高考模拟化学真题分项汇编(北京专用)3年(2021-2023)专题06 化学反应原理综合题
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考点 化学反应原理综合题
1.(2023·北京·统考高考真题)尿素合成的发展体现了化学科学与技术的不断进步。
(1)十九世纪初,用氰酸银与在一定条件下反应制得,实现了由无机物到有机物的合成。该反应的化学方程式是____________________。
(2)二十世纪初,工业上以和为原料在一定温度和压强下合成尿素。反应分两步:
ⅰ.和生成;
ⅱ.分解生成尿素。
结合反应过程中能量变化示意图,下列说法正确的是__________(填序号)。
a.活化能:反应ⅰ<反应ⅱ
b.ⅰ为放热反应,ⅱ为吸热反应
c.
(3)近年研究发现,电催化和含氮物质(等)在常温常压下合成尿素,有助于实现碳中和及解决含氮废水污染问题。向一定浓度的溶液通至饱和,在电极上反应生成,电解原理如图所示。
①电极是电解池的__________极。
②电解过程中生成尿素的电极反应式是_____________。
(4)尿素样品含氮量的测定方法如下。
已知:溶液中不能直接用溶液准确滴定。
①消化液中的含氮粒子是__________。
②步骤ⅳ中标准溶液的浓度和消耗的体积分别为和,计算样品含氮量还需要的实验数据有__________。
考点 化学反应原理综合题
1.(2023·北京丰台·统考二模)化学平衡常数在定性分析与定量分析中应用广泛。
(1)一定温度下,在密闭容器中反应:,测得如下数据。
开始浓度
10s
20s
30s
0.50
0.22
0.11
0.11
0.50
0.22
0.11
0.11
0.00
0.56
0.78
0.78
①该温度下,的平衡转化率为___________。
②该温度下,当初始投入浓度为,,时,进行实验,反应进行的方向为___________(填“正反应方向”或“逆反应方向”)。
(2)已知:25℃时,、、、的电离平衡常数。
物质
电离平衡常数
①25℃时,相同物质的量浓度的、、、溶液,由大到小的顺序为___________。
②25℃时,向溶液中加入溶液达到滴定终点,再向溶液中加入溶液,使溶液中,溶液中___________。
③结合电离平衡常数分析与溶液反应的产物___________。
④将足量通入溶液中,迅速反应得到无色溶液和白色沉淀()。放置一段时间,有和生成。先产生白色沉淀,后生成和的可能原因是___________。
2.(2023·北京房山·统考二模)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破,选择高效催化剂实现降能提效是目前研究的重点。
(1)合成氨反应为: kJ⋅mol,理论上___________温(填“高”或“低”,下同)有利于提高反应速率,___________温有利于提高平衡转化率。
(2)针对反应速率与平衡产率的矛盾、我国科学家提出了两种解决方案。
①方案一:使用双催化剂,通过光辐射产生温差(如体系温度为495℃时、Fe的温度为547℃,而的温度为415℃)。使N≡N在___________(填写“热Fe”或“冷Ti”,下同)表面断裂,氨气在___________表面生成、有利于提高合成氨的反应速率和平衡产率。
②方案二:使用M-LiH复合催化剂。催化剂组成及反应温度对合成氨速率影响如图所示。
下列说法不正确的是___________。
a.催化剂能够改变反应路径,降低反应活化能
b.相同条件下,复合催化剂更有利于提高合成氨反应速率
c.高温下,使用复合催化剂更有利于提高氨的平衡产率
(3)电催化合成氨是一种常温常压条件下,利用水作为氢源的低碳环保技术。装置示意图如右图。
①a电极应连接电源___________极。
②电催化合成氨的方程式为___________。
(4)以焦炉煤气(主要成分为H₂、CH₄及少量CO)和空气为原料,实现氨和甲醇的联和生产工艺具有广阔的应用前景。在氨醇联产中合成甲醇的主要反应为: 。请从能源及资源利用角度说明该工艺的优点___________。
3.(2023·北京海淀·统考二模)我国科学家研发的“液态阳光”计划通过太阳能发电电解水制氢,再采用高选择性催化剂将二氧化碳加氢制备甲醇。
(1)制备甲醇的主反应:。该过程中还存在一个生成的副反应,结合下列反应:
写出该副反应的热化学方程式:_______。
(2)将和按物质的量比1∶3混合,以固定流速通过盛放催化剂的反应器,在相同时间内,不同温度下的实验数据如图所示。
已知:产率
①催化剂活性最好的温度为_______(填字母序号)。
a. b. c. d.
