届高考化学难点剖析专题34盖斯定律的应用练习.docx

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届高考化学难点剖析专题34盖斯定律的应用练习

专题34盖斯定律的应用

1.(2018年成都七中高考模拟考试理科综合)近几年我国大面积发生雾霾天气,2.5微米以下的细颗粒物(PM2.5)是导致雾霾天气的“罪魁祸首”。

空气中的CO、SO2、氮氧化物等污染气体会通过大气化学反应生成PM2.5颗粒物。

(1)用CaSO4代替O2与燃料CO反应,是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术,既可提高燃烧效率,又能得到较纯的CO2,以便于被处理。

反应①为主反应,反应②和③为副反应。

ⅰ.CaSO4(s)+4CO(g)==CaS(s)+4CO2(g)ΔH1=-189.2kJ·mol-1

ⅱ.CaSO4(s)+CO(g)==CaO(s)+CO2(g)+SO2(g)ΔH2=+210.5kJ·mol-1

ⅲ.CO(g)==

C(s)+

CO2(g)ΔH3=-86.2kJ·mol-1

反应2CaSO4(s)+7CO(g)==CaS(s)+CaO(s)+6CO2(g)+C(s)+SO2(g)的ΔH=_________________

(2)已知由CO生成CO2的化学方程式为CO+O2

CO2+O。

其正反应速率为v正=K正·c(CO)·c(O2),逆反应速率为v逆=K逆·c(CO2)·c(O),K正、K逆为速率常数。

在2500K下,K正=1.21×105L·s-1·mol-1,K逆=3.02×105L·s-1·mol-1。

则该温度下上述反应的平衡常数K值为________(保留小数点后一位小数)。

(3)用活性炭还原法可以处理氮氧化物。

某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,发生反应:

C(s)+2NO(g)

N2(g)+CO2(g)ΔH=QkJ·mol-1。

在T1℃时,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:

时间(min)

浓度(mol·L-1)

0

10

20

30

40

50

NO

1.00

0.58

0.40

0.40

0.48

0.48

N2

0

0.21

0.30

0.30

0.36

0.36

CO2

0

0.21

0.30

0.30

0.36

0.36

①0~10min内,NO的平均反应速率v(NO)=___________________________________;

②30min后只改变某一条件,反应达新平衡,根据上表数据判断改变的条件可能是____(选填字母);

a.加入一定量的活性炭b.通入一定量的NOc.适当缩小容器的体积d.加入合适的催化剂

③若30min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为5∶3∶3,则Q_____0(填“>”、“=”或“<”)。

(4)利用如图所示电解装置(电极均为惰性电极)也可吸收SO2,并用阴极室排出的溶液吸收NO2。

与电源b极连接的电极的电极反应式为____________________________________。

(5)NO2在一定条件下可转化为NH4NO3和NH4NO2。

相同温度下,等浓度NH4NO3和NH4NO2两份溶液,测得NH4NO2溶液中c(NH4+)较小,分析可能的原因________________________。

【答案】-151.1kJ·mol-10.40.042mol·L-1·min-1bc<2HSO3—+2e—+2H+==S2O42—+2H2ONO2—水解呈碱性,对NH4+的水解起促进作用或答出NO2—与NH4+氧化还原产生氮气

对平衡无影响,故a不符合;b.通入一定量的NO,反应正向进行,达到平衡后一氧化氮、氮气、二氧化碳浓度增大,故b符合;c.适当缩小容器的体积,反应前后是气体体积不变的反应,平衡不动,但个物质浓度增大,符合要求,故c符合;d.加入合适的催化剂,只能改变化学反应速率,不能改变平衡,浓度不变,故d不符合;故答案为:

bc;③若30min后,达到平衡时容器中NO、N2、CO2的浓度之比2:

1:

1,升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为3:

1:

1,所以平衡逆向进行,逆向是吸热反应,正反应方向是放热反应Q<0;(4)根据图中信息可知,与电源b极连接的电极上HSO3—得电子转化为S2O42—,发生的电极反应式为2HSO3—+2e—+2H+==S2O42—+2H2O;(5)NO2在一定条件下可转化为NH4NO3和NH4NO2。

