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题型强化二化学反应原理,2,1,1.(201811浙江选考,30)(一)合成氨工艺(流程如图1所示)是人工固氮最重要的途径。2018年是合成氨工业先驱哈伯(FHaber)获得诺贝尔奖100周年。,其中,N2的吸附分解反应活化能高、速率慢,决定了合成氨的整体反应速率。,2,1,2,1,请回答: (1)利于提高合成氨平衡产率的条件有。 A.低温B.高温C.低压D.高压E.催化剂 N2和H2起始物质的量之比为13,反应在恒定温度和标准压强下进行,NH3的平衡产率为,则K=(用含的最简式表示)。,2,1,下图中可以示意标准平衡常数K随温度T变化趋势的是。,2,1,(3)实际生产中常用工艺条件:Fe作催化剂,控制温度773 K,压强3.0107 Pa,原料气中N2和H2物质的量之比为12.8。 分析说明原料气中N2过量的理由:。 关于合成氨工艺的下列理解,正确的是。 A.合成氨反应在不同温度下的H和S都小于零 B.控制温度(773 K)远高于室温,是为了保证尽可能高的平衡转化率和较大的反应速率 C.当温度、压强一定时,在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体,有利于提高平衡转化率 D.基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化,不断将液氨移去,利于反应正向进行 E.分离空气可得N2,通过天然气和水蒸气转化可得H2,原料气须经过净化处理,以防止催化剂中毒和安全事故发生,2,1,(二)高铁酸钾(K2FeO4)可用作水处理剂。某同学通过“化学电解法”探究K2FeO4的合成,其原理如图2所示。接通电源,调节电压,将一定量Cl2通入KOH溶液,然后滴入含Fe3+的溶液,控制温度,可制得K2FeO4。,2,1,2,1,2,1,2,1,2.(20184浙江选考,30)(一)以四甲基氯化铵(CH3)4NCl水溶液为原料,通过电解法可以制备四甲基氢氧化铵(CH3)4NOH,装置如图1所示。 (1)收集到(CH3)4NOH的区域是(填“a”“b”“c”或“d”)。 (2)写出电解总反应:。,2,1,(二)乙酸乙酯一般通过乙酸和乙醇酯化合成: 已知纯物质和相关恒沸混合物的常压沸点如下表:,2,1,请完成: (1)关于该反应,下列说法不合理的是。 A.反应体系中浓硫酸有催化作用 B.因为化学方程式前后物质的化学计量数之和相等,所以反应的S等于零 C.因为反应的H接近于零,所以温度变化对平衡转化率的影响大 D.因为反应前后都是液态物质,所以压强变化对化学平衡的影响可忽略不计,2,1,(2)一定温度下该反应的平衡常数K=4.0。若按化学方程式中乙酸和乙醇的化学计量数比例投料,则乙酸乙酯的平衡产率y=;若乙酸和乙醇的物质的量之比为n1,相应平衡体系中乙酸乙酯的物质的量分数为x,请在图2中绘制x随n变化的示意图(计算时不计副反应)。,(3)工业上多采用乙酸过量的方法,将合成塔中乙酸、乙醇和硫酸混合液加热至110 左右发生酯化反应并回流,直到塔顶温度达到7071 ,开始从塔顶出料。控制乙酸过量的作用有。,2,1,(4)近年,科学家研究了乙醇催化合成乙酸乙酯的新方法:2C2H5OH(g) CH3COOC2H5(g)+2H2(g) 在常压下反应,冷凝收集,测得常温下液态收集物中主要产物的质量分数如图3所示。关于该方法,下列推测合理的是。,2,1,A.反应温度不宜超过300 B.增大体系压强,有利于提高乙醇平衡转化率 C.在催化剂作用下,乙醛是反应历程中的中间产物 D.提高催化剂的活性和选择性,减少乙醚、乙烯等副产物是工艺的关键,2,1,2,1,2,1,CH3COOH(l)+C2H5OH(l) CH3COOC2H5(l)+H2O(l) 起始量/mol 1100 改变量/mol aaaa 平衡量/mol 1-a1-aaa ,所以乙酸乙酯的平衡产率为66.7%。