2019-2020年高考化学二轮复习热考大题专攻练五平衡理论与应用.doc

2019-2020年高考化学二轮复习热考大题专攻练五平衡理论与应用可能用到的相对原子质量:H-1C-12N-14O-16Na-23Mg-24Al-27Si-28S-32Cl-35.5Fe-56Cu-64As-75I-1271.(14分)利用氨水吸收烟气中的二氧化硫,其相关反应的主要热化学方程式如下:SO2(g)+NH3H2O(aq)NH4HSO3(aq) H1=akJmol-1NH3H2O(aq)+NH4HSO3(aq)(NH4)2SO3(aq)+H2O(l)H2=bkJmol-12(NH4)2SO3(aq)+O2(g)2(NH4)2SO4(aq)H3=ckJmol-1(1)反应2SO2(g)+4NH3H2O(aq)+O2(g)2(NH4)2SO4(aq)+2H2O(l)的H=_kJmol-1。(2)用空气氧化(NH4)2SO3的速率随温度的变化如右图所示,当温度超过60时,(NH4)2SO3氧化速率下降的原因可能是_。(3)以磷石膏废渣和碳酸铵为原料制备硫酸铵,不仅解决了环境问题,还使硫资源获得二次利用。反应的离子方程式为CaSO4(s)+C(aq)S(aq)+CaCO3(s),该反应的平衡常数K=_。已知Ksp(CaCO3)=2.910-9,Ksp(CaSO4)=9.110-6(4)(NH4)2SO4在工农业生产中有多种用途。将黄铜精矿(主要成分Cu2S)与硫酸铵混合后在空气中进行焙烧,可转化为硫酸铜同时产生氨气。该反应的化学方程式为_。研究硫酸铵的分解机理有利于对磷石膏的开发。在500下硫酸铵分解过程中得到4种产物,其含氮物质随时间变化关系如图甲所示。写出该条件下硫酸铵分解的化学方程式,并用单线桥标出电子转移的方向及数目:_。(NH4)2SO4是工业制备K2SO4的重要原料。根据图乙中相关物质的溶解度曲线,简述工业上制备K2SO4晶体的设计思路:_。【解析】(1)根据盖斯定律分析,将反应标记为、,则2+2+即可得热化学方程式为2SO2(g)+4NH3H2O(aq)+O2(g)2(NH4)2SO4(aq)+2H2O(l)的H=(2a+2b+c)kJmol-1。(2)因为温度过高(NH4)2SO3会分解,浓度减小,所以反应速率降低。(3)该反应的平衡常数K=3 138。(4)黄铜精矿与硫酸铵在氧气存在的条件下反应生成硫酸铜和氨气和水,反应方程式为2Cu2S+2(NH4)2SO4+5O24CuSO4+4NH3+2H2O。从图分析,硫酸铵分解生成的氮气和氨气的比例为14,根据化合价分析,氮元素化合价升高,所以有硫元素化合价降低,产生二氧化硫,所以氮气和二氧化硫的比例为13,根据原子守恒配平,反应方程式为3(NH4)2SO4N2+4NH3+3SO2+6H2O,在反应中氮原子失去电子,硫原子得到电子,转移6个电子。通过图象分析,NH4Cl的溶解度在80以上比较大,所以先配制较高温度的溶液,利用氯化钾和硫酸钾的溶解度随温度变化不大,进行结晶操作,故操作为配制较高温度(80100)下的硫酸铵、氯化钾饱和混合溶液,冷却结晶,过滤、洗涤。答案:(1)(2a+2b+c)(2)温度过高(NH4)2SO3会分解,浓度减小(或温度升高氧气在溶液中溶解度降低)(3)3138(4)2Cu2S+2(NH4)2SO4+5O24CuSO4+4NH3+2H2O配制较高温度(80100)下的硫酸铵、氯化钾饱和混合溶液,冷却结晶,过滤、洗涤2.(14分)一种煤炭脱硫技术可以把硫元素以CaSO4的形式固定下来,可以减少SO2的排放,但产生的CO又会与CaSO4发生化学反应,从而降低脱硫效率。相关的热化学方程式如下:CaSO4(s)+CO(g)CaO(s)+SO2(g)+CO2(g)H1=+210.5 kJmol-1CaSO4(s)+CO(g)CaS(s)+CO2(g)H2=-47.3 kJmol-1请回答下列问题:(1)反应CaO(s)+3CO(g)+SO2(g)CaS(s)+3CO2(g)H3=_kJmol-1;平衡时增大压强,此反应_(“正向”“逆向”或“不”)移动。(2)已知298 K时,Ksp(CaCO3)=m10-p,Ksp(CaSO4)=n10-q。则反应:CaCO3(s)+S(aq)CaSO4(s)+C(aq)的平衡常数数值表示式为_(用含m、n、p、q的式子表示)。(3)用碘量法可测定排放烟气中二氧化硫的含量,请写出碘溶液与二氧化硫发生氧化还原反应的离子方程式_;(4)反应的平衡常数的对数lgK随反应T的变化曲线见图,其中曲线代表_反应,P为两曲线交点,则在该温度下两反应均达平衡时,体系中c(SO2)=_molL-1,从减少二氧化硫排放的角度来考虑,本体系适宜的反应条件是_。A.低温低压B.低温高压C.高温高压D.高温低压【解析】(1)由盖斯定律可知,反应CaO(s)+3CO(g)+SO2(g)CaS(s)+3CO2(g)H3=-H1+4H2=-399.7 kJmol-1,增大压强,平衡向气体物质的量减小的方向移动,则应向正反应方向移动。