專題56 化學平衡中三維坐標的考查 1．為了探究外界條件對反應aX(g)+bY(g)?cZ(g)的影響，以X和Y物質的量比為a：b開始反應，通過實驗得到不同條件下達到平衡時Z的物質的量分數(shù)，實驗結果如圖所示。以下判斷正確的是（ ） A． ΔH＞0，ΔS＞0 B． ΔH＞0，ΔS＜0 C． ΔH＜0，ΔS＞0 D． ΔH＜0，ΔS＜0 【答案】D 2．為探究外界條件對反應：mA(g)+nB(g)cZ(g) △H的影響，以A和B物質的量之比為m∶n開始反應，通過實驗得到不同條件下達到平衡時Z的物質的量分數(shù)，實驗結果如下圖所示。下列判斷正確的是 A． 在恒溫恒壓條件下，向已達到平衡的體系中加入少量Z，達新平衡時，Z的物質的量分數(shù)增大 B． 升高溫度，正、逆反應速率都增大，平衡常數(shù)增大 C． 溫度不變，減小壓強，平衡逆向移動，達新平衡時，A的濃度比原平衡減小 D． △H＞0，m+n＞c 【答案】C 3．降低大氣中CO2的含量及有效地開發(fā)利用CO2，已引起了全世界的普遍重視 （1）CO2加氫合成DME（二甲醚）是解決能源危機的研究方向之一。 ①2CO2(g) + 6H2(g)CH3OCH3(g) + 3H2O(g) △H= -122.4kJmol-1 某溫度下，將2.0 mol CO2(g) 和6.0 mol H2(g)充入容積為2 L的密閉容器中，反應到達平衡時，改變壓強和溫度，平衡體系中 CH3OCH3(g) 的物質分數(shù)變化情況如圖所示，則P1_______P2（填“>”“<”或“=”，下同）。若T1、P1，T3、P3時平衡常數(shù)分別為K1、K3，則K1________K3，T1、P1時H2的平衡轉化率為______________。 ②在恒容密閉容器里按體積比為1∶3充入二氧化碳和氫氣，一定條件下反應達到平衡狀態(tài)。當改變反應的某一個條件后，下列能說明平衡一定向逆反應方向移動的是______（填序號）。 A．反應物的濃度增大 B．混合氣體的密度減小 C．正反應速率小于逆反應速率 D．氫氣的轉化率減小 （2）將一定量的CO2氣體通入氫氧化鈉的溶液中，向所得溶液中邊滴加稀鹽酸邊振蕩至過量、產生的氣體與加入鹽酸物質的量的關系如圖（忽略氣體的溶解和HCl的揮發(fā)）。請回答：當加入HCl 的物質的量為1 mol時，溶液中所含溶質的化學式__________，a點溶液中各離子濃度由大到小的關系式為 ____________________________________。 （3）CO2在自然界循環(huán)時可與CaCO3反應，CaCO3是一種難溶物質，其Ksp = 2.810－9。CaCl2溶液與Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀，現(xiàn)將等體積的CaCl2溶液與Na2CO3溶液混合，若混合前Na2CO3溶液的濃度為210－4 molL－1，則生成沉淀加入CaCl2溶液的最小濃度為___________ molL－1。 【答案】> <57.1%CNa2CO3、NaClc(Na+) > c(Cl－) > c(HCO3－) > c(OH－) > c(H+) > c(CO32－)5.610-5 ②在恒容密閉容器里按體積比為1：3充入二氧化碳和氫氣，一定條件下反應達到平衡狀。當改變反應的某一個條件后，A. 反應物的濃度增大，可能是增大了反應物的濃度（再加入少量的反應物）使平衡向正反應方向移動的結果，也可能是增大生成物濃度（或升高溫度）使平衡向逆反應方向移動的結果； B. 混合氣體的密度減小，有可能是減小反應物濃度使平衡逆向移動，也有可能是減小生成物濃度（如降低溫度使部分水液化）使平衡正向移動的結果；C. 正反應速率小于逆反應速率，平衡一定向逆反應方向移動；D. 氫氣的轉化率減小，可能是增大氫氣的濃度（再加入少量氫氣）使平衡正向移動的結果，也可能是升高溫度使平衡逆向移動的結果。綜上所述，能說明平衡一定向逆反應方向移動的是C；（2）由圖可知，反應明顯分為兩個階段，前后兩個階段所消耗的HCl的物持的量之比為3:2，說明原溶液中的溶質為碳酸鈉和氫氧化鈉，且兩者物質的量之比為2:1，兩者物質的量分別是2mol、1mol。通入1mol HCl時，氫氧化鈉恰好反應完全，溶液中所含溶質為Na2CO3、NaCl。