2023届高考化学二轮复习《化学反应原理》大题专练07

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《化学反应原理》大题专练71．肼(N2H4)和氨均为重要的化工原料。已知：Ⅰ.N2H4(l)＋O2(g)N2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－624.0 kJ·mol－1Ⅱ.N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1Ⅲ.2NH3(g)N2H4(l)＋H2(g)　ΔH＝＋144.8 kJ·mol－1回答下列问题：(1)H2的燃烧热ΔH＝________。(2)T1 ℃时，向恒容的密闭容器中加入1 mol N2H4和1 mol O2，发生反应Ⅰ。达到平衡后，只改变下列条件，能使N2的平衡体积分数增大的是________(填选项字母)。A．增大压强　　 B．再通入一定量O2C．分离出部分水 D．降低温度(3)在恒压绝热的密闭容器中通入一定量的N2和H2，发生反应Ⅱ和反应Ⅲ。反应Ⅲ对N2的平衡转化率的影响为________(填“增大”“减小”或“无影响”)，理由为                           。(4)t2 ℃时，向刚性容器中充入NH3，发生反应Ⅲ。NH3和H2的分压(p)与时间(t)的关系如图所示。①0～t1 min内，反应的平均速率v(NH3)＝________ kPa·min－1。②反应的平衡常数Kp＝________kPa－1(Kp为用分压表示的平衡常数)。③反应物分子的有效碰撞几率：M________N(填“>”“<”或“＝”)。④t2 min时升高温度，再次达到平衡后，H2的分压增大的原因为________。2．Ⅰ.据报道，我国在南海北部神狐海域进行的可燃冰(甲烷的水合物)试采获得成功。甲烷是一种重要的化工原料。(1)甲烷重整是提高甲烷利用率的重要方式，除部分氧化外还有以下两种：水蒸气重整：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　ΔH1＝＋205.9 kJ·mol－1　①CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH2＝－41.2 kJ·mol－1　②二氧化碳重整：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)　ΔH3　③则反应①自发进行的条件是________，ΔH3＝________kJ·mol－1。Ⅱ.氮的化合物以及氮的固定一直是科学家研究的重要课题，合成氨则是人工固氮比较成熟的技术，其原理为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。(2)在不同温度、压强和相同催化剂条件下，初始N2、H2分别为0.1 mol、0.3 mol时，平衡后混合物中氨的体积分数(φ)如图所示。 ①其中，p1、p2和p3由大到小的顺序是________________，该反应ΔH________0(填“>”“<”或“＝”)。②若分别用vA(N2)和vB(N2)表示从反应开始至达平衡状态A、B时的化学反应速率，则vA(N2)________vB(N2)(填“>”“<”或“＝”)。③若在250 ℃、p1为105 Pa条件下，反应达到平衡时容器的体积为1 L，则该条件下B点N2的分压p(N2)为________Pa (分压＝总压×物质的量分数，保留一位小数)。Ⅲ.(3)以NO2、O2、熔融NaNO3组成的燃料电池装置如图所示， 石墨Ⅱ的电极名称为________。在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y，石墨Ⅰ电极反应可表示为______________________________________________。3．H2、CO是制备甲醇与合成氨的重要原料气；NH3可用于生产硝酸和尿素。  (1)用氨气生产硝酸：NH3催化氧化是工业制硝酸的第一步反应：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)除此之外，相同条件下还可能发生以下副反应：4NH3(g)＋4O2(g)===2N2O(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 105 kJ·mol－14NH3(g)＋3O2(g)===2N2(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 269 kJ·mol－1两个副反应在理论上趋势均很大，但实际生产中影响并不大，原因是                    。(2)生产尿素：①尿素的合成分两步进行；a．2NH3(g)＋CO2(g)NH2COONH4(l)　ΔH＝－117 kJ·mol－1b．NH2COONH4(l)CO(NH2)2(l)＋H2O(l)　ΔH＝＋15 kJ·mol－1则总反应2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(l)＋H2O(l)的ΔH＝________。