核心素养提升25 化学平衡分析中的虚拟过程.docx
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核心素养提升25化学平衡分析中的虚拟过程
素养说明:
化学平衡内容是高中基础理论知识中最难理解的部分之一,如对于某些化学平衡问题,在解答过程中若建立“虚拟过程”模型,然后进行参照对比,可以使看似复杂的问题简单化。
一、过程虚拟法
就是在分析或解决问题时,根据需要和可能,虚拟出能方便解题的对象,并以此为中介,实现由条件向结论转化的思维方法。
【例】 把晶体N2O4放入一固定容积的密闭容器中气化并建立N2O4(g)
2NO2(g)平衡后,保持温度不变,再通入与起始时等量的N2O4气体,反应再次达平衡,则新平衡N2O4的转化率与原平衡比( )
A.变大 B.变小 C.不变 D.无法确定
【过程虚拟】
解析 第①步两容器平衡后状态一模一样。
第②步撤去隔板没有任何变化。
第③步压缩时平衡逆向移动,故N2O4的转化率变小,选B。
注意:
加入N2O4,该平衡正向移动,这是真实存在的。
运用过程假设法,推导平衡逆向移动,逆向移动是虚拟的,不是真实存在的,这一点要特别注意。
答案 B
二、构造“等效平衡”
1.定义:
在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压)下,同一可逆反应体系,不管是从正反应开始,还是从逆反应开始,还是正、逆反应同时投料,达到化学平衡状态时,任何相同组分的百分含量(质量分数、物质的量分数、体积分数等)均相同。
2.等效平衡分类及规律
等效类型
①
②
③
条件
恒温、恒容
恒温、恒容
恒温、恒压
反应的特点
任何可逆反应
反应前后气体分子数相等
任何可逆反应
起始投料
换算为化学方程式同一边物质,其“量”相同
换算为化学方程式同一边物质,其“量”符合同一比例
换算为化学方程式同一边物质,其“量”符合同一比例
平衡特
点
质量分数(w%)
相同
相同
相同
浓度(c)
相同
成比例
相同(气体)
物质的量(n)
相同
成比例
成比例
3.解题模板:
等效平衡判断“四步曲”
:
观察可逆反应特点(物质状态、气体分子数),判断反应是反应前后气体体积不变的可逆反应还是反应前后气体体积改变的可逆反应;
:
挖掘反应条件,是恒温恒容还是恒温恒压,注意密闭容器不等于恒容容器;
:
采用一边倒法,将起始物质按可逆反应化学计量数之比转化成同一边的物质;
:
联系等效平衡判断依据,结合题目条件判断是否达到等效平衡。
[题型专练]
1.(过程虚拟)在带活塞的圆筒内装入NO2气体,慢慢压缩,下列叙述正确的是( )
A.体积减半,压强为原来的2倍
B.体积减半,压强大于原来的2倍
C.体积减半,压强增大,但小于原来的2倍
D.体积减半,达到平衡后,n(NO2)变为原来的一半
解析 筒内气体进行可逆反应2NO2(g)
N2O4(g),体积减半,也就是压缩体积至原来的
,假设平衡不移动,压强变为原来的2倍,但压缩体积时,压强会增大,平衡正向移动,故压强小于原来的2倍。
答案 C
2.(状态虚拟)可逆反应:
3A(g)
3B(?
)+C(?
