1、大题三 化学反应原理综合应用12018河北省武邑中学模拟 从煤化工行业中可以得到许多重要的工业资源。请回答下列问题：(1)从煤的气化获得的化工原料气含有的羰基硫(COS)会引起催化剂中毒，大气污染等问题。羰基硫与烧碱溶液反应生成两种正盐的离子方程式为_。羰基硫的脱硫方法之一为 COS(g)H 2(g)=H2S(g)CO(g) H 7 kJ/mol，已知反应中部分物质的键能数据如下：化学键 C=O C=S HS HH键能(kJ/mol) 745 577 339 436则 CO 分子中的碳氧键的键能为_。(2)羰基硫在高温下发生水解反应：COS(g)H 2O(g)=H2S(g)CO 2(g)。 T
2、 时，将 0.30 mol COS(g)与 0.50 mol H2O(g)充入 10 L的恒容密闭容器中，30 s 后反应达到平衡状态，此时 H2S 的物质的量分数为 0.30。030 s 内，COS 的平均反应速率 v(COS)_，该反应的平衡常数 K_(保留 3 位有效数字)。向反应容器中再分别充入下列气体，能使 COS 的转化率增大的是_( 填字母)。( )ACOS B H 2O C H2S DSO 2(3)将含 H2S 尾气的空气(按一定流速通入酸性 FeCl3 溶液中，可实现含 H2S 尾气的空气脱硫。在 FeCl3 溶液吸收 H2S 的过程中溶液中的 n(Fe3 )及被吸收的 n(
3、H2S)随时间 t 的变化如图所示。由图中信息可知，0t 1 时间段内，一定发生的反应是(用离子方程式表示)_。t 1 时刻后，溶液中 n(Fe3 )保持微量减少至基本不变，其原因是_。22018长沙市长郡中学模拟 大量排放氮的氧化物会产生酸雨、光化学烟雾等环境问题。工业上处理氮的氧化物途径有多种：.碱吸法。利用纯碱溶液吸收 NO、NO 2，发生的反应有：2NO2Na 2CO3=NaNO3NaNO 2CO 2，NONO 2Na 2CO3=2NaNO2 CO2用一定量纯碱溶液吸收 NO、NO 2 恰好完全反应得到吸收溶液。(1)向吸收溶液中滴加酸性高锰酸钾溶液，溶液褪色，氧化产物为 NO ，写出
4、离子方程式 _。 3.天然气还原法。CH4 催化还原 NO、NO 2 的热化学方程式如下：CH 4(g)4NO 2(g)=4NO(g)CO 2(g)2H 2O(g) H 1574 kJ/molCH 4(g)4NO(g)= =2N2(g)CO 2(g)2H 2O(g) H 21 160 kJ/mol(2)4NO(g)=N2(g)2NO 2(g) H_。(3)上述物质 NaNO2、NO、CO 2 中含有共同的化学键的类型是_。.活性炭还原法。在 V L 恒容密闭容器中加入足量的活性炭和一定量 NO，恒温(T1)条件下发生反应生成 Q、P( 均为无污染物质 )。测得物质的量与时间关系如表所示：n/m
5、ol t/min NO Q P0 0.200 0 010 0.116 0.042 0.04220 0.080 0.060 0.06030 0.080 0.060 0.060(4)在 T1 温度下，NO 的平衡转化率为_；平衡常数 K 为_(用分数表示)。(5)30 min 后，将温度升高至 T2 达到平衡时，容器中NO、Q、P 的浓度之比为 3：1 ：1，则该反应的正反应H_0(填“”“0。温度为 T 时，把 一定量的 PCl5 气体引入一真空瓶内，反应达平衡后 PCl5 与 PCl3 的分压之比为 1：3(分压总压物质的量分数)。PCl 5 的分解率 a1_%。若达到平衡后体系总压为 1.4
