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- 2021-08-23 发布
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专题二十二 化学反应原理综合
1、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转变成无毒的气体,其热化学方程式为:2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) △H1=-746.5kJ·mol—1
已知:2C(s)+O2(g)2CO(g) △H2=-221.0kJ・mol—1
CO2(g)C(s)+O2(g) △H3=+393.5kJ・mol—1
①C(s)的然烧热(△H)为_____________。
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5 mol CO气体和4 mol NO气体发生如下反应:2CO(g)+2NO(g) 2CO2(g)+N2(g)
①上图表示该反应中NO的平衡转化率()随温度、压强变化的示意图,则X代表的物理量是______,Y1_ Yz(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为:tB>tC
b.3个容器中NO的平衡转化率的大小顺序为>>
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NO2的简易装置如图所示。
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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)。
2、机动车排放的污染物主要有碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物等。汽油燃油车上安装三元催化转化器,可有效降低汽车尾气污染。
(1)已知:C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1=-393.5kJ·mol-1
2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H2=-221.0kJ·mol-1
N2(s)+O2(g)=2NO(g) △H3=-180.5kJ·mol-1
则反应 △H= 。
(2)科学家研究出了一种高效催化剂,可以将CO和NO发生反应生成N2(g)和CO2(g)。
在T℃下,向某恒容密闭容器中通入a mol/L NO、b mol/L CO,使其发生上述反应,测得NO的平衡转化率与投料比X(表示a、b两者的比值)的关系如图1中曲线所示。
若X1=1.0、a=2,反应开始到达到平衡所用时间是2min,则反应发生2min内N2的平均反应速率v(N2)= ,平衡态A点的平衡常数K= 。
(3)柴油燃油车是通过尿素-选择性催化还原(Urea-SCR)法处理氮氧化物。
Urea-SCR的工作原理为:尿素[CO(NH2)2]水溶液通过喷嘴喷入排气管中,当温度高于160℃
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时尿素水解产生NH3,生成的NH3与尾气混合后,加入适合的催化剂,使氮氧化物得以处理。图2为在不同投料比[]时NO转化效率随温度变化的曲线。
① 尿素与NO物质的量比a b(填“>”、“=”或“<”)。
② 由图可知,下列说法错误的是( )
A.400℃ 以下,随着温度升高,尿素水解释放氨气的速率加快,NO转化效率升高
B.400℃ 以下,温度升高,反应活化能降低,导致化学反应速率加快
C.400℃ 以上,温度过高,可能使催化剂活性降低,导致NO转化效率下降
3、实现 “节能减排” 和“低碳经济”的一项重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),下图1表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol-1)的变化。
(1)关于该反应的下列说法中,正确的是( )
A.ΔH<0,ΔS<0 B.ΔH>0,ΔS<0
C.ΔH>0,ΔS>0 D.ΔH<0,ΔS>0
(2)为探究反应原理,现进行如下实验,在体积为1 L的密闭容器中,充入1mol CO2和4mol H2,一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如上图2所示。
①从反应开始到平衡,H2的平均反应速率v(H2)= ;CO2的转化率w(CO2)= 。
②该反应的平衡常数K= 。(只列表达式)
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③下列措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是 (填字母)。
A.将CH3OH(g)及时液化抽出 B.升高温度
C.选择高效催化剂 D.再充入1mol CO2和4mol H2
(3)25℃,1.01×105Pa时,16 g 液态甲醇完全燃烧,当恢复到原状态时,放出350.8kJ的热量,写出该反应的热化学方程式: 。
(4)选用合适的合金为电极,以氢氧化钠、甲醇、水、氧气为原料,可以制成一种以甲醇为原料的燃料电池,其负极的电极反应式是: 。
4、地球大气中CO2含量的增加会加剧温室效应,因此该物质的综合利用成为人们研究的热门领域。回答下列与CO2有关的问题:
(1)在一定条件下,利用CO2与H2反应可制备乙烯,写出该反应的化学方程式__________。
(2)应用CO2氧化CH4,可制备工业合成氨的原料气之一,反应的热化学方程式是CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH。该可逆反应达到平衡时,CH4的转化率与温度、压强的关系如图1所示:
压强为p2时,c点正逆反应速率:v(正)______v(逆)(填"="">"或"<")。a、b、d三点对应的平衡常数Ka、Kb、Kd的大小顺序为__________。
(3)工业炼铁工艺中,高炉内存在可逆反应:C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH。向某恒压(p总)密闭容器中加入足量的碳和1mol CO2,测得平衡体系中气体体积分数与温度的关系如图2所示:
① 650℃ 时,达平衡吸收的热量为43kJ,则该反应的ΔH=______kJ·mol-1。
② 800℃ 时,平衡常数Kp=__________(Kp为以分压表示的平衡常数,计算结果保留2位小数)。
(4)通过电化学方法可将CO2转化为乙烯,其原理如图3,电极M接电源__________(填“正极”或“负极”),电极N的电极反应为__________。
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5、近年研究发戒As2O3(砒霜)在治疗白血病、恶性肿瘤等方面有特效。砷有两种常见的酸:砷酸(H3AsO4)、偏亚砷酸(HAsO2)。已知H3AsO4的依次为2.25、6.77、11.40(pKa=-lg Ka)。
回答下列问题:
(1)写出砷酸第二步的电离方程式:__________________。
(2)下列实验不能证明H3AsO4的酸性比HAsO2强的是( )(填标号)
A.常温下,测定0.01mol·L-1 HAsO2溶液和0.01mol·L-1 H3AsO4溶液的pH,后者较小
B.常温下,测定0.1mol·L-1 NaAsO2溶液和0.1mol·L-1 Na3AsO4溶液的pH,后者较小
C.常温下,分别用蒸馏水将pH=4的H3AsO4溶液、HAsO2溶液稀释100倍,测定稀释后溶液的pH,后者变化较小
D.常温下,比较10mL0.01mol·L-1 HAsO2溶液、0.01mol·L-1 H3AsO4溶液分别与形状相同的锌粒反应,运者产生气泡较快
(3)常温下,加蒸馏水稀释H3AsO4溶液,下列增大的是( )(填标号)
A.KW B.pH C. D.c(H+)·c()
(4)向10.00mL0.1mol·L-1 H3AsO4溶液中滴加0.1mol·L-1 NaOH溶液,加入体积为V时,c(H3AsO4)=c()
① V_____(填“>”“<”或“=”)10.00mL。
② 此时,混合溶液的pH=____。
(5)某同学为了探究可逆反应(aq)+I2(aq)+2OH-(aq)(aq)+2I-(aq)+H2O(l),设计如图A所示装置。实验操作及现象:按图A装置加入试剂并连接装置,电流由C2流向C1。当不产生电流时,向图A装置左边烧杯中加入一定量2mol·L-1盐酸,发现又产生电流,实验中电流与时间的关系如图B所示。
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① 图B中的逆反应速率:a_____(填“或“=”)b。
② 写出图B中c点对应图A装置的正极反应式:_______________。
③ 下列说法正确的是_____(填标号)。
a.实验开始时,电子由C1经盐桥流向C2
b.图B中,b点时反应达到化学平衡状态
c.向左边烧杯中加入盐酸后,平衡逆向移动
d.若将所加的盐酸换成氢氧化钠溶液,平衡逆向移动,电流增大
6、以NOx为主要成分的雾霾的综合治理是当前重要的研究课题。
(1) N2O是一种强温室气体,且易形成颗粒性污染物,研究N2O的分解对环境保护有重要意义。碘蒸气存在能大幅度提高N2O的分解速率,反应历程为:
第一步I2(g)→2I(g)(快反应)
第二步I(g)+N2O(g)→N2(g)+IO(g)(慢反应)
第三步IO(g)+N2O(g)→N2(g)+O2(g)+I2(g)(快反应)
实验表明,含碘时N2O分解速率方程v=k·c(N2O)·[c(I2)]0.5(k为速率常数)。下列表述正确的是__________。
A.N2O分解反应中:分解速率与是否含碘蒸气有关
B.第三步对总反应速率起决定作用
C.第二步活化能比第三步小
D.IO为反应的催化剂
(2)汽车尾气中含有较多的氮氧化物和不完全燃烧的CO,汽车三元催化器可以实现降低氮氧化物的排放量。汽车尾气中的NO(g)和CO(g)在催化剂的作用下转化成两种无污染的气体。如,
反应I:2CO +2NO → N2+2CO2 ΔH1; 反应II:4CO +2NO2 → N2+4CO2 ΔH2<0。
针对反应I:①已知:反应N2(g)+O2(g)?2NO(g) ΔH3=+180.0kJ·mol−1,若CO的燃烧热为-283.5kJ·mol−l 则反应I的ΔH1=_________kJ·mol−1。
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②若在恒容的密闭容器中,充入2molCO和1molNO,发生反应I,下列选项中不能说明该反应已经达到平衡状态的是_______。
A.CO和NO的物质的量之比不变 B.混合气体的密度保持不变
C.混合气体的压强保持不变 D.2v(N2)正=v(CO)逆
(3)根据原电池原理和电解原理进行如图回答。请回答: 用如图所示装置进行实验(K闭合).
