2020届高三化学二轮复习：化学反应原理综合题的研究——化学平衡与电解质溶液的结合【核心突破、经典例题

《高考12题逐题突破》：

化学反应原理综合题的研究

——化学平衡与电解质溶液的结合

【核心突破】

1．题型特点

此类试题以元素及化合物、化学平衡知识为主题，借助图像、图表的手段考查相关联的知识。主要考查点：

(1)反应现象的描述。

(2)氧化还原反应、原电池与电解池、陌生离子方程式的书写。

(3)化学键与反应的热效应计算、信息条件下速率计算、平衡常数的计算、K sp的计算。

(4)平衡的影响因素、平衡移动与图像及相关原因的分析。

2．解题技巧

(1)浏览全题，根据题目提供的信息，结合相关基础知识，先对简单问题进行解答

(2)化学反应速率的影响因素的实验探究

影响化学反应速率的探究实验中，控制变量是关键。

(3)化学平衡常数及平衡转化率的计算

平衡常数的计算可用三段式法，即找出浓度可变的反应物、生成物在起始时、转化的、平衡时的浓度，然后代入平衡常数表达式(平衡时生成物浓度化学计量数次幂的乘积与反应物浓度化学计量数次幂乘积的比值)进行计算。

(4)对于电化学类试题，首先判断是原电池还是电解池，然后分析电极类别，书写电极反应式，按电极反应式进行相关计算。

(5)对于电解质溶液类试题，要明确溶液中的物质类型及其可能存在的平衡类型，然后进行解答。

有关K sp的计算往往与pH的计算结合起来，要注意pH与c(OH－)浓度关系的转换，难溶电解质的悬浊液即为其沉淀溶解平衡状态，符合相应条件下的K sp的值。

【提升训练答案+解析】

1．硫单质及其化合物在化工生产等领域应用广泛。

(1)工业尾气中的SO

2一直是环境污染的主要原因之一，工业上常采用氨水将SO

2

转化为NH

4HSO

3

，再氧化为(NH

4

)

2

SO

4

的方法降低尾气中的含硫量。

实验测得NH

4HSO

3

溶液中

c SO2－

3

c H

2

SO

3

＝1 500，则溶液的pH为________________。

(已知：H

2SO

3

的K a1＝1.5×10－2，K a2＝1.0×10－7)

(2)煤制得的化工原料气中含有羰基硫(O===C===S)，该物质可转化为H

2

S，反应为

COS(g)＋H

2(g)H

2

S(g)＋CO(g) ΔH＞0。

①恒温、恒容条件下，密闭容器中发生上述反应，下列事实不能说明反应达到平衡状态的是________(填字母)。

a．COS的浓度保持不变

b．化学平衡常数不再改变

c．混合气体的密度不再改变

d．形成2 mol H—S键的同时形成1 mol H—H键

②T1℃时，在恒容的密闭容器中，将定量的CO和H2S混合加热并达到平衡：H2S(g)＋CO(g)COS(g)＋H

2

(g) K＝0.25。则该温度下反应COS(g)＋H2(g)

H 2S(g)＋CO(g)的平衡常数K ′＝____________。

T 1 ℃时，向容积为10 L 的恒容密闭容器中充入1 mol COS(g)和1 mol H 2(g)，达到平衡时COS 的转化率为______________________。 (3)过二硫酸(H 2S 2O 8)是一种强氧化性酸，其结构式为

①在Ag ＋催化作用下，S 2O 2－8能与Mn 2＋在水溶液中发生反应生成SO 2－4和MnO －

4，1 mol S 2O 2－8能氧化的Mn

2＋的物质的量为________ mol 。 ②工业上可用惰性电极电解硫酸和硫酸铵混合溶液制备过二硫酸铵。则阳极的电极反应式为

________________________________________________________________________。 答案 (1)6

(2)①bc ②4 66.7% (3)①0.4 ②2SO 2－4－2e －===S 2O 2－8

解析 (1)K a1＝

c H ＋·c HSO －3c H 2SO 3

，K a2＝

c H ＋·c SO 2－

3

c HSO －3

，K a1·K a2＝c 2(H

＋

)·c SO 2－

3

c H 2SO 3

＝1.5×10－2×1.0×10－7，则c (H ＋)＝1×10－6 mol ·L －1，溶液的pH 为6。

(2)①a 项，COS 的浓度保持不变，说明化学反应达到平衡状态；b 项，化学平衡常数只和温度有关，不受浓度影响，所以化学平衡常数不变不能作为判断平衡的依据；c 项，混合气体的密度为m V