6、 MPa，用平衡分压代替平衡浓度表示反应的平衡常数Kp _。温度为 T2 时，新的平衡体系中 PCl5 与 Cl2 分压相同，则 PCl5的分解率 a1_a2，温度 T1_T2(填“”“”“0)2CO(g)2NO(g)= =N2(g)2CO 2(g) H b kJ mol1 (b0)若用 CO 还原 NO2 至 N2，当消耗标准状况下 3.36 L CO 时，放出的热量为_ kJ(用含有 a 和 b 的代数式表示)。(2)在 373 K 时，向体积为 2 L 的恒容真空容器中通入 0.40 mol NO2，发生反应：2NO 2(g) N2O4(g) H57.0 kJ mol1 。测 得 NO2
7、 的体积分数(NO 2)与反应时间(t)的关系如下表：t/min 0 20 40 60 80(NO2) 1.0 0.75 0.52 0.40 0.40020 min 内，v(N 2O4)_ molL 1 min1 。上述反应中，v(NO 2)K 1c2(NO2)，v(N 2O4)K 2c(N2O4)，其中 K1、 K2 为速率常数，则 373K 时，K 1、K 2 的数学关系式为_。改变温度至 T1 时 k1k 2，则T1_373K(填“”、 “”22“10，反应时间30 min解析：(1) 同主族元素从上到下原子序数逐渐增大，元素金属性逐渐增大，非金属性逐渐减小，单质与氢气的化合越来越难，气
8、态氢化物稳定性逐渐减小，最高价氧化物对应的水化物的酸性逐渐减弱，所以 NH3 比 PH3 稳定性强可以说明非金属性 NP，a 正确；常温下，氮气为气体，磷单质为固体是它们的物理性质，不能说明非金属性 NP ，b 错误；氮气与氢气化合比磷与氢气化合更困难可以说明非金属性 PN，与元素周期律矛盾，c 错误；HPO 3 不是磷元素的最高价氧化物对应的水化物，所以 HNO3 与 HPO3 酸性强弱不能说明 N 与 P 非金属性强弱，d 错误。(2)根据盖斯定律：将 CaO(s)H 2SO4(l)=CaSO4(s)H 2O(l) H271 kJ/mol 乘以 5 倍减去5CaO(s)3H 3PO4(l)
9、HF(g)= =Ca5(PO4)F(s)5H 2O(l) H 937 kJ/mol 得到： Ca5(PO4)3F(s)5H 2SO4(l)=5CaSO4(s)3H 3PO4(l)HF(g) H418 kJ mol1 。(3) 假设一定量的 PCl5 为 a mol，压强是 P0PCl 5(g) PCl3(g)Cl 2(g) 开始(mol) a 0 0转化(mol) x x x平衡(mol) ax x x根据：分压总压物质的量分数，达平衡后 p(总) (ax )p0/a，p(PCl 5)(ax)p (总) /(ax)，p(Cl 2)p (PCl3)xp (总) /(ax) ，根据反应达平衡后 P
10、Cl5 与 PCl3 的分压之比为 1：3 得出：x3a/4；PCl 5 的分解率 a1x /a75% ，平衡分压代替平衡浓度表示反应的平衡常数表达式是：K pp(Cl 2)p(pCl3)/p(PCl5)，将 p(总)1.4 MPa 代入得：K p1.8 MPa；根据 的计算数据可知，在原平衡中，p(PCl 5)p(Cl 2)，新平衡中两者相同，说明平衡逆向移动，根据反应方程式：PCl 5(g) PCl3(g)Cl 2(g) H0，该反应正反 应是吸热反应，平衡逆向移动，说明温度降低，即 T2T 1，新平衡与原平衡相比，PCl 5 分解率降低了；PCl 5(g) PCl3(g)Cl 2(g)
11、H0 达到平衡后，温度、体积不变，充入氩气，反应物、生成物的浓度都没有改变，平衡不移动，a 不能使 PCl5 分解率增大，a 选项错误；体积不变，对体系加热，相当于升高温度，该反应的正反应是吸热反应，平衡正向移动，能使 PCl5 分解率增大，所以 b 选项正确；温度、体积不变，充入氯气，平衡逆向移动，PCl 5 分解率减小，c 选项错误；温度不变，增大容器体积，平衡正向移动，能使 PCl5分解率增大，d 选项正确。(4)氯化水解法生产三氯氧磷会产生含磷(主要为 H3PO4、H 3PO3 等)废水，在废水中先加入适量漂白粉，使废水中的 H3PO3 氧化为 PO ，加入生石灰后能完全转化为磷酸的3
