基于高考化学浙江卷试题命题研究-以一氧化氮素材相关的反应原理题为案例

基于高考化学浙江卷试题命题研究——以一氧化氮素材相关的反应原理题为案例2020年1月浙江高考选考化学第29题29.(10分)研究NOx之间的转化具有重要意义。已知：N2o[g)2NO2(g)AH>0将一定量N2O4气体充入恒容的密闭容器中，控制反应温度为匚。①下列可以作为反应达到平衡的判据是。A•气体的压强不变B.v(N2O4)=2j(NOJC.K不变正24逆2D.容器内气体的密度不变E.容器内颜色不变②“时刻反应达到平衡，混合气体平衡总压强为p,N2O4气体的平衡转化率为75%,则反应N2O4(g)2NO2(g)的平衡常数K=(对于气相反应，用某组分B的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数，记作气，如p(B)=p・x(B)，p为平衡总压强，x(B)为平衡系统中B的物质的量分数)。卩③反应温度T时，c(n2o4)随t(时间)变化曲线如图1,画出0〜t2时段，c(NO2)随变化曲线。保持其它条件不变，改变反应温度为T2(T2>保持其它条件不变，改变反应温度为T2(T2>T1)，再次画出0〜t2时段，c(NO2)随t变化趋势的曲线。T02O10第曲题图2£0-10耳0.懾(2)NO氧化反应：2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)分两步进行，其反应过程能量变化示意图如图2。2NO(g)N2O2(g)AH1N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)AH2①决定NO氧化反应速率的步骤是(填“I”或“II”)。②在恒容的密闭容器中充入一定量的NO和02气体，保持其它条件不变，控制反应温度分别为T3和T4(T4>T3)，测得c(NO)随t(时间)的变化曲线如图3。转化相同量的NO,在温度傾“T3”或“T4”)下消耗的时间较长，试结合反应过程能量图(图2)分析其原因。答案】：29.(10分)(1)①AE②36p7(2(2③叭⑵①II②耳田1<0,温度升高，反应I平衡逆移，c(N2O2)减小；浓度降低的影响大于温度对反应II速率的影响

2N2O5(g)===4NO,(g)+O2(g)1.(2018・高考全国卷I节选)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了2N2O5(g)===4NO,(g)+O2(g)2N2O4(g)其中no2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所t/min250408016026013001700oop/kPa35.840.342.545.949.261.262.363.163.1若提高反应温度至35C,则N2O5(g)完全分解后体系压强p/35C).63.1kPa(填“大于”“等于”或“小于”)，原因是kPa(KP为以分压表示的平25C时N2O4(g)2NO2(g)kPa(KP为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数)。"亠解析：(1)温度提高，体积不变，总压强提高；no2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高。时间无限长时N2O5完全分解故由2N2O5(g)===4Nq(g)+O2(g)知此时生成的pNO2二2pNO二2X35.8kPa二71.6kPa,pO二0.5X35.8kPa二17.9kPa。由题意知，平衡时体系252的总压强为63.1kPa,则平衡体系中NO,、Nq的压强和为63.1kPa-17.9kPa二45.2kPa,设No的压强为xkPa，则2NO2(g)2NO2(g)71.6初始压强/kPa转化压强/kPa平衡压强/kPa71.6－2x71.6－2x则x+(71.6-2x)二45.2,解得x二26.4,71.6kPa-26.4kPaX2二18.8kPa,K二p2(NO2)二pP(N2O4)仃8.8kPa)在上述条件下反应能够自发进行，则反应的AH在上述条件下反应能够自发进行，则反应的AHV0(填写“〉”、“V”、“=”).前2s内的平均反应速率u(N2)=1.88X10-4mo卜L」・s」.26.4kPa宀13.4kPao答案：(1)大于温度提咼，体积不变，总压强提咼；NO2二聚为放热反应，温度提咼,平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高(2)13.422.(2009•浙江)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层.科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，其反应为：2NO+2CO確忖2CO2+N2.为了测定在某种催化剂作用下的反应速率，在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表：时间(s)012345c(NO)(mol/L)1.00X10-在该温度下，反应的平衡常数在该温度下，反应的平衡常数K=5000.则」由化学反应及提高NO转化率可知，应使化学平衡正向移动，催化剂不能影响平衡移动，该反应放热，则升高温度逆向移动，缩小容器的体积相当于加压，则加压、降温使该反应平衡正移，4.50X10-42.50X10-41.50X10-41.00X10-41.00X10-4c(CO)(mol/L)3.60X10-33.05X10-32.85X10-32.75X10-32.70X10-32.70X10-3请回答下列问题(均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响)：

