1、素养提升专项练素养提升专项练 ( (八八) ) ( (建议用时建议用时 5050 分钟分钟) ) 1.“绿水青山就是金山银山”,近年来,绿色发展、生态保护成为中国展示给世界 的一张新“名片” 。汽车尾气是造成大气污染的重要原因之一,减少氮的氧化物在 大气中的排放是环境保护的重要内容之一。请回答下列问题: (1)已知:N2(g)+O2(g)2NO(g) H1=+180.5 kJmol -1 C(s)+O2(g)CO2(g) H2=-393.5 kJmol -1 2C(s)+O2(g)2CO(g) H3=-221 kJmol -1 若某反应的平衡常数表达式为 K=,则此反应的热化学方程 式为 。
2、(2)N2O5在一定条件下可发生分解:2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g),某温度下恒容密闭 容器中加入一定量 N2O5,测得 N2O5浓度随时间的变化如下表: t/min 0 1 2 3 4 5 c(N2O5)/ (molL -1) 1.00 0.71 0.50 0.35 0.25 0.17 反应开始时体系压强为p0,第2 min时体系压强为p1,则p1p0=_ 。 2 5 min 内用 NO2表示的该反应的平均反应速率为 。 一定温度下,在恒容密闭容器中充入一定量 N2O5进行该反应,能判断反应已达 到化学平衡状态的是_ (填字母)。 a.NO2和 O2的浓度比保持不变 b.容器中压
3、强不再变化 c.2v正(NO2)=v逆(N2O5) d.气体的密度保持不变 (3)Kp是用反应体系中气体物质的分压来表示的平衡常数,即将K表达式中平衡浓 度用平衡分压代替。 已知反应:NO2(g)+CO(g)NO(g)+CO2(g),该反应中正反应速 率 v正=k正p(NO2)p(CO),逆反应速率 v逆=k逆p(NO)p(CO2),其中 k正、k逆为 速率常数,则 Kp为_ (用 k正、k逆表示)。 (4)如图是密闭反应器中按 n(N2) n(H2)=13 投料后,在 200 、 400 、 600 下,合成NH3反应达到平衡时,混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线,已 知该反应为放
4、热反应。 曲线 a 对应的温度是_ 。 M 点对应的 H2的转化率是_ 。 (5)工业上常用氨水吸收二氧化硫,可生成(NH4)2SO3。判断常温下(NH4)2SO3溶液的 酸碱性并说明判断依据: 。 (已知:NH3H2O 的 Kb=1.81;H2SO3的 Ka1=1.310 -2,K a2=6.31。) (6)氨气是合成众多含氮物质的原料,利用 H2N2生物燃料电池,科学家以固氮 酶为正极催化剂、 氢化酶为负极催化剂,X膜为隔膜,在室温条件下实现了合成NH3 的同时还获得电能。其工作原理图如图: 则 X 膜为_交换膜,正极上的电极反应式为 。 【解析】(1)若某反应的平衡常数表达式为 K=,该
5、反应为 2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g),N2(g)+O2(g)2NO(g) H1=+180.5 kJ mol -1 C(s)+O2(g)CO2(g) H2=-393.5 kJ mol -1 2C(s)+O2(g)2CO(g) H3=-221 kJmol -1 由盖斯定律计算2-得 到 2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) H=-746.5 kJ mol -1。 (2) 2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g) 开始(molL -1) 1.00 0 0 反应(molL -1) 0.5 1 0.25 2 min(molL -1) 0.5 1 0.25 反应前
6、后气体的压强之比等于其物质的量之比,所以 p1p0=(0.5+1+0.25) mol1.00 mol=74(或 1.751),25 min 内用 NO2表示的该反应的平均反应 速率为 v(NO2)=0.22 molL -1min-1;NO 2和 O2的浓度比始终保 持不变,不能确定反应是否达到化学平衡状态,a 项错误;该反应是气体体积增大 的反应,容器中的压强不断地发生变化,当容器中压强不再变化,反应已达到化学 平衡状态,b 项正确;v正(NO2)=2v逆(N2O5)才表明达到化学平衡状态,c 项错误;在恒 容的条件下,该反应气体的密度始终保持不变,不能确定反应是否达到化学平衡 状态,d 项错
