浙江鸭2020版高考化学大一轮复习题型强化二化学反应原理专项训练20190213121.docx

1、1题型强化专项训练二 化学反应原理1.(2018金华十校联考)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,CO 2和 H2可发生两个反应,分别生成 CH3OH 和 CO。反应的热化学方程式如下:.CO 2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) H1=-53.7 kJmol-1.CO 2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) H2某实验控制 CO2和 H2初始投料比为 12.2,经过相同反应时间测得如下实验数据:T/K 催化剂 CO2转化率/% 甲醇选择性/%543 Cat.1 12.3 42.3543 Cat.2 10.9

2、 72.7553 Cat.1 15.3 39.1553 Cat.2 12.0 71.6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:表示 CO 和 H2的标准燃烧热的 H 分别为-283.0 kJmol -1和-285.8 kJmol -1;H 2O(l) H2O(g) H3=+44.0 kJmol-1。请回答(不考虑温度对 H 的影响):(1)a.反应的 H2= kJmol -1。 b.800 时,反应和反应对应的平衡常数分别为 1.0 和 2.5,则该温度下反应:CO(g)+2H 2(g)CH3OH(g)的平衡常

3、数 K 的数值为 。 (2)在图中分别画出反应在无催化剂、有催化剂 Cat.1 和有催化剂 Cat.2 三种情况下“反应过程能量”示意图(在图中标注出相应的催化剂)。(3)工业生产甲醇还有如下方法:CO(g)+2H 2(g) CH3OH(g)副反应:2CH 3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)若生产过程中在恒压条件下通入水蒸气,从化学平衡的角度分析该操作对生产甲醇带来的利和弊: 。 (4)利用光能和光催化剂,可将 CO2和 H2O(g)转化为 CH4和 O2。紫外线照射时,在不同催化剂(、)作用下,CH 4产量随光照时间的变化如图所示。下列说法正确的是 (填字母代号)。 2A.催化

4、剂能加快化学反应速率,在反应开始时对正反应的催化效果更好B.从图中可知催化剂的催化效果更好C.若光照时间足够长,三条曲线将相交于一点D.光照 15 h 前,无论用所给的哪种催化剂,该反应均未达到平衡(5)人们正在研究某种锂-空气电池,它是一种环境友好的蓄电池。放电时的总反应为 4 Li+O2 2 Li2O。在充电时,阳极区发生的过程比较复杂,目前普遍认可以按两步反应进行,请补充完整。电极反应式: 和 Li2O2-2e- 2 Li+O2。 答案(1)+41.2 0.4(2)(3)利:通入水蒸气增大了水蒸气的浓度,使副反应平衡左移,减少副反应的发生;弊:恒压通入水蒸气相当于减压,使主反应平衡左移,

5、甲醇平衡产率降低 (4)CD (5)2 Li 2O-2e- 2 Li+Li2O2解析(1)a.根据 CO 和 H2标准燃烧热的 H 分别为-283.0kJmol -1和-285.8kJmol -1书写热化学方程式:CO(g)+ O2(g) CO2(g) H=-283.0kJmol-112:H 2(g)+ O2(g) H2O(l) H=-285.8kJmol-112:H 2O(l) H2O(g) H3=+44.0kJmol-1由盖斯定律可知,-+可得 CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) H2=(-285.8+283.0+44.0)kJmol-1=+41.2kJmol-1。b.根据

6、热化学方程式:I.CO 2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) H1=-53.7kJmol-1.CO 2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) H2=+41.2kJmol-1结合盖斯定律,-得 CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) H=-53.7kJmol-1-41.2kJmol-1=-94.9kJmol-1,其反应的平衡常数 K= =0.4。(2)由表中数据1.02.5分析可知,在催化剂 cat.2 的作用下,甲醇的选择性更大,说明催化剂 Cat.2 对反应的催化效果更好,催化剂能降低反应的活化能,说明使用催化剂 Cat.2 的反应过程中活化能更低,因此“反应过程

7、能量”的图如下:3(3)利:在恒压条件下通入水蒸气,增大了水蒸气的浓度,使副反应平衡左移,减少副反应的发生;弊:恒压通入水蒸气相当于减压,使主反应平衡左移,甲醇平衡产率降低。(4)催化剂能同等程度地影响正、逆反应速率,故 A 错误;由图分析可知,催化剂、的催化效果都优于催化剂,故 B 错误;三条曲线呈不断上升趋势,催化剂只能影响反应速率,不影响化学平衡,所以当光照时间足够长时,甲烷的产量会相同,三条曲线会相交于一点,故 C 正确;因为随着光照时间的延长,甲烷的产量在增加,说明光照 15h 前,无论用所给的哪种催化剂,该反应均未达到平衡,故 D 正确。(5)放电的总反应为4Li+O2 2Li2O