相同温度下,等浓度NH4NO3和NH4NO2两份溶液,NO2—水解呈碱性,对NH4+的水解起促进作用或答出NO2—与NH4+氧化还原产生氮气,故测得NH4NO2溶液中c(NH4+)较小。

2.(2019届全国大联考高三入学调研考试卷(四)氮的氧化物是大气污染物之一,用活性炭或一氧化碳还原氮氧化物,可防止空气污染。

回答下列问题:

已知:

2C(s)+O2(g)=2CO(g)ΔH=-221kJ/mol

C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-393.5kJ/mol

N2(g)+O2(g)=2NO(g)ΔH=+181kJ/mol

(1)若某反应的平衡常数表达式为K=

,请写出此反应的热化学方程式:

_______;下列措施能够增大此反应中NO的转化率的是(填字母代号)_________。

a.增大容器压强b.升高温度c.使用优质催化剂d.增大CO的浓度

(2)向容积为2L的密闭容器中加入活性炭(足量)和NO,发生反应C(s)+2NO(g)

N2(g)+CO2(g),NO和N2的物质的量变化如下表所示。

物质的量/mol

T1/℃

T2/℃

0

5min

10min

15min

20min

25min

30min

NO

2.0

1.16

0.80

0.80

0.50

0.40

0.40

N2

0

0.42

0.60

0.60

0.75

0.80

0.80

①0~5min内,以CO2表示的该反应速率v(CO2)=______,该条件下的平衡常数K=________。

②第15min后,温度调整到T2,数据变化如上表所示,则T1_______T2(填“>”“<”或“=”)。

③若30min时,保持T2不变,向该容器中再加入该四种反应混合物各2mol,则此时反应_______移动(填“正向”“逆向”或“不”);最终达平衡时NO的转化率a=______________。

(3)在25℃下,向浓度均0.1mol·L-1的MgCl2和CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水,先生成_____沉淀(填化学式),当两种沉淀共存时,溶液中c(Mg2+)/c(Cu2+)=__________(已知25℃时Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11,Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20)。

【答案】)2CO(g)+2NO(g)

N2(g)+2CO2(g)△H=﹣747kJ/molad0.042mol·L-1·min-1

>正向

60%Cu(OH)28.2×108或

×109

【解析】

(1)根据平衡常数的定义,若平衡常数表达式为K=K=

,则化学方程式为:

2CO(g)+2NO(g)

N2(g)+2CO2(g),已知①2C(s)+O2(g)=2CO(g)ΔH=﹣221kJ/mol,②C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=﹣393.5kJ/mol,③N2(g)+O2(g)=2NO(g)ΔH=+181kJ/mol

所以以CO2表示的该反应速率v(CO2)=v(N2)=0.042mol·L-1·min-1;通过分析知10min后浓度不再改变,处于平衡状态,用三行式分析浓度改变

②第15min后,温度调整到T2,从表格查得NO减少,N2增加,平衡正向移动,由于正反应为放热反应,改变条件为降温,则T1>T2。

③若30min时,保持T2不变,向该容器中再加入该四种反应混合物各2mol,此时各量分析如下:

T2时平衡常数K=

=4,加入混合物后Qc=

=1.36

=4,解得x=0.2;经计算NO起始总量为2mol+2mol=4mol,达到新平衡时NO的物质的量为(1.2-2×0.2)mol/L×2L=1.6mol,转化的NO共4mol-1.6mol=2.4mol,所以最终达平衡时NO的转化率a=

(3)由于Ksp[Cu(OH)2]

=

=8.2×108,故答案为:

8.2×108或

×109。

3.(2019届广东省中山一中、仲元中学等七校高三第一次(8月)联考)氨催化分解既可防治氨气污染,又能得到氢能源,得到广泛研究。

(1)已知:

①反应I:

4NH3(g)+3O2(g)

2N2(g)+6H2O(g)ΔH1=-1266.6kJ·mol-1,

②H2的燃烧热ΔH2=-285.8kJ.mol-1

③水的气化时ΔH3=+44.0kJ.mol-1

反应I热力学趋势很大(平衡常数很大)的原因为______________________________;NH3分解的热化学方程式________________________________。

(2)在Co-Al催化剂体系中,压强P0下氨气以一定流速通过反应器,得到不同催化剂下氨气转化率随温度变化曲线如下图,活化能最小的催化剂为_______,温度高时NH3的转化率接近平衡转化率的原因

