备战高考化学知识点过关培优 易错 难题训练化学反应原理综合考查含答案Word格式文档下载.docx
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(L·
min)−1pC(CO2)>pB(CO2)>pA(CO2)G放热600K4NH3+5O2
4NO+6H2O
【解析】
【分析】
(1)由①N2(g)+O2(g)⇌2NO(g)ΔH1=+180kJ·
②NO2(g)+CO(g)⇌NO(g)+CO2(g)ΔH2=-235kJ·
③2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g)ΔH3=-112kJ·
结合盖斯定律可知,②×
2+③−①得到反应2NO(g)+2CO(g)⇌N2(g)+2CO2(g);
有利于提高CO平衡转化率的条件根据反应是放热还是吸热、该反应气体体积缩小的角度进行分析;
用“三段式”法分析反应后各物质的浓度,化学反应平衡常数K=
;
(2)①该反应是放热反应,温度越高,平衡逆向移动,NO的体积分数越大;
升高温度时,反应向吸热方向进行;
②用“三段式”法分析反应后各物质的浓度,计算CO的转化率和用CO2的浓度变化表示的平均反应速率;
该反应是气体体积减小的反应,压强越大,平衡正向移动,p(CO2)越大;
③D点对反应容器降温的同时缩小体积至体系压强增大,平衡正向移动,NO的体积分数减小;
(3)1gK=5.08+217.5/T,可知温度越高,K越小;
由图可知600K最适合将NO转化为N2,当温度达到700K时NO较多。
【详解】
2+③−①得到反应2NO(g)+2CO(g)⇌N2(g)+2CO2(g),其ΔH=(−235kJ/mol)×
2+(−112kJ/mol)−(+180kJ/mol)=−762kJ/mol,则该反应是放热反应、气体体积缩小,有利于提高CO平衡转化率的条件是低温高压;
某温度下,在体积为2L的容器中加入2molNO、2molCO,达到平衡时CO的转化率是50%,列“三段式”得:
化学反应平衡常数K=
=
=1;
(2)①该反应为放热反应,其他条件相同时,升高温度有利于反应向逆反应方向移动,图中T2对应的NO的体积分数更高,所以对应的温度也更高,则温度T1低于T2;
升高温度时,反应向吸热方向进行,化学平衡常数减小,化学反应速率增加;
②压强为20MPa、温度为T2下,若反应进行到10min达到平衡状态,NO体积分数为40%,容器的体积为2L,设平衡时c(N2)=xmol/L,用“三段式”法分析得:
=40%,解得x=0.25,CO的转化率为
=10%,v(CO2)=
=0.05mol·
min)−1;
该反应是气体体积减小的反应,压强越大,平衡正向移动,p(CO2)越大,A、B、C对应的压强依次增大,则A、B、C对应的pA(CO2)、pB(CO2)、pC(CO2)从大到小的顺序为pC(CO2)>pB(CO2)>pA(CO2);
③D点对反应容器降温,平衡正向移动,缩小体积至体系压强增大,平衡正向移动,NO的体积分数减小,重新达到的平衡状态可能是图中A~G点中的G点。
(3)lgK=5.08+217.5/T,可知温度越高,K越小,则正反应为放热反应;
由图可知,将NO转化为N2的最佳温度为600K,当温度达到700K时,发生副反应的化学方程式为4NH3+5O2
4NO+6H2O。
【点睛】
把握K的意义、盖斯定律、图象分析为解答的关键,注意
(2)为解答的难点,正确分析题目信息结合勒夏特列原理、化学平衡三段式解答。
2.H2O2的制取及其在污水处理方面的应用是当前科学研究的热点。
(1)“氧阴极还原法”制取H2O2的原理如题图所示:
阴极表面发生的电极反应有:
Ⅰ.2H++O2+2e-=H2O2
Ⅱ.H2O2+2H++2e-=2H2O
Ⅲ.2H++2e-=H2↑
①写出阳极表面的电极反应式:
