【突破课堂】期末考试综合检测卷--26版高中同步达标检测卷鲁科版化学选必修1

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密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线
密 封 线 内 不 要 答 题
)
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姓名 班级 考号
密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线
密 封 线 内 不 要 答 题
)
期末考试综合检测卷
注意事项
1.全卷满分100分。考试用时90分钟。
2.可能用到的相对原子质量:H 1　C 12　N 14　O 16　Cl 35.5　Ti 48　Co 59　Zn 65。
一、选择题(本题共10小题,每小题2分,共20分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.下列有关能源的叙述错误的是 (　　)
A.理想的新能源应具有资源丰富、可再生、对环境无污染等特点
B.煤的气化是通过物理变化将煤转化为可燃性气体的过程
C.海上风能资源丰富,风力发电机组可以将风能转化为电能,为人们提供大量的清洁能源
D.问天实验舱搭载了柔性太阳翼,太阳翼是一种可将太阳能转化为电能的装置
2.25 ℃时,关于CH3COONa溶液的分析,说法错误的是 (　　)
A.CH3COONa对水的电离起促进作用
B.pH=9的CH3COONa溶液中,水电离产生的H+浓度为10-9 mol·L-1
C.升高温度,促进CH3COO-的水解
D.向CH3COONa溶液中加入少量NaOH固体,抑制CH3COO-的水解
3.中国学者在水煤气变换[CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH]中突破了低温下高转化率与高反应速率不能兼得的难题,该过程是基于双功能催化剂(能吸附不同粒子)催化实现的。反应过程示意图如下:
下列说法正确的是 (　　)
A.过程Ⅰ、过程Ⅲ均为放热过程
B.图示过程中的H2O均参与了反应过程
C.使用催化剂降低了水煤气变换反应的ΔH
D.过程Ⅲ只生成了H2O、CO2
4.下列图示与对应的叙述相符的是 (　　)
A.铁勺上镀铜 B.验证温度对2NO2(g) N2O4(g)平衡的影响
C.粗铜的精炼 D.中和反应反应热的测定
5.室温下,0.1 mol·L-1的NH4CN溶液的pH为9.32,下列说法错误的是(　　)
A.上述溶液能使甲基橙试剂变黄色
B.室温下,NH3·H2O是比HCN更弱的电解质
C.上述溶液中CN-的水解程度大于N的水解程度
D.室温下,0.1 mol·L-1 NaCN溶液中,CN-的水解程度小于上述溶液中CN-的水解程度
6.研究表明N2O与CO在Fe+作用下发生可逆反应的能量变化及反应历程如图所示。下列说法不正确的是 (　　)
A.反应中Fe+是催化剂,FeO+是中间产物
B.总反应速率由反应②的速率决定
C.升高温度,总反应的平衡常数K减小
D.当有14 g N2生成时,转移1 mol e-
7.已知反应A(g)+3B(g) 2C(g)　ΔH,根据下列图示信息得到的结论正确的是 (　　)
　　　
A.甲图:ΔH>0　　　　B.乙图:p1C.丙图:点1对应的v逆>v正　　　　D.丁图:反应温度Ⅰ>Ⅱ
8.Ka、KW、Kh、Ksp分别表示电离常数、水的离子积常数、水解常数、溶度积常数,下列判断不正确的是 (　　)
A.室温下Ka(HClO)B.c(H+)=的溶液任何温度下均为中性
C.已知25 ℃时,AgCl和砖红色沉淀Ag2CrO4的Ksp分别为1.8×10-10 mol2/L2和2.0×10-12 mol3/L3,则用AgNO3标准溶液滴定Cl-时,可采用K2CrO4为指示剂
D.某温度下,一元弱酸HA的Ka越小,则NaA的Kh越大
9.已知常温下,向20 mL 0.1 mol/L HA溶液中滴入0.1 mol/L的NaOH溶液,所得滴定曲线如图所示,下列说法正确的是 (　　)
A.HA为一元弱酸,其电离平衡常数的数量级为10-5
