专题二化学平衡等反应原理

1、专题二：化学平衡等反响原理【例题1】2021年广东卷20.甲酸甲酯水解反响方程式为：HCOOCH 3I+H 201 .1 HCOOHI+CH 3OHQ H>0某小组通过试验研究该反响反响过程中体积变化忽略不计。反响体系中各组分的起始量如下表：组分HCOOCH3H2OHCOOHCH3OH物质的量/mol1.001.990.010.52甲酸甲酯转化率在温度 T i下随反响时间t的变化如以下图:30252015心5【010 20 30 40 50 60 70 A0 90i / min1根据上述条件，计算不同时间范围内甲酸甲酯的平均反响速率，结果见下表:反响时间范围/mi n0510152025

2、3035404550557580平均反响速率3 1/(10 mol min )1.97.47.84.41.60.80.0请计算15-20min范围内甲酸甲酯的减少量为 mol，甲酸甲酯的平均反响速率为 mol min-1 不要求 写出计算过程。2依据以上数据，写出该反响的反响速率在不同阶段的变化规律及其原因：。3上述反响的平衡常数表达式为：« =CHC°°HWH 3°H，那么该反响在温度 cHCOOCH 3cH 2O下的K值为。T2 T2大于，在上图中画出温度 T2下甲酸甲酯转化4其他条件不变，仅改变温度为率随反响时间变化的预期结果示意图。【分析】此题作

3、为广东高考化学平衡原理的考查方式具有鲜明的代表性：重点考查学生对化学反响速率概念、化学平衡的了解，及其外在影响因素如浓度、温度等的规律认识和理解； 考查学生对化学平衡常数简单计算的能力；考查学生获取图表信息的能力包括对图表的观察、分析能力以及对图表中实验数据的处理能力、知识迁移运用能力、绘制结果示意图的能力及文字表达能力。第1小题考查重点是化学反响速率及其计算；图表分析运用与数据处理能力。先看懂图像横纵坐标的含义，再根据两个坐标点的数据15, 6.7和20, 11.2知道在15-20min这5分钟内甲酸甲酯的转化率从6.7%升高到11.2%，结合甲酸甲酯的起始量1.00mol即可计算出甲酸甲酯

4、的减少量：1.00mol?1.2% 6.7% = 0.045 mol计算15-20mi n范围内甲酸甲酯的平均反响速率，一般的常规思维：根据第1问在图像 c n /V中求算的15-20min内甲酸甲酯的减少量，再结合速率公式 v= =求算出甲酸甲酯 tt的平均反响速率，但是题目中没有体积 V的数据。那应该怎么办？ 再次仔细审题 甲酸甲酯的平均反响速率为 mol min-1 ，题目要求的速率单位中没有体积因素，因此速率公式 n 0.045 mol t5min-1=0.009 mol min 。思考:另外有同学根据题目中表的数据：反响时间范围/mi n05 /<01515202025&quo

5、t;*035404550557580平均反响速率31/(10 mol min )1.9 '7？/.41.60.80.0认为表格中的速率变化存在等差数列关系：从1015 mi n为7.4 >10'mol mi n 1, 2025 mi n为 7.8 >03mol min 1，推测 1520 mi n 为 7.6 >0 'mol min 1 °请问该同学的推断是否合理？如果不正确，请指出他的问题出在哪里。第2小题考查重点是化学反响速率影响因素及其影响下的变化规律。将问题分解： 反响速率在不同阶段的变化规律 ，产生该变化规律的原因。作 为文字表达的

6、题目，分析清晰题目作答的角度，遵循踩点得分的意识很重要。思考问题答案的方向在哪？一一图像还是表格数据？反响时间范围/mi n,05、加15152020岔悠3540455055758CP平均反响速率3 1/(10 mol min )9.07.8 JX4.41.60.80.0如果从 表格入手应该存在 小t大t小的变化规律，即该反响过程分为三个阶段：反 应初期、反响中期、反响后期。如果从图像入手，表达速率的因素是 曲线的斜率，斜率的变化规律是：斜率小t斜率大t斜率小。原因怎么解释？情景是陌生的，甚至有些异常。越是这样越要冷静下来，回归最根本的工具一一反响速率理论，一定是浓度、温度、压强、催化剂、接触

