1、1大题精做九 以元素性质为主线串联反应原理1.随着国家环保部系列环保新规的出台，各地环保部门整治环保的工作也在紧锣密鼓地进行，其中汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的重要原因之一，因此治理汽车尾气和燃煤尾气污染成为重中之重。回答下列问题：(1)煤燃烧产生的烟气中含有氮的氧化物，用 CH4催化还原 NOx可消除氮氧化物的污染。已知：CH 4(g)2NO 2(g)=N2(g)CO 2(g)2H 2O(g) H867.0kJmol 1 ；N 2(g)2O 2(g)=2NO2(g) H67.8kJmol 1 ；适量的 N2和 O2完全反应，每生成标准状况下 5.6L NO 时，则吸收 22.5kJ 的热
2、量。则 CH4催化还原 NO 的热化学方程式为_。(2)在汽车排气系统中安装三元催化转化器，可发生反应：2NO(g)2CO(g) 2CO2(g)N 2(g)。在某密闭容器中通入等量的 CO 和 NO，发生上述反应时， c(CO)随温度( T)和时间( t)的变化曲线如图所示。据此判断该反应的正反应为_(填“放热”或“吸热”)反应。温度为 T2时，19s 反应达到平衡，则 019s 内 N2的平均反应速率 v(N2)_molL 1 s1 。温度为 T1时，该可逆反应的平衡常数 K_。(3)SNCRSCR 脱硝技术是一种新型的除去烟气中氮氧化物的脱硝技术，一般采用氨气或尿素作还原剂，其基本流程如图
3、：SNCRSCR 脱硝技术中用 NH3作还原剂还原 NO 的主要反应为 4NH3(g)4NO(g)O 2(g) 4N2(g)6H 2O(g) HT2，而 T1平衡时 CO 浓度较高，说明温度升高，平衡逆向移动，故正反应为放热反应。 v(N2) v(CO)12 molL1 s1 0.05 molL 1 s1 。温度为 T1时，根据三段式法，则有：12 2.0 0.1192NO(g)2CO(g) 2CO2(g)N 2(g)起始(molL 1 ) 2.0 2.0 0 0转化(molL 1 ) 1.6 1.6 1.6 0.8平衡(molL 1 ) 0.4 0.4 1.6 0.8故 T1时，该可逆反应的
4、平衡常数 K 80。CO(NH 2)2作还原剂，还原 NO2生成 N2、CO 2、H 2O，1.620.80.420.42故反应的化学方程式为 4CO(NH2)26NO 2 4CO27N 28H 2O。由题图可知 925左右时脱硝效率最高。SCR 技术中使用了催化剂，若温度太高，则催化剂活性降低或丧失。脱硝反应的主反应是放热反应，故温度过高时，脱硝主要反应的平衡逆向移动，导致脱硝效率降低。【答案】(1)CH 4(g)4NO(g)= =2N2(g)CO 2(g)2H 2O(g) H1159.2kJmol 1(2) 放热 0.05 80(3) 4CO(NH 2)26NO 2 4CO27N 28H
5、2O 925左右 温度太高，会降低催化剂活性 温度过高，脱硝主要反应的平衡逆向移动1氯化钴用作吸湿剂和空气湿度指示剂，其原理如下：回答下列问题：(1)已知 CoCl2 xH2O CoCl2xH2O，现有 65g 无水 CoCl2，吸水后变成 CoCl2xH2O 119 g。水合物3中 x_；该变化过程属于_(填“物理变化”或“化学变化”)。(2)德国科学家发明了添加氯化钴的变色水泥，据此推测雨天变色水泥呈粉红色的原因是_。(3)为了防止粉红色的 CoCl26H2O 脱水， “干燥”时宜采用的方法是_。(任写两种)(4)CoCl2溶于浓盐酸中能形成CoCl 42 ，该溶液中存在平衡：Co(H 2
6、O)62 (粉红色)4Cl CoCl42 (蓝色 )6H 2O。 T1时，将 0.025mol CoCl26H2O 溶于 50mL 12 molL1浓盐酸中，再加水稀释至100mL。溶液中 c(Cl)与温度( T)的关系如图所示。 T1时，取 10 mL 上述溶液稀释至 100 mL，稀释后的溶液中 c(Cl)_(填“” “”或“” “”或“0.6 molL1。由题图可知，升高温度 Cl浓度降低，则升高温度平衡向正反应方向移动，所以该反应的 H0。根据三段式法， A 点平衡时有：Co(H 2O)62 4Cl CoCl426H 2O起始/(molL 1) 0.25 6.5 0转化/(molL 1
7、) 0.125 0.5 0.125平衡/(molL 1) 0.125 6 0.1254因此 T1时该反应的平衡常数为 7.7210 4。(5)原电池中阳离子向正极(乙池)移动；甲0.1250.12564池中 Cd 失电子生成 Cd2 ，乙池中 Co2 得电子生成 Co，所以甲池中盛放的是 CdCl2溶液，乙池中盛放的是CoCl2溶液。【答案】(1)6 化学变化(2) 雨天时温度相对较低，湿度大，平衡向左移动，主要为 CoCl26H2O，故呈粉红色(3) 减压烘干、常温下晾干、常温下鼓风吹干等(任写两种，合理即可) (4) 7.7210 4(5) 正极(乙池) CdCl 22锌元素是重要的金属元