乙酸与乙醇按照化学计量数比例投料时,平衡体系中乙酸乙酯的物质的量分数达到最大值,所以n=1时,乙酸乙酯的物质的量分数在最高点 两边减小,由此可得图像。(3)根据可逆反应的平衡移动规律,乙酸过量可以提高乙醇转化率;减小恒沸混合物中乙醇的含量。,2,1,(4)根据乙醇催化合成乙酸乙酯的新方法和图像,可知反应温度不宜超过300 ,A项合理;增大体系压强,平衡逆向移动,故不利于提高乙醇平衡转化率,B项不合理;由图像可知,乙醛的质量分数在275 之后逐渐减小,乙酸乙酯的质量分数逐渐增大,所以乙醛是反应历程中的中间产物,C项合理;有机反应中副反应较多,提高催化剂的活性和选择性,减少乙醚、乙烯等副产物,有利于反应的发生,D项合理。故选ACD。,考试方向,知能储备,考试方向,知能储备,考试方向,知能储备,化学反应原理 1.化学反应中的热效应 (1)构建知识网络:,考试方向,知能储备,(2)热化学方程式的书写: 正确书写化学方程式; 标注物质状态(s、l、g、aq)、反应温度和压强(25 、101 kPa时不标注); 写H(“+”或“-”、数值及单位)。 检查。 化学计量数只表示物质的量,可以是分数;检查每种物质的状态是否标注正确;检查H(吸热为“+”、放热为“-”,单位“kJmol-1”)书写是否规范。,考试方向,知能储备,(3)反应热与键能:,H=E1-E2(反应物的键能总和减去生成物的键能总和),利用键能计算反应热,要正确判断物质中化学键的数目; H=E4-E3(生成物具有的总能量减去反应物具有的总能量)。,考试方向,知能储备,(4)标准燃烧热与中和热: 标准燃烧热:在101 kPa时,1 mol物质完全燃烧的反应热。注意: 标准燃烧热是以1 mol物质完全燃烧为标准的; 燃烧产物必须是稳定的物质,如碳元素转化为CO2(g)、氢元素转化为H2O(l)、氮元素转化为N2(g)等; 要特别注意区分标准燃烧热与热值概念的差异:热值是指1 g物质完全燃烧所放出的热量。 中和热:在稀溶液中,强酸跟强碱发生中和反应生成1 mol H2O(l)时的反应热。,考试方向,知能储备,注意: 中和热是以生成1 mol H2O(l)为标准的; 以稀溶液中的中和反应为基础; 文献资料中中和热的热化学方程式一般为: 因此,弱酸、弱碱、浓溶液等不适用于该热化学方程式。,考试方向,知能储备,(5)盖斯定律: 盖斯定律:一定条件下,一个化学反应不论是一步完成,还是分几步完成,其总的热效应是完全相同的。 盖斯定律内涵:一个化学反应的H只与反应的起始状态和反应的最终状态有关,而与反应的途径无关。 盖斯定律的价值是计算化学反应的反应热,写出新反应的热化学方程式。 计算技巧:以目标热化学方程式为基准,可将热化学方程式等号左右互换,H变成相反数,单位不变;可将热化学方程式乘以或除以某个数,反应热也要进行相应地变化;可将热化学方程式相加或相减,反应热也进行相应地加或减。,考试方向,知能储备,2.原电池和电解池,考试方向,知能储备,考试方向,知能储备,注意:电镀池是利用了电解的原理,镀层金属作阳极,待镀制品(镀件)作阴极。,考试方向,知能储备,3.化学反应速率与化学平衡 (1)构建知识网络:,化学反应速率与化学平衡,考试方向,知能储备,化学反应速率与化学平衡,考试方向,知能储备,(2)化学反应速率: 同一反应在同一时间内,用不同物质表示的反应速率数值可能不同,但其数值之比等于相应物质在化学方程式中的化学计量数之比。 注意:比较反应速率的大小,首先看单位是否相同,然后转化成同一物质表示的速率,再进行比较。,考试方向,知能储备,解释化学反应速率的两个理论。 过渡态理论:反应物转化为生成物的过程需经过能量较高的过渡状态。,过渡状态的平均能量与反应物平均能量的差为反应的活化能。 E1为正反应的活化能,E2为逆反应的活化能。 碰撞理论:反应速率的大小与单位时间内反应物分子间的有效碰撞次数成正比。 