新教材適用2024版高考化學(xué)二輪總復(fù)習(xí)第2部分新高考五大題型突破題型突破1化學(xué)反應(yīng)原理綜合題突破點(diǎn)2化學(xué)反應(yīng)速率轉(zhuǎn)化率與平衡常數(shù)計(jì)算教師用書

突破點(diǎn)2化學(xué)反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率與平衡常數(shù)計(jì)算1.(2023·山東選考)一定條件下，水氣變換反應(yīng)CO＋H2OCO2＋H2的中間產(chǎn)物是HCOOH。為探究該反應(yīng)過程，研究HCOOH水溶液在密封石英管中的分子反應(yīng)：Ⅰ.HCOOHCO＋H2O(快)Ⅱ.HCOOHCO2＋H2(慢)研究發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ中，H＋僅對反應(yīng)Ⅰ有催化加速作用；反應(yīng)Ⅰ速率遠(yuǎn)大于反應(yīng)Ⅱ，近似認(rèn)為反應(yīng)Ⅰ建立平衡后始終處于平衡狀態(tài)。忽略水電離，其濃度視為常數(shù)?；卮鹣铝袉栴}：(1)(命題角度：速率常數(shù)與速率計(jì)算)反應(yīng)Ⅰ正反應(yīng)速率方程為：v＝kc(H＋)·c(HCOOH)，k為反應(yīng)速率常數(shù)。T1溫度下，HCOOH電離平衡常數(shù)為Ka，當(dāng)HCOOH平衡濃度為xmol·L－1時(shí)，H＋濃度為eq\r(Kax)mol·L－1，此時(shí)反應(yīng)Ⅰ速率v＝kxeq\r(Kax)mol·L－1·h－1(用含Ka、x和k的代數(shù)式表示)。(2)(命題角度：多平衡體系中平衡常數(shù)計(jì)算)T3溫度下，在密封石英管內(nèi)完全充滿1.0mol·L－1HCOOH水溶液，使HCOOH分解，分解產(chǎn)物均完全溶于水。含碳物種濃度與反應(yīng)時(shí)間的變化關(guān)系如圖所示(忽略碳元素的其他存在形式)。t1時(shí)刻測得CO、CO2的濃度分別為0.70mol·L－1、0.16mol·L－1，反應(yīng)Ⅱ達(dá)平衡時(shí)，測得H2的濃度為ymol·L－1。體系達(dá)平衡后eq\f(cCO,cCO2)＝eq\f(5－5y,6y)(用含y的代數(shù)式表示，下同)，反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)為eq\f(6y2,1－y)。【解析】(1)T1溫度時(shí)，HCOOH建立電離平衡：HCOOHHCOO－＋H＋平衡濃度(mol·L－1)xc(HCOO－)c(H＋)Ka＝eq\f(cHCOO－cH＋,cHCOOH)，c(HCOO－)＝c(H＋)，故c(H＋)＝eq\r(Kax)。v＝kc(H＋)·c(HCOOH)＝kxeq\r(Kax)。(2)t1時(shí)刻時(shí)，c(CO)達(dá)到最大值，說明此時(shí)反應(yīng)Ⅰ達(dá)平衡狀態(tài)。此時(shí) HCOOHCO＋H2Ot1時(shí)刻轉(zhuǎn)化濃度(mol·L－1) 0.70 0.70 HCOOHCO2＋H2t1時(shí)刻轉(zhuǎn)化濃度(mol·L－1) 0.16 0.16 0.16故t1時(shí)刻c(HCOOH)＝1.0－0.70－0.16＝0.14mol·L－1，K(Ⅰ)＝eq\f(cCO,cHCOOH)＝eq\f(0.70,0.14)＝5。t1時(shí)刻→反應(yīng)Ⅱ達(dá)平衡過程， HCOOHCO＋H2Ot1時(shí)刻到反應(yīng)Ⅰ平衡轉(zhuǎn)化濃度(mol·L－1) a a HCOOHCO2＋H2t1時(shí)刻到反應(yīng)Ⅱ平衡轉(zhuǎn)化濃度(mol·L－1) b b b則c(H2)＝b＋0.16＝y(tǒng)，b＝(y－0.16)mol·L－1，c(HCOOH)＝0.14－a－b＝0.3－a－y，c(CO)＝a＋0.7，K(Ⅰ)＝eq\f(cCO,cHCOOH)＝eq\f(a＋0.7,0.3－a－y)＝5，a＝eq\f(0.8－5y,6)。故eq\f(cCO,cCO2)＝eq\f(\f(0.8－5y,6)＋0.7,y)＝eq\f(5－5y,6y)，K(Ⅱ)＝eq\f(cCO2cH2,cHCOOH)＝eq\f(y·y,0.3－\f(0.8－5y,6)－y)＝eq\f(6y2,1－y)。2.(命題角度：壓強(qiáng)平衡常數(shù)計(jì)算)(2023·遼寧選考)接觸法制硫酸的關(guān)鍵反應(yīng)為SO2的催化氧化：SO2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)SO3(g)ΔH＝－989kJ·mol－1設(shè)O2的平衡分壓為p，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率為αe，用含p和αe的代數(shù)式表示上述催化氧化反應(yīng)的Kp＝eq\f(αe,1－αe·peq\s\up10(\f(1,2)))(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算)?！