1、高考化学冲刺专题训练：化学原理综合题 1.研究发现,氮氧化物和硫氧化物是雾霾的主要成分。回答下列问题: (1)现有下列反应: 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=-221.0 kJ mol-1 已知某反应的平衡常数表达式 K= ,请写出此反应的热化学方程式: 。 (2)往 1 L恒容密闭容器中充入一定量的 NO2,在三种不同条件下发生反应:2NO2(g)2NO(g)+O2(g),实验测得 NO2的浓度随时间的 变化如表所示(不考虑生成 N2O4
2、)。 浓度(mol L-1)时间(min) 实验序号/温度() 0 10 20 30 40 50 实验 1/800 1.00 0.80 0.65 0.55 0.50 0.50 实验 2/800 1.00 0.70 0.50 0.50 0.50 0.50 实验 3/850 1.00 0.50 0.40 0.35 0.35 0.35 下列说法正确的是 (填字母,下同)。 A.实验 2 容器内压强比实验 1的小 B.由实验 2和实验 3可判断该反应是放热反应 C.实验 1 的平衡常数比实验 3大 D.实验 2 使用了比实验 1效率更高的催化剂 E.在 010 min 内实验 2的反应速率 v(O2)
3、=0.015 mol L-1 min-1 不能判断反应已达到化学平衡状态的是 。 A.容器内的气体压强不变 B.2v正(NO2)=v逆(O2) C.气体的平均相对分子质量保持不变 D.NO2和 NO的浓度比保持不变 已知容器内的起始压强为 p0 kPa,在 800 下该反应的平衡常数 Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压 物质的 量分数)。在该温度下达到平衡后,再向容器中加入 NO2和 NO各 2 mol,平衡将 (填“向正反应方向移动”“向逆反应方 向移动”或“不移动” 。 (3)为了减少雾霾中的 SO2,工业尾气中 SO2可用饱和 Na2SO3溶液吸收,该反应的化学方程式 为
4、;25 时,若用 1 mol L-1的 Na2SO3溶液吸收 SO2,当恰好完全反应时,溶液的 pH (填“大于”“小于”或“等于” 7,溶液中各离子浓度由大到小的顺序为 (已知:常 温下 H2SO3的电离常数 Ka1=1.3 10-2,Ka2=6.2 10-8)。 2.乙烯是重要的基本化工原料,以乙烷为原料生产乙烯有多种方法。 .乙烷裂解脱氢法。 该方法的反应为 C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) H=a kJ mol-1。 (1)已知 101 kPa、298 K时,C(s)和 H2(g)生成 1 mol C2H6(g)、1 mol C2H4(g)的 H分别为-84.7 kJ mol-
5、1、+52.3 kJ mol-1。则 a= 。 .乙烷氧化脱氢法。在原料气中加入氧气,乙烷氧化脱氢的反应如下: 2C2H6(g)+O2(g)2C2H4(g)+2H2O(g) H”“0 氢化反应:(l)+H2(g)(l) H=-100.5 kJ mol-1 副反应:(l)+H2(g)(l) H=-109.4 kJ mol-1 回答下列问题: (1)反应(l)+2H2(g)(l)的 H= kJ mol-1。 (2)解聚反应在刚性容器中进行。 其他条件不变,下列有利于提高双环戊二烯的平衡转化率的条件是 (填字母)。 A.升高温度 B.降低温度 C.增大压强 D.减小压强 实际生产中常通入水蒸气以降低
6、双环戊二烯的沸点。某温度下,通入总压为 100 kPa的双环戊二烯和水蒸气,达到平衡后总压为 160 kPa,双环戊二烯的转化率为 80%,则 p(H2O)= kPa,平衡常数 Kp= kPa (Kp为以分压表示的平衡常数)。 (3)一定条件下,将环戊二烯溶于有机溶剂中进行氢化反应,反应过程中保持氢气压力不变,测得环戊烯和环戊烷的产率(以环戊二烯 为原料计)随时间的变化曲线如图所示: 将环戊二烯溶于有机溶剂中可减少二聚反应的发生,原因是 。 最佳的反应时间为 h;活化能较大的是 (填“氢化反应”或“副反应” 。 (4)已知氢化反应的平衡常数为 1.6 1012,副反应的平衡常数为 2.0 10
