高考化学二轮复习 反应原理综合题专题卷.docx
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高考化学二轮复习反应原理综合题专题卷
专题跟踪检测(九)反应原理综合题
卷——基础保分练
1.(2018·福州质检)金属钒(V)及其化合物有着广泛的用途。
请回答以下问题:
(1)钒在溶液中的主要聚合状态与溶液的pH关系如图1所示。
V2O中V元素的化合价是________,请写出溶液中VO转化为V2O的离子方程式:
____________________
________________。
(2)“弱碱性铵盐沉钒法”原理是在含有钒元素的溶液中加入铵盐后形成NH4VO3沉淀,图2是在工业生产中不同pH环境下沉钒率的测定值。
实际工业生产中常选择pH=7.5为沉钒的最佳条件,当pH超过8.0时沉钒率降低,其原因是溶液中的VO转化为V2O、________________________。
(请另写出一点原因)
(3)NH4VO3在高温下分解产生的V2O5可作为硫酸工业中2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=p的催化剂,其催化原理如图3所示。
①过程a和过程b的热化学方程式为V2O5(s)+SO2(g)V2O4(s)+SO3(g) ΔH=q;
V2O4(s)+O2(g)+2SO2(g)2VOSO4(s) ΔH=r。
请写出过程c的热化学方程式:
__________________________________________
________________________________________________________________________。
②T℃下,反应:
2SO3(g)2SO2(g)+O2(g) ΔH>0中SO3的转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图4所示。
T℃下,将2molSO3置于10L密闭容器中,反应达到平衡后,体系总压强为0.10MPa。
B点的化学平衡常数的值是________。
(4)全钒液流电池是一种可充电电池,装置如图5所示。
若在放电过程中有H+从A池移向B池,则:
①放电过程中,起负极作用的是________池。
(填“A”或“B”)
②充电过程中,阳极反应式为___________________________________________。
解析:
(1)设V2O中V元素的化合价是x,则2x-2×7=-4,解得x=+5。
溶液中
VO转化为V2O,V的化合价不变,离子方程式为2VO+2OH-V2O+H2O。
(2)沉钒原理为加入铵盐后形成NH4VO3沉淀,当pH超过8.0时,NH容易转化为NH3·H2O,沉钒率降低。
(3)①根据盖斯定律,由总的热化学方程式2SO2(g)+O22SO3(g) ΔH=p减去过程a、过程b的热化学方程式,可得过程c的热化学方程式为2VOSO4(s)V2O5(s)+SO3(g)+SO2(g)ΔH=p-q-r。
②反应达到平衡后,体系总压强为0.10MPa,则A点为平衡点,此时SO3的转化率为20%,则达平衡时SO3为1.6mol,SO2为0.4mol,O2为0.2mol,A点化学平衡常数K===0.00125。
B点与A点温度相同,化学平衡常数相等。
(4)①根据原电池工作时阳离子向正极移动及“放电过程中H+从A池移向B池”知,A池起负极作用,B池起正极作用。
②充电过程的阳极反应与放电过程的正极反应互为逆反应,由图可知,放电时正极上发生还原反应,VO转化为VO2+,则充电过程中,阳极上发生氧化反应,VO2+转化为VO,阳极反应式为VO2+-e-+H2O===VO+2H+。
答案:
(1)+5 2VO+2OH-V2O+H2O
(2)pH过大,溶液中的NH会转化为NH3·H2O(合理即可)
(3)①2VOSO4(s)V2O5(s)+SO3(g)+SO2(g) ΔH=p-q-r
②0.00125
(4)①A ②VO2+-e-+H2O==VO+2H+
2.综合利用CO2、CO对构建低碳社会有重要意义。
Ⅰ.一定温度下(T1<T2),在三个体积均为2.0L的恒容密闭容器中发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),3min后反应达到平衡。
反应过程中涉及的数据如表所示:
编号容器
温度/℃
起始时物质的量/mol
平衡时物质的量/mol
CO(g)
H2(g)
CH3OH(g)
①
T1
0.2
0.4
0.18
②
T1
0.4
0.8
③
T2
0.2
0.4
0.16
(1)容器①中,平衡时CO的浓度为________mol·L-1。