B.b点各微粒物质的量浓度的关系是:c(A-)+2c(H+)=2c(OH-)+c(HA)
C.c点存在关系式:c(Na+)=c(A-)+c(HA)
D.若d点溶液的pH=8.4,则由水电离出的c(H+)=10-8.4 mol/L
10.为探究温度对H2(g)+I2(g) 2HI(g)的影响,其他条件相同时,将1 mol H2(g)和1 mol I2(g)充入体积为2 L的恒容密闭容器中,测得HI(g)的物质的量分数随时间变化的实验数据如下:
时间/min 0 20 40 60 80 100
HI(g)的物质的量分数 T1 0 0.50 0.68 0.76 0.80 0.80
T2 0 0.60 0.72 0.75 0.75 0.75
下列说法正确的是 (　　)
A.T1温度下,该反应可能在70 min时已达到平衡状态
B.T2温度下,0~20 min内用H2表示的平均反应速率为0.03 mol·L-1·min-1
C.由表中数据推测,T1D.由表中数据可知,温度越高,该化学反应的限度越大
二、选择题(本题共5小题,每小题4分,共20分。每小题有一个或两个选项符合题意,全部选对得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
11.我国科学家研发了一种水系可逆Zn-CO2电池,将两组阴离子、阳离子复合膜反向放置分隔两室电解液,充电、放电时,复合膜层间的H2O解离成H+和OH-,工作原理如图所示。下列说法错误的是 (　　)
A.a膜是阳离子交换膜,b膜是阴离子交换膜
B.放电时负极的电极反应式为Zn+4OH--2e- Zn(OH
C.充电时CO2在多孔Pd纳米片表面转化为甲酸
D.外电路中每通过1 mol电子,复合膜层间有2 mol H2O解离
12.某恒容密闭容器中充入1 mol CO和2 mol H2发生反应:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)　ΔH<0,平衡时测得混合气体中CH3OH的物质的量分数φ(CH3OH)与温度(T)、压强(p)之间的关系如图所示。下列说法错误的是 (　　)
A.a点和b点对应的平衡常数Ka>Kb
B.a点用气体分压(即气体总压强×该气体的体积分数)表示的压强平衡常数Kp=12.5(kPa)-2
C.若达平衡后,再充入1 mol CO和2 mol H2,CO的转化率减小
D.恒温恒容时,混合气体的平均摩尔质量不随时间变化而变化说明反应达到化学平衡状态
13.燃煤电厂锅炉尾气中含有氮氧化物(主要成分为NO),可通过反应:4NH3(g)+4NO(g)+O2(g) 4N2(g)+6H2O(g)　ΔH=-1 627.7 kJ·mol-1除去。在恒压、反应物起始物质的量之比一定的条件下,反应相同时间,NO的转化率在不同催化剂作用下随温度变化的曲线如图所示。下列说法一定正确的是(　　)
A.升高温度可提高反应中NO的平衡转化率
B.图中X点所示条件下,反应时间足够长,NO的转化率能达到Y点的值
C.催化剂B的性能优于催化剂A
D.图中Z点到W点NO的转化率降低的原因是平衡逆向移动
14.H2A是一种二元弱酸,H2A由于与空气中的某种成分作用而保持浓度不变,已知Ksp(MA)=3.0×10-9 mol2·L-2,某水体中lgc(X)(X为H2A、HA-、A2-、M2+)与pH的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.曲线③代表HA-
B.H2A的一级电离常数为10-8.3 mol·L-1
C.c(M2+)随pH增大而增大
D.pH=10.3时,c(M2+)=3.0×10-7.9 mol·L-1
15.常温下,向10 mL 0.1 mol·L-1 HX溶液中逐滴加入x mol·L-1氨水,导电能力、pH与V(NH3·H2O)的关系变化如图所示(假设反应过程中温度不变)。下列分析错误的是 (　　)
A.水的电离程度:a点>b点
B.x=0.1,该温度下的Kb(NH3·H2O)≈10-4.6 mol·L-1
C.该温度下反应HX(aq)+NH3·H2O(aq) N(aq)+X-(aq)+H2O(l)的平衡常数为104.8
D.a点对应溶液中存在c(HX)+c(H+)=c(X-)+2c(NH3·H2O)+2c(OH-)
