1、题型强化专项训练二 化学反应原理题型强化专项训练第 72 页 1.(2018金华十校联考)催化还原 CO2 是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明,在Cu/ZnO 催化剂存在下,CO 2 和 H2 可发生两个反应,分别生成 CH3OH 和 CO。反应的热化学方程式如下:.CO 2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) H 1=-53.7 kJmol-1.CO 2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) H 2某实验控制 CO2 和 H2 初始投料比为 12.2,经过相同反应时间测得如下实验数据:T/K催化剂 CO2 转化率/% 甲醇选择性/%543 Cat.1 12
2、.3 42.3543 Cat.2 10.9 72.7553 Cat.1 15.3 39.1553 Cat.2 12.0 71.6备注Cat.1:Cu/ZnO 纳米棒,Cat.2:Cu/ZnO 纳米片;甲醇选择性:转化的 CO2 中生成甲醇的百分比。已知:表示 CO 和 H2 的标准燃烧热的 H 分别为-283.0 kJmol -1 和-285.8 kJmol -1;H 2O(l) H2O(g) H 3=+44.0 kJmol-1。请回答(不考虑温度对 H 的影响):(1)a.反应的 H2= kJmol-1。 b.800 时,反应和反应对应的平衡常数分别为 1.0 和 2.5,则该温度下反应:C
3、O(g)+2H 2(g)CH3OH(g)的平衡常数 K 的数值为 。 (2)在图中分别画出反应在无催化剂、有催化剂 Cat.1 和有催化剂 Cat.2 三种情况下“反应过程能量”示意图(在图中标注出相应的催化剂) 。(3)工业生产甲醇还有如下方法:CO(g)+2H 2(g) CH3OH(g)副反应:2CH 3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)若生产过程中在恒压条件下通入水蒸气,从化学平衡的角度分析该操作对生产甲醇带来的利和弊: 。 (4)利用光能和光催化剂,可将 CO2 和 H2O(g)转化为 CH4 和 O2。紫外线照射时,在不同催化剂(、) 作用下,CH 4 产量随光照时间的变
4、化如图所示。下列说法正确的是 (填字母代号)。 A.催化剂能加快化学反应速率 ,在反应开始时对正反应的催化效果更好B.从图中可知催化剂的催化效果更好C.若光照时间足够长,三条曲线将相交于一点D.光照 15 h 前,无论用所给的哪种催化剂 ,该反应均未达到平衡(5)人们正在研究某种锂-空气电池 ,它是一种环境友好的蓄电池。放电时的总反应为 4 Li+O2 2 Li2O。在充电时,阳极区发生的过程比较复杂,目前普遍认可以按两步反应进行,请补充完整。电极反应式: 和 Li2O2-2e- 2 Li+O2。 答案(1)+41.2 0.4(2)(3)利:通入水蒸气增大了水蒸气的浓度,使副反应平衡左移,减少
5、副反应的发生;弊:恒压通入水蒸气相当于减压,使主反应平衡左移,甲醇平衡产率降低 (4)CD (5)2 Li2O-2e- 2 Li+Li2O2解析(1)a.根据 CO 和 H2 标准燃烧热的 H 分别为-283.0 kJmol -1 和-285.8 kJmol-1 书写热化学方程式:CO(g)+ O2(g) CO2(g) H =-283.0 kJmol-112:H 2(g)+ O2(g) H2O(l) H=-285.8 kJmol -112:H 2O(l) H2O(g) H 3=+44.0 kJmol-1由盖斯定律可知,-+可得 CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) H 2=(-2
