第17講化學平衡計算與圖像-2022年高考化學一輪復習名師精講練-試卷下載-教習網(wǎng)

?第17講化學平衡計算與圖像
【知識梳理】
一、化學平衡計算
1．有關計算量間關系
（1）反應物：起始量－變化量＝平衡量；生成物：起始量＋變化量＝平衡量。
（2）初始量可以是任意值；物質變化量之比等于化學方程式中計量數(shù)之比；平衡量一般不會等于化學計量數(shù)之比，但要受化學平衡常數(shù)Ｋ的制約。
（3）若起始投料量是按化學計量數(shù)比例，則在平衡時平衡量之比也要等于計量數(shù)之比。
（4）轉化率α＝[(反應物轉化的量)÷(反應物起始的量)]×100%]
（5）平衡混合物中百分含量ω(B)=[(物質B平衡量)÷(平衡時各物質總量)]×100%]
2．“三量法”的計算模式
三量/mol 3H2 + N2 2NH3 △n
初始量 a b 0 a+b
變化量 3x x 2x -2x
平衡量 a-3x b-x 2x a+b-2x
（1）轉化率：α(H2)＝(3x÷a)×100％，α(N2)＝(x÷b) ×100％　　
（2）平衡混合物中百分含量：ω(NH3)＝[2x÷(a+b-2x)] ×100％
（3）混合氣體相對平均分子質量：Ｍr＝(2a+28b)/(a+b-2x)
（4）平衡常數(shù)：K= （a-3x）3·（b-x）/（2x）2
例題1、(1)霧霾天氣嚴重影響人們的生活，其中氮氧化物和硫氧化物是造成霧霾天氣的主要原因之一，用活性炭還原法處理氮氧化物是消除氮的氧化物的常用方法之一。某研究小組向某密閉容器中加入一定量的活性炭和NO，發(fā)生反應：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)　ΔH=Q kJ·mol-1。在T1℃時，反應進行到不同時間測得各物質的濃度如下表，則Tl℃時，該反應的平衡常數(shù)K=　　　　。
時間/min
濃度/mol·L-1　　　
0
10
20
30
40
50
NO
1.00
0.58
0.40
0.40
0.48
0.48
N2
0
0.21
0.30
0.30
0.36
0.36
CO2
0
0.21
0.30
0.30
0.36
0.36
(2)某研究小組在實驗室探究氨基甲酸銨(NH2COONH4)分解反應平衡常數(shù)的測定。將一定量純凈的氨基甲酸銨置于特制的密閉真空容器中(假設容器體積不變，固體試樣體積忽略不計)，使其達到分解平衡：NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。實驗測得不同溫度下的平衡數(shù)據(jù)列于下表：
溫度/℃
15
20
25
30
35
平衡總壓強/kPa
5.7
8.3
12.0
17.1
24.0
平衡氣體總濃度/10-3mol·L-1
2.4
3.4
4.8
6.8
9.4
根據(jù)表中數(shù)據(jù)，寫出15 ℃時的分解平衡常數(shù)計算表達式及結果(結果保留三位有效數(shù)字)：　。
(3)已知T ℃時，反應FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)的平衡常數(shù)K=0.25。
①T ℃時，反應達到平衡時n(CO)∶n(CO2)=　　　　。
②若在1 L密閉容器中加入0.02 mol FeO(s)，并通入x mol CO，T ℃時反應達到平衡。此時FeO(s)的轉化率為50%，則x=　　　　。
二、化學平衡圖像
1．圖像類型：
(1)速率—時間圖：此類圖象定性揭示了v正、v逆隨時間(含條件改變對速率的影響)變化的規(guī)律，體現(xiàn)了平衡的“動、等、定、變”的基本特征，以及平衡移動的方向等。

（2）含量-時間-溫度(壓強)圖：圖象能說明平衡體系中各組分(或某一成分)在反應過程中的變化情況。C%指產物的質量分數(shù)；B%指某反應物的質量分數(shù)，此類圖象要注意各物質曲線的折點(達平衡)時刻相同，各物質濃度變化的內在聯(lián)系及其比例符合化學方程式中的計量數(shù)關系。

