2020届高考化学二轮复习化学反应原理综合题作业

化学反应原理综合题
1.(2019河南六市高三第一次联考)工业上利用N2和H2可以实现合成氨气,而氨又可以进一步制备硝酸,在工业上一般可进行连续生产。请回答下列有关问题:
(1)已知N2(g)+O2(g)2NO(g)
ΔH=+180.5 kJ·mol-1
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
ΔH=-92.4 kJ. mol-1
2H2(g)+O2(g)2H2O(g)
ΔH=-483.6 kJ·mol-1
写出氨气经催化氧化完全生成一氧化氮和水蒸气的热化学方程式为 　 。 
(2)在一定体积的密闭容器中,进行化学反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),该反应的化学平衡常数K与温度t的关系如下表:
t/K
298
398
498
K
4.1×106
K1
K2

①比较K1、K2的大小:K1　　　　K2(填“>”“=”或“”“αB>αC
c.当A容器内气体平均摩尔质量不变时,说明该反应处于化学平衡状态
d.当B容器内气体密度保持不变时,说明该反应处于化学平衡状态
③当B容器中保持平衡时,NO所占体积分数为25%,则相同温度下,A容器中逆反应的平衡常数K=　　　　　(保留两位有效数字)。 
(3)利用反应NO2+NH3N2+H2O(未配平)消除用电器中NO2的简易装置如图所示。

①a电极上的反应式为　　　　　　　　。 
②常温下,若用该电池电解0.6 L饱和食盐水,一段时间后,测得饱和食盐水pH变为13,则理论上b电极上消耗B气体的体积为　　　　　 mL(标准状况,假设电解过程中溶液体积不变)。 
6.(2019河北衡水中学高三一调)H2是一种清洁能源。在冶金、电力、材料等领域应用广泛。请回答下列问题:
(1)某科研团队利用透氧膜获得N2、H2的工作原理如图甲所示(空气中N2与O2的物质的量之比按4∶1计)。上述过程中,膜Ⅰ侧所得气体的物质的量之比n(H2)∶n(N2)=3∶1,则CH4、H2O与O2反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　。 

甲
(2)用H2和CO合成甲醇的热化学方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1。已知:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH2=-49.0 kJ·mol-1,CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH3=-41.1 kJ·mol-1,则ΔH1=　　　　　 kJ·mol-1。 
(3)向容积可变的密闭容器中充入1 mol CO和2.2 mol H2,在恒温恒压条件下发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),平衡时CO的转化率[α(CO)]随温度、压强的变化情况如图乙所示。