8、素，锌及其化合物在生活、生产中有广泛应用，回答下列问题：(1)ZnO 和 Al2O3的化学性质相似，写出 ZnO 和 NaOH 溶液反应的离子方程式：_。(2)闪锌矿(主要成分为 ZnS)、软锰矿(主要成分为 MnO2)与硫酸共热时可以析出单质硫，该反应的化学方程式为_。(3)火法炼锌时在鼓风炉中加热到 11001300，发生反应：ZnO(s)CO(g) Zn(g)CO 2(g) H198kJmol 1 。该反应的平衡常数表达式 K_。温度为 T1时，反应的平衡常数为 K1，则同温下反应： ZnO(s) CO(g) Zn(g) CO2(g)的12 12 12 12平衡常数 K2_(用 K1表示
9、)。某温度时反应的平衡常数 K1.0，起始时在容积固定的密闭鼓风炉中通入 0.11molL1 CO(ZnO 足量)，达到平衡时，CO 的浓度为_。(4)粗铜电解精炼的废电解液中常含有 Zn2 、Pb 2 ，向废电解液中加入 Na2S 溶液，当有 PbS 和 ZnS 沉淀时， _。已知： Ksp(PbS)3.410 28， Ksp(ZnS)1.610 24c(Zn2 )c(Pb2 )(5)利用电化学还原 CO2制取 ZnC2O4的示意图如图所示，电解液不参与反应。则 Pb 电极的电极反应为_，当通入标准状况下 11.2L CO2时，转移电子数为_。【解析】(1)由 Al2O3与 NaOH 溶液的
10、反应可以类推 ZnO 与 NaOH 溶液的反应，离子方程式为ZnO2OH =ZnO H 2O。题给反应中析出单质硫，说明 ZnS 被氧化为 S，则 MnO2被还原为 Mn2 ，根据得失22电子守恒、原子守恒配平化学方程式。反应的平衡常数表达式 K ()cZnCO。反应的平衡常数5K2 。设平衡建立过程中 CO 的转化浓度为 x molL1，则平衡时K1CO 的浓度为(0.11 x)molL1，Zn(g)、CO 2的浓度均为 x molL1，则 1.0，解得 x0.1，则平xx0.11 x衡时 CO 的浓度为(0.110.1)molL 10.01 molL1。 2()cZnPb 2()cS 10
11、4。(5)Ksp(ZnS)Ksp(PbS) 817电解法制备 ZnC2O4，CO 2在阴极上发生还原反应转化为 C2O ，电极反应式为 2CO22e =C2O 。根据24 242CO22e =C2O 可知通入标准状况下 11.2L CO2时，转移 0.5mol 电子。24【答案】(1)ZnO2OH =ZnO H 2O22(2) MnO2ZnS2H 2SO4 MnSO4ZnSO 4S2H 2O= = = = = (3) 0.01molL 1c(Zn)c(CO2)c(CO) K1(4) 104817(5) 2CO22e =C2O 0.5NA(或 3.011023)243C、N、S 的氧化物常会造成
12、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（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二所示。请写出 a 点时 n(HSO )n(H 2SO3)=_，b 点时溶液 pH=7，则 n(NH )n(HSO )=_。3 +4 3（3）催化氧化法去除 NO，
13、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(NH 3)n(NO)的物质的量之比分别为 4l、3l、13 时，得到 NO 脱除率曲线如图三所示：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 6104mg/m3，从 A 点到 B 点经过 0.8s，该时间段内 NO 的脱除速率为6_mg/(m3s)。（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 HSO ，出来 S2O ）:_。3 24【解析】 （1）根据图一，恒压容
14、器中 0.5molCO2和 1.5molH2转化率达 80时的能量变化，23kJ-3.4kJ=19.6kJ， H= 2=-49kJ/mol，该反应的热化学方程式：CO 2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) 19.680% H=-49kJ/mol，因此，本题正确答案是：CO 2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) H=-49kJ/mol；（2）(NH4)2SO3SO 2H 2O=2NH4HSO3，由图二可知：a 点时 HSO 和 H2SO3物质的量分数相等，所以 n(HSO )：n(H 2SO3)=1：1，b 点时3 3溶液的 pH=7，根据电荷守恒可知 n(N
