2019版高考化学二轮复习 第二篇 理综化学填空题突破 第9题 以速率、平衡为中心的原理综合题学案.doc

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第9题　以速率、平衡为中心的原理综合题 复习建议：4课时(题型突破2课时　习题2课时) 1．(2018课标全国Ⅰ，28)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： 2N2O5(g)―→4NO2(g)＋O2(g)  2N2O4(g) 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的变化如表所示(t＝∞时，N2O5(g)完全分解)： t/min 0 40 80 160 260 1 300 1 700 ∞ 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＝－4.4 kJmol－1 2NO2(g)===N2O4(g)　ΔH2＝－55.3 kJmol－1 则反应N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g)的ΔH＝________kJmol－1。 ②研究表明，N2O5(g)分解的反应速率v＝210－3pN2O5(kPamin－1)。t＝62 min时，测得体系中pO2＝2.9 kPa，则此时的pN2O5＝________kPa，v＝________kPamin－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 ℃)________63.1 kPa(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　N2O5NO2＋NO3　　　　　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 解析　(1)氯气与硝酸银反应生成N2O5，氯气作氧化剂，还原产物为氯化银，又硝酸银中氮元素、银元素已经是最高化合价，则只能是氧元素化合价升高，所以气体氧化产物为O2。(2)①将已知热化学方程式依次编号为a、b，根据盖斯定律，由a－b得N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＝kJmol－1＝＋53.1 kJmol－1。②t＝62 min时，体系中pO2＝2.9 kPa，根据三段式法得 则62 min时pN2O5＝30.0 kPa，v＝210－330.0 kPamin－1＝6.010－2kPamin－1。③刚性反应容器的体积不变，25 ℃ N2O5(g)完全分解时体系的总压强为63.1 kPa，升高温度，从两个方面分析：一方面是体积不变，升高温度，体系总压强增大；另一方面，2NO2N2O4的逆反应是吸热反应，升温，平衡向生成NO2的方向移动，气体物质的量增大，故体系总压强增大。④N2O5完全分解生成N2O4和O2，起始pN2O5＝35.8 kPa，其完全分解时pN2O4＝35.8 kPa，pO2＝17.9 kPa，设25 ℃平衡时N2O4转化了x，则 35．8 kPa－x＋2x＋17.9 kPa＝63.1 kPa，解得x＝9.4 kPa。平衡时，pN2O4＝26.4 kPa，pNO2＝18.8 kPa，K＝＝ kPa＝13.4 kPa。(3)快速平衡，说明第一步反应的正、逆反应速率都较大，则第一步反应的逆反应速率大于第二步反应的速率，A项正确；反应的中间产物除NO3外还有NO，B项错误；有效碰撞才能发生反应，第二步反应慢，说明部分碰撞有效，C项正确；第三步反应快，说明反应活化能较低，D项错误。 答案　(1)O2 (2)①53.1　②30.0　6.010－2　③大于　温度升高，体积不变，总压强增大；NO2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强增大　④13.4 (3)AC 2．(2018课标全国Ⅱ，27)CH4CO2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)CH4CO2催化重整反应为：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)。 已知：C(s)＋2H2(g)===CH4(g)　ΔH＝－75 kJmol－1 C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－394 kJmol－1 C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－111 kJmol－1 该催化重整反应的ΔH＝________kJmol－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2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2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________ mol2L－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/(kJmol－1) 75 172 活化能(kJmol－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1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＝kp(CH4)[p(CO2)]－0.5(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2所示，则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为_________________________________________________。 