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32化学反应原理综合题

3-2-化学反应原理综合题

3－2　化学反应原理综合题

1．硫单质及其化合物在工农业生产中有着重要的应用。

（1）已知25℃时：

①O2（g）＋S（s）===SO2（g）ΔH＝－akJ·mol－1

②O2（g）＋2SO2（g）2SO3（g）　ΔH＝－bkJ·mol－1

则SO3（g）分解生成O2（g）与S（s）的热化学方程式为

________________________________________________________________________。

（2）研究SO2催化氧化生成SO3的反应，回答下列相关问题：

①图甲是SO2（g）和SO3（g）的浓度随时间的变化情况。

反应从开始到平衡时，用O2表示的平均反应速率为________________。

②在一容积可变的密闭容器中充入20molSO2（g）和10molO2（g），O2的平衡转化率随温度（T）、压强（p）的变化如图乙所示。

则p1与p2的大小关系是p1______p2（填“>”“<”或“＝”），A、B、C三点的平衡常数大小关系为__________（用KA、KB、KC和“<”“>”或“＝”表示）。

（3）常温下，H2SO3的电离平衡常数Ka1＝1.54×10－2，Ka2＝1.02×10－7。

①将SO2通入水中反应生成H2SO3。

试计算常温下H2SO32H＋＋SO

的平衡常数K＝________。

（结果保留小数点后两位数字）

②浓度均为0.1mol·L－1的Na2SO3、NaHSO3混合溶液中，

＝________。

（4）往1L0.2mol·L－1Na2SO3溶液中加入0.1mol的CaCl2固体，充分反应后（忽略溶液体积变化），溶液中c（Ca2＋）＝__________________________（已知，常温下Ksp（CaSO3）＝1.28×10－9）。

（5）用含等物质的量溶质的下列溶液分别吸收SO2，理论吸收量最多的是________（填字母）。

A．Na2SO3溶液　　　　　　　B．Fe（NO3）3溶液

C．Ba（OH）2溶液D．酸性KMnO4溶液

解析：

（1）依据盖斯定律，－①－②×

得到SO3（g）分解成S（s）和O2（g）的热化学反应方程式：

SO3（g）

O2（g）＋S（s）　ΔH＝＋（a＋

）kJ·mol－1。

（2）①根据化学反应速率的数学表达式，v（SO2）＝

mol·L－1·min－1＝0.75mol·L－1·min－1，利用化学反应速率之比等于化学计量数之比，因此有v（O2）＝

＝

mol·L－1·min－1＝0.375mol·L－1·min－1。

②作等温线，反应前气体系数之和大于反应后气体系数，因此增大压强，平衡向正反应方向移动，O2的转化率增大，即p1KC，即KB>KA＝KC。

（3）①根据平衡常数的定义，K＝

＝

＝Ka1×Ka2＝1.54×10－2×1.02×10－7≈1.57×10－9。

②根据物料守恒，2c（Na＋）＝3[c（SO

）＋c（HSO

）＋c（H2SO3）]，因此有

＝

。

（4）发生的反应是Na2SO3＋CaCl2===CaSO3↓＋2NaCl，反应后溶液中c（SO

）＝0.1mol·L－1，Ksp＝c（Ca2＋）×c（SO

），解得c（Ca2＋）＝

＝

＝1.28×10－8mol·L－1。

（5）令这些物质的物质的量为1mol，A项，发生Na2SO3＋SO2＋H2O===2NaHSO3，吸收SO2的物质的量为1mol；B项，根据得失电子数目守恒，有[1×（3－2）＋3×（5－2）]mol＝n（SO2）×2，解得n（SO2）＝5mol；C项，发生Ba（OH）2＋2SO2===Ba（HSO3）2，因此吸收2molSO2；D项，[1×（7－2）]mol＝n（SO2）×2，解得n（SO2）＝2.5mol；综上所述，Fe（NO3）3溶液吸收SO2最多。