3min内用H2表示的平均反应速率为________mol·L-1·min-1。
(2)T2℃时,该反应的平衡常数为________。
该反应为________(填“放热”或“吸热”)反应。
(3)容器②中,平衡时CH3OH(g)的物质的量________(填“大于”“小于”或“等于”)0.36mol。
(4)下列选项中,能说明该反应已经达到平衡状态的是________(填字母)。
a.容器中气体密度不再变化
b.气体平均相对分子质量不再变化
c.CH3OH(g)浓度不再变化
d.消耗1molCO的同时生成1molCH3OH(g)
(5)下列选项中,能提高CO转化率的有________(填字母)。
a.加压 b.增大c(H2)
c.加入合适的催化剂d.升高温度
(6)若T2℃时向容器③中充入0.2molCO、0.2molH2、0.5molCH3OH(g),反应将向________(填“正”或“逆”)反应方向进行。
Ⅱ.利用H2和CO2在一定条件下可以合成乙烯:
6H2+2CO2CH2===CH2+4H2O。
(7)已知:
4.4gCO2与H2完全转化为CH2==CH2和H2O(g)共放出6.39kJ的热量,写出该反应的热化学方程式:
___________________________________________________。
(8)温度对CO2的转化率及催化剂的催化效率的影响如图所示。
①下列有关说法不正确的是________(填字母)。
a.N点对应的反应速率最大
b.250℃时,催化剂的催化效率最高
c.其他条件相同时,M点对应的乙烯的产量比N点的高
②若在密闭容器中充入体积比为3∶1的H2和CO2,M点对应的产物CH2===CH2的体积分数为________%(保留两位有效数字)。
解析:
(1)由题意知,生成0.18molCH3OH(g),需消耗0.18molCO,故平衡时CO的浓度为=0.01mol·L-1,v(CH3OH)==0.03mol·L-1·min-1,v(H2)=2v(CH3OH)=0.06mol·L-1·min-1。
(2) CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
起始/(mol·L-1)0.10.20
转化/(mol·L-1)0.080.160.08
平衡/(mol·L-1)0.020.040.08
则K==2500。
容器③和容器①相比,温度升高,平衡时CH3OH(g)的物质的量减小,相当于温度升高平衡逆向移动,故该反应为放热反应。
(3)假设平衡不发生移动,则平衡时容器②中CH3OH(g)的物质的量为0.18mol×2=0.36mol,但容器②中压强较大,平衡正向移动,CH3OH(g)的物质的量增大,故容器②中,平衡时CH3OH(g)的物质的量大于0.36mol。
(4)气体的质量和体积恒定,气体的密度始终不变,a项错误;气体的总质量不变,总物质的量减小,故平均相对分子质量不变时,反应达到平衡状态,b项正确;CH3OH(g)浓度不变时,反应达到平衡状态,c项正确;消耗1molCO和生成1mol
CH3OH(g)都表示反应向正反应方向进行,不能判断反应是否达到平衡状态,d项错误。
(5)a、b项使平衡正向移动,CO转化率增大;c项使平衡不发生移动,CO转化率不变;d项使平衡逆向移动,CO转化率减小。
(6)Q==250<K,反应向正反应方向进行。
(7)4.4gCO2的物质的量为0.1mol,与H2完全反应转化为CH2==CH2和H2O(g)放出6.39kJ的热量,则2molCO2与H2完全反应转化为CH2===CH2和H2O(g)放出的热量为6.39kJ×20=127.8kJ,故热化学方程式为6H2(g)+2CO2(g)CH2==CH2(g)+4H2O(g) ΔH=-127.8kJ·mol-1。
(8)①a项,温度越高,反应速率越大,催化剂效率越高,反应速率越大,N点对应的温度虽然高,但催化剂的效率却较低,故N点对应的反应速率不是最大,错误;b项,由图可知,250℃时催化剂的催化效率最高,正确;c项,其他条件相同时,M点对应的CO2的转化率比N点的高,故M点对应的乙烯的产量比N点的高,正确。
②M点对应的CO2的转化率为50%,故消耗0.5体积的CO2和1.5体积的H2,生成0.25体积的CH2==CH2和1体积的H2O(g),则平衡时剩余0.5体积的CO2和1.5体积的H2,故CH2==CH2的体积分数为×100%≈7.7%。
答案:
(1)0.01 0.06
(2)2500 放热 (3)大于
(4)bc (5)ab (6)正
(7)6H2(g)+2CO2(g)CH2==CH2(g)+4H2O(g) ΔH=-127.8kJ·mol-1
(8)①a ②7.7
3.目前国家正在倡导推进传统产业改造升级,引导企业创新优化产业结构。