7、误。(3)平衡时正逆反应速率相等,由正反应速率 v正= k正p(NO2)p(CO),逆反应速率 v逆=k逆p(NO)p(CO2),联立可得 Kp=。(4) 合成氨反应放热,温度越低氨气的百分含量越高,所以,曲线 a 对应的温度是 200 。 按 1 mol N2与 3 mol H2反应,设 N2反应的物质的量为 x N2(g)+3H2(g)2NH3(g) 反应前(mol) 1 3 0 反应(mol) x 3x 2x 平衡时(mol) 1-x 3-3x 2x 据题意 M 点时:=60%,x= ,则氢气的转化率为100%=75%。(5) 铵根离子水解使溶液显酸性,亚硫酸根离子水解使溶液显碱性,铵根
8、离子水解得 到氨水,亚硫酸根离子水解得到亚硫酸氢根离子,亚硫酸根离子是 H2SO3的第二步 电离,由于 Kb(NH3H2O)Ka2,说明氨水比亚硫酸氢根离子的电离能力强,根据越弱 越水解,铵根离子的水解程度小于亚硫酸根离子的水解程度,故溶液显碱性。 (6)由图知,正极上 N2转化为 NH3时需要结合氢离子,故负极上生成的 H +应移向正 极,X 膜为质子交换膜或阳离子交换膜,N2在正极上得到电子后转化为 NH3。 答案:(1)2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) H=-746.5 kJ mol -1 (2)74(或 1.751) 0.22 molL -1min-1 b (3)
9、(4)200 75% (5)显碱性,因为Kb(NH3 H2O)Ka2(H2SO3),所以S水解程度大(或其他合理解释) (6)质子 N2+6e -+6H+ 2NH3 2.(2020惠州模拟)氮的化合物在生产生活中广泛存在。 键能/ (kJmol -1) 391 243 191 431 化学键 N-H Cl-Cl N-Cl H-Cl (1) 氯 胺 (NH2Cl) 的 电 子 式 为 _ 。 可 通 过 反 应 NH3(g)+Cl2(g)NH2Cl(g)+HCl(g)制备氯胺,已知部分化学键的键能如表所示, 则上述反应的 H=_ 。 NH2Cl 与水反应生成强氧化性的物质,可作长效缓释消毒剂,该
10、反应的化学方程 式为 。 (2)用焦炭还原 NO 的反应为 2NO(g)+C(s)N2(g)+CO2(g),向容积均为 1 L 的甲、 乙、丙三个恒容恒温(反应温度分别为 400 、400 、T )容器中分别加入 足量的焦炭和一定量的 NO,测得各容器中 n(NO)随反应时间 t 的变化情况如下表 所示: t/min 0 40 80 120 160 n(NO)(甲容器, 400 )/mol 2.00 1.50 1.10 0.60 0.60 n(NO)(乙容器, 400 )/mol 1.00 0.80 0.65 0.53 0.45 n(NO)(丙容器, T )/mol 2.00 1.00 0.5
11、0 0.50 0.50 该正反应为_ (填“放热”或“吸热”)反应。 乙容器在 200 min 达到平衡状态,则 0200 min 内用 NO 的浓度变化表示的平 均反应速率 v(NO)=_ 。 (3)用焦炭还原 NO2的反应为 2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g),在恒温条件下,1 mol NO2和足量 C 发生该反应,测得平衡时 NO2和 CO2的物质的量浓度与平衡总压 的关系如图所示: A、B 两点的浓度平衡常数关系:Kc(A)_Kc(B)(填“”或“=”)。 A、B、C 三点中 NO2的转化率最低的是 (填“A” “B”或“C”)点。 计算 C 点时该反应的压强平衡常数
12、 Kp(C)=_(Kp是用平衡分压代替平衡浓 度计算,分压=总压物质的量分数)。 【解析】(1)氯胺(NH2Cl)为共价化合物,电子式为;反应热 H=反应物的键能之和-生成物的键能之和=(3391+243)-(2391+191+431) =+12(kJmol -1); NH2Cl 与水反应生成氨气和具有强氧化性的次氯酸,可作长效缓释消毒剂,反应 的化学方程式为 NH2Cl+H2ONH3+HClO; (2)根据数据,甲、丙容器中 NO 的起始量相同, T 反应先达到平衡,则 T 400 ,达到平衡时,T NO 的量小于 400 时 NO 的量,说明温度升高, 平衡正向移动,该反应为吸热反应; 根
13、据 2NO(g)+C(s)N2(g)+CO2(g)可知,该反应前后气体体积不变,相同温度 下,甲与乙为等效平衡,故乙平衡时 NO 的物质的量为甲平衡时的一半,为 0.3 mol, 则 0200 min 内用 NO 的浓度变化表示的平均反应速率 v(NO)= 0.003 5 molL -1min-1; (3)A、B 两点的温度相同,平衡常数只与温度有关; 该反应是一个气体体积增大的反应,增大压强,平衡逆向移动,故 A、B、C 三点 中 NO2的转化率最低的是 B 点; 设生成二氧化碳 2x mol,由题意建立如下三段式: 2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g) 起始物质的量: 1
