2019高考化學(xué) 難點(diǎn)剖析 專題34 蓋斯定律的應(yīng)用講解.doc

專題34 蓋斯定律的應(yīng)用一、高考題再現(xiàn)1（2018課標(biāo)）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(yīng)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(yīng)的氧化產(chǎn)物是一種氣體，其分子式為_。（2）F. Daniels等曾利用測(cè)壓法在剛性反應(yīng)器中研究了25時(shí)N2O5(g)分解反應(yīng)： 其中NO2二聚為N2O4的反應(yīng)可以迅速達(dá)到平衡。體系的總壓強(qiáng)p隨時(shí)間t的變化如下表所示（t=時(shí)，N2O4(g)完全分解）：t/min0408016026013001700p/kPa35.840.342.5.45.949.261.262.363.1 已知：2N2O5(g)2N2O5(g)+O2(g) H1=4.4 kJmol12NO2(g)N2O4(g) H 2=55.3 kJmol1則反應(yīng)N2O5(g)2NO2(g)+O2(g)的H =_ kJmol1。研究表明，N2O5(g)分解的反應(yīng)速率。t=62 min時(shí)，測(cè)得體系中pO2=2.9 kPa，則此時(shí)的=_ kPa，v=_kPamin1。若提高反應(yīng)溫度至35，則N2O5(g)完全分解后體系壓強(qiáng)p(35)_63.1 kPa（填“大于”“等于”或“小于”），原因是_。25時(shí)N2O4(g)2NO2(g)反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=_kPa（Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)，計(jì)算結(jié)果保留1位小數(shù)）。（3）對(duì)于反應(yīng)2N2O5 (g)4NO2(g)+O2(g)，R.A.Ogg提出如下反應(yīng)歷程：第一步 N2O5NO2+NO3 快速平衡第二步 NO2+NO3NO+NO2+O2 慢反應(yīng)第三步 NO+NO32NO2 快反應(yīng)其中可近似認(rèn)為第二步反應(yīng)不影響第一步的平衡。下列表述正確的是_（填標(biāo)號(hào))。Av(第一步的逆反應(yīng))v(第二步反應(yīng))B反應(yīng)的中間產(chǎn)物只有NO3C第二步中NO2與NO3的碰撞僅部分有效D第三步反應(yīng)活化能較高【答案】O2 53.1 30.0 6.0102 大于 溫度提高，體積不變，總壓強(qiáng)提高；NO2二聚為放熱反應(yīng)，溫度提高，平衡左移，體系物質(zhì)的量增加，總壓強(qiáng)提高 13.4 AC所以若提高反應(yīng)溫度至35，則N2O5(g)完全分解后體系壓強(qiáng)p(35)大于63.1 kPa。根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知五氧化二氮完全分解時(shí)的壓強(qiáng)是63.1kPa，根據(jù)方程式可知完全分解時(shí)最初生成的二氧化氮的壓強(qiáng)是35.8kPa271.6 kPa，氧氣是35.8kPa217.9 kPa，總壓強(qiáng)應(yīng)該是71.6 kPa+17.9 kPa89.5 kPa，平衡后壓強(qiáng)減少了89.5 kPa63.1kPa26.4kPa，所以根據(jù)方程式2NO2(g)N2O4(g)可知平衡時(shí)四氧化二氮對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)是26.4kPa，二氧化氮對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)是71.6 kPa26.4kPa218.8kPa，則反應(yīng)的平衡常數(shù)。（3）A、第一步反應(yīng)快，所以第一步的逆反應(yīng)速率大于第二步的逆反應(yīng)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(cuò)誤；C、根據(jù)第二步反應(yīng)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(yīng)快，所以第三步反應(yīng)的活化能較低，D錯(cuò)誤。答案選AC。2（2018課標(biāo)）CH4-CO2催化重整不僅可以得到合成氣（CO和H2），還對(duì)溫室氣體的減排具有重要意義?；卮鹣铝袉栴}：（1）CH4-CO2催化重整反應(yīng)為：CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)。已知：C(s)+2H2(g)=CH4(g) H=-75 kJmol1C(s)+O2(g)=CO2(g) H=-394 kJmol1C(s)+1/2O2(g)=CO(g) H=-111 kJmol1該催化重整反應(yīng)的H=_ kJmol1。有利于提高CH4平衡轉(zhuǎn)化率的條件是_（填標(biāo)號(hào)）。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(jìn)行重整反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率是50%，其平衡常數(shù)為_mol2L2。（2）反應(yīng)中催化劑活性會(huì)因積碳反應(yīng)而降低，同時(shí)存在的消碳反應(yīng)則使積碳量減少。相關(guān)數(shù)據(jù)如下表：積碳反應(yīng)CH4(g)=C(s)+2H2(g)消碳反應(yīng)CO2(g)+C(s)=2CO(g)H/(kJmol1)75172活化能/(kJmol1)催化劑X3391催化劑Y4372由上表判斷，催化劑X_Y（填“優(yōu)于”或“劣于”），理由是_。在反應(yīng)進(jìn)料氣組成、壓強(qiáng)及反應(yīng)時(shí)間相同的情況下，某催化劑表面的積碳量隨溫度的變化關(guān)系如圖所示。升高溫度時(shí)，下列關(guān)于積碳反應(yīng)、消碳反應(yīng)的平衡常數(shù)（K）和速率（v）的敘述正確的是_填標(biāo)號(hào)）。 