a點溶液中有3mol NaCl和1molNaHCO3，由于碳酸氫根離子的水解程度大于電離程度，所以，各離子濃度由大到小的關系式為c(Na+)＞c(Cl-)＞c(HC03-)＞c(OH-)＞c(H+)＞ c(CO32-)；（3）CO2在自然界循環(huán)時可與CaCO3反應，CaCO3是一種難容物質，其Ksp = 2.810－9。CaCl2溶液與Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀，現(xiàn)將等體積的CaCl2溶液與Na2CO3溶液混合，若Na2CO3溶液的濃度為210－4molL-1，則生成沉淀所需CaCl2溶液的最小濃度為molL-1。 4．隨著科技的進步，合理利用資源、保護環(huán)境成為當今社會關注的焦點。甲胺鉛碘(CH3NH3PbI3)可用于全固態(tài)鈣鈦礦敏化太陽能電池的敏化劑，由CH3NH2、PbI2及HI為原料合成，回答下列問題： （1）制取甲胺的反應為CH3OH(g)+NH3(g)CH3NH2(g)+H2O(g)△H。已知該反應中相關化學鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下： 共價鍵 C-O H-O N-H C-N 鍵能/kJ?mol-1 351 463 393 293 則該反應的△H=________kJ?mol-1 （2）上述反應中所需甲醇工業(yè)上利用水煤氣合成，反應為CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H＜0。在一定條件下，將l mol CO和2mol H2通入密閉容器中進行反應，當改變某一外界條件（溫度或壓強）時，CH3OH的體積分數(shù)φ(CH3OH)變化趨勢如圖所示： ①平衡時，M點CH3OH的體積分數(shù)為10%，則CO的轉化率為____________________。 ②X軸上a點的數(shù)值比b點_______（填“大”或“小”）。某同學認為上圖中Y軸表示溫度，你認為他判斷的理由是______________________________________。 （3）常溫下，已知：Ksp(PbI2)=410-9；已知Ksp(PbCl2)=1.610-5，則反應PbCl2(s)+2I-(aq)PbI2(s)+2Cl-(aq)的平衡常數(shù)K=_______________。 （4）分解HI曲線和液相法制備HI反應曲線分別如圖1和圖2所示： ①反應H2(g)+I2(g)2HI(g) 的△H_______（填“>”或“<”）0。 ②將二氧化硫通入碘水中會發(fā)生反應：SO2+I2+2H2O3H++HSO4-+2I-，I2+I-I3-，圖2中曲線a、b分別代表的微粒是_______、__________（填微粒符號）；由圖2 知要提高碘的還原率，除控制溫度外，還可以采取的措施是減小___________________________________。 【答案】 -12 25% 小 隨著Y值的增大，c(CH3OH)減小，平衡CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)向逆反應方向進行，故Y為溫度 4000 < 2H+ I3- 減小的投料比 詳解：（1）設C-H鍵能為x kJ?mol-1，△H =反應物總鍵能-生成物總鍵能=3x kJ?mol-1+351 kJ?mol-1+463 kJ?mol-1+3393 kJ?mol-1-（3x kJ?mol-1+293 kJ?mol-1+2393 kJ?mol-1+2463 kJ?mol-1）=-12 kJ?mol-1。 （2）①設CO的轉化率為α，CO和H2的初始物質的量分別為l mol、2 mol，則CO反應了α mol，由化學方程式列三段式可得： ，因為CH3OH(g)的體積分數(shù)=CH3OH(g)的物質的量分數(shù)，平衡時，M點CH3OH的體積分數(shù)為10%，則100%=10%，解得：α=25%。 ②根據(jù)圖示信息：X軸上a點的數(shù)值比b點小，隨著Y值的增加，CH3OH的體積分數(shù)φ（CH3OH）減小，平衡“CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H＜0”向逆反應方向進行，故Y表示溫度。 （3）由已知，發(fā)生反應PbCl2(s)+2I-(aq)PbI2(s)+2Cl-(aq)的溶液為PbCl2和PbI2的飽和溶液，所以K====4000。 