三年高考化学试题分项版解析专题16 平衡原理综合应用.docx

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三年高考化学试题分项版解析专题16平衡原理综合应用

【三年高考】（2015-2017）化学试题分项版解析

1．【2017新课标1卷】（14分）

近期发现，H2S是继NO、CO之后的第三个生命体系气体信号分子，它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。

回答下列问题：

（2）下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。

通过计算，可知系统（Ⅰ）和系统（Ⅱ）制氢的热化学方程式分别为________________、______________，制得等量H2所需能量较少的是_____________。

（3）H2S与CO2在高温下发生反应：

H2S（g）+CO2（g）

COS（g）+H2O（g）。

在610K时，将0.10molCO2与0.40molH2S充入2.5L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。

①H2S的平衡转化率

=_______%，反应平衡常数K=________。

②在620K重复试验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率

_____

，该反应的

H_____0。

（填“>”“<”或“=”）

③向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是________（填标号）

A．H2SB．CO2C．COSD．N2

【答案】

（2）H2O（l）=H2（g）+

O2（g）ΔH=+286kJ/molH2S（g）=H2（g）+S（s）ΔH=+20kJ/mol系统（II）

（3）①2.52.8×10–3②>>③B

【解析】

（2）①H2SO4（aq）=SO2（g）+H2O（l）+

O2（g）△H1=＋327kJ/mol

②SO2（g）+I2（s）+2H2O（l）=2HI（aq）+H2SO4（aq）△H2=－151kJ/mol

③2HI（aq）=H2（g）+I2（s）△H3=＋110kJ/mol

④H2S（g）+H2SO4（aq）=S（s）+SO2（g）+2H2O（l）△H4=＋61kJ/mol

①+②+③，整理可得系统（I）的热化学方程式H2O（l）=H2（g）+

O2（g）△H=+286kJ/mol；

②+③+④，整理可得系统（II）的热化学方程式H2S（g）=H2（g）+S（s）△H=+20kJ/mol。

根据系统I、系统II的热化学方程式可知：

每反应产生1mol氢气，后者吸收的热量比前者少，所以制取等量的H2所需能量较少的是系统II。

由于该反应是反应前后气体体积相等的反应，所以在该条件下反应达到平衡时化学平衡常数

；

②根据题目提供的数据可知温度由610K升高到620K时，化学反应达到平衡，水的物质的量分数由0.02变为0.03，所以H2S的转化率增大。

α2>α1；根据题意可知：

升高温度，化学平衡向正反应方向移动，根据平衡移动原理：

升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，所以该反应的正反应为吸热反应，故△H>0；③A．增大H2S的浓度，平衡正向移动，但加入量远远大于平衡移动转化消耗量，所以H2S转化率降低，A错误；B．增大CO2的浓度，平衡正向移动，使更多的H2S反应，所以H2S转化率增大，B正确；C．COS是生成物，增大生成物的浓度，平衡逆向移动，H2S转化率降低，C错误；D．N2是与反应体系无关的气体，充入N2，不能使化学平衡发生移动，所以对H2S转化率无影响，D错误。

答案选B。

【名师点睛】本题是化学反应原理的综合考查，易错点是压强对平衡状态的影响，尤其是惰性气体的影响，“惰性气体”对化学平衡的影响：

①恒温、恒容条件：

原平衡体系

体系总压强增大→体系中各组分的浓度不变→平衡不移动。

②恒温、恒压条件：

原平衡体系

容器容积增大，各反应气体的分压减小→体系中各组分的浓度同倍数减小（等效于减压），平衡向气体体积增大的方向移动。

2．【2017新课标2卷】（14分）

丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。

回答下列问题：

（1）正丁烷（C4H10）脱氢制1-丁烯（C4H8）的热化学方程式如下：

①C4H10（g）=C4H8（g）+H2（g）ΔH1

已知：

②C4H10（g）+

O2（g）=C4H8（g）+H2O（g）ΔH2=−119kJ·mol−1

③H2（g）+

O2（g）=H2O（g）ΔH3=−242kJ·mol−1

反应①的ΔH1为________kJ·mol−1。

图（a）是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x_________0.1（填“大于”或“小于”）；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是__________（填标号）。

