2022高考化学 难点剖析 专题34 盖斯定律的应用讲解

2022高考化学 难点剖析 专题34 盖斯定律的应用讲解一、高考题再现1（2018课标）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： 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的变化如下表所示（t=时，N2O4(g)完全分解）：t/min0408016026013001700p/kPa35.840.342.5.45.949.261.262.363.1 已知：2N2O5(g)2N2O5(g)+O2(g) H1=4.4 kJmol12NO2(g)N2O4(g) H 2=55.3 kJmol1则反应N2O5(g)2NO2(g)+O2(g)的H =_ kJmol1。研究表明，N2O5(g)分解的反应速率。t=62 min时，测得体系中pO2=2.9 kPa，则此时的=_ kPa，v=_kPamin1。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_。25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+NO3NO+NO2+O2 慢反应第三步 NO+NO32NO2 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)。Av(第一步的逆反应)v(第二步反应)B反应的中间产物只有NO3C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【答案】O2 53.1 30.0 6.0102 大于 温度提高，体积不变，总压强提高；NO2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高 13.4 AC所以若提高反应温度至35，则N2O5(g)完全分解后体系压强p(35)大于63.1 kPa。根据表中数据可知五氧化二氮完全分解时的压强是63.1kPa，根据方程式可知完全分解时最初生成的二氧化氮的压强是35.8kPa271.6 kPa，氧气是35.8kPa217.9 kPa，总压强应该是71.6 kPa+17.9 kPa89.5 kPa，平衡后压强减少了89.5 kPa63.1kPa26.4kPa，所以根据方程式2NO2(g)N2O4(g)可知平衡时四氧化二氮对应的压强是26.4kPa，二氧化氮对应的压强是71.6 kPa26.4kPa218.8kPa，则反应的平衡常数。（3）A、第一步反应快，所以第一步的逆反应速率大于第二步的逆反应速率，A正确；B、根据第二步和第三步可知中间产物还有NO，B错误；C、根据第二步反应生成物中有NO2可知NO2与NO3的碰撞仅部分有效，C正确；D、第三步反应快，所以第三步反应的活化能较低，D错误。答案选AC。2（2018课标）CH4-CO2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）CH4-CO2催化重整反应为：CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)。已知：C(s)+2H2(g)=CH4(g) H=-75 kJmol1C(s)+O2(g)=CO2(g) H=-394 kJmol1C(s)+1/2O2(g)=CO(g) H=-111 kJmol1该催化重整反应的H=_ kJmol1。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_mol2L2。（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)H/(kJmol1)75172活化能/(kJmol1)催化剂X3391催化剂Y4372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）。 AK积、K消均增加 Bv积减小，v消增加 CK积减小，K消增加 Dv消增加的倍数比v积增加的倍数大在一定温度下，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所示，则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为_。 【答案】247 A 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 pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)起始浓度（mol/L） 1 0.5 0 0转化浓度（mol/L） 0.25 0.25 0.5 0.5平衡浓度（mol/L） 0.75 0.25 0.5 0.5所以其平衡常数为mol2L2。（2）根据表中数据可知相对于催化剂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，所以催化剂X劣于Y。A正反应均是吸热反应，升高温度平衡向正反应方向进行，因此K积、K消均增加，A正确；B升高温度反应速率均增大，B错误；C根据A中分析可知选项C错误；D积碳量达到最大值以后再升高温度积碳量降低，这说明v消增加的倍数比v积增加的倍数大，D正确。答案选AD。根据反应速率方程式可知在p(CH4)一定时，生成速率随p(CO2)的升高而降低，所以根据图像可知pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)。3（2018课标）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) H1=48 kJmol13SiH2Cl2(g)SiH4(g)+2SiHCl3 (g) H2=30 kJmol1则反应4SiHCl3(g)SiH4(g)+ 3SiCl4(g)的H=_ kJmol1。（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。 343 K时反应的平衡转化率=_%。平衡常数K343 K=_（保留2位小数）。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_、_。比较a、b处反应速率大小：a_b（填“大于”“小于”或“等于”）。反应速率=正逆=，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=_（保留1位小数）。【答案】 2SiHCl3+3H2O(HSiO)2O+6HCl 114 22 0.02 及时移去产物 改进催化剂 提高反应物压强（浓度） 大于 1.32SiHCl3 SiH2Cl2 + SiCl4起始： 1 0 0反应： 0.22 0.11 0.11 （转化率为22%）平衡： 0.78 0.11 0.11所以平衡常数K=0.1120.782=0.02。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）。a、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VaVb。