2022年高考化学二轮复习热考大题专攻练平衡理论与应用 .pdf

-1-热考大题专攻练(五)平衡理论与应用(满分 56 分,建议用时25 分钟)大题强化练,练就慧眼和规范,占领高考制胜点!可能用到的相对原子质量:H-1 C-12 N-14 O-16 Na-23 Mg-24 Al-27 Si-28 S-32 Cl-35.5 Fe-56 Cu-64 As-75 I-127 1.(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)=2.9 10-9,Ksp(CaSO4)=9.1 10-6(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_。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 11 页 -2-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)kJ mol-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(80 100)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 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 11 页 -3-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 kJ mol-1 CaSO4(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=_kJ mol-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)=_mol L-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名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 11 页 -4-=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 mol L-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)1 B 3.(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NH NN NN O H E/(kJ mol-1)390 190 946 460 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 mol L-1。则N2O4(g)2NO2(g)开始(mol L-1):1 0 转化(mol L-1):2平衡(mol L-1):1-2名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 11 页 -6-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 kPa k2KpB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 kJ mol-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_名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 11 页 -7-_。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=7 C.加入适量的NaOH 溶液,使溶液的 pH=7 D.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 kJ mol-1。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 11 页 -8-(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 mol L-1,所以 10 min 内,v(CO2)=0.075 mol L-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 kJ mol-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 kJ mol-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 mol L-1,容器体积为2 L,则起始充入的CO为 2 mol,A错误;增加 CO浓名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 11 页 -10-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 mol L-1-0.25 molL-1=0.75 mol L-1,10 min时达到平衡,则用 CO表示的化学反应速率为=0.075 mol L-1min-1,则v(H2)=0.075 molL-1min-12=0.15 mol L-1min-1。CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)开始(mol L-1)1 2 0 转化(mol L-1)0.75 1.5 0.75 平衡(mol L-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)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 11 页 -11-(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。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 11 页 -