，恒容V 为定值，都是气体，所以m 不变，故不能说明；d 项，形成2 mol H —S 键的同时形成1 mol H —H 键，说明正、逆反应速率相等，故可以作为判断平衡的标志。

②T 1 ℃时，H 2S(g)＋CO(g)COS(g)＋H 2(g)的K ＝c COS ·c H 2c CO ·c H 2S

＝0.25，COS(g)＋H 2(g)H 2S(g)＋CO(g)的K ′＝

c H 2S ·c CO

c COS ·c H 2

＝

1

0.25

＝4。 T 1 ℃时，设平衡时COS 的变化浓度为x mol ·L －1， COS(g)＋H 2(g)===H 2S(g)＋CO(g) 初始浓度/mol ·L －1 0.1 0.1 0 0 变化浓度/mol ·L －1 x x x x 平衡浓度/mol ·L －1 0.1－x 0.1－x x x

K ′＝

x 20.1－x

2＝4，x ≈0.066 7，COS 的转化率为

0.066 7

0.1

×100%＝66.7%。 (3)①设1 mol S 2O 2－

8能氧化Mn 2＋的物质的量为x mol ，

5S 2O 2－8＋2Mn 2＋＋8H 2O===10SO 2－4＋2MnO －4＋16H ＋

5 mol 2 mol 1 mol x mol

x ＝0.4。

②用惰性电极电解硫酸和硫酸铵混合溶液制备过二硫酸铵。阳极发生SO 2－4失电子生成S 2O 2－8的反应，电极反应式为2SO 2－4－2e －===S 2O 2－8。

2．砷酸H 3AsO 4、亚砷酸H 3AsO 3是两种弱酸。回答下列问题： (1)已知：①4As(s)＋5O 2(g)===2As 2O 5(s) ΔH 1

②As(s)＋3

2

H

2

(g)＋2O

2

(g)===H

3

AsO

4

(s) ΔH2

③氢气的燃烧热ΔH3

则As

2O

5

(s)＋3H

2

O(l)===2H

3

AsO

4

(s) ΔH4＝______________。

(2)常温下，向x mL 0.1 mol·L－1 H3AsO4溶液中滴加0.1 mol·L－1 KOH溶液，混合溶液中由水电离的c水(H＋)与KOH溶液的体积之间的关系如图1所示。

①D点对应溶液的pH________(填“＞”“＜”或“＝”)7。

②x＝__________。

(3)在一定温度下，向某容器中加入一定量的Na

3AsO

3

、I

2

和NaOH溶液，发生反应：

AsO3－

3＋I

2

＋2OH－AsO3－

4

＋2I－＋H

2

O，AsO3－

3

的转化率[α(AsO3－3)]与时

间的关系如图2所示，测得F点对应溶液中c(I2)＝0.2 mol·L－1、c(I－)＝0.4 mol·L －1，且溶液pH＝13。

①E点：v正______(填“＞”“＜”或“＝”，下同)v逆；E点的v正______G点的v 逆

。

②下列情况表明该反应达到平衡状态的是__________(填字母)。

a．2v正(I－)＝v逆(AsO3－3)

b．溶液颜色不再变化

c．溶液的pH不再变化

d．溶液中c AsO3－

4

c I－

不再变化

③在该条件下，上述反应的平衡常数K＝____________(用含m的代数式表示)。

(4)为了证明AsO3－

3＋I

2

＋2OH－AsO3－

4

＋2I－＋H

2

O存在化学平衡，设计

如图3所示实验。

关闭K时，发现右侧烧杯中溶液颜色逐渐变浅，写出此时负极的电极反应式：_____________________________________________________________________ ___。

