化学反应原理.docx

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化学反应原理

化学反应原理大题讲解：

1．（15分）TiO2在工业生产和日常生活中有重要用途。

I、工业上用钛矿石（FeTiO3，含FeO、Al2O3、SiO2等杂质）经过下述反应制得：

其中，步骤②发生的反应为：

2H2SO4+FeTiO3=TiOSO4+FeSO4+2H2O。

（1）净化钛矿石时，是否需要除去杂质FeO？

答：

_________（填“需要”或“不需要”）

（2）净化钛矿石时，需用浓氢氧化钠溶液来处理，写出该过程中发生反应的化学方程式。

答：

。

II、TiO2可通过下述两种方法制备金属钛：

方法一是电解TiO2来获得Ti（同时产生O2）：

将处理过的TiO2作阴极，石墨为阳极，熔融CaCl2为电解液，用碳块作电解槽池。

（3）阴极反应的电极反应式为___________________________________。

（4）电解过程中需定期向电解槽池中加入碳块的原因是______________________。

方法二是先将TiO2与Cl2、C反应得到TiCl4，再用镁还原得到Ti。

因下述反应难于发生：

TiO2（s）+2Cl2（g）TiCl4（l）+O2（g）△H=+151kJ·mol-1

所以不能直接由TiO2和Cl2反应（即氯化反应）来制取TiCl4。

当往氯化反应体系中加入碳后，碳与上述反应发生耦合，使得反应在高温条件下能顺利进行。

（5）已知：

C（s）+O2（g）=CO2（g）△H=-394kJ·mol。

请填空：

TiO2（s）+C（s）+2Cl2（g）=TiCl4（l）+CO2（g）△H=______________

（6）从化学平衡的角度解释：

往氯化反应体系中加入碳时，氯化反应能顺利进行的原因。

答：

____________________________________________________________。

-1

2．使用石油热裂解的副产物CH4来制取CO和H2，其生产流程如下图：

（1）此流程的第I步反应为：

CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g），一定条件下CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图a。

则P1_________P2。

（填“<”、“>”或“＝”）

100℃时，将1molCH4和2molH2O通入容积为100L的恒容密闭容器中，达到平衡时CH4的转化率为0.5。

此时该反应的平衡常数K＝____________。

（2）此流程的第II步反应的平衡常数随温度的变化如下表：

从上表可以推断：

该反应是反应（填“吸热”或“放热”），若在500℃时进行，设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.020mol/L，在该条件下，反应达到平衡时，CO的转化率为。

下图表示该反应在t1时刻达到平衡、在t2时刻因改变某个条件引起浓度变化的情况：

图中t2时刻发生改变的条件是（写出一种）。

（3）工业上常利用反应Ⅰ产生的CO和H2合成可再生能源甲醇。

①已知CO（g）、CH3OH（l）的燃烧热分别为283.0kJ·mol-1和726.5

kJ·mol-1，则CH3OH（l）不完全燃烧生成CO（g）和H2O（l）的热化学方程式

为。

②CO（g）+2H2合成甲醇的方程式为：

CH3OH（g）△CH<0。

在230°

?

270℃最为有利。

为研究合成气最合适的起始组成比n（H2）:

n（CO），分

别在230℃、250℃和270℃进行实验，结果如右图所示。

其中270℃的

实验结果所对应的曲线是_____（填字母）；当曲线X、Y、Z对应的投料

比达到相同的CO平衡转化率时，对应的反应温度与投较比的关系

是。

③当投料比为1∶1，温度为230℃，平衡混合气体中，CH3OH的物质的量分数为（保留1位小数）。

3．（11分）

I．在体积恒定的密闭容器中，充入2molCO2和5molH2，一定条件下发生反应：

．．．．

CO2（g）+3H2（g）

（1）从反应开始到第10min，H2的转化率为，在该条件下，反应的平衡常

数K=，如果在某一时刻保持温度不变，只改变浓度，使

c（CO2）=1.00mol/L，c（H2）=0.40mol/L，c（CH3OH）=c（H2O）=0.80mol/L，则平衡（选填序号）。

a．向正反应方向移动b．向逆反应方向移动

c．不移动d．无法确定平衡移动方向

（2）下列措施中能使n（CH3OH）/n（CO2）增大的是。

a．升高温度b．充入He（g），使体系压强增大

c．将H2O（g）从体系中分离d．再充入lmolCH3OH（g）

II．熔融碳酸盐燃料电池（MCFS），发明于1889年。

现有一个碳酸盐燃料电池，以一定比例Li2CO3和Na2CO3低熔混合物为电解质，操作温度为650℃，在此温度下以镍为催化剂，以煤气（CO、H2的体积比为1:

1）直接作燃料，其工作原理如图所示。

H2O+CO2CO+H2H2O+3CO22CO2A级4e-650℃2CO32-用电器B级4e-O2CH3OH（g）+H2O（g）△H=-49.0kJ/mol。

测得CO2和CH3OH（g）的浓度随时间变化如图所示：

请回答下列问题：

（1）A电极的电极反应方程式为。

（2）常温下，用石墨作电极，以此电源电解一定量的CuSO4溶液。

当两极产生的气体

体积相同时停止通电，若电解后溶液的体积为2L，溶液的pH=1（不考虑水解产生的H+），则阳极产生的气体的物质的量是。

4.（15分）SO2随意排放会造成严重的大气污染。

下列是某小组同学设计处理烟气（主要含SO2、N2、O2、粉尘）中SO2的方法。

（1）方法一：

利用氯碱工业产品处理含SO2的烟气，流程如下：

烟气①“吸收装置”中发生反应的离子方程式是

②合成塔中每合成1mol气体放出热量92.3kJ（25℃、101kPa），反应的热化学方程式是；

③上述流程中循环利用的物质是。

（2）方法二：

利用FeCl3溶液的氧化性吸收烟气中的SO2。

①该反应的离子方程式是（反应a）。

为验证该反应，同学们将SO2通入0.05mol·L-1FeCl3溶液中，溶液很快由黄色变为红褐色；将溶液长时间放置后，最终变为浅绿色。

关于红褐色液体，以下是同学们的分析推测与实验。

②利用胶体的（填性质）可以检验步骤ⅰ中是否得到了Fe（OH）3胶体；③根据反应b，说明步骤ⅱ中液体颜色变化的原因是（用离子方程式及必要的文字说明）；

④经讨论后得出结论：

FeCl3溶液和SO2反应过程中，反应a、b在体系中共存。

请从化学反应速率和反应限度的角度分析，SO2通入FeCl3溶液中产生上述现象的原因是。

5.（14分）重铬酸钠俗称红矾钠（Na2Cr2O7·2H2O）是重要的化工产品和强氧化剂。

工业制备的流程如下：

请回答：

（1）已知Fe（CrO2）2中铬元素是+3价，则Fe（CrO2）2中铁元素是价。

（2）化学上可将某些盐写成氧化物的形式，如Na2SiO3可写成Na2O·SiO2，则Fe（CrO2）2可写成。

（3）煅烧铬铁矿时，矿石中难溶的Fe（CrO2）2生成可溶于水的Na2CrO4，反应化学方程式

如下：

4Fe（CrO2）2+8Na2CO3+7O2=2Fe2O3+8Na2CO4+8CO2

为了加快该反应的反应速率，可采取的措施是。

（4）已知CrO42-在不同的酸性溶液中有不同的反应，如：

2CrO42-+2H+=Cr2O72-+H2O;3CrO42-+4H+=Cr3O102-+2H2O

①往混合溶液甲中加入硫酸必须适量的原因是。

．．

②混合溶液乙中溶质的化学式是。

（5）+3、+6价铬都有很强的毒性，+6价铬的毒性更高，可诱发肺癌和鼻咽癌，所以制

取红矾钠后的废水中含有的Cr2O72必须除去。

－

工业上可用电解法来处理含Cr2O72的废水，下图为电解装置示意图（电极材料－

分别为铁和石墨）。

通电后，Cr2O72在b极附近转变为Cr3+，一段时间后Cr3+最终－

可在a极附近变成Cr（OH）3沉淀而被除去。

a电极的电极反应式是，b电极附近反应的离子方程式是。

．．

6.（13分）工业上用某矿渣（含有Cu2O、Al；固体混合物A沉淀C；Cu；已知：

Cu2O+2H+=Cu+Cu2++H2O；

（1）固体混合物A中的成分是；

（2）反应Ⅰ完成后，铁元素的存在形式为；请写出生成该离子的离子方程式；（4）电解法获取Cu时，阴极反应式为阳极反应式为；b.NaClO能调节pH的主要原因是由于发生反应；HClO，；ClO消耗H+，从而达到

6.（13分）工业上用某矿渣（含有Cu2O、Al2O3、Fe2O3、SiO2）提取铜的操作流程如下:

固体混合物A沉淀C

Cu

已知：

Cu2O+2H+=Cu+Cu2++H2O

（1）固体混合物A中的成分是。

（2）反应Ⅰ完成后，铁元素的存在形式为。

（填离子符号）

请写出生成该离子的离子方程式。

（3）x、y对应的数值范围分别是、

（4）电解法获取Cu时，阴极反应式为阳极反应式为。

（5）下列关于NaClO调pH的说法正确的是a.加入NaClO可使溶液的pH降低

b.NaClO能调节pH的主要原因是由于发生反应ClO+H+

－

HClO，

ClO消耗H+，从而达到调节pH的目的

－

c.NaClO能调节pH的主要原因是由于NaClO水解ClO+H2OOH消耗H+，从而达到调节pH的目的

－

－

HClO+OH，

－

（6）用NaClO调pH，生成沉淀B的同时生成一种具有漂白作用的物质，

该反应的离子方程式为

7.（14分）高铁酸钾（K2FeO4）具有很强的氧化性，是一种高效水处理剂。

（1）用K2FeO4处理废水时，既利用其强氧化性，又利用Fe（OH）3胶体的作用。

（2）制备K2FeO4可以采用干式氧化法或湿式氧化法。

①干式氧化的初始反应是2FeSO4+6Na2O2=2Na2FeO4+2Na2O+2Na2SO4+O2↑，该反

应中每生成2molNa2FeO4时转移电子mol。

②湿式氧化法的流程如下图：

Fe（NO3）3晶体

NaClO（aq）

NaNO3（s）、NaCl（s）

K2FeO4（s）

上述流程中制备Na2FeO4的化学方程式是。

结晶过程中反应的离子方程式是。

-（3）K2FeO4在水中不稳定，发生反应：

4FeO2+10H2O4

4Fe（OH）3（胶体）+8OH-

，其稳定性与温度（T）和溶液pH的关系分别如下图所示。

c（FeO4）/mmol·L-1

T4

T1

2-

c（FeO4）/mmol·L-1

2-

T2

T3

t/mint/min

图ⅠK2FeO4的稳定性与温度的关系图ⅡK2FeO4的稳定性与溶液pH的关系

①由图Ⅰ可得出的结论是

。

②图Ⅱ中ac（填“>”、“<”或“=”），其原因是。

8．（14分）铁盐、亚铁盐在工农业生产、生活、污水处理等方面有着极其广泛的应用。

（1）用铁屑与稀硫酸反应制备FeSO4

①制备原理用离子方程式表示为。

若要提高FeSO4生成速率，采取下列措施中正确的是。

A．使用浓硫酸与铁屑反应B．使用磨细的铁粉反应C．控制温度在50～70℃D．控制温度在80～100℃

②在上述反应过程中，常会伴随发生反应：

4Fe2++O2+4H+

4Fe3+2H2O

+

若要减少产品FeSO4中Fe3+的含量，采取下列措施中正确的是。

A．控制稀硫酸的浓度不能太高

B．用去O2蒸馏水注入浓硫酸配制反应所需的稀硫酸C．反应中保持n（Fe）/n（H2SO4）>1D．反应中应经常添加Fe2（SO4）3搅拌

③反应结束后，将溶液进行、冷却、过滤、洗涤即得FeSO4·7H2O晶体。

（2）工业上用含有少量Cu、Al的废铁屑制备Fe2（SO4）3其反应及操作流程如下：

①加入NaHCO3并搅拌，将混合液pH调控至范围内，使杂质沉淀过滤除去。

②反应Ⅱ中反应的离子方程式是：

。

③生产中，将反应Ⅱ产生的NO配比一种气体X，混合后重新通入反应Ⅱ中，该设计的目的是，气体X与NO配比的比例是。

（3）用Fe2（SO4）3处理含S2-污水时，有黑色沉淀及淡黄色悬浮物产生，其反应的离子方程式是。

9.（16分）工业上需要利用一批回收的含铜废料制造胆矾（CuSO4·5H2O）。

该废料中各种成份含量如下：

Cu和CuO约占87%，其它为Mg、Al、Fe、Si及其氧化物，还有少量的难溶物质。

工艺流程为：

部分金属阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH如下表：

（1）步骤①中为什么要将含铜废料研磨成粉状？

（2）步骤②中的离子方程式（写出2个即可）：

。

步骤⑤中H2O2参加反应的离子方程式：

。

（3）步骤⑥中调节溶液pH时适宜的物质是（填序号）；

A．NaOHB．氨水C．Cu2（OH）2CO3D．Cu（OH）2E．MgCO3步骤⑥中滤渣成份的化学式。

（4）步骤⑦中用硫酸调节pH＝2～3的原因是。

步骤⑧的分离方法是10．（14分）工业上用硫碘开路循环联产氢气和硫酸的工艺流程如下图所示：

请回答下列问题：

（1）在反应器中发生反应的化学方程式是_______。

（2）在膜反应器中发生反应：

2HI（g）

H2（g）＋I2（g）?

H>0。

若在一定条件密闭容器中

加入1molHI（g），n（H2）随时间（t）的变化关系如下图所示：

①该温度下，反应平衡常数K＝_______，若升高温度，K值将_______（填“增大”、“减小”或“不变”）。

②用化学平衡原理解释使用膜反应器及时分离出H2的目的是_______。

（3）电渗析装置如下图所示：

①结合电极反应式解释阴极区HIx转化为HI的原理是_______。

②该装置中发生的总反应的化学方程式是_______。

（4）上述工艺流程中循环利用的物质是_______。

11.CoCl2·6H2O在饲料、医药工业上有广泛的用途。

下列是以含钴废料（含少量Fe、Al等杂质）为原料制取CoCl2·6H2O的一种新工艺流程：

盐酸

已知：

①钴与盐酸反应的化学方程式为：

Co＋2HCl=CoCl2＋H2↑

②CoCl2·6H2O熔点86℃，易溶于水；常温下稳定无毒，加热至110~120℃时，失去结晶水变成有毒的无水氯化钴。

③部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：

（1）加入碳酸钠调节pH至a，a的范围是

（2）操作Ⅰ包含3个基本实验操作，它们是和过滤。

（3）制得的CoCl2·6H2O需减压烘干的原因是：

。

（4）为测定产品中CoCl2·6H2O含量，某同学将一定量的样品溶于水，再向其中加入足量的

AgNO3溶液，过滤，并将沉淀烘干后称量其质量；；阴离子膜法电解装置如右图所示：

；

（1）写出用稀硫酸溶解碳酸锰反应的离子方程式；加氨水调节溶液的pH等于6，则滤渣的成分是，滤液；（3）在浸出液里锰元素只以Mn2+的形式存在，且；造成资源浪费，写出该副反应的电极反应式；14.（14分）一定浓度NaHCO3溶液与CuS；假设三：

