高中化学化学反应与能量综合题.docx
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高中化学化学反应与能量综合题
高中化学化学反应与能量综合题2019年4月4日
（考试总分：
160分考试时长：
120分钟）
一、综合题（本题共计20小题，共计160分）
1、（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。
2、（8分）
（1）已知在高温、高压、催化剂作用下，1mol石墨转化为金刚石，吸收1.9kJ的热量。
①石墨和金刚石________能量高，________更稳定。
②推测石墨与金刚石各1mol在相同条件下燃烧，________放出的热量多。
（2）①司机是否酒后驾车，可通过对其呼出的气体进行检验而查出，所利用的化学反应为2CrO3（红色）+3C2H5OH+3H2SO4=Cr2（SO4）3（绿色）+3CH3CHO+6H2O。
被检测的气体的成分是_______，上述反应中的氧化剂是_______。
还原剂是_______。
②1866年凯库勒提出了苯的单、双键交替的正六边形平面结构，解释了苯的部分性质，但还有一些问题尚未解决，它不能解释下列_________事实（填入编号）。
a.苯不能使溴的四氯化碳溶液褪色b.苯能与H2发生加成反应
c.苯没有同分异构体d.邻二溴苯只有一种
现代化学认为苯分子碳碳之间的键是__________________。
3、（8分）Ⅰ.下图为H2和Cl2生成HCl过程中的能量变化：
请回答下列有关问题：
（1）H2+Cl2═2HCl是_______（填“吸热”或“放热”）反应，反应物的总能量_______（填“>”，“=”或“<”）生成物的总能量；
（2）当有1molHCl生成时，反应_________（填“吸收”或“放出”）的能量为________KJ。
Ⅱ.一个完整的氧化还原反应方程式可拆写成两个半反应式,一个为氧化反应式,一个为还原反应式。
（1）已知某一反应的半反应式分别为CH4+10OH-—8e-=CO32-+7H2O和O2+2H2O+4e-=4OH-请写出该反应的总反应式：
________________________。
（2）下图为氢氧燃料电池的构造示意图：
X极为电池的______________（填“正”或“负”）极，X极的电极反应式__________________；若电池工作过程中有5.6LO2（标准状况下）参与反应，则转移电子的物质的量__________。
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）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___________________________________。
7、（8分）A、B、C、D、E为短周期元素，原子序数依次增大，质子数之和为40，B、C同周期，A、D同主族，A、C能形成两种液态化合物A2C和A2C2，E是地壳中含量最多的金属元素，问：
（1）B元素在周期表中的位置为_________________；
（2）D的单质投入A2C中得到一种无色溶液。
E的单质在该无色溶液中反应的离子方程式为_____________________。
（3）用电子式表示由A、C两元素组成的四核18电子的共价化合物的形成过程_____________。
（4）以往回收电路板中铜的方法是灼烧使铜转化为氧化铜，再用硫酸溶解。
现改用A2C2和稀硫酸浸泡既达到了上述目的，又保护了环境，该反应的化学方程式为___________________。
（5）乙醇（C2H5OH）燃料电池（Pt为电极），以KOH为电解质溶液，写出负极电极反应式__________，当转移电子1.2mol时，消耗氧气标况下体积为______________。
8、（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_________。
9、（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－）:
____________________________________。
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）H、C、N、O、Na、S是常见的六种元素。
请回答下列问题。
（1）S在元素周期表中的位置为______________。
（2）上述元素中非金属性最强的是______________（填元素符号）。
（3）下列事实能说明O的非金属性比S的非金属性强的是________（填字母代号）。
a．O2与H2S溶液反应，溶液变浑浊
b．加热条件下H2S比H2O更容易分解
c．在氧化还原反应中，1molO2比1molS得电子多
d．H2O的沸点比H2S高
（4）一定条件下，Na还原CCl4可得到金刚石与一种可溶性盐，该反应的化学方程式为_________________。
（5）肼（N2H4）是一种无色易溶于水的油状液体。
其具有碱性和极强的还原性，在工业生产中应用非常广泛。
①已知肼的球棍模型如图1所示，试写出肼的电子式：
______________。
②目前正在研发的一种肼燃料电池的结构如图2所示，________（填“a”或“b”）电极为电池的负极。
③在1L固定体积的密闭容器中加入0.1molN2H4，在303K、Pt催化下发生反应N2H4（l）
N2（g）+2H2（g），测得容器中的与时间的关系如图3所示，则0～4min内氮气的平均反应速率v（N2）＝____________。
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（g）
CH3OH（g）+H2O（g）,则下列实验事实可以作为判断该反应达到平衡状态标志的是___________（填选项序号）。
a．消耗1molCO2同时生成1molCH3OHb．容器内压强保持不变
c．混合气体的密度保持不变d．CH3OH（g）的浓度保持不变
（4）以KOH为电解质的甲醇-空气燃料电池是一种高效、轻污染的车载电池，其工作原理如图。
回答下列问题：
①该原电池的正极是____（填“甲”或“乙”），电解过程中乙电极附近pH____（填“增大”或“减小”）；
②负极的电极反应式________________________________。
14、（8分）
（1）已知：
①甲烷的燃烧热为ΔH=-890.3kJ/mol
②2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）ΔH=—517.6kJ/mol
③2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）ΔH=—566kJ/mol
甲烷在一定条件下与CO2反应制备合成气（CO、H2），能实现变废为宝，减少CO2的排放，该反应的热化学方程式为_____________________________________________
（2）燃料电池是应用广泛的新型电池，分析下列燃料电池示意图，按要求书写出电极反应式
①正极的电极反应式____________________________________________；
②电解质溶液的pH_____________（填“增大”、“减小”或“不变”）；
③当电路中转移0.4mol电子时，理论上消耗标准状况下O2的体积为__________L。
15、（8分）I．将一定量NO2和N2O4的混合气体通入体积为1L的恒温密闭容器中，各物质浓度随时间变化的关系如图1所示。
请回答：
（1）下列选项中不能说明该反应已达到平衡状态的是____________（填选项字母）。
A．容器内混合气体的压强不随时间变化而改变
B．容器内混合气体的密度不随时间变化而改变
C．容器内混合气体的颜色不随时间变化而改变
D．容器内混合气体的平均相对分子质量不随时间变化而改变
（2）反应进行到10min时，共吸收热量11．38kJ，则该反应的热化学方程式为_________________；
（3）计算该反应的平衡常数K=___________________________________________。
（4）反应进行到20min时，再向容器内充入一定量NO2，10min后达到新的平衡，此时测得c（NO2）=0．9mol／L。
①第一次平衡时混合气体中NO2的体积分数为w1，达到新平衡后混合气体中NO2的体积分数为w2，则w1_______w2（填“>”、“=”或“<”）；
②请在图2中画出20min后各物质的浓度随时间变化的曲线（曲线上必须标出“X”和“Y”）________。
II．
（1）海水中锂元素储量非常丰富，从海水中提取锂的研究极具潜力。
锂是制造化学电源的重要原料。
如LiFePO4电池中某电极的工作原理如下图所示：
该电池的电解质为能传导Li+的固体材料。
放电时该电极是电池的_______________极（填“正”或“负”），该电极反应式为_______________________________________。
（2）用此电池电解含有0．1mol/LCuSO4和0．1mol/LNaCl的混合溶液100mL，假如电路中转移了0．02mole－，且电解池的电极均为惰性电极，阳极产生的气体在标准状况下的体积是_________
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