14、0 0 转化物质的量: 2x x 2x 平衡物质的量: 1-2x x 2x C点时NO2和CO2浓度相等,则1-2x=2x,解得:x=0.25,因C点时NO2和CO2浓度相等, 则 NO2和 CO2的分压也相等,即 Kp(NO2)=Kp(CO2),20=8 MPa, Kp(N2)=20=4 MPa, Kp(C)= =Kp(N2)=4 MPa; 答案:(1) +12 kJmol -1 NH2Cl+H2ONH3+HClO (2)吸热 0.003 5 molL -1min-1 (3) = B 4 MPa 3.(2019北京高考)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)
15、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 反应的方程式是 。 已知反应器中还存在如下反应: .CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) H1 .CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) H2 .CH4(g)C(s)+2H2(g) H3 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_ (选填字母序号)。 a.促进 CH4转化 b.促进 CO 转化为 CO2 c.减少积炭生成 用 CaO 可以
16、去除 CO2。H2体积分数和 CaO 消耗率随时间变化关系如下图所示。 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,工作示意图如下。 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: 。 【解析】(1)由于生成物为 H2和 CO2,其物质的量之比为 41,反应物是甲烷和 水蒸气,因而
17、反应方程式为 CH4+2H2O4H2+CO2。 -可得 CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),设为,用-可得 C(s)+ CO2(g)2CO(g),因此还需利用 C(s)+CO2(g)2CO(g)反应的焓变或计算可得 CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g),设为,用-可得 C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g)。 初始反应 n(H2O)n(CH4)=41,说明加入的水蒸气过量,又反应器中反应都存 在一定可逆性,根据反应知水蒸气浓度越大,甲烷的转化率越高,a 正确;根据 反应知水蒸气浓度越大,CO 的转化率越高,b 正确;和产生氢气,使得氢气 浓度变大
18、,抑制反应,积炭生成量减少,c 正确。 t1时 CaO 消耗率曲线斜率减小,因而单位时间内 CaO 的消耗率降低。 (2)电极 生成 H2时,根据电极放电规律可知 H +得到电子变为氢气,因而电极须连接负极,因 而制取 H2时,连接 K1,该电池在碱性溶液中,由 H2O 提供 H +,电极反应式为 2H2O+2e - H2+2OH -。 制 H 2时,电极 3 发生反应:Ni(OH)2+OH -e- NiOOH+H2O。 制 O2时,上述电极反应逆向进行,使电极 3 得以循环使用。 答案:(1)CH4+2H2O4H2+CO2 C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g)或 C(s)+CO
19、2(g)2CO(g) a、b、c 降低 CaO+CO2CaCO3,CaCO3覆盖在 CaO 表面,减少了 CO2与 CaO 的接触面积 (2)K1 2H2O+2e - H2+2OH - 制 H2时,电极 3 发生反应:Ni(OH)2+OH -e- NiOOH+H2O。 制 O2时,上述电极反应 逆向进行,使电极 3 得以循环使用 4.(2020 唐山模拟)某小组同学探究物质的溶解度大小与沉淀转化方向之间的关 系。已知: 物质 BaSO4 BaSO3 AgI AgCl 溶解度/g (20 ) 2.410 -4 1.410 -3 3.010 -7 1.510 -4 (1)探究 BaCO3和 BaS