其根本目的是节能减排,“减排”的关键是减少CO2排放,而“减排”的重要手段是合理利用CO2。
回答下列问题:
(1)CO2的电子式是________。
(2)利用CO2可合成尿素[CO(NH2)2],合成原料除CO2外,还有NH3。
该方法制备尿素的化学方程式是________________________________________________________,该方法制备尿素一般需>2,即NH3过量,原因是______________________________。
(3)利用太阳能,以CO2为原料制取炭黑的流程如图1所示:
“过程1”生成1mol炭黑的反应热为ΔH1;“过程2”的热化学方程式为2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g) ΔH2。
则图1中制备炭黑的热化学方程式为______________________________________。
(4)将1molCO2和3molH2充入容积为1L的恒容密闭容器中,发生反应:
2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH。
①图2是测得的该反应中X、Y的浓度随时间变化的曲线,其中X为________(写化学式),反应达到平衡时的平均反应速率v(H2)=________。
②不同温度下平衡时,混合气体中H2的物质的量随温度的变化曲线如图3所示,则该反应的ΔH________(填“>”“<”或“不能确定”)0;测定温度小于T2时,反应体系中无O2存在,则T1~T2的温度范围内,H2的物质的量急剧增大的原因可能是________________________________________________________________________。
(5)CO2还可以合成甲醇:
CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g) ΔH=-53.7kJ·mol-1,一定条件下,将1molCO2和2.8molH2充入容积为2L的绝热密闭容器中,发生上述反应。
CO2的转化率[α(CO2)]在不同催化剂作用下随时间的变化曲线如图4所示。
过程Ⅰ的活化能________(填“>”“<”或“=”)过程Ⅱ的活化能,n点的平衡常数K=________。
解析:
(1)CO2的结构式为O==C==O,故其电子式为C。
(2)NH3与CO2反应生成尿素的化学方程式为2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O。
该方法制备尿素时需NH3过量,原因是NH3易液化、易溶于水,比CO2更易于回收。
(3)根据提示可写出“过程1”的热化学方程式:
6FeO(s)+CO2(g)===2Fe3O4(s)+C(s,炭黑) ΔH1,而“过程2”的热化学方程式为2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g) ΔH2。
根据盖斯定律,将两个热化学方程式相加即得CO2(g)C(s,炭黑)+O2(g) ΔH=ΔH1+ΔH2。
(4)①由图2可知X的浓度逐渐增大,故X为生成物,且X的浓度的变化量在0.25~0.50mol·L-1之间,由初始浓度知Y为CO2,达到平衡时CO2的浓度变化了0.75mol·L-1,根据各物质系数关系知,X为C2H4。
v(H2)=3v(CO2)=3×=0.225mol·L-1·min-1。
②由图3可知,随着温度的升高,H2的物质的量增加,即升温平衡向生成H2的方向移动,故ΔH<0;“温度小于T2时,反应体系中无O2存在”说明H2O未分解,故T1~T2的温度范围内,H2的物质的量急剧增大的原因可能是乙烯分解生成了H2。
(5)由CO2的转化率曲线可知,过程Ⅰ比过程Ⅱ先达到平衡状态,说明过程Ⅰ反应速率快,因此过程Ⅰ的活化能较小。
n点时CO2的平衡转化率是80%,则应用“三段式”法计算:
CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g)
起始浓度/(mol·L-1)0.51.400
转化浓度/(mol·L-1)0.41.20.40.4
平衡浓度/(mol·L-1)0.10.20.40.4
故n点的平衡常数K==200。
答案:
(1)C
(2)2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O
NH3易液化、易溶于水,便于尾气回收
(3)CO2(g)C(s,炭黑)+O2(g)
ΔH=ΔH1+ΔH2
(4)①C2H4 0.225mol·L-1·min-1
②< 乙烯分解生成H2
(5)< 200