AK積、K消均增加 Bv積減小，v消增加 CK積減小，K消增加 Dv消增加的倍數(shù)比v積增加的倍數(shù)大在一定溫度下，測(cè)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(shí)，不同p(CO2)下積碳量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)如圖所示，則pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)從大到小的順序?yàn)開。 【答案】247 A 劣于 相對(duì)于催化劑X，催化劑Y積碳反應(yīng)的活化能大，積碳反應(yīng)的速率?。欢挤磻?yīng)活化能相對(duì)小，消碳反應(yīng)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mol2L2。（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知相對(duì)于催化劑X，催化劑Y積碳反應(yīng)的活化能大，積碳反應(yīng)的速率??；而消碳反應(yīng)活化能相對(duì)小，消碳反應(yīng)速率大，所以催化劑X劣于Y。A正反應(yīng)均是吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，因此K積、K消均增加，A正確；B升高溫度反應(yīng)速率均增大，B錯(cuò)誤；C根據(jù)A中分析可知選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D積碳量達(dá)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。根據(jù)反應(yīng)速率方程式可知在p(CH4)一定時(shí)，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?yàn)閜c(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)。3（2018課標(biāo)）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(shí)發(fā)煙生成(HSiO)2O等，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式_。（2）SiHCl3在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)：2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+ SiCl4(g) H1=48 kJmol13SiH2Cl2(g)SiH4(g)+2SiHCl3 (g) H2=30 kJmol1則反應(yīng)4SiHCl3(g)SiH4(g)+ 3SiCl4(g)的H=_ kJmol1。（3）對(duì)于反應(yīng)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(shí)SiHCl3的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的結(jié)果如圖所示。 343 K時(shí)反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率=_%。平衡常數(shù)K343 K=_（保留2位小數(shù)）。在343 K下：要提高SiHCl3轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是_；要縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間，可采取的措施有_、_。比較a、b處反應(yīng)速率大?。篴_b（填“大于”“小于”或“等于”）。反應(yīng)速率=正逆=，k正、k逆分別為正、逆向反應(yīng)速率常數(shù)，x為物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，計(jì)算a處=_（保留1位小數(shù)）?！敬鸢浮?2SiHCl3+3H2O(HSiO)2O+6HCl 114 22 0.02 及時(shí)移去產(chǎn)物 改進(jìn)催化劑 提高反應(yīng)物壓強(qiáng)（濃度） 大于 1.32SiHCl3 SiH2Cl2 + SiCl4起始： 1 0 0反應(yīng)： 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。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(qiáng)不影響平衡）。縮短達(dá)到平衡的時(shí)間，就是加快反應(yīng)速率，所以可以采取的措施是增大壓強(qiáng)（增大反應(yīng)物濃度）、加入更高效的催化劑（改進(jìn)催化劑）。a、b兩點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率相等，可以認(rèn)為各物質(zhì)的濃度對(duì)應(yīng)相等，而a點(diǎn)的溫度更高，所以速率更快，即VaVb。根據(jù)題目表述得到，當(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，所以，實(shí)際就是平衡常數(shù)K值，所以0.02。a點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)化率為20%，所以計(jì)算出：2SiHCl3 SiH2Cl2 + SiCl4起始： 1 0 0反應(yīng)： 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(diǎn)突破1、寫熱化學(xué)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(yīng)生成CH4和H2O的熱化學(xué)方程式已知： CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) H41kJmol1C(s)+2H2(g)CH4(g) H73kJmol12CO(g)C(s)+CO2(g) H171kJmol1（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(yīng)的化學(xué)方程式 。（3）天然氣的一個(gè)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0.1molL1的CH4與CO2，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，測(cè)得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖1所示，則壓強(qiáng)P1 P2（填“大于”或“小于”）；壓強(qiáng)為P2時(shí)，在Y點(diǎn)：v(正) v(逆)（填“大于”、“小于”或“等于”）。 