湖北省浠水县2020年高二化学下学期专题练习 化学反应原理

化学反应原理1. 工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产,流程如下图所示。(1) 工业生产时,制取氢气的一个反应为CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),T 时,往1 L密闭容器中充入0.2 mol CO和0.3 mol水蒸气。反应建立平衡后,体系中c(H2)=0.12 molL-1。该温度下此反应的平衡常数K= 。(2) 合成塔中发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H”、“”或“=”)573 K。T/ T1300T2K1.001072.451051.88103(3) N2和H2以铁作催化剂从145 就开始反应,不同温度下NH3的产率如右图所示。温度高于 900 时,NH3产率下降的原因是 。(4) 硝酸厂的尾气直接排放将污染空气,目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮氧化 物还原为氮气和水,其反应机理如下: CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) H=-574 kJ mol-1 CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) H=-1 160 kJ mol-1 则甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为 。 (5) 氨气在纯氧中燃烧,生成一种单质和水。科学家利用此原理,设计成氨气-氧气燃料电池, 则在碱性条件下通入氨气的电极发生的电极反应式为 。2. 硫酸盐主要来自地层矿物质,多以硫酸钙、硫酸镁的形态存在。(1) 已知:Na2SO4(s)Na2S(s)+2O2(g)H1=+1 011.0 kJ mol-1 C(s)+O2(g)CO2(g) H2=-393.5 kJ mol-1 2C(s)+O2(g)2CO(g) H3=-221.0 kJ mol-1 则反应Na2SO4(s)+4C(s)Na2S(s)+4CO(g)H4= kJ mo,该反应能自发进行的原因是;工业上制备Na2S不用反应,而用反应的理由是。(2) 已知不同温度下2SO2+O22SO3的平衡常数见下表。温度/527758927平衡常数7841.00.041 233 时,CaSO4热解所得气体的主要成分是SO2和O2,而不是SO3的原因是 。(3) 高温时,用CO还原MgSO4可制备高纯MgO。 750 时,测得气体中含等物质的量SO2和SO3,此时反应的化学方程式是。 将上述反应获得的SO2通入含PtC的酸性溶液,可还原出Pt,则反应的离子方程式是 。 由MgO可制成“镁-次氯酸盐”燃料电池,其装置示意图如右图,则正极的电极反应式 为 。3. 氢在地球上主要以化合态的形式存在,是宇宙中分布最广泛的物质,它构成了宇宙质量的 75%,属于二次能源。工业上生产氢的方式很多,常见的有电解水制氢、煤炭气化制氢、重 油及天然气水蒸气催化制氢等。氢气是一种理想的绿色能源,图1为氢能产生和利用的途 径。 图1 图2 图3(1) 图1的四个过程中能量转化形式有(填字母)。 A. 2种B. 3种C. 4种D. 4种以上(2) 电解过程要消耗大量的电能,而使用微生物作催化剂在阳光下也能分解水。 2H2O(l)2H2(g)+O2(g)H1 2H2O(l)2H2(g)+O2(g)H2 以上反应的H1(填“”或“=”)H2。(3) 已知H2O(l)H2O(g)H=+44 kJmol-1,依据图2能量变化写出氢气燃烧生产液态水 的热化学方程式: 。(4) 氢能利用需要选择合适的储氢材料。NaBH4是一种重要的储氢载体,能与水反应生成NaBO2,且反应前后B的化合价不变,该反 应的化学方程式为 。镧镍合金在一定条件下可吸收氢气生成氢化物: LaNi3(s)+3H2(g)LaNi3H6(s)H0,欲使LaNi3H6(s)释放出气态氢,根据平衡移动 的原理,可改变的条件之一是 。一定条件下,如图3所示装置可实现有机物的电化学储氢,使C7H8转化为C7H14,则电解过 程中产生的气体X为 ,电极A上发生的电极反应式为 。 4. 铁元素是重要的金属元素,单质铁在工业和生活中应用广泛。铁还有很多重要的化合物及 其化学反应,如铁与水的反应:3Fe(s)+4H2O(g)Fe3O4(s)+4H2(g)H(1) 上述反应的平衡常数表达式为 。