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專題18 化學(xué)反應(yīng)原理 一、化學(xué)反應(yīng)原理試題主要解決四個(gè)方面的問題： 1、熟練掌握反應(yīng)熱、燃燒熱、中和熱的概念，熱化學(xué)方程式表示的意義，能用鍵能、蓋斯定律進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)熱的計(jì)算，對(duì)于較復(fù)雜的熱化學(xué)方程式，能根據(jù)題目中的隱含條件構(gòu)造出新的熱化學(xué)方程式。 2、化學(xué)平衡主要考查化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算、化學(xué)反應(yīng)速率大小比較，有時(shí)可借助速率圖像解答?；瘜W(xué)平衡必考的是化學(xué)平衡常數(shù)，化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，計(jì)算時(shí)必須用平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度計(jì)算，某一時(shí)刻化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判斷要通過濃度熵比較。 3、化學(xué)理論綜合題中最容易失分的是速率與平衡的陌生圖象，在非選擇題中的陌生圖象打破了傳統(tǒng)的速率平衡圖象模式，反應(yīng)體系不再局限于氣相反應(yīng)，引入了更多的液相反應(yīng)，縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)不再局限于時(shí)間、溫度、壓強(qiáng)、速率、轉(zhuǎn)化率等物理量，而是引入了更多的變量，如兩種物質(zhì)的物質(zhì)的量之比、兩種物質(zhì)的物質(zhì)的量之比的負(fù)對(duì)數(shù)等，使得圖象更新穎、信息容量更大、題目難度更大。 4、原電池和電解池 （1）原電池中負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，常出現(xiàn)電極材料溶解、質(zhì)量減輕等現(xiàn)象；正極發(fā)生還原反應(yīng)，常出現(xiàn)質(zhì)量不變或增重、有氣體產(chǎn)生等現(xiàn)象。 （2）電解池中與電源負(fù)極連接的陰極材料不反應(yīng)，與電源正極連接的陽(yáng)極(除惰性電極外)材料發(fā)生氧化反應(yīng)，可能出現(xiàn)電極溶解、質(zhì)量減輕等現(xiàn)象。 （3）Fe在原電池與電解池反應(yīng)中發(fā)生氧化反應(yīng)時(shí)失去2個(gè)電子生成Fe2＋。 （4）可充電電池的放電反應(yīng)是原電池反應(yīng)，充電反應(yīng)是電解池反應(yīng)。放電過程中原電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，充電過程中電解池的陰極發(fā)生還原反應(yīng)。 二、考點(diǎn)突破 1、反應(yīng)熱問題 （1）從宏觀角度分析：ΔH＝H1(生成物的總能量)－H2(反應(yīng)物的總能量) （2）從微觀角度分析：ΔH＝E1(反應(yīng)物的鍵能總和)－E2(生成物的鍵能總和) （3）從活化能角度分析：ΔH＝E1(正反應(yīng)活化能)－E2(逆反應(yīng)活化能) （4）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算： ①計(jì)算步驟： ②計(jì)算方法： 例1 NH3可用于生產(chǎn)硝酸和尿素。 （1）生產(chǎn)硝酸： ① NH3催化氧化是工業(yè)制硝酸的第一步反應(yīng)，其化學(xué)方程式是_____。 ② 除此之外，還可能發(fā)生以下副反應(yīng)： 4NH3 (g)+ 4O2 (g) === 2N2O (g) +6H2O (g) ΔH=－1105 kJ/mol 4NH3 (g) + 3O2 (g) === 2N2 (g) +6H2 O(g) ΔH=－1269 kJ/mol 兩個(gè)副反應(yīng)在理論上趨勢(shì)均很大，但實(shí)際生產(chǎn)中影響并不大，原因是_____。 （2）生產(chǎn)尿素： ① 尿素的合成分兩步進(jìn)行： a．2NH3 (g)＋CO2(g) NH2COONH4(l) ΔH=－117 kJ/mol b．NH2COONH4(l) CO(NH2)2(l)+H2O(l) ΔH=＋15 kJ/mol 寫出總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：______。 ② 右圖為n(NH3):n(CO2) = 4 : 1時(shí)，溫度對(duì)CO2的轉(zhuǎn)化率的影響。