2019高考化學 難點剖析 專題34 蓋斯定律的應用講解.doc

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專題34 蓋斯定律的應用 一、高考題再現(xiàn) 1．（2018課標Ⅰ）采用N2O5為硝化劑是一種新型的綠色硝化技術(shù)，在含能材料、醫(yī)藥等工業(yè)中得到廣泛應用?；卮鹣铝袉栴} （1）1840年 Devil用干燥的氯氣通過干燥的硝酸銀，得到N2O5。該反應的氧化產(chǎn)物是一種氣體，其分子式為___________。 （2）F. Daniels等曾利用測壓法在剛性反應器中研究了25℃時N2O5(g)分解反應： 其中NO2二聚為N2O4的反應可以迅速達到平衡。體系的總壓強p隨時間t的變化如下表所示（t=∞時，N2O4(g)完全分解）： t/min 0 40 80 160 260 1300 1700 ∞ p/kPa 35.8 40.3 42.5. 45.9 49.2 61.2 62.3 63.1 ①已知：2N2O5(g)＝2N2O5(g)+O2(g) ΔH1=?4.4 kJmol?1 2NO2(g)＝N2O4(g) ΔH 2=?55.3 kJmol?1 則反應N2O5(g)＝2NO2(g)+O2(g)的ΔH =_______ kJmol?1。 ②研究表明，N2O5(g)分解的反應速率。t=62 min時，測得體系中pO2=2.9 kPa，則此時的=________ kPa，v=_______kPamin?1。 ③若提高反應溫度至35℃，則N2O5(g)完全分解后體系壓強p∞(35℃)____63.1 kPa（填“大于”“等于”或“小于”），原因是________。 ④25℃時N2O4(g)2NO2(g)反應的平衡常數(shù)Kp=_______kPa（Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)，計算結(jié)果保留1位小數(shù)）。 （3）對于反應2N2O5 (g)→4NO2(g)+O2(g)，R.A.Ogg提出如下反應歷程： 第一步 N2O5NO2+NO3 快速平衡 第二步 NO2+NO3→NO+NO2+O2 慢反應 第三步 NO+NO3→2NO2 快反應 其中可近似認為第二步反應不影響第一步的平衡。下列表述正確的是_______（填標號)。 A．v(第一步的逆反應)＞v(第二步反應) B．反應的中間產(chǎn)物只有NO3 C．第二步中NO2與NO3的碰撞僅部分有效 D．第三步反應活化能較高 【答案】O2 53.1 30.0 6.010－2 大于 溫度提高，體積不變，總壓強提高；NO2二聚為放熱反應，溫度提高，平衡左移，體系物質(zhì)的量增加，總壓強提高 13.4 AC 所以若提高反應溫度至35℃，則N2O5(g)完全分解后體系壓強p∞(35℃)大于63.1 kPa。④根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知五氧化二氮完全分解時的壓強是63.1kPa，根據(jù)方程式可知完全分解時最初生成的二氧化氮的壓強是35.8kPa2＝71.6 kPa，氧氣是35.8kPa2＝17.9 kPa，總壓強應該是71.6 kPa+17.9 kPa＝89.5 kPa，平衡后壓強減少了89.5 kPa－63.1kPa＝26.4kPa，所以根據(jù)方程式2NO2(g)N2O4(g)可知平衡時四氧化二氮對應的壓強是26.4kPa，二氧化氮對應的壓強是71.6 kPa－26.4kPa2＝18.8kPa，則反應的平衡常數(shù) 。（3）A、第一步反應快，所以第一步的逆反應速率大于第二步的逆反應速率，A正確；B、根據(jù)第二步和第三步可知中間產(chǎn)物還有NO，B錯誤；C、根據(jù)第二步反應生成物中有NO2可知NO2與NO3的碰撞僅部分有效，C正確；D、第三步反應快，所以第三步反應的活化能較低，D錯誤。答案選AC。 2．（2018課標Ⅱ）CH4-CO2催化重整不僅可以得到合成氣（CO和H2），還對溫室氣體的減排具有重要意義。回答下列問題： （1）CH4-CO2催化重整反應為：CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)。 已知：C(s)+2H2(g)=CH4(g) ΔH=-75 kJmol?1 C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-394 kJmol?1 C(s)+1/2O2(g)=CO(g) ΔH=-111 kJmol?1 該催化重整反應的ΔH==______ kJmol?1。有利于提高CH4平衡轉(zhuǎn)化率的條件是____（填標號）。 A．高溫低壓 B．低溫高壓 C．高溫高壓 D．低溫低壓 某溫度下，在體積為2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化劑進行重整反應，達到平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率是50%，其平衡常數(shù)為_______mol2L?2。 （2）反應中催化劑活性會因積碳反應而降低，同時存在的消碳反應則使積碳量減少。 相關數(shù)據(jù)如下表： 積碳反應 CH4(g)=C(s)+2H2(g) 消碳反應 CO2(g)+C(s)=2CO(g) ΔH/(kJmol?1) 75 172 活化能/ (kJmol?1) 催化劑X 33 91 催化劑Y 43 72 ①由上表判斷，催化劑X____Y（填“優(yōu)于”或“劣于”），理由是_________________。在反應進料氣組成、壓強及反應時間相同的情況下，某催化劑表面的積碳量隨溫度的變化關系如圖所示。升高溫度時，下列關于積碳反應、消碳反應的平衡常數(shù)（K）和速率（v）的敘述正確的是________填標號）。 A．K積、K消均增加 B．v積減小，v消增加 C．K積減小，K消增加 D．v消增加的倍數(shù)比v積增加的倍數(shù)大 ②在一定溫度下，測得某催化劑上沉積碳的生成速率方程為v=kp(CH4)[p(CO2)]-0.5（k為速率常數(shù)）。在p(CH4)一定時，不同p(CO2)下積碳量隨時間的變化趨勢如圖所示，則pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)從大到小的順序為________________。 【答案】247 A 劣于 相對于催化劑X，催化劑Y積碳反應的活化能大，積碳反應的速率小；而消碳反應活化能相對小，消碳反應速率大 AD pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2) CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) 起始濃度（mol/L） 1 0.5 0 0 轉(zhuǎn)化濃度（mol/L） 0.25 0.25 0.5 0.5 平衡濃度（mol/L） 0.75 0.25 0.5 0.5 所以其平衡常數(shù)為mol2L?2。 （2）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知相對于催化劑X，催化劑Y積碳反應的活化能大，積碳反應的速率??；而消碳反應活化能相對小，消碳反應速率大，所以催化劑X劣于Y。A．正反應均是吸熱反應，升高溫度平衡向正反應方向進行，因此K積、K消均增加，A正確；B．升高溫度反應速率均增大，B錯誤；C．根據(jù)A中分析可知選項C錯誤；D．積碳量達到最大值以后再升高溫度積碳量降低，這說明v消增加的倍數(shù)比v積增加的倍數(shù)大，D正確。答案選AD。 ②根據(jù)反應速率方程式可知在p(CH4)一定時，生成速率隨p(CO2)的升高而降低，所以根據(jù)圖像可知pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)從大到小的順序為pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)。 3．（2018課標Ⅲ）三氯氫硅（SiHCl3）是制備硅烷、多晶硅的重要原料?；卮鹣铝袉栴}： （1）SiHCl3在常溫常壓下為易揮發(fā)的無色透明液體，遇潮氣時發(fā)煙生成(HSiO)2O等，寫出該反應的化學方程式__________。 （2）SiHCl3在催化劑作用下發(fā)生反應： 2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+ SiCl4(g) ΔH1=48 kJmol?1 3SiH2Cl2(g)SiH4(g)+2SiHCl3 (g) ΔH2=?30 kJmol?1 則反應4SiHCl3(g)SiH4(g)+ 3SiCl4(g)的ΔH=__________ kJmol?1。 （3）對于反應2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)，采用大孔弱堿性陰離子交換樹脂催化劑，在323 K和343 K時SiHCl3的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的結(jié)果如圖所示。 ①343 K時反應的平衡轉(zhuǎn)化率α=_________%。平衡常數(shù)K343 K=__________（保留2位小數(shù)）。 ②在343 K下：要提高SiHCl3轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是___________；要縮短反應達到平衡的時間，可采取的措施有____________、___________。 ③比較a、b處反應速率大?。害詀________υb（填“大于”“小于”或“等于”）。反應速率υ=υ正?υ逆 =?，k正、k逆分別為正、逆向反應速率常數(shù)，x為物質(zhì)的量分數(shù)，計算a處=__________（保留1位小數(shù)）。 