化学反应原理题精题例析.docx
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化学反应原理题精题例析
化学反应原理题精题例析
1.氨可用于制取氨水、液氮、氮肥、硝酸、铵盐、纯碱等,因此被广泛应用于化工、轻工、化肥、制药、合成纤维、塑料等行业中,是最重要的化工产品之一。
(1)工业上以氨气为原料制备硝酸的第一步的化学方程式____________。
(2)以甲烷为原料可制得氢气。
图1是一定条件下CH4(g)与H2O(g)反应生成CO(g)和2molH2(g)的能量变化示意图,写出其热化学方程式____________(△H用E1、E2、E3表示)。
(3)已知N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)△H=-94.4kJ/mol,在2L恒容密闭容器中,各物质浓度随时间变化的曲线如图2所示,各时间段最终均达平衡状态。
①时段I放出的热量为__________。
②25min时采取的某种措施是__________。
③时段Ⅲ条件下反应达平衡时平衡常数K数值为__________(分数形式表示)。
在该条件下,某时刻测得容器内有0.5molN2、1.5molH2、1.0molNH3,此时v正(H2)_____V逆(H2)(填“<”,“>”或“=”)。
【答案】
(1)4NH3+5O2
4NO+6H2O
(2)CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+1.5(E2-E1)kJ/mo1
(3)①94.4kJ②分离出产生的氨气③
④=
【解析】
(1)第一步反应为NH3的催化氧化,化学方程式为4NH3+5O2
4NO+6H2O,然后NO与O2反应生成NO2:
2NO+O2=2NO2,最后制取硝酸:
3NO2+H2O=2HNO3+NO。
(2)生成物的总能量大于反应物的总能量,该反应为吸热反应,生成2molH2(g)时吸收的能量为(E2-E1)kJ,则生成3molH2(g)吸收的能量为1.5(E2-E1)kJ,故热化学方程式为CH4(g)+H2O(g)= CO(g)+3H2(g) △H=+1.5(E2-E1)kJ/mo1。
(3)①时段I氮气的浓度减少了0.5mol/L,所以反应的N2的物质的量为2L×0.5mol/L=1mol,根据N2(g)+3H2 (g)
2NH3(g) △H=-94.4kJ/mol可计算出放出的热量为1×94.4kJ=94.4kJ。
②25min时,N2、H2的浓度保持不变,而NH3的浓度降为0,所以采取的措施是分离出产生的氨气,使平衡正向移动,故答案为:
分离出产生的氨气。
③时段Ⅲ条件下反应达平衡时平衡常数K=
=
=
;某时刻测得容器内有0.5molN2、1.5molH2、1.0mol NH3,其对应的浓度分别为:
0.25mol/L、0.75mol/L、0.5mol/L,浓度商Qc=
=
=K,所以反应已达平衡,故v正(H2)=V逆(H2)。
2.氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,其开发利用是科学家们研究的重要课题。
试回答下列问题:
(1)与化石燃料相比,氢气作为燃料的优点是______(答出两点)。
(2)与氢气直接燃烧相比较,设计成镍氢电池可以大大提高能量的转换率,在镍氢电池充电过程中储氢合金(M)吸氢转化为MH2,总反应为:
xNi(OH)2+M
xNiOOH+MH2,试写出放电过程中负极反应式______。
(3)施莱辛(Sehlesinger)等人提出可用NaBH4与水反应制氢气:
BH4-+2H2O==BO2-+4H2↑,已知NaBH4与水反应后所得溶液显碱性,溶液中各离子浓度大小关系为______,用离子方程式表示溶液显碱性的原因______。
(4)在容积均为VL的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个相同密闭容器中,分别放入ag的储氢合金(M)和bmolH2发生如下反应:
2M(s)+xH2(g)
2MHx(s)ΔH<0。
三个容器的反应温度分别为T1、T2、T3且恒定不变,在其他条件相同的情况下,实验测得反应均进行到1min时M的质量如下图所示,此时Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个容器中一定达到化学平衡状态的是______。
当三个容器反应都达到化学平衡时,H2转化率最大的反应温度是____。
(5)储氢还可以借助有机物,如利用乙苯与苯乙烯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢:
。
