三年高考化学试题分项专题 16 平衡原理综合应用Word版.docx
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三年高考化学试题分项专题16平衡原理综合应用Word版
专题16平衡原理综合应用
1．【2018新课标1卷】采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术，在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。
回答下列问题
（1）1840年Devil用干燥的氯气通过干燥的硝酸银，得到N2O5。
该反应的氧化产物是一种气体，其分子式为___________。
（2）F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25℃时N2O5（g）分解反应：
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。
体系的总压强p随时间t的变化如下表所示（t=∞时，N2O5（g）完全分解）：
t/min
0
40
80
160
260
1300
1700
∞
p/kPa
35.8
40.3
42.5.
45.9
49.2
61.2
62.3
63.1
①已知：
2N2O5（g）＝2N2O4（g）+O2（g）ΔH1=−4.4kJ·mol−1
2NO2（g）＝N2O4（g）ΔH2=−55.3kJ·mol−1
则反应N2O5（g）＝2NO2（g）+
O2（g）的ΔH=_______kJ·mol−1。
②研究表明，N2O5（g）分解的反应速率
。
t=62min时，测得体系中
pO2=2.9kPa，则此时的
=________kPa，v=_______kPa·min−1。
③若提高反应温度至35℃，则N2O5（g）完全分解后体系压强p∞（35℃）____63.1kPa（填“大于”“等于”或“小于”），原因是________。
④25℃时N2O4（g）
2NO2（g）反应的平衡常数Kp=_______kPa（Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数）。
（3）对于反应2N2O5（g）→4NO2（g）+O2（g），R.A.Ogg提出如下反应历程：
第一步N2O5
NO2+NO3快速平衡
第二步NO2+NO3→NO+NO2+O2慢反应
第三步NO+NO3→2NO2快反应
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。
下列表述正确的是_______（填标号）。
A．v（第一步的逆反应）＞v（第二步反应）
B．反应的中间产物只有NO3
C．第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效
D．第三步反应活化能较高
2．【2018新课标2卷】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：
（1）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−1
C（s）+O2（g）=CO2（g）ΔH=-394kJ·mol−1
C（s）+1/2O2（g）=CO（g）ΔH=-111kJ·mol−1
该催化重整反应的ΔH==______kJ·mol−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
某温度下，在体积为2L的容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%，其平衡常数为_______mol2·L−2。
（2）反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。
相关数据如下表：
积碳反应
CH4（g）=C（s）+2H2（g）
消碳反应
CO2（g）+C（s）=2CO（g）
ΔH/（kJ·mol−1）
75
172
活化能/
（kJ·mol−1）
催化剂X
33
91
催化剂Y
43
72
①由上表判断，催化剂X____Y（填“优于”或“劣于”），理由是_________________。
在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示。
升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数（K）和速率（v）的叙述正确的是________填标号）。
A．K积、K消均增加B．v积减小，v消增加
C．K积减小，K消增加D．v消增加的倍数比v积增加的倍数大
②在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=k·p（CH4）·[p（CO2）]-0.5（k为速率常数）。
在p（CH4）一定时，不同p（CO2）下积碳量随时间的变化趋势如图所示，则pa（CO2）、pb（CO2）、pc（CO2）从大到小的顺序为________________。
3．【2018新课标3卷】三氯氢硅（SiHCl3）是制备硅烷、多晶硅的重要原料。
回答下列问题：
（1）SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体，遇潮气时发烟生成（HSiO）2O等，写出该反应的化学方程式__________。
（2）SiHCl3在催化剂作用下发生反应：
2SiHCl3（g）
SiH2Cl2（g）+SiCl4（g）ΔH1=48kJ·mol−1
3SiH2Cl2（g）
SiH4（g）+2SiHCl3（g）ΔH2=−30kJ·mol−1
则反应4SiHCl3（g）
SiH4（g）+3SiCl4（g）的ΔH=__________kJ·mol−1。
（3）对于反应2SiHCl3（g）
SiH2Cl2（g）+SiCl4（g），采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323K和343K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。
①343K时反应的平衡转化率α=_________%。
