专题20 化学反应原理的综合应用 备战2020年高考化学分项突破易错题(解析版)
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1、1“废气”的综合处理与应用技术是科研人员的重要研究课题,CO、SO2、NO2是重要的大气污染气体。(1)捕集处理后的CO是制取新型能源二甲醚(CH3OCH3)的原料,已知:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),H1=-41.0kJmol-1,CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H2=-49.0kJmol-1,CH3OCH2(g)+H2O(g)2CH3OH(g)H3=+23.5kJmol-1,则反应2CO(g)+4H2(g)CH3OCH2(g)+H2O(g)的H=_。(2)采用NaClO2溶液作为吸收剂可对烟气进行脱硝。323K下,向足量碱性NaClO2溶液中通入
2、含NO的烟气,充分反应后,溶液中离子浓度的分析结果如下表,依据表中数据,写出NaClO2溶液脱硝过程中发生的总反应的离子方程式:_。来源:ZXXK离子NO3-NO2-Cl-c/(molL-1)2.010-41.010-41.7510-4(3)已知973K时,SO2与NO2反应生成SO3和NO,混合气体经冷凝分离出的SO3可用于制备硫酸。973K时测得:NO2(g)NO(g)+1/2O2(g)K1=0.018;SO2(g)1/2+O2(g)SO3(g)K3=20则反应SO2(g)+NO2(g)O3(g)+NO(g)的K3=_。973K时,向体积为1L的恒容密闭容器中充入SO2、NO2各aml,平
3、衡时SO2的转化率为_。恒压下SO2的分压p(SO2)随温度的变化如图所示。当温度升高时,SO2(g)+NO2(g)SO2(g)+NO(g)的化学平衡常数_(填“增大”或”减小”),判断理由是_。(4)用纳米铁可去除污水中的NO3-,反应的离子方程式为4Fe+NO3-+10H+=4Fe2+NH4+3H2O;相同温度下,纳米铁粉去除不同水样中的NO3-的速率有较大差异,下表中和产生差异的原因可能是_;中020mim内用NO3-表示的平均反应速率为_molL-1min-1。反应时间/min010203040c(NO3-)/10-4molL-183.21.60.80.64c(NO3-)/10-4mo
4、lL-1(含少量Cu2+)80.480.320.320.32【答案】-203.5kJ/mol 12NO+7ClO2-+12OH-=8NO3-+4NO2-+7Cl-+6H2O 0.36 37.5% 减小 温度升高时,-lgp(SO2)增大。化学平衡逆向移动,化学平衡常数减小 Fe与置换出的Cu构成原电池,加快NO3-的去除速率 3.8410-5 K3=x2/(a-x)2=0.36,则x/(a-x)=0.6,x=3a/8,则转化率=3a/8/a=37.5%;根据图像可知,升高温度,-log p(SO2)减小,则p(SO2)增大,即升高温度平衡逆向移动,化学平衡常数减小;(4)反应II中含有少量的铜
5、离子,与铁粉发生置换反应,铁粉与铜粉和电解质溶液构成原电池,加快铁粉的反应速率,反应II速率加快;v=c/t=(8-0.32)10-4/20=3.8410-5mol/(Lmin),答案为:Fe与置换出的Cu构成原电池,加快NO3-的去除速率;3.8410-5;2NO2与SO2能发生反应:NO2+SO2SO3+NO,某研究小组对此进行相关实验探究。(1)已知:2NO(g)+O2(g)2NO2(g)H=-113.0 kJmol-12SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H=-196.6 kJmol-1则NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)H=_。(2)实验中,尾气可以用碱溶液吸收。N
6、aOH溶液吸收NO2时,发生的反应为2NO2+2OH-N+N+H2O,反应中形成的化学键是_(填化学键的类型);用NaOH溶液吸收少量SO2的离子方程式为_。(3)在固定体积的密闭容器中,使用某种催化剂,改变原料气配比n0(NO2):n0(SO2)进行多组实验(各次实验的温度可能相同,也可能不同),测定NO2的平衡转化率(NO2)。部分实验结果如图所示:当容器内_(填标号)不再随时间的变化而改变时,可以判断反应达到了化学平衡状态。a.气体的压强 b.气体的平均摩尔质量c.气体的密度 d.NO2的体积分数如果要将图中C点的平衡状态改变为B点的平衡状态,应采取的措施是_。若A点对应实验中,SO2(