7、面积等造成的。然后我们 开始思考：问题1:外界条件时刻都在影响着反响速率，什么情况下才会出现反响速率中途加快呢？反响物浓度从一开始就是减小的趋势，假设反响器大小不发生变化， 又没有中途增加反响物的话，浓度不可能造成反响速率中途增大；温度是有可能的，如果反响本身放热会导致体系温度升高，使反响速率增大；压强的影响本质上是浓度的影响，而且对非气态体系可以不考虑；催化剂的作用也是有可能的，我们接触过反响产物本身有催化作用的情形如酸性高锰酸钾溶液与草酸的反响。对于接触面积，反响开始后一般不会显著变化，个别情况也有如未打磨的金属片外表的覆盖物。结合此题，只可能是催化剂的作用。问题2:起催化作用的物质是生成

8、物，而生成物有两种，起催化作用的是谁?组分HCOOCH 3H2O"HCOOHCH3oH物质的量/mol1.001.9910.5催化剂需要与反响物充分接触才可能起作用，所以催化剂的量当然会影响催化作用。反应体系中HCOOH和CH3OH的起始量存在显著差异，根本可以推断 HCOOH才是催化剂， 因为催化作用是在反响进行了一段时间后才表达的。当然我们学过有机化学反响中酯一般是在酸性或碱性条件下水解，这样或许较容易联想到HCOOH起催化作用。知识卡片：自催化反响反响产物对反响速率有加快作用的反响称为自催化反响。在自催化反响中，反响速率既受反响物浓度的影响，又受反响产物浓度的影响。自催化作用的

9、特点是:1.反响开始进行得很慢称诱导期，随着起催化作用的产物的积累反响速度迅速加快，而后因反响物的消耗反响速度下降；2.自催化反响必须参加微量产物才能启动；3.自催化反响必然会有一个最大反响速率出现。组织答案时，一般应将前提条件、 前因后果表述清楚， 其中的化学原理分析做到用词准 确、书写标准。本小题参考答案：该反响中甲酸具有催化作用。 反响初期：虽然甲酸甲酯量较大，但甲酸量很小，催化效果不明显，反响速率较慢； 反响中期：甲酸量逐渐增多，催化效果显著，反响速率明显增大； 反响后期：甲酸量增加到一定程度后，浓度对反响速率的影响成为主导因素，特别是逆反响速率的增大，使总反响速率减小，直至为零。第3

10、小题考查重点是化学平衡常数的计算。求算化学平衡常数的一般步骤是：写出化学平衡常数的表达式，根据三段式求出平衡状态下各物质的物质的量浓度，代入表达式计算。切记要选取已达平衡状态的数据。HCOOCH 3I+H 2OI - HCOOHI+CH 3OHl起始mol 1.001.990.010.52变化mol 0.240.240.240.24平衡mol0.761.750.250.76K cHCOOH cCH 3OH = 0.25/V?076V= 014二 cHCOOCH 3 cH 2O°.76/V? mN第4小题考查重点是温度对化学平衡建立的过程和最终平衡状态的影响；运用图形 的表达能力。用图

11、像表达时，要慎重考虑：何处起点？趋势走向？何处拐点？何处终点？文字标注是否清晰？这些要素都包含重要的化学信息起点的含义是反响刚开始， 不管反响条件有何差异反响物的转化率都是从0开始；反响一旦开始立刻就有了快慢问题，且反响初段不同温度的体系中各物质的浓度仍然是很接近 的，催化剂的影响也不会有显著区别，所以温度是影响反响初段曲线走势的最主要因素；反应进程的中后期，影响因素就比拟多了，此时应该准确定位曲线的终点 平衡转化率的关系， 以便使整个曲线的趋势不会有太大偏差。【反思】在上述例题的解答过程中，哪些思路和技能是在其他试题中应继续坚持的？【拓展】2007年广东卷改黄铁矿主要成分为 Fe$是工业制取

