1、化学反应原理综合应用1、氮及其化合物如及铵盐、等在中学化学、化工工业、国防等领域占有重要地位。1.发射航天火箭常用肼()与作燃料与助燃剂。肼()与反应的热化学方程式为已知相关反应的化学键键能数据如下:化学键N-HN-NNNO-HE/()390190946460则使1mol(g)分子中化学键完全断裂时需要吸收的能量是_。2.(g)与之间存在反应。将一定量的放入恒容密闭容器中,测得其平衡转化率随温度的变化如图甲所示。由图甲推测该反应的H_(填“”或“”“ ”“”或“=”）。已知的反应历程为：第一步快速平衡第二步慢反应下列叙述正确的是 (填序号）A.v(第一步的正反应）”“=”或“”)。某温度下,在
2、体积固定的2 L密闭容器中将 1 mol CO和2 mol H2混合,使反应达到平衡, 实验测得平衡时与起始时的气体压强比值为0.7,则该温度下反应的平衡常数为(保留1位小数)。(3)利用钠碱循环法可除去SO2。常温下,若吸收液吸收一定量 SO2 后,n() :n() =3:2,则此时溶液呈(填“酸性”“中性”或“碱性”)。(已知:H2SO3的电离常数为 Ka1 = 1.5410-2、Ka2 = 1.02 10-7)(4)利用电化学法处理工业尾气SO2的装置如图所示,写出Pt(2)的电极反应式:;当电路中转移0.02 mol e-时(较浓H2SO4尚未排出),阳离子交换膜左侧溶液中约增加mol
3、离子7、水煤气变换是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题：1.Shibata曾做过下列实验：使纯H2缓慢地通过处于721 下的过量氧化钴CoO(s)，氧化钴部分被还原为金属钴(Co)，平衡后气体中H2的物质的量分数为0.0250。在同一温度下用CO还原CoO(s)，平衡后气体中CO的物质的量分数为0.0192。根据上述实验结果判断，还原CoO(s)为Co(s)的倾向是CO_H2（填“大于”或“小于”）。2.721 时，在密闭容器中将等物质的量的CO和H2O(g)混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中H2的物质的量分数为( )A.0.503.我国学
4、者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。可知水煤气变换的H_0（填“大于”“等于”或“小于”），该历程中最大能垒（活化能）E正=_eV，写出该步骤的化学方程式_。4.Shoichi研究了467 、489 时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系（如下图所示），催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的和相等、和相等。计算曲线a的反应在3090 min内的平均速率=_。467 时和随时间变化关系的曲线分别是_、_。489时和随时间变化关系的曲线分别是_、_。8、“绿水青山就是金山银山”,近年来,绿色发展、生态保护成为中国
5、展示给世界的一张新“名片”。汽车尾气是造成大气污染的重要原因之一,减少氮氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一。请回答下列问题:1.已知:N2(g)+O2(g)=2NO(g) 1=+180.5kJmol-1C(s)+O2(g)=CO2(g) 2=-393.5kJmol-12C(s)+O2(g)=2CO(g) 3=-221kJmol-1若某反应的平衡常数表达式,则此反应的热化学方程式为_。2.N2O5在一定条件下可发生分解反应:2N2O5(s) 4NO2(g)+O2(g),某温度下向恒容密闭容器中加入一定量N2O5,测得浓度随时间的变在如表所示:t/min012345c(N2O5)/(mo
6、lL-1)1.000.710.500.350.250.17 反应开始时体系压强为p0,第2min时体系压强为p1,则p1:p0=_。25min内用NO2表示的该反应的平均反应速率为_。 一定温度下,在恒容密闭容器中充入一定量N2O5进行该反应,能判断反应已达到化学平衡状态的是_(填标号)。a.NO2和O2的浓度比保持不变b.容器中压强不再变化c.2v正(NO2)=v逆(N2O5)d.气体的密度保持不变3.Kp是用反应体系中气体物质的分压来表示的平衡常数,即将K表达式中平衡浓度用平衡分压代替。已知反应:NO2(g)+CO(g)NO(g)+CO2(g),该反应中正反应速率v正=k正p(NO2)p(