4.水体污染的治理是环境科学家研究的课题之一,氮及其化合物处理已成环保重点。
(1)还原法可以处理废水中的硝酸根离子。
铝粉在碱性条件下还原硝酸盐,得到N2、AlO等。
写出反应的离子方程式:
________________________________________________
__________________________________。
(2)电解法可除去废水中的氨氮。
实验室用石墨电极电解一定浓度的(NH4)2SO4和NaCl的酸性混合溶液。
阳极产生的氯气与水反应生成次氯酸,次氯酸可氧化铵根离子。
在电解过程中,阴极附近电解质溶液的pH____(填“升高”“降低”或“不变”)。
(3)向废水中通入一定量氯气,利用次氯酸氧化氨或铵盐:
①NH(aq)+4HClO(aq)===NO(aq)+6H+(aq)+4Cl-(aq)+H2O(l) ΔH1=akJ·mol-1
②NH(aq)+HClO(aq)===NH2Cl(aq)+H+(aq)+H2O(l) ΔH2=bkJ·mol-1
③2NH2Cl(aq)+HClO(aq)===N2(g)+H2O(l)+3H+(aq)+3Cl-(aq) ΔH3=ckJ·mol-1
则反应④2NH(aq)+3HClO(aq)===N2(g)+3H2O(l)+5H+(aq)+3Cl-(aq)的ΔH=________kJ·mol-1。
在反应①中氧化剂、还原剂的物质的量之比为________。
(4)工业上,用活性炭法还原氮氧化物。
在密闭容器中充入一定量活性炭和NO,发生反应:
C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) ΔH。
在T1℃时,反应进行到不同时间测得各物质的浓度(mol·L-1)如表所示:
t/min
物质
0
10
20
30
40
50
NO
1.0
0.58
0.40
0.40
0.48
0.48
N2
0
0.21
0.30
0.30
0.36
0.36
CO2
0
0.21
0.30
0.30
0.36
0.36
①T1℃时,平衡常数K为____________。
②30min之后,只改变某一条件,该条件可能是____________。
③若30min之后,降低温度至T2℃,重新达到平衡,测得NO、N2、CO2的浓度之比为1∶1∶1,则降低温度时平衡________(填“向左”“向右”或“不”)移动。
解析:
(1)依题意,离子方程式为10Al+6NO+4OH-===10AlO+3N2↑+2H2O。
(2)阳极发生氧化反应:
2Cl--2e-===Cl2↑,阴极反应式为2H++2e-===H2↑,阴极附近电解质溶液的pH升高。
(3)根据盖斯定律知,②×2+③得④,则ΔH=(2b+c)kJ·mol-1。
(4)①20min平衡时,c(NO)=0.40mol·L-1,c(N2)=c(CO2)=0.30mol·L-1,K====0.5625。
②30min→40min,c(NO)、c(N2)、c(CO2)分别净增0.08mol·L-1、0.06mol·L-1、0.06mol·L-1,则改变的一个条件可能是增加NO的浓度0.2mol·L-1;观察发现两次平衡时NO、N2、CO2的浓度之比都为4∶3∶3,说明还可能是缩小容器体积(等气体分子数反应,平衡不移动)。
③T1℃平衡状态时,NO、N2、CO2的浓度之比为4∶3∶3,降低温度达到新平衡时,浓度之比为1∶1∶1,说明平衡向右移动。
答案:
(1)10Al+6NO+4OH-===10AlO+3N2↑+2H2O
(2)升高 (3)2b+c 4∶1
(4)①0.5625 ②增加NO浓度或缩小容器体积 ③向右
5.(2018·南昌模拟)二氧化碳的捕集、利用是我国能源领域的一个重要战略方向。
(1)科学家提出由CO2制取C的太阳能工艺如图所示。
若“重整系统”发生的反应中=6,则FexOy的化学式为________,“热分解系统”中每分解1molFexOy,转移电子的物质的量为________。
(2)二氧化碳催化加氢合成低碳烯烃是目前研究的热门课题。
在一个1L密闭恒容容器中分别投入1.5molCO2、5.0molH2,发生反应:
2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH;在不同温度下,用传感技术测出平衡时H2的物质的量变化关系如图所示。
①该反应的ΔH________(填“>”“<”或“不能确定”)0。
②在TA温度下的平衡常数K=________。
③提高CO2的平衡转化率,除改变温度外,还可采取的措施是:
________(列举1项)。
④在TA温度下,其他条件不变,起始时若按1molCO2、2molH2、1molC2H4(g)、
2molH2O(g)进行投料,此时v(正)________(填“>”“<”或“=”)v(逆)。
