2019年高考化学大串讲 专题18 化学反应原理教案.doc

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专题18 化学反应原理 一、化学反应原理试题主要解决四个方面的问题： 1、熟练掌握反应热、燃烧热、中和热的概念，热化学方程式表示的意义，能用键能、盖斯定律进行化学反应热的计算，对于较复杂的热化学方程式，能根据题目中的隐含条件构造出新的热化学方程式。 2、化学平衡主要考查化学反应速率的计算、化学反应速率大小比较，有时可借助速率图像解答。化学平衡必考的是化学平衡常数，化学平衡常数只与温度有关，计算时必须用平衡时各物质的浓度计算，某一时刻化学反应进行方向的判断要通过浓度熵比较。 3、化学理论综合题中最容易失分的是速率与平衡的陌生图象，在非选择题中的陌生图象打破了传统的速率平衡图象模式，反应体系不再局限于气相反应，引入了更多的液相反应，纵坐标和横坐标不再局限于时间、温度、压强、速率、转化率等物理量，而是引入了更多的变量，如两种物质的物质的量之比、两种物质的物质的量之比的负对数等，使得图象更新颖、信息容量更大、题目难度更大。 4、原电池和电解池 （1）原电池中负极发生氧化反应，常出现电极材料溶解、质量减轻等现象；正极发生还原反应，常出现质量不变或增重、有气体产生等现象。 （2）电解池中与电源负极连接的阴极材料不反应，与电源正极连接的阳极(除惰性电极外)材料发生氧化反应，可能出现电极溶解、质量减轻等现象。 （3）Fe在原电池与电解池反应中发生氧化反应时失去2个电子生成Fe2＋。 （4）可充电电池的放电反应是原电池反应，充电反应是电解池反应。放电过程中原电池的负极发生氧化反应，充电过程中电解池的阴极发生还原反应。 二、考点突破 1、反应热问题 （1）从宏观角度分析：ΔH＝H1(生成物的总能量)－H2(反应物的总能量) （2）从微观角度分析：ΔH＝E1(反应物的键能总和)－E2(生成物的键能总和) （3）从活化能角度分析：ΔH＝E1(正反应活化能)－E2(逆反应活化能) （4）根据盖斯定律计算： ①计算步骤： ②计算方法： 例1 NH3可用于生产硝酸和尿素。 （1）生产硝酸： ① NH3催化氧化是工业制硝酸的第一步反应，其化学方程式是_____。 ② 除此之外，还可能发生以下副反应： 4NH3 (g)+ 4O2 (g) === 2N2O (g) +6H2O (g) ΔH=－1105 kJ/mol 4NH3 (g) + 3O2 (g) === 2N2 (g) +6H2 O(g) ΔH=－1269 kJ/mol 两个副反应在理论上趋势均很大，但实际生产中影响并不大，原因是_____。 （2）生产尿素： ① 尿素的合成分两步进行： a．2NH3 (g)＋CO2(g) NH2COONH4(l) ΔH=－117 kJ/mol b．NH2COONH4(l) CO(NH2)2(l)+H2O(l) ΔH=＋15 kJ/mol 写出总反应的热化学方程式：______。 ② 右图为n(NH3):n(CO2) = 4 : 1时，温度对CO2的转化率的影响。解释温度升高CO2的平衡转化率增大的原因：______。 ③ 测定尿素样品含氮量的方法如下：取a g尿素样品，将所含氮完全转化为NH3，所得NH3用过量的v1 mL c1 molL-1 H2SO4溶液吸收完全，剩余H2SO4用v2 mL c2 molL-1 NaOH溶液恰好中和，则尿素样品中氮元素的质量分数是______。 【答案】 4NH3+ 5O2 4NO +6H2O 使用催化剂提高氨的催化反应的选择性 2NH3(g) + CO2(g) CO(NH2)2(l) + H2O(l) ΔH= －102 kJ/mol 升高温度，反应b正向移动 14（2c1v1－c2v2）10－3/a 例2 NOx会造成大气污染，在工业上采用多种方法进行处理。 I.氧化法：烟气中的NO经O3预处理后转化为NO2，再用CaSO3悬浊液吸收NO2。 已知：常温下，CaSO4的沉淀溶解平衡常数数值为9.110-6，CaSO3的沉淀溶解平衡常数数值为3.110-7。 （1）NO与O3反应过程的能量变化如下： NO被O3氧化的总反应是化合反应，该反应的热化学方程式为 ________。 （2）将CaSO3悬浊液静置，取上层清液，测得pH约为8，用化学用语解释其原因为________。 （3）用CaSO3悬浊液吸收NO2，将其转化为HNO2，该反应的化学方程式为________。 （4）在实际吸收NO2的过程中，通过向CaSO3悬浊液中加入Na2SO4固体，提高NO2的吸收速率，从溶解平衡的角度解释其原因：________。 II. 选择性非催化还原法：该反应不使用催化剂，但必须在高温有氧下利用NH3做还原剂与 NOx 进行选择性反应：4NH3 + 4NO + O2 3N2 + 6H2O，不同温度（T）下，反应时间（t）与NO浓度的关系如右图所示。 （5）判断该反应为________（填“吸热”或“放热”）反应，说明理由：________ 。 【答案】 3NO(g) + O3(g) 3NO2(g) ΔH= -317.3 kJ•mol﹣1 SO32- + H2O HSO3- + OH- CaSO3 + 2NO2 + H2O 2HNO2 + CaSO4 CaSO3浊液中存在：CaSO3(s) Ca2+(aq) + SO32-(aq)，加入Na2SO4固体，由于CaSO4的Ksp较小，SO42-与Ca2+结合生成CaSO4沉淀，c(Ca2+)减小，平衡正向移动，导致c(SO32-)增大，从而使NO2的吸收速率加快 放热 由图像中T1下反应先达平衡可推断T1>T2，由T1（高温）时NO的平衡浓度高可推断正反应是放热反应 【解析】I. (1). 由左图可知，NO和O3反应生成NO2和O2的热化学方程式为：NO(g)＋O3(g)=NO2(g)＋O2(g) △H=－200.9kJ/mol ①，由右图可知，NO和O2反应生成NO2的热化学方程式为：NO(g)＋ 2、化学平衡问题 （1）外界条件对化学平衡移动的影响规律 温度的影响 升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动； 降低温度，化学平衡向放热反应方向移动 浓度的影响 增大反应物浓度或减小生成物浓度，化学平衡向正反应方向移动； 减小反应物浓度或增大生成物浓度，化学平衡向逆反应方向移动 压强的影响 增大压强会使平衡向气体体积减小的方向移动； 减小压强会使平衡向气体体积增大的方向移动 （2）化学平衡计算中两组常用公式：在可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)中化学平衡常数(K)与浓度商(Q)，K＝(式中的浓度是指平衡状态的浓度，固体物质、纯液体、水溶液中进行的反应，H2O不列入平衡常数的计算表达式中；气体反应、有机反应，H2O的浓度要列入平衡常数的计算表达式中)，Q＝(式中的浓度是任意时刻的浓度)。转化率α＝。 3、陌生平衡图象的问题 （1）投料比—温度图像 仔细分析所给图像纵横坐标表示的含义，图中曲线表示的物质量、变化趋势，充分挖掘图像信息中的隐含条件，如图示中的最高点、最低点、交汇点、突变点都是提供解题信息的关键点。 （2）气体的物质的量之比的对数—温度图像 此类试题图像给出很多信息，要求我们要有很强的读图能力，如能根据等温线分析图像，并找到解题所需要的关键信息，一定要清楚气体的物质的量之比的含义。 （3）脱除率—温度图像 利用化学反应可以除去有害物质，如何提高除去效果，这是化学平衡中需要解决的问题，此类图像曲线较复杂，变化趋势随温度不同有时升高有时降低，解题时更要细心。 例3NO2 与SO2能发生反应：NO2+SO2SO3+NO，某研究小组对此进行相关实验探究。 （1）已知：2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH=-113.0kJ•mol-1 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-196.6kJ•mol-1 则NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g) ΔH=______________________。 （2）实验中，尾气可以用碱溶液吸收。NaOH 溶液吸收NO2时，发生的反应为：2NO2+2OH-=NO2-+NO3-+H2O，反应中的还原剂是__________；用NaOH 溶液吸收少量SO2的离子方程式为________________。 （3）在固定体积的密闭容器中，使用某种催化剂，改变原料气配比[n0(NO2)∶n0(SO2)]进行多组实验（各次实验的温度可能相同，也可能不同），测定NO2的平衡转化率[a(NO2)]。部分实验结果如图所示： ①当容器内_____（填标号）不再随时间的变化而改变时，可以判断反应达到了化学平衡状态。 a.气体的压强 b.气体的平均摩尔质量 c.气体的密度 d.NO2的体积分数 ②如果要将图中C点的平衡状态改变为B点的平衡状态,应采取的措施是____________。 ③若A 点对应实验中，SO2(g)的起始浓度为c0 mol•L-1，经过t min达到平衡状态，该时段化学反应速率v(NO2)=______________molL-1min-1。 ④图中C、D 两点对应的实验温度分别为Tc和Td，通过计算判断：Tc____Td（填 “>”、“=”或“<”）。 【答案】 -41.8kJmo1-1 NO2 SO2+2OH-==SO32-+H2O d 降低温度 c0/5t = 例4 TiO2和TiCl4均为重要的工业原料。已知： Ⅰ.TiCl4(g)+O2(g)TiO2(s)+2Cl2(g) ΔH1=-175.4kJmol-1 Ⅱ.2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH2= -220.9kJmol-1 请回答下列问题： （1）TiCl4(g)与CO(g)反应生成TiO2(s)、C(s)和氯气的热化学方程式为_______。升高温度，对该反应的影响为_____________________。 （2）若反应Ⅱ的逆反应活化能表示为EkJmol-1，则E________220.9(填“>”“<”或“=”)。 （3）t℃时，向10 L恒容密闭容器中充入1molTiCl4和2 molO2，发生反应Ⅰ。5min达到平衡时测得TiO2的物质的量为0.2 mol。 ①0~5 min 内，用Cl2表示的反应速率v(Cl2)=__________。 ②TiCl4的平衡转化率a=__________________。 ③下列措施，既能加快逆反应速率又能增大TiCl4的平衡转化率的是__________（填选项字母）。 A．缩小容器容积 B．加入催化剂 C．分离出部分TiO2 D．增大O2浓度 ④t℃时，向10 L恒容密闭容器中充入3 mol TiCl4和一定量O2的混合气体，发生反应Ⅰ，两种气体的平衡转化率(a)与起始的物质的量之比()的关系如图所示： 能表示TiCl4平衡转化率的曲线为__________(填“L1”或“L2”)；M点的坐标为___________。 【答案】 TiCl4(g)+2CO(g)=TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s) ΔH=+45.5kJmol-1 反应速率加快，平衡正向移动，反应物的转化率增大 ＞ 0.008 molL-1min-1 20% D L2 (1， ) 4、原电池与电解池问题 （1）原电池考查 ①电解质溶液中电极反应式的书写 由反应和生成物的化合价判断正负极。元素化合价升高的物质被氧化，作原电池的负极；元素化合价降低的物质被还原，作原电池的正极。化合价变化的数值就是原子得失电子数目。同时要注意溶液的酸碱性，即酸性溶液中不能出现OH-，碱性溶液中不能出现H+。 ②熔融盐（或氧化物）电池中电极反应式的书写 熔融盐（或氧化物）电池中是以熔融态的盐（或氧化物）为电解质，通过熔融的盐（或氧化物）电离的离子导电，也就是说熔融盐（或氧化物）电池中没有水溶液，写电极反应式时，反应物中要避免出现H+或OH-。 ③从题图中信息突破电极反应式的书写 对于题目中给出示意图的，要根据题目中的叙述结合示意图，特别是图中箭头指示的方向，什么微粒进去，在电极上转化成什么微粒离开，从微粒中元素化合价，判断电极上发生的是氧化反应还是还原反应，进而判断电极反应式。如果示意图中标出了使用的是质子交换膜，则说明该原电池是酸式电池，那么电极反应式中就不能出现OH-。 （2）电解原理考查 电解原理的考查主要是电解原理的应用，明确阳极发生氧化反应、阴极发生还原反应，从电池中离子的移动方向也可判断电解池的阴阳极。