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专题5 反应热 化学反应速率与化学平衡课件PPT
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这是一份专题5 反应热 化学反应速率与化学平衡课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了2解题步骤等内容，欢迎下载使用。
能力点1 反应热 热化学方程式
解析:SiCl4、H2、HCl为气体,且反应前气体计量数之和小于反应后气体计量数之和,因此该反应为熵增反应,即ΔS>0,故A错误;根据化学平衡常数的定义,该反应的平衡常数K= ,故B正确;题中说的是高温条件下,不是标准状况下,因此不能直接用22.4 L·ml-1计算,故C错误;ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和,即ΔH=4E(Si—Cl)+2E(H—H)-4E(H—Cl)-2E(Si—Si),故D错误。
2.(2019·江苏卷)氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。下列有关说法正确的是( )A.一定温度下,反应2H2(g)+O2(g)══2H2O(g)能自发进行,该反应的ΔH<0B.氢氧燃料电池的负极反应为O2+2H2O+4e-══4OH- C.常温常压下,氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2 L H2,转移电子的数目为6.02×1023D.反应2H2(g)+O2(g)══2H2O(g)的ΔH可通过下式估算:ΔH=反应中形成新共价键的键能之和-反应中断裂旧共价键的键能之和
解析:该反应后气体分子数减少,即熵减小,又能自发进行,说明该反应为放热反应,即ΔH<0,故A正确;氢氧燃料电池中,氢气为负极反应物,失电子发生氧化反应,故B错误;常温常压下,Vm≠22.4 L·ml-1,故C错误;反应的ΔH应该如下估算:ΔH=反应中断裂旧化学键的键能之和-反应中形成新共价键的键能之和,故D错误。
核心知识1 能量变化与物质的稳定性1.反应热与能量图
核心知识2 热化学方程式与盖斯定律1.热化学方程式的书写先确定待求的反应方程式⇒找出待求方程式中各物质在已知方程式中的位置⇒根据待求方程式中各物质的计量数和位置对已知方程式进行处理,得到变形后的新方程式⇒将新得到的方程式进行加减(反应热也需要相应加减)⇒写出待求的热化学方程式
2.反应热的有关计算(1)根据热化学方程式的计算|ΔH|与反应物的物质的量成正比。(2)根据盖斯定律求算应用盖斯定律进行简单计算时,关键在于设计反应过程,同时注意:①参照新的热化学方程式(目标热化学方程式),结合原热化学方程式(一般2~3个)进行合理“变形”,如热化学方程式颠倒、乘以或除以某一个数,然后将它们相加、减,得到目标热化学方程式,求出目标热化学方程式的ΔH与原热化学方程式之间ΔH的换算关系。②当热化学方程式乘以或除以某一个数时,ΔH也应相应地乘以或除以某一个数;方程式进行加减运算时,ΔH也同样要进行相应地加减运算,且要带“+”“-”符号进行,即把ΔH看作一个整体进行运算。
③将一个热化学方程式颠倒书写时,ΔH的符号也随之改变,但数值不变。④在设计反应过程中,会遇到同一物质的三态(固、液、气)的相互转化,状态由固→液→气变化时,会吸热;反之会放热。3.根据物质燃烧放热的数值计算Q(放)=n(可燃物)×|ΔH|
1.(2022·盐城模拟)下列各组热化学方程式中,化学反应的ΔH前者大于后者的是( )①C(s)+O2(g)══CO2(g) ΔH1C(s)+ O2(g)══CO(g) ΔH2②S(s)+O2(g)══SO2(g) ΔH3S(g)+O2(g)══SO2(g) ΔH4③H2(g)+ O2(g)══H2O(l) ΔH52H2(g)+O2(g)══2H2O(l) ΔH6④CaCO3(s)══CaO(s)+CO2(g) ΔH7CaO(s)+H2O(l)══Ca(OH)2(s) ΔH8A.①B.④C.②③④D.①②③
解析:本题主要考查对“ΔH”的理解,明确“ΔH”既有“+”“-”,又有数值大小。碳与氧气反应放热,即ΔH1<0,ΔH2<0,CO再与O2作用时又放热,所以ΔH1<ΔH2;等量的固态硫变为气态硫蒸气时吸收热量,故在与O2作用产生同样多的SO2时,气态硫放出的热量多,即ΔH3>ΔH4;发生同样的燃烧反应,物质的量越多,放出的热量越多,故ΔH5>ΔH6;碳酸钙分解吸收热量,ΔH7>0,CaO与H2O反应放出热量,ΔH8<0,显然ΔH7>ΔH8。故选C。
2.(2022·南师大附中月考)甲醇与水蒸气重整可获得清洁能源,在催化剂作用下发生如下两步反应:反应①:CH3OH(g)══CO(g)+2H2(g)ΔH1反应②:CO(g)+H2O(g)══CO2(g)+H2(g) ΔH2根据能量变化示意图,下列说法不正确的是( )A.总反应的热化学方程式为CH3OH(g)+H2O(g)══CO2(g)+3H2(g) ΔH=ΔH1+ΔH2B.1 ml CO(g)和1 ml H2O(g)的总键能大于1 ml CO2(g)和1 ml H2(g)的总键能C.甲醇与水蒸气催化重整的总反应速率取决于反应①的速率D.催化剂在反应中改变了活化能,增大了反应速率
