大题题型专攻1化学反应原理的综合应用Word下载.docx
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7.综合计算
进行混合物计算时,一般可设混合物各成分的物质的量,然后根据质量守恒、电子守恒或电荷守恒列方程组求解,再转换成所求的物理量即可。
化学式的确定一般分成三步:
确定微粒种类、计算各微粒的物质的量、求比值确定化学式。
(14分)(2018·
武汉模拟)治理SO2、CO、NOx污染是化学工作者研究的重要课题。
Ⅰ.硫酸厂大量排放含SO2的尾气会对环境造成严重危害。
图甲
(1)工业上可利用废碱液(主要成分为Na2CO3)处理硫酸厂尾气中的SO2,得到Na2SO3溶液,该反应的离子方程式为____________。
Ⅱ.沥青混凝土可作为反应2CO(g)+O2(g)
2CO2(g)的催化剂。
图甲表示在相同的恒容密闭容器、相同起始浓度、相同反应时间段下,使用同质量的不同沥青混凝土(α型、β型)催化时,CO的转化率与温度的关系。
(2)a、b、c、d四点时,达到平衡状态的是________。
(3)已知c点时容器中O2浓度为0.02mol·
L-1,则50℃时,在α型沥青混凝土催化下CO转化反应的平衡常数K=________(用含x的代数式表示)。
(4)下列关于图甲的说法正确的是________。
A.CO转化反应的平衡常数K(a)<K(c)
B.在均未达到平衡状态时,同温下β型沥青混凝土催化下CO转化速率比α型要大
C.b点时CO与O2分子之间发生有效碰撞的概率在整个实验过程中最高
D.e点转化率出现突变的原因可能是温度升高后催化剂失去活性
Ⅲ.某含钴催化剂可以催化消除柴油车尾气中的碳烟(C)和NOx。
不同温度下,将模拟尾气(成分如表所示)以相同的流速通过该催化剂,测得所有产物(CO2、N2、N2O)与NO的相关数据结果如图乙所示。
模拟尾气
气体(10mol)
碳烟
NO
O2
He
物质的量/mol
0.025
0.5
9.475
n
图乙
(5)375℃时,测得排出的气体中含0.45molO2和0.052molCO2,则Y的化学式为________。
(6)实验过程中采用NO模拟NOx,而不采用NO2的原因是____________。
[命题立意]
设问
知识落点
核心素养
(1)
书写离子方程式
宏观辨识与微观探析
(2)
判断平衡状态
变化观念与平衡思想
(3)
利用某物质c平,计算K
证据推理与模型认识
(4)
根据图像①判断不同温度时平衡常数大小②转化率大小判断③有效碰撞与温度关系④催化剂的使用温度要求及温度对催化的影响
(5)
计算物质的组成
(6)
NO2与N2O4可以相互转化
宏观辨识与社会责任
【解答指导】
(2)温度低反应慢⇒低温时达到的状态为非平衡状态,转化率低。
(3) 2CO(g) + O2(g)
2CO2(g)
起始 amol/L Bmol/L 0
转化 axmol/L axmol/L
平衡 (a-ax)mol/L 0.02mol/L axmol/L
K=
=
。
(4)①由图甲⇒升温,平衡转化率减小⇒ΔH<0⇒K(a)>K(c)(温度c点温度高)。
②反应温度越高,反应速率最快,有效碰撞概率越高。
③温度当达到一定程度,催化剂的活性有可能减弱。
(5)根据氧原子守恒⇒n(N2O)=(0.5-0.45)×
2+0.025×
(8%+16%)-0.052×
2=0.002(mol)
⇒根据N守恒可知n(N2)=
=0.001(mol)
⇒转化为N2的NO转化率为
×
100%=8%⇒Y为N2。
【解析】
(1)用Na2CO3溶液处理硫酸厂尾气中的SO2,生成Na2SO3和CO2,故离子方程式为:
CO
+SO2===SO
+CO2。
(2)根据题图甲,升高温度,CO的转化率均先增大后减小,说明该可逆反应正反应为放热反应,因此达到平衡状态的是b、c、d。
(3)c点反应达到平衡,容器中c(O2)=0.02mol·
L-1,CO的转化率为x,由于生成的c(CO2)等于转化的c(CO),故平衡时
,则平衡常数K=
=(
)2×
(4)该反应是放热反应,升高温度,平衡常数减小,故A项错误;