6、85.8+283.0+44.0) kJmol-1=+41.2 kJmol-1。b.根据热化学方程式:I.CO 2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) H1=-53.7 kJmol-1.CO 2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) H 2=+41.2 kJmol-1结合盖斯定律,-得 CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)H=-53.7 kJmol-1-41.2 kJmol-1=-94.9 kJmol-1,其反应的平衡常数 K= =0.4。(2) 由表中数据分析可1.02.5知,在催化剂 cat.2 的作用下,甲醇的选择性更大,说明催化剂 Cat.2 对反应的催化效果
7、更好,催化剂能降低反应的活化能,说明使用催化剂 Cat.2 的反应过程中活化能更低,因此“反应过程能量”的图如下:(3)利:在恒压条件下通入水蒸气,增大了水蒸气的浓度,使副反应平衡左移,减少副反应的发生;弊:恒压通入水蒸气相当于减压,使主反应平衡左移,甲醇平衡产率降低。(4)催化剂能同等程度地影响正、逆反应速率,故 A 错误;由图分析可知,催化剂、的催化效果都优于催化剂,故 B 错误; 三条曲线呈不断上升趋势,催化剂只能影响反应速率,不影响化学平衡,所以当光照时间足够长时,甲烷的产量会相同,三条曲线会相交于一点,故 C 正确; 因为随着光照时间的延长 ,甲烷的产量在增加,说明光照 15 h 前
8、,无论用所给的哪种催化剂,该反应均未达到平衡,故 D 正确。(5) 放电的总反应为 4 Li+O2 2 Li2O,所以充电的总反应为 2 Li2O 4 Li+O2,阳极总电极反应为 2 Li2O-4e- 4 Li+O2;由题意阳极区分两步反应,第二步反应为 Li2O2-2e- 2 Li+O2,所以用阳极总反应减去第二步反应,即可得第一步反应为 2 Li2O-2e- 2 Li+Li2O2。2.(2018镇海中学选考模拟)含碳物质在日常生活与工业生产上有广泛的应用。(1)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如图 1 所示,写出电极 A 上发生的电极反应式: 。 图 1(2)利用光能和光催化剂,可将 C
9、O2 和 H2O(g)转化为 CH4 和 O2。紫外光照射时,在不同催化剂(、) 作用下,CH 4 产量随光照时间的变化见图 2。在 15 小时内,CH 4 的平均生成速率、和从大到小的顺序为 (填序号) 。 图 2(3)以 TiO2/Cu2Al2O4 为催化剂 ,可以将 CO2 和 CH4 直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸生成速率的关系见图 3。乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围是 ;图 3(4)CO 和 H2 在 Cu2O/ZnO 作催化剂的条件下发生反应生成甲醇:CO(g)+2H 2(g) CH3OH(g)。向 2 L 的密闭容器中通入 1 mol CO(g)和 2
10、 mol H2(g),在一定条件下发生反应合成甲醇,反应过程中,CH3OH 的物质的量(n)与时间(t)及温度的关系如图 4 所示。图 4500 时,此反应的平衡常数 K= ; 据研究,反应过程中起催化作用的为 Cu2O,反应体系中含少量的 CO2 有利于维持 Cu2O 的量不变,原因是 (用化学方程式表示 )。 在 500 恒压条件下,请在图 4 中画出反应体系中 n(CH3OH)随时间 t 变化的总趋势图。答案(1)H 2-2e-+C CO2+H2O、CO-2e -+C 2CO22-3 2-3(2) (3)300 。(3)根据图像,温度超过 250 时,催化剂的催化效率降低,在 300 时