【答案】 2SiHCl3+3H2O(HSiO)2O+6HCl 114 ①22 0.02 ②及時移去產(chǎn)物 改進催化劑 提高反應物壓強（濃度） ③大于 1.3 2SiHCl3 SiH2Cl2 + SiCl4 起始： 1 0 0 反應： 0.22 0.11 0.11 （轉(zhuǎn)化率為22%） 平衡： 0.78 0.11 0.11 所以平衡常數(shù)K=0.1120.782=0.02。 ②溫度不變，提高三氯氫硅轉(zhuǎn)化率的方法可以是將產(chǎn)物從體系分離（兩邊物質(zhì)的量相等，壓強不影響平衡）。縮短達到平衡的時間，就是加快反應速率，所以可以采取的措施是增大壓強（增大反應物濃度）、加入更高效的催化劑（改進催化劑）。 ③a、b兩點的轉(zhuǎn)化率相等，可以認為各物質(zhì)的濃度對應相等，而a點的溫度更高，所以速率更快，即Va＞Vb。根據(jù)題目表述得到，，當反應達平衡時，＝，所以，實際就是平衡常數(shù)K值，所以0.02。a點時，轉(zhuǎn)化率為20%，所以計算出： 2SiHCl3 SiH2Cl2 + SiCl4 起始： 1 0 0 反應： 0.2 0.1 0.1 （轉(zhuǎn)化率為20%） 平衡： 0.8 0.1 0.1 所以=0.8；==0.1；所以 二、考點突破 1、寫熱化學方程式 典例1天然氣是一種重要的清潔能源和化工原料，其主要成分為甲烷。 （1）工業(yè)上可用煤制天然氣，生產(chǎn)過程中有多種途徑生成CH4。 寫出CO與H2反應生成CH4和H2O的熱化學方程式 已知： CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) ΔH＝－41kJmol－1 C(s)+2H2(g)CH4(g) ΔH＝－73kJmol－1 2CO(g)C(s)+CO2(g) ΔH＝－171kJmol－1 （2）天然氣中的H2S雜質(zhì)常用氨水吸收，產(chǎn)物為NH4HS。一定條件下向NH4HS溶液中 通入空氣，得到單質(zhì)硫并使吸收液再生，寫出再生反應的化學方程式 。 （3）天然氣的一個重要用途是制取H2，其原理為：CO2(g)＋CH4(g)2CO (g)＋2H2(g)。在密閉容器中通入物質(zhì)的量濃度均為0.1molL－1的CH4與CO2，在一定條件下發(fā)生反應，測得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強的關系如下圖1所示，則壓強P1 P2（填“大于”或“小于”）；壓強為P2時，在Y點：v(正) v(逆)（填“大于”、“小于”或“等于”）。 求Y點對應溫度下的該反應的平衡常數(shù)K= 。（計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字） (4) 以二氧化鈦表面覆蓋CuAl2O4為催化劑，可以將CH4和CO2直接轉(zhuǎn)化成乙酸。 ①在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如圖2所示。250~300℃時，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是 。 ②為了提高該反應中CH4的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是 。 【答案】（1）CO (g)+3H2(g)CH4(g)+ H2O(g) ΔH＝－203kJmol－1 （2）2NH4HS＋O2＝2NH3H2O＋2S↓ （3）小于 大于 1.6mol2/L2 （4）①溫度超過250oC時，催化劑的催化效率降低 ②增大反應壓強或增大CO2的濃度 CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g) 起始濃度（mol/L） 0.1 0.1 0 0 轉(zhuǎn)化濃度（mol/L） 0.08 0.08 0.16 0.16 平衡濃度（mol/L） 0.02 0.02 0.16 0.16 平衡常數(shù)K=mol2/L2 （4）①250~300℃時，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是溫度超過250oC時，催化劑的催化效率降低；②由于催化劑的催化效率在溫度超過250時會降低，因此為了提高CH4的轉(zhuǎn)化率，不能一味的升高溫度，而是在催化劑催化效率最大時的溫度條件下，采用增大反應壓強或增大CO2的濃度的方式來提高CH4的轉(zhuǎn)化率。 2、計算反應熱 典例2砷為VA族元素，金屬冶煉過程產(chǎn)生的含砷有毒廢水需處理與檢測。 I．已知：As(s)+H2(g)+2O2(g)=H3AsO4(s) ΔH1 H2(g)+O2(g)=H2O(l) ΔH2 2As(s)+O2(g) =As2O5(s) ΔH3 則反應As2O5(s) +3H2O(l)= 2H3AsO4(s)的ΔH =_______________。 