2019学年浙江高三化学选考30题化学反应原理综合-解析版

选考30题化学反应原理综合 专项提分特训
1.镍具有优良的物理和化学特性,是许多领域尤其是高技术产业的重要原料。羰基法提纯粗镍涉及的两步反应依次为：反应Ⅰ　Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)　ΔH1<0
反应Ⅱ　Ni(CO)4(g)Ni(s)+4CO(g)　ΔH2
(1)在温度不变的情况下,要提高反应Ⅰ中Ni(CO)4的产率,可采取的措施有　　　　　、　 。
(2)已知350 K下的2 L密闭容器中装有100 g粗镍(纯度98.5%,所含杂质不与CO反应),通入6 mol CO气体发生反应Ⅰ制备 Ni(CO)4,容器内剩余固体质量和反应时间的关系如图所示,10 min后剩余固体质量不再变化。

①反应Ⅰ在0～10 min的平均反应速率v[Ni(CO)4]=　　　　　。?
②若10 min达到平衡,则反应Ⅰ的平衡常数K1=　　　　。?
(3)反应Ⅱ中ΔH2　　　　0(填“>”“<”或“=”);若反应Ⅱ达到平衡后,保持其他条件不变,降低温度,重新达到平衡时　　　　。?
a.平衡常数K2减小 b.CO的浓度减小 c.Ni的质量增大 d.v逆[Ni(CO)4]增大
(4)用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用MH表示),NiO(OH)作为电池正极材料,KOH溶液作为电解质溶液,可制得高容量、长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为NiO(OH)+MH
Ni(OH)2+M,电池充电时,阳极的电极反应式为? 　。?

解析:(1)可采取的措施有增大CO浓度、加压等。
(2)①由图中数据可知,0～10 min镍反应了59 g,即 1 mol,由反应Ⅰ方程式可知,生成Ni(CO)4(g) 1 mol,故v[Ni(CO)4]==0.05 mol·L-1·min-1。
②Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)
n(起始)/mol 6 0
n(变化)/mol 1 4 1
n(平衡)/mol 2 1
c(平衡)/mol·L-1 1 0.5 K1===0.5。
(3)反应Ⅱ是反应Ⅰ的逆反应,故ΔH2>0;反应Ⅱ达到平衡后,保持其他条件不变,降低温度,平衡逆向移动,故重新达到平衡时,平衡常数K2减小,CO浓度和Ni的质量均减小,且温度降低,正、逆反应速率均减小。
(4)电池充电时,阳极失电子发生氧化反应,根据总反应式可写出阳极电极反应为Ni(OH)2+OH--e-NiO(OH)+H2O。
答案:(1)增大CO浓度　加压(合理即可) (2)①0.05 mol·L-1·min-1　②0.5　(3)>　ab
(4)Ni(OH)2+OH--e-NiO(OH)+H2O

2.研究含氮和含硫化合物的性质在工业生产和环境保护中有重要意义

(1)制备硫酸可以有如下两种途径:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-198 kJ· mol-1
SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)　ΔH=-41.8 kJ· mol-1
若CO的标准燃烧热为-283 kJ· mol-1,则1 mol NO2和1 mol CO反应生成CO2和NO的能量变化示意图中E2=　　　 　 kJ· mol-1。?
(2)锅炉烟道气含CO、SO2,可通过如下反应回收硫:2CO(g)+SO2(g)S(l)+2CO2(g)。
①某温度下在2 L恒容密闭容器中通入2 mol SO2和一定量的CO发生反应,5 min后达到平衡,生成1 mol CO2。其他条件不变时SO2的平衡转化率随反应温度的变化如图A,请解释其原因: ?
　。?
②第8分钟时,保持其他条件不变,将容器体积迅速压缩至1 L,在10分钟时达到平衡,CO的物质的量变化了1 mol。请在图B中画出SO2浓度6～11分钟的变化曲线。

(3)已知某温度下,H2SO3的电离常数为K1≈1.5×10-2,K2≈1.0×10-7,用NaOH溶液吸收SO2,当溶液中HS、S离子浓度相等时,溶液的pH约为　　　　。?
(4)连二亚硫酸钠(Na2S2O4)具有强还原性,废水处理时可在弱酸性条件下加入亚硫酸氢钠电解产生连二亚硫酸根,进而将废水中的HNO2还原成无害气体排放,连二亚硫酸根氧化为原料循环电解。产生连二亚硫酸根的电极反应式为　 ,连二亚硫酸根与HNO2反应的离子方程式为? 　。?
解析:(1)已知:①2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH1=-198 kJ· mol-1,②SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)　ΔH2=-41.8 kJ· mol-1,③CO(g)+O2(g)CO2(g)　ΔH3=-283 kJ· mol-1,根据盖斯定律,由②+③-①×可得NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g)　ΔH=(-41.8 kJ· mol-1)+(-283 kJ·mol-1)-(-198 kJ·mol-1)×=-225.8 kJ·mol-1,则E2=E1-ΔH=134 kJ· mol-1-(-225.8 kJ· mol-1)=359.8 kJ· mol-1。
(2)①由图示可知,SO2的平衡转化率随反应温度的变化是先降低,但当温度达到445 ℃后,再升温,转化率反而升高,出现此现象的可能原因是:正反应放热,温度升高平衡逆向移动,SO2平衡转化率降低,温度高于445 ℃后硫变成气态,正反应吸热,温度升高平衡正向移动,SO2平衡转化率升高。
②某温度下在2 L恒容密闭容器中发生2CO(g)+SO2(g)S(l)+2CO2(g),通入2 mol SO2和一定量的CO发生反应,5 min后达到平衡,生成1 mol CO2,此时SO2的物质的量为1.5 mol,浓度为 0.75 mol·L-1;第8 min时,保持其他条件不变,将容器体积迅速压缩至1 L,此时SO2的浓度为1.5 mol·L-1,此时平衡会正向进行,10分钟时达到平衡,CO的物质的量变化了1 mol,SO2变化 0.5 mol,重新平衡时SO2的浓度为=1 mol·L-1,可得SO2浓度6～11分钟的变化曲线为。
(3)根据HSS+H+,平衡常数K2==1.0×10-7,此时HS、S离子浓度相等,则c(H+)=1.0×10-7 mol·L-1,溶液的pH=7。
(4)亚硫酸氢钠电解产生连二亚硫酸根发生还原反应,应在电解池的阴极进行,电极反应为2HS+2e-+2H+S2+2H2O;连二亚硫酸根与HNO2反应生成无毒气体为氮气,则HNO2发生还原反应,连二亚硫酸根发生氧化反应生成HS,则发生反应的离子方程式为3S2+2HNO2+
2H2O6HS+N2↑。
答案:(1)359.8　(2)①正反应放热,温度升高平衡逆向移动,SO2平衡转化率降低;温度高于445 ℃后硫变成气态,正反应吸热,温度升高平衡正向移动,SO2平衡转化率升高
②