解釋溫度升高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大的原因：______。 ③ 測(cè)定尿素樣品含氮量的方法如下：取a g尿素樣品，將所含氮完全轉(zhuǎn)化為NH3，所得NH3用過量的v1 mL c1 molL-1 H2SO4溶液吸收完全，剩余H2SO4用v2 mL c2 molL-1 NaOH溶液恰好中和，則尿素樣品中氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是______。 【答案】 4NH3+ 5O2 4NO +6H2O 使用催化劑提高氨的催化反應(yīng)的選擇性 2NH3(g) + CO2(g) CO(NH2)2(l) + H2O(l) ΔH= －102 kJ/mol 升高溫度，反應(yīng)b正向移動(dòng) 14（2c1v1－c2v2）10－3/a 例2 NOx會(huì)造成大氣污染，在工業(yè)上采用多種方法進(jìn)行處理。 I.氧化法：煙氣中的NO經(jīng)O3預(yù)處理后轉(zhuǎn)化為NO2，再用CaSO3懸濁液吸收NO2。 已知：常溫下，CaSO4的沉淀溶解平衡常數(shù)數(shù)值為9.110-6，CaSO3的沉淀溶解平衡常數(shù)數(shù)值為3.110-7。 （1）NO與O3反應(yīng)過程的能量變化如下： NO被O3氧化的總反應(yīng)是化合反應(yīng)，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為 ________。 （2）將CaSO3懸濁液靜置，取上層清液，測(cè)得pH約為8，用化學(xué)用語(yǔ)解釋其原因?yàn)開_______。 （3）用CaSO3懸濁液吸收NO2，將其轉(zhuǎn)化為HNO2，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為________。 （4）在實(shí)際吸收NO2的過程中，通過向CaSO3懸濁液中加入Na2SO4固體，提高NO2的吸收速率，從溶解平衡的角度解釋其原因：________。 II. 選擇性非催化還原法：該反應(yīng)不使用催化劑，但必須在高溫有氧下利用NH3做還原劑與 NOx 進(jìn)行選擇性反應(yīng)：4NH3 + 4NO + O2 3N2 + 6H2O，不同溫度（T）下，反應(yīng)時(shí)間（t）與NO濃度的關(guān)系如右圖所示。 （5）判斷該反應(yīng)為________（填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)，說明理由：________ 。 【答案】 3NO(g) + O3(g) 3NO2(g) ΔH= -317.3 kJ?mol﹣1 SO32- + H2O HSO3- + OH- CaSO3 + 2NO2 + H2O 2HNO2 + CaSO4 CaSO3濁液中存在：CaSO3(s) Ca2+(aq) + SO32-(aq)，加入Na2SO4固體，由于CaSO4的Ksp較小，SO42-與Ca2+結(jié)合生成CaSO4沉淀，c(Ca2+)減小，平衡正向移動(dòng)，導(dǎo)致c(SO32-)增大，從而使NO2的吸收速率加快 放熱 由圖像中T1下反應(yīng)先達(dá)平衡可推斷T1>T2，由T1（高溫）時(shí)NO的平衡濃度高可推斷正反應(yīng)是放熱反應(yīng) 【解析】I. (1). 由左圖可知，NO和O3反應(yīng)生成NO2和O2的熱化學(xué)方程式為：NO(g)＋O3(g)=NO2(g)＋O2(g) △H=－200.9kJ/mol ①，由右圖可知，NO和O2反應(yīng)生成NO2的熱化學(xué)方程式為：NO(g)＋ 2、化學(xué)平衡問題 （1）外界條件對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響規(guī)律 溫度的影響 升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)； 降低溫度，化學(xué)平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng) 濃度的影響 增大反應(yīng)物濃度或減小生成物濃度，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)； 減小反應(yīng)物濃度或增大生成物濃度，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng) 壓強(qiáng)的影響 增大壓強(qiáng)會(huì)使平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)； 減小壓強(qiáng)會(huì)使平衡向氣體體積增大的方向移動(dòng) （2）化學(xué)平衡計(jì)算中兩組常用公式：在可逆反應(yīng)mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)中化學(xué)平衡常數(shù)(K)與濃度商(Q)，K＝(式中的濃度是指平衡狀態(tài)的濃度，固體物質(zhì)、純液體、水溶液中進(jìn)行的反應(yīng)，H2O不列入平衡常數(shù)的計(jì)算表達(dá)式中；氣體反應(yīng)、有機(jī)反應(yīng)，H2O的濃度要列入平衡常數(shù)的計(jì)算表達(dá)式中)，Q＝(式中的濃度是任意時(shí)刻的濃度)。