(3)判断反应的热效应。
①若升高温度,K值增大,则正反应为吸热反应。
②若升高温度,K值减小,则正反应为放热反应。
(4)利用化学平衡常数计算平衡浓度、转化率、体积分数等。
三、常考题型要明了
考查化学平衡的计算
典例
考查化学反应速率和化学平衡常数的计算
演练1
考查化学平衡图像及化学平衡常数
演练2
[典例] 某恒定温度下,在一个2L的密闭容器中,加入4molA和2molB进行如下反应:
3A(g)+2B(g)4C(?
)+2D(?
),“?
”代表状态不确定。
反应一段时间后达到平衡,测得生成1.6molC,且反应的前后压强之比为5∶4,则下列说法正确的是( )
A.该反应的化学平衡常数表达式是K=
B.此时B的平衡转化率是35%
C.增大该体系的压强,平衡向右移动,化学平衡常数增大
D.增加C,B的平衡转化率不变
[解析] 3A(g)+2B(g)4C(?
)+2D(?
)
起始(mol) 4 2 0 0
变化(mol)1.20.81.60.8
平衡(mol)2.81.21.60.8
n(平)=(4+2)mol×
=4.8mol由此推知:
C为固体或纯液体,D为气体,该反应的平衡常数表达式为K=
;
平衡时B的转化率=
×100%=40%;
增大该体系的压强,平衡向右移动,由于温度没变,化学平衡常数不变;由于C为固体或纯液体,增加C对平衡没影响,B的平衡转化率不变。
[答案] D
—————————————————
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“三段式法”解答化学平衡计算题
1.步骤
(1)写出有关化学平衡的反应方程式。
(2)确定各物质的起始浓度、转化浓度、平衡浓度。
(3)根据已知条件建立等式关系并做解答。
2.方法
如mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量浓度分别为amol/L、bmol/L,达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mxmol/L。
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
起始(mol/L)a b 0 0
变化(mol/L)mxnxpxqx
平衡(mol/L)a-mxb-nxpxqx
K=
3.说明
(1)对于反应物:
c(平)=c(始)-c(变);
对于生成物:
c(平)=c(始)+c(变)。
(2)各物质的转化浓度之比等于化学方程式中化学计量数之比。
(3)转化率=
×100%
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[演练1] (2018·四川高考)在一定温度下,将气体X和气体Y各0.16mol充入10L恒容密闭容器中,发生反应X(g)+Y(g)2Z(g) ΔH<0,一段时间后达到平衡,反应过程中测定的数据如下表:
t/min
2
4
7
9
n(Y)/mol
0.12
0.11
0.10
0.10
下列说法正确的是( )
A.反应前2min的平均速率v(Z)=2.0×10-3mol·L-1·min-1
B.其他条件不变,降低温度,反应达到新平衡前v(逆)>v(正)
C.该温度下此反应的平衡常数K=1.44
D.其他条件不变,再充入0.2molZ,平衡时X的体积分数增大
解析:
选C A项,Y的反应速率为v(Y)=(0.16-0.12)mol/(10L×2min)=2.0×10-3mol·L-1·min-1,v(Z)=2v(Y)=4.0×10-3mol·L-1·min-1;B项,ΔH<0,反应放热,降温反应正向移动,v(正)>v(逆);C项,由平衡常数公式可得K=1.44;D项,反应前后计量数不变,X体积分数不变。
[演练2] (2018·海南高考)反应A(g)B(g)+C(g)在容积为1.0L的密闭容器中进行,A的初始浓度为0.180mol·L-1。
温度T1和T2下A的浓度与时间关系如图所示。
回答下列问题:
(1)上述反应的温度T1________T2,平衡常数K(T1)________K(T2)。
(填“大于”、“小于”或“等于”)
(2)若温度T2时,5min后反应达到平衡,A的转化率为70%,则:
①平衡时体系总的物质的量为________。
②反应的平衡常数K=________。
③反应在0~5min区间的平均反应速率v(A)=________。
解析:
(1)图中显示T2时达到平衡所用时间少,速率大所以温度高;而温度越高c(A)越小,可判断反应为吸热反应,升温K将增大。
(2)平衡问题的常规计算,略。
答案:
(1)小于 小于
(2)①0.185mol ②0.182mol/L
③0.018mol/(L·min)
变量探究型实验题常以表格的形式给出多组实验数据,让考生找出每组数据的变化对反应的影响,或给出影响化学反应的几种因素,让考生设计实验分析各因素对反应的影响。
该类题目能够很好地考查学生对于图表的观察、分析以及处理实验数据归纳得出合理结论的能力,因而在这几年高考试题中出现频率较高。
[典题] (2018·安徽高考)某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。
光照下,草酸(H2C2O4)能将其中的Cr2O
