高考化学与化学反应原理综合考查有关的压轴题附答案.docx

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高考化学与化学反应原理综合考查有关的压轴题附答案

高考化学与化学反应原理综合考查有关的压轴题附答案

一、化学反应原理综合考查

1．德国化学家哈伯（F.Haber）从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨。

合成氨为解决世界的粮食问题作出了重要贡献。

其原理为N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）△H=-92.4kJ/mol

（1）若已知H-H键的键能为436.0kJ/mol，N-H的键能为390.8kJ/mol，则N

N的键能约为_____kJ/mol

（2）合成氨反应不加催化剂很难发生，催化剂铁触媒加入后参与了反应降低了活化能。

其能量原理如图所示，则加了催化剂后整个反应的速率由______决定（填“第一步反应”或者“第二步反应”），未使用催化剂时逆反应活化能______正反应活化能（填“大于”“小于”或者“等于”）

（3）从平衡和速率角度考虑，工业生产采取20MPa到50MPa的高压合成氨原因______

（4）一定温度下恒容容器中，以不同的H2和N2物质的量之比加入，平衡时NH3体积分数如图所示，则H2转化率a点______b点（填"大于”“小于”或者“等于”）。

若起始压强为20MPa，则b点时体系的总压强约为______MPa。

（5）若该反应的正逆反应速率分别表示为v正=K正

，v逆=K逆∙c2（NH3），则一定温度下，该反应的平衡常数K=______（用含K正和K逆的表达式表示），若K正和K逆都是温度的函数，且随温度升高而升高，则图中c和d分别表示______和______随温度变化趋势（填K正或者K逆）。

（6）常温下，向20mL的0.1mol/L的盐酸中通入一定量氨气反应后溶液呈中性（假设溶液体积变化忽略不计）则所得溶液中c（NH4+）=_______

【答案】944.4第一步反应大于当压强低于20MPa时，反应速率慢，且反应转化率低，压强过大于50MPa时，转化率提升不大，但对设备的要求高，生产成本高小于19

K正K逆0.1mol/L

【解析】

【分析】

【详解】

（1）根据反应热的计算公式

，可得

，故答案为：

944.4；

（2）因为第一步反应的活化能大于第二步反应的活化能，则催化剂后整个反应的速率由第一步反应决定，由图可知未使用催化剂时逆反应活化能大于正反应活化能，故答案为：

第一步反应；大于；

（3）根据工业上制备氨气的原理可知，当压强低于20MPa时，反应速率慢，且反应转化率低，压强过大于50MPa时，转化率提升不大，但对设备的要求高，生产成本高，所以工业生产采取20MPa到50MPa的高压合成氨，故答案为：

当压强低于20MPa时，反应速率慢，且反应转化率低，压强过大于50MPa时，转化率提升不大，但对设备的要求高，生产成本高；

（4）当增大氢气的用量时，氮气的转化率升高，氢气的转化率降低，则H2的转化率a点小于b点；根据图知b点氨气的体积分数为5%，设氮气与氢气在恒容密闭容器中各投1mol，转化的氮气为xmol，则可列三段式为：

N2+3H2⇌2NH3

则有

，

，由此可得x=

，P（平衡）=19MPa，故答案为：

小于；19；

（5）平衡时，正反应速率=逆反应速率，则有

，平衡常数K=

；该反应为放热反应，温度升高时，平衡会逆向移动，平衡常数会减小，则K逆大于K正，c代表K正，d代表K逆，故答案为：

；K正；K逆；

（6）反应后溶液呈中性，溶液中c（H+）=c（OH-）且由电荷守恒c（H+）+c（NH4+）=c（OH-）+c（Cl-），则c（NH4+）=c（Cl-）=0.1mol/L，故答案为：

