高考冲刺化学大题百题精练 专题01 化学反应速率与化学平衡原理综合应用第02期教师版.docx
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高考冲刺化学大题百题精练专题01化学反应速率与化学平衡原理综合应用第02期教师版
2016年高考冲刺之化学大题百题精练
(二)
1.雾霾严重影响人们的生活,汽车尾气的排放是造成雾霾天气的重要原因之一。
已知汽车尾气排放时容易发生以下反应:
①N2(g)+O2(g)
2NO(g)△H1=akJ·mol-1
②CO(g)+1/2O2(g)
CO2(g)△H2=bkJ·mol-1
③2CO(g)+2NO(g)
N2(g)+2CO2(g)△H3
请回答下列问题:
(1)△H3=_________kJ·mol-1(用含a、b的代数式表示)。
(2)对于有气体参与的反应,表示平衡常数Kp时用气体组分(B)的平衡压强p(B)代替该气体物质的量浓度c(B),则反应①的平衡常数表达式Kp=___________。
(3)能说明反应③已达平衡状态的标志是________(填字母)。
A.单位时间内生成1molCO2的同时消耗了lmolCO
B.在恒温恒容的容器中,混合气体的密度保持不变
C.在绝热恒容的容器中,反应的平衡常数不再变化
D.在恒温恒压的容器中,NO的体积分数保持不变
(4)在一定温度下,向体积为VL的恒容密闭容器中充入一定量的NO和CO,发生反应③。
在t1时刻达到平衡,此时n(CO)=xmol,n(NO)=2xmol,n(N2)=ymol,则NO的平衡转化率为_____(用含x、y的代数式表示);再向容器中充入ymolCO2和xmolNO,则此时v(正)____(填“>”、“<”或“=”)v(逆)。
(5)烟气中也含有氮氧化物,C2H4可用于烟气脱硝。
为研究温度、催化剂中Cu2+负载量对NO去除率的影响,控制其它条件一定,实验结果如图1所示。
为达到最高的NO去除率,应选择的反应温度约为___,Cu2+负载量为_________。
【答案】
(1)2b-a;
(2)
;(3)CD ;(4)
;=;
(5)350℃(300~400℃之间);3%.
2x+2y,平衡转化率为2y/(2x+2y)=
向容器中充入ymolCO2和xmolNO,相当于同等倍数的增大反应物和生成物的浓度,平衡不移动,此时v(正)=v(逆),答案为:
;=;(5)从图上可以看出负载为3%时,相同温度下NO去除率最高,党文度在350度左右时,去除NO的效果最好,答案为:
350℃(300~400℃之间);3%.
考点:
考查化学平衡的计算
2.天然气是一种重要的清洁能源和化工原料,其主要成分为甲烷。
(1)已知:
CO(g)+H2O(g)
H2(g)+CO2(g)△H=-41kJ·mol-1
C(s)+2H2(g)
CH4(g)△H=-73kJ·mol-1
2CO(g)
C(s)+CO2(g)△H=-171kJ·mol-1
工业上可用煤制天然气,生产过程中有多种途径生成CH4。
写出CO与H2反应生成CH4和H2O的热化学方程式。
(2)天然气中的H2S杂质常用氨水吸收,产物为NH4HS。
一定条件下向NH4HS溶液中通入空气,得到单质硫并使吸收液再生,写出再生反应的化学方程式。
(3)用天然气制取H2的原理为:
CO2(g)+CH4(g)
2CO(g)+2H2(g)。
在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1mol·L-1的CH4与CO2,在一定条件下发生反应,测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如下图1所示,则压强P1P2(填“大于”或“小于”);压强为P2时,在Y点:
v(正)v(逆)(填“大于”、“小于”或“等于”)。
求Y点对应温度下的该反应的平衡常数K=。
(计算结果保留两位有效数字)
(4)以二氧化钛表面覆盖CuAl2O4为催化剂,可以将CH4和CO2直接转化成乙酸。
①在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图2所示。
250~300℃时,温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是。
②为了提高该反应中CH4的转化率,可以采取的措施是。
【答案】
(1)CO(g)+3H2(g)
CH4(g)+H2O(g)△H=-203kJ·mol-1
(2)2NH4HS+O2=2NH3·H2O+2S↓(3)小于大于1.6mol2·L-2
(4)①温度超过250oC时,催化剂的催化效率降低②增大反应压强或增大CO2的浓度
考点:
平衡移动的影响因素,化学平衡常数,盖斯定律
3.汽车尾气中的主要污染物是NO和CO。
为减轻大气污染,人们提出通过以下反应来处理汽车尾气:
(1)2NO(g)+2CO(g)
2CO2(g)+N2(g)△H=-746.5KJ/mol(条件为使用催化剂)