8、,所以充电的总反应为 2Li2O 4Li+O2, 阳极总电极反应为 2Li2O-4e-4Li+O2; 由题意阳极区分两步反应,第二步反应为 Li2O2-2e- 2Li+O2,所以用阳极总反应减去第二步反应,即可得第一步反应为 2Li2O-2e- 2Li+Li2O2。2.(2018镇海中学选考模拟)含碳物质在日常生活与工业生产上有广泛的应用。(1)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如图 1 所示,写出电极 A 上发生的电极反应式: 。 图 1(2)利用光能和光催化剂,可将 CO2和 H2O(g)转化为 CH4和 O2。紫外光照射时,在不同催化剂(、)作用下,CH 4产量随光照时间的变化见图 2。在

9、 15 小时内,CH 4的平均生成速率、和从大到小的顺序为 (填序号)。 图 2(3)以 TiO2/Cu2Al2O4为催化剂,可以将 CO2和 CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸生成速率的关系见图 3。乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围是 ;4图 3(4)CO 和 H2在 Cu2O/ZnO 作催化剂的条件下发生反应生成甲醇:CO(g)+2H 2(g) CH3OH(g)。向 2 L的密闭容器中通入 1 mol CO(g)和 2 mol H2(g),在一定条件下发生反应合成甲醇,反应过程中,CH3OH 的物质的量( n)与时间( t)及温度的关系如图 4 所示。图 450

10、0 时,此反应的平衡常数 K= ; 据研究,反应过程中起催化作用的为 Cu2O,反应体系中含少量的 CO2有利于维持 Cu2O 的量不变,原因是 (用化学方程式表示)。 在 500 恒压条件下,请在图 4 中画出反应体系中 n(CH3OH)随时间 t 变化的总趋势图。答案(1)H 2-2e-+C CO2+H2O、CO-2e -+C 2CO2O2-3 O2-3(2) (3)300 。(3)根据图像,温度超过 250时,催化剂的催化效率降低,在 300时失去活性,故温度高于300时,乙酸的生成速率增大是由温度升高导致的,故乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围为 300400。(4)根据图像,2s

11、 后反应达到平衡,平衡时甲醇的物质的量为 0.5mol,浓度为 0.25molL-1,CO(g)+2H 2(g) CH3OH(g)5起始/(molL -1) 0.5 1 0转化/(molL -1) 0.25 0.5 0.25平衡/(molL -1) 0.25 0.5 0.25500时,此反应的平衡常数 K= =4。c(CH3OH)c(CO)c2(H2)= 0.250.250.52在加热条件下 CO 能还原 Cu2O 使其减少,因此反应体系中含有少量二氧化碳,有利于抑制反应Cu2O+CO 2Cu+CO2的发生,维持 Cu2O 的量不变。根据合成甲醇的反应方程式 CO(g)+2H2(g) CH3O

12、H(g),反应中气体物质的量减小,在 500恒压条件下,随反应的进行容器体积减小,比恒容条件下的压强大,故反应速率比恒容条件下的大,达到平衡需要的时间减少,同时,增大压强使平衡正向移动,生成甲醇的物质的量增大,故 500恒压条件下,反应体系中 n(CH3OH)随时间 t 的变化图像为: 。3.(2018宁波六校联考)(一)检验火柴头中氯元素的一种方法是将火柴头浸于水中,片刻后取少量溶液于试管中,加 AgNO3溶液、稀硝酸和 NaNO2溶液,若出现白色沉淀,说明含氯元素。写出上述检验原理的总离子方程式: 。 (二)肼(N 2H4)作为一种重要的氮氢化合物,氢元素的质量分数高达 12.5%,其完全

13、分解的产物为 H2和N2,是一种理想的液体氢源。N 2H4分解过程中发生完全分解和不完全分解。完全分解:N 2H4(g) N2(g)+2H2(g) H1=-50.6 kJmol-1 不完全分解:3N 2H4(g) 4NH3(g)+N2(g) H2 反应的焓变不易测量,现查表得如下数据:2NH3(g) N2(g)+3H2(g) H3=+92 kJmol-1(该反应实际未发生) (1)反应在 (填“高温”“低温”或“任意温度”)条件下可以自发进行。 (2)在体积固定的密闭容器中,以 Ir/Al2O3为催化剂,在不同温度下(催化剂均未失活)分解等量N2H4(一开始体系中无其他气体),测得反应相同时间

