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题型三化学反应原理综合题型限时训练1.(2018北京卷,27)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:2H2SO4(l)2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g)H1=+551 kJmol-1反应:S(s)+O2(g)SO2(g)H3=-297 kJmol-1反应的热化学方程式: 。(2)对反应,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。p2p1(填“”或“A,结合、反应速率解释原因: 。解析:(1)由题图可知,反应的化学方程式为3SO2+2H2O2H2SO4+S。根据盖斯定律,反应=-(反应+反应)可得:3SO2(g)+ 2H2O(g)2H2SO4(l)+S(s)H2=-254 kJmol-1。(2)由图可知,一定温度下,p2时H2SO4的物质的量分数比p1时大,结合3SO2(g)+2H2O(g)2H2SO4(l)+S(s)知,增大压强,平衡向气体分子数减小的方向即正反应方向移动,H2SO4的物质的量分数增大,因此p2p1。(3)根据歧化反应的特点,反应生成S,则反应需生成H2SO4,即I2将SO2氧化为H2SO4,反应的离子方程式为I2+2H2O+SO2SO42-+4H+2I-。(4)对比实验只能存在一个变量,因实验B比实验A多了H2SO4溶液,则B中KI溶液的浓度应不变,故a=0.4。由表中实验现象可知,I-是SO2歧化反应的催化剂,H+单独存在时不具有催化作用,但H+可以加快歧化反应速率。加入少量I2时,反应明显加快,说明反应比反应快;D中由反应产生的H+使反应加快。答案:(1)3SO2(g)+2H2O(g)2H2SO4(l)+S(s)H2=-254 kJmol-1(2)反应是气体物质的量减小的反应,温度一定时,增大压强使反应正向移动,H2SO4的物质的量增大,体系总物质的量减小,H2SO4的物质的量分数增大(3)SO2SO42-4H+(4)0.4I-是SO2歧化反应的催化剂,H+单独存在时不具有催化作用,但H+可以加快歧化反应速率反应比快;D中由反应产生的H+使反应加快2.钴及其化合物可应用于催化剂、电池、颜料与染料等。(1)CoO是一种油漆添加剂,可通过反应制备。2Co(s)+O2(g)2CoO(s)H1=a kJ mol-1CoCO3(s)CoO(s)+CO2(g)H2=b kJ mol-1则反应2Co(s)+O2(g)+2CO2(g)2CoCO3(s)的H=。(2)某锂电池的电解质可传导Li+,电池反应式为LiC6+CoO2C6+LiCoO2电池放电时,负极的电极反应式为 ,Li+向(填“正极”或“负极”)移动。一种回收电极中Co元素的方法是:将LiCoO2与H2O2、H2SO4反应生成CoSO4。该反应的化学方程式为 。(3)BASF高压法制备醋酸采用钴碘催化循环过程如图1所示,该循环的总反应方程式为 (反应条件无须列出)。(4)某含钴催化剂可同时催化除去柴油车尾气中的碳烟(C)和NOx。不同温度下,将10 mol模拟尾气(成分如下表所示)以相同的流速通过该催化剂,测得所有产物(CO2、N2、N2O)与NO的相关数据结果如图2 所示。模拟尾气气体碳烟NOO2He物质的量分数或物质的量0.25%5%94.75%a mol380 时,测得排出的气体中含0.45 mol O2和 0.052 5 mol CO2,则Y的化学式为。实验过程中采用NO模拟NOx,而不采用NO2的原因是 。解析:(1)2Co(s)+O2(g)2CoO(s)H1=a kJ mol-1,CoCO3(s)CoO(s)+CO2(g)H2=b kJ mol-1,根据盖斯定律,将-2得:2Co(s)+O2(g)+2CO2(g)2CoCO3(s)H=(a-2b) kJ mol-1。(2)某锂电池的电解质可传导Li+,电池反应式为LiC6+CoO2C6+LiCoO2。电池放电时,负极发生氧化反应,反应的电极反应式为LiC6-e-Li+C6,原电池中,阳离子向正极移动,Li+向正极移动。将LiCoO2与H2O2、H2SO4反应生成CoSO4,反应的化学方程式为2LiCoO2+H2O2+3H2SO4Li2SO4+2CoSO4+4H2O+O2。(3)根据图1所示,该循环的总反应方程式为CO+CH3OHCH3COOH。