高中化学走进化学工业综合题.docx
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高中化学走进化学工业综合题
高中化学走进化学工业综合题2019年4月4日
（考试总分：
128分考试时长：
120分钟）
一、综合题（本题共计16小题，共计128分）
1、（8分）C、N、S的氧化物常会造成一些环境问题，科研工作者正在研究用各种化学方法来消除这些物质对环境的影响。
（1）目前工业上有一种方法是用CO和H2在230℃，催化剂条件下转化生成甲醇蒸汽和水蒸气。
图一表示恒压容器中0.5molCO2和1.5molH2转化率达80％时的能量变化示意图。
写出该反应的热化学方程式__________________________________________。
（2）“亚硫酸盐法”吸收烟气中的SO2。
室温条件下，将烟气通入（NH4）2SO3溶液中，测得溶液pH与含硫组分物质的量分数的变化关系如图二所示。
请写出a点时n（HSO3-）：
n（H2SO3）=_____，b点时溶液pH=7，则n（NH4+）：
n（HSO3-）=_____。
（3）催化氧化法去除NO，一定条件下，用NH3消除NO污染，其反应原理为4NH3+6NO
5N2+6H2O。
不同温度条件下，n（NH3）:
n（NO）的物质的量之比分别为4：
l、3：
l、1：
3时，得到NO脱除率曲线如图三所示：
①请写出N2的电子式________。
②曲线c对应NH3与NO的物质的量之比是______。
③曲线a中NO的起始浓度为6×10-4mg/m3，从A点到B点经过0.8s，该时间段内NO的脱除速率为_____mg/（m3·s）。
（4）间接电化学法可除NO。
其原理如图四所示，写出电解池阴极的电极反应式（阴极室溶液呈酸性,加入HSO3－，出来S2O42－）:
____________________________________。
2、（8分）回答下列问题:
（1）下列反应属于放热反应的是_______。
A．铝片与稀H2SO4反应制取H2B．碳酸钙高温分解成氧化钙和二氧化碳
C．葡萄糖在人体内氧化分解D．氢氧化钾和硫酸中和
E.Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl固体反应
（2）一定条件下，SO2与O2反应5min后，若SO2和SO3物质的量浓度分别为1 mol/L和3mol/L，则SO2起始物质的量浓度为______；用SO3表示这段时间该化学反应速率为_______。
（3）下图是某笔记本电脑使用的甲醇燃料电池的结构示意图。
放电时甲醇应从____处通入（填“a”或b”）， 电池内部H+向_____（填“左”或“右”）移动。
写出正极的电极反应式________。
（4）从化学键的角度分析，化学反应的过程就是反应物的化学键的破坏和生成物的化学键的形成过程。
化学键
H-H
N—H
N≡N
键能kJ/mol
436
a
945
已知:
1molN2和3molH2反应生成2molNH3时放出热量93kJ，试根据表中所列键能数据计算a的数值_________。
3、（8分）利用化学原理对废气、废水进行脱硝、脱碳处理，可实现绿色环保、废物利用，对构建生态文明有重要意义。
（1）燃煤废气中的CO2能转化为基础化工原料、清洁能源甲醇（CH3OH，甲醇的结构式如图）：
3H2（g）+CO2（g）
CH3OH（g）+H2O（g）△H
①已知：
化学键
C-H
C-O
C=O
H-H
O-H
键能/KJ/mol
412
351
745
436
462
则△H=_________________
②废气中的CO2转化为甲醇可用于制作甲醇燃料电池（结构如图），质子交换膜左右两侧的溶液均为1L2mol·L-1H2SO4溶液。
该燃料电池中通入甲醇的一极为____（填a或b），当电池中有1mole-发生转移时左右两侧溶液的质量之差为______g（假设反应物耗尽，忽略气体的溶解）。
（2）H2还原法可消除氮氧化物
已知：
N2（g）+2O2（g）=2NO2（g）△H=+133kJ·mol-1
H2O（g）=H2O（l）△H=-44kJ·mol-1