根据图示,未达平衡时,同温下β型沥青混凝土催化下CO的转化率比α型大,转化速率快,B项正确;
b点时,反应达到限度,但CO与O2分子之间发生有效碰撞的概率并不是最高的,C项错误;
e点转化率出现突变的原因可能是催化剂活性降低,转化率降低,D项正确。
(5)375℃时,生成X和Y的NO的物质的量为0.025mol×
(8%+16%)=0.006mol,排出的气体中O2为0.45mol,则实际参与反应的O2为0.5-0.45=0.05(mol),同时排出0.052molCO2,根据氧元素守恒,可知N2O的物质的量为:
0.05×
2+0.006-0.052×
2=0.002(mol),根据氮元素守恒,可知N2的物质的量为
=0.001(mol),故Y为N2。
(6)二氧化氮与四氧化二氮之间存在平衡2NO2
N2O4,无纯的二氧化氮,会导致一定的分析误差,故采用NO模拟NOx。
【答案与评分标准】
(1)CO
+CO2
(2)bcd (3)50x2/(1-x)2 (4)BD (5)N2 (6)存在反应2NO2
N2O4,会导致一定的分析误差
[题后升华]
1.审题——快速浏览,找出材料内容或新情景
(1)阅读题目背景材料、找出可能考查的化学反应原理。
(2)解读情景或材料,挖掘相应的知识内涵。
(3)明确知识考查背景,以及考查哪方面的化学反应原理。
2.析题——仔细审读,关注有效信息
(1)对于化学反应速率和化学平衡图像类试题:
明确纵横坐标的含义→理解起点、终点、拐点的意义→分析曲线的变化趋势。
(2)对于图表数据类试题:
分析数据→研究数据间的内在联系→找出数据的变化规律→挖掘数据的隐含意义。
①对于反应热类的试题,找出已知反应方程式和目标反应方程式间的关系;
运用盖斯定律计算目标反应的焓变。
②对于电化学类试题:
③对于电解质溶液类试题:
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。
3.答题——认真细致,规范正确答题
(1)规范化学反应原理的语言描述。
(2)注意问题表达(因果、对比)、注意书写规范。
(3)明确答题要求,避免答非所问。
1.(2018·
惠州市高三一模)二甲醚又称甲醚,熔点-141.5℃,沸点-24.9℃,与石油液化气相似,被誉为“21世纪的清洁燃料”。
制备原理如下:
Ⅰ.由天然气催化制备二甲醚:
①2CH4(g)+O2(g)
CH3OCH3(g)+H2O(g)
ΔH1=-283.6kJ·
mol-1
Ⅱ.由合成气制备二甲醚:
②CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)
ΔH2=-90.7kJ·
③2CH3OH(g)
CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH3
(1)反应③中相关的化学键键能数据如表:
化学键
C—O
H—O(水)
H—O(醇)
C—H
E/(kJ·
mol-1)
343
465
453
413
则ΔH3=________kJ·
mol-1。
(2)以二甲醚为燃料,以KOH溶液为电解质溶液设计燃料电池,则电池的负极反应式为________。
(3)原理Ⅰ中,在体积固定的密闭容器中,将气体按n(CH4)∶n(O2)=2∶1混合,能正确反映反应①平衡时CH4的体积分数随温度变化的曲线是________。
(4)有人模拟原理Ⅱ,500K时,在2L的密闭容器中充入2molCO和6molH2,平衡时CO的转化率为80%,c(CH3OCH3)=0.3mol·
L-1,反应③的平衡常数K3=________。
在500K时,若容器中n(CH3OH)=n(CH3OCH3),某同学通过计算,得浓度商Qc的值小于K3,则此时反应③中v(正)________(填“大于”或“小于”)v(逆)。
(5)原理Ⅱ中,为提高二甲醚的产率,可以采取的一种措施是________________________。
【解析】
(1)根据ΔH=反应物总键能-生成物总键能,故ΔH3=(413×
6+453×
2+343×
2)kJ·
mol-1-(413×
6+343×
2+465×
mol-1=-24kJ·
(2)在碱性溶液中,二甲醚在负极反应生成CO