(4)10 mol模拟尾气中含有0.025 mol NO,0.5 mol O2,380 时,测得排出的气体中含0.45 mol O2和 0.052 5 mol CO2,因此反应的氧气为0.05 mol,根据图像,反应的NO为(8%+16%)0.025 mol= 0.006 mol,设生成N2O的物质的量为x,根据O原子守恒,0.006 mol+0.05 mol2=0.052 5 mol2+x,解得x=0.001 mol,根据N守恒,生成的N2的物质的量为0.002 mol,因此Y为N2O;真实的尾气中的NOx以NO为主,NO较NO2稳定,NO2气体中存在N2O4,不便于定量测定,因此实验过程中采用NO模拟NOx,而不采用NO2。答案:(1)(a-2b) kJ mol-1 (2)LiC6-e-Li+C6正极2LiCoO2+H2O2+3H2SO4Li2SO4+2CoSO4+4H2O+O2(3)CO+CH3OHCH3COOH(4)N2O真实的尾气中的NOx以NO为主(或NO较NO2稳定,NO2气体中存在N2O4,不便于定量测定)3.(2018甘肃兰州一中期中)氮氧化物是大气污染物之一,消除氮氧化物的方法有多种。.催化还原法(1)利用甲烷催化还原氮氧化物,已知:CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)H=-574 kJ/molCH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)H=-1 160 kJ/mol则CH4将NO2还原为N2的热化学方程式为 。(2)利用NH3催化还原氮氧化物(SCR技术),该技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。反应的化学方程式为2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)2N2(g)+3H2O(g)H0。为提高氮氧化物的转化率可采取的措施是 (写出1条即可)。(3)在汽车排气管内安装的催化转化器,可使尾气中主要污染物转化为无毒物质。主要反应如下:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)。在一定温度下,向容积为1 L的密闭容器中通入2 mol NO、1 mol CO,发生上述反应,10分钟时反应达到平衡状态,此时容器中CO变为 0.6 mol/L。前10分钟内用氮气表示的反应速率为,计算该温度下反应的平衡常数K为 。(只列算式,不要求计算结果)若保持温度不变,在15分钟时向容器内再次充入NO 1.6 mol、CO2 0.4 mol,则此时反应的v正(填“”)v逆。.氧化法(4)首先利用ClO2氧化氮氧化物,再利用还原剂还原为无毒的氮气。其转化流程如下:NONO2N2。已知反应的化学方程式为2NO+ClO2+H2ONO2+HNO3+HCl,则反应的化学方程式是 ;若生成11.2 L N2(标准状况),则消耗ClO2g。解析:(1)考查热化学反应方程式的计算。CH4与NO2反应的方程式为CH4+2NO2N2+CO2+2H2O,CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)H=-574 kJ/mol,CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) H=-1 160 kJ/mol,根据盖斯定律,因此有(+)/2,得出CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)H=-867 kJ/mol。(2)本题考查勒夏特列原理,提高氮氧化物的转化率,要求平衡向正反应方向移动,因此根据勒夏特列原理,采取措施是:增大NH3的浓度或减小反应体系的压强或降低反应体系的温度等。(3)本题考查化学反应速率、化学平衡常数等知识。根据化学反应速率的数学表达式,v(CO)= 11-0.610 mol/(Lmin)=0.04 mol/(Lmin),利用化学反应速率之比等于化学计量数之比,因此v(N2)=v(CO)/2=0.02 mol/(Lmin);2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)起始浓度(mol/L): 2 1 0 0变化浓度(mol/L): 0.4 0.4 0.20.4平衡浓度(mol/L): 1.6 0.6 0.20.4根据平衡常数的表达式:K=c2(CO2)c(N2)c2(CO)c2(NO)=0.420.21.620.62;根据Q与K的关系,此时Q=0.820.20.623.22=K,即平衡不移动,v(正)=v(逆)。(4)本题考查氧化还原反应方程式书写以及化学计算。