高考化学备考全方案12题揭秘专题12化学反应能量速率和平衡综合题题型训练.docx
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高考化学备考全方案12题揭秘专题12化学反应能量速率和平衡综合题题型训练
专题12化学反应能量、速率和平衡综合题
1.【2019届四省名校第二次联考】氮的氧化物NO3是常见的大气污染物,化学上采用NH3处理NxOy不仅可以消除污染,还可作为工业生产的能量来源。
(1)已知:
I.2NO(g)===N2(g)+O2(g)△H=-177kJ/mol
II.4NH3(g)+3O2(g)===2N2(g)+6H2O(g)△H=-1253.4kJ/mol
则用NH3处理NO生成氮气和气态水的热化学方程式为__________________。
(2)已知:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)△H<0。
不同温度下,向三个一样的容器中投入相同的反应物进行反应,测得不同压强下平衡混合物中NH3的物质的量分数如图所示。
①M点的v正_________Q点的v正(填“>”“<”或“=”),原因是________________________。
②维持10MPa、T3℃的条件不变,要提高H2的转化率,可以采取的措施是__________________(任写一条)。
③图中三条曲线对应的温度T1、T2、T3由高到低的顺序为__________________。
④恒温恒容条件下,能说明反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)达到平衡状态的是_________(填选项字母)
A.c2(NH3)/[c(N2)c3(H2)]保持不变
B.3molH-H键断裂的同时,有2molN-H键断裂
C.2v(N2)=v(NH3)
D.反应器中的压强不再发生变化
⑤T3温度下,将1molN2和3molH2充入2L的密闭容器中,维持压强为60MPa不变,达到N点的平衡状态,反应的浓度平衡常数Kc=_____________(mol/L)-2(用最简分数表示),M点的平衡常数比N点的平衡常数_________(填“大”“小”或“相等”)。
【答案】4NH3(g)+6NO(g)===5N2(g)+6H2O(g)△H=-1784.4kJ/mol>其他条件相同,M点压强大,反应速率快增大氮气的浓度,也可以及时分离出氨气T3>T2>T1AD
大
【解析】
可得到关系:
×100%=20%,得到x=
mol,由于压强不变,即体系体积减小,根据物质的量之比等于体积之比,可得到平衡时体系的体积为:
=
,a=
L,Kc=
=
;由于T2 故答案为: ,大; 2.【2019届安徽黄山一模】游离态氮称为惰性氮,游离态氮转化为化合态氮称之为氮的活化,在氮的循环系统中,氮的过量“活化”,则活化氮开始向大气和水体过量迁移,氮的循环平衡被打破,导致全球环境问题。 Ⅰ.氮的活化 工业合成氨是氮的活化重要途径之一,在一定条件下,将N2和H2通入到体积为0.5L的恒容容器中,反应过程中各物质的物质的量变化如图所示: (1)10min内用NH3表示该反应的平均速率,v(NH3)=____________。 (2)在第10min和第25min改变的条件可能分别是_________、________(填字母)。 A.加了催化剂B.升高温度C.增加NH3的物质的量 D.压缩体积E.分离出氨气 (3)下列说法能说明该可逆反应达到平衡状态的是__________(填字母)。 A.容器中气体密度不变B.容器中压强不变 C.3v(H2)正=2v(NH3)逆D.N2、H2、NH3分子数之比为1∶3∶2 Ⅱ.催化转化为惰性氮已知: SO2、CO、NH3等都可以催化还原氮氧化物生成惰性氮。 (4)在250C、101KPa时,N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H1=-92.4kJ/mol. 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H2=-571.6kJ/mol N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H3=+180kJ/mol 则NO与NH3反应生成惰性氮的热化学方程式______________________________。 (5)在有氧条件下,新型催化剂M能催化CO与NOx反应生成N2。 现向某密闭容器中充入等物质的量浓度的NO2和CO气体,维持恒温恒容,在催化剂作用下发生反应: 4CO(g)+2NO2(g) N2(g)+4CO2(g)△H<0,相关数据如下: 0min 5min 10min 15min 20min c(NO2)/mol·L-1 2.0 1.7 1.56 1.5 1.5 c(N2)/mol·L-1 0 0.15 0.22 0.25 0.25 ①计算此温度下的化学平衡常数K=______, ②实验室模拟电解法吸收NOx装置如图,(图中电极均为石墨电极)。 