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2.与化学反应速率、化学平衡有关的计算:
计算可用三段法即找出浓度可变的反应物、产物在起始时、转化的、平衡时的浓度,然后带入速率(变化浓度)、平衡常数表达式(平衡时生成物浓度系数次幂的乘积与反应物系数次幂乘积的比值)进行计算即可。
注意:
带入式子的物质一定浓度可变、一定是平衡浓度。
水为气态时,要带入平衡表达式;
在液态或溶液中时,水不要带入平衡表达式。
三段法是解化学平衡的基础,它强调解题应按一定的基本步骤进行。
书写三段式(浓度)
mA(g) + nB(g)pC(g)+qD(g)
c(起始)ab00
c(变化)mxnxpxqx
c(平衡)a-mxb-nxpxqx
书写计算公式
速率计算:
v(B)=△c(B)/△t
平衡常数计算:
K=cp(C)·
cq(D)/cm(A)·
cn(B)
带入相关数值(带浓度单位)
v(B)=nx/△t
K=cp(px)·
cq(qx)/cm(a-mx)·
cn(b-nx)
注意带单位
3.与盖斯定律有关的计算:
(1)计算模式:
[方式一]若有(a)A(g)+M(g)===B(g)ΔH1(b)A(l)+M(g)===B(g)ΔH2(c)A(g)===A(l)ΔH3则(c)=(a)-(b),即:
ΔH3=ΔH1-ΔH2。
[方式二]若有(a)A(s)+M(g)===B(s)ΔH1(b)C(s)+M(g)===D(s)ΔH2(c)A(s)+D(s)===B(s)+C(s) ΔH3则(c)=(a)-(b),即:
(2)计算要领:
①当反应方程式乘以或除以某数时,ΔH也应乘以或除以某数。
②反应式进行加减运算时,ΔH也同样要进行加减运算,且要带“+”、“-”,即把ΔH看作一个整体进行运算。
③通过盖斯定律计算反应热和比较反应热的大小时,同样要把ΔH看作一个整体。
④在设计反应过程时常会遇到同一物质固、液、气三态的相互转化,状态由固→液→气时,会吸热,反之会放热。
⑤当设计的反应逆向进行时,其反应热与正反应的反应热数值相等,符号相反。
例1软锰矿(主要成分MnO2,杂质金属元素Fe、Al、Mg等)的水悬浊液与烟气中SO2反应可制备
MnSO4·
H2O,反应的化学方程式为MnO2+SO2===MnSO4。
(1)质量为17.40g纯净MnO2最多能氧化________L(标准状况)SO2。
(2)已知:
Ksp[Al(OH)3]=1×
10-33,Ksp[Fe(OH)3]=3×
10-39,pH=7.1时Mn(OH)2开始沉淀。
室温下,除
MnSO4溶液中的Fe3+、Al3+(使其浓度均小于1×
10-6mol·
L-1),需调节溶液pH范围为________。
(3)准确称取0.1710gMnSO4·
H2O样品置于锥形瓶中,加入适量H3PO4和NH4NO3溶液,加热使Mn2+全部氧化成Mn3+,用c(Fe2+)=0.0500mol·
L-1的标准溶液滴定至终点(滴定过程中Mn3+被还原为Mn2+),消耗Fe2+溶液20.00mL。
计算MnSO4·
H2O样品的纯度(请给出计算过程)。
答案
解析
(1)4.48
(2)5.0<
pH<
7.1
(3)n(Fe2+)=0.0500mol·
L-1×
=1.00×
10-3mol
n(Mn2+)=n(Fe2+)=1.00×
m(MnSO4·
H2O)=1.00×
10-3mol×
169g·
mol-1=0.169g
H2O样品的纯度:
×
100%=98.8%
(3)Mn2+先转化成Mn3+,Mn元素的量没有改变,依据反应Mn3++Fe2+===Mn2++Fe3+知,消耗的Fe2+的物质的量等于Mn3+的物质的量,所以n(MnSO4·
H2O)=n(Mn2+)=n(Mn3+)=n(Fe2+)=0.05mol/L×
0.02L=0.001mol,MnSO4·
H2O的纯度为×
例2Bodensteins研究了下列反应:
2HI(g)H2(g)+I2(g),在716K时,气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表:
t/min
20
40
60
80
120
x(HI)
1
0.91
0.85
0.815
0.795
0.784
0.60
0.73
0.773
0.780
(1)根据上述实验结果,该反应的平衡常数K的计算式为________。
(2)上述反应中,正反应速率为v正=k正x2(HI),逆反应速率为v逆=k逆x(H2)x(I2),其中k正、k逆为速率常数,则k逆为________(以K和k正表示)。
若k正=0.0027min-1,在t=40min时,v正=________min-1。
(3)由上述实验数据计算得到v正~x(HI)和v逆~x(H2)的关系可用下图表示。
当升高到某一温度时,反应重新达到平衡,相应的点分别为________(填字母)。
(1)
(2) 1.95×
10-3
(3)AE
(2)建立平衡时,v正=v逆,即k正x2(HI)=k逆x(H2)·
x(I2),k逆=k正。
由于该反应前后气体分子数不变,故k逆=k正=k正=。
在40min时,x(HI)=0.85,则v正=0.0027min-1×
0.852≈1.95×
10-3min-1。
