化学原理综合题.docx

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化学原理综合题

特训十七　化学原理综合题

填空题

1.大气中PM2.5、NOx、SO2、CO2、CH4等含量是衡量空气质量优劣的重要指标，对其研究和综合治理具有重要意义。

（1）将PM2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样。

测得该试样所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度如下表：

离子

K＋

Na＋

NH

SO

NO

Cl－

浓度/mol·L－1

4×10－6

6×10－6

2×10－5

4×10－5

3×10－5

2×10－5

根据表中数据计算PM2.5试样的pH＝________。

（2）NOx是汽车尾气的主要污染物之一。

①汽车发动机工作时会引发N2和O2反应，其能量变化示意图1如下：

图1

则N2（g）和O2（g）反应生成NO（g）的热化学反应方程式为____________________

__________________________________________________________________；

②用碱液吸收氮的氧化物是目前研究的课题，将NO、NO2通入石灰乳中可制备重要的工业原料Ca（NO2）2。

该工艺需控制NO和NO2物质的量之比接近1∶1。

若n（NO2）∶n（NO）>1∶1，则会导致________；若n（NO2）∶n（NO）<1∶1，则会导致________。

（3）燃煤烟气中的CO、SO2在铝矾土作催化剂、773K条件下反应生成CO2和硫蒸气，该反应可用于从烟道气中回收硫。

反应体系中各组分的物质的量与反应时间的关系如图2所示，写出该反应的化学方程式____________________

_______________________________________________________________。

（4）科学家用氮化镓材料与铜组装如图3所示的人工光合系统。

利用该装置成功地实现了以CO2和H2O合成CH4。

写出铜电极表面的电极反应式________。

（5）天然气也可重整生产化工原料。

最近科学家们利用天然气无氧催化重整获得芳香烃X。

由质谱分析得X的相对分子质量为106，其核磁共振氢谱如图4，则X的结构简式为________。

解析　

（1）由电荷守恒有c（K＋）＋c（Na＋）＋c（NH

）＋c（H＋）＝c（Cl－）＋c（NO

）＋2c（SO

），得c（H＋）＝1×10－4mol·L－1，pH＝4。

（2）①写出目标反应：

N2（g）＋O2（g）===2NO（g），ΔH＝E（反应物的总键能）－E（生成物的总键能）＝946＋498－2×630＝184kJ·mol－1。

②NO2过量，NO2被碱吸收会发生歧化反应生成Ca（NO3）2和Ca（NO2）2，生成产品中Ca（NO3）2含量上升。

NO过量会无法被碱吸收，会造成放出气体中NO含量升高。

（3）由CO→CO2，物质的量变化相同，可知起始n（CO）＝4mol，n（SO2）＝2mol，生成n（CO2）＝3mol，生成硫蒸气1mol，由原子守恒可知硫蒸气为S2，注意反应条件。

