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江苏省2020版高考化学三轮复习题型精准练题型十八化学反应原理综合题(含解析)

1、题型十八化学反应原理综合题(建议用时:35分钟)1氢能源是最具应用前景的能源之一,高纯氢的制备是目前的研究热点。(1)甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。反应器中初始反应的生成物为H2和CO2,其物质的量之比为41,甲烷和水蒸气反应的化学方程式是_。已知反应器中还存在如下反应:iCH4(g)H2O(g)=CO(g)3H2(g)H1ii.CO(g)H2O(g)=CO2(g)H2(g)H2iii.CH4(g)=C(s)2H2(g)H3iii为积炭反应,利用H1和H2计算H3时,还需要利用_反应的H。反应物投料比采用n(H2O)n(CH4)41,大于初始反应的化学计量数之比,目的是_(填字母)。

2、a促进CH4转化b促进CO转化为CO2c减少积炭生成用CaO可以去除CO2。H2体积分数和CaO消耗率随时间变化关系如图所示。从t1时开始,H2体积分数显著降低,单位时间CaO消耗率_(填“升高”“降低”或“不变”)。此时CaO消耗率约为35%,但已失效,结合化学方程式解释原因:_。(2)可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢,工作示意图如图。通过控制开关连接K1或K2,可交替得到H2和O2。制H2时,连接_。产生H2的电极反应式是_。改变开关连接方式,可得O2。结合和中电极3的电极反应式,说明电极3的作用:_。2研究氮氧化物的反应机理,对于消除环境污染有重要意义。(1)氮氧化物(NOx)可在催化

3、剂作用下与氨反应生成无污染的物质,该反应的化学方程式为_。(2)对于一般的化学反应:aAbB=cCdD存在反应速率方程vkcm(A)cn(B),利用反应速率方程可求出化学反应瞬时速率。mn为反应级数,当mn分别等于0、1、2时分别称为零级反应、一级反应、二级反应;k为反应速率常数,k与温度、活化能有关,与浓度无关,温度升高,k增大。在600 K下反应2NO(g)O2(g)2NO2(g)的初始浓度与初始速率如表所示:初始浓度/(mol/L)初始速率/mol/(Ls)c(NO)c(O2)0.0100.0102.51030.0100.0205.01030.0300.02045103通过分析表中实验数

4、据,得出该反应的速率方程为v_,为_级反应,当c(NO)0.015 mol/L、c(O2)0.025 mol/L时的初始速率为_(保留两位有效数字)。(3)升高温度绝大多数的化学反应速率增大,但是2NO(g)O2(g)2NO2(g)的反应速率却随着温度的升高而减小。某化学小组为探究该特殊现象的原因,查阅资料知其反应历程分两步:a2NO(g)N2O2(g)H1”“v(第二步反应)B反应的中间产物为N2O2C反应b中N2O2与O2的碰撞仅部分有效3采用H2或CO催化还原NO能达到消除污染的目的,在氮氧化物尾气处理领域有着广泛应用。回答下列问题:(1)用CO处理NO时产生两种无毒、无害的气体,该反应

5、的氧化产物为_。(2)已知:氢气的燃烧热为285.8 kJ/mol2NO(g)=N2(g)O2(g)H1180.5 kJ/molH2O(g)=H2O(l)H244 kJ/mol写出用H2处理NO生成水蒸气和1 mol N2的热化学方程式:_。(3)针对上述用H2处理NO生成水蒸气和1 mol N2的反应,回答下列问题:研究表明,上述反应中,反应速率vkc2(NO)c2(H2),其中k为速率常数,只与温度有关。t1时刻, vv1,若此刻保持温度不变,将c(NO)增大到原来的2倍时,c(H2)减小为原来的(此时vv2)。则有v1_v2(填“”“”或“”)。在温度T时,向容积固定的密闭容器中充入3

6、mol NO和2 mol H2发生上述反应,起始压强为p0,一段时间后,反应达到平衡,此时压强p0.9p0,则NO的平衡转化率(NO)_(结果保留三位有效数字),该反应的平衡常数Kp_(用含p的代数式表示,Kp为以分压表示的平衡常数,且某气体的分压总压该气体的物质的量分数)。(4)实验室常用NaOH溶液吸收法处理NOx,反应的化学方程式如下:(已知NO不能与NaOH溶液反应)NONO22NaOH=2NaNO2H2O2NO22NaOH=NaNO2NaNO3H2O若NOx(此处为NO和NO2的混合气体)能被NaOH溶液完全吸收,则x的取值范围为_。1 mol NO2和溶质物质的量为1 mol的Na