解析　(1)将已知中3个反应依次记为①、②、③，根据盖斯定律③2－①－②得该催化重整反应的ΔH＝[(－111)2＋75＋394]kJmol－1＝＋247 kJmol－1。由于该反应为吸热且气体体积增大的反应，要提高CH4的平衡转化率，需在高温低压下进行。根据平衡时消耗的CO2为1 mol50%＝0.5 mol，则消耗的CH4为0.5 mol，生成的CO和H2均为1 mol，根据三段式法可知平衡时CH4、CO2、CO和H2的平衡浓度分别为0.75 molL－1、0.25 molL－1、0.5 molL－1、0.5 molL－1，则平衡常数K＝＝ mol2L－2。(2)①从表格中数据可看出相对于催化剂X，用催化剂Y催化时积碳反应的活化能大，则积碳反应的反应速率小，而消碳反应活化能相对小，则消碳反应的反应速率大，再根据题干信息“反应中催化剂活性会因积碳反应而降低”可知催化剂X劣于催化剂Y。两个反应均吸热，故随温度升高，K积和K消均增加，且消碳反应速率增加的倍数比积碳反应的大，故A、D正确。②由该图像可知在反应时间和p(CH4)相同时，图象中速率关系va>vb>vc，结合沉积碳的生成速率方程v＝kp(CH4)[p(CO2)]－0.5，在p(CH4)相同时，随着p(CO2)增大，反应速率逐渐减慢，即可判断：pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2)。 答案　(1)247　A　 (2)①劣于　相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大　AD　②pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2) 3．(2018课标全国Ⅲ，28)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) ΔH＝48 kJmol－1 3SiH2Cl2(g)===SiH4(g)＋2SiHCl3(g) ΔH＝－30 kJmol－1 则反应4SiHCl3(g)===SiH4(g)＋3SiCl4(g)的ΔH为________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：va________vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率v＝v正－v逆＝k正x2SiHCl3－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处的＝________(保留1位小数)。 解析　(1)SiHCl3遇潮气发生反应生成(HSiO)2O和HCl，即2SiHCl3＋3H2O===(HSiO)2O＋6HCl。(2)将已知热化学方程式依次编号为①、②，根据盖斯定律，由①3＋②，可得：4SiHCl3(g)===SiH4(g)＋3SiCl4(g)　ΔH＝348 kJmol－1－30 kJmol－1＝114 kJmol－1。(3)①温度越高，反应越先达到平衡，根据图示，左侧曲线对应的温度为343 K，343 K时反应的平衡转化率为22%。设开始时加入SiHCl3的浓度为a molL－1，根据化学方程式和SiHCl3的平衡转化率知，达平衡时，SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的浓度分别为0.78a molL－1、0.11a molL－1、0.11a molL－1，化学平衡常数K＝＝0.02。②根据化学平衡移动原理并结合该反应特点，及时分离出生成物可提高反应物的转化率。缩短反应达到平衡的时间，实质就是提高反应速率，可采用加压的方式或选择更为高效的催化剂。③温度越高，反应速率越大，a点所在曲线对应的温度高于b点所在曲线对应的温度，所以a点反应速率大于b点反应速率。a点所在曲线达到平衡时，v正＝v逆，即k正x2SiHCl3＝k逆xSiH2Cl2xSiCl4，从题图上可知a点所在曲线平衡时SiHCl3的转化率为22%，设投入SiHCl3 y mol，则根据三段式法得 代入k正x2SiHCl3＝k逆xSiH2Cl2xSiCl4得，k正0.782＝k逆0.112，则＝　① 在a处SiHCl3的转化率为20%，根据三段式法得 则＝＝，将①代入计算得出v正/v逆＝1.3。 答案　(1)2SiHCl3＋3H2O===(HSiO)2O＋6HCl (2)114 (3)①22　0.02 ②及时移去产物　改良催化剂；提高反应物压强(浓度) ③大于　1.3 4．(2017课标全国Ⅰ，28)近期发现，H2S是继NO、CO之后第三个生命体系气体信号分子，它具有参与调解神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题： (1)下列事实中，不能比较氢硫酸与亚硫酸的酸性强弱的是________(填标号)。 A．氢硫酸不能与碳酸氢钠溶液反应，而亚硫酸可以 B．氢硫酸的导电能力低于相同浓度的亚硫酸 C．0.10 molL－1的氢硫酸和亚硫酸的pH分别为4.5和2.1 D．