2019高考化學 難點剖析 專題38 化學平衡計算講解.doc

專題38 化學平衡計算一、高考題再現(xiàn)1（2018課標）三氯氫硅（SiHCl3）是制備硅烷、多晶硅的重要原料?；卮鹣铝袉栴}：（1）SiHCl3在常溫常壓下為易揮發(fā)的無色透明液體，遇潮氣時發(fā)煙生成(HSiO)2O等，寫出該反應的化學方程式_。（2）SiHCl3在催化劑作用下發(fā)生反應：2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+ SiCl4(g) H1=48 kJmol13SiH2Cl2(g)SiH4(g)+2SiHCl3 (g) H2=30 kJmol1則反應4SiHCl3(g)SiH4(g)+ 3SiCl4(g)的H=_ kJmol1。（3）對于反應2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)，采用大孔弱堿性陰離子交換樹脂催化劑，在323 K和343 K時SiHCl3的轉化率隨時間變化的結果如圖所示。343 K時反應的平衡轉化率=_%。平衡常數(shù)K343 K=_（保留2位小數(shù)）。在343 K下：要提高SiHCl3轉化率，可采取的措施是_；要縮短反應達到平衡的時間，可采取的措施有_、_。比較a、b處反應速率大?。篴_b（填“大于”“小于”或“等于”）。反應速率=正逆=k正xSiHCl32k逆xSiH2Cl2xSiCl4，k正、k逆分別為正、逆向反應速率常數(shù)，x為物質的量分數(shù)，計算a處v正v逆=_（保留1位小數(shù)）?！敬鸢浮?2SiHCl3+3H2O(HSiO)2O+6HCl 114 22 0.02 及時移去產(chǎn)物 改進催化劑 提高反應物壓強（濃度） 大于 1.3【解析】（1）根據(jù)題目表述，三氯氫硅和水蒸氣反應得到(HSiO)2O，方程式為：2SiHCl3+3H2O=(HSiO)2O+6HCl。（2）將第一個方程式擴大3倍，再與第二個方程式相加就可以得到第三個反應的焓變，所以焓變?yōu)?83+(30)=114kJmol-1。溫度不變，提高三氯氫硅轉化率的方法可以是將產(chǎn)物從體系分離（兩邊物質的量相等，壓強不影響平衡）。縮短達到平衡的時間，就是加快反應速率，所以可以采取的措施是增大壓強（增大反應物濃度）、加入更高效的催化劑（改進催化劑）。a、b兩點的轉化率相等，可以認為各物質的濃度對應相等，而a點的溫度更高，所以速率更快，即VaVb。根據(jù)題目表述得到，當反應達平衡時，所以，實際就是平衡常數(shù)K值，所以0.02。a點時，轉化率為20%，所以計算出：2SiHCl3 SiH2Cl2 + SiCl4起始： 1 0 0反應： 0.2 0.1 0.1 （轉化率為20%）平衡： 0.8 0.1 0.1所以=0.8；=0.1；所以2（2018天津）CO2是一種廉價的碳資源，其綜合利用具有重要意義?；卮鹣铝袉栴}：（1）CO2可以被NaOH溶液捕獲。若所得溶液pH=13，CO2主要轉化為_（寫離子符號）；若所得溶液c(HCO3)c(CO32)=21，溶液pH=_。（室溫下，H2CO3的K1=4107；K2=51011）（2）CO2與CH4經(jīng)催化重整，制得合成氣：CH4(g)+ CO2(g) 2CO (g)+ 2H2(g)已知上述反應中相關的化學鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：化學鍵CHC=OHHCO(CO)鍵能/kJmol14137454361075則該反應的H=_。分別在VL恒溫密閉容器A（恒容）、B（恒壓，容積可變）中，加入CH4和CO2各1 mol的混合氣體。兩容器中反應達平衡后放出或吸收的熱量較多的是_（填“A” 或“B ”）。按一定體積比加入CH4和CO2，在恒壓下發(fā)生反應，溫度對CO和H2產(chǎn)率的影響如圖3所示。此反應優(yōu)選溫度為900的原因是_。