(2)< 该反应正向是吸热反应,升高温度,平衡正向移动,平衡常数增大
(3)及时分离出产物
3.溶液中有关离子平衡的简答题思路
阅读题目情境的信息,找出核心问题的分析对象,即平衡体系;找出题目信息中与平衡体系变化的有关因素;利用平衡移动原理分析变化的因素对化学平衡移动的影响,即平衡移动方向的判断;说明平衡移动后对实际问题体系产生的影响。
一般用如下模式书写:
“……存在……平衡,……(条件)使平衡向……(方向)移动,……(结论)”。
例3
Na2HPO4是磷酸的酸式盐,但其水溶液呈碱性,从溶液中离子平衡角度分析回答下列问题:
(1)解释Na2HPO4溶液呈碱性原因______________________________________________。
(2)当加入足量饱和CaCl2溶液时,溶液变为酸性,解释原因_______________________。
[解题思路]
答案
(1)Na2HPO4溶液中存在两个平衡,一是电离平衡,HPO
H++PO
二是水解平衡,HPO
+H2OH2PO
+OH-,其水解程度大于电离程度,故溶液呈碱性
(2)Na2HPO4溶液中存在电离平衡,HPO
H++PO
加入CaCl2溶液,Ca2+与PO
结合生成Ca3(PO4)2沉淀,促使Na2HPO4电离平衡向右移动,H+浓度增大,溶液显酸性
1.乙苯催化脱氢制苯乙烯反应:
+H2(g) ΔH=+124kJ·mol-1
工业上,通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气(原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为1∶9),控制反应温度600℃,并保持体系总压为常压的条件下进行反应。
在不同反应温度下,乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)变化如图:
(1)掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率,解释说明该事实:
_____________________
________________________________________________________________________。
(2)控制反应温度为600℃的理由是__________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)正反应方向气体分子数增加,加入水蒸气稀释,相当于起减压的效果
(2)600℃,乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。
温度过低,反应速率慢,转化率低;温度过高,选择性下降。
高温还可能使催化剂失活,且能耗大
解析
(1)掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率,这是因为正反应方向气体分子数增加,加入水蒸气稀释,相当于减压,而减压平衡正向移动。
(2)600℃,乙苯的转化率和苯乙烯的选择性较高。
该正反应为吸热反应,温度过低,反应速率慢,转化率低;温度过高,选择性下降。
高温还可能使催化剂失去活性,且能耗大。
2.为模拟合成氨生产,探究学习小组在3个1L的恒容密闭容器中,分别加入0.1molN2和0.3molH2发生反应:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH1<0,在实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中,分别测得c(N2)随时间(t)的变化如下表所示(T表示温度):
时间/min
c(N2)/mol·L-1
温度
5
10
15
20
25
实验Ⅰ:
T1
0.091
0.084
0.08
0.08
0.08
实验Ⅱ:
T2
0.08
0.072
0.08
0.06
0.06
实验Ⅲ:
T3
0.075
0.06
0.06
0.06
0.06
(1)温度T1________(填“<”“>”或“=”)T2,理由是________________________。
(2)实验Ⅱ、Ⅲ相比,实验Ⅲ先达到化学平衡的原因可能是______________________。
(3)若将容器体积变为0.5L,其他条件与实验Ⅰ完全相同。
与实验Ⅰ相比,下列说法错误的是________。
(填字母)
a.达到平衡的时间缩短
b.N2的转化率增大
c.化学平衡常数不变
d.混合气体中NH3的体积分数减小
答案
(1)> 达到平衡时,T2温度下c(N2)小,即T2时N2转化率高,该反应是放热反应,在其他条件相同时,温度越低N2的转化率越高,平衡时c(N2)越小,故T1>T2
(2)实验Ⅲ使用催化剂
(3)d
解析 由表中数据知实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ达到平衡的时间分别为15min、20min、10min;平衡时c(N2)分别为0.08mol·L-1、0.06mol·L-1、0.06mol·L-1。
(1)实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ反应物初始加入量相同,该反应是放热反应,其他条件相同时,温度越高,N2转化率越低,平衡时c(N2)越大,故T1>T2。
