六、化学反应速率、化学平衡

六、化学反应速率、化学平衡1．(2013·高考北京卷)下列实验事实不能用平衡移动原理解释的是()解析：选C。A.二氧化氮气体中存在平衡：2NO2N2O4，体系的温度变化会使平衡发生移动。B.不同温度下水的电离平衡常数不同，温度升高促进水的电离，电离平衡常数增大。C.向过氧化氢溶液中加入二氧化锰，加速了过氧化氢的分解，这是二氧化锰的催化作用，不能用平衡移动原理解释。D.氨水的浓度减小为原来的十分之一，但其pH的变化小于1，说明氨水在稀释的过程中平衡：NH3·H2ONHeq\o\al(＋,4)＋OH－发生了移动。2．(2013·高考重庆卷)将E和F加入密闭容器中，在一定条件下发生反应：E(g)＋F(s)2G(g)。忽略固体体积，平衡时G的体积分数(%)随温度和压强的变化如下表所示：①b＜f②915℃、2.0MPa时E的转化率为60%③该反应的ΔS＞0④K(1000℃)＞K(810℃)上述①～④中正确的有()A．4个B．3个C．2个D．1个解析：选A。反应E(g)＋F(s)2G(g)是气体分子数增大的反应，压强增大平衡逆向移动，故b<54.0；由b到83.0%可知转化率是增大的，温度升高，G的体积分数增大，平衡正向移动，故正反应是吸热的，由此可知f>75.0，故b<f，①正确。915℃、2.0MPa时，G的体积分数(物质的量分数)为75.0%，设总的物质的量为4mol，则E为1mol，G为3mol，根据反应E(g)＋F(s)2G(g)可知：生成3molG，消耗1.5molE，所以E的转化率为eq\f(1.5,1＋1.5)×100%＝60%，②正确。该反应是气体分子数增大的反应，故ΔS>0，③正确。因为该反应正向吸热，升高温度平衡正向移动，平衡常数增大，故④正确。3．(2013·高考山东卷)对于反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH＜0，在其他条件不变的情况下()A．加入催化剂，改变了反应的途径，反应的ΔH也随之改变D．降低温度，Y的转化率增大解析：选D。根据该反应的特点结合平衡移动原理逐项分析。A．该反应为反应前后气体物质的量不变的反应，平衡不受压强影响，减小容器体积，平衡不移动。B.催化剂不能使平衡移动，不改变产物的产率。C.增大c(X)，平衡正向移动，Y的转化率增大，X本身的转化率反而减小。D.该反应的正反应是放热反应，降低温度，平衡正向移动，Y的转化率增大。9．(2013·高考新课标全国卷Ⅱ)在1.0L密闭容器中放入0.10molA(g)，在一定温度进行如下反应：A(g)B(g)＋C(g)ΔH＝＋85.1kJ·mol－1反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的数据见下表：时间t/h0124816202530eq\f(总压强p,100kPa)4.915.586.327.318.549.509.529.539.53回答下列问题：(1)欲提高A的平衡转化率，应采取的措施为________。(2)由总压强p和起始压强p0计算反应物A的转化率α(A)的表达式为__________，平衡时A的转化率为________，列式并计算反应的平衡常数K________。(3)①由总压强p和起始压强p0表示反应体系的总物质的量n总和反应物A的物质的量n(A)，n总＝________mol，n(A)＝________mol。②下表为反应物A浓度与反应时间的数据，计算：a＝________。反应时间t/h04816c(A)/(mol·L－1)0.10a0.0260.0065分析该反应中反应物的浓度c(A)变化与时间间隔(Δt)的规律，得出的结论是________，由此规律推出反应在12h时反应物的浓度c(A)为________mol·L－1。解析：通过分析表格中数据，根据压强之比等于物质的量之比入手解决相关问题。(1)要提高A的转化率，应通过改变条件使平衡正向移动，可以从浓度、温度、压强三个方面考虑，可从容器中分离出B、C或扩大容器的体积(降低压强)或升高温度。