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    最新高考化学二轮复习讲练测 专题15 化学反应原理综合题(练)
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      专题15 化学反应原理综合题(练)-2023年高考化学二轮复习讲练测(新高考专用)(原卷版).docx
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    最新高考化学二轮复习讲练测 专题15 化学反应原理综合题(练)

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    这是一份最新高考化学二轮复习讲练测 专题15 化学反应原理综合题(练),文件包含专题15化学反应原理综合题练-2023年高考化学二轮复习讲练测新高考专用原卷版docx、专题15化学反应原理综合题练-2023年高考化学二轮复习讲练测新高考专用解析版docx等2份试卷配套教学资源,其中试卷共63页, 欢迎下载使用。

    一、对知识进行层级化的框架梳理:生物知识点比较多,我们可以引导学生以逻辑关系对知识进行层级化的“知识框架”梳理,以便让学生更牢固地掌握基础知识, 从而能够更好地把知识融会贯通。
    二、回归教材,注重教材细节:新课标I卷的题“不偏”“不怪”“不坑”,不会在题目中设“语言陷阱”,大多数题考查的内容直接或改编至教材。
    三、帮助学生进行“方法类知识”的梳理,深入理解生物学研究方法
    四、掌握生物学实验的两大要素:自变量和对照。
    自变量保证了实验设计的逻辑正确,对照保证实验在特定条件下进行。所有的实验设计题都是由自变量得到的因变量(实验结论),因此在做实验题时首先要找准自变量。
    五、帮助学生总结一些答题技巧
    做选择题把握住(1)高考题往往有非常明确的选项,比我们平时的模拟题要简单。(2)对于重要概念不能过于死记硬背,要理解。(3)生物不是数学,不考复杂的计算,数字越复杂,答案可能越简单。所以要善于运用倒推法、排除法来做选择题。做好以上几点,相信二轮复习后学生会有一个很大的提升。
    专题15 化学反应原理综合题

    1.工业燃烧煤、石油等化石燃料释放出大量氮氧化物(NOx)、SO2、CO等有害气体,对废气进行脱硝、脱硫处理可实现绿色环保、废物利用。
    (1)利用氢气还原法脱硝。
    已知:①H2的燃烧热为285.8kJ/ml

    写出在催化剂存在下,H2还原NO2生成液态水和无毒物质的热化学方程式:_______。
    (2)研究表明CO2与N2O可在Pt2O+表面转化为无害气体,其反应进程及能量变化过程如图所示。
    ①该反应在常温下能否自发进行_______。
    ②从图中分析,N2O和CO2之间的反应分为两个过程,其中决速步为_______(填“第1步”或“第2步”)反应,写出另一步的转化关系式_______。
    (3)利用如图装置,模拟电化学方法除去雾霾中的NO、SO2,则a极为_______极(填“阳”或“阴”),溶液A的溶质除了有大量(NH4)2SO4,还有_______(填化学式)。
    【答案】(1)
    (2)能 第 1 步
    (3)阳 H2SO4
    【解析】(1)H2的燃烧热的化学方程式为H2+O2=H2O ,在催化剂存在下,H2还原NO2生成液态水和无毒物质的化学方程式为,根据盖斯定律,4×①-②可得热化学方程式为;(2)①根据反应进程及能量变化过程可知该反应的的化学方程式为N2O+CON2+CO2 ,其熵变不变,,在常温下能自发进行;②活化能越大,反应速率越慢,且决定总反应速率,根据能量变化过程可知第1步的活化能大于第2步的活化能,故决速步为第1步;根据反应进程可知第2步中CO和为反应物,产物为CO2和Pt2O+,转化关系式为;(3)由于溶液A的溶质有大量(NH4)2SO4,故NO得电子生成,故a电极为阳极,b电极为阴极,a电极(阳极)的电极反应为SO2+2H2O-2e-=SO+4H+,故溶液A的溶质除了有大量(NH4)2SO4,还有H2SO4。
    2.当今,世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点。因此,研发二氧化碳利用技术,降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。
    (1)以CO2与NH3为原料可合成尿素[CO(NH2)2]回收CO2并为农业服务,
    已知:反应I.2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s) △H=-159.47kJ•ml-1
    反应Ⅱ.NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H=+116.49kJ•ml-1
    在相同条件下,反应2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(g)正反应的活化能Ea为225.36kJ/ml,则逆反应的活化能Ea为_____。
    (2)在密闭容器中通入物质的量均为0.5ml的CH4和CO2,在一定条件下发生反应CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g),CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图2所示。
    ①由图可知:p1压强______p2(填“>”、“<”或“=”)。
    ②Y点:v(正)_____v(逆)(填“>”、“<”或“=”);已知气体分压(p分)=气体总压(p总)×气体的物质的量分数。用平衡分压代替平衡浓度可以得到平衡常数Kp,已知p2=akPa,求X点对应温度下反应的平衡常数Kp=_____。
    (3)CO2可以被NaOH溶液捕获。若所得溶液pH=8.5,CO2主要转化为_____(写离子符号);若所得溶液c(HCO):c(CO)=1:1,溶液pH=_____。(室温下,H2CO3的K1=4×10-7;K2=5×10-11;lg5=0.7)
    (4)工业上也可以用电解法捕获CO2,如图,CO2在酸性水溶液中用惰性电极电解制得乙烯,其原理如图所示,则该电解池的总反应式为_____。
    【答案】(1)8221.98kJ/ml (2) < > (3) 10.3 (4)
    【解析】(1)根据盖斯定律Ⅰ-Ⅱ可得2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s) +H2O(g) △H =-42.98kJ/ml,又已知:△H=正反应的活化能-逆反应的活化能,正反应的活化能Ea为8179kJ/ml,则逆反应的活化能Ea =(8179 +42.98)kJ/ml = 8221.98kJ/ml;(2)①由图可知,温度一定时,甲烷的转化率α(p1)>α(p2),该反应正反应是气体体积增大的反应,增大压强平衡向逆反应进行,甲烷的转化率降低,故压强p2>p1;②Y点在曲线下方说明未达到反应平衡,故平衡正向移动,v(正)>v(逆);已知p2=akPa,,,求X点对应温度下反应的平衡常数Kp=;(3)CO2可以被NaOH溶液捕获。若所得溶液pH=8.5, , , , CO2主要转化为HCO3-;若所得溶液c(HCO3-):c(CO32-)=1:1, , ,溶液pH=10.3;(4)CO2在阴极得电子生成乙烯,碳元素化合价由+4价变为-2价,电解质溶液为酸性,所以该电极反应方程式为: ,a极6H2O-12e-=3O2↑+12H+,总反应方程式为。