___。
②其他条件相同时,不同初始pH(均小于2)条件下,H2O2浓度随电解时间的变化如图所示,c(H+)过大或过小均不利于H2O2制取,原因是_______。
(2)存碱性条件下,H2O2的一种催化分解机理如下:
H2O2(aq)+Mn2+(aq)=·
OH(aq)+Mn3+(aq)+OH-(aq)∆H=akJ/mol
H2O2(aq)+Mn3+(aq)+2OH-(aq)=Mn2+(aq)+·
O2-(aq)+2H2O(l)∆H=bkJ/mol
·
OH(aq)+·
O2-(aq)=O2(g)+OH-(aq)∆H=ckJ/mol
2H2O2(aq)=2H2O(l)+O2(g)△H=_______。
该反应的催化剂为____。
(3)H2O2、O3在水中可形成具有超强氧化能力的羟基自由基(·
OH),可有效去除废水中的次磷酸根离子(H2PO2-)。
①弱碱性条件下·
OH将H2PO2-氧化成PO43-,理论上l.7g·
OH可处理含0.001mol/LH2PO2-的模拟废水的体积为______。
②为比较不同投料方式下含H2PO2-模拟废水的处理效果,向两份等体积废水样品中加入等量H2O2和O3,其中一份再加入FeSO4。
反应相同时间,实验结果如图所示:
添加FeSO4后,次磷酸盐氧化率、磷元素沉淀率均显著提高,原因是______。
【答案】
c(H+)过小时,反应Ⅰ的化学反应速率较慢,c(H+)过大时,主要发生反应Ⅲ(a+b+c)kJ/molMn2+25LFe2+促进H2O2和O3产生·
OH,氧化产生的Fe3+将PO43-转化为FePO4沉淀
(1)由电解装置图可知阳极表面消耗水,产生氧气,以此写出电极方程式;
(2)由盖斯定律可得,①+②+③可得所求热化学方程式,中间产物Mn2+为催化剂;
(3)①弱碱性条件下∙OH将H2PO2-氧化成PO43-,反应为:
以此计算废水的体积;
②由图可知添加FeSO4后,次磷酸盐氧化率、磷元素沉淀率均显著提高,原因是Fe2+促进H2O2和O3产生·
OH,氧化产生的Fe3+将PO43-转化为FePO4沉淀。
(1)由电解装置图可知阳极表面消耗水,产生氧气,则电极方程式为
,
故答案为:
(2)已知:
①H2O2(aq)+Mn2+(aq)=·
②H2O2(aq)+Mn3+(aq)+2OH-(aq)=Mn2+(aq)+·
③·
由盖斯定律可得,①+②+③可得所求热化学方程式
,则△H=(a+b+c)kJ/mol,Mn2+为中间产物反应前后不发生改变为催化剂,
(a+b+c)kJ/mol;
Mn2+;
(3)①弱碱性条件下·
OH将H2PO2-氧化成PO43-,反应为:
l.7g·
OH物质的量
,则参与反应的H2PO2-物质的量为0.025mol,则废水的体积
25L;
OH,氧化产生的Fe3+将PO43-转化为FePO4沉淀,
Fe2+促进H2O2和O3产生·
3.十八大以来,各地重视“蓝天保卫战”战略。
作为煤炭使用大国,我国每年煤炭燃烧释放出的大量SO2严重破坏生态环境。
现阶段主流煤炭脱硫技术通常采用石灰石-石膏法将硫元素以CaSO4的形式固定,从而降低SO2的排放。
但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO4发生化学反应,降低脱硫效率。
相关反应的热化学方程式如下:
反应Ⅰ:
CaSO4(s)+CO(g)
CaO(s)+SO2(g)+CO2(g)活化能Ea1,ΔH1=218.4kJ·
mol-1
反应Ⅱ:
CaSO4(s)+4CO(g)
CaS(s)+4CO2(g)活化能Ea2,ΔH2=-175.6kJ·
mol-1
请回答下列问题:
(1)反应CaO(s)+3CO(g)+SO2(g)⇌CaS(s)+3CO2(g);
△H=__________kJ•mol-1;
该反应在________(填“高温”“低温”“任意温度”)可自发进行。
(2)恒温密闭容器中,加入足量CaSO4和一定物质的量的CO气体,此时压强为p0。
