2020届高考化学二轮复习化学反应原理综合题作业

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文档介绍

2020届高考化学二轮复习化学反应原理综合题作业

题型十八 化学反应原理综合题 ‎(建议用时:35分钟)‎ ‎1.氢能源是最具应用前景的能源之一,高纯氢的制备是目前的研究热点。‎ ‎(1)甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。‎ ‎①反应器中初始反应的生成物为H2和CO2,其物质的量之比为4∶1,甲烷和水蒸气反应的化学方程式是___________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②已知反应器中还存在如下反应:‎ i.CH4(g)+H2O(g)===CO(g)+3H2(g) ΔH1‎ ii.CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) ΔH2‎ iii.CH4(g)===C(s)+2H2(g) ΔH3‎ ‎……‎ iii为积炭反应,利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时,还需要利用________________________________反应的ΔH。‎ ‎③反应物投料比采用n(H2O)∶n(CH4)=4∶1,大于初始反应的化学计量数之比,目的是________(填字母)。‎ a.促进CH4转化 b.促进CO转化为CO2‎ c.减少积炭生成 ‎④用CaO可以去除CO2。H2体积分数和CaO消耗率随时间变化关系如图所示。‎ 从t1时开始,H2体积分数显著降低,单位时间CaO消耗率_______(填“升高”“降低”或“不变”)。此时CaO消耗率约为35%,但已失效,结合化学方程式解释原因:______________________________________________。‎ ‎(2)可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢,工作示意图如图。通过控制开关连接K1或K2,可交替得到H2和O2。‎ ‎①制H2时,连接________。产生H2的电极反应式是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②改变开关连接方式,可得O2。‎ ‎③结合①和②中电极3的电极反应式,说明电极3的作用:_________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎2.研究氮氧化物的反应机理,对于消除环境污染有重要意义。‎ ‎(1)氮氧化物(NOx)可在催化剂作用下与氨反应生成无污染的物质,该反应的化学方程式为______________________________________________________________。‎ ‎(2)对于一般的化学反应:aA+bB===cC+dD存在反应速率方程v=kcm(A)cn(B),利用反应速率方程可求出化学反应瞬时速率。m+n为反应级数,当m+n分别等于0、1、2…时分别称为零级反应、一级反应、二级反应……;k为反应速率常数,k与温度、活化能有关,与浓度无关,温度升高,k增大。在600 K下反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的初始浓度与初始速率如表所示:‎ 初始浓度/(mol/L)‎ 初始速率/[mol/(L·s)]‎ c(NO)‎ c(O2)‎ ‎0.010‎ ‎0.010‎ ‎2.5×10-3‎ ‎0.010‎ ‎0.020‎ ‎5.0×10-3‎ ‎0.030‎ ‎0.020‎ ‎45×10-3‎ 通过分析表中实验数据,得出该反应的速率方程为v=__________,为______级反应,当c(NO)=0.015 mol/L、c(O2)=0.025 mol/L时的初始速率为______(保留两位有效数字)。‎ ‎(3)升高温度绝大多数的化学反应速率增大,但是2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应速率却随着温度的升高而减小。