7、12。在恒温恒容下,环戊二烯与氢气按物质的量之比 11进行 反应,则环戊二烯的含量随时间的变化趋势是 (不考虑环戊二烯的二聚反应)。 4.二甲醚(CH3OCH3)是一种新兴化工原料,具有甲基化反应性能。 .二甲醚的生产 二甲醚的生产原理之一是利用甲醇脱水成二甲醚,化学方程式如下: 反应 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) H1 (1)已知:甲醇、二甲醚的气态标准燃烧热分别为-761.5 kJ mol-1、-1455.2 kJ mol-1,且 H2O(g)H2O(l) H=-44.0 kJ mol-1。 反应的 H1= kJ mol-1。 (2)反应中甲醇转化率、二甲醚选择性的
8、百分率与不同催化剂的关系如图 1所示,生产时,选择的最佳催化剂是 。 催化剂 甲醇转化率/% 二甲醚选择性/% SO2-TiO2/S - 35.1 98.1 SO2-TiO2/Fe3+ 52.9 98.7 GiSNL-108 81.0 98.1 SO2-Al2O3 62.1 96.4 图 1 图 2 (3)选定催化剂后,测得平衡时甲醇的转化率与温度的关系如图 2 所示。经研究产物的典型色谱图发现该过程主要存在的副反应为: 反应 2CH3OH(g)C2H4(g)+2H2O(g) H2=-29.1 kJ mol-1 工业上生产二甲醚的温度通常在 270300 ,高于 330 之后,甲醇的转化率下降
9、,根据化学平衡移动原理分析原因 是 ;根据化学反应速率变化分析原因 是 。 某温度下,以 CH3OH(g)为原料,平衡时各物质的分压数据如下表: 物质 CH3OH(g) CH3OCH3(g) C2H4(g) H2O(g) 分压/MPa 0.16 0.288 0.016 则反应中,CH3OH(g)的平衡转化率 = ,反应的平衡常数 Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,结果保留两位有 效数字)。 .二甲醚的应用 (4)图 3为绿色电源“直接二甲醚燃料电池”的工作原理示意图: 图 3 该电池的负极反应式为 。 若串联该燃料电池电解硫酸钠溶液,消耗 4.6 g 二甲醚后总共可在电解池两极收集到 13
10、.44 L(标准状况)气体,该套装置的能量利用 率为 。(保留 3位有效数字) 5.含硫化合物在工业上应用广泛,硫化物是脱硫、染料行业重要的原材料。 (1)硫酸工业烟道气中的 SO2、CO,可用如图所示的综合循环吸收法脱除: 已知再生塔中每产生 1 mol CO2(g),放出 29.9 kJ 的热量,则其发生反应的热化学方程式 为 。 (2)H2S热分解反应为 2H2S(g)2H2(g)+S2(g)。在恒容密闭容器中,H2S 的起始浓度均为 c mol L1,控制不同温度使之分解。相同 时间后测得 H2S转化率曲线如图 1所示,其中 a为平衡时转化率、b 为未平衡时转化率分别与温度的关系曲线。
11、 在 975 ,t s 时反应达到平衡,则平衡前反应的平均速率 v(S2)= (用含 c、t的代数式表示)。 请说明随温度的升高,曲线 b向曲线 a 逼近的原因: 。 (3)25 时,H2S的电离平衡常数 Ka1=1.3 10-7、Ka2=7.0 10-15。用 NaOH 溶液吸收 H2S气体得到 pH=10 的 Na2S 溶液,在此过程中水 的电离程度将 (填“增大”“减小”或“不变” ;此时溶液中 - - = 。 (4)加热 Na2S 溶液可以生成 Na2S2O3、NaOH和 H2,温度升高时还可生成 Na2SO4,图 2是含 3 mol Na2S 的溶液在不同温度下反应生 成 H2的物质
12、的量与反应时间的关系。分析图像,完全反应后生成 Na2S2O3的物质的量最多的是 (填“c”或“d” 点;不考虑离子的 水解,则 c点溶液中浓度最高的阴离子为 (写化学式),S2 -的物质的量为 。 6.二氧化碳是潜在的碳资源,无论是天然的二氧化碳气藏,还是各种炉气、尾气、副产气,进行分离回收和提纯,合理利用,意义重大。 (1)在空间站中常利用 CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g),再电解水来实现 O2的循环利用。350 时,向容积为 2 L的恒容密闭容器中 通入 8 mol H2和 4 mol CO2发生以上反应。 若反应起始和平衡时温度相同(均为 350 ),测得反应过程中压