②如图为n(NH3)∶n(CO2)＝4∶1时，温度对CO2的转化率的影响。解释温度升高CO2的平衡转化率增大的原因：___________________________________(3)已知制备甲醇的有关化学反应如下：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)①甲醇还可以与乙酸反应制香料，反应方程式为CH3OH(l)＋CH3COOH(l)CH3COOCH3(l)＋H2O(l)，制香料反应的平衡常数K的表达式为__________________________②850 ℃时，反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)的平衡常数K＝160，在密闭容器中进行该反应，开始时只加入CO2、H2，反应10 min后测得各组分的浓度如下表。比较正、逆反应的速率的大小：v(正)________v(逆)(填“>”“<”或“＝”)。物质H2CO2CH3OHH2O浓度/(mol·L－1)0.20.20.40.4(4)研究人员利用CO来减少NO的排放，主要反应为2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)。在一定温度下，于2 L的恒容密闭容器中充入0.1 mol NO和0.3 mol CO发生该反应，如图为容器内的压强(p)与起始压强(p0)的比值()随时间的变化曲线。①0～5 min内，该反应的平均反应速率v(N2)＝____________________；平衡时NO的转化率为________。②若13 min时，向该容器中再充入0.06 mol CO2,15 min时再次达到平衡，此时容器内的比值的变化曲线应该更接近于图中的________(填“a”“b”“c”或“d”)。4．随着科技进步和人类环保意识的增强，如何利用CO2已经成为世界各国特别关注的问题。已知：CO2与CH4经催化重整制得合成气：CH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g)　ΔH(1)降低温度，该反应速率会________(填“增大”或“减小”)；一定压强下，由最稳定单质生成1 mol化合物的焓变称为该物质的摩尔生成焓。已知CO2(g)、CH4(g)、CO(g)的摩尔生成焓分别为－395 kJ·mol－1、－74.9 kJ·mol－1、－110.4 kJ·mol－1。则上述重整反应的ΔH＝________ kJ·mol－1。(2)T1 ℃时，在两个相同刚性密闭容器中充入CH4和CO2分压均为20 kPa，加入催化剂Ni/α­Al2O3并分别在T1 ℃和T2 ℃进行反应，测得CH4转化率随时间变化如图Ⅰ所示。图Ⅰ①A点处v正________B点处v逆(填“>”“<”或“＝”)。②研究表明CO的生成速率v生成(CO)＝1.3×10－2·p(CH4)·p(CO2) mol·g－1·s－1，A点处v生成(CO)＝________mol·g－1·s－1。(3)上述反应达到平衡后，若改变某一条件，下列变化能说明平衡一定正向移动的是________(填代号)。A．正反应速率增大B．生成物的百分含量增大   C．平衡常数K变大(4)其他条件相同，在甲、乙两种不同催化剂作用下，相同时间内测得CH4转化率与温度变化关系如图Ⅱ。c点________(填“可能”“一定”或“一定未”)达到平衡状态，理由是__________________；CH4的转化率b点高于a点的可能原因是________________________________________。图Ⅱ5．甲醇是基本的有机合成原料之一，甲醇的制取及应用是有机工业研究的热点。(1)以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：反应Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)⇌CH3OH(g)＋H2O(g)  ΔH1＝－49.5 kJ·mol－1反应Ⅱ：CO(g)＋2H2(g)⇌CH3OH(g)  ΔH2＝－90.4 kJ·mol－1反应Ⅲ：CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O (g)  ΔH3①反应Ⅲ能够自发进行的原因是__________________________________________。②不同压强下，按n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，测得CO2的平衡转化率随温度的变化关系如图所示。压强 p1______p2（填“＞”或“<”），T1 K后，反应主要以________________________（填“反应Ⅰ”、“反应Ⅱ”或“反应Ⅲ”）为主。T2 K后，曲线重合的原因是________________________。(2)以甲醇为原料，通过电化学法可以合成碳酸二甲酯[(CH3O)2CO]，工作原理如图所示。