15、H )= n(HSO )+2n(SO )，又根据图象曲线可知：n(SO )= n(HSO )，+4 3 23 23 3则 n(NH )=3n(HSO )，所以 n(NH )n(HSO )=31；因此，本题正确答案是：11；31；（3）N 2+4 3 +4 3的电子式： ；n(NH 3)n(NO)的物质的量之比分别为 4l、3l、13 时，NO 的含量越来越大，去除率越来越低，曲线 c 对应 NH3与 NO 的物质的量之比是 13，其 NO 的去除率最低；曲线 a 中 NO 的起始浓度为 610-4mg/m3，从 A 点到 B 点经过 0.8s，该时间段内 NO 的脱除速率为=1.510-4mg
16、/(m3s)。因此，本题正确答案是： ；13；1.510 -610-4mg/m3(0.75-0.55)0.8s4；（4）电解池阴极发生还原反应，硫元素化合价降低，由于阴极室溶液呈酸性，所以电极反应式为：2HSO +2e+2H+=S2O +2H2O。因此，本题正确答案是：2HSO +2e+2H+=S2O +2H2O。3 24 3 24【答案】 （1）CO 2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) H=-49kJ/mol（2）1131（3） 13 1.510 4 （4）2HSO +2e+2H+=S2O +2H2O3 244A、B、C、D、E 五种短周期元素，原子序数依次增大，A、E
17、同主族，A 元素的原子半径最小，B 元素原子的最外层电子数是内层电子数的 2 倍，C 元素的最高价氧化物对应的水化物 X 与其氢化物反应生成一种盐 Y，A、B、C、E 四种元素都能与 D 元素形成原子个数比不相同的常见化合物，E 2D2可用于呼吸面具或潜水艇中氧气的来源。请根据以上信息回答下列问题：(1)BD2的电子式为_。(2)EAB2D4水溶液显酸性的原因是_。(3)将等浓度等体积的 EABD3溶液和 E2BD3溶液混合，所得混合溶液中各离子的离子浓度由大到小的顺序为_。(4)A、B、D、E 四种元素组成的某无机化合物，受热易分解。写出该化合物的溶液与足量的 Ba(OH)2溶液反应的离子方
18、程式_。7(5)常温下，测得 X 和 Y 的水溶液的 pH 均为 5，则两种水溶液中由水电离出的 H+浓度之比是_。(6)在一个装有可移动活塞的密闭容器中进行如下可逆反应：C 2(g)+3A2(g) 2CA3(g) H=92.4 kJ/mol。反应达到平衡后，测得容器中各物质的物质的量分别为 C2：0.5mol、A 2：0.2mol、CA 3：0.2mol，此时容器体积为 1.0 L。如果保持温度和压强不变，向上述平衡体系中加入 0.18molC2，平衡将_移动（填“正向” 、 “逆向”或“不” ） 。【解析】根据以上分析可知 A 为 H，B 为 C，C 为 N，D 为 O，E 为 Na，X
19、为硝酸、Y 为硝酸铵，则。 （1）二氧化碳是含有共价键的共价化合物，则 CO2的电子式为 。 （2）EAB 2D4是 NaHC2O4，H 2C2O4是二元弱酸，HC 2O 既能电离又能水解，由于 HC2O 的电离程度大于其水解程度，溶液中 c(H+)c(OH )，所以溶4 4液显酸性。 （3）EABD 3和 E2BD3分别是碳酸氢钠和碳酸钠，等浓度的 NaHCO3和 Na2CO3混合溶液中，由于 CO的水解程度大于 HCO 的水解程度，溶液显碱性，所以溶液中各离子的离子浓度由大到小的顺序为 c(Na+)23 3c(HCO )c(CO )c(OH )c(H +)。 （4）H、C、O、Na 四种元
20、素组成的某无机化合物，受热易分解，则该3 23物质为碳酸氢钠。碳酸氢钠溶液与足量的 Ba(OH)2溶液反应生成碳酸钡、氢氧化钠和水，反应的离子方程式为 Ba2+HCO +OH=BaCO3+H 2O。 （5）常温下，测得硝酸和硝酸铵的水溶液的 pH 均为 5，硝酸抑制水的电离3而硝酸铵水解促进水的电离，则硝酸中水电离的 H+浓度等于 c(OH)10 9mol/L，硝酸铵中水电离的 H+浓度等于 c(H+)10 5mol/L，所以两种水溶液中由水电离出的 H+浓度之比是 1041 或 110 4。 （6）在一个装有可移动活塞的密闭容器中进行如下可逆反应：N 2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
