化学反应原理综合题

1、eq avs4al(o(sup7(必考大题),sdo5(押题训练) 32化学反应原理综合题1硫单质及其化合物在工农业生产中有着重要的应用。(1)已知25 时：O2(g)S(s)=SO2(g)Ha kJmol1O2(g)2SO2(g)2SO3(g)Hb kJmol1则SO3(g)分解生成O2(g)与S(s)的热化学方程式为_。(2)研究SO2催化氧化生成SO3的反应，回答下列相关问题：图甲是SO2(g)和SO3(g)的浓度随时间的变化情况。反应从开始到平衡时，用O2表示的平均反应速率为_。在一容积可变的密闭容器中充入20 mol SO2(g)和10 mol O2(g)，O2的平衡转化率随温度(T

2、)、压强(p)的变化如图乙所示。则p1与p2的大小关系是p1_p2(填“”“”或“”)，A、B、C三点的平衡常数大小关系为_(用KA、KB、KC和“”或“”表示)。(3)常温下，H2SO3的电离平衡常数Ka11.54102，Ka21.02107。将SO2通入水中反应生成H2SO3。试计算常温下H2SO32HSOeq oal(2,3)的平衡常数K_。(结果保留小数点后两位数字)浓度均为0.1 molL1的Na2SO3、NaHSO3混合溶液中，eq f(cNa,cSOoal(2,3)cHSOoal(,3)cH2SO3)_。(4)往1 L 0.2 molL1 Na2SO3溶液中加入0.1 mol的C

3、aCl2固体，充分反应后(忽略溶液体积变化)，溶液中c(Ca2)_(已知，常温下Ksp(CaSO3)1.28109)。(5)用含等物质的量溶质的下列溶液分别吸收SO2，理论吸收量最多的是_(填字母)。ANa2SO3溶液BFe(NO3)3溶液CBa(OH)2溶液D酸性KMnO4溶液解析：(1)依据盖斯定律，eq f(1,2)得到SO3(g)分解成S(s)和O2(g)的热化学反应方程式：SO3(g)eq f(3,2)O2(g)S(s)H(aeq f(b,2) kJmol1。(2)根据化学反应速率的数学表达式，v(SO2)eq f(91.5,10) molL1min10.75 molL1min1，利

4、用化学反应速率之比等于化学计量数之比，因此有v(O2)eq f(vSO2,2)eq f(0.75,2) molL1min10.375 molL1min1。作等温线，反应前气体系数之和大于反应后气体系数，因此增大压强，平衡向正反应方向移动，O2的转化率增大，即p1KC，即KBKAKC。(3)根据平衡常数的定义，Keq f(c2HcSOoal(2,3),cH2SO3)eq f(c2HcSOoal(2,3)cHSOoal(,3),cH2SO3cHSOoal(,3)Ka1Ka21.541021.021071.57109。根据物料守恒，2c(Na)3c(SOeq oal(2,3)c(HSOeq oal(

5、,3)c(H2SO3)，因此有eq f(cNa,cSOoal(2,3)cHSOoal(,3)cH2SO3)eq f(3,2)。(4)发生的反应是Na2SO3CaCl2=CaSO32NaCl，反应后溶液中c(SOeq oal(2,3)0.1 molL1，Kspc(Ca2)c(SOeq oal(2,3)，解得c(Ca2)eq f(Ksp,cSOoal(2,3)eq f(1.28109,0.1 molL1)1.28108 molL1。(5)令这些物质的物质的量为1 mol，A项，发生Na2SO3SO2H2O=2NaHSO3，吸收SO2的物质的量为1 mol；B项，根据得失电子数目守恒，有1(32)3