能发生反应的碰撞为有效碰撞,发生有效碰撞的前提条件:一是需要活化分子;二是分子在一定方向上发生碰撞。,考试方向,知能储备,影响化学反应速率的因素:内因是反应物本身的性质,而浓度、温度、压强、催化剂等是影响化学反应速率的外因。 (3)H、S与反应的方向: H0,反应一定自发; H0、S0,反应高温自发; H0、S0,反应一定不自发。 (4)化学平衡: 化学平衡常数:,考试方向,知能储备,注意: 表达式中的浓度均为平衡浓度; K值越大,正反应进行的程度越大; K只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。 借助化学平衡常数可以判断化学平衡移动的方向: 反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)的化学平衡常数为K: 某时刻该反应的浓度商Q= (表达式中的浓度为任意时刻的浓度) Q=K,反应处于化学平衡状态; QK,v(正)v(逆)。,考试方向,知能储备,(5)化学平衡移动与勒夏特列原理: 勒夏特列原理:改变影响化学平衡的一个因素,平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。 注意: “改变影响化学平衡的一个因素”不能理解为“改变一个条件”,因为改变的一定是能够“影响化学平衡的条件”。如:压强改变对气体物质的量不变的可逆反应的平衡无影响;催化剂不影响化学平衡等。 “平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动”不能理解为“抵消这种改变”。,考试方向,知能储备,4.溶液中的离子反应 (1)构建知识网络:,考试方向,知能储备,(2)弱电解质的电离:,注意:多元弱酸的电离方程式,可以只写第一步,也可以多步都写,但不能合并书写。 电离平衡常数: 意义:弱酸、弱碱的电离平衡常数能够反映弱酸、弱碱的相对强弱,电离平衡常数越大,电离程度越大。 特别注意:多元弱酸的电离以第一步为主,各级电离平衡常数差距较大;电离平衡常数与其他化学平衡常数一样,只与温度有关;由于电离是吸热过程,因此升高温度,K值增大。,考试方向,知能储备,电离度:,注意:升高溶液温度,弱电解质的电离度增大;浓度越小,电离度越大。 电离平衡的移动,可以根据化学平衡移动原理进行分析。,考试方向,知能储备,(3)盐类水解: 盐类水解的实质是弱酸的酸根离子或弱碱的阳离子结合水电离出的H+或OH-,使水的电离平衡正向移动。 盐类水解的影响因素:温度、浓度等,可以根据化学平衡移动原理进行分析。 盐类水解的规律:有弱才水解,无弱不水解,越弱越水解,谁强显谁性。 (4)溶液的酸碱性: 溶液的酸碱性取决于溶液中c(H+)和c(OH-)的相对大小: 当c(H+)c(OH-),溶液呈酸性,pH7(常温)。 pH计算公式:pH=-lg c(H+)。,考试方向,知能储备,5.识图与作图 化学反应速率与化学平衡的图像分析: (1)理清题目中的一些基础信息,如看清反应物和产物的状态(固态、液态、气态还是在溶液中)。 (2)结合题目信息分析图像。 特别关注:横坐标和纵坐标对应的物理量;曲线的走势;关键点(起点、拐点和终点)的数据和含义;多条曲线存在时的比较(选取相同横坐标比较相应的纵坐标或选取相同纵坐标比较相应的横坐标)。 (3)结合化学反应速率的有关规律和平衡移动原理,根据图像得出结论或作图。,注意作图题一定要留心纵坐标是物质的量还是物质的量浓度。,该题涉及反应热、化学反应速率、燃料电池、电解原理、化学平衡、弱电解质电离平衡、盐类水解平衡和溶液酸碱性的题型,要求考生能够运用化学反应速率及化学平衡原理来解决相关问题;要求考生对盖斯定律等规律能够灵活运用。考生备考时不可偏信热点,在掌握重点知识和规律的基础上,提高灵活分析、解决问题的能力。 (1)化学反应原理类试题尽管设问较多,考查内容较多,但不会出现偏、怪、难的问题,因此要充满信心,分析时要冷静,不能急于求成。,(2)这类试题考查的内容很基础,陌生度也不大,所以复习时一定要重视盖斯定律的应用与热化学方程式的书写技巧及注意事项;有关各类平衡移动的判断、平衡常数表达式的书写及相关计算;影响反应速率的因素及有关计算;电化学中电极的判断、离子移动方向、离子放电先后顺序、电极反应式的书写及有关利用电子守恒的计算;电离程度、水解程度的强弱判断及离子浓度大小比较技巧等基础知识,都是平时复习应特别注意的重点。 (3)理解这些原理或实质时,可以借用图表来直观理解,同时也有利于提高自己分析图表的能力与技巧。 (4)总结思维的技巧和方法,答题时注意规范细致。该类题的问题设计一般没有递进性,答题时可跳跃式解答,但千万不能放弃。,【典例1】 (2018金华十校模拟)硫化氢是一种有臭鸡蛋气味的剧毒气体,在生产、生活及科研中均有重要应用。 (1)工业上采用高温热分解H2S的方法制取H2,在膜反应器中分离出H2,发生的反应为 则H=(用含H1、H2的式子表示)。,(2)在容积2 L的恒容密闭容器中,控制不同温度进行H2S的分解:2H2S(g) 2H2(g)+S2(g)。H2S的起始物质的量均为1 mol,实验过程中测得H2S的转化率如图1所示。曲线a表示H2S的平衡转化率与温度的关系,曲线b表示不同温度下反应经过相同时间时H2S的转化率。,反应2H2S (g) 2H2(g)+S2(g)是放热反应还是吸热反应?判断并说理由:。 随着H2S分解温度的升高,曲线b向曲线a逐渐靠近,其原因是。 在985 时,该反应经过5 s达到平衡,则该反应的平衡常数为。在图2中画出985 时,06 s体系中S2(g)浓度随时间的变化曲线。,(3)工业上常用NaOH溶液吸收H2S废气,吸收后对所得溶液进行电解(装置如图3所示),在阳极区可生成 的电极反应式:。,解析(1)由盖斯定律知,2+得2H2S(g) 2H2(g)+S2(g),则H=2H1+H2。(2)根据图像,随着温度的升高,H2S的转化率增大,根据勒夏特列原理,正反应为吸热反应;温度升高,化学反应速率增大,达到平衡所用时间缩短;列三段式如下:,答案(1)2H1+H2 (2)吸热反应;H2S的平衡转化率随温度的升高而逐渐增大温度升高,反应速率增大,达到平衡所需时间缩短0.044,【典例2】 研究NOx、CO2的吸收利用对促进低碳社会的构建和环境保护具有重要意义。 求25 、101 kPa下,2 mol CH3OH(l)完全燃烧的H=(用含H1、H2、H3的式子表示)。 (2)向1 L密闭容器中加入2 mol CO2、6 mol H2,在适当的催化剂作用下,发生反应: 已知反应的H20,则此反应自发进行的条件是(填“低温”“高温”或“任意温度”)。,在T 下,CO2气体的浓度随时间t变化如下图所示,则此温度下反应的平衡常数K=(用分数表示)。在t2时将容器容积缩小为原体积的一半,t3时再次达到平衡,请画出t2之后CO2气体的浓度随时间变化的曲线。,(3)用NH3催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。如下图,采用NH3作还原剂,烟气以一定的流速通过两种不同催化剂,测量逸出气体中氮氧化物的含量,从而确定烟气脱氮率 (注:脱氮率即氮氧化物的转化率),反应原理为 NO(g)+NO2(g)+2NH3(g) 2N2(g)+3H2O(g)。 以下说法正确的是(填字母)。 A.使用第种催化剂更有利于提高NOx的平衡转化率 B.催化剂分别适合于250 和450 左右脱氮 C.相同条件下,改变压强对脱氮率没有影响 D.烟气通过催化剂的流速越快,脱氮效果会越好 (4)用电解法处理NOx是消除氮氧化物污染的新方法,其原理是将NOx在电解池中分解成无污染的N2和O2,电解质是固体氧化物陶瓷(内含O2-,可定向移动),阴极的电极反应式是。