（3）O2輔助的AlCO2電池工作原理如圖4所示。該電池電容量大，能有效利用CO2，電池反應產(chǎn)物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。電池的負極反應式：_。電池的正極反應式：6O2+6e6O26CO2+6O23C2O42反應過程中O2的作用是_。該電池的總反應式：_?！敬鸢浮?CO32- 10 +120 kJmol-1 B 900 時，合成氣產(chǎn)率已經(jīng)較高，再升高溫度產(chǎn)率增幅不大，但能耗升高，經(jīng)濟效益降低。 Al3e=Al3+（或2Al6e=2Al3+） 催化劑 2Al+6CO2=Al2(C2O4)3（2）化學反應的焓變應該等于反應物鍵能減去生成物的鍵能，所以焓變?yōu)?4413+2745)(21075+2436)= +120 kJmol-1。初始時容器A、B的壓強相等，A容器恒容，隨著反應的進行壓強逐漸增大（氣體物質的量增加）；B容器恒壓，壓強不變；所以達平衡時壓強一定是A中大，B中小，此反應壓強減小平衡正向移動，所以B的反應平衡更靠右，反應的更多，吸熱也更多。根據(jù)圖3得到，900時反應產(chǎn)率已經(jīng)比較高，溫度再升高，反應產(chǎn)率的增大并不明顯，而生產(chǎn)中的能耗和成本明顯增大，經(jīng)濟效益會下降，所以選擇900為反應最佳溫度。（3）明顯電池的負極為Al，所以反應一定是Al失電子，該電解質為氯化鋁離子液體，所以Al失電子應轉化為Al3+，方程式為：Al3e=Al3+（或2Al6e=2Al3+）。根據(jù)電池的正極反應，氧氣再第一步被消耗，又在第二步生成，所以氧氣為正極反應的催化劑。將方程式加和得到，總反應為：2Al+6CO2=Al2(C2O4)3。二、考點突破有關化學平衡的基本計算1. 物質濃度的變化關系反應物：平衡濃度起始濃度-轉化濃度生成物：平衡濃度起始濃度+轉化濃度其中，各物質的轉化濃度之比等于它們在化學方程式中物質的計量數(shù)之比。2. 反應的轉化率()：1003. 在密閉容器中有氣體參加的可逆反應，在計算時經(jīng)常用到阿伏加德羅定律的兩個推論： 恒溫、恒容時： ；恒溫、恒壓時：n1/n2=V1/V24. 計算模式（“三段式”）濃度(或物質的量) aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g) 起始 m n 0 0 轉化 ax bx cx dx 平衡 m-ax n-bx cx dxA的轉化率：(A)=（ax/m）100 C的物質的量分數(shù)：(C)100典例1（2019屆山西省大同市第一中學高三8月開學檢測）定溫度下，將2molSO2和lmolO2充入10L恒容密閉容器中，發(fā)生反應 2SO2(g) +O2(g) 2SO3(g) H=-196 kJmol-1，5min時達到平衡，測得反應放熱166.6 kJ。下列說法錯誤的是A 05 min內，用O2表示的平均反應速率v(O2)=0.017 molL-1 min-1B n(O2)n(SO3) 的值不變時，該反應達到平衡狀態(tài)C 若增大O2的濃度，SO2的轉化率增大D 條件不變，起始向容器中充入4 mol SO2和 2 mol O2，平衡時放熱小于333.2 kJ【答案】D典例2（2018屆四川省成都市郫都區(qū)高三期中測試）80 時，2 L 密閉容器中充入0.40 mol N2O4，發(fā)生反應N2O42NO2 H =Q kJ/mol（Q0），獲得如下數(shù)據(jù):下列判斷正確的是時間/s020406080100c(NO2)/molL-10.000.120.200.260.300.30A. 升高溫度該反應的平衡常數(shù)K減小B. 2040 s 內，v（N2O4）0.002 mol/( Ls)C. 