维持体系总压恒定,在温度T时,物质的量为n、体积为V的乙苯蒸气发生催化脱氢。
已知乙苯的平衡转化率为α,则在该温度下反应的平衡常数K=_____(用α等符号表示)。
【答案】
(1)原料来源广、燃烧热值高、污染小、可再生等(或其他合理答案给分)
(2)MHx+xOH--xe-===M+xH2O
(3)c(Na+)>c(BO2-)>c(OH-)>c(H+)BO2-+2H2O
H3BO3+OH-
(4)ⅢT1
(5)nα2/[(1-α2)V]
【解析】
(1)氢气作为燃料的优点是原料来源广、燃烧热值高、污染小;
(2)放电时负极失电子发生氧化反应,负极反应式是MHx+xOH--xe-===M+xH2O;NaBH4与水反应后所得溶液是NaBO2,溶液显碱性说明NaBO2是强碱弱酸盐,BO2-水解,所以离子浓度大小关系是c(Na+)>c(BO2-)>c(OH-)>c(H+),BO2-水解的离子方程式是BO2-+2H2O
H3BO3+OH-;(4)温度越高反应速率越快,
,T3时M的物质的量大于T2,所以Ⅲ容器一定达到平衡状态;ΔH<0升高温度平衡逆向移动,都达到化学平衡时,H2转化率最大的反应温度是T1;(5)平衡时,乙苯的物质的量浓度是
、苯乙烯的物质的量浓度是
、氢气的浓度是
,平衡常数K=
=
=nα2/[(1-α2)V];
3.SO2和CO均为燃煤烟气中的主要污染物,对二者的治理备受瞩目。
请回答下列问题:
(1)下列事实中,不能用于比较硫元素和碳元素非金属性强弱的是___________(填选项字母)。
A.SO2能使酸性KMnO4溶液褪色而CO2不能
B.相同条件下,硫酸的酸性强于碳酸
C.CS2中硫元素显-2价
D.相同条件下,SO3的沸点高于CO2
(2)有人设计通过硫循环完成二者的综合处理,原理为
i.2CO(g)+SO2(g)
S(l)+2CO2(g)△H1=-37.0kJ·mol-1
ii.S(l)+2H2O(g)
2H2(g)+SO2(g)△H2=-45.4kJ·mol-1
1molCO和水蒸气完全反应生成H2和CO2的热化学方程式为________________。
(3)T℃,向5L恒容密闭容器中充入2molCO和1molSO2,发生反应i。
10min达到平衡时,测得S(l)的物质的量为0.8mol。
①0〜10min内,用CO表示该反应速率v(CO)=____________________。
②反应的平衡常数为______________________。
(4)起始向密闭容器中充入一定量的S
(1)和H2O(g),发生反应ii。
H2O(g)的平衡转化率与温度(T)和压强(p)的关系如图所示。
①M、P两点的平衡转化率:
a(M)___________a(P)(填“>”“<”或“=”),理由为_____________________。
②N、P两点的平衡常数:
K(N)___________K(P)(填“>”“<”或“=”)。
【答案】
(1)AD
(2)CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)△H=-41.2kJ·mol-1
(3)0.032mol·L-1·min-1400
(4)①>P点的温度和压强均高于M点,该反应为气体分子总数增大的放热反应,升高温度和增大压强均使平衡逆向移动,H2O(g)的平衡转化率减小②<
【解析】
(1)最高价含氧酸酸性越强元素非金属性越强、单质的氧化性越强,元素非金属性的越强,故选AD;
(2)根据盖斯定律①
+②
得CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)△H=-41.2kJ·mol-1;(3)①10min达到平衡时,测得S(l)的物质的量为0.8mol,
根据
,
0.032mol·L-1·min-1;②平衡常数为k=
=
=400;(4)①P点的温度和压强均高于M点,该反应为气体分子总数增大的放热反应,升高温度和增大压强均使平衡逆向移动,H2O(g)的平衡转化率减小,a(M)>a(P);②反应放热,温度升高,平衡逆向移动,K减小,K(N) 4.漂白粉来源广泛、价格低康用其脱除烟气中SO2和NOx是目前研究的热点之一: (1)脱除姻气中的SO2和NOx实验示意装置如图所示: 图中N2和O2的作用______;装置A的作用是________。 (2)工业上用氯气与熟石灰制取漂白粉的化学方程式为________。 (3)用漂白粉溶液同时脱硫脱硝时,测得相同条件下SO2和NO的脱除率随时间变化如图所示: ①SO2的脱除率总是比NO的大,除因为脱除NO的活化能较高外,另一原因是__________。 ②漂白粉溶液与过量SO2反应(同时有沉淀生成)的离子方程式为_______________。 (4)脱硝过程中包含一系列反应: 2NO+O2=2NO2,2NO2+H2O HNO2+HNO3,NO+HClO NO2+HCl等。 ①实验测得吸收液初始pH与NO脱除率的关系如图所示: i)在4 ii)当pH=12时,NO脱除率又增大,是因为________。 ②为提高NO脱除率,在其他条件相同时,漂白粉溶液中分别添加三种不同添加剂,测得其对NO脱除率的影响如图所示。 NO脱除率不同的原因是_________。 【答案】 (1)配制不同体积分数的模拟烟气将气体混合 (2)2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O (3)①NO的溶解度较低②Ca2++ClO-+SO2+H2O=CaSO4↓+2H++Cl- (4)①pH较小时,有利于生成HClO将NO氧化为较高价态的氮氧化物(或NO2)碱性条件下有利于氮氧化物(NO2或NO和O2、NO和NO2等)转化成盐②该条件下氧化性KMnO4>H2O2>NaClO2,相应的NO脱除率也大 【解析】 (1)脱除姻气中的SO2和NOx实验示意装置如图所示: 图中N2和O2的作用配制不同体积分数的模拟烟气;装置A的作用是将气体混合。 (2)工业上用氯气与熟石灰制取漂白粉的化学方程式为2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O;(3)①SO2的脱除率总是比NO的大,除因为脱除NO的活化能较高外,SO2在溶液中易溶,另一原因是NO的溶解度较低;②漂白粉溶液有强氧化性,与过量SO2反应,有CaSO4沉淀生成,离子方程式为Ca2++ClO-+SO2+H2O=CaSO4↓+2H++Cl-。 (4)①i)在4 5.氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的重要原因。 回答下列问题: (1)光化学烟雾的产生机理(R为烃基)及烟雾箱(添加有NO和丙烯的空气,并用紫外光照射)中部分物质的浓度随照射时间的变化如图所示。 ①80min后NO2浓度减小,是由于发生了反应______(填“I”“Ⅱ”“Ⅲ”或“Ⅳ”,下同),O3开始产生并明显增多,是由于发生了反应_______。 ②0~50min内,v(NO)=______mL·m-3·min-l。 ③烟雾箱中丙烯与O2、NO反应会生成甲醛、乙醛及NO2,总反应的化学方程式为_______。 (2)处理含氮氧化物(NO和NO2)烟气的常用方法是碱液吸收法,用质量分数为2%的NaOH溶液吸收不同氧化度[氧化度 NO氧化度可看作0,NO2氧化度可看作100%]的氮氧化物,其吸收率随时间的变化如图所示。 ①从反应速率与吸收率得出的结论是___________。 ②a=50%时,碱液吸收的离子方程式为___________。 ③a=70%时,吸收得到的盐是___________(填化学式)。 【答案】 (1)①IⅡ②0.004③CH3CH=CH2+2O2+2NO→CH3CHO+HCHO+2NO2 (2)①随着α增大,反应速率及吸收率减小,当α=50%时,吸收速率最快,吸收率最大②NO+NO2+2OH-=2NO2-+H2O③NaNO3和NaNO2 【解析】 (1)①由图示可知,80min后NO2浓度减小,同时O3的含量逐渐增多,说明NO2在光照条件下转化为NO,即发生了反应I,同时释放的O原子与O2结合为O3,即发生了反应Ⅱ;②0~50min内,v(NO)= =0.004mL·m-3·min-l;③烟雾箱中丙烯与O2、NO反应会生成甲醛、乙醛及NO2,结合电子守恒和原子守恒,发生总反应的化学方程式为CH3CH=CH2+2O2+2NO→CH3CHO+HCHO+2NO2; (2)①由图示可知,随着α增大,反应速率及吸收率减小,当α=50%时,吸收速率最快,吸收率最大;②当a=50%时,混合气体中NO和NO2等物质的量,用NaOH吸收时恰好生成NaNO2,发生反应的离子方程式为NO+NO2+2OH-=2NO2-+H2O;③当a=70%时,混合气体中NO2的含量明显大于NO的量,用NaOH溶液吸收时,可看成是NO和NO2在1: 1被NaOH吸收的基础上,多余的NO2继续被NaOH吸收,则前者生成的盐为NaNO2,发生的反应为2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O,后者生成的盐为NaNO2和NaNO3,则碱吸收得到的盐是NaNO3和NaNO2。 6.H2S在金属离子的鉴定分析、煤化工等领域都有重要应用,也是煤化工原料气脱硫过程的重要中间体。 反应原理为 ①COS(g)+H2(g) H2S(g)+CO(g)△H=+7kJ/mol ②CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)△H=-42kJ/mol 已知断裂1mol气态分子中的化学键所需能量如下表所示。 