求Y點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下的該反應(yīng)的平衡常數(shù)K= 。（計(jì)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。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。250300時(shí)，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是 。為了提高該反應(yīng)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) H203kJmol1（2）2NH4HSO22NH3H2O2S（3）小于 大于 1.6mol2/L2（4）溫度超過250oC時(shí)，催化劑的催化效率降低增大反應(yīng)壓強(qiáng)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）250300時(shí)，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是溫度超過250oC時(shí)，催化劑的催化效率降低；由于催化劑的催化效率在溫度超過250時(shí)會(huì)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(shí)的溫度條件下，采用增大反應(yīng)壓強(qiáng)或增大CO2的濃度的方式來提高CH4的轉(zhuǎn)化率。2、計(jì)算反應(yīng)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(cè)。I已知：As(s)+H2(g)+2O2(g)=H3AsO4(s) H1H2(g)+O2(g)=H2O(l) H22As(s)+O2(g) =As2O5(s) H3則反應(yīng)As2O5(s) +3H2O(l)= 2H3AsO4(s)的H =_。II.冶煉廢水中砷元素主要以亞砷酸(H3AsO3)形式存在，可用化學(xué)沉降法處理酸性高濃度含砷廢水，其工藝流程如下： 已知：As2S3與過量的S2-存在以下反應(yīng)：As2S3(s)+3S2-(aq) 2AsS33-(aq)；亞砷酸鹽的溶解性大于相應(yīng)砷酸鹽。（1）亞砷酸中砷元素的化合價(jià)為_；砷酸的第一步電離方程式為_。（2）“一級(jí)沉砷”中FeSO4的作用是_； “二級(jí)沉砷”中H2O2與含砷物質(zhì)反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。III.去除水體中的砷，將As()轉(zhuǎn)化為As()，也可選用NaClO實(shí)現(xiàn)該轉(zhuǎn)化。研究NaClO投加量對(duì)As()氧化率的影響得到如下結(jié)果： 已知：投料前水樣pH5.81，0.1mol/LNaClO溶液pH10.5，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】 2H1-3H2-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(dāng)加入量大時(shí)，溶液堿性增強(qiáng)，NaClO溶液濃度增大，水解程度降低，次氯酸不易生成，所以As()氧化率降低(2)“一級(jí)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(jìn)行，提高沉砷效果，“二級(jí)沉砷”中H2 O2與含砷物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，氧化亞砷酸為砷酸；，反應(yīng)的化學(xué)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(jìn)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(dāng)加入量大時(shí)，溶液堿性增強(qiáng)，NaClO溶液濃度增大，水解程度降低，次氯酸不易生成，所以As()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(dāng)加入量大時(shí)，溶液堿性增強(qiáng)，NaClO溶液濃度增大，水解程度降低，次氯酸不易生成，所以As()氧化率降低。3、計(jì)算共價(jià)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(yīng)生成1 mol NH3(g)過程中能量變化示意圖，請(qǐng)寫出N2和H2反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：_。（2）已知化學(xué)鍵鍵能是形成或拆開1 mol化學(xué)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(jì)算NH的鍵能_kJ/mol。化學(xué)鍵HHNN鍵能/kJ/mol435943 （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) ; H1a kJ/mol N2(g)O2(g)=2NO(g) ; H2b kJ/mol 若1 mol NH3還原NO至N2，則反應(yīng)過程中的反應(yīng)熱H3_ kJ/mol(用含a、b的式子表示)。（4）已知下列各組熱化學(xué)方程式Fe2O3(s)3CO(g) =2Fe(s)3CO2(g) ; H125 kJ/mol3Fe2O3(s)CO(g)= 2Fe3O4(s)CO2(g) ; H247 kJ/molFe3O4(s)CO(g) =3FeO(s)CO2(g) ;H3640 kJ/mol請(qǐng)寫出FeO(s)被CO(g)還原成Fe和CO2(g)的熱化學(xué)方程式_?！敬鸢浮?N2(g)3H2(g)2NH3(g); H92 kJ/mol( 390 FeO(s)CO(g) =Fe(s)CO2(g);H218 kJ/mol【解析】本題主要考查熱化學(xué)方程式。（1）N2和H2反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：N2(g)3H2(g)2NH3(g); H92 kJ/mol。