三、非选择题(本题共5小题,共60分)
16.(12分)一种MOF衍生的Zn/Co共掺杂MnO/C微球作为正极和Ti3C2/Zn作为负极的水系锌离子电池工作原理如图所示。已知:锰、锌、钴的金属活动性依次减弱;电池效率等于正极上得到电子总数与负极上失去电子总数之比。
回答下列问题:
(1)电势:a极　　　(填“>”“<”或“=”)b极。
(2)已知b极质量减轻13.0 g时a极净增8.26 g,该电池效率为　　　　　　　　　　 。
(3)用该电池电解含Na2PbCl4的电解液(PbO溶解在HCl和NaCl的混合溶液中得到),电解Na2PbCl4溶液生成Pb的装置如图所示。
①写出电解时阴极的电极反应式:　　　　　　　　　　　　　。
②电解过程中,Na2PbCl4的量不断减少,为了得到更多的Pb,应该向　　　　(填“阴”或“阳”)极室加入　　　　(填化学式)。
(4)若用该电池做电解池的电源,使用惰性电极通过电解NH4HSO4溶液产生(NH4)2S2O8,再与水反应得到H2O2,其中生成的NH4HSO4可以循环使用。
①阳极的电极反应式为　　　　　　　　　　。
②制备H2O2的总反应方程式为　　　　　　　　　　　　　　。
17.(10分)CO2甲烷化是实现“双碳”目标的重要途径。已知合成塔内发生的反应有:Ⅰ.CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)　ΔH1;Ⅱ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH2>0;Ⅲ.CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(g)　ΔH3<0。回答下列问题:
(1)图1为催化剂M催化反应Ⅰ的反应历程。根据图1中能量变化情况,求算ΔH1=　　　　kJ·mol-1(列式表示);反应　　　　(填“ⅰ”或“ⅱ”)决定了反应Ⅰ正反应速率的快慢。
(2)反应Ⅱ的正、逆反应速率可分别表示为v正=k正c(CO2)·c(H2),v逆=k逆c(CO)·c(H2O),k正、k逆分别为正、逆反应速率常数。T ℃,在一恒容密闭容器中加入等物质的量的CO2(g)和H2(g),只发生反应Ⅱ,测得H2O(g)和H2(g)的物质的量随时间变化如图2所示,则M点时,v正∶v逆=　　　　。
图1　图2
(3)保持CO2和H2体积比为1∶4向合成塔内投料,发生反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。
下列关于合成塔内反应体系,说法错误的是　　　　(填字母)。
A.降低反应温度,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的反应速率都减小
B.选用合适的催化剂能提高甲烷的选择性
C.其他条件不变时,增大CO2和H2的投料比,可提高CO2的平衡转化率
18.(11分)Ⅰ.一定温度下,向2 L恒容密闭容器中充入0.40 mol无色气体N2O4,发生反应:N2O4(g) 2NO2(g),一段时间后达到平衡,测得数据如下:
时间/s 20 40 60 80 100
c(NO2)/(mol·L-1) 0.12 0.20 0.26 0.30 0.30
(1)0~40 s内,v(NO2)=　　　　mol·L-1·s-1。
(2)0~20 s,气体颜色加深,此时余下的N2O4的物质的量为　　　mol,N2O4的转化率为　　　　。
Ⅱ.NaNO2溶液和NH4Cl溶液可发生反应:NaNO2+NH4Cl N2↑+NaCl+2H2O,为探究反应速率与c(NaNO2)的关系,利用下列装置(夹持仪器等略去)进行实验。
实验步骤:往A中加入一定体积的2.0 mol·L-1 NaNO2溶液、2.0 mol·L-1 NH4Cl溶液和水,充分搅拌。控制体系温度,通过分液漏斗往A中加入1.0 mol·L-1醋酸。当导管口气泡均匀稳定冒出时,开始用排水法收集气体。用秒表测量收集1.0 mL N2所需的时间,重复多次取平均值。
(3)仪器A的名称为　　　　。
(4)若需控制体系的温度为36 ℃,采取的合理加热方式为　　　　。
(5)测定的实验数据如表所示。
实验 编号 V/mL t/s
NaNO2溶液 NH4Cl溶液 醋酸 水