14、后的 N2H4、NH 3和 H2的体积分数如图 1 所示:图 16图 2下列说法正确的是 (填字母代号)。 A.据图可知 200 时,反应的活化能低于反应的活化能B.300 后 N2H4的体积分数略有提高,可能是由于反应平衡逆向移动导致C.换用选择性更高的 Ni/Ir 复合催化剂可提高 N2H4的平衡转化率D.400 是该制氢工艺比较合适的生产温度某温度下,若在 1 L 体积固定的密闭容器中加入 1 mol N2H4,反应一段时间后达到平衡状态,此时H2与 NH3的物质的量均为 0.4 mol。请计算该温度下反应的平衡常数 Kc= ( Kc为用气体的浓度表示的平衡常数)。 若在 6001 00

15、0 下进行上述实验,请预测并在上图中补充 H2体积分数的变化趋势。(3)近期,来自非洲的四位女孩打造了一台靠尿液驱动的发电机,其原理是把尿液以电解的方式分离出可供设备发电使用的氢气,同时将尿液脱氮(转化为大气循环的无污染气体)减轻生活污水造成的污染。以纯尿液为电解液(以 N 表示尿液中氮元素的存在形式),写出该电解过程的总反应方程式: H+4。 答案(一)Ag +3N +Cl AgCl+3NO-2 O-3 O-3(二)(1)任意温度 (2)B 0.096(3)2N 3H2+N 2+2H +H+4解析(一)火柴头中含有氯酸钾,将火柴头浸于水中,片刻后取少量溶液于试管中,加 AgNO3溶液、稀硝酸

16、和 NaNO2溶液,Cl 被还原为 Cl-,Cl-与 Ag+反应生成氯化银白色沉淀,发生反应的离子方程式O-3为 Ag+3N +Cl AgCl+3N 。O-2 O-3 O-3(二)(1)根据盖斯定律可知,反应3-反应2 得反应:3N 2H4(g) 4NH3(g)+N2(g) H2=-50.6kJmol-13-92kJmol-12=-335.8kJmol-1,即该反应 S0, H0,在任意温度条件下都可以自发进行。(2)根据图像可知,反应在 200时,氢气的体积分数为 0,氨气的体积分数较大,说明反应易发生,反应活化能比反应的低,A 错误;反应:2NH 3(g) N2(g)+3H2(g) H3=

17、+92kJmol-1,升高温度,平衡右移,氨气物质的量减小,氮气、氢气物质的量增大,针对反应:N 2H4(g) N2(g)7+2H2(g) H1=-50.6kJmol-1以及反应:3N 2H4(g) 4NH3(g)+N2(g),增大生成物浓度,平衡左移,N2H4的体积分数略有提高,B 正确;催化剂能够增大反应速率,但不使平衡不移动,不能提高 N2H4的平衡转化率,C 错误;根据图像可知,温度在 600左右时,氢气的百分含量最大,D 错误。 N 2H4(g) N2(g)+2H2(g)起始量/(molL -1) 1 0 0转化量/(molL -1) x x 2x平衡量/(molL -1) 1-x

18、x 2x3N 2H4(g) 4NH3(g)+N2(g)起始量/(molL -1) 1-x 0 x转化量/(molL -1) 0.3 0.4 0.1平衡量/(molL -1) 1-x-0.3 0.4 0.1+x根据题给信息可知:2 x=0.4molL-1,x=0.2molL-1,所以达到平衡时, c(N2H4)=(1-0.2-0.3)molL-1=0.5molL-1;c(N2)=(0.1+0.2)molL-1=0.3molL-1;c(H2)=0.4molL-1;则该温度下反应的平衡常数 Kc= =0.096。c(N2)c2(H2)c(N2H4) =0.30.420.5对于 N2H4(g) N2(

19、g)+2H2(g) H1=-50.6kJmol-1,升高温度,平衡左移,H 2的体积分数减小,故图像如下:(3)电解含有 N 的溶液,根据题干信息,氮元素的化合价由-3 价升高到 0 价,氢元素的化合价H+4由+1 价降低到 0 价,该电解过程的总反应方程式为 2N 3H2+N 2+2H +。H+44.(2018江西红色七校第一次联考)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 催化剂条件下转化成甲醇蒸气和水蒸气。图 1 表示恒压容器中 0.5 mol CO2和 1.5 mol

