专题检测十二反应原理综合题.docx
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专题检测十二反应原理综合题
专题检测(十二)反应原理综合题
专题检测A
1.二氧化碳的捕集、利用是我国能源领域的一个重要战略方向。
(1)科学家提出由CO2制取C的太阳能工艺如图1所示。
若“重整系统”发生的反应中
=6,则FexOy的化学式为____________________。
图1
(2)工业上用CO2和H2反应合成二甲醚。
已知:
CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-53.7kJ·mol-1
CH3OCH3(g)+H2O(g)===2CH3OH(g)ΔH2=+23.4kJ·mol-1
则2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)ΔH3=________kJ·mol-1。
(3)①一定条件下,上述合成二甲醚的反应达到平衡状态后,若改变反应的某一个条件,下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是________(填代号)。
a.逆反应速率先增大后减小
b.H2的转化率增大
c.反应物的体积分数减小
d.容器中
减小
②在某压强下,合成二甲醚的反应在不同温度、不同投料比时,CO2的平衡转化率如图2所示。
T1温度下,将6molCO2和12molH2充入2L的密闭容器中,5min后反应达到平衡状态,则0~5min内的平均反应速率v(CH3OCH3)=___________________________。
图2
③上述合成二甲醚的过程中提高CO2的转化率可采取的措施有________________(回答2点)。
(4)常温下,用氨水吸收CO2可得到NH4HCO3溶液,在NH4HCO3溶液中,c(NH
)______(填“>”“<”或“=”)c(HCO
);反应NH
+HCO
+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常数K=__________。
(已知常温下NH3·H2O的电离常数Kb=2×10-5,H2CO3的电离常数K1=4×10-7,K2=4×10-11)
(5)据报道,以二氧化碳为原料采用特殊的电极电解强酸性的二氧化碳水溶液可得到多种燃料,其原理如图3所示。
电解时b极上生成乙烯的电极反应式为____________。
图3
解析:
(1)根据
=6可写出反应的化学方程式:
6FeO+CO2===FexOy+C,根据原子守恒知x∶y=3∶4。
(2)将题中热化学方程式依次编号为a、b、c,根据盖斯定律,a×2-b=c,则ΔH3=2ΔH1-ΔH2=-53.7kJ·mol-1×2-23.4kJ·mol-1=-130.8kJ·mol-1。
(3)①逆反应速率先增大后减小,可能是增大了生成物浓度,平衡逆向移动,a项错误;H2的转化率增大,平衡一定正向移动,b项正确;反应物的体积分数减小,可能是加入了生成物,平衡逆向移动,c项错误;容器中
减小,可能是移出了CO2,平衡逆向移动,d项错误。
②T1温度下,将6molCO2和12molH2充入2L的密闭容器中,根据图像可知二氧化碳的转化率为60%,即消耗二氧化碳6mol×60%=3.6mol,生成二甲醚1.8mol,v(CH3OCH3)=
=0.18mol·L-1·min-1。
(4)根据电离常数及“越弱越水解”知水解程度:
NH
,则c(NH )>c(HCO ); 平衡常数K= = = = =1.25×10-3。 (5)b极上CO2得电子,结合氢离子生成乙烯和水: 2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O。 答案: (1)Fe3O4 (2)-130.8 (3)①b ②0.18mol·L-1·min-1 ③增大投料比、增大压强、降低温度等 (4)> 1.25×10-3 (5)2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O 2.(2017·广州五校联考)碳和氮是动植物体中的重要组成元素,向大气中过度排放二氧化碳会造成温室效应,氮氧化物会产生光化学烟雾,目前,这些有毒有害气体的处理成为科学研究的重要内容。 (1)已知热化学方程式: ①2C2H2(g)+5O2(g)===4CO2(g)+2H2O(l) ΔH1 ②C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH2 ③H2(g)+ O2(g)===H2O(l) ΔH3 则反应④2C(s)+H2(g)===C2H2(g)的ΔH为____________。 (用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的关系式表示) (2)利用上述反应①设计燃料电池(电解质溶液为氢氧化钾溶液),写出电池的负极反应式: __________________。 (3)用活性炭还原法可以处理氮氧化物。 某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,发生反应C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) ΔH<0。 在T1℃时,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下: 时间/min 浓度/ (mol·L-1) 物质 0 10 20 30 40 50 NO 1.00 0.68 0.50 0.50 0.60 0.60 N2 0 0.16 0.25 0.25 0.30 0.30 CO2 0 0.16 0.25 0.25 0.30 0.30 ①10~20min内,NO的平均反应速率v(NO)=______________,T1℃时,该反应的平衡常数K=________。 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________(填字母编号)。 a.通入一定量的NO b.加入一定量的C c.适当升高反应体系的温度 d.加入合适的催化剂 e.适当缩小容器的体积 ③若保持与上述反应前30min的反应条件相同,起始时NO的浓度为2.50mol·L-1,则反应达平衡时c(NO)=________mol·L-1,NO的转化率________(填“增大”“减小”或“不变”)。 解析: (1)根据盖斯定律,由②×2+③-①× 可得: 2C(s)+H2(g)===C2H2(g) ΔH=2ΔH2+ΔH3- ΔH1。 (2)该燃料电池负极上C2H2发生氧化反应,生成CO ,电极反应式为C2H2-10e-+14OH-===2CO +8H2O。 (3)①10~20min内,v(NO)= =0.018mol·L-1·min-1。 根据表中数据可知,20~30min内反应处于平衡状态,且平衡时c(NO)=0.50mol·L-1、c(N2)=0.25mol·L-1、c(CO2)=0.25mol·L-1,则平衡常数K= = =0.25。 ②当通入一定量的NO,使c(NO)增大,平衡向右移动c(N2)、c(CO2)均增大,达到平衡时c(NO)达到原来浓度,故a项符合题意;由C为固体,加入C,对平衡没有影响,b项不符合题意;升高温度平衡左移c(N2)、c(CO2)减小,c(NO)增大,c项不符合题意;催化剂仅能改变反应速率对平衡没有影响,d项不符合题意;缩小容器的体积,虽平衡不移动,但c(NO)、c(N2)、c(CO2)均增大,e项符合题意。 ③设达平衡时c(NO)=xmol·L-1,则平衡时c(N2)=c(CO2)= ×(2.50-x)mol·L-1,由于温度不变,故平衡常数不变,则有: K= = =0.25,解得x=1.25,c(NO)=1.25mol·L-1。 增大NO的起始浓度,体系压强增大,由于该反应为反应前后气体分子数不变的反应,故平衡不移动,NO的转化率不变。 答案: (1)2ΔH2+ΔH3- ΔH1 (2)C2H2-10e-+14OH-===2CO +8H2O (3)①0.018mol·L-1·min-1 0.25 ②ae ③1.25 不变 3.(2017·天津高考)H2S和SO2会对环境和人体健康带来极大的危害,工业上采取多种方法减少这些有害气体的排放,回答下列各方法中的问题。 Ⅰ.H2S的除去 方法1: 生物脱H2S的原理为: H2S+Fe2(SO4)3===S↓+2FeSO4+H2SO4 4FeSO4+O2+2H2SO4 2Fe2(SO4)3+2H2O (1)硫杆菌存在时,FeSO4被氧化的速率是无菌时的5×105倍,该菌的作用是________。 (2)由图1和图2判断使用硫杆菌的最佳条件为________________。 若反应温度过高,反应速率下降,其原因是_______________________________________________。 方法2: 在一定条件下,用H2O2氧化H2S (3)随着参加反应的n(H2O2)/n(H2S)变化,氧化产物不同。 当n(H2O2)/n(H2S)=4时,氧化产物的分子式为________。 