高中化学高届高级二轮复习小专题强化练习化学反应原理综合考试版.docx
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高中化学高届高级二轮复习小专题强化练习化学反应原理综合考试版
化学反应原理综合题
1.“雾霾”成为人们越来越关心的环境问题。
雾霾中含有二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物等污染性物质。
请回答下列问题:
(1)汽车尾气是雾霾形成的原因之一。
尾气治理可用汽油中挥发出来的烃类物质(CxHy)催化还原尾气中的NO气体,该过程的化学方程式为_______________________________________________________________。
(2)冬季燃煤供暖产生的废气也是雾霾的主要来源之一。
经研究发现将煤碳在O2/CO2的气氛下燃烧,能够降低燃煤时NO的排放,主要反应为2NO(g)+2CO(g)
N2(g)+2CO2(g) ΔH。
已知:
①N2(g)+O2(g)
2NO(g)ΔH1=+180.5kJ·mol-1
②2CO(g)
2C(s)+O2(g) ΔH2=+221kJ·mol-1
③C(s)+O2(g)
CO2(g) ΔH3=-393.5kJ·mol-1
则ΔH=________。
(3)某研究小组用NaOH溶液吸收尾气中的二氧化硫,将得到的Na2SO3溶液进行电解,其中阴、阳膜组合电解装置如图一所示,电极材料为石墨。
①a表示________(填“阴”或“阳”)离子交换膜。
A~E分别代表生产中的原料或产品,其中C为硫酸,则A表示________,E表示________。
②阳极的电极反应式为_______________________________________。
(4)SO2经过净化后与空气混合进行催化氧化可制取硫酸,其中SO2发生催化氧化的反应为2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)。
若在T1℃、0.1MPa条件下,往一密闭容器中通入SO2和O2[其中n(SO2)∶n(O2)=2∶1],测得容器内总压强与反应时间的关系如图二所示。
①图中A点时,SO2的转化率为________。
②在其他条件不变的情况下,测得T2℃时压强的变化曲线如图二所示,则C点的正反应速率vC(正)与A点的逆反应速率vA(逆)的大小关系为vC(正)________(填“>”“<”或“=”)vA(逆)。
③图中B点的压强平衡常数Kp=________(用平衡分压代表平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
2.汽车尾气排放的CO、NOx等气体是大气污染的主要来源,NOx也是大雾天气的主要成因之一。
(1)科学家研究利用催化技术将尾气中有害的NO和CO转变成无害的气体,其热化学方程式为2CO(g)+2NO(g)
2CO2(g)+N2(g)ΔH1=-746.5kJ·mol-1。
已知:
2C(s)+O2(g)
2CO(g)ΔH2=-221.0kJ·mol-1,
CO2(g)
C(s)+O2(g)ΔH3=+393.5kJ·mol-1。
①C(s)的燃烧热ΔH= 。
②NO(g)分解成两种气体单质的热化学方程式为 。
(2)一定温度下,向初始容积均为2L的A、B、C三个容器中,均投入5molCO气体和4molNO气体发生如下反应:
2CO(g)+2NO(g)
2CO2(g)+N2(g)。
①如图表示该反应中NO的平衡转化率(α)随温度、压强变化的示意图,则X代表的物理量是 ,Y1 Y2(填“>”或“<”)。
②反应过程中,A容器中保持恒温恒压,B容器中保持恒温恒容,C容器中保持绝热恒容。
下列说法错误的是 。
a.B、C两个容器中反应达到平衡所用的时长关系是tB>tC
b.3个容器中NO的平衡转化率的大小顺序为αA>αB>αC
c.当A容器内气体平均摩尔质量不变时,说明该反应处于化学平衡状态
d.当B容器内气体密度保持不变时,说明该反应处于化学平衡状态
③当B容器中保持平衡时,NO所占体积分数为25%,则相同温度下,A容器中逆反应的平衡常数K= (保留两位有效数字)。
(3)利用反应NO2+NH3
N2+H2O(未配平)消除用电器中NO2的简易装置如图所示。
①a电极上的反应式为 。
②常温下,若用该电池电解0.6L饱和食盐水,一段时间后,测得饱和食盐水pH变为13,则理论上b电极上消耗B气体的体积为 mL(标准状况,假设电解过程中溶液体积不变)。
3.工业上利用N2和H2可以实现合成氨气,而氨又可以进一步制备硝酸,在工业上一般可进行连续生产。
请回答下列有关问题:
(1)已知N2(g)+O2(g)
2NO(g)ΔH=+180.5kJ·mol-1
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)ΔH=-92.4kJ.mol-1
2H2(g)+O2(g)
2H2O(g)ΔH=-483.6kJ·mol-1
写出氨气经催化氧化完全生成一氧化氮和水蒸气的热化学方程式为 。
(2)在一定体积的密闭容器中,进行化学反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g),该反应的化学平衡常数K与温度t的关系如下表:
t/K
298
398
498
K
4.1×106
K1
K2
①比较K1、K2的大小:
K1 K2(填“>”“=”或“<”);
②在恒温恒压下判断该反应达到化学平衡状态的依据是 (填序号);
A.2v正(H2)=3v逆(NH3)
B.2v正(N2)=v逆(H2)
C.容器内压强保持不变
D.混合气体的密度保持不变
(3)硝酸工业的尾气NO可用于制备NH4NO3,其工作原理如图。
①其阴极的电极反应式为 。
②常温下,1LpH=6的NH4NO3溶液中c(NH3·H2O)+c(OH-)= mol·L-1。
(4)工业上生产尿素的化学方程式为2NH3(g)+CO2(g)
CO(NH2)2(s)+H2O(l)。
在T℃时,向体积为4L的密闭容器中通入6molNH3和3molCO2,反应达到平衡时,c(NH3)=0.5mol·L-1,c(CO2)=0.25mol·L-1。
若此时保持T℃和平衡时容器的压强不变,再向体积可变的容器中充入3molNH3,则此时反应的v正 (填“>”“<”或“=”)v逆。
再次平衡后,平衡常数为 。
(5)已知Ksp(AgCl)=1.8×10-10,若向50mL0.09mol·L-1的AgNO3溶液中加入50mL0.10mol·L-1的盐酸,混合后溶液中的Ag+的浓度为 mol·L-1。
4.页岩气是从页岩层中开采出来的一种非常重要的天然气资源,页岩气的主要成分是甲烷,是公认的洁净能源。
(1)页岩气不仅能用作燃料,还可用于生产合成气(CO+H2)。
CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器,发生反应:
CH4(g)+H2O(g)===CO(g)+3H2(g) ΔH。
已知:
①CH4、H2、CO的燃烧热分别为akJ·mol-1、bkJ·mol-1、ckJ·mol-1(a、b、c均大于0);
②水的汽化热为+dkJ·mol-1(d>0)。
则ΔH=________kJ·mol-1(用含a、b、c、d的代数式表示)。
(2)用合成气制甲醇的反应为2H2(g)+CO(g)
CH3OH(g) ΔH,在10L的恒容密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2,测得CO的平衡转化率与温度和压强的关系如图所示。
①ΔH________(填“>”“<”或“=”)0。
②写出两条可同时提高反应速率和CO的转化率的措施:
________、________。
③下列说法正确的是________(填序号)。
A.温度越高,该反应的平衡常数越大
B.达平衡后再充入稀有气体,CO的转化率提高
C.体系内气体压强不再变化时,反应达到平衡状态
D.图中压强p1<p2
④200℃时,n(H2)随时间的变化如表所示,3min时反应刚好达到平衡状态,请利用表中的数据计算0~3min内v(CH3OH)=________mol·L-1·min-1。
t/min
0
1
3
5
n(H2)/mol
8.0
5.4
4.0
4.0
⑤200℃时该反应的平衡常数K=________。
向上述200℃的平衡体系中再加入2molCO、2molH2、2molCH3OH,保持温度不变,则平衡________(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)。
(3)甲烷、氧气和KOH溶液可组成燃料电池。
标准状况下通入5.6L甲烷时,测得电路中转移1.96mol电子,则甲烷的利用率为________。
5.C、S和Cl元素的单质及化合物在工业生产中的有效利用备受关注。
请回答下列问题:
(1)已知:
Ⅰ.2SO2(g)+O2(g)+2H2O(l)
2H2SO4(aq) ΔH1
Ⅱ.Cl2(g)+H2O(l)
HCl(aq)+HClO(aq) ΔH2
Ⅲ.2HClO(aq)
2HCl(aq)+O2(g) ΔH3
SO2(g)+Cl2(g)+2H2O(l)
2HCl(aq)+H2SO4(aq)
ΔH4= (用含有ΔH1、ΔH2和ΔH3的代数式表示)。
