届高考化学一轮专题化学反应原理综合含答案.docx
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届高考化学一轮专题化学反应原理综合含答案
2021届高考化学一轮专题:
化学反应原理综合含答案
一轮:
化学反应原理综合
1、在一定条件下的密闭容器中,加入2molSO2和1molO2,充分反应后能证明2SO2+O2
2SO3是可逆反应的事实是( )
A. O2仍然为1mol B. 反应足够长时间后,速率变为零
C. SO2、O2和SO3同时存在 D. SO2完全转化为SO3
【答案】C
2、H—H键的键能是436kJ·mol-1,I—I键的键能是151kJ·mol-1,H—I键的键能是299kJ·mol-1。
则对反应H2(g)+I2(g)
2HI(g)的说法不正确的是( )
A.吸热反应 B.放热反应
C.化合反应 D.可逆反应
【答案】A
3、(2019·北京卷)
氢能源是最具应用前景的能源之一,高纯氢的制备是目前的研究热点。
(1)甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。
①反应器中初始反应的生成物为H2和CO2,其物质的量之比为4∶1,甲烷和水蒸气反应的方程式是________________________。
②已知反应器中还存在如下反应:
ⅰ.CH4(g)+H2O(g)===CO(g)+3H2(g) ΔH1
ⅱ.CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) ΔH2
ⅲ.CH4(g)===C(s)+2H2(g) ΔH3
……
ⅲ为积炭反应,利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时,还需要利用________________反应的ΔH。
③反应物投料比采用n(H2O)∶n(CH4)=4∶1,大于初始反应的化学计量数之比,目的是________(选填字母序号)。
a.促进CH4转化 b.促进CO转化为CO2
c.减少积炭生成
④用CaO可以去除CO2。
H2体积分数和CaO消耗率随时间变化关系如图所示。
从t1时开始,H2体积分数显著降低,单位时间CaO消耗率________(填“升高”“降低”或“不变”)。
此时CaO消耗率约为35%,但已失效,结合化学方程式解释原因:
__________________________________________________。
(2)可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢,工作示意图如图。
通过控制开关连接K1或K2,可交替得到H2和O2。
①制H2时,连接________。
产生H2的电极反应式是
________________________________________________。
②改变开关连接方式,可得O2。
③结合①和②中电极3的电极反应式,说明电极3的作用:
____________________________________________________________________________________________________________________。
[解析]
(1)①根据CH4与H2O反应生成H2、CO2的物质的量之比为4∶1,结合原子守恒可得反应的化学方程式为CH4+2H2O(g)===4H2+CO2。
②根据盖斯定律,由ⅰ+ⅱ-ⅲ或ⅰ-ⅱ-ⅲ可得目标热化学方程式。
③反应物的投料比n(H2O)∶n(CH4)=4∶1,大于初始反应的化学计量数之比,H2O的物质的量增加,有利于促进CH4转化,促进CO转化为CO2,防止CH4分解生成C(s),从而减少积炭生成。
④根据题图可知,从t1时开始,CaO消耗率曲线的斜率逐渐减小,单位时间内CaO消耗率逐渐降低。
CaO与CO2反应生成CaCO3,CaCO3会覆盖在CaO表面,减少了CO2与CaO的接触面积,从而失效。
(2)①电解碱性电解液时,H2O电离出的H+在阴极得到电子产生H2,根据题图可知电极1与电池负极连接,为阴极,所以制H2时,连接K1,产生H2的电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-。
③制备O2时碱性电解液中的OH-失去电子生成O2,连接K2,O2在电极2上产生。
连接K1时,电极3为电解池的阳极,Ni(OH)2失去电子生成NiOOH,电极反应式为Ni(OH)2-e-+OH-===NiOOH+H2O,连接K2时,电极3为电解池的阴极,电极反应式为NiOOH+e-+H2O===Ni(OH)2+OH-,使电极3得以循环使用。
[答案]
(1)①CH4+2H2O
4H2+CO2
②C(s)+2H2O(g)===CO2(g)+2H2(g)或C(s)+CO2(g)===2CO(g)
③abc ④降低 CaO+CO2===CaCO3,CaCO3覆盖在CaO表面,减少了CO2与CaO的接触面积
(2)①K1 2H2O+2e-===H2↑+2OH-
③制H2时,电极3发生反应:
Ni(OH)2+OH--e-===NiOOH+H2O。
制O2时,上述电极反应逆向进行,使电极3得以循环使用
4、NOx会造成大气污染,在工业上采用多种方法进行处理。
I.氧化法:
烟气中的NO经O3预处理后转化为NO2,再用CaSO3悬浊液吸收NO2。
已知:
常温下,CaSO4的沉淀溶解平衡常数数值为9.1×10-6,CaSO3的沉淀溶解平衡常数数值为3.1×10-7。
(1)NO与O3反应过程的能量变化如下:
NO被O3氧化的总反应是化合反应,该反应的热化学方程式为。
(2)将CaSO3悬浊液静置,取上层清液,测得pH约为8,用化学用语解释其原因为。
(3)用CaSO3悬浊液吸收NO2,将其转化为HNO2,该反应的化学方程式为。
(4)在实际吸收NO2的过程中,通过向CaSO3悬浊液中加入Na2SO4固体,提高NO2的吸收速率,从溶解平衡的角度解释其原因:
。
II.选择性非催化还原法:
该反应不使用催化剂,但必须在高温有氧下利用NH3做还原剂与NOx进行选择性反应:
4NH3+4NO+O2
3N2+6H2O
不同温度(T)下,反应时间(t)与NO浓度的关系如右图所示。
(5)判断该反应为(填“吸热”或“放热”)反应,说明理由:
。
(1)3NO(g)+O3(g)
3NO2(g)ΔH=-317.3kJ•mol﹣1
(2)SO32-+H2O
HSO3-+OH-(多答CaSO3的沉淀溶解平衡不扣分)
(3)CaSO3+2NO2+H2O
2HNO2+CaSO4
(4)CaSO3浊液中存在:
CaSO3(s)
Ca2+(aq)+SO32-(aq),加入Na2SO4固体,由于CaSO4的Ksp较小,SO42-与Ca2+结合生成CaSO4沉淀,c(Ca2+)减小,平衡正向移动,导致c(SO32-)增大,从而使NO2的吸收速率加快
(5)放热(此空1分)
由图像中T1下反应先达平衡可推断T1>T2,由T1(高温)时NO的平衡浓度高可推断正反应是放热反应
5、二氧化硫是危害最为严重的大气污染物之一,它主要来自化石燃料的燃烧,研究CO催化还原SO2的适宜条件,在燃煤电厂的烟气脱硫中具有重要价值。
Ⅰ.从热力学角度研究反应
(1)C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1=-393.5kJ·mol-1
CO2(g)+C(s)===2CO(g) ΔH2=172.5kJ·mol-1
S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH3=-296.0kJ·mol-1
写出CO还原SO2的热化学方程式:
____________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)关于CO还原SO2的反应,下列说法正确的是________。
A.在恒温恒容条件下,若反应体系压强不变,则反应已达到平衡状态
B.平衡状态时,2v正(CO)=v逆(SO2)
C.其他条件不变,增大SO2的浓度,CO的平衡转化率增大
D.在恒温恒压的容器中,向达到平衡状态的体系中充入N2,SO2的平衡转化率不变
Ⅱ.NOx的排放主要来自汽车尾气,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-1
反应b:
2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH=-64.2kJ·mol-1
(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:
时间/min
浓度/(mol·L-1)
0
10
20
30
40
50
NO
1.00
0.58
0.40
0.40
0.48
0.48
N2
0
0.21
0.30
0.30
0.36
0.36
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________(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)①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________。
②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℃、1.1×106Pa时,该反应的化学平衡常数Kp=__________(用计算表达式表示)。
已知:
气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数。
解析:
Ⅰ.
(1)CO与SO2反应的化学方程式为2CO+SO2===2CO2+S。
①C(s)+O2(g)===CO2(g),②CO2(g)+C(s)===2CO(g),③S(s)+O2(g)===SO2(g),根据盖斯定律有①-②-③得出2CO(g)+SO2(g)===2CO2(g)+S(s) ΔH=ΔH1-ΔH2-ΔH3=-270.0kJ·mol-1。
(2)A.根据反应方程式,硫为固体,其余为气体,反应前后气体分子数不相等,因此当压强不再改变,说明反应达到平衡,故A正确;B.利用不同物质的速率表示反应达到平衡时,要求反应的方向一正一逆,且反应速率之比等于化学计量数之比,即v正(CO)=2v逆(SO2)才能表示反应已达到平衡状态,故B错误;C.其他条件不变,增大SO2的浓度,增加反应物的浓度,平衡向正反应方向移动,CO的转化率增大,故C正确;D.恒温恒压下,通入非反应气体,容器的体积增大,各物质的浓度降低,相当于减压,平衡向逆反应方向移动,SO2的转化率降低,故D错误。
Ⅱ.(3)①根据反应速率的定义,v(NO)=(1.00-0.58)mol·L-1÷10min=0.042mol·L-1·min-1;反应a和b都是放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,即升高温度,平衡常数K减小;
②A.活性炭为固体,加入活性炭,不影响化学平衡,故A不符合题意;B.通入一定量的NO,NO浓度增大,平衡向正反应方向移动,N2浓度增大,故B符合题意;C.适当缩小容器的体积,所有气体的浓度均增大,故C符合题意;D.加入合适的催化剂,不影响化学平衡,故D不符合题意。
(4)①根据示意图可知,1050kPa前反应未达到平衡状态,随着压强增大,反应速率加快,NO2的转化率增大;假设通入1molNO2,
2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)
起始/mol100
变化/mol0.40.20.4
平衡/mol0.60.20.4
1100kPa时,NO2的体积分数为
×100%=50%;
②NO2的体积分数为
,N2的体积分数为
=
,CO2的体积分数为
=
,Kp=
=
=
×1.1×106。
答案:
Ⅰ.