_______________。

如果增大气体流速,则b点对应的点可能为______(填“a”、“c”、“d”、“e”或“f”);

(3)温度为T时,体积为1L的密闭容器中加入0.8molNH3和0.1molH2,30min达到平衡时,N2体积分数为20%,则T时平衡常数K=______,NH3分解率为_____;达到平衡后再加入0.8molNH3和0.1molH2,NH3的转化率________(填“增大”、“不变”、“减小”)。

(4)以KNH2为电解质溶液电解NH3,其工作原理如下图所示,则阳极电极反应为_________。

【答案】放热量很大的反应2NH3(g)

N2(g)+3H2(g)△H=+92.1kJ·mol-190CoAl平衡转化率随温度升高而增大,此反应为吸热反应,温度升高,反应速率加快,转化率接近平衡转化率e7.575%减小

6NH2--6e-=N2↑+4NH3↑

(3)由题给数据可知,设氮气平衡时氮气的物质的量为xmol,则:

2NH3(g)

N2(g)+3H2(g)

初始量(mol)0.800.1

变化量(mol)2xx3x

平衡量(mol)0.8-2xx0.1+3x

相同条件下气体的物质的量之比等于体积之比,所以达到平衡时N2的体积分数为:

,解得:

x=0.3mol,故平衡常数K=

,NH3分解率为

,达到平衡后再加入0.8molNH3和0.1molH2,容器中压强增大,反应向逆向移动,所以氨气的转化率减小;

(4)在电解池中,阳极失去电子,发生氧化反应,根据图示可知右侧为阳极,电极反应为:

6NH2--6e-=N2↑+4NH3↑。

4.(2018届山东省七校联合体高三第二次联考)

(1)2017年中科院某研究团队通过设计一种新型Na-Fe3O4/HZSM-5多功能符合催化剂,成功实现了CO2直接加氢制取辛烷值汽油,该研究成果被评价为“CO2催化转化领域的突破性进展”。

已知:

H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)ΔH1=—aKJ/mol

C8H18

(1)+25/2O2(g)=8CO2(g)+9H2O

(1)ΔH2=—bKJ/mol

试写出25℃、101kPa条件下,CO2与H2反应生成汽油(以C8H18表示)的热化学方程式________。

(2)利用CO2及H2为原料,在合适的催化剂(如Cu/ZnO催化剂)作用下,也可合成CH3OH,涉及的反应有:

甲:

CO2(g)+3H2(g)

CH3OH(g)+H2O(g)△H=—53.7kJ·mol-1平衡常数K1

乙:

CO2(g)+H2(g)

CO(g)+H2O(g)△H=+41.2kJ·mol-1平衡常数K2

①CO(g)+2H2(g)

CH3OH(g)的平衡常数K=______(用含K1、K2的表达式表示),该反应H_____0(填“大于”或“小于”)。

②提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有___________(填写两项)。

③催化剂和反应体系的关系就像锁和钥匙的关系一样,具有高度的选择性。

下列四组实验,控制CO2和H2初始投料比均为1:

2.2,经过相同反应时间(t1min)。

温度(K)

催化剂

CO2转化率(%)

甲醇选择性(%)

综合选项

543

Cu/ZnO纳米棒材料

12.3

42.3

A

543

Cu/ZnO纳米片材料

11.9

72.7

B

553

Cu/ZnO纳米棒材料

15.3

39.1

C

553

Cu/ZnO纳米片材料

12.0

70.6

D

由表格中的数据可知,相同温度下不同的催化剂对CO2的转化为CH3OH的选择性有显著影响,根据上表所给数据结合反应原理,所得最优选项为___________(填字母符号)。

(3)以CO、H2为原料合成甲醇的反应为:

CO(g)+2H2(g)

CH3OH(g)。

在体积均为2L的三个恒容密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中,分别都充入1molCO和2molH2,三个容器的反应温度分别为T1、T2、T3且恒定不变。

下图为三个容器中的反应均进行到5min时H2的体积分数示意图,其中有一个容器反应一定达到平衡状态。

①0~5min时间内容器Ⅱ中用CH3OH表示的化学反应速率为_________________。

②三个容器中一定达到平衡状态的是容器________(填写容器代号)。

【答案】8CO2(g)+25H2(g)=C8H18

(1)+16H2O

(1)ΔH=—(25a-b)KJ/molK=

小于降低温度、减小产物浓度B0.0875mol/(L·min)Ⅲ

(3)①CO(g)+2H2(g)

