1、- 1 -热考大题专攻练(三)化学反应与能量(满分 42 分,建议用时 20 分钟) 大题强化练,练就慧眼和规范,占领高考制胜点!可能用到的相对原子质量:H-1 C-12 N-14O-16 Na-23 Mg-24 Al-27 Si-28 S-32 Cl-35.5 Fe-56 Cu-64 As-75 I-1271.(14 分)纳米级 Cu2O 由于具有优良的催化性能而受到关注,下表为制取 Cu2O 的四种方法:方法 a 用炭粉在高温条件下还原 CuO方法 b 用葡萄糖还原新制的 Cu(OH)2制备 Cu2O方法 c 电解法,反应为 2Cu+H2O Cu2O+H2方法 d 用肼(N 2H4)还原新
2、制的 Cu(OH)2(1)已知:2Cu(s)+ O2(g) Cu2O(s) H=-169 kJmol-1C(s)+ O2(g) CO(g) H=-110.5 kJmol-1Cu(s)+ O2(g) CuO(s) H=-157 kJmol-1则方法 a 发生的热化学方程式是_。(2)方法 c 采用离子交换膜控制电解液中 OH-的浓度而制备纳米 Cu2O,装置如图所示:该离子交换膜为_离子交换膜(填“阴”或“阳”),该电池的阳极反应式为_,钛极附近的 pH_(填“增大” “减小”或“不变”)。(3)方法 d 为加热条件下用液态肼(N 2H4)还原新制 Cu(OH)2来制备纳米级 Cu2O,同时放出
3、 N2。该制法的化学方程式为_。(4)在相同的密闭容器中,用以上方法制得的三种 Cu2O 分别进行催化分解水的实验:2H 2O(g) 2H2(g)+O2(g) H0。水蒸气的浓度随时间 t 变化如下表所示:- 2 -对比实验的温度:T 2_T1(填“” “T1,不可以通过比较达到平衡的时间来判断温度的大小,在这个实验里面,温度不是唯一影响速率的因素,还有催化剂。v(O2)= =3.5010-5molL- 1min-1。答案:(1)2CuO(s)+C(s) Cu2O(s)+CO(g) H=+34.5 kJmol-1(2)阴 2Cu-2e -+2OH- Cu2O+H2O 增大- 3 -(3)4Cu
4、(OH)2+N2H4 2Cu2O+6H2O+N2(4) 否 3.5010 -5molL-1min-12.(14 分)天然气是一种重要的清洁能源和化工原料,其主要成分为甲烷。(1)已知:CO(g)+H 2O(g) H2(g)+CO2(g) H=-41 kJmol-1C(s)+2H2(g) CH4(g) H=-73 kJmol-12CO(g) C(s)+CO2(g) H=-171 kJmol-1工业上可用煤制天然气,生产过程中有多种途径生成 CH4。写出 CO 与 H2反应生成 CH4和 H2O 的热化学方程式_。(2)天然气中的 H2S 杂质常用氨水吸收,产物为 NH4HS。一定条件下向 NH4
5、HS 溶液中通入空气,得到单质硫并使吸收液再生,写出再生反应的化学方程式_。(3)用天然气制取 H2的原理为 CO2(g)+CH4(g) 2CO(g)+2H2(g)。在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1 molL-1的 CH4与 CO2,在一定条件下发生反应,测得 CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图 1 所示,则压强 p1_p2(填“大于”或“小于”);压强为 p2时,在 Y 点:v(正)_v(逆)(填“大于”“小于”或“等于”)。求 Y 点对应温度下该反应的平衡常数 K=_。(计算结果保留两位有效数字)(4)以二氧化钛表面覆盖 CuAl2O4为催化剂,可以将 CH4和 CO2直接转化
6、成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图 2 所示。250300时,温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是_。- 4 -为了提高该反应中 CH4的转化率,可以采取的措施是_。【解析】(1)CO(g)+H 2O(g) H2(g)+CO2(g) H=-41 kJmol-1 C(s)+2H2(g) CH4(g) H=-73 kJmol-1 2CO(g) C(s)+CO2(g) H=-171 kJmol-1 根据盖斯定律,-+得 CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(g) H=-203 kJmol-1。(2)NH4HS 溶液中通入空气,得到单质硫和氨水,化学方程式为 2NH4H