假设在密闭容器中发生上述反应,达到平衡时下列措施能提高NO转化率的是C、D.A.选用更有效的催化剂B.升高反应体系的温度C.降低反应体系的温度D.缩小容器的体积研究表明：在使用等质量催化剂时,增大催化剂比表面积可提高化学反应速率．为了分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律,某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在下面实验设计表中．实验编号T(°C)NO初始浓度(mol/L)CO初始浓度(mol/L)催化剂的比表面积(m2/g)I2801.20X10-35.80X10-382II2801.20X10-35.80X10-3124III3501.20X10-35.80X10-3124请在上表空格中填入剩余的实验条件数据．请在给出的坐标图中，画出上表中的三个实验条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图,并标明各条曲线的实验编号．*c(NO)1■…匸…1;■…....1--k....——---i——■-r-T-■■……厂十-J—-r—jii■■■i...-，-_..1s1・■J——::——■:=―【解答】解：(1)因该反应2NO+2CO1苜I刑2CO2+N2中气体减少，则△SV0非自发，由反应能够自发进行，则△H-TASV0,即该反应一定是放热才有可能自发进行，放热反应的△HV0,故答案为：V；由表格中的数据可知2s内NO浓度的变化量为1.00X10,-2.50X10-4=7.50X10-4则2(NO)=7・5況暮兀口1/1花肉・sT；由化学反应速率之比等于化学计量数之比，则u(N2)=专u(NO)~1.88X10-4mo卜L-1・s-1,故答案为：1.88X10-4mo卜L-1"s-1；由表格中的数据可知到4s时达到化学平衡，则2NO+2CO'崔吃烈2CO2+N23.60X10-33.60X10-3009X10-49X10-44.50X10-42.70X10-39X10-44.50X10-4，故答案为：5000；—_二—-^JUU转化9X10-4平衡1.00X10

故答案为：C、D；①因I、II比表面积不同，则应控制温度相同，所有浓度应控制相同来验证催化剂比表面积对速率的影响；II、III比表面积相同，温度不同，则所有浓度应控制相同来验证反应温度对速率的影响;；故答案为：280；1.20X10-3；5.80X10-3；1.20X10」；5.80X10」；因i、ii温度相同，催化剂对平衡移动无影响，贝y平衡不移动，但I的速率大，则I先达到化学平衡，I、II达平衡时NO的浓度相同；【备用素材】密闭容器中发生反应：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)阳＜0。研究表明：在使用等质量同种催化剂时，增大催化剂比表面积可提高反应速率。某同学设计了下表所示的三组实验。请在图中画出三个实验中c(NO)随时间变化的趋势曲线，并标明实验编号。实验编号7TC初始c(NO)/(mol・L-】)初始c(CO)/(moLL-1)比表面积/(m2.g-1)I2801.20X10-35.80X10-382II2801.20X10-35.80X10-3124III3501.20X10-35.80X10-3124c(NO)'■丫7八＜IF一i1I°°1°°II■』■■丄■.1・■L■J-_''［解析］先比较实验I、II:实验II的催化剂比表面积大，故实验II的反应速率大；因催化剂不影响平衡移动，故达到平衡后，实验I、II的c(NO)相同。再比较II、III:实验III的温度高，故实验III的反应速率大；因温度升高，平衡左移，故平衡时c(NO)较大。［答案］