根据转化流程图,NO2N2,化合价由+4价0价,化合价降低4价,Na2SO3中S的化合价由+4价+6价,化合价升高2价,最小公倍数是4,因此反应方程式为2NO2+4Na2SO3N2+4Na2SO4,建立关系式为2ClO22NO2N2,因此ClO2的质量为267.5 g/mol0.5 mol=67.5 g。答案:(1)CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)H=-867 kJ/mol(2)增大NH3的浓度或减小反应体系的压强或降低反应体系的温度等(3)0.02 mol/(Lmin)0.420.21.620.62=(4)2NO2+4Na2SO3N2+4Na2SO467.54.(2018辽宁师范大学附属中学期中)化学反应原理在化工生产和实验中有着广泛而重要的应用。.利用含锰废水(主要含Mn2+、SO42-、H+、Fe2+、Al3+、Cu2+)可制备高性能磁性材料碳酸锰(MnCO3)。其中一种工艺流程如下:已知某些物质完全沉淀的pH如下表:沉淀物沉淀完全时的pHFe(OH)33.2Al(OH)35.4Cu(OH)26.4Mn(OH)29.8CuS0MnS7MnCO37回答下列问题:(1)过程中,所得滤渣W的主要成分是 。(2)过程中,发生反应的离子方程式是 。(3)过程中,若生成的气体J可使澄清石灰水变浑浊,则生成MnCO3的反应的离子方程式是 。(4)由MnCO3可制得重要的催化剂MnO2:2MnCO3+O22MnO2+2CO2。现在空气中加热460.0 g MnCO3,得到332.0 g产品,若产品中杂质只有MnO,则该产品中MnO2的质量分数是(用百分数表示,小数点后保留1位小数)。.常温下,浓度均为0.1 molL-1的下列六种溶液的pH如下表:溶质pHCH3COONa8.8NaHCO39.7Na2CO311.6NaClO10.3NaCN11.1C6H5ONa11.3(1)上述盐溶液中的阴离子,结合H+能力最强的是 。(2)根据表中数据判断,浓度均为0.01 molL-1的下列物质的溶液中,酸性最强的是(填序号)。A.HCN B.HClOC.C6H5OHD.CH3COOHE.H2CO3.已知:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H=Q kJmol-1,其平衡常数随温度变化如下表所示:温度/400500850平衡常数9.9491请回答下列问题:(1)上述反应的化学平衡常数表达式为 ,该反应的Q(填“”或“”)0。(2)850 时,向体积为10 L的反应器中通入一定量的CO和H2O(g),发生上述反应,CO和H2O(g)的浓度变化如图所示,则04 min时平均反应速率v(CO)=。(3)若在500 时进行上述反应,且CO、H2O(g)的起始浓度均为0.020 molL-1,该条件下,CO的最大转化率为。(4)若在850 时进行上述反应,设起始时CO和H2O(g)共为1 mol,其中水蒸气的体积分数为x,平衡时CO的转化率为y,试推导y随x变化的关系式: 。解析:(1)根据表中数据可以知道,氢氧化铝完全沉淀的pH为5.4,氢氧化铁完全沉淀的pH为3.2,所以调节pH在5.4,Fe3+和Al3+以Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀状态存在,即滤渣的成分为Fe(OH)3、Al(OH)3。(2)CuS在pH0时完全沉淀,而MnS在pH7时完全沉淀,所以加入MnS是为了使其中Cu2+产生CuS沉淀除去,故搅拌的目的是使MnS与Cu2+快速、充分反应,反应的离子方程式:MnS+Cu2+Mn2+CuS。(3)生成的气体J可使澄清石灰水变浑浊,该气体为二氧化碳,Mn2+和加入的HCO3-反应,产生CO2气体和 MnCO3 沉淀,反应的离子方程式:Mn2+2HCO3-MnCO3+CO2+H2O。(4)MnCO3受热分解为MnO,MnO部分氧化为MnO2,产品中杂质有MnO,460.0 g MnCO3的物质的量为460.0 g115 g/mol=4 mol,受热产生4 mol MnO,设产生MnO2物质的量为x mol,即有x mol MnO氧化,剩余MnO为(4-x)mol,产物的总质量为(4-x)mol71 g/mol+x mol 87 g/mol=332 g,计算得出x=3,则MnO2的质量分数=3mol87 g/mol332 g100%78.6%。.(1)酸的电离平衡常数越小,则酸的电离程度越小,酸根离子水解程度越大,相同浓度的钠盐溶液的pH越大,结合氢离子能力越大,根据溶液的pH知,酸性最强的酸是醋酸,最弱的酸是碳酸,则结合氢离子能力最强的是CO32-。(2)酸的电离程度越大,则酸的酸性越强,酸根离子水解程度越小,相同浓度的钠盐溶液的pH越小,所以酸性最强的是醋酸,所以D选项是正确的。.