①阳极的电极反应式为_________________________________________。②若以铅蓄电池为电源，B应与铅蓄电池的_____（填“Pb”或“PbO2” ）相连。6．煤炭燃烧时产生大量SO2、NO对环境影响极大。(1)使用清洁能源可有效减少SO2等的排放。煤的液化是现代能源工业中重点推广的能源综合利用方案，最常见的液化方法为用煤生产CH3OH。已知制备甲醇的有关化学反应及平衡常数如下：i：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－90.8 kJ/molii：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)      ΔH2＝－41.2 kJ/moliii：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH3850 ℃时，三个反应的平衡常数分别为K1＝160、K2＝243、K3＝160。甲醇还可以与乙酸反应制香料，反应为：CH3OH(l)＋CH3COOH(l)CH3COOCH3(l)＋H2O(l)①ΔH3＝________，制香料反应的平衡常数K的表达式为______________________。②850 ℃，在密闭容器中进行反应i，开始时只加入CO2、H2，反应10 min后测得各组分的浓度如下表。比较正、逆反应的速率的大小：v正________v逆(填“>”、“<”或“＝”)。物质H2CO2CH3OHH2O浓度/mol/L0.20.20.40.4(2)研究人员发现，将煤炭在O2/CO2的气氛下燃烧，能够降低燃煤时NO的排放，主要反应为：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)。在一定温度下，于2 L的恒容密闭容器中充入0.1 mol NO和0.3 mol CO发生该反应，如图为容器内的压强(p)与起始压强(p0)的比值(p/p0)随时间的变化曲线。①0～5 min内，该反应的平均反应速率v(N2)＝________；平衡时NO的转化率为________。②若13 min时，向该容器中再充入0.06 mol CO，15 min时再次达到平衡，此时容器内p/p0的比值应在图中A点的________(填“上方”或“下方”)。(3)以连二硫酸盐(S2O)为媒介，使用间接电化学法也可处理燃煤烟气中的NO，装置如图所示：①阴极区的电极反应式为_______________________________________。②NO吸收转化后的主要产物为NH，若通电时电路中转移了0.3 mol e－，则此通电过程中理论上吸收的NO在标准状况下的体积为________ mL。7．天然气可制备合成气，进而制备甲醇等化工原料。(1)如图是以甲烷、氧气和水蒸气为原料制备合成气的能量图，某工厂为实现能量的零排放和零补充，则进料气中氧气与水蒸气的体积比应为________。(2)以天然气(设杂质不参与反应)、KOH溶液为原料可设计成燃料电池。①放电时，正极的电极反应式为__________________________________。②设装置中盛有100.0 mL 3.0 mol·L－1 KOH溶液，放电时参与反应的氧气在标准状况下的体积为8.96 L，假设放电过程中没有气体逸出，则放电完毕后，所得溶液中各离子浓度由大到小的顺序为_______________________________。(3)以H2、CO为原料合成甲醇：2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)　ΔH<0，在1 L恒容密闭容器中充入2a mol H2(g)和a mol CO(g)，在一定条件下反应10 min达到平衡，测得CO的转化率为β。若改变一个条件，反应速率减慢，CO的平衡转化率增大。①反应开始至10 min内H2的平均反应速率为________。②反应的平衡常数K为____________________________________________。③改变的一个条件是_________________________________________。④达到平衡状态时，甲醇的体积分数为________。(4)制备合成气的副反应为CO＋H2OCO2＋H2，用足量的氢氧化钠溶液吸收气体中的CO2，得到等浓度的NaHCO3、Na2CO3的混合溶液M。M中的物料守恒式为______________________。8．H2S是石油化工行业广泛存在的污染性气体，但同时也是重要的氢源和硫源，工业上可以采取多种方式处理。Ⅰ．干法脱硫(1)已知H2S的燃烧热为a J∙mol−1，S的燃烧热为b J∙mol−1，则常温下空气直接氧化脱除H2S的反应：2H2S(g)+O2(g)=2S(s)+2H2O(l)  △H＝______kJ∙mol−1  。(2)常用脱硫剂的脱硫效果及反应条件如下表，最佳脱硫剂为_________。