tmin中时反应达到平衡,此时CO和CO2体积分数相等,CO2是SO2体积分数的2倍,则反应I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)图1为1000K时,在恒容密闭容器中同时发生反应I和II,c(SO2)随时间的变化图像。
请分析图1曲线中c(SO2)在0~t2区间变化的原因___________________。
(4)图2为实验在恒容密闭容器中,测得不同温度下,反应体系中初始浓度比
与SO2体积分数的关系曲线。
下列有关叙述正确的是______________________。
A.当气体的平均密度不再变化,反应I和反应Ⅱ同时达到平衡状态
B.提高CaSO4的用量,可使反应I正向进行,SO2体积分数增大
C.其他条件不变,升高温度,有利于反应I正向进行,SO2体积分数增大,不利于脱硫
D.向混合气体中通入氧气(不考虑与SO2反应),可有效降低SO2体积分数,提高脱硫效率
(5)图1中,t2时刻将容器体积减小至原来的一半,t3时达到新的平衡,请在图1中画出t2-t3区间c(SO2)的变化曲线__________。
【答案】-394.0kJ·
mol-1低温0.25p0反应I的活化能Ea1较小,反应速率I比II大,0~t1阶段c(SO2)增大,t1后反应II为主,c(CO)减小,使反应I逆向进行,故c(SO2)减小,t2时反应达到平衡状态。
ACD;
(1)反应Ⅰ:
CaSO4(s)+CO(g)
CaO(s)+SO2(g)+CO2(g)ΔH1=218.4kJ·
CaSO4(s)+4CO(g)
CaS(s)+4CO2(g)ΔH2=-175.6kJ·
根据盖斯定律反应Ⅱ-反应Ⅰ得:
CaO(s)+3CO(g)+SO2(g)⇌CaS(s)+3CO2(g),所以,ΔH=ΔH2-ΔH1=-175.6kJ·
mol-1-218.4kJ·
mol-1=-394.0kJ·
mol-1。
该反应为气体分子数减小的反应,ΔS<0,ΔH<0,当ΔH-TΔS<0时,反应能自发进行,则T较小的时候反应能自发进行,即该反应在低温时能自发进行,故答案为:
-394.0kJ·
mol-1;
低温;
(2)设参加反应Ⅰ的CO起始的物质的量为a,平衡时,CO和CO2体积分数相等,CO2的体积分数是SO2体积分数的2倍,故设平衡时,SO2的物质的量为xmol,CO和CO2的物质的量为2x,则对于反应Ⅰ有:
则反应Ⅱ生成的CO2的物质的量为(2x-x)mol=xmol,生成CO的物质的量=[2x-(a-x)]mol=(3x-a)mol,则对于反应Ⅱ有:
结合反应Ⅰ、Ⅱ可知:
CO的充入量为(4x-a)+a=4x,而平衡时,气体的总物质的量=2x+x+2x=5x,设平衡时体系总压为p,则
,解得:
p=
,所以反应Ⅰ的平衡常数Kp=
=0.25p0,故答案为:
0.25p0;
(3)因反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ的活化能,0到t1,反应Ⅰ速率大于反应Ⅱ,c(SO2)增大,t1后反应II为主,c(CO)减小,使反应I逆向进行,故c(SO2)减小,t2时反应达到平衡状态,故答案为:
反应I的活化能Ea1较小,反应速率I比II大,0~t1阶段c(SO2)增大,t1后反应II为主,c(CO)减小,使反应I逆向进行,故c(SO2)减小,t2时反应达到平衡状态;
(4)A.反应Ⅰ、Ⅱ都是反应前后气体质量变化的反应,由m=ρV可知,容器体积V恒定下,ρ不变,说明气体总质量m不变,那么容器内每种气体的质量均不变化,已达到平衡,A正确;
B.CaSO4是固体,提高CaSO4的用量,平衡不移动,B错误;
C.反应Ⅰ是吸热反应,升高温度,反应Ⅰ正向移动,SO2体积分数增大,不利于脱硫,C正确;
D.通入氧气,CO被消耗,反应Ⅰ逆向移动,SO2体积分数降低,脱硫效率增大,D正确;
综上所述,ACD满足题意,故答案为:
ACD;