13、强(p)随时间(t)的变化如图 1 中曲线 a所示,则上述反应的 H (填“”或“c(HS - )c(H+)c(S -)c(OH-) 解析 (1)若某反应的平衡常数表达式 K= ,可知反应为 2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g),根据盖斯定律,将 2- 得到 2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) H=-746.5 kJ mol-1。 (2)由表中数据可知实验 2 和实验 1温度相同,起始量相同,达到平衡状态时 c(NO2)相同,但达到平衡状态所需时间实验 2 小于 实验 1,说明实验 2使用了比实验 1更高效的催化剂,实验 2 容器内压强和实验 1 的压强相同
14、,A项错误,D项正确;实验 3在 850 下 反应,达到平衡时 c(NO2)比在 800 下小,说明升高温度,化学平衡向正反应方向移动,则正反应为吸热反应,B项错误;升高温度,平衡 向正反应方向移动,平衡常数会增大,所以实验 3 的化学平衡常数比实验 1 的大,C项错误;在 010 min 内实验 2的反应速率 v(O2)= v(NO2)= - - - =0.015 mol L-1 min-1,E 项正确。 A 项,由于该反应是在恒容条件下进行的,反应前后气体体积不相等,若容器内的气体压强不变,说明反应达到平衡状态;B 项, 速率之比等于化学计量数之比,v正(NO2)=2v逆(O2)能说明 O
15、2的正逆反应速率相等,反应达到平衡状态,而 2v正(NO2)=v逆(O2)不符合;C 项,其他条件不变,若反应未达到平衡状态,气体的物质的量改变,气体的平均相对分子质量会发生变化,因此气体平均相对分子质量 保持不变,说明反应达到平衡状态;D项,NO2和 NO的浓度比保持不变说明正逆反应速率相同,反应处于平衡状态。 已知容器内的起始压强为 p0 kPa,800 下达到平衡状态时 c(NO2)=0.50 mol L-1,由于容器的容积为 1 L,所以 n(NO2)=0.50 mol, 结合三段式法列式计算: 2NO2(g)2NO(g)+O2(g) 起始量(mol) 1 0 0 转化量(mol) 0
16、.5 0.5 0.25 平衡量(mol) 0.5 0.5 0.25 平衡状态气体的总物质的量 n(总)=0.5 mol+0.5 mol+0.25 mol=1.25 mol,则平衡时压强为 1.25p0 kPa。在 800 下该反应的平衡 常数 Kp= ( ) ( ) ( ) =0.25p0;在该温度下达到平衡后,平衡常数 K= =0.25,再向容器中加入 NO2和 NO各 2 mol,浓 度商 Qc= =0.25=K,说明平衡不移动。 (3)当恰好完全反应,溶液中生成 NaHSO3,根据题意可知 HS - 的电离平衡常数为 Ka2=6.2 10-8,HS - 在溶液中也存在水解平衡 HS -
17、+H2OH2SO3+OH-,水解平衡常数 Kh= - - = - - = = - - 7 710 -13c(H+)c(S -)c(OH-)。 2.答案 (1)+137.0 (2) 副反应速率变大(或副反应增多) 850 (3)0 1 (4)C2H6-2e-C2H4+2H+ 质子膜将氧气和乙烷、乙烯隔开,使脱氢和氧化分开进行,所以没有 CO2产生 解析 (1)根据已知条件可得:.2C(s)+3H2(g)C2H6(g) H1=-84.7 kJ mol-1;.2C(s)+2H2(g)C2H4(g) H2=+52.3 kJ mol-1。根据盖斯定律,由-得反应.C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)
18、 H=+52.3 kJ mol-1+84.7 kJ mol-1=137.0 kJ mol-1。 (2)反应 2C2H6(g)+O2(g)2C2H4(g)+2H2O(g) 的平衡常数表达式 K= ;因该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向 移动,K减小,故 K(750 )K(900 )。 当温度超过 800 时,副反应速率变大(或副反应增多),乙烯的选择性降低。根据表中数据,乙烷转化率较高、乙烯选择性较 高且产率较高的温度为 850 ,故适宜的反应温度为 850 。 (3)已知该反应的速率方程为 v=kpm(O2) pn(C2H6),根据图中信息可知 v 不随 pm(O2)的变化而变化,故 m=0