转化为Cr3+。
某课题组研究发现,少量铁明矾Al2Fe(SO4)4·24H2O即可对该反应起催化作用。
为进一步研究有关因素对该反应速率的影响,探究如下:
(1)在25°C下,控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同,调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量,作对比实验,完成以下实验设计表(表中不要留空格)。
实验编号
初始pH
废水样品体积/mL
草酸溶液体积/mL
蒸馏水体积/mL
①
4
60
10
30
②
5
60
10
30
③
5
60
测得实验①和②溶液中的Cr2O
浓度随时间变化关系如图所示。
(2)上述反应后草酸被氧化为________________(填化学式)。
(3)实验①和②的结果表明_________________________________________________;
实验①中0~t1时间段反应速率V(Cr3+)=__________mol·L-1·min-1(用代数式表示)。
(4)该课题组对铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]中起催化作用的成分提出如下假设,请你完成假设二和假设三:
假设一:
Fe2+起催化作用;
假设二:
________________;
假设三:
________________;
………
(5)请你设计实验验证上述假设一,完成下表中内容。
(除了上述实验提供的试剂外,可供选择的药品有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、Al2(SO4)3等。
溶液中Cr2O
的浓度可用仪器测定)
实验方案(不要求写具体操作过程)
预期实验结果和结论
[解析] 首先看清实验目的,确定条件改变的唯一变量,再根据图给信息进行综合分析;对于实验方案的设计也主要考虑变量的控制。
(1)要保证其他量不变,草酸用量为唯一变量,必须保证溶液的体积为100mL,所以加入草酸和水的体积之和应为40mL,两者的具体体积没有要求,只需与②中数据不同即可。
(2)此反应中铬的化合价由+6价变为+3价,化合价降低,所以碳的化合价应升高,草酸中碳的化合价为+3价,反应后只能变为+4价,即生成CO2。
(3)通过图像可以明显看到,实验①的反应速率比实验②的快,故pH越小,反应速率越快,说明溶液pH对该反应的速率有影响;在0~t1时间段,Cr2O
的浓度改变了(c0-c1)mol·L-1,其反应速率为(c0-c1)/t1mol·L-1·min-1,所以v(Cr3+)=2(c0-c1)/t1mol·L-1·min-1。
(4)铁明矾中除结晶水外,共有三种离子,均可能起催化作用,除Fe2+外,还有Al3+和SO
。
(5)要想验证假设一正确,必须确定Al3+和SO
不起催化作用,所以可选择K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O,为了确保Al3+和SO
的浓度与原来的相同,所以取和铁明矾相同物质的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O。
[答案]
(1)
实验编号
初始pH
废水样品体积/mL
草酸溶液体积/mL
蒸馏水体积/mL
③
20
20
(2)CO2 (3)溶液pH对该反应的速率有影响
(4)Al3+起催化作用 SO
起催化作用
(5)
实验方案(不要求写具体操作过程)
预期实验结果和结论
用等物质的量K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替实验①中的铁明矾,控制其他反应条件与实验①相同,进行对比实验
反应进行相同时间后,若溶液中c(Cr2O
)大于实验①中的c(Cr2O
),则假设一成立;若两溶液中的c(Cr2O
)相同,则假设一不成立
[名师支招]
变量控制实验题的解题策略
1.确定变量
解答这类题目时首先要理清影响实验探究结果的因素有哪些。
2.定多变一
在探究时,应该先确定其他的因素不变,只变化一种因素,看这种因素与探究的问题存在怎样的关系;这样确定一种因素以后,再确定另一种因素,通过分析每种因素与所探究问题之间的关系,得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。
3.数据有效
解答时注意选择数据(或设置实验)要有效,且变量统一,否则无法做出正确判断。
[针对训练]
1.(2018·广东高考)碘在科研与生活中有重要应用。
某兴趣小组用0.50mol·L-1KI、0.2%淀粉溶液、0.20mol·L-1K2S2O8、0.10mol·L-1Na2S2O3等试剂,探究反应条件对化学反应速率的影响。
已知:
S2O
+2I-===2SO
+I2(慢)
I2+2S2O
===2I-+S4O
(快)
(1)向KI、Na2S2O3与淀粉的混合溶液中加入一定量的K2S2O8溶液,当溶液中的________耗尽后,溶液颜色将由无色变为蓝色。
为确保能观察到蓝色,S2O
与S2O
初始的物质的量需满足的关系为:
n(S2O
):
n(S2O
)=________.
