有气体参与的化学反应、化工生产要达到理想效果,控制反应体系气体的压强也是关键技术之一。
因此,每年高考题都会涉及这部分内容,也是高考化学卷的热点、难点。
本文探讨的就是高考化学题中的有关“压强”问题。
一、化学实验中的“压强”1.影响实验装置的“压强”例1(2014▪山东▪31节选)工业上常利用含硫废水生产Na2S2O3•5H2O,实验室可用如下装置(略去部分加持仪器)模拟生成过程。
烧瓶C中发生反应如下:Na2S(aq)+H2O(l)+SO2(g)=Na2SO3(aq)+H2S(aq)(I)2H2S(aq)+SO2(g)=3S(s)+2H2O(l)(II)S(s)+Na2SO3(aq)Na2S2O3(aq)(III)(1)仪器组装完成后,关闭两端活塞,向装置B中的长颈漏斗内注入液体至形成一段液注,若,则整个装置气密性良好。
装置D的作用是。
【答案】(1)液柱高度保持不变;防止倒吸;【点拨】在设计实验装置时,除以上两种(气密性检验,气体冷热不均)会造成气体压强变化外,还有气流快慢,气体极易溶于水等会造成气体压强变化;如例1中B装置的长颈漏斗,在实验过程中也是个安全瓶(防倒吸),能调节因气流快慢不同而造成的气体压强变化。
还有恒压分液漏斗的设计等等。
2.影响实验操作的“压强”例2(2015▪江苏▪21节选)B.实验化学]实验室以苯甲醛为原料制备间溴苯甲醛(实验装置见下图,相关物质的沸点见附表)。
其实验步骤为:步骤1:将三颈瓶中的一定配比的无水AlCl3、1,2-二氯乙烷和苯甲醛充分混合后,升温至60℃,缓慢滴加经浓硫酸干燥过的液溴,保温反应一段时间,冷却。
步骤2:将反应混合物缓慢加入一定量的稀盐酸中,搅拌、静置、分液。
有机相用10%NaHCO3步骤3:经洗涤的有机相加入适量无水MgSO4固体,放置一段时间后过滤。
步骤4:减压蒸馏有机相,收集相应馏分。
(5)步骤4中采用减压蒸馏技术,是为了防止_____。
附表相关物质的沸点(101kPa)物质溴苯甲醛沸点/℃58.8179物质1,2-二氯乙烷间溴苯甲醛沸点/℃83.5229【答案】(5)间溴苯甲醛被氧化。
【点拨】①.因为压强会影响气体体积,所以在气体的收集与体积测量操作时,必须注意气体内外压强的相等。
如以下量气装置。
②因为压强会影响气、液体的流动,所以操作时要注意气压的平衡,如分液漏斗打开活塞放液体之前,必须打开顶塞(或使顶塞上的凹槽与边缘上的小孔对齐)再如恒压分液漏斗的设。
【答案】(2)①气体红棕色逐渐变浅;②8NH + 6NO催===剂 7N + 12H O ;③ NaOH 溶液③因为压强会影响物质的性质,所以在混合物的分离、提纯操作时,会有加压或减压操作,如减压蒸发,减压蒸馏,加压升温结晶等,见例 2。
3.影响实验现象的“压强”例 3 (2016 ▪ 全国Ⅰ▪26 节选)氮的氧化物(NO x )是大气污染物之一,工业上在一定温度和催化剂条件下用 NH 3 将 NO x 还原生成 N 2。
某同学在实验室中对 NH 3 与 NO x 反应进行了探究。
(2)氨气与二氧化氮的反应将上述收集到的 NH 充入注射器 X 中,硬质玻璃管 Y 中加入少量催化剂,充入 NO (两32端用夹子 K 、K 夹好)。
12在一定温度下按图示装置进行实验。
操作步骤实验现象 解释原因打开 K ,推动注射器活塞,1使 X 中的气体缓慢通入 Y 管中将注射器活塞退回原处并固定,待装置恢复到室温Y 管中Y 管中有少量水珠②反应的化学方程式生态的气态水凝聚打开 K2③④化 3222倒吸入 Y 管;④当产物中的 H O 为液体时,反应过程中气体的总物质的量减小,恢复原体积后2装置中气压小于大气压。
【点拨】有气体参与的化学反应,实验过程中伴随气体物质的消耗和生成,使得反应体系的压强发生改变,进而影响实验现象。
如 2015▪广东▪33 题(2)按图 13 装置进行 NH 3 性质实验。
加入0.1molCO2和0.2molCO2,在不同温度下反应CO2(g)+c(s)2CO(g)达到平衡,平衡时剂c(CO2)V2O5A.反应CO2(g)+C(s)2CO(g)△△S>0、△H<0化剂V2O5先打开旋塞1,B瓶中的现象是产生白色的烟;原因是先打开旋塞1,氯化氢与氨气挥发出来,氯化氢与氨气反应生成了氯化铵小颗粒,氯化铵小颗粒形成白烟。
再打开旋塞2,B瓶中的现象是烧杯中的石蕊溶液会倒流进入到B瓶中,是因为气体参与反应后使得烧瓶内的压强变小,打开旋塞2后,大气压就会把烧杯中的溶液压到烧瓶中来,同时由于A中的HCl不可能全部进入B中,A中HCl过量,就算不能完全进入B瓶,B中的氨气也应能完全反应,形成氯化铵,石蕊溶液进入B中,B中的NH4Cl溶于石蕊溶液,溶液显酸性,所以石蕊试液显红色。
二、化学原理中的“压强”1.利用阿伏伽德罗定律解答化学平衡中的“压强”例4(2015▪江苏▪15)在体积均为1.0L的恒容密闭容器中加入足量的相同的碳粉,再分别高温、高压浓硫酸△催化Δ18 0催化随温度的变化如图所示(图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ点均处于曲线上)。