已知:
2C(s)+O2(g)
2CO(g)△H=-221.0KJ/mol
C(s)+O2(g)
CO2(g)△H=-393.5KJ/mol
则N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H=kJ·mol-1。
(2)T℃下,在一容积不变的密闭容器中,通入一定量的NO和CO,用气体传感器测得不同时间NO和CO的浓度如下表
时间/s
0
1
2
3
4
5
C(NO)10-4mol/L
10.0
4.50
C1
1.50
1.00
1.00
C(CO)10-3mol/L
3.60
3.05
C2
2.75
2.70
2.70
则C2合理的数值为(填字母标号)。
A.4.20B.4.00C.2.95D.2.80
(3)研究表明:
在使用等质量催化剂时,增大催化剂的比表面积可提高化学反应速率。
根据下表设计的实验测得混合气体中NO的浓度随时间t变化的趋势如下图所示:
则曲线II对应的实验编号为。
(4)将不同物质的量的H2O(g)和CO(g)分别通入体积为2L的恒容密闭容器中,进行反应:
H2O(g)+CO(g)
CO2(g)+H2(g),得到如下三组数据:
实验组
温度/℃
起始量/mol
平衡量/mol
达到平衡所需时间/min
H2O
CO
CO
H2
i
650
2
4
2.4
1.6
5
ii
900
1
2
1.6
0.4
3
iii
900
a
b
c
d
t
①实验组i中以v(CO2)表示的反应速率为,温度升高时平衡常数会(填“增大”、“减小”或“不变”)。
②若a=2,b=1,则c=,达平衡时实验组ii中H2O(g)和实验组iii中CO的转化率的关系为αii(H2O)αiii(CO)(填“<”、“>”或“=”)。
(5)CO分析仪的传感器可测定汽车尾气是否符合排放标准,该分析仪的工作原理类似于燃料电池,其中电解质是氧化钇(Y2O3)和氧化锆(ZrO2)晶体,能传导O2-。
①则负极的电极反应式为________________。
②以上述电池为电源,通过导线连接成图一。
若X、Y为石墨,a为2L0.1mol/LKCl溶液,写出电解总反应的离子方程式。
电解一段时间后,取25mL上述电解后的溶液,滴加0.4mol/L醋酸得到图二曲线(不考虑能量损失和气体溶于水,溶液体积变化忽略不计)。
根据图二计算,上述电解过程中消耗一氧化碳的质量为__________g。
【答案】
(1)△H=+180.5kJ·mol-1
(2)D(3)②(4)①0.16mol.L-1.min-1;减小②c=0.6;=
(5)①CO-2e-+O2-=CO2②2Cl-+2H2O
Cl2+H2+2OH-;2.8g
【解析】
试题分析:
(1)根据盖斯定律,△H=-△H1+2△H3-△H2=746.5-2*393.5+221=+180.5kJ·mol-1,故答案为+180.5;
(2)由题意可知,随着反应浓度的减小,反应速率应减慢,故3.05-C2>C2-2.75,符合题意的为D,2.80,故答案为D;
(3)由图象可知,Ⅰ与Ⅱ平衡状态相同,说明温度均为280oC,且Ⅱ先达到平衡,速率更快,故曲线II对应的实验编号为②,故答案为②;
(4)①由题意可知△c(CO2)=△c(CO)=1.6/2=0.8mol/L,则v(CO2)=0.8/5=0.16mol.L-1.min-1,对比i与ii可知,温度升高,平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应,故升高温度,平衡常数应减小,故答案为0.16mol.L-1.min-1;减小;
考点:
电解池、原电池、化学平衡、化学反应速率、化学反应热的计算
4.一种煤炭脱硫技术可以把硫元素以CaSO4的形成固定下来,可以减少SO2的排放,但产生的CO又会与CaSO4发生化学反应,从而降低脱硫效率。
相关的热化学方程式如下:
①CaSO4(s)+CO(g)⇌CaO(s)+SO2(g)+CO2(g)△H1=210.5kJ•mol-1
②1/4CaSO4(s)+CO(g)⇌1/4CaS(s)+CO2(g)△H2=-47.3kJ•mol-1
请回答下列问题:
(1)反应CaO(s)+3CO(g)+SO2(g)⇌CaS(s)+3CO2(g)△H2=________kJ•mol-1;平衡时增大压强,此反应________(“正向”、“逆向”、“不”)移动。
(2)已知298K时,Ksp(CaCO3)=m×10-p,Ksp(CaSO4)=m×10-q。
则反应:
CaCO3+SO42-⇌CaSO4+CO32-的平衡常数数值表示式为_________________(用含m、n、p、q的式子表示)。
(3)用碘量法可测定排放烟气中二氧化硫的含量,请写出碘溶液与二氧化硫发生氧化还原反应的离子方程式_________________;
