題型強化二化學反應原理,2,1,1.(201811浙江選考,30)(一)合成氨工藝(流程如圖1所示)是人工固氮最重要的途徑。2018年是合成氨工業(yè)先驅(qū)哈伯(FHaber)獲得諾貝爾獎100周年。,其中,N2的吸附分解反應活化能高、速率慢,決定了合成氨的整體反應速率。,2,1,2,1,請回答: (1)利于提高合成氨平衡產(chǎn)率的條件有。 A.低溫B.高溫C.低壓D.高壓E.催化劑 N2和H2起始物質(zhì)的量之比為13,反應在恒定溫度和標準壓強下進行,NH3的平衡產(chǎn)率為,則K=(用含的最簡式表示)。,2,1,下圖中可以示意標準平衡常數(shù)K隨溫度T變化趨勢的是。,2,1,(3)實際生產(chǎn)中常用工藝條件:Fe作催化劑,控制溫度773 K,壓強3.0107 Pa,原料氣中N2和H2物質(zhì)的量之比為12.8。 分析說明原料氣中N2過量的理由:。 關于合成氨工藝的下列理解,正確的是。 A.合成氨反應在不同溫度下的H和S都小于零 B.控制溫度(773 K)遠高于室溫,是為了保證盡可能高的平衡轉(zhuǎn)化率和較大的反應速率 C.當溫度、壓強一定時,在原料氣(N2和H2的比例不變)中添加少量惰性氣體,有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率 D.基于NH3有較強的分子間作用力可將其液化,不斷將液氨移去,利于反應正向進行 E.分離空氣可得N2,通過天然氣和水蒸氣轉(zhuǎn)化可得H2,原料氣須經(jīng)過凈化處理,以防止催化劑中毒和安全事故發(fā)生,2,1,(二)高鐵酸鉀(K2FeO4)可用作水處理劑。某同學通過“化學電解法”探究K2FeO4的合成,其原理如圖2所示。接通電源,調(diào)節(jié)電壓,將一定量Cl2通入KOH溶液,然后滴入含F(xiàn)e3+的溶液,控制溫度,可制得K2FeO4。,2,1,2,1,2,1,2,1,2.(20184浙江選考,30)(一)以四甲基氯化銨(CH3)4NCl水溶液為原料,通過電解法可以制備四甲基氫氧化銨(CH3)4NOH,裝置如圖1所示。 (1)收集到(CH3)4NOH的區(qū)域是(填“a”“b”“c”或“d”)。 (2)寫出電解總反應:。,2,1,(二)乙酸乙酯一般通過乙酸和乙醇酯化合成: 已知純物質(zhì)和相關恒沸混合物的常壓沸點如下表:,2,1,請完成: (1)關于該反應,下列說法不合理的是。 A.反應體系中濃硫酸有催化作用 B.因為化學方程式前后物質(zhì)的化學計量數(shù)之和相等,所以反應的S等于零 C.因為反應的H接近于零,所以溫度變化對平衡轉(zhuǎn)化率的影響大 D.因為反應前后都是液態(tài)物質(zhì),所以壓強變化對化學平衡的影響可忽略不計,2,1,(2)一定溫度下該反應的平衡常數(shù)K=4.0。若按化學方程式中乙酸和乙醇的化學計量數(shù)比例投料,則乙酸乙酯的平衡產(chǎn)率y=;若乙酸和乙醇的物質(zhì)的量之比為n1,相應平衡體系中乙酸乙酯的物質(zhì)的量分數(shù)為x,請在圖2中繪制x隨n變化的示意圖(計算時不計副反應)。,(3)工業(yè)上多采用乙酸過量的方法,將合成塔中乙酸、乙醇和硫酸混合液加熱至110 左右發(fā)生酯化反應并回流,直到塔頂溫度達到7071 ,開始從塔頂出料。控制乙酸過量的作用有。,2,1,(4)近年,科學家研究了乙醇催化合成乙酸乙酯的新方法:2C2H5OH(g) CH3COOC2H5(g)+2H2(g) 在常壓下反應,冷凝收集,測得常溫下液態(tài)收集物中主要產(chǎn)物的質(zhì)量分數(shù)如圖3所示。