1、1大题三 化学反应原理综合应用12018河北省武邑中学模拟从煤化工行业中可以得到许多重要的工业资源。请回答下列问题：(1)从煤的气化获得的化工原料气含有的羰基硫(COS)会引起催化剂中毒，大气污染等问题。羰基硫与烧碱溶液反应生成两种正盐的离子方程式为_。羰基硫的脱硫方法之一为 COS(g)H 2(g)=H2S(g)CO(g) H7 kJ/mol，已知反应中部分物质的键能数据如下：化学键 C=O C=S HS HH键能(kJ/mol) 745 577 339 436则 CO 分子中的碳氧键的键能为_。(2)羰基硫在高温下发生水解反应：COS(g)H 2O(g)=H2S(g)CO 2(g)。T 时
2、，将0.30 mol COS(g)与 0.50 mol H2O(g)充入 10 L 的恒容密闭容器中， 30 s 后反应达到平衡状态，此时 H2S 的物质的量分数为 0.30。030 s 内，COS 的平均反应速率 v(COS)_，该反应的平衡常数K_(保留 3 位有效数字)。向反应容器中再分别充入下列气体，能使 COS 的转化率增大的是_(填字母)。( )ACOS BH 2O CH 2S DSO 2(3)将含 H2S 尾气的空气(按一定流速通入酸性 FeCl3溶液中，可实现含 H2S 尾气的空气脱硫。在 FeCl3溶液吸收 H2S 的过程中溶液中的 n(Fe3 )及被吸收的 n(H2S)随时
3、间 t 的变化如图所示。由图中信息可知，0 t1时间段内，一定发生的反应是(用离子方程式表示)_。 t1时刻后，溶液中 n(Fe3 )保持微量减少至基本不变，其原因是_。22018长沙市长郡中学模拟大量排放氮的氧化物会产生酸雨、光化学烟雾等环境问题。工业上处理氮的氧化物途径有多种：.碱吸法。利用纯碱溶液吸收 NO、NO 2，发生的反应有：2NO2Na 2CO3=NaNO3NaNO 2CO 2，NONO 2Na 2CO3=2NaNO2CO 2用一定量纯碱溶液吸收 NO、NO 2恰好完全反应得到吸收溶液。(1)向吸收溶液中滴加酸性高锰酸钾溶液，溶液褪色，氧化产物为 NO ，写出离子方 3程式_。.
4、天然气还原法。CH4催化还原 NO、NO 2的热化学方程式如下：CH 4(g)4NO 2(g)=4NO(g)CO 2(g)2H 2O(g) H1574 kJ/molCH 4(g)4NO(g)= =2N2(g)CO 2(g)2H 2O(g) H21 160 kJ/mol(2)4NO(g)=N2(g)2NO 2(g) H_。(3)上述物质 NaNO2、NO、CO 2中含有共同的化学键的类型是_。.活性炭还原法。2在 V L 恒容密闭容器中加入足量的活性炭和一定量 NO，恒温(T 1)条件下发生反应生成Q、P(均为无污染物质)。测得物质的量与时间关系如表所示：n/mol t/min NO Q P0
5、0.200 0 010 0.116 0.042 0.04220 0.080 0.060 0.06030 0.080 0.060 0.060(4)在 T1温度下，NO 的平衡转化率为_；平衡常数 K 为_(用分数表示)。(5)30 min 后，将温度升高至 T2达到平衡时，容器中 NO、Q、P 的浓度之比为3 ：1 ：1，则该反应的正反应 H_0(填“” “0。温度为 T 时，把一定量的 PCl5气体引入一真空瓶内，反应达平衡后 PCl5与 PCl3的分压之比为 1 ：3(分压总压物质的量分数)。PCl 5的分解率 a1_%。若达到平衡后体系总压为 1.4 MPa，用平衡分压代替平衡浓度表示反应
6、的平衡常数 Kp_。温度为 T2时，新的平衡体系中 PCl5与 Cl2分压相同，则 PCl5的分解率a1_a2，温度 T1_T2(填“” “” “0)2CO(g)2NO(g)= =N2(g)2CO 2(g) Hb kJ mol 1 (b0)若用 CO 还原 NO2至 N2，当消耗标准状况下 3.36 L CO 时，放出的热量为_ kJ(用含有 a 和 b 的代数式表示)。(2)在 373 K 时，向体积为 2 L 的恒容真空容器中通入 0.40 mol NO2，发生反应：2NO2(g) N2O4(g) H57.0 kJ mol1 。测得 NO2的体积分数(NO 2)与反应时间( t)的关系如下
7、表：t/min 0 20 40 60 80(NO 2) 1.0 0.75 0.52 0.40 0.40020 min 内， v(N2O4)_ molL 1 min1 。上述反应中， v(NO2) K1c2(NO2)， v(N2O4) K2c(N2O4)，其中 K1、 K2为速率常数，则 373K 时， K1、 K2的数学关系式为_。改变温度至 T1时 k1 k2，则T1_373K(填“” 、 “” “10，反应时间30 min解析：(1)同主族元素从上到下原子序数逐渐增大，元素金属性逐渐增大，非金属性逐渐减小，单质与氢气的化合越来越难，气态氢化物稳定性逐渐减小，最高价氧化物对应的水化物的酸性逐