(3)7　(4)2HS+2e-+2H+S2+2H2O　，3S2+2HNO2+2H2O6HS+N2↑
3.汽车尾气的主要成分有CO、SO2、氮氧化物等,科研工作者目前正在尝试以二氧化钛(TiO2)催化分解汽车尾气的研究。
(1)已知:2NO(g)+O2(g)2NO2(g)　ΔH1=-113.0 kJ/mol
2SO2(g)+O2(g)2SO3(l)　ΔH2=-288.4 kJ/mol
请判断反应NO2(g)+SO2(g)NO(g)+SO3(l)　ΔH3,在低温下能否自发进行,并说明理由:? ? 。?
(2)已知TiO2催化尾气降解原理为:2CO(g)+O2(g)2CO2(g)；2H2O(g)+4NO(g)+3O2(g)4HNO3(g)。
Ⅰ.在O2浓度几乎不变的条件下,模拟CO、NO的降解,得到降解率随时间变化如图1所示[A的降解率=],反应40秒后检测气体浓度有所降低,请用化学方程式结合化学反应原理知识解释出现该现象可能的原因:?? 　。?

Ⅱ.图2为在不同颗粒间隙的沥青混凝土(α、β型)和不同温度下,实验进行相同一段时间(t秒)后测得的CO降解率变化,回答下列问题:
①已知50 ℃、t秒时容器中O2浓度为0.01 mol/L,求此温度下CO降解反应的平衡常数　　　　。?
②下列关于图2的叙述不正确的是　　　　。?
A.根据降解率由b点到c点随温度的升高而增大,可知CO降解反应的平衡常数KbB.相同温度下β型沥青混凝土中CO降解速率比α型要大
C.a点的数据反映出CO与O2之间所发生的有效碰撞频率是整个实验过程中最高的
D.d点降解率出现突变的原因可能是温度升高后催化剂失效
③科研团队以β型沥青混凝土颗粒为载体,将TiO2改为催化效果更好的TiO2纳米管,在10～60 ℃范围内进行实验,请在图2中用线段与阴影仿照“示例”描绘出CO降解率随温度变化的曲线可能出现的最大区域范围(示例:)。
(3)TiO2纳米管的制备是在弱酸性水溶液中以金属钛为阳极进行电解,写出阳极的电极反应式:? 。?
解析:(1)①2NO(g)+O2(g)2NO2(g)　ΔH1=-113.0 kJ/mol
②2SO2(g)+O2(g)2SO3(l)　ΔH2=-288.4 kJ/mol
根据盖斯定律②×-①×得NO2(g)+SO2(g)NO(g)+SO3(l)　ΔH3=(113.0-288.4)×0.5 kJ/mol=-87.7 kJ/mol;气体物质的量减少,则ΔS<0,又因ΔH<0,根据ΔH-TΔS<0能自发进行,所以在低温下可自发进行。(2)Ⅰ.40秒后发生反应2NON2+O2生成氮气,并且NO浓度降低,NO浓度降低使平衡2H2O+4NO+3O24HNO3逆向移动,造成HNO3浓度降低;Ⅱ.①设初始CO的浓度为a mol/L,
　2CO(g)+O2(g)2CO2(g)
始(mol/L) a 0
转(mol/L) ax ax
平(mol/L) a-ax 0.01 ax K===;
②根据降解率由b点到c点随温度的升高而增大,b点不是平衡状态,故A不正确;根据图示,相同温度下β型沥青混凝土中CO降解速率大,故B正确;温度越高,有效碰撞频率越高,故C不正确;在适宜的温度下催化剂的效果最好,故D正确;
③由图象知该反应为放热反应,且a点及a点之后的点均为平衡状态,所以降低温度平衡降解率增大,加入更好的催化剂能加快反应达到平衡的时间,故可能的曲线范围如图。

