高三专题化学反应原理综合题文档格式.docx
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有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。
(1)用水吸收NOx的相关热化学方程式如下:
2NO2(g)+H2O(l)
HNO3(aq)+HNO2(aq)ΔH=−116.1kJ·
mol−1
3HNO2(aq)
HNO3(aq)+2NO(g)+H2O(l)ΔH=75.9kJ·
反应3NO2(g)+H2O(l)
2HNO3(aq)+NO(g)的ΔH=___________kJ·
mol−1。
(2)用稀硝酸吸收NOx,得到HNO3和HNO2的混合溶液,电解该混合溶液可获得较浓的硝酸。
写出电解时阳极的电极反应式:
____________________________________。
(3)用酸性(NH2)2CO水溶液吸收NOx,吸收过程中存在HNO2与(NH2)2CO生成N2和CO2的反应。
写出该反应的化学方程式:
(4)在有氧条件下,新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2。
①NH3与NO2生成N2的反应中,当生成1molN2时,转移的电子数为__________mol。
②将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体,匀速通入装有催化剂M的反应器中反应(装置见图−1)。
反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图−2所示,在50~250℃范围内随着温度的升高,NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是____________________________;
当反应温度高于380℃时,NOx的去除率迅速下降的原因可能是___________________________。
【答案】−136.2HNO2−2e−+H2O
3H++NO3−2HNO2+(NH2)2CO
2N2↑+CO2↑+3H2O
迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大;
上升缓慢段主要是温度升高引起的NOx去除反应速率增大催化剂活性下降;
NH3与O2反应生成了NO
3.CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具有重要意义。
回答下列问题:
(1)CH4-CO2催化重整反应为:
CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)。
已知:
C(s)+2H2(g)=CH4(g)ΔH=-75kJ·
C(s)+O2(g)=CO2(g)ΔH=-394kJ·
C(s)+1/2O2(g)=CO(g)ΔH=-111kJ·
该催化重整反应的ΔH==______kJ·
有利于提高CH4平衡转化率的条件是____(填标号)。
A.高温低压B.低温高压C.高温高压D.低温低压
某温度下,在体积为2L的容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,其平衡常数为_______mol2·
L−2。
(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。
相关数据如下表:
积碳反应
CH4(g)=C(s)+2H2(g)
消碳反应
CO2(g)+C(s)=2CO(g)
ΔH/(kJ·
mol−1)
75
172
活化能/
(kJ·
催化剂X
33
91
催化剂Y
43
72
①由上表判断,催化剂X____Y(填“优于”或“劣于”),理由是_________________。
在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示。
升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是________填标号)。
A.K积、K消均增加B.v积减小,v消增加
C.K积减小,K消增加D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大
②在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=k·
p(CH4)·
[p(CO2)]-0.5(k为速率常数)。
在p(CH4)一定时,不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图所示,则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为________________。
【答案】247A
劣于相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;
而消碳反应活化能相对小,消碳反应速率大ADpc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)
4.磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下:
磷精矿主要成分为Ca5(PO4)3(OH),还含有Ca5(PO4)3F和有机碳等。
溶解度:
Ca5(PO4)3(OH)<
CaSO4·
0.5H2O
(1)上述流程中能加快反应速率的措施有__________。
(2)磷精矿粉酸浸时发生反应:
2Ca5(PO4)3(OH)+3H2O+10H2SO4
10CaSO4·
0.5H2O+6H3PO4
①该反应体现出酸性关系:
H3PO4__________H2SO4(填“>
”或“<
”)。
②结合元素周期律解释①中结论:
P和S电子层数相同,__________。
(3)酸浸时,磷精矿中Ca5(PO4)3F所含氟转化为HF,并进一步转化为SiF4除去。
写出生成HF的化学方程式:
__________。
(4)H2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为CO2脱除,同时自身也会发生分解。
相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率如图所示。
80℃后脱除率变化的原因:
____________________。
(5)脱硫时,CaCO3稍过量,充分反应后仍有SO42−残留,原因是__________;
加入BaCO3可进一步提高硫的脱除率,其离子方程式是____________________。
(6)取ag所得精制磷酸,加适量水稀释,以百里香酚酞作指示剂,用bmol·
L−1NaOH溶液滴定至终点时生成Na2HPO4,消耗NaOH溶液cmL,精制磷酸中H3PO4的质量分数是________。
(已知:
H3PO4摩尔质量为98g·
【答案】研磨、加热<核电荷数P<S,原子半径P>S,得电子能力P<S,非金属性P<S2Ca5(PO4)3F+10H2SO4+5H2O
0.5H2O+6H3PO4+2HF↑80℃后,H2O2分解速率大,浓度显著降低CaSO4微溶BaCO3+
+2H3PO4
BaSO4+CO2↑+H2O+2
5.采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术,在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。
回答下列问题
(1)1840年Devil用干燥的氯气通过干燥的硝酸银,得到N2O5。
该反应的氧化产物是一种气体,其分子式为___________。
(2)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25℃时N2O5(g)分解反应:
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。
体系的总压强p随时间t的变化如下表所示(t=∞时,N2O5(g)完全分解):
t/min
40
80
160
260
1300
1700
∞
p/kPa
35.8
40.3
42.5.
