高考复习之化学平衡理论与应用.docx
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高考复习之化学平衡理论与应用
高考复习之
化学平衡理论与应用
1．CO、CO2的转化和利用是环境化学研究的热点课题。
（1）已知：
CO的燃烧热为－283.0kJ·mol-1。
CO（g）+O2（g）
CO2（g）+O（g）ΔH=－33.5kJ·mol-1，
则2O（g）
O2（g）ΔH=_________kJ·mol-1。
（2）沥青混凝土可作为反应2CO（g）+O2（g）
2CO2（g）的催化剂。
在相同的恒容密闭容器、相同起始浓度、相同反应时间段下，使用同质量的不同沥青混凝土（α型、β型）催化时，CO的转化率与温度的关系如图所示。
①a、b、c、d四点中，未达到平衡状态的点是_________________（填字母代号）。
d点对应的转化率比b点低，其主要原因是___________________________。
②在均未达到平衡状态时，同温度下对上述反应催化效率较高的是_________（填“α”或“β”）型沥青混凝土。
e点CO的转化率突变，其可能的原因是___________________________。
③已知c点时容器中O2浓度为0.04mol·L-1，则50℃时，在α型沥青混凝土中CO转化反应的平衡常数K=____________（用含x的代数式表示）。
（3）CO也是一种燃料。
CO-空气碱性（KOH为电解质）燃料电池中，正极区充入_________（填“CO”或“空气”）；若在放电过程中恰好生成KHCO3，写出此时负极的电极反应式：
__________________。
2．“绿水青山就是金山银山”，研究NO2、NO、CO、SO2等大气污染物和水污染物的处理对建设美丽中国具有重要意义。
（1）已知：
①CO（g）+H2O（g）
CO2（g）+H2（g）ΔH1=−41.2kJ·mol−1
②CH4（g）+CO2（g）
2CO（g）+2H2（g）ΔH2=+247.3kJ·mol−1
③CH4（g）+4NO（g）
2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）ΔH3=−1160kJ·mol−1
写出NO与CO反应生成无污染物气体的热化学方程式：
________________________。
（2）光气（COCl2）在塑料、制革、制药等工业中有许多用途。
工业上常利用废气CO2通过反应：
C（s）+CO2（g）
2CO（g）ΔH>0，制取合成光气的原料气CO。
在体积可变的恒压（p总）密闭容器中充入1molCO2与足量的碳发生上述反应，在平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图1所示：
①T℃时，在容器中若充入稀有气体，v正______v逆（填“>”“<”或“=”），平衡______移动（填“正向”“逆向”或“不”，下同）；若充入等体积的CO2和CO，平衡________移动。
②CO体积分数为40%时，CO2的转化率为_______。
③已知：
气体分压（p分）=气体总压×体积分数。
用平衡分压代替平衡浓度表示平衡常数Kp的表达式为__________；800℃时，Kp=______（用含p总的代数式表示）。
（3）利用CH4的还原性，通过反应：
CH4（g）+2NO2（g）
N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）ΔH，可消除氮氧化物的污染。
在130℃和180℃时，分别将1.0molCH4和1.0molNO2充入2L的密闭容器中发生反应，测得NO2的转化率α（NO2）在不同温度、压强下随时间变化的关系如图2所示。
则上述反应的ΔH_____0（填“>”“<”或“=”，下同）；压强：
p1_____p2。
3．碳、氮、氧、铝都为重要的短周期元素，其单质及化合物在工农业生产生活中有着重要作用。
请回答下列问题：
（1）在密闭容器内（反应过程保持体积不变），使1molN2和3molH2混合发生下列反应：
N2（g）+3H2（g）
2NH3（g）ΔH=−92.4kJ·mol−1。
当反应达到平衡时，N2和H2的浓度之比是__________；当升高平衡体系的温度，则混合气体的平均式量________（填“增大”“减小”或“不变”）；当达到平衡时，再向容器内充入1molN2，H2的转化率__________（填“提高”“降低”或“不变”）；当达到平衡时，将c（N2）、c（H2）、c（NH3）同时增大1倍，平衡__________移动（填“正向”“逆向”或“不”）。