轉(zhuǎn)化率α＝。 3、陌生平衡圖象的問題 （1）投料比—溫度圖像 仔細(xì)分析所給圖像縱橫坐標(biāo)表示的含義，圖中曲線表示的物質(zhì)量、變化趨勢(shì)，充分挖掘圖像信息中的隱含條件，如圖示中的最高點(diǎn)、最低點(diǎn)、交匯點(diǎn)、突變點(diǎn)都是提供解題信息的關(guān)鍵點(diǎn)。 （2）氣體的物質(zhì)的量之比的對(duì)數(shù)—溫度圖像 此類試題圖像給出很多信息，要求我們要有很強(qiáng)的讀圖能力，如能根據(jù)等溫線分析圖像，并找到解題所需要的關(guān)鍵信息，一定要清楚氣體的物質(zhì)的量之比的含義。 （3）脫除率—溫度圖像 利用化學(xué)反應(yīng)可以除去有害物質(zhì)，如何提高除去效果，這是化學(xué)平衡中需要解決的問題，此類圖像曲線較復(fù)雜，變化趨勢(shì)隨溫度不同有時(shí)升高有時(shí)降低，解題時(shí)更要細(xì)心。 例3NO2 與SO2能發(fā)生反應(yīng)：NO2+SO2SO3+NO，某研究小組對(duì)此進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)探究。 （1）已知：2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH=-113.0kJ?mol-1 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-196.6kJ?mol-1 則NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g) ΔH=______________________。 （2）實(shí)驗(yàn)中，尾氣可以用堿溶液吸收。NaOH 溶液吸收NO2時(shí)，發(fā)生的反應(yīng)為：2NO2+2OH-=NO2-+NO3-+H2O，反應(yīng)中的還原劑是__________；用NaOH 溶液吸收少量SO2的離子方程式為________________。 （3）在固定體積的密閉容器中，使用某種催化劑，改變?cè)蠚馀浔萚n0(NO2)∶n0(SO2)]進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)（各次實(shí)驗(yàn)的溫度可能相同，也可能不同），測(cè)定NO2的平衡轉(zhuǎn)化率[a(NO2)]。部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示： ①當(dāng)容器內(nèi)_____（填標(biāo)號(hào)）不再隨時(shí)間的變化而改變時(shí)，可以判斷反應(yīng)達(dá)到了化學(xué)平衡狀態(tài)。 a.氣體的壓強(qiáng) b.氣體的平均摩爾質(zhì)量 c.氣體的密度 d.NO2的體積分?jǐn)?shù) ②如果要將圖中C點(diǎn)的平衡狀態(tài)改變?yōu)锽點(diǎn)的平衡狀態(tài),應(yīng)采取的措施是____________。 ③若A 點(diǎn)對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，SO2(g)的起始濃度為c0 mol?L-1，經(jīng)過t min達(dá)到平衡狀態(tài)，該時(shí)段化學(xué)反應(yīng)速率v(NO2)=______________molL-1min-1。 ④圖中C、D 兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)溫度分別為Tc和Td，通過計(jì)算判斷：Tc____Td（填 “>”、“=”或“<”）。 【答案】 -41.8kJmo1-1 NO2 SO2+2OH-==SO32-+H2O d 降低溫度 c0/5t = 例4 TiO2和TiCl4均為重要的工業(yè)原料。已知： Ⅰ.TiCl4(g)+O2(g)TiO2(s)+2Cl2(g) ΔH1=-175.4kJmol-1 Ⅱ.2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH2= -220.9kJmol-1 請(qǐng)回答下列問題： （1）TiCl4(g)與CO(g)反應(yīng)生成TiO2(s)、C(s)和氯氣的熱化學(xué)方程式為_______。