氢硫酸的还原性强于亚硫酸 (2)下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。 通过计算，可知系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)制氢的热化学方程式分别为_____________________________________________________________、 _________________________________________________________， 制得等量H2所需能量较少的是________。 (3)H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g)COS(g) ＋H2O(g)。在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。 ①H2S的平衡转化率α1＝________%，反应平衡常数K＝________。 ②在620 K重复试验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率α2________α1，该反应的ΔH________0。(填“>”“<”或“＝”) ③向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是________(填标号) A．H2S B．CO2 C．COS D．N2 解析　(1)H2SO3能和NaHCO3反应放出CO2，说明酸性：H2SO3>H2CO3，而H2S不能和NaHCO3反应，说明酸性：H2S　>　③B 5．(2016课标全国Ⅰ，27)元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr3＋(蓝紫色)、[Cr(OH)4]－(绿色)、Cr2O(橙红色)、CrO(黄色)等形式存在，Cr(OH)3为难溶于水的灰蓝色固体，回答下列问题： (1)Cr3＋与Al3＋的化学性质相似，在Cr2(SO4)3溶液中逐滴加入NaOH溶液直至过量，可观察到的现象是______________________________________________ _____________________________________________________________。 (2)CrO和Cr2O在溶液中可相互转化。室温下，初始浓度为1.0 molL－1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O)随c(H＋)的变化如图所示。 ①用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应_________________________ ____________________________________________________。 ②由图可知，溶液酸性增大，CrO的平衡转化率______(填“增大”、“减小”或“不变”)。根据A点数据，计算出该转化反应的平衡常数为________。 ③升高温度，溶液中CrO的平衡转化率减小，则该反应的ΔH________0(填“大于”“小于”或“等于”)。 (3)在化学分析中采用K2CrO4为指示剂，以AgNO3标准溶液滴定溶液中的Cl－，利用Ag＋与CrO生成砖红色沉淀，指示到达滴定终点。当溶液中Cl－恰好完全沉淀(浓度等于1.010－5 molL－1)时，溶液中c(Ag＋)为________molL－1，此时溶液中c(CrO)等于________molL－1(已知Ag2CrO4、AgCl的Ksp分别为2.010－12和2.010－10)。 (4)＋6价铬的化合物毒性较大，常用NaHSO3将废液中的Cr2O还原成Cr3＋，该反应的离子方程式为__________________________________ _______________________________________________________。 解析　(1)由于Cr3＋与Al3＋的化学性质相似，所以Cr(OH)3也具有两性，根据题目信息，则可知在Cr2(SO4)3溶液中逐滴加入NaOH溶液，先生成灰蓝色沉淀Cr(OH)3，并逐渐增多，随着滴加NaOH溶液的过量，灰蓝色沉淀Cr(OH)3逐渐溶解并生成绿色[Cr(OH)4]－溶液。 (2)由图可知，随着溶液酸性增大，溶液中c(Cr2O)逐渐增大，说明CrO逐渐转化为Cr2O，则CrO的平衡转化率逐渐增大，其反应的离子方程式为：2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O；由图中A点数据，可知：c(Cr2O)＝0.25 molL－1、c(H＋)＝1.010－7 molL－1，则进一步可知c(CrO)＝1.0 molL－1－20.25 molL－1＝0.5 molL－1，根据平衡常数的定义可计算出该转化反应的平衡常数为1.01014；升高温度，溶液中CrO的平衡转化率减小，说明化学平衡逆向移动，则正反应为放热反应，即该反应的ΔH小于0。 (3)根据Ksp(AgCl)＝c(Ag＋)c(Cl－)＝2.010－10，可计算出当溶液中Cl－恰好完全沉淀(即浓度等于1.010－5 molL－1)时，溶液中c(Ag＋)＝2.010－5 molL－1，然后再根据Ksp(Ag2 CrO4)＝c2(Ag＋)c(CrO)＝2.010－12，又可计算出此时溶液中c(CrO)＝510－3 molL－1。 (4)根据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可写出NaHSO3将废液中的Cr2O还原成Cr3＋反应的离子方程式：Cr2O＋3HSO＋5H＋===2Cr3＋＋3SO＋4H2O。 答案　(1)蓝紫色溶液变浅，同时有灰蓝色沉淀生成，最后沉淀逐渐溶解形成绿色溶液 (2)①2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O　②增大　1.01014　③小于 (3)2.010－5　510－3 (4)Cr2O＋3HSO＋5H＋===2Cr3＋＋3SO＋4H2O 命题调研(2014～2018五年大数据) 命题角度 设空方向 频数 难度 1.化学反应与能量变化 反应热与热化学方程式的书写 12 0.42 化学反应与键能 3 0.40 电化学(以书写电极反应式为主) 1 0.38 2.化学反应速率 化学反应速率的计算 4 0.44 化学反应速率的影响因素 8 0.46 化学反应速率变化图像分析 10 0.42 3.化学平衡 平衡状态判断及化学平衡图像分析 12 0.41 化学平衡影响因素分析 8 0.48 反应物转化率的计算 7 0.46 化学平衡常数表达式及其计算 13 0.40 4.电解质溶液 电离平衡、水解平衡、溶解平衡的理解 1 0.45 Ka (Kb)及Ksp的理解与计算 2 0.39 化学反应原理综合题，是高考的固定题型，通常以速率、平衡知识为中心，还常涉及到化学反应与能量变化及电解质溶液等内容。对于化学反应与能量变化的考查，一方面涉及到氧化还原反应分析及电化学电极书写，但最为常见的题型还是盖斯定律的应用，根据已知热化学方程式书写待求热化学方程式或直接计算其反应热，难度不大，是高考热点；对于化学反应速率与化学平衡的考查主要有以下方面：化学反应速率的定量计算、外界条件对速率、平衡的影响、新情境下平衡状态的判定、平衡常数的表达式及平衡常数与转化率的计算、以及其速率平衡图像、数据表格分析等。预计在2019年的高考中，化学反应原理的综合仍会以创新考查为主，特别是在情境、取材上创新，在图像上创新，同时联系生产生活实际考查学生选择温度、压强、酸碱性环境等适宜的反应条件，体现学生知识运用能力，另外化学平衡常数的多种表达形式，通过图像信息获取解题数据，完成平衡常数与转化率的计算，也是高考考查的重点内容之一，应给予关注！ 1．计算反应热 解题模板 [示例1] 甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料，利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇。发生的主要反应如下： ①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1 ②CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH2 ③CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH3 回答下列问题： 已知反应①中相关的化学键键能数据如下： 化学键 H—H C—O C≡O H—O C—H E/(kJmol－1) 436 343 1 076 465 413 由此计算ΔH1＝________ kJmol－1； 已知ΔH2＝－58 kJmol－1，则ΔH3＝________ kJmol－1。 [模型应用] 答案　－99　＋41 [示例2]　工业生产中可用苯乙烷生产苯乙烯 已知： ΔH1＝＋117.6 kJmol－1 H2(g)＋CO2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJmol－1 则 (g)＋CO2(g) (g)＋CO(g)＋H2O(g)的ΔH为________。 答案　＋158.8 kJmol－1(将已知的两个热化学方程式依次编号为①、②，根据盖斯定律，由①＋②可得) 2．利用盖斯定律书写热化学方程式 [解题模板] 应对雾霾污染、改善空气质量需要从多方面入手，如开发利用清洁能源。甲醇是一种可再生的清洁能源，具有广阔的开发和应用前景。 已知：①CH3OH(g)＋H2O(l)===CO2(g)＋3H2(g) ΔH＝＋93.0 kJmol－1 ②CH3OH(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2(g) ΔH＝－192.9 kJmol－1 ③CH3OH(g)===CH3OH(l)　ΔH＝－38.19 kJmol－1 则表示CH3OH燃烧热的热化学方程式为___________________________________ _________________________________________________________ _____________________________________________________。 [示例3]　[2017江苏化学，26(1)]TiO2与Cl2难以直接反应，加碳生成CO和CO2可使反应得以进行。 已知：TiO2(s)＋2Cl2(g)=== TiCl4(g)＋O2(g)　ΔH1＝＋175.4 kJmol－1 2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH2＝－220.9 kJmol－1 沸腾炉中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的热化学方程式：___________________________________________________________ ___________________________________________________________。 