0.1mol/L。

2．消除尾气中的NO是环境科学研究的热点课题。

I.NO氧化机理

已知：

2NO（g）+O2（g）

2NO2（g）ΔH=-110kJ•mol-1

T1℃时，将NO和O2按物质的量之比为2：

1充入刚性反应容器中（忽略NO2与N2O4的转化）。

（1）下列可以作为反应已经到达平衡状态的判断依据的是____。

A.2v正（O2）=v逆（NO2）

B.NO与O2的物质的量之比为2：

1

C.容器内混合气体的密度保持不变

D.K不变

E.容器内混合气体的颜色保持不变

（2）通过现代科学技术动态跟踪反应的进行情况，得到容器内混合气体的压强、平均摩尔质量随反应时间的变化曲线如图1图2所示。

则反应2NO（g）+O2（g）

2NO2（g）在T1℃时的平衡常数Kp=____。

[对于气相反应，用某组分B的平衡压强p（B）代替物质的量浓度c（B）也可表示平衡常数，记作Kp，如p（B）=p•x（B），p为平衡总压强，x（B）为平衡系统中B的物质的量分数]。

保持其它条件不变，仅改变反应温度为T2℃（T2＞T1），在图2中画出容器内混合气体的平均摩尔质量随反应时间的变化趋势图_____。

II.NO的工业处理

（3）H2还原法：

2NO（g）+2H2（g）

N2（g）+2H2O（g）ΔH1

已知在标准状况下，由元素最稳定的单质生成1mol纯化合物时的焓变叫做标准摩尔生成焓。

NO（g）和H2O（g）的标准摩尔生成焓分别为+90kJ•mol-1、-280kJ•mol-1。

则ΔH1=____。

（4）O3-CaSO3联合处理法

NO可以先经O3氧化，再用CaSO3水悬浮液吸收生成的NO2，转化为HNO2。

已知难溶物在溶液中并非绝对不溶，同样存在着一定程度的沉淀溶解平衡。

在CaSO3水悬浮液中加入Na2SO4溶液能提高SO32-对NO2的吸收速率，请用平衡移动原理解释其主要原因____。

（5）电化学处理法

工业上以多孔石墨为惰性电极，稀硝酸铵溶液为电解质溶液，将NO分别通入阴阳两极，通过电解可以得到浓的硝酸铵溶液。

则电解时阳极发生的电极反应为____。

【答案】AE0.08

-740kJ•mol-1对于反应CaSO3（s）

Ca2+（aq）+SO32-（aq），加入Na2SO4溶液时，SO42-结合部分Ca2+，使其平衡向正反应方向移动，c（SO32-）增大，吸收NO2的速率增大NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+

【解析】

【分析】

【详解】

I.

（1）在一定条件下，当一个可逆反应的正反应速率与逆反应速率相等时，反应物的浓度与生成物的浓度不再改变，达到一种表面静止的状态，即“化学平衡状态”。

其中，正反应速率与逆反应速率相等是化学平衡状态的实质，而反应物的浓度与生成物的浓度不再改变是化学平衡状态的表现。

A.当2v正（O2）=v逆（NO2）时，说明反应已达平衡态，故A正确；

B.NO与O2的物质的量之比为2：

1时，不能说明该反应反应物的浓度与生成物的浓度不再改变，故B错误；

C.根据质量守恒定律，容器内气体的质量恒定不变，则恒容容器内混合气体的密度始终保持不变，不能说明达到化学平衡状态，故C错误；

D.该反应中平衡常数K只与温度有关，则不能用K不变来判断化学平衡状态，故D错误；

E.容器内混合气体的颜色保持不变，则说明反应物的浓度与生成物的浓度不再改变，即达到化学平衡状态，故E正确；

综上所述，答案为AE；

（2）设容器内二氧化氮与氧气分别为2mol、1mol，达平衡态时，氧气转化了xmol，则可列三段式为：

平衡时平均摩尔质量为36.8g/mol，则有

，解得x=0.5，则NO、O2、NO2的物质的量分数分别为0.4、0.2、0.4，同温同体积，根据压强之比等于物质的量之比，有

，代入x，解得a=62.5，根据平衡常数公式有

；因为该反应为放热反应，升高温度时，反应速率会加快，平衡逆向移动，平均摩尔质量会减小，容器内混合气体的平均摩尔质量随反应时间的变化趋势图为

，故答案为：

0.08；

；

（3）

=生成物标准摩尔生成焓之和-反应物标准摩尔生成焓之和=-280kJ•mol-1×2-90kJ•mol-1×2=-740kJ•mol-1，故答案为：

-740kJ•mol-1；

（4）相同条件下，硫酸钙的溶解度小于亚硫酸钙的溶解度，亚硫酸钙可转化为硫酸钙，对于反应CaSO3（s）

Ca2+（aq）+SO32-（aq），加入Na2SO4溶液时，SO42-结合部分Ca2+，使其平衡向正反应方向移动，c（SO32-）增大，吸收NO2的速率增大，故答案为：