解析:将给定的两个热化学方程式相加可得到A项中的热化学方程式,A项说法正确;由图示看出,CO和H2O的反应为放热反应,则1 ml CO(g)和1 ml H2O(g)的总键能小于1 ml CO2(g)和1 ml H2(g)的总键能,B项说法错误;由图示看出,反应①的活化能大,反应速率小,C项说法正确;催化剂的加入能降低反应的活化能,增大反应速率,D项说法正确。
3.(2022·南通重点中学联考)NO催化O3生成O2的过程由三步基元反应构成:第一步:O3(g)+NO(g)══O2(g)+NO2(g) ΔH1;第二步:NO2(g)══NO(g)+O(g) ΔH2;第三步:O(g)+O3(g)══2O2(g) ΔH3。下列说法错误的是( )A.该反应的中间体只有两种B.第二步、第三步反应均为放热反应C.NO不改变总反应的焓变D.总反应2O3(g)══3O2(g)的ΔH=ΔH1-ΔH2-ΔH3
解析:由三步基元反应可知,反应的中间体只有NO2和O两种,A项说法正确;由图可知,第二步、第三步反应反应物的总能量都大于生成物的总能量,均为放热反应,B项说法正确;由三步基元反应可知,NO为O3生成O2的催化剂,催化剂不改变总反应的焓变,C项说法正确;由盖斯定律可知,三步基元反应相加得总反应2O3(g)══3O2(g),则ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3,D项说法错误。
4.已知下列热化学方程式:Fe2O3(s)+3CO(g)══2Fe(s)+3CO2(g) ΔH1=-25 kJ·ml-1 ①3Fe2O3(s)+CO(g)══2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH2=-47 kJ·ml-1 ②Fe3O4(s)+CO(g)══3FeO(s)+CO2(g) ΔH3=19 kJ·ml-1 ③写出FeO(s)被CO还原成Fe和CO2的热化学方程式 。
答案:FeO(s)+CO(g)══Fe(s)+CO2(g) ΔH=-11 kJ·ml-1
能力点2 化学反应速率 化学平衡
解析:由反应的化学方程式可知,该反应是一个气体分子数增大的反应,是一个熵增的反应,反应ΔS>0,故A错误;由反应的化学方程式可知,平衡常数K= ,故B正确;由反应的化学方程式可知,反应每消耗4 ml氨气,转移12 ml电子,则消耗1 ml氨气转移电子的数目为3 ml×6.02×1023 ml-1=3×6.02×1023,故C错误;实际应用中,加入尿素的量越多,尿素水解生成的氨气过量,柴油机车辆排放的氨气对空气污染程度增大,故D错误;B项符合题目要求。
3.(双选)(2019·江苏卷)在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下,催化反应相同时间,测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是( )A.反应2NO(g)+O2(g)══2NO2(g)的ΔH>0B.图中X点所示条件下,延长反应时间能提高NO转化率C.图中Y点所示条件下,增加O2的浓度不能提高NO转化率D.380 ℃下,c起始(O2)=5.0×10-4 ml·L-1,NO平衡转化率为50%,则平衡常数K>2 000
核心知识1 化学反应速率1.大小的比较由于同一化学反应的反应速率用不同物质表示时数值可能不同,所以比较反应的快慢不能只看数值的大小,而要进行一定的转化。(1)看单位是否统一,若不统一,换算成相同的单位。(2)换算成同一物质表示的速率,再比较数值的大小。
2.影响化学反应速率的因素(1)外因(其他条件不变,只改变一个条件)
(2)理论解释——有效碰撞理论①活化分子、活化能、有效碰撞。ⅰ.活化分子:能够发生有效碰撞的分子。ⅱ.活化能:如图图中:E1为反应的活化能,使用催化剂时的活化能为 E3 ,反应热为 E1-E2 。ⅲ.有效碰撞:活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。
②活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
③催化剂机理图像分析(吸附、分解机理、化学键的形成与断裂)。如:HCOOH催化释氢。在催化剂作用下,HCOOH分解生成CO2和H2,可能的反应机理如图所示。
归纳总结 ①催化剂参与化学反应(质量及化学性质在反应前后不变)。②反应过程中催化剂成键数目发生变化。③中间体(既不是反应物,也不是生成物)。④跟踪断键与成键的位置、吸附与解吸过程。
核心知识2 化学平衡常数 化学平衡移动1.化学平衡常数 化学反应方向判断(1)表达式
(2)意义①K值越大,反应物的转化率越大,正反应进行的程度越大。②K只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。③化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。
(4)综合判断反应方向的依据①ΔH-TΔS<0,反应能自发进行。②ΔH-TΔS=0,反应达到平衡状态。③ΔH-TΔS>0,反应不能自发进行。
2.化学平衡的移动(1)过程(2)化学平衡移动与化学反应速率的关系①v正>v逆:平衡向正反应方向移动。②v正=v逆:反应处于平衡状态,未发生平衡移动。③v正