H2的燃烧热为285.8kJ·mol-1
①在催化剂存在下，H2还原NO2生成水蒸气和氮气的热化学方程式为_____________。
②以H2（g）为燃料可以设计氢气燃料电池，该电池以稀NaOH作电解质溶液，其负极电极反应式为___________________________________________________________，已知该电池的能量转换效率为86.4%，则该电池的比能量为________kW·h·kg-1（结果保留1位小数，比能量=
，1kW·h=3.6×106J）。
（3）微生物燃料电池（MFC）是一种现代化的氨氮去除技术。
下图为MFC碳氮联合同时去除的示意图。
①已知A、B两极生成CO2和N2的物质的量之比为5:
2，写出A极的电极反应式____________________________________________。
②解释该装置去除NH4+的原理_______________________________________________。
（4）利用“Na—CO2”电池可将CO2变废为宝。
我国科研人员研制出的可充电“Na—CO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管（MWCNT）为电极材料（反应前两电极质量相等），总反应为4Na+3CO2
2Na2CO3+C。
放电时该电池“吸入”CO2，其工作原理如图所示：
①放电时，正极的电极反应式为______________________。
②若生成的Na2CO3和C全部沉积在电极表面，当转移0.2mole-时，两极的质量差为_________g。
4、（8分）氮氧化物是大气主要污染物，可采用强氧化剂氧化脱除、热分解等方法处理氮氧化物。
Ⅰ．已知：
（1）写出反应1的离子方程式_________________________________。
（2）在反应2中，NO2－的初始浓度为0.1mol·L－1，反应为NO2－＋S2O82－＋2OH-
NO3－＋2SO42－＋H2O。
不同温度下，达到平衡时NO2－的脱除率与过硫酸钠（Na2S2O8）初始浓度的关系如下图所示。
①比较a、b点的反应速率：
va逆_______vb正（填“>”“<”或“=”）
②随着温度的升高，该反应的化学平衡常数K______（填“增大”、“不变”或“减小”）。
③已知90℃时，Kw＝3.6×10－13，若b点对应的pH为12，则该温度下K＝_____（保留一位小数）。
（3）工业电解硫酸钠和硫酸的混合液制备过硫酸钠（Na2S2O8），阳极的电极反应式为_______。
Ⅱ．N2O在金粉表面发生热分解：
2N2O（g）＝2N2（g）＋O2（g）ΔH。
回答下列问题：
（4）已知：
2NH3（g）＋3N2O（g）＝4N2（g）＋3H2O（l）ΔH1
4NH3（g）＋3O2（g）＝2N2（g）＋6H2O（l）ΔH2
ΔH＝________________。
（含ΔH1、ΔH2的代数式）
（5）某温度下，测得c（N2O）随时间t变化关系如图所示。
已知瞬时反应速率v与c（N2O）的关系为v＝kcn（N2O）（k是反应速率常数），则k＝________，n＝_____。
。
5、（8分）碳族元素包括碳、硅、锗（Ge）、锡（Sn）、铅等，它们的单质及化合物广泛应用于我们生活的各个领域。
锗和锡以前曾被用于半导体材料，铅被用来制造蓄电池。
碳族元素在化合物中只有铅以低价形式存在时较稳定，其它元素在化合物中都是以高价形式存在比较稳定，回答下列问题：
I．
（1）高岭土的成分中含Al2（Si2O5）（OH）4，请改写成氧化物的形式_________________.
（2）实验室用单质锡粉制取少量二氯化锡溶液，制取和保存的方法是（用文字叙述）_______________________________
（3）铅有多种氧化物，写出四氧化三铅与浓盐酸反应的离子方程式_____________________.二氧化铅在空气中强热会得到一系列铅的其它氧化物。
若把239g二氧化铅强热，当质量变为231g时，写出反应的化学方程式____________________________.