19、,v与 pn(C2H6)呈正比例 关系,故 n=1。 (4)在燃料电池的负极,乙烷在酸性条件下失去电子生成乙烯,电极反应式为 C2H6-2e-C2H4+2H+,这种电池工作过程中没有 CO2排放,原因是质子膜将氧气和乙烷、乙烯隔开,使脱氢和氧化分开进行,所以没有 CO2产生。 3.答案 (1)-209.9 (2)AD 25 960 (3)降低环戊二烯浓度,减小二聚速率;稀释有利于平衡向解聚方向移动 4 副反应 (4)先变小后变大(最后不变) 解析 (1)根据盖斯定律,由氢化反应+副反应得(l)+2H2(g)(l) H=-100.5 kJ mol-1-109.4 kJ mol-1=-209.9
20、kJ mol-1。 (2)提高双环戊二烯的平衡转化率即使平衡正向移动。升高温度,平衡向吸热反应方向即正反应方向移动,A 项符合,B项不符 合;减小压强,平衡向气体体积增大的方向即正反应方向移动,D 项符合,C项不符合。 某温度下,通入总压为 100 kPa 的双环戊二烯和水蒸气,达到平衡后总压为 160 kPa,增压 60 kPa,双环戊二烯的转化率为 80%, 则反应前双环戊二烯的分压为 =75 kPa,则 p(H2O)=100 kPa-75 kPa=25 kPa。平衡时双环戊二烯、环戊二烯的平衡分压分别为 15 kPa、120 kPa,平衡常数 Kp= =960 kPa。 (3)根据图中信
21、息可知,4 h 时环戊烯的产率最大,故最佳的反应时间为 4 h;根据各反应的焓变以及环戊烯和环戊烷产率随时间 的变化曲线可知,活化能较大的是副反应。 (4)开始一段时间,氢化反应的活化能较小,氢化反应比副反应快,环戊二烯的含量随时间的推移变小;一段时间后,由于副反应的 平衡常数大于氢化反应的平衡常数,副反应进行的程度大、放热多,使氢化反应逆向进行,环戊二烯的含量随时间推移又变大,直至最 后不变。 4.答案 (1)-23.8 (2)GiSNL-108 (3)该反应是放热反应,温度升高,平衡逆向移动,故甲醇的转化率下降 温度升高,催化剂失活,对二甲醚的选择性下降,故甲醇 的转化率下降 75% 3.
22、6 (4)CH3OCH3-12e-+3H2O2CO2+12H+ 66.7% 解析 (1)已知:CH3OH(g)+ O2(g) CO2(g)+2H2O(l) H=-761.5 kJ mol-1 CH3OCH3(g)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l) H=-1455.2 kJ mol-1 H2O(g)H2O(l) H=-44.0 kJ mol-1 根据盖斯定律, 2-得:2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) 的 H1=(-761.5 kJ mol-1) 2-(-1455.2 kJ mol-1)-(-44.0 kJ mol- 1)=-23.8 kJ mol-1。 (3)工业
23、上生产二甲醚的反应是放热反应,温度升高,平衡逆向移动,甲醇的转化率下降,所以高于 330 之后,甲醇的转化率下 降;从化学反应速率变化分析,温度升高,催化剂失活,对二甲醚的选择性下降,甲醇的转化率下降。 用平衡分压代替平衡浓度列出三段式: 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) 起始(Mpa) 0.736 0 0 转化(Mpa) 0.576 0.288 0.288 平衡(Mpa) 0.16 0.288 0.288 由化学方程式 2CH3OH(g)C2H4(g)+2H2O(g)可知,转化为 C2H4的 CH3OH 的量为 0.016 MPa 2=0.032 MPa,所以起始时 CH
24、3OH 的总量为 0.736 MPa+0.032 MPa=0.768 MPa,其他条件相同时,压强之比等于物质的量之比,则反应中 CH3OH(g)的平衡转 化率 = 100%=75%。 由化学方程式 2CH3OH(g)C2H4(g)+2H2O(g)可知,反应转化为 H2O 的量为 0.016 MPa 2=0.032 MPa,则平衡时 H2O(g)的平 衡分压为 0.288 MPa+0.032 MPa=0.32 MPa。 反应的平衡常数 Kp= = =3.6。 (4)原电池负极发生氧化反应,由图可知,溶液为酸性条件,二甲醚失电子生成二氧化碳,电极反应式为 CH3OCH3-12e-+3H2O 2C