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；所以二、考点突破1、写热化学方程式典例1天然气是一种重要的清洁能源和化工原料，其主要成分为甲烷。（1）工业上可用煤制天然气，生产过程中有多种途径生成CH4。写出CO与H2反应生成CH4和H2O的热化学方程式已知： CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) H41kJmol1C(s)+2H2(g)CH4(g) H73kJmol12CO(g)C(s)+CO2(g) H171kJmol1（2）天然气中的H2S杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS。一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式 。（3）天然气的一个重要用途是制取H2，其原理为：CO2(g)CH4(g)2CO (g)2H2(g)。在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1molL1的CH4与CO2，在一定条件下发生反应，测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如下图1所示，则压强P1 P2（填“大于”或“小于”）；压强为P2时，在Y点：v(正) v(逆)（填“大于”、“小于”或“等于”）。 求Y点对应温度下的该反应的平衡常数K= 。（计算结果保留两位有效数字） (4) 以二氧化钛表面覆盖CuAl2O4为催化剂，可以将CH4和CO2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图2所示。250300时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是 。为了提高该反应中CH4的转化率，可以采取的措施是 。【答案】（1）CO (g)+3H2(g)CH4(g)+ H2O(g) H203kJmol1（2）2NH4HSO22NH3H2O2S（3）小于 大于 1.6mol2/L2（4）温度超过250oC时，催化剂的催化效率降低增大反应压强或增大CO2的浓度CO2(g)CH4(g)2CO(g)2H2(g)起始浓度（mol/L） 0.1 0.1 0 0转化浓度（mol/L） 0.08 0.08 0.16 0.16平衡浓度（mol/L） 0.02 0.02 0.16 0.16平衡常数K=mol2/L2（4）250300时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是温度超过250oC时，催化剂的催化效率降低；由于催化剂的催化效率在温度超过250时会降低，因此为了提高CH4的转化率，不能一味的升高温度，而是在催化剂催化效率最大时的温度条件下，采用增大反应压强或增大CO2的浓度的方式来提高CH4的转化率。2、计算反应热典例2砷为VA族元素，金属冶炼过程产生的含砷有毒废水需处理与检测。I已知：As(s)+H2(g)+2O2(g)=H3AsO4(s) H1H2(g)+O2(g)=H2O(l) H22As(s)+O2(g) =As2O5(s) H3则反应As2O5(s) +3H2O(l)= 2H3AsO4(s)的H =_。II.冶炼废水中砷元素主要以亚砷酸(H3AsO3)形式存在，可用化学沉降法处理酸性高浓度含砷废水，其工艺流程如下： 已知：As2S3与过量的S2-存在以下反应：As2S3(s)+3S2-(aq) 2AsS33-(aq)；亚砷酸盐的溶解性大于相应砷酸盐。（1）亚砷酸中砷元素的化合价为_；砷酸的第一步电离方程式为_。（2）“一级沉砷”中FeSO4的作用是_； “二级沉砷”中H2O2与含砷物质反应的化学方程式为_。III.去除水体中的砷，将As()转化为As()，也可选用NaClO实现该转化。研究NaClO投加量对As()氧化率的影响得到如下结果： 已知：投料前水样pH5.81，0.1mol/LNaClO溶液pH10.5，溶液中起氧化作用的物质是次氯酸。产生此结果的原因是_。【答案】 2H1-3H2-H3 +3 H3AsO4H+H2AsO4- 沉淀过量的S2-，使As2O3(a)+3S2-(aq)2AsS32-(aq) 平衡左移，提高沉砷效果。 H3AsO3+H2O2=H3AsO4+H2O 起氧化作用的物质是次氯酸，NaClO溶液为碱性，当加入量大时，溶液碱性增强，NaClO溶液浓度增大，水解程度降低，次氯酸不易生成，所以As()氧化率降低(2)“一级沉砷”中FeSO4的作用是除去过量的硫离子，As2S3+3S2-2AsS32-使平衡逆向进行，提高沉砷效果，“二级沉砷”中H2 O2与含砷物质发生氧化还原反应，氧化亚砷酸为砷酸；，反应的化学方程式为：H2AsO3+H2O2=H3AsO4+H2O，故答案为：沉淀过量的硫离子，使As2S3+3S2-2AsS32-使平衡逆向进行，提高沉砷效果；H2AsO3+H2O2=H3AsO4+H2O；III.投料前水样pH=5.81，0.1mol/LNaClO溶液pH=10.5，溶液中起氧化作用的物质是次氯酸产生此结果的原因是：起氧化作用的物质是次氯酸，NaClO溶液为碱性，当加入量大时，溶液碱性增强，NaClO溶液浓度增大，水解程度降低，次氯酸不易生成，所以As()氧化率降低，故答案为：起氧化作用的物质是次氯酸，NaClO溶液为碱性，当加入量大时，溶液碱性增强，NaClO溶液浓度增大，水解程度降低，次氯酸不易生成，所以As()氧化率降低。3、计算共价键键能典例3氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。 （1）上图是N2(g)和H2(g)反应生成1 mol NH3(g)过程中能量变化示意图，请写出N2和H2反应的热化学方程式：_。（2）已知化学键键能是形成或拆开1 mol化学键放出或吸收的能量，单位kJ/mol。若已知下列（右表）数据，试根据表中及图中数据计算NH的键能_kJ/mol。化学键HHNN键能/kJ/mol435943 （3）用NH3催化还原NOx还可以消除氮氧化物的污染。例如：4NH3(g)3O2(g)=2N2(g)6H2O(g) ; H1a kJ/mol N2(g)O2(g)=2NO(g) ; H2b kJ/mol 若1 mol NH3还原NO至N2，则反应过程中的反应热H3_ kJ/mol(用含a、b的式子表示)。（4）已知下列各组热化学方程式Fe2O3(s)3CO(g) =2Fe(s)3CO2(g) ; H125 kJ/mol3Fe2O3(s)CO(g)= 2Fe3O4(s)CO2(g) ; H247 kJ/molFe3O4(s)CO(g) =3FeO(s)CO2(g) ;H3640 kJ/mol请写出FeO(s)被CO(g)还原成Fe和CO2(g)的热化学方程式_。【答案】 N2(g)3H2(g)2NH3(g); H92 kJ/mol( 390 FeO(s)CO(g) =Fe(s)CO2(g);H218 kJ/mol【解析】本题主要考查热化学方程式。（1）N2和H2反应的热化学方程式：N2(g)3H2(g)2NH3(g); H92 kJ/mol。