窘馕觥坷梅謮捍鏉舛扔?jì)算平衡常數(shù)，反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝eq\f(pSO3,pSO2peq\s\up10(\f(1,2))O2)＝eq\f(\f(nSO3,n總)p總,\f(nSO2,n總)p總·peq\s\up10(\f(1,2))O2)＝eq\f(nSO3,nSO2·peq\s\up10(\f(1,2))O2)；設(shè)SO2初始量為mmol，則平衡時(shí)n(SO2)＝m－m·αe＝m(1－αe)，n(SO3)＝m·αe，Kp＝eq\f(m·αe,m1－αe·peq\s\up10(\f(1,2))O2)＝eq\f(αe,1－αe·peq\s\up10(\f(1,2)))?！菜季S建?！矺p的計(jì)算流程(數(shù)據(jù)通常來自圖像或表格)知能分點(diǎn)1速率常數(shù)(k正、k逆)與平衡常數(shù)(K)的關(guān)系1.Kc與k正、k逆的關(guān)系：aA(g)＋bB(g)gG(g)＋dD(g)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，v正＝k正·ca(A)·cb(B)，v逆＝k逆·cg(G)·cd(D)，因反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)v正＝v逆，則k正·ca(A)·cb(B)＝k逆·cg(G)·cd(D)eq\f(k正,k逆)＝eq\f(cgG·cdD,caA·cbB)＝Kc。2.Kp與k正、k逆的關(guān)系：以2NO2(g)N2O4(g)為例：eq\b\lc\\rc\](\a\vs4\al\co1(v正＝k正·p2NO2,v逆＝k逆·pN2O4))eq\o(→,\s\up7(平衡時(shí)),\s\do5(v正＝v逆))k正·p2(NO2)＝k逆·p(N2O4)→eq\f(k正,k逆)＝eq\f(pN2O4,p2NO2)＝Kp。知能分點(diǎn)2?？嫉?種化學(xué)平衡常數(shù)以aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)為例1.濃度平衡常數(shù)(Kc)：Kc＝eq\f(ccC·cdD,caA·cbB)。2.壓強(qiáng)平衡常數(shù)(Kp)：Kp＝eq\f(pcC·pdD,paA·pbB)p(X)：X在平衡體系中物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)或體積分?jǐn)?shù)×總壓強(qiáng)。3.物質(zhì)的量平衡常數(shù)(Kx)：將各組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)帶入濃度表達(dá)式即可。4.標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)(Kθ)：對于反應(yīng)dD(g)＋eE(g)gG(g)＋hH(g)，Kθ＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(pG,pθ)))g·\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(pH,pθ)))h,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(pD,pθ)))d·\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(pE,pθ)))e)，其中pθ＝100kPa，pG、pH、pD、pE為各組分的平衡分壓。知能分點(diǎn)3化學(xué)平衡計(jì)算模式容器容積為VL，對以下反應(yīng)： mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始(mol) a b 0 0變化(mol) mx nx px qx平衡(mol) a－mx b－nx px qx(1)v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q。(2)K＝eq\f(cpC·cqD,cmA·cnB)＝eq\f(px/Vp·qx/Vq,[a－mx/V]m·[b－nx/V]n)。(3)c(A)平＝eq\f(nA平,V)＝eq\f(a－mx,V)。(4)α(A)＝eq\f(nA消耗,nA起始)×100%＝eq\f(mx,a)×100%。(5)φ(A)＝eq\f(nA平,n總)×100%。