(3)以金属钛为阳极进行电解,阳极失电子发生氧化反应,生成TiO2,阳极的电极反应式为Ti-4e-+2H2OTiO2+4H+。
答案:(1)经计算ΔH3=(113.0-288.4)×0.5 kJ/mol=-87.7 kJ/mol<0,且可判断反应的ΔS<0,故在低温下可自发进行
(2)Ⅰ.40秒后发生反应2NON2+O2生成氮气,并且NO浓度降低,平衡2H2O+4NO+3O24HNO3逆向移动,造成HNO3浓度降低　Ⅱ.①　②AC　③(3)Ti-4e-+2H2OTiO2+4H+
4.氮的化合物合成、应用及氮的固定一直是科学研究的热点。
(1)以CO2与NH3为原料合成化肥尿素的主要反应如下:
①2NH3(g)+CO2(g)NH2CO2NH4(s)ΔH=-159.47 kJ· mo
②NH2CO2NH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g)ΔH=a kJ· mo
③2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)ΔH=-86.98 kJ· mo，则a为　　　　　　　　　。?
(2)反应2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)在合成塔中进行。下图1中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三条曲线为合成塔中按不同氨碳比[n(NH3)/n(CO2)]和水碳比 [n(H2O)/n(CO2)]投料时二氧化碳转化率的情况。

①曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水碳比的数值分别为:A.0.6～0.7 B.1～1.1 C.1.5～1.61
生产中应选用水碳比的数值为　　　　(选填序号)。?
②生产中氨碳比宜控制在4.0左右,而不是4.5的原因可能是 　。?
(3)尿素可用于湿法烟气脱氮工艺,其反应原理为: NO+NO2+H2O2HNO2　
2HNO2+CO(NH2)22N2↑+CO2↑+3H2O。
①当烟气中NO、NO2按上述反应中系数比时脱氮效果最佳。若烟气中V(NO)∶V(NO2)=5∶1时,可通入一定量的空气,同温同压下,V(空气)∶V(NO)=　　　　　　(空气中氧气的体积含量大约为20%)。?
②图2是尿素浓度对脱氮效率的影响,从经济因素上考虑,一般选择尿素浓度约为　　　　。?

(4)图3表示使用新型电极材料,以N2、H2为电极反应物,以HClNH4Cl为电解质溶液制造出既能提供能量,同时又能实现氮固定的新型燃料电池。请写出该电池的正极反应式:　 。?
生产中可分离出的物质A的化学式为　　　　　　　。?

解析:(1)根据盖斯定律,方程式③=②+①,反应热也进行相应运算,求得a为+72.49。
(2)①水碳比的数值在0.6～0.7范围CO2的转化率提升更快,所以选A;②由图象分析可以看出,氨碳比在4.5时,NH3的量增大较多,而CO2的转化率增加不大,提高了生产成本,不符合经济效益。
(3)①烟气中V(NO)∶V(NO2)=5∶1,假设NO为5 L,那么NO2为1 L,根据NO+NO2+H2O2HNO2这个反应,两者物质的量相同时脱氮效果最佳,这时需要O2,根据2NO+O22NO2,可知应该有2 L NO参加反应生成2 L NO2,这个过程需要O2 1 L,而空气中氧气的体积含量大约为20%,要提供O21 L需要空气5 L,所以V(NO)∶V(空气)=1∶1;②由图象可以看出当尿素浓度在5左右时转化率已经比较高了,如果浓度再增大时转化率提高不明显,所以答案约为5%。
(4)根据氧化还原反应原理,由于N2、H2为电极反应物,正极反应元素化合价应该降低,得到电子,首先确定N2参与正极反应,再根据电解质溶液情况产物应该为N,从电子守恒和电荷守恒及原子个数守恒三个角度可以确定其电极反应式为N2+6e—+8H+2N,由于电池工作中有NH4Cl生成,所以生产中可分离出的物质A为NH4Cl。
答案:(1)+72.49　(2)①A　②氨碳比在4.5时,NH3的量增大较多,而CO2的转化率增加不大,提高了生产成本 (3)①1∶1　②5%　(4)N2+6e-+8H+2N　NH4Cl
5.烟气的主要污染物是SO2、NOx,经臭氧预处理后再用适当溶液吸收,可减少烟气中SO2、NOx的含量。O3氧化烟气中SO2、NOx的主要反应的热化学方程式为:NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g) ΔH=-200.9 kJ· mol-1
NO(g)+1/2O2(g)NO2(g) ΔH=-58.2 kJ· mol-1
SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g)　 ΔH=-241.6 kJ· mol-1
(1)反应3NO(g)+O3(g)3NO2(g)的　ΔH=　　　　 kJ· mol-1。?
(2)臭氧脱硝反应2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g)能自发进行。在温度为T1 K时,向容积为2 L的恒容密闭容器中充入1 mol O3和2 mol NO2,发生上述反应,经25 min反应达平衡,测得平衡时N2O5(g)的浓度为 0.25 mol·L-1。
①判断该反应的ΔS　　　　0,ΔH　　 　　0(填“>”“<”或“=”)。?
②在温度为T1 K时,该反应的平衡常数K=　　　　。?
③下列说法正确的是　　　　。?
A.从反应开始到达平衡,NO2的平均反应速率v(NO2)=0.04 mol·L-1·min-1
B.T1 K时,若起始时向容器中充入1 mol O3、2 mol NO2、1 mol O2和1 mol N2O5气体,则反应达到平衡前v(正)C.若改变反应温度为T2K,测得平衡时NO2的浓度为0.60 mol·L-1,则T2>T1
D.T1 K时反应达平衡时容器的容积为2 L,若维持T1 K压缩容器使NO2转化率为60%,则此时容器的容积约为 0.71 L
④若维持其他条件不变,仅改变温度为T2 K时,经15分钟反应达平衡,测得平衡时N2O5(g)的浓度为 0.20 mol·L-1。画出在T2K下从0到25分钟c(NO2)随时间变化图。