(2)CaCO3(s)+S(aq)CaSO4(s)+C(aq)的平衡常数数值表达式为=10q-p。(3)碘与二氧化硫发生氧化还原反应的方程式为I2+SO2+2H2OS+2I-+4H+。(4)由图象可知,曲线中,随着温度升高,lgK值减小,即K减小,则反应为放热反应,故曲线代表的应为反应。反应的平衡常数K1=,反应的平衡常数K2=,当P点时,曲线与曲线的平衡常数相同,则=,所以c(SO2)=1 molL-1;SO2的排放只与反应有关,减小二氧化硫的排放,低温高压更有利于中平衡逆向移动。答案:(1)-399.7正向(2)10q-p(3)I2+SO2+2H2OS+2I-+4H+(4)1B3.(14分)发射航天火箭常用肼(N2H4)与N2O4作燃料与助燃剂。(1)肼易溶于水,性质与氨相似,用电离方程式表示肼的水溶液显碱性的原因_。(2)肼(N2H4)与N2O4的反应为2 N2H4(l)+N2O4(g)3N2(g)+4H2O(g)H=-1 077 kJmol-1已知反应相关的化学键键能数据如下:化学键NHNNNNOHE/(kJmol-1)390190946460则使1 mol N2O4(g)分子中化学键完全断裂时需要吸收的能量是_。(3)N2O4与NO2之间存在反应N2O4(g)2NO2(g)。将一定量的N2O4放入恒容密闭容器中,测得其平衡转化率(N2O4)随温度变化如图所示。由图推测该反应H_0(填“”或“0。反应正向是气体系数增大的反应,故可以减小体系压强使N2O4的转化率增大。设平衡时N2O4的转化率为,假设开始加入的N2O4为1 molL-1。则N2O4(g)2NO2(g)开始(molL-1):10转化(molL-1):2平衡(molL-1):1-2因此=p0(N2O4)=108 kPa=115 kPa。根据题意:v(N2O4)=k1p(N2O4),v(NO2)=k2p2(NO2),Kp=,故=平衡时NO2的消耗速率为N2O4消耗速率的2倍,则=2,故k1=k2Kp。因为满足平衡条件v(NO2)(消耗)=2v(N2O4)(消耗),故B点与D点是平衡状态的点。答案:(1)N2H4H2ON2+OH-(或N2H4+H2ON2+OH-)(2)1 941 kJ(3)温度升高,(N2O4)增加,说明平衡右移,该反应为吸热反应,H0减小体系压强(或移出NO2等)=p0(N2O4)=108 kPa=115 kPak2KpB点与D点满足平衡条件v(NO2)(消耗)=2v(N2O4)(消耗)【加固训练】火力发电厂释放出大量的氮氧化物(NOx)、二氧化硫和二氧化碳等气体会对环境造成严重影响。对燃煤废气进行脱硝、脱硫和脱碳等处理,可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的。(1)脱硝。利用甲烷催化还原NOx:CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)H1=-574 kJmol-1CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)H2=-1 160 kJmol-1则甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为_。(2)脱碳。将CO2转化为甲醇的热化学方程式为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H3取五份等体积的CO2和H2的混合气体(物质的量之比均为13),分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生上述反应,反应相同时间后,测得甲醇的体积分数(CH3OH)与反应温度T的关系曲线如上图所示,则上述CO2转化为甲醇的反应热H3_0(填“”“”或“=”),该反应的平衡常数表达式为_。在一恒温恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2,进行上述反应。测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示,试回答:010 min内,氢气的平均反应速率为_molL-1min-1。第10 min后,若向该容器中再充入1 mol CO2和3 mol H2,则再次达到平衡时CH3OH(g)的体积分数_(填“变大”“减少”或“不变”)。(3)脱硫。有学者想利用如下图所示装置用原电池原理将SO2转化为重要的化工原料。A、B是惰性电极,A极的电极反应式为_。某种脱硫工艺中将废气处理后,与一定量的氨气、空气反应,生成硫酸铵和硝酸铵的混合物,可作为化肥。常温下,将NH4NO3溶解于水中,为了使该溶液中的N和N离子的物质的量浓度之比等于11,可以采取的正确措施为()A.加入适量的硝酸,抑制N的水解B.