高考化学三轮复习题型精准练题型十八化学反应原理综合题(含解析)

这是一份高考化学三轮复习题型精准练题型十八化学反应原理综合题(含解析)，共8页。
题型十八　化学反应原理综合题(建议用时：35分钟)1．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)甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。①反应器中初始反应的生成物为H2和CO2，其物质的量之比为4∶1，甲烷和水蒸气反应的化学方程式是___________________________________________________________________________________________________________________________________。②已知反应器中还存在如下反应：i．CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH1ii.CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH2iii.CH4(g)===C(s)＋2H2(g)　ΔH3……iii为积炭反应，利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时，还需要利用________________________________反应的ΔH。③反应物投料比采用n(H2O)∶n(CH4)＝4∶1，大于初始反应的化学计量数之比，目的是________(填字母)。a．促进CH4转化b．促进CO转化为CO2c．减少积炭生成④用CaO可以去除CO2。H2体积分数和CaO消耗率随时间变化关系如图所示。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，工作示意图如图。通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。①制H2时，连接________。产生H2的电极反应式是________________________________________________________________________。②改变开关连接方式，可得O2。③结合①和②中电极3的电极反应式，说明电极3的作用：_________________________________________________________________________________________________。2．研究氮氧化物的反应机理，对于消除环境污染有重要意义。(1)氮氧化物(NOx)可在催化剂作用下与氨反应生成无污染的物质，该反应的化学方程式为______________________________________________________________。(2)对于一般的化学反应：aA＋bB===cC＋dD存在反应速率方程v＝kcm(A)cn(B)，利用反应速率方程可求出化学反应瞬时速率。m＋n为反应级数，当m＋n分别等于0、1、2…时分别称为零级反应、一级反应、二级反应……；k为反应速率常数，k与温度、活化能有关，与浓度无关，温度升高，k增大。在600 K下反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的初始浓度与初始速率如表所示：初始浓度/(mol/L)初始速率/[mol/(L·s)]c(NO)c(O2)0.0100.0102.5×10－30.0100.0205.0×10－30.0300.02045×10－3通过分析表中实验数据，得出该反应的速率方程为v＝__________，为______级反应，当c(NO)＝0.015 mol/L、c(O2)＝0.025 mol/L时的初始速率为______(保留两位有效数字)。(3)升高温度绝大多数的化学反应速率增大，但是2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应速率却随着温度的升高而减小。某化学小组为探究该特殊现象的原因，查阅资料知其反应历程分两步：a．2NO(g)N2O2(g)　ΔH1<0　快速平衡　v1正＝k1正c2(NO)　v1逆＝k1逆c(N2O2)b．N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)　ΔH2　慢反应　v2正＝k2正c(N2O2)c(O2)　v2逆＝k2逆c2(NO2)①反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)　ΔH＝______(用含ΔH1和ΔH2的式子表示)。②反应______为整个反应的速控反应，用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的平衡常数K＝________________。③反应a的活化能E1与反应b的活化能E2的大小关系为E1______E2(填“>”“<”或“＝”)。若2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应速率方程v＝×k2正×c2(NO)×c(O2)，分析升高温度该反应速率减小的原因可能是_________________________________________________________________________________________________________________________。④对反应a和b，下列表述正确的是______(填字母)。A．v(第一步的逆反应)>v(第二步反应)B．反应的中间产物为N2O2C．反应b中N2O2与O2的碰撞仅部分有效3．采用H2或CO催化还原NO能达到消除污染的目的，在氮氧化物尾气处理领域有着广泛应用。