7、OH溶液恰好完全反应后,溶液中各离子浓度由大到小的顺序为_。(5)一氧化氮空气质子交换膜燃料电池将化学能转化为电能的同时,实现了制硝酸、发电、环保三位一体的结合,其工作原理如图所示,写出放电过程中负极的电极反应式:_,若过程中产生2 mol HNO3,则消耗标准状况下O2的体积为_L。4某硫酸工厂的废水中含有较多的H、Cu2、Fe2、SO、AsO、HAsO、H2AsO等需要处理的杂质离子,其中一种处理流程如图1所示。已知:.常温下lg c(M)(M表示Cu2或Fe2等)随pH的沉淀溶解平衡曲线如图2所示(已知105.72106)。.常温下H3AsO4水溶液中含砷元素的各物种的分布分数(平衡时某

8、物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与pH的关系如图3所示。回答下列问题:(1)沉淀A的主要成分的化学式是_。(2)常温下pH7的溶液中Cu2的物质的量浓度为_,请判断此时Fe2是否沉淀完全:_(填“是”或“否”)。(3)若氧化过程中生成了某种胶体,用离子方程式解释氧化过程中溶液pH降低的原因:_。(4)研究H3AsO4水溶液,分析废水中的砷的去除率:以酚酞为指示剂(pH变色范围为8.210.0),将NaOH溶液逐滴加入H3AsO4溶液中,当溶液由无色变为浅红色时停止滴加。该过程中主要反应的离子方程式为_。H3AsO4第一步电离方程式H3AsO4H2AsOH的电离常数为Ka1,则pKa1_(pK

9、a1lg Ka1)。最后一次调节pH时,pH过低或过高砷的去除率都会明显降低,pH过低时可能的原因是_;pH过高时可能的原因是_(从沉淀转化的角度分析)。参考答案与解析1解析:(1)根据CH4与H2O反应生成H2、CO2的物质的量之比为41,结合原子守恒可得反应的化学方程式为CH42H2O4H2CO2。根据盖斯定律,由iiiiii或iiiiii可得目标热化学方程式。反应物的投料比n(H2O)n(CH4)41,大于初始反应的化学计量数之比,H2O的物质的量增加,有利于促进CH4转化,促进CO转化为CO2,防止CH4分解生成C(s),从而减少积炭生成。根据题图可知,从t1时开始,CaO消耗率曲线的

10、斜率逐渐减小,单位时间内CaO消耗率逐渐降低。CaO与CO2反应生成CaCO3,CaCO3覆盖在CaO表面,减少了CO2与CaO的接触面积,从而失效。(2)电解碱性电解液时,H2O电离出的H在阴极得到电子产生H2,根据题图可知电极1与电池负极连接,为阴极,所以制H2时,连接K1,产生H2的电极反应式为2H2O2e=H22OH。制备O2时碱性电解液中的OH失去电子生成O2,连接K2,O2在电极2上产生。连接K1时,电极3为电解池的阳极,Ni(OH)2失去电子生成NiOOH,电极反应式为Ni(OH)2eOH=NiOOHH2O,连接K2时,电极3为电解池的阴极,电极反应式为NiOOHeH2O=Ni(

11、OH)2OH,使电极3得以循环使用。答案:(1)CH42H2O4H2CO2C(s)2H2O(g)=CO2(g)2H2(g)或C(s)CO2(g)=2CO(g)abc降低CaOCO2=CaCO3,CaCO3覆盖在CaO表面,减少了CO2与CaO的接触面积(2)K12H2O2e=H22OH制H2时,电极3发生反应:Ni(OH)2OHe=NiOOHH2O。制O2时,上述电极反应逆向进行,使电极3得以循环使用2解析:(2)根据vkcm(NO)cn(O2),当O2浓度不变,NO浓度变为原来的3倍时,初始速率变为原来的9倍,所以初始速率与NO浓度的平方成正比,m2;同理n1;任选一组数据代入方程,得k2.