7、g)的起始浓度为c0 molL-1,经过t min达到平衡状态,该时段化学反应速率v(NO2)=_molL-1min-1。图中C、D两点对应的实验温度分别为TC和TD,通过计算判断:TC_(填“”、“=”或“”)TD。【答案】-41.8 kJmol-1 共价键(或极性键) SO2+2OH-S+H2O d 降低温度 = (3) a. NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)反应前后气体物质的量不变,气体的压强是恒量,气体的压强不变不一定平衡,故不选a; b.根据 ,气体总质量、总物质的量不变,所以气体的平均摩尔质量是恒量,气体的平均摩尔质量不变不一定平衡,故不选b;c.根据 ,气体总质
8、量、容器体积都不变,所以气体密度是恒量,气体的密度不变不一定平衡,故不选c; d.根据平衡定义,NO2的体积分数不变,一定达到平衡状态,故选d; n0(NO2):n0(SO2)不变,NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)正反应放热,降低温度可使平衡正向移动,NO2的平衡转化率增大,可以将图中C点的平衡状态改变为B点的平衡状态;A点n0(NO2):n0(SO2)=0.4,SO2(g)的起始浓度为c0 molL-1,则NO2的起始浓度为0.4c0 molL-1,NO2的平衡转化率为50%,NO2的浓度变化为0.2c0 molL-1,v(NO2)= = molL-1min-1;假设C点N
9、O2的起始浓度为a molL-1,则SO2(g)的起始浓度为a molL-1,NO2的平衡转化率为50%NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)初始 a a 0 0转化 0.5a 0.5a 0.5a 0.5a 平衡 0.5a 0.5a 0.5a 0.5aKc= 假设D点NO2的起始浓度为1.5b molL-1,则SO2(g)的起始浓度为b molL-1,NO2的平衡转化率为40%NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)初始 1.5b b 0 0转化 0.6b 0.6b 0.6b 0.6b 平衡 0.9b 0.6b 0.6b 0.6bKD= ;KcKD,所以TCTD。3硒(S
10、e)是第四周期A族元素,是人体内不可或缺的微量元素,其氢化物H2Se是制备新型光伏太阳能电池、半导体材料和金属硒化物的基础原料。(1)已知:2H2Se(g)+O2(g)2Se(s)+2H2O(l) H1=a kJmol12H2(g)+O2(g)2H2O(l) H2=b kJmol1反应H2(g)+Se(s)H2Se(g)的反应热H3=_kJmol1(用含a、b的代数式表示)。(2)T时,向一恒容密闭容器中加入3molH2和lmolSe,发生反应H2(g)+Se(s)H2Se(g)。下列情况可判断反应达到平衡状态的是_(填字母)。a气体的密度不变 bv(H2)=v(H2Se) c气体的压强不变
11、d气体的平均摩尔质量不变当反应达到平衡后,将平衡混合气体通入气体液化分离器使H2Se气体转化为液体H2Se,并将分离出的H2再次通入发生反应的密闭容器中继续与Se反应时,Se的转化率会提高。请用化学平衡理论解释_。以5小时内得到的H2Se为产量指标,且温度、压强对H2Se产率的影响如下图所示:则制备H2Se的最佳温度和压强为_。(3)已知常温下H2Se的电离平衡常数K1=1.3104,K2=5.01011,则NaHSe溶液呈_(填“酸性”或“碱性”),该溶液中的物料守恒关系式为_。(4)用电化学方法制备H2Se的实验装置如下图所示:写出Pt电极上发生反应的电极反应式:_。(5)H2Se在一定条
12、件下可以制备CuSe,已知常温时CuSe的Ksp=7.91049,CuS的Ksp=1.31036,则反应CuS(s)+Se2(aq)CuSe(s)+S2(aq)的化学平衡常数K=_(保留2位有效数字)。【答案】(ba) ad 将分离出的H2重新通入容器中,平衡正向移动,Se的转化率提高 550,0.3 MPa 碱性 c(Na+)=c(HSe)+c(Se2)+c(H2Se) CO2e+H2OCO2+2H+ 1.61012 【解析】(1)根据盖斯定律可知H3 =(H2H1)=(ba)kJmol1,故答案为:(ba);故答案为:将分离出的H2重新通入容器中,平衡正向移动,Se的转化率提高;由于最终是