3.（2019・山东青岛模拟节选）某温度下，N2O5气体在一体积固定的容器中发生如下反应:2N2O5（g）===4NC2（g）+O2（g）（慢反应）AH<0,2NO2（g）N2O4（g）（快反应）AH<0，体系的总压强p总和pC2随时间的变化如下图所示：p/kPa010010t/h上图中表示C2压强变化的曲线是（填“甲”或“乙”）。已知N2C5分解的反应速率o=0.12pN2C5（kPa・h-1）,=10h时,N2C5=kPa,v=kPa・h-1（结果保留两位小数，下同）。该温度下2NC2N2C4反应的平衡常数K=kPa-1（K为以分压表示的平衡224解析：①根据反应分析，随着反应的进行氧气的压强从0开始逐渐增大，所以乙为氧气的压强曲线；t二10h时，pC2二12・8kPa，2N2C5(g)===4Nq(g)+C2(g)分析，反应的五氧化二氮的分

压为25.6kPa,起始压强为53.8kPa,所以10h时pNC二53.8-25.6二28.2kPa,NC分解2525的反应速率v二0.12pN2C5(kPa・h-1)二0.12X28.2二3.38kPa・h-1；2N2C5(g)===4NC2(g)+C2(g)107.62NC107.62x107.6107.62NC107.62x107.6－2x26.9

no24C起始分压改变分压平衡分压有107.6-2x+x+26.9二94.7，解得x二39.8kPa,平衡常数二警二0.05kPa-1。282答案：①乙②28.23.38③0.05（2019・河南郑州模拟节选）（1）汽车尾气中的NO和CO可在催化剂作用下生成无污染的气体而除去。在密闭容器中充入10molCO和8molNO发生反应，测得平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系如下图：0(填①已知T2>T1，则反应2NO(g)+2CO(g)催化剂N2(g)+2CO2(g),AH“〉”，“=”或“<，，)0(填该反应达到平衡后，为同时提高反应速率和NO的转化率，可采取的措施有（填字母序号）B.缩小容器的体积D.升高温度a•改用高效催化剂

cB.缩小容器的体积D.升高温度压强为10MPa、温度为T下，若反应进行到20min达到平衡状态，此时容器的体积为4L,则用N2的浓度变化表示的平均反应速率v(N2)=，该温度下用分压表示的平衡常数K=MPaT(分压=总压X物质的量分数)。在Dp点，对反应容器升温的同时扩大体积至体系压强减小，重新达到的平衡状态可能是图中A~G点中点。(2)在有氧条件下，新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2，将一定比例的O2、NH3和NO的混合气体匀速通入装有催化剂M的反应器中反应，反应相同时间，NO的去3xx除率随反应温度的变化曲线如图所示。进#麒来老d进#麒来老dN①在50°C〜150°C范围内随温度升高，NO的去除率迅速上升的原因是x②当反应温度高于380②当反应温度高于380C时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是解析：(1)①已知t2>T]由图示可知反应2NO(g)+2CO(g)催化剂N解析：(1)①已知t2>T]高温度后，平衡后NO的体积分数增大，说明升高温度，平衡逆向移动，逆反应方向为吸热反应，则AH<0；②2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g)AH<0；a•改用高效催化剂加快反应速率，平衡不变，转化率不变，故a错误；b.缩小容器的体积，体系内压强增大，反应速率增大，平衡正向进行，NO的转化率增大，故b正确：c.增加CO的浓度反应速率增大，平衡正向进行，NO的转化率增大，故c正确；d.升高温度反应速率增大，反应为放热反应，升温平衡逆向进行，NO的转化率减小，故d错误；故选bc；③在密闭容器中充入10molCO和8molNO，发生反应，压强为10MPa、温度为T「若反应进行到20min达到平衡状态，NO体积分数为25%，结合三行计算列式计算，设反应生成氮气物质的量为x，2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g)起始量(mol)10800变化量(mol)2x2xx2x平衡量(mol)10-2x8-2xx2x(8-2x)/(10-2x+8-2x+x+2x)x100%二25%,x=2mol,v(N2)二Ac/At=2mol/(4LX20(10MPaX:4;)2(10MPaX(10MPaX:4;)2(10MPaX(10MPaXy6)2(10MPaX^y平衡气体总物质的量=16mol，该温度下平衡常数K二p0.089(MPa)-1；