(2)25℃时,H2SO3溶液中各含硫微粒的物质的量分数(δ)与溶液pH的变化关系如图甲所示。
甲乙
已知25℃时,NaHSO3的水溶液pH<7,用图中的数据通过计算解释原因 。
(3)NaClO2是一种绿色消毒剂和漂白剂,工业上采用电解法制备NaClO2的原理如图乙所示。
①交换膜应选用 (填“阳离子交换膜”或“阴离子交换膜”)。
②阳极的电极反应式为 。
(4)一定温度下,向2L恒容密闭容器中通入2molCO和1molSO2,发生反应2CO(g)+SO2(g)
S(l)+2CO2(g) ΔH=-270kJ·mol-1,若反应进行到20min时达平衡,测得CO2的体积分数为0.5,则前20min的反应速率v(CO)= ,该温度下反应化学平衡常数K= 。
(5)在不同条件下,向2L恒容密闭容器中通入2molCO和1molSO2,反应体系总压强随时间的变化如图所示:
①图中三组实验从反应开始至达到平衡时,v(CO)最大的为 (填序号)。
②与实验a相比,c组改变的实验条件可能是 。
6.二甲醚又称甲醚,简称DME,熔点-141.5℃,沸点-24.9℃,与石油液化气(LPG)相似,被誉为“21世纪的清洁燃料”。
由合成气(CO、H2)制备二甲醚的反应原理如下:
①CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)ΔH1=-90.0kJ·mol-1
②2CH3OH(g)
CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH2=-20.0kJ·mol-1
回答下列问题。
(1)已知H2O(l)
H2O(g) ΔH=+44.0kJ·mol-1,若由合成气(CO、H2)制备1molCH3OCH3(g),且生成H2O(l),其热化学方程式为 。
(2)有人模拟该制备原理。
500K时,在2L的密闭容器中充入2molCO和6molH2,5min后达到平衡,平衡时测得c(H2)=1.8mol·L-1、c(CH3OCH3)=0.2mol·L-1,此时CO的转化率为 。
用CH3OH表示反应①的速率是 mol·(L·min)-1,可逆反应②的平衡常数K2= 。
(3)在体积一定的密闭容器中发生反应②,如果该反应的平衡常数K2值变小,下列说法正确的是 。
A.平衡向正反应方向移动
B.平衡移动的原因是升高了温度
C.达到新平衡后体系的压强不变
D.容器中CH3OCH3的体积分数减小
(4)一定条件下在恒温恒容的密闭容器中,按不同投料比充入CO(g)和H2(g)进行反应①,平衡时CO(g)和H2(g)的转化率如图所示,则a= (填数值)。
(5)绿色电源“二甲醚燃料电池”的结构如图所示,电解质为熔融态的碳酸盐(如熔融K2CO3),其中CO2会参与电极反应。
工作时正极的电极反应式为 。
7.丙烯是重要的有机化工原料,丙烷脱氢制丙烯具有显著的经济价值和社会意义。
反应原理如下为C3H8(g)
C3H6(g)+H2(g) ΔH1。
(1)一定温度下,向10L恒容密闭容器中充入2molC3H8发生反应,经过10min达到平衡状态,测得平衡时气体压强是开始的1.75倍。
①0~10min内丙烯的生成速率v(C3H6)= ,C3H8的平衡转化率为 。
②下列情况能说明该反应达到平衡状态的是 。
A.气体密度保持不变B.[c(C3H6)·c(H2)]/c(C3H8)保持不变
C.ΔH1保持不变D.C3H8分解速率与C3H6消耗速率相等
(2)总压强分别为p1和p2时,上述反应在不同温度下达到平衡,测得丙烷及丙烯的物质的量分数如下图所示:
①压强:
p1 (填“>”或“<”)p2。
②为了提高反应速率和反应物的转化率,可采取的措施是 。
③若p1=0.1MPa,起始时充入一定量的丙烷发生反应,计算Q点对应温度下该反应的平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
④在0.1MPa、527℃条件下,向恒容密闭容器中通入丙烷和稀有气体,发生丙烷脱氢反应,随着
的增加,丙烷脱氢转化率逐渐增大。
试解释原因 。
(3)在实际生产中,还可能存在如下副反应:
C3H8(g)
C2H4(g)+CH4(g)ΔH2=+81.7kJ·mol-1
C2H4(g)+H2(g)
C2H6(g) ΔH3
C3H8(g)+H2(g)
CH4(g)+C2H6(g)ΔH4=-54.8kJ·mol-1
则ΔH3= 。
8.以含1个碳原子的物质(如CO、CO2、CH4、CH3OH等)为原料的碳一化学处于未来化学产业的核心,成为科学家研究的重要课题。
(1)已知某反应的平衡常数的表达式为K=
它所对应的化学方程式为__________________________________________。