12、硫酸的重要原料，其煅烧产物为SO2和Fe3O4。1 将0.050molSO2g和0.030molO2g放入容积为1L的密闭容器中，反响：2SO2g +O2g，2SO3g在一定条件下到达平衡，测得cSO3 = 0.040mol/L。计算该条件下反响的平衡常数K和SO2的平衡转化率写出计算过程。2上述反响是放热反响，当该反响处于平衡状态时，在体积不变的条件下，以下措施中有利于提高SO2平衡转化率的有 填字母A升高温度B 降低温度C增大压强D减小压强E参加催化剂F移出氧气3 反响：2SO2g + O2g，2SO3g H<0 SO2的转化率在起始温度 =673K下随 反响时间t的变化如以下图，其

13、他条件不变，仅改变起始温度为T2=723K，在图中画出温 度T2下SO2的转化率随反响时间变化的预期结果示意图。(4)将黄铁矿的煅烧产物 Fe3O4溶于H2SO4后，参加铁粉，可制备 FeSOq。酸溶过程中需保持溶液足够酸性，其原因是 _答案:(1)解：L -12SO2(g)+O2(g)2SO3(g)起始浓度/ mol0.0500.0300平衡浓度/ molL -1(0.050 - 0.040)(0.030 - 0.040/2)0.040=0.010=0.010所以，K ='2c(SO3)=1 2(0.040 mol L )3 11.6 W mol Lc(SO2) c(02) (O.O

14、IOmol L- ) O.OIOmol L= (O.O5°-OW X1OO% = 8O%。 O.O5O mol L归纳：由三段式求出变化的物质的量和各物质在平衡状态下的物质的量浓度，求出平衡转化率，写出的表达式，代入数值求出 K值的结果。O 1O 2O 3O 4O 5O 6O 7O和转化率/%Fe3+ + 3H2O =Fe2+被氧化成Fe32+3 +2+t / min+(4) Fe 、Fe 在溶液中存在水解， Fe + 2H2OFe(OH) 2 + 2H ,Fe(OH)3 + 3H +，保持溶液足够酸性可抑制 Fe2+、Fe3+的水解，并能防止+。【例题2】化学平衡的调控在生活、生产

15、和科学研究领域中具有重要作用。I .硅酸钠水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火材剂等的原料。(1) 取少量硅酸钠溶液于试管中，逐滴参加饱和氯化铵溶液，振荡。写出实验现象并给予 解释。n 羟基磷灰石Ca5(PO4)3OH是一种重要的生物无机材料，3种钙盐的溶解度随溶液 pH的变化如以下图所示(图中纵坐标是钙离子浓度的对数 )，答复以下问题:468101214pH(2) 图中所示3种钙盐在人体中最稳定的存在形式是 (填化学式),理由是：。(3) 糖黏附在牙齿上，在酶的作用下产生酸性物质，易造成龋齿。结合化学平衡移动原理,分析其原因(4)硫酸锶(SrS04)在水中的沉淀溶解平衡曲线如下，以下说法正

16、确的选项是 AL651.60L55 -1.50 1.451呂巩50；A .两个不同温度中，363K时Ksp(SrS04)较小B. 在283 K时，向SrS04的浊液中逐滴参加 1.0 mol/L Na2SO4溶液，Ksp(SrSO4)随2 c (SO4 )的增大而减小C. 向b点的溶液中参加1.0 mol/L Na2SO4溶液，c (Sr2+)减小，SrSO4的溶解度减小D. 283K时，图中a点对应的溶液是不饱和溶液E. 283K下的SrSO4饱和溶液升温到 363K后变为不饱和溶液F. 升高温度可以实现 a点到b点的转化【分析】此题重点考查化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中具有重要

