2019高考化學(xué) 難點剖析 專題38 化學(xué)平衡計算講解.doc
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專題38 化學(xué)平衡計算 一、高考題再現(xiàn) 1．（2018課標(biāo)Ⅲ）三氯氫硅（SiHCl3）是制備硅烷、多晶硅的重要原料?；卮鹣铝袉栴}： （1）SiHCl3在常溫常壓下為易揮發(fā)的無色透明液體，遇潮氣時發(fā)煙生成(HSiO)2O等，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式__________。 （2）SiHCl3在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)： 2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+ SiCl4(g) ΔH1=48 kJmol?1 3SiH2Cl2(g)SiH4(g)+2SiHCl3 (g) ΔH2=?30 kJmol?1 則反應(yīng)4SiHCl3(g)SiH4(g)+ 3SiCl4(g)的ΔH=__________ kJmol?1。 （3）對于反應(yīng)2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)，采用大孔弱堿性陰離子交換樹脂催化劑，在323 K和343 K時SiHCl3的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的結(jié)果如圖所示。 ①343 K時反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率α=_________%。平衡常數(shù)K343 K=__________（保留2位小數(shù)）。 ②在343 K下：要提高SiHCl3轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是___________；要縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時間，可采取的措施有____________、___________。 ③比較a、b處反應(yīng)速率大小：υa________υb（填“大于”“小于”或“等于”）。反應(yīng)速率υ=υ正?υ逆 =k正xSiHCl32?k逆xSiH2Cl2xSiCl4，k正、k逆分別為正、逆向反應(yīng)速率常數(shù)，x為物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，計算a處v正v逆=__________（保留1位小數(shù)）。 【答案】 2SiHCl3+3H2O(HSiO)2O+6HCl 114 ①22 0.02 ②及時移去產(chǎn)物 改進(jìn)催化劑 提高反應(yīng)物壓強(qiáng)（濃度） ③大于 1.3 【解析】（1）根據(jù)題目表述，三氯氫硅和水蒸氣反應(yīng)得到(HSiO)2O，方程式為： 2SiHCl3+3H2O=(HSiO)2O+6HCl。 （2）將第一個方程式擴(kuò)大3倍，再與第二個方程式相加就可以得到第三個反應(yīng)的焓變，所以焓變?yōu)?83+(－30)=114kJmol-1。 ②溫度不變，提高三氯氫硅轉(zhuǎn)化率的方法可以是將產(chǎn)物從體系分離（兩邊物質(zhì)的量相等，壓強(qiáng)不影響平衡）?？s短達(dá)到平衡的時間，就是加快反應(yīng)速率，所以可以采取的措施是增大壓強(qiáng)（增大反應(yīng)物濃度）、加入更高效的催化劑（改進(jìn)催化劑）。 ③a、b兩點的轉(zhuǎn)化率相等，可以認(rèn)為各物質(zhì)的濃度對應(yīng)相等，而a點的溫度更高，所以速率更快，即Va＞Vb。根據(jù)題目表述得到，，當(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡時， ＝，所以，實際就是平衡常數(shù)K值，所以 0.02。a點時，轉(zhuǎn)化率為20%，所以計算出： 2SiHCl3 SiH2Cl2 + SiCl4 起始： 1 0 0 反應(yīng)： 0.2 0.1 0.1 （轉(zhuǎn)化率為20%） 平衡： 0.8 0.1 0.1 所以=0.8；==0.1；所以 2．（2018天津）CO2是一種廉價的碳資源，其綜合利用具有重要意義?；卮鹣铝袉栴}： （1）CO2可以被NaOH溶液捕獲。若所得溶液pH=13，CO2主要轉(zhuǎn)化為______（寫離子符號）；若所得溶液c(HCO3?)∶c(CO32?)=2∶1，溶液pH=___________。（室溫下，H2CO3的K1=410?7；K2=510?11） （2）CO2與CH4經(jīng)催化重整，制得合成氣： CH4(g)+ CO2(g) 2CO (g)+ 2H2(g) ①已知上述反應(yīng)中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下： 化學(xué)鍵 C—H C=O H—H CO(CO) 鍵能/kJmol?1 413 745 436 1075 則該反應(yīng)的ΔH=_________。分別在VL恒溫密閉容器A（恒容）、B（恒壓，容積可變）中，加入CH4和CO2各1 mol的混合氣體。