脱硫剂出口硫（mg·m−3）脱硫温度（℃）操作压力（MPa）再生条件一氧化碳＜1.33300～4000～3.0蒸气再生活性炭＜1.33常温0～3.0蒸气再生氧化锌＜1.33350～4000～5.0不再生锰矿＜3.994000～2.0不再生Ⅱ．热分解法脱硫在密闭容器中，充入一定量的H2S气体，发生热分解反应H2S(g)控制不同的温度和压强进行实验，结果如图(a)。(3)图(a)中压强关系p1、p2、p3由大到小的顺序为______，该反应为____（填“吸热”或“放热”）反应，若要进一步提高H2S的平衡转化率，除了改变温度和压强外，还可以采取的措施有_______。(4)若压强为p、温度为975℃时，H2S(g)的平衡常数K=0.04，则起始浓度c=______mol∙Lˉ1，若向容器中再加入1mol H2S气体，相同温度下再次达到平衡时，K_____0.04（填“>”、“<”或“=”）。Ⅲ．间接电解法脱硫间接电解法是通过FeCl3溶液吸收并氧化H2S气体，将反应后溶液通过电解再生，实现循环使用，该法处理过程如下图(b)。(5)电解反应器总反应的离子方程式为________。(6)气液比为气体与液体的流速比，吸收反应器内液体流速固定。测定吸收器中相同时间内不同气液比下H2S的吸收率和吸收速率，结果如图(c)所示，随着气液比减小，H2S的吸收速率逐渐降低，而吸收率呈上升趋势的原因为____________。9．N2O、NO和NO2等氮氧化物是空气污染物，含有氮氧化物的尾气需处理后才能排放。(1)N2O的处理。N2O是硝酸生产中氨催化氧化的副产物，用特种催化剂能使N2O分解。NH3与O2在加热和催化剂作用下生成N2O的化学方程式为____________。(2)NO和NO2的处理。已除去N2O的硝酸尾气可用NaOH溶液吸收，主要反应为NO+NO2+2OH−＝2NO2-+H2O2NO2+2OH-＝ NO2-+ NO3-+H2O①下列措施能提高尾气中NO和NO2去除率的有____________（填字母）。A．加快通入尾气的速率           B．采用气、液逆流的方式吸收尾气C．吸收尾气过程中定期补加适量NaOH溶液②吸收后的溶液经浓缩、结晶、过滤，得到NaNO2晶体，该晶体中的主要杂质是____________（填化学式）；吸收后排放的尾气中含量较高的氮氧化物是____________（填化学式）。(3)NO的氧化吸收。用NaClO溶液吸收硝酸尾气，可提高尾气中NO的去除率。其他条件相同，NO转化为NO3-的转化率随NaClO溶液初始pH（用稀盐酸调节）的变化如图所示。①在酸性NaClO溶液中，HClO氧化NO生成Cl−和NO3-，其离子方程式为____________。②NaClO溶液的初始pH越小，NO转化率越高。其原因是____________。10．乙二醇是一种重要的有机化工原料，在478 K利用草酸二甲酯催化加氢合成乙二醇的反应历程如下：①CH3OOCCOOCH3(g)＋2H2(g)HOCH2COOCH3(g)＋CH3OH(g)    ΔH1＝a kJ·mol－1②HOCH2COOCH3(g)＋2H2(g)HOCH2CH2OH(g)＋CH3OH(g)       ΔH2＝b kJ·mol－1③HOCH2CH2OH(g)＋H2(g)C2H5OH(g)＋H2O(g)                  ΔH3＝c kJ·mol－1(1)写出478 K时草酸二甲酯催化加氢合成乙二醇的热化学方程式：                    。(2)下表是各反应在不同温度下的平衡常数：   温度反应   458 K478 K488 K①1.78×1041.43×104 1.29×104②1.91×1071.58×107 1.45×107③8.11×1083.12×108 2.00×108①反应③的平衡常数表达式K＝________________，ΔH3____________0(选填“＞”“＝”或“＜”)。②下列有关反应②的说法中正确的是____________(填标号)。A．较低温度有利于反应②自发进行B．恒容条件下，当反应混合气体的平均摩尔质量不再改变时，反应达到了平衡C．升高温度，有利于提高乙二醇的产率D．增加氢气的浓度，一定既能加快反应的速率，又能提高乙二醇的百分含量(3)分析图1、图2，选择工业上合成乙二醇的最佳压强及 n(H2)∶n(草酸二甲酯)比例为_______________________________________(填标号)。A．0～1 MPa，n(H2)∶n(草酸二甲酯)＝40    B．1～2 MPa，n(H2)∶n(草酸二甲酯)＝20C．2～3 MPa，n(H2)∶n(草酸二甲酯)＝40    D．2～3 MPa，n(H2)∶n(草酸二甲酯)＝20(4)图3表示温度对反应的影响，试分析工业上合成乙二醇时，实际温度不高也不低，选择在473 K的理由：________________________________________________________________。(5)对反应①，在478 K、恒压条件下，充入草酸二甲酯和H2各2 mol，一段时间后达平衡，若在t1时刻再充入各1 mol 的反应物(其他条件不变)，t2时重新达到平衡，请在图4中画出正逆反应速率随时间变化的示意图。