(3)恒壓(溫)圖：該類圖的縱坐標為物質的平衡濃度(c)或反應物的轉化率(α)，橫坐標為溫度(T)或壓強(p)，常見類型有：

(4)速率—溫度(壓強)圖：

（5）其他圖：如圖所示曲線是其他條件不變時，某反應物的最大轉化率(α)與溫度(T)的關系曲線，圖中標出的1、2、3、4四個點，表示v(正)＞v(逆)的點是3，表示v(正)＜v(逆)的點是1，而2、4點表示v(正)＝v(逆)。

2.解題方法:
(1)看圖像：一看軸，即縱、橫坐標的意義；二看點：即起點、拐點、交點、終點；三看線，即線的走向和變化趨勢；四看輔助線，即等溫線、等壓線、平衡線等；五看量的變化，如濃度變化、溫度變化、轉化率變化、物質的量的變化等。
(2)依據(jù)圖像信息，利用平衡移動原理，分析可逆反應的特征：吸熱還是放熱，氣體的化學計量數(shù)增大、減小還是不變，有無固體或純液體參加或生成等。
(3)先拐先平：在化學平衡圖像中，先出現(xiàn)拐點的反應先達到平衡，可能是該反應的溫度高、濃度大、壓強大或使用了催化劑。
(4)定一議二：勒夏特列原理只適用于一個條件的改變，所以圖像中有三個變量，先固定一個量，再討論另外兩個量的關系。
例題2、(1) 可逆反應：aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)　ΔH=Q。根據(jù)下圖回答：

①p1　　　　p2；　②a+b　　　　c+d； ③T1　　　　T2；?、堞　　　　0。
(2) 可逆反應：2A(g)+B(g)2C(g)　ΔH=Q，平衡時C的百分含量、B的轉化率與溫度、壓強的關系滿足下圖，根據(jù)圖像回答：

①p1　　　　p2；　②ΔH　　　　0。③圖中標出的1、2、3、4四個點表示v(正)>v(逆)的點是　　　　。
(3) 某密閉容器中發(fā)生如下反應：X(g)+3Y(g)2Z(g)　ΔH”、“0
B．若溫度為T1、T2，反應的平衡常數(shù)分別為K1、K2，則K1>K2
C．若反應進行到狀態(tài)d時，一定有正>逆
D．狀態(tài)a與狀態(tài)b相比，狀態(tài)a的c(I2)小
5．已知:2CH3COCH3(1)CH3COCH2COH(CH3)2(1)。取等量CH3COCH3分別在0℃和20℃下反應,測得其轉化率(α)隨時間(t)變化的關系曲線如圖所示。下列說法正確的是??

A．曲線Ⅱ表示20℃時的轉化反應
B．升高溫度能提高反應物的平衡轉化率
C．在a點時,曲線Ⅰ和Ⅱ表示反應的化學平衡常數(shù)相等
D．化學反應速率的大小順序為:d>b>c
6．K2FeO4 在水中不穩(wěn)定，發(fā)生反應：4FeO +10H2O4Fe(OH)3（膠體）+8OH- +3O2 ，其穩(wěn)定性與溫度（T）和溶液 pH 的關系分別如圖所示。下列說法正確的是

圖 IK2FeO4 的穩(wěn)定性與溫度的關系圖 IIK2FeO4 的穩(wěn)定性與溶液 pH 的關系
A．由圖 I 可知 K2FeO4 的穩(wěn)定性隨溫度的升高而升高 B．由圖 II 可知圖中 a＞c
C．由圖 I 可知溫度：T1＞T2＞T3 D．由圖 I 可知上述反應ΔH0
B．180℃，SO2去除率較高的主要原因是SO2被γ-Al2O3吸附
C．500℃時，其他條件不變，采用高效的催化劑可以提高SO2去除率
D．X點恒容下再通入CO、CO2各0.1 mol，達到平衡前v(正)＞v(逆)
12．在鎢酸鹽催化作用下，以馬來酸酐為原料，雙氧水為氧化劑可合成環(huán)氧琥珀酸。馬來酸酐轉化率和環(huán)氧琥珀酸選擇性隨溫度和催化劑用量的變化如圖所示(保持其他條件相同)。下列說法不正確的是( )