（2）由题干所述元素中的三种组成的某种强酸弱碱盐的化学式为__________，其溶于水能________水的电离（填“促进”或“抑制”），且使溶液的pH________（填“升高”“降低”或“不变”），原因是____________________________（用离子方程式表示）。
（3）空气是硝酸工业生产的重要原料，氨催化氧化是硝酸工业的基础，氨气在铁触媒作用下只发生主反应①和副反应②：
4NH3（g）+5O2
4NO（g）+6H2O（g）ΔH=−905kJ·mol−1①
4NH3（g）+3O2（g）
2N2（g）+6H2O（g）ΔH=−1268kJ·mol−1②
①氮气与氧气反应生成NO的热化学方程式为__________________________。
②在氧化炉中催化氧化时，有关物质的产率与温度的关系如图。
下列说法中正确的是____________。
A．工业上氨催化氧化生成NO时，最佳温度应控制在780～840℃之间
B．工业上采用物料比
在1.7～2.0，主要是为了提高反应速率
C．加压可提高NH3生成NO的转化率
D．由图可知，温度高于900℃时，生成N2的副反应增多，故NO产率降低
（4）M是重要的有机化工原料，其分子与H2O2含有相同的电子数，将1molM在氧气中完全燃烧，只生成1molCO2和2molH2O，则M的化学式为__________。
某种燃料电池采用铂作为电极催化剂，以KOH溶液为电解质，以M为燃料，以空气为氧化剂。
若该电池工作时消耗1molM，则电路中通过__________mol电子。
4．氨是重要的基础化工原料，可以制备亚硝酸（HNO2）、连二次硝酸（H2N2O2）、尿素[CO（NH2）2]等多种含氮的化工产品。
（1）已知：
25℃时，亚硝酸和连二次硝酸的电离常数如下表所示：
化学式
HNO2
H2N2O2
电离常数
Ka=5.1×10−4
Ka1=6.17×10−8、Ka2=2.88×10−12
①物质的量浓度相同的NaNO2和NaHN2O2溶液的pH（NaNO2）_________pH（NaHN2O2）（填“>”“<”或“=”）。
②25℃时，NaHN2O2溶液中存在水解平衡，其水解常数Kh=_________（保留三位有效数字）。
（2）以NH3与CO2为原料可以合成尿素[CO（NH2）2]，涉及的化学反应如下：
反应Ⅰ：
2NH3（g）+CO2（g）
NH2CO2NH4（s）ΔH1=−159.5kJ·mol−1；
反应Ⅱ：
NH2CO2NH4（s）
CO（NH2）2（s）+H2O（g）ΔH2=+116.5kJ·mol−1；
反应Ⅲ：
H2O（l）
H2O（g）ΔH3=+44.0kJ·mol−1。
则反应Ⅳ：
NH3与CO2合成尿素同时生成液态水的热化学方程式为__________________。
（3）T1℃时，向容积为2L的恒容密闭容器中充入n（NH3）∶n（CO2）=2∶1的原料气，使之发生反应Ⅳ，反应结束后得到尿素的质量为30g，容器内的压强（p）随时间（t）的变化如图1所示。
①0～5min内，该反应的平均反应速率v（CO2）=_________________。
②T1℃时，该反应的平衡常数K的值为______________。
③图2中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为_________（填曲线标记字母），其判断理由是___________________________。
④该反应最好在加压条件下进行，其原因是___________________________。
5．甲醚（CH3OCH3）是一种重要新型能源，用CO和H2合成甲醚相关反应为：
①CO（g）+2H2（g）
CH3OH（g）ΔH1=−99kJ·mol−1
②2CH3OH（g）
CH3OCH3（g）+H2O（g）ΔH2=−24kJ·mol−1
③CO（g）+H2O（g）
CO2（g）+H2（g）ΔH3=−akJ·mol−1（a>0）
④3CO（g）+3H2（g）
CH3OCH3（g）+CO2（g）ΔH4
请回答下列问题：
已知反应③相关的化学键键能数据如下：
化学键
H−H
C≡O
H−O
C=O
E/（kJ·mol−1）
432
1071
459
799
（1）根据以上方程式及数据计算可得ΔH4=____________kJ·mol−1。
（2）CO2和H2在一定条件下也可合成CH3OCH3，2CO2（g）+6H2（g）
CH3OCH3（g）+3H2O（g）ΔH<0。
在两个密闭恒容容器中，温度均为T的情况下进行上述反应，一段时间后测得两个容器中有关数据及正、逆反应速率关系如下表：
容器
c（CO2）
/（mol·L−1）
c（H2）
/（mol·L−1）
c（CH3OCH3）
/（mol·L−1）
c（H2O）
/（mol·L−1）
v正和v逆比较
容器Ⅰ
1.0×10−2
1.0×10−2
1.0×10−4
1.0×10−4
v正=v逆
容器Ⅱ
2.0×10−2