答案：

（1）SO3（g）

O2（g）＋S（s）ΔH＝＋（a＋

）kJ·mol－1

（2）①0.375mol·L－1·min－1　②<　KB>KA＝KC

（3）①1.57×10－9　②

（或1.5）

（4）1.28×10－8mol·L－1　（5）B

2．研究CO2、CO的处理方法对环境保护有重要意义。

（1）已知：

①CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g）ΔH＝＋41kJ·mol－1

②C（s）＋2H2（g）CH4（g）　ΔH＝－73kJ·mol－1

③2CO（g）C（s）＋CO2（g）　ΔH＝－171kJ·mol－1

则CO2（g）＋4H2（g）CH4（g）＋2H2O（g）　ΔH＝________________。

（2）CO2与H2反应可合成甲醇：

CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）。

某温度下，将1molCO2和3molH2充入体积不变的2L密闭容器中，发生上述反应。

测得不同时期的反应前后压强关系如下：

时间（h）

1

2

3

4

5

6

p后/p前

0.90

0.85

0.82

0.81

0.80

0.80

①用CO2表示第1小时反应的平均速率v（CO2）＝________mol·L－1·h－1。

②该温度下的H2平衡转化率为________。

（3）CO2与NH3反应可合成尿素：

CO2（g）＋2NH3（g）CO（NH2）2（s）＋H2O（g）。

在T1℃时，将1molCO2和2molNH3置于1L密闭容器中，发生上述反应，在t时刻，测得容器中CO2转化率约为73%。

保持其他初始实验条件不变，分别在温度为T2℃、T3℃、T4℃、T5℃时，重复上述实验，经过相同时间测得CO2转化率并绘制变化曲线如图所示：

①该反应的ΔH________0（填“>”或“<”）。

②T4℃时该反应的平衡常数K＝________。

③在T1℃～T3℃之间，CO2转化率逐渐增大，其原因是

________________________________________________________________________。

（4）工业上常用高浓度的K2CO3溶液吸收CO2，得溶液X，再利用电解法使K2CO3溶液再生，其装置示意图如图所示：

①阳极区产生CO2的原因是_______________________________________________

（用离子方程式表示）。

②利用平衡移动原理，简述CO

在阴极区再生的原因

________________________________________________________________________。

解析：

（1）根据盖斯定律①×2＋②＋③即得到CO2（g）＋4H2（g）CH4（g）＋2H2O（g）　ΔH＝－162kJ·mol－1。

（2）CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）

起始量（mol）1　　　3　　　　0　　　　0

转化量（mol）x3xxx

平衡量（mol）1－x3－3xxx

①1h后有

＝0.9，解得x＝0.2，所以用CO2表示第1小时反应的平均速率v（CO2）＝

＝0.1mol·L－1·h－1。

②平衡时有

＝0.8，解得x＝0.4，所以该温度下的H2平衡转化率为

×100%＝40%。

（3）①转化率达到最大值后升高温度转化率降低，这说明正反应是放热反应，即该反应的ΔH<0。

②T4℃时CO2转化率是75%，则

2NH3（g）＋CO2（g）CO（NH2）2（s）＋H2O（g）

起始量（mol）　2　　1　　　　　0　　　　0

变化量（mol）0.75×20.750.750.75

平衡量（mol）0.50.250.750.75

平衡常数K＝

＝12。

③由于在T1℃～T3℃之间反应未达到平衡状态，且v正>v逆，温度越高，CO2转化率越大。

（4）①阳极区OH－放电，产生H＋，H＋和HCO

反应生成CO2，离子方程式为H＋＋HCO

===H2O＋CO2↑。

②溶液中HCO

存在电离平衡：

HCO

H＋＋CO

，阴极H＋放电浓度减小平衡右移，CO

再生；或阴极H＋放电OH－浓度增大，OH－与HCO

反应生成CO

，CO

再生。

答案：

（1）－162kJ·mol－1　

（2）①0.1　②40%

（3）①<　②12

③在T1℃～T3℃之间反应未达到平衡状态，且v正>v逆，温度越高，CO2转化率越大（合理即可）

（4）①H＋＋HCO

===H2O＋CO2↑

②HCO

存在电离平衡：

HCO

H＋＋CO

，阴极H＋放电浓度减小平衡右移，CO

再生（或阴极H＋放电OH－浓度增大，OH－与HCO

反应生成CO

，CO

再生）（合理即可）

3．二氧化碳的捕集、利用与封存是我国能源领域的一个重要战略方向，发展成一项重要的新兴产业。

（1）已知：