(2)已知CO、H2、CH3OH(g)的燃烧热分别为283.0kJ·mol-1、285.8kJ·mol-1、764.5kJ·mol-1。
则反应Ⅰ:
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g) ΔH=________;向密闭容器中,按n(CO)∶n(H2)=1∶2充入反应物,发生反应Ⅰ。
L(L1、L2)、X代表压强或温度,如图表示L一定时,平衡混合物中CH3OH的体积分数随X的变化关系。
X表示________(填“温度”或“压强”),L1________L2(填“>”“=”或“<”)。
(3)在2L恒容密闭容器中充入3molCO、3molH2,发生反应3CO(g)+3H2(g)
CH3OCH3(g)+CO2(g),CO的平衡转化率(α)与温度、压强的关系如图所示:
①p1、p2、p3中最大的是________。
②对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代表物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数(记作Kp),则A点平衡常数Kp=________。
(4)一定条件下,向容积不变的某密闭容器中加入amolCO2和bmolH2发生反应CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g),欲使整个反应过程中CO2的体积分数为恒定值,则a与b的关系是________。
9.合成氨工业是基础化学工业的重要组成部分。
(1)以NH3与CO2为原料可合成化肥尿素。
已知:
①2NH3(g)+CO2(g)===NH2CO2NH4(s)ΔH1=-159.5kJ·mol-1;
②NH2CO2NH4(s)===CO(NH2)2+H2O(l)ΔH2=+28.5kJ·mol-1
③H2O(l)===H2O(g) ΔH3=+44.0kJ·mol-1。
则NH3(g)与CO2(g)合成CO(NH2)2(s)和H2O(g)的热化学方程式为_____________________________________________________________________。
(2)工业合成氨在合成塔中进行,测得合成塔入口气体体积之比V(N2)∶V(H2)∶V(NH3)=6∶18∶1,出口气体体积之比为V(N2)∶V(H2)∶V(NH3)=9∶27∶8,则H2的转化率为________。
(3)为降低合成氨工业废水的氨氮浓度,在厌氧氨氧化菌的催化作用下,使铵盐与亚硝酸盐反应生成N2,该反应的离子方程式是_____________________________________________________________________。
(4)犹他大学化学家发明了N2/H2生物燃料电池,以质子交换膜为隔膜,在室温条件下合成了氨的同时还提供了电
能(工作原理如图甲所示)。
该生物燃料电池中,正极电极反应式为______________________________________________________________________。
(5)NH3可用于烟气的脱硝,使烟气中的NO还原为N2。
某研究小组研究了NH3和NO在Ag2O催化剂表面的反应活性随温度的变化关系,实验结果如图乙所示。
在有氧条件下,温度580K之后NO生成N2的转化率降低的原因可能是_____________________________________________________________________。
在温度在420~580K时,有氧条件下NO生成N2的转化率明显高于无氧条件下原因可能是_______________________________________________________。
10.H2是一种清洁能源。
在冶金、电力、材料等领域应用广泛。
请回答下列问题:
(1)某科研团队利用透氧膜获得N2、H2的工作原理如图甲所示(空气中N2与O2的物质的量之比按4∶1计)。
上述过程中,膜Ⅰ侧所得气体的物质的量之比n(H2)∶n(N2)=3∶1,则CH4、H2O与O2反应的化学方程式为 。
甲
(2)用H2和CO合成甲醇的热化学方程式为CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g) ΔH1。
已知:
CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=-49.0kJ·mol-1,CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g) ΔH3=-41.1kJ·mol-1,则ΔH1= kJ·mol-1。