12、4钙盐，达到较高的回收率；根据题干中的图可确定 pH10，磷的沉淀回收率较高(90%左右) ，反应时间超过 30 min 时磷的沉淀回收率较高(90%左右)，所以处理该厂废水最合适的工艺条件为溶液pH10，反应时间30min。4答案：(1)负极 阴极区(2)MgH2 2LiBH4 2LiHMgB 24H 2= = = = =高 温 (3)659(4)p 4 K3K2K1解析：(1) 由镁 锂双离子二次电池的装置图中的信息可知，Mg是负极，Li 1x FePO4 是正极。放电时，Mg 电极为负极。充电时，阳离子向阴极定向移动，所以 Li 迁移至阴极区。(2)纳米 MgH2 和LiBH4 组成的体
13、系在 400 以上受热放氢时发生反应的化学方程式为 MgH22LiBH 4 2LiHMgB 24H 2。(3)硝酸厂尾气= = = = =高 温 中含有大量的 NO，可用氢气催化还原法除去 NO，发生的主要反应如下：2NO(g)4H 2(g)O 2(g)=N2(g) 4H2O(g) H 1 143 kJ mol1 ；2H 2(g) O2(g)=2H2O(g) H484 kJ mol1 。根据盖斯定律，由得，2NO(g)2H 2(g)=N2(g)2H 2O(g) H 659 kJ mol1 。(4) 在一定条件下，反应 CH4(g)CO 2(g) 2CO(g)2H 2(g)，平衡时 CH4 的转
14、化率与温度和压强的关系如 图 3 所示。该反应是一个气体分子数增多的反应，在相同温度下，CH4 的平衡转化率随压强的增大而减小，所以压强最大的是 p4。由图可知，在相同压强下，CH 4 的平衡转化率随温度的升高而增大，所以该反应为吸热反应，该反应的 H0。由图可知，压强为 p4时，在 Y 点的转化率高于其平衡转化率，所以该反应正在向逆反应方向进行，v( 正)K3K2K1。5答案：(1)6 MoS2 9ClO 6OH =MoO 9Cl 2SO 3H 2O24 24(2) H2 H1 (3)BC 410 4 B 1.012 12解析：(1)Na 2MoO42H2O 中 Na 是1 价，O 是2 价
15、，所以根据正负价代数和为 0 可知 Mo 的化合价是6 价；反应中 Mo 元素化合价从4 价升高到6 价，S 从2 价升高到6 价，氯元素化合价从1 价降低到1 价，所以根据电子得失守恒、原子守恒和电荷守恒可知该反应的离子方程式为MoS2 9ClO 6OH =MoO 9Cl 2SO 3H 2O。24 24(2)2Mo(s)3O 2(g)=2MoO3(s) H 12MoS 2(s)7O 2(g)=2MoO3(s)4SO 2(g) H 2MoS 2(s)2O 2(g)=Mo(s)2SO 2(g) H 3根据盖斯定律可知()/2 得到 MoS2(s)2O 2(g)=Mo(s)2SO 2(g) H 3
16、 H2 H1。12 12(3)2 v 正 (H2)v 逆 (CO)不满足反应速率之比是化学计量数之比，反应没有达到平衡状态，A 错误；CO 体积分数保持不变说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，B 正确；反应前后混合气体的质量和物质的量是变化的，因此混合气体的平均相对分子质量不再变化说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，C 正确；对于具体的化学反应，H 是不变的，D 错误。图 1 中 A 点氢气和水蒸气的体积分数相等，均是 40%，所以 CO 的体积分数是 20%，这说明氢气、一氧化碳、水蒸气的物质的量之比是 2：1 ：2，所以对应的平衡常数 Kp 410 4 ；升高温度(250.1)4(