(5)容器体积减小一半瞬间,二氧化硫浓度变为2倍,同时压强增大,平衡逆向移动,二氧化硫浓度减小,t2~t3二氧化硫浓度比t1~t2减小的多。
根据勒夏特列原理可知,t3重新平衡时,二氧化硫浓度略比t2时刻大,据此如图:
,故答案为:
。
勒夏特列原理:
当改变外界条件时,平衡向减弱这种改变的方向移动,但不能抵消这种改变。
4.1799年,英国化学家汉弗莱·
戴维发现了N2O气体。
在食品行业中,N2O可用作发泡剂和密封剂。
(l)N2是硝酸生产中氨催化氧化的副产物,NH3与O2在加热和催化剂的作用下生成N2O的化学方程式为________。
(2)N2O在金粉表面发生热分解反应:
2N2O(g) =2N2(g)+O2(g) △H。
2NH3(g)+3N2O(g)=4N2(g)+3H2O(l)△H1=-1010KJ/mol
4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l)△H2=-1531KJ/mol
△H=__________。
(3)N2O和CO是环境污染性气体,研究表明,CO与N2O在Fe+作用下发生反应:
N2O(g)+CO(g)
CO2(g)十N2(g)的能量变化及反应历程如下图所示,两步反应分别为:
反应①Fe++N2O
FeO+N2;
反应②______________
由图可知两步反应均为____(填“放热”或“吸热”)反应,由______(填“反应①或反应②”)决定反应达到平衡所用时间。
(4)在固定体积的密闭容器中,发生反应:
CO2(g)+N2(g),改变原料气配比进行多组实验(各次实验的温度可能相同,也可能不同),测定N2O的平衡转化率。
部分实验结果如图所示:
①如果要将图中C点的平衡状态改变为B点的平衡状态,应采取的措施是:
____;
②图中C、D两点对应的实验温度分别为TC和TD,,通过计算判断TC____TD(填“>
”“=”或“<
”)。
(5)在某温度下,向1L密闭容器中充入CO与N2O,发生反应:
CO2(g)十N2(g),随着反应的进行,容器内CO的物质的量分数变化如下表所示:
时间/min
2
4
6
8
10
物质的量分数
50.0%
40.25%
32.0%
26.2%
24.0%
则该温度下反应的平衡常数K=____。
【答案】2NH3+2O2
N2O+3H2O-163kJ/molFeO++CO
CO2+Fe+放热反应①降低温度=1.17
(2)利用盖斯定律求反应热;
(3)根据总反应减去反应①得到反应②;
根据反应物和生成物的相对能量判断反应热;
根据活化能的相对大小判断化学反应速率大小,从而确定决速步;
(4)根据不同温度下的平衡常数的大小,判断温度的变化;
(5)根据三等式求算平衡常数。
(1)NH3和O2反应得到N2O,根据化合价升降守恒配平,NH3中N的化合价从-3升高到N2O中的+1,共升高4价;
O2中O的化合价从0降低到-2,共降低4价,化合价升降守恒,则NH3和O2的系数比为1:
1,根据原子守恒配平,可得2NH3+2O2
N2O+3H2O;
(2)已知①2NH3(g)+3N2O(g)=4N2(g)+3H2O(l)△H1=-1010KJ/mol,②4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l)△H2=-1531KJ/mol;
反应①×
-反应②×
可得目标反应,则△H=△H1×
-△H2×
=-1010kJ/mol×
-(-1531kJ/mol)×
=-163kJ/mol;
(3)总反应为N2O(g)+CO(g)
CO2(g)十N2(g),实际过程是分2步进行,因此反应①和反应②相加得到总反应,则反应②等于总反应减去反应①,可得反应②为FeO++CO
CO2+Fe+;
根据反应历程图可知,反应物的总能量大于生成物的总能量,则该两步反应均为放热反应;