(1)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数表达式为K=c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)或CO2H2COH2O;由表中数据可以知道,温度越高,平衡常数越小,反应进行程度越小,平衡向逆反应方向移动,升高温度平衡向吸热方向移动,故正反应为放热反应,H=Q0。(2)v(CO)=0.20mol/L-0.08mol/L4min=0.03 mol/(Lmin)。(3)设CO的浓度变化量为c mol/L,则CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)起始(mol/L)0.020.02 0 0转化(mol/L)c c c c平衡(mol/L)0.02-c 0.02-cc c代入500 时反应平衡常数有K=c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)=cc(0.02-c)(0.02-c)=9,计算得出c=0.015,CO的最大转化率为0.0150.02100%=75%。(4)因850 时,反应平衡常数为1。起始时水的物质的量为x mol,CO的物质的量为(1-x)mol,则CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)起始(mol/L)(1-x) x 0 0转化(mol/L)(1-x)y (1-x)y (1-x)y(1-x)y平衡(mol/L)(1-x)(1-y)(x-y+xy) (1-x)y(1-x)y所以平衡常数K=(1-x)y(1-x)y(1-x)(1-y)(x-y+xy)=1,计算得出y=x。答案:.(1)Fe(OH)3、Al(OH)3(2)MnS+Cu2+Mn2+CuS(3)Mn2+2HCO3-MnCO3+CO2+H2O(4)78.6%.(1)CO32-(2)D.(1)K=c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)0,请你分析该反应能否自发进行?(填“是”或“否”),依据是 。(3)活性炭也可用于处理汽车尾气中的NO。在2 L恒容密闭容器中加入0.100 0 mol NO和2.030 mol固体活性炭,生成A、B两种气体,在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量如下表:固体活性炭/molNO/molA/molB/mol200 2.0000.040 00.030 00.030 0335 2.0050.050 00.025 00.025 0结合上表的数据,写出NO与活性炭反应的化学方程式: ,该反应的正反应为(填”吸热”或“放热”)反应。200 时,平衡后向恒容容器中再充入0.100 0 mol NO,再次平衡后,NO的体积分数将(填“增大”“减小”或“不变”)。(4)用亚硫酸钠溶液吸收二氧化硫得到亚硫酸氢钠溶液,然后电解该溶液可制得硫酸,电解原理示意图如图所示。请写出开始时阳极的电极反应式: 。(5)常温下,Ksp(BaCO3)=2.510-9,Ksp(BaSO4)=1.010-10,控制条件可实现如下沉淀转换:BaSO4(s)+CO32-(aq)BaCO3(s)+SO42-(aq),该反应平衡常数表达式:K=,欲用1 L Na2CO3溶液将0.01 mol BaSO4全部转化为BaCO3,则Na2CO3溶液的最初浓度应不低于。解析:(1)NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g)H=-200.9 kJ/mol,2NO(g)+O2(g)2NO2(g)H=-116.2 kJ/mol,根据盖斯定律,目标反应的反应热等于+,所以反应的热化学方程式为3NO(g)+O3(g)3NO2(g)H=-317.1 kJ/mol。(2)根据G=H-TS判断反应能否自发进行,如果G0,反应不能自发进行,2CO(g)2C(s)+O2(g),该反应是焓增、熵减的反应,根据G=H-TS,G0,不能实现。(3)根据题意,活性炭也可用于处理汽车尾气中的NO,对于环境的改善有重大意义,因此NO与活性炭反应生成对环境无影响的物质A、B,A、B应该为二氧化碳和氮气,反应的化学方程式为2NO+CCO2+N2,根据表格数据,温度升高平衡逆向移动,所以正反应是放热反应。200 时,平衡后向恒容容器中再充入0.100 0 mol NO,根据方程式2NO(g)+C(s)CO2(g)+N2(g),相当于增大压强,平衡不移动,再次平衡后,NO的体积分数不变。