(4)反应①②的平衡常数的对数lgK随反应T的变化曲线见图,其中曲线Ⅰ代表_______反应,P为两曲线交点,则在该温度下两反应均达平衡时,体系中c(SO2)=___________mol•L-1,从减少二氧化硫排放的角度来考虑,本体系适宜的反应条件是_______________________。
A.低温低压B.低温高压C.高温高压D.高温低压
【答案】
(1)-399.7;正向;
(2)
;(3)I2+SO2+2H2O=SO42-+2I-+4H+;(4)②;1;B
(3)碘与二氧化硫发生氧化还原反应的方程式为I2+SO2+2H2O=SO42-+2I-+4H+,故答案为I2+SO2+2H2O=SO42-+2I-+4H+;
(4)由图象可知,曲线Ⅰ中,随着温度升高,lgK值减小,则反应为放热反应,故曲线Ⅰ代表的应为反应②,反应①的K值表达式为
,反应②的K值表达式为
,当P点时,曲线Ⅰ与曲线Ⅱ的K值相同,
=
,,所以c(SO2)=1mol•L-1;减小二氧化硫的排放,低温高压更有利于①中平衡逆向移动,故答案为②,1,B。
考点:
化学平衡、难溶电解质的溶解平衡、化学反应热的计算
5.SO2在生产、生活中有着广泛的用途。
(1)请你列举一个SO2在生活中的用途。
(2)SO2在工业上常用于硫酸生产:
2SO2(g)+02(g)
2SO3(g),该反应在一定条件下进行时的热效应如图1所示,则其逆反应的活化能为____。
(3)图2中L、X表示物理量温度或压强,依据题中信息可判断:
①X表示的物理量是____,理由是____;②L1____L2(填“>”,“<”或“:
”)。
(4)在容积固定的密闭容器中,起始时充入0.2molSO2和0.1molO2反应体系起始总压强0.1MPa。
反应在一定的温度下达到平衡时SO2的转化率为90%。
该反应的压强平衡常数Kp=____(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
(5)利用原电池原理,也可用SO2和O2来制备硫酸,该电池用多孔材料作电极。
请写出该电池负极的电极反应式。
【答案】
(1)杀菌、消毒、漂白织物、抗氧化剂等;
(2)E+∣△H∣;(3)①温度,由反应方程式和图Ⅰ可知,其正反应放热且气体分子数减少,升温时SO2的平衡转化率下降;②<;(4)2.43×104MPa;(5)SO2+2H2O-2e-=4H++SO42-.
<;(4)
2SO2(g)+02(g)
2SO3(g),用三段式计算:
考点:
考查化学平衡的计算、电解池电极的书写
6.化学反应原理在科研和生产中有广泛应用.
Ⅰ.氮元素在海洋中的循环,是整个海洋生态系统的基础和关键。
海洋中无机氮的循环过程可用下图表示。
(1)海洋中的氮循环起始于氮的固定,其中属于固氮作用的一步是(填图中数字序号)。
(2)有氧时,在硝化细菌作用下,NH4+可实现过程④的转化,将过程④的离子方程式补充完整:
________NH4++5O2==2NO2-+________H++__________+__________
Ⅱ.工业合成氨原理是:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)△H<0,当反应器中按n(N2):
n(H2)=1:
3投料,分别在200℃、400℃、600℃下达到平衡时,混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线如图。
(1)曲线a对应的温度是。
(2)关于工业合成氨的反应,下列叙述正确的是。
A.及时分离出NH3可以提高H2的平衡转化率
B.上图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K(M)=K(Q)>K(N)
C.M点比N点的反应速率快
D.由曲线a可知,当压强增加到100MPa以上,NH3的物质的量分数可达到100%
(3)如果N点时c(NH3)=0.2mol·L-1,N点的化学平衡常数K=L2/mol2(精确到小数点后两位)
Ⅲ.尿素[CO(NH2)2]是一种非常重要的高效氮肥,工业上以NH3、CO2为原料生产尿素,该反应实际为两步反应:
第一步:
2NH3(g)+CO2(g)
H2NCOONH4(s)ΔH=-272kJ·mol-1
第二步:
H2NCOONH4(s)
CO(NH2)2(s)+H2O(g)ΔH=+138kJ·mol-1
(1)写出工业上以NH3、CO2为原料合成尿素的热化学方程式:
_________________________
(2)某实验小组模拟工业上合成尿素的条件,在一体积为0.5L的密闭容器中投入4mol氨和1mol二氧化碳,实验测得反应中各组分的物质的量随时间的变化如下图所示:
①反应进行到10min时测得CO2的物质的量如图所示,则用CO2表示的第一步反应的速率v(CO2)=mol/(L·min)。
②已知总反应的快慢由慢的一步决定,则合成尿素总反应的快慢由第_________步反应决定,总反应进行到_________min时到达平衡。
【答案】Ⅰ.