解析:(1)已知:①NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g)　ΔH=-200.9 kJ· mol-1
②NO(g)+1/2O2(g)NO2(g)　ΔH=-58.2 kJ· mol-1
根据盖斯定律,①+②×2即得到反应3NO(g)+O3(g)3NO2(g) 的ΔH=-317.3 kJ· mol-1。
(2)①正反应是体积减小的可逆反应,则该反应的ΔS<0。由于该反应能自发进行,则根据ΔH-TΔS<0可知该反应的ΔH<0。
②　 2NO2(g)　+　O3(g)N2O5(g)+O2(g)
起始浓度(mol/L) 1 0.5 0 0
转化浓度(mol/L) 0.5 0.25 0.25 0.25
平衡浓度(mol/L) 0.5 0.25 0.25 0.25 则在温度为T1 K时该反应的平衡常数K==1。
③从反应开始到达平衡,NO2的平均反应速率v(NO2)=0.5 mol·L-1÷25 min=0.02 mol·L-1·min-1,A错误;T1 K时,若起始时向容器中充入1 mol O3、2 mol NO2、1 mol O2和1 mol N2O5气体,则此时浓度商==0.5<1,因此反应达到平衡前v(正)>v(逆),B错误;若改变反应温度为T2 K,测得平衡时NO2的浓度为0.60 mol·L-1,这说明平衡向逆反应方向进行,由于正反应是放热反应,则T2>T1,C正确;
　　　　2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g)
起始(mol) 2 1 0 0
转化(mol) 1.2 0.6 0.6 0.6
平衡(mol) 0.8 0.4 0.6 0.6 则=1 解得V=0.71(L),D正确。
④升高温度反应速率加快,到达平衡的时间减少,经15分钟反应达平衡,测得平衡时N2O5(g)的浓度为0.20 mol·L-1,因此消耗二氧化氮浓度是0.4 mol·L-1,剩余二氧化氮浓度是0.6 mol·L-1,则图象可表示为。
答案:(1)-317.3　(2)①<　<　②1　③CD
④

6.氮是一种重要的化学元素,与氮有关的重要物质有氨、联氨、尿素、丙烯腈、己二腈等,回答下列问题:
(1)已知:2NH3(g)N2(g)+3H2(g) ΔH=a kJ·mol-1，2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH=b kJ·mol-1
NH3(l)NH3(g)　ΔH=c kJ·mol-1
则反应4NH3(l)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)的ΔH=　　　　　　　　 kJ·mol-1(用a、b、c表示)。?
(2)丙烯腈(CH2CHCN)是一种重要的化工原料,工业上以氨、丙烯、氧气为原料,在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)的热化学方程式如下:C3H6(g)+NH3(g)+O2(g)C3H3N(g)+3H2O(g)ΔH=-515 kJ·mol-1
①对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数(记作Kp),则上述反应的Kp=　 。?
该反应能自发,其原因是? 　。?
②若其他条件不变,在恒容、温度T1时丙烯腈的物质的量随时间变化的图象如图(a)所示。请补充完成温度为T2[化学平衡常数K(T1)>K(T2)]时丙烯腈的物质的量随时间变化的示意图。

(3)图(b)为在相同压强下,经过相同反应时间测得的丙烯腈产率与反应温度的关系曲线,最高产率对应温度为460 ℃,则高于460 ℃时,丙烯腈的产率降低可能的原因是:①有副反应发生,② 　,?
③? 　。?
(4)恒容时,若按丙烯、氨、空气的体积比1∶1∶7.5投料,有利于提高C3H6转化为C3H3N平衡转化率的措施有　　　　(填字母)。?
A.使用催化剂 B.投料比不变,增加反应物的浓度
C.降低反应温度 D.将产物液化,及时移走产物
(5)己二腈[NC(CH2)4CN]是一种重要的化工原料,是制造尼龙的中间体。工业上通过电解丙烯腈(CH2CHCN)制己二腈,H3PO4K3PO4等作为电解质,控制pH在8.5～9.0范围内。写出该电解的总化学方程式:? 　。?
解析:(1)已知:①2NH3(g)N2(g)+3H2(g)　 ΔH=a kJ·mol-1
②2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH=b kJ·mol-1 ③NH3(l)NH3(g)　ΔH=c kJ·mol-1
根据盖斯定律由①×2+②×3+③×4即得到反应 4NH3(l)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)的ΔH=(2a+3b+4c) kJ·mol-1。
(2)①对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数(记作Kp),则根据方程式可知上述反应的Kp=。该反应放出大量的热且反应的混乱度增大,ΔH-TΔS<0,因此该反应能自发。
②升高温度平衡向逆反应方向进行,则丙烯腈的物质的量随时间变化的示意图为。
(3)因为该反应为放热反应,平衡产率应随温度升高而降低,460 ℃以前因温度低反应慢,所以产率低于460 ℃时,丙烯腈的产率不是对应温度下的平衡产率;高于460 ℃时,丙烯腈产率随温度升高降低;另外催化剂在一定温度范围内活性较高,若温度过高,催化剂活性降低,反应变慢,经相同的时间产率会变低。
(4)该反应为气体体积增大的放热反应,所以降低温度、降低压强或分离出产物有利于提高平衡产率,答案选CD。
(5)电解时阳极是氢氧根放电产生氧气,阴极是丙烯腈得到电子,则电解的总反应方程式为4CH2CHCN+2H2OO2↑+2NC(CH2)4CN。
答案:(1)2a+3b+4c (2)①　该反应为放热反应且反应的混乱度增大
②