關于該方法,下列推測合理的是。,2,1,A.反應溫度不宜超過300 B.增大體系壓強,有利于提高乙醇平衡轉(zhuǎn)化率 C.在催化劑作用下,乙醛是反應歷程中的中間產(chǎn)物 D.提高催化劑的活性和選擇性,減少乙醚、乙烯等副產(chǎn)物是工藝的關鍵,2,1,2,1,2,1,CH3COOH(l)+C2H5OH(l) CH3COOC2H5(l)+H2O(l) 起始量/mol 1100 改變量/mol aaaa 平衡量/mol 1-a1-aaa ,所以乙酸乙酯的平衡產(chǎn)率為66.7%。乙酸與乙醇按照化學計量數(shù)比例投料時,平衡體系中乙酸乙酯的物質(zhì)的量分數(shù)達到最大值,所以n=1時,乙酸乙酯的物質(zhì)的量分數(shù)在最高點 兩邊減小,由此可得圖像。(3)根據(jù)可逆反應的平衡移動規(guī)律,乙酸過量可以提高乙醇轉(zhuǎn)化率;減小恒沸混合物中乙醇的含量。,2,1,(4)根據(jù)乙醇催化合成乙酸乙酯的新方法和圖像,可知反應溫度不宜超過300 ,A項合理;增大體系壓強,平衡逆向移動,故不利于提高乙醇平衡轉(zhuǎn)化率,B項不合理;由圖像可知,乙醛的質(zhì)量分數(shù)在275 之后逐漸減小,乙酸乙酯的質(zhì)量分數(shù)逐漸增大,所以乙醛是反應歷程中的中間產(chǎn)物,C項合理;有機反應中副反應較多,提高催化劑的活性和選擇性,減少乙醚、乙烯等副產(chǎn)物,有利于反應的發(fā)生,D項合理。故選ACD。,考試方向,知能儲備,考試方向,知能儲備,考試方向,知能儲備,化學反應原理 1.化學反應中的熱效應 (1)構建知識網(wǎng)絡:,考試方向,知能儲備,(2)熱化學方程式的書寫: 正確書寫化學方程式; 標注物質(zhì)狀態(tài)(s、l、g、aq)、反應溫度和壓強(25 、101 kPa時不標注); 寫H(“+”或“-”、數(shù)值及單位)。 檢查。 化學計量數(shù)只表示物質(zhì)的量,可以是分數(shù);檢查每種物質(zhì)的狀態(tài)是否標注正確;檢查H(吸熱為“+”、放熱為“-”,單位“kJmol-1”)書寫是否規(guī)范。,考試方向,知能儲備,(3)反應熱與鍵能:,H=E1-E2(反應物的鍵能總和減去生成物的鍵能總和),利用鍵能計算反應熱,要正確判斷物質(zhì)中化學鍵的數(shù)目; H=E4-E3(生成物具有的總能量減去反應物具有的總能量)。,考試方向,知能儲備,(4)標準燃燒熱與中和熱: 標準燃燒熱:在101 kPa時,1 mol物質(zhì)完全燃燒的反應熱。注意: 標準燃燒熱是以1 mol物質(zhì)完全燃燒為標準的; 燃燒產(chǎn)物必須是穩(wěn)定的物質(zhì),如碳元素轉(zhuǎn)化為CO2(g)、氫元素轉(zhuǎn)化為H2O(l)、氮元素轉(zhuǎn)化為N2(g)等; 要特別注意區(qū)分標準燃燒熱與熱值概念的差異:熱值是指1 g物質(zhì)完全燃燒所放出的熱量。 中和熱:在稀溶液中,強酸跟強堿發(fā)生中和反應生成1 mol H2O(l)時的反應熱。,考試方向,知能儲備,注意: 中和熱是以生成1 mol H2O(l)為標準的; 以稀溶液中的中和反應為基礎; 文獻資料中中和熱的熱化學方程式一般為: 因此,弱酸、弱堿、濃溶液等不適用于該熱化學方程式。,考試方向,知能儲備,(5)蓋斯定律: 蓋斯定律:一定條件下,一個化學反應不論是一步完成,還是分幾步完成,其總的熱效應是完全相同的。 