6、(52) moln(SO2)2，解得n(SO2)5 mol；C项，发生Ba(OH)22SO2=Ba(HSO3)2，因此吸收2 mol SO2；D项，1(72) moln(SO2)2，解得n(SO2)2.5 mol；综上所述，Fe(NO3)3溶液吸收SO2最多。答案：(1)SO3(g)eq f(3,2)O2(g)S(s)H(aeq f(b,2) kJmol1(2)0.375 molL1min1KAKC(3)1.57109eq f(3,2)(或1.5)(4)1.28108 molL1(5)B2研究CO2、CO的处理方法对环境保护有重要意义。(1)已知：CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)H

7、41 kJmol1C(s)2H2(g)CH4(g)H73 kJmol12CO(g)C(s)CO2(g)H171 kJmol1则CO2(g)4H2(g)CH4(g)2H2O(g)H_。(2)CO2与H2反应可合成甲醇：CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)。某温度下，将1 mol CO2和3 mol H2充入体积不变的 2 L 密闭容器中，发生上述反应。测得不同时期的反应前后压强关系如下：时间(h)123456p后/p前0.900.850.820.810.800.80用CO2表示第1小时反应的平均速率v(CO2)_ molL1h1。该温度下的H2平衡转化率为_。(3)CO2与NH3

8、反应可合成尿素：CO2(g)2NH3(g)CO(NH2)2(s)H2O(g)。在T1 时，将1 mol CO2和2 mol NH3置于1 L密闭容器中，发生上述反应，在t时刻，测得容器中CO2转化率约为73%。保持其他初始实验条件不变，分别在温度为T2 、T3 、T4 、T5 时，重复上述实验，经过相同时间测得CO2转化率并绘制变化曲线如图所示：该反应的H_0(填“”或“”)。T4 时该反应的平衡常数K_。在T1 T3 之间，CO2转化率逐渐增大，其原因是_。(4)工业上常用高浓度的K2CO3溶液吸收CO2，得溶液X，再利用电解法使K2CO3溶液再生，其装置示意图如图所示：阳极区产生CO2的原

9、因是_(用离子方程式表示)。利用平衡移动原理，简述COeq oal(2,3)在阴极区再生的原因_。解析：(1)根据盖斯定律2即得到CO2(g)4H2(g)CH4(g)2H2O(g)H162 kJmol1。(2) CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)起始量(mol) 1 3 00转化量(mol) x 3x x x平衡量(mol) 1x 33x x x1 h后有eq f(42x,4)0.9，解得x0.2，所以用CO2表示第1小时反应的平均速率v(CO2)eq f(0.2 mol,2 L1 h)0.1 molL1h1。平衡时有eq f(42x,4)0.8，解得x0.4，所以该温度下的

10、H2平衡转化率为eq f(3x,3)100%40%。(3)转化率达到最大值后升高温度转化率降低，这说明正反应是放热反应，即该反应的H v逆，温度越高，CO2转化率越大。(4)阳极区OH放电，产生H，H和HCOeq oal(,3)反应生成CO2，离子方程式为HHCOeq oal(,3)=H2OCO2。溶液中HCOeq oal(,3)存在电离平衡：HCOeq oal(,3)HCOeq oal(2,3)，阴极H放电浓度减小平衡右移，COeq oal(2,3)再生；或阴极H放电OH浓度增大，OH与HCOeq oal(,3)反应生成COeq oal(2,3)，COeq oal(2,3)再生。答案：(1)

11、162 kJmol1(2)0.140%(3)v逆，温度越高，CO2转化率越大(合理即可)(4)HHCOeq oal(,3)=H2OCO2HCOeq oal(,3)存在电离平衡：HCOeq oal(,3)HCOeq oal(2,3)，阴极H 放电浓度减小平衡右移，COeq oal(2,3)再生(或阴极H放电OH浓度增大，OH 与HCOeq oal(,3)反应生成COeq oal(2,3)，COeq oal(2,3)再生)(合理即可)3二氧化碳的捕集、利用与封存是我国能源领域的一个重要战略方向，发展成一项重要的新兴产业。(1)已知：CH4、CO、H2的燃烧热分别为890 kJmol1、283 kJ

