高考化学三轮复习主观题押题练主观题28题原理综合题.docx
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高考化学三轮复习主观题押题练主观题28题原理综合题
主观题28题原理综合题
1.甲醇是重要的化工原料,又可作为燃料。
工业上利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇,发生的主反应如下:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H1;
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-58kJ/mol;
③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△H=+41kJ/mol。
回答下列问题:
(1)已知反应①中相关的化学键键能数据如下表:
化学键
H—H
C-O
C≡O
H-O
C—H
E/(kJ·mol-1)
436
343
1076
465
x
则x=___________。
(2)合成气组成n(H2)/n(CO+CO2)=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甲所示。
α(CO)值随温度升高而___________(填“增大”或“减小”),其原因是_____;图中的压强由大到小为___________,其判断理由是_____________。
(3)若将1molCO2和2molH2充入容积为2L的恒容密闭容器中,在两种不同温度下发生反应②。
测得CH3OH的物质的量随时间的变化如图所示。
①曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K1___________KⅡ(填“>”“=”或“<”)。
②一定温度下,下列能判断该反应达到化学平衡状态的是___________(填序号)。
a.容器中压强不变b.甲醇和水蒸气的体积比保持不变
c.v正(H2)=3v逆(CH3OH)d.2个C=0断裂的同时有6个H-H断裂
③若5min后反应达到平衡状态,H2的转化率为90%,则用CO2表示的平均反应速率为____,该温度下的平衡常数为___________;若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是___________。
(填序号)。
a.缩小反应容器的容积b.使用合适的催化剂
c.充入Hed.按原比例再充入CO2和H2
1【答案】
(1)413
(2)减小反应①为放热反应,温度升高,平衡逆向移动
①的正反应为气体总分子数减小的反应,温度一定时,增大压强,平衡正向移动,CO的平衡转化率增大,而反应③为气体总分子数不变的反应,产生CO的量不受压强的影响,因此增大压强时,CO的转化率提高
(3)>ac0.06mol/(L·min)450ad
【解析】
(1)根据盖斯定律:
②-③=①可得①,故△H1=△H2-△H3=-58kJ·mol−1-(+41kJ·mol−1)=-99kJ·mol−1,由反应热=反应物总键能-生成物总键能可得-99kJ·mol−1=(1076kJ·mol−1+2436kJ·mol−1)-(3x+343+465)kJ·mol−1,解得x=413kJ·mol−1,故答案为:
413;
(2)由图可知,压强一定时,随温度的升高,CO的转化率减小,反应①正反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,平衡体系中CO的量增大,反应③为吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,又使平衡体系中CO的增大,总结果,随温度升高,CO的转化率减小;相同温度下,反应③前后气体分子数不变,压强改变不影响其平衡移动,反应①正反应为气体分子数减小的反应,增大压强,有利于平衡向正反应方向移动,CO的转化率增大,故增大压强有利于CO的转化率升高,故压强P3>P2>P1,故答案为:
反应①为放热反应,温度升高,平衡逆向移动;P3>P2>P1;①的正反应为气体总分子数减小的反应,温度一定时,增大压强,平衡正向移动,CO的平衡转化率增大,而反应③为气体总分子数不变的反应,产生CO的量不受压强的影响,因此增大压强时,CO的转化率提高;(3)①根据题给图象分析可知,T2先达到平衡,则T2>T1,由温度升高,平衡逆向移动,平衡常数减小,则K1>KⅡ,故答案为:
>;②a.反应②为气体体积减小的反应,容器中压强不变说明该反应达到化学平衡状态,故正确;b.甲醇和水蒸气均为生成物,无论反应是否达到平衡,甲醇和水蒸气的体积比均保持不变,故错误;c.v正(H2)=3v逆(CH3OH)说明正反应速率等于逆反应速率,说明该反应达到化学平衡状态,故正确;d.2个C=0断裂代表正反应速率,6个H-H断裂也代表正反应速率,不能说明正反应速率等于逆反应速率,不能说明该反应达到化学平衡状态,故错误;故选ac,故答案为:
ac;③若5min后反应达到平衡状态,H2的转化率为90%,由此建立如下三段式:
CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)
起(mol/L)0.5100
变(mol/L)0.30.90.30.3
平(mol/L)0.20.10.30.3
则用CO2表示的平均反应速率为0.3mol/L/5min=0.06mol·(L·min)−1,反应的化学平衡常数K=c(CH3OH)c(H2O)/c(CO2)c3(H2)=0.3mol/L0.3mol/L/(0.2mol/L)(0.1mol/L)3=450;缩小反应容器的容积,增大压强,平衡右移,甲醇产率增大;使用合适的催化剂,平衡不移动,甲醇产率不变;恒容充入He,各物质浓度不变,平衡不移动,甲醇产率不变;按原比例再充入CO2和H2,相当于增大压强增大压强,平衡右移,甲醇产率增大,故选ad,故答案为:
0.06mol·(L·min)−1;450;ad。
2.(14分)CO2是一种常用的化工原料。
Ⅰ.以CO2与NH3为原料可以合成尿素[CO(NH2)2]。
合成尿素的反应为2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)。
(1)在不同温度及不同y值下合成尿素,达到平衡时,氨气转化率的变化情况如图所示。
该反应的ΔH________(填“>”、“<”或“=”,下同)0,若y表示压强,则y1________y2,若y表示反应开始时的水碳比[
],则y1________y2。
(2)T℃时,若向容积为2L的恒容密闭容器中加入3molNH3和1molCO2,达到平衡时,容器内压强为开始时的
。
若保持条件不变,再向该容器中加入0.5molCO2和1molH2O,NH3的转化率将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
Ⅱ.CO2与H2反应可用于生产甲醇。
(3)已知氢气与甲醇的燃烧热分别为285.8kJ·mol−1、726.5kJ·mol−1,则CO2与H2反应产生液态甲醇与液态水的热化学方程式为_____________________________________。
(4)如图是某甲醇燃料电池工作的示意图。
质子交换膜(只有质子能够通过)左右两侧的溶液均为1L2mol·L−1H2SO4溶液。
电极a上发生的电极反应为________________________________________,
当电池中有1mole−发生转移时左右两侧溶液的质量之差为________g(假设反应物耗尽,忽略气体的溶解)。
2【答案】
(1)< > <
(2)减小
(3)CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(l)+H2O(l) ΔH=-130.9kJ·mol−1
(4)CH3OH-6e−+H2O===CO2↑+6H+ 12
【解析】
(1)根据题图知,y一定时,降低温度,NH3的转化率增大,平衡正向移动,根据平衡移动原理,降温时平衡向放热反应方向移动,故正反应为放热反应,ΔH<0。
若y表示压强,y2→y1,NH3的转化率增大,平衡正向移动,根据平衡移动原理,加压时平衡正向移动,故y1>y2。
根据平衡移动原理,减小水碳比[
],平衡正向移动,NH3的转化率增大,若y表示水碳比,则y1 (2)根据2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g),设平衡时c(H2O)=xmol·L−1,则平衡时c(NH3)=(1.5-2x)mol·L−1、c(CO2)=(0.5-x)mol·L−1,则(1.5-2x+0.5-x+x)÷(1.5+0.5)= ,解得x=0.25,平衡常数K= =1。 若保持条件不变,再向该容器中加入0.5molCO2和1molH2O,此时浓度商Qc= =1.5>K,反应向逆反应方向进行,故NH3的转化率将减小。 (3)由氢气与甲醇的燃烧热可得: ①H2(g)+ O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8kJ·mol−1、②CH3OH(l)+ O2(g)===CO2(g)+ 2H2O(l) ΔH=-726.5kJ·mol−1,根据盖斯定律,由①×3-②,可得: CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(l)+H2O(l) ΔH=(-285.8kJ·mol−1)×3-(-726.5kJ·mol−1)=-130.9kJ·mol−1。 (4)根据题图知,左侧通入甲醇,则电极a为负极,负极上甲醇发生氧化反应转化为CO2,电极反应式为CH3OH-6e−+H2O===CO2↑+6H+,根据电极a的电极反应,有1mole−发生转移时,左侧溶液减少 g=2g,且有1molH+通过质子交换膜进入右侧溶液,左侧溶液质量共减少3g。 