(3)向容积可变的密闭容器中充入1molCO和2.2molH2,在恒温恒压条件下发生反应CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g),平衡时CO的转化率[α(CO)]随温度、压强的变化情况如图乙所示。
乙丙
①压强:
p1 (填“>”“<”或“=”)p2。
②M点时,H2的转化率为 (计算结果精确到0.1%),该反应的平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
③不同温度下,该反应的平衡常数的对数值(lgK)如图丙所示,其中,A点为506K时平衡常数的对数值,则B、C、D、E四点中能正确表示该反应的lgK与温度(T)的关系的是 。
(4)H2还原NO的反应为2NO(g)+2H2(g)
N2(g)+2H2O(l),实验测得反应速率的表达式为v=kcm(NO)·cn(H2)(k是速率常数,只与温度有关)。
①某温度下,反应速率与反应物浓度的变化关系如下表所示。
编号
1
0.10
0.10
0.414k
2
0.10
0.20
1.656k
3
0.50
0.10
2.070k
由表中数据可知,m= ,n= 。
②上述反应分两步进行:
ⅰ.2NO(g)+H2(g)
N2(g)+H2O2(l)(慢反应);ⅱ.H2O2(l)+H2(g)
2H2O(l)(快反应)。
下列叙述正确的是 (填字母)。
A.H2O2是该反应的催化剂
B.反应ⅰ的活化能较高
C.总反应速率由反应ⅱ的速率决定
D.反应ⅰ中NO和H2的碰撞仅部分有效
11.近年我国汽车拥有量呈较快增长趋势,汽车尾气已成为重要的空气污染物。
回答下列问题:
(1)汽车发动机工作时会引起反应:
N2(g)+O2(g)
2NO(g),是导致汽车尾气中含有NO的原因这一。
2000K时,向容积为2L的密闭容器中充入2molN2与2molO2,发生上述反应,经过5min达到平衡,此时容器内NO的体积分数为0.75%,则该反应在5min内的平均反应速率v(O2)=________mol·L-1·min-1,N2的平衡转化率为________,2000K时该反应的平衡常数K=________。
(2)一定量NO发生分解的过程中,NO的转化率随时间变化的关系如图所示。
①反应2NO(g)
N2(g)+O2(g)为________(填“吸热”或“放热”)反应。
②一定温度下,能够说明反应2NO(g)N2(g)+O2(g)已达到平衡的是________(填序号)。
a.容器内的压强不发生变化
b.混合气体的密度不发生变化
c.NO、N2、O2的浓度保持不变
d.单位时间内分解4molNO,同时生成2molN2
③在四个容积和温度均完全相同的密闭容器中分别加入下列物质,相应物质的量(mol)如表所示。
相同条件下达到平衡后,N2的体积分数最大的是________(填容器代号)。
容器代号
NO
N2
O2
A
2
0
0
B
0
1
1
C
0.4
0.6
0.8
D
1
0.5
0.4
(3)当发动机工作时,发生反应产生的尾气中的主要污染物为NOx。
可用CH4催化还原NOx以消除氮氧化物污染。
已知:
CH4(g)+4NO2(g)===4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-574kJ·mol-1
CH4(g)+2NO2(g)===N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-867kJ·mol-1
①写出CH4与NO反应生成N2、CO2、H2O(g)的热化学方程式:
______________________________________________。
②使用催化剂可以将汽车尾气的主要有害成分一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)转化为无毒气体,该反应的化学方程式为____________________________________________。
12.研究碳、氮及其化合物的转化对于环境的改善有重大意义。
(1)氧化还原法消除NOx的转化如下:
NO
NO2
N2
已知:
NO(g)+O3(g)===NO2(g)+O2(g) ΔH=-200.9kJ·mol-1
2NO(g)+O2(g)===2NO2(g) ΔH=-116.2kJ·mol-1
则反应Ⅰ的热化学方程式为___________________________
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