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.docx

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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。

（1）已知：

N2O4（g）

2NO2（g）　ΔH＞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T1。

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正（N2O4）＝2v逆（NO2）C．K不变

D．容器内气体的密度不变E．容器内颜色不变

②t1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Kp＝________（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Kp，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）。

③反应温度T1时，c（N2O4）随t（时间）变化曲线如图1，画出0～t2时段，c（NO2）随t变化曲线。

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。

（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。

Ⅰ2NO（g）

N2O2（g）ΔH1

ⅡN2O2（g）＋O2（g）

2NO2（g）ΔH2

①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O2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________（填“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）

①AE

②36

p/7

③

（2）

①Ⅱ

②T4

ΔH1＜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

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25℃时N2O5（g）分解反应：

2N2O5（g）===4NO2（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的变化如下表所示[t＝∞时，N2O5（g）完全分解]：

t/min

0

40

80

160

260

1300

1700

∞

p/kPa

35.8

40.3

42.5

45.9

49.2

61.2

62.3

63.1

（1）若提高反应温度至35℃，则N2O5（g）完全分解后体系压强p∞（35℃）________63.1kPa（填“大于”“等于”或“小于”），原因是_____________________________。

（2）25℃时N2O4（g）2NO2（g）反应的平衡常数Kp＝________kPa（Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数）。

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。

（2）时间无限长时N2O5完全分解，故由2N2O5（g）===4NO2（g）＋O2（g）知，此时生成的pNO2＝2pN2O5＝2×35.8kPa＝71.6kPa，pO2＝0.5×35.8kPa＝17.9kPa。

由题意知，平衡时体系的总压强为63.1kPa，则平衡体系中NO2、N2O4的压强和为63.1kPa－17.9kPa＝45.2kPa，设N2O4的压强为xkPa，则

N2O4（g）2NO2（g）

初始压强/kPa071.6

转化压强/kPax2x

平衡压强/kPax71.6－2x

则x＋（71.6－2x）＝45.2，解得x＝26.4,71.6kPa－26.4kPa×2＝18.8kPa，Kp＝

＝

≈13.4kPa。

答案：

（1）大于　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　

（2）13.4

2．（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

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）

0

1

2

3

4

5

c（NO）（mol/L）

1.00×10﹣3

4.50×10﹣4

2.50×10﹣4

1.50×10﹣4

1.00×10﹣4

1.00×10﹣4

c（CO）（mol/L）

3.60×10﹣3

3.05×10﹣3

2.85×10﹣3

2.75×10﹣3

2.70×10﹣3

2.70×10﹣3

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）：

（1）在上述条件下反应能够自发进行，则反应的△H　＜　0（填写“＞”、“＜”、“＝”）．

（2）前2s内的平均反应速率υ（N2）＝　1.88×10﹣4mol•L﹣1•s﹣1　．

（3）在该温度下，反应的平衡常数K＝　5000　．

（4）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

（5）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（℃）

NO初始浓度

（mol/L）

CO初始浓度

（mol/L）

催化剂的比表面积（m2/g）

Ⅰ

280

1.20×10﹣3

5.80×10﹣3

82

Ⅱ

　280　

　1.20×10﹣3　

　5.80×10﹣3　

124

Ⅲ

350

　1.20×10﹣3　

　5.80×10﹣3　

124

①请在上表空格中填入剩余的实验条件数据．

②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．

【解答】解：

（1）因该反应2NO+2CO

2CO2+N2中气体减少，则△S＜0非自发，

由反应能够自发进行，则△H﹣T△S＜0，即该反应一定是放热才有可能自发进行，

放热反应的△H＜0，故答案为：

＜；

（2）由表格中的数据可知2s内NO浓度的变化量为1.00×10﹣3﹣2.50×10﹣4＝7.50×10﹣4，

则υ（NO）＝

；

由化学反应速率之比等于化学计量数之比，则

υ（N2）＝

υ（NO）≈1.88×10﹣4mol•L﹣1•s﹣1，故答案为：

1.88×10﹣4mol•L﹣1•s﹣1；

（3）由表格中的数据可知到4s时达到化学平衡，则

2NO+2CO

2CO2+N2

开始1.00×10﹣33.60×10﹣300

转化9×10﹣49×10﹣49×10﹣44.50×10﹣4

平衡1.00×10﹣42.70×10﹣39×10﹣44.50×10﹣4

则

，故答案为：

5000；

（4）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，

故答案为：

C、D；

（5）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；1.20×10﹣3；5.80×10﹣3；1.20×10﹣3；5.80×10﹣3；