若用NO2气体进行模拟电解法吸收实验(a _________________________________。 【答案】0.02mol·L-1·min-1AEB6NO(g)+4NH3(g)=5N2(g)+6H2O(l)△H=-2070kJ·mol-11/9(或0.11)(mol·L-1)-1H2O+NO2-e-=NO3-+2H+ 【解析】 物质的量变化之比等于化学计量数之比,三种气体物质的速率增加倍数相同,说明10min可能改变的条件是使用催化剂,故A项正确; 故答案为: B; (4)在250C、101KPa时, ①N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H1=-92.4kJ/mol. ②2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H2=-571.6kJ/mol ③N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H3=+180kJ/mol 利用盖斯定律,将②×3−①×2−③×3可得6NO(g)+4NH3(g)=5N2(g)+6H2O(l)△H=-2070kJ·mol-1, 故答案为: 6NO(g)+4NH3(g)=5N2(g)+6H2O(l)△H=-2070kJ·mol-1; (5)① 所以K= =1/9(0.11)(mol·L-1)-1 故答案为: 1/9(或0.11)(mol·L-1)-1; ②根据图知,电解时,左室中电极上氢离子放电生成氢气,则左室为阴极室,右室为阳极室,阳极上通入的是氮氧化物,生成的硝酸,所以阳极上氮氧化物失电子和水生成硝酸: H2O+NO2-e-=NO3-+2H+, 故答案为: H2O+NO2-e-=NO3-+2H+; 3.【2019届安徽宣城期末】氮氧化物(NOx)是电厂主要排放污染物之一。 工业上采用氨脱硝处理后排放,原理如下: ①4NH3(g)+4NO(g)+O2(g) 4N2(g)+6H2O(g)△H1=-1632.4kJ·mol-1 ②4NH3(g)+6NO(g) 5N2(g)+6H2O(g)△H2=akJ·mol-1 当反应温度过高时,NH3会发生氧化反应: ③NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)△H3=-902.0kJ·mol-1 回答下列问题: (1)有利于提高反应①中NO转化率(脱硝率)的条件是___________(填标号)。 A.高温低压B.低温低压C.低温高压D.增大氨气浓度 (2)反应②中的a=___________。 温度下,实验室在2L密闭容器中加入2molNH3、3molNO模拟反应②,达到平衡时测得脱硝率为60%,则平衡常数Ke=___________(只列出计算式,不必求出计算结果)。 (3)反应③中,常用的催化剂有Cr2O3和Fe2O3,Cr2O3的催化效率更好一些。 下列表示两种催化剂在反应③催化过程中的能量变化示意图合理的是___________(填字母序号)。 (4)下图为混合气中O2含量6%时,不同温度下脱硝率的变化曲线[其中氨氮摩尔比RNS=n(NH3)/n(NO)],由图可知: (i)氨氮摩尔比对脱硝率的影响规律是______________________。 (ⅱ)温度在800-950℃变化时,脱硝率随温度升高而___________,但高于950℃后,脱硝率反而下降,一方面是由于平衡移动的影响,另一方面是由于___________。 【答案】BD-1815.0 B其他影响因素相同时,氨氮摩尔比越大,脱硝率越高;增大温度升高后,氨气的氧化反应开始加快,NO会增多,氨氮摩尔比下降,导致脱硝率会逐步降低 【解析】 4NH3(g)+6NO(g) 5N2(g)+6H2O(g) 开始浓度11.500 转化浓度0.60.90.750.9 平衡浓度0.40.60.750.9 平衡常数K= = (3)已知反应③中,Cr2O3的催化效率更好一些,所以使用Cr2O3活化能更低。 反应③放热,故生成物的总能量小于反应物的,B图符合题意,选B;(4)(i)根据图像,氨氮摩尔比越大,脱硝率越高;(ⅱ)由图可知,温度在800-950℃变化时,脱硝率随温度升高而增大;由题中信息可知,温度升高后,氨气的氧化反应加快,NO浓度增多,氨氮摩尔比降低,脱硝率下降。 4.【2019届广东佛山一模】石油化工生产中,利用裂解反应可以获得重要化工原料乙烯、丙烯。 