②勒夏特列原理。如果改变影响化学平衡的条件之一(如温度、压强,以及参加反应的化学物质的浓度),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
(4)几种特殊情况①当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时,由于其“浓度”是恒定的,不随其量的增减而变化,故改变这些固体或液体的量,对化学平衡没有影响。②对于反应前后气态物质的化学计量数相等的反应,压强的变化对正、逆反应速率的影响程度是等同的,故平衡不移动。
③“惰性气体”对化学平衡的影响。ⅰ.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。ⅱ.恒温、恒压条件:ⅲ.同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时,可视为压强的影响。
3.有关化学平衡图像(1)图像类型①浓度—时间图:此类图像能说明平衡体系中各组分在反应过程中的浓度随时间变化的情况。如A+B AB反应情况如图1所示,解该类图像题要注意各物质曲线出现拐点(达到平衡)的时刻相同,各物质浓度变化的内在联系及比例符合化学方程式中的化学计量数关系。
②速率—时间图:如Zn与足量盐酸的反应,反应速率随时间的变化出现如图2所示的情况,解释原因:AB段(v渐增),因反应为放热反应,随反应的进行,温度渐高,导致反应速率增大;BC段(v渐小),主要原因是随反应的进行,溶液中c(H+)逐渐减小,导致反应速率减小。故分析时要抓住各阶段变化的主要矛盾,有针对性地进行分析。
③含量—时间—温度(或压强)图:常见形式有如下几种(C%指生成物的质量分数;B%指某反应物的质量分数)。
④恒压(温)线(如图3所示):该类图的纵坐标为物质的平衡浓度(c)或反应物的转化率(α),横坐标为温度(T)或压强(p),常见类型如下所示:⑤其他:如图4所示曲线是其他条件不变时,某反应物的最大转化率(α)与温度(T)的关系曲线,图中标出的1、2、3、4四个点,表示v正>v逆的点是3,表示v正
4.等效平衡(1)含义在一定条件下(等温、等容或等温、等压),对同一可逆反应体系,起始时加入物质的物质的量不同,而达到化学平衡时,同种物质的百分含量相同。(2)原理同一可逆反应,当外界条件一定时,反应无论从正反应开始,还是从逆反应开始,最后都能达到平衡状态。其中平衡混合物中各物质的含量相同。由于化学平衡状态与条件有关,而与建立平衡的途径无关,因而,同一可逆反应,从不同的状态开始,只要达到平衡时的条件(温度、浓度、压强等)完全相同,则可形成等效平衡。(3)形式等温、等容条件下,对于反应前后气体物质的化学计量数不等的可逆反应,改变起始时加入物质的物质的量,若按可逆反应计量数之比换算成同一半边物质(一边倒),其物质的量对应相同,则它们互为等效平衡。
1.(2022·江苏七市下学期二模)甲烷双重整制备合成气(CO和H2)包括了水蒸气重整(反应Ⅰ)和二氧化碳重整(反应Ⅱ)两个反应。在p=3.2×106 Pa下,向密闭容器中按n(CH4)∶n(H2O)∶n(CO2)=5∶4∶2通入混合气,发生反应:(Ea表示反应中基元反应的最大活化能)
重整体系中,各气体的平衡体积分数随温度的变化如图所示。下列说法正确的是( )A.曲线X表示CH4的平衡体积分数随温度的变化B.适当增加水蒸气或CO2的用量均可减少碳的生成C.在相同条件下,反应Ⅰ的速率小于反应Ⅱ的速率D.CO(g)+H2O(g)══CO2(g)+H2(g) ΔH=40.8 kJ·ml-1
解析:由题意可知,向密闭容器中按n(CH4)∶n(H2O)∶n(CO2)=5∶4∶2通入混合气发生反应,故起始时甲烷的体积分数最大,A项错误;适当增加水蒸气或CO2的用量可促进反应Ⅰ或反应Ⅱ的平衡正向移动,甲烷含量减少,氢气含量增多,对于副反应来讲,反应物减少,生成物增多,平衡逆向移动,因此适当增加水蒸气或CO2的用量均可减少碳的生成,B项正确;活化能越大,化学反应速率越小,由题意可知,反应Ⅱ的活化能大于反应Ⅰ的活化能,因此在相同条件下,反应Ⅰ的速率大于反应Ⅱ的速率,C项错误;依据盖斯定律,反应CO(g)+H2O(g)══CO2(g)+H2(g)可由反应Ⅰ-反应Ⅱ得到,因此焓变ΔH=ΔH1-ΔH2=206.2 kJ·ml-1-247.0 kJ·ml-1=-40.8 kJ·ml-1,D项错误。
2.(2022·江苏盐城阜宁中学下学期第三次综合测试)工业上利用硫(S8)与CH4为原料制备CS2。450 ℃以上,发生反应Ⅰ:S8(g)══ 4S2(g);通常在600 ℃以上发生反应Ⅱ:2S2(g)+CH4(g) CS2(g)+2H2S(g)。一定条件下,S8分解产生S2的体积分数、CH4与S2反应中CH4的平衡转化率与温度的关系如图所示。下列说法一定正确的是( )A.反应Ⅱ的正反应为吸热反应B.在恒温密闭容器中,反应相同时间,温度越低,CH4的转化率越大C.某温度下若S8完全分解成S2,在密闭容器中,n(S2)∶n(CH4)=2∶1开始反应,当CS2体积分数为10%时,CH4转化率为43%D.发生反应Ⅱ温度不低于600 ℃的原因是:此温度CH4平衡转化率已很高;低于此温度,S2浓度小,反应速率小