平衡常数K343K=__________（保留2位小数）。
②在343K下：
要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是___________；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有____________、___________。
③比较a、b处反应速率大小：
υa________υb（填“大于”“小于”或“等于”）。
反应速率υ=υ正−υ逆=
−
，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处
=__________（保留1位小数）。
4．【2018北京卷】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）
序号
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：
________________。
5．【2018天津卷】CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。
回答下列问题：
（2）CO2与CH4经催化重整，制得合成气：
CH4（g）+CO2（g）
2CO（g）+2H2（g）
①已知上述反应中相关的化学键键能数据如下：
化学键
C—H
C=O
H—H
C
O（CO）
键能/kJ·mol−1
413
745
436
1075
则该反应的ΔH=_________。
分别在VL恒温密闭容器A（恒容）、B（恒压，容积可变）中，加入CH4和CO2各1mol的混合气体。
两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是_______（填“A”或“B”）。
②按一定体积比加入CH4和CO2，在恒压下发生反应，温度对CO和H2产率的影响如图3所示。
此反应优选温度为900℃的原因是________。
6．【2018江苏卷】NOx（主要指NO和NO2）是大气主要污染物之一。
有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。
（4）在有氧条件下，新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2。
②将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体，匀速通入装有催化剂M的反应器中反应（装置见题20图−1）。
反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如题20图−2所示，在50～250℃范围内随着温度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是____________________________；当反应温度高于380℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是___________________________。
7．【2017新课标1卷】近期发现，H2S是继NO、CO之后的第三个生命体系气体信号分子，它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。
回答下列问题：
（2）下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。
通过计算，可知系统（Ⅰ）和系统（Ⅱ）制氢的热化学方程式分别为________________、______________，制得等量H2所需能量较少的是_____________。
（3）H2S与CO2在高温下发生反应：
H2S（g）+CO2（g）
COS（g）+H2O（g）。
在610K时，将0.10molCO2与0.40molH2S充入2.5L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。
①H2S的平衡转化率
=_______%，反应平衡常数K=________。
②在620K重复试验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率
_____
，该反应的
H_____0。
（填“>”“<”或“=”）
③向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是________（填标号）
A．H2SB．CO2C．COSD．N2
8．【2017新课标2卷】丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。
回答下列问题：
（1）正丁烷（C4H10）脱氢制1-丁烯（C4H8）的热化学方程式如下：
①C4H10（g）=C4H8（g）+H2（g）ΔH1
已知：
②C4H10（g）+
O2（g）=C4H8（g）+H2O（g）ΔH2=−119kJ·mol−1
③H2（g）+
O2（g）=H2O（g）ΔH3=−242kJ·mol−1
反应①的ΔH1为________kJ·mol−1。
图（a）是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x_________0.1（填“大于”或“小于”）；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是__________（填标号）。
A．升高温度B．降低温度C．增大压强D．降低压强
（2）丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器（氢气的作用是活化催化剂），出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。
图（b）为丁烯产率与进料气中n（氢气）/n（丁烷）的关系。
图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是___________。