Ⅱ.SO2的除去 方法1(双碱法): 用NaOH吸收SO2,并用CaO使NaOH再生 NaOH溶液 Na2SO3溶液 (4)写出过程①的离子方程式: ___________________________________________; CaO在水中存在如下转化: CaO(s)+H2O(l)===Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH-(aq) 从平衡移动的角度,简述过程②NaOH再生的原理____________________________ ________________________________________________________________________。 方法2: 用氨水除去SO2 (5)已知25℃,NH3·H2O的Kb=1.8×10-5,H2SO3的Ka1=1.3×10-2,Ka2=6.2×10-8。 若氨水的浓度为2.0mol·L-1,溶液中的c(OH-)=________mol·L-1。 将SO2通入该氨水中,当c(OH-)降至1.0×10-7mol·L-1时,溶液中的c(SO )/c(HSO )=________。 解析: (1)使用硫杆菌,反应速率加快,说明硫杆菌作催化剂,能够降低反应的活化能,加快反应速率。 (2)根据题图可知,当温度为30℃、pH=2.0时,Fe2+被氧化的速率最快。 反应温度过高,反应速率下降,可能是因为催化剂的催化活性降低,即硫杆菌中蛋白质发生变性。 (3)当n(H2O2)/n(H2S)=4时,设氧化产物中S的化合价为x。 根据得失电子守恒,知[-1-(-2)]×2×4=[x-(-2)]×1,解得x=6,故H2S对应的氧化产物的分子式为H2SO4。 (4)过程①的离子方程式为2OH-+SO2===SO +H2O。 加入CaO,Ca2+与SO 生成CaSO3沉淀,平衡正向移动,因此有NaOH生成。 (5)设氨水中c(OH-)=xmol·L-1,根据NH3·H2O的Kb= ,则 =1.8×10-5,解得x=6.0×10-3。 根据H2SO3的Ka2= ,则 = ,当c(OH-)降至1.0×10-7mol·L-1时,c(H+)为1.0×10-7mol·L-1,则 = =0.62。 答案: (1)降低反应活化能(或作催化剂) (2)30℃、pH=2.0 蛋白质变性(或硫杆菌失去活性) (3)H2SO4 (4)2OH-+SO2===SO +H2O SO 与Ca2+生成CaSO3沉淀,平衡正向移动,有NaOH生成 (5)6.0×10-3 0.62 4.许多含碳、含氢物质都是重要的化工原料。 (1)某新型储氢合金(化学式为Mg17Al12)的储氢原理为Mg17Al12+17H2===17MgH2+12Al,该反应的氧化产物是________________。 (2)C2O3是一种无色无味的气体,可溶于水生成草酸(H2C2O4),写出它与足量NaOH溶液反应的化学方程式: ____________________________________________。 (3)已知: ①H2(g)+ O2(g)===H2O(g)ΔH1=-198kJ·mol-1 ②CO(g)+ O2(g)===CO2(g) ΔH2 ③CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)ΔH3=-846.3kJ·mol-1 化学键 O===O C===O 键能/(kJ·mol-1) 958.5 497 745 CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)的ΔH=____________。 (4)向容积为2L的某恒容密闭容器中充入3molCH4(g)、4molH2O(g),温度为TK时,测出容器内c(H2)随时间的变化关系如图中曲线Ⅱ所示。 图中曲线Ⅰ、Ⅲ分别表示相对于曲线Ⅱ改变反应条件后c(H2)随时间的变化关系。 ①若曲线Ⅰ代表的是仅改变一种条件后的情况,则改变的条件可能是________,a、b两点用CO浓度变化值表示的反应速率关系为________。 ②曲线Ⅱ对应反应的平衡常数等于____________;该温度下,若将等物质的量浓度的CH4、H2O、CO、H2混合在该容器中,则开始时H2的生成速率________H2的消耗速率(填“>”“<”“=”或“无法确定”)。 解析: (1)反应中镁元素的化合价由0价升高到+2价,发生氧化反应,生成氧化产物MgH2。 (2)由C2O3溶于水生成草酸知,C2O3与NaOH反应生成草酸钠与水。 (3)ΔH2=反应物总键能-生成物总键能=(958.5+0.5×497)kJ·mol-1-2×745kJ·mol-1=-283kJ·mol-1,由盖斯定律知: ΔH=ΔH3-(ΔH2+3ΔH1)=-846.3kJ·mol-1-[-283kJ·mol-1+3×(-198kJ·mol-1)]=+30.7kJ·mol-1。 (4)①曲线Ⅰ相对于曲线Ⅱ而言,达到平衡所需要的时间较少,平衡时c(H2)较大,说明条件改变后反应速率较快,更有利于平衡向右进行,故改变的条件是升高温度。 