11、失去活性,故温度高于 300 时,乙酸的生成速率增大是由温度升高导致的,故乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围为300400 。(4)根据图像,2 s 后反应达到平衡 ,平衡时甲醇的物质的量为 0.5 mol,浓度为 0.25 molL-1,CO(g)+2H 2(g) CH3OH(g)起始/(molL -1) 0.5 1 0转化/(molL -1) 0.25 0.5 0.25平衡/(molL -1) 0.25 0.5 0.25500 时,此反应的平衡常数 K= =4。(3)()2(2)= 0.250.250.52在加热条件下 CO 能还原 Cu2O 使其减少,因此反应体系中含有少量二氧化碳,
12、有利于抑制反应 Cu2O+CO 2Cu+CO2 的发生,维持 Cu2O 的量不变。根据合成甲醇的反应方程式 CO(g)+2H2(g) CH3OH(g),反应中气体物质的量减小,在 500 恒压条件下,随反应的进行容器体积减小,比恒容条件下的压强大,故反应速率比恒容条件下的大,达到平衡需要的时间减少,同时,增大压强使平衡正向移动,生成甲醇的物质的量增大,故 500 恒压条件下,反应体系中 n(CH3OH)随时间 t 的变化图像为: 。3.(2018宁波六校联考)( 一)检验火柴头中氯元素的一种方法是将火柴头浸于水中,片刻后取少量溶液于试管中,加 AgNO3 溶液、稀硝酸和 NaNO2 溶液,若出
13、现白色沉淀 ,说明含氯元素。写出上述检验原理的总离子方程式: 。 (二)肼(N 2H4)作为一种重要的氮氢化合物,氢元素的质量分数高达 12.5%,其完全分解的产物为 H2 和N2,是一种理想的液体氢源。 N2H4 分解过程中发生完全分解和不完全分解。完全分解:N 2H4(g) N2(g)+2H2(g) H 1=-50.6 kJmol-1 不完全分解:3N 2H4(g) 4NH3(g)+N2(g) H 2 反应的焓变不易测量,现查表得如下数据:2NH3(g) N2(g)+3H2(g) H 3=+92 kJmol-1(该反应实际未发生) (1)反应在 (填 “高温”“低温”或“任意温度”)条件下
14、可以自发进行。 (2)在体积固定的密闭容器中,以 Ir/Al2O3 为催化剂,在不同温度下(催化剂均未失活)分解等量 N2H4(一开始体系中无其他气体),测得反应相同时间后的 N2H4、NH 3 和 H2 的体积分数如图 1 所示:图 1图 2下列说法正确的是 (填字母代号) 。 A.据图可知 200 时,反应 的活化能低于反应的活化能B.300 后 N2H4 的体积分数略有提高,可能是由于反应平衡逆向移动导致C.换用选择性更高的 Ni/Ir 复合催化剂可提高 N2H4 的平衡转化率D.400 是该制氢工艺比较合适的生产温度某温度下,若在 1 L 体积固定的密闭容器中加入 1 mol N2H4
15、,反应一段时间后达到平衡状态,此时H2 与 NH3 的物质的量均为 0.4 mol。请计算该温度下反应的平衡常数 Kc= (K c 为用气体的浓度表示的平衡常数)。 若在 6001 000 下进行上述实验,请预测并在上图中补充 H2 体积分数的变化趋势。(3)近期,来自非洲的四位女孩打造了一台靠尿液驱动的发电机,其原理是把尿液以电解的方式分离出可供设备发电使用的氢气,同时将尿液脱氮(转化为大气循环的无污染气体) 减轻生活污水造成的污染。以纯尿液为电解液(以 N 表示尿液中氮元素的存在形式),写出该电解过程的总反应方程式: +4。 答案(一)Ag +3N +Cl AgCl+3N-2 -3 -3(
16、二)(1)任意温度 (2) B 0.096(3)2N 3H2+N2+2H+4解析(一) 火柴头中含有氯酸钾,将火柴头浸于水中,片刻后取少量溶液于试管中 ,加 AgNO3 溶液、稀硝酸和 NaNO2 溶液,Cl 被还原为 Cl-,Cl-与 Ag+反应生成氯化银白色沉淀,发生反应的离子方程式为-3Ag+3N +Cl AgCl+3N 。-2 -3 -3(二)(1)根据盖斯定律可知,反应3-反应2 得反应:3N 2H4(g) 4NH3(g)+N2(g) H 2=-50.6 kJmol-13-92 kJmol-12=-335.8 kJmol-1,即该反应 S0,H0,在任意温度条件下都可以自发进行。(2