1.0×10−2
1.0×10−4
2.0×10−4
①下列判断正确的是_________；
A．容器Ⅰ中的反应未达到平衡状态
B．增加生成物H2O（g）浓度，正反应速率减小
C．不使用催化剂，H2的转化率降低
D．密闭容器中气体压强不变时反应处于平衡状态
②该反应在温度为T时的平衡常数K的值为_________；
③容器Ⅱ中化学反应向_______（填“正”或“逆”）反应方向移动；
④从理论上分析，工业上合成二甲醚时，为提高H2的转化率，可采取的措施是_______________________________________________（写三点）。
（3）反应所需的H2、CO可由如下反应获得：
CH4（g）+CO2（g）
2CO（g）+2H2（g），已知在一恒容的密闭容器中充入0.1mol·L−1CO2和0.1mol·L−1CH4，测得CH4平衡转化率与温度、压强关系如图中曲线，其中x点测定时间为反应开始2min时。
①压强关系：
p1______p2（填“>”“=”或“<”）；
②压强为p2时，在y点的速率关系：
v正______v逆（填“>”“=”或“<”）；
③在p2、1100℃条件下，从反应开始至达到平衡，用CO表示的平均反应速率为__________
mol·L−1·min−1。
6．研究碳及其化合物的相互转化对能源的充分利用、低碳经济有着重要的作用。
（1）已知：
①CH4（g）+H2O（g）
CO（g）+3H2（g）△H1=+206.1kJ·mol−1
②2H2（g）+CO（g）
CH3OH（l）△H2=−128.3kJ·mol−1
③2H2（g）+O2（g）
2H2O（g）△H3=−483.6kJ·mol−1
25℃时，在合适的催化剂作用下，采用甲烷和氧气一步合成液态甲醇的热化学方程式为________________________________________。
（2）利用反应①来制备氢气，为了探究温度、压强对反应①速率、转化率的影响，某同学设计了以下三组对比实验（温度为400℃或500℃，压强为101kPa或404kPa）。
实验序号
温度℃
压强/kPa
CH4初始浓度/mol·L−1
H2O初始浓度/mol·L−1
1
400
p
3.0
7.0
2
t
101
3.0
7.0
3
400
101
3.0
7.0
①实验2和实验3相比，其平衡常数关系是K2__________K3（填“>”“<”或“=”）。
②将等物质的量的CH4和水蒸气充入1L恒容密闭容器中，发生上述反应，在400℃下达到平衡，平衡常数K=27，此时容器中CO物质的量为0.10mol，则CH4的转化率为__________。
（3）科学家提出由CO2制取C的太阳能工艺如图1所示。
①“重整系统”发生的反应中n（FeO）∶n（CO2）=6∶1，则FexOy的化学式为______________。
②“热分解系统”中每分解lmolFexOy，转移电子的物质的量为________。
（4）pC类似pH，是指极稀溶液中的溶质浓度的常用负对数值。
若某溶液中溶质的浓度为1×10−3mol·L−1，则该溶液中溶质的pC=−lg（1×10−3）=3。
如图2为25℃时H2CO3溶液的pC−pH图。
请回答下列问题（若离子浓度小于10−5mol·L−1，可认为该离子不存在）：
①在同一溶液中，H2CO3、
、
_____________（填“能”或“不能”）大量共存。
②求H2CO3一级电离平衡常数的数值Ka1=________________。
③人体血液里主要通过碳酸氢盐缓冲体系
可以抵消少量酸或碱，维持pH=7.4。
当过量的酸进入血液中时，血液缓冲体系中的
最终将_______。
A．变大B．变小C．基本不变D．无法判断
7．Ⅰ．煤制天然气的工艺流程简图如下：
（1）反应Ⅰ：
C（s）+H2O（g）
CO（g）+H2（g）ΔH=+135kJ·mol−1，通入的氧气会与部分碳发生燃烧反应。
请利用能量转化及平衡移动原理说明通入氧气的作用：
___________________________。
（2）反应Ⅱ：
CO（g）+H2O（g）
CO2（g）+H2（g）ΔH=−41kJ·mol−1。
如图表示不同温度条件下，煤气化反应Ⅰ发生后的汽气比（水蒸气与CO物质的量之比）与CO平衡转化率的变化关系。
①判断T1、T2和T3的大小关系：
______________。
（从小到大的顺序）
②若煤气化反应Ⅰ发生后的汽气比为0.8，经煤气化反应Ⅰ和水气变换反应Ⅱ后，得到CO与H2的物质的量之比为1∶3，则反应Ⅱ应选择的温度是_______（填“T1”或“T2”或“T3”）。
（3）①甲烷化反应Ⅳ发生之前需要进行脱酸反应Ⅲ。
煤经反应Ⅰ和Ⅱ后的气体中含有两种酸性气体，分别是H2S和_______。
②工业上常用热碳酸钾溶液脱除H2S气体得到两种酸式盐，该反应的离子方程式是__________。