沉淀是CuCO3和Cu（OH）2的

AgNO3溶液，过滤，并将沉淀烘干后称量其质量。

通过计算发现产品中CoCl2·6H2O的质量分数大于100％，其原因可能是：

。

（5）在实验室中，为了从上述产品中获得更纯净的CoCl2·6H2O，方法是：

。

（6）在上述新工艺中，用“盐酸”代替原工艺中“盐酸与硝酸的混酸”直接溶解含钴废料，其主要优点为：

。

原工艺较新工艺也有优点，其主要优点是。

12．（13分）某种碳酸锰矿的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、MgO、SiO2、Al2O3等。

已知碳酸锰难溶于水。

一种运用阴离子膜电解法的新技术可用于从碳酸锰矿中提取金属锰，流程如下：

阴离子膜法电解装置如右图所示：

（1）写出用稀硫酸溶解碳酸锰反应的离子方程式。

（2）已知不同金属离子生成氢氧化物沉淀所需的pH如下表：

加氨水调节溶液的pH等于6，则滤渣的成分是，滤液中含有的阳离子有H+和。

（3）在浸出液里锰元素只以Mn2+的形式存在，且滤渣中也无MnO2，请解释原因（4）电解装置中箭头表示溶液中阴离子移动的方向，则A电极是直流电源的极。

实际生产中，阳极以稀硫酸为电解液，阳极的电极反应式为。

（5）该工艺之所以采用阴离子交换膜，是为了防止Mn2+进入阳极区发生副反应生成MnO2

造成资源浪费，写出该副反应的电极反应式。

14.（14分）一定浓度NaHCO3溶液与CuSO4溶液中反应后生成了蓝绿色颗粒状沉淀。

就沉淀成分提出了如下三种假设：

假设一：

沉淀是CuCO3；假设二：

沉淀是Cu（OH）2

假设三：

沉淀是CuCO3和Cu（OH）2的混合物

（1）写出假设二，沉淀是Cu（OH）2生成的理由（用离子方程式表示）；⑵为了探究沉淀的成分，取出了一部分沉淀，滴加稀盐酸，有气体放出。

凭此现象，判断沉淀中含有；

⑶为了进一步探究沉淀的成份，进而确定假设中何种假设成立，设计实验，装置图如下：

①研究沉淀物组成前，须将沉淀从溶液中分离并净化。

具体操作依次为、洗涤、干燥；

②装置E中药品的名称是作用为；③实验过程中有以下操作步骤：

a．打开K1、K3，关闭K2、K4，通入过量空气。

此步骤的作用是b．关闭K1、K3，打开K2、K4，充分反应c．再通入过量空气时，活塞处于打开的关闭的。

④若沉淀样品的质量为mg，装置D的质量增加了ng；若沉淀样品为纯净物，m、n之间的关系为

若假设三成立，则Cu（OH）2的质量分数为；若不进行步骤C，则会使测得结果（填“偏高”“无影响”“偏低”）

2?

2?

?

15．海水中主要含有Na?

、K?

、Mg2?

、Cl?

、SO4等离子。

合理利、Br?

、CO3、HCO3

用海水资源和保护环境是我国可持续发展的重要保证。

Ⅰ．火力发电燃煤排放的SO2会造成一系列环境和生态问题。

利用海水脱硫是一种有效

的方法，其工艺流程如下图所示：

（1）天然海水的pH≈8，呈弱碱性。

用离子方程式解释原因

__________________________________________________________________________。

（2）天然海水吸收了含硫烟气后，要用O2进行氧化处理，其反应的化学方程式是__________________________________________________________________________。

氧化后的“海水”需要用大量的天然海水与之混合后才能排放，该操作的主要目的是__________________________________________________________________________。

Ⅱ．重金属离子对河流及海洋造成严重污染。

某化工厂废水（pH=2.0，ρ≈1g·mL-1）中含有Ag?

、Pb2?

等重金属离子，其浓度各约为0.01mol·L-1。

排放前拟用沉淀法除去这两种离子，查找有关数据如下：

难溶电解质

AgI

8.3×10-1

7

AgOH

Ag2S

6.3×10-5

PbI2

7.1×10-9

Pb（OH）2

PbS

3.4×10-2

8

KSP

5.6×10-81.2×10-15

（3）你认为往废水中投入________（填字母序号），沉淀效果最好。

A．NaOH

B．Na2S

C．KI

D．Ca（OH）2

2?