20、H2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)工业上常用“亚硫酸盐法”吸收烟气中的 SO2。室温条件下,将烟气通入(NH 4)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 2 所示。8请写出 a 点时 n(HS ) n(H2SO3)= ,b 点时溶液 pH=7,则 n(N ) n(HS )= O-3 H+4 O-3。 (3)工业上还常用氨还原法去除 NO。一定条件下,用 NH3消除 NO 污染的反应原理为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41、31、13 时,得到 NO 脱除

21、率曲线如图 3 所示:请写出 N2的电子式: 。 曲线 c 对应 NH3与 NO 的物质的量之比是 。 曲线 a 中 NO 的起始浓度为 610-4mgm-3,从 A 点到 B 点经过 0.8 s,该时间段内 NO 的脱除速率为 mgm -3s-1。 (4)间接电化学法可除 NO。其原理如图 4 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 HS ,出来 S2 ): 。 O-3 O2-4答案(1)CO 2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) H=-49 kJmol-1 (2)11 31 (3)N N13 1.510 -4 (4)2HS +2e-+2H+ S2 +2H

22、2OO-3 O2-4解析(1)根据图 1 可知,该反应为放热反应,恒压容器中 0.5molCO2和 1.5molH2转化率达 80%时的能量变化 Q=23kJmol-1-3.4kJmol-1=19.6kJmol-1,当 1molCO2完全反应时, H=-2kJmol-1=-49kJmol-1,故该反应的热化学方程式为 CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)19.680% H=-49kJmol-1。(2)(NH4)2SO3溶液与 SO2反应的化学方程式为(NH 4)2SO3+SO2+H2O 2NH4HSO3,由图 2 可知,a 点时 HS 和 H2SO3的物质的量分数相等,所

23、以 n(HS ) n(H2SO3)=11,b 点时溶液的 pH=7,根据电O-3 O-3荷守恒可知 n(N )=n(HS )+2n(S ),又根据图像曲线可知 n(S )=n(HS ),则 n(N )H+4 O-3 O2-3 O2-3 O-3 H+4=3n(HS ),所以 n(N ) n(HS )=31。O-3 H+4 O-3(3)N 2的电子式为 N ; N n(NH3) n(NO)的物质的量之比分别为 41、31、13 时,NO 的含量越来越大,NO 脱除率越来越低,故曲线 c 对应 NH3与 NO 的物质的量之比是 13;曲线 a 中 NO 的起始浓度为 610-4mgm-3,从 A 点

24、到 B 点经过 0.8s,该时间段内 NO 的脱除速率为 =1.510-4mgm-3s-1。610-4mgm-3(0.75-0.55)0.8s(4)电解池阴极发生还原反应,硫元素的化合价降低,由于阴极室溶液呈酸性,所以电极反应式为 2HS +2e-+2H+ S2 +2H2O。O-3 O2-495.(2018湖南师大附中月考)汽车尾气中 CO、NO x以及燃煤废气中的 SO2都是大气污染物,对它们的治理具有重要意义。(1)氧化还原法消除 NOx的转化如图所示:NO NO2 N2反应为 NO+O3 NO2+O2,生成标准状况下 11.2 L O2时,转移电子的物质的量是 mol。 反应中,当 n(

25、NO2) nCO(NH2)2=32 时,氧化产物与还原产物的质量比为 。 (2)使用“催化转化器”可以减少汽车尾气中的 CO 和 NOx,转化过程中发生反应的化学方程式为CO+NOx N2+CO2(未配平),若 x=1.5,则化学方程式中 CO2和 N2的化学计量数之比为 。 (3)吸收 SO2和 NO,获得 Na2S2O4和 NH4NO3产品的流程图如下图所示(Ce 为铈元素)。装置中,酸性条件下 NO 被 Ce4+氧化的产物主要是 N 和 N ,请写出生成等物质的量的 N 和O-3 O-2 O-3N 时的离子方程式: 。 O-2(4)装置的作用之一是用质子交换膜电解槽电解使得 Ce4+再生

26、,再生时生成的 Ce4+在电解槽的 (填“阳极”或“阴极”),同时在另一极生成 S2 的电极反应式为 O2-4。 (5)已知进入装置的溶液中 N 的浓度为 a gL-1,要使 1 m3该溶液中的 N 完全转化为 NH4NO3,至O-2 O-2少需向装置中通入标准状况下的氧气 L(用含 a 的代数式表示,结果保留整数)。 答案(1)1 43 (2)31 (3)2NO+3H 2O+4Ce4+ N +N +6H+4Ce3+ (4)阳极 2H +2HSO-3 O-2+2e- S2 +2H2O (5)243 aO-3 O2-4解析(1)NO+O 3 NO2+O2,生成 1mol 氧气时,反应转移电子 2