8、渐减弱，所以 NH3比 PH3稳定性强可以说明非金属性 NP，a 正确；常温下，氮气为气体，磷单质为固体是它们的物理性质，不能说明非金属性 NP，b 错误；氮气与氢气化合比磷与氢气化合更困难可以说明非金属性 PN，与元素周期律矛盾，c 错误；HPO3不是磷元素的最高价氧化物对应的水化物，所以 HNO3与 HPO3酸性强弱不能说明 N 与 P非金属性强弱，d 错误。(2)根据盖斯定律：将 CaO(s)H 2SO4(l)=CaSO4(s)H 2O(l) H271 kJ/mol 乘以 5 倍减去 5CaO(s)3H 3PO4(l)HF(g)= =Ca5(PO4)F(s)5H 2O(l) H937 k
9、J/mol 得到： Ca5(PO4)3F(s)5H 2SO4(l)=5CaSO4(s)3H 3PO4(l)HF(g) H418 kJ mol 1 。(3) 假设一定量的 PCl5为 a mol，压强是 P0PCl 5(g) PCl3(g)Cl 2(g)开始(mol) a 0 0转化(mol) x x x平衡(mol) a x x x根据：分压总压物质的量分数，达平衡后 p(总) (a x)p0/a， p(PCl5)(a x)p(总) /(a x)， p(Cl2) p(PCl3) xp(总) /(a x)，根据反应达平衡后 PCl5与 PCl3的分压之8比为 1 ：3 得出： x3a/4；PCl
10、 5的分解率 a1 x/a75% ，平衡分压代替平衡浓度表示反应的平衡常数表达式是： Kp p(Cl2)p(pCl3)/p(PCl5)，将 p(总)1.4 MPa 代入得：Kp1.8 MPa；根据的计算数据可知，在原平衡中， p(PCl5) p(Cl2)，新平衡中两者相同，说明平衡逆向移动，根据反应方程式：PCl 5(g) PCl3(g)Cl 2(g) H0，该反应正反应是吸热反应，平衡逆向移动，说明温度降低，即 T2T 1，新平衡与原平衡相比，PCl5分解率降低了；PCl 5(g) PCl3(g)Cl 2(g) H0 达到平衡后，温度、体积不变，充入氩气，反应物、生成物的浓度都没有改变，平衡
11、不移动，a 不能使 PCl5分解率增大，a 选项错误；体积不变，对体系加热，相当于升高温度，该反应的正反应是吸热反应，平衡正向移动，能使 PCl5分解率增大，所以 b 选项正确；温度、体积不变，充入氯气，平衡逆向移动，PCl 5分解率减小，c 选项错误；温度不变，增大容器体积，平衡正向移动，能使 PCl5分解率增大，d 选项正确。(4)氯化水解法生产三氯氧磷会产生含磷(主要为H3PO4、H 3PO3等)废水，在废水中先加入适量漂白粉，使废水中的 H3PO3氧化为 PO ，加入34生石灰后能完全转化为磷酸的钙盐，达到较高的回收率；根据题干中的图可确定pH10，磷的沉淀回收率较高(90%左右)，反
12、应时间超过 30 min 时磷的沉淀回收率较高(90%左右)，所以处理该厂废水最合适的工艺条件为溶液 pH10，反应时间30min。4答案：(1)负极 阴极区(2)MgH22LiBH 4 2LiHMgB 24H 2= = = = =高 温 (3)659(4) p4 K3K2K1解析：(1)由镁锂双离子二次电池的装置图中的信息可知，Mg 是负极，Li 1 xFePO4是正极。放电时，Mg 电极为负极。充电时，阳离子向阴极定向移动，所以 Li 迁移至阴极区。(2)纳米 MgH2和 LiBH4组成的体系在 400 以上受热放氢时发生反应的化学方程式为 MgH22LiBH 4 2LiHMgB 24H
13、2。(3)硝酸厂尾气中含有大量的 NO，= = = = =高 温 可用氢气催化还原法除去 NO，发生的主要反应如下：2NO(g)4H 2(g)O 2(g)=N2(g)4H 2O(g) H1 143 kJ mol1 ；2H 2(g)O 2(g)=2H2O(g) H484 kJ mol1 。根据盖斯定律，由得，2NO(g)2H 2(g)=N2(g)2H 2O(g) H659 kJ mol1 。(4)在一定条件下，反应 CH4(g)CO 2(g) 2CO(g)2H 2(g)，平衡时 CH4的转化率与温度和压强的关系如图 3 所示。该反应是一个气体分子数增多的反应，在相同温度下， CH4的平衡转化率随