    3.铝系金属复合材料能有效还原去除水体中的硝酸盐污染。铝粉表而复合金属的组分和含量,会影响硝酸盐的去除效果。
    (1)在相同实验条件下,分别使用纯铝粉和Cu负载量为3%、4%、5%的Al/Cu二元金属复合材料对硝酸盐的去除效果如图所示。
    ①由如图可知用Al/Cu二元金属复合材料去除水体中硝酸盐效果明显优于铝粉,可能原因是_______。
    ②实验发现Al/Cu二元金属复合材料中Cu负载量过高也不利于硝酸盐的去除,可能原因是_______。
    (2)在Al/Cu二元金属复合材料基础上引入Pd形成三元金属复合材料,其去除水体中硝酸盐的机理如图所示。
    ①使用Al/Cu二元金属复合材料,可将水体中硝酸盐转化为铵盐,该转化的机理可描述为: H+吸附在Cu表面并得电子生成强还原性的吸附氢H(ads),_______, NH3与H+结合为进入溶液。
    ②引入Pd的Al/Cu/Pd三元金属复合材料,硝酸盐转化为N2选择性明显提高,可能原因是_______
    ③其他条件相同时,Al/Cu/Pd 三元金属复合材料去除水体中硝酸盐的效果与溶液pH关系如图所示。水体pH在4至6范围内,随pH增大硝酸盐去除率降低的可能原因是_______;水体pH在8.5至10范围内,随pH增大硝酸盐去除率升高的可能原因是_______。
    【答案】(1) Cu能催化铝粉去除硝酸盐的反应(或形成Al-Cu原电池,增大铝粉去除硝酸盐的反应速率) 因为过多的Cu原子覆盖于二元金属表面,减少了表面Al原子数,从而减少Al 与水体中硝酸盐的接触机会,使硝酸盐去除效果减弱 (2) 吸附氢H(ads)与同样吸附于Cu表面的(ads)反应生成(ads),(ads) 脱离Cu表面被释放到溶液中,溶液中(ads)转移并吸附在A1表面被还原为NH3 (ads) 由图可知Cu表面吸附的H(ads)不能将(ads)转化为N2,而Pd表面吸附的H (ads)可实现上述转化。Cu表面生成的(ads) 可转移并吸附在Pd表面,被Pd表面的H(ads)进一步还原为N2 pH在4~6范围内,随pH增大,溶液中氢离子浓度减小,催化剂表面产生的H (ads)减少,使硝酸盐去除率降低 pH在8.5~10范围内,随着pH增大,氢氧根浓度增大,促进铝表面氧化铝的溶解,同时铝与OH-反应产生的氢原子能还原硝酸根,使硝酸盐的去除率升高
    【解析】(1)①根据图中曲线可知,用Al/Cu二元金属复合材料去除水体中硝酸盐效果明显优于铝粉,可能的原因是:Cu能催化铝粉去除硝酸盐的反应(或形成Al-Cu原电池,增大铝粉去除硝酸盐的反应速率);②因为过多的Cu原子覆盖于二元金属表面,减少了表面Al原子数,从而减少Al 与水体中硝酸盐的接触机会,使硝酸盐去除效果减弱,故Al/Cu二元金属复合材料中Cu负载量过高也不利于硝酸盐的去除;(2)①H+吸附在Cu表面并得电子生成强还原性的吸附氢H(ads),吸附氢H(ads)与同样吸附于Cu表面的(ads)反应生成(ads),(ads) 脱离Cu表面被释放到溶液中,溶液中(ads)转移并吸附在A1表面被还原为NH3 (ads),NH3与H+结合为进入溶液,故使用Al/Cu二元金属复合材料,可将水体中硝酸盐转化为铵盐;②由图可知Cu表面吸附的H(ads)不能将(ads)转化为N2,而Pd表面吸附的H (ads)可实现上述转化。Cu表面生成的(ads) 可转移并吸附在Pd表面,被Pd表面的H(ads)进一步还原为N2,故引入Pd的Al/Cu/Pd三元金属复合材料,硝酸盐转化为N2选择性明显提高;③pH在4~6范围内,随pH增大,溶液中氢离子浓度减小,催化剂表面产生的H (ads)减少,使硝酸盐去除率降低;pH在8.5~10范围内,随着pH增大,氢氧根浓度增大,促进铝表面氧化铝的溶解,同时铝与OH-反应产生的氢原子能还原硝酸根,使硝酸盐的去除率升高。
    4.甲醇是重要的化工原料,研究甲醇的制备及用途在工业上有重要的意义。
    一种工业制备甲醇的反应为
    (1)向某容器中通入一定量CO2和H2发生反应,达到平衡后,下列措施能提高CH3OH平衡产率的有_______(填标号)。
    a.恒压下,充入惰性气体 b.加入高效催化剂
    c.恒容下,充入CO2 d.适当升高温度
    (2)在540K下按初始投料比n(CO2):n(H2)=3:1、n(CO2):n(H2)=1:1、n(CO2):n(H2)=1:3,得到不同压强条件下H2的平衡转化率关系图:
    ①a、b、c各线所表示的投料比由大到小的顺序为_______(用字母表示)。
    ②点N在线b上,计算540K时的压强平衡常数Kp=_______(MPa)-2(用平衡分压代替平衡浓度计算,已知分压=物质的量分数×总压)。
    (3)目前世界上一半以上的乙酸都采用甲醇与CO反应来制备。反应如下:。在恒压密闭容器中通入一定量的CH3OH和CO气体,测得甲醇的转化率随温度变化如图所示。
    ①温度为T1时,该反应的正反应速率v(B)正_______v(A)正(填“>”,“=”或“<”)。
    ②B、C、D三点的逆反应速率大小关系_______。
    【答案】(1)c (2) a>b>c 0.5 (3) < VD>VC>VB
    【解析】(1)提高甲醇的产率可以通过促进反应正向进行的措施达到;a.恒压下充入惰性气体,相当于增大体积,减小物质的浓度,a不符合题意;b.催化剂只能影响反应速度,不影响产率,b不符合题意;c.恒容下,充入CO2,增大反应物浓度,促进平衡正向进行,提高甲醇的产率,c符合题意;d.该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向进行,减小产率,d不符合题意;故答案为:c;(2)①投料比大,则氢气的平衡转化率越高,由图甲可知,a、b、c各曲线所表示的投料比大小顺序为a>b>c;②540K时,b曲线所代表的投料比为n(CO2):n(H2)=1:1,设二氧化碳和氢气的起始物质的量均为1ml,N点氢气的平衡转化率为60%,则氢气反应的物质的量为1ml×60%=0.6ml,平衡时二氧化碳的物质的量为1ml-0.2ml=0.8ml、氢气的物质的量为1ml-0.6ml=0.4ml、甲醇和水的物质的量均为0.2ml,混合气体的总物质的量为0.8ml+0.4ml+0.2ml+0.2ml=1.6ml,总压强为2MPa,则二氧化碳、氢气、甲醇、水平衡时对应的分压分别为、、、,因此;(3)①温度T1时的A点尚未达到平衡状态,相比该温度下平衡时的B点,A点甲醇的浓度更大,故正反应速率更快,v(B)正TC>TB,温度越高反应速率越快。
    5.氢能是一种极具发展潜力的清洁能源。
    (1)硫碘循环制氢
    热化学硫碘循环分解水是一种高效、无污染的制氢方法。其反应过程如下所示:
    反应Ⅰ:
    反应Ⅱ:
    反应Ⅲ:
    已知:。则反应Ⅱ的_______。
    (2)生物质制氢
    电解—葡萄糖制氢实验的装置如图所示,电极两侧的电解液在泵的作用下在电解液储槽和电极间不断循环。
    ①该装置产生氢气速率明显高于不加入直接电解葡萄糖制氢。其原因是_______。
    ②电解—葡萄糖制氢的反应过程可描述为_______。
    ③电解一段时间后,需向储槽中补充的物质是_______。
    (3)氢气应用