),正反应为吸热反应。
随温度的升高,气体平均相对分子质量有变小趋势,则下列判断不正确的是( )
A.B和C不可能一个固体、一个液体
B.B和C一定都是气体
C.若C为固体,则B一定是气体
D.B和C可能都是气体
解析 题目中的正反应吸热,则温度升高,平衡向正反应方向移动,气体的平均摩尔质量变小,则B、C肯定不会都是固体或液体。
我们对物质的状态进行虚拟:
若B、C都是气体,符合题意,若B为气体,C不为气体也可以,而若B不是气体,C为气体则不符合题意。
答案 B
3.在相同温度和压强下,对反应CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)进行甲、乙、丙、丁四组实验,实验起始时放入容器内各组分的物质的量见下表
上述四种情况达到平衡后,n(CO)的大小顺序是( )
A.乙=丁>甲=丙B.甲>乙>丙>丁
C.乙=甲>丁=丙D.丁>丙>乙>甲
解析 四种情况的反应物起始量可折合成下表情况
所以乙和丁相当于提高了反应物(CO2)的初始量,平衡向正反应方向移动,n(CO)相对于甲和丙提高,故有乙=丁>甲=丙。
答案 A
4.(2018·江苏化学,15)一定温度下,在三个容积相同的恒容密闭容器中按不同方式投入反应物,发生反应2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)(正反应放热),测得反应的相关数据如下:
容器1
容器2
容器3
反应温度T/K
700
700
800
反应物投入量
2molSO2、1molO2
4molSO3
2molSO2、1molO2
平衡v正(SO2)/
mol·L-1·s-1
v1
v2
v3
平衡c(SO3)/mol·L-1
c1
c2
c3
平衡体系总压强p/Pa
p1
p2
p3
物质的平衡转化率α
α1(SO2)
α2(SO3)
α3(SO2)
平衡常数K
K1
K2
K3
下列说法正确的是(双选)( )
A.v1<v2,c2<2c1
B.K1>K3,p2>2p3
C.v1<v3,α1(SO2)>α3(SO2)
D.c2<2c3,α2(SO3)+α3(SO2)<1
解析 容器2中反应物投入量相当于容器1中反应物投入量的2倍,平衡时,容器2中SO2的反应速率大,容器2中反应达到的平衡相当于容器1中反应达到平衡后加压,增大压强,平衡正向移动,则平衡时SO3的浓度:
c2>2c1,A项错误;平衡常数仅与温度有关,容器3中温度高,而该反应为放热反应,升温平衡逆向移动,平衡常数减小,则K1>K3,容器1和容器2中温度相同,投料量不同,平衡时p2<2p1,升温平衡逆向移动,则平衡时p1
答案 CD
培优训练14:
有机合成与推断
1.盐酸去氧肾上腺素可用于防治脊椎麻醉及治疗低血压。
盐酸去氧肾上腺素可由化合物E制备得到,E的合成路线如下:
回答下列问题:
(1)A的结构简式为________,CH3OCH2CH2OCH2Cl中的含氧官能团名称为________。
(2)C生成D的反应类型为________。
(3)设计A→B,D→E两步的目的为_______________________________________。
(4)F是E的同分异构体,且属于氨基化合物,不能与FeCl3溶液发生显色反应,且分子中有5种不同化学环境的氢原子,则F共有________种,写出其中一种同分异构体的结构简式:
___________________________________________________。
(5)参照上述合成路线,以
、CH3I为原料(无机试剂任选),设计制备A的合成路线:
_______________________________________________
_____________________________________________________________________。
解析