（3）图（c）为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。
丁烯产率在590℃之前随温度升高而增大的原因可能是___________、____________；590℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是_____________。
9．【2017新课标3卷】砷（As）是第四周期ⅤA族元素，可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物，有着广泛的用途。
回答下列问题：
（1）画出砷的原子结构示意图____________。
（2）工业上常将含砷废渣（主要成分为As2S3）制成浆状，通入O2氧化，生成H3AsO4和单质硫。
写出发生反应的化学方程式________。
该反应需要在加压下进行，原因是________________________。
（3）已知：
As（s）+
H2（g）+2O2（g）=H3AsO4（s）ΔH1
H2（g）+
O2（g）=H2O（l）ΔH2
2As（s）+
O2（g）=As2O5（s）ΔH3
则反应As2O5（s）+3H2O（l）=2H3AsO4（s）的ΔH=_________。
（4）298K时，将20mL3xmol·L−1Na3AsO3、20mL3xmol·L−1I2和20mLNaOH溶液混合，发生反应：
（aq）+I2（aq）+2OH−（aq）
（aq）+2I−（aq）+H2O（l）。
溶液中c（
）与反应时间（t）的关系如图所示。
①下列可判断反应达到平衡的是__________（填标号）。
a．溶液的pH不再变化
b．v（I−）=2v（
）
c．c（
）/c（
）不再变化
d．c（I−）=ymol·L−1
②tm时，v正_____v逆（填“大于”“小于”或“等于”）。
③tm时v逆_____tn时v逆（填“大于”“小于”或“等于”），理由是_____________。
④若平衡时溶液的pH=14，则该反应的平衡常数K为___________。
10．【2017天津卷】某混合物浆液含有Al（OH）3、MnO2和少量Na2CrO4,。
考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小组利用设计的电解分离装置（见图2），使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液，并回收利用。
回答Ⅰ和Ⅱ中的问题。
Ⅰ．固体混合物的分离和利用（流程图中的部分分离操作和反应条件未标明）
（1）反应①所加试剂NaOH的电子式为_________。
B→C的反应条件为__________，C→Al的制备方法称为______________。
（2）该小组探究反应②发生的条件。
D与浓盐酸混合，不加热，无变化，加热有Cl2生成，当反应停止后，固体有剩余，此时滴加硫酸，又产生Cl2。
由此判断影响该反应有效进行的因素有（填序号）___________。
a．温度b．Cl−的浓度c．溶液的酸度
11．【2017江苏卷】砷（As）是一些工厂和矿山废水中的污染元素，使用吸附剂是去除水中砷的有效措施之一。
（1）将硫酸锰、硝酸钇与氢氧化钠溶液按一定比例混合，搅拌使其充分反应，可获得一种砷的高效吸附剂X，吸附剂X中含有
，其原因是___________________________________。
（2）H3AsO3和H3AsO4水溶液中含砷的各物种的分布分数（平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数）与pH的关系分别如题20图-1和题20图-2所示。
①以酚酞为指示剂（变色范围pH8.0~10.0），将NaOH溶液逐滴加入到H3AsO3溶液中，当溶液由无色变为浅红色时停止滴加。
该过程中主要反应的离子方程式为_____________________。
②H3AsO4第一步电离方程式H3AsO4
H2AsO4−+H+的电离常数为Ka1，则pKa1=____（pKa1=−lgKa1）。
（3）溶液的pH对吸附剂X表面所带电荷有影响。
pH=7.1时，吸附剂X表面不带电荷；pH>7.1时带负电荷，pH越高，表面所带负电荷越多；pH<7.1时带正电荷，pH越低，表面所带正电荷越多。
pH不同时吸附剂X对三价砷和五价砷的平衡吸附量（吸附达平衡时单位质量吸附剂X吸附砷的质量）如题20图−3所示。
①在pH7~9之间，吸附剂X对五价砷的平衡吸附量随pH升高而迅速下降，其原因是_____________。
②在pH4~7之间，吸附剂X对水中三价砷的去除能力远比五价砷的弱，这是因为___________。
提高吸附剂X对三价砷去除效果可采取的措施是____________________________________。
12．【2017北京卷】TiCl4是由钛精矿（主要成分为TiO2）制备钛（Ti）的重要中间产物，制备纯TiCl4的流程示意图如下：
资料：
TiCl4及所含杂质氯化物的性质
化合物
SiCl4
TiCl4
AlCl3
FeCl3
MgCl2
沸点/℃
58
136
181（升华）
316
1412
熔点/℃
−69
−25
193
304
714
在TiCl4中的溶解性
互溶
——
微溶
难溶
（1）氯化过程：
TiO2与Cl2难以直接反应，加碳生成CO和CO2可使反应得以进行。
已知：
TiO2（s）+2Cl2（g）=TiCl4（g）+O2（g）ΔH1=+175.4kJ·mol-1
2C（s）+O2（g）=2CO（g）ΔH2=-220.9kJ·mol-1
②氯化过程中CO和CO2可以相互转化，根据如图判断：
CO2生成CO反应的ΔH_____0（填“＞”“＜”或“=”），判断依据：
_______________。
13．【2016新课标1卷】元素铬（Cr）在溶液中主要以Cr3+（蓝紫色）、Cr（OH）4−（绿色）、Cr2O72−（橙红色）、CrO42−（黄色）等形式存在，Cr（OH）3为难溶于水的灰蓝色固体，回答下列问题：
（2）CrO42−和Cr2O72−在溶液中可相互转化。
室温下，初始浓度为1.0mol
L−1的Na2CrO4溶液中c（Cr2O72−）随c（H+）的变化如图所示。
①用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应____________。