兩容器中反應(yīng)達(dá)平衡后放出或吸收的熱量較多的是_______（填“A” 或“B ”）。 ②按一定體積比加入CH4和CO2，在恒壓下發(fā)生反應(yīng)，溫度對CO和H2產(chǎn)率的影響如圖3所示。此反應(yīng)優(yōu)選溫度為900℃的原因是________。 （3）O2輔助的Al～CO2電池工作原理如圖4所示。該電池電容量大，能有效利用CO2，電池反應(yīng)產(chǎn)物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。 電池的負(fù)極反應(yīng)式：________。 電池的正極反應(yīng)式：6O2+6e?6O2? 6CO2+6O2?3C2O42? 反應(yīng)過程中O2的作用是________。 該電池的總反應(yīng)式：________。 【答案】 CO32- 10 +120 kJmol-1 B 900 ℃時，合成氣產(chǎn)率已經(jīng)較高，再升高溫度產(chǎn)率增幅不大，但能耗升高，經(jīng)濟(jì)效益降低。 Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+） 催化劑 2Al+6CO2=Al2(C2O4)3 （2）①化學(xué)反應(yīng)的焓變應(yīng)該等于反應(yīng)物鍵能減去生成物的鍵能，所以焓變?yōu)?4413+2745)－ (21075+2436)= +120 kJmol-1。初始時容器A、B的壓強(qiáng)相等，A容器恒容，隨著反應(yīng)的進(jìn)行壓強(qiáng)逐漸增大（氣體物質(zhì)的量增加）；B容器恒壓，壓強(qiáng)不變；所以達(dá)平衡時壓強(qiáng)一定是A中大，B中小，此反應(yīng)壓強(qiáng)減小平衡正向移動，所以B的反應(yīng)平衡更靠右，反應(yīng)的更多，吸熱也更多。 ②根據(jù)圖3得到，900℃時反應(yīng)產(chǎn)率已經(jīng)比較高，溫度再升高，反應(yīng)產(chǎn)率的增大并不明顯，而生產(chǎn)中的能耗和成本明顯增大，經(jīng)濟(jì)效益會下降，所以選擇900℃為反應(yīng)最佳溫度。 （3）明顯電池的負(fù)極為Al，所以反應(yīng)一定是Al失電子，該電解質(zhì)為氯化鋁離子液體，所以Al失電子應(yīng)轉(zhuǎn)化為Al3+，方程式為：Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+）。根據(jù)電池的正極反應(yīng)，氧氣再第一步被消耗，又在第二步生成，所以氧氣為正極反應(yīng)的催化劑。將方程式加和得到，總反應(yīng)為：2Al+6CO2=Al2(C2O4)3。 二、考點突破 有關(guān)化學(xué)平衡的基本計算 1. 物質(zhì)濃度的變化關(guān)系 反應(yīng)物：平衡濃度＝起始濃度-轉(zhuǎn)化濃度 生成物：平衡濃度＝起始濃度+轉(zhuǎn)化濃度 其中，各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化濃度之比等于它們在化學(xué)方程式中物質(zhì)的計量數(shù)之比。 2. 反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率(α)：α＝ 100％ 3. 在密閉容器中有氣體參加的可逆反應(yīng)，在計算時經(jīng)常用到阿伏加德羅定律的兩個推論： 恒溫、恒容時： ；恒溫、恒壓時：n1/n2=V1/V2 4. 計算模式（“三段式”） 濃度(或物質(zhì)的量) aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g) 起始 m n 0 0 轉(zhuǎn)化 ax bx cx dx 平衡 m-ax n-bx cx dx A的轉(zhuǎn)化率：α(A)=（ax/m）100％ C的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)：ω(C)＝ 100％ 典例1（2019屆山西省大同市第一中學(xué)高三8月開學(xué)檢測）—定溫度下，將2molSO2和lmolO2充入10L恒容密閉容器中，發(fā)生反應(yīng) 2SO2(g) +O2(g) 2SO3(g) △H=-196 kJ?mol-1，5min時達(dá)到平衡，測得反應(yīng)放熱166.6 kJ。下列說法錯誤的是 A． 0?5 min內(nèi)，用O2表示的平均反應(yīng)速率v(O2)=0.017 mol?L-1 min-1 B． n(O2)n(SO3) 的值不變時，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài) C． 若增大O2的濃度，SO2的轉(zhuǎn)化率增大 D． 條件不變，起始向容器中充入4 mol SO2和 2 mol O2，平衡時放熱小于333.2 kJ 【答案】D 典例2（2018屆四川省成都市郫都區(qū)高三期中測試）80 ℃時，2 L 密閉容器中充入0.40 mol N2O4，發(fā)生反應(yīng)N2O42NO2 △H =＋Q kJ/mol（Q＞0），獲得如下數(shù)據(jù):下列判斷正確的是 時間/s 0 20 40 60 80 100 c(NO2)/molL-1 0.00 0.12 0.20 0.26 0.30 0.30 A. 