45.9
49.2
61.2
62.3
63.1
①已知:
2N2O5(g)=2N2O4(g)+O2(g)ΔH1=−4.4kJ·
2NO2(g)=N2O4(g)ΔH2=−55.3kJ·
则反应N2O5(g)=2NO2(g)+
O2(g)的ΔH=_______kJ·
②研究表明,N2O5(g)分解的反应速率
。
t=62min时,测得体系中
pO2=2.9kPa,则此时的
=________kPa,v=_______kPa·
min−1。
③若提高反应温度至35℃,则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35℃)____63.1kPa(填“大于”“等于”或“小于”),原因是________。
④25℃时N2O4(g)
2NO2(g)反应的平衡常数Kp=_______kPa(Kp为以分压表示的平衡常数,计算结果保留1位小数)。
(3)对于反应2N2O5(g)→4NO2(g)+O2(g),R.A.Ogg提出如下反应历程:
第一步N2O5
NO2+NO3快速平衡
第二步NO2+NO3→NO+NO2+O2慢反应
第三步NO+NO3→2NO2快反应
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。
下列表述正确的是_______(填标号)。
A.v(第一步的逆反应)>v(第二步反应)
B.反应的中间产物只有NO3
C.第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效
D.第三步反应活化能较高
【答案】O253.130.06.0×
10-2大于温度提高,体积不变,总压强提高;
NO2二聚为放热反应,温度提高,平衡左移,体系物质的量增加,总压强提高13.4AC
6.以氧化铝为原料,通过碳热还原法可合成氮化铝(AlN);
通过电解法可制取铝。
电解铝时阳极产生的CO2,可通过二氧化碳甲烷化再利用。
请回答:
⑴已知:
2Al2O3(s)=4Al(g)+3O2(g)△H1=3351kJ·
2C(s)+O2(g)=2CO(g)△H2=-221kJ·
2Al(g)+N2(g)=2AlN(s)△H3=-318kJ·
碳热还原Al2O3合成AlN的总热化学方程式是_____,该反应自发进行的条件____________。
(2)在常压,Ru/TiO2催化下,CO2和H2混合气体(体积比1:
4,总物质的量amol)进行反应,测得CO2转化率、CH4和CO选择性随温度变化情况分别如图1和图2所示(选择性:
转化的CO2中生成CH4或CO的百分比)。
反应ICO2(g)+4H2(g)
CH4(g)+2H2O(g)△H1
反应IICO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)△H2
①下列说法不正确的是_____
A.△H1小于零
B.温度可影响产物的选择性
C.CO2平衡转化率随温度升高先增大后减少
D.其他条件不变,将CO2和H2的初始体积比改变为1:
3,可提高CO2平衡转化率
②350℃时,反应I在t1时刻达到平衡,平衡时容器体积为VL,该温度下反应I的平衡常数为________(用a、V表示)。
③350℃下CH4物质的量随时间的变化曲线如图3所示。
画出400℃下0~t1时刻CH4物质的量随时间的变化曲线。
________
据文献报道,CO2可以在碱性水溶液中电解生成甲烷,生成甲烷的电极反应式是__________。
【答案】3C(s)+Al2O3(s)+N2(g)=2AlN(s)+3CO(g)△H=1026kJmol高温自发AD625V2/a2
CO32-+8e-+7H2O=CH4+10OH-
7.(15分)研究硫元素及其化合物的性质具有重要意义。
(1)①硫离子的结构示意图为。
②加热时,硫元素的最高价氧化物对应水化物的浓溶液与木炭反应的化学方程式为______。
(2)25℃,在0.10mol·
L-1H2S溶液中,通入HCl气体或加入NaOH固体以调节溶液pH,溶液pH与c(S2-)关系如图(忽略溶液体积的变化、H2S的挥发)。
①pH=13时,溶液中的c(H2S)+c(HS-)=mol·
L-1.
