广东省中山市古镇高级中学2022届高三化学 专题训练4 化学平衡

广东省中山市古镇高级中学2022届高三化学专题训练4化学平衡【例题1】2022年广东卷20题．甲酸甲酯水解反应方程式为：HCOOCH3(l)+H2O(l)HCOOH(l)+CH3OH(l)△H>0某小组通过试验研究该反应（反应过程中体积变化忽略不计）。反应体系中各组分的起始量如下表①：组分HCOOCH3H2OHCOOHCH3OH物质的量/mol1.001.990.010.52甲酸甲酯转化率在温度T1下随反应时间（t）的变化如下图：（1）根据上述条件，计算不同时间范围内甲酸甲酯的平均反应速率，结果见下表②：请计算15-20min范围内甲酸甲酯的减少量为mol，甲酸甲酯的平均反应速率为mol·min-1（不要求写出计算过程）。（2）依据以上数据，写出该反应的反应速率在不同阶段的变化规律及其原因：。（3）上述反应的平衡常数表达式为：，则该反应在温度T1下的K值为。（4）其他条件不变，仅改变温度为T2（T2大于T1），在上图中画出温度T2下甲酸甲酯转化率随反应时间变化的预期结果示意图。【分析】本题作为广东高考化学平衡原理的考查方式具有鲜明的代表性：①重点考查学生对化学反应速率概念、化学平衡的了解，及其外在影响因素（如浓度、温度等）的规律认识和理解；②考查学生对化学平衡常数简单计算的能力；③考查学生获取图表信息的能力（包括对图表的观察、分析能力以及对图表中实验数据的处理能力）、知识迁移运用能力、绘制结果示意图的能力及文字表达能力。第（1）小题考查重点是化学反应速率及其计算；图表分析运用与数据处理能力。15先看懂图像横纵坐标的含义，再根据两个坐标点的数据（15，6.7）和（20，11.2）知道在15-20min这5分钟内甲酸甲酯的转化率从6.7%升高到11.2%，结合甲酸甲酯的起始量（1.00mol）即可计算出甲酸甲酯的减少量：1.00mol×(11.2%－6.7%)=0.045mol计算15-20min范围内甲酸甲酯的平均反应速率，一般的常规思维：根据第1问在图像中求算的15-20min内甲酸甲酯的减少量，再结合速率公式v==求算出甲酸甲酯的平均反应速率，但是题目中没有体积V的数据。（那应该怎么办？）再次仔细审题“甲酸甲酯的平均反应速率为mol·min-1”，题目要求的速率单位中没有体积因素，因此速率公式v===0.009mol·min-1。思考：另外有同学根据题目中“表②”的数据：反应时间范围/min0~510~1515~2020~2530~3540~4550~5575~80平均反应速率/(10－3mol·min－1)1.97.4？7.84.41.60.80.0认为表格中的速率变化存在等差数列关系：从10~15min为7.4×10－3mol·min－1，20~25min为7.8×10－3mol·min－1，推测15~20min为7.6×10－3mol·min－1。请问该同学的推断是否合理？如果不正确，请指出他的问题出在哪里。第（2）小题考查重点是化学反应速率影响因素及其影响下的变化规律。将问题分解：①“反应速率在不同阶段的变化规律”，②“产生该变化规律的原因”。（作为文字表达的题目，分析清晰题目作答的角度，遵循“踩点得分”的意识很重要。)思考问题答案的方向在哪？——图像还是表格数据？反应时间范围/min0~510~1515~2020~2530~3540~4550~5575~80平均反应速率/(10－3mol·min－1)1.97.49.07.84.41.60.80.0如果从“表格”入手应该存在“小→大→小”的变化规律，即该反应过程分为三个阶段：反应初期、反应中期、反应后期。如果从“图像”入手，体现速率的因素是“曲线的斜率”，斜率的变化规律是：“斜率小→斜率大→斜率小”。原因怎么解释？情景是陌生的，甚至有些异常。越是这样越要冷静下来，回归最基本的工具——反应速率理论，一定是浓度、温度、压强、催化剂、接触面积等造成的。然后我们开始思考：问题1：外界条件时刻都在影响着反应速率，什么情况下才会出现反应速率中途加快呢？反应物浓度从一开始就是减小的趋势，若反应器大小不发生变化，又没有中途增加反应物的话，浓度不可能造成反应速率中途增大；温度是有可能的，如果反应本身放热会导致体系温度升高，使反应速率增大；压强的影15响本质上是浓度的影响，而且对非气态体系可以不考虑；催化剂的作用也是有可能的，我们接触过反应产物本身有催化作用的情形（如酸性高锰酸钾溶液与草酸的反应）。对于接触面积，反应开始后一般不会显著变化，个别情况也有（如未打磨的金属片表面的覆盖物）。