备战高考化学综合题专练化学反应原理综合考查及答案Word格式.docx
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【答案】-762B1低于)该反应为放热反应,其他条件相同时,升高温度有利于反应向逆反应方向移动,图中T2对应的NO的体积分数更高,所以对应的温度也更高C10%0.05mol·
(L·
min)−1pC(CO2)>pB(CO2)>pA(CO2)G放热600K4NH3+5O2
4NO+6H2O
【解析】
【分析】
(1)由①N2(g)+O2(g)⇌2NO(g)ΔH1=+180kJ·
②NO2(g)+CO(g)⇌NO(g)+CO2(g)ΔH2=-235kJ·
③2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g)ΔH3=-112kJ·
结合盖斯定律可知,②×
2+③−①得到反应2NO(g)+2CO(g)⇌N2(g)+2CO2(g);
有利于提高CO平衡转化率的条件根据反应是放热还是吸热、该反应气体体积缩小的角度进行分析;
用“三段式”法分析反应后各物质的浓度,化学反应平衡常数K=
;
(2)①该反应是放热反应,温度越高,平衡逆向移动,NO的体积分数越大;
升高温度时,反应向吸热方向进行;
②用“三段式”法分析反应后各物质的浓度,计算CO的转化率和用CO2的浓度变化表示的平均反应速率;
该反应是气体体积减小的反应,压强越大,平衡正向移动,p(CO2)越大;
③D点对反应容器降温的同时缩小体积至体系压强增大,平衡正向移动,NO的体积分数减小;
(3)1gK=5.08+217.5/T,可知温度越高,K越小;
由图可知600K最适合将NO转化为N2,当温度达到700K时NO较多。
【详解】
2+③−①得到反应2NO(g)+2CO(g)⇌N2(g)+2CO2(g),其ΔH=(−235kJ/mol)×
2+(−112kJ/mol)−(+180kJ/mol)=−762kJ/mol,则该反应是放热反应、气体体积缩小,有利于提高CO平衡转化率的条件是低温高压;
某温度下,在体积为2L的容器中加入2molNO、2molCO,达到平衡时CO的转化率是50%,列“三段式”得:
化学反应平衡常数K=
=
=1;
(2)①该反应为放热反应,其他条件相同时,升高温度有利于反应向逆反应方向移动,图中T2对应的NO的体积分数更高,所以对应的温度也更高,则温度T1低于T2;
升高温度时,反应向吸热方向进行,化学平衡常数减小,化学反应速率增加;
②压强为20MPa、温度为T2下,若反应进行到10min达到平衡状态,NO体积分数为40%,容器的体积为2L,设平衡时c(N2)=xmol/L,用“三段式”法分析得:
=40%,解得x=0.25,CO的转化率为
=10%,v(CO2)=
=0.05mol·
min)−1;
该反应是气体体积减小的反应,压强越大,平衡正向移动,p(CO2)越大,A、B、C对应的压强依次增大,则A、B、C对应的pA(CO2)、pB(CO2)、pC(CO2)从大到小的顺序为pC(CO2)>pB(CO2)>pA(CO2);
③D点对反应容器降温,平衡正向移动,缩小体积至体系压强增大,平衡正向移动,NO的体积分数减小,重新达到的平衡状态可能是图中A~G点中的G点。
(3)lgK=5.08+217.5/T,可知温度越高,K越小,则正反应为放热反应;
由图可知,将NO转化为N2的最佳温度为600K,当温度达到700K时,发生副反应的化学方程式为4NH3+5O2
4NO+6H2O。
【点睛】
把握K的意义、盖斯定律、图象分析为解答的关键,注意
(2)为解答的难点,正确分析题目信息结合勒夏特列原理、化学平衡三段式解答。
2.