(2) 已知:3Fe(s)+2O2(g)Fe3O4(s)H1=-1 118.4 kJ mol-1 2H2(g)+O2(g)2H2O(g) H2=-483.8 kJ mol-1 2H2(g)+O2(g)2H2O(l) H3=-571.8 kJ mol-1 则H=。(3) 已知在T 时,该反应的平衡常数K=16,在2 L恒温恒容密闭容器甲和乙中,分别按下表 所示加入物质,经过一段时间后达到平衡。FeH2O(g)Fe3O4H2甲/mol1.01.01.01.0乙/mol1.01.51.01.0 容器甲中H2O的平衡转化率为 (结果保留一位小数)。 下列说法正确的是(填字母)。 A. 若容器压强恒定,则反应达到平衡状态 B. 若容器内气体密度恒定,则反应达到平衡状态 C. 甲容器中H2O的平衡转化率大于乙容器中H2O的平衡转化率 D. 增加Fe3O4就能提高H2O的转化率(4) 在三个2 L恒容绝热(不与外界交换能量)的装置中加入起始物质,起始时与平衡后的各物 质的量见下表。FeH2O(g)Fe3O4H2起始/mol3.04.000平衡/molmnpq 若向上述平衡后的装置中分别继续按A、B、C三种情况加入物质,见下表:FeH2O(g)Fe3O4H2A/mol3.04.000B/mol001.04.0C/molmnpq当上述可逆反应再一次达到平衡状态后,将上述各装置中H2的百分含量按由大到小的顺序排列:(用A、B、C表示)。(5) 已知常温下Fe(OH)3的Ksp=4.010-39,将某FeCl3溶液的pH调为3,此时溶液中c(Fe3+)= (结果保留2位有效数字)molL-1。5.为治理环境,减少雾霾,应采取措施减少二氧化硫、氮氧化物(NOx)和CO2的排放量。 . 处理NOx的一种方法是利用甲烷催化还原NOx。 CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)H1=-574 kJ mol-1 CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)H2=-586.7 kJ mol-1 图1 图2 图3(1) 若用4.48 L CH4还原NO生成N2,则放出的热量为kJ。(气体体积已折算为 标准状况下)(2) NOx可用强碱溶液吸收产生硝酸盐。在酸性条件下,FeSO4溶液能将N还原为NO,NO能与多余的FeSO4溶液作用生成棕色物质,这是检验N的特征反应。写出该过程中产生NO的离子方程式: 。(3) 用电化学处理含N的废水,电解的原理如图1所示,则电解时阴极的电极反应式 为 ;当电路中转移20 mol电子 时,交换膜左侧溶液质量减少g。. 利用I2O5消除CO污染的反应为5CO(g)+I2O5(s)5CO2(g)+I2(s)。不同温度下,向装有足量I2O5固体的2 L恒容密闭容器中通入4 mol CO,测得CO2的体积分数()随时间(t)变化曲线如图2所示。(4) T1时,该反应的化学平衡常数的数值为。(5) 下列说法不正确的是(填字母)。 A. 容器内气体密度不变,表明反应达到平衡状态 B. 两种温度下,c点时体系中混合气体的压强相等 C. d点时,在原容器中充入一定量氦气,CO的转化率不变 D. b点和d点时化学平衡常数的大小关系:KbKd. 以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4 为催化剂,可以将CO2和CH4通过反应CO2(g)+CH4(g)CH3COOH(g)H”、“”、 “=”或“”)v逆。(3) 全钒液流储能电池是利用不同价态离子的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的 装置,其原理如下图所示。 当左槽溶液逐渐由黄变蓝,其电极反应式为 。 充电过程中,右槽溶液颜色变化是 。 若用甲醇燃料电池作为电源对其充电时,若消耗甲醇4.8 g时,电路中转移的电量为 (法拉第常数F=9.65l04 C mol-1)。答案1. (1) CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H=-726.1 kJmol-1 (2) 放极性键(或共价键)参加反应的分子中,可能是部分分子破裂成为原子 (3) 小于正向移动温度越高,产物CO的体积分数越大25.0%12.4a kPa2. (1) 2.0810-4 molL-1s-13.65106 (2) BD (3) 284 kJmol-1 (4) 3 (5) B3H2O-6e-O3+6H+3. (1) H1+H2减小 (2) ca (3) 2NOx+4xe-N2+2xO2-O24. (1) N2O4+2HNO3-2e-2N2O5+2H+ -H1+H2-H3-H4(2) 1.750.090 molL-1min-1(3) =p0(N2O4)=108 kPa=115.2 kPa吸热反应。