①Zn极为________极;实验过程中,________(填“从左向右”、“从右向左”或“不”)移动。
②y极的电极反应现象为________;
③写出生活中对钢闸门的一种电化学保护方法______________。
④有人设想寻求合适的催化剂和电极材料,以N2、H2为电极反应物,以HCl−NH4Cl为电解质溶液制取新型燃料电池,请写出该电池的正极反应式______________________。
7、有效除去大气中的天保卫战的重中之重。
(1)用NaOH溶液吸收热电企业产生的废 右图关系可得: 。
(2)某温度下,气体在一体积同定的容器中发生如下反应:
(慢反应) (快反应),体系的总压强和
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随时间的变化如下图所示;
①上图中表示压强变化的曲线是 (填“甲’’或“乙”)。
②已知分解的反应速率,t =10 h时,= ,
v= (结果保留两位小数,下同)。
③该温度下反应的平衡常数= (为以分压表示的平衡常数)。
(3)亚硝酸盐广泛存在于各种水体和腌制品中,可用电吸附装置去除。去除量跟电压、初始浓度、共存阴离子等因素有关。某科研机构的实验结果如图所示:
①据上图可知,待处理液中与的Co = 时,装置对的吸附量高于。
②据上图分析,为提高离子去除量可采取的措施有 (写出一条即可)。
(4)电解法也可以对亚硝酸盐污水进行处理(工作原理如图所示)。
通电后,左极区产生浅绿色溶液,随后生成无色气体。 当Fe电极消耗11.2 g时,理论上可处理含量为4. 6%的污水 g。
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答案以及解析
1答案及解析:
答案: 1. 393.5 kJ·mol—1;2NO(g) O2(g)+N2(g) △H1=-180.5kJ·mol—1
2.压强;<;d;4.5mol・L—1
3.2NH3-6e-+6OH-=2N2+6H2O;336
解析: 1. ①根据CO2(g) C(s)+O2(g) △H3=+393.5kJ・mol—1,可知C(s)+O2(g) CO2(g) △H3=-393.5kJ・mol—1,所以C(s)的燃烧热(△H)为393.5kJ・mol—1。
②(1) 2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) △H1=-746.5kJ·mol—1
(2)2C(s)+O2(g)2CO(g) △H2=-221.0kJ・mol—1
(3)CO2(g)C(s)+O2(g) △H3=+393.5kJ・mol—1
根据盖斯定律(1)-(2)+(3)得 2NO(g) O2(g)+N2(g) △H1=-180.5kJ·mol—1。
2.①2CO(g)+2NO(g) 2CO2(g)+N2(g)正反应放热,升高温度平衡逆向移动,NO的平衡转化率降低;2CO(g)+2NO(g) 2CO2(g)+N2(g)正方向物质的量减少,增大压强平衡正向移动,NO的平衡转化率增大,所以X代表的物理量是压强,Y代表的物理量是温度,温度越高NO的平衡转化率越小,所以Y1<Y2;
②a.B容器中保持恒温恒容,C容器中保持绝热恒容,正反应放热,C容器的温度高,反应速率快,B、C两个容器中反应达到平衡所用的时长为:tB>tC,故a正确;
b.A容器中保持恒温恒压,B容器中保持恒温恒容,A压强大于B,A中NO的转化率大于B;B容器中保持恒温恒容,C容器中保持绝热恒容,正反应放热,C容器的温度高,B中NO的转化率大于C,3个容器中NO的平衡转化率的大小顺序为>>,故b正确;
c.根据 ,总物质的量是变量,所以容器内气体平均摩尔质量是变量,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,故c正确;
d.B容器中保持恒温恒容, ,密度是恒量,当B容器内气体密度保持不变时,该反应不一定处于平衡状态,故d错误。选d。
③ 2CO(g)+2NO(g) 2CO2(g)+N2(g)
开始 2.5 2 0 0
转化 2x 2x 2x x
平衡2.5-2x 2-2x 2x x