12、mol1、285.8 kJmol1，计算下列反应的反应热。CH4(g)CO2(g)=2CO(g)2H2(g)H_ kJmol1。(2)二氧化碳催化加氢合成低碳烯烃，起始时以0.1 MPa、n(H2)n(CO2)31的投料比充入反应器中，发生反应：2CO2(g)6H2(g)C2H4(g)4H2O(g)H。温度对CO2的平衡转化率和催化效率的影响如图1所示：图中M点时，乙烯的体积分数为_(保留2位有效数字)；为提高CO2的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施有_、_(任写两条)。不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量如图2所示：b曲线代表的物质是_；T1温度下，H2的平衡转化率为_，相对于起

13、始状态，平衡时气体的平均分子量增大的百分率为_(保留三位有效数字)。(3)电解法制取乙烯如图3所示。其中电极a接电源的_极，该电极反应式为_。解析：(1)根据CH4、H2和CO的燃烧热分别写出燃烧的热化学方程式：O2(g)2H2(g)=2H2O(l)H1571.6 kJmol1；CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H2890 kJmol1；2CO(g)O2(g)=2CO2(g)H3566 kJmol1。利用盖斯定律将可得：CH4(g)CO2(g)=2CO(g)2H2(g)HH2H1H3247.6 kJmol1。(2)设H2的物质的量为3n mol，则CO2的物质的量为n mol

14、，从图看出M点时CO2的转化率为50%，则有：6H2(g)2CO2(g)C2H4(g)4H2O(g)起始/mol3nn00变化/mol 1.5n 0.5n 0.25n nM点/mol 1.5n 0.5n 0.25n n乙烯的体积分数为eq f(0.25n,1.5n0.5n0.25n1n)100%7.7%；提高CO2的平衡转化率就是使平衡向正向移动，措施还有：增大压强、增大n(H2)n(CO2)的比值、增加c(H2)、将产物乙烯气体分离出来等。由图1可知，温度升高，CO2的平衡转化率降低，则正反应为放热反应，图2表示的是不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量随温度的升高而变化的趋势，b曲线随温

15、度的升高物质的量减少，则为生成物，且变化趋势大，应该是化学计量数大的H2O(g)；根据图中可知，起始时以n(H2)n(CO2)31投料，T1时n(H2)6 mol，n(H2O)4 mol，则开始投料时n(H2)6 mol6 mol12 mol，转化率为eq f(6 mol,12 mol)100%50%；6H2(g)2CO2(g)C2H4(g)4H2O(g)起始/mol12 4 00变化/mol 6 2 1 4T1点/mol 6 2 1 4平衡时气体的平均分子量与气体的物质的量成反比，设总质量为m，则增大的百分率为(eq f(f(m,13),f(m,16)1)100%23.1%。(3)根据图中信

16、息可知，电极a处CO2得电子产生乙烯，作为阴极，接电源的负极，该电极反应式为2CO212H12e=C2H44H2O。答案：(1)247.6(2)7.7%(或0.077)增大压强提高H2和CO2物质的量的比值(或将产物乙烯气体分离出来等)H2O(g)50%23.1%(3)负2CO212H12e=C2H44H2O4纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注，以下为制取Cu2O的两种方法：方法a：用炭粉在高温条件下还原CuO方法b：电解法，反应为2CuH2Oeq o(=,sup7(电解)Cu2OH2(1)已知：2Cu(s)eq f(1,2)O2(g)=Cu2O(s)H169 kJmol1C(s)

17、eq f(1,2)O2(g)=CO(g)H110.5 kJmol1Cu(s)eq f(1,2)O2(g)=CuO(s)H157 kJmol1则方法a中反应的热化学方程式为_。(2)方法b是用肼燃料电池为电源，通过离子交换膜电解法控制电解液中OH的浓度而制备纳米Cu2O，装置如图所示：上述装置中B电极应连_电极(填“C”或“D”)。该离子交换膜为_离子交换膜(填“阴”或“阳”)，该电解池的阳极反应式为_。原电池中负极反应式为_。(3)在相同体积的恒容密闭容器中，用以上方法制得的两种Cu2O分别进行催化分解水的实验：2H2O(g)eq o(,sup7(光照),sdo5(Cu2O)2H2(g)O2(