温度升高,(N2O4)增加,说明平衡右移 减小体系压强、移出NO2k2KpB点与D点,满足平衡条件 v(NO2) = 2v(N2O4)5. (1) 酸在NaHSO3溶液中,HS存在HSH+S和HS+H2OH2SO3+OH-两种平衡,HS的电离 程度大于其水解程度,故溶液呈酸性A6.310-8(2) 40 之前,温度越高,溶液变蓝所需时间越短;40 之后,温度越高,溶液变蓝所需时间越长不适宜温度高于40 时,碘与淀粉的显色反应灵敏度降低(或淀粉会糊化) 6. (1) 放热 (2) 未到0.05 molL-1min-10.22A (3) 4.510-4 molL-1 (4) 2CN-+4H2O-10e-N2+2CO2+8H+8.(1) KCl冷却结晶重结晶 (2) 阴2H2O+2e-2OH-+H2阳极OH-放电,溶液中H+浓度增大, 使Cr2+H2O2Cr+2H+平衡向生成Cr2方向移动,使阳极区主要成分是K2Cr2O7 2-x (3) 3S2+2Cr2+10H+6S+4Cr3+5H2O 3.1210-8高考题型3化学反应原理1. (1) CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H=-726.1 kJmol-1(2) 放极性键(或共价键)参加反应的分子中,可能是部分分子破裂成为原子(3) 小于正向移动温度越高,产物CO的体积分数越大25.0%12.4a kPa解析(1) 将给定的三个热化学方程式编号为,根据盖斯定律-+2得到CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H=-283-(-128.5)+(-285.8)2=-726.1 kJmol-1。(2) 由图可知反应物总能量大于生成物总能量,为放热反应;O与CO中的C逐渐靠近形成CO极性共价键。化学反应中有原子相互结合成分子,也有参加反应的分子中部分分子破裂成为原子。(3) 温度升高反应速率加快,所以550 时的v逆小于925 时的v逆;在恒压密闭容器中反应,550 时若充入惰性气体,相当于减小压强,平衡正向移动;根据温度升高,产物体积分数增大,所以正反应是吸热反应。设CO2起始物质的量为1 mol,转化了x mol。C+CO22CO起始/mol: 1 0转化/mol:x2x平衡/mol:1-x2x由体积分数可知=40.0%,解得x=0.25,故CO2的转化率为25.0%。800 时,CO的体积分数为93%,则CO2的体积分数为7%,所以用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=12.4a kPa。2. (1) 2.0810-4 molL-1s-13.65106(2) BD(3) 284 kJmol-1(4) 3(5) B3H2O-6e-O3+6H+解析(1) v(NO)=4.1510-4 molL-1s-1,v(N2)=v(NO)=2.0810-4 molL-1s-1。第3 s开始反应达到平衡:2NO(g) + 2CO(g)2CO2(g) + N2(g) 起始/molL-1:1.0010-31.0010-300变化/molL-1:9.0010-49.0010-49.0010-44.5010-4平衡/molL-1:1.0010-41.0010-49.0010-44.5010-4该温度下反应的平衡常数K=3.65106。(2) 催化剂对平衡没有影响,不能提高转化率,该反应的正反应是放热反应,降低温度平衡正向移动,转化率增大;恒容密闭容器中充入氩气,压强增大,但气体浓度没有变化,不能提高转化率;充入CO使平衡正向移动,NO转化率增大。(3) 2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)H=-748 kJmol-1, N2(g)+O2(g)2NO(g)H=-180 kJmol-1,根据盖斯定律将+得2CO(g)+O2(g) 2CO2(g)H=-568 kJmol-1,故CO的燃烧热为284 kJmol-1。(4) 反应的化学方程式为3O3+2NO+H2O2HNO3+3O2,每生成1 mol HNO3转移3 mol电子。(5) 电解过程中阴极发生还原反应生成氢气,所以阴极为B极;阳极失去电子发生氧化反应生成O3,电极反应为3H2O-6e-O3+6H+。3. (1) H1+H2减小(2) ca(3) 2NOx+4xe-N2+2xO2-O2解析(1) +即可得到目标反应,因而H=H1+H2;反应达到平衡时, v1正= v1逆,k1正c2(NO) =O2), K1=;反应达到平衡时, v2正=v2逆,k2正c(N2O2)c(O2)=),K2=;对反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)达到平衡状态,K=K1K2=。