下列说法正确的是()高温、高压浓硫酸催Δ180℃催化剂充电放电催化剂ΔB.体系的总压强P总:P总(状态Ⅱ)>2P总(状态Ⅰ)C.体系中c(CO):c(CO,状态Ⅱ)<2c(CO,状态Ⅲ) D.逆反应速率V逆:V逆(状态Ⅰ)>V逆(状态Ⅲ)【答案】B Cα在体积均为 1.0L 的恒容密闭容器中 P 总(状态Ⅰ)是由(0.06+0.07)mol 气体粒子产生的,P 总(状态Ⅱ) 是由(0.26+0.07)mol 气体粒子产生的,根据阿伏伽德罗定律,恒温恒容条件下压强之比等于气体物质的量之比;加上温度的影响,P 总(状态Ⅱ)>2P 总(状态Ⅰ),故正确。
C 、在恒温恒容条件下,状态Ⅱ可以看作先通 0.1molCO 2,平衡后与状态ⅢCO 的浓度相等,再通入0.1molCO 2,建立相同的平衡,状态Ⅱ CO 的浓度等于 2 倍状态Ⅲ,但压缩体积后,相当增大压 强,平衡逆向移,因此c(CO ,状态Ⅲ) <c(CO ,状态Ⅱ)<2c(CO ,状态Ⅲ),故正确。
D 、温度越高,反应速率越快,V 逆(状态Ⅰ)<V 逆(状态Ⅲ),故错误。
【点拨】理想气体方程:PV=nRT ,由阿伏伽德罗定律可知:恒温恒容条件下压强之比等于气体物质的量之比。
2. 利用勒夏特列原理解答平衡移动中的“压强”例 5(2015▪全国Ⅱ▪27)甲醇是重要的化工原料,又可称为燃料。
利用合成气(主要成分为CO 、CO 2 和 H 2)在催化剂的作用下合成甲醇,发生的主反应如下:①CO(g)+2H 2(g)②CO 2(g)+3H 2(g)③CO 2(g)+H 2(g)CH 3OH(g) △H 1=—99kJ·mol -1CH 3OH (g )+H 2O(g) △H 2=-58kJ·mol -1CO(g)+H 2O(g) △H 3=+41kJ·mol -1回答下列问题:(3)合成气的组成 n(H 2)/n(CO+CO 2)=2.60 时,体系中的 CO 平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图 2 所示。
(CO )值随温度升高而(填“增大”或“减小”),其原因是。
图 2 中 的 压 强 由 大 到 小 为 , 其 判 断 理 由是。
【答案】(3)减小;升高温度时,反应①为放热反应,平衡逆向移动,使得体系中CO的量增大;反应③为吸热反应,平衡正向移动,也使得体系中CO的量增大;总结果,随温度升高,使CO的转化率降低;P3>P2>P1;相同温度下,由于反应①为气体分子数减小的反应,加压有利于提升CO的转化率;而反应③为气体分子数不变的反应,产生CO的量不受压强影响,故增大压强时,有利于CO的转化率升高【点拨】在应用“有关压强的勒夏特列原理”时,还需提醒考生的是:压强改变的本质最终还是气体粒子浓度的改变。
如在一个可移动活塞的容器中进行如下反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),反应达到平衡后,保持容器内的温度和压强不变,加入少量氦气,如何分析平衡的移动?加入少量的氦气,反应容器体积增大,反应体系中各气体的浓度都减少且减少相同倍数。
设CO、H2、CH3OH原平衡中的浓度为:c(CO)、c(H2)、c(CH3OH);新平衡中的浓度为:且有、、因为b<1,所以>K。
因为温度不变,K值不变,平衡逆向移动。
3.Kp中的“压强”例6如图所示,A是恒容的密闭容器,B是一个体积可变的充气气囊。
保持恒温,关闭K2,通过K1、K3分别向A、B中充入2mol NO和1mol O2混合气体,发生的反应为2NO(g)+O2(g) L。
2NO2(g)不考虑2NO2(g)N2O4(g)],起始时A、B的体积相同均为a①T℃时,A容器中反应达到平衡时的平衡常数Kp=8×10﹣2(kPa)﹣1。
若A容器中反应达到平衡时p(NO)=200kPa,则平衡时NO的转化率为。
(Kp是用平衡2分压代替平衡浓度计算所得平衡常数,分压=总压×物质的量分数)②T℃时,B容器中,反应达到平衡后V(B)7/9a L(填“>”、“<”或“=”)。
若平衡后V(B)=0.7a L,打开K,一段时间后达到新平衡,V(B)=L。
2【答案】①66.7%②<,0.4a平衡时,B容器中气体粒子的总物质的量为7/3mol,按起始压强计算气体体积为:7/9aL。
考虑B容器反应的实际条件是恒温(T℃)恒压(大气压);A容器反应的实际条件是恒温(T℃)恒容(a L),压强小于大气压。
因此,T℃B容器中反应达到平衡后V(B)<7/9a L。
后,两容器的反应条件与B容器反应条件相同,达到新平衡后的总体积为1.4aL,打开K2V(B)=(1.4-1)aL。
【点拨】1.进行Kp计算时,一定要弄清楚气体分压与体系总压之间的关系。
2.灵活运用阿伏伽德罗定律(①恒温恒容压强与气体物质的量成正比,②恒温恒压气体体积与气体物质的量成正比),处理压强、体积和物质的量之间的关系。