14、压强的增大而减小，所以压强最大的是 p4。由图可知，在相同压强下，CH 4的平衡转化率随温度的升高而增大，所以该反应为吸热反应，该反应的 H0。由图可知，压强为 p4时，在 Y 点的转化率高于其平衡转化率，所以该反应正在向逆反应方向进行， v(正)K3K2K1。5答案：(1)6 MoS 29ClO 6OH =MoO 9Cl 2SO 3H 2O24 24(2) H2 H1 (3)BC 410 4 B 1.012 12解析：(1)Na 2MoO42H2O 中 Na 是1 价，O 是2 价，所以根据正负价代数和为 0 可知Mo 的化合价是6 价；反应中 Mo 元素化合价从4 价升高到6 价，S 从2
15、 价升高到6价，氯元素化合价从1 价降低到1 价，所以根据电子得失守恒、原子守恒和电荷守恒可知该反应的离子方程式为 MoS29ClO 6OH =MoO 9Cl 2SO 3H 2O。24 24(2)2Mo(s)3O 2(g)=2MoO3(s) H12MoS 2(s)7O 2(g)=2MoO3(s)4SO 2(g) H2MoS 2(s)2O 2(g)=Mo(s)2SO 2(g) H3根据盖斯定律可知()/2 得到 MoS2(s)2O 2(g)=Mo(s)2SO 2(g) H3 H2 H1。12 12(3)2 v 正 (H2) v 逆 (CO)不满足反应速率之比是化学计量数之比，反应没有达到平衡9状
16、态，A 错误；CO 体积分数保持不变说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，B 正确；反应前后混合气体的质量和物质的量是变化的，因此混合气体的平均相对分子质量不再变化说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，C 正确；对于具体的化学反应， H 是不变的，D 错误。图 1 中 A 点氢气和水蒸气的体积分数相等，均是 40%，所以 CO 的体积分数是 20%，这说明氢气、一氧化碳、水蒸气的物质的量之比是 2 ：1 ：2，所以对应的平衡常数 Kp 410 4 ；升高温度氢气的体积分数减小，说明(250.1)4(150.1)2(250.1)4平衡向正反应方向进行，正反应是吸热反应，所以升高温度正反应的平
17、衡常数增大，则逆反应的平衡常数减小，因此表示逆反应的平衡常数( K 逆 )的曲线是 B；T 1时正逆反应速率的平衡常数相等，因此对应的平衡常数为 1.0。6答案：(1)2NO(g)2CO(g)= =N2(g)2CO 2(g) H746.5 kJ mol 1(2)7 ：4(或 1.75 ：1) 0.22 molL 1 min1 b(3) k 正 /k 逆 (4)200 75%(5)显碱性，因为 Kb(NH3H2O)Ka2(H2SO3)，所以 SO 水解程度大(或其他合理解释)23解析：(1)若某反应的平衡常数表达式为： K c(N2)c2(CO2)/c2(NO)c2(CO)，该反应为 2NO(g
18、)2CO(g) N2(g)2CO 2(g)，N 2(g)O 2(g)=2NO(g) H1180.5 kJ/mol C(s)O 2(g)=CO2(g) H2393.5 kJ/mol 2C(s)O 2(g)=2CO(g) H3221 kJ/mol 由盖斯定律计算2 得到 2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO 2(g) H 746.5 kJ mol1 。(2) 2N 2O5(g)=4NO2(g)O 2(g)开始( mol/L) 1.00 0 0反应( mol/L) 0.5 1 0.252 min( mol/L) 0.5 1 0.25反应前后气体的压强之比等于其物质的量之比，所以 p ： p0(
19、0.510.25) mol ：1.00 mol7 ：4( 或 1.75)，25 min 内用 NO2表示的该反应的平均反应速率为v(NO2) 0.22 molL1 min1 ；NO 2和 O2的浓度比始终保持不变，不能0.66 mol/L3 min确定反应是否达到化学平衡状态，a 项错误；该反应是气体体积增大的反应，容器中的压强不断的发生变化，当容器中压强不再变化，反应已达到化学平衡状态，b 项正确； v 正(NO2)2 v 逆(N 2O5)才表明达到化学平衡状态，c 项错误；在恒容的条件下，该反应气体的密度始终保持不变，不能确定反应是否达到化学平衡状态，d 项错误。(3)平衡时正逆反应速率相