II.冶煉廢水中砷元素主要以亞砷酸(H3AsO3)形式存在，可用化學沉降法處理酸性高濃度含砷廢水，其工藝流程如下： 已知：①As2S3與過量的S2-存在以下反應：As2S3(s)+3S2-(aq) 2AsS33-(aq)； ②亞砷酸鹽的溶解性大于相應砷酸鹽。 （1）亞砷酸中砷元素的化合價為______；砷酸的第一步電離方程式為_____________。 （2）“一級沉砷”中FeSO4的作用是_______________； “二級沉砷”中H2O2與含砷物質(zhì)反應的化學方程式為_________。 III.去除水體中的砷，將As(Ⅲ)轉(zhuǎn)化為As(Ⅴ)，也可選用NaClO實現(xiàn)該轉(zhuǎn)化。研究NaClO投加量對As(Ⅲ)氧化率的影響得到如下結(jié)果： 已知：投料前水樣pH＝5.81，0.1mol/LNaClO溶液pH＝10.5，溶液中起氧化作用的物質(zhì)是次氯酸。產(chǎn)生此結(jié)果的原因是_________________________________________。 【答案】 2△H1-3△H2-△H3 +3 H3AsO4H++H2AsO4- 沉淀過量的S2-，使 As2O3(a)+3S2-(aq)2AsS32-(aq) 平衡左移，提高沉砷效果。 H3AsO3+H2O2=H3AsO4+H2O 起氧化作用的物質(zhì)是次氯酸，NaClO溶液為堿性，當加入量大時，溶液堿性增強，NaClO溶液濃度增大，水解程度降低，次氯酸不易生成，所以As(Ⅲ)氧化率降低 (2)“一級沉砷”中FeSO4的作用是除去過量的硫離子，As2S3+3S2-?2AsS32-使平衡逆向進行，提高沉砷效果，“二級沉砷”中H2 O2與含砷物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應，氧化亞砷酸為砷酸；，反應的化學方程式為：H2AsO3+H2O2=H3AsO4+H2O，故答案為：沉淀過量的硫離子，使As2S3+3S2-?2AsS32-使平衡逆向進行，提高沉砷效果；H2AsO3+H2O2=H3AsO4+H2O； III.投料前水樣pH=5.81，0.1mol/LNaClO溶液pH=10.5，溶液中起氧化作用的物質(zhì)是次氯酸．產(chǎn)生此結(jié)果的原因是：起氧化作用的物質(zhì)是次氯酸，NaClO溶液為堿性，當加入量大時，溶液堿性增強，NaClO溶液濃度增大，水解程度降低，次氯酸不易生成，所以As(Ⅲ)氧化率降低，故答案為：起氧化作用的物質(zhì)是次氯酸，NaClO溶液為堿性，當加入量大時，溶液堿性增強，NaClO溶液濃度增大，水解程度降低，次氯酸不易生成，所以As(Ⅲ)氧化率降低。 3、計算共價鍵鍵能 典例3氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用。 （1）上圖是N2(g)和H2(g)反應生成1 mol NH3(g)過程中能量變化示意圖，請寫出N2和H2反應的熱化學方程式：____________________________________________________。 （2）已知化學鍵鍵能是形成或拆開1 mol化學鍵放出或吸收的能量，單位kJ/mol。若已知下列（右表）數(shù)據(jù)，試根據(jù)表中及圖中數(shù)據(jù)計算N—H的鍵能____________kJ/mol。 化學鍵 H—H N≡N 鍵能/kJ/mol 435 943 （3）用NH3催化還原NOx還可以消除氮氧化物的污染。例如： 4NH3(g)＋3O2(g)===2N2(g)＋6H2O(g) ; ΔH1＝－a kJ/mol ① N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ; ΔH2＝－b kJ/mol ② 若1 mol NH3還原NO至N2，則反應過程中的反應熱ΔH3＝________ kJ/mol(用含a、b的式子表示)。 （4）已知下列各組熱化學方程式 ①Fe2O3(s)＋3CO(g) ===2Fe(s)＋3CO2(g) ; ΔH1＝－25 kJ/mol ②3Fe2O3(s)＋CO(g)=== 2Fe3O4(s)＋CO2(g) ; ΔH2＝－47 kJ/mol ③Fe3O4(s)＋CO(g) ===3FeO(s)＋CO2(g) ;ΔH3＝＋640 kJ/mol 請寫出FeO(s)被CO(g)還原成Fe和CO2(g)的熱化學方程式______________。 【答案】 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g); ΔH＝－92 kJ/mol( 390 FeO(s)＋CO(g) ===Fe(s)＋CO2(g);ΔH＝－218 kJ/mol 【解析】本題主要考查熱化學方程式。 （1）N2和H2反應的熱化學方程式：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g); ΔH＝－92 kJ/mol。