②温度由升到,的平衡转化率和的实验产率均降低,解释原因:_______。
(3)使用薄膜电极作阴极,通过电催化法将二氧化碳转化为甲醇。
①将铜箔放入煮沸的饱和硫酸铜溶液中,制得薄膜电极。反应的离子方程式为_______。
②用薄膜电极作阴极,溶液作电解液,采用电沉积法制备薄膜电极,制备完成后电解液中检测到了。制备薄膜的电极反应式为_______。
③电催化法制备甲醇如图所示。若忽略电解液体积变化,电解过程中阴极室溶液的基本不变,结合电极反应解释原因:_______。
4.(2023·北京门头沟·统考一模)减少NOx、CO2的排放,实现资源化利用是化学工作者研究的重要课题。
(1)尿素水解生成的NH3催化还原NO是重要的烟气脱硝技术,且为可逆过程。反应过程与能量关系如图1,在以Fe2O3为主的催化剂表面可能发生的反应过程如图2。
①NH3催化还原NO为_______(填“放热”“吸热”)反应。
②上述脱硝的总反应化学方程式为:_______。
(2)电厂烟气脱氮的反应为:4NH3(g) + 6NO(g)5N2(g) + 6H2O(g) ΔH<0,现向某2 L密闭容器中分别投入一定量的NH3、NO发生以上反应,其他条件相同时,在甲、乙两种催化剂的作用下,相同时间内NO的转化率与温度的关系如图3。工业上应选择催化剂_______(填“甲”或“乙”)。在催化剂甲的作用下,温度高于210°C时,NO转化率降低的可能原因是_______。
(3)工业以NH3和CO2为原料合成尿素。液相中,合成尿素的热化学方程式为:2NH3(l) + CO2(l)H2O(l) + NH2CONH2(l) ΔH<0,在液相中,CO2的平衡转化率与温度、初始氨碳比(用L表示,L=)、初始水碳比(用W表示,W=)关系如图4。
①曲线A、B中,_______(填“A”或“B”)的W较小。
②对于液相反应,常用某组分M达到平衡时的物质的量分数x(M)代替平衡浓度来计算平衡常数(记作Kx)。195°C时,2NH3(l) + CO2(l)H2O(l) + NH2CONH2(l)的Kx的值为_______。
(4)氨气可以用于燃料电池,其原理是氨气与氧气在碱性条件下反应生成一种常见的无毒气体和水,负极的电极反应式是_______。
5.(2023·北京西城·统考一模)镁基储氢材料MgH2具有储氢量高、成本低廉等优点,发展前景广阔。
Ⅰ.MgH2热分解放出H2
MgH2(s)Mg(s)+H2(g) ΔH=+75kJ/mol
该反应的能量变化如图。
(1)E1=_____。
(2)提高H2平衡产率的措施有_____(答2条)。
Ⅱ.MgH2水解制备H2
(3)MgH2与H2O反应制备H2的化学方程式是_____。
(4)MgH2与H2O反应时,最初生成H2的速率很快,但随后变得很缓慢,原因是_____。
(5)MgCl2、NiCl2、CuCl2等盐溶液能提升MgH2的水解性能。1mol/L的几种盐溶液对MgH2水解制备H2的性能曲线如图。
已知:ⅰ.
物质
Mg(OH)2
Ni(OH)2
Cu(OH)2
Ksp
5.6×10-12
5.5×10-16
2.2×10-20
ⅱ.MgH2在MCl2(M代表Mg、Ni、Cu)溶液中水解的示意图如图。
①NiCl2溶液制备H2的性能优于MgCl2溶液,原因是_____。
②MgH2在MgCl2溶液中制备H2的性能不如在NiCl2溶液中优异,但使用MgCl2溶液利于发展“镁-氢”循环经济,原因是_____。
③CuCl2溶液制备H2的性能不如NiCl2溶液,可能的原因是_____。
6.(2023·北京房山·统考一模)氢气是一种清洁能源,氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。
Ⅰ.制取氢气
(1)甲醇和水蒸气制取氢气的过程中有下列反应:
kJ·mol
kJ·mol
写出以甲醇为原料制取氢气的热化学方程式___________。
(2)理论上,能提高平衡产率的措施有___________(写出一条即可)。
Ⅱ.储存氢气
硼氢化钠()是研究最广泛的储氢材料之一
已知:
i.B的电负性为2.0,H的电负性为2.1
ii.25℃下在水中的溶解度为55 g,在水中的溶解度为0.28 g
(3)在配制溶液时,为了防止发生水解反应,可以加入少量的___________(填写化学式)。
(4)向水溶液中加入催化剂Ru/NGR后,能够迅速反应,生成偏硼酸钠()和氢气。写出该反应的化学方程式___________。
(5)在研究浓度对催化剂Ru/NGR活性的影响时,发现B点后(见图1)增加的浓度,制氢速率反而下降,推断可能的原因是___________。
(6)用惰性电极电解溶液可制得,实现物质的循环使用,制备装置如图2所示。
①钛电极的电极反应式是___________。
②电解过程中,阴极区溶液pH___________(填“增大”“减小”或“不变”)
7.(2023·北京顺义·一模)是重要的化学试剂,在实验室和实际生产中应用广泛。
I.蒽醌法是工业上合成的主要方法,蒽醌法的反应过程如下。
(1)已知:
蒽醌法生产总反应的热化学方程式 _______
(2)反应a的反应类型为_______。