②因Ⅰ、Ⅱ温度相同，催化剂对平衡移动无影响，则平衡不移动，但Ⅱ的速率大，则Ⅱ先达到化学平衡，Ⅰ、Ⅱ达平衡时NO的浓度相同；

而Ⅲ的温度高，则反应速率最大且平衡逆移，即达到化学平衡时c（NO）增大，故答案为：

．

【备用素材】

密闭容器中发生反应：

2NO（g）＋2CO（g）N2（g）＋2CO2（g）　ΔH＜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

T/℃

初始c（NO）

/（mol·L－1）

初始c（CO）

/（mol·L－1）

比表面积

/（m2·g－1）

Ⅰ

280

1.20×10－3

5.80×10－3

82

Ⅱ

280

1.20×10－3

5.80×10－3

124

Ⅲ

350

1.20×10－3

5.80×10－3

124

[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）===4NO2（g）＋O2（g）（慢反应）　ΔH<0,2NO2（g）N2O4（g）（快反应）　ΔH<0，体系的总压强p总和pO2随时间的变化如下图所示：

①上图中表示O2压强变化的曲线是________（填“甲”或“乙”）。

②已知N2O5分解的反应速率v＝0.12pN2O5（kPa·h－1），t＝10h时，pN2O5＝________kPa，v＝________kPa·h－1（结果保留两位小数，下同）。

③该温度下2NO2N2O4反应的平衡常数Kp＝________kPa－1（Kp为以分压表示的平衡常数）。

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；

②t＝10h时，pO2＝12.8kPa,2N2O5（g）===4NO2（g）＋O2（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pN2O5＝53.8－25.6＝28.2kPa，N2O5分解的反应速率v＝0.12pN2O5（kPa·h－1）＝0.12×28.2＝3.38kPa·h－1；

③2N2O5（g）===4NO2（g）＋O2（g）

53．8　　　　107.6　　26.9

　　　　2NO2　　N2O4

起始分压　　107.6　　　　O

改变分压　　2x　　　　x

平衡分压　　107.6－2xx

有107.6－2x＋x＋26.9＝94.7，解得x＝39.8kPa，平衡常数＝

＝0.05kPa－1。

答案：

①乙　②28.2　3.38　③0.05

4．（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：

①已知T2>T1，则反应2NO（g）＋2CO（g）

N2（g）＋2CO2（g），ΔH________0（填“>”“＝”或“<”）。

②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）

a．改用高效催化剂　　　B．缩小容器的体积

c．增加CO的浓度D．升高温度

③压强为10MPa、温度为T1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Kp＝________MPa－1（分压＝总压×物质的量分数）。

④在D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NOx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，NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图所示。

①在50℃～150℃范围内随温度升高，NOx的去除率迅速上升的原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

②当反应温度高于380℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

（1）①已知T2>T1，由图示可知反应2NO（g）＋2CO（g）

N2（g）＋2CO2（g），升高温度后，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ΔH<0；

②2CO（g）＋2NO（g）N2（g）＋2CO2（g）　ΔH<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T1，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）　10　　　8　　　　0　　　0

变化量（mol）　2x　2x　x　2x

平衡量（mol）　10－2x　8－2x　x　2x

（8－2x）/（10－2x＋8－2x＋x＋2x）×100%＝25%，x＝2mol，v（N2）＝Δc/Δt＝2mol/（4L×20min）＝0.025mol·L－1·min－1；

平衡气体总物质的量＝16mol，该温度下平衡常数Kp＝

＝0.089（MPa）－1；

④若在D点升温的同时扩大体积至体系压强减小，则平衡会正向移动，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，