一定条件下,正丁烷裂解的主反应如下: 反应IC4H10(g) CH4(g)+CH3CH=CH2(g)△H1; 反应ⅡC4H10(g) C2H6(g)+CH2=CH2(g)△H2; 回答下列问题: (1)正丁烷、乙烷和乙烯的燃烧热分别为Q1kJ·mol-1、Q2kJ·mol-1、Q3kJ·mol-1,反应Ⅱ的△H2=_______。 (2)一定温度下,向容积为5L的密闭容器中通入正丁烷,反应时间(t)与容器内气体总压强(p)数据如下: ①该温度下,正丁烷的平衡转化率α=_________;反应速率可以用单位时间内分压的变化表示,即υ=△p/△t,前2amin内正丁烷的平均反应速率υ(正丁烷)=_________MPa·min-1。 ②若平衡时甲烷、乙烯的体积分数分别为 、 ,则该温度下反应I的压力平衡常数Kp=_________MPa(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压x物质的量分数,保留三位有效数字)。 ③若反应在恒温、恒压条件进行,平衡后反应容器的体积_____8.8L(填“>”“<”或“=”) ④实际生产中发现高于640K后,乙烯和丙烯的产率随温度升高增加幅度减小,可能的原因是__________________(任写1条)。 (3)一种丁烷燃料电池工作原理如图所示。 ①A电极上发生的是_________反应(填“氧化”或“还原”) ②写出B电极的电极反应式: ________________。 【答案】(Q2+Q3-Q1)kJ·mol-176%1.7/a2.13>催化剂活性降低(或反应物浓度降低等)还原C4H10+13O2--26e-=4CO2+5H2O 【解析】 5.【2019届广东揭阳期末】I.NO是第一个被发现的生命体系气体信号分子,具有舒张血管的功能。 工业上可用“氨催化氧化法”生产NO,主要副产物为N2。 请回答下列问题: (1)以氨气、氧气为原料,在催化剂存在下生成NO和副产物N2的热化学方程式如下: 4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)△H1①,4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)△H2②,N2(g)+O2(g)2NO(g)△H3③,则上述反应热效应之间的关系式为△H3=___________________。 (2)某化学研究性学习小组模拟工业合成NO的反应。 在1110K时,向一恒容密闭容器内充入1molNH3和2.8molO2,加入合适催化剂(催化剂的体积大小可忽略不计),保持温度不变,只发生反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)△H<0。 ①下列各项能说明反应已达到化学平衡状态的是_______。 (填字母序号) a.5c(NH3)=4c(O2) b.N-H键的生成速率与O-H键的生成速率相等 c.混合气体的压强不变 d.混合气体的密度不变 ②若其他条件不变,将容器改为恒容的绝热容器,在达到平衡后的体系温度下的化学平衡常数为K1,则K1_____K(填“>”、“<”或“=”)。 II.(3)某化学研究性学习小组模拟用CO和H2合成甲醇,其反应为: CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H 在容积固定为1L的密闭容器内充入2molCO和4molH2,加入合适的催化剂(体积可以忽略不计)、保持250℃不变发生上述反应,用压力计监测容器内压强的变化如下: 反应时间/min 0 5 10 15 20 25 压强/MPa 12.4 10.2 8.4 7.0 6.2 6.2 则反应从开始到20min时,以CO浓度变化表示的平均反应速率v(CO)=_______,该温度下平衡常数K=_______。 III.(4)以甲烷为燃料的新型电池,其成本大大低于以氢气为燃料的传统燃料电池,目前得到广泛的研究,下图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图。 回答下列问题: ①B极上的电极反应式为_____________。 ②若用该燃料电池作电源,用石墨作电极电解硫酸铜溶液,当阳极收集到5.6L(标准状况)气体时,消耗甲烷的体积为________L(标准状况下)。 