a、b两点反应均处于平衡状态,故平均反应速率均为0。 ②由题给数据并结合反应的化学方程式易求出平衡时c(CH4)=0.5mol·L-1、c(H2O)=1mol·L-1、c(CO)=1mol·L-1,故平衡常数为54。 当几种物质等物质的量浓度(设为c)混合时,Qc=c2,因c值不确定,故无法确定Qc与K的相对大小,所以反应进行的方向也无法确定。 答案: (1)MgH2 (2)C2O3+2NaOH===Na2C2O4+H2O (3)+30.7kJ·mol-1 (4)①升高温度 均为0 ②54 无法确定 专题检测B 1.(2017·襄阳调研) (1)汽车尾气的主要污染物为NO,用H2催化还原NO可以达到消除污染的目的。 已知: 2NO(g)N2(g)+O2(g)ΔH=-180.5kJ·mol-1 2H2O(l)===2H2(g)+O2(g)ΔH=+571.6kJ·mol-1 则H2(g)与NO(g)反应生成N2(g)和H2O(l)的热化学方程式是________________________________________________________________________。 (2)消除汽车尾气的过程中,反应2NO(g)N2(g)+O2(g)起决定作用,某研究小组模拟研究如下: 向1L恒容密闭容器中充入amolNO,其浓度与反应温度和时间的关系如图所示。 ①T2下,在0~t1时间段内,v(O2)=____mol·L-1·min-1;反应N2(g)+O2(g)2NO(g)平衡常数K=________(用相关字母表示)。 ②该反应进行到M点放出的热量________(填“大于”“小于”或“等于”)进行到W点放出的热量;M点时再加入一定量的NO,平衡后NO的转化率________(填“变大”“变小”或“不变”)。 ③反应开始至达到平衡的过程中,容器中下列各项发生变化的是________(填字母)。 a.混合气体的密度 b.混合气体的压强 c.逆反应速率 d.单位时间内,N2和NO的消耗量之比 e.气体的平均相对分子质量 (3)工业上用氨水吸收废气中的SO2。 已知NH3·H2O的电离常数Kb=1.8×10-5;H2SO3的电离常数Ka1=1.2×10-2,Ka2=1.3×10-8。 在通入废气的过程中: ①当恰好生成正盐时,溶液中离子浓度的大小关系为_____________________。 ②当恰好生成酸式盐时,加入少量NaOH溶液,反应的离子方程式为________________________________________________________________________。 解析: (2)①根据图像,T2下,在0~t1时间段内,v(NO)= mol·L-1·min-1,v(O2)= mol·L-1·min-1; 2NO(g)N2(g)+O2(g) 起始(mol·L-1) a 0 0 反应(mol·L-1)a-m 平衡(mol·L-1)m 平衡常数K′= = ,则N2(g)+O2(g)2NO(g)平衡常数K= = 。 ②由于2NO(g)N2(g)+O2(g) ΔH=-180.5kJ·mol-1,反应放热,放出的热量与反应消耗的NO的物质的量成正比,W点c(NO)浓度小,反应消耗的NO多,因此进行到M点放出的热量小于进行到W点放出的热量;M点时再加入一定量NO,相当于增大压强,增大压强,平衡不移动,平衡后NO的转化率不变。 ③反应开始至达到平衡的过程中,容器的体积不变,气体的质量不变,混合气体的密度不变,a项不符合题意;该反应是一个反应前后气体分子数不变的反应,反应前后混合气体的压强不变,b项不符合题意;开始时逆反应速率为0,随着反应的进行,生成物的浓度逐渐增大,逆反应速率逐渐增大,c项符合题意;在平衡之前,正反应速率大于逆反应速率,N2的消耗量小于NO的消耗量的 ,d项符合题意;气体的物质的量不变,气体的质量不变,气体的平均相对分子质量不变,e项不符合题意。 (3)①正盐为亚硫酸铵,在亚硫酸铵溶液中,由于Kb(NH3·H2O)>Ka2(H2SO3),故亚硫酸根离子水解程度大于铵根离子,因此c(NH )>c(SO )、c(OH-)>c(H+),由亚硫酸根离子的两步水解可知c(OH-)>c(HSO ),碱性溶液c(H+)最小,故c(NH )>c(SO )>c(OH-)>c(HSO )>c(H+)。 ②亚硫酸氢铵中加入少量NaOH溶液,反应生成亚硫酸钠、亚硫酸铵和水,反应的离子方程式为HSO +OH-===H2O+SO 。 答案: (1)2H2(g)+2NO(g)===N2(g)+2H2O(l)ΔH=-752.1kJ·mol-1 (2)① ②小于 不变 ③cd (3)①c(NH )>c(SO )>c(OH-)>c(HSO )>c(H+) ②HSO +OH-===H2O+SO 2.