Ⅱ．利用甲烷超干重整CO2技术可得到富含CO的气体，将甲烷和二氧化碳转化为可利用的化学品，在能源和环境上的意义重大。
该技术中的化学反应为：
CH4（g）+3CO2（g）
2H2O（g）+4CO（g）ΔH>0
CH4超干重整CO2的催化转化原理示意如图：
（4）过程Ⅱ，实现了含氢物种与含碳物种的分离。
生成H2O（g）的化学方程式是______________。
（5）假设过程Ⅰ和过程Ⅱ中的各步均转化完全，下列说法正确的是_______。
（（填序号）
a．过程Ⅰ和过程Ⅱ中均含有氧化还原反应
b．过程Ⅱ中使用的催化剂为Fe3O4和CaCO3
c．若过程Ⅰ投料
=1，可导致过程Ⅱ中催化剂失效
（6）一定条件下，向体积为2L的恒容密闭容器中充入1.2molCH4（g）和4.8molCO2（g），发生反应CH4（g）+3CO2（g）
2H2O（g）+4CO（g）ΔH>0，实验测得，反应吸收的能量和甲烷的体积分数随时间变化的曲线图像如图。
计算该条件下，此反应的ΔH=________________。
8．[2018新课标Ⅰ卷]采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术，在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。
回答下列问题：
（1）1840年Devil用干燥的氯气通过干燥的硝酸银，得到N2O5，该反应的氧化产物是一种气体，其分子式为___________。
（2）F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25℃时N2O5（g）分解反应：
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。
体系的总压强p随时间t的变化如下表所示（t=∞时，N2O5（g）完全分解）：
t/min
0
40
80
160
260
1300
1700
∞
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=−4.4kJ·mol−1
2NO2（g）
N2O4（g）ΔH2=−55.3kJ·mol−1
则反应N2O5（g）=2NO2（g）+
O2（g）的ΔH=_______kJ·mol−1。
②研究表明，N2O5（g）分解的反应速率v=2×10−3×
（kPa·min−1）。
t=62min时，测得体系中
=2.9kPa，则此时的
=________kPa，v=_______kPa·min−1。
③若提高反应温度至35℃，则N2O5（g）完全分解后体系压强p∞（35℃）____63.1kPa（填“大于”“等于”或“小于”），原因是________。
④25℃时N2O4（g）
2NO2（g）反应的平衡常数Kp=_______kPa（Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数）。
（3）对于反应2N2O5（g）→4NO2（g）+O2（g），R.A.Ogg提出如下反应历程：
第一步N2O5
NO3+NO2快速平衡
第二步NO2+NO3→NO+NO2+O2慢反应
第三步NO+NO3→2NO2快反应
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。
下列表述正确的是__________（填标号）。
A．v（第一步的逆反应）>v（第二步反应）
B．反应的中间产物只有NO3
C．第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效
D．第三步反应活化能较高
9．[2018新课标Ⅱ卷]CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气（CO和H2），还对温室气体的减排具有重要意义。
回答下列问题：
（1）CH4-CO2催化重整反应为：
CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）。
已知：
C（s）+2H2（g）=CH4（g）ΔH=-75kJ·mol−1
C（s）+O2（g）=CO2（g）ΔH=-394kJ·mol−1
C（s）+
（g）=CO（g）ΔH=-111kJ·mol−1
该催化重整反应的ΔH=______kJ·mol−1，有利于提高CH4平衡转化率的条件是____（填标号）。
A．高温低压B．低温高压C．高温高压D．低温低压
某温度下，在体积为2L的容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%，其平衡常数为_______mol2·L−2。
（2）反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。