17、)根据图像可知,反应在 200 时,氢气的体积分数为 0,氨气的体积分数较大,说明反应易发生,反应活化能比反应的低,A 错误;反应:2NH 3(g) N2(g)+3H2(g) H 3=+92 kJmol-1,升高温度,平衡右移,氨气物质的量减小,氮气、氢气物质的量增大,针对反应:N 2H4(g) N2(g)+2H2(g) H1=-50.6 kJmol-1 以及反应 :3N2H4(g) 4NH3(g)+N2(g),增大生成物浓度,平衡左移,N 2H4 的体积分数略有提高,B 正确;催化剂能够增大反应速率,但不使平衡不移动 ,不能提高 N2H4 的平衡转化率,C错误; 根据图像可知,温度在 600
18、 左右时,氢气的百分含量最大,D 错误。 N 2H4(g) N2(g)+2H2(g)起始量/(molL -1) 1 0 0转化量/(molL -1) x x 2x平衡量/(molL -1) 1-x x 2x3N 2H4(g) 4NH3(g)+N2(g)起始量/(molL -1) 1-x 0 x转化量/(molL -1) 0.3 0.4 0.1平衡量/(molL -1) 1-x-0.3 0.4 0.1+x根据题给信息可知:2x =0.4 molL-1,x=0.2 molL-1,所以达到平衡时,c(N 2H4)=(1-0.2-0.3)molL-1=0.5 molL-1;c(N2)=(0.1+0.2
19、)molL-1=0.3 molL-1;c(H2)=0.4 molL-1;则该温度下反应的平衡常数 Kc=0.096。(2)2(2)(24) =0.30.420.5对于 N2H4(g) N2(g)+2H2(g) H 1=-50.6 kJmol-1,升高温度,平衡左移,H 2 的体积分数减小,故图像如下:(3)电解含有 N 的溶液,根据题干信息 ,氮元素的化合价由 -3 价升高到 0 价,氢元素的化合价由+4+1 价降低到 0 价,该电解过程的总反应方程式为 2N 3H2+N2+2H+。+44.(2018江西红色七校第一次联考)C、N 、S 的氧化物常会造成一些环境问题 ,科研工作者正在研究用各种
20、化学方法来消除这些物质对环境的影响。(1)目前工业上有一种方法是用 CO 和 H2 在 230 催化剂条件下转化成甲醇蒸气和水蒸气。图 1 表示恒压容器中 0.5 mol CO2 和 1.5 mol H2 转化率达 80%时的能量变化示意图。写出该反应的热化学方程式: 。 (2)工业上常用“亚硫酸盐法”吸收烟气中的 SO2。室温条件下,将烟气通入(NH 4)2SO3 溶液中,测得溶液pH 与含硫组分物质的量分数的变化关系如图 2 所示。请写出 a 点时 n(HS )n(H 2SO3)= ,b 点时溶液 pH=7,则 n(N )n(HS )= 。 -3 +4 -3(3)工业上还常用氨还原法去除
21、NO。一定条件下,用 NH3 消除 NO 污染的反应原理为 4NH3+6NO5N2+6H2O。不同温度条件下,n(NH 3)n(NO)的物质的量之比分别为 41、31、13 时,得到 NO 脱除率曲线如图 3 所示:请写出 N2 的电子式: 。 曲线 c 对应 NH3 与 NO 的物质的量之比是 。 曲线 a 中 NO 的起始浓度为 610-4mgm-3,从 A 点到 B 点经过 0.8 s,该时间段内 NO 的脱除速率为 mgm-3s-1。 (4)间接电化学法可除 NO。其原理如图 4 所示,写出电解池阴极的电极反应式(阴极室溶液呈酸性,加入 HS ,出来 S2 ): 。 -3 2-4答案(
22、1)CO 2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) H=-49 kJmol -1 (2)1 1 31 (3) N 13 1.510 -4 (4)2HS +2e-+2H+ S2 +2H2O-3 2-4解析(1)根据图 1 可知,该反应为放热反应,恒压容器中 0.5 mol CO2 和 1.5 mol H2 转化率达 80%时的能量变化 Q=23 kJmol-1-3.4 kJmol-1=19.6 kJmol-1,当 1 mol CO2 完全反应时,H =- 2 kJmol-1=-49 19.680%kJmol-1,故该反应的热化学方程式为 CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)