A．升高温度B．降低温度C．增大压强D．降低压强

（2）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（b）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变化趋势，其降低的原因是___________。

（3）图（c）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_____________。

【答案】

（1）+123小于AD

（2）氢气是产物之一，随着n（氢气）/n（丁烷）增大，逆反应速率增大

（3）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

【解析】

（1）根据盖斯定律，用②式−③式可得①式，因此ΔH1=ΔH2−ΔH3=−119kJ/mol+242kJ/mol=+123kJ/mol。

由图（a）可以看出，温度相同时，由0.1MPa变化到xMPa，丁烷的转化率增大，即平衡正向移动，根据反应前后气体系数之和增大，减小压强，平衡向正反应方向移动，即x<0.1。

提高丁烯的产率，要求平衡向正反应方向移动，A、因为反应①是吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，即丁烯转化率增大，故A正确；B、降低温度，平衡向逆反应方向移动，丁烯的转化率降低，故B错误；C、反应前气体系数之和小于反应后气体系数之和，增大压强，平衡向逆反应方向移动，丁烯的转化率降低，故C错误；D、根据C选项分析，降低压强，平衡向正反应方向移动，丁烯转化率提高，故D正确。

【名师点睛】本题考查了化学反应原理的综合运用，此类题目往往涉及热化学反应方程式的计算、化学反应速率的计算、化学平衡的计算、化学反应条件的控制等等，综合性较强，本题难点是化学反应条件的控制，这部分知识往往以图像的形式给出，运用影响化学反应速率和化学平衡移动的因素进行考虑，需要平时复习时，多注意分析，强化训练，就可以解决，本题难度较大。

3．【2017新课标3卷】（14分）

砷（As）是第四周期ⅤA族元素，可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物，有着广泛的用途。

回答下列问题：

（1）画出砷的原子结构示意图____________。

（2）工业上常将含砷废渣（主要成分为As2S3）制成浆状，通入O2氧化，生成H3AsO4和单质硫。

写出发生反应的化学方程式________。

该反应需要在加压下进行，原因是________________________。

（3）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

则反应As2O5（s）+3H2O（l）=2H3AsO4（s）的ΔH=_________。

（4）298K时，将20mL3xmol·L−1Na3AsO3、20mL3xmol·L−1I2和20mLNaOH溶液混合，发生反应：

（aq）+I2（aq）+2OH−（aq）

（aq）+2I−（aq）+H2O（l）。

溶液中c（

）与反应时间（t）的关系如图所示。

①下列可判断反应达到平衡的是__________（填标号）。

a．溶液的pH不再变化

b．v（I−）=2v（

）

c．c（

）/c（

）不再变化

d．c（I−）=ymol·L−1

②tm时，v正_____v逆（填“大于”“小于”或“等于”）。

③tm时v逆_____tn时v逆（填“大于”“小于”或“等于”），理由是_____________。

④若平衡时溶液的pH=14，则该反应的平衡常数K为___________。

【答案】

（1）

（2）2As2S3+5O2+6H2O=4H3AsO4+6S

增加反应物O2的浓度，提高As2S3的转化速率（3）2△H1-3△H2-△H3

（4）①ac②大于③小于tm时生成物浓度较低④

（3）根据盖斯定律，热化学反应As2O5（s）+3H2O（l）=2H3AsO4（s）可以由反应①×2－反应②×3－反应③转化得到，则2△H1-3△H2-△H3。

【名师点睛】考查盖斯定律的应用、化学平衡的计算及平衡状态的判断等，其中盖斯定律的基本使用方法：

①写出目标方程式；②确定“过渡物质”（要消去的物质）；③用消元法逐一消去“过渡物质”。

另外反应到达平衡状态时，正逆反应速率相等，平衡时各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化。

反应前后不改变的量不能作为判断化学平衡状态的依据，如本反应中随反应的进行AsO43−和I−的物质的量在变化，但二者浓度比始终是1:

2，不能作用为判断平衡状态的依据。

4．【2017天津卷】（14分）某混合物浆液含有Al（OH）3、MnO2和少量Na2CrO4,。

考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小组利用设计的电解分离装置（见图2），使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液，并回收利用。