7、CO),逆反应速率v逆=k逆p(NO)p(CO2),其中k正、k逆为速率常数,则Kp为_(用k正、k逆表示)。4.如图,在密闭反应器中按n(N2) n(H2)=13投料后,在200、400、600下,合成NH3反应达到平衡时,混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线,已知该反应为放热反应。 曲线a对应的温度是_。 M点对应的H2的转化率是_。5.利用工业生产中产生的SO2废气,用如图方法可获得H2SO4。写出电解的阳极反应式:_。9、合理利用和转化NO2、SO2、CO、NO等污染性气体是环保领域的重要课题。1.用CH4催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物污染。已知:CH4(g)+4NO2(g)
8、=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) H=-574.0 kJ/molCH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) H=-1160.0 kJ/molH2O(g=H2O(1) H=-44.0 kJ/molCH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(1)的热化学方程式是_。2.用活性炭还原法处理氮氧化物的有关反应为:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)。向恒容密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,恒温(T )时,各物质的浓度随时间的变化如下表: NON2CO200.10000100.0580.0210.021200.0400.0300
9、.030300.0400.0300.030400.0320.0340.017500.0320.0340.017T 时,该反应的平衡常数为_(保留两位有效数字)。在31 min时,若只改变某一条件使平衡发生移动,40 min、50 min时各物质的浓度如上表所示,则改变的条件是_。在51 min时,保持温度和容器体积不变再充入NO和N2,使二者的浓度均增加至原来的两倍,则化学平衡_(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)。3.反应N2O4(g)2NO2(g) H0,在一定条件下N2O4与NO2的消耗速率与各自的分压(分压=总压物质的量分数)有如下关系:v(N2O4)=k1p(N2O4),v(N
10、O2)=k2p2(NO2),其中k1、k2是与温度有关的常数,相应的速率与N2O4或NO2的分压关系如图所示。在T 时,图中M、N点能表示该反应达到平衡状态,理由是_。改变温度,(NO2)会由M点变为A、B或C,v(N2O4)会由N点变为D、E或F,当升高到某一温度时,反应重新达到平衡,相应的点分别为_(填字母)。10、铁及其化合物在日常生活、生产中应用广泛,研究铁及其化合物的应用意义重大。试回答下列问题:1.高炉炼铁过程中会发生如下反应: FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g) H13Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g) H2Fe3O4(s)+CO(g)
11、=3FeO(s)+CO2(g) H3则反应Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)的H=_(用含H1、H2、H3的代数式表示)。2.上述反应在高炉中大致分为三个阶段,各阶段主要成分与温度的关系如下表:温度/25060010002000主要成分Fe2O3Fe3O4FeOFe1600 时固体物质的主要成分为_(填化学式);若该温度下,测得固体混合物中m(Fe)m(O)=354,则FeO被CO还原为Fe的百分率为_(设其他固体杂质中不含Fe、O元素)。3.铁的某些化合物可用作CO与H2反应的催化剂。已知某种铁的化合物可用来催化反应:CO(g)+3H2CH4(g)+H2O(g) H
12、； 温度升高，增大,说明平衡正向移动,该反应为吸热反应,H0 115.2kPa ; B点与D点3. 解析： 1.根据H与键能的关系:H=反应物的总键能-生成物的总键能,设1mol (g)分子中化学键完全断裂时需要吸收的能量是x kJ,则-1077=(3908mol+1902mol+x kJ)-(9463mol+4608mol),解得x=1941。2. 由图甲可知,随着温度的升高, 的平衡转化率增大,即升温平衡正向移动,故正反应为吸热反应,H0。设平衡时压强为p,起始时投入x mol,由图甲知a点时的平衡转化率为0.4,则平衡时为0.6mol,生成0.8x mol,根据压强之比等于物质的量之比可