17、150.1)2(250.1)4氢气的体积分数减小，说明平衡向正反应方向进行，正反应是吸热反应，所以升高温度正反应的平衡常数增大，则逆反应的平衡常数减小，因此表示逆反应的平衡常数(K 逆 )的曲线是 B；T 1 时正逆反应速率的平衡常数相等，因此对应的平衡常数为 1.0。6答案：(1)2NO(g)2CO(g)= =N2(g)2CO 2(g) H746.5 kJ mol1(2)7 ：4(或 1.75： 1) 0.22 molL 1 min1 b(3)k 正 /k 逆 (4) 200 75%(5)显碱性，因为 Kb(NH3H2O)Ka2(H2SO3)，所以 SO 水解程23度大( 或其他合理解释)解
18、析：(1) 若某反应的平衡常数表达式为：K c(N2)c2(CO2)/c2(NO)c2(CO)，该反应为 2NO(g)2CO(g) N2(g)2CO 2(g)， N 2(g)O 2(g)=2NO(g) H 1180.5 kJ/mol C(s) O 2(g)=CO2(g) H 2393.5 kJ/mol 2C(s) O 2(g)=2CO(g) H3 221 kJ/mol 由盖斯定律计算2得到 2NO(g)2CO(g)= =N2(g)2CO 2(g) H746.5 kJ mol1 。(2) 2N 2O5(g)=4NO2(g)O 2(g)开始( mol/L) 1.00 0 0反应( mol/L) 0
19、.5 1 0.252 min( mol/L) 0.5 1 0.25反应前后气体的压强之比等于其物质的量之比，所以p：p 0(0.510.25) mol ：1.00 mol 7：4(或 1.75)，25 min内用 NO2 表示的该反应的平均反应速率为 v(NO2) 0.22 0.66 mol/L3 minmolL1 min1 ；NO 2 和 O2 的浓度比始终保持不变，不能确定反应是否达到化学平衡状态，a 项错误；该反应是气体体积增大的反应，容器中的压强不断的发生变化，当容器中压强不再变化，反应已达到化学平衡状态，b 项正确；v 正 (NO2)2v 逆(N 2O5)才表明达到化学平衡状态，c
20、项错误；在恒容的条件下，该反应气体的密度始终保持不变，不能确定反应是否达到化学平衡状态，d 项错误。(3)平衡时正逆反应速率相等，由正反应速率 v 正 k 正 p(NO2)p(CO)，逆反应速率 v 逆 k 逆 p(NO)p(CO2)，联立可得 Kpk 正 /k 逆。(4)合成氨反应放热，温度越低氨气的百分含量越高，所以，曲线 a 对应的温度是 200 。 3N 2(g)3H 2(g) 2NH3(g) 反应前(mol) 1 3 0反应后(mol) x 3x 2x平衡时(mol) 1x 33x 2x据题意 M 点时： 60%，x ，则氢气的转化2x1 x 3 3x 2x 34率为 100%75%
21、。(5) 铵根离子水解使溶液显酸性，亚硫酸3343根离子水解使溶液显碱性，铵根离子水解得到氨水，亚硫酸根离子水解得到亚硫酸氢根离子，亚硫酸根离子是 H2SO3 的第二步电离，由于 Kb(NH3H2O)Ka 2，说明氨水比亚硫酸氢根离子的电离能力强，根据越弱越水解，铵根离子的水解程度小于亚硫酸根离子的水解程度，故溶液显碱性。7答案：(1)0.3a 0.15b4(2)2.0 103 K 160K 2 (3) 恰好完全反应生成 NaHN2O2，K b(HN2O ) 2KwKa110 7 Ka210 12 ，水解程度大于电离程度10 1410 7c(Na )c(N2O )c(OH )c(HN2O )c
