2019届二轮复习反应热电化学速率平衡善应用课件（44张）（全国通用）

2019届二轮复习反应热电化学速率平衡善应用课件（44张）（全国通用）

第二关　反应热　电化学　速率平衡善应用 盖斯律　正负极　三段式法全攻破 本题型一般取材于能源、环境问题、化工生产等情景，题目围绕一个主题，以 “ 拼盘 ” 的形式呈现，将热化学、化学反应速率、电化学及三大平衡知识融合在一起进行考查，每个小题相对独立；题目中结合图像、表格、数据、装置等信息，考查考生的阅读、识图、分析归纳能力，难度增加。考点主要涉及盖斯定律与热化学方程式、化学反应速率的计算及其影响因素分析、化学平衡移动及其影响因素分析、平衡常数计算及其影响因素分析、电极反应方程式书写等。主要考查 “ 变化观念与平衡思想 ”“ 证据推理与模型认知 ” 化学学科核心素养。 题型一　　化学图表、图像等信息的提取和加工 【例 1 】 (1) (2018 · 海南卷 ) ① 100 ℃ 时，在不同金属离子存在下，纯过氧化氢 24 h 的分解率见下表： 离子 加入量 / (mg · L － 1 ) 分解 率 /% 离子 加入量 / (mg · L － 1 ) 分解 率 /% 无 － 2 Fe 3 ＋ 1.0 15 Al 3 ＋ 10 2 Cu 2 ＋ 0.1 86 Zn 2 ＋ 10 10 Cr 3 ＋ 0.1 96 由上表数据可知，能使过氧化氢分解反应活化能降低最多的离子是 ________ 。储运过氧化氢时，可选用的容器材质为 [A1] ________( 填标号 ) 。 A ．不锈钢　 B ．纯铝　 C ．黄铜　 D ．铸铁 批注 [A1] ：根据离子加入量与分解率进行图表分析。 ② 过氧化氢的 K a1 ＝ 2.24 × 10 － 12, H 2 O 2 的酸性 _______ H 2 O 的酸性 ( 填 “ 大于 ”“ 小于 ” 或 “ 等于 ” ) 。研究表明，过氧化氢溶液中 H 2 O － 的浓度越大，过氧化氢的分解速率越快。常温下，不同浓度的过氧化氢分解率与 pH 的关系如图所示。一定浓度的过氧化氢， pH 增大分解率增大的原因是 _______ ；相同 pH 下，过氧化氢浓度越大分解率越低的原因是 [A2] _______ 。 批注 [A2] ：根据题给信息运用： “ 研究表明，过氧化氢溶液中 H 2 O － 的浓度越大，过氧化氢的分解速率越快 ” ，分析 pH 与过氧化氢浓度对溶液中 H 2 O － 的浓度的影响。 (2) (2018 · 江苏卷 ) 在有氧条件下，新型催化剂 M 能催化 NH 3 与 NO x 反应生成 N 2 。 ① NH 3 与 NO 2 生成 N 2 的反应中，当生成 1 mol N 2 时，转移的电子数为 [A3] ________mol 。 ② 将一定比例 O 2 、 NH 3 和 NO x 的混合气体，匀速通入装有催化剂 M 的反应器中发生反应 ( 装置见图 1) 。 批注 [A3] ：氧化还原计算。 反应相同时间 NO x 的去除率随反应温度的变化曲线如图 2 所示，在 50 ～ 250 ℃ 范围内随着温度的升高， NO x 的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是 ________ ；当反应温度高于 380 ℃ 时， NO x 的去除率迅速下降的原因可能是 [A4] ________ 。 批注 [A4] ：温度的影响是复杂的，既有温度对速率的影响，也有催化剂最适温度，还有副反应发生的可能，所以要结合图像综合考虑。 ① 根据上述实验结果，该反应的平衡常数 K 的计算式为 ____________________ 。 [A5] 批注 [A5] ：图表分析，通过图表中数据确定平衡浓度。另外，注意平衡常数 K 的计算式、表达式的区别。 t /min 0 20 40 60 80 120 x (HI) 1 0.91 0.85 0.815 0.795 0.784 x (HI) 0 0.60 0.73 0.773 0.780 0.784 ② 上述反应中，正反应速率为 v 正 ＝ k 正 x 2 (HI) ，逆反应速率为 v 逆 ＝ k 逆 x (H 2 ) x (I 2 ) ，其中 k 正 、 k 逆 为速率常数，则 k 逆 ＝ ________( 以 K 和 k 正 表示 ) 。若 k 正 ＝ 0.002 7 min － 1 ，在 t ＝ 40 min 时， v 正 ＝ ________min － 1 。 [A6] 批注 [A6] ：信息接受分析，通过 v 正 ＝ v 逆 及适当变形即可用 K 和 k 正 表示 k 逆 ； k 逆 ＝ k 正 / K 。关于 v 正 的计算，代值即可。 ③ 由上述实验数据计算得到 v 正 ～ x (HI) 和 v 逆 ～ x (H 2 ) 的关系可用图 3 表示。当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为 ________( 填字母 ) 。 [A7] 批注 [A7] ：图像分析，此空是该题的亮点，也是难点。此空的解答有赖于两点： ① 升温对反应速率的影响 ( v 正 、 v 逆 均增大 ) 、升温对化学平衡的影响 [ 平衡正移，即 x (HI) 减小、 x (H 2 ) 增大 ] ； ② 结合图像寻找符合上述条件的点。 【解析】 　 (1) ① 根据表中数据可知： Cr 3 ＋ 加入量最少，但是分解率最高，可见催化效果最好，活化能降低最多；相反如果想储存过氧化氢，则应该选择分解率最低的金属离子对应的金属材料做容器。 ② K a1 ＝ 2.24 × 10 － 12 ，大于水的离子积常数，可见电离程度比水大， c (H ＋ ) 大， H 2 O 2 的酸性强； 根据信息 “ 过氧化氢溶液中 H 2 O － 的浓度越大，过氧化氢的分解速率越快 ” ，可知 pH 增大，促进过氧化氢电离，溶液中 H 2 O － 的浓度增大，分解速率加快；而过氧化氢浓度越大，电离程度越小，分解率越小。 题型二　　化学反应原理的语言表达 (1) 通读全题：明确题中有哪些考点，并弄清相关考点的上下文联系，如盖斯定律与平衡移动间的关系等。 (2) 准确定位：即准确判断判定题中针对文字表达的知识点。通过题中所给信息确定文字表达知识点所涉及的化学原理、化学规律，如针对文字：速率变化、平衡移动、主副反应间关系等。该点是解决此类题目的重中之重，若能准确判断所考查的原理，则文字表述便是水到渠成。 (3) 文字表述：先讲普遍原理，再结合本题论述。如某反应正向吸热，因此升温有利于该反应正向进行。 【例 2 】 (1) (2017 · 全国卷 Ⅱ ) 丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢 [C 4 H 10 (g)=== C 4 H 8 (g) ＋ H 2 (g) 　 Δ H ＞ 0] 制备。 ⅰ . 丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器 ( 氢气的作用是活化催化剂 ) ，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图 (a) 为丁烯产率与进料气中 n ( 氢气 )/ n ( 丁烷 ) 的关系。图中曲线呈现先升高后降低的趋势，其降低的原因是 __________________________ [A8] 。 批注 [A8] ：原理阐述题，抛物线类曲线单侧变化趋势分析。考查浓度对平衡移动的影响，即增大产物 H 2 投料，平衡逆向移动。 ⅱ . 图 (b) 为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在 590 ℃ 之前随温度升高而增大的原因可能是 ____________________ 、 ____________________ ； 590 ℃ 之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是 ______________________ [A9] 。 批注 [A9] ：原理阐述题，抛物线类曲线两侧变化趋势分析。 590 ℃ 之前，升温平衡正移、反应速率加快，丁烯产率增加； 590 ℃ 之后，温度升高副反应加剧，丁烯产率减少。 (2) (2016 · 全国卷 Ⅱ ) 丙烯腈 (CH 2 CHCN) 是一种重要的化工原料，工业上可用 “ 丙烯氨氧化法 ” 生产。主要副产物有丙烯醛 (CH 2 CHCHO) 和乙腈 (CH 3 CN) 等。回答下列问题： ⅰ . 以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈 (C 3 H 3 N) 和副产物丙烯醛 (C 3 H 4 O) 的热化学方程式如下： 两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是 _________________________ [A10] ；有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是 ________________ [A11] ；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是 __________________________ [A12] 。 批注 [A10] ：化学反应自发性的考查。 批注 [A11] ：平衡移动的考查。 批注 [A12] ：对于竞争反应，催化剂可以提高主反应的转化率。这一点，要注意与催化剂只能改变某一反应速率而不能改变该反应转化率的固有认识进行区分。 ⅱ . 图 (a) 为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为 460 ℃ 。