分子 COS(g) H2(g) CO(g) H2S(g) H2O(g) CO2(g) 能量/kJ/mol 1310 442 x 678 930 1606 (1)计算表中x=____________。 (2)向VL容积不变的密闭容器中充入1molCOS(g)、amolH2(g)和1molH2O(g),发生上述两个反应,其他条件不变时,容器内CO的平衡体积分数与温度(T)的关系如下图所示。 已知: TIK时测得平衡体系中COS为0.80mol,H2为0.85mol。 ①随着温度的升高,CO的平衡体积分数增大,理由是____________。 ②a=______。 T1K时CO的平衡转化率为_______ ③T1K时容器内总压强为pMPa,用气体分压代替气体浓度计算反应l压强平衡常数Kp=____气体组分的分压=总压强×(气体组分的物质的量/气体总物质的量)(结果保留2位小数)。 (3)少量的羰基硫(COS)用氢氧化钠溶液处理的过程如下(部分产物已略去): 下图是反应Ⅱ中,在不同温度下,反应时间与H2产量的关系图(Na2S的初始含量为3mol), ①Na2S溶液显_______(“酸性”或“碱性”)。 ②判断Tl、T2、T3的大小: _______。 【答案】 (1)1076反应i为吸热反应,身高温度,平衡正向移动,CO的平衡体积分数增大 (2)①反应ii为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,CO的平衡体积分数也增大 ②120%③0.044 (3)①碱性②T3>T2>T1 【解析】 (1)根据反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)△H=-42kJ/mol=反应为的键能之和-生成物的键能之和=(x+930)-(1606+442),解得x=1076; (2)①、①COS(g)+H2(g) H2S(g)+CO(g)△H=+7kJ/mol,反应为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,CO的平衡体积分数增大,②CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)△H=-42kJ/mol,反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,CO的平衡体积分数也增大,故答案为: 反应①为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,CO的平衡体积分数增大。 反应②为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,CO的平衡体积分数也增大; ②COS(g)+H2(g) H2S(g)+CO(g) 起始(mol)1a00 反应0.20.20.20.2 平衡0.8a-0.20.20.2 CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) 起始(mol)0.210a-0.2 反应xxxx 平衡0.2-x1-xxa-0.2+x 则a-0.2+x=0.85,根据图像,平衡时CO的平衡体积分数为5%,因此5%= ×100%,解得a=1,x=0.05,COS的平衡转化率 ×100%=20%;③根据上述计算可知COS(g)+H2(g) H2S(g)+CO(g)平衡时的物质的量分别为COS0.8mol,H20.85mol,H2S0.2mol,CO0.15mol,气体的总物质的量为3mol,Kp= =0.044;(3)①Na2S属于强碱弱酸盐,水解溶液显碱性;②由图可知,温度高的反应速率大,则反应的时间短,则T3>T2>T1。 7. (1)一定条件下,平衡常数如下: 2NO2 N2O4K1NO2 1/2N2O4 K2N2O4 2NO2K3 推导K1与K2、K1与K3的关系分别为: ______________。 (2)衡量催化剂的性能指标有: 活性、选择性、稳定性、价格等。 对于给定条件下反应物之间能够同时发生多个反应的情况,理想的催化剂可以大幅度提高目标产物在最终产物中的____(填“产率”、“比率”、转化率),催化剂的这种特性,称作它的________性。 (3)溶液的pH对Cr2O72-降解率的影响如下图所示。 已知: Cu2O Cu+CuSO4; 酸性越大,Cr2O72-被还原率越大。 ①由上右图可知,pH分别为2、3、4时,Cr2O72-的降解率最好的是______,其原因是______。 ②按右图加入10滴浓硫酸,溶液由橙黄色变为橙色,请结合化学用语用平衡移动原理解释其原因_____。 (4)一定条件下焦炭可以还原NO2,反应为: 2NO2(g)+2C(s) N2(g)+2CO2(g)。 