CH4、CO、H2的燃烧热分别为890kJ·mol－1、283kJ·mol－1、285.8kJ·mol－1，计算下列反应的反应热。

CH4（g）＋CO2（g）===2CO（g）＋2H2（g）　ΔH＝________kJ·mol－1。

（2）二氧化碳催化加氢合成低碳烯烃，起始时以0.1MPa、n（H2）∶n（CO2）＝3∶1的投料比充入反应器中，发生反应：

2CO2（g）＋6H2（g）C2H4（g）＋4H2O（g）ΔH。

①温度对CO2的平衡转化率和催化效率的影响如图1所示：

图中M点时，乙烯的体积分数为________（保留2位有效数字）；为提高CO2的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施有___________、___________（任写两条）。

②不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量如图2所示：

b曲线代表的物质是________；T1温度下，H2的平衡转化率为________，相对于起始状态，平衡时气体的平均分子量增大的百分率为________（保留三位有效数字）。

（3）电解法制取乙烯如图3所示。

其中电极a接电源的________极，该电极反应式为________________________________________________________________________。

解析：

（1）根据CH4、H2和CO的燃烧热分别写出燃烧的热化学方程式：

①O2（g）＋2H2（g）===2H2O（l）ΔH1＝－571.6kJ·mol－1；

②CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）ΔH2＝－890kJ·mol－1；

③2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）ΔH3＝－566kJ·mol－1。

利用盖斯定律将②－①－③可得：

CH4（g）＋CO2（g）===2CO（g）＋2H2（g）　ΔH＝ΔH2－ΔH1－ΔH3＝＋247.6kJ·mol－1。

（2）①设H2的物质的量为3nmol，则CO2的物质的量为nmol，从图看出M点时CO2的转化率为50%，则有：

6H2（g）＋2CO2（g）C2H4（g）＋4H2O（g）

起始/mol　　3n　　　n　　　　0　　　　　0

变化/mol1.5n0.5n0.25nn

M点/mol1.5n0.5n0.25nn

乙烯的体积分数为

×100%≈7.7%；提高CO2的平衡转化率就是使平衡向正向移动，措施还有：

增大压强、增大n（H2）∶n（CO2）的比值、增加c（H2）、将产物乙烯气体分离出来等。

②由图1可知，温度升高，CO2的平衡转化率降低，则正反应为放热反应，图2表示的是不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量随温度的升高而变化的趋势，b曲线随温度的升高物质的量减少，则为生成物，且变化趋势大，应该是化学计量数大的H2O（g）；根据图中可知，起始时以n（H2）∶n（CO2）＝3∶1投料，T1时n（H2）＝6mol，n（H2O）＝4mol，则开始投料时n（H2）＝6mol＋6mol＝12mol，转化率为

×100%＝50%；

6H2（g）＋2CO2（g）C2H4（g）＋4H2O（g）

起始/mol　　12　　4　　　　　0　　　0

变化/mol6214

T1点/mol6214

平衡时气体的平均分子量与气体的物质的量成反比，设总质量为m，则增大的百分率为（

－1）×100%≈23.1%。

（3）根据图中信息可知，电极a处CO2得电子产生乙烯，作为阴极，接电源的负极，该电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O。

答案：

（1）＋247.6

（2）①7.7%（或0.077）　增大压强　提高H2和CO2物质的量的比值（或将产物乙烯气体分离出来等）

②H2O（g）　50%　23.1%

（3）负　2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O

4．纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注，以下为制取Cu2O的两种方法：

方法a：

用炭粉在高温条件下还原CuO

方法b：

电解法，反应为2Cu＋H2O

Cu2O＋H2↑

（1）已知：

①2Cu（s）＋

O2（g）===Cu2O（s）ΔH＝－169kJ·mol－1

②C（s）＋

O2（g）===CO（g）ΔH＝－110.5kJ·mol－1

③Cu（s）＋

O2（g）===CuO（s）ΔH＝－157kJ·mol－1

则方法a中反应的热化学方程式为__________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）方法b是用肼燃料电池为电源，通过离子交换膜电解法控制电解液中OH－的浓度而制备纳米Cu2O，装置如图所示：

