化学反应原理学案.docx
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化学反应原理学案
第13讲原理综合探究专题复习
【知识建构】
1.影响化学反应速率的“四大因素”(外因)
2.化学反应速率的计算方法
(1)公式法:
v(B)=
=
用上式进行某物质反应速率计算时需注意以下几点:
①浓度变化只适用于气体和溶液中的溶质,不适用于固体和纯液体。
②化学反应速率是某段时间内的平均反应速率,而不是即时速率,且计算时取正值。
③同一反应用不同的物质表示反应速率时,数值可能不同,但意义相同。
(2)比值法:
同一化学反应,各物质的反应速率之比等于方程式中的化学计量数之比。
对于反应:
mA(g)+nB(g)=pC(g)+qD(g)来说。
则有
=
=
=
。
3.化学平衡常数的影响因素
(1)平衡常数K只受温度影响,既与任何一种反应物或生成物的浓度变化无关,也与压强的改变无关;由于催化剂同等程度地改变正逆反应速率,故平衡常数不受催化剂影响。
(2)任何可逆反应,当温度保持不变,改变影响化学平衡的其他条件时,无论平衡是否发生移动,K值不变。
4.利用K判断化学反应的热效应
5.利用K判断反应进行的方向
若任意状态下的生成物与反应物的浓度幂之积的比值为Qc,则Qc>K,反应向逆反应方向进行;Qc=K,反应处于平衡状态;Qc<K,反应向正反应方向进行。
6.有关电离平衡方面
(1)误认为电离平衡正向移动,弱电解质的电离程度一定增大。
如向醋酸溶液中加入少量冰醋酸,平衡向电离方向移动,但醋酸的电离程度减小。
(2)误认为当对酸、碱溶液稀释时,所有离子的浓度都减小。
如对于电离平衡CH3COOH
CH3COO-+H+,当加水稀释时,由于KW是定值,故c(H+)减小,c(OH-)增大;而碱溶液稀释时,c(OH-)减小,c(H+)增大。
(3)误认为由水电离出的c(H+)=10-13mol/L的溶液一定呈碱性。
如25℃,0.1mol/L的盐酸或氢氧化钠溶液中由水电离出的c(H+)都为10-13mol/L。
7.有关溶液的酸碱性方面
(1)误认为溶液的酸碱性取决于pH。
如pH=7的溶液在温度不同时,可能是酸性或碱性,也可能是中性。
(2)误认为酸碱恰好中和时溶液一定显中性。
如强酸和弱碱恰好中和溶液显酸性,强碱和弱酸恰好中和溶液显碱性,强酸和强碱恰好中和溶液显中性。
8.溶液中“三个守恒”及“质子守恒”的判断方法
(1)三个守恒
①电荷守恒:
即电解质溶液中阴离子所带电荷总数等于阳离子所带电荷总数,根据电荷守恒可准确、快速地解决电解质溶液中许多复杂的离子浓度问题。
②物料守恒:
是指物质发生变化前后,有关元素的存在形式不同,但元素的种类和原子数目在变化前后保持不变,根据物料守恒可准确快速地解决电解质溶液中复杂离子、分子、物质的量浓度或物质的量的关系。
③质子守恒:
是指在电离或水解过程中,会发生质子(H+)转移,但在质子转移过程中其数量保持不变。
(2)正确理解质子守恒
以Na2CO3和NaHCO3溶液为例,可用以下图示帮助理解质子守恒:
①Na2CO3溶液
所以c(OH-)=c(HCO
)+2c(H2CO3)+c(H3O+),
即c(OH-)=c(HCO
)+2c(H2CO3)+c(H+)。
②NaHCO3溶液
所以c(OH-)+c(CO
)=c(H2CO3)+c(H+)。
另外,将混合溶液中的电荷守恒式和物料守恒式相联立,通过代数运算消去其中某离子,即可推出该溶液中的质子守恒。
2.同一溶液中,不同粒子浓度大小比较的方法
(1)正盐溶液
基本遵循c(不水解离子)>c(水解离子)>c(显性离子),当水解离子外有角标时,顺序提前。
例如在浓度为cmol·L-1的醋酸钠溶液中,有c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+);在浓度为cmol·L-1的硫酸铵溶液中,有c(NH
)>c(SO
)>c(H+)>c(OH-)。
[规律] 在排列式中:
首尾离子,电荷一致;有角标时,顺序提前。
(2)酸式盐溶液
对于电离为主的,如NaHSO3,遵循c(自身)>c(电离产物)>c(水解产物),即c(Na+)>c(HSO
)>c(H+)>c(SO
)>c(OH-)>c(H2SO3);对于水解为主的,如NaHCO3,遵循c(自身)>c(水解产物)>c(电离产物),即c(Na+)>c(HCO
)>c(OH-)>c(H2CO3)>c(H+)>c(CO
)。
[规律] 常见的酸式盐,只有NaHSO3和NaH2PO4溶液是以电离为主显酸性的。