电极b为正极,正极上O2发生还原反应转化为H2O,电极反应式为O2+4H++4e−===2H2O,根据电极b的电极反应,有1mole−发生转移时,右侧溶液增加的质量为 ×1mol=8g,因有1molH+转移到右侧溶液,故右侧溶液质量共增加9g,左右两侧溶液的质量之差为12g。 3.(14分)乙酸是生物油的主要成分之一,乙酸制氢具有重要意义: 热裂解反应CH3COOH(g)→2CO(g)+2H2(g)△H=+2l3.7KJ·mol-1 脱酸基反应CH3COOH(g)→CH4(g)+CO2(g)△H=-33.5KJ·mol-1 (1)请写出CO与H2甲烷化的热化学方程式_________________________________。 (2)在密闭容器中,利用乙酸制氢,选择的压强为___________(填“较大”或“常压”)。 其中温度与气体产率的关系如图: ①约650℃之前,脱酸基反应活化能低速率快,故氢气产率低于甲烷;650℃之后氢气产率高于甲烷,理由是随着温度升高后,热裂解反应速率加快,同时______________________。 ②保持其他条件不变,在乙酸气中掺杂一定量水,氢气产率显著提高而CO的产率下降,请用化学方程式表示: _________________________________。 (3)若利用合适的催化剂控制其他的副反应,温度为TK时达到平衡,总压强为PkPa,热裂解反应消耗乙酸20%,脱酸基反应消耗乙酸60%,乙酸体积分数为___________(计算结果保留l位小数);脱酸基反应的平衡常数Kp为___________kPa(Kp为以分压表示的平衡常数,计算结果保留1位小数)。 3【答案】 (1)2CO(g)+2H2(g)→CH4(g)+CO2(g)∆H=−247.2KJ·mol−1 (2)常压热裂解反应正向移动,而脱酸基反应逆向移动,故氢气产率高于甲烷CO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g) (3)9.1%0.8P 【解析】 (1)由盖斯定律计算: ①热裂解反应CH3COOH(g)→2CO(g)+2H2(g)△H=+2l3.7KJ·mol−1,②脱酸基反应CH3COOH(g)→CH4(g)+CO2(g)△H=-33.5KJ·mol−1,②-①得: CO与H2甲烷化的热化学方程式2CO(g)+2H2(g)→CH4(g)+CO2(g)∆H=−247.2KJ·mol−1; (2)在密闭容器中,利用乙酸制氢,CH3COOH(g)→2CO(g)+2H2(g),反应为气体体积增大的反应,选择的压强为常压。 ①热裂解反应CH3COOH(g)→2CO(g)+2H2(g)是吸热反应,热裂解反应正向移动,脱酸基反应CH3COOH(g) →CH4(g)+CO2(g)是放热反应,而脱酸基反应逆向移动。 650℃之后氢气产率高于甲烷,理由是随着温度升高后,热裂解反应速率加快,同时①热裂解反应正向移动,而脱酸基反应逆向移动,故氢气产率高于甲烷。 ②CO能与水蒸反应生成二氧化碳和氢气,在乙酸气中掺杂一定量水,氢气产率显著提高而CO的产率下降,CO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g)。 (3)热裂解反应CH3COOH(g)→2CO(g)+2H2(g)△H=+2l3.7KJ·mol-1 0.20.40.4 脱酸基反应CH3COOH(g)→CH4(g)+CO2(g)△H=-33.5KJ·mol-1 0.60.60.6 乙酸体积分数为0.2/(0.4+0.4+0.6+0.6+0.2)100%=9.1% Kp=p(CH4)p(CO2)/p(CH3COOH)= =0.8P。 4.(14分)消除含氮化合物对大气和水体的污染是环境保护的重要研究课题。 (1)已知: N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH=akJ·mol−1 2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)ΔH=bkJ·mol−1 4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(l) ΔH=ckJ·mol−1 反应8NH3(g)+6NO2(g)=7N2(g)+12H2O(l)ΔH=____kJ·mol−1。 (2)水体中过量氨氮(以NH3表示)会导致水体富营养化。 ①用次氯酸钠除去氨氮的原理如图1所示。 写出该图示的总反应化学方程式: ______________ ________。 该反应需控制温度,温度过高时氨氮去除率降低的原因是__________________________ ___________________________________________________。 ②取一定量的含氨氮废水,改变加入次氯酸钠的用量,反应一段时间后,溶液中氨氮去除率、总氮(溶液中所有可溶性的含氮化合物中氮元素的总量)去除率以及剩余次氯酸钠的含量随m(NaClO) ∶m(NH3)的变化情况如图2所示。 