17、作用，命题主要从以下几个角度出发：了解盐类水解的原理、影响盐类水解程度的主要因素；了解难溶电解质的沉淀溶解平衡和饱和溶液的概念；从试题提供的图像信息中提取实质性内容的能力，利用读图解析方式考查学生对化学根本概念和根本理论的运用能力。第(1)小题，粗读题目这是将两种盐溶液(Na2SiO3和NH4CI)进行混合的反响，那么我们首先要考虑的是盐与盐之间是否发生复分解反响、氧化复原反响，其次考虑盐的水解。因此分析的对象就是 Na2SiO3和NH4CI的水解反响平衡体系：SiO3+ 2H2O1H2SQ3 + 2OH,NH4+H2O1NH3H2O + H ,利用平衡移动的原理分析可得结果。另外作为简答题还

18、必须考虑踩点得分的原那么，题目设问是写出实验现象并给予解释明显包含两层意思：实验现象，现象解释，所以作答过程中应该分两方面来写。第(2)小题的一个背景知识：人体中的钙元素主要分布在骨骼和牙齿中，约占总量的99%，其余1%分布在血液、细胞间液及软组织中。图中表示钙离子浓度的纵坐标是lgc(Ca2+)而不是我们熟悉的 c(Ca2+)，这在化学研究中十分常见，这种表示方法能方便的表示浓度 变化幅度很大的情况，我们要熟悉它并能在计算需要时迅速转化为物质的量浓度：c(Ca2+)=10 lgc(Ca2+)。图像说明：在人体 pH约为7的环境下，Ca5(PO4)3OH溶解出的钙离子浓度最 小，因而最稳定。第

19、(3)小题要将酸性物质促进牙齿溶解的原因解释清楚，应先呈现Ca5(PO4)3OH的沉淀溶解平衡：Ca5(PO4)3OH(s) 5Ca2+ (aq) + 3PO； (aq) + OH (aq),再利用平衡移动的原理 分析可得结果。答复这类问题时，关键的化学过程能用化学语言表达时应清楚写出来。第(4)小题，分析对象是 SrSO4的沉淀溶解平衡：SrSO4(s) Sr (aq) + SO42 (aq) 难点就是如何理解该平衡体系与图像的关系，需要理顺的主要有如下几个问题： 沉淀溶解平衡曲线上的点和曲线外的点的含义； Ksp(SrSO4)与离子浓度、温度的影响关系； 饱和溶液的概念，不饱和溶液与饱和溶

20、液间的转化； 沉淀溶解平衡发生移动后离子浓度的变化以及在图像中的表达。答案：1现象：试管中有白色胶状沉淀生成，并且有刺激性气体生成。解释：Na2SiO3和 NH4CI 均能够水解，SiO3 + 2出。一 H2SQ3 + 2OH， NH4+ + H2O = NH3 H2O + H +，二者相互促进， NazSiOs水解生成 H2SQ3, NH4CI水解产生NH3。2 Ca5PO43OH;由图像曲线可知，在人体主要pH范围内，Ca5PO43OH的钙离子浓度的对数值最小，即可溶性的钙离子浓度最小，故Ca5PO43OH最稳定。3 Ca5PO43OH 存在沉淀溶解平衡： Ca5PO43OHs5Ca aq

21、+ 3PO4 aq + OH aq, 酸性物质使沉淀溶解平衡正向移动，导致Ca5PO43OH溶解，造成龋齿。4A C D【拓展】一解决化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的实际运用类型简答题目的一般思维和作答程序是： 阅读题目新情境的信息，找出核心问题的分析对象，即平衡体系； 找出题目信息中与平衡体系有关变化的因素； 利用平衡移动原理分析变化的因素对化学平衡移动的影响，即平衡移动方向的判断； 说明平衡发生移动后对实际问题体系产生的影响。二化学反响速率、平衡问题与图像信息的结合考察是本类问题的难点，复习重温近年广东高考中考察的有关图像，总结归纳图像表达方式常见横、纵坐标和设问方式，对 提高