(3)②反应未达到平衡,但催化剂活性降低　③460 ℃后反应达到平衡,升高温度,上述平衡向逆反应方向移动　(4)CD (5)4CH2CHCN+2H2OO2↑+2NC(CH2)4CN
7.水的光化学分解研究中常用纳米级Cu2O作催化剂,实验室可用多种途径来制备纳米级Cu2O。
(1)用足量炭粉在高温条件下还原CuO可得到Cu2O。已知:
①2Cu(s)+1/2O2(g)Cu2O(s)ΔH1=-169 kJ·mol-1
②C(s)+1/2O2(g)CO(g) ΔH2=-110.5 kJ·mol-1，③Cu(s)+1/2O2(g)CuO(s) ΔH3=-157 kJ·mol-1
反应②的ΔS　　0(填“<”或“>”)。由单质碳还原CuO制Cu2O的反应的热化学方程式为　? 　。?
(2)高纯度纳米级Cu2O可采用电解的方法来制备,工业上常采用离子交换膜法,通过控制电解液中OH-的浓度而制得纳米级Cu2O,制备装置如图。则该装置中阳极反应式为　 ;?
装置中钛极附近溶液的pH　 　(填“增大”“减小”或“不变”)。?

(3)在相同的密闭容器中,用上述方法所制得的Cu2O分别进行催化分解水的实验:2H2O(g)2H2(g)+O2(g)　ΔH>0。实验测得的反应体系中水蒸气浓度(mol·L-1)的变化结果列于下表。
序号 时间/min 0 10 20 30 40 150
① 温度T1/1号Cu2O 0.05 0.049 2 0.048 6 0.048 2 0.048 0.048
② 温度T1/2号Cu2O 0.05 0.048 8 0.048 4 0.048 0.048 0.048
③ 温度T2/3号Cu2O 0.1 0.098 0.097 0.093 0.09 0.09
实验时的温度:T1　　　　T2(填“<”或“>”);2号Cu2O的催化效率比3号Cu2O的催化效率　　　　(填“高”“低”或“相同”);实验①前20 min的平均反应速率v(H2)　　　　mol·L-1·min-1。?
解析:本题以纳米级Cu2O的制备为背景,考查盖斯定律的应用、化学反应速率、化学平衡等。(1)根据盖斯定律由①+②-2×③得2CuO(s)+C(s)Cu2O(s)+CO(g)　ΔH=+34.5 kJ·mol-1。(2)阳极上铜被氧化为Cu2O,电极反应式为2Cu+2OH--2e-Cu2O+H2O;钛电极上发生的电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,溶液pH增大。(3)达到平衡时,T2温度时平衡体系中水蒸气的转化率高于T1温度时,由于正反应为吸热反应,所以T2>T1;T2>T1,但使用3号Cu2O达到平衡所需要的时间比使用2号Cu2O达到平衡所需要的时间长,说明反应速率慢,故2号Cu2O的催化效率比3号Cu2O的催化效率高;v(H2)===7×10-5 mol·L-1·min-1。
答案:(1)>　2CuO(s)+C(s)Cu2O(s)+CO(g)　ΔH=+34.5 kJ·mol-1
(2)2Cu+2OH--2e-Cu2O+H2O　增大 (3)<　高　7×10-5
8.尿素(NH2CONH2)是目前含氮量最高的氮肥。国内外主要以NH3和CO2为原料进行合成。主要通过以下二个反应进行: 反应1:2NH3(l)+CO2(g)H2NCOONH4(l)　ΔH1=-117.2 kJ·mol-1
反应2:H2NCOONH4(l)H2O(l)+H2NCONH2(l)　ΔH2=+21.7 kJ·mol-1，请回答:
(1)已知:NH3(l)NH3(g)　ΔH3=c kJ·mol-1。火电厂烟气脱硝所使用的还原剂氨气主要来自尿素水解。则反应NH2CONH2(l)+H2O(l)2NH3(g)+CO2(g)的　ΔH4=　　　　 kJ·mol-1(用含c的式子表示),该反应能在常温下缓慢发生的主要原因是　? 　。?
(2)①一定条件下,n(NH3)/n(CO2)对NH2COONH4的平衡转化率会产生明显的影响,如图所示。NH2COONH4的平衡转化率随n(NH3)/n(CO2)增大而上升,试分析其原因:? 　。?

②恒温密闭容器中,一定量的NH3和CO2反应合成尿素,第10 min达到平衡。若相同条件下反应1的速率要快于反应2,请在图中画出0～15 min内,NH2COONH4的物质的量浓度随时间变化曲线。

③下图表示不同条件下,反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的产物浓度随时间的变化曲线。
下列有关说法中,正确的是　　　　。?
A.达到平衡时间最快的是Ⅱ B.反应约10分钟后,三个反应均已达到平衡
C.Ⅰ条件下氢气的平衡转化率大于Ⅱ D.三个反应的平衡常数一定相同
(3)用电化学方法可以实现低温常压合成氨。下图是以含N3-熔融盐为电解质,电解合成氨装置的工作原理示意图。阴极的电极反应是　 。?