22、(H )22 2解析：(1) CO(g)NO 2(g)NO(g)CO 2(g) H a kJ/mol 2CO(g) 2NO(g)N 2(g)2CO 2(g) H b kJ/mol，将2得：4CO(g)2NO 2(g)N 2(g)4CO 2(g) H2a b，当消耗标况下 3.36 L CO，n(CO) 0.15 mol，放出热量3.36 L22.4 L/mol为 (0.152a0.15b) kJ。14 0.3a 0.15b4(2)设 020 min 时，生成 N2O4 的物质的量为 x mol，则有2NO2(g) N2O4(g) 起始物质的量(mol) 0.4 0转化物质的量(mol) 2x
23、x20 min 时物质的量(mol) 0.42x x由于 20 min 时，NO 2 的体积分数为 0.75，则有0.75，得 x0.08，则 020 min 内，v(N 2O4)0.4 2x0.4 2x x 2103 mol/(Lmin)0.08 mol2 L20 min反应在 60 min 时达到平衡，设 N2O4 平衡时的物质的量为 x min，则有2NO2(g) N2O4(g) 起始物质的量(mol) 0.4 0转化物质的量(mol) 2x x平衡时物质的量(mol) 0.42x x根据平衡时 NO2 的体积分数为 0.4 有， 0.4，得0.4 2x0.4 2x xx0.15，平衡时
24、 c(NO2) 0.05 mol/L，平0.4 mol 0.15 mol 22 L衡时 c(N2O4) 0.075 mol/L，平衡时 ，即0.15 mol2 L vNO2vN2O4 21 ，得 K160K 2，若改变温度，平衡常数为 K 平 K10.052K20.075 21，由于 K 平 ，当 K1K 2 时，cN2O4c2NO2 vN2O4vNO2 K2cN2O4K1c2NO2 K2K1 12与 373 K 时比较，平衡常数 K 平 减小，由于该反应的正反应放热，所以 T1373K。(3)若 V100，恰好完全反应生成 NaHN2O2，K h(HN2O ) 2 10 7 Ka210 12
25、 ，水解程度大于电离程度。若KwKa1 10 1410 7V200 ，生成 Na2N2O2，由于 N2O 水解以及 HN2O 水解，因22 2此 c(OH )c(HN2O )，所以离子浓度大小为 c(Na )c(N2O ) 2 22c(OH )c(HN2O )c(H )。 28答案：(1) (2)2H2O 2H2O 2= = = = =光 照 催 化 剂(3) 31 kJ mol1 1cCO2cH2反应 CO2 H2=HCOOH 是气体总分子数减少的反应，增大压强利于反应进行 选择合适的催化剂，增大 c(H2) CO 2 H2O 2e =HCOO OH解析：(1)HCOOH 的结构式是 。(2
26、)图中光催化产生H2 的化学方程式为 2H2O 2H2O 2。(3) 反应= = = = =催 化 剂 ：2HCOOH(l)O 2(g)2CO 2(g)2H 2O(l)H510 kJ/mol 。反应 ：2H 2(g)O 2(g)2H 2O(l)H572 kJ/mol。 有：CO 2(g)H 2(g)HCOOH(l) 12 12H 31 kJ/mol。平衡常数 K 。增大压强，反应1cH2cCO2CO2 H2HCOOH 是气体总分子数减少的反应，增大压强利于反应进行，为实现 CO2 加氢向甲酸的高效转化还可以选择合适的催化剂，增大 c(H2)。 阴极电极反应式是 CO2 H2O 2e =HCOO OH 。