22、解读分析图像能力会有很好的帮助。这些图像依次是:O-1-2CaHPOCa2PO43-6 _ Ca5PO43OH-7 -I1111468101214pHo o 010O4 2 10 8 "*. *1- I 1 1- AW760554000.0-0.0004011!»14戏 120 160 200 240I /sIHi*-1.55-1恥-L75-1.65 -L60 -1.55 -J511 -1.45I輕忍)；)pH(40. 2L5|(11 6.7)(Rn, 24,0 *1<75, 24.0)/ min【练习】i1.：N2g+3H2g2NH3gAH=- 92.4 kJ mo

23、l 。1在500C、2.02 107Pa和铁催化条件下 2L密闭容器中充入ImolN 2和3mol H2, 10min时到达平衡，有0.2 mol NH 3生成，那么10 min内用氢气表示的该反响的平均 速率V(H2)为，H2的转化率为。(2) 充分反响后，放出的热量 (填“ < “ >“=，)腫由是(3) 为有效提高氢气的转化率，实际生产中宜采取的措施有 A 降低温度B 不断补充氮气C.恒容下充入 He来增大压强D 升高温度E.原料气不断循环F.及时移出氨(4) 氨催化氧化制 NO在热的铂铑(Pt-Rh )合金催化下进行，反响过程中合金始终保 持红热，该反响的化学平衡常数K的表

24、达式为 ，当升J ! Id .0 5 0 53 2 2 1 歩、<吐±高温度时，K值 (填 增大 减小、不变)。NH3转化率在温度Ti下 随反响时间(t )的变化如以下图：其他条 件不变，仅改变温度为T2( T2大于),在框图中画出温度 T2下NH3转化率随 反响时间变化的预期结果示意图。°1030 40 50 60 70 80 90t / ntin2 . ( 2021年广州一模第23题改编)一氧化碳与水蒸气的反响为：CO(g) + H2O(g)CO2(g) + H2(g) ,800C时，在容积为 2.0L 的密闭容器中充入 2.0mol CO(g)和 3.0molH

25、20(g)，保持温度不变，4 min后反响到达平衡，测得CO的转化率为60%。(1) 计算800C时该反响的平衡常数。(写计算过程)(2) 427C时该反响的化学平衡常数为9.4，请结合(2)中的计算结果判断该反响的H 0 填 “或二。3. (2021南通调研题)尿素(H2NCONH2)是一种非常重要的高氮化肥，工业上合成尿素的 反响如下：2NH 3(l) + CO2(g) H 20(1) + H2NCONH 2 (I) H = - 103.7 kJ mol 一1试答复以下问题：以下措施中有利于提高尿素的产率的是 。A 采用高温B 采用高压C 寻找更高效的催化剂合成尿素的反响在进行时分为如下两

26、步：第一步：2NH3(l) + CO2(g) H2NCOONH 4(氨基甲酸铵)(l) H1第二步：H2NCOONH 4(1) 丄 H2O(l) + H2NCONH 2(l) H2某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在一体积为0.5 L密闭容器中投入 4 mol氨和«氨氨基甲酸铵A尿素(水)二氧化碳t(min)图I1mol二氧化碳，实验测得反响中各组分随时间的变化如以下图I所示： 总反响的快慢由慢的一步决定，那么合成尿素总反响的快慢由第 步反响决定，总反响进行到 min时到达平衡。 反响进行到10 min时测得CO?的物质的量如下图，那么用CO?表示的第一步反响的速率 v(CO2)=

27、。 第二步反响的平衡常数K随温度的变化如上右图n所示，那么 H20 (填、 “或二)4. ( 2021揭阳一模)为减小和消除 CO2对环境的影响，一方面世界各国都在限制其排 放量，另一方面科学家加强了对CO2创新利用的研究。最近有科学家提出绿色自由设想：把空气吹入碳酸钾溶液，然后再把CO2从溶液中提取出来，经化学反响后使之变为可再生燃料甲醇。绿色自由设想技术流程如下：溶液(1) 在合成塔中，假设有 4.4kg CO2与足量H2恰好完全反响，可放出4947 kJ的热量，试写出合成塔中发生反响的热化学方程式是 。2,负极通入甲醇，在酸性溶液中(2) 以甲醇为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入甲醇

