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核心素养微专题四大平衡常数(K a、K h、K w、K sp)的综合应用1.四大平衡常数的比较常数符号适用体系影响因素表达式水的离子积常数Kw任意水溶液温度升高,Kw增大Kw=c(OH-)·c(H+)电离常数酸K a弱酸溶液升温,K值增大HA H++A-,电离常数K a= 碱K b弱碱溶液BOH B++OH-,电离常数K b=盐的水解常数Kh盐溶液升温,K h值增大A-+H2OOH-+HA,水解常数K h=溶度积常数Ksp难溶电解质溶液升温,大多数K sp值增大M m A n的饱和溶液:K sp=c m(M n+)·c n(A m-)2.四大平衡常数的应用(1)判断平衡移动的方向Qc与K的关系平衡移动方向溶解平衡Qc>K逆向沉淀生成Qc=K不移动饱和溶液Qc<K正向不饱和溶液(2)常数间的关系。
①K h=②K h=(3)判断离子浓度比值的大小变化。
如将NH3·H2O溶液加水稀释,c(OH-)减小,由于电离平衡常数为,此值不变,故的值增大。
(4)利用四大平衡常数进行有关计算。
【典例】(2019·武汉模拟)(1)用0.1 mol·L-1 NaOH溶液分别滴定体积均为20.00 mL、浓度均为0.1 mol·L-1的盐酸和醋酸溶液,得到滴定过程中溶液pH随加入NaOH溶液体积而变化的两条滴定曲线。
①滴定醋酸的曲线是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
②V1和V2的关系:V1________V2(填“>”“=”或“<”)。
(2)25 ℃时,a mol·L-1的醋酸与0.01 mol·L-1的氢氧化钠溶液等体积混合后呈中性,则醋酸的电离常数为________。
(用含a的代数式表示)。
【审题流程】明确意义作判断,紧扣关系解计算【解析】(1)①醋酸为弱酸,盐酸为强酸,等浓度时醋酸的pH大,曲线Ⅱ为滴定盐酸曲线,曲线Ⅰ为滴定醋酸曲线,答案填Ⅰ;②醋酸和氢氧化钠恰好完全反应时,得到的醋酸钠溶液显碱性,要使溶液pH=7,需要醋酸稍过量,而盐酸和氢氧化钠恰好完全反应,得到的氯化钠溶液显中性,所以。
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核心素养微专题四大平衡常数(K a、K h、K w、K sp)的综合应用1.四大平衡常数的比较常数符号适用体系影响因素表达式水的离子积常数K w任意水溶液温度升高,K w增大K w=c(OH-)·c(H+)电离常数酸K a弱酸溶液升温,K值增大HA H++A-,电离常数K a=碱K b弱碱溶液BOH B++OH-,电离常数K b=盐的水解常数K h盐溶液升温,K h值增大A-+H2OOH-+HA,水解常数K h=溶度积常数K sp难溶电解质溶液升温,大多数K spM m A n的饱和溶液:K sp=c m(M n+)·值增大c n(A m-)2.四大平衡常数的应用(1)判断平衡移动的方向Q c与K的关系平衡移动方向溶解平衡Q c>K逆向沉淀生成Q c=K不移动饱和溶液Q c<K正向不饱和溶液(2)常数间的关系。
①K h=②K h=(3)判断离子浓度比值的大小变化。
如将NH3·H2O溶液加水稀释,c(OH-)减小,由于电离平衡常数为,此值不变,故的值增大。
(4)利用四大平衡常数进行有关计算。
【典例】(2019·武汉模拟)(1)用0.1 mol·L-1NaOH溶液分别滴定体积均为20.00 mL、浓度均为0.1 mol·L-1的盐酸和醋酸溶液,得到滴定过程中溶液pH随加入NaOH溶液体积而变化的两条滴定曲线。
①滴定醋酸的曲线是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
②V1和V2的关系:V1________V2(填“>”“=”或“<”)。
(2)25 ℃时,a mol·L-1的醋酸与0.01 mol·L-1的氢氧化钠溶液等体积混合后呈中性,则醋酸的电离常数为________。
(用含a的代数式表示)。
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核心素养微专题化学反应速率和平衡图象的分析1.化学反应速率平衡图象的基本类型(1)速率-时间图象此类图象定性揭示了v(正)、v(逆)随时间(含条件改变对化学反应速率的影响)变化规律,体现了平衡的“动、等、定、变”的基本特征,以及平衡移动方向等。