7、S+O22NH3H2O+2S。(3)温度一定时,增大压强平衡逆向移动,甲烷的转化率减小,故压强 p1v(逆);由图象可知,温度为 1 100,压强为p2时甲烷的转化率为 80%,则平衡时甲烷浓度的变化量为 0.1 molL-180%=0.08 molL-1,则:CO 2(g)+CH4(g) 2CO(g)+2H2(g)起始(molL -1) 0.1 0.1 0 0转化(molL -1) 0.08 0.08 0.16 0.16平衡(molL -1) 0.02 0.02 0.16 0.16故平衡常数 K= = =1.6。(4)由图可知,该催化剂在 250左右时催化剂效率最高,温度超过 250时,催化
8、剂的催化效率降低,所以温度升高而乙酸的生成速率降低。正反应是气体体积减小的反应,为了提高该反应中 CH4的转化率,可以增大反应压强或增大 CO2的浓度。答案:(1)CO(g)+3H 2(g) CH4(g)+H2O(g) H=-203 kJmol-1(2)2NH4HS+O2 2NH3H2O+2S(3)小于 大于 1.6- 5 -(4)温度超过 250时,催化剂的催化效率降低增大反应压强或增大 CO2的浓度【易错提醒】一般的化学反应,温度升高,反应速率加快,但应注意催化剂的反应活性与温度的关系。催化剂的反应活性在某温度是最高的,升高温度,可使反应速率加快,但催化剂反应活性降低,二者综合的结果,可能
9、使反应速率减慢。3.(14 分)对燃煤烟气和汽车尾气进行脱硝、脱碳和脱硫等处理,可实现绿色环保、节能减排等目的。汽车尾气脱硝脱碳的主要原理为 2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) H=akJmol-1。.已知 2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) H=bkJmol-1;CO 的燃烧热 H=ckJmol-1。写出消除汽车尾气中NO2的污染时,N O2与 CO 反应的热化学方程式_。.一定条件下,在一密闭容器中,用传感器测得该反应在不同时间的 NO 和 CO 浓度如下表:时间/s 0 1 2 3 4 5c(NO)/molL-1 1.00 0.8 0.64 0.55 0.5 0.
10、5c(CO)/molL-1 3.50 3.30 3.14 3.05 3.00 3.00(1)在恒容密闭容器中充入 CO、NO 气体,下列图象正确且能说明反应达到 平衡状态的是_。(2)前 2 s 内的平均反应速率 v(N2)=_molL-1s-1(保留两位小数,下同);此温度下,该反应的平衡常数为_。(3)采用低温臭氧氧化脱硫脱硝技术,同时吸收 SO2和 NOx,获得(NH 4)2SO4的稀溶液,- 6 -常温条件下,此溶液的 pH=5,则 =_(已知该温度下 NH3H2O 的 Kb=1.710-5)。向此溶液中再加入少量(NH 4)2SO4固体, 的比值将_(填“变大” “不变”或“变小”)
11、。(4)设计如下图装置模拟传感器测定 CO 与 NO 反应原理。铂电极为_(填“正极”或“负极”)。负极电极反应式为_。【解析】.2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g) H=akJmol-12NO(g)+O 2(g) 2NO2(g) H=bkJmol-1;CO(g)+ O2(g) CO2(g) H=ckJmol-1由-+2得2NO2(g)+4CO(g) N2(g)+4CO2(g) H=(a-b+2c)kJmol-1.(1) H 为化学反应的焓变,对一个确定的反应 H 为定值,与是否建立平衡无关,B 错误。根据公式 M=,反应过程中气体质量不变,气体的物质的量减小,则平均摩尔质量
12、 M 增大,C 错误。(2)前 2 s 内 CO 浓度变化量为 3.50 molL-1-3.14 molL-1=0.36 molL-1,故 v(N2)= v(CO)=0.09 molL-1s-1。平衡后 NO、CO、N 2、CO 2的平衡浓度分别为0.5 molL-1、3.00 molL -1、0.25 molL -1、0.5 molL -1,故平衡常数 K=0.028。(3)NH 3H2O 的 Kb= ,则 = 。pH=5,则 c(H+)=10-5molL-1,c(OH-)=10-9molL-1,因此 = =1.7104。向此溶液中再加入少量(NH 4)2SO4固体,N 水解程度减小,则 的
13、比值变大。(4)原电池中 NO 反应生成 N2,氮元素化合价降低,发生还原反应,因此 Pt 电极为正极。也可根据 O2-的迁移方向判断两电极。- 7 -负极 CO 放电生成 CO2,电极反应为 CO+O2-+2e- CO2。答案:.2NO 2(g)+4CO(g) N2(g)+4CO2(g) H=(a-b+2c)kJmol-1.(1)A、D (2)0.09 0.03(3)1.710 4 变大(4)正极 CO+O 2-+2e- CO2【加固训练】汽车尾气中的主要污染物是 NO 和 CO。为减轻大气污染,人们提出通过以下反应来处理汽车尾气:(1)2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g)