解析:由图可知,随温度升高,甲烷的平衡转化率降低,平衡左移,故反应Ⅱ的正反应为放热反应,A项错误;由图可知,CH4的平衡转化率随着温度的升高而逐渐降低,S2的体积分数随着温度升高而增大,故温度越低,S2的体积分数越小,反应速率越小,在反应的相同时间里,温度越低,反应速率越小,CH4的转化率不一定越大,B项错误;在密闭容器中,n(S2)∶n(CH4)=2∶1开始反应,设CH4的起始物质的量为a,转化的物质的量为x,即:
3.在等温等容条件下,可逆反应:2A(g)+B(g) 3C(g)+D(g) ΔH=-Q1 kJ·ml-1(Q1>0),起始物质的量如下表所示:
(1)上述反应达到平衡时,互为等效平衡的是哪几组?达到平衡后,哪些量相同?(2)达到平衡后,①放出的热量为Q2 kJ,⑤吸收的热量为Q3 kJ,则Q1、Q2、Q3的定量关系为 。
答案:(1)①③⑤互为等效平衡。表现在达到平衡后各种物质的物质的量、质量、物质的量浓度、组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)相同。(2)Q2+Q3=Q1
4.(2022·常州上学期摸底)二氧化碳作为工业原料的用途十分广泛。某氢气催化还原CO2的转化路径如图,下列说法错误的是( )
1.(2022·盐城模拟)对于反应4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-904 kJ·ml-1,下列有关说法正确的是( )A.ΔS<0B.该反应的正反应的活化能小于逆反应的活化能C.4 ml NH3和5 ml O2充分反应放出的热量为904 kJD.达到平衡时,增大容器的体积,v(正)增大、v(逆)减小
解析:由于该反应的正反应是气体分子数增加的反应,故ΔS>0,A错误;该反应是自发进行的放热反应,故正反应的活化能小于逆反应的活化能,B正确;由于该反应为可逆反应,4 ml NH3和5 ml O2在容器中不能完全反应,故放出的热量小于904 kJ,C错误;增大容器的体积,各组分的浓度都减小,正、逆反应速率都减小,D错误。
2.(2022·南通模拟)反应2N2H4(l)+2NO2(g)══3N2(g)+4H2O(l) ΔH=-1 135.7 kJ·ml-1可为火箭发射提供能量。下列有关该反应的说法正确的是( )A.反应消耗32 g N2H4(l)放出1 135.7 kJ的能量B.反应物中所有化学键键能之和大于生成物中所有化学键键能之和C.每生成18 g水,反应中转移电子的物质的量为4 mlD.常温下该反应可自发进行
解析:由热化学方程式可知,反应消耗64 g N2H4时放出1 135.7 kJ的能量,A错误;因为反应是放热反应,故反应物中所有化学键的键能之和小于生成物中所有化学键键能之和,B错误;由热化学方程式可知,生成4 ml水转移8 ml电子,故每生成18 g水时,反应中转移2 ml电子,C错误;由于反应的正反应为气体体积增大的反应,故ΔS>0且ΔH<0,故反应在任何温度下都能自发进行,D正确。
解析:由反应过程可知,1是催化剂而3、6都是中间产物,A错误;由过程①可知,1与2按照1∶1恰好完全反应生成3,原子利用率为100%,B正确;由过程②可看出,反应中只有极性键的断裂(C—X)与形成(C—F),无非极性键的断裂与形成,C错误;若物质4为CH3COCH2NH2时,则X为—CH2NH2,故物质7应该是 ,D错误。
4.(2022·启东模拟)科研人员提出120 ℃下CeO2催化合成DMC(碳酸二甲酯)需经历三步反应,示意图如下。下列说法正确的是( )A.DMC与过量稀硫酸完全反应生成CH3OCOOH和甲醇B.改用更高效的催化剂,可提高DMC的平衡产率C.反应历程①②③中,活化能越高,反应速率越小D.向反应体系中加入少量水蒸气,反应物的平衡转化率升高
解析:DMC为CH3OCOOCH3,属于酯类,其在酸性条件下可发生水解,完全水解产物是甲醇和CO2,A项错误;改用更高效的催化剂,可以提高反应速率和单位时间内的产率,但是不能提高产物的平衡产率,B项错误;通常情况下,活化能越大,反应速率越小,C项正确;120 ℃下CeO2催化合成DMC的总反应式为2CH3OH+CO2 CH3OCOOCH3+H2O(g),除了生成DMC外,还生成了H2O(g),因此加入少量水蒸气,平衡逆向移动,反应物的平衡转化率降低,D错误。
5.氨是一种重要的化工原料,主要用于化肥工业,也广泛用于硝酸、纯碱、制药等工业;合成氨反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·ml-1。下列有关合成氨反应的说法正确的是( )A.反应的ΔS>0B.反应的ΔH=E(N—N)+3E(H—H)-6E(N—H)(E表示键能)C.反应中每消耗1 ml H2转移电子的数目约等于2×6.02×1023D.反应在高温、高压和催化剂条件下进行可提高H2的平衡转化率
解析:在合成氨反应中,生成物气体分子数小于反应物气体分子数,所以反应的ΔS<0,A错误;反应的ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和,即ΔH=E(N≡N)+3E(H—H)-6E(N—H)(E表示键能),B错误;由合成氨反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),可建立如下关系式:N2~3H2~6e-,则反应中每消耗1 ml H2转移电子的数目约等于2 ml×6.02×1023ml-1=2×6.02×1023,C正确;合成氨反应为放热的可逆反应,高温可增大反应速率,但会使平衡逆向移动,不能提高H2的平衡转化率,使用催化剂只能改变反应速率,但不能改变H2的平衡转化率,也就不能提高H2的平衡转化率,D错误。