A．環(huán)氧琥珀酸的選擇性隨催化劑用量的增加而增加，故催化劑用量越多越好
B．當溫度低于 65℃時，環(huán)氧琥珀酸的選擇性隨溫度升高而增大
C．升高到一定溫度后環(huán)氧琥珀酸的選擇性降低，原因可能是環(huán)氧琥珀酸發(fā)生了水解反應
D．本實驗適宜的反應溫度為 65℃
13．由于溫室效應和資源短缺等問題，如何降低大氣中的CO2含量并加以開發(fā)利用，引起了各國的普遍重視。目前工業(yè)上有一種方法是用CO2生產燃料甲醇：在容器為1L的密閉容器中充入1molCO2和3molH2 ，平衡時CO2的物質的量為0.25mol，CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。該反應進行過程中能量的變化(單位為kJ·mol-1)如圖所示。

請回答下列問題：
（1）觀察圖象可知上述反應過程中，斷裂反應物中的化學鍵吸收的總能量______(填“大于”“小于”或“等于”)形成生成物中的化學鍵釋放的總能量。
（2）甲醇的結構類似于乙醇，試寫出甲醇的結構式：__________。甲醇分子中的化學鍵類型是________(填“離子鍵”或“共價鍵”)。
（3）科研人員開發(fā)出一種新型甲醇燃料電池。其電解質溶液是KOH溶液，在該電池的負極發(fā)生反應的物質是__________，發(fā)生的是__________(填"氧化"或"還原")反應。
（4）欲使合成甲醇的化學反應速率加快，請寫出兩條措施：___________________
（5）平衡時H2的轉化率為__________平衡時混合氣體中CH3OH(g)的體積分數(shù)為__________。
（6）下列事實能表明該反應已達平衡狀態(tài)的是（_______）(填序號)
A．CO2(g)的濃度不再發(fā)生變化
B．單位時間內消耗1mol CO2的同時生成3mol H2
C．在一個絕熱的容器中，混合物的溫度不再發(fā)生變化
D．在一個容積固定的容器內，壓強不再發(fā)生變化
14．研究和深度開發(fā)CO、CO2的應用具有重要的社會意義?；卮鹣铝袉栴}：
（1）CO可用于高爐煉鐵，已知：
Fe3O4(s)+4CO(g)=3Fe(s)+4CO2 (g) △H1= a kJ/mol
3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2 (g) △ H2= b kJ/mol
則反應Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2 (g)的△H=________kJ/mol
（2）某溫度下，在容積為2 L的密閉容器甲中投入8molCO2(g)、16molH2(g)發(fā)生反應：
CO2 (g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
甲容器15 min后達到平衡，此時CO2的轉化率為75%。則0?15 min內用二氧化碳表示平均反應速率v（CO2）=_______，計算此條件下該反應的平衡常數(shù)K= __________。
（3）捕碳技術是指從空氣中捕獲二氧化碳的各種科學技術的統(tǒng)稱。目前NH3和(NH4)2CO3等物質已經(jīng)被用作工業(yè)捕碳劑。
①下列物質中不可能作為CO2捕獲劑的是___________。
A．Na2CO3 B．NaOH C．CH3CH2OH D．NH4Cl
②用(NH4)2CO3捕碳的反應：(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g) 2NH4HCO3(aq)。為研究溫度對(NH4)2CO3捕獲CO2效率的影響，將一定量的(NH4)2CO3溶液置于密閉容器中，并充入一定量的CO2氣體，保持其它初始實驗條件不變，分別在不同溫度下，經(jīng)過相同時間測得CO2氣體濃度，得到趨勢圖：

I. c點的逆反應速率和d點的正反應速率的大小關系為
Ｖ逆c _____Ｖ正d (填“＞”、“＝”或“＜”)
II. b、c、d三點的平衡常數(shù)K b 、K c、 Kd 從大到小的順序為_______。(填“＞”、“＝”或“＜”)
III．T3～T4溫度區(qū)間，容器內CO2氣體濃度呈現(xiàn)增大的變化趨勢，其原因是____________。
15．汽車尾氣的主要成分有CO、SO2、NO、NO2等。
（1）利用氨水可以將SO2、NO2吸收，原理如下圖所示。