结合本题，只可能是催化剂的作用。问题2：起催化作用的物质是生成物，而生成物有两种，起催化作用的是谁？组分HCOOCH3H2OHCOOHCH3OH物质的量/mol1.001.990.010.52催化剂需要与反应物充分接触才可能起作用，所以催化剂的量当然会影响催化作用。反应体系中HCOOH和CH3OH的起始量存在显著差异，基本可以推断HCOOH才是催化剂，因为催化作用是在反应进行了一段时间后才体现的。当然我们学过有机化学反应中酯一般是在酸性或碱性条件下水解，这样或许较容易联想到HCOOH起催化作用。知识卡片：自催化反应反应产物对反应速率有加快作用的反应称为自催化反应。在自催化反应中，反应速率既受反应物浓度的影响，又受反应产物浓度的影响。自催化作用的特点是：1.反应开始进行得很慢(称诱导期)，随着起催化作用的产物的积累反应速度迅速加快，而后因反应物的消耗反应速度下降；2.自催化反应必须加入微量产物才能启动；3.自催化反应必然会有一个最大反应速率出现。组织答案时，一般应将前提条件、前因后果表述清楚，其中的化学原理分析做到用词准确、书写规范。本小题参考答案：该反应中甲酸具有催化作用。①反应初期：虽然甲酸甲酯量较大，但甲酸量很小，催化效果不明显，反应速率较慢；②反应中期：甲酸量逐渐增多，催化效果显著，反应速率明显增大；③反应后期：甲酸量增加到一定程度后，浓度对反应速率的影响成为主导因素，特别是逆反应速率的增大，使总反应速率减小，直至为零。第（3）小题考查重点是化学平衡常数的计算。求算化学平衡常数的一般步骤是：写出化学平衡常数的表达式，根据“三段式”求出平衡状态下各物质的物质的量浓度，代入表达式计算。切记要选取已达平衡状态的数据。HCOOCH3(l)+H2O(l)HCOOH(l)+CH3OH(l)起始（mol）1.001.990.010.52变化（mol）0.240.240.240.24（0.25/V）•（0.76/V）平衡（mol）0.761.750.250.76（0.76/V）•（1.75/V）＝＝0.14第（4）小题考查重点是温度对化学平衡建立的过程和最终平衡状态的影响；运用图形的表达能力。用图像表达时，要慎重考虑：何处起点？趋势走向？何处拐点？何处终点？文字标注是否清晰？（这些要素都包含重要的化学信息）15起点的含义是反应刚开始，不论反应条件有何差异反应物的转化率都是从0开始；反应一旦开始立刻就有了快慢问题，且反应初段不同温度的体系中各物质的浓度仍然是很接近的，催化剂的影响也不会有显著区别，所以温度是影响反应初段曲线走势的最主要因素；反应进程的中后期，影响因素就比较多了，此时应该准确定位曲线的终点（平衡转化率的关系），以便使整个曲线的趋势不会有太大偏差。【反思】在上述例题的解答过程中，哪些思路和技能是在其他试题中应继续坚持的？【拓展】（2022年广东卷改）黄铁矿（主要成分为FeS2）是工业制取硫酸的重要原料，其煅烧产物为SO2和Fe3O4。（1）将0.050molSO2(g)和0.030molO2(g)放入容积为1L的密闭容器中，反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)在一定条件下达到平衡，测得c(SO3)＝0.040mol/L。计算该条件下反应的平衡常数K和SO2的平衡转化率（写出计算过程）。（2）已知上述反应是放热反应，当该反应处于平衡状态时，在体积不变的条件下，下列措施中有利于提高SO2平衡转化率的有（填字母）A升高温度B降低温度C增大压强D减小压强E加入催化剂F移出氧气（3）反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)△H<0SO2的转化率在起始温度T1=673K下随反应时间（t）的变化如下图，其他条件不变，仅改变起始温度为T2=723K，在图中画出温度T2下SO2的转化率随反应时间变化的预期结果示意图。（4）将黄铁矿的煅烧产物Fe3O4溶于H2SO4后，加入铁粉，可制备FeSO4。酸溶过程中需保持溶液足够酸性，其原因是__________________________________________________________________________________。15答案：(1)解：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)起始浓度/mol·L－10.0500.0300平衡浓度/mol·L－1(0.050－0.040)(0.030－0.040/2)0.040=0.010=0.010所以，K===1.6×103mol·L－1。