能力点1 反应热 热化学方程式
解析:SiCl4、H2、HCl为气体,且反应前气体计量数之和小于反应后气体计量数之和,因此该反应为熵增反应,即ΔS>0,故A错误;根据化学平衡常数的定义,该反应的平衡常数K= ,故B正确;题中说的是高温条件下,不是标准状况下,因此不能直接用22.4 L·ml-1计算,故C错误;ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和,即ΔH=4E(Si—Cl)+2E(H—H)-4E(H—Cl)-2E(Si—Si),故D错误。
2.(2019·江苏卷)氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。下列有关说法正确的是( )A.一定温度下,反应2H2(g)+O2(g)══2H2O(g)能自发进行,该反应的ΔH<0B.氢氧燃料电池的负极反应为O2+2H2O+4e-══4OH- C.常温常压下,氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2 L H2,转移电子的数目为6.02×1023D.反应2H2(g)+O2(g)══2H2O(g)的ΔH可通过下式估算:ΔH=反应中形成新共价键的键能之和-反应中断裂旧共价键的键能之和
解析:该反应后气体分子数减少,即熵减小,又能自发进行,说明该反应为放热反应,即ΔH<0,故A正确;氢氧燃料电池中,氢气为负极反应物,失电子发生氧化反应,故B错误;常温常压下,Vm≠22.4 L·ml-1,故C错误;反应的ΔH应该如下估算:ΔH=反应中断裂旧化学键的键能之和-反应中形成新共价键的键能之和,故D错误。
核心知识1 能量变化与物质的稳定性1.反应热与能量图
核心知识2 热化学方程式与盖斯定律1.热化学方程式的书写先确定待求的反应方程式⇒找出待求方程式中各物质在已知方程式中的位置⇒根据待求方程式中各物质的计量数和位置对已知方程式进行处理,得到变形后的新方程式⇒将新得到的方程式进行加减(反应热也需要相应加减)⇒写出待求的热化学方程式
2.反应热的有关计算(1)根据热化学方程式的计算|ΔH|与反应物的物质的量成正比。(2)根据盖斯定律求算应用盖斯定律进行简单计算时,关键在于设计反应过程,同时注意:①参照新的热化学方程式(目标热化学方程式),结合原热化学方程式(一般2~3个)进行合理“变形”,如热化学方程式颠倒、乘以或除以某一个数,然后将它们相加、减,得到目标热化学方程式,求出目标热化学方程式的ΔH与原热化学方程式之间ΔH的换算关系。②当热化学方程式乘以或除以某一个数时,ΔH也应相应地乘以或除以某一个数;方程式进行加减运算时,ΔH也同样要进行相应地加减运算,且要带“+”“-”符号进行,即把ΔH看作一个整体进行运算。
③将一个热化学方程式颠倒书写时,ΔH的符号也随之改变,但数值不变。④在设计反应过程中,会遇到同一物质的三态(固、液、气)的相互转化,状态由固→液→气变化时,会吸热;反之会放热。3.根据物质燃烧放热的数值计算Q(放)=n(可燃物)×|ΔH|
1.(2022·盐城模拟)下列各组热化学方程式中,化学反应的ΔH前者大于后者的是( )①C(s)+O2(g)══CO2(g) ΔH1C(s)+ O2(g)══CO(g) ΔH2②S(s)+O2(g)══SO2(g) ΔH3S(g)+O2(g)══SO2(g) ΔH4③H2(g)+ O2(g)══H2O(l) ΔH52H2(g)+O2(g)══2H2O(l) ΔH6④CaCO3(s)══CaO(s)+CO2(g) ΔH7CaO(s)+H2O(l)══Ca(OH)2(s) ΔH8A.①B.④C.②③④D.①②③
解析:本题主要考查对“ΔH”的理解,明确“ΔH”既有“+”“-”,又有数值大小。碳与氧气反应放热,即ΔH1<0,ΔH2<0,CO再与O2作用时又放热,所以ΔH1<ΔH2;等量的固态硫变为气态硫蒸气时吸收热量,故在与O2作用产生同样多的SO2时,气态硫放出的热量多,即ΔH3>ΔH4;发生同样的燃烧反应,物质的量越多,放出的热量越多,故ΔH5>ΔH6;碳酸钙分解吸收热量,ΔH7>0,CaO与H2O反应放出热量,ΔH8<0,显然ΔH7>ΔH8。故选C。
2.(2022·南师大附中月考)甲醇与水蒸气重整可获得清洁能源,在催化剂作用下发生如下两步反应:反应①:CH3OH(g)══CO(g)+2H2(g)ΔH1反应②:CO(g)+H2O(g)══CO2(g)+H2(g) ΔH2根据能量变化示意图,下列说法不正确的是( )A.总反应的热化学方程式为CH3OH(g)+H2O(g)══CO2(g)+3H2(g) ΔH=ΔH1+ΔH2B.1 ml CO(g)和1 ml H2O(g)的总键能大于1 ml CO2(g)和1 ml H2(g)的总键能C.甲醇与水蒸气催化重整的总反应速率取决于反应①的速率D.催化剂在反应中改变了活化能,增大了反应速率
解析:将给定的两个热化学方程式相加可得到A项中的热化学方程式,A项说法正确;由图示看出,CO和H2O的反应为放热反应,则1 ml CO(g)和1 ml H2O(g)的总键能小于1 ml CO2(g)和1 ml H2(g)的总键能,B项说法错误;由图示看出,反应①的活化能大,反应速率小,C项说法正确;催化剂的加入能降低反应的活化能,增大反应速率,D项说法正确。
