2020届高考化学二轮复习化学反应原理综合题 作业

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)　ΔH1
ii.CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH2
iii.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CO2
c．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)
0.010
0.010
2.5×10－3
0.010
0.020
5.0×10－3
0.030
0.020
45×10－3
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”“v(第二步反应)
B．反应的中间产物为N2O2
C．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/mol
2NO(g)===N2(g)＋O2(g)　ΔH1＝－180.5 kJ/mol
H2O(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“>”“c(OH－)>c(H＋)　(5)NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋　33.6
4．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　②2.2
③H＋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