    最新研制出的由裂解气(、、)与煤粉在催化剂条件下制乙炔,该生产过程是目前清洁高效的煤化工过程。将乙烯和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂),发生反应:。出口气体中测得含有乙烯、乙炔、氢气。下图为乙炔产率与进料气中的关系。
    ①当进料气中时,出口气体中乙炔的体积分数为_______。
    ②图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势,其降低的原因是_______。
    【答案】(1) (2) 葡萄糖为非电解质,水溶液不导电,直接电解不易产生氢气 氧化葡萄糖生成,含有的溶液在泵的作用下在阳极表面氧化生成,同时生成大量的,经过质子交换膜在阴极表面得电子生成氢气 葡萄糖(3) 11.76% 开始时充入氢气是为活化催化剂,故稍增大氢气的量能让乙炔产率增大,原料中过量会使反应③平衡逆向移动,所以乙炔产率下降
    【解析】(1)反应Ⅰ:,反应Ⅱ:,反应Ⅲ:,反应IV,由盖斯定律可知,-IV-Ⅰ2-Ⅲ2得到,所以△H2=-△H4-△H12-△H22=。(2)由题干信息可知,右侧区电解产生H2,电极反应为:2H++2e-=H2↑,发生还原反应,故右侧区为阴极区,则电源中B为负极,A为正极,左侧区为阳极区,电极反应为:C6H12O6-24e-+6H2O=6CO2↑+24H+,据此分析解题。①因为葡萄糖为非电解质,水溶液不导电,直接电解不易产生氢气,故产生氢气速率明显高于不加入直接电解葡萄糖制氢。②电解—葡萄糖时氧化葡萄糖生成,含有的溶液在泵的作用下在阳极表面氧化生成,同时生成大量的,经过质子交换膜在阴极表面得电子生成氢气。③电解一段时间后,需向储槽中补充葡萄糖。
    (3)①当进料气中时,设n(H2)=2ml,n(C2H4)=1ml,乙炔的产率为40%,故有
    则乙炔的体积分数为=11.67%。②乙烯分解产生乙炔和氢气,一开始充入氢气是为活化催化剂,故稍增大氢气的量能让乙炔产率增大,增大氢气的量会促使反应③平衡逆向移动,从而减少平衡体系中的乙炔的含量,使乙炔的产率降低。
    6.当今中国积极推进绿色低碳发展,力争在2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。因此,研发CO2利用技术,降低空气中CO2含量成为研究热点。在5MPa压强下,恒压反应器中通入3mlH2,1mlCO2气体同时发生反应Ⅰ,Ⅱ如下:
    反应Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1K1
    反应Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2K2
    (1)如图(a)所示,则ΔH1-ΔH2_______0(填“>”、“<”或“=”)。
    (2)在5MPa压强下,恒压反应器中通入3mlH2、1mlCO2气体,CO2的平衡转化率及CH3OH的平衡产率随温度变化关系如图(b)。
    已知:
    ①下列说法正确的是_______。
    A.反应过程中,容器内压强不再变化,说明反应Ⅰ达到平衡
    B.反应过程中,气体密度维持不变,说明反应Ⅰ达到平衡
    C.增大压强能同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率
    D.加入对反应Ⅰ催化效果更佳的催化剂,可以提高CH3OH的产率
    ②475K时,反应Ⅱ的压强平衡常数Kp=_______(压强平衡常数:用平衡分压代替平衡浓度,分压=总压×气体物质的量分数)。
    (3)图(b)中500K以后,CO2平衡转化率随温度升高而增大的原因_______。
    (4)反应Ⅱ的正反应速率方程为v正=k正·c(CO2)·c(H2),逆反应速率方程为v逆=k逆·c(CO)·c(H2O),其中k正、k逆分别为正、逆反应的速率常数,只受温度影响。lgk与(温度的倒数)的关系如图所示,①、②、③、④四条斜线中,表示lgk正的是_______。
    (5)我国科学家研究Li—CO2电池中取得了重大科研成果。Li—CO2电池中,Li为单质锂片,CO2在正极发生电化学反应,电池反应产物为碳酸锂和单质碳,CO2电还原后与锂离子结合形成碳酸锂按以下4个步骤进行,写出步骤Ⅲ的离子方程式_______。
    Ⅰ.
    Ⅱ.
    Ⅲ.……
    Ⅳ.
    【答案】(1)<(2) BCD 或1.86×10-2(3)反应I放热,温度升高平衡左移,反应II吸热,温度升高平衡右移,500K以后,温度升高,反应II平衡右移的程度更大,故CO2平衡转化率增大(4)④(5)2+CO2=2+C
    【分析】图(a)的横坐标为,则越大,T越小,对反应I来说,随着温度的不断降低,lgK不断增大,K不断增大,则平衡正向移动,所以ΔH1<0;对反应II来说,随着温度的不断降低,lgK不断减小,K不断减小,则平衡逆向移动,所以ΔH2>0。
    【解析】(1)由分析可知,ΔH1<0,ΔH2>0,则ΔH1-ΔH2<0;(2)①A.因为反应在恒压反应器中进行,容器内压强始终不变,反应I不一定达到平衡,A不正确;B.反应过程中,压强恒定,则容积可变,气体的总质量不变,体积改变,则气体密度随反应进行而改变,当密度不变时,反应I达到平衡,B正确;C.增大压强,反应I正向移动,则同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率,C正确;D.加入对反应I催化效果更佳的催化剂,则反应I进行的程度更大,可以提高CH3OH的产率,D正确;故答案为:BCD;②475K时,设CO2转化为CH3OH的物质的量为x,CO2转化为CO的物质的量为y。由CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)和CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)可得出,参加反应的CO2的物质的量为(x+y),参加反应的H2的物质的量为(3x+y),生成CH3OH的物质的量为x,生成CO的物质的量为y,生成H2O的物质的量为(x+y)。依题意可得出:x+y=1×30%,x=1×20%,从而求出x=0.2ml,y=0.1ml;达平衡时,混合气体中含CO2的物质的量为1-x-y=0.7ml,H2的物质的量为3-3x-y=2.3ml,CO的物质的量为0.1ml,H2O的物质的量为x+y=0.3ml,则反应II的压强平衡常数Kp==或1.86×10-2;(3)升高温度,反应I中CO2的转化率减小,反应II中CO2的转化率增大,而图(b)中500K以后,CO2平衡转化率随温度升高而增大,则表明500K以后,反应II中平衡移动占主导地位,从而得出原因为:反应I放热,温度升高平衡左移,反应II吸热,温度升高平衡右移,525K以后,温度升高,反应II平衡右移的程度更大,故CO2平衡转化率增大;(4)第一步反应为二氧化碳和氢气生成一氧化碳和水,生成物能量较高,反应含变大于零,温度降低,平衡逆向移动,V正、V 均减小,k正、k递均减小,且k(正)减小的程度大于k(逆)减小的程度,则表示lgk(正)的是④,表示lgk(逆)的是3;故答案为:④;(5)步骤Ⅲ中,转化为且生成C,表明另一反应物作氧化剂,则只能为CO2,由此得出反应的离子方程式为:2+CO2=2+C。
    7.中国自古有“信口雌黄”、“雄黄入药”之说。雌黄和雄黄都是自然界中常见的砷化物,早期都曾用作绘画颜料,因都有抗病毒疗效也用来入药。