蓋斯定律內(nèi)涵:一個化學反應的H只與反應的起始狀態(tài)和反應的最終狀態(tài)有關,而與反應的途徑無關。 蓋斯定律的價值是計算化學反應的反應熱,寫出新反應的熱化學方程式。 計算技巧:以目標熱化學方程式為基準,可將熱化學方程式等號左右互換,H變成相反數(shù),單位不變;可將熱化學方程式乘以或除以某個數(shù),反應熱也要進行相應地變化;可將熱化學方程式相加或相減,反應熱也進行相應地加或減。,考試方向,知能儲備,2.原電池和電解池,考試方向,知能儲備,考試方向,知能儲備,注意:電鍍池是利用了電解的原理,鍍層金屬作陽極,待鍍制品(鍍件)作陰極。,考試方向,知能儲備,3.化學反應速率與化學平衡 (1)構建知識網(wǎng)絡:,化學反應速率與化學平衡,考試方向,知能儲備,化學反應速率與化學平衡,考試方向,知能儲備,(2)化學反應速率: 同一反應在同一時間內(nèi),用不同物質(zhì)表示的反應速率數(shù)值可能不同,但其數(shù)值之比等于相應物質(zhì)在化學方程式中的化學計量數(shù)之比。 注意:比較反應速率的大小,首先看單位是否相同,然后轉(zhuǎn)化成同一物質(zhì)表示的速率,再進行比較。,考試方向,知能儲備,解釋化學反應速率的兩個理論。 過渡態(tài)理論:反應物轉(zhuǎn)化為生成物的過程需經(jīng)過能量較高的過渡狀態(tài)。,過渡狀態(tài)的平均能量與反應物平均能量的差為反應的活化能。 E1為正反應的活化能,E2為逆反應的活化能。 碰撞理論:反應速率的大小與單位時間內(nèi)反應物分子間的有效碰撞次數(shù)成正比。 能發(fā)生反應的碰撞為有效碰撞,發(fā)生有效碰撞的前提條件:一是需要活化分子;二是分子在一定方向上發(fā)生碰撞。,考試方向,知能儲備,影響化學反應速率的因素:內(nèi)因是反應物本身的性質(zhì),而濃度、溫度、壓強、催化劑等是影響化學反應速率的外因。 (3)H、S與反應的方向: H0,反應一定自發(fā); H0、S0,反應高溫自發(fā); H0、S<0,反應一定不自發(fā)。 (4)化學平衡: 化學平衡常數(shù):,考試方向,知能儲備,注意: 表達式中的濃度均為平衡濃度; K值越大,正反應進行的程度越大; K只受溫度影響,與反應物或生成物的濃度變化無關。 借助化學平衡常數(shù)可以判斷化學平衡移動的方向: 反應aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)的化學平衡常數(shù)為K: 某時刻該反應的濃度商Q= (表達式中的濃度為任意時刻的濃度) Q=K,反應處于化學平衡狀態(tài); QK,v(正)v(逆)。,考試方向,知能儲備,(5)化學平衡移動與勒夏特列原理: 勒夏特列原理:改變影響化學平衡的一個因素,平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移動。 注意: “改變影響化學平衡的一個因素”不能理解為“改變一個條件”,因為改變的一定是能夠“影響化學平衡的條件”。如:壓強改變對氣體物質(zhì)的量不變的可逆反應的平衡無影響;催化劑不影響化學平衡等。 “平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移動”不能理解為“抵消這種改變”。,考試方向,知能儲備,4.溶液中的離子反應 (1)構建知識網(wǎng)絡:,考試方向,知能儲備,(2)弱電解質(zhì)的電離:,注意:多元弱酸的電離方程式,可以只寫第一步,也可以多步都寫,但不能合并書寫。 