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化学基本理论

2014考前特训十七:

化学基本理论综合大题

板块一:

化学平衡/反应能量基础题

(08海南卷)反应A(g)+B(g) C(g) +D(g)过程中的能量变化如图所示,回答下列问题。

(1)该反应是____________________反应(填“吸热”“放热”); 

(2)当反应达到平衡时,升高温度,A的转化率______(填“增大”“减小”“不变”),原因是_______________________________________;

(3)反应体系中加入催化剂对反应热是否有影响?

_______________,原因是_________。

(4)在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E1和E2的变化是:

E1_________,E2________(填“增大”“减小、”“不变”)。

解析:

由图可以知道,由于该反应的反应物的总能量高于生成物的总能量,所以该反应属于放热反应,所以升高温度,平衡向逆反应进行,所以A的转化率减小;当在反应体系中加入催化剂,能同倍数改变化学反应速率,因此对化学平衡的移动无影响,即对反应热也无影响。

因为化学反应速率增大,所以E1和E2同时降低。

答案:

(1)放热。

(2)减小;该反应正反应为放热反应,升高温度使平衡向逆反应方向移动。

(3)不影响;催化剂不改变平衡的移动。

(4)减小、减小。

[2009·宁夏卷化学28](14分)2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)反应过程的能量变化如图所示。

已知1mol SO2(g)氧化为1mol SO3的ΔH=-99kJ·mol-1.请回答下列问题:

(1)图中A、C分别表示    、     ,E的大小对该反应的反应热有无影响?

   。

该反应通常用V2O5作催化剂,加V2O5会使图中B点升高还是降低?

   ,理由是       ;

(2)图中△H=   KJ·mol-1;

(3)V2O5的催化循环机理可能为:

V2O5氧化SO2时,自身被还原为四价钒化合物;四价钒化合物再被氧气氧化。

写出该催化循环机理的化学方程式          ;

(4)如果反应速率υ(SO2)为0.05 mol·L-1·min-1,则υ(O2)=   mol·L-1·min-1、υ(SO3)=   mol·L-1·min-1;

(5)已知单质硫的燃烧热为296 KJ·mol-1,计算由S(s)生成3 molSO3(g)的△H      (要求计算过程)。

答案

(1)反应物能量  生成物能量  

(2)无  降低  因为催化剂改变了反应的历程使活化能E降低  (3)-198  (4) SO2 +V2O5=SO3+2VO2  4VO2+ O2=2V2O5   (4)0.025  0.05 

(5) S(s)+O2(g) =2SO2(g)△H1=-296 KJ·mol-1 , SO2(g)+1/2O2(g) =SO3(g) △H2=-99 KJ·mol-1  

3 S(s)+9/2O2(g)=3SO3(g) △H=3(△H1+△H2)=-1185 KJ·mol-1  

【解析】

(1)本小题考查反应物总能量高于生成物总能量为放热反应,可得到A和C所表示的意义,E为活化能与反应热无关,但是用催化剂可以降低活化能;

(2)图中表示的是2molSO2的反应,因此△H=-99×2KJ·mol-1;(3)依题意即可写出:

SO2 +V2O5=SO3+2VO2  4VO2+ O2=2V2O5;(4)依据速率之比等于化学计量数之比

(08全国Ⅱ卷)红磷P(s)和Cl2(g)发生反应生成PCl3(g)和PCl5(g)。

反应过程和能量关系如图所示(图中的△H表示生成1mol产物的数据)。

根据上图回答下列问题:

(1)P和Cl2反应生成PCl3的热化学方程式_______________________。

(2)PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式_____________________,上述分解反应是一个可逆反应,温度T1时,在密闭容器中加入0.80molPCl5,反应达到平衡时PCl5还剩0.60mol,其分解率α1等于_________;若反应温度由T1升高到T2,平衡时PCl5的分解率为α2,α2_______α1(填“大于”、“小于”或“等于”)。

(3)工业上制备PCl5通常分两步进行,先将P和Cl2反应生成中间产物PCl3,然后降温,再和Cl2反应生成PCl5。

原因是________________________________________。

(4)P和Cl2分两步反应生成1molPCl5的△H3=_________,P和Cl2一步反应生成1molPCl5的△H4______△H3(填“大于”、“小于”或“等于”)。

(5)PCl5与足量水充分反应,最终生成两种酸,其化学方程式是______________________________。

解析:

(1)由图可以看出,1molP在Cl2中完全燃烧放出的热量为306kJ·mol-1,所以P与Cl2反应生成PCl3的热化学反应方程式为P(s)+f32Cl2(g)错误!

