1、1题型十一 化学反应原理1.(2018 河南开封模拟)纳米级 Cu2O 由于对某些反应具有优良的催化性能而受到关注,下表是制取Cu2O 的三种方法:方法 用炭粉在高温条件下还原 CuO方法 用肼(N 2H4)还原新制 Cu(OH)2方法 电解法:2Cu+H 2O Cu2O+H2(1)已知:2Cu(s)+ O2(g) Cu2O(s)12 H=-a kJmol-1C(s)+ O2(g) CO(g)12 H=-b kJmol-1Cu(s)+ O2(g) CuO(s)12 H=-c kJmol-1则方法发生的反应:2CuO(s)+C(s) Cu2O(s)+CO(g) H= kJmol -1。 (2)工
2、业上很少用方法制取 Cu2O,是由于方法反应条件不易控制,若控温不当,会降低 Cu2O 产率,请分析原因: 。 (3)方法为加热条件下用液态肼(N 2H4)还原新制 Cu(OH)2来制备纳米级 Cu2O,同时放出 N2,该制法的化学方程式为 。 (4)方法采用离子交换膜控制电解液中 OH-的浓度而制备纳米 Cu2O,装置如图所示,则阳极上的电极反应式为 ,当生成 1 mol Cu2O 时,就会有 NA个阴离子通过离子交换膜。 (5)在 2 L 的密闭容器中,用以上两种方法制得的 Cu2O 分别进行催化分解水的实验:2H 2O(g)2H2(g)+O2(g) H0,水蒸气的浓度(molL -1)随
3、时间 t(min)变化如下表所示。c(H2O) 时间方法、温度 0 10 20 30 40 50方法( T1) 0.050 0.049 2 0.048 6 0.048 2 0.048 0 0.048 0方法( T1) 0.050 0.048 8 0.048 4 0.048 0 0.048 0 0.048 02方法( T2) 0.10 0.088 0.080 0.080 0.080 0.080实验时的温度: T2 T1。 方法前 20 min 的平均反应速率 v(O2) molL -1min-1。 方法反应的平衡常数为 。 答案(1)2 c-a-b(2)若温度不当,会生成 Cu(3)4Cu(OH
4、)2+N2H4 2Cu2O+6H2O+N2(4)2Cu-2e-+2OH- Cu2O+H2O 2(5) 3.51 6.2510 -40-5 解析(1)将已知反应依次编号为,由盖斯定律可知,-2+得 2CuO(s)+C(s) Cu2O(s)+CO(g) H=(2c-a-b)kJmol-1。(2)在加热条件下,C 与 CuO 反应也能生成 Cu,所以,若温度不当会生成 Cu。(3)液态肼(N 2H4)还原新制 Cu(OH)2制备纳米级 Cu2O 的化学方程式为 4Cu(OH)2+N2H4 2Cu2O+6H2O+N2。(4)阳极上 Cu 失电子转化为 Cu2O,当生成 1 mol Cu2O 时电路中有
5、 2 mol电子转移,此时阴极区会有 2 mol OH-生成,根据电荷守恒可知,必有 2 mol OH-离开阴极区。(5)由于反应的 H0,故实验温度越高达到化学平衡时水蒸气转化率越大,方法和相比,方法水蒸气转化率高,所以 T2T1。方法前 20 min 的平均反应速率 v(O2)=v(H2O)= =3.510-5molL-1min-1。方法12 12(0.050 -1-0.048 6 -1)20中反应达平衡时, c(H2O)=0.080 molL-1,c(H2)=0.020 molL-1,c(O2)=0.010 molL-1,由此可求出 K=6.2510-4。2.(2018 浙江宁波模拟)(
6、1)NaCN 溶液中各离子浓度的大小关系为 ; NaCN 遇酸能产生 HCN,25 时,HCN 的电离常数 K=6.210-10,CH3COOH 的电离常数 K=1.710-5。体积均为 100 mL、pH=2 的 CH3COOH 溶液和 HCN 溶液,加水稀释过程中溶液 pH 的变化与溶液体积的关系如图所示,则表示 CH3COOH 溶液 pH 变化的曲线是 (填“A”或“B”);相同条件下,NaCN溶液的 pH (填“”“=”或“0,某温度下,该反应的平衡常数 K 为 400。在密闭容器中加入 TiO2(s)和 Cl2(g),反应到 t 时刻测得各组分的浓度如下表所示:3物质 Cl2 TiC
