新高考化学反应原理综合题.docx

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新高考化学反应原理综合题

化学反应原理综合题

1．以软锰矿粉（含MnO2及少量Fe、Al、Si、Ca、Mg等的氧化物）为原料制备电池级MnO2。

（1）浸取。

将一定量软锰矿粉与Na2SO3、H2SO4溶液中的一种配成悬浊液，加入到三颈瓶中（图1），70℃下通过滴液漏斗缓慢滴加另一种溶液，充分反应，过滤。

滴液漏斗中的溶液是___；MnO2转化为Mn2+的离子方程式为___。

（2）除杂。

向已经除去Fe、Al、Si的MnSO4溶液（pH约为5）中加入NH4F溶液，溶液中的Ca2+、Mg2+形成氟化物沉淀。

若沉淀后上层清液中c（F-）=0.05mol·L-1，则=___。

[Ksp（MgF2）=5×10-11，Ksp（CaF2）=5×10-9]

（3）制备MnCO3。

在搅拌下向100mL1mol·L-1MnSO4溶液中缓慢滴加1mol·L-1NH4HCO3溶液，过滤、洗涤、干燥，得到MnCO3固体。

需加入NH4HCO3溶液的体积约为___。

（4）制备MnO2。

MnCO3经热解、酸浸等步骤可制备MnO2。

MnCO3在空气气流中热解得到三种价态锰的氧化物，锰元素所占比例（×100%）随热解温度变化的曲线如图2所示。

已知：

MnO与酸反应生成Mn2+；Mn2O3氧化性强于Cl2，加热条件下Mn2O3在酸性溶液中转化为MnO2和Mn2+。

为获得较高产率的MnO2，请补充实验方案：

取一定量MnCO3置于热解装置中，通空气气流，___，固体干燥，得到MnO2。

（可选用的试剂：

1mol·L-1H2SO4溶液、2mol·L-1HCl溶液、BaCl2溶液、AgNO3溶液）。

2．甲烷是重要的资源，通过下列过程可实现由甲烷到氢气的转化。

（1）500℃时，CH4与H2O重整主要发生下列反应：

CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）

CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g）

已知CaO（s）+CO2（g）=CaCO3（s）ΔH=-178.8kJ·mol-1。

向重整反应体系中加入适量多孔CaO，其优点是___。

（2）CH4与CO2重整的主要反应的热化学方程式为

反应I：

CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）ΔH=246.5kJ·mol-1

反应II：

H2（g）+CO2（g）=CO（g）+H2O（g）ΔH=41.2kJ·mol-1

反应III：

2CO（g）=CO2（g）+C（s）ΔH=-172.5kJ·mol-1

①在CH4与CO2重整体系中通入适量H2O（g），可减少C（s）的生成，反应3CH4（g）+CO2（g）+2H2O（g）=4CO（g）+8H2（g）的ΔH=___。

②1.01×105Pa下，将n起始（CO2）：

n起始（CH4）=1：

1的混合气体置于密闭容器中，不同温度下重整体系中CH4和CO2的平衡转化率如图1所示。

800℃下CO2平衡转化率远大于600℃下CO2平衡转化率，其原因是___。

（3）利用铜—铈氧化物（xCuO·yCeO2，Ce是活泼金属）催化氧化可除去H2中少量CO，催化氧化过程中Cu、Ce的化合价均发生变化，可能机理如图2所示。

将n（CO）：

n（O2）：

n（H2）：

n（N2）=1：

1：

49：

49的混合气体以一定流速通过装有xCuO·yCeO2催化剂的反应器，CO的转化率随温度变化的曲线如图3所示。

①Ce基态原子核外电子排布式为[Xe]4f15d16s2，图2所示机理的步骤（i）中，元素Cu、Ce化合价发生的变化为___。

②当催化氧化温度超过150℃时，催化剂的催化活性下降，其可能原因是___。

3．研究CO2与CH4反应使之转化为CO和H2，对减缓燃料危机和减弱温室效应具有重要的意义。

工业上CO2与CH4发生反应Ⅰ：

CH4（g）＋CO2（g）=2CO（g）＋2H2（g）   ∆H1.在反应过程中还发生反应Ⅱ：

H2（g）＋CO2（g）=H2O（g）＋CO（g）   ∆H2=＋41kJ·mol−1。

（1）已知部分化学键的键能数据如下表所示：

化学键

C-H

H-H

C=O

C≡O（CO）

键能（kJ·mol-1）

413

436

803

1076

则∆H1=_______kJ·mol−1，反应I在一定条件下能够自发进行的原因是_______，在密闭容器中加入CO2与CH4发生反应，下列能够判断反应反应I达到平衡状态的是_______（填标号）。