18、g)H0水蒸气的浓度随时间t变化如下表所示：序号 t/minc/(molL1)eq avs4al(温度/)01020304050T10.0500.04920.04860.04820.04800.0480T10.0500.04880.04840.04800.04800.0480T20.100.0940.0900.0900.0900.090催化剂的效率：实验_实验(填“”或“”)；实验、的化学平衡常数K1、K2、K3的大小关系为_。解析：(1)依据盖斯定律2得到C(s)2CuO(s)=Cu2O(s)CO(g)H34.5 kJmol1。(2)铜失电子发生氧化反应，为电解池的阳极，故B连接电源的正极，

19、而燃烧电池通O2的一极为正极，则B连接D。电解池工作时，OH向阳极移动，则离子交换膜为阴离子交换膜；在电解池中，当阳极是活泼电极时，该电极本身失电子发生氧化反应，在碱性环境下，金属铜失去电子的电极反应为2Cu2OH2e=Cu2OH2O。原电池的负极发生氧化反应，其电极反应式为N2H44e4OH=N24H2O。(3)催化剂加快反应速率，但不会引起化学平衡状态的改变，反应比反应达到平衡所用时间短，平衡状态相同，所以催化剂的效率：实验T1，平衡常数只受温度影响，且升高温度平衡正向移动，则实验、的化学平衡常数K1、K2、K3的大小关系为K1K2K3。答案：(1)2CuO(s)C(s)=Cu2O(s)C

20、O(g)H34.5 kJmol1(2)D阴2Cu2OH2e=Cu2OH2ON2H44e4OH=N24H2O(3)K1K2”“”或“”“”或“eq f(f(50 mL12 molL1,100 mL)10 mL,100 mL) 0.6 molL1。由图可知，随着温度的升高，eq f(cCl,cCoCl42)变小，则反应正向移动，则正反应为吸热反应，H0。根据A点数据，设Co(H2O)62的平衡转化浓度为x molL1，c(Cl)eq f(0.025 mol212 molL10.05 L,0.1 L)6.5 molL1，c(Co2)eq f(0.025 mol,0.1 L)0.25 molL1，Co

21、(H2O)624ClCoCl426H2O开始浓度(molL1) 0.256.5 0转化浓度(molL1) x 4x x平衡浓度(molL1) 0.25x 6.54x x则eq f(cCl,cCoCl42)eq f(6.54x,0.25x)48，解得x0.125，Keq f(0.125,0.250.1256.540.1254)7.7104。(3)电解CoCl2溶液制取钴，TiRu电极为惰性电极，Ti的金属性较强，不能作为阳极，而Co应该在阴极产生，故Co沉积在Ti电极上。若用CoSO4溶液代替CoCl2溶液，OH 在阳极放电，使溶液的pH降低，会使产率降低。根据滴定反应式：Co(SCN)42H2

22、Y2=CoY22H4SCN，CoCl26H2O在产品中的质量分数是eq f(0.05 molL124.00103 mLf(250,25.00)238 gmol1,3.00 g)100%95.2%。答案：(1)4Co(OH)2O22H2O=4Co(OH)3(2)7.7104(3)TiOH在阳极放电，使溶液的pH降低95.2%6高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型、高效的水处理剂，与水反应的化学方程式为4Na2FeO410H2O=4Fe(OH)33O28NaOH。电解制备Na2FeO4装置示意图如下。(1)a是电源的_极(填“正”或“负”)，电解时，石墨电极附近溶液的碱性_(填“增强”“减弱”或“