27、mol,故生成标准状况下 11.2LO2即0.5mol 时,转移电子的物质的量是 0.5mol2=1mol;当 n(NO2) nCO(NH2)2=32 时,即 NO2和CO(NH2)2的化学计量数之比是 32,发生反应的化学方程式为 6NO2+4CO(NH2)2 7N2+8H2O+4CO2,只有 N 元素的化合价发生变化,氮气既为氧化产物也是还原产物,由 N 原子守恒可知,氧化产物与还原产物的质量比为 86=43。(2)转换过程中发生反应的化学方程式为 CO+NOxCO 2+N2(未配平),若x=1.5,可利用“定一法”进行配平,把 CO2的化学计量数定为 1,则 CO、NO 1.5、N 2前

28、面的化学计量数分别为 1、 ,即 3CO+2NO1.5 3CO2+N2,则化学方程式中 CO2与 N2的化学计量数之比为 31。(3)23、 13生成等物质的量的 N 和 N 时,Ce 4+被还原为 Ce3+,由电子守恒和电荷守恒可知,发生反应的离子O-3 O-2方程式为 2NO+3H2O+4Ce4+ N +N +6H+4Ce3+。(4)生成 Ce4+为氧化反应,发生在阳极上;阴极O-3 O-2上反应物是 HS ,HS 被还原成 S2 ,电极反应式为 2H+2HS +2e- S2 +2H2O。(5)NO-3 O-3 O2-4 O-3 O2-4的浓度为 agL-1,要使 1m3该溶液中的 N 完

29、全转化为 NH4NO3,则失去电子的物质的量是O-2 O-210(5-3),设消耗标准状况下氧气的体积是 VL,则得电子的物质的量是1000LagL-146gmol-12(2-0),根据得失电子守恒可知: 2(2-0),解得 V243 a。VL22.4Lmol-1 1000a(5-3)46 = V22.46.(2018湖北沙市中学能力测试).(1)直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境污染。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: 。 将燃煤产生的二氧化碳加以回收,可降低碳的排放。下图是通过人工光合作用,以 CO2和 H2

30、O 为原料制备 HCOOH 和 O2的原理示意图,a 电极为 (填“正极”或“负极”),b 电极的电极反应式为 。 (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) S (aq)+H2O(l) H1O2-3ClO-(aq)+S (aq) S (aq)+Cl-(aq) H2O2-3 O2-4CaSO4(s) Ca2+(aq)+S (aq) H3O2-4则反应 SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq) CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq)的 H= 。 .(3)Fe 在水溶液中的存在形

31、态如图所示。O2-4若向 pH=10 的这种溶液中加硫酸至 pH=2,HFe 的分布分数的变化情况是 O-4。 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)。 答案.(1)2Mn +5SO2+2H2O 2Mn2+5S +4H+ 负极 CO 2+2e-+2H+ HCOOH (2)O-4 O2-4 H1+ H2- H3 .(3)先增大后减小 HFe FeO-4 O2-4解析(1)用酸性高锰酸钾溶液吸收煤燃烧产生的 SO2,过程中高锰酸根被还原为 Mn2+,则 SO2被氧化为 S ,该反应的离子方程式为 5SO2+2Mn +2H2O 2Mn2+5

32、S +4H+;O2-4 O-4 O2-4a 电极处 H2O 转化为 O2,此过程发生失去电子的氧化反应,原电池中失去电子的电极为负极;b电极为正极,正极上 CO2和 H+得到电子生成 HCOOH,则 b 电极的电极反应式为 CO2+2H+2e-HCOOH。11(2)给已知热化学方程式编号如下:SO 2(g)+2OH-(aq) S (aq)+H2O(l) H1O2-3ClO -(aq)+S (aq) S (aq)+Cl-(aq) H2O2-3 O2-4CaSO 4(s) Ca2+(aq)+S (aq) H3O2-4根据盖斯定律,则+-得反应 SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq) CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq) H= H1+ H2- H3。(3)由图像分析可知,若向 pH=10 的这种溶液中加硫酸至 pH=2,HFe 的分布分数的变化情况O-4是先增大后减小;pH=6 时,这种溶液中主要存在 HFe ,向 pH=6 的这种溶液中加 KOH 溶液,由图O-4像可知,Fe 的分布分数增大,HFe 的分布分数减小, 故发生反应的离子方程式为 HFe +OH-O2-4 O-4 O-4Fe +H2O,HFe 转化为 Fe 。O2-4 O-4 O2-4