②某溶液含0.020mol·
L-1Mn2+、0.10mol·
L-1H2S,当溶液pH=时,Mn2+开始沉淀。
[已知:
Ksp(MnS)=2.8×
10-13]
(3)25℃,两种酸的电离平衡常数如右表。
Ka1
Ka2
H2SO3
1.3×
10-2
6.3×
10-4
H2CO3
4.2×
10-7
5.6×
10-11
①HSO3-的电离平衡常数表达式K=。
②0.10mol·
L-1Na2SO3溶液中离子浓度由大到小的顺序为。
③H2SO3溶液和NaHCO3溶液反应的主要离子方程式为。
【答案】
(15分)
(1)①
;
②C+2H2SO4(浓)
2SO2↑+CO2↑+2H2O;
(2)①0.043;
②5。
(3)①
②c(Na+)>
c(SO32-)>
c(OH-)>
c(HSO3-)>
c(H+);
③H2SO3+HCO3-=HSO3-+CO2↑+H2O。
8.我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家,一种以闪锌矿(ZnS,含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示:
相关金属离子[c0(Mn+)=0.1mol·
L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:
金属离子
Fe3+
Fe2+
Zn2+
Cd2+
开始沉淀的pH
1.5
6.3
6.2
7.4
沉淀完全的pH
2.8
8.3
8.2
9.4
(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为_______________________。
(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有___________;
氧化除杂工序中ZnO的作用是____________,若不通入氧气,其后果是________________。
(3)溶液中的Cd2+可用锌粉除去,还原除杂工序中反应的离子方程式为_________________。
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极的电极反应式为______________;
沉积锌后的电解液可返回_______工序继续使用。
【答案】ZnS+
O2
ZnO+SO2PbSO4调节溶液的pH无法除去杂质Fe2+Zn+Cd2+
Zn2++CdZn2++2e-
Zn溶浸
9.焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。
(1)生产Na2S2O5,通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。
写出该过程的化学方程式__________。
(2)利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为:
①pH=4.1时,Ⅰ中为__________溶液(写化学式)。
②工艺中加入Na2CO3固体、并再次充入SO2的目的是__________。
(3)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。
阳极的电极反应式为_____________。
电解后,__________室的NaHSO3浓度增加。
将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5。
(4)Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。
在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时,取50.00mL葡萄酒样品,用0.01000mol·
L−1的碘标准液滴定至终点,消耗10.00mL。
滴定反应的离子方程式为_____________,该样品中Na2S2O5的残留量为____________g·
L−1(以SO2计)。
【答案】2NaHSO3=Na2S2O5+H2ONaHSO3得到NaHSO3过饱和溶液2H2O-4e-=4H++O2↑aS2O52-+2I2+3H2O=2SO42-+4I-+6H+0.128
10.