(2)相同条件下，在密闭容器中气体的压强之比等于物质的量之比，设反应后气体的总物质的量为x，则有eq\f(p,p0)＝eq\f(x,0.10mol)，故x＝eq\f(0.10p,p0)mol，而气体的物质的量的增加量等于消耗的A的物质的量，故A的转化率为eq\f(\f(0.10p,p0)－0.10mol,0.10mol)×100%＝(eq\f(p,p0)－1)×100%，将表中的数据代入公式中可得平衡时A的转化率为(eq\f(9.53×100kPa,4.91×100kPa)－1)×100%≈94.1%；根据化学方程式列出平衡三段式，注意三段式中用的都是浓度，即可求得平衡常数。(3)结合(2)的解析可知n(A)＝0.10mol－(eq\f(0.10p,p0)－0.10)mol＝0.10×(2－eq\f(p,p0))mol；根据表中的数据，可知a＝0.10×(2－eq\f(7.31×100kPa,4.91×100kPa))mol·L－1≈0.051mol·L－1，通过表中的数据可知，在达到平衡前每间隔4h，A的浓度减少约一半，故反应在12h时，A的浓度为0.5×0.026mol·L－1＝0.013mol·L－1。答案：(1)升高温度、降低压强(2)(eq\f(p,p0)－1)×100%94.1%A(g)B(g)＋C(g)起始浓度/mol·L－10.1000转化浓度/mol·L－10.10×94.1%0.10×94.1%0.10×94.1%平衡浓度/mol·L－10.10×(1－94.1%)0.10×94.1%0.10×94.1%K＝eq\f(0.0941mol·L－12,0.0059mol·L－1)≈1.5mol·L－1(3)①0.10×eq\f(p,p0)0.10×(2－eq\f(p,p0))②0.051达到平衡前每间隔4h，c(A)减少约一半0.01310．(2013·高考山东卷)化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。(1)利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体，发生如下反应：TaS2(s)＋2I2(g)TaI4(g)＋S2(g)ΔH＞0(Ⅰ)反应(Ⅰ)的平衡常数表达式K＝________，若K＝1，向某恒容容器中加入1molI2(g)和足量TaS2(s)，I2(g)的平衡转化率为________。(2)如图所示，反应(Ⅰ)在石英真空管中进行，先在温度为T2的一端放入未提纯的TaS2粉末和少量I2(g)，一段时间后，在温度为T1的一端得到了纯净TaS2晶体，则温度T1________T2(填“＞”“＜”或“＝”)。上述反应体系中循环使用的物质是________。(3)利用I2的氧化性可测定钢铁中硫的含量。做法是将钢样中的硫转化成H2SO3，然后用一定浓度的I2溶液进行滴定，所用指示剂为________，滴定反应的离子方程式为________________________________________________________________________。(4)25℃时，H2SO3HSOeq\o\al(－,3)＋H＋的电离常数Ka＝1×10－2mol·L－1，则该温度下NaHSO3水解反应的平衡常数Kh＝________mol·L－1，若向NaHSO3溶液中加入少量的I2，则溶液中eq\f(cH2SO3,cHSO\o\al(－,3))将________(填“增大”“减小”或“不变”)。解析：(1)反应(Ⅰ)中，TaS2为固体，则平衡常数表达式为K＝[c(TaI4)·c(S2)]/c2(I2)。设平衡时，I2转化的物质的量为x，则有TaS2(s)＋2I2(g)TaI4(g)＋S2(g)起始/mol100转化/molx0.5x0.5x平衡/mol1－x0.5x0.5x此时平衡常数K为1，则有[(0.5x)·(0.5x)]/(1－x)2＝1，从而可得x＝2/3mol，I2(g)的转化率为(2/3mol)/1mol×100%≈66.7%。(2)由题意可知，未提纯的TaS2粉末变成纯净TaS2晶体，要经过两步转化：①TaS2＋2I2=TaI4＋S2，②TaI4＋S2=TaS2＋2I2，即反应(Ⅰ)先在温度T2端正向进行，后在温度T1端逆向进行，反应(Ⅰ)的ΔH大于0，因此温度T1小于T2，该过程中循环使用的是I2。