1 4.0 V1 4.0 8.0 334
2 V2 4.0 4.0 V3 150
3 8.0 4.0 4.0 4.0 83
4 12.0 4.0 4.0 0.0 38
V1=　　　　,V3=　　　　。
19.(14分)对废催化剂进行回收可有效利用金属资源。某废催化剂主要含铝(Al)、钼(Mo)、镍(Ni)等元素的氧化物及少量的硫化物,一种回收利用工艺的部分流程如下:
已知:Ⅰ.25 ℃时,H2CO3的Ka1=4.5×10-7 mol·L-1,Ka2=4.7×10-11 mol·L-1;
Ⅱ.Ksp(BaMoO4)=3.5×10-8 mol2·L-2;Ksp(BaCO3)=2.6×10-9 mol2·L-2;
Ⅲ.酸性:H2MoO4>H2CO3;
Ⅳ.该工艺中,pH>6.0时,溶液中Mo元素以Mo的形式存在。
(1)焙烧中,废催化剂需粉碎,目的是　　　　　　　　　　　　　　　 。
(2)操作①是　　　　。
(3)生成固体X的离子方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。
(4)溶液3中,主要存在的钠盐有NaCl和Y,Y为　　　　(填化学式,下同);往溶液3中添加适量NaCl固体后,分别依次通入足量　　　　、　　　　气体,可析出Y。
(5)25 ℃时为避免制备的BaMoO4中混入BaCO3沉淀,溶液中c(HC)∶c(Mo)=　　　　(列出算式即可)时,应停止加入BaCl2溶液。
20.(13分)“低碳经济”已成为全世界科学家研究的重要课题。根据所学知识回答下列问题:
Ⅰ.在一定条件下,CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)　ΔH1。
已知:①常温常压下,H2和CH4的燃烧热分别为285.5 kJ·mol-1和890.0 kJ·mol-1;②H2O(l) H2O(g)　ΔH2=+44.0 kJ·mol-1。
(1)ΔH1=　　　　kJ·mol-1。
(2)其他条件一定时,不同压强下,CO2的转化率和CH4的产率如图1所示。则CO2甲烷化应该选择的压强约为　　　　MPa;CH4的产率小于CO2的转化率的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。
图1
(3)不同条件下,按照n(CO2)∶n(H2)=1∶4投料发生反应[副反应为CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH>0],CO2的平衡转化率如图2所示。
图2
①压强p1、p2、p3由大到小的顺序是　　　　　　。
②压强为p1时,随着温度升高,CO2的平衡转化率先减小后增大。解释温度高于600 ℃之后,随着温度升高CO2转化率增大的原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
Ⅱ.某研究团队经实验证明,CO2在一定条件下与H2O发生氧再生反应:CO2(g)+2H2O(g) CH4(g)+2O2(g)　ΔH1=+802.3 kJ·mol-1。
(4)恒压条件下,按c(CO2)∶c(H2O)=1∶2投料,进行氧再生反应,测得不同温度下平衡时体系中各物质浓度关系如图3。
350 ℃时,A点的平衡常数K=　　　　。为提高CO2的平衡转化率,除改变温度外,还可采取的措施为　　　　　　　　　　　　　　　。
答案全解全析
1.B　理想的新能源应具有资源丰富、可再生、对环境无污染等特点,故A正确;煤的气化过程生成新物质,发生的是化学变化,故B错误;风能是可再生、无污染、前景广的能源,风力发电为人们提供大量的清洁能源,故C正确;太阳翼可将太阳能转化为电能,故D正确。
2.B　CH3COO-发生水解,促进水的电离,故A正确;pH=9的CH3COONa溶液呈碱性,水电离产生的H+浓度等于c平(OH-)== mol·L-1=10-5 mol·L-1,故B错误;CH3COO-的水解过程吸热,升高温度,促进CH3COO-的水解,故C正确;CH3COO-+H2O CH3COOH+OH-,加入少量NaOH固体,增大OH-的浓度,抑制CH3COO-的水解,故D正确。