(1)SO2的排放主要来自于煤的燃烧,工业上常用氨水吸收法处理尾气中的SO2。
已知吸收过程中相关反应的热化学方程式如下:
①SO2(g)+NH3·
H2O(aq)=NH4HSO3(aq)ΔH1=akJ/mol;
②NH3·
H2O(aq)+NH4HSO3(aq)=(NH4)2SO3(ag)+H2O(l)ΔH2=bkJ/mol;
③2(NH4)2SO3(aq)+O2(g)=2(NH4)2SO4(aq)ΔH3=ckJ/mol。
则反应2SO2(g)+4NH3·
H2O(aq)+O2(g)=2(NH4)2SO4(aq)+2H2O(l)的ΔH=____kJ/mol。
(2)SO2是形成酸雨的主要污染物,燃煤脱硫原理为2CaO(s)+2SO2(g)+O2(g)⇌2CaSO4(s)。
向10L恒温恒容密闭容器中加入3molCaO,并通入2molSO2和lmolO2发生上述反应,2min时达平衡,此时CaSO4为1.8mol。
0〜2min内,用SO2表示的该反应的速率v(SO2)=____,其他条件保持不变,若上述反应在恒压条件下进行,达到平衡时SO2的转化率____(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)NO的排放主要来自于汽车尾气,净化原理为:
2NO(g)+2CO(g)⇌N2(g)+2CO2(g)ΔH=−746.8kJ/mol。
实验测得,v正=k正·
c2(NO)·
c2(CO),v逆=k逆·
c(N2)·
c2(CO2)(k正、k逆为速率常数,只与温度有关)。
①达到平衡后,仅升高温度,k正增大的倍数____(填“>
”“<
”或“=”)k逆增大的倍数。
②若在1L的密闭容器中充入1molCO和1molNO,在一定温度下达到平衡时,CO的转化率为40%,则k正︰k逆=____。
(4)以连二硫酸根(S2O42-)为媒介,使用间接电化学法也可处理燃煤烟气中的NO,装置如图所示:
①阴极区的电极反应式为____。
②NO吸收转化后的主要产物为NH4+,若通电时电路中转移了0.3mole-,则此通电过程中理论上吸收的NO在标准状况下的体积为____mL。
(5)欲用5LNa2CO3溶液将23.3gBaSO4固体全都转化为BaCO3,则所用的Na2CO3溶液的物质的量浓度至少为____。
[已知:
常温下K(BaSO4)=1×
10−7、K(BaCO3)=2.5×
10−6]。
(忽略溶液体积的变化)
【答案】2a+2b+c0.09mol/(L·
min)增大﹤
2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O13440.52mol/L
(1)根据盖斯定律解答;
(2)根据化学反应速率的数学表达式计算反应速率;
向正反应方向进行,气体物质的量减小,维持恒压不变,SO2的转化率比恒容时增大;
(3)①正反应为放热反应,升高温度平衡向左移动,则正反应速率增大的倍数小于逆反应速率增大的倍数,据此解答;
②当反应达到平衡时,
故
,平衡时
,
,据此解答;
(4)①阴极区发生还原反应,从图中找出阴极反应物,写它发生还原反应的电极反应式;
②NO吸收转化后的主要产物为NH4+,写出关系式,按电子数守恒,求出一氧化氮在标准状况下体积;
(5)n(BaSO4)=
=0.1mol,将0.1mol硫酸钡溶解于5L溶液中,设至少需要物质的量浓度为xmol/L的Na2CO3溶液,当BaSO4完全溶解后,所得5L溶液中c(SO42-)=0.02mol/L,此时溶液中c(CO32-)=(x-0.02)mol/L,由BaSO4+CO32-=BaCO3+SO42-可知,此反应的化学平衡常数
。
(1)根据盖斯定律,热化学方程式①×
2+②×
2+③得:
,故该反应的
,故答案为:
2a+2b+c;
(2)生成CaSO4物质的量为1.8mol的同时消耗SO2的物质的量为1.8mol,根据化学反应速率的数学表达式,v(SO2)=1.8/(10×
2)mol/(L·
min)=0.09mol/(L·
min);
向正反应方向进行,气体物质的量减小,维持恒压不变,SO2的转化率比恒容时增大,故答案为:
0.09mol/(L·
增大;
(3)①正反应为放热反应,升高温度平衡向左移动,则正反应速率增大的倍数小于逆反应速率增大的倍数,浓度不变,故