(3)用氨水吸收CO2制化肥(NH4HCO3)。
①已知:
NH3·H2O(aq)NH(aq)+OH-(aq)ΔH1=akJ·mol-1
CO2(g)+H2O(l)H2CO3(aq) ΔH2=bkJ·mol-1
H2CO3(aq)+OH-(aq)HCO(aq)+H2O(l)
ΔH3=ckJ·mol-1
则利用NH3·H2O吸收CO2制备NH4HCO3的热化学方程式为___________________
_________________________________________________________。
②已知常温下相关数据如表:
Kb(NH3·H2O)
2×10-5
Ka1(H2CO3)
4×10-7
Ka2(H2CO3)
4×10-11
则反应NH+HCO+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常数K=________。
解析:
(1)“重整系统”中FeO和CO2反应生成FexOy和C,若=6,配平化学方程式为6FeO+CO22Fe3O4+C,故FexOy为Fe3O4。
“热分解系统”中Fe3O4分解生成FeO和O2,根据Fe3O4→3FeO可知,每分解1molFe3O4,转移电子的物质的量为×
3mol=2mol。
(2)①根据图示,升高温度,n(H2)增大,说明平衡向逆反应方向移动,根据平衡移动原理,升温时平衡向吸热反应方向移动,故逆反应为吸热反应,则正反应为放热反应,ΔH<0。
②TA温度下反应达到平衡时n(H2)=2.0mol,根据化学方程式,可以计算出达到平衡时n(CO2)=0.5mol,n(C2H4)=0.5mol,n(H2O)=2.0mol,则该温度下的平衡常数K===0.5。
③该反应为气体分子数减小的反应,增大压强,平衡正向移动,CO2的转化率增大;或增大反应物H2的浓度,平衡正向移动,CO2的转化率增大。
④起始时浓度商Q===0.25<K,故该可逆反应向正反应方向进行,v(正)>v(逆)。
(3)①根据盖斯定律,由第一个反应+第二个反应+第三个反应,可得:
NH3·H2O(aq)+CO2(g)NH(aq)+HCO(aq),则ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3=(a+b+c)kJ·mol-1。
②该反应的平衡常数K=
====1.25×10-3。
答案:
(1)Fe3O4 2mol
(2)①< ②0.5 ③通过缩小容器容积增大压强(合理即可) ④>
(3)①NH3·H2O(aq)+CO2(g)NH(aq)+HCO(aq) ΔH=(a+b+c)kJ·mol-1
②1.25×10-3
卷——重点增分练
1.(2018·潍坊统考)铅及其化合物广泛用于蓄电池、机械制造、电缆防护等行业。
(1)用PbS熔炼铅的过程中会有如下反应发生:
2PbS(s)+3O2(g)===2PbO(s)+2SO2(g) ΔH=akJ·mol-1
PbS(s)+2O2(g)===PbSO4(s) ΔH=bkJ·mol-1
PbS(s)+2PbO(s)===3Pb(s)+SO2(g) ΔH=ckJ·mol-1
写出PbS与PbSO4反应生成Pb和SO2的热化学方程式____________________________
____________________________________________________。
(2)利用电解法也可制得金属铅。
将PbO溶解在HCl和NaCl的混合溶液中,得到含PbCl的电解液。
用惰性电极电解Na2PbCl4溶液制得金属Pb,装置如图所示。
a电极的名称是________(填“阴极”或“阳极”),b电极的电极反应式为__________
__________________________________,该生产过程中可以循环利用的物质是________。
(3)铅蓄电池是一种用途广泛的二次电池。
铅蓄电池的电池反应通常表示为:
Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。
铅蓄电池充电时,二氧化铅电极应与外接电源的________(填“正极”或“负极”)相连接,该电极的电极反应式为____________________
__________________________________________________________。
(4)PbO2受热会随温度升高逐步分解。
称取23.9gPbO2,将其加热分解,受热分解过程中固体质量随温度的变化如图所示。
A点与C点对应物质的化学式分别为________、_____
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