3.B　根据反应过程示意图可知,过程Ⅰ为水分子中化学键断裂的过程,为吸热过程,过程Ⅲ存在化学键形成,成键过程放热,故A错误;过程Ⅰ发生水分子中的化学键断裂,过程Ⅱ也是发生水分子中的化学键断裂,过程Ⅲ形成了水分子,图示过程中的H2O均参与了反应过程,故B正确;催化剂不能改变反应的始态和终态,不能改变反应的焓变,故C错误;过程Ⅲ中还生成了氢气,故D错误。
4.B　电镀时镀层金属作阳极,电源正极应与铜电极相连,A错误;NO2是红棕色气体,N2O4是无色气体,根据冷水和热水中烧瓶内气体的颜色变化,可验证温度对2NO2(g) N2O4(g)平衡的影响,B正确;电解精炼铜时,粗铜作阳极,粗铜应与电源正极相连,C错误;为了减少热量损失,应用玻璃搅拌器,D错误。
5.B　室温下,0.1 mol·L-1的NH4CN溶液的pH为9.32,溶液呈碱性,可使甲基橙试剂变黄色,故A正确;室温下,NH4CN溶液呈碱性说明CN-的水解程度大于N的水解程度,即相同条件下HCN的电离程度小于NH3·H2O的电离程度,室温下,HCN是比NH3·H2O更弱的电解质,故B错误,C正确;CN-、N水解相互促进,所以0.1 mol·L-1 NaCN溶液中,CN-的水解程度小于0.1 mol·L-1 NH4CN溶液中CN-的水解程度,故D正确。
6.B　由题图可知,Fe+先转化为FeO+,FeO+后续又转化为Fe+,因此Fe+是催化剂,FeO+是中间产物,A项正确;由题图可知,反应①的活化能高于反应②,因此反应①的速率较慢,则总反应速率由反应①的速率决定,B项错误;反应物的总能量高于生成物总能量,总反应的正反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,总反应的平衡常数K减小,C项正确;总反应方程式为N2O+CO CO2+N2,氮元素化合价从+1价降低至0价,当有14 g(0.5 mol)N2生成时,转移电子的物质的量为0.5 mol×2=1 mol,D项正确。
7.C　由甲图可知,待反应达平衡状态后升高温度,逆反应速率大于正反应速率,说明升温平衡向逆反应方向移动,ΔH<0,故A错误;该反应是反应前后气体体积减小的反应,增大压强,平衡正向移动,A的平衡转化率增大,由乙图可知,B的物质的量一定时,p1条件下A的平衡转化率大于p2条件下A的平衡转化率,可推出压强:p1>p2,故B错误;由丙图可知,点1所示B的转化率大于该条件下B的平衡转化率,说明点1反应向逆反应方向进行,v逆>v正,故C正确;温度改变会使平衡发生移动,温度不同,Ⅰ和Ⅱ对应平衡时A的体积分数不相等,故D错误。
8.A　室温下Ka(HClO)HClO,弱酸的电离度不仅和弱酸本身有关,还和浓度等有关,故CH3COOH的电离度不一定比HClO的大,A错误;c(H+)=的溶液中,c平(OH-)==,则c平(H+)=c平(OH-),溶液一定呈中性,B正确;当溶液中离子浓度小于1.0×10-5 mol/L时认为沉淀完全,Cl-恰好沉淀完全时,c平(Ag+)= mol/L=1.8×10-5 mol/L,此时溶液中c平(Cr)== mol/L≈6.17×10-3 mol/L>1.0×10-5 mol/L,即可采用K2CrO4为指示剂,C正确;某温度下,一元弱酸HA的Ka越小,则A-和H+结合就越容易,则NaA越易水解,水解常数Kh越大,D正确。
9.A　图像中的关键点分析如下所示:
10.C　由题中表格数据可知T1温度下,每间隔20 min,HI的物质的量分数增加的量逐渐减小,反应从40~60 min,HI的物质的量分数变化量为0.08,则50~60 min,HI的物质的量分数变化量应小于0.04,60~70 min,HI的物质的量分数增加的量也应小于0.04,故70 min时反应未达到平衡状态,A错误;T2温度下,0~20 min内HI的物质的量分数增加0.60,即反应中生成了1.2 mol HI,消耗0.6 mol H2,则用H2表示的平均反应速率v(H2)==0.015 mol·L-1·min-1,B错误;其他条件相同,T2温度下,反应更快达到平衡状态,从而可推断温度:T111.CD　由题图可知,H2O解离出的H+通过a膜移向电解质溶液,H2O解离出的OH-通过b膜移向电解质溶液,故a膜是阳离子交换膜,b膜是阴离子交换膜,A正确;放电时,锌为负极,锌在负极失去电子,电极反应式为Zn+4OH--2e- Zn(OH,B正确;放电时,多孔Pd纳米片为正极,CO2在正极得到电子转化为甲酸,电极反应式为CO2+2H++2e- HCOOH,C错误;复合膜层间的H2O解离成H+和OH-,外电路中每通过1 mol电子,复合膜层间有1 mol H2O解离,D错误。
