2019高考化学 难点剖析 专题38 化学平衡计算讲解.doc
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专题38 化学平衡计算 一、高考题再现 1．（2018课标Ⅲ）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=48 kJmol−1 3SiH2Cl2(g)SiH4(g)+2SiHCl3 (g) ΔH2=−30 kJmol−1 则反应4SiHCl3(g)SiH4(g)+ 3SiCl4(g)的ΔH=__________ kJmol−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323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。 ①343 K时反应的平衡转化率α=_________%。平衡常数K343 K=__________（保留2位小数）。 ②在343 K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xSiHCl32−k逆xSiH2Cl2xSiCl4，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v正v逆=__________（保留1位小数）。 【答案】 2SiHCl3+3H2O(HSiO)2O+6HCl 114 ①22 0.02 ②及时移去产物 改进催化剂 提高反应物压强（浓度） ③大于 1.3 【解析】（1）根据题目表述，三氯氢硅和水蒸气反应得到(HSiO)2O，方程式为： 2SiHCl3+3H2O=(HSiO)2O+6HCl。 （2）将第一个方程式扩大3倍，再与第二个方程式相加就可以得到第三个反应的焓变，所以焓变为483+(－30)=114kJmol-1。 ②温度不变，提高三氯氢硅转化率的方法可以是将产物从体系分离（两边物质的量相等，压强不影响平衡）。缩短达到平衡的时间，就是加快反应速率，所以可以采取的措施是增大压强（增大反应物浓度）、加入更高效的催化剂（改进催化剂）。 ③a、b两点的转化率相等，可以认为各物质的浓度对应相等，而a点的温度更高，所以速率更快，即Va＞Vb。根据题目表述得到，，当反应达平衡时， ＝，所以，实际就是平衡常数K值，所以 0.02。a点时，转化率为20%，所以计算出： 2SiHCl3 SiH2Cl2 + SiCl4 起始： 1 0 0 反应： 0.2 0.1 0.1 （转化率为20%） 平衡： 0.8 0.1 0.1 所以=0.8；==0.1；所以 2．（2018天津）CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。回答下列问题： （1）CO2可以被NaOH溶液捕获。若所得溶液pH=13，CO2主要转化为______（写离子符号）；若所得溶液c(HCO3−)∶c(CO32−)=2∶1，溶液pH=___________。（室温下，H2CO3的K1=410−7；K2=510−11） （2）CO2与CH4经催化重整，制得合成气： CH4(g)+ CO2(g) 2CO (g)+ 2H2(g) ①已知上述反应中相关的化学键键能数据如下： 化学键 C—H C=O H—H CO(CO) 键能/kJmol−1 413 745 436 1075 则该反应的ΔH=_________。分别在VL恒温密闭容器A（恒容）、B（恒压，容积可变）中，加入CH4和CO2各1 mol的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是_______（填“A” 或“B ”）。 ②按一定体积比加入CH4和CO2，在恒压下发生反应，温度对CO和H2产率的影响如图3所示。此反应优选温度为900℃的原因是________。 （3）O2辅助的Al～CO2电池工作原理如图4所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。 电池的负极反应式：________。 电池的正极反应式：6O2+6e−6O2− 6CO2+6O2−3C2O42− 反应过程中O2的作用是________。 该电池的总反应式：________。 【答案】 CO32- 10 +120 kJmol-1 B 900 ℃时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，但能耗升高，经济效益降低。 Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+） 催化剂 2Al+6CO2=Al2(C2O4)3 （2）①化学反应的焓变应该等于反应物键能减去生成物的键能，所以焓变为(4413+2745)－ (21075+2436)= +120 kJmol-1。初始时容器A、B的压强相等，A容器恒容，随着反应的进行压强逐渐增大（气体物质的量增加）；B容器恒压，压强不变；所以达平衡时压强一定是A中大，B中小，此反应压强减小平衡正向移动，所以B的反应平衡更靠右，反应的更多，吸热也更多。 ②根据图3得到，900℃时反应产率已经比较高，温度再升高，反应产率的增大并不明显，而生产中的能耗和成本明显增大，经济效益会下降，所以选择900℃为反应最佳温度。 （3）明显电池的负极为Al，所以反应一定是Al失电子，该电解质为氯化铝离子液体，所以Al失电子应转化为Al3+，方程式为：Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+）。根据电池的正极反应，氧气再第一步被消耗，又在第二步生成，所以氧气为正极反应的催化剂。将方程式加和得到，总反应为：2Al+6CO2=Al2(C2O4)3。 二、考点突破 有关化学平衡的基本计算 1. 