(1)②;
(2)4NH4++5O2=2NO2-+6H++N2O+5H2O;
Ⅱ.
(1)200℃
(2)AB(3)0.93
Ⅲ.
(1)2NH3(g)+CO2(g)
H2O(g)+CO(NH2)2(s)ΔH=-134kJ/mol)
(2)①0.148②二;55
(2)A.及时分离出NH3,平衡正向进行,可以提高H2的平衡转化率,A正确;B.温度不变,平衡常数不变,该反应为放热反应,温度越高,平衡常数越小,则M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K(M)=K(Q)>K(N),B正确;C.N点温度高于M点,温度越低反应速率越快,所以N点比M点的反应速率快,C错误;D.该反应为可逆反应,反应不能进行到底,当压强增加到100MPa以上,NH3的物质的量分数接近达到100%,D错误;答案选AB;
(3)N点时c(NH3)=0.2mol•L-1,氨气物质的量分数为20%,则:
N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)
起始浓度(mol/L):
x3x0
变化浓度(mol/L):
0.10.30.2
平衡浓度(mol/L):
x-0.13x-0.30.2
所以0.2/(4x-0.2)=0.2,x=0.3;则平衡常数K=c2(NH3)/c3(H2)c(N2)=0.22/0.63×0.2=0.93;
Ⅲ.
(1)第一步:
2NH3(g)+CO2(g)
H2NCOONH4(s)ΔH=-272kJ·mol-1———①
第二步:
H2NCOONH4(s)
CO(NH2)2(s)+H2O(g)ΔH=+138kJ·mol-1———②
根据盖斯定律①+②得2NH3(g)+CO2(g)
H2O(g)+CO(NH2)2(s)ΔH=-134kJ/mol;
(2)①由图可知反应进行到10min时测得CO2的物质的量由1mol变为0.26mol,则用CO2表示的第一步反应的速率v(CO2)=(0.74/0.5)÷10=0.148mol/(L·min);
②由图象可知在15分钟左右,第一步反应的氨气和二氧化碳反应生成氨基甲酸铵后不再变化,第二步反应的氨基甲酸铵先增大再减小最后达到平衡,从曲线斜率可知第二步反应速率慢,所以合成尿素总反应的快慢由第二步反应决定,由图可知,尿素在55分钟时,物质的量不再变化,所以总反应进行到55min时到达平衡。
考点:
平衡移动的影响因素,热化学方程式
7.能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈。
甲醇是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景,因此甲醇被称为2l世纪的新型燃料。
工业上用CO生产燃料甲醇,一定条件下发生反应:
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)。
图1表示反应中能量的变化;图2表示一定温度下,在体积为2L的密闭容器中加入4molH2和一定量的CO后,CO和CH3OH(g)的浓度随时间变化图。
请回答下列问题:
(1)在“图1”中,曲线_______(填“a”或“b”)表示使用了催化剂;该反应属于_________(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)根据“图2”判断,下列说法不正确的是______________。
A.起始充入的CO为1mol
B.增加CO浓度,CO的转化率增大
C.容器中压强恒定时,反应已达平衡状态
D.保持温度和密闭容器容积不变,再充入1molCO和2molH2,再次达到平衡时n(CH3OH)
/n(CO)会增大
(3)从反应开始到建立平衡,v(H2)=__________;该温度下CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)的化学平衡常数为___________。
若保持其他条件不变,向平衡体系中再充入0.5molCO、lmolH2、1.5molCH3OH,此反应进行的方向为________________(填“正反应方向”或“逆反应方向)”。
(4)请在“图3”中画出平衡时甲醇蒸气百分含量(纵坐标)随温度(横坐标)变化的曲线,要求画压强不同的2条曲线(在曲线上标出p1、p2,且p1>p2)。
(5)科学家常用量热剂来直接测定某一反应的反应热,现测得:
CH3OH(g)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=-192.9kJ/mol,又知H2O(l)=H2O(g)△H=+44kJ/mol,请写出32g的CH3OH(g)完全燃烧生成液态水的热化学方程式_______。