（4）由电子移动方向可知Cu为正极，发生还原反应，即CO2→CH4，有CO2＋8e－→CH4，由质子交换膜，补H＋平衡电荷有：

CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O。

（5）106/12＝8……10，得分子式为C8H10，为苯的同系物，由分子中只有两种氢，为对二甲苯结构。

答案　

（1）4

（2）①N2（g）＋O2（g）===2NO（g）　ΔH＝184kJ·mol－1

②产品Ca（NO2）2中Ca（NO3）2含量升高　放出的气体中NO含量升高

（3）4CO＋2SO2

4CO2＋S2

（4）CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O

（5）

2.氨氮是造成水体富营养化的重要因素之一，用次氯酸钠水解生成的次氯酸将水中的氨氮（用NH3表示）转化为氮气除去，其相关反应的主要热化学方程式如下：

反应①：

NH3（aq）＋HClO（aq）===NH2Cl（aq）＋H2O（l）　ΔH1＝akJ·mol－1

反应②：

NH2Cl（aq）＋HClO（aq）===NHCl2（aq）＋H2O（l）　ΔH2＝bkJ·mol－1

反应③：

2NHCl2（aq）＋H2O（l）===N2（g）＋HClO（aq）＋3HCl（aq）　ΔH3＝ckJ·mol－1

（1）反应2NH3（aq）＋3HClO（aq）===N2（g）＋3H2O（l）＋3HCl（aq）的ΔH＝________。

（2）已知在水溶液中NH2Cl较稳定，NHCl2不稳定易转化为氮气。

在其他条件一定的情况下，改变

（即NaClO溶液的投入量），溶液中次氯酸钠去除氨氮效果与余氯（溶液中＋1价氯元素的含量）影响如上图所示。

a点之前溶液中发生的主要反应为________（填字母）。

A.反应①　　B.反应①②　　C.反应①②③

反应中氨氮去除效果最佳的n（NaClO）/n（NH3）值约为________。

（3）溶液pH对次氯酸钠去除氨氮有较大的影响（如图甲所示）。

在pH较低时溶液中有无色无味的气体生成，氨氮去除效率较低，其原因是_________________

________________________________________________________________。

（4）用电化学方法也可去除废水中氨氮。

在蒸馏水中加入硫酸铵用惰性电极直接电解发现氨氮去除效率极低，但在溶液中再加入一定量的氯化钠后，去除效率可以大大提高。

反应装置如图乙所示，b为电源________极，电解时阴极的电极反应式为________。

（5）氯化磷酸三钠（Na3PO4·0.25NaClO·12H2O）可用于减小水的硬度，相关原理可用离子方程式表示：

3CaSO4（s）＋2PO

（aq）

Ca3（PO4）2（s）＋3SO

（aq）。

该反应的平衡常数K＝________。

[已知Ksp[Ca3（PO4）2]＝2.0×10－29，Ksp（CaSO4）＝9.1×10－6]

解析　

（1）目标反应中有NH3，所以①×2，目标反应中有N2，所以①×2＋③，消去NH2Cl，再加上②×2，得ΔH＝（2a＋2b＋c）kJ·mol－1。

（2）由题给信息“水溶液中NH2Cl较稳定，NHCl2不稳定易转化为氮气”。

a点去除除率高，余氯少，说明主要发生反应①。

若发生反应②生成NHCl2，由题给信息“NHCl2不稳定易转化为氮气”，NHCl2分解发生反应③生成HClO，余氯含量高。

由

（1）中反应方程式可知将NH3转化为N2，此时n（NaClO）/n（NH3）约为1.5。

（3）由题pH较低时氨氮去除率降低，说明溶液中的H＋浓度大，易与ClO－生成HClO，HClO分解生成O2。

（4）加入氯化钠，Cl－在阳极放电，生成氯气，利用氯气氧化NH3除氨：

3Cl2＋2NH3===N2＋6HCl，为了提高反应率，氯气应该是下面生成，上升过程中接触面积大，所以b为电源正极。

阴极溶液中的H＋放电生成H2。

（5）K＝

＝

＝

＝3.77×1013。

答案　

（1）（2a＋2b＋c）kJ·mol－1　

（2）A　1.5

（3）盐酸与次氯酸钠反应生成次氯酸，次氯酸分解产生氧气，与氨氮反应的次氯酸量减少了

（4）正　2H2O＋2NH

＋2e－===2NH3·H2O＋H2↑或2H＋＋2e－===H2↑

（5）3.77×1013

3.（2016·苏锡常镇高三第二次调研）NH3是一种重要的化工原料，可用来制备肼、硝酸、硝酸铵和氯胺等。

（1）N2和H2以物质的量之比为1∶3在不同温度和压强下发生反应：

N2＋3H2

2NH3，测得平衡体系中NH3的物质的量分数如图。

①下列途径可提高氨气产率的是________（填字母）。

a.采用常温条件b.采用适当的催化剂

c.将原料气加压d.将氨液化，不断移去液氨

②如图中所示的平衡体系中NH3的物质的量分数为0.549和0.478时，该反应的平衡常数分别为K1、K2，则K1________（填“>”“<”或“＝”）K2。

（2）肼（N2H4）是一种火箭燃料。

已知：

N2（g）＋2O2（g）===2NO2（g）　ΔH＝＋67.7kJ·mol－1

N2H4（g）＋O2（g）===N2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝－534.0kJ·mol－1