3.(2022·南通重点中学联考)NO催化O3生成O2的过程由三步基元反应构成:第一步:O3(g)+NO(g)══O2(g)+NO2(g) ΔH1;第二步:NO2(g)══NO(g)+O(g) ΔH2;第三步:O(g)+O3(g)══2O2(g) ΔH3。下列说法错误的是( )A.该反应的中间体只有两种B.第二步、第三步反应均为放热反应C.NO不改变总反应的焓变D.总反应2O3(g)══3O2(g)的ΔH=ΔH1-ΔH2-ΔH3
解析:由三步基元反应可知,反应的中间体只有NO2和O两种,A项说法正确;由图可知,第二步、第三步反应反应物的总能量都大于生成物的总能量,均为放热反应,B项说法正确;由三步基元反应可知,NO为O3生成O2的催化剂,催化剂不改变总反应的焓变,C项说法正确;由盖斯定律可知,三步基元反应相加得总反应2O3(g)══3O2(g),则ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3,D项说法错误。
4.已知下列热化学方程式:Fe2O3(s)+3CO(g)══2Fe(s)+3CO2(g) ΔH1=-25 kJ·ml-1 ①3Fe2O3(s)+CO(g)══2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH2=-47 kJ·ml-1 ②Fe3O4(s)+CO(g)══3FeO(s)+CO2(g) ΔH3=19 kJ·ml-1 ③写出FeO(s)被CO还原成Fe和CO2的热化学方程式 。
答案:FeO(s)+CO(g)══Fe(s)+CO2(g) ΔH=-11 kJ·ml-1
能力点2 化学反应速率 化学平衡
解析:由反应的化学方程式可知,该反应是一个气体分子数增大的反应,是一个熵增的反应,反应ΔS>0,故A错误;由反应的化学方程式可知,平衡常数K= ,故B正确;由反应的化学方程式可知,反应每消耗4 ml氨气,转移12 ml电子,则消耗1 ml氨气转移电子的数目为3 ml×6.02×1023 ml-1=3×6.02×1023,故C错误;实际应用中,加入尿素的量越多,尿素水解生成的氨气过量,柴油机车辆排放的氨气对空气污染程度增大,故D错误;B项符合题目要求。
3.(双选)(2019·江苏卷)在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下,催化反应相同时间,测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是( )A.反应2NO(g)+O2(g)══2NO2(g)的ΔH>0B.图中X点所示条件下,延长反应时间能提高NO转化率C.图中Y点所示条件下,增加O2的浓度不能提高NO转化率D.380 ℃下,c起始(O2)=5.0×10-4 ml·L-1,NO平衡转化率为50%,则平衡常数K>2 000
核心知识1 化学反应速率1.大小的比较由于同一化学反应的反应速率用不同物质表示时数值可能不同,所以比较反应的快慢不能只看数值的大小,而要进行一定的转化。(1)看单位是否统一,若不统一,换算成相同的单位。(2)换算成同一物质表示的速率,再比较数值的大小。
2.影响化学反应速率的因素(1)外因(其他条件不变,只改变一个条件)
(2)理论解释——有效碰撞理论①活化分子、活化能、有效碰撞。ⅰ.活化分子:能够发生有效碰撞的分子。ⅱ.活化能:如图图中:E1为反应的活化能,使用催化剂时的活化能为 E3 ,反应热为 E1-E2 。ⅲ.有效碰撞:活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。
②活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
③催化剂机理图像分析(吸附、分解机理、化学键的形成与断裂)。如:HCOOH催化释氢。在催化剂作用下,HCOOH分解生成CO2和H2,可能的反应机理如图所示。
归纳总结 ①催化剂参与化学反应(质量及化学性质在反应前后不变)。②反应过程中催化剂成键数目发生变化。③中间体(既不是反应物,也不是生成物)。④跟踪断键与成键的位置、吸附与解吸过程。
核心知识2 化学平衡常数 化学平衡移动1.化学平衡常数 化学反应方向判断(1)表达式
(2)意义①K值越大,反应物的转化率越大,正反应进行的程度越大。②K只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。③化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。
(4)综合判断反应方向的依据①ΔH-TΔS<0,反应能自发进行。②ΔH-TΔS=0,反应达到平衡状态。③ΔH-TΔS>0,反应不能自发进行。
2.化学平衡的移动(1)过程(2)化学平衡移动与化学反应速率的关系①v正>v逆:平衡向正反应方向移动。②v正=v逆:反应处于平衡状态,未发生平衡移动。③v正
②勒夏特列原理。如果改变影响化学平衡的条件之一(如温度、压强,以及参加反应的化学物质的浓度),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