若在D点升温的同时扩大体积至体系压强减小侧平衡会正向移动，NO的体积分数增大，重新达到的平衡状态可能是图中A点；(2)在一定温度范围内催化剂活性较大，超过其温度范围，催化剂活性降低，根据图知，催化剂活性随温度升高而增大，使NOx去除反应速率迅速增大；温度升高，反应速率加快。在一定温度范围内催化剂活性较大，超过其温度范围，催化剂活性下降；(或在温度、催化剂条件下，氨气能被催化氧化生成NO)，即：当反应温度高于380C时，NO的去除率x迅速下降的原因可能是催化剂活性下降(或NH与O反应生成了NO)。32答案：⑴①＜②be③0.025mol・L-i・min-14/45(或0.089)④A(2)①催化剂活性随温度升高而增大，使NOx去除反应速率迅速增大；温度升高，反应速率加快②催化剂活性下降(或NH3与O2反应生成了NO)亚硝酰氯(NOCl)是有机合成中的重要试剂，可由NO和Cl2反应得到，化学方程式为2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)。(1)氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时会生成亚硝酰氯，涉及如下反应：2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+NOCl(g)4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)设反应①②③对应的平衡常数依次为k、k2、k3，则k、k2、k3之间的关系为(2)300°C时，2NOCl(g)2NO(g)+Cl2(g)。正反应速率的表达式为v正=k・cn(NOCl)(k为速率常数，只与温度有关)，测得速率与浓度的关系如表所示：序号c(NOCl)/(mol・L-1)v/(mol・L--s-】)①0.303.60X10—9②0.601.44X10—8③0.903.24X10—8n=,k=。(3)在1L恒容密闭容器中充入2molNO(g)和1molCl2(g)，在不同温度下测得c(NOCl)与时间t的关系如图A所示：300300、.M\\\40050060077K图B60504030平衡时No转化率/%mol・L—-min—反应开始到10minmol・L—-min—T2时该反应的平衡常数K为。Cl2的平衡转化率为。(4)若按投料比[川NO):川Cl2)]=2:1把NO和Cl2加入一恒压的密闭容器中发生反应，平衡时NO的转化率与温度T、压强p(总压)的关系如图B所示。该反应的AH(填“〉”“<”或“=”)0。在p压强条件下，M点时容器内NO的体积分数为。若反应一直保持在p压强条件下进行，则M点的分压平衡常数K=(用含p的表达式表示，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压X体积分数)。解析：⑴根据®X2-②二③，从而可推知平衡常数之间的关系。⑵将①②组数据代入表达式计算啓0)n二1.44X10-8二4解得n二2。再代入任意一组数据可计算出k值。(3)①10丿3.60X10-9__1mol*L-1min时，c(NOCl)二1mol・L-1,则转化的NO的物质的量为1mol，则v(NO)二二10min0.1mol.L-1.min-】。②平衡常数K二誌门二2。③C1的平衡转化率为-X100%12X0.521mol・L-1二50%。(4)①根据图像，升高温度，平衡时NO的转化率减小，说明平衡逆向移动，说明该反应正反应属于放热反应，AH<0。②根据图像，在p压强条件下，M点时容器内NO的转化率为50%,根据2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)可知，气体减小的体积为反应的NO的体积的—半，因此NO的体积分数为①0.1②2③50%(4)①<②40%③①0.1②2③50%(4)①<②40%③K=5pp2X50%2+1-2设NO的物质的量为2mol，则Cl2的物质的量为1m。1。2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)起始/mol210反应/mol10.51平衡/mol10.51平衡分压pX^~“2.5pX2.5pX^~“2.5M点的分压平衡常数Kp二p答案：(1)k2・k3=k224.0X10-8L・mois-11.对于恒容密闭容器中的反应：4NH3(g)+5O?(g)4NO(g)+6H?O(g)AH<0状态描述能否平衡(填“能”或“否”)(1)单位时间内生成4molNO的同时生成4molNH3(2)e正(nh3)：e逆(O丿—4:5⑶NH3的浓度不再改变⑷容器内总压强不随时间改变(5)混合气体的密度不再改变(6)混合气体的平均相对分子质量不再改变答案：(1)能(2)能(3)能(4)能(5)否(6)能2.一定温度下，将2molNO、1molCO充入1L固定容积的密闭容器中发生反应:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)AHvO。反应过程中部分物质浓度变化如图所示：若15min时再向容器中充入CO、N2各0.6mol,该反应是否处于平衡状态?解析：由图像知，10min时反应达到平衡状态，0.2X0.42二丄Q二(0.2+0.6)".42二丄Q=K—0.62X1.62144'c(0.6+0.6)2X1.62144'c所以该反应仍处于平衡状态。答案：该反应处于平衡状态3.科学研究发现，在一定条件下可用H2还原NO,生成无污染物质。该反应速率e正2正=k正・C"(NO)・Cm(H2)(k正是该化学反应的正反应速率常数)。在某温度下，测得正反应速率与