(1)根据A的分子式,对比B的结构简式可知A中有一个苯环,一个醛基,另一个O形成—OH,则A的结构简式为
。
CH3OCH2CH2OCH2Cl中的含氧官能团为醚键。
(2)比较C与D的结构简式可知,化合物C中基团
的C—O键断裂,
中N—H键断裂,发生加成反应生成D。
(3)起始原料A、目标产物E中均含有酚羟基,所以这两步设计的目的是保护A中酚羟基不被氧化。
(4)应先从官能团的确定入手,根据信息知F中含有氨基,不含酚羟基,由于C原子较多,H原子的种类较少,因此分子结构必然具有较强的对称性,并且C原子个数为奇数,所以必然有一个C原子在对称轴上,符合这些要求的对称结构有两种:
或:
,再把剩余的基团连接到苯环上,验证分子中是否有5种不同化学环境的氢原子,符合条件的结构有4种:
。
(5)从原料到产物,就是将甲基转变成醛基:
—CH3―→—CH2Cl―→—CH2OH―→—CHO,但同时需要考虑的是酚羟基易被氧化,需要保护。
故设计合成路线如下:
答案
(1)
醚键
(2)加成反应 (3)保护A中酚羟基不被氧化
(5)
2.(2019·佛山市普通高中高三教学质量检测,36)化合物F具有独特的生理药理作用,实验室由芳香化合物A制备的一种合成路线如下:
已知:
①R—Br
R—OCH3
回答下列问题:
(1)A的名称为________,B生成C的反应类型为________。
(2)咖啡酸的结构简式为________。
(3)F中含氧官能团名称为________。
(4)写出F与足量NaOH溶液反应的化学方程式______________________________________________________________________
______________________________________________________________________。
(5)G为香兰素的同分异构体,能使FeCl3溶液变紫色,苯环上只有两个取代基团,能发生水解反应,符合要求的同分异构体有________种,请写出其中核磁共振氢谱图显示有4种不同环境的氢,峰面积比为3∶2∶2∶1的G的结构简式_____________________________________________________________________。
(6)写出以
原料(其他试剂任选)制备肉桂酸
的合成路线。
解析 C与CH3ONa的反应一定是题目的已知反应①,所以C为
,推出B为
。
由上,再根据A的分子式得到A为
。
香兰素发生题目已知反应②得到D,所以D为
。
最后一步E与
酯化得到F,所以E为
。
(1)A为
,所以名称为对甲基苯酚或者4甲基苯酚。
由B
的反应为取代反应。
(2)咖啡酸E为
。
(3)根据F的结构简式得到其含氧官能团的名称为(酚)羟基和酯键。
(4)F与足量氢氧化钠反应,其两个酚羟基会与氢氧化钠中和,另外酯键和氢氧化钠水解,所以方程式为:
(5)G为香兰素的同分异构体,能使FeCl3溶液变紫色,说明一定有酚羟基,苯环上只有两个取代基团,能发生水解反应,说明除酚羟基外,其余的两个C和两个O都在另一个取代基上,且一定有酯键。
所以符合要求的同分异构体有9种:
(各自有邻间对三种同分异构体)。
其中核磁共振氢谱图显示有4种不同环境的氢,峰面积比为3∶2∶2∶1的G的结构简式为:
。
(6)很明显制备肉桂酸需要用到题目的已知反应②,所以需要制得
,将原料水解后氧化即可得到,所以路线图为:
答案
(1)4甲基苯酚或对甲基苯酚 取代反应
(2)
(3)酯键、(酚)羟基
3.(2018·青岛市高三一模,36)蜂胶是蜜蜂从植物芽孢或树干上采集的树脂。
在蜂胶众多的功效成分中,咖啡酸苯乙酯(CAPE)已经被鉴定为蜂胶中的主要活性组分之一。
已知:
①A的核磁共振氢谱有三个波峰,红外光谱显示咖啡酸分子中存在碳碳双键
合成咖啡酸苯乙酯的路线设计如下:
请回答下列各题:
(1)物质A的名称为________。
(2)由B生成C和C生成D的反应类型分别是________、________。
(3)E的结构简式为________。
(4)咖啡酸生成咖啡酸苯乙酯的化学方程式为_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(5)芳香化合物X是G(C9H8O3)的同分异构体,X能与饱和碳酸氢钠溶液反应放出CO2,且与新制Cu(OH)2反应生成砖红色沉淀,其核磁共振氢谱显示有5种不同化学环境的氢,峰面积比为2∶2∶2∶1∶1,写出两种符合要求的X的结构简式______________________________________________________________________。
(6)参照上述合成路线,以丙醛和
为原料(其他试剂任选),设计制备
的合成路线。
答案
(1)4氯甲苯或对氯甲苯
(2)氧化反应 取代反应
(3)
4.(2018·安徽皖北协作区联考,36)苄丙酮香豆素(H)常用于防治血栓栓塞性疾病。
其合成路线如图所示(部分反应条件略去)。
已知:
CH3CHO+CH3COCH3
CH3CH(OH)CH2COCH3(其中一种产物)
(1)E的名称是________,D中含氧官能团的名称是________。
(2)反应①的反应类型是________,反应⑤的反应类型是________。
(3)1molH与H2加成,最多可消耗________molH2。
(4)反应③的化学方程式为______________________________________________。
(5)C的同分异构体中满足下列条件的有________种,其中核磁共振氢谱有4组峰且峰面积之比为1∶2∶2∶3的结构简式______________________________________________________________________(写一种即可)。
①不能和FeCl3溶液发生显色反应
②1mol该有机物能与2molNaOH恰好完全反应
(6)参照苄丙酮香豆素的合成路线,设计一种以E和乙醛为原料制备
的合成路线
解析 根据G的结构、F转化为G的条件(浓硫酸、加热)、丙酮三个碳链的结构,可逆推出F的结构为
,再结合题目的已知信息可推知E的结构为
。
(1)E的名称是苯甲醛,D中含氧官能团的名称是羟基、酯键。
(2)反应①的反应类型是取代反应,反应⑤的反应类型是消去反应。
(3)H的结构中的苯环、碳碳双键和酮羰基可以和H2加成,所以1molH最多能与8molH2发生加成反应。
(4)反应③的化学方程式为
(5)满足条件的C的同分异构体有:
其中核磁共振氢谱有4组峰且峰面积之比为1∶2∶2∶3的是①和④。
答案
(1)苯甲醛 羟基、酯键
(2)取代反应 消去反应
培优训练1:
传统文化中的化学
1.2017年世界地球日我国的主题为“节约集约利用资源,倡导绿色简约生活”。
下列做法应提倡的是( )
A.夏天设定空调温度尽可能的低
B.推广使用一次性塑料袋和纸巾
C.少开私家车多乘公共交通工具
D.对商品进行豪华包装促进销售
解析 A项,空调温度低,能源消耗增多,错误;B项,一次性塑料袋使用易引起“白色污染”,纸巾的大量使用会造成森林的乱砍乱伐,错误;C项,少开私家车,一是减少汽车尾气污染,二是节约能源,正确;D项,过度包装会引起资源浪费,错误。
答案 C
2.对以下问题的认识中,不正确的是( )
A.矿泉水瓶回收、再利用,是减少“白色污染”的有效措施
B.大量使用食品添加剂,可有助于改善食品的色香味,并不影响健康
C.电子垃圾统一回收、拆解、再利用,能够减少对土壤和水源的污染