 未定义“自动图文集”词条。

PCl3(g);△H=-306kJ·mol-1。

     

(2)中间产物PCl3和未完全反应的Cl2的总能量高于最终产物PCl5的能量,其△H=-93kJ·mol-1,所以PCl5(g)错误!

 未定义“自动图文集”词条。

PCl3(g)+Cl2(g);△H=93kJ·mol-1;分解率α1=f0.80mol-0.60mol0.80mol×100%=25%,由热化学反应方程式可知,此反应的正反应为吸热反应,所以升高温度,平衡向正反应方向移动,PCl5的分解率增大。

即:

α2>α1。

     (3)由图可知,P与Cl2反应生成PCl3,PCl3和Cl2进一步反应生成PCl5,都是放热反应,分两步进行且第二步降低温度,有利于PCl5的生成,防止PCl5的分解。

     (4)由盖斯定律可知,一步生成生成PCl5和两步生成PCl5的总热效应相等,即△H3=-399kJ·mol-1。

     (5)PCl5与水反应生成H3PO4和HCl,化学方程式为:

PCl5+4H2O错误!

 未定义“自动图文集”词条。

H3PO4+5HCl。

答案:

(1)P(s)+f32Cl2(g)错误!

 未定义“自动图文集”词条。

PCl3(g);△H=-306kJ·mol-1。

     

(2)PCl5(g)错误!

 未定义“自动图文集”词条。

PCl3(g)+Cl2(g);△H=93kJ·mol-1。

25%;大于。

     (3)两步反应均为放热反应,降低温度有利于提高产率,防止产物分解。

     (4)-399kJ·mol-1;等于。

     (5)PCl5+4H2O错误!

 未定义“自动图文集”词条。

H3PO4+5HCl。

(08宁夏卷)已知可逆反应:

M(g)+N(g) P(g)+Q(g);△H>0,请回答下列问题:

(1)在某温度下,反应物的起始浓度分别为:

c(M)= 1 mol·L-1, c(N)=2.4 mol·L-1,达到平衡后,M的转化率为60%,此时N的转化率为            。

(2)若反应温度升高,M的转化率        (填“增大”“减小”或“不变”)。

(3)若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为:

c(M)= 4 mol·L-1,c(N)=amol·L-1;达到平衡后,c(P)=2 mol·L-1,a=          。

(4)若反应温度不变,反应物的起始浓度为:

c(M)=c(N)= bmol·L-1,达到平衡后,M的转化率为               。

解析:

(1)M转化的物质的量为0.6mol·L-1,则N反应的量也是0.6mol·L-1,所以N的转化率为:

f0.6mol·L-12.4 mol·L-1×100%=25%。

     

(2)由于该反应的正反应为吸热反应,所以升高温度,化学平衡正向移动,M的转化率增大。

     (3)       M(g)+N(g) P(g)+Q(g)

           起始:

1     2.4       0    0

    平衡:

0.4    1.8      0.6   0.6

起始:

4      a       0     0

           平衡:

2    a-2      2     2

f2×22×(a-2)=f0.6×0.60.4×1.8 ,a=6mol·L-1。

      (4) fx×xb-x×(b-x)=f0.6×0.60.4×1.8 ,x=0.41b,M的转化率为41%。

答案:

(1)25%。

(2)增大。

(3)6。

(4)41%。

(2010上海卷)25.接触法制硫酸工艺中,其主反应在450℃并有催化剂存在下进行:

2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) △H=-190kJ/mol

1)该反应所用的催化剂是            (填写化合物名称),该反应450℃时的平衡常数         500℃时的平衡常数(填“大于”、“小于”或“等于”)。

2)该热化学反应方程式的意义是               .