A．一定温度下，容积固定的容器中，密度保持不变

B．容积固定的绝热容器中，温度保持不变

C．一定温度和容积固定的容器中，平均相对分子质量不变

D．一定温度和容积固定的容器中，H2和H2O物质的量之和保持不变

（2）将1molCH4与1molCO2在2L密闭容器中反应制取CO和H2时，CH4和CO2的平衡转化率随温度变化关系如图所示。

①923K时CO2的平衡转化率大于CH4的原因是_______。

②计算923K时反应Ⅰ的化学平衡常数K=_______（计算结果保留小数点后两位）。

③1200K以上CO2和CH4的平衡转化率趋于相等的原因可能是_______。

（3）以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。

在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示。

250～300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是_______。

4．（2021·山东·模拟预测）CO2的回收利用对减少温室气体排放，改善人类生存环境具有重要意义。

（1）利用CO2和CH4重整可制合成气（主要成分为CO、H2），重整过程中部分反应的热化学方程式如下：

①CH4（g）═C（s）+2H2（g）△H=+75.0kJ•mol-1

②CO2（g）+H2（g）═CO（g）+H2O（g）△H=+4l.0kJ•mol-1

③CO（g）+H2（g）═C（s）+H2O（g）△H=-131.0kJ•mol-1

则反应CO2（g）+CH4（g）=2CO（g）+2H2（g）的△H=___________。

（2）CO2可经过催化氢化合成乙烯。

反应的化学方程式为：

2CO2（g）+6H2（g）CH2=CH2（g）+aM（g）△H。

在2L密闭容器中充入2molCO2和nmolH2，在一定条件下发生反应，CO2的转化率与温度、投料比X｛X=｝的关系如图所示：

①M的化学式为___________，a=___________。

②A、B两点对应的平衡常数：

Ka___________Kb（填“>”“<”或“=”）

③当X=X2时，C点处V正___________V逆。

（填“>”“<”或“=”）

④合成乙烯的反应能够自发进行的条件是___________。

⑤若X=2、T=300K，当反应进行到50min时，CO2的转化率为25%，则反应速率v（H2）=___________。

5．（2021·浙江·模拟预测）工业上通过电解饱和食盐水为基础制取氯气等产品。

请回答：

（1）电解饱和食盐水的离子方程式_______。

（2）电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在2～3。

用化学平衡移动原理解释盐酸的作用_______。

（3）工业上，常采用“加碳氯化”的方法以高钛渣（主要成分为TiO2）为原料生产TiCl4，相应的化学方程式为：

I.TiO2（s）+2Cl2（g）⇌TiCl4（g）+O2（g）ΔH1=+181kJ·mol−1

II.2C（s）+O2（g）⇌2CO（g）ΔH2=-221kJ·mol−1

反应的总式为：

TiO2（s）+2Cl2（g）+2C（s）⇌2CO（g）+TiCl4（g）ΔH3

在温度为T时，向2.0L恒容密闭容器中充入1.0molCl2，并加入足量的TiO2和C，反应经过一段时间后达到平衡。

反应过程中测定的部分数据见下表：

t/s

0

50

150

250

350

n（TiCl4）/mol

0

0.16

0.19

0.20

0.20

结合以上信息，回答下列问题：

①结合数据，说明氯化过程中加碳的理由_______。

②前50s，Cl2的反应速率v（Cl2）=_______mol·L−1·s−1

③下列措施能提高Cl2的平衡转化率的是_______。

A．保持恒容通入惰性气体                           

B．在反应器中增加C和TiO2的含量

C．反应开始时在原容器中加入2molCl2

D．增大容器体积以减小体系压强

6．（2021·湖南·模拟预测）含氮化合物广泛存在于自然界，是一类常见的化合物。

（1）汽车尾气是城市主要空气污染物，汽车内燃机工作时发生反应：

，是导致汽车尾气中含有NO的原因之一、已知或CO可以催化还原NO以达到消除污染的目的。

写出与反应生成和的热化学方程式是______，判断该反应自发进行的条件：

______（填“高温自发”或“低温自发”）。

（2）已知当质量一定时，增大固体催化剂的表面积可提高化学反应速率。

如图表示在其他条件不变时，反应中NO的浓度c（NO）随温度（T）、催化剂表面积（S）和时间（t）的变化曲线。

①则该反应△H______0（填“>”或“<”）。

②若催化剂的表面积，在该图中画出c（NO）在、条件下达到平衡过程中的变化曲线______。

（3）尿素是一种重要的化工原料，工业上可用氨和二氧化碳来合成尿素：

。

一定条件下，往10L恒容密闭容器中充入2mol和1mol。

①该反应10min后达到平衡，测得容器中气体密度为，平衡常数K=______；

②达到平衡后，再往容器中加入2mol和1mol，则达到新平衡时反应物的转化率______（填“增大”、“减小”或“不变”）；

（4）是一种新型绿色硝化剂，其制备可以采用电解法。

图1是硼氢化钠燃料电池，图2是电解制备装置。

则电极a应连接电极______（填c或d），写出电极a的反应______。

7．（2021·安徽合肥·一模）CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用可以减少碳排放，对保护环境有重要意义。

回答下列问题：

（1）碱液吸收。

用NaOH溶液捕获CO2，若所得溶液中c（）∶c（）=2∶1，则溶液pH=_______。

（室温下，H2CO3的K1=4×l0-7；K2=5×10-11）。

（2）催化转化。

以CO2、H2为原料在催化剂作用下合成CH3OH涉及的主要反应如下，答下列问题：

Ⅰ．CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1=-49.5kJ/mol

Ⅱ．CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）ΔH2=-90.4kJ/mol

Ⅲ．CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）ΔH3

①ΔH3=____kJ/mol。

②一定条件下，向体积为VL的恒容密闭容器中通入1molCO2和3molH2发生上述反应，经tmin达到平衡时，容器中CH3OH（g）为amol，CO为bmol，这段时间内以H2O（g）表示的化学反应速率为______________mol∙L-1∙min-1（用含a、b、V、t的代数式表示）。

③不同压强下，按照n（CO2）∶n（H2）=1∶3投料，实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度（T）的变化关系如下图所示。

其中纵坐标表示CH3OH的平衡产率的是____（填“X”或“Y”）；压强p1、p2、p3由大到小的顺序为____；温度高于T1时，Y几乎相等的原因是____。

④为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率，应选择的反应条件为____（填标号）。

A．低温、低压       B．高温、高压       C．低温、高压       D．高温、低压

（