電離平衡常數(shù): 意義:弱酸、弱堿的電離平衡常數(shù)能夠反映弱酸、弱堿的相對強弱,電離平衡常數(shù)越大,電離程度越大。 特別注意:多元弱酸的電離以第一步為主,各級電離平衡常數(shù)差距較大;電離平衡常數(shù)與其他化學平衡常數(shù)一樣,只與溫度有關;由于電離是吸熱過程,因此升高溫度,K值增大。,考試方向,知能儲備,電離度:,注意:升高溶液溫度,弱電解質(zhì)的電離度增大;濃度越小,電離度越大。 電離平衡的移動,可以根據(jù)化學平衡移動原理進行分析。,考試方向,知能儲備,(3)鹽類水解: 鹽類水解的實質(zhì)是弱酸的酸根離子或弱堿的陽離子結合水電離出的H+或OH-,使水的電離平衡正向移動。 鹽類水解的影響因素:溫度、濃度等,可以根據(jù)化學平衡移動原理進行分析。 鹽類水解的規(guī)律:有弱才水解,無弱不水解,越弱越水解,誰強顯誰性。 (4)溶液的酸堿性: 溶液的酸堿性取決于溶液中c(H+)和c(OH-)的相對大小: 當c(H+)c(OH-),溶液呈酸性,pH7(常溫)。 pH計算公式:pH=-lg c(H+)。,考試方向,知能儲備,5.識圖與作圖 化學反應速率與化學平衡的圖像分析: (1)理清題目中的一些基礎信息,如看清反應物和產(chǎn)物的狀態(tài)(固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)還是在溶液中)。 (2)結合題目信息分析圖像。 特別關注:橫坐標和縱坐標對應的物理量;曲線的走勢;關鍵點(起點、拐點和終點)的數(shù)據(jù)和含義;多條曲線存在時的比較(選取相同橫坐標比較相應的縱坐標或選取相同縱坐標比較相應的橫坐標)。 (3)結合化學反應速率的有關規(guī)律和平衡移動原理,根據(jù)圖像得出結論或作圖。,注意作圖題一定要留心縱坐標是物質(zhì)的量還是物質(zhì)的量濃度。,該題涉及反應熱、化學反應速率、燃料電池、電解原理、化學平衡、弱電解質(zhì)電離平衡、鹽類水解平衡和溶液酸堿性的題型,要求考生能夠運用化學反應速率及化學平衡原理來解決相關問題;要求考生對蓋斯定律等規(guī)律能夠靈活運用?？忌鷤淇紩r不可偏信熱點,在掌握重點知識和規(guī)律的基礎上,提高靈活分析、解決問題的能力。 (1)化學反應原理類試題盡管設問較多,考查內(nèi)容較多,但不會出現(xiàn)偏、怪、難的問題,因此要充滿信心,分析時要冷靜,不能急于求成。,(2)這類試題考查的內(nèi)容很基礎,陌生度也不大,所以復習時一定要重視蓋斯定律的應用與熱化學方程式的書寫技巧及注意事項;有關各類平衡移動的判斷、平衡常數(shù)表達式的書寫及相關計算;影響反應速率的因素及有關計算;電化學中電極的判斷、離子移動方向、離子放電先后順序、電極反應式的書寫及有關利用電子守恒的計算;電離程度、水解程度的強弱判斷及離子濃度大小比較技巧等基礎知識,都是平時復習應特別注意的重點。 (3)理解這些原理或?qū)嵸|(zhì)時,可以借用圖表來直觀理解,同時也有利于提高自己分析圖表的能力與技巧。 (4)總結思維的技巧和方法,答題時注意規(guī)范細致。該類題的問題設計一般沒有遞進性,答題時可跳躍式解答,但千萬不能放棄。,【典例1】 (2018金華十校模擬)硫化氫是一種有臭雞蛋氣味的劇毒氣體,在生產(chǎn)、生活及科研中均有重要應用。 (1)工業(yè)上采用高溫熱分解H2S的方法制取H2,在膜反應器中分離出H2,發(fā)生的反應為 則H=(用含H1、H2的式子表示)。,(2)在容積2 L的恒容密閉容器中,控制不同溫度進行H2S的分解:2H2S(g) 2H2(g)+S2(g)。