D.“地沟油”经过加工处理制得肥皂或生物柴油,可以实现厨余废物合理利用
解析 过量的使用食品添加剂,会对人体造成伤害。
答案 B
3.下列有关水处理方法不正确的是( )
A.用石灰、碳酸钠等碱性物质处理废水中的酸
B.用可溶性的铝盐和铁盐处理水中的悬浮物
C.用氯气处理水中的Cu2+、Hg2+等重金属离子
D.用烧碱处理含高浓度NH
的废水并回收利用氨
解析 A项,石灰和碳酸钠的溶液均呈碱性,能与酸反应,正确;B项,可溶性的铝盐、铁盐在溶液中均能发生水解分别生成具有吸附性的氢氧化铝胶体、氢氧化铁胶体,可吸附水中的悬浮物杂质,正确;C项,处理水中的Cu2+、Hg2+重金属离子,用沉淀法,可加适量硫化钠,用氯气不能除去,错误;D项,烧碱与含高浓度NH
的废水反应产生氨气,可回收利用氨,正确。
答案 C
4.化学与社会息息相关,表中物质在社会、生活中的应用及解释都正确的是( )
选项
应用
解释
A
高纯硅作计算机芯片的材料
硅晶体在自然界中能稳定存在
B
用浸泡过高锰酸钾溶液的硅藻土保鲜水果
其作用是吸收水果释放出的乙烯
C
高铁车厢采用铝合金材料
铝合金强度大,质量轻,不与氧气反应
D
在入海口的钢铁闸门上装一定数量的锌块防止闸门被腐蚀
利用外加电流的阴极保护法保护金属
解析 A项,硅在自然界中以化合态形式存在,如二氧化硅、硅酸盐等,错误;B项,乙烯具有催熟作用,为了延长水果的保鲜期,用高锰酸钾可以除掉乙烯,正确;C项,合金中的铝单质仍然可以与氧气发生化学反应生成氧化铝,错误;D项,铁和锌在海水中形成原电池反应,锌做负极被氧化,铁被保护,是牺牲阳极的阴极保护法,错误。
答案 B
5.《新修本草》是我国古代中药学著作之一,记载药物844种,其中有关于“青矾”的描述为:
“本来绿色,新出窟未见风者,正如瑠璃……烧之赤色……”据此推测,“青矾”的主要成分为( )
A.CuSO4·5H2OB.FeSO4·7H2O
C.KAl(SO4)2·12H2OD.Fe2(SO4)3·9H2O
解析 FeSO4·7H2O俗名绿矾,为浅绿色,灼烧后生成红色的Fe2O3,而CuSO4·5H2O为蓝色,KAl(SO4)2·12H2O为无色,Fe2(SO4)3·9H2O为黄色。
答案 B
6.(2018·广东省揭阳市期末)《菽园杂记》对海水提取食盐有如下记载:
“烧草为灰,布在滩场,然后以海水渍之,侯晒结浮白,扫而复淋”。
上述涉及的“灰”作用是( )
A.吸附B.蒸馏
C.盐析D.过滤
解析 这里的“灰”就是类似活性炭,具有吸附作用,用于除去海水中的杂质,故正确答案为A。
答案 A
7.中国传统文化对人类文明贡献巨大,我国古代的人民在那时候就已经广泛应用了相关的化学知识,古文献中充分记载了古代化学研究成果。
下列关于古代化学的应用和记载,对其说明不合理的是( )
A.《本草纲目》中记载“(火药)乃焰消(KNO3)、硫黄、杉木炭所合,以烽燧铳极”这是利用了“KNO3的氧化性”
B.李白有诗云“日照香炉生紫烟”这是描写“碘的升华”
C.《本草经集注》中记载了区分硝石(KNO3)和朴消(Na2SO4)的方法:
“以火烧之,紫青烟起,乃真硝石也”这是利用了“焰色反应”
D.我国古代人民常用明矾除去铜器上的铜锈[Cu2(OH)2CO3]
解析 A项,火药发生化学反应的时候,KNO3中氮元素的化合价降低;B项,香炉是香炉峰,生紫烟是水气光照后的光学现象;C项,鉴别KNO3和Na2SO4,利用钾元素和钠元素的焰色反应不同;D项,明矾的水溶液水解显酸性。
答案 B
8.化学与生活、环境密切相关,下列说法错误的是( )
A.生活中钢铁制品生锈主要是由于发生吸氧腐蚀所致
B.石油的裂化、裂解和煤的干馏都属于化学变化
C.天然纤维、人造纤维、合成纤维的组成元素相同
D.工业废水中的Cu2+、Hg2+等重金属阳离子可以通过加入FeS除去
解析 生活中钢铁制品表面的水膜呈中性或弱酸性,主要发生吸氧腐蚀,A正确。