低于 460 ℃ 时，丙烯腈的产率 _____( 填 “ 是 ” 或 “ 不是 ” ) 对应温度下的平衡产率，判断理由是 __________ [A13] ；高于 460 ℃ 时，丙烯腈产率降低的可能原因是 _______( 双选，填标号 ) [A14] 。 A ．催化剂活性降低　　　 B ．平衡常数变大 C ．副反应增多　　　　　　 D ．反应活化能增大　 批注 [A13] ：原理阐述题，抛物线类曲线单侧变化趋势分析。注意温度对转化率的影响，放热反应温度越低转化率越高，抛物线左侧均为非平衡点。 批注 [A14] ：抛物线类曲线单侧变化趋势分析。升温导致丙烯睛产率降低的原因有二： ① 动力学方面，催化剂活性降低； ② 热力学方面，平衡逆移。 ⅲ . 丙烯腈和丙烯醛的产率与 n ( 氨 )/ n ( 丙烯 ) 的关系如图 (b) 所示。由图可知，最佳 n ( 氨 )/ n ( 丙烯 ) 约为 ________ ，理由是 _____________________ [A15] 。进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为 ________ [A16] 。 批注 [A15] ：图像分析、原理阐述题，考查副反应变化趋势对主反应转化率的影响。此知识点告诉大家，影响转化率不仅要考虑平衡移动，也要考虑副反应的影响。 批注 [A16] ：简单计算，注意氧气在空气中比例即可。 【解析】 　 (1) ⅰ . 由题意可知 H 2 的作用是活化催化剂，同时是反应的产物，增大 c (H 2 ) ，促使平衡逆向移动，随着 n ( 氢气 )/ n ( 丁烷 ) 增大，逆反应速率增大，丁烯产率下降。 ⅱ . 温度升高则反应速率加快，相同时间内生成的丁烯会更多，同时由于反应是吸热反应，升高温度平衡正向移动，平衡体系中会含有更多的丁烯；当温度高于 590 ℃ 时，因丁烯高温会裂解生成短链烃类，导致丁烯的产率降低。 (2) ⅰ . 由题意可知，反应 ① 、 ② 都是放热反应，反应 ① 、 ② 中 1 mol 丙烯完全反应，分别放出 515 kJ 和 353 kJ 热量， 两反应均符合化学反应自发进行的焓判据；反应 ① 的正反应是气体体积增大的放热反应，由勒夏特列原理可知，降温、减压均能使反应 ① 向正反应方向移动，提高丙烯腈平衡产率；催化剂具有高度的专一性，因此提高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化剂，而非温度、压强。 ⅱ . 反应 ① 的正反应是放热反应，如果已经达到化学平衡状态，当投料、压强、浓度等变量不变时，升温能使平衡逆向移动，丙烯腈的产率逐渐减小，读图可知，低于 460 ℃ 时，丙烯腈的产率不是对应温度下的平衡产率。温度高于 460 ℃ 时，催化剂活性可能降低，导致丙烯腈产率降低，选项 A 正确； 反应 ① 的正反应是放热反应，升温使平衡逆向移动，平衡常数逐渐变小，选项 B 错误；温度高于 460 ℃ 时，副反应进行程度可能增大，反应 ① 进行程度减小，导致丙烯腈产率降低，选项 C 正确；反应活化能与催化剂有关，与温度、压强、浓度等无关，升高温度，不能使反应活化能改变，选项 D 错误。 ⅲ . 读图可知，最佳 n ( 氨 )/ n ( 丙烯 ) 约为 1 ，因为该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低。由反应 ① 的热化学方程式可知，进料气中氨、氧气、丙烯气体的理论体积之比为 1 ∶ 1.5 ∶ 1 ，空气中氧气的体积分数约为 1/5( 氮气约占 4/5) ，则进料气中氨、空气、丙烯的理论体积比约为 1 ∶ (1.5÷1/5) ∶ 1 ＝ 1 ∶ 7.5 ∶ 1 。 【答案】 　 (1) ⅰ . 氢气是产物之一，随着 n ( 氢气 )/ n ( 丁烷 ) 增大，逆反应速率增大，平衡逆向移动　 ⅱ . 升高温度有利于反应向吸热方向进行温度升高反应速率加快丁烯高温裂解生成短链烃类　 (2) ⅰ . 两个反应均为放热量大的反应　降低温度降低压强　催化剂　 ⅱ . 不是　该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低　 AC 　 ⅲ .1 　该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低　 1 ∶ 7.5 ∶ 1 题型三　　化学原理相关的计算 近年高考化学计算题注重计算能力以及从原理的角度确定计算的理论依据，因此应该掌握最常规的不同类型计算思路。 (1) 关系式法计算关键：多步反应以及滴定反应的计算题，可根据化学方程式、原子守恒、电子守恒等角度找出已知与未知的关系式，进行求算。 (2) “ 三段式 ” 法：涉及化学平衡的平衡常数以及转化率的计算，按照 “ 三段式 ” 模型进行有序计算，把握 “ 变化量 ” 一定与计量系数成正比；起始量，平衡量或某时刻量则不一定成比例。 (3) “ 定义式 ” 法：进行反应速率、电离常数、 K sp 等计算时，一定要先写出定义式，再根据题意明确定义式中各物理量。 (4) “ 守恒 ” 法：氧化还原及电化学计算，可根据电子得失守恒进行求解。 (5) “ 公式 ” 法：反应热的计算，可以根据盖斯定律以及反应热与键能之间关系的公式进行计算。 则该反应的 Δ H ＝ ________ 。 [A17] 分别在 V L 恒温密闭容器 A( 恒容 ) 、 B( 恒压，容积可变 ) 中，加入 CH 4 和 CO 2 各 1 mol 的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是 [A18] ______( 填 “ A ” 或 “ B ” ) 。 批注 [A17] ：考查焓变与键能间的关系。 批注 [A18] ：恒容与恒压的对比：关键抓住平衡后恒压容器与恒容容器容积的大小关系。 (2) (2018 · 江淮十校联考 ) 在 25 ℃ 时，将 b mol · L － 1 的 KCN 溶液与 0.01 mol · L － 1 的盐酸等体积混合，反应达到平衡时，测得溶液 pH ＝ 7 ，则 KCN 溶液的物质的量浓度 [A19] ________0.01 mol · L － 1 ( 填 “ > ”“ < ” 或 “ ＝ ” ) ；用含 b 的代数式表示 HCN 的电离常数 K a ＝ ________ 。 [A20] 批注 [A19] ：二者等物质的量反应后显酸性。 批注 [A20] ：根据 K 的表达式，依据电荷守恒与物料守恒确定表达式中各微粒浓度。 (3) (2018 · 中原名校联考 ) 某原电池装置如下图所示，电池总反应为 2Ag ＋ Cl 2 ===2AgCl 。 ① 当电路中转移 a mol e － 时，交换膜左侧溶液中约减少 [A21] ________mol 离子。交换膜右侧溶液中 c (HCl)________( 填 “ ＞ ”“ ＜ ” 或 “ ＝ ” )1 mol · L － 1 ( 忽略溶液体积变化 ) 。 ② 若质子交换膜换成阴离子交换膜，其他不变。若有 11.2 L 氯气 ( 标准状况 ) 参与反应，则必有 ________ [A22] mol 离子 ( 填离子符号 ) 由交换膜 ________ 侧通过交换膜向 ________ 侧迁移。交换膜右侧溶液中 c (HCl)________( 填 “ ＞ ”“ ＜ ” 或 “ ＝ ” )1 mol · L － 1 ( 忽略溶液体积变化 ) 。 批注 [A21] ：电路上电荷流量与通过交换膜的电荷量相同。 批注 [A22] ：通过阴离子交换膜的离子应该为 Cl — 。 【解析】 　 (1) 化学反应的焓变应该等于反应物总键能减去生成物的总键能，所以焓变为 (4 × 413 ＋ 2 × 745) － (2 × 1075 ＋ 2 × 436) ＝＋ 120 kJ · mol － 1 。初始时容器 A 、 B 的压强相等， A 容器恒容，随着反应的进行压强逐渐增大 ( 气体物质的量增加 ) ； B 容器恒压，压强不变；所以达平衡时压强一定是 A 中大， B 中小，此反应压强减小平衡正向移动，所以 B 中反应进行更彻底，吸热也更多。 (2) 当 c (KCN) ＝ 0.01 mol/L 时，溶液成分为 HCN 和 KCl ，呈酸性。 (3) ① 正极的电极反应式为 Cl 2 ＋ 2e － ===2Cl － ，负极的电极反应式为 Ag － e － ＋ Cl － ===AgCl ，隔膜只允许氢离子通过，转移 a mol 电子，必有 a mol Cl － 沉淀。为了维持电荷平衡，交换膜左侧溶液中必有 a mol H ＋ 向交换膜右侧迁移，故交换膜左侧共减少 2 a mol 离子 ( a mol Cl － ＋ a mol H ＋ ) ，交换膜右侧溶液中氯化氢浓度增大。 ② n (Cl 2 ) ＝ 0.5 mol ， n (Cl － ) ＝ 1 mol ，正极的电极反应式为 Cl 2 ＋ 2e － ===2Cl － ， n (e － ) ＝ 1 mol ， Ag － e － ＋ Cl － ===AgCl ，交换膜右侧溶液中增加了 1 mol 负电荷 ( 或增加了 1 mol Cl － ) ，左侧减少了 1 mol 负电荷 ( 或减少了 1 mol Cl － ) 。如果质子交换膜换成阴离子交换膜，只允许阴离子 (Cl － ) 通过交换膜，不允许 H ＋ 通过。为了维持电荷平衡，必有 1 mol Cl － 从交换膜右侧溶液中通过交换膜向左侧迁移，氯离子迁移之后，两侧溶液中盐酸浓度保持不变。 【答案】 (1) ＋ 120 kJ · mol － 1 　 B 　 (2)> 　 (0.5 b － 0.005) × 10 － 7 /0.005( 约简也对 ) 　 (3) ① 2 a 　＞　 ② 1 　 Cl － 　右　左　＝