12.C　该反应的正反应为放热反应,由题图可知,压强相同时,T1温度下φ(CH3OH)大于T2温度下的φ(CH3OH),说明T1时反应进行程度大,则Ka>Kb,A正确;设平衡时一氧化碳转化了x mol,根据题中数据列出三段式如下:
CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)
起始物质的量/mol　　1　 　2　　 0
转化物质的量/mol　　x　　 2x　　 x
平衡物质的量/mol　　1-x　　 2-2x　　 x
a点时CH3OH的物质的量分数为40%,则×100%=40%,解得x=,三种气体的分压分别为p(CO)=p1 kPa=0.2p1 kPa,p(H2)=p1 kPa=0.4p1 kPa,p(CH3OH)=p1 kPa=0.4p1 kPa,压强平衡常数KP==12.5(kPa)-2,B正确;若达平衡后,再充入1 mol CO和2 mol H2,平衡正向移动,CO的转化率增大,C错误;恒容条件下,混合气体的物质的量是变量,则混合气体的平均摩尔质量也是变量,当其不再随时间的变化而变化时,达到平衡状态,D正确。
13.B　该反应为放热反应,升高温度,化学平衡逆向移动,NO转化率减小,故A错误;催化剂只影响反应速率,对化学平衡没有影响,X点除了催化剂不同其他条件都相同,只要反应时间足够长,NO的转化率能达到Y点的值,故B正确;由图可知,在反应时间等条件都相同的情况下,温度低于305 ℃时,使用催化剂A时NO转化率更高,说明低温条件下催化剂A的性能优于催化剂B,温度高于305 ℃时催化剂B催化效果比催化剂A更好,故C错误;根据305 ℃之后催化剂A和催化剂B的催化效果对比可知,Z点到W点NO转化率降低主要原因是温度过高,催化剂A的活性降低,若是由于温度升高平衡逆向移动,催化剂B所对应的曲线NO的转化率也应下降,故D错误。
14.D　H2A的浓度保持不变,则①代表H2A,随着pH逐渐增大,HA-、A2-的浓度增大,pH较小时HA-的浓度大于A2-的浓度,所以曲线②代表HA-,曲线③代表A2-,A项错误;曲线①②的交点代表该条件下溶液中H2A、HA-的浓度相等,由坐标(6.3,-5)知:H2A的一级电离常数Ka1==c平(H+)=10-6.3 mol·L-1,B项错误;曲线④代表M2+,c(M2+)随pH增大而减小,C项错误;根据图像可知,曲线②③的交点坐标为(10.3,-1.1),此时溶液中HA-、A2-浓度相等,均为10-1.1 mol·L-1,c平(M2+)== mol·L-1=3.0×10-7.9 mol·L-1,D项正确。
15.AD　由题图可知,未滴加氨水时0.1 mol·L-1 HX溶液的pH为2.8,故HX不完全电离,为弱酸。导电能力随加入氨水体积先增大后减小,滴加氨水过程中弱电解质转化为强电解质,b点导电能力最强,则b点NH3·H2O与HX恰好完全反应,溶质为NH4X,故x=0.1;a点加入的氨水体积为b点的一半,则a点时HX反应了一半,a点为等浓度的HX、NH4X的混合溶液,HX抑制水的电离,NH4X水解促进水的电离,故水的电离程度:b点>a点,A错误。由题图可知b点pH=7,则NH4X溶液显中性,Kb(NH3·H2O)=Ka(HX),0.1 mol·L-1的HX溶液pH=2.8,此时c(HX)≈0.1 mol·L-1,c(H+)=c(X-)=10-2.8 mol·L-1,故Kb(NH3·H2O)=Ka(HX)≈=10-4.6 mol·L-1,B正确。HX(aq)+NH3·H2O(aq) N(aq)+X-(aq)+H2O(l)的平衡常数K=====104.8,C正确。a点为等浓度的HX、NH4X混合溶液,存在电荷守恒:c(H+)+c(N)=c(X-)+c(OH-),元素守恒(物料守恒):c(X-)+c(HX)=2c(N)+2c(NH3·H2O),联立可得c(HX)+2c(H+)=c(X-)+2c(NH3·H2O)+2c(OH-),D错误。
16.答案　(除标注外,每空2分)(1)>(1分)
(2)70%