13、以5小时内得到的H2Se为产量指标,则从图1可知,在550时产率最高,所以最适宜的反应温度为550 ;由图2可知,反应5小时左右时,压强为0.3 Mpa条件下产率最高,因此最适宜压强为0.3 Mpa,故答案为:550,0.3 MPa;(3)HSe 在溶液中存在电离平衡和水解平衡,HSe的水解平衡常数 = 7.71011,大于其电离平衡常数K2,即HSe的水解能力大于其电离能力,则NaHSe溶液呈碱性,溶液中的物料守恒关系为c(Na+)=c(HSe)+c(Se2)+c(H2Se),故答案为:碱性;c(Na+)=c(HSe)+c(Se2)+c(H2Se);(4)通入CO的电极为原电池的负极,失电子
14、发生氧化反应,电极反应式为CO2e+H2OCO2+2H+,故答案为:CO2e+H2OCO2+2H+;(5)反应CuS(s)+Se2(aq)CuSe(s)+S2(aq)的化学平衡常数K=1.61012,故答案为:1.61012。4羰基硫(COS)与氢气或与水在催化剂作用下的反应如下:COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g) H1=-17kJ/mol;COS(g)+H2O(g)H2S(g)+CO2(g) H2=-35kJ/mol。回答下列问题:(1)两个反应在热力学上趋势均不大,其原因是:_。(2)反应CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的H=_。(3)羰基硫、氢气、水蒸气共混
15、体系初始投料比不变,提高羰基硫与水蒸气反应的选择性的关键因素是_。(4)在充有催化剂的恒压密闭容器中只进行反应设起始充入的n(H2):n(COS)=m,相同时间内测得COS转化率与m和温度(T)的关系如图所示:m1_m2(填“”、“”或“”。温度高于T0,COS转化率减小的可能原因为:i有副应发生;ii_;iii_。(5)在充有催化剂的恒压密闭容器中进行反应.COS(g)与H2O(g)投料比分别为1:3和1:1,反应物的总物质的量相同时,COS(g)的平衡转化率与温度的关系曲线如图所示:M点对应的平衡常数_Q点填“”、“”或“”;M点对应的平衡混合气中COS(g)物质的量分数为_;M点和Q点对
16、应的平衡混合气体的总物质的量之比为_。【答案】两个反应均为放热较少的反应 -18kJ/mol 选择高效的催化剂 催化剂活性最低 平衡逆向进行 20% 1:1 【解析】 (1)COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g) H1=-17kJ/mol;COS(g)+H2O(g)H2S(g)+CO2(g) H2=-35kJ/mol。两个反应放出的热量较少,因此两个反应在热力学上趋势均不大;(2)COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g) H1=-17kJ/mol;COS(g)+H2O(g)H2S(g)+CO2(g) H2=-35kJ/mol。根据盖斯定律计算得到:CO(g)+H2O(g)H2
17、(g)+CO2(g)的H=-18kJ/mol;正反应为放热反应,升温平衡逆向进行,化学平衡常数减小,则M点对应的平衡常数Q点的平衡常数;N点COS转化率为60%,COS(g)与H2O(g)投料比1:1,COS(g)+H2O(g)H2S(g)+CO2(g)起始量(mol) 1 1 0 0变化量(mol)0.6 0.6 0.6 0.6平衡量(mol) 0.4 0.4 0.6 0.6对应的平衡混合气中COS(g)物质的量分数=20%;M点COS转化率为60%,COS(g)与H2O(g)投料比1:3,N点COS转化率为60%,COS(g)与H2O(g)投料比1:1,反应物的总物质的量相同时,反应前后气
18、体物质的量不变,则M点和Q点对应的平衡混合气体的总物质的量之比为1:1。5氮的氧化物既是空气的重要污染物,同时也是重要的化工原料。(1)某化学课外小组查阅资料后得知2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应历程分两步:2NO(g)N2O2(g)(快) H10N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)(慢) H2”“”“”“”“”“”或“=”)P点v逆(NH3)。【答案】H1+H2 【解析】来源:ZXXK(1)根据盖斯定律,由+得到反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g),则该反应的焓变H = H1+H2;反应慢说明该反应的活化能较高,故E1E2,故答案为:H1+H2;373K,故答案为:2.
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