7、l4 O2浓度/(molL -1) 0.44 0.6 0.6下一时刻此反应向 (填“正”或“逆”)反应方向进行。 若经 10 min 反应达到平衡,则该时间内反应速率 v(Cl2)= molL -1min-1。下列措施可以使平衡向正反应方向移动的是 (填字母)。 a.使用催化剂 b.增大压强c.减小压强 d.升高温度答案(1) c(Na+)c(CN-)c(OH-)c(H+) A (2)NH4NO3(s) N2O(g)+2H2O(g) H=-42.4 kJmol-1(3)正 0.16 d解析(1)NaCN 为强碱弱酸盐,CN -水解使溶液显碱性,故 NaCN 溶液中离子浓度大小关系为 c(Na+
8、)c(CN-)c(OH-)c(H+)。电离平衡常数越大,酸性越强,稀释相同倍数时,pH 变化越大,故曲线 A 代表CH3COOH 溶液的 pH 变化趋势,曲线 B 代表 HCN 溶液的 pH 变化趋势。酸的酸性越弱,其对应的盐越易水解,故相同条件下,NaCN 溶液的碱性强于 CH3COONa 溶液。(2)NH4NO3分解生成 N2O 和 H2O 的化学方程式为 NH4NO3(s) N2O(g)+2H2O(g),1 mol NH4NO3分解时转移 4 mol 电子,放出的热量为 42.4 kJ,因此热化学方程式为 NH4NO3(s) N2O(g)+2H2O(g) H=-42.4 kJmol-1。
9、(3) Q= 1.86 v(逆)。0.60.60.442设反应达到平衡时 O2的浓度变化为 x,则有TiO 2(s)+2Cl2(g) TiCl4(g)+O2(g)t 时刻/(molL-1) 0.44 0.6 0.6转化/(molL-1) 2x x x平衡/(molL-1) 0.44-2x 0.6+x 0.6+x平衡常数 K= =400,解得 x=0.2。因初始状态下 TiCl4和 O2的浓度均为 0,则(0.6+)(0.6+)(0.44-2)2Cl2的初始浓度为 0.44 molL-1+20.6 molL-1=1.64 molL-1,由此可知 010 min 内反应速率v(Cl2)= molL
10、-1min-1=0.16 molL-1min-1。催化剂只能改变化学1.64-(0.44-20.2)10反应速率,不能使化学平衡发生移动,a 项错误;该可逆反应是气体物质的量不变的反应,故压强变化对平衡无影响,b、c 两项错误;该反应的 H0,是吸热反应,故升高温度,平衡向正反应方向移动,d项正确。43.(2018 浙江金华模拟)“低碳循环”引起各国的高度重视,而如何降低大气中 CO2的含量及有效开发利用 CO2,已引起全世界的普遍重视。一定条件下,CO 2可以转化为甲醇:CO 2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。(1)在一恒温恒容密闭容器中充入 1 mol CO2和 3
11、mol H2进行上述反应。测得 CO2(g)和 CH3OH(g)浓度随时间变化如下图所示。010 min 内,氢气的平均反应速率为 ,第 10 min 后,保持温度不变,向该密闭容器中再充入 1 mol CO2(g)和 1 mol H2O(g),则平衡 (填“正向”“逆向”或“不”)移动。若已知:CO 2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) H=-a kJmol-1;2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) H=-b kJmol-1;H2O(g) H2O(l) H=-c kJmol-1;CH3OH(g) CH3OH(l) H=-d kJmol-1。则表示 CH3OH(l)燃烧热