物质浓度的变化关系 反应物：平衡浓度＝起始浓度-转化浓度 生成物：平衡浓度＝起始浓度+转化浓度 其中，各物质的转化浓度之比等于它们在化学方程式中物质的计量数之比。 2. 反应的转化率(α)：α＝ 100％ 3. 在密闭容器中有气体参加的可逆反应，在计算时经常用到阿伏加德罗定律的两个推论： 恒温、恒容时： ；恒温、恒压时：n1/n2=V1/V2 4. 计算模式（“三段式”） 浓度(或物质的量) aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g) 起始 m n 0 0 转化 ax bx cx dx 平衡 m-ax n-bx cx dx A的转化率：α(A)=（ax/m）100％ C的物质的量分数：ω(C)＝ 100％ 典例1（2019届山西省大同市第一中学高三8月开学检测）—定温度下，将2molSO2和lmolO2充入10L恒容密闭容器中，发生反应 2SO2(g) +O2(g) 2SO3(g) △H=-196 kJ•mol-1，5min时达到平衡，测得反应放热166.6 kJ。下列说法错误的是 A． 0〜5 min内，用O2表示的平均反应速率v(O2)=0.017 mol•L-1 min-1 B． n(O2)n(SO3) 的值不变时，该反应达到平衡状态 C． 若增大O2的浓度，SO2的转化率增大 D． 条件不变，起始向容器中充入4 mol SO2和 2 mol O2，平衡时放热小于333.2 kJ 【答案】D 典例2（2018届四川省成都市郫都区高三期中测试）80 ℃时，2 L 密闭容器中充入0.40 mol N2O4，发生反应N2O42NO2 △H =＋Q kJ/mol（Q＞0），获得如下数据:下列判断正确的是 时间/s 0 20 40 60 80 100 c(NO2)/molL-1 0.00 0.12 0.20 0.26 0.30 0.30 A. 升高温度该反应的平衡常数K减小 B. 20～40 s 内，v（N2O4）＝0.002 mol/( L•s) C. 反应达平衡时，吸收的热量为0.30 Q kJ/mol D. 100s 时再通入0.40 mol N2O4，达新平衡时N2O4的转化率增大 【答案】B 【解析】A、该反应为吸热反应，温度升高，平衡向吸热的方向移动，即正反应方向移动，平衡常数K增大，选项A错误；B、20～40s 内，v（NO2）===0.004mol•L-1•s-1，v（N2O4）=v（NO2）=0.002mol•L-1•s-1，选项正确；C、浓度不变时，说明反应已达平衡，反应达平衡时，生成NO2的物质的量为0.30mol•L-12L=0.60mol，由热化学方程式可知生成2molNO2吸收热量QkJ，所以生成0.6molNO2吸收热量0.3QkJ，单位错误，选项C错误；D、100s时再通入0.40mol N2O4，平衡状态相当于增大压强，平衡逆向移动，N2O4的转化率减小，选项D错误。答案选B。 典例3（2018届内蒙古赤峰二中高三上学期第三次月考）体积比为2∶3的N2和H2的混合气体，在一定条件下发生反应。达到平衡时，容器内压强为反应开始时的4/5，则N2的转化率为( ) A. 50% B. 37.5% C. 25% D. 12.5% 【答案】C 根据题中信息有压强比等于物质的量比，有（2-x+3-3x+2x）/(2+3)=4/5 解x=0.5mol，则氮气的转化率=0.5/2=25%。 故答案为C。 典例4（2018届北京市东城区高三第一学期期末）活性炭可处理大气污染物NO。为模拟该过程，T℃时，在3L密闭容器中加入NO和活性炭粉，反应体系中各物质的量变化如下表所示。下列说法正确的是 活性炭/mol NO/mol X/mol Y/mol 起始时 2.030 0.100 0 0 10min达平衡 2.000 0.040 0.030 0.030 A. X一定是N2，Y一定是CO2 B. 10min后增大压强，NO的吸收率增大 C. 10min后加入活性炭，平衡向正反应方向移动 D. 0~10min的平均反应速率v(NO)=0.002 mol/(L•min) 【答案】D 【解析】活性炭粉和NO反应生成X和Y，由表中数据可知，平衡时C、NO、X、Y的△n分别为0.030mol、0.060mol、0.030mol、0.030mol，△n之比为1∶2∶1∶1，则有C(s)+2NO(g)⇌X+Y，结合原子守恒，可得方程式C(s)+2NO(g)⇌N2(g)+CO2(g)。 A、反应方程式为C(s)+2NO(g)⇌N2(g)+CO2(g)，由于N2和CO2的计量系数均为1，无法判断X是否是N2，故A错误；B、增大压强，平衡不移动，所以NO的吸收率不变，故B错误；C、活性炭为固体，增加固体的量不影响反应速率和平衡，故C错误；D、△n(NO)=0.030mol,则v(NO)= =0.002 mol/(L•min)，故D正确。故选D。 典例5（2018届北京市清华大学附属中学高三10月月考）由CO和H2S反应可制得羰基硫（COS）。在恒容的密闭容器中发生反应并达到平衡：CO(g)+H2S(g) COS(g)+H2(g)，数据如下表所示： 实验 温度/℃ 起始时 平衡时 n(CO)/mol n(H2S)/mol n(COS)/mol n(H2)/mol n(CO)/mol 1 150 10.0 10.0 0 0 7.0 2 150 7.0 8.0 2.0 4.5 a 3 400 20.0 20.0 0 0 16.0 下列说法正确的是（ ） A. 上述反应是吸热反应 B. 实验1达平衡时，CO的转化率为70% C. 实验2达平衡时，a<7.0 D. 实验3达平平衡后，再充入1.0molH2，平衡逆向移动，平衡常数值增大 【答案】C C、 CO(g)＋H2S(g) COS(g)＋H2(g) 起始：10 10 0 0 变化：3 3 3 3 平衡：7 7 3 3 ，此温度下，K=，实验2中浓度商Qc=
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