高二化学下学期专题练习 化学反应原理

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化学反应原理 1. 工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产,流程如下图所示。

(1) 工业生产时,制取氢气的一个反应为CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),T ℃时,往1 L密闭 容器中充入0.2 mol CO和0.3 mol水蒸气。反应建立平衡后,体系中c(H2)=0.12 mol·L-1。

该温度下此反应的平衡常数K= 。 (2) 合成塔中发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。下表为不同温度下该反应的平衡常

数,由此可推知,表中T1 (填“>”、“<”或“=”)573 K。

T/ ℃ T1 300 T2

K 1.00×107 2.45×105 1.88×103

(3) N2和H2以铁作催化剂从145 ℃就开始反应,不同温度下NH3的产率如右图所示。温度高于

900 ℃时,NH3产率下降的原因是 。 (4) 硝酸厂的尾气直接排放将污染空气,目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮氧化 物还原为氮气和水,其反应机理如下: ①CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-574 kJ· mol-1 ②CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-1 160 kJ· mol-1 则甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为 。

(5) 氨气在纯氧中燃烧,生成一种单质和水。科学家利用此原理,设计成氨气-氧气燃料电池,

则在碱性条件下通入氨气的电极发生的电极反应式为 。

2. 硫酸盐主要来自地层矿物质,多以硫酸钙、硫酸镁的形态存在。 (1) 已知:①Na2SO4(s)Na2S(s)+2O2(g) ΔH1=+1 011.0 kJ· mol-1 ②C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH2=-393.5 kJ· mol-1 ③2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH3=-221.0 kJ· mol-1

则反应④Na2SO4(s)+4C(s)Na2S(s)+4CO(g) ΔH4= kJ· mo,该反应能自

发进行的原因是 ;工业上制备Na2S不用反应①,而用反应④的理由是 。 (2) 已知不同温度下2SO2+O22SO3的平衡常数见下表。 温度/℃ 527 758 927 平衡常数 784 1.0 0.04 1 233 ℃时,CaSO4热解所得气体的主要成分是SO2和O2,而不是SO3的原因是

(3) 高温时,用CO还原MgSO4可制备高纯MgO。 ①750 ℃时,测得气体中含等物质的量SO2和SO3,此时反应的化学方程式是 。

②将上述反应获得的SO2通入含PtC的酸性溶液,可还原出Pt,则反应的离子方程式是

③由MgO可制成“镁-次氯酸盐”燃料电池,其装置示意图如右图,则正极的电极反应式

为 。

3. 氢在地球上主要以化合态的形式存在,是宇宙中分布最广泛的物质,它构成了宇宙质量的 75%,属于二次能源。工业上生产氢的方式很多,常见的有电解水制氢、煤炭气化制氢、重 油及天然气水蒸气催化制氢等。氢气是一种理想的绿色能源,图1为氢能产生和利用的途 径。 图1 图2

图3 (1) 图1的四个过程中能量转化形式有 (填字母)。 A. 2种 B. 3种 C. 4种 D. 4种以上 (2) 电解过程要消耗大量的电能,而使用微生物作催化剂在阳光下也能分解水。

2H2O(l)2H2(g)+O2(g) ΔH1 2H2O(l)2H2(g)+O2(g) ΔH2

以上反应的ΔH1 (填“<”、“>”或“=”)ΔH2。 (3) 已知H2O(l)H2O(g) ΔH=+44 kJ·mol-1,依据图2能量变化写出氢气燃烧生产液态水

的热化学方程式: 。 (4) 氢能利用需要选择合适的储氢材料。 ①NaBH4是一种重要的储氢载体,能与水反应生成NaBO2,且反应前后B的化合价不变,该反

应的化学方程式为 。 ②镧镍合金在一定条件下可吸收氢气生成氢化物: LaNi3(s)+3H2(g)LaNi3H6(s) ΔH<0,欲使LaNi3H6(s)释放出气态氢,根据平衡移动

的原理,可改变的条件之一是 。 ③一定条件下,如图3所示装置可实现有机物的电化学储氢,使C7H8转化为C7H14,则电解过

程中产生的气体X为 ,电极A上发生的电极反应式为 。

4. 铁元素是重要的金属元素,单质铁在工业和生活中应用广泛。铁还有很多重要的化合物及 其化学反应,如铁与水的反应:3Fe(s)+4H2O(g)Fe3O4(s)+4H2(g) ΔH