(3)①PbC+2e- Pb+4Cl-　②阴(1分)　PbO
(4)①2S-2e- S2　②2H2O H2O2+H2↑
解析　(1)由题干所给信息可知a极为正极,b极为负极,原电池中正极电势高于负极电势,则电势:a极>b极。
(2)b极质量减轻13.0 g,则有13.0 g(即0.2 mol)锌发生反应,负极失去0.4 mol电子;a极电极反应式为Co2++2e- Co,a极净增8.26 g,则生成Co的物质的量为 mol=0.14 mol,正极得0.28 mol电子,该电池效率为×100%=70%。
(3)①电解时阴极的电极反应式为PbC+2e- Pb+4Cl-。②阳极的电极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+,H+可通过阳离子交换膜移向阴极;电解过程中,阴极消耗PbC,需补充铅元素,则可在阴极补充PbO,PbO与HCl、NaCl反应生成Na2PbCl4。
(4)①电解池使用惰性电极,阳极本身不参与反应,阳极S放电生成S2,电极反应式为2S-2e- S2,阴极是H+放电生成H2。
②通过电解NH4HSO4溶液产生(NH4)2S2O8和H2。由题中信息可知,(NH4)2S2O8与水反应生成H2O2和NH4HSO4,生成的NH4HSO4可以循环使用,总反应中只有水作反应物,产物为H2O2和H2,故总反应方程式为2H2O H2O2+H2↑。
17.答案　(除标注外,每空2分)(1)(E1-E2+E3-E4)(3分)　ⅱ
(2)9∶1(3分)
(3)C
解析　(1)由题图1可知,CO2(g)+H2(g) HCOOH(g)　ΔH4=(E1-E2) kJ·mol-1,HCOOH(g)+3H2(g) CH4(g)+2H2O(g)　ΔH5=(E3-E4) kJ·mol-1,两式相加得CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)　ΔH1=(E1-E2+E3-E4) kJ·mol-1;由题图1可知,反应ⅱ的活化能较大,活化能大的反应慢,慢反应决定总反应的反应速率,因此反应ⅱ决定了反应Ⅰ正反应速率的快慢。
(2)根据题图2可知,平衡时n(H2O)=1.5 mol,n(H2)=0.5 mol,列出三段式:
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
起始物质的量/mol　　2　　 2　　 0　 　0
转化物质的量/mol　　1.5　　1.5　　 1.5　 　1.5
平衡物质的量/mol　　0.5　　0.5　　 1.5　 　1.5
设容器体积为V L,平衡常数K===9,此时v正=v逆,k正c(CO2)·c(H2)=k逆c(CO)·c(H2O),所以==K=9。M点时n(H2O)=n(H2),设反应的CO2的物质的量为x mol,列出三段式:
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
起始物质的量/mol　　 2　　 2　　 0　 　0
转化物质的量/mol　　 x　 　x　 　x 　　x
M点的量/mol　　 2-x 　2-x　 　x　 　x
2-x=x,解得x=1,==9。
(3)反应温度降低,反应速率减小,所以降低反应温度,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的反应速率都减小,故A正确;选用合适的催化剂能提高甲烷的选择性,有利于进行反应Ⅰ和Ⅲ,故B正确;其他条件不变时,增大CO2和H2的投料比,CO2的平衡转化率降低,故C错误。
18.答案　(除标注外,每空2分)(1)0.005(1分)
(2)0.28 mol　30%
(3)锥形瓶(1分)
(4)水浴加热(1分)
(5)4.0　6.0
解析　(1)0~40 s,Δc(NO2)=0.20 mol·L-1,v(NO2)= =0.005 mol·L-1·s-1。
(2)0~20 s,生成NO2的物质的量为0.24 mol,转化的N2O4的物质的量为0.12 mol,余下的N2O4的物质的量为0.4 mol-0.12 mol=0.28 mol,N2O4的转化率为×100%=30%。
(4)控制体系的温度为36 ℃,该温度小于100 ℃,可采用水浴加热。
