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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)NH4HSO 3(aq) H1=akJmol -1 NH3H2O(aq)+NH4HSO3(aq)(NH4)2SO3(aq)+H2O(l) H2=bkJmol -
2、1 2(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(
3、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_。 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
4、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(N
5、H4)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
6、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 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 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)+SO
7、2(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)=n 10 -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
8、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
9、, 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 =10 q-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
10、压更有利于中平衡逆向移动。 答案 : (1)-399.7 正向(2)10 q-p (3)I 2+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 N N NN O H E/(kJ mol -1) 390 190 946 460 则使 1
11、 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 因此=p0(N
12、2O4)=108 kPa=115 kPa 。 根据题意 :v(N 2O4)=k1p(N2O4),v(NO2)=k2p 2(NO 2),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 N 2H4+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(N2O
13、4)=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 -1 CH4(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
14、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“ ”“ 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
15、知 H 2O(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 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
16、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 -1 min -1 , 则 v(H2)=0.075 molL -1min-1 2= 0.15 mol L -1 min -1 。 CO(g)+2H2(g)CH3OH(g
17、) 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)
18、 H=-280.9 kJmol -1 。 答案 : (1)b 放热 (2)A 、B (3)0.15 molL -1min-1 12 正反应方向 (4) (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。