加入适量的氨水,使溶液的pH=7C.加入适量的NaOH溶液,使溶液的pH=7D.加入适量的NH4NO3【解析】(1)根据盖斯定律分析,(+)/2即可得热化学方程式为CH4(g)+2NO2(g)CO2(g)+2H2O(g)+N2(g)H=-867 kJmol-1。(2)由图分析,最高点为平衡点,到平衡后,温度越高,甲醇的体积分数越小,说明平衡逆向移动,则正反应为放热反应。化学平衡常数K=。由图可知,10 min时,反应已经到平衡,二氧化碳的浓度改变量为1.00 molL-1-0.25 molL-1=0.75 molL-1,所以10 min内,v(CO2)=0.075 molL-1min-1,v(H2)=3v(CO2)=0.225 molL-1min-1。第10 min后,向该容器中再充入1 mol CO2和3 mol H2,等效为增大压强,平衡向正反应方向移动,甲醇的体积分数变大。(3)该电池中,负极失去电子被氧化,所以负极上投放的是二氧化硫,二氧化硫失去电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子,电极反应为SO2-2e-+2H2O S+4H+。在硝酸铵溶液中因为铵根离子水解,所以N和N离子的物质的量浓度之比不是11,要是铵根离子和硝酸根离子的物质的量的浓度比为11,则使水解平衡逆向移动。加入适量的硝酸,抑制铵根离子水解,但引入硝酸根离子,所以A错误;加入适量的氨水,使溶液显中性,根据电荷守恒,铵根离子浓度等于硝酸根离子浓度,B正确;加入适量的氢氧化钠,铵根离子和氢氧根反应生成一水合氨,C错误;加入适量的硝酸铵,溶液仍为酸性,铵根离子和硝酸的浓度仍不相等,D错误。答案:(1)CH4(g)+2NO2(g)CO2(g)+2H2O(g)+N2(g)H=-867 kJmol-1(2)p2)。(5)科学家常用量热剂来直接测定某一反应的反应热,现测得:CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2O(g)H=-192.9 kJmol-1,又知H2O(l)H2O(g)H=+44 kJmol-1,请写出32 g的CH3OH(g)完全燃烧生成液态水的热化学方程式_。【解析】(1)由图可知,曲线b降低了反应所需的活化能,则b使用了催化剂,该反应中反应物的总能量大于生成物的总能量,则该反应为放热反应。(2)图中起始时CO的浓度是1.00 molL-1,容器体积为2 L,则起始充入的CO为2 mol,A错误;增加CO浓度,会促进氢气的转化,氢气的转化率增大,但CO的转化率减小,故B错误;该反应为反应前后气体系数不等的反应,则压强不变时,该反应达到平衡状态,故C正确;再充入1 mol CO和2 mol H2,体积不变,则相当于增大压强,平衡正向移动,再次达到平衡时n(CH3OH)/n(CO)会增大,故D正确。(3)由图2可知,反应中减小的CO的浓度为1.00 molL-1-0.25 molL-1=0.75 molL-1,10 min时达到平衡,则用CO表示的化学反应速率为=0.075 molL-1min-1,则v(H2)=0.075 molL-1min-12=0.15 molL-1min-1。CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)开始(molL-1)1 2 0转化(molL-1)0.75 1.5 0.75平衡(molL-1)0.25 0.5 0.75则化学平衡常数K=12。向平衡体系中再充入0.5 mol CO、1 mol H2、1.5 mol CH3OH,则Q=3K,反应进行的方向为正反应方向。(4)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H0,升高温度,平衡逆向移动,甲醇的含量降低,增大压强,平衡正向移动,甲醇含量升高,因此图象为(5)根据盖斯定律甲醇完全燃烧生成液态水的热化学方程式CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2 H2O(l)H=-280.9 kJmol-1。答案:(1)b放热(2)A、B(3)0.15 molL-1min-112正反应方向(4)(5)CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H=-280.9 kJmol-1【方法规律】化学图象解题步骤步骤1:究原。根据题目所给信息和图象信息,提取“起点”“拐点”“终点”的纵、横坐标数据,结合相关的化学反应原理,写出可能发生反应的化学方程式或离子方程式。步骤2:整合。在解答这类题目时要注意认真观察、仔细分析图象,准确理解题意,弄清图象题中与曲线或直线变化有关的量,根据图象中给定的量变关系,在识图、究原的基础上,进一步将图象信息与反应原理结合起来,提取相关数据,找准切入点,进行推理、判断。