21、H=92.4kJmo1 1。反应达到平衡后，测得容器中各物质的物质的量分别为 N2是 0.5mol、H 2是 0.2mol、NH 3是 0.2 mol，气体的总物质的量为 0.9mol，此时容器体积为 1.0 L，则平衡常数 K 。如果保持温度和压强不变，向上述平衡0.220.50.23=10体系中加入 0.18mol N2，若平衡不移动，则气体的总物质的量变为（0.9mol+0.18mol）1.08mol，容器的体积变为 ，此时浓度熵 Qc 10，所以平衡将逆向移动。1.08mol0.9mol1.0L=1.2L (0.21.2)20.681.2(0.21.2)3 10.59【答案】 （1）（
22、2）HC 2O 的电离程度大于其水解程度，溶液中 c(H+) c(OH)，溶液显酸性4（3）c(Na +)c(HCO )c(CO )c(OH )c(H +) 3 23（4）Ba 2+HCO +OH=BaCO3+H 2O3（5）10 41 或 110 4 （6）逆向5羰基硫（COS）广泛存在于以煤为原料的各种化工原料气中，能引起催化剂中毒、化学产品质量下降和大气污染。（1）羰基硫的结构与二氧化碳相似，电子式为_，硫原子的结构示意图_。（2）羰基硫的氢解和水解反应是两种常用的脱硫方法：氢解反应：COS(g)+H 2(g) H2S(g)+CO(g) H1+7kJ/mol8水解反应：COS(g)+H
23、2O(g) H2S(g)+CO2(g) H2=34kJ/mol已知：2H 2(g)+O2(g)=2H2O(g) H=484kJ/mol表示 CO 燃烧热的热化学方程式为_。（3）氢解反应平衡后保持温度和压强不变通入适量的 He，则正反应速率_，COS 的转化率_（填“增大” 、 “减小”或“不变” ） 。（4）若在绝热、恒容的密闭体系中，投入一定量 COS(g)和 H2(g)，发生氢解反应，下列示意图能说明t1时刻反应达到平衡状态的是_（填字母序号） 。 （下图中 正 、K、n、m 分别表示正反应速率、平衡常数、物质的量和质量）（5）某温度下，在体积为 2L 密闭的容器中通入 2molCOS(
24、g)和 4molH2O(g)发生上述水解反应，5min 后达到平衡，测得 COS(g)的转化率是 75%，回答下列问题：v(H 2S)_mol/(Lmin)该温度下平衡常数 K_【解析】(1)羰基硫的结构与二氧化碳相似，二氧化碳的电子式为： ，所以羰基硫的电子式为： ，硫是 16 号元素，硫原子的结构示意图为： ，故答案为： ；(2)已知：COS(g)+H 2(g) H2S(g)+CO(g) H1+7kJ/mol， COS(g)+H2O(g) H2S(g)+CO2(g) H2=34kJ/mol，2H 2(g)+O2(g)=2H2O(g) H=484kJ/mol，根据盖斯定律，+2得：CO(g)
25、+1/2O2(g)=CO2(g) H=-283kJ/mol，故答案为：CO(g)+1/2O 2(g)=CO2(g) H=-283kJ/mol；(3)氢解反应 COS(g)+H2(g) H2S(g)+CO(g)为反应前后气体分子数不变的可逆反应，平衡后保持温度和压强不变通入适量的 He，容器体积增大，相当于减小压强，则正反应速率减小，因平衡不移动，所以 COS 的转化率不变，故答案为：减小；不变；(4)a. t 1时刻正反应速率仍然在变化，说明没有达到平衡状态，故 a 错误；b. 在绝热、恒容的密闭体系中发生氢解反应，t 1时刻平衡常数不再变化，说明反应体系的温度不再变化，反应达到了平衡状态，故
26、 b 正确；c. t 1时刻氢气和硫化氢的物质的量相等，t 1时刻之后二者的物质的量还在变化，说明反应没有达到平衡状态，故 c 错误；d. t1时刻 COS 的质量不再变化，说明反应达到了平衡状态，故 d 正确；答案选：bd；(5)某温度下，在体积为 2L 密闭的容器中通入 2molCOS(g)和 4molH2O(g)发生上述水解反应，5min 后达到平衡，测得 COS(g)的转化率是 75%，由反应方程式 COS(g)+H2O(g) H2S(g)+CO2(g)可知，达到平衡时生成 H2S 的物质的量为：n(H 2S)=2mol75%=1.5mol，则用 H2S 表示的反应速率为： v(H2S)91.5mol2L5min=0.15mol(Lmin) 1，故答案为：0.15；根据平衡三段式法有：COS(g)+H 2O(g)H2S(g)+CO2(g)起始浓度(mol/L)： 1 2 0 0转化浓度(mol/L)：0.75 0.75 0.75 0.75平衡浓度(mol/L)：0.25 1.25 0.75 0.75则该温度下平衡常数 K =1.8，故答案为：1.8。0.750.750.251.25【答案】 （1）（2）CO(g)+1/2O 2(g)=CO2(g) H=-283kJ/mol（3）减小不变（4）bd（5）0.15 1.8