II．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：
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·mol−1①
C（s）+O2（g）=CO2（g） ΔH=–394kJ·mol−1②
2C（s）+O2（g）=2CO（g） ΔH=–222kJ·mol−1③
（1）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
（2）若该反应在容积不变的绝热容器中进行，能够判断该反应已达到平衡的是____（填标号）。
A.c（CO2）/c（H2）不再发生变化
B．气体的密度不再发生变化
C．气体的平均摩尔质量不再发生变化
D．每有8molC-H键生成的同时有4molH-H键的断裂E．容器的温度不再发生变化
（3）T℃时，在体积为10L的容器中加入10molCH4、5molCO2以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%，此温度下，该反应的化学平衡常数K=_______。
6、（8分）X、Y、Z、M、Q、R是6种短周期元素，其原子半径及主要化合价如下表所示：
元素代号
X
Y
Z
M
Q
R
原子半径/nm
0.160
0.143
0.102
0.075
0.077
0.037
主要化合价
+2
+3
+6，-2
+5，-3
+4，-4
+1
（1）单质铜和元素M的最高价氧化物对应的水化物的稀溶液发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
（2）元素Q、元素Z的含量影响钢铁性能，采用下图装置A在高温下将钢样中元素Q、元素Z转化为QO2、ZO2。
①气体a的成分是________________（填化学式）。
②若钢样中元素Z以FeZ的形式存在，在装置A中反应生成ZO2和稳定的黑色氧化物，则反应的化学方程式是：
______________________________________________。
（3）用Z的最高价含氧酸W的溶液作电解质溶液（体积为1L，假设反应前后溶液体积变化忽略不计）组装成原电池（如图所示）。
则在a电极上发生的反应可表示为_________________。
若电池工作一段时间后，a极消耗0.05molPb，则W溶液的浓度由质量分数39%（密度为1.3g/cm3）变为______mol/L（保留一位小数）。
7、（8分）碳、氮广泛的分布在自然界中，碳、氮的化合物性能优良在工业生产和科技领域有重要用途。
（1）氮化硅（Si3N4）是一种新型陶瓷材料，它可由SiO2与过量焦炭在1300~1700℃的氮气流中反应制得：
3SiO2（s）+6C（s）+2N2（g）
Si3N4（s）+6CO（g），已知60gSiO2完全反应时放出530.4kJ的能量，则该反应每转移1mole-，可放出的热量为________________。
（2）某研究小组现将三组CO（g）与H2O（g）混合气体分别通入体积为2L的恒容密闭容器中，一定条件下发生反应：
CO（g）+H2O（g）==CO2（g）+H2（g），得到如下数据：
实验组
温度/℃
起始量/mol
平衡量/mol
达平衡所需时间/min
CO
H2O
CO
H2
1
650
2
4
0.5
1.5
5
2
900
1
2
0.5
0.5
①实验1中，前5min的反应速率v（H2O）=_____________。
②下列能判断实验2已经达到平衡状态的是______________________。
a.混合气体的密度保持不变b.容器内CO、H2O、CO2、H2的浓度比不再变化
c.容器内压强不再变化d..容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化
e.v正（CO）=v逆（H2O）
③若实验3的容器是绝热恒容的密闭容器，实验测得H2O（g）的转化率H2O％随时间变化的示意图如左上图所示，b点v正_________v逆（填“<”、“=”或“>”）
（3）利用CO与H2可直接合成甲醇，右上图是由“甲醇（CH3OH）一空气”形成的绿色燃料电池的工作原理示意图，b电极是该燃料电池的_________（选“正极”或“负极”）；写出以石墨为电极的电池工作时负极的电极反应式___________________________________。
8、（8分）I.近年来甲醇用途日益广泛，越来越引起商家的关注，工业上甲醇的合成途径多种多样。
现有实验室中模拟甲醇合成反应，在2L密闭容器内，400℃时反应：
CO（g）+2H（g）
CH3OH（g）△H<0，体系中n（CO）随时间的变化如表：
时间（s）
0
1
2
3
5
n（CO）（mol）
0.020
0.011
0.008
0.007
0.007
（1）图中表示CH3OH的变化的曲线是_______。
（2）用H2表示从0~2s内该反应的平均速率v（H2）=______。
（3）能说明该反应已达到平衡状态的是______。
a.v（CH3OH）=2v（H2）b.容器内压强保持不变
c.2V逆（CO）=v正（H2）d.容器内密度保持不变
（4）CH3OH与O2的反应可将化学能转化为电能，其工作原理如右图所示，图中CH3OH从______（填A或B）通入，b极的电极反应式是______。
II.某研究性学习小组为探究锌与盐酸反应，取同质量、同体积的锌片、同浓度盐酸做了下列平行实验：
实验①:
把纯锌片投入到盛有稀盐酸的试管中，发现氢气发生的速率变化如图所示：
实验②:
把纯锌片投入到含FeCl3的同浓度工业稀盐酸中，发现放出氢气的量减少。
实验③:
在盐酸中滴入几滴CuCl2溶液，生成氢气速率加快。
试回答下列问题：
（1）试分析实验①中t1~t2速率变化的主要原因是_______________。
t2~t3速率变化的主要原因是______________。
（2）实验②放出氢气的量减少的原因是________。
（3）某同学认为实验③反应速率加快的主要原因是因为形成了原电池，你认为是否正确?