12、5103,故v2.5103c2(NO)c(O2)。(3)反应b为慢反应,是整个反应的速控反应。达到平衡时,正、逆反应速率相等,所以v1正v1逆,K1,v2正v2逆,K2,所以反应2NO(g)O2(g)2NO2(g)的K。反应速率越快,说明反应越容易发生,反应的活化能越小。反应a的H10,升高温度时平衡逆向移动,K1减小,k2正随温度升高而增大,但增大的程度比减小的程度小,故反应速率减小。答案:(1)6NOx4xNH3(32x)N26xH2O(2)2.5103c2(NO)c(O2)三1.4102mol/(Ls)(3)H1H2b反应a的H10,升高温度时平衡逆向移动,K1减小,k2正随温度升高而增

13、大,但增大的程度比减小的程度小,故反应速率减小ABC3解析:(1)用CO处理NO时产生两种无毒、无害的气体,分别为N2和CO2,氧化产物为CO2。(2)由氢气的燃烧热为285.8 kJ/mol可得:2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H3571.6 kJ/mol,根据盖斯定律,用H2处理NO生成1 mol氮气和水蒸气的热化学方程式为2H2(g)2NO(g)=N2(g)2H2O(g)HH3H12H2664.1 kJ/mol。(3)k只与温度有关,故当c(NO)增大到原来的2倍,c(H2)减少为原来的时,v1与v2相等;设反应达到平衡时,生成x mol N2。根据题意可列出三段式: 2H2(g)

14、2NO(g)=N2(g)2H2O(g)起始/mol2300转化/mol 2x 2x x 2x平衡/mol 22x 32x x 2x反应达到平衡,此时压强p0.9p0,则有0.9,解得x0.5,故NO的转化率(NO)100 %33.3%,由分压公式可知,p(H2)p,p(NO)p,p(N2)p,p(H2O)p,则Kp。(4)NO不能被NaOH溶液单独吸收,NO2可以被NaOH溶液单独吸收,因此NO和NO2的混合气体被NaOH溶液完全吸收的条件应满足:n(NO)n(NO2)1,当n(NO)n(NO2)1时,x取最小值1.5,因为混有NO,所以x的最大值2,故x的取值范围为1.5xc(NO)c(NO

15、)c(OH)c(H)。(5)由原电池的工作原理图示可知,左端的铂电极为原电池的负极,其电极反应为NO3e2H2O=NO4H,当过程中产生2 mol HNO3时转移6e电子,而1 mol O2参加反应转移4 mol e,故需要1.5 mol O2参加反应,标准状况下的体积为1.5 mol22.4 L/mol33.6 L。答案:(1)CO2(2)2H2(g)2NO(g)=N2(g)2H2O(g)H664.1 kJ/mol(3)33.3%(4)1.5xc(NO)c(NO)c(OH)c(H)(5)NO3e2H2O=NO4H33.64解析:(1)因为废水含有较多的H、Cu2、Fe2、SO、AsO、HAs

16、O、H2AsO等需要处理的杂质离子,加入石灰乳调节溶液pH3时,结合后续流程可知只有Ca2与SO产生沉淀,故沉淀A的主要成分为CaSO4。(2)KspM(OH)2c(M2)c2(OH),取图中lg c(M)0即c(M2)1 molL1的点进行计算,KspCu(OH)211019.7,同理KspFe(OH)211015.1。常温下pH7的溶液中c(Cu2)1105.72106(molL1),c(Fe2)1101.1molL11105molL1,Fe2未沉淀完全。(3)氧化过程是将Fe2氧化为Fe3,Fe3继续反应生成胶体,故溶液pH降低的原因是4Fe2O210H2O=4Fe(OH)3(胶体)8H

17、。(4)以酚酞为指示剂,pH的变色范围为8.210.0,此时溶液中砷元素主要以HAsO的形式存在,故该过程中主要反应的离子方程式为2OHH3AsO4=HAsO2H2O;Ka1,当c(H2AsO)c(H3AsO4)时,pH2.2,Ka11102.2,则pKa12.2;pH过低时,H会抑制H3AsO4的电离,溶液中AsO浓度较小,不易与Fe3形成沉淀;pH过高时,FeAsO4会转化为Fe(OH)3沉淀,AsO又进入水中。答案:(1)CaSO4(2)2106molL1否(3)4Fe2O210H2O=4Fe(OH)3(胶体)8H(4)2OHH3AsO4=HAsO2H2O2.2H会抑制H3AsO4的电离,溶液中AsO浓度较小,不易与Fe3形成沉淀FeAsO4会转化为Fe(OH)3沉淀,AsO又进入水中- 8 -