反应N 2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0的速率如图所示。
(2)浓度-时间图象(c-t图象)此类图象能说明各平衡体系组分(或某一成分)的物质的量浓度在反应过程中的变化情况。
此类图象中各物质曲线的折点(达平衡)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。
如图所示:(3)速率—条件图象(v -T或v -p图象)正、逆反应速率随温度或压强的变化曲线,增大、减小方向一致,但倍数不同。
用于判断反应的ΔH或气体体积关系。
如图所示:(4)恒压(温)曲线该类图象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),常见类型有如下图所示的两种情况:(5)量—时间—温度(压强)图象在化学平衡图象中,先出现拐点的反应则先达到平衡,先出现拐点的曲线表示的温度较高(压强较大)。
Ⅰ.表示T2>T1,正反应是放热反应,温度升高,平衡逆向移动。
Ⅱ.表示p2>p1,压强增大,A的转化率减小,平衡逆向移动。
说明正反应是气体总体积增大的反应。
Ⅲ.生成物C的百分含量不变,说明平衡不发生移动,但反应速率a>b,故a可能使用了催化剂;也可能该反应是反应前后气体总体积不变的可逆反应,a增大了压强(压缩体积)。
2.解题方法——“三看两原则”3.思维建模——解题四步骤【典例】(2019·全国卷Ⅱ改编)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体,该反应为可逆反应。
不同温度下,溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示,下列说法正确的是 ( )①T1>T2②a点的反应速率小于c点的反应速率③a点的正反应速率大于b点的逆反应速率④b点时二聚体的浓度为0.45 mol·L-1A.①②B.②④C.①③D.③④【思维建模】解答速率平衡图象的思维流程一般为【解析】选D。
新教材高考化学微专题小练习：专练5 化学与STSE一、单项选择题1．[2022·广东卷]中华文明源远流长，在世界文明中独树一帜，汉字居功至伟。
随着时代发展，汉字被不断赋予新的文化内涵，其载体也发生相应变化。
下列汉字载体主要由合金材料制成的是( )2.[2021·广东卷]今年五一假期，人文考古游持续成为热点。
很多珍贵文物都记载着中华文明的灿烂成就，具有深邃的文化寓意和极高的学术价值。
下列国宝级文物主要由合金材料制成的是( )3.[2022·四川广安二中月考]下面的“诗”情“化”意，分析正确的是( )A.“粉身碎骨浑不怕，要留清白在人间”只发生了物理变化B.“日照澄州江雾开”中伴有丁达尔效应C.杜康用高粱酿酒的原理，是通过蒸馏法将高粱中的乙醇分离出来D.“绿蚁新醅酒，红泥小火炉”，“新醅酒”即新酿的酒，在酿酒过程中，葡萄糖发生了水解反应4．[2022·合肥九中月考]《中国诗词大会》不仅弘扬了中国传统文化，还蕴含着许多化学知识，下列诗词分析不正确的是( )A.李白诗句“日照香炉生紫烟，遥看瀑布挂前川”，“紫烟”指“香炉”中碘升华的现象B.刘禹锡诗句“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金”，金性质稳定，可通过物理方法得到C.王安石诗句“爆竹声中一岁除，春风送暖入屠苏”，爆竹的燃放涉及氧化还原反应D.曹植诗句“煮豆燃豆萁，豆在釜中泣”，这里的能量变化主要是化学能转化为热能5．化学与生活、生产、社会息息相关。
下列有关说法不正确的是( )A.古成语“刀耕火耨”，其化学原理是以灰肥田，并可以有效降低土壤的酸度B.东汉蔡伦用树皮、破渔网、破布、麻头等作为原料，制造成较低成本的书写纸，史称“蔡侯纸”。
“蔡侯纸”的主要成分可能是天然纤维C.《本草纲目》中“凡酸坏之酒，皆可蒸烧”，“以烧酒复烧二次……价值数倍也”用到的实验方法是蒸馏D.《本草经集注》中记载了利用“焰色反应”区分硝石和芒硝的方法：“以火烧之，紫青烟起，乃真硝石也”。
微专题五 电化学思维建模一、新型电源及电化学反应式书写1.电极反应式书写的一般步骤(类似氧化还原反应方程式的书写)2.已知总方程式，书写电极反应式 (1)书写步骤①步骤一：写出电池总反应式，标出电子转移的方向和数目(n e －)。
②步骤二：找出正、负极，失电子的电极为负极；确定溶液的酸碱性。
③步骤三：写电极反应式。