14、 H=-746.5 kJmol-1已知:2C(s)+O 2(g) 2CO(g) H=-221.0 kJmol-1C(s)+O2(g) CO2(g) H=-393.5 kJmol-1则 N2(g)+O2(g)=2NO(g) H=_kJmol-1。(2)T下,在一容积不变的密闭 容器中,通入一定量的 NO 和 CO,用气体传感器测得不同时间 NO 和 CO 的浓度如下表时间/s 0 1 2 3 4 5c(NO)10-4molL-1 10.0 4.50 c1 1.50 1.00 1.00c(CO)10-3molL-1 3.60 3.05 c2 2.75 2.70 2.70则 c2合理的数值为_( 填
15、字母标号)。A.4.20 B.4.00 C.2.95 D.2.80(3)研究表明:在使用等质量催化剂时,增大催化剂的比表面积可提高化学反应速率。根据下表设计的实验测得混合气体中 NO 的浓度随时间 t 变化的趋势如下图所示:实验编号T/NO 初始浓度/10 -1molL-1CO 初始浓度/10 -1molL-1催化剂的比表面积/m 2g-1 350 1.20 5.80 124 280 1.20 5.80 124- 8 - 280 1.20 5.80 82则曲线对应的实验编号为_。(4)将不同物质的量的 H2O(g)和 CO(g)分别通入体积为 2 L 的恒容密闭容器中,进行反应:H 2O(g)
16、+CO(g)CO2(g)+H2(g),得到如下三组数据:起始量/mol 平衡量/mol实验组 温度/H2O CO CO H2达到平衡所需时间/mini 650 2 4 2.4 1.6 5ii 900 1 2 1.6 0.4 3iii 900 a b c d t实验组 i 中以 v(CO2)表示的反应速率为_,温度升高时平衡常数会_(填“增大” “减小”或“不变”)。若 a=2,b=1,则 c=_,达平衡时实验组 ii 中 H2O(g)和实验组 iii 中 CO 的转化率的关系为 ii(H2O)_ iii(CO)(填“”或“=”)。(5)CO 分析仪的传感器可测定汽车尾气是否符合排放标准,该分析
17、仪的工作原理类似于燃料电池,其中电解质是氧化钇(Y 2O3)和氧化锆(ZrO 2)晶体,能传导 O2-。则负极的电极反应式为_。以上述电池为电源,通过导线连接成图一。若 X、Y 为石墨,a 为 2 L 0.1 molL-1KCl 溶液,写出电解总反应的离子方程式_。电解一段时间后,取 25 mL 上述电解后的溶液,滴加 0.4 molL-1醋酸得到图二曲线(不考虑能量损失和气体溶于水,溶液体积变化忽略不计)。根据图二计算,上述电解过程中消耗一氧化碳的质量为_g 。【解析】(1)根据盖斯定律, H=- H1+2 H3- H2=746.5 kJmol-1-2393.5 kJmol-1+221 kJ
18、mol-1=+180.5 kJmol-1。- 9 -(2)由题意可知,随反应的进行 c(CO)减小,则 3.05c22.75,则 A、B 错误。随着反应浓度的减小,反应速率应减慢,故 3.05-c2c2-2.75,c22.90,D 正确。(3)由图象可知,与平衡状态相同,说明温度均为 280oC,且先达到平衡,速率更快,故曲线 II 对应的实验编号为。(4)由题意可知 c(CO 2)=c(CO)= =0.8 molL-1,则 v(CO2)= =0.16 molL-1min-1。H2O(g)+CO(g) CO2(g)+H2(g)为气体物质的量不变的可逆反应,对比 i 与 ii 可知,温度升高,平
19、衡时 CO 的含量增加,平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应,故升高温度,平衡常数应减小。当 a=2,b=1 时,可认为 CO 与 H2O 互换,故达到平衡时,变化量与 ii 中相同,故 c=1.6,达平衡时实验组 ii中 H2O(g)和实验组 iii 中 CO 的转化率的关系为ii(H 2O)=iii(CO)。(5)燃料电池负极为 CO,失去电子发生氧化反应,电极反应方程式为 CO-2e-+O2- CO2。电解 KCl 溶液的离子方程式为 2Cl-+2H2O Cl2+H 2+2OH -。由滴定图象可知,氢氧化钾溶液的 pH 为 13,故 c(OH-)=0.1 molL-1,则 n(OH-)=0.1 molL-12 L=0.2 mol。由转移电子数可知,每生成 1 mol KOH 时转移 1 mol 电子,1 mol CO 参与反应时,转移 2 mol 电子,故 2KOH CO,则 n(CO)= n(OH-)=0.1 mol,故 m(CO)=0.1 mol28 gmol-1=2.8 g。答案:(1)+180.5(2)D (3) (4)0.16 molL -1min-1 减小 1.6 =(5)CO-2e -+O2- CO22Cl -+2H2O Cl2+H 2+2OH -2.8 g