(2)实验Ⅱ、Ⅲ中,反应物浓度、温度、压强完全相同,且N2转化率相同,而Ⅲ反应速率大,达到化学平衡的时间短,是因为实验Ⅲ使用了催化剂(催化剂加快反应速率,不改变化学平衡)。
(3)该反应是气体体积减小的反应,容器体积变为0.5L,反应物浓度增大、压强增大,则反应速率加快,达到平衡的时间缩短,反应物转化率增大,化学平衡常数只与温度有关,温度不变,化学平衡常数不变;混合气体中NH3的体积分数增大。
3.已知氢氧化钙和碳酸钙在水中分别存在下列溶解平衡:
Ca(OH)2(s)Ca2++2OH-,CaCO3(s)Ca2++CO
。
在火力发电厂燃烧煤的废气中往往含有SO2、O2、N2、CO2等。
为了除去有害气体SO2并变废为宝,常常用粉末状的碳酸钙或熟石灰的悬浊液洗涤废气,反应产物为石膏(CaSO4·2H2O)。
(1)粉末状碳酸钙能吸收废气中SO2的原因:
___________________________________。
(2)SO2与Ca(OH)2悬浊液反应生成石膏的总方程式:
____________________________
_________________________________________________________________________。
(3)试说明用熟石灰的悬浊液而不用澄清石灰水的理由:
__________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)由于亚硫酸的酸性比碳酸强,亚硫酸与碳酸根反应产生CO2气体,CaCO3的溶解平衡向右移动,生成亚硫酸钙,再被氧化为硫酸钙
(2)2SO2+O2+2Ca(OH)2+2H2O===2CaSO4·2H2O
(3)Ca(OH)2微溶,澄清的石灰水中Ca(OH)2的浓度小,不利于吸收SO2
解析
(1)SO2与CaCO3悬浊液反应,相当于弱酸制更弱的酸。
(2)SO2与Ca(OH)2悬浊液反应,相当于酸碱中和反应,再被氧气氧化为硫酸钙。
(3)用熟石灰的悬浊液而不用澄清石灰水,与浓度有关,浓度大时吸收二氧化硫的效果好。
4.[2016·全国卷Ⅲ,27
(2)(3)(4)]煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx,形成酸雨、污染大气,采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝,回答下列问题:
(2)在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气,反应温度323K,NaClO2溶液浓度为5×10-3mol·L-1。
反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。
离子
SO
SO
NO
NO
Cl-
c/mol·L-1
8.35×10-4
6.87×10-6
1.5×10-4
1.2×10-5
3.4×10-3
①写出NaClO2溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式__________________________。
增加压强,NO的转化率________(填“提高”“不变”或“降低”)。
②随着吸收反应的进行,吸收剂溶液的pH逐渐_____(填“增大”“不变”或“减小”)。
③由实验结果可知,脱硫反应速率________脱硝反应速率(填“大于”或“小于”)。
原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同,还可能是________________________。
(3)在不同温度下,NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中SO2和NO的平衡分压pe如图所示。
①由图分析可知,反应温度升高,脱硫、脱硝反应的平衡常数均________(填“增大”“不变”或“减小”)。
②反应ClO
+2SO
2SO
+Cl-的平衡常数K表达式为____________________。
(4)如果采用NaClO、Ca(ClO)2替代NaClO2,也能得到较好的烟气脱硫效果。
①从化学平衡原理分析,Ca(ClO)2相比NaClO具有的优点是_____________________。
②已知下列反应:
SO2(g)+2OH-(aq)===SO
(aq)+H2O(l) ΔH1
ClO-(aq)+SO
(aq)===SO
(aq)+Cl-(aq) ΔH2
CaSO4(s)===Ca2+(aq)+SO
(aq) ΔH3
则反应SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq)===CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq)的ΔH=________________________________________________________________________。
答案
(2)①4NO+3ClO
+4OH-===4NO
+3Cl-+2H2O 提高 ②减小 ③大于 NO溶解度较低(或脱硝反应活化能较高) (3)①减小 ②K=
(4)①形成硫酸钙沉淀,反应平衡向产物方向移动,SO2转化率提高
②ΔH1+ΔH2-ΔH3
解析