相关数据如下表：
积碳反应
CH4（g）=C（s）+2H2（g）
消碳反应
CO2（g）+C（s）=2CO（g）
ΔH/（kJ·mol−1）
75
172
活化能/
（kJ·mol−1）
催化剂X
33
91
催化剂Y
43
72
①由上表判断，催化剂X____Y（填“优于”或“劣于”），理由是_____________________________。
在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示。
升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数（K）和速率（v）的叙述正确的是________（填标号）。
A．K积、K消均增加B．v积减小，v消增加
C．K积减小，K消增加D．v消增加的倍数比v积增加的倍数大
②在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=k·p（CH4）·
（k为速率常数）。
在p（CH4）一定时，不同p（CO2）下积碳量随时间的变化趋势如图所示，则pa（CO2）、pb（CO2）、pc（CO2）从大到小的顺序为________________。
10．[2018新课标Ⅲ卷]三氯氢硅（SiHCl3）是制备硅烷、多晶硅的重要原料。
回答下列问题：
（1）SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体，遇潮气时发烟生成（HSiO）2O等，写出该反应的化学方程式__________。
（2）SiHCl3在催化剂作用下发生反应：
2SiHCl3（g）
SiH2Cl2（g）+SiCl4（g）ΔH1=48kJ·mol−1
3SiH2Cl2（g）
SiH4（g）+2SiHCl3（g）ΔH2=−30kJ·mol−1
则反应4SiHCl3（g）
SiH4（g）+3SiCl4（g）的ΔH=__________kJ·mol−1。
（3）对于反应2SiHCl3（g）
SiH2Cl2（g）+SiCl4（g），采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323K和343K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。
①343K时反应的平衡转化率α=_________%。
平衡常数K343K=__________（保留2位小数）。
②在343K下：
要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是___________；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有____________、___________。
③比较a、b处反应速率大小：
υa________υb（填“大于”“小于”或“等于”）。
反应速率υ=υ正−υ逆=
−
，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的
=__________（保留1位小数）。
11．[2018北京卷]近年来，研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。
过程如下：
（1）反应Ⅰ：
2H2SO4（l）
2SO2（g）+2H2O（g）+O2（g）ΔH1=+551kJ·mol－1
反应Ⅲ：
S（s）+O2（g）
SO2（g）ΔH3=－297kJ·mol－1
反应Ⅱ的热化学方程式：
________________。
（2）对反应Ⅱ，在某一投料比时，两种压强下，H2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示。
p2_______p1（填“＞”或“＜”），得出该结论的理由是________________。
（3）I－可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂，可能的催化过程如下。
将ii补充完整。
i．SO2+4I－+4H+
S↓+2I2+2H2O
ii．I2+2H2O+_________
_________+_______+2I－
（4）探究i、ii反应速率与SO2歧化反应速率的关系，实验如下：
分别将18mLSO2饱和溶液加入到2mL下列试剂中，密闭放置观察现象。
（已知：
I2易溶解在KI溶液中）
序号
A
B
C
D
试剂组成
0.4mol·L－1KI
amol·L－1KI
0.2mol·L－1H2SO4
0.2mol·
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