增大的倍数小于
增大的倍数,故答案为:
,则
(4)①由图可知,阴极区通入液体主要含SO32-,流出主要含S2O42-,所以阴极区电极反应式为2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O,故答案为:
2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O;
②NO吸收转化后的主要产物为NH4+,若通电一段时间后阴极区n(SO32-)减少了0.3mol,此过程转移0.3mole−;
由于NO吸收转化后的主要产物为NH4+,NO~NH4+~5e−,若电路中转移转移0.3mole−,消耗NO0.06mol,标准状况下体积为V(NO)=0.06mol×
22.4L/mol=1.344L=1344mL,故答案为:
1344;
(5)设至少需要物质的量浓度为x的
溶液,当
完全溶解后,所得5L溶液中
,此时溶液中
,由
可知,此反应的化学平衡常数
,解得
3.1799年,英国化学家汉弗莱·
戴维发现了N2O气体。
在食品行业中,N2O可用作发泡剂和密封剂。
(l)N2是硝酸生产中氨催化氧化的副产物,NH3与O2在加热和催化剂的作用下生成N2O的化学方程式为________。
(2)N2O在金粉表面发生热分解反应:
2N2O(g) =2N2(g)+O2(g) △H。
2NH3(g)+3N2O(g)=4N2(g)+3H2O(l)△H1=-1010KJ/mol
4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l)△H2=-1531KJ/mol
△H=__________。
(3)N2O和CO是环境污染性气体,研究表明,CO与N2O在Fe+作用下发生反应:
N2O(g)+CO(g)
CO2(g)十N2(g)的能量变化及反应历程如下图所示,两步反应分别为:
反应①Fe++N2O
FeO+N2;
反应②______________
由图可知两步反应均为____(填“放热”或“吸热”)反应,由______(填“反应①或反应②”)决定反应达到平衡所用时间。
(4)在固定体积的密闭容器中,发生反应:
CO2(g)+N2(g),改变原料气配比进行多组实验(各次实验的温度可能相同,也可能不同),测定N2O的平衡转化率。
部分实验结果如图所示:
①如果要将图中C点的平衡状态改变为B点的平衡状态,应采取的措施是:
____;
②图中C、D两点对应的实验温度分别为TC和TD,,通过计算判断TC____TD(填“>
”“=”或“<
”)。
(5)在某温度下,向1L密闭容器中充入CO与N2O,发生反应:
CO2(g)十N2(g),随着反应的进行,容器内CO的物质的量分数变化如下表所示:
时间/min
2
4
6
8
10
物质的量分数
50.0%
40.25%
32.0%
26.2%
24.0%
则该温度下反应的平衡常数K=____。
【答案】2NH3+2O2
N2O+3H2O-163kJ/molFeO++CO
CO2+Fe+放热反应①降低温度=1.17
(2)利用盖斯定律求反应热;
(3)根据总反应减去反应①得到反应②;
根据反应物和生成物的相对能量判断反应热;
根据活化能的相对大小判断化学反应速率大小,从而确定决速步;
(4)根据不同温度下的平衡常数的大小,判断温度的变化;
(5)根据三等式求算平衡常数。
(1)NH3和O2反应得到N2O,根据化合价升降守恒配平,NH3中N的化合价从-3升高到N2O中的+1,共升高4价;
O2中O的化合价从0降低到-2,共降低4价,化合价升降守恒,则NH3和O2的系数比为1:
1,根据原子守恒配平,可得2NH3+2O2
N2O+3H2O;
(2)已知①2NH3(g)+3N2O(g)=4N2(g)+3H2O(l)△H1=-1010KJ/mol,②4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l)△H2=-1531KJ/mol;
反应①×
-反应②×
可得目标反应,则△H=△H1×
-△H2×
=-1010kJ/mol×
-(-1531kJ/mol)×
=-163kJ/mol;
(3)总反应为N2O(g)+CO(g)