NO2（g）===1/2N2O4（g）　ΔH＝－28.0kJ·mol－1

①反应2N2H4（g）＋N2O4（g）===3N2（g）＋4H2O（g）的ΔH＝________kJ·mol－1。

②氨气与次氯酸钠溶液反应生成肼的离子方程式为_____________________

________________________________________________________________。

（3）电解硝酸工业的尾气NO可制备NH4NO3，其工作原理如右图。

①阴极的电极反应式为________。

②将电解生成的HNO3全部转化为NH4NO3，则通入的NH3与实际参加反应的NO的物质的量之比至少为________。

（4）饮用水消毒时，氯胺（NH2Cl等）在酸性条件下具有良好的效果，其原因是___________________________________________________________________

______________________________________________________________。

解析　

（1）由图可知随温度升高，NH3的物质的量分数减小，所以为放热反应。

①注意提高氨气的产率，即单位时间内的效率。

b项，使用催化剂可以提高速率，即单位时间内的产品多，正确；c、d项均使平衡向正反应方向移动，提高原料转化率，正确。

②两点温度相同，平衡常数不变。

（2）①目标反应可由反应②×2－③×2－①获得，计算反应热。

②NH3中N显－3价，N2H4中N显－2价，NH3作还原剂，ClO－作氧化剂被还原为Cl－，配平。

（3）①阴极发生反应：

NO→NH

，溶液呈酸性，根据电子守恒配平。

②阴极反应为：

NO＋5e－＋6H＋===NH

＋H2O，阳极反应为：

NO－3e－＋2H2O===NO

＋4H＋，总反应为：

8NO＋10H＋＋7H2O===3NH

＋5NO

，可知8molNO反应，生成3molNH

、5molNO

，差2molNH

，至少要通2molNH3。

（4）NH2Cl能用于水解消毒，说明其水解生成HClO，可知NH2Cl中氯显＋1价，N显－3价，水解生成NH3和HClO，加酸和NH3反应，使平衡正向移动，提高c（HClO），效果加强。

答案　

（1）①bcd　②＝

（2）①－1079.7　②2NH3＋ClO－===Cl－＋N2H4＋H2O

（3）①NO＋5e－＋6H＋===NH

＋H2O　②1∶4

（4）氯胺与水反应存在平衡：

NH2Cl＋H2O

NH3＋HClO，酸性条件下平衡右移使次氯酸浓度变大

4.氢能是一种极具发展潜力的清洁能源，硫碘循环制氢主要的热化学方程式为：

Ⅰ.SO2（g）＋2H2O（l）＋I2（g）===H2SO4（l）＋2HI（g）　ΔH＝35.9kJ/mol

Ⅱ.2H2SO4（l）===2SO2（g）＋O2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝470kJ/mol

Ⅲ.2HI（g）===H2（g）＋I2（g）　ΔH＝14.9kJ/mol

（1）反应2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）的ΔH＝________mol·L－1。

（2）反应Ⅰ在液相中发生称为bensun反应，向水中加入1molSO2和3molI2，在不同温度下恰好完全反应生成的n（SO

）和n（I

）的变化见图甲。

①I

中x＝________。

②温度达到120℃时，该反应不发生的原因是_________________________

________________________________________________________________。

（3）反应Ⅲ是在图乙中进行，其中的高分子膜只允许产物通过，高分子膜能使反应程度________（填“增大”、“减小”或“不变”），在该装置中为了进一步增大平衡时HI的分解率；不考虑温度的影响，还可以采取的措施为_________________________________________________________________

_________________________________________________________________。

（4）图丙是一种制备H2的方法，装置中的MEA为允许质子通过的电解质膜。

①写出阳极电极的反应式：

________________________________________。

②电解产生的氢气可以用镁铝合金（Mg17Al12）来储存，合金吸氢后得到仅含一种金属的氢化物（其中氢的质量分数为0.077）和一种金属单质，该反应的化学方程式为_________________________________________________________