解析:(1)考查热化学反应方程式的计算以及化学反应进行方向的判断,①2NH3(l)+CO2(g)H2NCOONH4(l),②H2NCOONH4(l)H2O(l)+
H2NCONH2(l),③NH3(l)NH3(g),根据盖斯定律,2×③-(①+②)得出:ΔH4=(95.5+2c) kJ·mol-1;此反应是熵增反应,有利于反应正向进行;(2)本题考查勒夏特列原理的应用,①过量的氨气和产物水进一步反应,使反应2的化学平衡正向移动,从而使NH2COONH4的平衡转化率上升;②相同条件下,反应1的速率快于反应2,因此生成H2NCOONH4曲线比消耗H2NCOONH4曲线陡,在10 min时达到平衡,即10 min到15 min应是平行x轴的直线,即图象是;③根据图象,Ⅱ的反应速率最快,首先达到平衡,故A正确;反应到10 min,Ⅱ达到平衡,Ⅰ和Ⅲ不知道10 min后曲线,因此无法判断Ⅰ、Ⅲ是否达到平衡,故B错误;题目中没有说明改变的条件,如果Ⅰ改变的条件是通入H2,虽然平衡向正反应方向进行,但氢气的转化率降低,故C错误;不知道三个反应对应的温度,无法确定K是否相等,故D错误。(3)考查电解原理以及电极反应式的书写,根据装置图电子移动方向,电子从电源的负极出发流向阴极,从阳极流向电源的正极,通N2的一极为阴极,通氢气的一极为阳极,阴极电极反应式为N2+6e-2N3-。
答案:(1)95.5+2c　该反应是熵增反应,有利于正向进行
(2)①过量的氨气和产物水进一步反应,使反应2的化学平衡正向移动,从而使NH2COONH4的平衡转化率上升
②

③A　(3)N2+6e-2N3-
点睛:本题难点是(2)③中的B和C选项,选项B:根据图象不知道10 min后Ⅰ的图象,因此无法判断Ⅰ是否达到平衡,选项C:学生一看Ⅰ的图象中生成物浓度大于Ⅱ,因此误判Ⅰ中氢气转化率大于Ⅱ,忽略了Ⅰ中改变的原因可能是增加氢气的量,增加氢气的量平衡向正反应方向移动,生成物浓度也增大,但氢气的转化率降低。







选考30题化学反应原理综合 专项提分特训
1.镍具有优良的物理和化学特性,是许多领域尤其是高技术产业的重要原料。羰基法提纯粗镍涉及的两步反应依次为：反应Ⅰ　Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)　ΔH1<0
反应Ⅱ　Ni(CO)4(g)Ni(s)+4CO(g)　ΔH2
(1)在温度不变的情况下,要提高反应Ⅰ中Ni(CO)4的产率,可采取的措施有　　　　　、　 。
(2)已知350 K下的2 L密闭容器中装有100 g粗镍(纯度98.5%,所含杂质不与CO反应),通入6 mol CO气体发生反应Ⅰ制备 Ni(CO)4,容器内剩余固体质量和反应时间的关系如图所示,10 min后剩余固体质量不再变化。

①反应Ⅰ在0～10 min的平均反应速率v[Ni(CO)4]=　　　　　。?
②若10 min达到平衡,则反应Ⅰ的平衡常数K1=　　　　。?
(3)反应Ⅱ中ΔH2　　　　0(填“>”“<”或“=”);若反应Ⅱ达到平衡后,保持其他条件不变,降低温度,重新达到平衡时　　　　。?
a.平衡常数K2减小 b.CO的浓度减小 c.Ni的质量增大 d.v逆[Ni(CO)4]增大
(4)用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用MH表示),NiO(OH)作为电池正极材料,KOH溶液作为电解质溶液,可制得高容量、长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为NiO(OH)+MH
Ni(OH)2+M,电池充电时,阳极的电极反应式为? 　。?

2.研究含氮和含硫化合物的性质在工业生产和环境保护中有重要意义

(1)制备硫酸可以有如下两种途径:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-198 kJ· mol-1
SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)　ΔH=-41.8 kJ· mol-1
若CO的标准燃烧热为-283 kJ· mol-1,则1 mol NO2和1 mol CO反应生成CO2和NO的能量变化示意图中E2=　　　 　 kJ· mol-1。?
(2)锅炉烟道气含CO、SO2,可通过如下反应回收硫:2CO(g)+SO2(g)S(l)+2CO2(g)。
①某温度下在2 L恒容密闭容器中通入2 mol SO2和一定量的CO发生反应,5 min后达到平衡,生成1 mol CO2。其他条件不变时SO2的平衡转化率随反应温度的变化如图A,请解释其原因: ?　。?
②第8分钟时,保持其他条件不变,将容器体积迅速压缩至1 L,在10分钟时达到平衡,CO的物质的量变化了1 mol。请在图B中画出SO2浓度6～11分钟的变化曲线。

(3)已知某温度下,H2SO3的电离常数为K1≈1.5×10-2,K2≈1.0×10-7,用NaOH溶液吸收SO2,当溶液中HS、S离子浓度相等时,溶液的pH约为　　　　。?
(4)连二亚硫酸钠(Na2S2O4)具有强还原性,废水处理时可在弱酸性条件下加入亚硫酸氢钠电解产生连二亚硫酸根,进而将废水中的HNO2还原成无害气体排放,连二亚硫酸根氧化为原料循环电解。产生连二亚硫酸根的电极反应式为　 ,连二亚硫酸根与HNO2反应的离子方程式为? 　。?