（4）如果用生石灰处理上述废水，使溶液的pH=8.0，处理后的废水中c（Pb）=______。

（5）如果用食盐处理其只含Ag的废水，测得处理后废水中NaCl的质量分数为0.117﹪。

若环境要求排放标准为c（Ag）低于1.0×l0-8mol·L-1，问该工厂处理后的废水中

?

?

c（Ag?

）=____________，是否符合排放标准________（填“是”或“否”）。

已

知

KSP（AgCl）=1.8×l0-10。

16．（16分）钛合金是航天航空工业的重要材料。

由钛铁矿（主要成分是TiO2和Fe的氧化物）制备TiO2等产品的一种工艺流程示意如下：

已知：

①TiO易水解，只能存在于强酸性溶液中

②TiCl4的熔点－25.0℃，沸点136.4℃；SiCl4的熔点－68.8℃，沸点57.6℃

回答下列问题：

（1）写出钛铁矿酸浸时，主要成分TiO2反应的离子方程式加入铁屑的作用是。

（2）操作Ⅱ包含的具体操作方法有。

（3）向“富含TiO2溶液”中加入Na2CO3粉末得到固体TiO2·nH2O，请用恰当的原理和化学

＋

2＋

用语解释其原因，废液中溶质的主要成分是（填化学式）。

（4）用金红石（主要含TiO2）为原料，采用亨特（Hunter）法生产钛的流程如下：

TiO2

海绵钛

写出沸腾氯化炉中发生反应的化学方程

式，制得的TiCl4液体中常含有少量SiCl4杂质，可采用方法除去。

（5）TiO2直接电解法生产金属钛是一种较先进的方法，电解质为某种可以传导O2-离子的熔融盐，原理如右图所示，则其

阴极电极反应为：

，电解过程中阳极电极上会有气体生成，该气体可能含有。

－

2.参考答案

（1）<2.25×104

（2）放热75%降低温度，或增加水蒸汽的量，或减少氢气的量。

（3）①CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=－443.5kJ·mol-1

②Z投料比越高，对应的反应温度越高③33.3%3．（11分）I．

（1）90%，144，a（1分）

（2）cdII．

（1）CO+H2-4e-+2CO32-=3CO2+H2O

（2）0.1mol4.（共15分）

（1）①SO2＋OH＝HSO3

②H2（g）＋Cl2（g）＝2HCl（g）?

H＝-184.6kJ·mol-1③NaCl溶液

（2）①2Fe3+＋SO2＋2H2O＝2Fe2+＋SO42-＋4H+②丁达尔效应

③加入铁粉时发生反应2Fe3+＋Fe＝3Fe2+，c（Fe3+）减小，使反应b逆向移动④由于化学反应速率：

b＞a，化学反应限度：

a＞b，所以产生上述现象5．（14分）

（1）+2

（2）FeO·Cr2O3（3）粉碎矿石、升高温度

（4）①少量不能除尽Na2CO3等杂质，过量会生成Na2Cr3O10等副产物。

②Na2Cr2O7和Na2SO4

（5）2H++2e-=H2↑，Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O6.（13分）SiO2、Cu（各1分）Fe2+（2分）2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+（2分）

（1）3.2≤pH＜4.05.2≤pH＜5.4（各1分）

（2）Cu2++2e=Cu2Cl-2e=Cl2↑（各1分）

－

－

－－

－

（3）b（2分）5ClO+2Fe2++5H2O=2Fe（OH）3+Cl+4HClO（1分）

－

－

（或2Fe2++7ClO+2H+5H2O=2Fe（OH）3+Cl+6HClO）

－

＋

－

7.（14分）

（1）凝聚

（2）①10

②2Fe（NO3）3+3NaClO+10NaOH=2Na2FeO4+3NaCl+6NaN