某化学小组为探究该特殊现象的原因,查阅资料知其反应历程分两步:‎ a.2NO(g)N2O2(g) ΔH1<0 快速平衡 v1正=k1正c2(NO) v1逆=k1逆c(N2O2)‎ b.N2O2(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH2 慢反应 v2正=k2正c(N2O2)c(O2) v2逆=k2逆 c2(NO2)‎ ‎①反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH=______(用含ΔH1和ΔH2的式子表示)。‎ ‎②反应______为整个反应的速控反应,用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡常数K=________________。‎ ‎③反应a的活化能E1与反应b的活化能E2的大小关系为E1______E2(填“>”“<”或“=”)。若2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应速率方程v=×k2正×c2(NO)×c(O2),分析升高温度该反应速率减小的原因可能是_________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎④对反应a和b,下列表述正确的是______(填字母)。‎ A.v(第一步的逆反应)>v(第二步反应)‎ B.反应的中间产物为N2O2‎ C.反应b中N2O2与O2的碰撞仅部分有效 ‎3.采用H2或CO催化还原NO能达到消除污染的目的,在氮氧化物尾气处理领域有着广泛应用。回答下列问题:‎ ‎(1)用CO处理NO时产生两种无毒、无害的气体,该反应的氧化产物为________。‎ ‎(2)已知:氢气的燃烧热为285.8 kJ/mol ‎2NO(g)===N2(g)+O2(g) ΔH1=-180.5 kJ/mol H2O(g)===H2O(l) ΔH2=-44 kJ/mol 写出用H2处理NO生成水蒸气和1 mol N2的热化学方程式:_______________________。‎ ‎(3)针对上述用H2处理NO生成水蒸气和1 mol N2的反应,回答下列问题:‎ ‎①研究表明,上述反应中,反应速率v=k·c2(NO)·c2(H2),其中k为速率常数,只与温度有关。t1时刻, v=v1,若此刻保持温度不变,将c(NO)增大到原来的2倍时,c(H2)减小为原来的(此时v=v2)。则有v1______v2(填“>”“<”或“=”)。‎ ‎②在温度T时,向容积固定的密闭容器中充入3 mol NO和2 mol H2发生上述反应,起始压强为p0,一段时间后,反应达到平衡,此时压强p=0.9p0,则NO的平衡转化率α(NO)=________(结果保留三位有效数字),该反应的平衡常数Kp=________(用含p的代数式表示,Kp为以分压表示的平衡常数,且某气体的分压=总压×该气体的物质的量分数)。‎ ‎(4)实验室常用NaOH溶液吸收法处理NOx,反应的化学方程式如下:(已知NO不能与NaOH溶液反应)‎ NO+NO2+2NaOH===2NaNO2+H2O ‎2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O ‎①若NOx(此处为NO和NO2的混合气体)能被NaOH溶液完全吸收,则x的取值范围为________。‎ ‎②1 mol NO2和溶质物质的量为1 mol的NaOH溶液恰好完全反应后,溶液中各离子浓度由大到小的顺序为______________________________________________。‎ ‎(5)一氧化氮空气质子交换膜燃料电池将化学能转化为电能的同时,实现了制硝酸、发电、环保三位一体的结合,其工作原理如图所示,写出放电过程中负极的电极反应式:________________________,若过程中产生2 mol HNO3,则消耗标准状况下O2的体积为________L。‎ ‎4.某硫酸工厂的废水中含有较多的H+、Cu2+、Fe2+、SO、AsO、HAsO、H2AsO等需要处理的杂质离子,其中一种处理流程如图1所示。‎ 已知:Ⅰ.常温下lg c(M)(M表示Cu2+或Fe2+等)随pH的沉淀溶解平衡曲线如图2所示(已知10-5.7≈2×10-6)。‎ Ⅱ.常温下H3AsO4水溶液中含砷元素的各物种的分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与pH的关系如图3所示。‎ 回答下列问题:‎ ‎(1)沉淀A的主要成分的化学式是______________。