和H2O,电极反应式为CH3OCH3-12e-+16OH-===2CO
+11H2O。
(3)反应①为放热反应,随温度升高,平衡逆向移动,CH4的体积分数增大,曲线b符合题意。
(4)根据消耗CO的物质的量为2mol×
80%=1.6mol,知反应②生成CH3OH1.6mol,平衡时c(CH3OCH3)=0.3mol·
L-1,则生成的c(H2O)=0.3mol·
L-1,n(CH3OCH3)=0.6mol,故平衡时n(CH3OH)=1.6mol-0.6mol×
2=0.4mol,c(CH3OH)=0.2mol·
L-1,K3=
=2.25。
Qc小于K3,说明反应正向进行,则v(正)>v(逆)。
(5)反应②为气体分子数减小的反应,反应③为气体分子数不变的反应,故增大压强,可以促使平衡正向移动,二甲醚的产率提高;
反应②和反应③均是放热反应,降低温度,平衡正向移动,二甲醚的产率提高;
移走二甲醚也可使平衡正向移动,从而使二甲醚的产率提高。
【答案】
(1)-24
(2)CH3OCH3-12e-+16OH-===2CO
+11H2O
(3)b (4)2.25 大于
(5)增大压强(或降低温度或移走二甲醚等)
2.(2018·
湖北部分学校联考)近年来由于温室效应和资源短缺等问题,关于CO2和碳酸盐应用的研究受到人们的重视。
(1)以CO2与NH3为原料可合成化肥尿素[CO(NH2)2]。
已知:
2NH3(g)+CO2(g)===NH2CO2NH4(s)
ΔH=-159.47kJ·
NH2CO2NH4(s)===CO(NH2)2(s)+H2O(g)
ΔH=+116.49kJ·
H2O(l)===H2O(g) ΔH=+44.0kJ·
试写出NH3和CO2合成尿素和液态水的热化学方程式:
_________________________________________________________。
(2)已知:
CO(g)+H2O(g)
H2(g)+CO2(g) ΔH=-41.2kJ·
mol-1,850℃时在一体积为10L的恒容密闭容器中,通入一定量的CO和H2O,CO和H2O的浓度变化如图所示:
下列说法正确的是________(填序号)。
A.达到平衡时,氢气的物质的量是0.12mol
B.达到平衡时,反应体系最终会放出49.44kJ热量
C.4min内CO2的反应速率为0.003mol·
L-1·
min-1
D.第8min时,若充入氦气,不会导致v正(CO)<v逆(H2O)
(3)850℃时,若在容积为2L的密闭容器中同时充入1.0molCO、3.0molH2O、amolCO2和bmolH2。
若达到平衡时各组分的体积分数都与
(2)中平衡时各组分的体积分数相同,则a=________,b=________。
(4)利用人工光合作用可将CO2转化为甲酸,反应原理为2CO2+2H2O===2HCOOH+O2,装置如图所示:
①电极2的电极反应式是______________________________________。
②在标准状况下,当产生22.4LO2时,理论上电极1室液体质量变化________g。
【解析】
(1)将题给的三个热化学方程式依次编号为i、ii、iii,根据盖斯定律,由i+ii-iii可得:
2NH3(g)+CO2(g)===CO(NH2)2(s)+H2O(l) ΔH=-159.47kJ·
mol-1+116.49kJ·
mol-1-44.0kJ·
mol-1=-86.98kJ·
(2)达到平衡时CO、H2O的浓度均转化了0.12mol·
L-1,则平衡时H2的浓度为0.12mol·
L-1,其物质的量为0.12mol·
L-1×
10L=1.2mol,A项错误;
达到平衡时CO、H2O转化的物质的量均为0.12mol·
10L=1.2mol,则反应体系放出的热量为41.2kJ·
mol-1×
1.2mol=49.44kJ,B项正确;
4min内v(CO2)=
=0.03mol·
min-1,C项错误;
第8min时,恒温恒容通入惰气(He),对反应速率不影响,D项正确。
(3)对于等体反应,起始配比相同,平衡时等效。
即(1+a)∶(3+b)=2∶3且a=b,可得a=b=3。