答案　TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g)　ΔH＝－45.5 kJ/mol 说明：对于平衡状态的判断，不断出现新的判断形式，如绝热过程中的热量变化，化学平衡常数，有关图像等，判断时紧紧抓住反应过程中对应物理量是否变化，如果在反应过程中在变，达到平衡时不变，则能说明。 [示例4] 汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)　ΔH＜0。若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是________(填编号)。 答案　②④⑤ 分析：在研究平衡移动时，常用构造模型的方法，比如在一定温度下，2 mol SO2和1 mol O2在容器甲中建立的平衡体系中，再加入2 mol SO2和1 mol O2的混合气体，你可以在另一个相同体积的容器乙中先建立平衡如图，此时这两个平衡体系完全一致，此时如果把甲、乙之间的隔板抽去，各物质的量增倍，百分含量不变，然后再把它压成此时体积的，压强增大，平衡右移，所以通过这样的虚拟过程，可以看出，在体积不变时，成比例加入反应物相当于增大压强。 [示例5]　在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下[已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJmol－1] 容器 甲 乙 丙 反应物投入量 1 mol N2、3 mol H2 2 mol NH3 4 mol NH3 c1 c2 c3 体系压强(Pa) p1 p2 p3 反应物转化率 α1 α2 α3 判断：2c1________c3　2p2________p3　α1＋α3________1(填“>” “＜” “＝”) 答案　＜　 >　＜ 1．根据图像选择合适条件 [示例6]　氨气制取尿素[CO(NH2)2]的合成塔中发生反应：2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(l)＋H2O(g)。 下图为合成塔中不同氨碳比a[]和水碳比b[]时二氧化碳转化率(α)。b宜控制在________(填字母)范围内。 A．0.6～0.7 B．1～1.1 C．1.5～1.6 a宜控制在4.0左右，理由是___________________________ _________________________________________________。 [图像分析]　控制变量，作垂直于横轴的一条直线交三条曲线于三点，转化率越高越好，所以选择A。选择最佳氨碳比，可看最上面曲线的走势，整体增加，曲线先陡后平(略上升)，依然选择拐点，当氨碳比大于4.0时，增大氨气的量CO2转化率增加不大，但生产成本提高了；氨碳比太小，CO2转化率低。 答案　A　氨碳比等于4，CO2转化率较高　当氨碳比大于4.0时，增大NH3的量CO2的转化率增加不大，但生产成本提高了；氨碳比小于4.0时，CO2的转化率低。 2.根据图像解释产生某种现象的原因 [示例7]　以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如下图所示。250～300 ℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是：___________ ________________________________________________。 [图像分析]　两根曲线注意看清每个曲线对应的条件，分析两个量之间内在的联系。这里涉及影响反应速率的两个因素：催化剂和温度，弄清影响因素即可。所以，250～300 ℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是温度超过250 ℃时，催化剂的催化效率降低。 答案　温度超过250 ℃时，催化剂的催化效率降低 3．根据图像推断ΔH变化 [示例8]　为了减少空气中的CO2，目前捕碳技术在降低温室气体排放中具有重要的作用，捕碳剂常用(NH4)2CO3，反应为(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)===2NH4HCO3(aq)　ΔH。为研究温度对(NH4)2CO3捕获CO2效率的影响，在某温度T1下，将一定量的(NH4)2CO3溶液置于密闭容器中，并充入一定量的CO2气体(用氮气作为稀释剂)，在t时刻，测得容器中CO2气体的浓度。然后分别在温度为T2、T3、T4、T5下，保持其他初始实验条件不变，重复上述实验，经过相同时间测得CO2气体浓度，其关系如图，则ΔH________(填“>”、“＝”或“<”)0。 [图像分析]　根据可逆反应的特征，准确确定平衡点。温度越高反应速率越快，达到平衡所需的时间越短，在相等时间内，CO2浓度最低的点应该是平衡点。T3往后，温度升高，CO2浓度增大，平衡逆向移动，逆反应吸热，正反应放热。 答案　< 1．化学平衡常数表达式 (1)不要把反应体系中纯固体、纯液体以及稀水溶液中水的浓度写进平衡常数表达式。如： CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g) K＝c(CO2) Cr2O(aq)＋H2O(l)2CrO(aq)＋2H＋(aq) K＝ 但在非水溶液中，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应写进平衡常数表达式中。如： C2H5OH＋CH3COOHCH3COOC2H5＋H2O K＝ C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) K＝ (2)同一化学反应，化学反应方程式写法不同，其平衡常数表达式及数值亦不同。如： N2O4(g)2NO2(g)　K＝ N2O4(g)NO2(g)　K′＝＝ (3)有气体参与的反应，用平衡分压(总压乘以各自的物质的量分数)表示平衡常数。 如：2A(g)＋B(s)C(g)。若达到平衡时，n(A)＝n1、 n(C)＝n2密闭体系的压强为p，则K＝＝。 2．悟透化学平衡常数及转化率计算题解题模式 根据反应进行(或移动)的方向，设定某反应物消耗的量，然后列式求解。 例：　　　mA　＋　nB　　pC　＋　qD 起始量： a b 0 0 变化量： mx nx px qx 平衡量： a－mx b－nx px qx 注意：①变化量与化学方程式中各物质的化学计量数成比例； ②这里a、b可指：物质的量、浓度、体积等； ③弄清起始浓度、平衡浓度、平衡转化率三者之间的互换关系； ④在使用平衡常数时，要注意反应物或生成物的状态。 [示例9]　顺1，2二甲基环丙烷和反1，2二甲基环丙烷可发生如下转化： 该反应的速率方程可表示为：v(正)＝k(正)c(顺)和v(逆)＝k(逆)c(反)，k(正)和k(逆)在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。回答下列问题： (1)已知：t1温度下，k(正)＝0.006 s－1，k(逆)＝0.002 s－1，该温度下反应的平衡常数值K1＝________；该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，则ΔH________0(填“小于”“等于”或“大于”)。 答案　3　小于 1．题型特点 此类试题以元素及化合物、化学平衡知识为主题，借助图像、图表的手段考查相关联的知识。主要考查点： (1)反应现象的描述。 (2)氧化还原反应、原电池与电解池、陌生离子方程式的书写。 (3)化学键与反应的热效应计算、信息条件下速率计算、平衡常数的计算、Ksp的计算。 (4)平衡的影响因素、平衡移动与图像及相关原因的分析。 2．解题思路：四步突破物质性质与化学平衡综合题 　 分析： 2016课标全国卷Ⅰ27题(题目见“考情解码”第5题)就是借助元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr3＋(蓝紫色)、[Cr(OH)4]－(绿色)、Cr2O(橙红色)、CrO(黄色)等形式存在， 根据Cr3＋与Al3＋的化学性质相似， 写实验现象及转化的离子反应，进一步根据图像考查化学平衡常数及转化率。 [典例演示1] (2017课标全国Ⅱ，27)丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题： (1)正丁烷(C4H10)脱氢制1丁烯(C4H8)的热化学方程式如下： ①C4H10(g)===C4H8(g)＋H2(g)　ΔH1 已知：②C4H10(g)＋O2(g)===C4H8(g)＋H2O(g)　ΔH2＝－119 kJmol－1 ③H2(g)＋ O2(g)===H2O(g)　ΔH3＝－242 kJmol－1 反应①的ΔH1为________ kJmol－1。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x________0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是________(填标号)。 A．升高温度 B．降低温度 C．增大压强 D．降低压强 (2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是___________________________________________________________ ______________________________________________________________。 (3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是______________________________________________________________、 ______________________________________________________________； 590 ℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是____________________________________________________________ ___________________________________________________________ __________________________________________________________。 解析　(1)根据盖斯定律，用②式－③式可得①式，因此ΔH1＝ΔH2－ΔH3＝－119 kJ/mol＋242 kJ/mol＝＋123 kJ/mol。