回答Ⅰ和Ⅱ中的问题。

Ⅰ．固体混合物的分离和利用（流程图中的部分分离操作和反应条件未标明）

（1）反应①所加试剂NaOH的电子式为_________。

B→C的反应条件为__________，C→Al的制备方法称为______________。

（2）该小组探究反应②发生的条件。

D与浓盐酸混合，不加热，无变化，加热有Cl2生成，当反应停止后，固体有剩余，此时滴加硫酸，又产生Cl2。

由此判断影响该反应有效进行的因素有（填序号）___________。

a．温度b．Cl−的浓度c．溶液的酸度

【答案】（14分）

（1）

加热（或煅烧）电解法

（2）ac

5．【2017江苏卷】（14分）砷（As）是一些工厂和矿山废水中的污染元素，使用吸附剂是去除水中砷的有效措施之一。

（1）将硫酸锰、硝酸钇与氢氧化钠溶液按一定比例混合，搅拌使其充分反应，可获得一种砷的高效吸附剂X，吸附剂X中含有

，其原因是___________________________________。

（2）H3AsO3和H3AsO4水溶液中含砷的各物种的分布分数（平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数）与pH的关系分别如题20图-1和题20图-2所示。

①以酚酞为指示剂（变色范围pH8.0~10.0），将NaOH溶液逐滴加入到H3AsO3溶液中，当溶液由无色变为浅红色时停止滴加。

该过程中主要反应的离子方程式为_____________________。

②H3AsO4第一步电离方程式H3AsO4

H2AsO4−+H+的电离常数为Ka1，则pKa1=____（pKa1=−lgKa1）。

（3）溶液的pH对吸附剂X表面所带电荷有影响。

pH=7.1时，吸附剂X表面不带电荷；pH>7.1时带负电荷，pH越高，表面所带负电荷越多；pH<7.1时带正电荷，pH越低，表面所带正电荷越多。

pH不同时吸附剂X对三价砷和五价砷的平衡吸附量（吸附达平衡时单位质量吸附剂X吸附砷的质量）如题20图−3所示。

①在pH7~9之间，吸附剂X对五价砷的平衡吸附量随pH升高而迅速下降，其原因是_____________。

②在pH4~7之间，吸附剂X对水中三价砷的去除能力远比五价砷的弱，这是因为___________。

提高吸附剂X对三价砷去除效果可采取的措施是____________________________________。

【答案】

（1）碱性溶液吸收了空气中的CO2

（2）①OH−+H3AsO3

H2AsO3−+H2O②2.2

（3）①在pH7~9之间，随pH升高H2AsO4−转变为HAsO42−，吸附剂X表面所带负电荷增多，静电斥力增加

②在pH4~7之间，吸附剂X表面带正电，五价砷主要以H2AsO4−和HAsO42−阴离子存在，静电引力较大；而三价砷主要以H3AsO3分子存在，与吸附剂X表面产生的静电引力小

加入氧化剂，将三价砷转化为五价砷

静电斥力增加，吸附剂X对五价砷的平衡吸附量随pH升高而迅速下降。

②在pH4~7之间，吸附剂X表面带正电，五价砷主要以H2AsO4−和HAsO42−阴离子存在，静电引力较大；而三价砷主要以H3AsO3分子存在，与吸附剂X表面产生的静电引力小。

提高吸附剂X对三价砷去除效果可采取的措施是：

加入氧化剂，将三价砷转化为五价砷。

【名师点睛】本题以化学反应原理中电解质的电离、中和反应过程中各粒子的分布图，电解质溶液中粒子间的相互作用为载体，考查学生对电离平衡、电离平衡常数的计算，引导学生从更深层次去认识电解质溶液，（3）②经过分析提出问题：

在pH4~7之间，吸附剂X对水中三价砷的去除能力远比五价砷的弱，要学生去分析问题，找出原因；最后提出问题的解决方案，考查学生分析问题，解决问题的能力。

与往年20题考查电解电极反应式书写、氧化还原反应中电子的转移计算、平衡中反应物转化率提高措施及有关特定条件下方程式书写等内容相比，更注重考查学生的知识的应用迁移能力，考查了应用所学知识进行必要的分析、类推、解决一些具体的化学问题的能力和创新思维。