_____（填“正确”或“不正确”）。
请选择下列相应的a或b作答。
a、若不正确，请说明原因：
________________。
b、若正确则写出实验③中原电池的正极电极反应式________________。
9、（8分）根据题意完成下列问题：
（1）工业上利用CO和水蒸气在一定条件下发生反应制取氢气：
CO（g）＋H2O（g）
CO2（g）＋H2（g）△H＝－41kJ/mol
已知：
2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）ΔH＝－484kJ/mol，写出CO完全燃烧生成CO2的热化学方程式：
_______________________________________。
（2）随着大气污染的日趋严重，“节能减排”，减少全球温室气体排放，研究NOx、SO2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。
用活性炭还原法处理氮氧化物，有关反应为:
C（s）＋2NO（g）
N2（g）＋CO2（g）。
某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO，恒温（T1℃）条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：
浓度/mol·L－1
时间/min
NO
N2
CO2
0
0.100
0
0
10
0.058
0.021
0.021
20
0.040
0.030
0.030
30
0.040
0.030
0.030
40
0.032
0.034
0.017
50
0.032
0.034
0.017
①则从反应开始到20min时，以NO表示的平均反应速率=________，该温度下该反应的平衡常数K＝____（保留两位小数）
②30min后，改变某一条件，反应重新达到平衡，则改变的条件可能是_____（写一条即可）。
③下列描述中能说明上述反应已达平衡的是__________；
A、容器内气体的平均摩尔质量保持不变
B、2v（NO）正=v（N2）逆
C、容器中气体的压强保持不变
D、单位时间内生成nmolCO2的同时生成2nmolNO
（3）利用Fe2+、Fe3+的催化作用，常温下将SO2转化为SO42－，而实现SO2的处理（总反应为2SO2+O2+2H2O＝2H2SO4）。
已知，含SO2的废气通入含Fe2+、Fe3+的溶液时，其中一个反应的离子方程式为4Fe2++O2+4H+＝4Fe3++2H2O，则另一反应的离子方程式为_______________
（4）有学者想以如图所示装置用原电池原理将SO2转化为重要的化工原料。
若A为SO2，B为O2，C为H2SO4，则负极反应式为_______________________________，电池总反应式为________________________。
10、（8分）I.