3)下列描述中能说明上述反应已达到平衡的是               。

a.            b.容器中气体的平均分子量不随时间而变化

c.容器中气体的密度不随时间而变化 d.容器中气体的分子总数不随时间而变化

4)在一个固定容积为5L的密闭容器中充入0.20 mol SO2和0.10molSO3,半分钟后达到平衡,测得容器中含SO30.18mol,则=          mol.L-1.min-1:

若继续通入0.20mol SO2和0.10mol O2,则平衡        移动(填“向正反应方向”、“向逆反应方向”  或“不”),再次达到平衡后,        mol

答案:

1)五氧化二钒(V2O5);大于;2)在450℃时,2molSO2气体和1molO2气体完全反应生成2molSO3气体时放出的热量为190kJ;3)bd;4)0.036;向正反应方向;0.36;0.40。

解析:

此题考查了工业制硫酸、化学平衡常数、热化学方程式、化学平衡状态、有关化学平衡的计算等知识。

1)工业制硫酸时二氧化硫催化氧化使用的催化剂是五氧化二钒;该反应正向放热,故温度越高化学平衡常数越小;2)热化学方程式表示的是450℃时,2molSO2气体和1molO2气体完全反应生成2molSO3气体时放出的热量为190kJ;3)根据化学平衡状态的特征,容器中气体的平均相对分子质量不随时间变化、分子总数不随时间变化时,说明反应达到平衡状态;4)当达到平衡时,容器中SO3的物质的量为0.18mol,则v(SO3)=0.072mol.L-1.min-1,则v(O2)=0.036mol.L-1.min-1;再继续通入0.20molSO2和0.10molO2时,平衡向正反应方向移动,在此达到平衡时,SO3的物质的量介于0.36和0.40之间。

(2011上海25)自然界的矿物、岩石的成因和变化受到许多条件的影响。

地壳内每加深1km,压强增大约25000~30000 kPa。

在地壳内SiO2和HF存在以下平衡:

SiO2(s) +4HF(g)SiF4(g)+ 2H2O(g) △H =-148.9 kJ

根据题意完成下列填空:

(1)在地壳深处容易有             气体逸出,在地壳浅处容易有                 沉积。

(2)如果上述反应的平衡常数K值变大,该反应             (选填编号)。

  a.一定向正反应方向移动    b.在平衡移动时正反应速率先增大后减小

  c.一定向逆反应方向移动    d.在平衡移动时逆反应速率先减小后增大

(3)如果上述反应在体积不变的密闭容器中发生,当反应达到平衡时,        (选填编号)。

    a.2v正(HF)=v逆(H2O)        b.v(H2O)=2v(SiF4)

    c.SiO2的质量保持不变      d.反应物不再转化为生成物

(4)若反应的容器容积为2.0L,反应时间8.0 min,容器内气体的密度增大了0.12 g/L,在这段时间内HF的平均反应速率为                    。

解析:

本题考察外界条件对化学平衡的影响、化学平衡常数和化学平衡状态的的理解以及反应速率的有关计算。

由于反应吸热,平衡常数K值变大,说明温度降低。

答案:

(1)SiF4  H2O   SiO2

    

(2)ad

    (3)bc

    (4)0.0010mol(L·min)

[2012·上海卷化学 31~34] 用氮化硅(Si3N4)陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件,能大幅度提高发动机的热效率。

工业上用化学气相沉积法制备氮化硅,其反应如下:

    3SiCl4(g)+2N2(g)+6H2(g) Si3N4(s)+12HCl(g) △H =Q(Q<0)

  完成下列填空:

31.在一定温度下进行上述反应,若反应容器的容积为2 L,3 min后达到平衡,测得固体的质量增加了2.80 g,则H2的平均反应速率___ mol/(L·min);该反应的平衡常数表达式K=_____

32.上述反应达到平衡后,下列说法正确的是_。

  a.其他条件不变,压强增大,平衡常数K减小

  b.其他条件不变,温度升高,平衡常数K减小

  c.其他条件不变,增大Si3N4物质的量平衡向左移动

  d.其他条件不变,增大HCl物质的量平衡向左移动

33.一定条件下,在密闭恒容的容器中,能表示上述反应达到化学平衡状态的是__。

    a.3v逆(N2)=v正(H2)    b.v正(HCl)=4v逆(SiCl4) 

    c.混合气体密度保持不变  d.c(N2):

c(H2):

c(HCl)=1:

3:

6

34.若平衡时H2和HCl的物质的量之比为,保持其它条件不变,降低温度后达到新的平衡时,H2和HCl的物质的量之比___(填“>”、“=”或“<”)。

[2010·全国大纲卷二 27](5分)向2L密闭容器中通入a mol 气体 A和b  mol  气体B,在一定条件下发生反应:

已知:

平均反应速率;反应2min 时,A的浓度减少了,B的物质的量减少了mol ,有a mol  D生成。

回答下列问题:

(1)反应2min内,=              ,=_________________

(2)化学方程式中,        、           、                   

(3)反应平衡时,D为2a mol,  则B的转化率为        

(4)如果只升高反应温度,其他反应条件不变,平衡时D为 1.5a mol  则该反应的△H   0;(填“>、<或=”)

(5)如果其他条件不变,将容器的容积变为1L,进行同样的实验,则与上述反应比较:

①反应速率________________(填:

“增大”“减小或“不变”)。

理由是________________;

②平衡时反应物的转化率      (填:

“增大”“减小或“不变”)

理由是________________;

(5)①增大  体积减小,反应物的浓度增大, 因而使反应速率增大(2分)

②减小  体积减小,气体的压强增大,平衡向气体分子数少的方向(即逆反应方向)移动,因而反应物转换率减小(2分)

(08江苏卷)将一定量的SO2和含0.7mol氧气的空气(忽略CO2)放入一定体积的密闭容器中,550℃时,在催化剂作用下发生反应:

2SO2+O2 2SO3(正反应放热)。

反应达到平衡后,将容器中的混合气体通过过量NaOH溶液,气体体积减少了21.28L;再将剩余气体通过焦性没食子酸的碱性溶液吸收O2,气体的体积又减少了5.6L(以上气体体积均为标准状况下的体积)。

(计算结果保留一位小数)

请回答下列问题:

(1)判断该反应达到平衡状态的标志是                   。

(填字母)

a.SO2和SO3浓度相等             b.SO2百分含量保持不变

c.容器中气体的压强不变          d.SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等

e.容器中混合气体的密度保持不变

(2)欲提高SO2的转化率,下列措施可行的是               。

(填字母)      

a.向装置中再充入N2               b.向装置中再充入O2 

c.改变反应的催化剂               d.升高温度

(3)求该反应达到平衡时SO2的转化率(用百分数表示)。

(4)若将平衡混合气体的5%通入过量的BaCl2溶液,生成沉淀多少克?

答案:

(1)bc          

(2)b

(3)消耗的O2物质的量:

      

          生成的SO3物质的量:

          SO2和SO3的物质的量和:

           反应前的SO2物质的量:

          SO2的转化率:

(4)在给定的条件下,溶液呈强酸性,BaSO3不会沉淀。

因此BaSO4的质量

(09江苏卷20)(10分)联氨(N2H4)及其衍生物是一类重要的火箭燃料。

N2H4与N2O4反应能放出大量的热。

已知:

2NO2(g)N2O4(g)  △H=-57.20kJ·mol-1。

一定温度下,在密闭容器中反应2NO2(g)N2O4(g)达到平衡。

        其他条件不变时,下列措施能提高NO2转化率的是              (填字母)

        A.减小NO2的浓度    B.降低温度    C.增加NO2的浓度   D.升高温度

   

(2)25℃时,1.00gN2H4(l)与足量N2O4(l)完全反应生成N2(g)和H2O(l),放出19.14kJ的热量。

则反应2N2H4(l)+N2O4(l)=3N2(g)+4H2O(l)的△H=       kJ·mol-1

   (3)17℃、1.01×105Pa,密闭容器中N2O4和NO2的混合气体达到平衡时,c(NO2)=0.0300 mol·L-1、c(N2O4)=0.0120 mol·L-1。

计算反应2NO2(g)N2O4(g)的平衡常数K。

   (4)现用一定量的Cu与足量的浓HNO3反应,制得1.00L已达到平衡的N2H4和NO2的混合气体(17℃、1.01×105Pa),理论上至少需消耗Cu多少克?

答案:

(1)BC

(2)-1224.96

(3)根据题意知平衡时:

; 

   K=

    答:

平衡常数为13.3。

(4)由(3)可知,在17℃、1.01×105Pa达到平衡时,1.00L混合气体中:

由===可得

答:

理论上至少需消耗Cu 1.73 g.