    (1)砷元素有、两种常见价态。一定条件下,雌黄和雄黄的转化关系如图所示。
    ①I中氧化剂是________________________(填化学式)。
    ②Ⅱ中若反应,转移,写出Ⅱ的化学方程式:____________。
    (2)Ⅲ中产物亚砷酸可以用于治疗白血病,其在溶液中存在多种微粒形态,各种微粒物质的量分数与溶液的关系如图所示。
    ①人体血液的在7.35~7.45之间,用药后人体中含砷元素的主要微粒是____________(填化学式)。
    ②将溶液滴入溶液,在溶液pH由8变至10的过程中,发生反应的离子方程式是____________。
    (3)P与属于同主族元素,亚磷酸二氢钾是一种杀菌消毒剂。已知:常温下,的电离常数;;。以和为原料制备和的装置如图。
    ①已知与足量的溶液反应生成,由此推知是____________(填“正”或“酸式”)盐。
    ②常温下溶液____________7(填“>”、“<”或“=”)。
    ③膜2为____________(填“阴”或“阳”)离子交换膜,电极上发生的电极反应式为:____。
    【答案】(1)
    (2)(或)
    (3) 正 < 阴
    【解析】(1)①I中砷元素化合价由+3变为-2,得到电子发生还原反应,为氧化剂,故填As2S3;②Ⅱ中和氧气发生反应生成As2O3,砷元素化合价由+2变为+3,化合价升高,1分子中砷转移电子4;若反应,转移,则根据电子守恒可知,硫的化合价变化为,则反应生成二氧化硫气体,氧得到电子发生还原反应,根据电子守恒和质量守恒可知,Ⅱ的化学方程式:;(2)①人体血液的在7.35~7.45之间,由图可知,用药后人体中含砷元素的主要微粒是(或);②将溶液滴入溶液,在溶液pH由8变至10的过程中,和氢氧化钾反应转化为和水,发生反应的离子方程式是;(3)①已知与足量的溶液反应生成,由此推知中不再可以电离出氢离子,故其是正盐;②常温下溶液中其水解常数为,水解小于电离,故溶液显酸性,pH<7;③以和为原料制备和,则右侧碳电极为阴极,水放电生成氢气和氢氧根离子,原料室中钠离子右移进入产品室得到氢氧化钠、左移进入产品室得到,故膜2为阴离子交换膜,电极上发生的电极反应式为:。
    8.随着经济的发展,私家车(汽车)的拥有量逐年升高,汽车尾气(其中NOx主要为NO、NO2,NO的占比较大)造成的污染问题,也逐渐受到人们的关注。
    I.SCR技术处理汽车尾气中NOx的工作示意图如图。
    SCR催化器中同时存在NOx、NH3、O2等气体,三个SCR反应如下:
    (标准SCR反应)
    (快速SCR反应)
    (慢速SCR反应)
    (1)反应 △H=_______kJ·ml-1。
    (2)尿素水溶液进入水解催化器中,在160℃时CO(NH2)2发生水解,该水解反应的化学方程式为_______。
    (3)预氧化催化器的作用是_______(用文字表述)。
    (4)在尿素溶液的喷入量和尾气流速相同的情况下,使用甲、乙两种催化剂,反应相同时间时,NO的转化率与温度的关系如图所示:
    ①SCR催化器中应选择催化剂_______(填“甲”或“乙”),N点_______(填“已”或“未”)达到平衡状态。
    ②温度过高,NO的转化率下降,但测得体系中NO的浓度反而上升的原因是_______。
    II.NSR技术处理汽车尾气中NO的工作示原理如图。
    (5)富氧条件下,NOx被储存为Ba(NO3)2,发生反应的化学方程式为_______;贫氧条件下,NOx被H2还原时,n(NOx):n(H2)=_______。
    Ⅲ.在汽车排气系统安装三元催化转化器,可发生反应:。在一定温度下,向容积为2L的恒容密闭容器中充入等物质的量的NO(g)和CO(g)发生上述反应,反应过程中c(NO)随时间变化曲线如图所示。
    此温度下,该反应的平衡常数为_______,若在反应达到平衡后,在其他条件保持不变时,向容器中再充入0.5 ml NO(g)和0.5mlCO2(g),则此时v正_______(填“>”“<”或“=”)v逆。
    【答案】(1)-114.2 (2)CO(NH2)2+H2OCO2+2NH3 (3)将部分NO转化为NO2,有利于加快SCR反应的进行 (4) 甲 未 温度过高催化剂的活性降低,降低了反应速率;高温有利于将NH3催化氧化为NO
    4NOx+(5-2x)O2+2BaOeq \(=====,\s\up7(催化剂))2Ba(NO3)2 1∶x (6) 5 =
    【解析】(1)根据盖斯定律以及目标反应方程式可知,ΔH=ΔH1-2ΔH2=[(-1632.4)-2×(-759.1)]kJ/ml
    =-114.2kJ/ml;(2)SCR催化器中同时存在NOx、NH3、O2等气体,汽车尾气中含有NOx,因此尿素发生水解反应生成NH3,根据原子守恒,还有CO2,水解反应方程式为CO(NH2)2+H2OCO2+2NH3;(3)汽车尾气中NOx主要为NO、NO2,其中NO的占比较大,整个化学反应的决速步是由慢反应决定,根据三个SCR反应,提高NO2浓度,能够提高慢速SCR反应的速率,因此预氧化催化器的作用是将部分NO转化为NO2,有利于加快SCR反应的进行;(4)①根据图像可知,在低温下,催化剂甲催化效率高;催化剂对化学平衡移动无影响,在相同温度下,N点的NO的转化率比催化剂甲的小,说明N点未达到平衡;②催化剂的活性在一定温度范围内较高,超过该温度催化剂的活性降低,反应速率降低;同时高温有利于将氨气氧化成NO,从而导致NO的浓度反而上升;(5)根据富养条件示意图,NOx被储存为Ba(NO3)2,发生反应的化学方程式为4NOx+(5-2x)O2+2BaOeq \(=====,\s\up7(催化剂))2Ba(NO3)2;贫氧条件下,NOx被氢气还原,NOx中的N被还原成氮气,氢气被氧化成H2O,根据得失电子数目守恒,n(NOx)∶n(H2)=1∶x;(6)根据图像可知,达到平衡时,消耗NO的浓度为0.1ml/L,消耗CO的浓度为0.1ml/L,生成CO2的浓度为0.1ml/L,生成N2的浓度为0.05ml/L,K=5;达到平衡,其他条件不变,再充入0.5mlNO(g)和0.5mlCO2(g),Qc=5=K,平衡不移动,即v正=v逆。
    9.氨基甲酸铵为尿素生产过程的中间产物,易分解。某小组对氨基甲酸铵的分解实验进行探究。
    已知:I.
    II.
    III.
    回答下列问题:
    (1)写出分解生成与气体的热化学方程式:_______。
    (2)恒容条件下,实验测得数据如下表所示:
    ①恒温恒容时,下列能够说明该反应已达到化学平衡状态的是_______(填标号)。
    A.容器内总压强不再改变 B.
    C.的值不再改变 D.的体积分数不再改变
    ②某温度下,该反应达到平衡时容器内总压强为p,写出该反应的压强平衡常数的计算式_______(用平衡分压代替平衡浓度,分压=总压×物质的量分数)。
    ③随着温度升高,逐渐_______(填“增大”“减小”或“不变”),其主要原因是_______。
    ④某温度下,达到平衡后,欲增加的平衡浓度,可采取的措施有_______(填标号)。
    加 B.加催化剂 C.减小体积增大压强 D.移走
    【答案】(1) (2) AC 增大 氨基酸的分解是吸热反应,升高温度有利于反应正向进行,NH3和CO2的平衡分压均增大,分压平衡常数增大 D
    【解析】(1)已知:Ⅰ.
    Ⅱ.