13、得,则平衡时体系的总压强为1.4108kPa=151.2kPa,则该温度下的反应达平衡时有消耗速率,即,而,结合上式可得;由图乙可得B点与D点的速率符合,故达到平衡状态的点为B点与D点。3.由图丙知阳极失电子生成,且电解质溶液显酸性,故阳极的电极反应式为阴极的电极反应式为,阳极转移1mol e-生成1mol,而阴极转移7mol才生成1mol,故需要补充,使电解产物全部转化为 2答案及解析：答案：（1）4A-B+2C温度过低，反应速率小；温度过高，反应正向进行的程度小（2）BCE（3） BC解析：（1）根据盖斯定律，+得:（2）由题图1可得：，由题图2可知温度在350左右，负载率为3.0%时，脱
14、硝效果最好。（3）。平衡时：所以，时小于时的平衡常数，又因为，所以。快反应速率大于慢反应速率，故A错误;总反应快慢取决于慢反 应，故B正确；快反应活化能低，故C正确；有效碰撞不可能100% ,故D错误。 4答案及解析：答案：（1) I；该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动（2）放热 ；（3）解析：（1）根据CO(g)和的燃烧热（),可列热化学 方程式： （）；( II )根据图像曲线变化可写出热化学方程式（) : 根据盖斯定律，利用（）+（）-（），可得新的热化学方程式:。由图像可知催化剂I的催化效果最佳；该反应为放热反应，达到平衡后， 随温度升高,平衡逆向移动，的转化率降低（2）650时
15、. 根据三段式进行有关数据处理：起始/mol 4 2 0 0转化mol 1.6 1.6 1.6 1.6平衡/mol 2.4 0.4 1.6 1.6故650时，平衡常数，900时，结合CO的转化率，根据三段式进行有关数据处理：起始/mol 3 2 0 0转化/mol 1 1 1 1平衡/mol 2 1 1 1900时，平衡常数，则温度升高，平衡常数减小，故正反应为放热反应。，（3）发生反应，由图像可知，温度为时，平衡转化率为40%.故所消耗的物质的量为，剩余 H2S 的物质的量为。生成的物质的量为0.08 mol，生成的物质的量为0.04mol，则，故平衡常数 5答案及解析：答案：（1）（2）逆
16、向移动（3）ABC抑制；-1.8 V(与-1.8 V上下比较接近的也可）（4）催化解析：（1）先求出反应、的焓变，再根据盖斯定律+2-即可得目标方程式。1；，温度升高，平衡向逆反应方向移动，平衡常数K减小，由中数据计算可得300时平衡常数K=4,所以400、5 MPa条件下的平衡常数K4,而，平衡向逆反应方向移动。（3）D项，阴极的电极反应式应为；因为生成一氧化碳的时候消耗氢离子，对析氢反应有抑制作用。由图可知，电势为-1.8 V左右时，CO与的电流效率比约为1 : 2，恰好为CO和反应的物质的最之比。（4）由图可知，水参加反应，最后又生成等量的水，故水在电还原反应中起催化作用 6答案及解析：
17、答案：(1)HCHO；-470 kJ mol-1(2)放热；2.7(3)碱性(4)2+2e-+2H+= +2H2O; 0.03解析：(1)由题图可知，在催化剂作用下生成甲醛的反应活化能 小，化学反应速率快，所以主要产物为HCHO;由题图知，1 mol HCHO(g)转化为 1 mol CO(g)放出的能量为（676-283-158)kJ = 235 kJ,故=(-2352)kJ mol-1=-470 kJ mol-1。(2)根据题表中数据可知，随着温度升高，平衡常数减小.平衡逆 向移动，逆反应为吸热反应，则正反应为放热反应；,大于250时的平衡常数2.041，反应逆向进行,正反应速率小于逆反应
18、速率。同温同体积时，压 强之比等于物质的量之比，平衡时与起始时的气体压强比值为0.7, 开始时气体总物质的量为1 mol+2 mol = 3 mol，则平衡时气体总物质 的量为 3 mol0.7=2.1 mol。CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)开始/mol 1 2 0转化/mol x 2x x平衡/mol 1-x 2-2x x1-x+2-2x+x=2.1，得x=0.45；容器体积为2L，则(3)在同一溶液中，浓度之比等于物质的量之比，则，得c(H+)=6.810-8molL-110-7 molL-1溶液呈碱性。(4)根据题图,Pt(2)电极上的化合价从+ 4降低到 +3,电解质溶液呈酸
19、性，则电极反应式为2+2e-+2H+ =+2H2O;Pt(2)为阴极，Pt(l)为阳极，阳极的电极反应式为 SO2-2e-+2H2O=+4H+,电路中转移 0.02 mol e-时，左侧生 成0.01 mol 和0.04 mol H+，为平衡电荷，有0.02 mol的H+经阳 离子交换膜转移到右侧，则左侧的离子增加了 0.03 mol。 7答案及解析：答案：1.大于；2.C；3.小于；2.02；COOH*+H*+H2O*=COOH*+2H*+OH*（或H2O*=H*+OH*）；4.0.0047；b；c；a；d解析：1.H2还原氧化钴的方程式为：H2(g)CoO(s)=Co(s)H2O(g)；C