升高溫度該反應(yīng)的平衡常數(shù)K減小 B. 20～40 s 內(nèi)，v（N2O4）＝0.002 mol/( L?s) C. 反應(yīng)達(dá)平衡時，吸收的熱量為0.30 Q kJ/mol D. 100s 時再通入0.40 mol N2O4，達(dá)新平衡時N2O4的轉(zhuǎn)化率增大 【答案】B 【解析】A、該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度升高，平衡向吸熱的方向移動，即正反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)K增大，選項A錯誤；B、20～40s 內(nèi)，v（NO2）===0.004mol?L-1?s-1，v（N2O4）=v（NO2）=0.002mol?L-1?s-1，選項正確；C、濃度不變時，說明反應(yīng)已達(dá)平衡，反應(yīng)達(dá)平衡時，生成NO2的物質(zhì)的量為0.30mol?L-12L=0.60mol，由熱化學(xué)方程式可知生成2molNO2吸收熱量QkJ，所以生成0.6molNO2吸收熱量0.3QkJ，單位錯誤，選項C錯誤；D、100s時再通入0.40mol N2O4，平衡狀態(tài)相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動，N2O4的轉(zhuǎn)化率減小，選項D錯誤。答案選B。 典例3（2018屆內(nèi)蒙古赤峰二中高三上學(xué)期第三次月考）體積比為2∶3的N2和H2的混合氣體，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)。達(dá)到平衡時，容器內(nèi)壓強(qiáng)為反應(yīng)開始時的4/5，則N2的轉(zhuǎn)化率為( ) A. 50% B. 37.5% C. 25% D. 12.5% 【答案】C 根據(jù)題中信息有壓強(qiáng)比等于物質(zhì)的量比，有（2-x+3-3x+2x）/(2+3)=4/5 解x=0.5mol，則氮氣的轉(zhuǎn)化率=0.5/2=25%。 故答案為C。 典例4（2018屆北京市東城區(qū)高三第一學(xué)期期末）活性炭可處理大氣污染物NO。為模擬該過程，T℃時，在3L密閉容器中加入NO和活性炭粉，反應(yīng)體系中各物質(zhì)的量變化如下表所示。下列說法正確的是 活性炭/mol NO/mol X/mol Y/mol 起始時 2.030 0.100 0 0 10min達(dá)平衡 2.000 0.040 0.030 0.030 A. X一定是N2，Y一定是CO2 B. 10min后增大壓強(qiáng)，NO的吸收率增大 C. 10min后加入活性炭，平衡向正反應(yīng)方向移動 D. 0~10min的平均反應(yīng)速率v(NO)=0.002 mol/(L?min) 【答案】D 【解析】活性炭粉和NO反應(yīng)生成X和Y，由表中數(shù)據(jù)可知，平衡時C、NO、X、Y的△n分別為0.030mol、0.060mol、0.030mol、0.030mol，△n之比為1∶2∶1∶1，則有C(s)+2NO(g)?X+Y，結(jié)合原子守恒，可得方程式C(s)+2NO(g)?N2(g)+CO2(g)。 A、反應(yīng)方程式為C(s)+2NO(g)?N2(g)+CO2(g)，由于N2和CO2的計量系數(shù)均為1，無法判斷X是否是N2，故A錯誤；B、增大壓強(qiáng)，平衡不移動，所以NO的吸收率不變，故B錯誤；C、活性炭為固體，增加固體的量不影響反應(yīng)速率和平衡，故C錯誤；D、△n(NO)=0.030mol,則v(NO)= =0.002 mol/(L?min)，故D正確。故選D。 典例5（2018屆北京市清華大學(xué)附屬中學(xué)高三10月月考）由CO和H2S反應(yīng)可制得羰基硫（COS）。在恒容的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)并達(dá)到平衡：CO(g)+H2S(g) COS(g)+H2(g)，數(shù)據(jù)如下表所示： 實驗 溫度/℃ 起始時 平衡時 n(CO)/mol n(H2S)/mol n(COS)/mol n(H2)/mol n(CO)/mol 1 150 10.0 10.0 0 0 7.0 2 150 7.0 8.0 2.0 4.5 a 3 400 20.0 20.0 0 0 16.0 下列說法正確的是（ ） A. 上述反應(yīng)是吸熱反應(yīng) B. 實驗1達(dá)平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率為70% C. 實驗2達(dá)平衡時，a<7.0 D. 實驗3達(dá)平平衡后，再充入1.0molH2，平衡逆向移動，平衡常數(shù)值增大 【答案】C C、 CO(g)＋H2S(g) COS(g)＋H2(g) 起始：10 10 0 0 變化：3 3 3 3 平衡：7 7 3 3 ，此溫度下，K=，實驗2中濃度商Qc=下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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