CH3OH(g)

开始时的物质的量:

120

转化的物质的量:

a2aa

平衡时的物质的量:

1-a2-2aa

容器Ⅱ中0~5min内H2含量是20%,a=

,v(CH3OH)=0.0875mol/(L·min);②Ⅲ中温度高氢气含量高,说明达到平衡升高温度平衡逆向移动,氢气含量增加。

5.(2018届福建省漳州市高三考前模拟考试试卷二)科学家积极探索新技术对CO2进行综合利用。

Ⅰ.CO2可用FeO吸收获得H2。

i.6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s)△Hl=-76.0kJ·mol-1

ⅱ.C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g)△H2=+113.4kJ·mol-1

(1)3FeO(s)+H2O(g)=Fe3O4(s)+H2(g)△H3=_________。

(2)在反应i中,每放出38.0kJ热量,有______gFeO被氧化。

Ⅱ.CO2可用来生产燃料甲醇。

CO2(g)+3H2(g)

CH3OH(g)+H2O(g)ΔH=-49.0kJ·mol-1。

在体积为1L的恒容密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,一定条件下发生反应:

测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

(3)从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)=___________________mol·(L·min)-1。

(4)氢气的转化率=________________________。

(5)该反应的平衡常数为__________________________(保留小数点后2位)。

(6)下列措施中能使平衡体系中n(CH3OH)/n(CO2)增大的是_____________________。

A.升高温度B.充入He(g),使体系压强增大

C.再充入1molH2D.将H2O(g)从体系中分离出去

(7)当反应达到平衡时,H2的物质的量浓度为c1,然后向容器中再加入一定量H2,待反应再一次达到平衡后,H2的物质的量浓度为c2,则c1________c2的关系(填“>”、“<”或“=”)。

III.CO2可用碱溶液吸收获得相应的原料。

利用100mL3mol·L—1NaOH溶液吸收4.48LCO2(标准状况),得到吸收液。

(8)该吸收液中离子浓度的大小排序为___________________。

将该吸收液蒸干,灼烧至恒重,所得固体的成分是_________(填化学式)。

【答案】+18.7kJ·mol—11440.22575%5.33CD<c(Na+)>c(HCO3—)>c(CO32—)>c(OH—)>c(H+)Na2CO3

【解析】Ⅰ.

(1)i.6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s)△Hl=-76.0kJ·mol-1

ⅱ.C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g)△H2=+113.4kJ·mol-1

两热化学方程式相加除以2得:

3FeO(s)+H2O(g)=Fe3O4(s)+H2(g)△H=(-76.0kJ/mol+113.4kJ/mol)÷2=+18.7kJ/mol;

(2)6FeO(s)+CO2(g)═2Fe3O4(s)+C(g)△H=-76.0kJ•mol-1该反应中每生成6molFeO参与反应则有4molFeO被氧化,故在反应i中,每放出38.0kJ热量,有

=144gFeO被氧化;(3)根据图像可知,平衡时,甲醇的浓度变化量是0.75mol/L,所以氢气浓度的变化量就是0.75mol/L×3=2.25mol/L,则氢气的反应速率是2.25mol/L÷10min=0.225mol/(L·min);

移动,平衡移动的结果是减弱这种改变,而不能消除这种改变,即虽然平衡正向移动,氢气的物质的量在增加后的基础上减小,但是CO2(g)浓度较小、CH3OH(g)浓度增大、H2O(g)浓度增大,且平衡常数不变达到平衡时H2的物质的量浓度与加氢气之前相比一定增大,故c1<c2;(8)实验室中常用NaOH溶液来进行洗气和提纯,当100mL3mol/L的NaOH溶液吸收标准状况下4.48LCO2时,所得溶液为等浓度的碳酸钠和碳酸氢钠的混合液,水解显碱性,且碳酸根的水解程度大于碳酸氢根,各离子浓度由大到小的顺序为c(Na+)>c(HCO3—)>c(CO32—)>c(OH—)>c(H+);将该吸收液蒸干,灼烧至恒重,由于碳酸氢钠分解生成碳酸钠,故所得固体的成分是Na2CO3。