3.汽车尾气的主要成分有CO、SO2、氮氧化物等,科研工作者目前正在尝试以二氧化钛(TiO2)催化分解汽车尾气的研究。(1)已知:2NO(g)+O2(g)2NO2(g)　ΔH1=-113.0 kJ/mol
2SO2(g)+O2(g)2SO3(l)　ΔH2=-288.4 kJ/mol
请判断反应NO2(g)+SO2(g)NO(g)+SO3(l)　ΔH3,在低温下能否自发进行,并说明理由:? ? 。?
(2)已知TiO2催化尾气降解原理为:2CO(g)+O2(g)2CO2(g)；2H2O(g)+4NO(g)+3O2(g)4HNO3(g)。
Ⅰ.在O2浓度几乎不变的条件下,模拟CO、NO的降解,得到降解率随时间变化如图1所示[A的降解率=],反应40秒后检测气体浓度有所降低,请用化学方程式结合化学反应原理知识解释出现该现象可能的原因:?? 　。?

Ⅱ.图2为在不同颗粒间隙的沥青混凝土(α、β型)和不同温度下,实验进行相同一段时间(t秒)后测得的CO降解率变化,回答下列问题:
①已知50 ℃、t秒时容器中O2浓度为0.01 mol/L,求此温度下CO降解反应的平衡常数　　　　。?
②下列关于图2的叙述不正确的是　　　　。?
A.根据降解率由b点到c点随温度的升高而增大,可知CO降解反应的平衡常数KbB.相同温度下β型沥青混凝土中CO降解速率比α型要大
C.a点的数据反映出CO与O2之间所发生的有效碰撞频率是整个实验过程中最高的
D.d点降解率出现突变的原因可能是温度升高后催化剂失效
③科研团队以β型沥青混凝土颗粒为载体,将TiO2改为催化效果更好的TiO2纳米管,在10～60 ℃范围内进行实验,请在图2中用线段与阴影仿照“示例”描绘出CO降解率随温度变化的曲线可能出现的最大区域范围(示例:)。
(3)TiO2纳米管的制备是在弱酸性水溶液中以金属钛为阳极进行电解,写出阳极的电极反应式:? 。?

4.氮的化合物合成、应用及氮的固定一直是科学研究的热点。
(1)以CO2与NH3为原料合成化肥尿素的主要反应如下:
①2NH3(g)+CO2(g)NH2CO2NH4(s)ΔH=-159.47 kJ· mo
②NH2CO2NH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g)ΔH=a kJ· mo
③2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)ΔH=-86.98 kJ· mo，则a为　　　　　　　　　。?
(2)反应2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)在合成塔中进行。下图1中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三条曲线为合成塔中按不同氨碳比[n(NH3)/n(CO2)]和水碳比 [n(H2O)/n(CO2)]投料时二氧化碳转化率的情况。

①曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水碳比的数值分别为:A.0.6～0.7 B.1～1.1 C.1.5～1.61
生产中应选用水碳比的数值为　　　　(选填序号)。?
②生产中氨碳比宜控制在4.0左右,而不是4.5的原因可能是 　。?
(3)尿素可用于湿法烟气脱氮工艺,其反应原理为: NO+NO2+H2O2HNO2　
2HNO2+CO(NH2)22N2↑+CO2↑+3H2O。
①当烟气中NO、NO2按上述反应中系数比时脱氮效果最佳。若烟气中V(NO)∶V(NO2)=5∶1时,可通入一定量的空气,同温同压下,V(空气)∶V(NO)=　　　　　　(空气中氧气的体积含量大约为20%)。?
②图2是尿素浓度对脱氮效率的影响,从经济因素上考虑,一般选择尿素浓度约为　　　　。?

(4)图3表示使用新型电极材料,以N2、H2为电极反应物,以HClNH4Cl为电解质溶液制造出既能提供能量,同时又能实现氮固定的新型燃料电池。请写出该电池的正极反应式:　 。?
生产中可分离出的物质A的化学式为　　　　　　　。?

5.烟气的主要污染物是SO2、NOx,经臭氧预处理后再用适当溶液吸收,可减少烟气中SO2、NOx的含量。O3氧化烟气中SO2、NOx的主要反应的热化学方程式为:NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g) ΔH=-200.9 kJ· mol-1
NO(g)+1/2O2(g)NO2(g) ΔH=-58.2 kJ· mol-1
SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g)　 ΔH=-241.6 kJ· mol-1
(1)反应3NO(g)+O3(g)3NO2(g)的　ΔH=　　　　 kJ· mol-1。?
(2)臭氧脱硝反应2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g)能自发进行。在温度为T1 K时,向容积为2 L的恒容密闭容器中充入1 mol O3和2 mol NO2,发生上述反应,经25 min反应达平衡,测得平衡时N2O5(g)的浓度为 0.25 mol·L-1。
①判断该反应的ΔS　　　　0,ΔH　　 　　0(填“>”“<”或“=”)。?
②在温度为T1 K时,该反应的平衡常数K=　　　　。?
③下列说法正确的是　　　　。?
A.从反应开始到达平衡,NO2的平均反应速率v(NO2)=0.04 mol·L-1·min-1
B.T1 K时,若起始时向容器中充入1 mol O3、2 mol NO2、1 mol O2和1 mol N2O5气体,则反应达到平衡前v(正)C.若改变反应温度为T2K,测得平衡时NO2的浓度为0.60 mol·L-1,则T2>T1
D.T1 K时反应达平衡时容器的容积为2 L,若维持T1 K压缩容器使NO2转化率为60%,则此时容器的容积约为 0.71 L
④若维持其他条件不变,仅改变温度为T2 K时,经15分钟反应达平衡,测得平衡时N2O5(g)的浓度为 0.20 mol·L-1。画出在T2K下从0到25分钟c(NO2)随时间变化图。