(5)根据实验3、4可知,溶液的总体积为20.0 mL,则V1=20.0-4.0-4.0-8.0=4.0;该实验的目的是探究NaNO2溶液的浓度对化学反应速率的影响,则只能改变c(NaNO2),根据分析比较实验1和实验3中数据,实验2和实验4中数据可知,V2=6.0,则V3=20.0-4.0-4.0-6.0=6.0。
19.答案　(每空2分)(1)增大接触面积,加快反应速率,使废催化剂充分焙烧
(2)过滤
(3)[Al(OH)4]-+CO2 Al(OH)3↓+HC
(4)NaHCO3　NH3　CO2
(5)
解析　(1)粉碎废催化剂的目的是增大接触面积,加快反应速率,使废催化剂充分焙烧。
(2)操作①后得到固体和溶液,所以操作①是过滤。
(3)溶液1中含有较多的[Al(OH)4]-、Mo、OH-,通入过量CO2生成固体X,则X为Al(OH)3,离子方程式为[Al(OH)4]-+CO2 Al(OH)3↓+HC。
(4)溶液2中含有较多的Mo、HC和Na+等,加入BaCl2溶液并调节pH=7.0,溶液3中主要存在的钠盐有NaCl和NaHCO3;由侯氏制碱法的原理可知,向溶液3中添加适量NaCl固体后,应分别依次通入足量NH3和CO2,可析出NaHCO3。
(5)调pH=7.0即c(H+)=10-7 mol·L-1,HC C+H+,Ka2(H2CO3)=,可得c平(HC)=;===,====。
20.答案　(除标注外,每空2分)(1)-164.0
(2)0.1(1分)　有其他含碳的副产物生成
(3)①p3>p2>p1　②温度超过600 ℃,以CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)反应为主,该反应是吸热反应,升高温度,平衡正向移动,CO2的平衡转化率上升
(4)1　减小投料比c(CO2)∶c(H2O)(或及时移出产物)
解析　(1)常温常压下,H2和CH4的燃烧热分别为285.5 kJ·mol-1和890.0 kJ·mol-1,则有③2H2(g)+O2(g) 2H2O(l)　ΔH3=-571 kJ·mol-1,④CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l)　ΔH4=-890.0 kJ·mol-1,根据盖斯定律可知,2×③-④+2×②可得CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)　ΔH1=2×ΔH3-ΔH4+2×ΔH2=2×(-571 kJ·mol-1)-(-890.0 kJ·mol-1)+2×(+44.0 kJ·mol-1)=-164.0 kJ·mol-1。
(2)题图1中,随着压强增大,CO2的转化率变化不大,CH4的产率逐渐减小,结合图1知CO2甲烷化应该选择的压强约为0.1 MPa;CH4的产率小于CO2的转化率的原因是有其他含碳的副产物生成。
(3)①CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)是放热反应,低温时,主要发生该反应,该反应的正反应是气体体积减小的反应,其他条件不变时增大压强,平衡正向移动,CO2的平衡转化率增大,故p3>p2>p1。
②压强为p1时,温度低于600 ℃时,以CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)反应为主,该反应是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,CO2的平衡转化率下降;温度超过600 ℃时,以CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)反应为主,该反应是吸热反应,升高温度,平衡正向移动,CO2的平衡转化率上升。
(4)恒压条件下,按c(CO2)∶c(H2O)=1∶2投料,分析题图3可知曲线a表示H2O的浓度变化,曲线b表示CO2的浓度变化,曲线c表示O2的浓度变化,曲线d表示CH4的浓度变化;350 ℃时,c(CO2)=c(CH4),c(H2O)=c(O2),K==1;为提高CO2的平衡转化率,除改变温度外,还可采取的措施为减小投料比c(CO2)∶c(H2O)或及时移出产物。