(3)缓冲溶液
例如0.2mol·L-1氨水与0.2mol·L-1氯化铵溶液等体积混合后,溶液以电离为主,显碱性(常见物质中除了氢氰酸和氰化物,都以电离为主),所以氢氧根离子浓度大于氢离子浓度,再根据首尾一致,铵根离子浓度大于氯离子浓度,即c(NH
)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+)。
再如0.2mol·L-1醋酸与0.2mol·L-1醋酸钠溶液等体积混合后,溶液以电离为主,显酸性,所以,c(CH3COO-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)。
[规律] 首先当成只电离,然后以100个分子电离一个为准计数,再比大小。
例如,醋酸和醋酸钠以2∶1的比例混合,那么就有200个醋酸,100个醋酸根离子,100个钠离子,再电离1%,最后有醋酸198,醋酸根离子102,钠离子100,氢离子2,因此,可以写出粒子浓度大小比较顺序:
c(CH3COOH)>c(CH3COO-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)。
类似地,还可以写出相近的混合溶液。
“三招”破解溶度积常数(Ksp)的应用
9.利用溶度积常数的大小判断沉淀的先后顺序和沉淀的转化
依据Ksp的表达式计算开始产生沉淀时溶液中某种离子浓度的大小判断沉淀的先后顺序,一般开始产生沉淀所需要离子的浓度越小,越先产生沉淀。
而沉淀转化的实质是沉淀溶解平衡的移动。
一般是Ksp表达式相似的沉淀中,Ksp较小的沉淀可以转化为Ksp更小的沉淀。
10.溶度积(Ksp)与溶解能力关系的突破方法
溶度积(Ksp)反映了电解质在水中的溶解能力,对于阴阳离子个数比相同的电解质,Ksp的数值越大,难溶电解质在水中的溶解能力越强;但对于阴阳离子个数比不同的电解质,不能直接根据比较Ksp数值的大小来判定难溶电解质在水中溶解能力的强弱。
11.沉淀能否生成或溶解的判断方法
通过比较溶度积与非平衡状态下溶液中有关离子浓度幂的乘积——离子积Qc的相对大小,可以判断难溶电解质在给定条件下沉淀生成或溶解的情况:
Qc>Ksp,溶液过饱和,有沉淀析出;Qc=Ksp,溶液饱和,沉淀的生成与溶解处于平衡状态;Qc 【典型例析】 [例1] 能源危机促使世界各国寻找新的替代能源和对已有能源进行“高效利用”的技术研发。 设计的燃料电池使汽油氧化直接产生电流是本世纪最富有挑战性的课题之一。 以丁烷(已知丁烷的燃烧热为2877.6kJ·mol-1)为代表回答下列问题: (1)正丁烷的燃烧热为2878kJ·mol-1,异丁烷的燃烧热为2869kJ·mol-1,正丁烷转化为异丁烷的过程中________(填“放出”或“吸收”)能量。 (2)最近有人制造了一种燃料电池,一个极通入空气,另一个极通入汽油蒸气,电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下能传导O2-。 氯碱工业是最基本的化学工业之一,它的产品除应用于化学工业本身外,还广泛应用于轻工业、纺织工业、冶金工业、石油化学工业以及公用事业。 如图是燃料电池和氯碱工业联合示意图。 ①A燃料电池的乙极是________(填“正极”或“负极”),该极的电极反应为: ____________;O2-从离子交换膜的________移向________(填“甲”或“乙”);电解池B向燃料电池A释放电子的电极是: ________(填“丙”或“丁”)。 ②人们追求燃料电池氧化汽油而不在内燃机里燃烧汽油产生动力的主要原因是: ________;汽油燃料电池最大的障碍是氧化反应不完全,从而产生________堵塞电极的气体通道,有人估计,完全避免这种副反应至少还需10年,这正是新一代化学家的历史使命。 ③若A燃料电池中的能量转换率为80%(设丁烷完全氧化,化学能转化为电能的部分为有效转换率,其余能量以热能形式释放出去),B电解池中的能量利用率为100%,则当B电解池中产生44.8LH2(标准状况下),A燃料电池转移的电子数为________mol。 [解析] 2C4H10(正丁烷,g)+13O2(g)===8CO2(g)+10H2O(l) ΔH=-5756kJ·mol-1a 2C4H10(异丁烷,g)+13O2(g)===8CO2(g)+10H2O(l) ΔH=-5738kJ·mol-1b 利用盖斯定律将(a-b)÷2得: C4H10(正丁烷,g)===C4H10(异丁烷,g) ΔH=-9kJ·mol-1,该反应为放热反应。 (2)①丁烷发生氧化反应作负极,向外电路释放电子;正极通入的是氧气,因该电池的电解质为非水电解质,故正极反应方程式为: O2+4e-===2O2-,O2-向负极移动。 ②燃料电池的能量转换率超过80%,而普通的燃料利用率才30%,故燃料电池具有较高的能量转化率;当汽油燃料氧化不充分时,会产生碳粒,从而堵塞通气管道。 ③由阴极反应可知生成44.8LH2,电解池中转移电子4mol,利用电子守恒推知A燃料电池转移电子数为 =5mol。 [答案] (1)放出 (2)①负极 C4H10+13O2--26e-===4CO2+5H2O 甲 乙 丙 ②燃料电池具有较高的能量利用率 碳粒 ③5 [例2] (2014·广东高考节选)用CaSO4代替O2与燃料CO反应,既可提高燃烧效率,又能得到高纯CO2,是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术。 反应①为主反应,反应②和③为副反应。 ① CaSO4(s)+CO(g)= CaS(s)+CO2(g) ΔH1=-47.3kJ·mol-1 ②CaSO4(s)+CO(g)=CaO(s)+CO2(g)+SO2(g) ΔH2=+210.5kJ·mol-1 ③CO(g)= C(s)+ CO2(g) ΔH3=-86.2kJ·mol-1 (1)反应2CaSO4(s)+7CO(g)=CaS(s)+CaO(s)+6CO2(g)+C(s)+SO2(g)的ΔH=________(用ΔH1、ΔH2和ΔH3表示)。 (2)反应①~③的平衡常数的对数lgK随反应温度T的变化曲线如图。 结合各反应的ΔH,归纳lgKT曲线变化规律: a)________________________________________________________________________; b)________________________________________________________________________。 (3)向盛有CaSO4的真空恒容密闭容器中充入CO,反应①于900℃达到平衡,c平衡(CO)=8.0×10-5mol·L-1,计算CO的转化率(忽略副反应,结果保留两位有效数字)。 (4)为减少副产物,获得更纯净的CO2,可在初始燃料中适量加入__________。 [答案] (1)4ΔH1+ΔH2+2ΔH3 (2)放热反应的lgK随温度升高而减小,吸热反应的lgK随温度升高而增大 反应①③的lgK受温度影响变化较小,反应②的lgK受温度影响变化较显著 (3)99% (4)生石灰或石灰石 【仿真练习】 1.国家拟于“十二五”期间将SO2的排放量减少8%,研究SO2综合利用意义重大。 (1)已知25℃时: SO2(g)+2CO(g)===2CO2(g)+ Sx(s) ΔH=akJ·mol-1;2COS(g)+SO2(g)===2CO2(g)+ Sx(s) ΔH=bkJ·mol-1。 则CO与Sx反应生成COS的热化学方程式是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)有人设想按如图所示装置用废气中的SO2生产硫酸。 写出SO2电极的电极反应式________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)提高反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0中SO2的转化率是控制SO2排放的关键措施之一。 某课外活动小组进行了如下探究: ①T1温度时,在2L的密闭容器中加入4.0molSO2和2.0molO2,5min后反应达到平衡,二氧化硫的转化率为50%,前5min内SO2的平均反应速率为________。 ②在①中的反应达到平衡后,改变下列条件,能使SO2的转化率及SO3的平衡浓度都比原来增大的是________(填序号)。 a.温度和容器体积不变,充入1.0molHe(g) b.温度和容器体积不变,充入2molSO2和1molO2 c.温度和容器体积不变,充入1.0molSO2 d.在其他条件不变时,减小容器的容积 ③在其他条件不变的情况下,探究起始时氧气物质的量对2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)反应的影响,实验结果如图所示(图中T表示温度,n表示物质的量): 在a、b、c三点所处的平衡状态中,SO2的转化率最高的是________,温度T1________T2(填“>”、“<”或“=”)。 