1、1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:2H 2SO4(l) 2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g)H 1=+551 kJmol-1反应:S(s)+O 2(g) SO2(g)H 3=-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,H 2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示。p2 p 1(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+2H2O 2H2SO4+S。根据盖斯
2、定律,2反应=-(反应+反应)可得:3SO 2(g)+ 2H2O(g)2H2SO4(l)+S(s) H 2=-254 kJmol-1。(2)由图可知,一定温度下,p 2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,H 2SO4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+SO2 S +4H+2I-。24(4)对比实验只能存在一个变量,因实验 B 比实
3、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)3SO 2(g)+2H2O(g) 2H2SO4(l)+S(s) H 2=-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,H 2SO4的物质的量增大,体系总物质的量减小,H 2SO4的物质的量分数增大(3)SO2 S 4H +24(4)0.4I -是 SO
4、2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)+O 2(g) 2CoO(s) H 1=a kJ mol-1CoCO 3(s) CoO(s)+CO2(g) H 2=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+CoO2 C6+LiCoO2电池放电时,负极的电极反应式为 , Li+向 (填“正极”
5、或“负极”)移动。 一种回收电极中 Co 元素的方法是:将 LiCoO2与 H2O2、H 2SO4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)。3(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(CO 2、N 2、N 2O)与 NO的相关数据结果如图 2 所示。气体模拟尾气NO O2 He碳烟物质的量分数或物质的量 0.25% 5% 94.75% a mol380 时,测
6、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)+O 2(g) 2CoO(s) H 1=a kJ mol-1,CoCO 3(s) CoO(s)+CO2(g) H 2=b kJ mol-1,根据盖斯定律,将-2 得:2Co(s)+O 2(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+CoO2 C6+LiCoO2。电池放电时,负极发生氧化反应,反应的电极反应式为 L
7、iC6-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、H 2SO4反应生成 CoSO4,反应的化学方程式为2LiCoO2+H2O2+3H2SO4 Li2SO4+2CoSO4+4H2O+O2。(3)根据图 1 所示,该循环的总反应方程式为 CO+CH3OH CH3COOH。(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= 0.0
8、06 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,NO 2气体中存在 N2O4,不便于定量测定,因4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)LiC 6-e- Li+C6 正极2LiCoO 2+H2O2+3H2SO4 Li2SO4+2CoSO4+4H2O+O2(3)CO+C
9、H3OH CH3COOH(4)N 2O 真实的尾气中的 NOx以 NO 为主(或 NO 较 NO2稳定,NO 2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
10、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) H”)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:NO NO2 N2。已知反应的化学方程式为 2NO+ClO2+H2O NO2+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 ClO2 g。 解析:(1)考查热化学反应方程式的计算。CH 4与 NO2反应的方程式为CH4+2NO2 N2+CO2+2H2O,CH 4(g)+4NO2(g) 4NO(g)+CO2(g)+
11、2H2O(g)H=-574 kJ/mol,CH 4(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)= mol/(Lmin)=0.04 mol/(Lmin
12、),利用化学反应速率之比110.6105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): 2 1 0 0起始 浓 度(/): 0.4 0.4 0.2 0.4变 化 浓 度(/): 1.6 0.6 0.2 0.4平衡 浓 度(/)根据平衡常数的表达式:K= = ;根据 Q 与 K 的关系,此时 Q=0.420.21.620.62=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0.820.20.623.22学计算。根据转化流程图,NO 2N 2,化合价由+4 价0 价,化
13、合价降低 4 价,Na 2SO3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+4Na2SO3 N2+4Na2SO4,建立关系式为 2ClO22NO 2N 2,因此 ClO2的质量为 267.5 g/mol0.5 mol=67.5 g。答案:(1)CH 4(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+4Na2SO3 N2+4Na2SO4 67.54
14、.(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+、S 、H +、Fe 2+、Al 3+、Cu 2+)可制备高性能磁性材料碳酸24锰(MnCO 3)。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)3 3.2Al(OH)3 5.4Cu(OH)2 6.4Mn(OH)2 9.8CuS 0MnS 7MnCO3 7回答下列问题:(1)过程中,所得滤渣 W 的主要成分是 。 6(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 Mn
15、CO3的反应的离子方程式是 。(4)由 MnCO3可制得重要的催化剂 MnO2:2MnCO3+O2 2MnO2+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 pHCH3COONa 8.8NaHCO3 9.7Na2CO3 11.6NaClO 10.3NaCN 11.1C6H5ONa 11.3(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
16、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.C6H5OH D.CH3COOHE.H2CO3.已知:CO(g)+H 2O(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/ 400 500 850平衡常数 9.94 9 1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,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
17、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/mol NO/mol A/mol B/mol200 2.000 0.040 0 0.030 0 0.030 0335 2.005 0.050 0 0.025 0 0.025 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
18、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,K sp(BaCO3)=2.510-9,Ksp(BaSO4)=1.010-10,控制条件可实现如下沉淀转换:BaSO4(s)+C (aq) BaCO3(s)+S (aq),该反应平衡常数表达式:K= ,欲23 249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)+O 3(g) NO2(g)+O2(g) H=-200.9 kJ/mol,2NO(g)+O 2(g) 2NO2(g) H=-116.2 kJ/mol,根据盖斯定律
19、,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+C CO2+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
20、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 HS 失去电子被氧化生成 S ,阳极的电极反应式为 HS +H2O-2e- S +3H+。3 24 24(5)C (aq)+BaSO4(s) BaCO3(s)+S (aq);K= = = = 23 24 (24)(23)(4)(3)0.04;c(S )=0.01 mol/L, 0.04,所以原溶液中:c(C )(0.25+0.
21、01)24 0.01/(23) 23mol/L=0.26 mol/L。答案:(1)3NO(g)+O 3(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+C CO2+N2 放热 不变(4)HS +H2O-2e- S +3H+24(5) 0.26 mol/L(24)(23)【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
22、 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 。 Ga 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。10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
23、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 H 2,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 。T 2温度下,该反应的化
24、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。Ga 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 Ga +3e-+2H2O Ga+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
25、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,NH 3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)=0.8 molL-1min-1;T2温度下,平衡时,c(CO 2)= =0.8 molL-0.422 0.5 0.822 1,c(CO)= =0.2 molL-1,平衡常数 K=( )5=1 024。(10.8)22 0.810.21(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、CuGa +2H2O+3e- Ga+4OH-11(2)2Ga(s)+2NH 3(g) 2GaN(s)+3H2(g) H=-30.8 kJmol -1 AC.(1)0.8 molL -1min-1 1 024 (2)不变
