2019年高考化學大串講 專題18 化學反應原理教案.doc

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專題18 化學反應原理 一、化學反應原理試題主要解決四個方面的問題： 1、熟練掌握反應熱、燃燒熱、中和熱的概念，熱化學方程式表示的意義，能用鍵能、蓋斯定律進行化學反應熱的計算，對于較復雜的熱化學方程式，能根據題目中的隱含條件構造出新的熱化學方程式。 2、化學平衡主要考查化學反應速率的計算、化學反應速率大小比較，有時可借助速率圖像解答?；瘜W平衡必考的是化學平衡常數，化學平衡常數只與溫度有關，計算時必須用平衡時各物質的濃度計算，某一時刻化學反應進行方向的判斷要通過濃度熵比較。 3、化學理論綜合題中最容易失分的是速率與平衡的陌生圖象，在非選擇題中的陌生圖象打破了傳統(tǒng)的速率平衡圖象模式，反應體系不再局限于氣相反應，引入了更多的液相反應，縱坐標和橫坐標不再局限于時間、溫度、壓強、速率、轉化率等物理量，而是引入了更多的變量，如兩種物質的物質的量之比、兩種物質的物質的量之比的負對數等，使得圖象更新穎、信息容量更大、題目難度更大。 4、原電池和電解池 （1）原電池中負極發(fā)生氧化反應，常出現電極材料溶解、質量減輕等現象；正極發(fā)生還原反應，常出現質量不變或增重、有氣體產生等現象。 （2）電解池中與電源負極連接的陰極材料不反應，與電源正極連接的陽極(除惰性電極外)材料發(fā)生氧化反應，可能出現電極溶解、質量減輕等現象。 （3）Fe在原電池與電解池反應中發(fā)生氧化反應時失去2個電子生成Fe2＋。 （4）可充電電池的放電反應是原電池反應，充電反應是電解池反應。放電過程中原電池的負極發(fā)生氧化反應，充電過程中電解池的陰極發(fā)生還原反應。 二、考點突破 1、反應熱問題 （1）從宏觀角度分析：ΔH＝H1(生成物的總能量)－H2(反應物的總能量) （2）從微觀角度分析：ΔH＝E1(反應物的鍵能總和)－E2(生成物的鍵能總和) （3）從活化能角度分析：ΔH＝E1(正反應活化能)－E2(逆反應活化能) （4）根據蓋斯定律計算： ①計算步驟： ②計算方法： 例1 NH3可用于生產硝酸和尿素。 （1）生產硝酸： ① NH3催化氧化是工業(yè)制硝酸的第一步反應，其化學方程式是_____。 ② 除此之外，還可能發(fā)生以下副反應： 4NH3 (g)+ 4O2 (g) === 2N2O (g) +6H2O (g) ΔH=－1105 kJ/mol 4NH3 (g) + 3O2 (g) === 2N2 (g) +6H2 O(g) ΔH=－1269 kJ/mol 兩個副反應在理論上趨勢均很大，但實際生產中影響并不大，原因是_____。 （2）生產尿素： ① 尿素的合成分兩步進行： a．2NH3 (g)＋CO2(g) NH2COONH4(l) ΔH=－117 kJ/mol b．NH2COONH4(l) CO(NH2)2(l)+H2O(l) ΔH=＋15 kJ/mol 寫出總反應的熱化學方程式：______。 ② 右圖為n(NH3):n(CO2) = 4 : 1時，溫度對CO2的轉化率的影響。解釋溫度升高CO2的平衡轉化率增大的原因：______。 ③ 測定尿素樣品含氮量的方法如下：取a g尿素樣品，將所含氮完全轉化為NH3，所得NH3用過量的v1 mL c1 molL-1 H2SO4溶液吸收完全，剩余H2SO4用v2 mL c2 molL-1 NaOH溶液恰好中和，則尿素樣品中氮元素的質量分數是______。 【答案】 4NH3+ 5O2 4NO +6H2O 使用催化劑提高氨的催化反應的選擇性 2NH3(g) + CO2(g) CO(NH2)2(l) + H2O(l) ΔH= －102 kJ/mol 升高溫度，反應b正向移動 14（2c1v1－c2v2）10－3/a 例2 NOx會造成大氣污染，在工業(yè)上采用多種方法進行處理。 I.氧化法：煙氣中的NO經O3預處理后轉化為NO2，再用CaSO3懸濁液吸收NO2。 已知：常溫下，CaSO4的沉淀溶解平衡常數數值為9.110-6，CaSO3的沉淀溶解平衡常數數值為3.110-7。 （1）NO與O3反應過程的能量變化如下： NO被O3氧化的總反應是化合反應，該反應的熱化學方程式為 ________。 （2）將CaSO3懸濁液靜置，取上層清液，測得pH約為8，用化學用語解釋其原因為________。 （3）用CaSO3懸濁液吸收NO2，將其轉化為HNO2，該反應的化學方程式為________。 （4）在實際吸收NO2的過程中，通過向CaSO3懸濁液中加入Na2SO4固體，提高NO2的吸收速率，從溶解平衡的角度解釋其原因：________。 II. 選擇性非催化還原法：該反應不使用催化劑，但必須在高溫有氧下利用NH3做還原劑與 NOx 進行選擇性反應：4NH3 + 4NO + O2 3N2 + 6H2O，不同溫度（T）下，反應時間（t）與NO濃度的關系如右圖所示。 （5）判斷該反應為________（填“吸熱”或“放熱”）反應，說明理由：________ 。 【答案】 3NO(g) + O3(g) 3NO2(g) ΔH= -317.3 kJ?mol﹣1 SO32- + H2O HSO3- + OH- CaSO3 + 2NO2 + H2O 2HNO2 + CaSO4 CaSO3濁液中存在：CaSO3(s) Ca2+(aq) + SO32-(aq)，加入Na2SO4固體，由于CaSO4的Ksp較小，SO42-與Ca2+結合生成CaSO4沉淀，c(Ca2+)減小，平衡正向移動，導致c(SO32-)增大，從而使NO2的吸收速率加快 放熱 由圖像中T1下反應先達平衡可推斷T1>T2，由T1（高溫）時NO的平衡濃度高可推斷正反應是放熱反應 【解析】I. (1). 由左圖可知，NO和O3反應生成NO2和O2的熱化學方程式為：NO(g)＋O3(g)=NO2(g)＋O2(g) △H=－200.9kJ/mol ①，由右圖可知，NO和O2反應生成NO2的熱化學方程式為：NO(g)＋ 2、化學平衡問題 （1）外界條件對化學平衡移動的影響規(guī)律 溫度的影響 升高溫度，化學平衡向吸熱反應方向移動； 降低溫度，化學平衡向放熱反應方向移動 濃度的影響 增大反應物濃度或減小生成物濃度，化學平衡向正反應方向移動； 減小反應物濃度或增大生成物濃度，化學平衡向逆反應方向移動 壓強的影響 增大壓強會使平衡向氣體體積減小的方向移動； 減小壓強會使平衡向氣體體積增大的方向移動 （2）化學平衡計算中兩組常用公式：在可逆反應mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)中化學平衡常數(K)與濃度商(Q)，K＝(式中的濃度是指平衡狀態(tài)的濃度，固體物質、純液體、水溶液中進行的反應，H2O不列入平衡常數的計算表達式中；氣體反應、有機反應，H2O的濃度要列入平衡常數的計算表達式中)，Q＝(式中的濃度是任意時刻的濃度)。轉化率α＝。 3、陌生平衡圖象的問題 （1）投料比—溫度圖像 仔細分析所給圖像縱橫坐標表示的含義，圖中曲線表示的物質量、變化趨勢，充分挖掘圖像信息中的隱含條件，如圖示中的最高點、最低點、交匯點、突變點都是提供解題信息的關鍵點。 （2）氣體的物質的量之比的對數—溫度圖像 此類試題圖像給出很多信息，要求我們要有很強的讀圖能力，如能根據等溫線分析圖像，并找到解題所需要的關鍵信息，一定要清楚氣體的物質的量之比的含義。 （3）脫除率—溫度圖像 利用化學反應可以除去有害物質，如何提高除去效果，這是化學平衡中需要解決的問題，此類圖像曲線較復雜，變化趨勢隨溫度不同有時升高有時降低，解題時更要細心。 例3NO2 與SO2能發(fā)生反應：NO2+SO2SO3+NO，某研究小組對此進行相關實驗探究。 （1）已知：2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH=-113.0kJ?mol-1 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-196.6kJ?mol-1 則NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g) ΔH=______________________。 （2）實驗中，尾氣可以用堿溶液吸收。NaOH 溶液吸收NO2時，發(fā)生的反應為：2NO2+2OH-=NO2-+NO3-+H2O，反應中的還原劑是__________；用NaOH 溶液吸收少量SO2的離子方程式為________________。 （3）在固定體積的密閉容器中，使用某種催化劑，改變原料氣配比[n0(NO2)∶n0(SO2)]進行多組實驗（各次實驗的溫度可能相同，也可能不同），測定NO2的平衡轉化率[a(NO2)]。部分實驗結果如圖所示： ①當容器內_____（填標號）不再隨時間的變化而改變時，可以判斷反應達到了化學平衡狀態(tài)。 a.氣體的壓強 b.氣體的平均摩爾質量 c.氣體的密度 d.NO2的體積分數 ②如果要將圖中C點的平衡狀態(tài)改變?yōu)锽點的平衡狀態(tài),應采取的措施是____________。 ③若A 點對應實驗中，SO2(g)的起始濃度為c0 mol?L-1，經過t min達到平衡狀態(tài)，該時段化學反應速率v(NO2)=______________molL-1min-1。 ④圖中C、D 兩點對應的實驗溫度分別為Tc和Td，通過計算判斷：Tc____Td（填 “>”、“=”或“<”）。 【答案】 -41.8kJmo1-1 NO2 SO2+2OH-==SO32-+H2O d 降低溫度 c0/5t = 例4 TiO2和TiCl4均為重要的工業(yè)原料。已知： Ⅰ.TiCl4(g)+O2(g)TiO2(s)+2Cl2(g) ΔH1=-175.4kJmol-1 Ⅱ.2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH2= -220.9kJmol-1 請回答下列問題： （1）TiCl4(g)與CO(g)反應生成TiO2(s)、C(s)和氯氣的熱化學方程式為_______。升高溫度，對該反應的影響為_____________________。 （2）若反應Ⅱ的逆反應活化能表示為EkJmol-1，則E________220.9(填“>”“<”或“=”)。 （3）t℃時，向10 L恒容密閉容器中充入1molTiCl4和2 molO2，發(fā)生反應Ⅰ。5min達到平衡時測得TiO2的物質的量為0.2 mol。 ①0~5 min 內，用Cl2表示的反應速率v(Cl2)=__________。 ②TiCl4的平衡轉化率a=__________________。 ③下列措施，既能加快逆反應速率又能增大TiCl4的平衡轉化率的是__________（填選項字母）。 A．縮小容器容積 B．加入催化劑 C．分離出部分TiO2 D．增大O2濃度 ④t℃時，向10 L恒容密閉容器中充入3 mol TiCl4和一定量O2的混合氣體，發(fā)生反應Ⅰ，兩種氣體的平衡轉化率(a)與起始的物質的量之比()的關系如圖所示： 能表示TiCl4平衡轉化率的曲線為__________(填“L1”或“L2”)；M點的坐標為___________。 【答案】 TiCl4(g)+2CO(g)=TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s) ΔH=+45.5kJmol-1 反應速率加快，平衡正向移動，反應物的轉化率增大 ＞ 0.008 molL-1min-1 20% D L2 (1， ) 4、原電池與電解池問題 （1）原電池考查 ①電解質溶液中電極反應式的書寫 由反應和生成物的化合價判斷正負極。元素化合價升高的物質被氧化，作原電池的負極；元素化合價降低的物質被還原，作原電池的正極?；蟽r變化的數值就是原子得失電子數目。同時要注意溶液的酸堿性，即酸性溶液中不能出現OH-，堿性溶液中不能出現H+。 ②熔融鹽（或氧化物）電池中電極反應式的書寫 熔融鹽（或氧化物）電池中是以熔融態(tài)的鹽（或氧化物）為電解質，通過熔融的鹽（或氧化物）電離的離子導電，也就是說熔融鹽（或氧化物）電池中沒有水溶液，寫電極反應式時，反應物中要避免出現H+或OH-。 ③從題圖中信息突破電極反應式的書寫 對于題目中給出示意圖的，要根據題目中的敘述結合示意圖，特別是圖中箭頭指示的方向，什么微粒進去，在電極上轉化成什么微粒離開，從微粒中元素化合價，判斷電極上發(fā)生的是氧化反應還是還原反應，進而判斷電極反應式。如果示意圖中標出了使用的是質子交換膜，則說明該原電池是酸式電池，那么電極反應式中就不能出現OH-。 （2）電解原理考查 電解原理的考查主要是電解原理的應用，明確陽極發(fā)生氧化反應、陰極發(fā)生還原反應，從電池中離子的移動方向也可判斷電解池的陰陽極。