[2010·海南卷化学 14] (8分)高炉炼铁过程中发生的主要反应为

已知该反应在不同温度下的平衡常数如下:

请回答下列问题:

    

(1)该反应的平衡常数表达式K=_____________,△H________0(填“>”、“<”或“=”);

    

(2)在一个容积为10L的密闭容器中,1000℃时加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1.0 mol,反应经过l0 min后达到平衡。

求该时间范围内反应的平均反应速率υ(C02)= _____________、CO的平衡转化率= _____________:

    (3)欲提高

(2)中CO的平衡转化率,可采取的措施是_____________。

    A.减少Fe的量     B.增加Fe203的量     C.移出部分C02

    D.提高反应温度    E.减小容器的容积    F.加入合适的催化剂

答案

[2012·海南化学卷15](9分)已知A(g)+B(g) C(g)+D(g)反应的平衡常数和温度的关系如下:

|温度/ ℃

700

900

830

1000

1200

平衡常数

1.7

1.1

1.0

0.6

0.4

回答下列问题:

    

(1)该反应的平衡常数表达式K=              ,△H     0(填“<”“ >”“ =”);

    

(2)830℃时,向一个5 L的密闭容器中充入0.20mol的A和0.80mol的B,如反应初始6s内A的平均反应速率v(A)=0.003 mol·L-1·s-1。

,则6s时c(A)=       mol·L-1, C的物质的量为       mol;若反应经一段时间后,达到平衡时A的转化率为      ,如果这时向该密闭容器中再充入1 mol氩气,平衡时A的转化率为          ;

    (3)判断该反应是否达到平衡的依据为       (填正确选项前的字母):

    

a.压强不随时间改变    b.气体的密度不随时间改变

    c. c(A)不随时问改变     d.单位时间里生成c和D的物质的量相等    

(4)1200℃时反应C(g)+D(g) A(g)+B(g)的平衡常数的值为              。

【答案】

(1)fc〓C〓cDc〓A〓c〓B〓   <

(2)0.022 mol·L-1  0.09mol   80%    80%

(3)c

(4)2.5

【解析】 

(1)因反应中的物质都是气体,据平衡常数的定义可知其K=fc〓C〓cDc〓A〓c〓B〓;由表中数据可知,温度升高,K值减小,说明升高温度向吸热的逆反应方向移动,故正反应为放热反应,即ΔH<0。

(2)υ(A)=0.003 mol·L-1·s-1 ,则6s后A减少的浓度c(A)= υ(A)t=0.018 mol·L-1,故剩余的A的浓度为f0.2mol5L-0.018 mol·L-1=0.022 mol·L-1;A减少的物质的量为0.018 mol·L-1×5L=0.09mol,根据方程式的系数关系,生成的C的物质的量也为0.09mol。

设830℃达平衡时,转化的A的浓度为x,则:

           A(g)+B(g)C(g)+D(g)

起始浓度(mol·L-1)  0.04   0.16   0  0

转化浓度(mol·L-1)  x     x    x  x

平衡浓度(mol·L-1) 0.04-x 0.16-x  x  x

有:

fx×x〓 0.04-x〓×〓0.16-x=1, 解得x =0.032,故A的转化率α(A)=f0.032 mol·L-10.04 mol·L-1×100%=80%;由于容器的体积是固定的,通入氩气后各组分的浓度不变,反应速率不改变,平衡不移动。

(3)由于该反应是气体分子数不变的反应,容器中压强、气体的密度都永远不变,故a、b错;c(A)随反应的进行要减小,故c可以;不论是否达平衡,单位时间里生成C和D的物质的量永远相等,故d错。

(4)反应“ C(g)+D(g)A(g)+B(g)”与“A(g)+B(g)C(g)+D(g)”互为逆反应,平衡常数互为倒数关系,故1200℃时,C(g)+D(g)A(g)+B(g)的K=f10.4=2.5。

[2008·广东卷化学 24]科学家一直致力研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。

曾有实验报道:

在常温、常压、学照条件下,N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生反应,生成的主要产物为NH3。

进一步研究NH3生成量与温度的关系,部分实验数据见下表(光照、N2压力1.0×105Pa、反应时间3 h):

T/K

303

313

323

353

NH3生成量/(10-6mol)

4.8

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