6．【2017北京卷】（13分）TiCl4是由钛精矿（主要成分为TiO2）制备钛（Ti）的重要中间产物，制备纯TiCl4的流程示意图如下：

资料：

TiCl4及所含杂质氯化物的性质

化合物

SiCl4

TiCl4

AlCl3

FeCl3

MgCl2

沸点/℃

58

136

181（升华）

316

1412

熔点/℃

−69

−25

193

304

714

在TiCl4中的溶解性

互溶

——

微溶

难溶

（1）氯化过程：

TiO2与Cl2难以直接反应，加碳生成CO和CO2可使反应得以进行。

已知：

TiO2（s）+2Cl2（g）=TiCl4（g）+O2（g）ΔH1=+175.4kJ·mol-1

2C（s）+O2（g）=2CO（g）ΔH2=-220.9kJ·mol-1

②氯化过程中CO和CO2可以相互转化，根据如图判断：

CO2生成CO反应的ΔH_____0（填“＞”“＜”或“=”），判断依据：

_______________。

【答案】

（1）②>随温度升高，CO含量增大，说明生成CO的反应是吸热反应

7．【2016新课标1卷】元素铬（Cr）在溶液中主要以Cr3+（蓝紫色）、Cr（OH）4−（绿色）、Cr2O72−（橙红色）、CrO42−（黄色）等形式存在，Cr（OH）3为难溶于水的灰蓝色固体，回答下列问题：

（2）CrO42−和Cr2O72−在溶液中可相互转化。

室温下，初始浓度为1.0molL−1的Na2CrO4溶液中c（Cr2O72−）随c（H+）的变化如图所示。

①用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应____________。

②由图可知，溶液酸性增大，CrO42−的平衡转化率__________（填“增大”“减小”或“不变”）。

根据A点数据，计算出该转化反应的平衡常数为__________。

③升高温度，溶液中CrO42−的平衡转化率减小，则该反应的ΔH______0（填“大于”“小于”或“等于”）。

【答案】

（2）①2CrO42-+2H＋

Cr2O72-+H2O；②增大；1.0×1014；③小于；

8．【2016新课标2卷】丙烯腈（CH2=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（CH2=CHCHO）和乙腈（CH3CN）等，回答下列问题：

（1）以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈（C3H3N）和副产物丙烯醛（C3H4O）的热化学方程式如下：

①C3H6（g）+NH3（g）+3/2O2（g）=C3H3N（g）+3H2O（g）ΔH=-515kJ/mol

①C3H6（g）+O2（g）=C3H4O（g）+H2O（g）ΔH=-353kJ/mol

两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是________；有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是

________；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是________。

（2）图（a）为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应温度为460℃。

低于460℃时，丙烯腈的产率________（填“是”或者“不是”）对应温度下的平衡产率，判断理由是________；高于460℃时，丙烯腈产率降低的可能原因是________（双选，填标号）

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

（3）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_______________。

进料氨、空气、丙烯的理论体积约为________。

【答案】

（1）两个反应均为放热量大的反应降低温度降低压强催化剂

（2）不是该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低AC

（3）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

（3）根据图像可知，当n（氨）/n（丙烯）约为1时，该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低；根据化学反应C3H6（g）+NH3（g）+3/2O2（g）=C3H3N（g）+3H2O（g），氨气、氧气、丙烯按1：

1.5：

1的体积比加入反应达到最佳状态，而空气中氧气约占20%，所以进料氨、空气、丙烯的理论体积约为1：

7.5：

1。

【考点定位】考查影响化学平衡的因素，化学图像的分析与判断，化学计算等知识。

【名师点睛】本题考查影响化学平衡的因素，化学图像的分析与判断，化学计算等知识。

该题是对化学平衡的集中考查，涉及的知识点不多，解题的关键点是看懂图像的含义，看图像时：

①一看面：

纵坐标与横坐标的意义；②二看线：

线的走向和变化趋势；③三看点：

起点，拐点，终点，然后根据图象中呈现的关系、题给信息和所学知识相结合，做出符合题目要求的解答。

9．【2016新课标3卷】煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx，形成酸雨、污染大气，采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。