该反应是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,K减小。(2) 反应快,反应慢,活化能越小,反应速率越快,则E1c(HNO2);反应后得到等浓度的NH4NO3和NH4NO2混合溶液,根据N元素守恒,有c(N)+c(NH3H2O)=)+c(N)+c(HNO2),因而有c(N)c(N)+c(N)。根据图示可知,阴极NOx得电子生成N2,N化合价由+2x价降低到0价,2NOx+4xe- N2,根据O守恒,同时生成2xO2-;阳极反应为2O2-4e-O2,因而阳极产生的气体是O2。4. (1) N2O4+2HNO3-2e-2N2O5+2H+-H1+H2-H3-H4(2) 1.750.090 molL-1min-1(3) =p0(N2O4)=108 kPa=115.2 kPa吸热反应。温度升高,(N2O4)增加,说明平衡右移减小体系压强、移出NO2k2KpB点与D点,满足平衡条件 v(NO2) = 2v(N2O4)解析(1) 根据题意N2O4在阳极失去电子生成N2O5,结合电荷守恒和质量守恒写出阳极反应式:N2O4+2HNO3-2e-2N2O5+2H+ ;根据盖斯定律,- 得N2O4(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g),则该反应H=H2-H1-H3-H4。(2) 2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)起始量/molL-1:1.00002min的量/molL-1:0.5 1 0.25 恒温恒容容器中压强之比等于物质的量之比,则pp0=1.75;1.003.00 min内,v(N2O5)=2v(O2)=0.18 molL-1min-1,v(O2)=0.090 molL-1min-1。(3) N2O4(g)2NO2(g)起始量/mol: 10反应量/mol: 2平衡量/mol:1-2=p0(N2O4)=108 kPa=115.2 kPa 由图看出,升高温度(N2O4)增大,说明N2O4(g)2NO2(g)平衡正移,则该反应的正反应为吸热反应;升温、减压、及时移出NO2都可以提高(N2O4)。根据Kp=,平衡时v(NO2)= 2v(N2O4)、v(N2O4)=k1p(N2O4),v(NO2)=k2p(NO2)2,得出k1=k2Kp,B点与D点是平衡状态,满足平衡条件v(NO2) = 2v(N2O4) 。5. (1) 酸在NaHSO3溶液中,HS存在HSH+S和HS+H2OH2SO3+OH-两种平衡,HS的电离程度大于其水解程度,故溶液呈酸性A6.310-8(2) 40 之前,温度越高,溶液变蓝所需时间越短;40 之后,温度越高,溶液变蓝所需时间越长不适宜温度高于40 时,碘与淀粉的显色反应灵敏度降低(或淀粉会糊化)c(OH-),故c(Na+)c(HS)c(H+)c(S)c(OH-) c(H2SO3),B正确。根据表中)n(HS)=11相关数据进行计算,K=c(H+)=6.310-8。(2) 由图可知,40 前曲线下降,即随着温度升高,溶液变蓝所需时间减少;40 后曲线上升,即随着温度升高,溶液变蓝所需时间变多。由此可以说明,温度超过40 ,该显色反应的灵敏度降低,且随温度的升高,淀粉水解反应速率加快,淀粉会糊化,因而40 后不适宜用淀粉作指示剂。温度越高,反应速率越快,c点对应温度高,因而反应速率快。6. (1) 放热(2) 未到0.05 molL-1min-10.22A(3) 4.510-4 molL-1(4) 2CN-+4H2O-10e-N2+2CO2+8H+解析(1) 根据盖斯定律,(-)得到CO(g)+NO2(g)CO2(g)+NO(g)H=(-1 200 kJmol-1+746 kJmol-1)=-227 kJmol-1。(2) 根据反应2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g) H=-746 kJmol-1,升高温度,平衡逆向移动,所以NO的体积分数会增大,即T1T2。在体积为2 L的密闭容器中,反应进行10 min放出热量373 kJ,根据反应2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g)H=-746 kJmol-1,消耗CO的物质的量是1 mol,v(CO)=0.05 molL-1min-1。某温度下,反应达到平衡状态D点时,NO的体积分数是25%,设CO的变化浓度是x mol,2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g)初始浓度/molL-1:2.5200变化浓度/molL-1:xx0.5xx平衡浓度/