12、的热化学方程式为 。 (2)如下图所示,25 时以甲醇燃料电池(电解质溶液为稀硫酸)为电源电解 600 mL 一定浓度的NaCl 溶液,电池的正极反应式为 。 在电解一段时间后,NaCl 溶液的 pH 变为 12(假设电解前后 NaCl 溶液的体积不变),则理论上消耗甲醇的物质的量为 mol。 (3)向(2)电解后 U 形管的溶液中通入标准状况下 89.6 mL 的 CO2气体,则所得溶液呈 (填“酸”“碱”或“中”)性,溶液中各离子浓度由大到小的顺序为 。 答案(1)0.225 molL -1min-1 正向CH 3OH(l)+ O2(g) CO2(g)+2H2O(l)32 H=-( b+2
13、c-a-d)kJmol-1325(2)O2+4e-+4H+ 2H2O 0.001(3)碱 c(Na+)c(HC )c(C )c(OH-)c(H+)-3 2-3解析(1)由图示可知甲醇的浓度在 10 min 内增加 0.75 molL-1,所以氢气浓度减少 30.75 molL-1,10 min 内氢气的平均反应速率为 0.225 molL-1min-1;向该密闭容器中再充入 1 mol CO2(g)和 1 mol H2O(g),此时反应的浓度商小于该反应的化学平衡常数,平衡正向移动;先写出反应的总方程式,并标明状态,然后用盖斯定律计算可得。(2)正极发生还原反应,氧气得电子结合氢离子生成水,电
14、极反应式为 O2+4e-+4H+ 2H2O;利用得失电子守恒可知每消耗 1 mol 甲醇,转移电子数目为 6 mol,即可算得消耗甲醇的物质的量为0.001 mol。(3)通入 CO2后,得到等浓度的 Na2CO3和 NaHCO3的混合溶液,C 的水解程度大于 HC 的水2-3 -3解程度,所以溶液中各离子浓度的大小关系为 c(Na+)c(HC )c(C )c(OH-)c(H+)。-3 2-34.(2018 湖北黄冈模拟)研究氮氧化物的反应机理对于消除氮氧化物对环境的污染有重要意义。升高温度绝大多数的化学反应速率增大,但是 2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的反应速率却随着温度的升高而减
15、小。某化学小组为研究该特殊现象的实质原因,查阅资料知 2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的反应历程分两步:2NO(g) N2O2(g)(快) c2(NO)1正 =1正c(N2O2) H1”“”“p2p1 该反应的正反应为气体物质的量增加的反应,其他条件相同时,增大压强平衡逆向移动,H 2S 的转化率减小,故 p3p2p1 0.002 5 molL -1h-1 0.53 MPa 增大 (3)2S -2e- S2 K 2S2O8+2H2O H2O2+2KHSO42-4 2-8解析(1)结合表格中的数据,pH=5 时, c(S2-)=1.410-11molL-1,Ksp(MnS)=c(Mn2+
16、)c(S2-)=0.0201.410-11=2.810-13。(2)对三个热化学方程式依次编号为、,可知方程式=2+,那么 H1=2 H2+ H3。反应后气体体积增大,加压使平衡逆向移动,H 2S 的平衡转化率降低,结合图像可知 p3p2p1。950 、压强为 p3时,达到平衡时 H2S 的平衡转化率为 30%,v(S2)= v(H2S)= =0.002 12 120.1030%3 2 5 molL-1h-1;p2=7.2 MPa,温度为 975 ,达到平衡时 H2S 的平衡转化率为 40%,则 n(H2S)=0.06 mol,n(H2)=0.04 mol,n(S2)=0.02 mol,Kp=