反應達平衡時，吸收的熱量為0.30 Q kJ/molD. 100s 時再通入0.40 mol N2O4，達新平衡時N2O4的轉化率增大【答案】B【解析】A、該反應為吸熱反應，溫度升高，平衡向吸熱的方向移動，即正反應方向移動，平衡常數(shù)K增大，選項A錯誤；B、2040s 內，v（NO2）=0.004molL-1s-1，v（N2O4）=v（NO2）=0.002molL-1s-1，選項正確；C、濃度不變時，說明反應已達平衡，反應達平衡時，生成NO2的物質的量為0.30molL-12L=0.60mol，由熱化學方程式可知生成2molNO2吸收熱量QkJ，所以生成0.6molNO2吸收熱量0.3QkJ，單位錯誤，選項C錯誤；D、100s時再通入0.40mol N2O4，平衡狀態(tài)相當于增大壓強，平衡逆向移動，N2O4的轉化率減小，選項D錯誤。答案選B。典例3（2018屆內蒙古赤峰二中高三上學期第三次月考）體積比為23的N2和H2的混合氣體，在一定條件下發(fā)生反應。達到平衡時，容器內壓強為反應開始時的4/5，則N2的轉化率為()A. 50% B. 37.5% C. 25% D. 12.5%【答案】C根據(jù)題中信息有壓強比等于物質的量比，有（2-x+3-3x+2x）/(2+3)=4/5 解x=0.5mol，則氮氣的轉化率=0.5/2=25%。故答案為C。典例4（2018屆北京市東城區(qū)高三第一學期期末）活性炭可處理大氣污染物NO。為模擬該過程，T時，在3L密閉容器中加入NO和活性炭粉，反應體系中各物質的量變化如下表所示。下列說法正確的是活性炭/molNO/molX/molY/mol起始時2.0300.1000010min達平衡2.0000.0400.0300.030A. X一定是N2，Y一定是CO2B. 10min后增大壓強，NO的吸收率增大C. 10min后加入活性炭，平衡向正反應方向移動D. 010min的平均反應速率v(NO)=0.002 mol/(Lmin)【答案】D【解析】活性炭粉和NO反應生成X和Y，由表中數(shù)據(jù)可知，平衡時C、NO、X、Y的n分別為0.030mol、0.060mol、0.030mol、0.030mol，n之比為1211，則有C(s)+2NO(g)X+Y，結合原子守恒，可得方程式C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)。A、反應方程式為C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)，由于N2和CO2的計量系數(shù)均為1，無法判斷X是否是N2，故A錯誤；B、增大壓強，平衡不移動，所以NO的吸收率不變，故B錯誤；C、活性炭為固體，增加固體的量不影響反應速率和平衡，故C錯誤；D、n(NO)=0.030mol,則v(NO)= =0.002 mol/(Lmin)，故D正確。故選D。典例5（2018屆北京市清華大學附屬中學高三10月月考）由CO和H2S反應可制得羰基硫（COS）。在恒容的密閉容器中發(fā)生反應并達到平衡：CO(g)+H2S(g) COS(g)+H2(g)，數(shù)據(jù)如下表所示：實驗溫度/起始時平衡時n(CO)/moln(H2S)/moln(COS)/moln(H2)/moln(CO)/mol115010.010.0007.021507.08.02.04.5a340020.020.00016.0下列說法正確的是（ ）A. 上述反應是吸熱反應B. 實驗1達平衡時，CO的轉化率為70%C. 實驗2達平衡時，a<7.0D. 實驗3達平平衡后，再充入1.0molH2，平衡逆向移動，平衡常數(shù)值增大【答案】CC、 CO(g)H2S(g) COS(g)H2(g)起始：10 10 0 0變化：3 3 3 3平衡：7 7 3 3 ，此溫度下，K=，實驗2中濃度商Qc=<K，說明反應正向移動，即a<7.0，故C正確；D、平衡常數(shù)只受溫度的影響，因此再充入1.0molH2，平衡逆向移動，但化學平衡常數(shù)不變，故D錯誤。