回答下列问题：

（1）NaClO2的化学名称为_______。

（2）在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气，反应温度为323K，NaClO2溶液浓度为5×10−3mol·L−1。

反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。

离子

SO42−

SO32−

NO3−

NO2−

Cl−

c/（mol·L−1）

8.35×10−4

6.87×10−6

1.5×10−4

1.2×10−5

3.4×10−3

①写出NaClO2溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式__________。

增加压强，NO的转化率______（填“提高”、“不变”或“降低”）。

②随着吸收反应的进行，吸收剂溶液的pH逐渐______（填“增大”“不变”或“减小”）。

③由实验结果可知，脱硫反应速率______脱硝反应速率（填“大于”或“小于”）。

原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同，还可能是___________。

（3）在不同温度下，NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中，SO2和NO的平衡分压pe如图所示。

①由图分析可知，反应温度升高，脱硫、脱硝反应的平衡常数均______________（填“增大”、“不变”或“减小”）。

②反应ClO2−+2SO32−===2SO42−+Cl−的平衡常数K表达式为___________。

（4）如果采用NaClO、Ca（ClO）2替代NaClO2，也能得到较好的烟气脱硫效果。

①从化学平衡原理分析，Ca（ClO）2相比NaClO具有的优点是_______。

【答案】

（1）亚氯酸钠；

（2）①4OH-＋3ClO2－＋4NO＝4NO3－＋3Cl－＋2H2O；提高②减小；

③大于；NO溶解度较低或脱硝反应活化能较高（3）①减小；②

（4）①形成CaSO4沉淀，反应平衡向产物方向移动，SO2转化率提高

（3）在不同温度下，NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中，SO2和NO的平衡分压pe如图所示。

①由图分析可知，反应温度升高，SO2和NO的平衡分压负对数减小，这说明反应向逆反应方向进行，因此脱硫、脱硝反应的平衡常数均减小。

②根据反应的方程式ClO2−+2SO32−===2SO42−+Cl−可知平衡常数K表达式为

。

（4）①形成CaSO4沉淀，反应平衡向产物方向移动，SO2转化率提高，所以Ca（ClO）2效果好。

【考点定位】考查氧化还原反应、盖斯定律、外界条件对反应速率和平衡状态的影响等

【名师点睛】本题考查物质的名称、氧化还原反应方程式的书写、勒夏特列原理、图表数据和图像、盖斯定律等化学理论知识，体现了知识的运用能力。

平时的学习中注意对选修4学习。

依据题目中所给数据，再根据电子守恒、电荷守恒、原子守恒书写离子反应方程式；化学平衡原理适用于任何化学平衡，如果改变影响平衡的一个条件，化学平衡会向能够减弱这种改变的方向移动。

化学平衡常数：

一定条件下达到化学平衡，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，只受温度的影响；盖斯定律是对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应热效应是相同的。

本题是综合性试题，难度适中。

10．【2016浙江卷】催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。

研究表明，在Cu/ZnO催化剂存在下，CO2和H2可发生两个平行反应，分别生成CH3OH和CO。

反应的热化学方程式如下：

CO2（g）+3H2（g）

CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1=-53.7kJ·mol-1I

CO2（g）+H2（g）

CO（g）+H2O（g）ΔH2II

某实验室控制CO2和H2初始投料比为1:

2.2，在相同压强下，经过相同反应时间测得如下实验数据：

【备注】Cat.1:

Cu/ZnO纳米棒；Cat.2:

Cu/ZnO纳米片；甲醇选择性：

转化的CO2中生成甲醇的百分比

已知：

①CO和H2的标准燃烧热分别为-283.0kJ·mol-1和-285.8kJ·mol-1

②H2O（l）＝H2O（g）ΔH3=44.0kJ·mol-1

请回答（不考虑温度对ΔH的影响）：

（1）反应I的平衡常数表达式K=________；

（2）有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有。

A．使用催化剂Cat.1

B．使用催化剂Cat.2

C．降低反应温度

D．投料比不变，增加反应物的浓度

E．增大CO2和H2的初始投料比

（3）表中实验数据表明，在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响，其原因是。

（4