对于反应CaSO3（s）

Ca2+（aq）+SO32-（aq），加入Na2SO4溶液时，SO42-结合部分Ca2+，使其平衡向正反应方向移动，c（SO32-）增大，吸收NO2的速率增大；

（5）由电解原理可知，阳极发生氧化反应，则一氧化氮转化为硝酸根，其电极方程式为NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+，故答案为：

NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+。

3．研究发现，NOx和SO2是雾霾的主要成分。

Ⅰ.NOx主要来源于汽车尾气，可以利用化学方法将二者转化为无毒无害的物质。

已知：

N2（g）＋O2（g）

2NO（g）　ΔH＝＋180kJ·mol－1

2CO（g）＋O2（g）

2CO2（g）　ΔH＝－564kJ·mol－1

（1）2NO（g）＋2CO（g）

2CO2（g）＋N2（g）　ΔH＝________。

（2）T℃时，将等物质的量的NO和CO充入容积为2L的密闭容器中，保持温度和体积不变，反应过程（0～15min）中NO的物质的量随时间变化如图所示。

①已知：

平衡时气体的分压＝气体的体积分数×体系的总压强，T℃时达到平衡，此时体系的总压强为p=20MPa，则T℃时该反应的压力平衡常数Kp＝_______；平衡后，若保持温度不变，再向容器中充入NO和CO2各0.3mol，平衡将_____（填“向左”、“向右”或“不”）移动。

②15min时，若改变外界反应条件，导致n（NO）发生如上图所示的变化，则改变的条件可能是_____（填序号）

A.增大CO浓度B.升温C.减小容器体积D.加入催化剂

Ⅱ.SO2主要来源于煤的燃烧。

燃烧烟气的脱硫减排是减少大气中含硫化合物污染的关键。

已知：

亚硫酸：

Ka1=2.0×10-2Ka2=6.0×10-7

（3）请通过计算证明，NaHSO3溶液显酸性的原因：

_________________________。

（4）如图示的电解装置，可将雾霾中的NO、SO2转化为硫酸铵，从而实现废气的回收再利用。

通入NO的电极反应式为____________________；若通入的NO体积为4.48L（标况下），则另外一个电极通入的SO2质量至少为________g。

【答案】-744kJ·mol－10.0875（或7/80）不ACHSO3-的水解常数K=Kw/Ka1=5.0×10-13＜Ka2=6.0×10-7（HSO3-的电离常数），所以显酸性6H＋＋NO＋5e－＝NH4＋＋H2O32

【解析】

【详解】

（1）已知：

①N2（g）＋O2（g）

2NO（g），②2CO（g）＋O2（g）

2CO2（g），由盖斯定律可知：

②－①得2NO（g）＋2CO（g）

2CO2（g）＋N2（g）的△H=（－564－180）kJ·mol－1=－744kJ·mol－1；

（2）

p（NO）=p（CO）=p（CO2）=20MPa×

=

，p（N2）=20MPa×

=

，Kp=

=

=0.0875；同样可计算化学平衡常数K=5，再向容器中充入NO和CO2各0.3mol，此时的浓度商为仍为5，因此平衡不移动；

②15min时，改变某一因素，NO的物质的量减少，说明平衡向正反应方向移动。

增大CO的浓度，平衡向正反应方向移动，NO的物质的量减小，A项正确；正反应是放热反应，升温，平衡向逆反应方向移动，NO的物质的量增大，B项错误；减小容器的体积，相当于增大压强，平衡向正反应方向移动，NO物质的量减小，C项正确；加入