负极反应：还原剂－n e －===氧化产物 正极反应：氧化剂＋n e －===还原产物 (2)书写技巧若某电极反应式较难写时，可先写出较易的电极反应式，用总反应式减去较易写的电极反应式，即可得出较难写的电极反应式。
如：CH 3OCH 3(二甲醚)酸性燃料电池中： 总反应式：CH 3OCH 3＋3O 2===2CO 2＋3H 2O 正极：3O 2＋12H ＋＋12e －===6H 2O负极：CH 3OCH 3＋3H 2O －12e －===2CO 2＋12H ＋特别提醒 简单电极反应中转移的电子数，必须与总方程式中转移的电子数相同。
3.氢氧燃料电池在四种常见介质中的电极反应总结负极⎩⎪⎨⎪⎧H 2－2e －===2H ＋酸作介质H 2－2e －＋2OH －===2H 2O 碱作介质H 2－2e－＋O 2－===H 2O熔融金属氧化物作介质H 2－2e－＋CO 2－3===H 2O ＋CO 2熔融碳酸盐作介质正极⎩⎪⎨⎪⎧O 2＋4e －＋4H ＋===2H 2O酸作介质O 2＋4e －＋2H 2O===4OH －碱作介质O 2＋4e－===2O 2－熔融金属氧化物作介质O 2＋4e－＋2CO 2===2CO 2－3熔融碳酸盐作介质二、串联电池的两大模型 1．常见串联装置图模型一外接电源与电解池的串联(如图)A、B为两个串联电解池，相同时间内，各电极得失电子数相等。
模型二原电池与电解池的串联(如图)图乙显然两图中，A均为原电池，B均为电解池。
2．“串联”类电池的解题流程【专题精炼】1.我国科学家发明的水溶液锂电池为电动汽车发展扫除了障碍，装置原理如图所示，其中固体薄膜只允许Li＋通过。
2020年高考化学微专题复习《反应历程图像、基元反应、催化剂和活化能》2020年高考化学微专题复：反应历程图像、基元反应、催化剂和活化能研究活化能或能垒对化学发展具有重要意义，因为它可以从动力学角度分析反应速率问题，特别是一些比较慢的反应，如何加快反应，如何优化反应条件。
合成氨工业是典型的代表，目前尤其是电催化合成氨的研究层出不穷。
最近的一些模拟题考查了模拟微观反应历程的位能变化情况。
反应历程非常复杂，包括能垒和活化能等问题。
上次我们介绍了活化能与速率常数、温度等关系，并附上了高考真题进行了例析。
活化能有几个不同的意思，但是对于化学反应来说，它通常指的是反应物到过渡态之间的能量差。
这个能量差决定了反应的速率。
如果能垒很高，反应速率就会很慢。
但是，如果有催化剂存在，能垒就会降低，反应速率就会加快。
我们可以通过一个例子来说明这个问题。
例如，铁和硫的反应速率非常缓慢，但是加入催化剂铜后，反应速率就会显著加快。
在寻找最高能垒时，我们需要注意一些问题。
首先，反应历程中可能存在多个能垒。
其次，能垒的高度取决于反应物的结构和催化剂的种类。
因此，我们需要仔细探究反应历程中的各个步骤，才能找到最高能垒。
最近一些比较火的能量图像展示了反应历程中的势能差，以及在过渡态出现的前后步骤。
这些图像可以帮助我们更好地理解活化自由能、活化能或能垒的概念。
在讨论这些图像时，我们需要注意一些问题。
例如，非均相催化中，往往存在固体催化剂吸附的过程等。
此外，在解读文献时，我们需要注意文献的来源和准确性。
最后，这些图像给我们带来了一些启示，例如如何寻找活性位点等。
通过更深入地研究反应历程，我们可以更好地理解化学反应的本质，并为新材料和新反应的开发提供有力支持。
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核心素养微专题化学反应速率和平衡图象的分析1.化学反应速率平衡图象的基本类型(1)速率-时间图象此类图象定性揭示了v(正)、v(逆)随时间(含条件改变对化学反应速率的影响)变化规律,体现了平衡的“动、等、定、变”的基本特征,以及平衡移动方向等。
反应N 2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0的速率如图所示。
(2)浓度-时间图象(c-t图象)此类图象能说明各平衡体系组分(或某一成分)的物质的量浓度在反应过程中的变化情况。
此类图象中各物质曲线的折点(达平衡)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。
如图所示:(3)速率—条件图象(v -T或v -p图象)正、逆反应速率随温度或压强的变化曲线,增大、减小方向一致,但倍数不同。
用于判断反应的ΔH或气体体积关系。