【答案】△H3=(△H1—△H2)/2bc<0.075mol/(L﹒min)3(mol/L)-2(单位不作要求)CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O2.8 【解析】 (1)由盖斯定律可知,(①—②)/2得N2(g)+O2(g)2NO(g),则△H3=(△H1—△H2)/2,故答案为: △H3=(△H1—△H2)/2; CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) 起始量(mol): 240 变化量(mol): x2xx 平衡量(mol): 2-x4-2xx 压强之比等于物质的量之比,则平衡时混合气体总物质的量为(2mol+4mol)×6.2MPa/12.4MPa=(6-2x)mol,解得x=1.5mol,则反应消耗c(CO)=1.5mol/1L=1.5mol/L, 以CO浓度变化表示的平均反应速率v(CO)=1.5mol/L/20min=0.075mol/(L.min);化学平衡常数K=c(CH3OH)/c(CO)c2(H2)=1.5mol/L/0.5mol/L×(1mol/L)2=3(mol/L)-2,故答案为: 0.075mol/(L.min);3(mol/L)-2; (4)①由阴离子移动方向可知B为负极,负极发生氧化反应,甲烷被氧化生成二氧化碳和水,电极方程式为CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O,故答案为: CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O; ②若用该燃料电池作电源,用石墨作电极电解硫酸铜溶液,当阳极收集到5.6L(标准状况)氧气时,反应转移1mol电子,由得失电子数目守恒可知消耗甲烷的物质的量为0.125mol,则甲烷的体积为0.125mol×22.4mol/L=2.8L,故答案为: 2.8。 6.【2019届广东清远期末】氨的合成与应用一直是众多科学家研究的热门话题,目前该研究领域已经催生了三位诺贝尔化学奖得主,N2不仅可以与H2合成氨气,N2还可以与其他物质反应生成氨气,回答下列相关问题: (1)德国化学家哈伯研究“N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)”反应贡献巨大,1918年荣获诺贝尔化学奖,已知该反应在298K时,△H=-92.2kJ/mol,Kc=4.1×106(mol/L)-2 ①若从平衡常数角度分析,反应限度已经较大,但为何化工生产中还需要使用催化剂: ____________________________________________ ②升高温度,反应物的转化率会降低,而实际化工生产中常常采用700K左右的温度,其原因是____________________________________________。 (2)1931年,科学家卡尔博施因改进合成氨方法而荣获该年度诺贝尔化 (2)已知: 2Mo(s)+3O2(g)=2MoO3(s)△H1; 2MoS2(s)+7O2(g)=2MoO3(s)+4SO2(g)△H2; MoS2(s)+2O2(g)=Mo(s)+2SO2(g)△H3 则△H3=_________(用含△H1、△H2的代数式表示) (3)电氧化法提纯钼的原理: 将辉钼矿(MoS2)放入装有食盐水的电解槽中,用惰性电极电解,MoS2被氧化为MoO42-和SO42- ①辉钼矿应放入电解槽的_________(填“阴极区”或“阳极区”)。 ②阴极的电极反应式为___________________________。 (4)碳酸钠作固硫剂并用氢还原辉钼矿的原理为MoS2(s)+4H2(g)+2Na2CO3(s) Mo(s)+2CO(g)+4H2O(g)+2Na2S(s)△H,实验测得平衡时的有关变化曲线如图所示。 ①由图1可知,该反应△H______(填“>”或“<”)0,p1、p2、p3由大到小的顺序为_______________________。 ②由图2可知,A点时H2的平衡转化率为____________。 ③B点对应的平衡常数K=__________(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)(MPa)2。 【答案】6: 1 (△H2-△H1)阳极区2H++2e-=H2↑(或2H2O+2e-=H2↑+2OH-)>p3>p2>p150%0.01 【解析】 (1)在反应中N的化合价从+5→+4降低1价,Mo从0→+6升高6价,根据氧化还原反应中化合价升降总数相等,必有6个硝酸中N降低6×1=6价,同时有1个Mo升高1×6=6价,即6个硝酸和1个Mo同时反应,即氧化剂有6摩尔硝酸反应时,就有1摩尔还原剂钼反应,因此氧化剂与还原剂的物质的量之比为6: 1,故答案为6: 1; (2)根据盖斯定律2Mo(s)+3O2(g)=2MoO3(s)①;2MoS2(s)+7O2(g)=2MoO3(s)+4SO2(g)②;MoS2(s)+2O2(g)=Mo(s)+2SO2(g)③,(②式-①式)÷2=③式,所以△H3= (△H2-△H1),故答案为 (△H2-△H1); (3)将辉钼矿(MoS2)放入装有食盐水的电解槽中,用惰性电极电解,MoS2被氧化为MoO42-和SO42-,所以辉钼矿应放入电解槽的阳极,故答案为阳极区;阴极区放电的阳离子为钠离子和氢离子,放电顺序氢离子在钠离子之前,阴极氢离子放电的电极反应为2H++2e-=H2↑(或2H2O+2e-=H2↑+2OH-),故答案为2H++2e-=H2↑(或2H2O+2e-=H2↑+2OH-); 8.