6.(2019届江苏省盐城市田家炳中学高三上学期开学考试)“温室效应”是全球关注的环境问题之一。

CO2是目前大气中含量最高的一种温室气体。

因此,控制和治理CO2是解决温室效应的有效途径。

(1)下列措施中,有利于降低大气中CO2浓度的有:

_________。

(填字母)

a.减少化石燃料的使用b.植树造林,增大植被面积

c.采用节能技术d.利用太阳能、风能

(2)将CO2转化成有机物可有效实现碳循环。

CO2转化成有机物的例子很多,如:

a.6CO2+6H2O

C6H12O6b.CO2+3H2

CH3OH+H2O

c.CO2+CH4

CH3COOHd.2CO2+6H2

CH2==CH2+4H2O

以上反应中,最节能的是_____________,原子利用率最高的是____________。

(3)文献报道某课题组利用CO2催化氢化制甲烷的研究过程如下:

反应结束后,气体中检测到CH4和H2,滤液中检测到HCOOH,固体中检测到镍粉和Fe3O4。

CH4、HCOOH、H2的产量和镍粉用量的关系如下图所示(仅改变镍粉用量,其他条件不变):

研究人员根据实验结果得出结论:

HCOOH是CO2转化为CH4的中间体,即:

CO2

HCOOH

CH4

①写出产生H2的反应方程式_______________________________________。

②由图可知,镍粉是_______。

(填字母)

a.反应Ⅰ的催化剂

b.反应Ⅱ的催化剂

c.反应ⅠⅡ的催化剂

d.不是催化剂

③当镍粉用量从1mmol增加到10mmol,反应速率的变化情况是__________。

(填字母)

a.反应Ⅰ的速率增加,反应Ⅱ的速率不变

b.反应Ⅰ的速率不变,反应Ⅱ的速率增加

c.反应ⅠⅡ的速率均不变

d.反应ⅠⅡ的速率均增加,且反应Ⅰ的速率增加得快

e.反应ⅠⅡ的速率均增加,且反应Ⅱ的速率增加得快

f.反应Ⅰ的速率减小,反应Ⅱ的速率增加

【答案】abcdac

ce

7.(2018届重庆市綦江中学高三高考适应性考试)氮的固定一直是科学家研究的重要课题,合成氨则是人工固氮比较成熟的技术,其原理为:

N2(g)+3H2(g)

2NH3(g)△H

(1)已知破坏1mol共价键需要的能量如表所示

H-H

N-H

N-N

N≡N

435.5kJ

390.8kJ

163kJ

945.8kJ

则△H=__________。

(2)在恒温、恒压容器中,按体积比1:

3加入N2和H2进行合成氨反应,达到平衡后,再向容器中充入适量氨气,达到新平衡时,c(H2)将__________(填“增大”、“减小”、或“不变”,后同);若在恒温、恒容条件下c(N2)/c(NH3)将________。

(3)在不同温度、压强和使用相同催化剂条件下,初始时N2、H2分别为0.1mol、0.3mol时,平衡混合物中氨的体积分数(φ)如图所示。

①其中,p1、p2和p3由大到小的顺序是_______,原因是___________________。

②若在250℃、p1条件下,反应达到平衡时的容器体积为1L,则该条件下合成氨的平衡常数K=____(结果保留两位小数)。

(4)H2NCOONH4是工业由氨气合成尿素的中间产物。

在一定温度下、体积不变的密闭容器中发生反应H2NCOONH4(s)

2NH3(g)+CO2(g),能说明该反应达到平衡状态的是_____(填序号)

①每生成34gNH3的同时消耗44gCO2②混合气体的密度保持不变

③NH3的体积分数保持不变④混合气体的平均相对分子质量不变⑤c(NH3):

c(CO2)=2:

1

(5)科学家发现,N2和H2组成的原电池合成氨与工业合成氨相比具有效率高,条件易达到等优点。

其装置如图所示、写出该原电池的电极反应:

________________、_____________,若N2来自于空气,当电极B到A间通过2molH+时理论上需要标况下空气的体积为_________(结果保留两位小数)。

【答案】-92.5kJ/mol(1分)不变减小p1>p2>p3该反应的正反应为气体体积减小的反应,相同温度下,增大压强平衡正

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