5．（題文）合成氨廠和硝酸廠的煙氣中含有大量的氮氧化物(NOx)，脫硝通常是指將煙氣中的氮氧化物轉化為無毒無害的物質的化學過程。 （1）選擇性催化還原技術（SCR）是目前最成熟的脫硝技術，即在金屬催化劑的作用下，用還原劑（如NH3）選擇性的與NOx反應生成N2和H2O。 已知：4NH3(g)+5O2(g)?4NO（g）+6H2O（g）△H=-905.5kJ?mol-1 N2(g)+O2(g)?2NO(g) △H=+180kJ?mol-1 脫硝反應：4NH3(g)+6NO(g)?5N2(g)+6H2O(g)的△H=_______kJ?mol-1 （2）將amolN2和3amolH2通入一密閉容器中在不同的溫度和壓強下發(fā)生反應：N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)。測得平衡體系中NH3的物質的量的分數(shù)如圖所示。 ①下列可提高氨氣產率的途徑是__________。 A．盡量提高反應溫度 B．對原料氣適當加壓 C．采用適當?shù)拇呋瘎? D．將氨氣液化，不斷移出液氨 ②上圖所示平衡體系中當NH3的物質的量分數(shù)分別為0.549和0.429時，該反應的平衡常數(shù)分別為K1和K2，則K1________K2(填寫“＞”，“＜”或“＝”）。當NH3的物質的量分數(shù)為0.600時，容器的體積為2L，此時該反應的化學平衡常數(shù)K=________。 （3）常溫下，將NO和H2的混合氣體通入Ce(SO4)2與Ce2(SO4)3的混合溶液中其物質轉化過程如圖所示， ①反應I中氧化劑與還原劑的物質的量之比為_______。 ②寫出該過程的總化學反應方程式_____________________________________。 （4）直接電解吸收也是脫硝的一種方法，先用6%的稀硝酸吸收NOx，會生成HNO2（一種一元弱酸），再將吸收液導入電解槽中進行電解，使之轉化為硝酸，其電解裝置如圖所示。 ①圖中b應連接電源的_______(“正極”或“負極”）。 ②陽極的電極反應式為___________________。 【答案】-1805.5BD>256/3a22:12H2+2NON2+2H2O負極H2O+HNO2-2e-=NO3-+3H+ 【解析】本題考查蓋斯定律的應用、化學平衡圖像的分析、化學平衡常數(shù)的計算、氧化還原反應的分析、電解原理的應用。 （1）將兩個反應依次編號為①式、②式，應用應用蓋斯定律，①式-②式5消去O2。 （2）采用“定一議二”法分析圖像，得出反應N2（g）+3H2（g）2NH3（g）的特點：正反應為氣體分子數(shù)減小的放熱反應。 ①根據(jù)勒夏特列原理，判斷改變條件后平衡移動的方向。 ②該反應的正反應為放熱反應，升高溫度化學平衡常數(shù)減小。用三段式和化學平衡常數(shù)表達式計算化學平衡常數(shù)。 （2）根據(jù)圖像，在相同壓強下升高溫度，NH3的物質的量分數(shù)減小，平衡向逆反應方向移動，反應N2（g）+3H2（g）2NH3（g）的正反應是放熱反應。 ①A項，盡量提高反應溫度，平衡向逆反應方向移動，NH3的產率減?。籅項，對原料氣適當加壓，平衡向正反應方向移動，NH3的產率增大；C項，采用適當?shù)拇呋瘎胶獠灰苿?，NH3的產率不變；D項，將NH3液化，不斷移出液氨，平衡向正反應方向移動，NH3的產率增大；可提高NH3產率的途徑是BD，答案選BD。 ②根據(jù)圖像，NH3的物質的量分數(shù)分別為0.549和0.429時，壓強相同、溫度分別為400℃和450℃，升高溫度平衡向逆反應方向移動，NH3物質的量分數(shù)減小，K值減小，K1K2。設轉化N2物質的量為xmol，用三段式 N2（g） + 3H2（g）2NH3（g） n（起始）（mol）a 3a 0 n（轉化）（mol）x 3x 2x n（平衡）（mol）a-x 3a-3x 2x 平衡時NH3物質的量分數(shù)為0.600，=0.600，解得x=0.75a，平衡時N2、H2、NH3物質的量依次為0.25amol、0.75amol、1.5amol，容器的體積為2L，平衡時N2、H2、NH3物質的量濃度依次為0.125amol/L、0.375amol/L、0.75amol/L，此反應的平衡常數(shù)K===。