②由图可知，溶液酸性增大，CrO42−的平衡转化率__________（填“增大”“减小”或“不变”）。
根据A点数据，计算出该转化反应的平衡常数为__________。
③升高温度，溶液中CrO42−的平衡转化率减小，则该反应的ΔH______0（填“大于”“小于”或“等于”）。
14．【2016新课标2卷】丙烯腈（CH2=CHCN）是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛（CH2=CHCHO）和乙腈（CH3CN）等，回答下列问题：
（1）以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈（C3H3N）和副产物丙烯醛（C3H4O）的热化学方程式如下：
①C3H6（g）+NH3（g）+3/2O2（g）=C3H3N（g）+3H2O（g）ΔH=-515kJ/mol
①C3H6（g）+O2（g）=C3H4O（g）+H2O（g）ΔH=-353kJ/mol
两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是________；有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是________；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是________。
（2）图（a）为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应温度为460℃。
低于460℃时，丙烯腈的产率________（填“是”或者“不是”）对应温度下的平衡产率，判断理由是________；高于460℃时，丙烯腈产率降低的可能原因是________（双选，填标号）
A．催化剂活性降低B．平衡常数变大C．副反应增多D．反应活化能增大
（3）丙烯腈和丙烯醛的产率与n（氨）/n（丙烯）的关系如图（b）所示。
由图可知，最佳n（氨）/n（丙烯）约为，理由是_______________。
进料氨、空气、丙烯的理论体积约为________。
15．【2016新课标3卷】煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx，形成酸雨、污染大气，采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。
回答下列问题：
（1）NaClO2的化学名称为_______。
（2）在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气，反应温度为323K，NaClO2溶液浓度为5×10−3mol·L−1。
反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。
离子
SO42−
SO32−
NO3−
NO2−
Cl−
c/（mol·L−1）
8.35×10−4
6.87×10−6
1.5×10−4
1.2×10−5
3.4×10−3
①写出NaClO2溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式__________。
增加压强，NO的转化率______（填“提高”、“不变”或“降低”）。
②随着吸收反应的进行，吸收剂溶液的pH逐渐______（填“增大”“不变”或“减小”）。
③由实验结果可知，脱硫反应速率______脱硝反应速率（填“大于”或“小于”）。
原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同，还可能是___________。
（3）在不同温度下，NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中，SO2和NO的平衡分压pe如图所示。
①由图分析可知，反应温度升高，脱硫、脱硝反应的平衡常数均______________（填“增大”、“不变”或“减小”）。
②反应ClO2−+2SO32−===2SO42−+Cl−的平衡常数K表达式为___________。
（4）如果采用NaClO、Ca（ClO）2替代NaClO2，也能得到较好的烟气脱硫效果。
①从化学平衡原理分析，Ca（ClO）2相比NaClO具有的优点是_______。
16．【2016浙江卷】催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。
研究表明，在Cu/ZnO催化剂存在下，CO2和H2可发生两个平行反应，分别生成CH3OH和CO。
反应的热化学方程式如下：
CO2（g）+3H2（g）
CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1=-53.7kJ·mol-1
CO2（g）+H2（g）
CO（g）+H2O（g）ΔH2
某实验室控制CO2和H2初始投料比为1:
2.2，在相同压强下，经过相同反应时间测得如下实验数据：
【备注】Cat.1:
Cu/ZnO纳米棒；Cat.2:
Cu/ZnO纳米片；甲醇选择性：
转化的CO2中生成甲醇的百分比
已知：
CO和H2的标准燃烧热分别为-283.0kJ·mol-1和-285.8kJ·mol-1
H2O（l）＝H2O（g）ΔH3=44.0kJ·mol-1
请回答（不考虑温度对ΔH的影响）：
（1）反应
的平衡常数表达式K=________；
（2）有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有。
A．使用催化剂Cat.1
B．使用催化剂Cat.2
C．降低反应温度
D．投料比不变，增加反应物的浓度
E．增大CO2和H2的初始投料比
（3）表中实验数据表明，在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响，其原因是。
（4）在图中分别画出反应
在无催化剂、有Cat.1和有Cat.2三种情况下“反应过程～
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