（1）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。
①假设用酸性高锰酸钾溶液吸收煤燃烧产生的SO2，该过程中高锰酸根被还原为Mn2+，请写出该过程的离子方程式______________。
②将燃煤产生的二氧化碳加以回收，可降低碳的排放。
左图是通过人工光合作用，以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图，a电极名称：
_____________（填“正极”或“负极”），b电极的反应式：
________________________。
（2）如果采用NaClO、Ca（ClO）2作吸收剂，也能得到较好的烟气脱硫效果。
已知下列反应：
SO2（g）+2OH－（aq）==SO32－（aq）+H2O（l）ΔH1
ClO－（aq）+SO32－（aq）==SO42－（aq）+Cl－（aq）ΔH2
CaSO4（s）==Ca2+（aq）+SO42－（aq）ΔH3
则反应SO2（g）+Ca2+（aq）+ClO－（aq）+2OH－（aq）=CaSO4（s）+H2O（l）+Cl－（aq）的ΔH=_____。
II.（3）FeO42－在水溶液中的存在形态如图所示。
①若向pH＝10的这种溶液中加硫酸至pH＝2，HFeO4－的分布分数的变化情况是__________。
②若向pH＝6的这种溶液中滴加KOH溶液，则溶液中含铁元素的微粒中，_________转化为_________（填微粒符号）。
11、（8分）近年来，研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。
过程如下：
（1）反应Ⅰ：
2H2SO4（l）=2SO2（g）+2H2O（g）+O2（g）ΔH1=+551kJ·mol－1
反应Ⅲ：
S（s）+O2（g）=SO2（g）ΔH3=－297kJ·mol－1
反应Ⅱ的热化学方程式：
_________________________________________。
（2）对反应Ⅱ，在某一投料比时，两种压强下，H2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示。
p2_______p1（填“＞”或“＜”），得出该结论的理由是________________。
（3）I－可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂，可能的催化过程如下。
将ii补充完整。
i．SO2+4I－+4H+===S↓+2I2+2H2O
ii．I2+2H2O+_________===_________+_______+2I－
（4）探究i、ii反应速率与SO2歧化反应速率的关系，实验如下：
分别将18mLSO2饱和溶液加入到2mL下列试剂中，密闭放置观察现象。
（已知：
I2易溶解在KI溶液中）
A
B
C
D
试剂组成
0.4mol·L－1KI
amol·L－1KI
0.2mol·L－1H2SO4
0.2mol·L－1H2SO4
0.2mol·L－1KI
0.0002molI2
实验现象
溶液变黄，一段时间后出现浑浊
溶液变黄，出现浑浊较A快
无明显现象
溶液由棕褐色很快褪色，变成黄色，出现浑浊较A快
①B是A的对比实验，则a=__________。
②比较A、B、C，可得出的结论是______________________。
③实验表明，SO2的歧化反应速率D＞A，结合i、ii反应速率解释原因：
________________。
12、（8分）CH3OH是一种无色有刺激性气味的液体，在生产生活中有重要用途，同时也是一种重要的化工原料．
（1）已知CH3OH（g）+
O2（g）
CO2（g）+2H2（g）能量变化如图，下列说法正确的是______
A．CH3OH转变成H2的过程是一个吸收能量的过程
B．H2的生成速率与CH3OH的消耗速率之比为1：
2
C．化学变化不仅有新物质生成，同时也一定有能量变化
D．1molH-O键断裂的同时2molC=O键断裂，则反应达最大限度
（2）某温度下，将5molCH3OH和2molO2充入2L的密闭容器中，经过4min反应达到平衡，测得c（O2）=0.2mol·L-1，4min内平均反应速度v（H2）=__________，则CH3OH的转化率为______。
（3）甲醇燃料电池是目前开发最成功的燃料电池之一，这种燃料电池由甲醇、空气、KOH（电解质溶液）构成，则下列说法正确的是______
A．电池放电时通入空气的电极为负极
B．电池放电时负极的电极反应式为CH3OH-6e-=CO2↑+2H2O
C．电池放电时，电解质溶液的碱性逐渐减弱
D．电池放电时每消耗6.4gCH3OH转移1.2mol电子
（4）写出甲醇燃料电池在酸性条件下负极的反应式为______．
13、（8分）CH4、CH3OH既是重要的化工原料,又是未来重要的能源物质。
（1）将1.0molCH4和2.0molH2O（g）通入容积为2L的反应室，在一定条件下发生反应CH4（g）+H2O（g）
CO（g）+3H2（g），测得在5min时达到平衡，CH4的平衡转化率为40%。
则0～5min内，用H2O表示该反应的平均反应速率为_________。
（2）一定条件下,将1.0molCH4与2.0molH2O（g）充入密闭容器中发生反应CH4（g）+H2O（g）
CH3OH（g）+H2（g），下列措施可以提高化学反应速率的是___________（填选项序号）。
a．恒容条件下充入Heb．增大体积
c．升高温度d．投入更多的H2O（g）
（3）在恒容条件下进行反应CO2（g）+3H2
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