由a图可以看出，温度相同时，由0.1 MPa变化到x MPa，丁烷的转化率增大，即平衡正向移动，所以x的压强更小，x<0.1。由于反应①为吸热反应，所以温度升高时，平衡正向移动，丁烯的平衡产率增大，因此A正确、B错误。反应①正向进行时体积增大，加压时平衡逆向移动，丁烯的平衡产率减小，因此C错误，D正确。(2)反应初期，H2可以活化催化剂，进料气中n(氢气)/n(丁烷)较小，丁烷浓度大，反应向正反应方向进行的程度大，丁烯转化率升高；然后进料气中n(氢气)/n(丁烷)增大，原料中过量的H2会使反应①平衡逆向移动，所以丁烯转化率下降。(3)590 ℃之前，温度升高时反应速率加快，生成的丁烯会更多，同时由于反应①是吸热反应，升高温度平衡正向移动，平衡体系中会含有更多的丁烯。而温度超过590 ℃时，由于丁烷高温会裂解生成短链烃类，所以参加反应①的丁烷也就相应减少。 答案　(1)＋123　小于　AD (2)原料中过量H2会使反应①平衡逆向移动，所以丁烯转化率下降 (3)590 ℃前升高温度，反应①平衡正向移动　升高温度时，反应速率加快，单位时间产生丁烯更多　高于590 ℃时则有更多的C4H10裂解导致产率降低 [题型训练1] (2018天津理综，10)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(HCO)∶c(CO)＝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 1 075 则该反应的ΔH＝________。分别在V L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1所示。此反应优选温度为900 ℃的原因是_________________________________________________________。 (3)O2辅助的AlCO2电池工作原理如图2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－===6O 6CO2＋6O===3C2O＋6O2 反应过程中O2的作用是_____________________________________。 该电池的总反应式：___________________________________________。 解析　(1)若所得溶液的pH＝13，溶液呈强碱性，则CO2主要转化为CO。若所得溶液c(HCO)∶c(CO)＝2∶1，根据K2＝，则c(H＋)＝K2＝510－112 molL－1＝10－10 molL－1，pH＝－lg 10－10＝10。(2)①根据ΔH＝反应物总键能－生成物总键能，该反应的ΔH＝(4134＋7452)kJmol－1－(1 0752＋4362)kJmol－1＝＋120 kJmol－1。该反应为气体分子数增大的吸热反应，恒容时达到的平衡相当于恒压条件下达到平衡后增大压强，加压平衡向逆反应方向移动，故恒容时反应达平衡后吸收的热量比恒压时反应达平衡后吸收的热量少。②根据题图1知，900 ℃时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，但升高温度，能耗升高，经济效益降低。(3)该电池中Al作负极，电解质为含AlCl3的离子液体，故负极反应为Al－3e－===Al3＋。正极为多孔碳电极，根据正极反应式，得正极总反应为6CO2＋6e－===3C2O，O2不参与正极的总反应，故O2为催化剂。将负极反应式：2Al－6e－===2Al3＋和正极反应式：6CO2＋6e－===3C2O相加，可得该电池的总反应式为2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3。 答案　(1)CO　10 (2)①＋120 kJmol－1　B ②900 ℃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 (3)Al－3e－===Al3＋(或2Al－6e－===2Al3＋)　催化剂 2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3 [题型训练2] NO2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)硝酸厂向大气中排放NO2造成的环境问题是____________________________ _________________________________________________。 (2)为了减少SO2的排放，将含SO2的烟气通过洗涤剂X，充分吸收后再向吸收后的溶液中加入稀硫酸，既可以回收SO2，同时又可得到化肥。上述洗涤剂X可以是________(填序号)。 a．Ca(OH)2 b．K2CO3 c．Na2SO3 d．NH3H2O (3)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－===NO＋NO＋H2O，反应中形成的化学键是________(填化学键的类型)。用NaOH溶液吸收少量SO2的离子方程式为________________________ _____________________________________________________________。 (4)已知：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)　ΔH＝－113.0 kJmol－1 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－196.6 kJmol－1 则NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)　ΔH＝________。 (5)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。部分实验结果如图所示： ①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_________________________________________________________________ ____________________________________________________________； ②若A点对应实验中，SO2(g)的起始浓度为c0 molL－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； ③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“<”)。 解析　(1)硝酸厂向大气中排放NO2造成的环境问题是酸雨、光化学烟雾等。(2)SO2是酸性氧化物，由于同时又可得到化肥，因此洗涤剂应该是碳酸钾或氨水。(3)发生的反应为2NO2＋2OH－===NO＋NO＋H2O，反应中生成亚硝酸根、硝酸根和水，形成的化学键是共价键；用NaOH溶液吸收少量SO2反应生成亚硫酸钠和水，反应的离子方程式为SO2＋2OH－===SO＋H2O。(4)①2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)　ΔH＝－113.0 kJmol－1，②2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－196.6 kJmol－1，利用盖斯定律由(②－①)1/2得到NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)　ΔH＝－41.8 kJmol－1。(5)NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)　ΔH＝－41.8 kJmol－1，反应为气体体积不变的放热反应，则①如果将图中C点的平衡状态改变为B点的平衡状态，平衡转化率增大，平衡正向进行，正反应为放热反应，降低温度平衡正向进行。②A点平衡转化率为50%，n0(NO2)∶n0(SO2)＝0.4，SO2(g)的起始浓度为c0 molL－1，NO2起始浓度为0.4c0 molL－1，反应的二氧化氮浓度为0.4c0 molL－150%＝0.2c0 molL－1，该时段化学反应速率v(NO2)＝＝ molL－1min－1。③NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)　ΔH＝－41.8 kJmol－1，反应为放热反应，C点n0(NO2)∶n0(SO2)＝1.0，SO2(g)的起始浓度为c0 molL－1，NO2起始浓度c(NO2)＝c0 molL－1，图中C、D两点对应的实验温度分别为TC和TD，C点二氧化氮转化率为50%， 平衡常数KC＝1， D点二氧化氮转化率40%，n0(NO2)∶n0(SO2)＝1.5，SO2(g)的起始浓度为c0 molL－1，NO2起始浓度c(NO2)＝1.5c0 molL－1，则 平衡常数KD＝1， 平衡常数相同说明反应温度相同，TC＝TD。 答案　(1)酸雨、光化学烟雾　(2)bd (3)共价键　SO2＋2OH－===SO＋H2O (4)－41.8 kJmol－1 (5)①降低温度　②　③＝ [典例演示2] 氮及其化合物对生产、生活有重要的意义。 (1)合成氨的原理如图1所示，该反应的热化学方程式为 ________________________________________________________________ ______________________________________________________________。 (2)尿素是重要的肥料，工业合成尿素的反应如下： 2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH>0 该反应合适的反应条件是________。 A．高温 B．低温 C．高压 D．低压 E．催化剂 (3)氨基甲酸铵是合成尿素的一种中间产物。将体积比为2∶1的NH3和CO2的混合气体充入一个容积不变的真空密闭容器中，在恒定温度下使其发生下列反应并达到平衡： 2NH3(g)＋CO2(g)NH2COONH4(s) 实验测得的不同温度下的平衡数据如表所示： 温度/℃ 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 平衡状态下气体总 浓度/(10－3 molL－1) 2.4 3.4 4.8 6.8 9.4 ①根据表中数据，则2NH3(g)＋CO2(g)NH2COONH4(s)　ΔH________(填“>”或“<”)0，列式计算25.0 ℃时的平衡常数：_______________________。 ②关于上述反应的平衡状态，下列说法正确的是________。 A．分离出少量的氨基甲酸铵，反应物的转化率将增大 B．平衡时降低反应体系温度，CO2的体积分数下降 C．NH3的转化率始终等于CO2的转化率 D．加入有效催化剂能够提高氨基甲酸铵的产率 ③已知氨基甲酸铵极易发生水解反应：NH2COONH4＋2H2ONH4HCO3＋NH3H2O某研究小组分别测