(6)eq\f(p平,p始)＝eq\f(n平,n始)＝eq\f(a＋b＋p＋q－m－nx,a＋b)。(7)eq\x\to(ρ)(混)＝eq\f(m,V)＝eq\f(a·MA＋b·MB,V)。(8)eq\x\to(M)＝eq\f(m,n)＝eq\f(a·MA＋b·MB,a＋b＋p＋q－m－nx)。(9)產(chǎn)率＝eq\f(實(shí)際產(chǎn)量,理論產(chǎn)量)×100%。1.(命題角度：多平衡體系壓強(qiáng)平衡常數(shù)計(jì)算)(2023·河北唐山三模)臭氧脫硝存在如下兩個(gè)反應(yīng)：a．2NO2(g)＋O3(g)N2O5(g)＋O2(g)；b．NO2(g)N2O4(g)。T℃時(shí)，將NO2和O3混合氣體以物質(zhì)的量之比2∶1充入一個(gè)2L恒容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，測得NO2的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間變化關(guān)系如下表。t/s024681012c(NO2)/(mol·L－1)2.01.41.00.700.500.400.40若起始壓強(qiáng)為p0，T℃下反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，N2O4的分壓與N2O5的分壓相等，則O3的體積分?jǐn)?shù)＝_27%__(保留兩位有效數(shù)字)，反應(yīng)b平衡常數(shù)Kp＝eq\f(5.5,p0)(用含p0式子表示，Kp為用平衡分壓表示的平衡常數(shù)，即用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))?！窘馕觥扛鶕?jù)三段式： 2NO2(g)＋O3(g)N2O5(g)＋O2(g)n0 2.0 1.0 0 0Δn x 0.5x 0.5x 0.5xn平 2－x 1－0.5x 0.5x 0.5x 2NO2(g)N2O4(g)n0 2－x 0Δn x 0.5xn平 0.4 0.5x2－x－x＝0.4，x＝0.8，n(NO2)＝0.4mol，n(O3)＝0.6mol，n(O2)＝0.4mol，n(N2O5)＝0.4mol，n(N2O4)＝0.4mol，n總＝0.4＋0.6＋0.4＋0.4＋0.4＝2.2mol，O3的體積分?jǐn)?shù)為eq\f(0.6,2.2)×100%＝27%，反應(yīng)2NO2(g)N2O4(g)的平衡常數(shù)Kp＝eq\f(pN2O4,p2NO2)＝eq\f(\f(0.4,2.2)×p0,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(0.4,2.2)×p0))2)＝eq\f(5.5,p0)。2.(命題角度：多平衡體系平衡常數(shù)計(jì)算)(2023·山東棗莊三模)丙醛是一種重要的有機(jī)原料，在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。在銠催化劑作用下，乙烯羰基合成丙醛涉及的反應(yīng)如下：主反應(yīng)Ⅰ.C2H4(g)＋H2(g)＋CO(g)CH3CH2CHO(g)ΔH1副反應(yīng)Ⅱ.C2H4(g)＋H2(g)C2H6(g)ΔH2已知：在一定條件下一氧化碳能與銠催化劑結(jié)合生成羰基銠絡(luò)合物。保持溫度不變，在恒容反應(yīng)器中，按照投料n(C2H4)∶n(CO)∶n(H2)＝1∶1∶1，發(fā)生Ⅰ、Ⅱ反應(yīng)，總壓為3pkPa，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)C2H4的轉(zhuǎn)化率為80%，C2H6的選擇性為25%，則H2的轉(zhuǎn)化率為_80__%，反應(yīng)Ⅰ的Kp＝eq\f(75,2p2)kPa－2。【解析】保持溫度不變，在恒容反應(yīng)器中，按照投料n(C2H4)∶n(CO)∶n(H2)＝1∶1∶1，發(fā)生Ⅰ、Ⅱ反應(yīng)，C2H4(g)＋H2(g)＋CO(g)CH3CH2CHO(g)，C2H4(g)＋H2(g)C2H6(g)；平衡時(shí)C2H4的轉(zhuǎn)化率為80%，反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ中C2H4和H2均按照1∶1進(jìn)行，所以H2的轉(zhuǎn)化率為80%；總壓為3pkPa，設(shè)n(C2H4)＝x反應(yīng)達(dá)到C2H6的選擇性為25%，所以C2H4發(fā)生反應(yīng)Ⅰ的物質(zhì)的量為80%×(1－25%)x＝0.6x；根據(jù)反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ的反應(yīng)系數(shù)比，體系中剩余的n(C2H4