28、与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反响是:一 +CH30H + H 2O 6e = CO 2 + 6H那么正极发生的反响是 ;放电时， J移向电池的_(填正或负)极。(3) 常温常压下，饱和 CO2水溶液的pH=5.6 , c(H2CO3)=1.5 W一5 mol L-1。假设忽略水的电 离及H2CO3的第二级电离，那么H2CO3- HCO3 + H+的平衡常数K=。(:105.6=2.5 加一 关于以下装置说法正确的选项是)(4) 常温下，0.1 mol L一 1NaHCO3溶液的 pH 大于 8,那么溶液中 c(H2CO3)c(CO32)(填二或原因是(5) 小李同学拟用沉淀法测定

29、空气中CO2的体积分数，他查得CaCO3、BaCO3的溶度积(Ksp)分别为4.96 XI0一9、2.58 >109。小李应该选用的试剂是 。5. ( 2021佛山二模)(1) 写出碳酸的第一级电离平衡常数表达式:K1 =I 在25C时，醋酸、碳酸和亚硫酸的电离平衡常数分别为:醋酸5K= 1.75 10碳酸711K1= 4.30 WK2= 5.61 W亚硫酸2 7K1= 1.54 WK2= 1.02 W(2) 在相同条件下，试比拟 H2CO3、HCO3一和HSO3一的酸性强弱:>>(3) 假设保持温度不变，在醋酸溶液中参加少量盐酸，以下量会变小的是_ (填序号)。A. c(C

30、H3COO 一)B. c(H +)C.醋酸电离平衡常数D.醋酸的电离程度II 某化工厂废水中含有Ag+、Pb2+等重金属离子，其浓度各约为0.01mol L-1。排放前盐桥口 (石墨)ZnSg窘液 CuSO4液NaOl瘩液-经酸化的3%NaCI®©拟用沉淀法除去这两种离子，查找有关数据如下：难溶电解质AgIAgOHAg 2SPbbPb(OH)2PbS-17-8-50-9-15Ksp8.3 W05.6 W06.3 W07.1 W01.2 W03.4 10(4)你认为往废水中投入 (填字母序号)，沉淀效果最好。A. NaOHB. NazSC. KI D. Ca(OH) 2A 装

31、置中，盐桥中的 K +移向ZnSO4溶液B 装置工作一段时间后，a极附近溶液的pH增大C用装置精炼铜时，c极为粗铜D .装置中电子由 Zn流向Fe,装置中有Fe ( 1)求算800C时该反响的平衡常数，可用三部曲算出平衡时各物质的平衡浓度。+生成 7. 08海南改铅蓄电池，这是一种典型的可充电电池，电池总反响式为：敲电-+2- 充电Pb+ PbO2 + 4H + 2SO42PbSO4 + 2出0。在放电时，该电池的负极材料是 ，电极反响为 在充电时，电池中溶液的pH不断;电池外电路中每通过 2mol电子，电池内部消耗 mol H2SO4；放电时：溶液中的向方向移动。&09天津改氢氧燃料

32、电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。右图为电池示意图，该电池电极外表镀一层细小的铂粉，铂吸附气体 的能力强，性质稳定，请答复：氢氧燃料电池的能量转化主要形式是 ，在导线中电子流动方向为 用a、b表示。负极反响式为。电极外表镀铂粉的原因为 该电池工作时，H2和O2连续由外部供应，电池可连续不断提供电能。因此，大量平安储 氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：I. 2Li + 出 =2LIH n. LiH + H2O= LiOH + Hzf反响i中的复原剂是 ，反响n中的氧化剂是 9.绿色电解法制取半导体材料CU2O的示意图如下，反响原理：2Cu+ H2O= CU2O+ H2 To掖的强诞性 电解贾洱液石墨电极为极，外表发生反响(“氧化或“复原)，反响式为;Cu电极为极，连接电源的 极，反响式为；生成0.1molCu2O时，转移 mol电子，石墨电极上放出的气体在标况下的体积为升。【答案】1.( 1) 0.015mol/ ( L min)