2.已知: CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=Q,其平衡常数随温度变化如下表: 温度/℃ 400 500 850 平衡常数 9.94 9 1 请回答下列问题: (1)上述反应的化学平衡常数表达式为: ________。 该反应的Q________0(填“>”或“<”)。 (2)850℃时在体积为10L反应器中,通入一定量的CO和H2O(g),发生上述反应,CO和H2O(g)浓度变化如图所示,则0~4min时平均反应速率v(CO)=________。 (3)若在500℃时进行,且CO、H2O(g)的起始浓度均为0.020mol/L,该条件下,CO的最大转化率为________。 (4)若在850℃时进行,设起始时CO和H2O(g)共为1mol,其中水蒸气的体积分数为x,平衡时CO的转化率为y,试推导y随x变化的函数关系式为_______________________。 (5)某电化学装置可实现2CO2===2CO+O2的转化,使CO重复使用。 已知该反应的阳极反应为4OH--4e-===2H2O+O2↑,则阴极反应式为______________________________ ________________________________________________________________________。 3.为了解决空气污染危机,中国煤炭业制定了“煤制气”计划。 工业上可用煤生产合成气(CO和H2),也可用煤制天然气。 (1)已知: ①CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) ΔH=-41kJ·mol-1 ②C(s)+2H2(g)=CH4(g) ΔH=-73kJ·mol-1 ③2CO(g)=C(s)+CO2(g) ΔH=-171kJ·mol-1 写出CO2与H2反应生成CH4和H2O的热化学方程式: __________________________。 (2)利用合成气可制备新型燃料甲醇: CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH,下表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数(K)。 温度 250℃ 300℃ 350℃ K 2.041 0.270 0.012 ①由表中数据可判断该反应的ΔH________0(填“>”、“=”或“<”)。 ②某温度下,将2molCO和6molH2充入2L的恒容密闭容器中,充分反应,达到平衡后,测得c(CO)=0.2mol/L,则CO的转化率为________,此时的温度为________(从上表中选择)。 (3)某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理,设计如图所示的电池装置。 工作一段时间后,测得溶液的pH减小,则该电池总反应的离子方程式为______________________________。 4.二氧化碳的捕捉与封存是实现温室气体减排的重要途径之一,科学家利用NaOH溶液喷淋“捕捉”空气中的CO2(如图所示)。 (1)NaOH溶液喷成雾状的目的是___________________________________________。 (2)若使用1.0mol·L-1800mL的NaOH溶液吸收11.2L(标准状况下)的CO2,反应的离子方程式为______________________,所得溶液中,n(CO )、n(H2CO3)、n(H+)、n(OH-)的关系为__________________=0.3mol。 (3)以CO2与NH3为原料可合成尿素[CO(NH2)2]。 已知: ①2NH3(g)+CO2(g)===NH2CO2NH4(s) ΔH1=-159.47kJ·mol-1 ②NH2CO2NH4(s)===CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH2=+116.49kJ·mol-1 ③H2O(l)===H2O(g) ΔH3=+44.0kJ·mol-1 试写出NH3和CO2合成尿素和液态水的热化学方程式: ________________________。 (4)以CO2与H2为原料还可合成液体燃料甲醇(CH3OH),其反应的化学方程式为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0。 现将1molCO2和3molH2充入容积为2L的密闭容器中发生上述反应,下列说法正确的是________。 A.若保持恒温,当容器中n(CH3OH)∶n(H2O)为1∶1时,该反应已达平衡状态 B.若保持恒温,当容器内气体压强恒定时,该反应已达平衡状态 C.若其他条件不变,升高温度,则平衡常数增大 D.保持温度不变,当反应已达平衡时,若向容器中再充入1molCO2和3molH2,当达到新平衡时,n(CH3OH)∶n(H2)将增大 5.氮是地球上含量丰富的一种元素,氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。 请回答下列问题: (1)如图是1molNO2和1molCO反应生成CO2和NO的过程中能量变化示意图,请写出NO2和CO反应的热化学方程式__________________________________________。 (2)在0.5L的密闭容器中,一定量的氮气和氢气进行如下化学反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g);ΔH<0,其化学平衡常数K与T的关系如表所示: T/℃ 200 300 400 K K1 K2 0.5 请完成下列问题: ①试比较K1、K2的大小,K1________K2(填“>”、“=”或“<”)。 ②下列各项能作为判断该反应达到化学平衡状态依据的是________(填序号)。 a.容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2 b.v正(N2)=3v逆(H2) c.容器内压强保持不变 d.混合气体的密度保持不变 ③400℃时,反应2NH3(g) N2(g)+3H2(g)的化学平衡常数K为________。 当测得NH3、N2、H2的物质的量分别为3mol、2mol、1mol时,则该反应的v正(N2)________v逆(N2)(填“>”、“=”或“<”)。 (3)氨气溶于水所得的溶液称为氨水。 若某氨水的pH=12,则水电离出的c(OH-)=________mol·L-1,水的电离常数________(填“变大”、“变小”或“无影响”);在25℃下,向浓度均为0.1mol·L-1的MgCl2和CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水,先生成________沉淀(填化学式),生成该沉淀的离子方程式为________。 (已知25℃时Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11,Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20)。 第13讲原理综合探究专题复习答案 仿真练习答案: 1、 (1)CO(g)+ Sx(s)===COS(g) ΔH= kJ·mol-1 (2)SO2-2e-+2H2O===SO +4H+ (3)①0.2mol·L-1·min-1 ②bd ③c > 2、 (1)K= < (2)0.03mol/(L·min) (3)75% (4)y=x (5)2CO2+4e-+2H2O===2CO+4OH- 3、 (1)CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-162kJ·mol-1 (2)①< ②80% 250℃ (3)2CH3OH+3O2+4OH-===2CO +6H2O 4、 (1)增大气液反应物的接触面积,既加快反应速率又提高CO2的吸收率 (2)5CO2+8OH-===2HCO +3CO +3H2O n(CO )-n(H2CO3)-n(H+)+n(OH-) (3)2NH3(g)+CO2(g)===CO(NH2)2(s)+H2O(l) ΔH=-86.98kJ·mol-1 (4)BD 5、答案: (1)NO2(g)+CO(g)===NO(g)+CO2(g) ΔH=-234kJ·mol-1 (2)①> ②c ③2 > (3)10-12 无影响 Cu(OH)2 Cu2++2NH3·H2O===Cu(OH)2↓+2NH
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- 化学反应 原理