如图所示:(4)恒压(温)曲线该类图象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),常见类型有如下图所示的两种情况:(5)量—时间—温度(压强)图象在化学平衡图象中,先出现拐点的反应则先达到平衡,先出现拐点的曲线表示的温度较高(压强较大)。
Ⅰ.表示T2>T1,正反应是放热反应,温度升高,平衡逆向移动。
Ⅱ.表示p2>p1,压强增大,A的转化率减小,平衡逆向移动。
说明正反应是气体总体积增大的反应。
Ⅲ.生成物C的百分含量不变,说明平衡不发生移动,但反应速率a>b,故a可能使用了催化剂;也可能该反应是反应前后气体总体积不变的可逆反应,a增大了压强(压缩体积)。
2.解题方法——“三看两原则”3.思维建模——解题四步骤【典例】(2019·全国卷Ⅱ改编)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体,该反应为可逆反应。
不同温度下,溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示,下列说法正确的是( )①T1>T2②a点的反应速率小于c点的反应速率③a点的正反应速率大于b点的逆反应速率④b点时二聚体的浓度为0.45 mol·L-1A.①②B.②④C.①③D.③④【思维建模】解答速率平衡图象的思维流程一般为【解析】选D。
由图知虚线对应的速率快,对应温度高,则T2>T1,①错误;由T2(c点)>T1(a点),但环戊二烯的浓度a点大于c点,则a点、c点的速率大小无法确定,②错误;a点、b点的温度相同,环戊二烯的浓度a点大于b点,则a点的正反应速率大于b点的正反应速率,b 点没有达到平衡状态,则b点的正反应速率大于b点的逆反应速率,③正确;b点时环戊二烯的浓度减少0.9 mol·L-1,则b点时二聚体的浓度为0.45 mol ·L -1,④正确。
1.以CO 2和NH 3为原料可合成尿素,反应为2NH 3(g)[CO (NH 2)2]+CO 2(g)CO(NH 2)2(s)+H 2O(g)。
达到平衡时,NH 3的转化率α随温度变化的情况如下图。
下列说法不正确的是( )A.该反应的ΔH <0B.若y 为压强,则y 1>y 2C.若y 表示反应起始时的水碳比,则y 1>y 2n (H 2O )n (CO 2)D.在恒温恒容(2L)的容器和绝热恒容(2L)容器中,分别加入2mol NH 3(g)和1mol CO 2(g),达到平衡时,恒温恒容体系中氨气的转化率大于绝热恒容体系中氨气的转化率【解析】选C 。
由图象可知,氨气的转化率随温度的升高而降低,因此,该反应是放热反应,A 项正确;正反应方向为压强减小的变化,因此压强越大,平衡越正向移动,氨气的转化率越高,所以y 1>y 2,B 项正确;起始时的水碳比越小,代表起始时CO 2越多,则氨气的转n (H 2O )n (CO 2)化率越高,因此y 1<y 2,C 项错误;在绝热恒容体系中加入反应物,反应正向进行,产生的热量提高了体系的温度,由于是放热反应,因此不利于反应的正向进行,氨气的转化率小于恒温恒容体系中氨气的转化率,D项正确。
2.不同条件下,用O2氧化a mol·L-1 FeCl2溶液过程中所测的实验数据如图所示。
下列分析或推测合理的是( )A.由①、②可知, pH越大,+2价铁越易被氧化B.由②、③推测,若pH>7,+2价铁更难被氧化C.由①、③推测,FeCl2被O2氧化的反应为放热反应D.60 ℃、pH=2.5时, 4 h内Fe2+的平均消耗速率大于0.15a mol·L-1·h-1【解析】选D。
由②、③可知, pH越小,+2价铁氧化速率越快,故A 错误;若pH>7,FeCl2变成Fe(OH)2,Fe(OH)2非常容易被氧化成Fe(OH),故B错误;由①、③推测,升高温度,相同时间内+2价铁的氧化率增3大,升高温度+2价铁的氧化速率加快,由图中数据不能判断反应的热效应,故C错误;50 ℃、pH=2.5时,4 h内Fe2+的氧化率是60%,即消耗0.6a mol·L-1,4 h内平均消耗速率等于0.15a mol·L-1·h-1,温度升高到60 ℃、pH=2.5时,+2价铁的氧化率速率加快,4 h内Fe2+的平均消耗速率大于 0.15a mol·L-1·h-1。
3.已知可逆反应X(g)+2Y(g)Z(g) ΔH<0,一定温度下,在体积为2 L的密闭容器中加入4 mol Y和一定量的X后,X的浓度随时间的变化情况如图所示,则下列表述正确的是( )A.达到平衡时,X、Y、Z物质的量之比为1∶2∶1B.a点正反应速率大于逆反应速率C.反应达平衡时,降低温度可以实现c到d的转化D.该条件下,反应达平衡时,X平衡转化率为25%【解析】选B。