为了证明上述反应存在平衡，操作方法是____________________________________。

答案(1)2ΔH2－1

2

ΔH1－3ΔH3(2)①＞②10 (3)①＞＞②bc ③

80m

1－m

(4)AsO3－

3＋2OH－－2e－===AsO3－

4

＋H

2

O 向右侧烧杯中加入KI(或向左侧烧杯中滴加

适量的稀硫酸等其他合理答案)

解析(1)根据氢气的燃烧热写出③H

2(g)＋

1

2

O

2

(g)===H

2

O(l) ΔH3，由盖斯定律

知，可由②×2－①×1

2

－③×3得到目标反应，则ΔH4＝2ΔH2－

1

2

ΔH1－3ΔH3。(2)

①由图1知，C点时水的电离程度最大，说明H

3AsO

4

和KOH恰好完全反应生成了

K

3AsO

4

和H

2

O，溶液呈碱性。在C点之后，继续滴加KOH溶液，则D点一定呈碱性。

②根据H

3AsO

4

与KOH以物质的量之比为1∶3反应知V(H3AsO4溶液)＝10 mL。(3)

①E点对应的反应未达到平衡，正反应速率大于逆反应速率。②v

正

AsO3－

3

v

正

I－

＝

1

2

，

所以，2v正(I－)＝4v正(AsO3－3)，当满足a条件时v逆(AsO3－3)＞v正(AsO3－3)，反应向左进行，a错误；产物浓度之比始终是定值，d错误。③设起始时c(AsO3－3)＝c mol·L

－1，则平衡时c(AsO3－

4

)＝c×m mol·L－1，转化的c(AsO3－3)＝c(1－m) mol·L－1，pH＝13，c(OH－)＝0.1 mol·L－1。代入数据进行计算：K＝

c2I－·c AsO3－

4

c AsO3－

3·c I2·c2OH－

＝

0.42×c×m

c1－m×0.2×0.12

＝

80m

1－m

。(4)溶液颜色

变浅，说明碘单质的浓度减小，反应向右进行；左侧石墨极为负极，负极的反应

式为AsO3－

3＋2OH－－2e－===AsO3－

4

＋H

2

O；右侧石墨为正极，正极的反应式为I

2

＋2e

－===2I－。为了证明AsO3－

3＋I

2

＋2OH－AsO3－

4

＋2I－＋H

2

O存在化学平衡，

必须改变条件使反应向左进行，可在左侧烧杯中加入无还原性酸，如稀硫酸；或在右侧烧杯中加入KI，增大KI浓度。若右侧烧杯中溶液颜色加深，则反应向左进行，证明上述反应存在平衡移动。

3．对废(尾)气中的氮氧化物、二氧化硫等进行必要处理，减少它们的排放，让空气更加清洁是环境科学的重要课题之一，也是“打赢蓝天保卫战”的重要举措。分析有关氮氧化物、二氧化硫的反应，并回答相关问题：

(1)已知：N

2(g)＋O

2

(g)===2NO(g)

ΔH1＝＋180.5 kJ·mol－1

C(s)＋O

2(g)===CO

2

(g) ΔH2＝－393.5 kJ·mol－1

2C(s)＋O

2

(g)===2CO(g) ΔH3＝－221.0 kJ·mol－1

若某反应的平衡常数表达式为K＝c N

2

·c2CO2

c2NO·c2CO

，请写出此反应的热化学方

程式：_____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ ___。

(2)利用汽油中挥发出来的烃类物质(C x H y)催化还原汽车尾气中的NO气体可消除由此产生的污染，该过程的化学方程式为_______________________________________________