回答下列问题：(1)用CO处理NO时产生两种无毒、无害的气体，该反应的氧化产物为________。(2)已知：氢气的燃烧热为285.8 kJ/mol2NO(g)===N2(g)＋O2(g)　ΔH1＝－180.5 kJ/molH2O(g)===H2O(l)　ΔH2＝－44 kJ/mol写出用H2处理NO生成水蒸气和1 mol N2的热化学方程式：_______________________。(3)针对上述用H2处理NO生成水蒸气和1 mol N2的反应，回答下列问题：①研究表明，上述反应中，反应速率v＝k·c2(NO)·c2(H2)，其中k为速率常数，只与温度有关。t1时刻， v＝v1，若此刻保持温度不变，将c(NO)增大到原来的2倍时，c(H2)减小为原来的(此时v＝v2)。则有v1______v2(填“>”“<”或“＝”)。②在温度T时，向容积固定的密闭容器中充入3 mol NO和2 mol H2发生上述反应，起始压强为p0，一段时间后，反应达到平衡，此时压强p＝0.9p0，则NO的平衡转化率α(NO)＝________(结果保留三位有效数字)，该反应的平衡常数Kp＝________(用含p的代数式表示，Kp为以分压表示的平衡常数，且某气体的分压＝总压×该气体的物质的量分数)。(4)实验室常用NaOH溶液吸收法处理NOx，反应的化学方程式如下：(已知NO不能与NaOH溶液反应)NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O①若NOx(此处为NO和NO2的混合气体)能被NaOH溶液完全吸收，则x的取值范围为________。②1 mol NO2和溶质物质的量为1 mol的NaOH溶液恰好完全反应后，溶液中各离子浓度由大到小的顺序为______________________________________________。(5)一氧化氮­空气质子交换膜燃料电池将化学能转化为电能的同时，实现了制硝酸、发电、环保三位一体的结合，其工作原理如图所示，写出放电过程中负极的电极反应式：________________________，若过程中产生2 mol HNO3，则消耗标准状况下O2的体积为________L。4．某硫酸工厂的废水中含有较多的H＋、Cu2＋、Fe2＋、SO、AsO、HAsO、H2AsO等需要处理的杂质离子，其中一种处理流程如图1所示。已知：Ⅰ.常温下lg c(M)(M表示Cu2＋或Fe2＋等)随pH的沉淀溶解平衡曲线如图2所示(已知10－5.7≈2×10－6)。Ⅱ.常温下H3AsO4水溶液中含砷元素的各物种的分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与pH的关系如图3所示。回答下列问题：(1)沉淀A的主要成分的化学式是______________。(2)常温下pH＝7的溶液中Cu2＋的物质的量浓度为________，请判断此时Fe2＋是否沉淀完全：________(填“是”或“否”)。(3)若氧化过程中生成了某种胶体，用离子方程式解释氧化过程中溶液pH降低的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)①研究H3AsO4水溶液，分析废水中的砷的去除率：以酚酞为指示剂(pH变色范围为8.2～10.0)，将NaOH溶液逐滴加入H3AsO4溶液中，当溶液由无色变为浅红色时停止滴加。该过程中主要反应的离子方程式为________________________________________。②H3AsO4第一步电离方程式H3AsO4H2AsO＋H＋的电离常数为Ka1，则pKa1＝________(pKa1＝－lg Ka1)。③最后一次调节pH时，pH过低或过高砷的去除率都会明显降低，pH过低时可能的原因是_________________；pH过高时可能的原因是______________(从沉淀转化的角度分析)。参考答案与解析1．解析：(1)①根据CH4与H2O反应生成H2、CO2的物质的量之比为4∶1，结合原子守恒可得反应的化学方程式为CH4＋2H2O4H2＋CO2。②根据盖斯定律，由i＋ii－iii或i－ii－iii可得目标热化学方程式。③反应物的投料比n(H2O)∶n(CH4)＝4∶1，大于初始反应的化学计量数之比，H2O的物质的量增加，有利于促进CH4转化，促进CO转化为CO2，防止CH4分解生成C(s)，从而减少积炭生成。④根据题图可知，从t1时开始，CaO消耗率曲线的斜率逐渐减小，单位时间内CaO消耗率逐渐降低。CaO与CO2反应生成CaCO3，CaCO3覆盖在CaO表面，减少了CO2与CaO的接触面积，从而失效。(2)①电解碱性电解液时，H2O电离出的H＋在阴极得到电子产生H2，根据题图可知电极1与电池负极连接，为阴极，所以制H2时，连接K1，产生H2的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。③制备O2时碱性电解液中的OH－失去电子生成O2，连接K2，O2在电极2上产生。连接K1时，电极3为电解池的阳极，Ni(OH)2失去电子生成NiOOH，电极反应式为Ni(OH)2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O，连接K2时，电极3为电解池的阴极，电极反应式为NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－，使电极3得以循环使用。答案：(1)①CH4＋2H2O4H2＋CO2②C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)或C(s)＋CO2(g)===2CO(g)③abc　④降低　CaO＋CO2===CaCO3，CaCO3覆盖在CaO表面，减少了CO2与CaO的接触面积(2)①K1　2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－③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2．