23、+H2O(g)H=-49 kJmol-1。(2)(NH4)2SO3 溶液与 SO2 反应的化学方程式为(NH 4)2SO3+SO2+H2O 2NH4HSO3,由图 2 可知,a 点时 HS 和 H2SO3 的物质的量分数相等,所以 n(HS )n(H 2SO3)=11,b 点时溶液的 pH=7,根-3 -3据电荷守恒可知 n(N )=n(HS )+2n(S ),又根据图像曲线可知 n(S )=n(HS ),则 n(N )+4 -3 2-3 2-3 -3 +4=3n(HS ),所以 n(N )n(HS )=31。-3 +4 -3(3)N 2 的电子式为 N ; n(NH 3)n(NO)的物质的量
24、之比分别为 41、31、13 时,NO 的含量越来越大,NO 脱除率越来越低,故曲线 c 对应 NH3 与 NO 的物质的量之比是 13;曲线 a 中 NO 的起始浓度为 610-4mgm-3,从 A 点到 B 点经过 0.8 s,该时间段内 NO 的脱除速率为 =1.510-4mgm-3s-1。610-4-3(0.75-0.55)0.8 (4)电解池阴极发生还原反应,硫元素的化合价降低,由于阴极室溶液呈酸性 ,所以电极反应式为2HS +2e-+2H+ S2 +2H2O。-3 2-45.(2018湖南师大附中月考)汽车尾气中 CO、NO x以及燃煤废气中的 SO2 都是大气污染物,对它们的治理
25、具有重要意义。(1)氧化还原法消除 NOx的转化如图所示 :NO NO2 N2反应为 NO+O3 NO2+O2,生成标准状况下 11.2 L O2 时,转移电子的物质的量是 mol。 反应中,当 n(NO2)nCO(NH 2)2=32 时,氧化产物与还原产物的质量比为 。 (2)使用“催化转化器”可以减少汽车尾气中的 CO 和 NOx,转化过程中发生反应的化学方程式为CO+NOx N2+CO2(未配平),若 x=1.5,则化学方程式中 CO2 和 N2 的化学计量数之比为 。 (3)吸收 SO2 和 NO,获得 Na2S2O4 和 NH4NO3 产品的流程图如下图所示 (Ce 为铈元素) 。装
26、置中,酸性条件下 NO 被 Ce4+氧化的产物主要是 N 和 N ,请写出生成等物质的量的 N 和-3 -2 -3N 时的离子方程式: 。 -2(4)装置的作用之一是用质子交换膜电解槽电解使得 Ce4+再生,再生时生成的 Ce4+在电解槽的 (填“阳极 ”或“阴极 ”),同时在另一极生成 S2 的电极反应式为 2-4。 (5)已知进入装置的溶液中 N 的浓度为 a gL-1,要使 1 m3 该溶液中的 N 完全转化为 NH4NO3,-2 -2至少需向装置中通入标准状况下的氧气 L(用含 a 的代数式表示,结果保留整数)。 答案(1)1 43 (2)3 1 (3)2NO+3H 2O+4Ce4+
27、N +N +6H+4Ce3+ (4)阳极 -3 -22H+2HS +2e- S2 +2H2O (5)243a-3 2-4解析(1)NO+O 3 NO2+O2,生成 1 mol 氧气时,反应转移电子 2 mol,故生成标准状况下 11.2 L O2即 0.5 mol 时,转移电子的物质的量是 0.5 mol2=1 mol;当 n(NO2)nCO(NH 2)2=32 时,即 NO2和 CO(NH2)2 的化学计量数之比是 32,发生反应的化学方程式为 6NO2+4CO(NH2)2 7N2+8H2O+4CO2,只有 N 元素的化合价发生变化,氮气既为氧化产物也是还原产物 ,由 N 原子守恒可知,氧化
28、产物与还原产物的质量比为 86=43。(2)转换过程中发生反应的化学方程式为CO+NOxCO 2+N2(未配平),若 x=1.5,可利用“定一法”进行配平,把 CO2 的化学计量数定为 1,则CO、NO 1.5、N 2 前面的化学计量数分别为 1、 ,即 3CO+2NO1.5 3CO2+N2,则化学方程式中23、 13CO2 与 N2 的化学计量数之比为 31。(3)生成等物质的量的 N 和 N 时,Ce 4+被还原为 Ce3+,由电-3 -2子守恒和电荷守恒可知,发生反应的离子方程式为 2NO+3H2O+4Ce4+ N +N +6H+4Ce3+。(4)-3 -2生成 Ce4+为氧化反应,发生