(4)用Na2SO3吸收SO2得NaHSO3溶液,然后电解该溶液可制得硫酸,硫的化合价升高,所以阳极上HSO3-失去电子被氧化生成SO42-,阳极的电极反应式为HSO3-+H2O-2e-SO42-+3H+。(5)CO32-(aq)+BaSO4(s)BaCO3(s)+SO42-(aq);K=c(SO42-)c(CO32-)=Ksp(BaSO4)Ksp(BaCO3)=110-102.510-9= 0.04;c(SO42-)=0.01 mol/L,0.01mol/Lc(CO32-)0.04,所以原溶液中:c(CO32-)(0.25+0.01)mol/L=0.26 mol/L。答案:(1)3NO(g)+O3(g)3NO2(g)H=-317.1 kJ/mol(2)否该反应是焓增、熵减的反应,根据G=H-TS,G0(3)2NO+CCO2+N2放热不变(4)HSO3-+H2O-2e-SO42-+3H+(5)c(SO42-)c(CO32-)0.26 mol/L【教师用书备用】 (2018河北衡水中学七调).金属镓是一种广泛用于电子和通信领域的重要金属,其化学性质与铝相似。(1)工业上提纯镓的方法有很多,其中以电解精炼法为主。具体原理如下:以待提纯的粗镓(含有Zn、Fe、Cu杂质)为阳极,以高纯镓为阴极,以NaOH水溶液为电解质溶液。在电流作用下使粗镓在阳极溶解进入电解质溶液,通过某种离子迁移技术到达阴极并在阴极放电析出高 纯镓。已知离子的氧化性顺序为Zn2+Ga3+Fe2+Cu2+。电解精炼镓时阳极泥的成分为。GaO2-在阴极放电的电极反应式为 。(2)工业上利用固态Ga与NH3在高温条件下合成固态半导体材料氮化镓(GaN),同时有氢气生成。反应过程中每生成3 mol H2,放出30.8 kJ的热量。该反应的热化学方程式为 。一定条件下,一定量的Ga与NH3进行上述反应,下列叙述符合事实且可作为判断反应已达到平衡状态的标志的是(填字母)。A.恒温恒压下,混合气体的密度不变B.断裂3 mol HH键,同时断裂2 mol NH键C.恒温恒压下,反应达到平衡时,向反应体系中加入 2 mol H2,NH3的消耗速率等于原平衡时NH3的消耗速率D.升高温度,氢气的生成速率先增大再减小,最后不变.利用I2O5消除CO污染的反应原理为5CO(g)+I2O5(s)5CO2(g)+I2(s);不同温度下,向装有足量I2O5固体的2 L恒温恒容密闭容器中通入2 mol CO,测得CO2占总气体的物质的量分数(CO2)随时间(t)的变化情况如图所示。(1)T1温度下,0.5 min内CO2的平均反应速率为。T2温度下,该反应的化学平衡常数K=。(2)a点时,向容器中充入2 mol CO,反应再次达到平衡后,(CO2)(填“增大”“减小”或“不变”)。解析:.(1)已知离子氧化性顺序为Zn2+Ga3+Fe2+Cu2+,则电解精炼镓时阳极是Zn和Ga失去电子,而铁和铜变为阳极泥。GaO2-在阴极得到电子转化为金属单质,因此放电的电极方程式是GaO2-+3e-+2H2OGa+4OH-。(2)反应中每生成3 mol H2时,就会放出30.8 kJ热量,因此该反应的热化学方程式为2Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g)H= -30.8 kJ/mol。密度是混合气的质量和容器容积的比值,在反应过程中质量变化,正反应体积增大,压强不变,因此容积变化,所以恒温恒压下,混合气体的密度不变说明反应达到平衡状态,A正确;断裂3 mol HH键,同时断裂 6 mol NH键说明反应达到平衡状态,B错误;恒温恒压下达平衡,加入2 mol H2使平衡移动,由于平衡是等效的,因此新平衡时,NH3的消耗速率等于原平衡时NH3的消耗速率,C正确;升高温度,氢气的消耗速率先增大再减小,最后不变,D错误。.(1)反应前后气体分子数相同,CO和CO2的物质的量总和恒为2 mol,则v(CO2)=0.42mol2 L0.5min=0.8 molL-1min-1;T2温度下,平衡时,c(CO2)=0.82mol2 L=0.8 molL-1,c(CO)=(1-0.8)2mol2 L=0.2 molL-1,平衡常数K=(0.8molL-10.2molL-1)5=1 024。(2)新充入的2 mol CO也能建立与原平衡等效的平衡,所以平衡后平衡混合物中CO2的含量不变。答案:.(1)Fe、CuGaO2-+2H2O+3e-Ga+4OH-(2)2Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g)H=-30.8 kJmol-1 AC.(1)0.8 molL-1min-11 024(2)不变
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