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,x=0.5
A容器中逆反应的平衡常数K==4.5 mol・L—1;
3.① 电子由a流向b,可知a是负极,a极失电子发生氧化反应,电极反应式是2NH3-6e-+6OH-=2N2+6H2O;
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,则生成氢氧化钠的物质的量为0.1mol/L×0.6L=0.06mol,电路中转移电子的物质的量是0.06mol,b电极上NO2得电子发生还原反应, 2NO2+8e-+4H2O=N2+8OH-,根据得失电子守恒,消耗NO2在标准状况下的的体积为0.06mol÷4×22.4L/mol=0.336L=336mL。
2答案及解析:
答案:(1)-746.5kJ·mol-1;
(2)0.4mol/(L·min); 80.0;
(3)>; B
解析:
3答案及解析:
答案:(1)A;
(2)①;75%
②;
③A、D;
(3);
(4);
解析:(1)依据反应和图象分析判断:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),反应是熵减少的反应,△S<0;反应物能量高于生成物的能量,可判断该反应是放热反应,△H<0,答案选A。
(2)在体积为1L的密闭容器中,充入1mol CO2和4mol H2,一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图2所示.二氧化碳是反应物随反应进行浓度减小,甲醇是生成物,随反应进行浓度增大;10min内达到平衡,生成甲醇浓度为0.75mol/L,二氧化碳浓度变化了0.75mol/L;则
①依据化学平衡三段式:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2
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O(g)
起始量(mol/L) 1 4 0 0
变化量(mol/L) 0.75 2.25 0.75 0.75
平衡量(mol/L) 0.25 1.75 0.75 0.75
从反应开始到平衡,H2的平均反应速率v(H2)=2.25mol/L÷10min= 0.225mol·L-1·min-1;CO2的转化率w(CO2)=0.75÷1×100%=75%。
②该反应的平衡常数表达式K=,
③A.将CH3OH(g)及时液化抽出,平衡正向移动,A项正确;B.该反应是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,B项错误;C.选择高效催化剂,平衡不移动,C项错误;D.再充入1mol CO2和4mol H2,相当于增大压强,平衡正向移动,D项正确;答案选AD。
(3)25℃,1.01×105Pa时,16g 液态甲醇物质的量为0.5mol,完全燃烧,当恢复到原状态时,放出350.8kJ的热量,依据书写热化学方程式的方法写出该反应的热化学方程式为: ;
(4)选用合适的合金为电极,以氢氧化钠、甲醇、水、氧气为原料,可以制成一种以甲醇为原料的燃料电池,原电池的负极失电子发生氧化反应,失电子的是甲醇,此电池的负极应加入或通入的物质有甲醇、氢氧化钠、水,负极的电极反应式为。
4答案及解析:
答案:(1)2CO2+6H2=CH2=CH2+4H2O
(2)>;Kd>Kb>Ka
(3)①+172;②12.36p总
(4)负极;2H2O-4e-=O2↑+4H+
解析:(1)根据反应物为CO2、H2,生成物为乙烯可知另外一种生成物是H2O,故化学方程式为2CO2+6H2=CH2=CH2+4H2O。
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(2)由题图可知,压强为p2时,c点的转化率比平衡转化率低,故此时该反应正向进行,v(正)>v(逆)。由题图曲线变化规律可知该反应为吸热反应,故平衡常数随温度升高而增大,由此可知平衡常数的大小顺序为Kd>Kb>Ka。
(3)①由题图可知,650℃反应达平衡时CO的体积分数为40.0%,设平衡时CO2转化了x mol,根据三段式可知:
则[2x/(1-x+2x)]×100%=40.0%,解得x=0.25;根据热化学方程式知该反应达到平衡时吸收的热量为0.25mol×ΔH=43kJ,故ΔH=+172kJ·mol-1。
②800℃时,CO的体积分数为93.0%,则CO2的体积分数为7.0%,则平衡常数Kp=(93.0%p总)2÷(7.0%p总)=12.36p总。
(4)CO2转化为乙烯,发生还原反应,故电极M接电源负极。电极N处生成O2,为阳极,其电极反应为2H2O-4e-=O2↑+4H+。
5答案及解析:
答案:(1)
(2)B(3)BC(4)①<;②2.25
(5)①<;②+2e-+H2O=+2OH-;③bc
解析:(1)砷酸是三元弱酸,第二步电离方程式为。
(2)常温下测定同浓度的两种酸溶液的pH,pH越小,表明酸性越强,A项正确;砷酸以第一步电离为主,比较相同浓度的NaAsO2和NaH2AsO4溶液的pH,利用越弱越水解原理判断砷酸和亚砷酸的酸性强弱,B项错误;相同pH的酸溶液,稀释相同倍数,pH变化越小,说明酸性越弱,C项正确;相同体积、相同浓度的酸溶液,分别与形状相同的锌粒反应,产生气泡越快,表明酸溶液中氢离子浓度越大,酸性越强,D项正确。
(3)温度不变,电离常数不变,加水稀释时,促进砷酸电离,但是氢离子浓度降低。A项,水的离子积常数只与温度有关;B项,加蒸馏水稀释,pH增大;C项,稀释过程中,砷酸电离程度增大,砷酸根离子浓度与砷酸浓度之比增大;D项,氢离子、砷酸二氢根离子浓度都减小,则乘积减小。
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(4)当V=10.00mL时,H3AsO4、NaH2AsO4的浓度相等(电离之前),但是H3AsO4继续电离,使c()>c(H3AsO4),所以当c(H3AsO4)=c()时,V<10.00mL。此时,,pH=-lgc(H+)=-lg=2.25。
(5)①开始时反应向正反应方向进行,a→b:正反应速率减小,逆反应速率增大。
②c点表示平衡逆向移动,正极反应式为+2e-+H2O=+2OH-,负极反应式为2I--2e-=I2。
③电子只能在导线上传递,a错误;电流为0时表明没有电子转移,达到平衡,b正确;加入盐酸,中和了OH-,平衡逆向移动,c正确;若加入氢氧化纳,平衡正向移动,b点向a点移动,d错误。
6答案及解析:
答案:(1)A
(2)-747.0 ; B
(3)负 ;从右向左;有黄绿色气体生成;牺牲阳极的阴极保护法或外加电流的阴极保护法;
N2+6e-+8H+= 2
解析:
7答案及解析:
答案:(1)
(1)①乙②28.2 3.38 ③0.05
(1)①500②将预先氧化成或降低氯化钠浓度
(4)100
解析:(1)根据盖斯定律分析,反应的能量变化取决于反应物和生成物,与过程无关,所以恨据图分析,有,可以计算;
(2)①根据反应分析,随着反应的进行氧气的压强从0开始逐渐增大,所以乙为氧气的压强曲线;
(3)t=10 h 时,=12. 8 kPa,分析,反应的五氧化二氮的分压为25.6 kPa,起始压强为 53. 8 kPa,所以10 h时= 53. 8-25.
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6=28. 2 kPa,分解的反应速率;
③
53.8 107.6 26.9
起始分压 107.6 0
改变分压2x x
平衡分压107.6-2x x
有107. 6-2x+x+26. 9 = 94. 7,解x=39. 8 kPa,平衡常数=;
(3)①从图分析.待处理液中与的= 500时,装置对的吸附量高于。
②当与的= 500时硝酸根离子的去除率比亚硝酸根离子的高,且氯化钠浓度越低,去除率越高,所以提高离子去除率的方法可以为将预先氧化成或降低氣化钠浓度;
(4)当铁消耗11. 2克即11.2/56 = 0. 2 mol时生成0.2 mol亚铁离子,与亚硝酸根离子反应生成氮气和铁离子,根据电子守恒分析,消耗亚硝酸根离子物质的量为0.2/3 mol,则可处理污水的质量为。
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