分析图象和题给信息可知,起始加入X的物质的量为1 mol·L-1×2 L=2 mol,起始加入2 mol X、4 mol Y,达到平衡时X的浓度为0.25 mol·L-1,物质的量为0.25 mol·L-1×2 L=0.5 mol,消耗X物质的量2-0.5 mol=1.5 mol,结合化学方程式计算得到消耗Y物质的量为3 mol,生成Z物质的量为1.5 mol,则达到平衡时,X、Y、Z物质的量之比=0.5 mol∶(4 mol-3 mol)∶1.5mol=1∶2∶3,故A错误;由图象可知,a点尚未达到平衡状态,此时正反应速率大于逆反应速率,故B正确;该反应的ΔH<0,为放热反应,降低温度,平衡正向移动,X的浓度减小,不能实现c到d的转化,故C错误;利用三段式计算: X(g)+2Y(g)Z(g)起始浓度(mol·L-1)120转化浓度(mol·L-1)0.75 1.50.75平衡浓度(mol·L-1)0.250.50.75X平衡转化率为75%,故D错误。
4.有Ⅰ～Ⅳ四个体积均为0.5 L的恒容密闭容器,在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中按不同投料比(Z)充入HCl和O2(如下表),加入催化剂发生反应4HCl(g) +O 2(g)2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH,HCl的平衡转化率(α)与Z和温度(t)的关系如图所示。
下列说法正确的是( )起始时容器t/℃n(HCl)/mol ZⅠ3000.25aⅡ3000.25bⅢ3000.254A.ΔH>0,a<4<bB.300 ℃该反应的平衡常数的值为64C.容器Ⅲ某时刻处在R点,则R点的v(正)>v(逆),压强:p(R)>p(Q)D.若起始时,在容器Ⅳ中充入0.25 mol Cl2和0.25 mol H2O(g),300 ℃达平衡时容器中c(HCl)=0.1 mol·L-1【解析】选C。
图象中HCl转化率随温度升高而减小,说明升温平衡逆向移动,正反应为放热反应,ΔH<0,增大氧气的物质的量,可促进HCl 的转化,即投料比越小,HCl 转化率越大,可知a <4<b ,故A 错误;300 ℃时,Z ==4,n (HCl)=n (HCl )n (O 2)0.25 mol,n (O 2)=0.062 5 mol,体积为0.5 L,c (HCl)=0.5 mol·L -1,c (O 2)=0.125mol·L -1,HCl 转化率80%,HCl 的变化量为0.5 mol·L -1×80%=0.4 mol·L -1,4HCl(g)+O 2(g)2Cl 2(g)+2H 2O(g)起始量(mol·L -1)0.50.12500变化量(mol·L -1)0.40.10.20.2平衡量(mol·L -1)0.10.0250.20.2K ==640,故B 错误;容器Ⅲ,Z 为4,平衡转化率为0.22×0.220.14×0.02580%,R 点温度与Q 点相同,但转化率不同,R 点转化率小于平衡时转化率,可知R 点未达到平衡状态,反应正向进行,则R 点的v (正)>v (逆),此时压强大于平衡状态下的压强:p (R)>p (Q),故C 正确;若起始时,在0.5 L 容器Ⅳ中只充入0.25 mol Cl 2和0.25 mol H 2O(g),等效于在0.5 L 容器中充入0.5 mol HCl 和0.125 mol O 2,充入的HCl 和O 2物质的量为容器Ⅲ的两倍,相当于在容器Ⅲ的基础上增大压强,将体积缩小为原来的,增大压强平衡正向移动,12300 ℃达到平衡时0.1 mol·L -1<c(HCl)<0.2 mol·L-1,故D错误。
【加固训练】1.对反应a A(g)+b B(g)c C(g)+d D(g) ΔH,反应特点与对应的图象的说法中不正确的是( )A.图甲中,若p1>p2,则在较低温度下有利于该反应自发进行B.图乙中,若T2>T1,则ΔH<0且a+b=c+dC.图丙中,t1时刻改变的条件一定是使用了催化剂D.图丁中,若ΔH<0,则纵坐标不可能表示的是反应物的转化率【解析】选C。
图甲中压强一定时,温度越高,平衡体系中A%越大,说明升高温度,平衡逆向移动,则有ΔH<0;若p1>p2,温度一定时,压强越大,平衡体系中A%越小,则有a+b>c+d,ΔS<0;若使ΔH-TΔS<0,则在较低温度下有利于该反应自发进行,A正确。