20、等，由正反应速率 v 正 k 正 p(NO2)p(CO)，逆反应速率 v 逆 k 逆 p(NO)p(CO2)，联立可得 Kp k 正 /k 逆。(4)合成氨反应放热，温度越低氨气的百分含量越高，所以，曲线 a 对应的温度是 200 。 3N 2(g)3H 2(g) 2NH3(g)反应前(mol) 1 3 0反应后(mol) x 3x 2x平衡时(mol) 1 x 33 x 2x据题意 M 点时： 60%， x ，则氢气的转化率为2x1 x 3 3x 2x 34100%75%。(5)铵根离子水解使溶液显酸性，亚硫酸根离子水解使溶液显碱性，3343铵根离子水解得到氨水，亚硫酸根离子水解得到亚硫酸氢
21、根离子，亚硫酸根离子是 H2SO3的第二步电离，由于 Kb(NH3H2O) Ka2，说明氨水比亚硫酸氢根离子的电离能力强，根据越弱越水解，铵根离子的水解程度小于亚硫酸根离子的水解程度，故溶液显碱性。107答案：(1)0.3a 0.15b4(2)2.010 3 K160 K2 (3) 恰好完全反应生成 NaHN2O2， Kb(HN2O ) 10 7 Ka210 12 ， 2KwKa1 10 1410 7水解程度大于电离程度 c(Na )c(N2O )c(OH )c(HN2O )c(H )22 2解析：(1)CO(g)NO 2(g)NO(g)CO 2(g) Ha kJ/mol 2CO(g)2NO(
22、g)N 2(g)2CO 2(g) Hb kJ/mol，将2得：4CO(g)2NO 2(g)N 2(g)4CO 2(g) H2ab，当消耗标况下 3.36 L CO， n(CO) 0.15 mol，放出热量为3.36 L22.4 L/mol(0.152a0.15b) kJ。14 0.3a 0.15b4(2)设 020 min 时，生成 N2O4的物质的量为 x mol，则有2NO 2(g) N2O4(g)起始物质的量(mol) 0.4 0转化物质的量(mol) 2 x x20 min 时物质的量(mol) 0.42 x x由于 20 min 时，NO 2的体积分数为 0.75，则有 0.75，得
23、 x0.08，则0.4 2x0.4 2x x020 min 内， v(N2O4) 210 3 mol/(Lmin)0.08 mol2 L20 min反应在 60 min 时达到平衡，设 N2O4平衡时的物质的量为 x min，则有2NO 2(g) N2O4(g)起始物质的量(mol) 0.4 0转化物质的量(mol) 2 x x平衡时物质的量(mol) 0.42 x x根据平衡时 NO2的体积分数为 0.4 有， 0.4，得 x0.15，平衡时 c(NO2)0.4 2x0.4 2x x 0.05 mol/L，平衡时 c(N2O4) 0.075 mol/L，平0.4 mol 0.15 mol22
24、 L 0.15 mol2 L衡时 ，即 ，得 K160 K2，若改变温度，平衡常数为 K 平 v NO2v N2O4 21 K1 0.05 2K20.075 21，由于 K 平 ，当 K1 K2时，与 373 K 时比较，c N2O4c2 NO2 v N2O4v NO2 K2c N2O4K1c2 NO2 K2K1 12平衡常数 K 平 减小，由于该反应的正反应放热，所以 T1373K。(3)若 V100，恰好完全反应生成 NaHN2O2， Kh(HN2O ) 2 10 7 Ka210 12 ，水解程度大于电离程度。若 V200，生成 Na2N2O2，KwKa1 10 1410 7由于 N2O
25、水解以及 HN2O 水解，因此 c(OH )c(HN2O )，所以离子浓度大小为 c(Na )22 2 2c(N2O )c(OH )c(HN2O )c(H )。22 28答案：(1) (2)2H2O 2H2O 2= = = = =光 照 催 化 剂(3)31 kJ mol 1 1c CO2 c H2反应 CO2 H2=HCOOH 是气体总分子数减少的反应，增大压强利于反应进行 选择合适的催化剂，增大 c(H2) 11CO 2 H 2O 2e =HCOO OH 解析：(1)HCOOH 的结构式是 。(2)图中光催化产生 H2的化学方程式为2H2O 2H2O 2。(3)反应：2HCOOH(l)O 2(g)2CO 2(g)2H 2O(l)= = = = =催 化 剂 H510 kJ/mol。反应：2H 2(g)O 2(g)2H 2O(l) H572 kJ/mol。 有：CO 2(g)H 2(g)HCOOH(l) H31 12 12kJ/mol。平衡常数 K 。增大压强，反应 CO2H 2HCOOH 是气体总分子1c H2 c CO2数减少的反应，增大压强利于反应进行，为实现 CO2加氢向甲酸的高效转化还可以选择合适的催化剂，增大 c(H2)。阴极电极反应式是 CO2 H 2O 2e =HCOO OH 。