(4)几种特殊情况①当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时,由于其“浓度”是恒定的,不随其量的增减而变化,故改变这些固体或液体的量,对化学平衡没有影响。②对于反应前后气态物质的化学计量数相等的反应,压强的变化对正、逆反应速率的影响程度是等同的,故平衡不移动。
③“惰性气体”对化学平衡的影响。ⅰ.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。ⅱ.恒温、恒压条件:ⅲ.同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时,可视为压强的影响。
3.有关化学平衡图像(1)图像类型①浓度—时间图:此类图像能说明平衡体系中各组分在反应过程中的浓度随时间变化的情况。如A+B AB反应情况如图1所示,解该类图像题要注意各物质曲线出现拐点(达到平衡)的时刻相同,各物质浓度变化的内在联系及比例符合化学方程式中的化学计量数关系。
②速率—时间图:如Zn与足量盐酸的反应,反应速率随时间的变化出现如图2所示的情况,解释原因:AB段(v渐增),因反应为放热反应,随反应的进行,温度渐高,导致反应速率增大;BC段(v渐小),主要原因是随反应的进行,溶液中c(H+)逐渐减小,导致反应速率减小。故分析时要抓住各阶段变化的主要矛盾,有针对性地进行分析。
③含量—时间—温度(或压强)图:常见形式有如下几种(C%指生成物的质量分数;B%指某反应物的质量分数)。
④恒压(温)线(如图3所示):该类图的纵坐标为物质的平衡浓度(c)或反应物的转化率(α),横坐标为温度(T)或压强(p),常见类型如下所示:⑤其他:如图4所示曲线是其他条件不变时,某反应物的最大转化率(α)与温度(T)的关系曲线,图中标出的1、2、3、4四个点,表示v正>v逆的点是3,表示v正
4.等效平衡(1)含义在一定条件下(等温、等容或等温、等压),对同一可逆反应体系,起始时加入物质的物质的量不同,而达到化学平衡时,同种物质的百分含量相同。(2)原理同一可逆反应,当外界条件一定时,反应无论从正反应开始,还是从逆反应开始,最后都能达到平衡状态。其中平衡混合物中各物质的含量相同。由于化学平衡状态与条件有关,而与建立平衡的途径无关,因而,同一可逆反应,从不同的状态开始,只要达到平衡时的条件(温度、浓度、压强等)完全相同,则可形成等效平衡。(3)形式等温、等容条件下,对于反应前后气体物质的化学计量数不等的可逆反应,改变起始时加入物质的物质的量,若按可逆反应计量数之比换算成同一半边物质(一边倒),其物质的量对应相同,则它们互为等效平衡。
1.(2022·江苏七市下学期二模)甲烷双重整制备合成气(CO和H2)包括了水蒸气重整(反应Ⅰ)和二氧化碳重整(反应Ⅱ)两个反应。在p=3.2×106 Pa下,向密闭容器中按n(CH4)∶n(H2O)∶n(CO2)=5∶4∶2通入混合气,发生反应:(Ea表示反应中基元反应的最大活化能)
重整体系中,各气体的平衡体积分数随温度的变化如图所示。下列说法正确的是( )A.曲线X表示CH4的平衡体积分数随温度的变化B.适当增加水蒸气或CO2的用量均可减少碳的生成C.在相同条件下,反应Ⅰ的速率小于反应Ⅱ的速率D.CO(g)+H2O(g)══CO2(g)+H2(g) ΔH=40.8 kJ·ml-1
解析:由题意可知,向密闭容器中按n(CH4)∶n(H2O)∶n(CO2)=5∶4∶2通入混合气发生反应,故起始时甲烷的体积分数最大,A项错误;适当增加水蒸气或CO2的用量可促进反应Ⅰ或反应Ⅱ的平衡正向移动,甲烷含量减少,氢气含量增多,对于副反应来讲,反应物减少,生成物增多,平衡逆向移动,因此适当增加水蒸气或CO2的用量均可减少碳的生成,B项正确;活化能越大,化学反应速率越小,由题意可知,反应Ⅱ的活化能大于反应Ⅰ的活化能,因此在相同条件下,反应Ⅰ的速率大于反应Ⅱ的速率,C项错误;依据盖斯定律,反应CO(g)+H2O(g)══CO2(g)+H2(g)可由反应Ⅰ-反应Ⅱ得到,因此焓变ΔH=ΔH1-ΔH2=206.2 kJ·ml-1-247.0 kJ·ml-1=-40.8 kJ·ml-1,D项错误。
2.(2022·江苏盐城阜宁中学下学期第三次综合测试)工业上利用硫(S8)与CH4为原料制备CS2。450 ℃以上,发生反应Ⅰ:S8(g)══ 4S2(g);通常在600 ℃以上发生反应Ⅱ:2S2(g)+CH4(g) CS2(g)+2H2S(g)。一定条件下,S8分解产生S2的体积分数、CH4与S2反应中CH4的平衡转化率与温度的关系如图所示。下列说法一定正确的是( )A.反应Ⅱ的正反应为吸热反应B.在恒温密闭容器中,反应相同时间,温度越低,CH4的转化率越大C.某温度下若S8完全分解成S2,在密闭容器中,n(S2)∶n(CH4)=2∶1开始反应,当CS2体积分数为10%时,CH4转化率为43%D.发生反应Ⅱ温度不低于600 ℃的原因是:此温度CH4平衡转化率已很高;低于此温度,S2浓度小,反应速率小
解析:由图可知,随温度升高,甲烷的平衡转化率降低,平衡左移,故反应Ⅱ的正反应为放热反应,A项错误;由图可知,CH4的平衡转化率随着温度的升高而逐渐降低,S2的体积分数随着温度升高而增大,故温度越低,S2的体积分数越小,反应速率越小,在反应的相同时间里,温度越低,反应速率越小,CH4的转化率不一定越大,B项错误;在密闭容器中,n(S2)∶n(CH4)=2∶1开始反应,设CH4的起始物质的量为a,转化的物质的量为x,即:
3.在等温等容条件下,可逆反应:2A(g)+B(g) 3C(g)+D(g) ΔH=-Q1 kJ·ml-1(Q1>0),起始物质的量如下表所示:
(1)上述反应达到平衡时,互为等效平衡的是哪几组?达到平衡后,哪些量相同?(2)达到平衡后,①放出的热量为Q2 kJ,⑤吸收的热量为Q3 kJ,则Q1、Q2、Q3的定量关系为 。
答案:(1)①③⑤互为等效平衡。表现在达到平衡后各种物质的物质的量、质量、物质的量浓度、组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)相同。(2)Q2+Q3=Q1
4.(2022·常州上学期摸底)二氧化碳作为工业原料的用途十分广泛。某氢气催化还原CO2的转化路径如图,下列说法错误的是( )
1.(2022·盐城模拟)对于反应4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-904 kJ·ml-1,下列有关说法正确的是( )A.ΔS<0B.该反应的正反应的活化能小于逆反应的活化能C.4 ml NH3和5 ml O2充分反应放出的热量为904 kJD.达到平衡时,增大容器的体积,v(正)增大、v(逆)减小
解析:由于该反应的正反应是气体分子数增加的反应,故ΔS>0,A错误;该反应是自发进行的放热反应,故正反应的活化能小于逆反应的活化能,B正确;由于该反应为可逆反应,4 ml NH3和5 ml O2在容器中不能完全反应,故放出的热量小于904 kJ,C错误;增大容器的体积,各组分的浓度都减小,正、逆反应速率都减小,D错误。
2.(2022·南通模拟)反应2N2H4(l)+2NO2(g)══3N2(g)+4H2O(l) ΔH=-1 135.7 kJ·ml-1可为火箭发射提供能量。下列有关该反应的说法正确的是( )A.反应消耗32 g N2H4(l)放出1 135.7 kJ的能量B.反应物中所有化学键键能之和大于生成物中所有化学键键能之和C.每生成18 g水,反应中转移电子的物质的量为4 mlD.常温下该反应可自发进行
解析:由热化学方程式可知,反应消耗64 g N2H4时放出1 135.7 kJ的能量,A错误;因为反应是放热反应,故反应物中所有化学键的键能之和小于生成物中所有化学键键能之和,B错误;由热化学方程式可知,生成4 ml水转移8 ml电子,故每生成18 g水时,反应中转移2 ml电子,C错误;由于反应的正反应为气体体积增大的反应,故ΔS>0且ΔH<0,故反应在任何温度下都能自发进行,D正确。
解析:由反应过程可知,1是催化剂而3、6都是中间产物,A错误;由过程①可知,1与2按照1∶1恰好完全反应生成3,原子利用率为100%,B正确;由过程②可看出,反应中只有极性键的断裂(C—X)与形成(C—F),无非极性键的断裂与形成,C错误;若物质4为CH3COCH2NH2时,则X为—CH2NH2,故物质7应该是 ,D错误。
4.(2022·启东模拟)科研人员提出120 ℃下CeO2催化合成DMC(碳酸二甲酯)需经历三步反应,示意图如下。下列说法正确的是( )A.DMC与过量稀硫酸完全反应生成CH3OCOOH和甲醇B.改用更高效的催化剂,可提高DMC的平衡产率C.反应历程①②③中,活化能越高,反应速率越小D.向反应体系中加入少量水蒸气,反应物的平衡转化率升高
解析:DMC为CH3OCOOCH3,属于酯类,其在酸性条件下可发生水解,完全水解产物是甲醇和CO2,A项错误;改用更高效的催化剂,可以提高反应速率和单位时间内的产率,但是不能提高产物的平衡产率,B项错误;通常情况下,活化能越大,反应速率越小,C项正确;120 ℃下CeO2催化合成DMC的总反应式为2CH3OH+CO2 CH3OCOOCH3+H2O(g),除了生成DMC外,还生成了H2O(g),因此加入少量水蒸气,平衡逆向移动,反应物的平衡转化率降低,D错误。
5.氨是一种重要的化工原料,主要用于化肥工业,也广泛用于硝酸、纯碱、制药等工业;合成氨反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·ml-1。下列有关合成氨反应的说法正确的是( )A.反应的ΔS>0B.反应的ΔH=E(N—N)+3E(H—H)-6E(N—H)(E表示键能)C.反应中每消耗1 ml H2转移电子的数目约等于2×6.02×1023D.反应在高温、高压和催化剂条件下进行可提高H2的平衡转化率
解析:在合成氨反应中,生成物气体分子数小于反应物气体分子数,所以反应的ΔS<0,A错误;反应的ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和,即ΔH=E(N≡N)+3E(H—H)-6E(N—H)(E表示键能),B错误;由合成氨反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),可建立如下关系式:N2~3H2~6e-,则反应中每消耗1 ml H2转移电子的数目约等于2 ml×6.02×1023ml-1=2×6.02×1023,C正确;合成氨反应为放热的可逆反应,高温可增大反应速率,但会使平衡逆向移动,不能提高H2的平衡转化率,使用催化剂只能改变反应速率,但不能改变H2的平衡转化率,也就不能提高H2的平衡转化率,D错误。
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