(WI2)=
=3.60×
L-1,c(I2)=
=0.004mol·
L-1,因为W是固体,所以K=
=9。
(4)根据反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等,各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化进行分析:
反应达到平衡时,I2与WI2的浓度可能相等也可能不等,故A错误;
因为钨是固体,不能用钨来表示该反应的速率,故B错误;
平衡时各种物质的物质的量即质量不变,容器的体积不变,所以密度不再变化,故C正确;
该反应是反应前后气体体积不变的反应,无论反应是否达到平衡状态,压强始终不变,故D错误。
[答案]
(1)催化 镁和碘化合是一个放热反应,放出的热使碘单质升华,升华的碘蒸气在空气中又凝华为细小的固体碘颗粒,分散在空气中形成紫色的烟
(2)I2+2e-===2I- I-+6OH--6e-===IO
+3H2O
(3)放热 1.20×
min-1 9
(4)C