(1) 上述反应的平衡常数表达式为 。 (2) 已知:①3Fe(s)+2O2(g)Fe3O4(s) ΔH1=-1 118.4 kJ· mol-1 ②2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH2=-483.8 kJ· mol-1 ③2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH3=-571.8 kJ· mol-1

则ΔH= 。 (3) 已知在T ℃时,该反应的平衡常数K=16,在2 L恒温恒容密闭容器甲和乙中,分别按下表 所示加入物质,经过一段时间后达到平衡。 Fe H2O(g) Fe3O4 H2 甲/mol 1.0 1.0 1.0 1.0 乙/mol 1.0 1.5 1.0 1.0

①容器甲中H2O的平衡转化率为 (结果保留一位小数)。

②下列说法正确的是 (填字母)。 A. 若容器压强恒定,则反应达到平衡状态 B. 若容器内气体密度恒定,则反应达到平衡状态 C. 甲容器中H2O的平衡转化率大于乙容器中H2O的平衡转化率 D. 增加Fe3O4就能提高H2O的转化率 (4) 在三个2 L恒容绝热(不与外界交换能量)的装置中加入起始物质,起始时与平衡后的各物 质的量见下表。 Fe H2O(g) Fe3O4 H2 起始/mol 3.0 4.0 0 0

平衡/mol m n p q 若向上述平衡后的装置中分别继续按A、B、C三种情况加入物质,见下表: Fe H2O(g) Fe3O4 H2 A/mol 3.0 4.0 0 0 B/mol 0 0 1.0 4.0 C/mol m n p q

当上述可逆反应再一次达到平衡状态后,将上述各装置中H2的百分含量按由大到小的顺 序排列: (用A、B、C表示)。 (5) 已知常温下Fe(OH)3的Ksp=4.0×10-39,将某FeCl3溶液的pH调为3,此时溶液中c(Fe3+)=

(结果保留2位有效数字)mol·L-1。

5.为治理环境,减少雾霾,应采取措施减少二氧化硫、氮氧化物(NOx)和CO2的排放量。 Ⅰ. 处理NOx的一种方法是利用甲烷催化还原NOx。 ①CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-574 kJ· mol-1 ②CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2=-586.7 kJ· mol-1 图1 图2 图3 (1) 若用4.48 L CH4还原NO生成N2,则放出的热量为 kJ。(气体体积已折算为 标准状况下) (2) NOx可用强碱溶液吸收产生硝酸盐。在酸性条件下,FeSO4溶液能将N还原为NO,NO能与多 余的FeSO4溶液作用生成棕色物质,这是检验N的特征反应。写出该过程中产生NO的离

子方程式: 。 (3) 用电化学处理含N的废水,电解的原理如图1所示,则电解时阴极的电极反应式

为 ;当电路中转移20 mol电子

时,交换膜左侧溶液质量减少 g。 Ⅲ. 利用I2O5消除CO污染的反应为5CO(g)+I2O5(s)5CO2(g)+I2(s)。不同温度下,向装有足 量I2O5固体的2 L恒容密闭容器中通入4 mol CO,测得CO2的体积分数(φ)随时间(t)变 化曲线如图2所示。 (4) T1时,该反应的化学平衡常数的数值为 。

(5) 下列说法不正确的是 (填字母)。 A. 容器内气体密度不变,表明反应达到平衡状态 B. 两种温度下,c点时体系中混合气体的压强相等 C. d点时,在原容器中充入一定量氦气,CO的转化率不变 D. b点和d点时化学平衡常数的大小关系:KbⅣ. 以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4 为催化剂,可以将CO2和CH4通过反应 CO2(g)+CH4(g)CH3COOH(g) ΔH<0直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率 与乙酸的生成速率如图3所示。 (6) ①250~300 ℃时,乙酸的生成速率减小的主要原因是 。 ②工业生产中该反应的温度常选择250 ℃,不选择400 ℃,从综合经济效益考虑,其原因

6. 工业上用NH3和CO2反应合成尿素: 2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(g)+H2O(g) ΔH1=-536.1 kJ·mol-1

图1 图2 (1) 该过程实际上分两步进行,第一步产生氨基甲酸铵,第二步是氨基甲酸铵脱水生成尿素。

请写出第一步反应的化学方程式: 。 (2) 在一定条件下合成尿素,当氨碳比=4时,CO2的转化率随时间的变化关系如图1所示,下列