电解原理在消除环境污染领域有广泛的应用，通过电解的方法，可以把有毒物质转化为无毒物质或转化为人们可以利用的物质。如何处理废水再利用是当今社会普遍关心的问题，通过电解法也可以消除污水中的有毒物质，同时还可以转化为人们可利用的物质。解题中一定要看清示意图中有关离子的进出方向。 例5合成气(CO+H2) 广泛用于合成有机物，工业上常采用天然气与水蒸气反应等方法来制取合成气， (1)已知标况下，5.6LCH4与水蒸气完全反应时吸收51.5kJ的热量，请写出该反应的热化学方程式________________； (2)在150℃时2L 的密闭容器中，将2molCH4和2mol H2O(g)混合，经过15min达到平衡，此时CH4的转化率为60%。回答下列问题： ①从反应开始至平衡，用氢气的变化量来表示该反应速率v(H2)=________。 ②在该温度下，计算该反应的平衡常数K=________。 ③下列选项中能表示该反应已达到平衡状态的是________。 A．V(H2)逆=3v (CO)正 B．密闭容器中混合气体的密度不变 C．密闭容器中总压强不变 D．C(CH4)=C(CO) (3)合成气中的氢气也用于合成氨气：N2+3H22NH3。保持温度和体积不变，在甲、乙、丙三个容器中建立平衡的相关信息如下表。则下列说法正确的是_______________； 容器 体积 起始物质 平衡时NH3的物质的量 平衡时N2 的体积分数 反应开始时的速率 平衡时容器内压强 甲 1L 1molN2+3molH2 1.6mol φ甲 v甲 P甲 乙 1L 2molN2+6molH2 n1 mol φ乙 v乙 P乙 丙 2L 2molN2+6molH2 n2 mol φ丙 v丙 P丙 A．n1=n2=3.2 B．φ甲=φ丙>φ乙 C．v乙 >v丙>v甲 D．P乙>P甲=P丙 (4)合成气可以制取甲醚，绿色电源“二甲醚-氧气燃料电池”工作原理如下图所示 ① 电极Y 上发生的反应式为__________ ； ②电池在放电过程中，电极X周围溶液的pH_______(填“增大、减小、不变”)。 【答案】 CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) △H= +206kJ/mol 0.12molL-1min-1 21.87 AC BD O2+4e-+4H+=2H2O 减小 例6近年科学家提出“绿色自由”构想。把含有大量CO2的空气吹入K2CO3溶液中，再把CO2从溶液中提取出来，并使之与H2反应生成可再生能源甲醇。其工艺流程如下图所示： 回答下列问题： (1)进入分解池中主要物质是______；在合成塔中，若有4.4kgCO2与足量H2反应，生成气态的H2O和CH3OH，可放出5370kJ的热量，写出该反应的热化学方程式：____________。 (2)该工艺在哪些方面体现了“绿色自由”构想中的“绿色”：①____________；②________。 (3)一定条件下，往2L恒容密闭容器中充入1.0molCO2和3.0 mol H2，在不同催化剂作用下，相同时间内CO2的转化率随温度变化如下图所示： ①催化剂效果最佳的是_______（填“催化剂I”．“催化剂Ⅱ”，“催化剂Ⅲ”）。b点v（正）______v（逆）（填“>”，“<”，“=”）。 ②此反应在a点时已达平衡状态，a点的转化率比c点高的原因是___________。c点时该反应的平衡常数K=___________。 (4)科学家还研究了其它转化温室气体的方法，利用下图所示装置可以将CO2转化为气体燃料CO。该装置工作时的总反应方程式为_________________。 (5)己知25℃时H2CO3的电离平衡常数为：Kal=4.410-7、Ka2=4.7l0-ll，则反应：HCO3- +H2OH2CO3+ OH-的平衡常数K=________。 【答案】 KHCO3（或碳酸氢钾） CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g) △H=-53.7kJ/mol 减少大气中CO2；产生清洁能源甲醇； K2CO3可循环使用；能量可以循环利用，低碳经济等 催化剂I > 该反应为放热反应，温度开高，平衡逆向移动 2.1 2CO22CO+O2 2.310-8