(3)因2HI(g)H2(g)+I2(g) ΔH>0,升高温度,v正、v逆均增大,且平衡向正反应方向移动,HI的物质的量分数减小,H2、I2的物质的量分数增大。
因此,反应重新达到平衡后,相应的点分别应为A点和E点
例3
(1)已知:
①Al2O3(s)+3C(s)===2Al(s)+3CO(g)ΔH1=+1344.1kJ·
mol-1 ②2AlCl3(g)===2Al(s)+3Cl2(g)ΔH2=+1169.2kJ·
mol-1,由Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式为
____________________________。
(2)烟气(主要污染物SO2、NOx)经O3预处理后用CaSO3水悬浮液吸收,可减少烟气中SO2、NOx的含量。
O3氧化烟气中SO2、NOx的主要反应的热化学方程式为:
①NO(g)+O3(g)===NO2(g)+O2(g)ΔH1=-200.9kJ·
mol-1②NO(g)+O2(g)===NO2(g) ΔH2=-58.2kJ·
mol-1,则反应3NO(g)+O3(g)===3NO2(g)的ΔH=______kJ·
mol-1。
(3)已知温度为T时:
①CH4(g)+2H2O(g)===CO2(g)+4H2(g)ΔH1=+165kJ·
mol-1②CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g)ΔH2=-41kJ·
贮氢合金ThNi5可催化由CO、H2合成CH4的反应。
温度为T时,该反应的热化学方程式为__________________________。
(1)Al2O3(s)+3C(s)+3Cl2(g)===2AlCl3(g)+3CO(g) ΔH=+174.9kJ·
mol-1
(2)-317.3
(3)CO(g)+3H2(g)===CH4(g)+H2O(g)ΔH=-206kJ·
(1)方程式②颠倒过来,反应热的数值不变,符号相反可得③2Al(s)+3Cl2(g)===2AlCl3(g) ΔH3=-ΔH2=-1169.2kJ·
根据盖斯定律由①+③可得Al2O3(s)+3C(s)+3Cl2(g)===2AlCl3(g)+3CO(g) ΔH=ΔH1+ΔH3=+174.9kJ·
mol-1即为Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程
1.FeCl3是一种很重要的铁盐,主要用于污水处理,具有效果好、价格便宜等优点。
工业上可将铁屑溶于盐酸中,先生成FeCl2,再通入Cl2氧化来制备FeCl3溶液。
(1)将标准状况下的aL氯化氢气体溶于100g水中,得到盐酸的密度为bg·
mL-1,则该盐酸的物质的量
浓度是______________________。
(2)向100mL的FeBr2溶液中通入标准状况下Cl23.36L,反应后的溶液中Cl-和Br-的物质的量浓度相
等,则原FeBr2溶液的物质的量浓度为__________________。
(3)FeCl3溶液可以用来净水,其净水的原理为____________________________________(用离子方程式表示)。
用100mL2mol·
L-1的FeCl3溶液净水时,生成具有净水作用的微粒数________(填“大于”“等
于”或“小于”)0.2NA。
2.已知:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=Q,其平衡常数随温度变化如下表所示:
温度/℃
400
500
850
平衡常数
9.94
9
请回答下列问题:
(1)上述反应的化学平衡常数表达式为________,该反应的Q________0(填“>
”或“<
”)。
(2)850℃时在体积为10L反应器中,通入一定量的CO和H2O(g),发生上述反应,CO和H2O(g)浓度变化如图所示,则0~4min时平均反应速率v(CO)=________。
(3)若在500℃时进行,且CO、H2O(g)的起始浓度均为0.020mol·
L-1,该条件下,CO的最大转化率为______。
(4)若在850℃时进行,设起始时CO和H2O(g)共为1mol,其中水蒸气的体积分数为x,平衡时CO的转化率为y,试推导y随x变化的函数关系式为________。
3.为了合理利用化学能,确保安全生产,化工设计需要充分考虑化学反应的焓变,并采取相应措施。
化学反应的焓变通常用实验进行测定,也可进行理论推算。
(1)实验测得5g甲醇在氧气中充分燃烧生成二氧化碳气体和液态水时释放出113.5kJ的热量,试写出甲醇燃烧的热化学方程式:
__________________________________________。
(2)由气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量叫键能。
从化学键的角度分析,化学反应的过程就是反应物的化学键被破坏和生成物的化学键的形成过程。
在化学反应过程中,拆开化学键需要消耗能量,形成化学键又会释放能量。
化学键
H—H
N—H
N≡N
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- 微专题三 化学计算 专题 化学 计算