(1)2CO(g)+SO2(g)===2CO2(g)+S(s) ΔH=-270.0kJ·mol-1
(2)AC
Ⅱ.(3)①0.042mol·L-1·min-1 减小 ②BC
(4)①1050kPa前反应未达平衡状态,随着压强增大,反应速率加快,NO2的转化率增大 50%
②
×1.1×106
6、(2020届新题预测)
采用H2或CO催化还原NO能达到消除污染的目的,在氮氧化物尾气处理领域有着广泛应用。
回答下列问题:
(1)用CO处理NO时产生两种无毒、无害的气体,该反应的氧化产物为________。
(2)已知:
氢气的燃烧热为285.8kJ/mol
2NO(g)===N2(g)+O2(g) ΔH1=-180.5kJ/mol
H2O(g)===H2O(l) ΔH2=-44kJ/mol
写出用H2处理NO生成水蒸气和1molN2的热化学方程式:
______________________________________。
(3)针对上述用H2处理NO生成水蒸气和1molN2的反应,回答下列问题:
①研究表明,上述反应中,反应速率v=k·c2(NO)·c2(H2),其中k为速率常数,只与温度有关。
t1时刻,v=v1,若此刻保持温度不变,将c(NO)增大到原来的2倍时,c(H2)减小为原来的
(此时v=v2)。
则有v1______v2(填“>”“<”或“=”)。
②在温度T时,向容积固定的密闭容器中充入3molNO和2molH2发生上述反应,起始压强为p0,一段时间后,反应达到平衡,此时压强p=0.9p0,则NO的平衡转化率α(NO)=______(结果保留三位有效数字),该反应的平衡常数Kp=______(用含p的代数式表示,Kp为以分压表示的平衡常数,且某气体的分压=总压×该气体的物质的量分数)。
(4)实验室常用NaOH溶液吸收法处理NOx,反应的化学方程式如下:
(已知NO不能与NaOH溶液反应)
NO+NO2+2NaOH===2NaNO2+H2O
2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O
①若NOx(此处为NO和NO2的混合气体)能被NaOH溶液完全吸收,则x的取值范围为________。
②1molNO2和溶质物质的量为1mol的NaOH溶液恰好完全反应后,溶液中各离子浓度由大到小的顺序为______________________________________________。
(5)一氧化氮空气质子交换膜燃料电池将化学能转化为电能的同时,实现了制硝酸、发电、环保三位一体的结合,其工作原理如图所示,写出放电过程中负极的电极反应式:
________________________,若过程中产生2molHNO3,则消耗标准状况下O2的体积为________L。
解析:
(1)用CO处理NO时产生两种无毒、无害的气体,分别为N2和CO2,氧化产物为CO2。
(2)由氢气的燃烧热为285.8kJ/mol可得:
2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH3=-571.6kJ/mol,根据盖斯定律,用H2处理NO生成1mol氮气和水蒸气的热化学方程式为2H2(g)+2NO(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH=ΔH3+ΔH1-2ΔH2=-664.1kJ/mol。
(3)①k只与温度有关,故当c(NO)增大到原来的2倍,c(H2)减少为原来的
时,v1与v2相等;②设反应达到平衡时,生成xmolN2。
根据题意可列出三段式:
2H2(g)+2NO(g)===N2(g)+2H2O(g)
起始/mol 2 3 0 0
转化/mol2x2xx2x
平衡/mol2-2x3-2xx2x
反应达到平衡,此时压强p=0.9p0,则有
=
=
=0.9,解得x=0.5,故NO的转化率α(NO)=
×100%≈33.3%,由分压公式可知,p(H2)=
p,p(NO)=
p,p(N2)=
p,p(H2O)=
p,则Kp=
=
=
。
(4)①NO不能被NaOH溶液单独吸收,NO2可以被NaOH溶液单独吸收,因此NO和NO2的混合气体被NaOH溶液完全吸收的条件应满足:
n(NO)∶n(NO2)≤1,当n(NO)∶n(NO2)=1时,x取最小值1.5,因为混有NO,所以x的最大值<2,故x的取值范围为1.5≤x<2;②等物质的量的NO2和NaOH溶液完全反应后,其溶质为等物质的量的NaNO2和NaNO3,由于NO
发生水解,则溶液中各离子浓度由大到小的顺序为c(Na+)>c(NO
)>c(NO
)>c(OH-)>c(H+)。
(5)由原电池的工作原理图示可知,左端的铂电极为原电池的负极,其电极反应为NO-3e-+2H2O===NO
+4H+,当过程中产生2molHNO3时转移6e-电子,而1molO2参加反应转移4mole-,故需要1.5molO2参加反应,标准状况下的体积为1.5mol×22.4L/mol=33.6L。