点B剩余NaClO含量低于点A的原因是____。 当m(NaClO)∶m(NH3)>7.6时,水体中总氮去除率反而下降,可能的原因是____。 (3)电极生物膜电解脱硝是电化学和微生物工艺的组合。 某微生物膜能利用电解产生的NO3-活性原子将还原为N2,工作原理如图3所示。 ①写出该活性原子H与NO 反应的离子方程式: ________________。 ②若阳极生成标准状况下2.24L气体,理论上可除去NO 的物质的量为____mol。 4.【答案】 (1)2c-7a-3b (2)2NH3+3NaClO=N2+3NaCl+3H2O温度过高,HClO发生分解,氨氮去除率随之降低 增加NaClO的量,反应速率加快,相同时间内NaClO消耗多有部分NH3被氧化成NO 或NO (3)2NO +10H=N2↑+2OH−+4H2O0.08 【解析】 (1)已知: ①N2(g)+O2(g)=2NO(g)ΔH1=akJ·mol−1 ②2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)ΔH2=bkJ·mol−1 ③4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(l)ΔH3=ckJ·mol−1 根据盖斯定律,由③2-②3-①7得反应8NH3(g)+6NO2(g)=7N2(g)+12H2O(l)ΔH=2ΔH3-3ΔH2-7ΔH1=(2c-7a-3b)kJ·mol−1; (2)①用次氯酸钠除去氨氮的原理如题20图1所示。 次氯酸钠、氨气为反应物,次氯酸、盐酸、氢氧化钠均为中间产物,氯化钠、氮气和水为生成物,故该图示的总反应化学方程式为: 2NH3+3NaClO=N2+3NaCl+3H2O;该反应需控制温度,温度过高时氨氮去除率降低的原因是温度过高,HClO发生分解,氨氮去除率随之降低;②点B和点A相比较,m(NaClO)∶m(NH3)增大,增加NaClO的量,反应速率加快,相同时间内NaClO消耗多,故点B剩余NaClO含量低于点A;当m(NaClO)∶m(NH3)>7.6时,有部分NH3被氧化成NO 或NO ,水体中总氮去除率反而下降;(3)电极生物膜电解脱硝是电化学和微生物工艺的组合。 某微生物膜能利用电解产生的NO 活性原子将还原为N2,工作原理如题20图3所示。 ①该活性原子H与NO 反应生成氮气,反应的离子方程式为: 2NO +10H=N2↑+2OH−+4H2O;②若阳极生成标准状况下2.24L气体,为氧气,转移电子的物质的量为 ,根据电荷守恒,根据NO 转化为N2,理论上可除去NO 的物质的量为 mol。 5.Ⅰ.硫和氮的氧化物直接排放会引发严重的环境问题,请回答下列问题: (1)下列环境问题主要由硫氧化物和氮氧化物的排放引发的是___________。 A.全球变暖B.酸雨C.水体富营养化(水华)D.白色污染 (2)SO2的排放主要来自于煤的燃烧。 常用石灰石脱硫,其产物可以做建筑材料。 已知: CaCO3(s)=CO2(g)+CaO(s)ΔH=+178.2kJ/mol SO2(g)+CaO(s)=CaSO3(s)ΔH=-402kJ/mol 2CaSO3(s)+O2(g)=2CaSO4(s)ΔH=-234.2kJ/mol 写出石灰石脱硫的热化学反应方程式___________________________。 Ⅱ.NOx的排放主要来自于汽车尾气,包含NO2和NO,有人提出用活性炭对NOx进行吸附,发生反应如下: 反应a: C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)ΔH=-34.0kJ/mol 反应b: 2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)ΔH=-64.2kJ/mol (3)对于反应a,在T1℃时,借助传感器测得反应在不同时间点上各物质的浓度如下: ①0~10min内,NO的平均反应速率v(NO)=___________,当升高反应温度,该反应的平衡常数K___________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。 ②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡;根据上表中的数据判断改变的条件可能是___________(填字母)。 A.加入一定量的活性炭B.通入一定量的NO C.适当缩小容器的体积D.加入合适的催化剂 (4)某实验室模拟反应b,在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO2气体,维持温度为T2℃,如图为不同压强下反应b经过相同时间NO2的转化率随着压强变化的示意图。 请从动力学角度分析,1050kPa前,反应b中NO2转化率随着压强增大而增大的原因_____________;在1100kPa时,NO2的体积分数为___________。 (5)用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp);在T2℃、1.1106Pa时,该反应的化学平衡常数Kp=___________(计算表达式表示);已知: 气体分压(P分)=气体总压(P总)体积分数。 5.【答案】 (1)B (2)2CaCO3(s)+2SO2(g)+O2(g)=2CaSO4(s)+2CO2(g)ΔH=-681.8kJ/mol (3)0.042mol/(L·min)减小BC (4)1050kPa前反应未达平衡状态,随着压强增大,反应速率加快,NO2转化率提高50% (5) 或 【解析】 (1)硫氧化物和氮氧化物的排放引发酸雨、光化学烟雾等;A.全球变暖是二氧化碳,A错误;B.硫氧化物和氮氧化物的排放引发硫酸型酸雨和硝酸型酸雨,B正确;C.水体富营养化(水华)是磷元素过量排放,C错误;D.白色污染是聚乙烯、聚氯乙烯等塑料制品造成,D错误;故合理选项是B; (1)已知: ①CaCO3(s)=CO2(g)+CaO(s)ΔH=+178.2kJ/mol;②SO2(g)+ CaO(s)=CaSO3(s)ΔH=-402kJ/mol;③2CaSO3(s)+O2(g)=2CaSO4(s)ΔH=-234.2kJ/mol;根据盖斯定律,将(①+②)2+③,整理可得: 得到石灰石脱硫的热化学反应方程式: 2CaCO3(s)+2SO2(g)+O2(g) =2CaSO4(s)+2CO2(g)ΔH=-681.8kJ/mol;(3)①C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)ΔH=-34.0kJ/mol ,图表数据得到0~10min内,NO的平均反应速率v(NO)= =0.042mol/(L·min),由于该反应的正反应为放热反应,所以升高温度,化学平衡向吸热的逆反应方向移动,故化学平衡常数减小;②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g),依据图表数据分析,平衡状态物质浓度增大,依据平衡常数计算K= = ,平衡常数会随温度变化,而平衡常数不变说明改变的条件一定不是温度;依据数据分析,氮气浓度增大,二氧化碳和一氧化氮浓度增大,反应前后气体体积不变,所以可能是减小容器体积后加入一定量一氧化氮;A.加入一定量的活性炭,炭是固体物质,对化学平衡无影响,平衡不移动,A错误;B.通入一定量的NO,新平衡状态下物质平衡浓度增大,B正确;C.适当缩小容器的体积,反应前后体积不变,平衡状态物质浓度增大,C正确;D.加入合适的催化剂,催化剂只改变化学反应速率,不能使化学平衡移动,D错误;故合理选项是BC;(4)1050KPa前反应未达平衡状态,增大压强,物质的浓度增大,反应速率加快,NO转化率提高,在1100kPa时二氧化氮转化率40%,结合三行计算列式得到;设通入二氧化氮2mol, 2C(s)+2NO2(g) N2(g)+2CO2(g) 起始量200 变化量240%=0.80.40.8 平衡量1.20.40.8 NO2的体积分数= 100%=50%;(5)在1100kPa时二氧化氮转化率40%,结合三行计算列式得到;设通入二氧化氮1mol, 2C(s)+2NO2(g) N2(g)+2CO2(g) 起始量100 变化量140%=0.40.20.4 平衡量0.60.20.4 气体总物质的量=1.2mol,Kp= = Pa。 6.(14分)NO2与SO2能发生反应: NO2+SO2SO3+NO,某研究小组对此进行相关实验探究。 (1)硝酸厂向大气中排放NO2造成的环境问题是________________________________________。 (2)为了减少SO2的排放,将含SO2的烟气通过洗涤剂X,充分吸收后再向吸收后的溶液中加入稀硫酸,既可以回收SO2,同时又可得到化肥。 上述洗涤剂X可以是________(填序号)。 a.Ca(OH)2b.K2CO3c.Na2SO3d.NH3·H2O (3)实验中,尾气可以用碱溶液吸收。 NaOH溶液吸收NO2时,发生的反应为2NO2+2OH−===NO +NO +H2O,反应中形成的化学键是________(填化学键的类型)。 用NaOH溶液吸收少量SO2的离子方程式为______________________________________。 (4)已知: 2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH=-113.0kJ·mol−1 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-196.6kJ·mol−1 则NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+N
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