(2)①亚氯酸钠具有氧化性,可将NO气体氧化为NO
则NaClO2溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式为4NO+3ClO
+4OH-===4NO
+3Cl-+2H2O。
该反应是一个气体体积减小的反应,增大压强,有利于反应向消耗NO的方向进行,所以增大压强,NO的转化率提高。
②脱硝反应消耗OH-,故随着吸收反应的进行,吸收剂溶液的pH逐渐减小。
③根据题中表格数据发现,反应一段时间后溶液中SO
的离子浓度最大,说明脱硫反应速率大于脱硝反应速率。
原因除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同,还可能是NO溶解度较低或脱硝反应活化能较高。
(3)①由图分析可知,温度升高,SO2或NO平衡分压的负对数均减小,说明升高温度,平衡逆向移动,因此脱硫、脱硝反应的平衡常数均减小。
②根据反应ClO
+2SO
2SO
+Cl-可写出其平衡常数表达式为K=
。
(4)①相对于NaClO,Ca(ClO)2能形成CaSO4沉淀,有利于平衡向脱硫方向移动,提高了SO2的转化率。
②将题中的3个反应依次标记为①、②、③,根据盖斯定律,①+②-③即得所求的反应,ΔH=ΔH1+ΔH2-ΔH3。
题空二 物质变化类简答题
1.结合物质的性质,推测产生结果的原因;叙述时一般可使用因果表述法。
例1
铁炭混合物(铁屑和活性炭的混合物)、纳米铁粉均可用于处理水中污染物。
(1)铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。
将含有Cr2O
的酸性废水通过铁炭混合物,在微电池正极上Cr2O
转化为Cr3+,其电极反应式为_____________________________。
(2)在相同条件下,测量总质量相同、铁的质量分数不同的铁炭混合物对水中Cu2+和Pb2+的去除率,结果如图所示。
①当铁炭混合物中铁的质量分数为0时,也能去除水中少量的Cu2+和Pb2+,其原因是___________________________________________________________________________。
②当铁炭混合物中铁的质量分数大于50%时,随着铁的质量分数的增加,Cu2+和Pb2+的去除率不升反降,其主要原因是_________________________________________________。
(3)纳米铁粉可用于处理地下水中的污染物。
纳米铁粉除去水中NO
反应的离子方程式为4Fe+NO
+10H+===4Fe2++NH
+3H2O,研究发现,若pH偏低将会导致NO
的去除率下降,其原因是___________________________________________________________________。
答案
(1)Cr2O
+6e-+14H+===2Cr3++7H2O
(2)①活性炭对Cu2+和Pb2+有吸附作用
②铁的质量分数增加,铁炭混合物中微电池数目减少
(3)纳米铁粉与H+反应生成H2
2.推理判断理由的阐述
该类型简答题一般是依据题意,根据化学知识及相关的知识对题目所给的问题先进行分析判断,然后说明判断的理由。
解题的思路:
先对问题作出判断,得出结论,然后再由结论追溯到分析过程,最后再回到结论。
采分点是推理过程和结论。
例2
H3PO2也可用电渗析法制备。
“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过):
①写出阳极的电极反应式______________________________________________________。
②分析产品室可得到H3PO2的原因______________________________________________。
③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2:
将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。
并撤去阳极室与产品室之间的阳膜,从而合并了阳极室与产品室。
其缺点是产品中混有____________杂质。
该杂质产生的原因是_______________________________。
[解题思路] ②
③
解析 ①阳极发生氧化反应,在反应中OH-失去电子,电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+。
②H2O放电产生H+,H+进入产品室,原料室的H2PO
穿过阴膜扩散至产品室,二者发生反应:
H++H2PO
H3PO2。
③如果撤去阳膜,H2PO
或H3PO2可能被氧化。
答案 ①2H2O-4e-===O2↑+4H+ ②阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室,原料室的H2PO
穿过阴膜扩散至产品室,二者反应生成H3PO2 ③PO
H2PO
或H3PO2被氧化
1.氯化亚铜(CuCl)广泛应用于化工、印染、电镀等行业。
CuCl难溶于醇和水,在潮湿空气中易水解、氧化,且在氯离子浓度较大的体系中存在CuCl+Cl-[CuCl2]-。
工业上可用向硫酸铜饱和溶液中加入NaCl和Na2SO3制取CuCl,请回答下列问题:
(1)写出生成CuCl沉淀的离子方程式:
________________________________________。
(2)在反应进行时,当氯化钠用量增加到一定程度后氯化亚铜的沉淀率减小,原因是_________________________________________________________________________。
(3)实验测得溶液的pH与亚硫酸钠溶液体积的关系曲线如图所示。
①解释图像中V___________________________________。
②当V>a时,随着亚硫酸钠溶液的体积增大,溶液pH增大的原因是_______________
__________________________________________________________________________。
答案
(1)2Cu2++2Cl-+SO
+H2O===2CuCl↓+SO
+2H+
(2)当Cl-浓度过大时,生成的沉淀CuCl又会发生CuCl+Cl-[CuCl2]-,因而沉淀率会降低
(3)①由于发生2Cu2++2Cl-+SO
+H2O===2CuCl↓+SO
+2H+,H+浓度逐渐增大
②当铜离子完全反应后,再加入Na2SO3消耗溶液中的H+,又使H+浓度逐渐减小
2.电解NO制备NH4NO3,其工作原理如图所示,为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充物质A,A是________________________________________________________________,说明理由:
__________________________________________________________________。
答案 NH3 根据反应:
8NO+7H2O
3NH4NO3+2HNO3,电解产生的HNO3多
3.用Fe作电极电解含Cr2O
的酸性废水,随着电解进行,在阴极附近溶液pH升高,产生Cr(OH)3沉淀以达到除铬的目的。
(1)用Fe作电极的原因为______________________________________________________。
(2)在阴极附近溶液pH升高的原因是___________________________________________。
(3)溶液中除生成Cr(OH)3沉淀外还生成________沉淀,解释产生的原因_____________。
答案
(1)阳极反应为Fe-2e-===Fe2+,提供还原剂Fe2+
(2)水电离产生的H+放电生成H2:
2H++2e-===H2↑;同时产生了大量OH-
(3)Fe(OH)3 溶液中的Fe2+被Cr2O
氧化为Fe3+,电解过程中pH升高,Fe3+水解程度增大,转化为Fe(OH)3沉淀
解析
(1)在电解法除铬中,铁作阳极,阳极反应为Fe-2e-===Fe2+,以提供还原剂Fe2+。
(2)阴极氢离子的放电能力较强,先放电,因而氢离子浓度减小,氢氧根离子浓度增大。
(3)溶液中的Fe2+被Cr2O
氧化为Fe3+,电解过程中pH升高,Fe3+水解程度增大,转化为Fe(OH)3沉淀。
高考12题逐题特训
A组
1.已知H2S高温热分解制H2的反应如下:
2H2S(g)2H2(g)+S2(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。
请说明随温度的升高,曲线b向曲线a逼近的原因:
___________________。
答案 温度升高,反应速率加快,达到平衡所需的时间缩短,故曲线b向曲线a靠近
解析 弄清两根曲线表示的含义,温度低时,H2S转化率相差较大,温度高时,H2S转化率几乎相等,说明温度高时,在该段时间里已经达到平衡。
2.取少量待检水样(含有少量Cu2+)于试管中,先加入NaOH溶液,观察到有蓝色沉淀生成,继续加入NaOH溶液,直到不再产生蓝色沉淀为止,再加入Na2S溶液,有黑色沉淀生成,且蓝色沉淀逐渐减少。
请你使用化学用语,结合必要的文字解释其原因_____________。
答案 待检水样中含有Cu2+,加碱发生Cu2++2OH-===Cu(OH)2↓,再加入Na2S溶液,CuS比Cu(OH)2更难溶,则发生Cu(OH)2(s)+S2-(aq)CuS(s)+2OH-(aq)
解析 因铜离子与氢氧根离子反应生成氢氧化铜沉淀,CuS比Cu(OH)2更难溶,则加入Na2S溶液能发生沉淀的转化。
3.不同的金属氢氧化物在酸中溶解度不同,因此可以利用这一性质,控制溶液的pH,达到分离金属离子的目的。
难溶金属的氢氧化物在不同pH下的溶解度曲线如图所示。
(1)pH=3时溶液中铜元素的主要存在形式是______。
(2)若要除去CuCl2溶液中的少量Fe3+,应该控制溶液的pH为________(填字母)。
A.>1B.4左右C.<6
(3)在Ni(NO3)2溶液中含有少量的Co2+杂质,______(填“能”或“不能”)通过调节溶液pH的方法将其除去,理由是_____________________________________________________。
答案
(1)Cu2+
(2)B
(3)不能 Co2+、Ni2+沉淀的pH范围相差太小
解析 由图像可知Fe3+沉淀pH范围大约为1.8~2.7,Cu2+沉淀pH范围约为4.5~5.9,Ni2+、Co2+沉淀pH范围都约是7