【2019届河北唐山期末】甲醇是重要的化工原料,利用煤化工中生产的CO、CO2和H2可制取甲醇等有机物,发生的反应有: ①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)△H1=-99kJ·mol-1 ②CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)△H2 相关物质的化学键键能数据如下: (1)该反应△H2=___________。 (2)关于反应①下列说法,正确的是___________。 A.该反应在任何温度下都能自发进行 B.升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小 C.使用催化剂,不能提高CO的转化率 D.增大压强,该反应的化学平衡常数不变 (3)在某温度下,将1.0moCO与2.0molH2充入2L的空钢瓶中,发生反应①,在第5min时达到化学平衡状态,此时甲醇的物质的量分数为0.1。 在第10min、20min时分别改变反应条件,甲醇的浓度在不同条件下的变化状况如下图所示: ①从反应开始到5min时时,生成甲醇的平均速率为___________。 ②H2的平衡转化率α=___________%,化学平衡常数K=___________。 ③1min时,v正___________v逆(填“大于”“小于”或“等于”) ④1mim时v正___________4min时v逆(填“大于”“小于”或“等于”) ⑤比较甲醇在7~8min、12~13min和25~27min时平均反应速率[平均反应速率分别以v(7~8)、v(12~13)、v(25~27)表示的大小_________________________________。 ③若将钢瓶换成同容积的绝热容器,重复上述试验,平衡时甲醇的物质的量分数___________0.1。 (填“>”、“<”或“=”) 【答案】-63kJ.mol-1CD0.025mol.L-1.min-1250.59大于大于v(12~13)>v(7~8)=v(25~27)< 【解析】 (1)CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),该反应△H2=2×803kJ.mol-1+3×436kJ.mol-1-(3×413+343+465)kJ.mol-1-2×465kJ.mol-1=-63kJ.mol-1; (2)①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)△H1=-99kJ·mol-1 A.△H1=-99kJ·mol-1,△S<0,△G=△H-T△S,该反应在低温下可能自发进行,故A错误; B.升高温度,正反应速率增大,逆反应速率也增大,故B错误; C.使用催化剂,不改变平衡,不能提高CO的转化率,故C正确; D.平衡常数与温度有关,增大压强,该反应的化学平衡常数不变,故D正确; 故选CD。 (3)根据题目数据计算如下: CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) 起始/mol·L-1: 0.510 反应/mol·L-1: X2XX 平衡/mol·L-1: 0.5-X1-2XX 甲醇的物质的量分数为 =10%,所以,X=0.125mol·L-1。 9.【2019届河南南阳期末】 (1)铁及其化合物在生产生活中应用最广泛,炼铁技术和含铁新材料的应用倍受关注。 利用铁的氧化物循环裂解水制氢气的过程如下图所示。 整个过程与温度密切相关,当温度低于570℃时,反应Fe3O4(s)+4CO(g) 3Fe(s)+4CO2(g),阻碍循环反应的进行。 已知: i.Fe3O4(s)+CO(g) 3FeO(s)+CO2(g);△H1=+19.3kJ·mol-1 ii.3FeO(s)+H2O(g) Fe3O4(s)+H2(g);△H2=-57.2kJ·mol-1 iii.C(s)+CO2(g) 2CO(g);△H3=+172.4k]·mol-1 铁氧化物循环裂解水制氢气总反应的热化学方程式是___________。 (2)T1℃时,向某恒温密闭容器中加入一定量的Fe2O3和炭粉,发生反应Fe2O3(s)+3C(s) 2Fe(s)+3CO(g),反应达到平衡后,在t1时刻,改变某条件,V(逆)随时间(t)的变化关系如图所示,则t1时刻改变的条件可能是__________
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