(4)①根据电子移动方向可知电极1为负极,电极2为正极,正极上CO2得电子,并和H+结合生成HCOOH,其电极反应式为CO2+2H++2e-===HCOOH。
②电极1上发生的电极反应为2H2O-4e-===4H++O2↑,当产生22.4L(标准状况下)O2即生成1molO2时,生成的4molH+移向正极,负极消耗2molH2O,其质量为36g。
故理论上电极1室液体的质量变化为36g。
【答案】
(1)2NH3(g)+CO2(g)===CO(NH2)2(s)+H2O(l) ΔH=-86.98kJ·
(2)BD (3)3 3
(4)①CO2+2H++2e-===HCOOH ②36
3.(2018·
清华中学一模)运用化学反应原理分析解答以下问题。
(1)已知:
①CO(g)+2H2(g)
ΔH1=-91kJ·
②2CH3OH(g)
ΔH2=-24kJ·
③CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)
ΔH3=-41kJ·
且三个反应的平衡常数依次为K1、K2、K3
则反应3CO(g)+3H2(g)
CH3OCH3(g)+CO2(g) ΔH=________,平衡常数K=________(用含K1、K2、K3的代数式表示)。
(2)一定条件下,若将体积比为1∶2的CO和H2气体通入体积一定的密闭容器中发生反应:
3CO(g)+3H2(g)
CH3OCH3(g)+CO2(g),下列能说明反应达到平衡状态的是________。
a.体系压强保持不变
b.混合气体密度保持不变
c.CO和H2的物质的量保持不变
d.CO的消耗速率等于CO2的生成速率
(3)氨气溶于水得到氨水。
在25℃下,将xmol·
L-1的氨水与ymol·
L-1的盐酸等体积混合,反应后溶液显中性,则c(NH
)________(填“>”“<”或“=”)c(Cl-);
用含x和y的代数式表示出NH3·
H2O的电离平衡常数________。
(4)科学家发明了使NH3直接用于燃料电池的方法,其装置用铂黑作电极,并将电极插入到电解质溶液中,一个电极通入空气,另一电极通入NH3。
电池发生反应的化学方程式为4NH3+3O2===2N2+6H2O,电解质溶液应显________(填“酸性”“中性”或“碱性”),写出负极的电极反应式:
___________________
【解析】
(1)根据盖斯定律,由①×
2+②+③,可得3CO(g)+3H2(g)
CH3OCH3(g)+CO2(g) ΔH=2ΔH1+ΔH2+ΔH3=(-91kJ·
mol-1)×
2-24kJ·
mol-1-41kJ·
mol-1=-247kJ·
该反应的平衡常数K=K
·
K2·
K3。
(2)该反应前后气体分子数不相等,则体系压强保持不变可以说明反应达到平衡状态,a项正确;
反应体系中全为气体,气体质量始终不变,而容器容积恒定,则混合气体密度始终保持不变,b项错误;
CO和H2的物质的量保持不变,可以说明反应达到平衡状态,c项正确;
CO的消耗速率与CO2的生成速率均为正反应速率,且二者不可能相等,d项错误。
(3)反应后溶液显中性,则c(H+)=c(OH-),根据电荷守恒有:
c(H+)+c(NH
)=c(OH-)+c(Cl-),故c(NH
)=c(Cl-)。
两溶液等体积混合,所得溶液中c(NH
)=c(Cl-)=
mol·
L-1,根据物料守恒有:
c(NH
)+c(NH3·
H2O)=
L-1,则c(NH3·
L-1,故NH3·
H2O的电离平衡常数Kb=
(4)根据电池总反应,可知NH3在负极上转化为N2,发生氧化反应,负极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O。
【答案】
(1)-247kJ·
mol-1 K
K3
(2)ac
(3)= Kb=
(4)碱性 2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O
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- 大题题型专攻1 化学反应原理的综合应用 题型 专攻 化学反应 原理 综合 应用