    Ⅲ.,有盖斯定律Ⅰ+Ⅱ-Ⅲ得:;
    (2)①A.恒温恒容条件下,随着氨基甲酸铵的分解,容器内总压强不断增大,若压强不变,则反应达到平衡状态,A正确;B.平衡时,NH3的正反应速率应该为CO2逆反应速率的2倍,即,B错误;C.当反应达到平衡状态时,浓度商的值不再改变,C正确;D.该反应生成的NH3和CO2的物质的量之比恒为2:1,故的体积分数一直不变,不能判断反应是否平衡,D错误;答案选AC;②总压强为p,NH3和CO2的物质的量之比恒为2:1,故各自分压p(NH3)=p,p(CO2)=p,代入公式计算p2(NH3)p(CO2)=;③根据表格中的数据,随着温度升高,增大,其主要原因是:氨基酸的分解是吸热反应,升高温度有利于反应正向进行,NH3和CO2的平衡分压均增大,分压平衡常数增大,故答案为:增大;氨基酸的分解是吸热反应,升高温度有利于反应正向进行,NH3和CO2的平衡分压均增大,分压平衡常数增大;④A.加入固体,不影响平衡移动,选项A错误;B.加催化剂,不影响平衡移动,选项B错误;C.减小体积增大压强,容器内各气体浓度瞬间增大,平衡逆向移动,但最终达到平衡后,由于不变,p(NH3)与p(CO2)之比仍然满足2:1,则各气体浓度不变,选项C错误;D.移走,利于平衡正向移动,氨气的平衡浓度增大,选项D正确;答案选D。
    10.处理、回收利用CO是环境科学研究的热点课题。回答下列问题:
    (1)CO用于处理大气污染物N2O的反应为CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g)。在Zn+作用下该反应的具体过程如图1所示,反应过程中能量变化情况如图2所示。
    总反应:CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g) △H=_____kJ•ml-1;该总反应的决速步是反应(填“①”或“②”,并写出该判断的理由)______。
    (2)已知:CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g)的速率方程为v=kc(CO)•c(N2O),为速率常数,只与温度有关。为提高反应速率,可采取的措施是______(填标号)。
    A.降温B.恒容时,再充入CO
    C.恒压时,再充入N2OD.减压
    (3)在总压为100kPa的恒容密闭容器中,充入一定量的CO(g)和N2O(g)发生上述反应,在不同条件下达到平衡时,在T1K时N2O的转化率与、在=1时N2O的转化率与的变化曲线如图3所示:
    ①表示N2O的转化率随的变化曲线为______曲线(填“I”或“II”)。
    ②T1______T2(填“>”或“<”)。
    ③已知:该反应的标准平衡常数Kθ=,其中pθ为标准压强(100kPa),p(CO2)、p(N2)、p(N2O)和p(CO)为各组分的平衡分压,则T4时,该反应的标准平衡常数Kθ=_____(计算结果保留两位有效数字,p分=p总×物质的量分数)。
    (4)间接电解法除N2O。其工作原理如图4所示,已知:H2S2O4是一种弱酸。电解池的阴极电极反应为_____。
    【答案】(1) -371.50 ①,反应①的活化能是157.6kJ•ml-1,反应②的活化能是100.22kJ•ml-1,反应②的活化能更小,故反应①是总反应的决速步 (2)B (3) II > 3.4 (4)2H2SO3+2e-+2H+=H2S2O4+2H2O
    【解析】(1)根据图2可知,CO2(g)+N2O(g) CO2(g)+N2(g) ΔH=-371.50kJ/ml;决定总反应的决速步是由慢反应决定的,活化能越高,化学反应速率越慢,根据图2可知,反应①的活化能是157.6kJ•ml-1,反应②的活化能是100.22kJ•ml-1,反应②的活化能更小,反应①是总反应的决速步;故答案为-371.50;①,反应①的活化能是157.6kJ•ml-1,反应②的活化能是100.22kJ•ml-1,反应②的活化能更小,反应①是总反应的决速步;
    (2)A.降温,化学反应速率降低,故A不符合题意;B.恒容时,再充入CO,c(CO)增大,根据v=kc(CO)·c(N2O)可知,v增大,故B符合题意;C.恒压时,再充入N2O,容器体积增大,浓度减小,v减慢,故C不符合题意;D.减压,容器体积增大,浓度减小,v减慢,故D不符合题意;答案为B;
    (3)①越大,可以看作n(CO)不变,n(N2O)增大,则N2O的转化率降低,曲线Ⅱ代表N2O的转化率随变化曲线;②该反应为放热反应,一定时,升高温度,平衡逆向进行,N2O的转化率降低,越小,根据图像可知,T1>T2;利用相同条件下压强之比等于物质的量之比,起始时CO、N2O的分压为50kPa、50kPa,③由图3可知,在=1,温度为T4时,N2O的转化率为65%,达到平衡时,CO、N2O、CO2、N2的分压分别为17.5、17.5、32.5、32.5,代入公式得出Kθ=3.4;(4)根据装置图可知,H2SO3转化成H2S2O4,S的化合价由+4价转化成+3价,化合价降低,根据电极原理,a为电源的负极,阴极反应式为2H2SO3+2e-+2H+=H2S2O4+2H2O。
    11.乙二醛是一种重要的精细化工产品,可由乙醛硝酸氧化法制备。
    Ⅰ.研究其他条件相同时,仅改变一个条件对乙二醛制备的影响,获得如下数据。
    (1)乙二醛的结构简式是_______。
    (2)图1中,曲线a对应的温度是_______,判断的依据是_______。
    (3)图2中,c→d乙二醛的产率降低,并检测出较多的副产物,如乙二酸。产生较多乙二酸的原因是_______。
    Ⅱ.运用电化学原理设计分离纯化乙二醛并回收硝酸的装置示意图如下(电极均为惰性电极)。
    (4)与电源负极相连的是_______(填“X”或“Y”)。
    (5)结合电极反应分析硝酸回收原理:_______。
    (6)测定纯化后溶液中乙二醛的含量。
    ⅰ.移取VmL纯化后的溶液于锥形瓶中,加入2滴酚酞溶液,用浓度为溶液滴定至溶液恰好由无色变为粉红色。
    ⅱ.向ⅰ所得溶液加入过量溶液,充分反应。
    ⅲ.试用硫酸滴定ⅱ中溶液至终点,消耗硫酸体积为。
    已知:乙二醛在强碱性溶液中发生反应生成。
    该纯化后的溶液中乙二醛的含量为_______(乙二醛摩尔质量:)。
    【答案】(1)HCOCHO (2) 45℃ 起始阶段相同时间内曲线a对应的乙二醛浓度变化更大(3)硝酸具有强氧化性,硝酸浓度增大,导致副反应速率增大使得乙二醛被氧化为乙二酸 (4)X (5)Y极上水放电发生氧化反应生成氧气和氢离子,,B中硝酸根离子向C室移动,氢离子和硝酸根离子在C室得到硝酸 (6)
    【解析】(1)乙二醛的结构简式是HCOCHO;(2)温度越高,化学反应速率越快,根据先拐先平数值大,可知曲线a对应的温度是45℃,原因是起始阶段相同时间内曲线a对应的乙二醛浓度变化更大;(3)硝酸具有强氧化性,硝酸浓度增大,导致副反应速率增大使得乙二醛被氧化为乙二酸;(4)运用电化学原理设计分离纯化乙二醛并回收硝酸,则B中硝酸根离子向C室移动,电解池中阴离子向阳极移动,则Y为阳极、X为阴极,X与电源负极相连;(5)Y极上水放电发生氧化反应生成氧气和氢离子,,B中硝酸根离子向C室移动,氢离子和硝酸根离子在C室得到硝酸;(6),则根据题意与乙二醛反应的氢氧化钠的物质的量为=,已知:乙二醛在强碱性溶液中发生反应生成,根据钠元素、碳元素守恒可知,纯化后的溶液中乙二醛的含量为。
    12.化学反应与能量变化是化学家研究的永恒话题。回答下列问题:
    (1)氢气是一种理想的绿色能源。在下,氢气完全燃烧生成液态水放出的热量。表示氢气燃烧热的热化学方程式为_______。
    (2)一定温度、催化剂条件下,向容积为的恒容密闭容器中充入和,发生反应,起始压强为。末反应达到平衡,此时容器内压强变为起始时的。
    ①判断该反应达到平衡状态的标志是_______(填标号)。
    a.浓度之比为2∶2∶2∶1
    b.容器内气体的压强不变
    c.容器内混合气体的密度保持不变
    d.容器内混合气体的平均摩尔质量保持不变
    e.的生成速率和的生成速率相等
