名師精講|第17講 化學平衡計算與圖像

2020-12-03 文學與化學

【知識梳理】

一、化學平衡計算

1.有關計算量間關係

(1)反應物:起始量-變化量=平衡量;生成物:起始量+變化量=平衡量。

(2)初始量可以是任意值;物質變化量之比等於化學方程式中計量數之比;平衡量一般不會等於化學計量數之比,但要受化學平衡常數K的制約。

(3)若起始投料量是按化學計量數比例,則在平衡時平衡量之比也要等於計量數之比。

(4)轉化率α=[(反應物轉化的量)÷(反應物起始的量)]×100%]

(5)平衡混合物中百分含量ω(B)=[(物質B平衡量)÷(平衡時各物質總量)]×100%]

2.解題方法:

(1)看圖像:一看軸,即縱、橫坐標的意義;二看點:即起點、拐點、交點、終點;三看線,即線的走向和變化趨勢;四看輔助線,即等溫線、等壓線、平衡線等;五看量的變化,如濃度變化、溫度變化、轉化率變化、物質的量的變化等。

(2)依據圖像信息,利用平衡移動原理,分析可逆反應的特徵:吸熱還是放熱,氣體的化學計量數增大、減小還是不變,有無固體或純液體參加或生成等。

(3)先拐先平:在化學平衡圖像中,先出現拐點的反應先達到平衡,可能是該反應的溫度高、濃度大、壓強大或使用了催化劑。

(4)定一議二:勒夏特列原理只適用於一個條件的改變,所以圖像中有三個變量,先固定一個量,再討論另外兩個量的關係。

A.曲線Ⅱ表示20℃時的轉化反應

B.升高溫度能提高反應物的平衡轉化率

C.在a點時,曲線Ⅰ和Ⅱ表示反應的化學平衡常數相等

D.化學反應速率的大小順序為:d>b>c

9.常壓下羰基化法精煉鎳的原理:Ni(s)+4CO(g) Ni(CO)4(g)。230 ℃時,該反應的平衡常數 K=2×10-5。已知:Ni(CO)4 的沸點為 42.2 ℃,固體雜質不參與反應。

第一階段:將粗鎳與CO反應轉化成氣態Ni(CO)4;

第二階段:將第一階段反應後的氣體分離出來,加熱至 230 ℃製得高純鎳。下列判斷正確的是

A.增加 c(CO),平衡向正向移動,反應的平衡常數增大

B.該反應達到平衡時,生成[Ni(CO)4])=4生成(CO)

C.第一階段,在 30 ℃和 50 ℃兩者之間選擇反應溫度,選50 ℃

D.第二階段,Ni(CO)4分解率較低

10.二氧化鈦在一定波長光的照射下,可有效降解甲醛、苯等有機物,效果持久,且自身對人體無害。某課題組研究了溶液的酸鹼性對TiO2光催化染料R降解反應的影響,結果如圖所示。下列判斷正確的是

(1)觀察圖象可知上述反應過程中,斷裂反應物中的化學鍵吸收的總能量______(填「大於」「小於」或「等於」)形成生成物中的化學鍵釋放的總能量。

(2)甲醇的結構類似於乙醇,試寫出甲醇的結構式:__________。甲醇分子中的化學鍵類型是________(填「離子鍵」或「共價鍵」)。

(3)科研人員開發出一種新型甲醇燃料電池。其電解質溶液是KOH溶液,在該電池的負極發生反應的物質是__________,發生的是__________(填"氧化"或"還原")反應。

(4)欲使合成甲醇的化學反應速率加快,請寫出兩條措施:___________________

(5)平衡時H2的轉化率為__________平衡時混合氣體中CH3OH(g)的體積分數為__________。

(6)下列事實能表明該反應已達平衡狀態的是(_______)(填序號)

A.CO2(g)的濃度不再發生變化

B.單位時間內消耗1mol CO2的同時生成3mol H2

C.在一個絕熱的容器中,混合物的溫度不再發生變化

D.在一個容積固定的容器內,壓強不再發生變化

I.c點的逆反應速率和d點的正反應速率的大小關係為

逆c _____正d (填「>」、「=」或「<」)

II.b、c、d三點的平衡常數K b、Kc、Kd 從大到小的順序為_______。(填「>」、「=」或「<」)

III.T3~T4溫度區間,容器內CO2氣體濃度呈現增大的變化趨勢,其原因是____________。

15.汽車尾氣的主要成分有CO、SO2、NO、NO2等。

(1)利用氨水可以將SO2、NO2吸收,原理如下圖所示。

(3)瀝青混凝土也可降解CO。如圖為在不同顆粒間隙的瀝青混凝土(αβ型)在不同溫度下,反應相同時間,測得CO降解率變化。結合如圖回答下列問題:

①已知在50℃時在α型瀝青混凝土容器中,平衡時O2濃度為0.01mol·L—1,求此溫度下CO降解反應的平衡常數_______________。

②下列關於如圖的敘述正確的是_________________

A.降解率由b點到c點隨溫度的升高而增大,可知CO降解反應的平衡常數KbKc

B.相同溫度下β型瀝青混凝土中CO降解速率比α型要大

C.d點降解率出現突變的原因可能是溫度升高後催化劑失效

③科研團隊以β型瀝青混凝土顆粒為載體,將TiO2改為催化效果更好的TiO2納米管,在10℃~60℃範圍內進行實驗,請在如圖中用線段與「」陰影描繪出CO降解率隨溫度變化的曲線可能出現的最大區域範圍_____________。

(4)TiO2納米管的製備是在弱酸性水溶液中以金屬鈦為陽極進行電解,寫出陽極的電極反應式 ____________________。

16.丙烯(C2H6)是石油化工行業重要的有機原料之一,主要用於生產聚丙烯、二氯丙烷、異丙醇等產品。

(1)丙烷脫氫製備丙烯。由圖可得C3H8(g)C3H6(g)+H2(g) H=____________kJ/mol

12.A【解析】A.圖象變化分析,當選擇性達到一定程度時在增加催化劑用量,環氧琥珀酸的選擇性增加不大,考慮到成本和經濟效益,不能一味加大催化劑的用量,故A錯誤;

B.圖象分析可知當溫度低於 65℃時,環氧琥珀酸的選擇性隨溫度升高而增大,故B正確;

C.溫度升高促進水解,升溫環氧琥珀酸發生了副反應水解反應,導致催化劑選擇性下降,故C正確;

D.溫度高於65℃時,過氧化氫分解,環氧琥珀酸發生了水解反應,都不利於反應進行,故D正確;

答案選A。

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