氢气是一种常用的化工原料,如合成氨和尿素[CO(NH2)2]等。 (1)以H2合成CO(NH2)2的有关热化学方程式有: ①N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH1=-92.40kJ·mol-1 ②2NH3(g)+CO2(g)NH2CO2NH4(s)ΔH2=-159.47kJ·mol-1 ③NH2CO2NH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(l)ΔH3=+72.49kJ·mol-1 则N2(g)、H2(g)与CO2(g)反应生成CO(NH2)2(s)和H2O(l)的热化学方程式为________________________________________________________________________。 (2)尿素在土壤里会缓慢转化成碳酸铵、碳酸氢铵: CO(NH2)2+2H2O(NH4)2CO3、(NH4)2CO3+H2ONH4HCO3+NH3·H2O。 已知,常温下CH3COOH和NH3·H2O的电离常数相等。 ①在同温度、同浓度的下列溶液中,pH由大到小的顺序为____________(用字母表示)。 a.NH4Cl(aq) b.氨水 c.CH3COONH4(aq)d.NH4HCO3(aq) e.(NH4)2CO3(aq) ②碳酸铵溶液中c(H+)-c(OH-)=____________。 (3)电解制H2的原理为C(s)+2H2O(l) CO2(g)+2H2(g)。 某学习小组拟以二甲醚-空气碱性燃料电池为电源,电解煤浆液(由煤粉与稀硫酸组成)探究上述原理,装置如图所示。 ①离子交换膜可能是________(填字母)。 a.阳离子交换膜b.阴离子交换膜 c.质子交换膜 ②已知4.6g二甲醚(CH3OCH3)参与反应,装置Ⅰ的能量转化率为80%,C4极收集到8064mL(标准状况)气体,装置Ⅱ的电流效率η=________。 (4)在电催化作用下,丙烷与水反应生成氢气和一种含有三元环的环氧化合物X。 写出该反应的化学方程式: ______________________;环氧化合物Y是X的同分异构体,Y的结构简式为__________________。 解析: (1)根据盖斯定律,由①+②+③得: N2(g)+3H2(g)+CO2(g)===CO(NH2)2(s)+H2O(l) ΔH=(-92.40-159.47+72.49)kJ·mol-1=-179.38kJ·mol-1。 (2)①根据越弱越水解知,水解能力排序为CO >HCO >NH =CH3COO-,所以同温度、同浓度的碳酸铵溶液的碱性比碳酸氢铵溶液的强。 即同温度、同浓度条件下,氨水、碳酸铵溶液、碳酸氢铵溶液、醋酸铵溶液、氯化铵溶液的pH依次减小。 ②碳酸铵溶液中,由电荷守恒知c(NH )+c(H+)=c(OH-)+c(HCO )+2c(CO ),变形得c(H+)-c(OH-)=c(HCO )+2c(CO )-c(NH )。 (3)①二甲醚发生氧化反应,C1极为负极,C4极为阴极,C3极为阳极。 C3极的电极反应式为C-4e-+2H2O===CO2↑+4H+,C4极的电极反应式为4H++4e-===2H2↑。 阴极区氢离子的浓度减小,阳极区中氢离子从左透过交换膜向右迁移,故离子交换膜可能为质子交换膜或阳离子交换膜(煤浆中没有其他阳离子)。 ②装置Ⅰ中负极反应式为CH3OCH3-12e-+16OH-===2CO +11H2O,n(CH3OCH3)=0.1mol,装置Ⅰ向装置Ⅱ提供电子的物质的量为0.1mol×12×80%=0.96mol。 n(H2)= =0.36mol,生成0.36mol氢气需要电子的物质的量为0.72mol。 根据电流效率定义,装置Ⅱ的电流效率η= ×100%=75%。 (4)CH3CH2CH3与H2O反应生成氢气和X,X是三元环氧化合物,1个三元环中含1个氧原子、2个碳原子,即X为甲基环氧乙烷,它的环氧化合物类同分异构体为环氧丙烷。 答案: (1)N2(g)+3H2(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l) ΔH=-179.38kJ·mol-1 (2)①b>e>d>c>a ②c(HCO )+2c(CO )-c(NH ) (3)①ac ②75% 3.能源是制约国家发展进程的因素之一。 甲醇、二甲醚等被称为21世纪的绿色能源,工业上以天然气为主要原料与二氧化碳、水蒸气在一定条件下制备合成气(CO、H2),再制成甲醇、二甲醚。 (1)工业上,可以分离合成气中的氢气,用于合成氨,常用醋酸二氨合亚铜[Cu(NH3)2]Ac溶液来吸收合成气中的一氧
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