    ②的平均反应速率为_______。该反应的压强平衡常数_______(用分压代替浓度计算,分压=总压×物质的量分数。用含的代数式表示)。
    ③若在相同时间内测得的转化率随温度的变化曲线如图甲所示,的转化率在之间下降由缓到急的原因是_______。
    (3)有机物的电化学合成是目前研究的热点之一。我国学者利用双膜三室电解法合成了,该方法的优点是能耗低、原料利用率高,同时能得到高利用价值的副产品,其工作原理如图乙所示。
    ①气体X为_______,膜Ⅰ适合选用_______(填“阳离子”或“阴离子”)交换膜。
    ②稳定工作时溶液的浓度_______(填“增大”“减小”“不变”“无法判断”)。
    ③若制得,饱和食盐水质量减小_______g。
    【答案】(1) (2) bde 0.1 400℃~700℃随温度升高,平衡向逆向移动,转化率逐渐减小;700℃以后,催化剂失去活性,反应速率急剧下降导致转化率迅速变小 (3) H2 阴离子 不变 234
    【解析】(1)燃烧热是指在101 kPa时,1 ml物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量叫做燃烧热,根据题意,在下,氢气完全燃烧生成液态水放出的热量,则氢气燃烧热的热化学方程式为;(2)①在一定条件下,当一个可逆反应的正反应速率与逆反应速率相等时,反应物的浓度与生成物的浓度不再改变,达到一种表面静止的状态,即"化学平衡状态"。其中,正反应速率与逆反应速率相等是化学平衡状态的实质,而反应物的浓度与生成物的浓度不再改变是化学平衡状态的表现。正反应速率与逆反应速率是针对同一可逆反应而言,正与反只是相对而言;a.该反应达平衡时,的浓度不一定成比例,故a不选;b.该反应为气体分子数减少的反应,反应中压强在变,当混合气体的压强不随时间的变化而变化时,反应达平衡,故b选;c.该反应在恒容密闭容器中进行,根据质量守恒,混合气体质量不变,根据,ρ在平衡前后始终不变,所以当密度不变时,反应不一定达平衡,故c不选;d.该反应为分子数减少的反应,混合气体的物质的量为变量,根据质量守恒,混合气体质量不变,根据,M为变量,当平均摩尔质量不变时,反应达平衡,故d选;e.的生成速率和的生成速率相等,即,反应达到平衡状态,故e选;故答案为:bde;②根据题意,可列三段式
    恒温恒容下,压强与物质的量成正比,所以,解得,平衡时,;;,,的平均反应速率为,平衡时总的物质的量为,平衡时总压为,平衡时各分压;;;,;③如图,400℃时,达到平衡状态,NO转化率达到最大,400℃~700℃随温度升高,平衡向逆向移动,转化率逐渐减小;700以后,催化剂失去活性,反应速率急剧下降导致转化率迅速变小;(3)①如图装置乙电解装置,CuCl在电解池左侧失电子生成,电解反应式为,左侧电极为阳极,与电源正极a相连;则b为电源负极,右侧为阴极,电极反应式为,则气体X为,如图,左侧反应为,需要引进,所以膜Ⅰ为阴离子交换膜; ②根据反应、,可得,所以稳定工作时溶液的浓度不变;③根据电子守恒,,转移4ml电子,饱和食盐水中减少的质量为。

    1.(2022·全国乙卷)油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢,需要回收处理并加以利用。回答下列问题:
    (1)已知下列反应的热化学方程式:



    计算热分解反应④的________。
    (2)较普遍采用的处理方法是克劳斯工艺。即利用反应①和②生成单质硫。另一种方法是:利用反应④高温热分解。相比克劳斯工艺,高温热分解方法的优点是________,缺点是________。
    (3)在、反应条件下,将的混合气进行热分解反应。平衡时混合气中与的分压相等,平衡转化率为________,平衡常数________。
    (4)在、反应条件下,对于分别为、、、、的混合气,热分解反应过程中转化率随时间的变化如下图所示。
    ①越小,平衡转化率________,理由是________。
    ②对应图中曲线________,计算其在之间,分压的平均变化率为________。
    【答案】(1)170 (2) 副产物氢气可作燃料 耗能高 (3)50% 4.76
    (4)① 越高 n(H2S):n(Ar)越小,H2S的分压越小,平衡向正反应方向进行,H2S平衡转化率越高 ②d 24.9
    【解析】
    (1)已知:
    ①2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-1036kJ/ml
    ②4H2S(g)+2SO2(g)=3S2(g)+4H2O(g) ΔH2=94kJ/ml
    ③2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH3=-484kJ/ml
    根据盖斯定律(①+②)× EQ \f(1,3)-③即得到2H2S(g)=S2(g)+2H2(g)的
    ΔH4=(-1036+94)kJ/ml× EQ \f(1,3)+484kJ/ml=170 kJ/ml;
    (2)根据盖斯定律(①+②)× EQ \f(1,3)可得2H2S(g)+O2(g)=S2(g)+2H2O(g)
    ΔH=(-1036+94)kJ/ml× EQ \f(1,3)=-314kJ/ml,因此,克劳斯工艺的总反应是放热反应;根据硫化氢分解的化学方程式可知,高温热分解方法在生成单质硫的同时还有氢气生成。因此,高温热分解方法的优点是:可以获得氢气作燃料;但由于高温分解H2S会消耗大量能量,所以其缺点是耗能高;
    (3)假设在该条件下,硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1ml和4ml,根据三段式可知:
    平衡时H2S和H2的分压相等,则二者的物质的量相等,即1-x=x,解得x=0.5,所以H2S的平衡转化率为,所以平衡常数Kp==≈4.76kPa;
    (4)①由于正反应是体积增大的可逆反应,n(H2S):n(Ar)越小,H2S的分压越小,相当于降低压强,平衡向正反应方向移动,因此H2S平衡转化率越高;
    ②n(H2S):n(Ar)越小,H2S平衡转化率越高,所以n(H2S):n(Ar)=1:9对应的曲线是d;根据图像可知n(H2S):n(Ar)=1:9反应进行到0.1s时H2S转化率为0.24。假设在该条件下,硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1ml和9ml,则根据三段式可知
    此时H2S的压强为≈7.51kPa,H2S的起始压强为10kPa,所以H2S分压的平均变化率为=24.9kPa·s-1。
    2. (2022·山东卷)利用丁内酯(BL)制备1,丁二醇(BD),反应过程中伴有生成四氢呋喃(THF)和丁醇(BuOH)的副反应,涉及反应如下:
    已知:①反应Ⅰ为快速平衡,可认为不受慢反应Ⅱ、Ⅲ的影响;②因反应Ⅰ在高压氛围下进行,故压强近似等于总压。回答下列问题:
    (1)以或BD为初始原料,在、的高压氛围下,分别在恒压容器中进行反应。达平衡时,以BL为原料,体系向环境放热;以BD为原料,体系从环境吸热。忽略副反应热效应,反应Ⅰ焓变_______。
    (2)初始条件同上。表示某物种i的物质的量与除外其它各物种总物质的量之比,和随时间t变化关系如图甲所示。实验测得,则图中表示变化的曲线是_______;反应Ⅰ平衡常数_______(保留两位有效数字)。以BL为原料时,时刻_______,BD产率=_______(保留两位有效数字)。
    (3)为达平衡时与的比值。、、三种条件下,以为初始原料,在相同体积的刚性容器中发生反应,随时间t变化关系如图乙所示。因反应在高压H2氛围下进行,可忽略压强对反应速率的影响。曲线a、b、c中,最大的是_______(填代号);与曲线b相比,曲线c达到所需时间更长,原因是_______。
    【答案】(1)-200(X+Y) (2)a或c 8.3×10-8 0.08 39%
    (3)c 由于b和c代表的温度相同,而压强对反应速率的影响可忽略,压强增大反应Ⅱ、Ⅲ均是逆向移动,增大,故=1.0所需时间更长
    【解析】