①上述装置中B电极应连________电极（填“C”或“D”）。

②该离子交换膜为________离子交换膜（填“阴”或“阳”），该电解池的阳极反应式为________________________________________________________________________。

③原电池中负极反应式为______________________________________________。

（3）在相同体积的恒容密闭容器中，用以上方法制得的两种Cu2O分别进行催化分解水的实验：

2H2O（g）

2H2（g）＋O2（g）　ΔH>0

水蒸气的浓度随时间t变化如下表所示：

序

号

　　　　　　　　t/min

c/（mol·L－1）

0

10

20

30

40

50

①

T1

0.050

0.0492

0.0486

0.0482

0.0480

0.0480

②

T1

0.050

0.0488

0.0484

0.0480

0.0480

0.0480

③

T2

0.10

0.094

0.090

0.090

0.090

0.090

催化剂的效率：

实验①________实验②（填“>”或“<”）；

实验①、②、③的化学平衡常数K1、K2、K3的大小关系为____________。

解析：

（1）依据盖斯定律②＋①－2×③得到C（s）＋2CuO（s）===Cu2O（s）＋CO（g）　ΔH＝＋34.5kJ·mol－1。

（2）①铜失电子发生氧化反应，为电解池的阳极，故B连接电源的正极，而燃烧电池通O2的一极为正极，则B连接D。

②电解池工作时，OH－向阳极移动，则离子交换膜为阴离子交换膜；在电解池中，当阳极是活泼电极时，该电极本身失电子发生氧化反应，在碱性环境下，金属铜失去电子的电极反应为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O。

③原电池的负极发生氧化反应，其电极反应式为N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O。

（3）催化剂加快反应速率，但不会引起化学平衡状态的改变，反应②比反应①达到平衡所用时间短，平衡状态相同，所以催化剂的效率：

实验①<实验②；实验温度越高达到化学平衡时水蒸气转化率越大，②和③相比，③转化率高，所以T2>T1，平衡常数只受温度影响，且升高温度平衡正向移动，则实验①、②、③的化学平衡常数K1、K2、K3的大小关系为K1＝K2

答案：

（1）2CuO（s）＋C（s）===Cu2O（s）＋CO（g）　ΔH＝＋34.5kJ·mol－1

（2）①D　②阴　2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O

③N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O

（3）<　K1＝K2

5．氯化钴（CoCl2）工业上常用作油漆干燥剂、氨气吸收剂、中性染料、干燥指示剂、陶瓷着色剂、饲料添加剂等。

回答下列问题：

（1）钴元素的常见化合价与铁元素相同。

往CoCl2溶液中加入NaOH溶液产生粉红色沉淀，露置于空气中一段时间后，沉淀变为棕褐色。

沉淀由粉红色变为棕褐色反应的化学方程式为_________________________________________________________________。

（2）将CoCl2溶于浓盐酸中能形成[CoCl4]2－，溶液中存在平衡：

[Co（H2O）6]2＋＋4Cl－[CoCl4]2－＋6H2O

T1℃时，将0.025molCoCl2·6H2O溶于50mL12mol·L－1浓盐酸中，再加水稀释至100mL。

溶液中

与温度T的关系如图1所示。

①T1℃，取10mL上述溶液稀释至100mL，稀释后的溶液中c（Cl－）________0.6mol·L－1（填“>”“＝”或“<”）。

②由图1可知，上述反应的ΔH________0（填“>”“＝”或“<”）。

③根据A点数据，计算出T1℃时上述反应的平衡常数为________（保留两位有效数字）。

（3）采用图2所示装置（Ti－Ru电极为惰性电极）电解CoCl2溶液制取钴。

Co能与强酸反应产生H2，电解过程中，CoCl2溶液的pH通常控制在3.9～4.2。

①Co沉积在________（填“Ti－Ru”或“Ti”）电极上。

②若用CoSO4溶液代替CoCl2溶液，会使产率降低。

其原因是________________________________________________________________________。

③从CoCl2溶液中析出的CoCl2·6H2O产品，常含有少量K＋、Na＋等，在化学分析中常用EDTA滴定法检测产品的纯度。

其操作为称取3.00gCoCl2·6H2O产品溶于水配成250mL溶液，取25.00mL置于锥形瓶中加入适量硫氰化钾溶液生成[Co（SCN）4]2－离子，再加入丙酮形成蓝色溶液，用0.05mol·L－1EDTA标准溶液滴定至蓝色消失，消耗24.00mL的标准溶液。