根据反应①的历程图可知,由Fe+和N2O经过过渡态得到产物FeO+和N2,过渡态和反应物Fe+和N2O的能量差为反应①的活化能,同理,可知反应②的活化能,可知,反应①的活化能大于反应②的活化能,活化能越大,化学反应速率越慢,而化学反应速率慢的步骤为决速步,决定反应达到平衡所用时间,即反应①决定反应达到平衡所用时间;
(4)①根据图像,C点和B点,反应物的投料比相同,但是B点表示的平衡状态,N2O的转化率高于C点,C点的平衡状态改变为B点的平衡状态,平衡正向移动,N2O的转化率增加;
B和C点的反应物投料比相同,因此不是改变反应物的浓度;
反应前后的气体体积不变,因此压强不影响平衡移动,只能是温度,该反应为放热反应,平衡正向移动,因此采取的措施是降低温度;
①利用三等式求出C和D点平衡状态的平衡常数,从而比较温度大小;
设定容器体积的体积为VL。
C点的平衡状态其反应物的投标比为1,则设N2O和CO的物质的量均为1mol,其N2O的转化率为0.50,则根据三等式有
,则在平衡常数
D点的平衡状态其反应物的投标比为1.5,则设N2O和CO的物质的量为1.5mol和1mol,其N2O的转化率为0.40,N2O反应了1.5mol×
0.40=0.6mol,则根据三等式有
C点和D点表示的平衡状态的平衡常数相同,则温度相同,有TC=TD;
(5)根据表格的数据,开始时CO的物质的量分数为50.0%,则设CO和N2O的物质的量各位1mol,假设到达平衡时,CO转化了xmol,根据三等式有
,达到平衡时,CO的物质的量分数为24.0%,则有
,解得x=0.52mol,则平衡常数
5.消除尾气中的NO是环境科学研究的热点课题。
I.NO氧化机理
2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)ΔH=-110kJ•mol-1
T1℃时,将NO和O2按物质的量之比为2:
1充入刚性反应容器中(忽略NO2与N2O4的转化)。
(1)下列可以作为反应已经到达平衡状态的判断依据的是____。
A.2v正(O2)=v逆(NO2)
B.NO与O2的物质的量之比为2:
1
C.容器内混合气体的密度保持不变
D.K不变
E.容器内混合气体的颜色保持不变
(2)通过现代科学技术动态跟踪反应的进行情况,得到容器内混合气体的压强、平均摩尔质量随反应时间的变化曲线如图1图2所示。
则反应2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)在T1℃时的平衡常数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]。
保持其它条件不变,仅改变反应温度为T2℃(T2>T1),在图2中画出容器内混合气体的平均摩尔质量随反应时间的变化趋势图_____。
II.NO的工业处理
(3)H2还原法:
2NO(g)+2H2(g)
N2(g)+2H2O(g)ΔH1
已知在标准状况下,由元素最稳定的单质生成1mol纯化合物时的焓变叫做标准摩尔生成焓。
NO(g)和H2O(g)的标准摩尔生成焓分别为+90kJ•mol-1、-280kJ•mol-1。
则ΔH1=____。
(4)O3-CaSO3联合处理法
NO可以先经O3氧化,再用CaSO3水悬浮液吸收生成的NO2,转化为HNO2。
已知难溶物在溶液中并非绝对不溶,同样存在着一定程度的沉淀溶解平衡。
在CaSO3水悬浮液中加入Na2SO4溶液能提高SO32-对NO2的吸收速率,请用平衡移动原理解释其主要原因____。
(5)电化学处理法
工业上以多孔石墨为惰性电极,稀硝酸铵溶液为电解质溶液,将NO分别通入阴阳两极,通过电解可以得到浓的硝酸铵溶液。
则电解时阳极发生的电极反应为____。
【答案】AE0.08
-740kJ•mol-1对于反应CaSO3(s)
Ca2+(aq)+SO32-(aq),加入Na2SO4溶液时,SO42-结合部分Ca2+,使其平衡向正反应方向移动,c(SO32-)增大,吸收NO2的速率增大NO-3e-+2H