石油的裂化、裂解和煤的干馏都有新物质生成,发生了化学变化,B正确。
天然纤维中的蚕丝属于蛋白质,与人造纤维的组成元素不同,某些合成纤维为烃类物质,C错误。
加入FeS,Cu2+、Hg2+等重金属阳离子生成更难溶于水的物质,D正确。
答案 C
9.(2018·山东名校联盟期末,7)中国是瓷器的故乡,钧瓷是宋代五大名窑瓷器之一,以“入窑一色,出窑万彩”的神奇窑变著称。
下列关于陶瓷的说法正确的是( )
A.高品质的白瓷晶莹剔透,属于纯净物
B.瓷器中含有大量的金属元素,因此陶瓷属于金属材料
C.氮化硅陶瓷属于传统无机非金属材料
D.“窑变”是高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致颜色的变化
解析 白瓷含有多种成分属于混合物,A项错误;陶瓷属于无机非金属材料,B项错误;氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料,C项错误;“窑变”时,高温下釉料中的金属化合物由于还原程度的不同,形成不同颜色的低价态化合物,D项正确。
答案 D
10.水法冶金技术得以迅速发展源于西汉的《淮南万毕术》中所述:
“曾青得铁则化为铜”。
文中涉及的化学反应类型是( )
A.化合反应B.分解反应
C.置换反应D.复分解反应
解析 “曾青得铁则化为铜”,其中“曾青”是铜的化合物,即用铁将铜的化合物中的铜置换出来,反应物是铁和硫酸铜溶液,生成铜单质和硫酸亚铁。
故选C。
答案 C
11.明代《天工开物》记载“火法”冶炼锌:
“炉甘石十斤,装载入一泥罐内,…然后逐层用煤炭饼垫盛,其底铺薪,发火煅红,…冷淀,毁罐取出,…,即倭铅也”(注:
炉甘石的主要成分为碳酸锌,泥罐中掺有煤炭)。
下列说法不正确的是( )
A.倭铅是指金属锌和铅的混合物
B.煤炭中起作用的主要成分是C
C.冶炼Zn的化学方程式:
ZnCO3+2C
Zn+3CO↑
D.该冶炼锌的方法属于热还原法
解析 由题意可知,倭铅是指金属锌,不是混合物,故A错误;煤炭的主要成分是碳,反应中碳作还原剂,故B、C、D均正确。
答案 A
12.炼丹鼻祖葛洪在《抱朴子》中写道:
“丹砂烧之成水银,积变又还成丹砂”(“积变”是指将水银与单质硫混合),下列有关说法错误的是( )
A.上述反应涉及两种基本反应类型
B.丹砂的主要成分是硫化汞
C.水银是液态银
D.丹砂“烧之”涉及氧化还原反应
解析 分析题中信息可知,“积变又还成丹砂”是发生了反应:
S+Hg===HgS,据此可知丹砂的主要成分是硫化汞,还可知“丹砂烧之成水银”是发生了反应:
HgS
Hg+S,上述两个反应分别属于基本反应类型中的化合反应和分解反应,且都属于氧化还原反应,故A、B、D均正确;水银是汞的俗称,C项错误。
答案 C
培优训练1:
传统文化中的化学
1.2017年世界地球日我国的主题为“节约集约利用资源,倡导绿色简约生活”。
下列做法应提倡的是( )
A.夏天设定空调温度尽可能的低
B.推广使用一次性塑料袋和纸巾
C.少开私家车多乘公共交通工具
D.对商品进行豪华包装促进销售
解析 A项,空调温度低,能源消耗增多,错误;B项,一次性塑料袋使用易引起“白色污染”,纸巾的大量使用会造成森林的乱砍乱伐,错误;C项,少开私家车,一是减少汽车尾气污染,二是节约能源,正确;D项,过度包装会引起资源浪费,错误。
答案 C
2.对以下问题的认识中,不正确的是( )
A.矿泉水瓶回收、再利用,是减少“白色污染”的有效措施
B.大量使用食品添加剂,可有助于改善食品的色香味,并不影响健康
C.电子
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- 核心素养提升25 化学平衡分析中的虚拟过程 核心 素养 提升 25 化学平衡 分析 中的 虚拟 过程