a(SO2)=×100%=80%。归纳：①由“三段式”求出变化的物质的量和各物质在平衡状态下的物质的量浓度，②求出平衡转化率，③写出的表达式，代入数值求出K值的结果。(2)B、C。010203040506070t/min转化率SO2/%20806040T1T2(3)(4)Fe2＋、Fe3＋在溶液中存在水解，Fe2＋+2H2OFe(OH)2+2H＋，Fe3＋+3H2OFe(OH)3+3H＋，保持溶液足够酸性可抑制Fe2＋、Fe3＋的水解，并能防止Fe2＋被氧化成Fe3＋。【例题2】化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中具有重要作用。Ⅰ．硅酸钠水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火材剂等的原料。（1）取少量硅酸钠溶液于试管中，逐滴加入饱和氯化铵溶液，振荡。写出实验现象并给予解释。Ⅱ．羟基磷灰石[Ca5(PO4)3OH]是一种重要的生物无机材料，3种钙盐的溶解度随溶液pH的变化如下图所示(图中纵坐标是钙离子浓度的对数)，回答下列问题：15（2）图中所示3种钙盐在人体中最稳定的存在形式是_______________________(填化学式)，理由是：___________。（3）糖黏附在牙齿上，在酶的作用下产生酸性物质，易造成龋齿。结合化学平衡移动原理，分析其原因。Ⅲ．（4）硫酸锶(SrSO4)在水中的沉淀溶解平衡曲线如下，下列说法正确的是A．两个不同温度中，363K时Ksp(SrSO4)较小B．在283K时，向SrSO4的浊液中逐滴加入1.0mol/LNa2SO4溶液，Ksp(SrSO4)随c(SO42－)的增大而减小C．向b点的溶液中加入1.0mol/LNa2SO4溶液，c(Sr2+)减小，SrSO4的溶解度减小D．283K时，图中a点对应的溶液是不饱和溶液E．283K下的SrSO4饱和溶液升温到363K后变为不饱和溶液15F．升高温度可以实现a点到b点的转化【分析】本题重点考查化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中具有重要作用，命题主要从以下几个角度出发：①了解盐类水解的原理、影响盐类水解程度的主要因素；②了解难溶电解质的沉淀溶解平衡和饱和溶液的概念；③从试题提供的图像信息中提取实质性内容的能力，利用读图解析方式考查学生对化学基本概念和基本理论的运用能力。第（1）小题，粗读题目这是将两种盐溶液（Na2SiO3和NH4Cl）进行混合的反应，那么我们首先要考虑的是盐与盐之间是否发生复分解反应、氧化还原反应，其次考虑盐的水解。因此分析的对象就是Na2SiO3和NH4Cl的水解反应平衡体系：SiO32－+2H2OH2SiO3+2OH－，NH4++H2ONH3·H2O+H+，利用平衡移动的原理分析可得结果。另外作为简答题还必须考虑“踩点得分”的原则，题目设问是“写出实验现象并给予解释”，明显包含两层意思：①实验现象，②现象解释，所以作答过程中应该分两方面来写。第（2）小题的一个背景知识：“人体中的钙元素主要分布在骨骼和牙齿中，约占总量的99%，其余1%分布在血液、细胞间液及软组织中。”图中表示钙离子浓度的纵坐标是lgc(Ca2＋)而不是我们熟悉的c(Ca2＋)，这在化学研究中十分常见，这种表示方法能方便的表示浓度变化幅度很大的情况，我们要熟悉它并能在计算需要时迅速转化为物质的量浓度：c(Ca2＋)＝10lgc(Ca2＋)。图像表明：在人体pH约为7的环境下，Ca5(PO4)3OH溶解出的钙离子浓度最小，因而最稳定。第（3）小题要将酸性物质促进牙齿溶解的原因解释清楚，应先呈现Ca5(PO4)3OH的沉淀溶解平衡：Ca5(PO4)3OH(s)5Ca2＋(aq)＋3PO43－(aq)＋OH－(aq)，再利用平衡移动的原理分析可得结果。回答这类问题时，关键的化学过程能用化学语言表达时应清楚写出来。第（4）小题，分析对象是SrSO4的沉淀溶解平衡：SrSO4(s)Sr2＋(aq)+SO42－(aq)难点就是如何理解该平衡体系与图像的关系，需要理顺的主要有如下几个问题：①沉淀溶解平衡曲线上的点和曲线外的点的含义；②Ksp(SrSO4)与离子浓度、温度的影响关系；③饱和溶液的概念，不饱和溶液与饱和溶液间的转化；④沉淀溶解平衡发生移动后离子浓度的变化以及在图像中的体现。