在恒温的密闭容器下,6molNO2和足量C发生该反应,测得平衡时NO2的物质的量与平衡总压的关系如图所示: 则C点NO2的转化率和C点时该反应的压强平衡常数Kp=(K,是用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)分别为______、_______。 (5)已知由CO生成CO2的化学方程式为CO+O2 CO2+O。 其正反应速率为v正=K正c(CO)·c(O2),逆反应速率为v逆=K逆c(CO2)·c(O),K正、K逆为速率常数。 在2500K下,K正=1.21×105L·s-1·mol-1,K逆=3.02×105L·s-1·mol-1。 则该温度下上述反应的平衡常数K值为_______(保留小数点后一位小数)。 【答案】 (1)K1=K22: K1=1/K3 (2)比率选择性 (3)①3②pH<2.5时Cu2O 会歧化(转化)为Cu和Cu2+,所以不选pH=2;酸性越大,Cr2O72-被还原率越大,pH=3酸性强于pH=4的溶液,所以选择pH=3溶液中存在 ,加入硫酸,c(H+)增大,平衡向逆反应方向移动c(Cr2O72-)增大 66.7%5Mpa(5)0.4 【解析】 (1)一定条件下,平衡常数如下: 2NO2 N2O4K1NO2 1/2N2O4 K2N2O4 2NO2K3,K1=c(N2O4)/c2(NO2)=[c0.5(N2O4)/c(NO2)]2=K22;K1=c(N2O4)/c2(NO2)=[c2(NO2)/c(N2O4)]-1=1/K3,故K1与K2,K1与K3的关系分别为: K1=K22: K1=1/K3; (2)衡量催化剂的性能指标有: 活性、选择性、稳定性、价格等。 对于给定条件下反应物之间能够同时发生多个反应的情况,理想的催化剂可以大幅度提高目标产物在最终产物中的比率(填“产率”、“比率”、转化率),催化剂的这种特性,称作它的选择性。 (3)①由图可知,pH分别为2、3、4时,Cr2O72-的降解率最好的是3,其原因是由图可知: pH<2.5时Cu2O会歧化(转化)为Cu和Cu2+,故答案为: pH=3;pH<2.5时Cu2O会歧化(转化)为Cu和Cu2+,所以不选pH=2;酸性越大,Cr2O72-被还原率越大,pH=3酸性强于pH=4的溶液,所以选择pH=3。 ②按右图加入10滴浓硫酸,溶液由橙黄色变为橙色,请结合化学用语用平衡移动原理解释其原因溶液中存在Cr2O72-+H2O 2CrO42-+2H+,加入硫酸,c(H+)增大,平衡向逆反应方向移动c(Cr2O72-)增大。 (4)6molNO2和足量C发生该反应,设反应二氧化氮x,列三段式: 2NO2(g)+2C(s) N2(g)+2CO2(g) n始: 600 n转: x0.5xx n平: 6-x0.5xx 即: 224 从图知C点时NO2的物质的量为2,则6-x=2,解得x=4,则C点NO2的转化率 ×100%=66.7%;则平衡时总的物质的量为8mol,C点时该反应的压强平衡常数Kp(C)= =5MPa;(5)平衡常数K= = =0.40; 8.工业上利用CO2和H2催化氢化可以制取甲烷。 (1)已知①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-890kJ·mol-1 ②2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)ΔH=-572kJ·mol-1 ③H2O(l)=H2O(g)ΔH=+44kJ·mol-1 CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)ΔH=akJ·mol-1 据此,a=_________;升高温度,该反应的v(逆)_____(填“增大”或“减小”)。 (2)在一定压强、不同温度下,两种催化剂分别催化CO2加氢甲烷化反应2h的结果如图1所示(一定温度下仅改变催化剂,其他条件不变): a、b-催化剂I;c、d-催化剂II。 甲烷化选择性: 指含碳产物中甲烷的物质的量分数。 请据图1分析: ①催化剂I实验,400℃~450℃时CO2转化率下降的原因可能为___________(写1条)。 ②催化剂II实验,检测密闭容器中产物发现,温度升高甲烷的选择性下降是发生了: CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)ΔH>0。 若保持温度不变,提高甲烷化选择性可以采取的措施: ______________(写2条)。 (3)下列与甲烷化反应有关的描述中,正确的是______: A.单位时间
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