解析：(2)根据v＝kcm(NO)cn(O2)，当O2浓度不变，NO浓度变为原来的3倍时，初始速率变为原来的9倍，所以初始速率与NO浓度的平方成正比，m＝2；同理n＝1；任选一组数据代入方程，得k＝2.5×103，故v＝2.5×103c2(NO)c(O2)。(3)②反应b为慢反应，是整个反应的速控反应。达到平衡时，正、逆反应速率相等，所以v1正＝v1逆，K1＝＝，v2正＝v2逆，K2＝＝，所以反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的K＝＝×＝×。③反应速率越快，说明反应越容易发生，反应的活化能越小。反应a的ΔH1<0，升高温度时平衡逆向移动，K1＝减小，k2正随温度升高而增大，但增大的程度比减小的程度小，故反应速率减小。答案：(1)6NOx＋4xNH3(3＋2x)N2＋6xH2O(2)2.5×103c2(NO)c(O2)　三　1.4×10－2mol/(L·s)(3)①ΔH1＋ΔH2　②b　×　③<　反应a的ΔH1<0，升高温度时平衡逆向移动，K1＝减小，k2正随温度升高而增大，但增大的程度比减小的程度小，故反应速率减小　④ABC3．解析：(1)用CO处理NO时产生两种无毒、无害的气体，分别为N2和CO2，氧化产物为CO2。(2)由氢气的燃烧热为285.8 kJ/mol可得：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH3＝－571.6 kJ/mol，根据盖斯定律，用H2处理NO生成1 mol氮气和水蒸气的热化学方程式为2H2(g)＋2NO(g)===N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝ΔH3＋ΔH1－2ΔH2＝－664.1 kJ/mol。(3)①k只与温度有关，故当c(NO)增大到原来的2倍，c(H2)减少为原来的时，v1与v2相等；②设反应达到平衡时，生成x mol N2。根据题意可列出三段式：　 　　2H2(g)＋2NO(g)===N2(g)＋2H2O(g)起始/mol　2　3　　0　0转化/mol  2x  2x  x  2x平衡/mol  2－2x  3－2x  x  2x反应达到平衡，此时压强p＝0.9p0，则有＝＝＝0.9，解得x＝0.5，故NO的转化率α(NO)＝×100 %≈33.3%，由分压公式可知，p(H2)＝p，p(NO)＝p，p(N2)＝p，p(H2O)＝p，则Kp＝＝＝。(4)①NO不能被NaOH溶液单独吸收，NO2可以被NaOH溶液单独吸收，因此NO和NO2的混合气体被NaOH溶液完全吸收的条件应满足：n(NO)∶n(NO2)≤1，当n(NO)∶n(NO2)＝1时，x取最小值1.5，因为混有NO，所以x的最大值<2，故x的取值范围为1.5≤x<2；②等物质的量的NO2和NaOH溶液完全反应后，其溶质为等物质的量的NaNO2和NaNO3，由于NO发生水解，则溶液中各离子浓度由大到小的顺序为c(Na＋)>c(NO)>c(NO)>c(OH－)>c(H＋)。(5)由原电池的工作原理图示可知，左端的铂电极为原电池的负极，其电极反应为NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋，当过程中产生2 mol HNO3时转移6e－电子，而1 mol O2参加反应转移4 mol e－，故需要1.5 mol O2参加反应，标准状况下的体积为1.5 mol×22.4 L/mol＝33.6 L。答案：(1)CO2　(2)2H2(g)＋2NO(g)===N2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－664.1 kJ/mol　(3)①＝　②33.3%　(4)①1.5≤x<2　②c(Na＋)>c(NO)>c(NO)>c(OH－)>c(H＋)　(5)NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋　33.64．解析：(1)因为废水含有较多的H＋、Cu2＋、Fe2＋、SO、AsO、HAsO、H2AsO等需要处理的杂质离子，加入石灰乳调节溶液pH＝3时，结合后续流程可知只有Ca2＋与SO产生沉淀，故沉淀A的主要成分为CaSO4。(2)Ksp[M(OH)2]＝c(M2＋)·c2(OH－)＝，取图中lg c(M)＝0即c(M2＋)＝1 mol·L－1的点进行计算，Ksp[Cu(OH)2]＝＝1×10－19.7，同理Ksp[Fe(OH)2]＝1×10－15.1。常温下pH＝7的溶液中c(Cu2＋)＝＝1×10－5.7≈2×10－6(mol·L－1)，c(Fe2＋)＝1×10－1.1mol·L－1>1×10－5mol·L－1，Fe2＋未沉淀完全。(3)氧化过程是将Fe2＋氧化为Fe3＋，Fe3＋继续反应生成胶体，故溶液pH降低的原因是4Fe2＋＋O2＋10H2O===4Fe(OH)3(胶体)＋8H＋。(4)①以酚酞为指示剂，pH的变色范围为8.2～10.0，此时溶液中砷元素主要以HAsO的形式存在，故该过程中主要反应的离子方程式为2OH－＋H3AsO4===HAsO＋2H2O；②Ka1＝，当c(H2AsO)＝c(H3AsO4)时，pH＝2.2，Ka1＝1×10－2.2，则pKa1＝2.2；③pH过低时，H＋会抑制H3AsO4的电离，溶液中AsO浓度较小，不易与Fe3＋形成沉淀；pH过高时，FeAsO4会转化为Fe(OH)3沉淀，AsO又进入水中。答案：(1)CaSO4　(2)2×10－6mol·L－1　否(3)4Fe2＋＋O2＋10H2O===4Fe(OH)3(胶体)＋8H＋(4)①2OH－＋H3AsO4===HAsO＋2H2O　②2.2③H＋会抑制H3AsO4的电离，溶液中AsO浓度较小，不易与Fe3＋形成沉淀　FeAsO4会转化为Fe(OH)3沉淀，AsO又进入水中