_________________________________________________________________。

解析　

（1）目标反应可由Ⅰ×2－Ⅱ－Ⅲ×2获得，计算反应热。

（2）由图可知3molI2转化为2molI

，由原子守恒x＝3。

温度达到120℃，此时水为气态，I2也为气态，气态条件下三者不反应。

（3）高分子膜相当于分离出产物，提高反应的转化率。

提高HI的分解率，促使平衡正向移动，温度不考虑，压强不影响，所以考虑分离产物。

（4）金属氢化物可能为MgH2或AlH3，两者氢的质量分数为0.077、0.01，所以产物为MgH2和Al。

答案　

（1）－571.6

（2）①3　②此温度下碘单质、水、二氧化硫均为气态，气相中不发生反应

（3）增大　向装置中通入氮气（或其它“惰性”气体）吹出产物

（4）①CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋

②Mg17Al12＋17H2===17MgH2＋12Al

5.大气污染越来越成为人们关注的问题，烟气中的NOx必须脱除（即脱硝）后才能排放。

（1）已知：

CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－890.3kJ·mol－1

N2（g）＋O2（g）===2NO（g）　ΔH＝＋180kJ·mol－1

CH4可用于脱硝，其热化学方程式为：

CH4（g）＋4NO（g）===CO2（g）＋2N2（g）＋2H2O（l），ΔH＝________。

（2）C2H4也可用于烟气脱硝。

为研究温度、催化剂中Cu2＋负载量对其NO去除率的影响，控制其他条件一定，实验结果如图1所示。

为达到最高的NO去除率，应选择的反应温度和Cu2＋负载量分别是________。

（3）臭氧也可用于烟气脱硝。

①O3氧化NO结合水洗可产生HNO3和O2，该反应的化学方程式为_________________________________________________________________

________________________________________________________________。

②一种臭氧发生装置原理如图2所示。

阳极（惰性电极）的电极反应式为________。

（4）图3是一种用NH3脱除烟气中NO的原理。

①该脱硝原理中，NO最终转化为________（填化学式）和H2O。

②当消耗2molNH3和0.5molO2时，除去的NO在标准状况下的体积为________。

（5）NO直接催化分解（生成N2与O2）也是一种脱硝途径。

在不同条件下，NO的分解产物不同。

在高压下，NO在40℃下分解生成两种化合物，体系中各组分物质的量随时间变化曲线如图4所示。

写出Y和Z的化学式：

________。

解析　

（1）根据盖斯定律，按“①－②×2”可得所求反应ΔH。

（2）从图中可知，在350℃左右，Cu2＋负载量为3%时，NO的去除率最高。

（3）①将O3可以拆成O2·O，与NO反应时，可看成是O氧化NO，与H2O结合生成HNO3和O2，根据O原子的价降低，与N原子的价升高，配平反应。

②阳极为阴离子放电，则为6OH――6e－===O3↑＋3H2O，也可将两边各加6个H＋，可得反应式为3H2O－6e－===O3↑＋6H＋。

（4）①根据箭头指向知，NH3和O2为反应物，N2和H2O为生成物，其余为中间产物。

②NH3转化成N2，NO生成N2，O2生成H2O，根据得失电子守恒有，2×3＝4×0.5＋2n（NO），得n（NO）＝2mol。

（5）从坐标图知，3molNO反应生成等物质的量的Y和Z，根据原子守恒分析知，Y与Z的化学式之和为3个N和3个O，则应为N2O和NO2。

答案　

（1）－1250.3kJ·mol－1　

（2）350℃左右、3%　（3）①3O3＋2NO＋H2O===2HNO3＋3O2　②3H2O－6e－===O3↑＋6H＋　（4）①N2　②44.8L　（5）N2O、NO2

6.锰元素广泛分布在自然界中，其单质和化合物在工农业生产中有着重要的应用。

（1）金属锰可用铝热法制得。

已知Al的燃烧热为ckJ·mol－1，其余相关热化学方程式为：

3MnO2（s）===Mn3O4（s）＋O2（g）　ΔH1＝akJ·mol－1

3Mn3O4（s）＋8Al（s）===9Mn（s）＋4Al2O3（s）　ΔH2＝bkJ·mol－1

则3MnO2（s）＋4Al（s）===3Mn（s）＋2Al2O3（s）　ΔH＝________kJ·mol－1（用含a、b、c的代数式表示）。

（2）MnCO3广泛用作锰盐原料。

通过图1装置焙烧MnCO3可以制取MnO2，反应方程式为：

2MnCO3（s）＋O2（g）

2MnO2（s）＋2CO2（g）。

①2MnCO3（s）＋O2（g）

2MnO2（s）＋2CO2（g）的化学平衡常数表达式K＝________。

②用真空抽气泵不断抽气的目的除保证反应持续进行外，还有___________________________________________________________________