(2)为探究反应物浓度对化学反应速率的影响,设计的实验方案如下表:
实验序号
体积V/mL
K2S2O8溶液
水
KI溶液
Na2S2O3溶液
淀粉溶液
①
10.0
0.0
4.0
4.0
2.0
②
9.0
1.0
4.0
4.0
2.0
③
8.0
Vx
4.0
4.0
2.0
表中Vx=________mL,理由是________。
(3)已知某条件下,浓度c(S2O
)~反应时间t的变化曲线如图所示,若保持其它条件不变,请在图中,分别画出降低反应温度和加入催化剂时c(S2O
)~t的变化曲线示意图(进行相应的标注)。
解析:
(1)淀粉溶液遇I2显蓝色,溶液由无色变为蓝色时,溶液中有I2,说明Na2S2O3消耗尽。
由题给离子反应可得关系式S2O
~I2~2S2O
,n(S2O
):
n(S2O
)<2时,能观察到蓝色。
(2)对照实验探究浓度对反应速率的影响须保证其他条件完全一致,故应加水2.0mL以保证溶液体积相同。
(3)温度降低反应速率变慢,加入催化剂,反应速率加快。
答案:
(1)S2O
(其他合理写法也给分) <2
(2)2.0 保证溶液总体积相同,仅改变S2O
的浓度而其他物质浓度不变(其他合理答案给分)
(3)
2.草酸与高锰酸钾在酸性条件下能够发生如下反应:
MnO
+H2C2O4+H+——Mn2++CO2↑+H2O(未配平)。
用4mL0.001mol/LKMnO4溶液与2mL0.01mol/LH2C2O4溶液,研究不同条件对化学反应速率的影响。
改变的条件如下:
组别
10%硫酸体积/mL
温度/℃
其他物质
Ⅰ
2
20
Ⅱ
2
20
10滴饱和MnSO4溶液
Ⅲ
2
30
Ⅳ
1
20
1mL蒸馏水
(1)该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为________。
(2)如果研究催化剂对化学反应速率的影响,使用实验________和________(用Ⅰ~Ⅳ表示,下同);如果研究温度对化学反应速率的影响,使用实验________和________。
(3)对比实验Ⅰ和Ⅳ,可以研究______________________对化学反应速率的影响,实验Ⅳ中加入1mL蒸馏水的目的是_______________________________________________。
解析:
(1)根据电子守恒可得:
n(MnO
)×(7-2)=n(H2C2O4)×2×(4-3),
则n(MnO
)∶n(H2C2O4)=2∶5。
(2)研究某一因素对化学反应速率的影响时,应使其他条件完全相同。
(3)对比Ⅰ和Ⅳ,反应的温度、溶液的体积等都相同,仅有c(H+)不同,故可研究c(H+)对反应速率的影响。
加1mL水的目的是确保c(KMnO4)、c(H2C2O4)不变和总体积不变。
答案:
(1)2∶5
(2)Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅲ
(3)c(H+)(或硫酸溶液的浓度)确保所有实验中c(KMnO4)、c(H2C2O4)不变和总体积不变