【知识点详解】
1. 催化剂的作用:催化剂在化学反应中可以降低反应的活化能,但不能改变反应的焓变。催化剂的存在使得反应速率加快,但反应的始末状态(即反应物和生成物的能量关系)保持不变。题中提到催化剂可以大幅度提高目标产物在最终产物中的比例,这是因为在多路径反应中,催化剂可以更有效地引导反应沿着生成目标产物的路径进行。
2. 反应速率与化学计量数的关系:反应速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。例如,4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O,所以v(NH3):v(O2):v(NO):v(H2O) = 4:5:4:6。因此,正确的速率关系是4v(O2) = 5v(NO)。
3. 化学平衡的标志:化学反应达到平衡时,各物质的生成速率和消耗速率相等,而不是简单的生成物和反应物共存。例如,P(g) + Q(g) ⇌ R(g) + S(g),若P的生成速率等于S的消耗速率,才是平衡的标志。
4. 催化剂在污染控制中的应用:在汽车尾气处理中,催化剂能促进有害物质如NO和CO的转化,生成无害的N2和CO2。提高反应速率,有效减少大气污染。
5. 勒夏特列原理的应用:勒夏特列原理用于解释平衡体系在外部条件改变时如何调整以维持平衡。选项中,用排饱和食盐水的方法收集氯气是利用了氯气在饱和食盐水中溶解度小的性质,促使平衡逆向移动,从而更多地得到氯气。
6. 平衡移动与反应物浓度的关系:在恒温下,如果容器体积扩大,气体分子间的碰撞机会减少,平衡向体积增大的方向移动。对于xA(g) + yB(g) ⇌ zC(g),容器体积扩大,A和B的浓度降低,若平衡正向移动,说明x+y<z。
7. 化学反应能量变化的理解:化学反应可能放出或吸收能量,但并不是所有反应的生成物总能量都低于反应物总能量,这取决于反应的热力学性质。此外,反应速率与反应是放热还是吸热无关。而盖斯定律允许我们通过已知反应的焓变计算未知反应的焓变。
8. 焓变与反应物状态的关系:不同状态的同种物质发生反应时,其反应焓变会有所不同。由于红磷比白磷稳定,因此由红磷转化为白磷需要吸收更多的能量,所以ΔH1<ΔH2。
9. 平衡移动的策略:在定容密闭容器中,欲使HI的平衡浓度增大,可以通过增大反应物浓度或降低温度(对放热反应)。甲中增加H2,乙中增加I2,都会增加反应物浓度,推动平衡正向移动。
10. 可逆反应的反应进度示意图:示意图A和B中,反应物浓度减少的速度与生成物浓度增加的速度相同,表明反应处于平衡状态。C图显示生成物浓度增加速度更快,而D图显示反应物浓度减少速度更快,都不符合可逆反应平衡的定义。
11. 反应温度与压强对平衡的影响:对于放热反应(ΔH<0),升高温度会使平衡向吸热的方向(逆向)移动,而增大压强通常会向气体分子数减小的方向(正向)移动。
12. 焓变比较:根据两个热化学方程式的比较,可以得知等质量的O2比O3能量低,由O2变为O3需要吸收能量,所以O2更稳定,由O2变O3为吸热反应。
13. 平衡转化率与反应物初始量的关系:在恒温下,相同体积的两个容器中,反应物越多,达到平衡时的转化率越高。因此,B容器中SO2的转化率b%会高于A容器的a%。
这些题目涉及到了催化剂的作用、化学反应速率、化学平衡、化学反应能量变化、热化学方程式的焓变、平衡移动规律以及反应物初始量对平衡转化率的影响等多个化学基础知识点。