17、 MPa=0.53 2(2)(2)2(2) =(7.213)2(7.216)(7.212)2MPa。压强不变,升高温度,H 2S 的平衡转化率升高,即平衡正向移动, K 增大。(3)结合电解反应原理示意图可知,电解池阳极为 S 失电子转化为 S2 ;K2S2O8溶液水解过程2-4 2-8中有 H2O2生成,则 S2 得电子转化为 S ,据此可以写出反应的化学方程式。2-8 2-47.煤制天然气的工艺流程简图如下:(1)反应:C(s)+H 2O(g) CO(g)+H2(g) H=+135 kJmol-1,通入的氧气会与部分碳发生燃烧反应。请利用能量转化及平衡移动原理说明通入氧气的作用: 。 (2
18、)反应:CO(g)+H 2O(g) CO2(g)+H2(g) H=-41 kJmol-1。如图表示不同温度条件下,煤气化反应发生后的汽气比(水蒸气与 CO 物质的量之比)与 CO 平衡转化率的变化关系。10判断 T1、 T2和 T3的大小关系 。(从小到大的顺序) 若煤气化反应发生后的汽气比为 0.8,经煤气化反应和水气变换反应后,得到 CO 与 H2的物质的量之比为 13,则反应应选择的温度是 (填“ T1”“T2”或“ T3”)。 (3)甲烷化反应发生之前需要进行脱酸反应。煤经反应和后的气体中含有两种酸性气体,分别是 H2S 和 。 工业上常用热碳酸钾溶液脱除 H2S 气体得到两种酸式盐,
19、该反应的离子方程式是 。 .利用甲烷超干重整 CO2技术可得到富含 CO 的气体,将甲烷和二氧化碳转化为可利用的化学品,其能源和环境上的双重意义重大。该技术中的化学反应为:CH4(g)+3CO2(g) 2H2O(g)+4CO(g) H0CH4超干重整 CO2的催化转化原理示意如图:(4)过程,实现了含氢物质与含碳物质的分离。生成 H2O(g)的化学方程式是 。 (5)假设过程和过程中的各步均转化完全,下列说法正确的是 。(填字母) A.过程和过程中均含有氧化还原反应B.过程中使用的催化剂为 Fe3O4和 CaCO3C.若过程投料 =1,可导致过程中催化剂失效(4)(2)(6)一定条件下,向体积
20、为 2 L 的恒容密闭容器中充入 1.2 mol CH4(g)和 4.8 mol CO2(g),发生反应CH4(g)+3CO2(g) 2H2O(g)+4CO(g) H0,实验测得,反应吸收的能量和甲烷的体积分数随时间变化的曲线图像如图。计算该条件下,此反应的 H= 。 11答案.(1)氧气与碳发生燃烧反应放热,放出的热被可逆反应吸收利用,促进反应正向移动(2) T1”或“ p3p2p1 50% 0.01解析(1)Mo 可被发烟硝酸及氢氟酸氧化为 MoO2F2,硝酸本身被还原为 NO2,Mo 从 0 价升高到+6 价,N从+5 价降低到+4 价,根据电子守恒,氧化剂与还原剂的物质的量之比为 61
21、。(2)根据盖斯定律,由 - ,得 H3= H2- H1。(3)MoS 2被氧化为 Mo 和 S ,电解池的阳极区发生氧12 12 12 12 2-4 2-4化反应,则辉钼矿应放入电解槽的阳极区。阴极发生还原反应,是水电离的 H+得电子还原为氢气,电极反应式为 2H2O+2e- H2+2OH -(或 2H+2e- H2)。(4)由图 1 可知,氢气的转化率随温度升高而升高,说明温度升高平衡正向移动,即正反应为吸热反应,即该反应 H0,在恒温条件下,增大压强平衡逆向移动,氢气的转化率应降低,则由图示可知 p1、 p2、 p3由大到小的顺序为p3p2p1。MoOS 2(s)+4H2(g)+2Na2CO3(s) MoO(s)+2CO(g)+4H2O(g)+2Na2S(s),设 A 点时混合气体的总物质的量为 1 mol,则 H2的物质的量为 0.4 mol,H2O(g)的物质的量为 0.4 mol,则变化的 H2的物质的量为 0.4 mol,A 点时 H2的平衡转化率为 (H2)= 100%=50%。 B 点时0.40.4+0.4H2、CO 的体积分数均为 25%,则 H2O(g)的体积分数为 0.5,B 点对应的平衡常数 K=0.01。2()4(2)4(2)