15【拓展】（一）解决化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的实际运用类型简答题目的一般思维和作答程序是：①阅读题目新情境的信息，找出核心问题的分析对象，即平衡体系；②找出题目信息中与平衡体系有关变化的因素；③利用平衡移动原理分析变化的因素对化学平衡移动的影响，即平衡移动方向的判断；④说明平衡发生移动后对实际问题体系产生的影响。（二）化学反应速率、平衡问题与图像信息的结合考察是本类问题的难点，复习重温近年广东高考中考察的有关图像，总结归纳图像表达方式（常见横、纵坐标）和设问方式，对提高解读分析图像能力会有很好的帮助。这些图像依次是：1515【练习】1．已知：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1。（1）在500℃、2.02×107Pa和铁催化条件下2L密闭容器中充入1molN2和3molH2，10min时达到平衡，有0.2molNH3生成，则10min内用氢气表示的该反应的平均速率v(H2)为，H2的转化率为__________。（2）充分反应后，放出的热量______(填“<”“>”“=”)92.4kJ，理由是。（3）为有效提高氢气的转化率，实际生产中宜采取的措施有____________A．降低温度B．不断补充氮气C．恒容下充入He来增大压强D．升高温度E．原料气不断循环F．及时移出氨（4）氨催化氧化制NO在热的铂铑（Pt-Rh）合金催化下进行，反应过程中合金始终保持红热，该反应的化学平衡常数K的表达式为________________，当升高温度时，K值______（填“增大”、“减小”、“不变”）。NH3转化率在温度T1下随反应时间（t）的变化如下图：其他条件不变，仅改变温度为T2（T2大于T1），在框图中画出温度T2下NH3转化率随反应时间变化的预期结果示意图。2．（2022年广州一模第23题改编）已知一氧化碳与水蒸气的反应为：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，800℃时，在容积为2.0L的密闭容器中充入2.0molCO(g)和3.0molH2O(g)，保持温度不变，4min后反应达到平衡，测得CO的转化率为60%。15（1）计算800℃时该反应的平衡常数。（写计算过程）（2）427℃时该反应的化学平衡常数为9.4，请结合（2）中的计算结果判断该反应的ΔH0（填“＞”“＜”或“＝”）。3．(2022南通调研题)尿素（H2NCONH2）是一种非常重要的高氮化肥，工业上合成尿素的反应如下：2NH3(l)＋CO2(g)H2O(l)＋H2NCONH2(l)△H＝－103.7kJ·mol－1试回答下列问题：⑴下列措施中有利于提高尿素的产率的是___________。A．采用高温B．采用高压C．寻找更高效的催化剂⑵合成尿素的反应在进行时分为如下两步：第一步：2NH3(l)＋CO2(g)H2NCOONH4(氨基甲酸铵)(l)△H1第二步：H2NCOONH4(l)H2O(l)＋H2NCONH2(l)△H2某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在一体积为0.5L密闭容器中投入4mol氨和图Ⅰ图Ⅱ1mol二氧化碳，实验测得反应中各组分随时间的变化如下图Ⅰ所示：①已知总反应的快慢由慢的一步决定，则合成尿素总反应的快慢由第步反应决定，总反应进行到min时到达平衡。②反应进行到10min时测得CO2的物质的量如图所示，则用CO2表示的第一步反应的速率v(CO2)＝。③第二步反应的平衡常数K随温度的变化如上右图Ⅱ所示，则△H20（填“＞”“＜”或“＝”）甲醇高温水蒸气N2、O2H2溶液空气盛有饱和K2CO3溶液的吸收池分解池合成塔（2×105Pa、300℃、铬锌触媒）4．（2022揭阳一模）为减小和消除CO2对环境的影响，一方面世界各国都在限制其排放量，另一方面科学家加强了对CO2创新利用的研究。最近有科学家提出“绿色自由”构想：把空气吹入碳酸钾溶液，然后再把CO2从溶液中提取出来，经化学反应后使之变为可再生燃料甲醇。“绿色自由”构想技术流程如下：15（1）在合成塔中，若有4.4kgCO2与足量H2恰好完全反应，可放出4947kJ的热量，试写出合成塔中发生反应的热化学方程式是。