20、O4之间的转化,实验操作: 实验说明 BaCO3全部转化为 BaSO4,依据的现象是加入盐酸后, _。 实验中加入稀盐酸后发生反应的离子方程式是_。 实验说明沉淀发生了部分转化,结合 BaSO4的沉淀溶解平衡解释原因: 。 (2)探究 AgCl 和 AgI 之间的转化,实验: 实验:在试管中进行溶液间反应时,同学们无法观察到 AgI转化为 AgCl,于是又 设计了如下实验(电压表读数:acb0)。 装置 步骤 电压表 读数 .如图连接装置并加入试剂,闭合 K a .向 B 中滴入 AgNO3(aq),至沉淀完全 b .再向 B 中投入一定量 NaCl(s) c .重复,再向 B 中加入与等量
21、NaCl(s) a 注:其他条件不变时,参与原电池反应的氧化剂(或还原剂)的氧化性(或还原性) 越强,原电池的电压越大;离子的氧化性(或还原性)强弱与其浓度有关。 实验证明了 AgCl 转化为 AgI,甲溶液可以是_(填序号)。 a. AgNO3溶液 b. NaCl 溶液 c. KI 溶液 实验的步骤中,B 中石墨上的电极反应式是 。 结合信息,解释实验中 bb 说明加入 Cl-使 c(I-)增大, 证明发生了 AgI + Cl - AgCl + I - 5.(2020唐山模拟)研究 NOx、SO2等大气污染物的妥善处理在环境保护方面具有 重要意义。 (1)SO2的排放主要来自煤的燃烧,工业上
22、常用氨水吸收法处理尾气中的 SO2。 已知 吸收过程中相关反应的热化学方程式如下: SO2(g)+NH3H2O(aq)NH4HSO3(aq) H1=a kJmol -1; NH3H2O(aq)+ NH4HSO3(aq)(NH4)2SO3(aq)+H2O(l) H 2=b kJmol -1; 2(NH4)2SO3(aq)+O2(g)2(NH4)2SO4(aq) H 3=c kJmol -1。 则反应 2SO2(g)+4NH3H2O(aq)+O2(g)2(NH4)2SO4(aq)+2H2O(l)的 H= kJmol -1。 (2)以乙烯(C2H4)作为还原剂脱硝(NO),脱硝机理如图 1,则总反应
23、的化学方程式 为_ ;脱硝率与温度、 负载率(分子筛中催化剂的质量 分数)的关系如图 2,为达到最佳脱硝效果,应采用的条件是 。 (3)T1温度时在容积为 2 L 的恒容密闭容器中发生反应:2NO(g)+O2(g)2NO2(g) H”“ (4) C (5) 2NO+4e - N2+2O 2- 阴极发生副反应 O2+4e - 2O 2- 6.(2020武汉模拟)乙炔可用于照明、焊接及切割金属,也是制备乙醛、醋酸、 苯、合成橡胶、合成纤维等的基本原料。甲烷催化裂解是工业上制备乙炔的方法 之一。回答下列问题: (1)已知:CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) H1=-890 kJm
24、ol -1 C2H2(g)+ O2(g)2CO2(g)+H2O(l) H2=-1 300 kJmol -1 2H2(g)+O2(g)2H2O(l) H3=-572 kJmol -1 则 2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g) H=_kJmol -1。 (2)某科研小组尝试利用固体表面催化工艺进行 CH4的裂解。 若用和分别表示 CH4、 C2H2、 H2和固体催化剂,在固体 催化剂表面 CH4的裂解过程如图所示。从吸附到解吸的过程中,能量状态最低的 是_(填标号),其理由是 。 在恒容密闭容器中充入 a mol 甲烷,测得单位时间内在固体催化剂表面 CH4的 转化率 (CH4)与温度(T0
25、 )的关系如图 1 所示,T0 后 CH4的转化率突减的原因可能 是_。 (3)甲烷分解体系中几种气体的平衡分压(p/Pa)与温度(T/)的关系如图 2 所 示。 T1 时,向 V L 恒容密闭容器中充入 0.12 mol CH4,只发生反应 2CH4(g) C2H4(g)+2H2(g),达到平衡时,测得 p(C2H4)=p( CH4)。CH4的平衡转化率为 _ 。 在上述平衡状态某一时刻,改变温度至 T2 ,CH4以 0.01 mol L -1 s-1 的平均速率增多,则 T1_T2(填“” “=”或“T2; 此反应的平衡常数表达式,将气体的平衡浓度换为平衡分压,T3 时,化学反应 2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)的气体分压为 p(CH4)=10 3、p(H 2)=10 4、p(C 2H2)=10 -1.3,压 强平衡常数 Kp=10 4.7(Pa2)。 答案:(1)+378 (2)A 甲烷的裂解为吸热反应,甲烷分子活化需要吸收能量 温度过高,催化剂活性降低 (3)66.7% 10 4.7