_________________________________________________________________。

（3）MnO2常用作催化剂。

MnO2催化降解甲醛的反应机理如图2所示，图中X表示的粒子是________，该反应的总反应方程式为______________________

__________________________________________________________________。

（4）MnSO4是重要微量元素肥料。

用惰性电极电解MnSO4溶液可以制得更好活性的MnO2，电解时总反应的离子方程式为：

_____________________________

_________________________________________________________________，

电解过程中阴极附近的pH________（选填“增大”、“减小”或“不变”）。

答案　

（1）a＋

b＋

c

（2）①

　②使平衡正向移动，提高MnCO3的转化率

（3）HCO

　HCHO＋O2

CO2＋H2O

（4）Mn2＋＋2H2O

MnO2＋H2↑＋2H＋　增大

7.近几年来关于氮污染的治理倍受关注。

（1）三效催化剂是最为常见的汽车尾气催化剂，能同时实现汽车尾气中的CO、CxHy、NOx三种成分的净化，其催化剂表面物质转化的关系如图甲所示，化合物X可借助傅里叶红外光谱图（如图乙所示）确定。

①在图示的转化中，被还原的元素是________，X的化学式为________。

②SCR技术可使NOx与NH3直接反应，实现无害转化。

当NO与NO2的物质的量之比为4∶1时，写出发生反应的化学方程式：

_______________________。

（2）加入过量次氯酸钠可使废水中NH

完全转化为N2，而本身被还原为NaCl。

①写出上述反应的离子方程式：

_____________________________________。

②若处理废水产生了0.448LN2（标准状况下），则需消耗浓度为0.5mol·L－1的次氯酸钠溶液的体积为________mL。

（3）某工业废水中含有毒性较大的CN－，可用电解法将其转变为N2，装置如右图所示。

气体甲是________（写化学式），电解池中生成N2的电极反应式为__________________________________________________________。

解析　

（1）①根据箭头所示，氮元素和氧元素化合价降低，被还原；化合物X可借助傅里叶红外光谱图确定，说明X中存在NO

，再根据图甲可知，X中存在Ba2＋。

②NOx与NH3直接反应生成N2和H2O，根据电子得失守恒和原子个数守恒写出化学方程式。

（2）①ClO－与NH

反应生成N2和Cl－，根据电子得失守恒和电荷守恒写出离子方程式。

②由离子方程式可得出关系式3ClO－～N2，n（N2）＝

＝0.02mol，则n（ClO－）＝0.06mol，V（ClO－）＝

＝0.12L＝120mL。

（3）左端为CN－―→N2，氮元素被氧化，则左端为阳极，电极反应式为2CN－＋12OH－－10e－===2CO

＋N2↑＋6H2O；右端为阴极，阴极为溶液中的阳离子发生放电，则气体甲为氢气。

答案　

（1）①N、O　Ba（NO3）2

②8NH3＋8NO＋2NO2===9N2＋12H2O

（2）①2NH

＋3ClO－===N2↑＋3Cl－＋2H＋＋3H2O

②120

（3）H2　2CN－＋12OH－－10e－===2CO

＋N2↑＋6H2O

8.利用氨水吸收烟气中的二氧化硫，其相关反应的主要热化学方程式如下：

SO2（g）＋NH3·H2O（aq）===NH4HSO3（aq）　ΔH1＝akJ·mol－1

NH3·H2O（aq）＋NH4HSO3（aq）===（NH4）2SO3（aq）＋H2O（l）　ΔH2＝bkJ·mol－1

2（NH4）2SO3（aq）＋O2（g）===2（NH4）2SO4（aq）　ΔH3＝ckJ·mol－1

（1）反应2SO2（g）＋NH3·H2O（aq）＋O2（g）===2（NH4）2SO4（aq）＋2H2O（l）的ΔH＝________kJ·mol－1。

（2）空气氧化（NH4）2SO3的速率随温度的变化如图所示，当温度超过60℃时，（NH4）2SO3氧化速率下降的原因可能是________。

（3）以磷石膏废渣和碳酸铵为原料制备硫酸铵，不仅解决了环境问题，还使硫资源获得二次利用。

反应的离子方程式为CaSO4（s）＋CO

（aq）

SO

（aq）＋CaCO3（s），该反应的平衡常数K＝________。

[已知Ksp（CaCO3）＝2.9×10－9，Ksp