（2）以甲醇为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O2，负极通入甲醇，在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是：CH3OH+H2O－6e－====CO2+6H+则正极发生的反应是；放电时，H＋移向电池的（填“正”或“负”）极。（3）常温常压下，饱和CO2水溶液的pH=5.6，c(H2CO3)=1.5×10－5mol·L－1。若忽略水的电离及H2CO3的第二级电离，则H2CO3HCO3－＋H+的平衡常数K=。（已知：10－5.6=2.5×10－6）（4）常温下，0.1mol·L－1NaHCO3溶液的pH大于8，则溶液中c(H2CO3)c(CO32－)(填“＞”、“＝”或“＜”)，原因是_________________________________________________________________________。（5）小李同学拟用沉淀法测定空气中CO2的体积分数，他查得CaCO3、BaCO3的溶度积（Ksp）分别为4.96×10－9、2.58×10－9。小李应该选用的试剂是___________________。5．（2022佛山二模）I．已知在25℃时，醋酸、碳酸和亚硫酸的电离平衡常数分别为：醋酸K=1.75×10－5碳酸K1=4.30×10－7K2=5.61×10－11亚硫酸K1=1.54×10－2K2=1.02×10－7（１）写出碳酸的第一级电离平衡常数表达式：K1=_____________。（２）在相同条件下，试比较H2CO3、HCO3－和HSO3－的酸性强弱：　＞＞（３）若保持温度不变，在醋酸溶液中加入少量盐酸，下列量会变小的是（填序号）。A.c(CH3COO－)B.c(H+)C.醋酸电离平衡常数D.醋酸的电离程度II．某化工厂废水中含有Ag+、Pb2+等重金属离子，其浓度各约为0.01mol·L-1。排放前拟用沉淀法除去这两种离子，查找有关数据如下：难溶电解质AgIAgOHAg2SPbI2Pb(OH)2PbSKSP8.3×10-175.6×10-86.3×10-507.1×10-91.2×10-153.4×10-2815（４）你认为往废水中投入（填字母序号），沉淀效果最好。A.NaOHB.Na2SC.KID.Ca(OH)26．关于下列装置说法正确的是A．装置①中，盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液B．装置②工作一段时间后，a极附近溶液的pH增大C．用装置③精炼铜时，c极为粗铜D．装置④中电子由Zn流向Fe，装置中有Fe2＋生成7．（08海南改）铅蓄电池，这是一种典型的可充电电池，电池总反应式为：Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO42－2PbSO4＋2H2O。⑴在放电时，该电池的负极材料是　　　，电极反应为　　　　　　　　　　；⑵在充电时，电池中溶液的pH不断　　　　　；⑶电池外电路中每通过2mol电子，电池内部消耗molH2SO4；⑷放电时：溶液中的H＋向方向移动。8．（09天津改）氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。右图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定，请回答：⑴氢氧燃料电池的能量转化主要形式是，在导线中电子流动方向为　　　（用a、b表示）。⑵负极反应式为。⑶电极表面镀铂粉的原因为。⑷该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：w.w.w.k.s.5.u.c.o.mⅠ．2Li＋H22LIH　　Ⅱ．LiH＋H2O＝LiOH＋H2↑15反应Ⅰ中的还原剂是，反应Ⅱ中的氧化剂是。9．绿色电解法制取半导体材料Cu2O的示意图如下，反应原理：2Cu＋H2O＝Cu2O＋H2↑。⑴石墨电极为　　极，表面发生　　　反应（“氧化”或“还原”），反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；⑵Cu电极为　　　　极，连接电源的　　　　　极，反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；⑶生成0.1molCu2O时，转移　　　　　mol电子，石墨电极上放出的气体在标况下的体积为　　　　　　升。1515