_____________________________________________________________________ ___。

(3)废气中的SO

2

经过净化后与空气混合进行催化氧化等一系列反应后可制取硫

酸，其中SO

2发生催化氧化的反应为2SO

2

(g)＋O

2

(g)2SO

3

(g)。往一

固定体积的密闭容器中通入SO

2和O

2

[其中n(SO2)∶n(O2)＝2∶1]，在不同温度下

测得容器内总压强与反应时间的关系如图所示。

①图中A点处SO

2

的转化率为__________。

②C点的正反应速率v C(正)与A点的逆反应速率v A(逆)的大小关系为

v

C

(正)________(填“＞”“＜”或“＝”)v A(逆)。

③图中B点用压强表示的平衡常数K p＝________(用平衡分压代表平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。

(4)工业上常用氨水吸收二氧化硫，可生成(NH

4)

2

SO

3

。判断常温下(NH

4

)

2

SO

3

溶液的

酸碱性并说明判断依据____________________________________________。(已

知常温下NH

3·H

2

O的K b＝1.8×10－5；H2SO3的K a1＝1.3×10－2，K a2＝6.3×10－8)

答案(1)2NO(g)＋2CO(g)N

2(g)＋2CO

2

(g) ΔH＝－746.5 kJ·mol

－1(2)4C

x H y＋(8x＋2y)NO=====

催化剂

4x CO2＋(4x＋y)N2＋2y H2O (3)①45% ②＞

③24 300 (4)溶液显碱性，K b(NH3·H2O)大于K a2(H2SO3)，SO2－3的水解程度比NH＋4大(其他合理解释也可)

解析(1)根据该反应的平衡常数表达式K＝c N

2

·c2CO2

c2NO·c2CO

，可知该反应为

2NO(g)＋2CO(g)N

2(g)＋2CO

2

(g) ΔH，将题给的三个热化学方程式

依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，由②×2－③－①得到2NO(g)＋

2CO(g)N

2(g)＋2CO

2

(g) ΔH＝－746.5 kJ·mol－1。(2)用烃催化还原

NO气体以消除由此产生的污染，可知反应生成无污染的N

2、CO

2

和H

2

O，根据得失

电子守恒、原子守恒可写出并配平化学方程式。(3)①设起始通入的SO

2

为2a mol，

O

2

为a mol，在A点时，O2转化了x mol，根据三段式法进行计算：

2SO

2(g)＋O

2

(g)2SO

3

(g)

起始/mol 2a a 0 转化/mol 2x x 2x A点时/mol 2a－2x a－x 2x

在恒温恒容条件下，气体压强之比等于物质的量之比，故

2a＋a

2a－2x＋a－x＋2x

＝

0.10 0.085，解得x＝0.45a，则A点SO2的转化率α(SO2)＝

0.45a mol×2

2a mol

×100%＝45%。

②T1条件下，由A到B，反应趋向平衡，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，B点时反应处于平衡状态，故v A(逆)＜v B(逆)＝v B(正)。又由题图知，T2条件下反应先达到平衡，则T2＞T1，由B到C，温度升高，反应速率加快，故v C(正)＞v B(正)＝v B(逆)＞v A(逆)。③设起始通入2b mol SO2，b mol O2，在B点反应达到平衡时O

2

转化了y mol，根据三段式法进行计算：

2SO

2(g)＋O

2

(g)2SO

3

(g)

起始/mol 2b b 0 转化/mol 2y y 2y 平衡/mol 2b－2y b－y 2y

在恒温恒容条件下，气体压强之比等于物质的量之比，故

2b＋b

2b－2y＋b－y＋2y

＝

0.10 0.07，解得y＝0.9b，故K p＝

p2SO

3

p2SO

2

·p O2

＝

0.07×

1.8b

2.1b

2

0.07×

0.2b

2.1b

2×0.07×

0.1b

2.1b

＝24 300。(4)NH＋

4水解生成了H＋和NH

3

·H

2

O，使溶液显酸性，而SO2－

3

水解生成了

OH－和HSO－

3

，使溶液显碱性，由于K b(NH3·H2O)大于K a2(H2SO3)，说明NH＋4的水解程

度小于SO2－

3的水解程度，故(NH

4

)

2

SO

3

溶液显碱性。