電解原理在消除環(huán)境污染領域有廣泛的應用，通過電解的方法，可以把有毒物質轉化為無毒物質或轉化為人們可以利用的物質。如何處理廢水再利用是當今社會普遍關心的問題，通過電解法也可以消除污水中的有毒物質，同時還可以轉化為人們可利用的物質。解題中一定要看清示意圖中有關離子的進出方向。 例5合成氣(CO+H2) 廣泛用于合成有機物，工業(yè)上常采用天然氣與水蒸氣反應等方法來制取合成氣， (1)已知標況下，5.6LCH4與水蒸氣完全反應時吸收51.5kJ的熱量，請寫出該反應的熱化學方程式________________； (2)在150℃時2L 的密閉容器中，將2molCH4和2mol H2O(g)混合，經過15min達到平衡，此時CH4的轉化率為60%。回答下列問題： ①從反應開始至平衡，用氫氣的變化量來表示該反應速率v(H2)=________。 ②在該溫度下，計算該反應的平衡常數K=________。 ③下列選項中能表示該反應已達到平衡狀態(tài)的是________。 A．V(H2)逆=3v (CO)正 B．密閉容器中混合氣體的密度不變 C．密閉容器中總壓強不變 D．C(CH4)=C(CO) (3)合成氣中的氫氣也用于合成氨氣：N2+3H22NH3。保持溫度和體積不變，在甲、乙、丙三個容器中建立平衡的相關信息如下表。則下列說法正確的是_______________； 容器 體積 起始物質 平衡時NH3的物質的量 平衡時N2 的體積分數 反應開始時的速率 平衡時容器內壓強 甲 1L 1molN2+3molH2 1.6mol φ甲 v甲 P甲 乙 1L 2molN2+6molH2 n1 mol φ乙 v乙 P乙 丙 2L 2molN2+6molH2 n2 mol φ丙 v丙 P丙 A．n1=n2=3.2 B．φ甲=φ丙>φ乙 C．v乙 >v丙>v甲 D．P乙>P甲=P丙 (4)合成氣可以制取甲醚，綠色電源“二甲醚-氧氣燃料電池”工作原理如下圖所示 ① 電極Y 上發(fā)生的反應式為__________ ； ②電池在放電過程中，電極X周圍溶液的pH_______(填“增大、減小、不變”)。 【答案】 CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) △H= +206kJ/mol 0.12molL-1min-1 21.87 AC BD O2+4e-+4H+=2H2O 減小 例6近年科學家提出“綠色自由”構想。把含有大量CO2的空氣吹入K2CO3溶液中，再把CO2從溶液中提取出來，并使之與H2反應生成可再生能源甲醇。其工藝流程如下圖所示： 回答下列問題： (1)進入分解池中主要物質是______；在合成塔中，若有4.4kgCO2與足量H2反應，生成氣態(tài)的H2O和CH3OH，可放出5370kJ的熱量，寫出該反應的熱化學方程式：____________。 (2)該工藝在哪些方面體現了“綠色自由”構想中的“綠色”：①____________；②________。 (3)一定條件下，往2L恒容密閉容器中充入1.0molCO2和3.0 mol H2，在不同催化劑作用下，相同時間內CO2的轉化率隨溫度變化如下圖所示： ①催化劑效果最佳的是_______（填“催化劑I”．“催化劑Ⅱ”，“催化劑Ⅲ”）。b點v（正）______v（逆）（填“>”，“<”，“=”）。 ②此反應在a點時已達平衡狀態(tài)，a點的轉化率比c點高的原因是___________。c點時該反應的平衡常數K=___________。 (4)科學家還研究了其它轉化溫室氣體的方法，利用下圖所示裝置可以將CO2轉化為氣體燃料CO。該裝置工作時的總反應方程式為_________________。 (5)己知25℃時H2CO3的電離平衡常數為：Kal=4.410-7、Ka2=4.7l0-ll，則反應：HCO3- +H2OH2CO3+ OH-的平衡常數K=________。 【答案】 KHCO3（或碳酸氫鉀） CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g) △H=-53.7kJ/mol 減少大氣中CO2；產生清潔能源甲醇； K2CO3可循環(huán)使用；能量可以循環(huán)利用，低碳經濟等 催化劑I > 該反應為放熱反應，溫度開高，平衡逆向移動 2.1 2CO22CO+O2 2.310-8