c(NO)/(moLL-1)c(H2)/(mol^L-1)v/(mol・L-1.min-1)实验10.10.20.004实验20.20.20.016实验30.10.40.008反应物浓度的关系如下表所示:反应物浓度的关系如下表所示:下列推断正确的是()在该反应中，NO、H2的化学反应速率之比为2:1上述表达式中，n=2,m=2上述表达式中，k=2.0mo卜2.L2・min-1正其他条件不变，加入催化剂或改变温度，k正不变正解析：反应的化学方程式为2NO+2H2二定条件2+2H2°。NO、H2的反应速率之比等于化学计量数之比，A项错误。代入数据计算可得,n=2,m=1,B项错误。代入数据计算可得，k正二2.0mol-2.L2.min-1，C项正确。其他条件不变时，加入催化剂或升温，反应速率增大，则k正增大；降温，反应速率减小，则k正减小，D项错误。答案：C【备用素材】(2019・河南南阳模拟)已知反应2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g)AH=-752kJ/mol的反应机理如下：2NO(g)N2O2(g)(快)N2O2(g)+H2(g)N2O(g)+H2O(g)(慢)N2O(g)+H2(g)N2(g)+H2O(g)(快)下列有关说法正确的是()N2O2和N2O是该反应的催化剂②的反应的活化能最小反应速率e(NO)=e(H2)=e(N2)总反应中逆反应的活化能比正反应的活化能大解析：N2O2和n2O是中间产物，而不是催化剂，故A错误；②的反应最慢，说明活化能最大，故B错误；反应速率之比等于化学计量数之比，因此"(NO)二陨气)二2e(N2)，故C错误；正反应放热，说明断裂化学键吸收的能量小于形成化学键放出的能量，则逆反应的活化能比正反应的活化能大752kJ/mol，所以D正确。答案：D4•用催化剂可以使NO、CO污染同时降低，2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g),根据传感器记录某温度下NO、CO的反应进程，测量所得数据绘制出如图。前1s内的平均反应速率v(N2)=第2S时的X值范围。36,302036,302010<@4.6)--_NO_2345(/s解析：利用"等计算e(CO)，根据速率之比等于化学计量数之比求e(N2);因为随着反应进行反应速率越来越小，所以第2s消耗的CO小于第1s的36-30.6二5.4，则第2s

时的x值范围为30.6>x>30.6-5.4二25.2。答案：2.7X10-4mol・L-i・s-130.6>x>25.2【备用素材】用催化转化装置净化汽车尾气，装置中涉及的反应之一为2NO(g)+2C0(g)N2(g)+2CO2(g)。探究上述反应中NO的平衡转化率与压强、温度的关系，得到如图所示的曲线。催化装置比较适合的温度和压强是NO的平衡转化率与压强、温度的关系解析：从图中看出400K,1MPa时NO的转化率已比较高。答案：400K、1MPa5.NH3催化还原氮氧化物技术是目前应用最广泛的烟气脱氮技术：4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g)阳＜0。密闭容器中，在相同时间内，在催化剂A作用下脱氮率随温度变化如图所示。现改用催化能力稍弱的催化剂B进行实验，请在图中画出在催化剂B作用下的脱氮率随温度变化的曲线(不考虑温度对催化剂活性的影响)。［解析］先分析催化剂A作用下的脱氮率为什么会先增大后减小。低于300°C时，温度越高，反应速率越快，相同时间内消耗的NO越多，所以脱氮率增大。高于300°C时，因为温度升高，平衡逆向移动，消耗的NO减小，所以脱氮率下降。改用催化剂B，就涉及催化剂和温度两个变量，在解题时要分别考虑。①B催化下，随着温度的升高，脱氮率也应先增大后减小。②达到曲线最高点之前