請寫出NO2被吸收反應的離子方程式___________________。
（2）科研工作者目前正在嘗試以二氧化鈦(TiO2)催化分解汽車尾氣的研究。
①已知：反應Ⅰ：2NO(g)＋O2(g)==2NO2(g) ΔH1 ＝—113.0 kJ·molˉ1
反應Ⅱ：2SO2(g)＋O2(g)==2SO3(1) ΔH2 ＝—288.4 kJ·molˉ1
反應Ⅲ：3NO2(g)＋H2O(g)==2HNO3＋NO(g) ΔH3 ＝—138.0 kJ·molˉ1
則反應NO2(g)＋SO2(g)==NO(g)＋SO3(1) ΔH4= _______________。
②已知TiO2催化尾氣降解原理可表示為：2CO(g)＋O2(g) 2CO2(g) ΔH5； 2H2O(g)＋4NO(g)＋3O2(g) 4HNO3(g) ΔH6。
在O2、H2O(g)濃度一定條件下，模擬CO、NO的降解，得到其降解率（即轉化率）如圖所示。請解釋ts后NO降解率下降的可能原因_____________________。

（3）瀝青混凝土也可降解CO。如圖為在不同顆粒間隙的瀝青混凝土（α、β型）在不同溫度下，反應相同時間，測得CO降解率變化。結合如圖回答下列問題：
①已知在50℃時在α型瀝青混凝土容器中，平衡時O2濃度為0.01mol·L—1，求此溫度下CO降解反應的平衡常數(shù)_______________。
②下列關于如圖的敘述正確的是_________________
A．降解率由b點到c點隨溫度的升高而增大，可知CO降解反應的平衡常數(shù)Kb＜Kc
B．相同溫度下β型瀝青混凝土中CO降解速率比α型要大
C．d點降解率出現(xiàn)突變的原因可能是溫度升高后催化劑失效
③科研團隊以β型瀝青混凝土顆粒為載體，將TiO2改為催化效果更好的TiO2納米管，在10℃～60℃范圍內進行實驗，請在如圖中用線段與“”陰影描繪出CO降解率隨溫度變化的曲線可能出現(xiàn)的最大區(qū)域范圍_____________。
（4）TiO2納米管的制備是在弱酸性水溶液中以金屬鈦為陽極進行電解，寫出陽極的電極反應式 ____________________。
16．丙烯(C2H6)是石油化工行業(yè)重要的有機原料之一，主要用于生產聚丙烯、二氯丙烷、異丙醇等產品。
(1)丙烷脫氫制備丙烯。由圖可得C3H8(g)?C3H6(g)+H2(g) ?H=____________kJ/mol

①為了同時提高反應速率和反應物的平衡轉化率，可采取的措施是________。
②目前在丙烷脫氫制丙烯時常通入適量的O2，讓其同時發(fā)生下列反應：2C3H8(g) +O2(g)?2C3H6(g)+2H2O(g) ?H=-235kJ/mol，通入O2的目的是_______。
(2)以C4H8和C2H4為原料發(fā)生烯烴歧化反應C4H8(g)+C2H4(g)?2C3H6(g) ?H>0
①某溫度下，上述反應中，正反應速率為v正=K正c(C4H8)?c(C2H4)、逆反應速率為v逆=K逆c2(C3H6)，其中K正、K逆為速率常數(shù)，該反應使用WO3/SiO2為催化劑，下列說法中正確的是_____________
A．催化劑參與了歧化反應，但不改變反應歷程
B．催化劑使K正和K逆增大相同的倍數(shù)
C．催化劑降低了烯烴歧化反應的活化能，增大了活化分子百分數(shù)
D．速率常數(shù)的大小與反應程度無關系
②已知t1min時達到平衡狀態(tài)，測得此時容器中n(C4H8)=amol，n(C2H4)=2amol，n(C3H6)=bmol，且平衡時C3H6的體積分數(shù)為25%。再往容器內通入等物質的量的C4H8和C2H4，在新平衡中C3H6的體積分數(shù)___________25%(填“>”、“0)，(1+x)(2+x)>2，Qc

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