,(3)使用第种催化剂时的反应温度与使用第种催化剂时不同,不能说明使用第种催化剂更有利于提高NOx的平衡转化率,故A错误;由图像可知两种催化剂脱氮率最高时的温度分别是250 和450 左右,催化剂分别适合于250 和450 左右脱氮,故B正确;脱氮反应是气体体积增大的反应,相同条件下,改变压强对脱氮率有影响,故C错误;烟气通过催化剂的流速越快,烟气与催化剂接触时间短,脱氮效果会越差,故D错误。 (4)阴极得电子,阴极的电极反应式是2NOx+4xe- N2+2xO2-。,对点训练 1.氮是一种重要的化学元素,与氮有关的重要物质有氨、联氨、尿素、丙烯腈、己二腈等,回答下列问题:,(2)丙烯腈( )是一种重要的化工原料,工业上以氨、丙烯、氧气为原料,在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)的热化学方程式如下: 对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数(记作Kp),则上述反应的Kp=。该反应能自发,其原因是。,(3)图(b)为在相同压强下,经过相同反应时间测得的丙烯腈产率与反应温度的关系曲线,最高产率对应温度为460 ,则高于460 时,丙烯腈的产率降低,可能的原因是:有副反应发生, 。 (4)恒容时,若按丙烯、氨、空气的体积比117.5投料,有利于提高C3H6转化为C3H3N平衡转化率的措施有(填字母)。 A.使用催化剂 B.投料比不变,增加反应物的浓度 C.降低反应温度 D.将产物液化,及时移走产物 (5)己二腈是一种重要的化工原料,是制造尼龙的中间体。工业上通过电解丙烯腈( )制己二腈,H3PO4-K3PO4等作为电解质溶液,控制pH在8.59.0范围内。写出该电解反应的总化学方程式:。,答案 (1)2a+3b+4c (2) 该反应放出大量的热且体系的混乱度增大 (3)反应未达到平衡,但催化剂活性随温度升高而降低460 后反应达到平衡,升高温度,平衡向逆反应方向移动 (4)CD,2.氯化铵、甲醇、氧化铝都是重要化合物。 反应在条件下能自发反应(填“较高温度”“较低温度”或“任何温度”),理由是。 图1是反应使用三种不同催化剂时得到的CH3Cl的产率与温度关系的变化图。,已知:催化剂用量、催化剂粒数、 的值、甲醇进料速度、反应时间等测试条件都相同。,图1,图2,图1中a曲线CH3Cl产率先增大后减小的原因是。请在图2中画出其他条件都相同时,在370 下使用三种不同催化剂至反应平衡时,CH3Cl的产率与时间关系的变化曲线,并用a、b、c标出对应的曲线。,(2)25 时,在某浓度的NH4Cl溶液中滴加一定量的氨水至溶液呈中性,此时测得溶液中c(Cl-)=0.36 molL-1,则混合溶液中c(NH3H2O)= molL-1。(25 时,NH3H2O的Kb=1.810-5) (3)多孔Al2O3薄膜可作为催化剂载体、模板合成纳米材料等用途。现以高纯铝片作为阳极,不锈钢作为阴极,一定浓度的磷酸溶液作为电解质溶液进行电解,即可初步制取多孔Al2O3膜。请写出该制取过程的阳极电极反应式:。,答案 (1)较高温度根据盖斯定律+得反应的H=132 kJmol-1,则反应的S0,H0,反应在高温下自发温度越高反应速率越大,因此随着温度升高,CH3Cl的产率逐渐增大;410 之后,随着温度升高,催化剂活性降低,反应速率减小,因此CH3Cl的产率逐渐减小,解析 (1)反应的焓变H=+163.9 kJmol-1+(-31.9 kJmol-1)=+132 kJmol-1,H0;反应属于熵增大的反应,S0,故反应在较高温度下能自发进行;催化剂只是增大化学反应速率,对化学平衡不影响,故在370 下使用三种不同催化剂至反应平衡时,CH3Cl的产率相同,由图1可知,370 条件下,三种催化剂反应速率由大到小的顺,
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