20、O还原氧化钴的方程式为：CO(g)CoO(s)=Co(s)CO2(g)，平衡时H2还原体系中H2的物质的量分数（）高于CO还原体系中CO的物质的量分数（），故还原CoO(s)为Co(s)的倾向是CO大于H2；2.利用“三段式”解答。721 时，设气体反应物开始浓度均为1 molL-1，则H2（g）+CoO（s）Co（s）+H2O（g）起始（molL-1） 1 0转化（molL-1） x x平衡（molL-1） 1-x x则有(1-x)/x=0.025 0，解得x=0.975，故K1=39;CO（g）+CoO（s）Co（s）+CO2（g）起始（molL-1） 1 0转化（molL-1） y y平
21、衡（molL-1） 1-y y则有(1-y)/1=0.0192,解得y=0.9808，故K2=51；CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)起始（molL-1） 1 1 0 0转化（molL-1） z z z z平衡（molL-1） 1-z 1-z z z则有K3=51/39,解得z=0.5327。H2的物质的量分数为z/2=0.2664,故选C。3.观察计算机模拟结果，据H=生成物总能量-反应物总能量，可知H=-0.72-00；该历程中最大能垒（活化能）E正 =1.86 eV-（-0.16 eV）=2.02 eV,该步骤的化学方程式为COOH*+H*+H2O*=COOH*+2H*+O
22、H*或H2O*=H*+OH*。4.；据“先拐先平数值大”，结合图像可知，虚线（a、d）表示489 时气体分压变化曲线，实线（b、c）表示467 时气体分压变化曲线；当温度由467 升至489 时，平衡逆向移动，则减小，增大，由图像可知，ba气体分压减小，故曲线b表示467 时变化曲线，曲线a表示489 时变化曲线；cd气体分压增大，则曲线c表示467 时变化曲线，曲线d表示489 时变化曲线。 8答案及解析：答案：1.2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) =-746.5kJmol-12.7:4;0.22molL-1min-1;b;34.200 ;75%;5.Mn2+2H2O-
23、2e-=MnO2+4H+解析：1.若某反应的平衡常数表达式,则其化学方程式为2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g),将题中3个已知热化学方程式依次编号为、,根据盖斯定律,由2-,可得2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) =-393.5kJmol-12-180.5kJmol-1-(-221kJmol-1)=-746.5kJmol-1。2.根据题表中数据列三段式： 2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)开始(molL-1) 1.00 0 0转化(molL-1) 0.50 1.00 0.252 min时(molL-1) 0.50 1.00 0.25该反应在恒温恒
24、容条件下发生,反应前后气体的压强之比等于物质的量之比,也等于物质的量浓度之比,所以p1:p0=(0.50+1.00+0.25) 1.00=74.25 min内, ,v(NO2)=2v(N2O5)=0.22 molL-1min-1。反应过程中NO2和O2的浓度比始终保持不变,a项不能说明反应已经达到化学平衡状态;该反应在反应前后气体分子数不相等,反应过程中容器中压强为变量,容器中压强不再变化可以说明反应已经达到化学平衡状态,b项符合题意;v正(NO2)=2v逆(N2O5)时,正、逆反应速率相等,而2v正(NO2)=v逆(N2O5)时,正、逆反应速率不相等,c项不能说明反应已经达到化学平衡状态;反
25、应物和生成物全为气体,气体总质量不变,而容器恒容,故反应过程中气体密度始终不变,d项不能说明反应已经达到化学平衡状态。3.,v正=k正p(NO2)p(CO),v逆=k逆p(NO)p(CO2),平衡时正、逆反应速率相等,即k正p(NO2)p(CO)=k逆p(NO)p(CO2),则,故。4.合成氨反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,NH3的产率降低,NH3的物质的量分数减小,曲线a、b、c中,在相同条件下曲线a对应NH3的物质的量分数最高,其反应温度最低,所以曲线a对应的温度为200 。M点对应的NH3的物质的量分数为60%,设NH3为0.6a mol,则N2、H2共为0.4a mol,因为反应器中按n(N2) n(H2)=13投料,结合N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)；可知,M点时对应的H2为0.3a mol,转化的H2的物质的量为0.9a mol,所以M点对应H2的转化率。5.由题图可知在电解池的阳极发生Mn2+转化为MnO2的反应,电极反应式为Mn2+2H2O-2e-=MnO2+4H