答案:
(1)CO2
(2)2H2(g)+2NO(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH=-664.1kJ/mol (3)①= ②33.3%
(4)①1.5≤x<2 ②c(Na+)>c(NO
)>c(NO
)>c(OH-)>c(H+) (5)NO-3e-+2H2O===NO
+4H+ 33.6
7、(2019·福州四校高三联考)
燃煤的过程中排放大量CO2、SO2、NOx以及固体颗粒物,对环境污染严重。
请回答下列问题:
(1)将煤作为燃料常通过下列两种途径:
途径Ⅰ:
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1<0①
途径Ⅱ:
先制水煤气,后燃烧水煤气
C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH2>0②
2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH3<0③
2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH4<0④
ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4的关系式是_________________________________。
(2)已知碳的气化反应在不同温度下平衡常数的对数值(lgK)如表:
气化反应
lgK
700K
900K
1200K
C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) i
-2.64
-0.39
1.58
C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g) ii
-1.67
-0.03
1.44
升高温度时,反应i中H2的产率________(填“增大”“减小”或“不变”)。
在900K时,反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数的对数值(lgK)为__________。
(3)为了减少燃煤污染,可将煤燃烧产生的SO2制成自发电池,其电池总反应为2SO2+O2+2H2O===2H2SO4,该电池的负极反应式为_____________________________________。
用这种方法处理含SO2废气的优点是________________________________________。
(4)新型氨法烟气脱硫技术采用氨吸收烟气中的SO2生成亚硫酸铵和亚硫酸氢铵。
亚硫酸铵又可用于燃煤烟道气脱氮,将氮氧化物转化为氮气,同时生成一种氮肥,形成共生系统。
写出二氧化氮与亚硫酸铵反应的化学方程式:
___________________________________。
(5)用K2CO3溶液可吸收燃煤反应中生成的CO2,常温下pH=10的K2CO3溶液中由水电离的OH-的物质的量浓度为______________。
常温下,0.1mol·L-1KHCO3溶液的pH>8,则溶液中c(H2CO3)________(填“>”“=”或“<”)c(CO
)。
解析:
(1)根据盖斯定律,由(②×2+③+④)/2可得①,则2ΔH1=2ΔH2+ΔH3+ΔH4。
(2)依题表中数据可知,温度升高时,反应i的lgK增大,平衡正向移动,反应i中H2的产率增大。
根据盖斯定律,由反应ii-反应i得CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),900K时,此反应的平衡常数K=
=100.36,则lgK=0.36。
(3)2SO2+O2+2H2O===2H2SO4,在此反应中,SO2被氧化生成H2SO4,通入SO2的一极是负极,负极的电极反应式为SO2+2H2O-2e-===SO
+4H+。
(4)NO2与(NH4)2SO3反应时,NO2是氧化剂,还原产物是N2;(NH4)2SO3是还原剂,氧化产物是(NH4)2SO4。
(5)常温下pH=10的K2CO3溶液中,c(H+)=1×10-10mol·L-1,c(OH-)=1×10-4mol·L-1,K2CO3溶液中的OH-就是由水电离产生的。
KHCO3溶液显碱性,说明HCO
的水解能力大于其电离能力,故c(H2CO3)>c(CO
)。
答案:
(1)2ΔH1=2ΔH2+ΔH3+ΔH4
(2)增大 0.36
(3)SO2+2H2O-2e-===SO
+4H+ 减少环境污染,获得副产品H2SO4,获得电能
(4)4(NH4)2SO3+2NO2===4(NH4)2SO4+N2
(5)1×10-4mol·L-1 >
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