25、O2+12H+。 电解硫酸钠溶液,两极生成氢气和氧气,若两极收集到 13.44 L(标准状况)气体,生成气体的物质的量为 - =0.6 mol,生成 的氢气和氧气的体积之比为 21,则阴极产生 0.4 mol H2,阳极产生 0.2 mol O2,电路中转移电子 0.2 mol 4=0.8 mol。由燃料电池负 极反应式 CH3OCH3-12e-+3H2O2CO2+12H+可知,消耗 4.6 g二甲醚转移电子 - 12=1.2 mol,所以能量利用率为 100 66 7 。 5.答案 (1)Na2SO4(s)+4CO(g)Na2S(s)+4CO2(g) H=-119.6 kJ mol-1 (2
26、) mol L-1 s-1 温度升高,反应速率增大,达到平衡所需时间缩短 (3)增大 7.0 10-5 (4)d S - 0.5 mol 解析 (1)再生塔中发生的反应是 Na2SO4+4CO4CO2+Na2S,生成 4 mol CO2时放出的热量为 4 29.9 kJ=119.6 kJ,该反应的 热化学方程式为 Na2SO4(s)+4CO(g)Na2S(s)+4CO2(g) H=-119.6 kJ mol-1。 (2)达到平衡时,消耗的 c(H2S)=0.4c mol L-1,同时生成的 c(S2-)=0.2c mol L-1,v(S2)= mol L-1 s-1。随着温度升高,化学反应 速
27、率增大,达到平衡所需时间缩短,曲线 b向曲线 a 逼近。 (3)NaOH 为强碱,抑制水的电离,Na2S 为强碱弱酸盐,S2-水解促进水的电离,因此用 NaOH 溶液吸收 H2S 气体生成 Na2S的过程中, 水的电离程度增大; - - = - - = - - =7.0 10-5。 (4)温度升高可生成 Na2SO4,c 点温度高于 d点温度,一部分 S 元素转化为 Na2SO4,因此生成 Na2S2O3物质的量最多的是 d点;根 据反应,S元素的化合价升高,H 元素的化合价降低,设生成的 n(Na2S2O3)=x mol,根据硫元素守恒,n(Na2SO4)=(3-2x) mol,根据得失电子
28、 守恒,得出 2x mol 4+(3-2x) mol 8=10 mol 2,解得 x=0.5,即 n(Na2S2O3)=0.5 mol,n(Na2SO4)=2 mol,c 点溶液中浓度最高的阴离子是 S -,S 2 -的物质的量为 0.5 mol。 6.答案 (1) 加入催化剂 0 (2)0.2 (3)阴 2Al2(CO3)3+3C4Al+9CO2 解析 (1)根据 pV=nRT,此反应 V 一定,正反应为气体体积减小的反应,图像显示有一段时间压强增大,说明 T增大,正反应为 放热反应,H0;根据图像分析发现曲线 b 相对于曲线 a的不同点只是速率加快,达到平衡时间缩短,所以改变的条件是使用了
29、催化 剂。 设 CO2转化了 x mol L-1,列三段式: CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g) 起始(mol L-1) 2 4 0 转化(mol L-1) x 2x 2x 平衡(mol L-1) 2-x 4-2x 2x - - = ,解得 x=1, K= =1,lgK=lg1=0。 (2)根据表格列出各物质的物质的量变化: . CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) 转化(mol) n 3n n n . CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) 转化(mol) 0.3-n 0.3-n 0.3-n 0.3-n 平衡时各物质的物质的量:n(CO2)=(0
30、.5-n-0.3+n)mol=0.2 mol;n(H2)=(0.9-3n-0.3+n) mol=(0.6-2n) mol;n(CH3OH)=n mol;nH2O(g)=0.3 mol;n(CO)=(0.3-n) mol。 根据 T、V 一定时,压强之比等于物质的量之比计算 n, - - = =1.4,解得 n=0.2。 平衡后总物质的量为(0.2+0.6-2 0.2+0.2+0.3+0.3-0.2)mol=1.0 mol。平衡后各物质分 压:p(CO2)= p=0.2p;p(H2)= p=0.2p;p(CH3OH)= p=0.2p;pH2O(g)= p=0.3p。Kp= = (kPa) -2。 (3)因为放电时负极反应式为 Al-3e-Al3+,则充电时发生的电极反应是 Al3+3e-Al,得电子为阴极反应;充电时总反应式为 2Al2(CO3)3+3C4Al+9CO2。