(3)淀粉遇单质I2显蓝色，利用I2溶液滴定H2SO3时，常用淀粉作指示剂，达到终点时，溶液由无色变成蓝色，滴定反应的离子方程式为I2＋H2SO3＋H2O=4H＋＋2I－＋SOeq\o\al(2－,4)。(4)H2SO3的电离常数Ka＝[c(HSOeq\o\al(－,3))·c(H＋)]/c(H2SO3)＝1×10－2mol·L－1，水的离子积常数Kw＝c(H＋)·c(OH－)＝1×10－14mol2·L－2，综上可得Ka＝[c(HSOeq\o\al(－,3))·Kw]/[c(H2SO3)·c(OH－)]。NaHSO3溶液中HSOeq\o\al(－,3)的水解反应为HSOeq\o\al(－,3)＋H2OH2SO3＋OH－，则水解平衡常数Kh＝[c(H2SO3)·c(OH－)]/c(HSOeq\o\al(－,3))＝Kw/Ka＝(1×10－14mol2·L－2)/(1×10－2mol·L－1)＝1×10－12mol·L－1。NaHSO3溶液中加入少量I2，二者发生氧化还原反应，溶液中c(HSOeq\o\al(－,3))减小，HSOeq\o\al(－,3)的水解程度增大，c(H2SO3)/c(HSOeq\o\al(－,3))将增大。答案：(1)[c(TaI4)·c(S2)]/c2(I2)66.7%(2)＜I2(3)淀粉I2＋H2SO3＋H2O=4H＋＋2I－＋SOeq\o\al(2－,4)(4)1×10－12增大11．(2013·高考广东卷)大气中的部分碘源于O3对海水中I－的氧化。将O3持续通入NaI溶液中进行模拟研究。(1)O3将I－氧化成I2的过程由3步反应组成：①I－(aq)＋O3(g)=IO－(aq)＋O2(g)ΔH1②IO－(aq)＋H＋(aq)HOI(aq)ΔH2③HOI(aq)＋I－(aq)＋H＋(aq)I2(aq)＋H2O(l)ΔH3总反应的化学方程式为______________，其反应热ΔH＝________________。(2)在溶液中存在化学平衡：I2(aq)＋I－(aq)Ieq\o\al(－,3)(aq)，其平衡常数表达式为_______。(3)为探究Fe2＋对O3氧化I－反应的影响(反应体系如图1)，某研究小组测定两组实验中Ieq\o\al(－,3)浓度和体系pH，结果见图2和下表。编号反应物反应前pH反应后pH第1组O3＋I－5.211.0第2组O3＋I－＋Fe2＋5.24.1①第1组实验中，导致反应后pH升高的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②图1中的A为________。由Fe3＋生成A的过程能显著提高I－的转化率，原因是________________________________________________________________________。③第2组实验进行18s后，Ieq\o\al(－,3)浓度下降。导致下降的直接原因有(双选)________。A．c(H＋)减小B．c(I－)减小C．I2(g)不断生成D．c(Fe3＋)增加(4)据图2，计算3～18s内第2组实验中生成Ieq\o\al(－,3)的平均反应速率(写出计算过程，结果保留两位有效数字)。解析：利用盖斯定律、化学反应速率、化学平衡的影响因素等分析及计算，逐步解决问题。(1)根据盖斯定律，由①＋②＋③可得总反应为2I－(aq)＋O3(g)＋2H＋(aq)=I2(aq)＋O2(g)＋H2O(l)，则ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。(2)所给反应的平衡常数表达式为K＝eq\f(cI\o\al(－,3),cI2·cI－)。(3)①第1组实验中，pH升高是因为反应消耗了H＋。②图1中的A为Fe2＋，由Fe3＋生成Fe2＋的过程中，I－被氧化为I2，因此I－的转化率显著提高。③导致Ieq\o\al(－,3)浓度下降的原因是c(Fe3＋)增加，使c(I－)减小，平衡I2(aq)＋I－(aq)Ieq\o\al(－,3)(aq)逆向移动。(4)v(Ieq\o\al(－,3))＝eq\f(11.8×10－3－3.5×10－3mol·L－1,18－3s)≈5.5×10－4mol·(L·s)－1。答案：(