CO2(g)十N2(g),实际过程是分2步进行,因此反应①和反应②相加得到总反应,则反应②等于总反应减去反应①,可得反应②为FeO++CO
CO2+Fe+;
根据反应历程图可知,反应物的总能量大于生成物的总能量,则该两步反应均为放热反应;
根据反应①的历程图可知,由Fe+和N2O经过过渡态得到产物FeO+和N2,过渡态和反应物Fe+和N2O的能量差为反应①的活化能,同理,可知反应②的活化能,可知,反应①的活化能大于反应②的活化能,活化能越大,化学反应速率越慢,而化学反应速率慢的步骤为决速步,决定反应达到平衡所用时间,即反应①决定反应达到平衡所用时间;
(4)①根据图像,C点和B点,反应物的投料比相同,但是B点表示的平衡状态,N2O的转化率高于C点,C点的平衡状态改变为B点的平衡状态,平衡正向移动,N2O的转化率增加;
B和C点的反应物投料比相同,因此不是改变反应物的浓度;
反应前后的气体体积不变,因此压强不影响平衡移动,只能是温度,该反应为放热反应,平衡正向移动,因此采取的措施是降低温度;
①利用三等式求出C和D点平衡状态的平衡常数,从而比较温度大小;
设定容器体积的体积为VL。
C点的平衡状态其反应物的投标比为1,则设N2O和CO的物质的量均为1mol,其N2O的转化率为0.50,则根据三等式有
,则在平衡常数
D点的平衡状态其反应物的投标比为1.5,则设N2O和CO的物质的量为1.5mol和1mol,其N2O的转化率为0.40,N2O反应了1.5mol×
0.40=0.6mol,则根据三等式有
C点和D点表示的平衡状态的平衡常数相同,则温度相同,有TC=TD;
(5)根据表格的数据,开始时CO的物质的量分数为50.0%,则设CO和N2O的物质的量各位1mol,假设到达平衡时,CO转化了xmol,根据三等式有
,达到平衡时,CO的物质的量分数为24.0%,则有
,解得x=0.52mol,则平衡常数
4.资源化利用CO2,可以减少温室气体排放,还可以获得燃料或重要的化工产品。
回答下列问题:
(1)CO2的捕集
①用饱和Na2CO3溶液做吸收剂可“捕集”CO2。
写出“捕集”CO2反应的离子方式_____________。
②聚合离子液体是目前广泛研究的CO2吸附剂。
结合图像分析聚合离子液体吸附CO2的有利条件是_________________________。
(2)生产尿素:
工业上以CO2、NH3为原料生产尿素[CO(NH2)2],该反应分为二步进行:
第一步:
2NH3(g)+CO2(g)⇌H2NCOONH4(s)△H=-159.5kJ·
mol-1
第二步:
H2NCOONH4(s)⇌CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H=+116.5kJ·
①写出上述合成尿素的热化学方程式___________________________。
该反应化学平衡常数K的表达式:
_________________________。
②某实验小组模拟工业上合成尿素,在一定体积的密闭容器中投入4molNH3和1molCO2,实验测得反应中各组分物质的量随时间的变化如图所示:
已知总反应的快慢由慢的一步反应决定,则合成尿素总反应的快慢由第__________步反应决定,总反应进行到___________min时到达平衡
(3)合成乙酸:
中国科学家首次以CH3OH、CO2和H2为原料高效合成乙酸,其反应路径如图所示:
①原料中的CH3OH可通过电解法由CO2制取,用稀硫酸作电解质溶液,写出生成CH3OH的电极反应式_______________________。
②根据图示,写出总反应的化学方程___________。
【答案】H2O+CO32-+CO2=2HCO3-低温,低流速2NH3(g)+CO2(g)⇌CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H=-43kJ·
mol-1K=[H2O]/[NH3]2.[CO2]二55CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2OCH3OH+CO2+H2
CH3COOH+H2O
(1)①H2O、CO32-、CO2反应生成HCO3-;
②根据图知,温度越低、流速越小吸附量越大;