29、在阳极上;阴极上反应物是 HS ,HS 被还原成 S2 ,电极反应式为-3 -3 2-42H+2HS +2e- S2 +2H2O。(5)N 的浓度为 a gL-1,要使 1 m3 该溶液中的 N 完全转化为-3 2-4 -2 -2NH4NO3,则失去电子的物质的量是 (5-3),设消耗标准状况下氧气的体积是 V L,则得电1 000 -146 -1子的物质的量是 2(2-0),根据得失电子守恒可知 : 2(2-0),解得22.4 -1 1 000(5-3)46 =22.4V243a。6.(2018湖北沙市中学能力测试) .(1)直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境污染。假设用酸性高锰酸钾溶
30、液吸收煤燃烧产生的 SO2,该过程中高锰酸根被还原为 Mn2+,请写出该过程的离子方程式: 。 将燃煤产生的二氧化碳加以回收,可降低碳的排放。下图是通过人工光合作用,以 CO2 和 H2O 为原料制备 HCOOH 和 O2 的原理示意图 ,a 电极为 ( 填“正极”或“ 负极”),b 电极的电极反应式为 。 (2)如果采用 NaClO、Ca(ClO) 2 作吸收剂,也能得到较好的烟气脱硫效果。已知下列反应:SO2(g)+2OH-(aq) S (aq)+H2O(l) H 12-3ClO-(aq)+S (aq) S (aq)+Cl-(aq) H 22-3 2-4CaSO4(s) Ca2+(aq)+
31、S (aq) H 32-4则反应 SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq) CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq)的 H= 。 .(3)Fe 在水溶液中的存在形态如图所示。2-4若向 pH=10 的这种溶液中加硫酸至 pH=2,HFe 的分布分数的变化情况是 -4。 若向 pH=6 的这种溶液中滴加 KOH 溶液,则溶液中含铁元素的微粒中, 转化为 (填微粒符号) 。 答案.(1)2Mn +5SO2+2H2O 2Mn2+5S +4H+ 负极 CO 2+2e-+2H+ HCOOH (2)-4 2-4H1+H2-H3 .(3) 先增大后减小 HFe Fe-4 2-
32、4解析(1)用酸性高锰酸钾溶液吸收煤燃烧产生的 SO2,过程中高锰酸根被还原为 Mn2+,则 SO2 被氧化为 S ,该反应的离子方程式为 5SO2+2Mn +2H2O 2Mn2+5S +4H+;2-4 -4 2-4a 电极处 H2O 转化为 O2,此过程发生失去电子的氧化反应,原电池中失去电子的电极为负极;b电极为正极,正极上 CO2 和 H+得到电子生成 HCOOH,则 b 电极的电极反应式为 CO2+2H+2e-HCOOH。(2)给已知热化学方程式编号如下:SO 2(g)+2OH-(aq) S (aq)+H2O(l) H 12-3ClO -(aq)+S (aq) S (aq)+Cl-(a
33、q) H 22-3 2-4CaSO 4(s) Ca2+(aq)+S (aq) H 32-4根据盖斯定律,则+-得反应 SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq) CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq) H=H1+H2-H3。(3)由图像分析可知,若向 pH=10 的这种溶液中加硫酸至 pH=2,HFe 的分布分数的变化情况-4是先增大后减小;pH=6 时,这种溶液中主要存在 HFe ,向 pH=6 的这种溶液中加 KOH 溶液,由图-4像可知,Fe 的分布分数增大,HFe 的分布分数减小,故发生反应的离子方程式为 HFe +OH-2-4 -4 -4Fe +H2O,HFe 转化为 Fe 。2-4 -4 2-4