【答案】
(1)b放热
(2)AB(3)0.15mol/(L·min)12正反应方向
(4)
(5)CH3OH(g)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-280.9KJ/mol
因反应速率之比等于化学计量数之比,则v(H2)=0.075mol•L-1•min-1×2=0.15mol•L-1•min-1,
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)
开始1mol/L2mol/L0
转化0.75mol/L1.5mol/L0.75mol/L
平衡0.25mol/L0.5mol/L0.75mol/L
则化学平衡常数K=
12L2•mol-2,
(4)CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)△H<0, 则温度越高,逆向反应进行的程度越大,甲醇的含量就越低, 压强增大,反应正向进行的程度大,则甲醇的含量高,则图象为 , (5)根据盖斯定律甲醇完全燃烧生成液态水的热化学方程式CH3OH(g)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-280.9KJ/mol。 考点: 本题考查化学速率、化学平衡、反应热。 8.含氮化合物的研发与绿色发展、经济可持续发展有着密切关联。 (1)氨是一种重要化工原料。 合成氨原料气H2,可用天然气为原料制得,有关反应能量变化如下图所示。 则用CH4(g)和H2O(g)反应制得H2(g)和CO(g)的热化学方程式为: (2)氮的氧化物有着广泛用途,又是环境的污染物。 (i)在150℃时,将0.4molNO2气体充入体积为2L的真空密闭容器中,发生反应: 2NO2(g) N2O4(g)。 每隔一定时间测定容器内各物质的物质的量,数据如下表: 时间/S 0 20 40 60 80 N(NO2)/mol 0.4 n1 0.26 n3 n4 N(N2O4)/mol 0 0.05 n2 0.08 0.08 ①当反应在150℃达到平衡时,该反应平衡常数K=________。 (填数值) ②若最初通入N2O4,在相同条件下达到平衡时,各物质浓度仍然相同,则N2O4的起始浓度应为______________。 (ii)氨氧化制HNO3的尾气中含有NO和NO2,且n(NO): n(NO2)=1: 1,可用尿素溶液除去,其作用原理是: NO2和NO与水反应生成亚硝酸,亚硝酸再与尿素[CO(NH2)2]反应生成对环境无污染的物质。 若用1mol尿素吸收该尾气,则能吸收氮氧化物___________g。 (3)氨气,CO2在一定条件下可合成尿素,其反应为: 2NH3(g)+CO2(g)===CO(NH2)2(s)+H2O(g),右图表示合成塔中氨碳比a与CO2转化率ω的关系。 a为[n(NH3)/n(CO2)],b为水碳比[n(H2O)/n(CO2)]。 则: ①b应控制在____;A.1.5~1.6B.1~1.1C.0.6~0.7 ②a应控制在4.0的理由是_____________________。 【答案】 (1)CH4(g)+H2O(g)==CO(g)+3H2(g)△H=+161.1KJ/mol (2)(i)①2.8②0.10mol/L(ii)76g(3)①C ②a等于4.0,CO2转化率迅速提高到最大值;而a在4.0之后增大,c(NH3)转化率无明显增大。 (3)①根据图像知当n(NH3)/n(CO2)一定时,n(H2O)/n(CO2)介于0.6—0.7时CO2的转化率最大,故b应控制在0.6~0.7,选C。 ②a应控制在4.0的理由是a等于4.0,CO2转化率迅速提高到最大值;而a在4.0之后增大,c(NH3)转化率无明显增大。 考点: 考查反应热的计算、盖斯定律,化学平衡和氧化还原反应计算。 9.雾霾天气肆虐给人类健康带来了严重影响。 燃煤和汽车尾气是造成空气污染的原因之一。 (1)汽车尾气净化的主要原理为: 2NO(g)+2CO 2CO2(g)+N2(g)△H<0 ①该反应的速率时间图像如图中左图所示。 若其他条件不变,仅在反应前加入合适的催化剂,其速率时间图象如图中右图所示。 以下说法正确的是___________(填对应字母)。 A.a1>a2 B.b1<b2 C.t1>t2 D.右图中阴影部分面积更大 E.左
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