(一)十氢萘是具有高储氢密度的氢能载体,经历“十氢萘(C10H18)→四氢萘(C10H12)→萘(C10H8)”的脱氢过程释放氢气。
C10H18(l)
C10H12(l)+3H2(g)△H1
C10H12(l)
C10H8(l)+2H2(g)△H2
△H1>△H2>0;
C10H18→C10H12的活化能为Ea1,C10H12→C10H8的活化能为Ea2,十氢萘的常压沸点为192℃;
在192℃,液态十氢萘的脱氢反应的平衡转化率约为9%。
(1)有利于提高上述反应平衡转化率的条件是_______________。
A.高温高压B.低温低压C.高温低压D.低温高压
(2)研究表明,将适量十氢萘置于恒容密闭反应器中,升高温度带来高压,该条件下也可显著释氢,理由是_____________________________________________________。
(3)温度335℃,在恒容密闭反应器中进行高压液态十氢萘(1.00mol)催化脱氢实验,测得C10H12和C10H8的产率x1和x2(以物质的量分数计)随时间变化关系,如图1所示。
①在8h时,反应体系内氢气的量为___________________mol(忽略其他副反应)。
②x1显著低于x2的原因是____________________________。
③在图2中绘制“C10H18→C10H12→C10H8”的“能量~反应过程”示意图____。
(二)科学家发现,以H2O和N2为原料,熔融NaOH-KOH为电解质,纳米Fe2O3作催化剂,在250℃和常压下可实现电化学合成氨。
阴极区发生的变化可视为按两步进行,请补充完整。
电极反应式:
______________________________和2Fe+3H2O+N2=2NH3+Fe2O3。
【答案】C温度升高,加快反应速率;
温度升高使平衡正移的作用大于压强增大使平衡逆移的作用。
1.95催化剂显著降低了C10H12→C10H8的活化能,反应生成的C10H12快速转化为C10H8
Fe2O3+6e-+3H2O=2Fe+6OH―
11.由某精矿石(MCO3·
ZCO3)可以制备单质M,制备过程中排放出的二氧化碳可以作为原料制备甲醇,取该矿石样品1.84g,高温灼烧至恒重,得到0.96g仅含两种金属氧化物的固体,其中m(M)︰m(Z)=3:
5,请回答:
(1)该矿石的化学式为______________。
(2)①以该矿石灼烧后的固体产物为原料,真空高温条件下用单质硅还原,仅得到单质M和一种含氧酸盐(只含Z、Si和O元素,且Z和Si的物质的量之比为2︰1)。
写出该反应的化学方程式____________________________________________。
②单质M还可以通过电解熔融MCl2得到,不能用电解MCl2溶液的方法制备M的理由是_______________________________________________________________。
(3)一定条件下,由CO2和H2制备甲醇的过程中含有下列反应:
反应1:
CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)△H1
反应2:
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)△H2
反应3:
CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)△H1
其对应的平衡常数分别为K1、K2、K3,它们随温度变化的曲线如图1所示。
则△H1_______△H2(填“大于”、“小于”、“等于”),理由是______________________。
(4)在温度T1时,使体积比为3︰1的H2和CO2在体积恒定的密闭容器内进行反应。
T1温度下甲醇浓度随时间变化曲线如图2所示;
不改变其他条件,假定t时刻迅速降温到T2,一段时间后体系重新达到平衡。
试在图中画出t时刻后甲醇浓度随时间变化至平衡的示意曲线。
【答案】MgCO3•CaCO32MgO+2CaO+Si
2Mg+Ca2SiO4电解MgCl2溶液时,阴极上H+比Mg2+容易得到电子,电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-,所以得不到镁单质小于;
曲图l可知,随着温度升高,K1增大,则△H1>0,根据盖斯定律又得△H3=△H1+△H2,所以△H2<△H3;
12.氨气及其相关产品是基本化工原料,在化工领域中具有重要的作用。
(1)以铁为催化剂,0.6mol氮气和1.8mol氢气在恒温、容积恒定为1L的密闭容器中反应生成氨气,20min后达到平衡,氮气的物质的量为0.3mol。
①在第25min时,保持温度不变,将容器体积迅速增大至2L并保持恒容,体系达到平衡时N2的总转化率为38.2%,请画出从第25min起H2的物质的量浓度随时间变化的曲线_____。
②该反应体系未达到平衡时,催化剂对逆反应速率的影响是_____(填增大、减少或不变)。
(2)①N2H4是一种高能燃料,有强还原性,可通过NH3和NaClO反应制得,写出该制备反应的化学方程式______________________。
②N2H4的水溶液呈弱碱性,室温下其电离常数K1=1.0×
10-6,则0.01mol·
L-1N2H4水溶液的pH等于__________(忽略N2H4的二级电离和H2O的电离)。
③已知298K和101KPa条件下:
N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)ΔH1
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)ΔH2
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)ΔH3
4NH3(g)+O2(g)=2N2H4(l)+2H2O(I)ΔH4
则