升高溫度，對(duì)該反應(yīng)的影響為_____________________。 （2）若反應(yīng)Ⅱ的逆反應(yīng)活化能表示為EkJmol-1，則E________220.9(填“>”“<”或“=”)。 （3）t℃時(shí)，向10 L恒容密閉容器中充入1molTiCl4和2 molO2，發(fā)生反應(yīng)Ⅰ。5min達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得TiO2的物質(zhì)的量為0.2 mol。 ①0~5 min 內(nèi)，用Cl2表示的反應(yīng)速率v(Cl2)=__________。 ②TiCl4的平衡轉(zhuǎn)化率a=__________________。 ③下列措施，既能加快逆反應(yīng)速率又能增大TiCl4的平衡轉(zhuǎn)化率的是__________（填選項(xiàng)字母）。 A．縮小容器容積 B．加入催化劑 C．分離出部分TiO2 D．增大O2濃度 ④t℃時(shí)，向10 L恒容密閉容器中充入3 mol TiCl4和一定量O2的混合氣體，發(fā)生反應(yīng)Ⅰ，兩種氣體的平衡轉(zhuǎn)化率(a)與起始的物質(zhì)的量之比()的關(guān)系如圖所示： 能表示TiCl4平衡轉(zhuǎn)化率的曲線為__________(填“L1”或“L2”)；M點(diǎn)的坐標(biāo)為___________。 【答案】 TiCl4(g)+2CO(g)=TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s) ΔH=+45.5kJmol-1 反應(yīng)速率加快，平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大 ＞ 0.008 molL-1min-1 20% D L2 (1， ) 4、原電池與電解池問題 （1）原電池考查 ①電解質(zhì)溶液中電極反應(yīng)式的書寫 由反應(yīng)和生成物的化合價(jià)判斷正負(fù)極。元素化合價(jià)升高的物質(zhì)被氧化，作原電池的負(fù)極；元素化合價(jià)降低的物質(zhì)被還原，作原電池的正極?；蟽r(jià)變化的數(shù)值就是原子得失電子數(shù)目。同時(shí)要注意溶液的酸堿性，即酸性溶液中不能出現(xiàn)OH-，堿性溶液中不能出現(xiàn)H+。 ②熔融鹽（或氧化物）電池中電極反應(yīng)式的書寫 熔融鹽（或氧化物）電池中是以熔融態(tài)的鹽（或氧化物）為電解質(zhì)，通過熔融的鹽（或氧化物）電離的離子導(dǎo)電，也就是說熔融鹽（或氧化物）電池中沒有水溶液，寫電極反應(yīng)式時(shí)，反應(yīng)物中要避免出現(xiàn)H+或OH-。 ③從題圖中信息突破電極反應(yīng)式的書寫 對(duì)于題目中給出示意圖的，要根據(jù)題目中的敘述結(jié)合示意圖，特別是圖中箭頭指示的方向，什么微粒進(jìn)去，在電極上轉(zhuǎn)化成什么微粒離開，從微粒中元素化合價(jià)，判斷電極上發(fā)生的是氧化反應(yīng)還是還原反應(yīng)，進(jìn)而判斷電極反應(yīng)式。如果示意圖中標(biāo)出了使用的是質(zhì)子交換膜，則說明該原電池是酸式電池，那么電極反應(yīng)式中就不能出現(xiàn)OH-。 （2）電解原理考查 電解原理的考查主要是電解原理的應(yīng)用，明確陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)、陰極發(fā)生還原反應(yīng)，從電池中離子的移動(dòng)方向也可判斷電解池的陰陽(yáng)極。電解原理在消除環(huán)境污染領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，通過電解的方法，可以把有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無(wú)毒物質(zhì)或轉(zhuǎn)化為人們可以利用的物質(zhì)。如何處理廢水再利用是當(dāng)今社會(huì)普遍關(guān)心的問題，通過電解法也可以消除污水中的有毒物質(zhì)，同時(shí)還可以轉(zhuǎn)化為人們可利用的物質(zhì)。解題中一定要看清示意圖中有關(guān)離子的進(jìn)出方向。 例5合成氣(CO+H2) 廣泛用于合成有機(jī)物，工業(yè)上常采用天然氣與水蒸氣反應(yīng)等方法來制取合成氣， (1)已知標(biāo)況下，5.6LCH4與水蒸氣完全反應(yīng)時(shí)吸收51.5kJ的熱量，請(qǐng)寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式________________； (2)在150℃時(shí)2L 的密閉容器中，將2molCH4和2mol H2O(g)混合，經(jīng)過15min達(dá)到平衡，此時(shí)CH4的轉(zhuǎn)化率為60%?