23、不变”)。(2)铁电极的反应式为_。(3)维持一定的电流强度和电解温度，NaOH起始浓度对Na2FeO4浓度影响如图所示(电解液体积相同情况下进行实验)。电解3.0h内，随NaOH起始浓度增大，Na2FeO4浓度变化趋势是_(填“增大”“不变”或“减小”)。当NaOH起始浓度为16molL1时，1.02.0 h内生成Na2FeO4的速率是_molL1h1。A点与B点相比，nFe(OH)3：A_B(填“”“”或“B，根据铁元素守恒，nFe(OH)3：AB。(4)A项，Fe(NO3)3溶液能够溶解Na2FeO4，不选；B项，NH4Cl溶液能够溶解Na2FeO4，不选；C项，CH3COONa电离出的

24、Na能够抑制Na2FeO4的溶解，故选C。(5)根据盖斯定律，将eq blc(rc)(avs4alco1(f(3,2)3eq f(1,2)得2Fe(OH)3(s)3NaClO(aq)4NaOH(aq)=2Na2FeO4(aq)3NaCl(aq)5H2O(l)Heq blc(rc)(avs4alco1(f(3,2)a3bf(c,2) kJmol1。答案：(1)负增强(2)Fe8OH6e=FeOeq oal(2,4)4H2O(3)增大8(4)C(5)eq f(3,2)a3beq f(1,2)c7(1)标准状况下，1 m3的可燃冰可转化为160 L甲烷和0.8 m3的水。则可燃冰中n(CH4)n(H

25、2O)_(列出计算式即可)。(2)羰基硫(COS)多产生于煤化工合成气中，能引起催化剂中毒，可通过水解反应：COS(g)H2O(g)H2S(g)CO2(g)H除去。相关的化学键键能数据如下表：化学键C=O(CO2)C=O(COS)C=S(COS)HSHOE/(kJmol1)803742577339465则H为_。(3)近期太阳能利用又有新进展。利用太阳能由CO2制取C的原理如图1所示，若重整系统发生的反应中eq f(nFeO,nCO2)4，则重整系统中发生反应的化学方程式：_。(4)NaHS可用于污水处理的沉淀剂。已知：25 时，H2S的电离常数Ka11.0107，Ka27.01015，反应H

26、g2(aq)HS(aq)HgS(s)H(aq)的平衡常数K1.751038，则Ksp(HgS)_。(5)已知CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H42 kJmol1，在进气比n(CO)n(H2O)不同时，测得相应的CO的平衡转化率如图2，图2中各点对应的反应温度可能相同，也可能不同。图2中D、E两点对应的反应温度分别为TD和TE。判断：TD_TE(填“”或“”)。与图2中E点对应的反应温度相同的为_(填字母)。解析：(1)标准状况下160 L甲烷物质的量eq f(160 L,22.4 Lmol1)，0.8 m3的水的质量为8105 g，则可燃冰中n(CH4)n(H2O)eq f(160

27、 L,22.4 Lmol1)eq f(8105 g,18 gmol1)eq f(160,22.4)eq f(8105,18)。(2)COS(g)H2O(g)=H2S(g)CO2(g)的H(7425774652)(33928032)35 kJmol1。(3)由图1可知，CO2被FeO还原为C，则FeO将被氧化，根据重整系统发生的反应中eq f(nFeO,nCO2)4，结合得失电子数守恒和质量守恒可知反应为4FeOCO2eq o(=,sup7(700 K)C2Fe2O3。(4)反应 Hg2(aq)HS(aq)HgS(s)H(aq)的平衡常数Keq f(cH,cHScHg2)eq f(cH,cHScHg2)eq f(cS2,cS2)eq f(Ka2,KspHgS)1.751038，Ksp(HgS)eq f(71015,1.751038)4.01053。(5)已知CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H42 kJmol1，反应为放热反应，升温平衡逆向进行，CO转化率减小，图中D、E两点对应的反应温度分别为TD和TE，D点CO转化率大于E点CO转化率，说明TDTE。C、D点与E点反应温度一定不相同。反应温度相同，则平衡常数相同。E点CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)起始量 1