H2S的起始物質(zhì)的量均為1 mol,實驗過程中測得H2S的轉(zhuǎn)化率如圖1所示。曲線a表示H2S的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關系,曲線b表示不同溫度下反應經(jīng)過相同時間時H2S的轉(zhuǎn)化率。,反應2H2S (g) 2H2(g)+S2(g)是放熱反應還是吸熱反應?判斷并說理由:。 隨著H2S分解溫度的升高,曲線b向曲線a逐漸靠近,其原因是。 在985 時,該反應經(jīng)過5 s達到平衡,則該反應的平衡常數(shù)為。在圖2中畫出985 時,06 s體系中S2(g)濃度隨時間的變化曲線。,(3)工業(yè)上常用NaOH溶液吸收H2S廢氣,吸收后對所得溶液進行電解(裝置如圖3所示),在陽極區(qū)可生成 的電極反應式:。,解析(1)由蓋斯定律知,2+得2H2S(g) 2H2(g)+S2(g),則H=2H1+H2。(2)根據(jù)圖像,隨著溫度的升高,H2S的轉(zhuǎn)化率增大,根據(jù)勒夏特列原理,正反應為吸熱反應;溫度升高,化學反應速率增大,達到平衡所用時間縮短;列三段式如下:,答案(1)2H1+H2 (2)吸熱反應;H2S的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高而逐漸增大溫度升高,反應速率增大,達到平衡所需時間縮短0.044,【典例2】 研究NOx、CO2的吸收利用對促進低碳社會的構建和環(huán)境保護具有重要意義。 求25 、101 kPa下,2 mol CH3OH(l)完全燃燒的H=(用含H1、H2、H3的式子表示)。 (2)向1 L密閉容器中加入2 mol CO2、6 mol H2,在適當?shù)拇呋瘎┳饔孟?發(fā)生反應: 已知反應的H2<0,則此反應自發(fā)進行的條件是(填“低溫”“高溫”或“任意溫度”)。,在T 下,CO2氣體的濃度隨時間t變化如下圖所示,則此溫度下反應的平衡常數(shù)K=(用分數(shù)表示)。在t2時將容器容積縮小為原體積的一半,t3時再次達到平衡,請畫出t2之后CO2氣體的濃度隨時間變化的曲線。,(3)用NH3催化還原NOx可以消除氮氧化物的污染。如下圖,采用NH3作還原劑,煙氣以一定的流速通過兩種不同催化劑,測量逸出氣體中氮氧化物的含量,從而確定煙氣脫氮率 (注:脫氮率即氮氧化物的轉(zhuǎn)化率),反應原理為 NO(g)+NO2(g)+2NH3(g) 2N2(g)+3H2O(g)。 以下說法正確的是(填字母)。 A.使用第種催化劑更有利于提高NOx的平衡轉(zhuǎn)化率 B.催化劑分別適合于250 和450 左右脫氮 C.相同條件下,改變壓強對脫氮率沒有影響 D.煙氣通過催化劑的流速越快,脫氮效果會越好 (4)用電解法處理NOx是消除氮氧化物污染的新方法,其原理是將NOx在電解池中分解成無污染的N2和O2,電解質(zhì)是固體氧化物陶瓷(內(nèi)含O2-,可定向移動),陰極的電極反應式是。,(3)使用第種催化劑時的反應溫度與使用第種催化劑時不同,不能說明使用第種催化劑更有利于提高NOx的平衡轉(zhuǎn)化率,故A錯誤;由圖像可知兩種催化劑脫氮率最高時的溫度分別是250 和450 左右,催化劑分別適合于250 和450 左右脫氮,故B正確;脫氮反應是氣體體積增大的反應,相同條件下,改變壓強對脫氮率有影響,故C錯誤;煙氣通過催化劑的流速越快,煙氣與催化劑接觸時間短,脫氮效果會越差,故D錯誤。 (4)陰極得電子,陰極的電極反應式是2NOx+4xe- N2+2xO2-。,對點訓練 1.氮是一種重要的化學元素,與氮有關的重要物質(zhì)有氨、聯(lián)氨、尿素、丙烯腈、己二腈等,回答下列問題:,(2)丙烯腈( )是一種重要的化工原料,工業(yè)上以氨、丙烯、氧氣為原料,在催化劑存在下生成丙烯腈(C3H3N)的熱化學方程式如下: 對于氣相反應,用某組分(B)的平衡壓強(pB)代替物質(zhì)的量濃度(cB)也可以表示平衡常數(shù)(記作Kp),則上述反應的Kp=。該反應能自發(fā),其原因是。,(3)圖(b)為在相同壓強下,經(jīng)過相同反應時間測得的丙烯腈產(chǎn)率與反應溫度的關系曲線,最高產(chǎn)率對應溫度為460 ,則高于460 時,丙烯腈的產(chǎn)率降低,可能的原因是:有副反應發(fā)生, 。 (4)恒容時,若按丙烯、氨、空氣的體積比117.5投料,有利于提高C3H6轉(zhuǎn)化為C3H3N平衡轉(zhuǎn)化率的措施有(填字母)。 A.使用催化劑 B.投料比不變,增加反應物的濃度 C.降低反應溫度 D.將產(chǎn)物液化,及時移走產(chǎn)物 (5)己二腈是一種重要的化工原料,是制造尼龍的中間體。工業(yè)上通過電解丙烯腈( )制己二腈,H3PO4-K3PO4等作為電解質(zhì)溶液,控制pH在8.59.0范圍內(nèi)。寫出該電解反應的總化學方程式:。,答案 (1)2a+3b+4c (2) 該反應放出大量的熱且體系的混亂度增大 (3)反應未達到平衡,但催化劑活性隨溫度升高而降低460 后反應達到平衡,升高溫度,平衡向逆反應方向移動 (4)CD,2.氯化銨、甲醇、氧化鋁都是重要化合物。 反應在條件下能自發(fā)反應(填“較高溫度”“較低溫度”或“任何溫度”),理由是。 圖1是反應使用三種不同催化劑時得到的CH3Cl的產(chǎn)率與溫度關系的變化圖。,已知:催化劑用量、催化劑粒數(shù)、 的值、甲醇進料速度、反應時間等測試條件都相同。,圖1,圖2,圖1中a曲線CH3Cl產(chǎn)率先增大后減小的原因是。請在圖2中畫出其他條件都相同時,在370 下使用三種不同催化劑至反應平衡時,CH3Cl的產(chǎn)率與時間關系的變化曲線,并用a、b、c標出對應的曲線。,(2)25 時,在某濃度的NH4Cl溶液中滴加一定量的氨水至溶液呈中性,此時測得溶液中c(Cl-)=0.36 molL-1,則混合溶液中c(NH3H2O)= molL-1。(25 時,NH3H2O的Kb=1.810-5) (3)多孔Al2O3薄膜可作為催化劑載體、模板合成納米材料等用途?，F(xiàn)以高純鋁片作為陽極,不銹鋼作為陰極,一定濃度的磷酸溶液作為電解質(zhì)溶液進行電解,即可初步制取多孔Al2O3膜。請寫出該制取過程的陽極電極反應式:。,答案 (1)較高溫度根據(jù)蓋斯定律+得反應的H=132 kJmol-1,則反應的S0,H0,反應在高溫下自發(fā)溫度越高反應速率越大,因此隨著溫度升高,CH3Cl的產(chǎn)率逐漸增大;410 之后,隨著溫度升高,催化劑活性降低,反應速率減小,因此CH3Cl的產(chǎn)率逐漸減小,解析 (1)反應的焓變H=+163.9 kJmol-1+(-31.9 kJmol-1)=+132 kJmol-1,H0;反應屬于熵增大的反應,S0,故反應在較高溫度下能自發(fā)進行;催化劑只是增大化學反應速率,對化學平衡不影響,故在370 下使用三種不同催化劑至反應平衡時,CH3Cl的產(chǎn)率相同,由圖1可知,370 條件下,三種催化劑反應速率由大到小的順,