    (1)依题意,结合已知信息,可推定在同温同压下,以同物质的量的BL或BD为初始原料,达到平衡时的状态相同,两个平衡完全等效。则以5.0×10-3ml的BL为原料,达到平衡时放出XkJ热量与同物质的量的BD为原料达到平衡时吸收YkJ热量的能量二者能量差值为(X+Y)kJ,则1ml时二者能量差值为200(X+Y)kJ,反应I为放热反应,因此焓变△H =-200(X+Y)kJ·ml-1。
    (2)实验测定X(3)依题意,反应I是正向放热过程,以BL为初始原料,温度升高则平衡逆向移动,温度越高,反应速率越快,达到平衡时的时间越短,越小,的值越大;相同温度时,压强增大,BD的比重增大,增大,又可忽略压强对反应速率的影响,则最大即最小,对应曲线c;由于b和c代表的温度相同,而压强对反应速率的影响可忽略,压强增大反应Ⅱ、Ⅲ均是逆向移动,增大,故=1.0所需时间更长。
    3.(2022·浙江卷)工业上,以煤炭为原料,通入一定比例的空气和水蒸气,经过系列反应可以得到满足不同需求的原料气。请回答:
    (1)在C和O2的反应体系中:
    反应1:C(s)+O2(g)=CO2(g)ΔH1=-394kJ·ml-1
    反应2:2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)ΔH2=-566kJ·ml-1
    反应3:2C(s)+O2(g)=2CO(g)ΔH3。
    ①设y=ΔH-TΔS,反应1、2和3的y随温度的变化关系如图1所示。图中对应于反应3的线条是______。
    ②一定压强下,随着温度的升高,气体中CO与CO2的物质的量之比______。
    A.不变B.增大C.减小D.无法判断
    (2)水煤气反应:C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)ΔH=131kJ·ml-1。工业生产水煤气时,通常交替通入合适量的空气和水蒸气与煤炭反应,其理由是________。
    (3)一氧化碳变换反应:CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)ΔH=-41kJ·ml-1。
    ①一定温度下,反应后测得各组分的平衡压强(即组分的物质的量分数×总压):p(CO)=0.25MPa、p(H2O)=0.25MPa、p(CO2)=0.75MPa和p(H2)=0.75MPa,则反应的平衡常数K的数值为________。
    ②维持与题①相同的温度和总压,提高水蒸气的比例,使CO的平衡转化率提高到90%,则原料气中水蒸气和CO的物质的量之比为________。
    ③生产过程中,为了提高变换反应的速率,下列措施中合适的是________。
    A.反应温度愈高愈好 B.适当提高反应物压强
    C.选择合适的催化剂 D.通入一定量的氮气
    ④以固体催化剂M催化变换反应,若水蒸气分子首先被催化剂的活性表面吸附而解离,能量-反应过程如图2所示。
    用两个化学方程式表示该催化反应历程(反应机理):步骤Ⅰ:________;步骤Ⅱ:________。
    【答案】(1)①a②B
    (2)水蒸气与煤炭反应吸热,氧气与煤炭反应放热,交替通入空气和水蒸气有利于维持体系热量平衡,保持较高温度,有利于加快化学反应速率
    (3)①9.0②1.8:1③BC④M+H2O=MO+H2MO+CO=M+CO2
    【解析】
    (1)①由已知方程式:(2×反应1-反应2)可得反应3,结合盖斯定律得:,反应1前后气体分子数不变,升温y不变,对应线条b,升温促进反应2平衡逆向移动,气体分子数增多,熵增,y值增大,对应线条c,升温促进反应3平衡逆向移动,气体分子数减少,熵减,y值减小,对应线条a,故此处填a;
    ②温度升高,三个反应平衡均逆向移动,由于反应2焓变绝对值更大,故温度对其平衡移动影响程度大,故CO2物质的量减小,CO物质的量增大,所以CO与CO2物质的量比值增大,故故选B;
    (2)由于水蒸气与煤炭反应吸热,会引起体系温度的下降,从而导致反应速率变慢,不利于反应的进行,通入空气,利用煤炭与O2反应放热从而维持体系温度平衡,维持反应速率,故此处填:水蒸气与煤炭反应吸热,氧气与煤炭反应放热,交替通入空气和水蒸气有利于维持体系热量平衡,保持较高温度,有利于加快反应速率;
    (3)①该反应平衡常数K=;
    ②假设原料气中水蒸气为xml,CO为1ml,由题意列三段式如下:,则平衡常数K=,解得x=1.8,故水蒸气与CO物质的量之比为1.8:1;
    ③反应温度过高,会引起催化剂失活,导致反应速率变慢,A不符合题意;适当增大压强,可加快反应速率,B符合题意;选择合适的催化剂有利于加快反应速率,C符合题意;若为恒容条件,通入氮气对反应速率无影响,若为恒压条件,通入氮气后,容器体积变大,反应物浓度减小,反应速率变慢,D不符合题意;故选BC;④水分子首先被催化剂吸附,根据元素守恒推测第一步产生H2,第二步吸附CO产生CO2,对应反应历程依次为:M+H2O=MO+H2、MO+CO=M+CO2。
    4.(2022·浙江卷)主要成分为H2S的工业废气的回收利用有重要意义。
    (1)回收单质硫。将三分之一的H2S燃烧,产生的SO2与其余H2S混合后反应:。在某温度下达到平衡,测得密闭系统中各组分浓度分别为、、,计算该温度下的平衡常数K_______。
    (2)热解H2S制H2。根据文献,将H2S和CH4的混合气体导入石英管反应器热解(一边进料,另一边出料),发生如下反应:
    Ⅰ.
    Ⅱ.
    总反应:
    Ⅲ.
    投料按体积之比,并用N2稀释;常压,不同温度下反应相同时间后,测得H2和CS2体积分数如下表:
    请回答:
    ①反应Ⅲ能自发进行的条件是_______。
    ②下列说法正确的是_______。
    A.其他条件不变时,用Ar替代N2作稀释气体,对实验结果几乎无影响
    B.其他条件不变时,温度越高,H2S的转化率越高
    C.由实验数据推出H2S中的S-H键强于CH4中的C-H键
    D.恒温恒压下,增加N2的体积分数,H2的浓度升高
    ③若将反应Ⅲ看成由反应Ⅰ和反应Ⅱ两步进行,画出由反应原料经两步生成产物的反应过程能量示意图_______。
    ④在,常压下,保持通入的H2S体积分数不变,提高投料比,H2S的转化率不变,原因是_______。
    ⑤在范围内(其他条件不变),的体积分数随温度升高发生变化,写出该变化规律并分析原因_______。
    【答案】(1)8×108L·ml-1
    (2)①高温②AB③④1000℃时CH4不参与反应,相同分压的H2S经历相同的时间转化率相同⑤先升后降;在低温段,以反应Ⅰ为主,随温度升高,S2(g)的体积分数增大;在高温段,随温度升高;反应Ⅱ消耗S2的速率大于反应Ⅰ生成S2的速率,S2(g)的体积分数减小
    【解析】
    (1)根据方程式可知该温度下平衡常数K=;
    (2)①根据盖斯定律可知Ⅰ+Ⅱ即得到反应Ⅲ的ΔH=234kJ/ml,这说明反应Ⅲ是吸热的体积增大(即ΔS>0)的反应,根据ΔG=ΔH-TΔS<0可自发进行可知反应Ⅲ自发进行的条件是高温下自发进行;
    ②Ar是稀有气体,与体系中物质不反应,所以其他条件不变时,用Ar替代N2作稀释气体,对实验结果几乎无影响,A正确;正反应吸热,升高温度平衡正向进行,温度越高,H2S的转化率越高,B正确;根据表中数据无法得出H2S中S-H键和CH4中C-H键的相对强弱,事实上C-H键的键能大于S-H键键能,C错误;
    恒温恒压下,增加N2的体积分数,相当于减压,平衡正向进行,H2的物质的量增加,容器容积增加,H2浓度减小,D错误;故选AB;
    ③反应I、反应Ⅱ和反应Ⅲ均是吸热反应,则反应过程能量示意图可表示为;
    ④根据表中数据可知1000℃时CH4不参与反应,相同分压的H2S经历相同的时间转化率相同,所以在1000℃常压下,保持通入的H2S体积分数不变,提高投料比时H2S的转化率不变;
    ⑤根据表中数据可知在低温段,以反应Ⅰ为主,随温度升高,S2(g)的体积分数增大;在高温段,随温度升高;反应Ⅱ消耗S2的速率大于反应Ⅰ生成S2的速率,S2(g)的体积分数减小,因此变化规律是先升后降。