(3)向反应b后的溶液可以加入蒸馏水为萃取剂,分析蒸馏水能做萃取剂的原因_______。
II.我国科学家设计如下图所示的光电催化体系,该体系利用双极膜既能将转化为所释放的化学能用于驱动阴极的高效生成,同时还可以实现烟气脱。
(4)阳极的电极反应为_______。
(5)理论上每生成,可以实现烟气脱的物质的量为_______mol。
III.测定含量:
(6)取所得水溶液amL,用酸性溶液滴定,消耗酸性溶液vmL。已知:的还原产物是。
①酸性溶液与反应的离子方程式为_______。
②所得水溶液中的物质的量浓度为_______。
8.(2023·北京顺义·牛栏山一中校考三模)锂及其化合物广泛应用于玻璃、陶瓷和航空航天等领域,全球锂资源一半以上赋存于盐湖卤水中。
I.盐湖联合开发兑卤提锂
我国科学家以高锂卤水()为原料,富碳酸根卤水()为天然沉淀剂,提出盐湖联合开发兑卤提锂()的新方法。两种卤水的部分化学组成如下表。
离子浓度/()
16.20
91.04
45.02
194.5
7.10
26.43
1.26
146.7
33.80
136.2
39.51
56.06
(1)用化学用语解释卤水()显碱性的原因_____________。
(2)时,卤水混合沉锂的离子方程式是_____________。
(3)不同兑卤比所得混盐中,锂收率和含量(质量百分数)如图1所示,最佳兑卤比为_____________,含量随兑卤比先增大后减小的原因是_____________。
II.电化学提锂
(4)我国专家通过电极体系,实现锂资源的高效选择性提取,其原理如图2所示。当两电极分别完成其对应的氧化(脱锂)反应和还原(嵌锂)反应后,将两电极进行互换,实现锂资源由原料液侧向回收液侧的转移。
①A侧是_____________(填“原料液”或“回收液”)。
②补全电极反应式
阳极:
阴极: _____________。
9.(2023·北京平谷·统考模拟预测)氢气作为清洁能源有着广泛的应用前景,请回答下列问题:
I.转化脱硫:将天然气压入吸收塔,30℃时,在T.F菌作用下,酸性环境中脱硫过程示意图如下。
(1)过程ii的离子方程式是_______。
II.蒸气转化:在催化剂的作用下,水蒸气将氧化。结合图回答问题。
(2)写出甲烷和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式:_______。
(3)第II步为可逆反应。在800°C时,恒容密闭容器中CO的起始浓度为a mol/L,水蒸气的起始浓度为1.5a mol/L,达到化学平衡状态后,CO平衡转化率为60%,则此反应的平衡常数k=_______。
(4)在固态金属氧化物电解池中,高温共电解混合气体制备和CO,基本原理如图所示,X是电源的_______极(填“正”或“负”),电解池中阴极的反应式是_____和_______。
10.(2022·北京朝阳·北京八十中校考模拟预测)我国提出 2060 年前实现碳中和,为有效降低大气 CO2中的含量,以 CO2为原料制备甲烷、戊烷、甲醇等能源物质具有较好的发展前景。CO2在固体催化剂表面加氢合成甲烷过程中发生如下反应:
Ⅰ.主反应:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ∆H1=-156.9 kJ·mol-l
Ⅱ.副反应:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ∆H2=+41.1 kJ·mol-l
(1)已知:Ⅲ.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ∆H3=-395.6 kJ·mol-l
Ⅳ.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) ∆H4=__________。
(2)CO2加氢合成甲烷时,通常控制温度为 500 °C 左右,其可能的原因为_______。
A.反应速率快 B.平衡转化率高
C.催化剂活性高 D.主反应催化剂选择性好
(3)500 °C 时,向 1 L 恒容密闭容器中充入 4 mol CO2和 12 mol H2,初始压强为 p,20 min 时主、副反应都达到平衡状态,测得 c(H2O)=5 mol·L-1,体系压强为3/4 p, 则 0~ 20 min 内 v(CH4)=________,平衡时 CH4选择性= ___________(CH4选择性=× 100%, 计算保留三位有效数字)。
(4)以 CO2催化加氢合成的甲醇为原料,在催化剂作用下可以制取丙烯,反应的化学方程式为 3CH3OH(g) C3H6(g)+3H2O(g)。该反应的 Arrhenius 经验公式的实验数据如图中曲线 a 所示,已知 Arhenius 经验公式,(Ea为活化能,k 为速率常数,R 和 C 为常数)。当改变外界条件时,实验数据如图中的曲线 b 所示,则实验可能改变的外界条件是 __________。
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