‎ ‎(2)常温下pH=7的溶液中Cu2+的物质的量浓度为________,请判断此时Fe2+是否沉淀完全:________(填“是”或“否”)。‎ ‎(3)若氧化过程中生成了某种胶体,用离子方程式解释氧化过程中溶液pH降低的原因:‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)①研究H3AsO4水溶液,分析废水中的砷的去除率:以酚酞为指示剂(pH变色范围为8.2~10.0),将NaOH溶液逐滴加入H3AsO4溶液中,当溶液由无色变为浅红色时停止滴加。该过程中主要反应的离子方程式为________________________________________。‎ ‎②H3AsO4第一步电离方程式H3AsO4H2AsO+H+的电离常数为Ka1,则pKa1=________(pKa1=-lg Ka1)。‎ ‎③最后一次调节pH时,pH过低或过高砷的去除率都会明显降低,pH过低时可能的原因是_________________;pH过高时可能的原因是______________(从沉淀转化的角度分析)。‎ 参考答案与解析 ‎1.解析:(1)①根据CH4与H2O反应生成H2、CO2的物质的量之比为4∶1,结合原子守恒可得反应的化学方程式为CH4+2H2O4H2+CO2。②根据盖斯定律,由i+ii-iii或i-ii-iii可得目标热化学方程式。③反应物的投料比n(H2O)∶n(CH4)=4∶1,大于初始反应的化学计量数之比,H2O的物质的量增加,有利于促进CH4转化,促进CO转化为CO2,防止CH4分解生成C(s),从而减少积炭生成。④根据题图可知,从t1时开始,CaO消耗率曲线的斜率逐渐减小,单位时间内CaO消耗率逐渐降低。CaO与CO2反应生成CaCO3,CaCO3覆盖在CaO表面,减少了CO2与CaO的接触面积,从而失效。(2)①电解碱性电解液时,H2O电离出的H+在阴极得到电子产生H2,根据题图可知电极1与电池负极连接,为阴极,所以制H2时,连接K1,产生H2的电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-。③制备O2时碱性电解液中的OH-失去电子生成O2,连接K2,O2‎ 在电极2上产生。连接K1时,电极3为电解池的阳极,Ni(OH)2失去电子生成NiOOH,电极反应式为Ni(OH)2-e-+OH-===NiOOH+H2O,连接K2时,电极3为电解池的阴极,电极反应式为NiOOH+e-+H2O===Ni(OH)2+OH-,使电极3得以循环使用。‎ 答案:(1)①CH4+2H2O4H2+CO2‎ ‎②C(s)+2H2O(g)===CO2(g)+2H2(g)或C(s)+CO2(g)===2CO(g)‎ ‎③abc ④降低 CaO+CO2===CaCO3,CaCO3覆盖在CaO表面,减少了CO2与CaO的接触面积 ‎(2)①K1 2H2O+2e-===H2↑+2OH-‎ ‎③制H2时,电极3发生反应:Ni(OH)2+OH--e-===NiOOH+H2O。制O2时,上述电极反应逆向进行,使电极3得以循环使用 ‎2.解析:(2)根据v=kcm(NO)cn(O2),当O2浓度不变,NO浓度变为原来的3倍时,初始速率变为原来的9倍,所以初始速率与NO浓度的平方成正比,m=2;同理n=1;任选一组数据代入方程,得k=2.5×103,故v=2.5×103c2(NO)c(O2)。(3)②反应b为慢反应,是整个反应的速控反应。达到平衡时,正、逆反应速率相等,所以v1正=v1逆,K1==,v2正=v2逆,K2==,所以反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的K==×=×。③反应速率越快,说明反应越容易发生,反应的活化能越小。反应a的ΔH1<0,升高温度时平衡逆向移动,K1=减小,k2正随温度升高而增大,但增大的程度比减小的程度小,故反应速率减小。‎ 答案:(1)6NOx+4xNH3(3+2x)N2+6xH2O ‎(2)2.5×103c2(NO)c(O2) 三 1.4×10-2mol/(L·s)‎ ‎(3)①ΔH1+ΔH2 ②b × ③< 反应a的ΔH1<0,升高温度时平衡逆向移动,K1=减小,k2正随温度升高而增大,但增大的程度比减小的程度小,故反应速率减小 ④ABC ‎3.解析:(1)用CO处理NO时产生两种无毒、无害的气体,分别为N2和CO2,氧化产物为CO2。