    5.(2021·湖北卷)丙烯是一种重要的化工原料,可以在催化剂作用下,由丙烷直接脱氢或氧化脱氢制备。
    反应Ⅰ(直接脱氢):C3H8(g)=C3H6(g)+H2(g)△H1=+125kJ·ml-1
    反应Ⅱ(氧化脱氢):C3H8(g)+O2(g)=C3H6(g)+H2O(g)△H2=-118kJ·ml-1
    (1)已知键能:E(C—H)=416kJ·ml-1,E(H—H)=436kJ·ml-1,由此计算生成1ml碳碳π键放出的能量为___kJ。
    (2)对于反应Ⅰ,总压恒定为100kPa,在密闭容器中通入C3H8和N2的混合气体(N2不参与反应),从平衡移动的角度判断,达到平衡后“通入N2”的作用是___。在温度为T1时,C3H8的平衡转化率与通入气体中C3H8的物质的量分数的关系如图a所示,计算T1时反应Ⅰ的平衡常数Kp=__kPa(以分压表示,分压=总压×物质的量分数,保留一位小数)。
    (3)在温度为T2时,通入气体分压比为p(C3H8):p(O2):p(N2)=10:5:85的混合气体,各组分气体的分压随时间的变化关系如图b所示。0~1.2s生成C3H6的平均速率为__kPa·s-1;;在反应一段时间后,C3H8和O2的消耗速率比小于2∶1的原因为___。
    (4)恒温刚性密闭容器中通入气体分压比为p(C3H8):p(O2):p(N2)=2:13:85的混合气体,已知某反应条件下只发生如下反应(k,k′为速率常数):
    反应Ⅱ:2C3H8(g)+O2(g)=2C3H6(g)+2H2O(g) k
    反应Ⅲ:2C3H6(g)+9O2(g)=6CO2(g)+6H2O(g) k′
    实验测得丙烯的净生成速率方程为v(C3H6)=kp(C3H8)-k′p(C3H6),可推测丙烯的浓度随时间的变化趋势为__,其理由是___。
    【答案】
    (1)271
    (2)减小气体浓度,使平衡右移,提高C3H8(g)转化率 16.7
    (3)2 H2和C3H6都消耗O2
    (4)先增大后减小 反应开始时,体系中主要发生反应Ⅱ,c(C3H6)逐渐增大,随着反应进行,p(C3H8)减小,p(C3H6)增大,v(C3H6)减小,体系中主要发生反应Ⅲ,c(C3H6)逐渐减小
    【解析】(1)由C3H8(g)=C3H6(g)+H2(g)△H1=+125kJ·ml-1可知反应需要中断裂2ml C—H键、形成1ml碳碳π键和1ml H—H键,436kJ·ml-1×2- E (碳碳π键) = +125kJ.ml-1,解得:E(碳碳π键)= 271kJ. ml-1,所以形成1ml碳碳π键放出的能量为271kJ;
    (2)达到平衡后,通入N2,由于总压恒定为100kPa,则容器体积增大,平衡向气体体积增大的方向移动,即向正反应方向移动,C3H8(g)的转化率增大;根据图a,C3H8的物质的量分数为0.4时,其平衡转化率为50%;假设混合气体为1ml,则起始时C3H8为0.4ml,N2为0.6ml,运用三段式法计算:
    由于总压恒定为100kPa,平衡时C3H8为0.2ml,C3H6为0.2ml,H2为0.2ml,N2为0.6ml,则C3H8(g)、C3H6(g)、H2(g)的分压均为:100KPa×=故T1时反应Ⅰ的平衡常数KP==16.7kPa。
    (3)内C3H6的分压由0增大为2.4kPa,则生成C3H6的平均速率为=2kPa·s-1;若只发生反应Ⅰ、Ⅱ,C3H6的分压应大于H2和H2O的分压,但由图b知,随着反应进行,分压p(H2O)>p(C3H6)>p(H2),且有CO2生成,H2分压降低,故体系中还发生反应:C3H6+ EQ \f(9,2)O2=3CO2+3H2O,H2+ EQ \f(1,2)O2=H2O,消耗O2,因此C3H8和O2的消耗速率比小于2∶1;
    (4)反应开始时,反应Ⅱ向右进行,c(C3H6)逐渐增大,且体系中以反应Ⅱ为主,随着反应进行,p(C3H8)减小,p(C3H6)增大,使得v (C3H6)减小,体系中以反应Ⅲ为主,因此丙烯的浓度随时间的变化趋势为先增大后减小。
    6.(2021·辽宁卷)苯催化加氢制备环己烷是化工生产中的重要工艺,一定条件下,发生如下反应:
    Ⅰ.主反应:(g)+3H2(g)⇌(g) ∆H1<0
    Ⅱ.副反应:(g) ⇌(g) ∆H2>0
    回答下列问题:
    (1)已知:Ⅲ.
    Ⅳ.2 (g)+15O2(g)⇌12CO2(g)+6H2O(l) ∆H4
    Ⅴ.(g)+9O2(g)=6CO2(g)+6H2O(l) ∆H5
    则_______(用、和表示)。
    (2)有利于提高平衡体系中环己烷体积分数的措施有_______。
    A.适当升温B.适当降温C.适当加压D.适当减压
    (3)反应Ⅰ在管式反应器中进行,实际投料往往在的基础上适当增大用量,其目的是_______。
    (4)氢原子和苯分子吸附在催化剂表面活性中心时,才能发生反应,机理如图。当中混有微量或等杂质时,会导致反应Ⅰ的产率降低,推测其可能原因为_______。
    (5)催化剂载体中的酸性中心能催化苯及环己烷的裂解。已知酸性中心可结合弧电子对,下图中可作为酸性中心的原子的标号是_______(填“①”“②”或“③”)。
    (6)恒压反应器中,按照投料,发生Ⅰ、Ⅱ反应,总压为,平衡时苯的转化率为α,环己烷的分压为p,则反应1的_______(列出计算式即可,用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
    【答案】
    (1)
    (2)BC
    (3)提高苯的利用率
    (4)金属催化剂会与H2S或CO反应从而失去催化活性
    (5)②
    (6)
    【解析】
    (1)根据盖斯定律结合已知反应:Ⅲ. Ⅳ.2 (g)+15O2(g)⇌12CO2(g)+6H2O(l) ∆H4 Ⅴ. (g)+9O2(g)=6CO2(g)+6H2O(l) ∆H5
    Ⅰ.主反应:(g)+3H2(g)⇌(g)可由,则,故选;
    (2)根据Ⅰ.主反应:(g)+3H2(g)⇌(g)是一个气体体积减小的方向的放热反应,故有利于提高平衡体系中环己烷体积分数即使平衡向正方向移动,根据勒夏特列原理,可采用适当降低温度和实当加压有利平衡正向移动,而升温和减压都将使平衡逆向移动,故选BC;
    (3)反应Ⅰ在管式反应器中进行,实际投料往往在的基础上适当增大用量,增大H2的浓度将使平衡正向移动,从而提高苯的转化率即利用率,故适当增大H2用量的目的是提高苯的利用率,故选提高苯的利用率;
    (4)氢原子和苯分子吸附在催化剂表面活性中心时,才能发生反应,机理如图。当中混有微量或等杂质时,会导致反应Ⅰ的产率降低,推测其可能原因为金属催化剂会与H2S或CO反应从而失去催化活性,故选金属催化剂会与H2S或CO反应从而失去催化活性;
    (5)催化剂载体中的酸性中心能催化苯及环己烷的裂解。已知酸性中心可结合弧电子对,由图可知,①中原子无孤对电子也没有空轨道,②中原子无孤对电子但有空轨道可接收孤电子对,③中有孤对电子,无空轨道,故下图中可作为酸性中心的原子的标号是②,故选②;
    (6)恒压反应器中,按照投料,设投入的苯的物质的量为1ml,发生Ⅰ、Ⅱ反应总压为,平衡时苯的转化率为α,环己烷的分压为p,则:, 有反应后平衡体系中总的物质的量为:1-α+4-3α+α-x+x=5-3α,故平衡时,苯的分压为:,H2的分压为:,则反应1的= 。
    293
    298
    303
    308
    313
    8.60
    11.40
    16.24
    20.86
    30.66
    温度/
    950
    1000
    1050
    1100
    1150
    0.5
    1.5
    3.6
    5.5
    8.5
    0.0
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    0.1
    0.4
    1.8
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