6.氮是一种重要的化学元素,与氮有关的重要物质有氨、联氨、尿素、丙烯腈、己二腈等,回答下列问题:
(1)已知:2NH3(g)N2(g)+3H2(g) ΔH=a kJ·mol-1，2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH=b kJ·mol-1
NH3(l)NH3(g)　ΔH=c kJ·mol-1
则反应4NH3(l)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)的ΔH=　　　　　　　　 kJ·mol-1(用a、b、c表示)。?
(2)丙烯腈(CH2CHCN)是一种重要的化工原料,工业上以氨、丙烯、氧气为原料,在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)的热化学方程式如下:C3H6(g)+NH3(g)+O2(g)C3H3N(g)+3H2O(g)ΔH=-515 kJ·mol-1
①对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数(记作Kp),则上述反应的Kp=　 。?
该反应能自发,其原因是? 　。?
②若其他条件不变,在恒容、温度T1时丙烯腈的物质的量随时间变化的图象如图(a)所示。请补充完成温度为T2[化学平衡常数K(T1)>K(T2)]时丙烯腈的物质的量随时间变化的示意图。

(3)图(b)为在相同压强下,经过相同反应时间测得的丙烯腈产率与反应温度的关系曲线,最高产率对应温度为460 ℃,则高于460 ℃时,丙烯腈的产率降低可能的原因是:①有副反应发生,② 　,?
③? 　。?
(4)恒容时,若按丙烯、氨、空气的体积比1∶1∶7.5投料,有利于提高C3H6转化为C3H3N平衡转化率的措施有　　　　(填字母)。?
A.使用催化剂 B.投料比不变,增加反应物的浓度
C.降低反应温度 D.将产物液化,及时移走产物
(5)己二腈[NC(CH2)4CN]是一种重要的化工原料,是制造尼龙的中间体。工业上通过电解丙烯腈(CH2CHCN)制己二腈,H3PO4K3PO4等作为电解质,控制pH在8.5～9.0范围内。写出该电解的总化学方程式:? 　。?

7.水的光化学分解研究中常用纳米级Cu2O作催化剂,实验室可用多种途径来制备纳米级Cu2O。
(1)用足量炭粉在高温条件下还原CuO可得到Cu2O。已知:
①2Cu(s)+1/2O2(g)Cu2O(s)ΔH1=-169 kJ·mol-1
②C(s)+1/2O2(g)CO(g) ΔH2=-110.5 kJ·mol-1，③Cu(s)+1/2O2(g)CuO(s) ΔH3=-157 kJ·mol-1
反应②的ΔS　　0(填“<”或“>”)。由单质碳还原CuO制Cu2O的反应的热化学方程式为　? 　。?
(2)高纯度纳米级Cu2O可采用电解的方法来制备,工业上常采用离子交换膜法,通过控制电解液中OH-的浓度而制得纳米级Cu2O,制备装置如图。则该装置中阳极反应式为　 ;?
装置中钛极附近溶液的pH　 　(填“增大”“减小”或“不变”)。?

(3)在相同的密闭容器中,用上述方法所制得的Cu2O分别进行催化分解水的实验:2H2O(g)2H2(g)+O2(g)　ΔH>0。实验测得的反应体系中水蒸气浓度(mol·L-1)的变化结果列于下表。
序号 时间/min 0 10 20 30 40 150
① 温度T1/1号Cu2O 0.05 0.049 2 0.048 6 0.048 2 0.048 0.048
② 温度T1/2号Cu2O 0.05 0.048 8 0.048 4 0.048 0.048 0.048
③ 温度T2/3号Cu2O 0.1 0.098 0.097 0.093 0.09 0.09
实验时的温度:T1　　　　T2(填“<”或“>”);2号Cu2O的催化效率比3号Cu2O的催化效率　　　　(填“高”“低”或“相同”);实验①前20 min的平均反应速率v(H2)　　　　mol·L-1·min-1。?

8.尿素(NH2CONH2)是目前含氮量最高的氮肥。国内外主要以NH3和CO2为原料进行合成。主要通过以下二个反应进行: 反应1:2NH3(l)+CO2(g)H2NCOONH4(l)　ΔH1=-117.2 kJ·mol-1
反应2:H2NCOONH4(l)H2O(l)+H2NCONH2(l)　ΔH2=+21.7 kJ·mol-1，请回答:
(1)已知:NH3(l)NH3(g)　ΔH3=c kJ·mol-1。火电厂烟气脱硝所使用的还原剂氨气主要来自尿素水解。则反应NH2CONH2(l)+H2O(l)2NH3(g)+CO2(g)的　ΔH4=　　　　 kJ·mol-1(用含c的式子表示),该反应能在常温下缓慢发生的主要原因是　? 　。?
(2)①一定条件下,n(NH3)/n(CO2)对NH2COONH4的平衡转化率会产生明显的影响,如图所示。NH2COONH4的平衡转化率随n(NH3)/n(CO2)增大而上升,试分析其原因:? 　。?

②恒温密闭容器中,一定量的NH3和CO2反应合成尿素,第10 min达到平衡。若相同条件下反应1的速率要快于反应2,请在图中画出0～15 min内,NH2COONH4的物质的量浓度随时间变化曲线。

③下图表示不同条件下,反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的产物浓度随时间的变化曲线。
下列有关说法中,正确的是　　　　。?
A.达到平衡时间最快的是Ⅱ B.反应约10分钟后,三个反应均已达到平衡
C.Ⅰ条件下氢气的平衡转化率大于Ⅱ D.三个反应的平衡常数一定相同
(3)用电化学方法可以实现低温常压合成氨。下图是以含N3-熔融盐为电解质,电解合成氨装置的工作原理示意图。阴极的电极反应是　 。?