则CoCl2·6H2O在产品中的质量分数是________________（已知：

滴定原理为[Co（SCN）4]2－＋H2Y2－===CoY2－＋2H＋＋4SCN－）。

解析：

（1）钴元素的常见化合价与铁元素相同。

往CoCl2溶液中加入NaOH溶液产生粉红色沉淀Co（OH）2，露置于空气中一段时间后，Co（OH）2沉淀变为棕褐色的Co（OH）3。

则沉淀由粉红色变为棕褐色反应的化学方程式为4Co（OH）2＋O2＋2H2O===4Co（OH）3。

（2）①溶液中存在平衡：

[Co（H2O）6]2＋＋4Cl－[CoCl4]2－＋6H2O，T1℃时，取10mL上述溶液稀释至100mL，则平衡向逆方向移动，n（Cl－）增大，c（Cl－）>

＝0.6mol·L－1。

②由图可知，随着温度的升高，

变小，则反应正向移动，则正反应为吸热反应，ΔH>0。

③根据A点数据，设[Co（H2O）6]2＋的平衡转化浓度为xmol·L－1，c（Cl－）＝

＝6.5mol·L－1，c（Co2＋）＝

＝0.25mol·L－1，

[Co（H2O）6]2－＋4Cl－[CoCl4]2－＋6H2O

开始浓度（mol·L－1）　0.25　　　　6.5　　　0

转化浓度（mol·L－1）x4xx

平衡浓度（mol·L－1）0.25－x6.5－4xx

则

＝

＝48，解得x＝0.125，K＝

≈7.7×10－4。

（3）①电解CoCl2溶液制取钴，TiRu电极为惰性电极，Ti的金属性较强，不能作为阳极，而Co应该在阴极产生，故Co沉积在Ti电极上。

②若用CoSO4溶液代替CoCl2溶液，OH－在阳极放电，使溶液的pH降低，会使产率降低。

③根据滴定反应式：

[Co（SCN）4]2－＋H2Y2－===CoY2－＋2H＋＋4SCN－，CoCl2·6H2O在产品中的质量分数是

×100%＝95.2%。

答案：

（1）4Co（OH）2＋O2＋2H2O===4Co（OH）3

（2）①>　②>　③7.7×10－4

（3）①Ti　②OH－在阳极放电，使溶液的pH降低

③95.2%

6．高铁酸钠（Na2FeO4）是一种新型、高效的水处理剂，与水反应的化学方程式为4Na2FeO4＋10H2O===4Fe（OH）3＋3O2↑＋8NaOH。

电解制备Na2FeO4装置示意图如下。

（1）a是电源的________极（填“正”或“负”），电解时，石墨电极附近溶液的碱性________（填“增强”“减弱”或“不变”）。

（2）铁电极的反应式为___________________________________________________。

（3）维持一定的电流强度和电解温度，NaOH起始浓度对Na2FeO4浓度影响如图所示（电解液体积相同情况下进行实验）。

①电解3.0h内，随NaOH起始浓度增大，Na2FeO4浓度变化趋势是________（填“增大”“不变”或“减小”）。

②当NaOH起始浓度为16mol·L－1时，1.0～2.0h内生成Na2FeO4的速率是________mol·L－1·h－1。

③A点与B点相比，n[Fe（OH）3]：

A________B（填“>”“＝”或“<”）。

（4）提纯电解所得Na2FeO4，采用重结晶、过滤、洗涤、低温烘干的方法，则洗涤剂最好选用________溶液和异丙醇。

（填字母）

A．Fe（NO3）3　　　B．NH4Cl　　　　C．CH3COONa

（5）次氯酸钠氧化法也可以制得Na2FeO4。

已知：

①2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝akJ·mol－1

②NaCl（aq）＋H2O（l）===NaClO（aq）＋H2（g）　ΔH＝bkJ·mol－1

③4Na2FeO4（aq）＋10H2O（l）===4Fe（OH）3（s）＋3O2（g）＋8NaOH（aq）　ΔH＝ckJ·mol－1

反应2Fe（OH）3（s）＋3NaCl