(2)由氢气的燃烧热为285.8 kJ/mol可得:2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH3=-571.6 kJ/mol,根据盖斯定律,用H2处理NO生成1 mol氮气和水蒸气的热化学方程式为2H2(g)+2NO(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH=ΔH3+ΔH1-2ΔH2=-664.1 kJ/mol。(3)①k 只与温度有关,故当c(NO)增大到原来的2倍,c(H2)减少为原来的时,v1与v2相等;②设反应达到平衡时,生成x mol N2。根据题意可列出三段式:‎ ‎    2H2(g)+2NO(g)===N2(g)+2H2O(g)‎ 起始/mol 2 3  0 0‎ 转化/mol 2x 2x x 2x 平衡/mol 2-2x 3-2x x 2x 反应达到平衡,此时压强p=0.9p0,则有===0.9,解得x=0.5,故NO的转化率α(NO)=×100 %≈33.3%,由分压公式可知,p(H2)=p,p(NO)=p,p(N2)=p,p(H2O)=p,则Kp===。(4)①NO不能被NaOH溶液单独吸收,NO2可以被NaOH溶液单独吸收,因此NO和NO2的混合气体被NaOH溶液完全吸收的条件应满足:n(NO)∶n(NO2)≤1,当n(NO)∶n(NO2)=1时,x取最小值1.5,因为混有NO,所以x的最大值<2,故x的取值范围为1.5≤x<2;②等物质的量的NO2和NaOH溶液完全反应后,其溶质为等物质的量的NaNO2和NaNO3,由于NO发生水解,则溶液中各离子浓度由大到小的顺序为c(Na+)>c(NO)>c(NO)>c(OH-)>c(H+)。(5)由原电池的工作原理图示可知,左端的铂电极为原电池的负极,其电极反应为NO-3e-+2H2O===NO+4H+,当过程中产生2 mol HNO3时转移6e-电子,而1 mol O2参加反应转移4 mol e-,故需要1.5 mol O2参加反应,标准状况下的体积为1.5 mol×22.4 L/mol=33.6 L。‎ 答案:(1)CO2 (2)2H2(g)+2NO(g)===N2(g)+2H2O(g)‎ ΔH=-664.1 kJ/mol (3)①= ②33.3%  ‎(4)①1.5≤x<2 ②c(Na+)>c(NO)>c(NO)>c(OH-)>c(H+) (5)NO-3e-+2H2O===NO+4H+ 33.6‎ ‎4.解析:(1)因为废水含有较多的H+、Cu2+、Fe2+、SO、AsO、HAsO、H2AsO等需要处理的杂质离子,加入石灰乳调节溶液pH=3时,结合后续流程可知只有Ca2+与SO产生沉淀,故沉淀A的主要成分为CaSO4。(2)Ksp[M(OH)2]=c(M2+)·c2(OH-)=,取图中lg c(M)=0即c(M2+)=1 mol·L-1的点进行计算,Ksp[Cu(OH)2]==1×10-19.7,同理Ksp[Fe(OH)2]=1×10-15.1。常温下pH=7的溶液中c(Cu2+)= ‎=1×10-5.7≈2×10-6(mol·L-1),c(Fe2+)=1×10-1.1mol·L-1>1×10-5mol·L-1,Fe2+未沉淀完全。(3)氧化过程是将Fe2+氧化为Fe3+,Fe3+继续反应生成胶体,故溶液pH降低的原因是4Fe2++O2+10H2O===4Fe(OH)3(胶体)+8H+。(4)①以酚酞为指示剂,pH的变色范围为8.2~10.0,此时溶液中砷元素主要以HAsO的形式存在,故该过程中主要反应的离子方程式为2OH-+H3AsO4===HAsO+2H2O;②Ka1=,当c(H2AsO)=c(H3AsO4)时,pH=2.2,Ka1=1×10-2.2,则pKa1=2.2;③pH过低时,H+会抑制H3AsO4的电离,溶液中AsO浓度较小,不易与Fe3+形成沉淀;pH过高时,FeAsO4会转化为Fe(OH)3沉淀,AsO又进入水中。‎ 答案:(1)CaSO4 (2)2×10-6mol·L-1 否 ‎(3)4Fe2++O2+10H2O===4Fe(OH)3(胶体)+8H+‎ ‎(4)①2OH-+H3AsO4===HAsO+2H2O ②2.2‎ ‎③H+会抑制H3AsO4的电离,溶液中AsO浓度较小,不易与Fe3+形成沉淀 FeAsO4会转化为Fe(OH)3沉淀,AsO又进入水中
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