(2)利用盖斯定律求解热化学方程式;
K等于气体生成物浓度幂之积与气体反应物浓度幂之积的比;
②达到平衡时时间越长,反应速率越慢,慢反应决定整个反应速率;
各物质的物质的量不变时反应达到平衡状态;
(3)①电解时,CO2失电子和H+反应生成CH3CH2OH;
②根据图知,反应物是CH3CH2OH、CO2和H2,生成物是CH3COOH和水,LiI和Rh作催化剂。
(1)①H2O、CO32-、CO2反应生成HCO3-,离子方程式为H2O+CO32-+CO2=2HCO3-;
②根据图知,温度越低、流速越小吸附量越大,所以聚合离子液体吸附CO2的有利条件是低温,低流速(或25℃,10mL·
min-1);
(2)①将第一步和第二步方程式相加得到方程式2NH3(g)+CO2(g)⇌CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H=(-159.5+116.5)kJ·
mol-1=-43kJ·
mol-1;
化学平衡常数K等于气体生成物浓度幂之积与气体反应物浓度幂之积的比,
②达到平衡时时间越长,反应速率越慢,慢反应决定整个反应速率。
根据图知,第一步的反应,的反应物NH3和CO2的量迅速达到定值,说明第一步反应速率大,第二步反应较慢,所以第二步决定整个反应速率;
根据图知,55min各物质的物质的量不变,反应达到平衡状态;
(3)①电解时,CO2失电子和H+反应生成CH3OH,电极反应式为CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O;
②根据图知,反应物是甲醇、二氧化碳和氢气,生成物是乙酸和水,LiI和Rh作催化剂,总反应方程式为:
CH3OH+CO2+H2
CH3COOH+H2O。
5.合成氨对人类生存具有重大意义,反应为:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)△H
(1)科学家研究在催化剂表面合成氨的反应机理,反应步骤与能量的关系如图所示(吸附在催化剂表面的微粒用*标注,省略了反应过程中部分微粒)。
①NH3的电子式是___。
②决定反应速率的一步是___(填字母a、b、c、…)。
③由图象可知合成氨反应的△H____0(填“>”、“<”或“=”)。
(2)传统合成氨工艺是将N2和H2在高温、高压条件下发生反应。
若向容积为1.0L的反应容器中投入5molN2、15molH2,在不同温度下分别达平衡时,混合气中NH3的质量分数随压强变化的曲线如图所示:
①温度T1、T2、T3大小关系是___。
②M点的平衡常数K=____(可用分数表示)。
(3)目前科学家利用生物燃料电池原理(电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子),研究室温下合成氨并取得初步成果,示意图如图:
①导线中电子移动方向是____。
②固氮酶区域发生反应的离子方程式是___。
③相比传统工业合成氨,该方法的优点有___。
【答案】
b<T3>T2>T17.32×
10-3a→bN2+6H++6MV+=2NH3+6MV2+条件温和、生成氨的同时释放电能
(1)①从分子中每个原子都形成了稳定结构的角度分析;
②反应需要的能量最高的反应决定总反应速率;
③根据能量图,反应物的总能量高于产物的总能量,则反应为放热反应;
(2)①正反应为放热反应,相同压强下,温度越高,对应NH3的含量越小;
②根据反应三段式进行计算;
(3)①根据装置电极b上MV2+转化为MV+判断正负极,原电池工作时,电子从负极经过导线流向正极;
②固氮酶区域中N2转化为NH3,MV+转化为MV2+;
③该电化学装置工作时,可将化学能转化为电能,同时利用生物酶在室温下合成氨,不需要高温条件、反应条件温和。
(1)①NH3分子中一个N原子与三个H原子形成3对共用电子对,N原子还有1对孤电子对,NH3电子式为:
②根据合成氨的反应机理与各步能量的关系图可知,反应b需要的能量最大,反应需要的能量越高,反应速率越慢,需要能量最高的反应决定总反应速率,所以决定反应速率的一步是b;
③根据能量图,反应物的总能量高于产物的总能量,则反应为放热反应,△H<0;
(2)①正反应为放热反应,相同压强下,温度越高,对应NH3的含量越