；卮鹣铝袉栴}： ①?gòu)姆磻?yīng)開始至平衡，用氫氣的變化量來表示該反應(yīng)速率v(H2)=________。 ②在該溫度下，計(jì)算該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=________。 ③下列選項(xiàng)中能表示該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是________。 A．V(H2)逆=3v (CO)正 B．密閉容器中混合氣體的密度不變 C．密閉容器中總壓強(qiáng)不變 D．C(CH4)=C(CO) (3)合成氣中的氫氣也用于合成氨氣：N2+3H22NH3。保持溫度和體積不變，在甲、乙、丙三個(gè)容器中建立平衡的相關(guān)信息如下表。則下列說法正確的是_______________； 容器 體積 起始物質(zhì) 平衡時(shí)NH3的物質(zhì)的量 平衡時(shí)N2 的體積分?jǐn)?shù) 反應(yīng)開始時(shí)的速率 平衡時(shí)容器內(nèi)壓強(qiáng) 甲 1L 1molN2+3molH2 1.6mol φ甲 v甲 P甲 乙 1L 2molN2+6molH2 n1 mol φ乙 v乙 P乙 丙 2L 2molN2+6molH2 n2 mol φ丙 v丙 P丙 A．n1=n2=3.2 B．φ甲=φ丙>φ乙 C．v乙 >v丙>v甲 D．P乙>P甲=P丙 (4)合成氣可以制取甲醚，綠色電源“二甲醚-氧氣燃料電池”工作原理如下圖所示 ① 電極Y 上發(fā)生的反應(yīng)式為__________ ； ②電池在放電過程中，電極X周圍溶液的pH_______(填“增大、減小、不變”)。 【答案】 CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) △H= +206kJ/mol 0.12molL-1min-1 21.87 AC BD O2+4e-+4H+=2H2O 減小 例6近年科學(xué)家提出“綠色自由”構(gòu)想。把含有大量CO2的空氣吹入K2CO3溶液中，再把CO2從溶液中提取出來，并使之與H2反應(yīng)生成可再生能源甲醇。其工藝流程如下圖所示： 回答下列問題： (1)進(jìn)入分解池中主要物質(zhì)是______；在合成塔中，若有4.4kgCO2與足量H2反應(yīng)，生成氣態(tài)的H2O和CH3OH，可放出5370kJ的熱量，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：____________。 (2)該工藝在哪些方面體現(xiàn)了“綠色自由”構(gòu)想中的“綠色”：①____________；②________。 (3)一定條件下，往2L恒容密閉容器中充入1.0molCO2和3.0 mol H2，在不同催化劑作用下，相同時(shí)間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如下圖所示： ①催化劑效果最佳的是_______（填“催化劑I”．“催化劑Ⅱ”，“催化劑Ⅲ”）。b點(diǎn)v（正）______v（逆）（填“>”，“<”，“=”）。 ②此反應(yīng)在a點(diǎn)時(shí)已達(dá)平衡狀態(tài)，a點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率比c點(diǎn)高的原因是___________。c點(diǎn)時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=___________。 (4)科學(xué)家還研究了其它轉(zhuǎn)化溫室氣體的方法，利用下圖所示裝置可以將CO2轉(zhuǎn)化為氣體燃料CO。該裝置工作時(shí)的總反應(yīng)方程式為_________________。 (5)己知25℃時(shí)H2CO3的電離平衡常數(shù)為：Kal=4.410-7、Ka2=4.7l0-ll，則反應(yīng)：HCO3- +H2OH2CO3+ OH-的平衡常數(shù)K=________。 【答案】 KHCO3（或碳酸氫鉀） CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g) △H=-53.7kJ/mol 減少大氣中CO2；產(chǎn)生清潔能源甲醇； K2CO3可循環(huán)使用；能量可以循環(huán)利用，低碳經(jīng)濟(jì)等 催化劑I > 該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度開高，平衡逆向移動(dòng) 2.1 2CO22CO+O2 2.310-8