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380℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是催化剂活性下降（或NH3与O2反应生成了NO）。

答案：

（1）①<　②bc　③0.025mol·L－1·min－1　4/45（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）

5．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：

①2NO2（g）＋NaCl（s）NaNO3（s）＋NOCl（g）

②4NO2（g）＋2NaCl（s）2NaNO3（s）＋2NO（g）＋Cl2（g）

③2NO（g）＋Cl2（g）2NOCl（g）

设反应①②③对应的平衡常数依次为K1、K2、K3，则K1、K2、K3之间的关系为________________________________________________________________________。

（2）300℃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－1·s－1）

①

0.30

3.60×10－9

②

0.60

1.44×10－8

③

0.90

3.24×10－8

n＝________，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：

①反应开始到10min时NO的平均反应速率v（NO）＝________mol·L－1·min－1。

②T2时该反应的平衡常数K为________。

③Cl2的平衡转化率为________。

（4）若按投料比[n（NO）∶n（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。

①该反应的ΔH________（填“>”“<”或“＝”）0。

②在p压强条件下，M点时容器内NO的体积分数为________。

③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Kp＝________（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×体积分数）。

解析：

（1）根据①×2－②＝③，从而可推知平衡常数之间的关系。

（2）将①②组数据代入表达式计算，

n＝

＝4，解得n＝2。

再代入任意一组数据可计算出k值。

（3）①10min时，c（NOCl）＝1mol·L－1，则转化的NO的物质的量为1mol，则v（NO）＝

＝0.1mol·L－1·min－1。

②平衡常数K＝

＝2。

③Cl2的平衡转化率为

×100%＝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，ΔH<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的体积的一半，因此NO的体积分数为

×100%＝40%。

③设NO的物质的量为2mol，则Cl2的物质的量为1mol。

2NO（g）＋Cl2（g）2NOCl（g）

起始/mol　　2　　　　1　　　　0

反应/mol　1　0.5　1

平衡/mol　1　0.51

平衡分压　p×

　p×

　p×

M点的分压平衡常数Kp＝

。

答案：

（1）K2·K3＝K

（2）2　4.0×10－8L·mol－1·s－1

（3）①0.1　②2　③50%　（4）①<　②40%　③Kp＝

1．对于恒容密闭容器中的反应：

4NH3（g）＋5O2（g）4NO（g）＋6H2O（g）　ΔH＜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）v正（NH3）∶v逆（O2）＝4∶5

（3）NH3的浓度不再改变

（4）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）　ΔH<0。

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，

K＝

＝

，Qc＝

＝

，Qc＝K，

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v正＝k正·cn（NO）·cm（H2）（k正是该化学反应的正反应速率常数）。

在某温度下，测得正反应速率与反应物浓度的关系如下表所示：

c（NO）/

（mol·L－1）

c（H2）/

（mol·L－1）

v正/（mol·L－1·

min－1）

实验1

0.1

0.2

0.004

实验2

0.2

0.2

0.016

实验3

0.1

0.4

0.008

下列推断正确的是（　　）

A．在该反应中，NO、H2的化学反应速率之比为2∶1

B．上述表达式中，n＝2，m＝2

C．上述表达式中，k正＝2.0mol－2·L2·min－1

D．其他条件不变，加入催化剂或改变温度，k正不变

解析：

反应的化学方程式为2NO＋2H2

N2＋2H2O。

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＝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）　ΔH＝－752kJ/mol的反应机理如下：

①2NO（g）N2O2（g）（快）

②N2O2（g）＋H2（g）N2O（g）＋H2O（g）（慢）

③N2O（g）＋H2（g）N2（g）＋H2O（g）（快）

下列有关说法正确的是（　　）

A．N2O2和N2O是该反应的催化剂

B．②的反应的活化能最小

C．反应速率v（NO）＝v（H2）＝v（N2）

D．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，v（NO）＝v（H2）＝2v（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：

D

4．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________。

解析：

利用v＝

计算v（CO），根据速率之比等于化学计量数之比求v（N2）；因为随着反应