乙

丙
①压强:p1　　　　　(填“>”“16,即Q>K,反应逆向进行,即v正p2。②由图可知,随着温度升高,丙烷的物质的量分数降低,说明升高温度平衡向正反应方向进行,反应速率和反应物的转化率都增大。③假设起始时丙烷的物质的量为1 mol,根据方程式可知:
　　　　　C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)
起始量/mol 1 0 0
变化量/mol y y y
平衡量/mol 1-y y y
Q点时丙烷的物质的量分数为50%,则1-y=0.5(1+y),解得y=13,则C3H8(g)、C3H6(g)、H2(g)平衡时的物质的量分数分别为:12、14、14,则Q点对应温度下该反应的平衡常数Kp=p(C3H6)·p(H2)p(C3H8)=14×0.1 MPa×14×0.1MPa12×0.1MPa=0.012 5 MPa。④由反应方程式C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)可知,该反应是气体分子数增加的反应,随着稀有气体比例的增加,总压强一定,降低了反应体系各气体的分压,相当于减压,从而促进反应向正反应方向进行,提高了丙烷脱氢的转化率。
(3)将已知反应编号:②C3H8(g)C2H4(g)+CH4(g)　ΔH2=+81.7 kJ·mol-1
③C2H4(g)+H2(g)C2H6(g)　ΔH3
④C3H8(g)+H2(g)CH4(g)+C2H6(g)　ΔH4=-54.8 kJ·mol-1
根据盖斯定律,由④-②可得反应③,则ΔH3=ΔH4-ΔH2=-54.8 kJ·mol-1-81.7 kJ·mol-1=-136.5 kJ·mol-1。
5.答案 (1)①-393.5 kJ·mol-1　②2NO(g)N2(g)+O2(g)　ΔH=-180.5 kJ·mol-1
(2)①压强　αB>αC,正确;c.A容器中气体质量不变,气体的总物质的量减小,则气体平均摩尔质量不变时,说明该反应处于化学平衡状态,正确;d.B容器中气体质量不变,容器体积恒定不变,则气体密度始终不变时,不能说明该反应达到平衡状态,错误。③向初始容积均为2 L的B容器中,投入5 mol CO气体和4 mol NO气体发生反应,设生成氮气物质的量为x,列三段式:
　　　　2CO(g)　+　2NO(g)2CO2(g)+N2(g)
起始/mol 5 4 0 0
转化/mol 2x 2x 2x x
平衡/mol 5-2x 4-2x 2x x
平衡时,NO所占体积分数为25%。
则4-2x9-x=25%,解得x=1,则B中平衡常数K=0.5×121.52×12=29,相同温度下K不变,则A容器中逆反应的平衡常数K=92=4.5。
(3)①根据图示可知,a极失去电子发生氧化反应,则为氨气在碱性条件下发生氧化反应生成氮气的反应,电极反应式为2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O。②电解0.6 L饱和食盐水,电解反应为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,一段时间后,测得饱和食盐水pH变为13,则溶液中n(OH-)=0.6 L×0.1 mol·L-1=0.06 mol,则转移电子为0.06 mol,同一串联电路转移电子数相同。设消耗的NO2体积为V,根据b极电极反应有:
2NO2+8e-+4H2ON2+8OH-
44.8 L 8 mol
V 0.06 mol
则V=44.8 L×0.06mol8mol=0.336 L=336 mL。
6.答案 (1)14CH4+12H2O+O214CO+40H2
(2)-90.1　(3)①>　②54.5%　6p12　③B点和E点
(4)①2　1　②BD
解析 (1)空气中N2和O2的物质的量之比约为4∶1,膜Ⅰ侧所得气体中n(H2)n(N2)=3,氮气的量在反应前后不变,设氮气为4 mol,则生成的氢气是12 mol,由膜Ⅰ侧反应可知,12 mol水和1 mol氧气得到电子,膜Ⅰ上发生反应:12H2O+24e-12H2↑+12O2-、O2+4e-2O2-,膜Ⅱ上14 mol CH4中C失去84 mol电子、H得到56 mol电子时,总反应遵守电子守恒,则反应为14CH4+12H2O+O214CO+40H2。
(2)根据盖斯定律可得ΔH1=ΔH2+ΔH3=-90.1 kJ·mol-1。
(3)①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)是气体体积减小的反应,增大压强,平衡向右移动,CO的转化率会变大,结合图像乙,保持温度不变,转化率大的表示压强大,所以p1>p2。②该问可用三段式解决,M点α(CO)=60%,则CO转化了1 mol×60%=0.6 mol,下面列三段式:
　　　　CO(g)　+　2H2(g)CH3OH(g)
起始量/mol 1 2.2 0
转化量/mol 0.6 1.2 0.6
平衡量/mol 0.4 1 0.6
可知,H2转化了1.2 mol,则H2的转化率为1.2mol2.2mol×100%=54.5%。平衡时总物质的量n=(0.4+1+0.6) mol=2 mol。
Kp=p(CH3OH)p(CO)·p2(H2)=0.62p10.42p1×(12p1)2=6p12。
③该反应为放热反应,当温度越高时,平衡常数K越小,则lg K也会越小,因此T与lg K呈反比,所以B点和E点符合lg K与温度(T)的关系。
(4)①保持H2的浓度不变,则v1v2=cm1(NO)cm2(NO),带入编号1和编号2数据可得1.6560.414=0.2m0.1m,解得m=2,保持N2的浓度不变,则v1v2=cn1(H2)cn2(H2),带入编号1和编号3数据,得0.4142.070=0.1n0.5n,解得n=1。②H2O2参与两个反应,但第一步未做反应物,因而不是催化剂,实际上H2O2仅仅是中间产物,A项错误;反应ⅰ是慢反应,说明反应速率小,在其他条件一样的情况下,活化能比较高,B项正确;总反应速率由慢反应决定,即反应(ⅰ)决定总反应速率,C项错误;碰撞理论指出能发生化学反应的碰撞是指有效碰撞,即需要一定的能量和取向的碰撞,所以在所有碰撞中部分是有效地,D项正确。
7.答案 (1)分液漏斗　(2)F、B、C、D、E
(3)饱和食盐水
(4)MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O
(5)取B中固体少许置于试管中,加蒸馏水溶解,滴加过量BaCl2溶液,振荡后静置,取上层清液置于另一试管中,再滴加Ba(OH)2溶液,有白色沉淀生成
(6)5.0　在其他条件相同时,溶液的碱性越强,次氯酸钠溶液漂白能力越弱
解析 (1)根据装置图可知装置A中仪器X的名称为分液漏斗。
(2)通过A装置制取Cl2,由于浓盐酸具有挥发性,制取的Cl2中含有HCl杂质,为防止其干扰Cl2O的制取,要先通过F装置除去HCl杂质,再通过B装置发生反应2Na2CO3+H2O+2Cl22NaCl+2NaHCO3+Cl2O制取Cl2O。由于Cl2O易溶于水,同时与水反应生成次氯酸,所以收集之前要先通过C装置干燥,再通过D装置收集Cl2O并验证其沸点低,容易液化的特点。同时由于Cl2、Cl2O都会产生大气污染,所以最后要用E装置进行尾气处理。故按气体从左至右流动装置的连接顺序是A、F、B、C、D、E。
(3)装置F是除去Cl2中的杂质HCl气体,为减少Cl2的溶解消耗,可通过盛有饱和食盐水的装置来除去HCl杂质,故装置F中盛装的试剂为饱和食盐水。
(4)A中浓盐酸与MnO2混合加热制取Cl2,反应的离子方程式为MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O。
(5)在装置B中Na2CO3与Cl2反应制取Cl2O,所以要证明B中残留固体中含有NaHCO3,就要先加入过量的BaCl2溶液,振荡静置,使可能存在的Na2CO3转化为BaCO3沉淀除去,然后取上层清液置于另一试管中,再滴加Ba(OH)2溶液,若有白色沉淀生成,证明发生反应2NaHCO3+Ba(OH)2BaCO3↓+Na2CO3+2H2O,产生了碳酸钡沉淀,从而可证明含有NaHCO3。
(6)①要保证每组实验时溶液的体积都是10 mL,所以a=5.0;②由题中实验可以看出,在其他条件不变时,溶液的碱性越弱,次氯酸钠溶液的漂白性越强;溶液的碱性越强,次氯酸钠溶液的漂白能力越弱。
8.答案 (1)圆底烧瓶　不能
(2)b　(3)打开活塞K
(4)保温,避免水蒸气冷凝
(5)①ab　②HF+OH-F-+H2O
(6)2.85%
解析 A是水蒸气发生装置,长导管可起到平衡压强的作用,防止烧瓶内压强过大。实验时,首先打开活塞K,目的是让烧瓶内压强和外界一致,待水沸腾时,关闭活塞K,开始蒸馏。若蒸馏时因反应装置局部堵塞造成长导管水位急剧上升,应立即打开活塞K,和外界连通降低压强,B是制取HF的装置,利用高氯酸(高沸点酸)将样品中的氟元素转化为氟化氢,用水蒸气蒸出,冷凝到D装置,被氢氧化钠中和吸收,再采用滴定法定量测定氟元素的质量分数。
(1)A的名称是圆底烧瓶,长导管用于平衡压强,实验过程中其下端在液面以下。
(2)实验过程中,直形冷凝管中的冷却水应从a进b出,这样可使冷却水充满外管,有利于带走热量。
(3)从实验安全角度考虑,实验时,首先打开活塞K,目的是让烧瓶内压强和外界一致,待水沸腾时,关闭活塞K,开始蒸馏。若蒸馏时因反应装置局部堵塞造成长导管水位急剧上升,应立即打开活塞K,和外界连通降低压强。
(4)连接水蒸气发生装置和反应装置之间的玻璃管常裹以石棉绳,石棉绳的隔热效果比较好,主要起到保温防止水蒸气冷凝的作用。
(5)①根据题干知识可知反应原理为高沸点酸(难挥发性酸)制取低沸点酸(易挥发性酸),醋酸和硝酸易挥发,不可代替高氯酸。②D中是氢氧化钠与HF发生酸碱中和反应生成盐和水,反应的离子方程式为HF+OH-F-+H2O。
(6)设馏出液中F-的物质的量为x。根据题意可得如下关系式:

x3+0.1 mol·L-1×20.00×10-3 L=0.100 mol·L-1×25.00×10-3 L
得x=1.5×10-3 mol=0.001 5 mol
则氟化稀土样品中氟元素的质量分数为0.001 5mol×19 g·mol-11.00 g×100%=2.85%。
9.答案 (1)蒸馏烧瓶　(2)干冰
(3)①防止产品受热分解　②过滤
(4)除去过量的氨气,防止污染环境
(5)在D和F之间增加一个装有碱石灰的干燥装置
(6)NH2COONH4+2H2ONH4HCO3+NH3·H2O或NH2COONH4+H2ONH4HCO3+NH3↑
(7)加入足量Ba(OH)2溶液,充分反应后,过滤、用蒸馏水洗涤所得沉淀、干燥后称量沉淀的质量,重复2~3次
解析 利用装置B制取氨气,通过装置C的干燥作用使干燥的氨气进入装置D,与由E装置产生的CO2气体发生反应得到产品氨基甲酸铵。氨气是大气污染物,在排放前要进行尾气处理,可用G中稀硫酸作吸收试剂吸收多余的NH3。为防止倒吸现象,装置F起安全瓶的作用,以防止倒吸。
(1)根据图示可知仪器B的名称是蒸馏烧瓶。
(2)装置E的作用是产生CO2气体,若打开阀门K,装置E中由固体药品直接产生CO2,则该固体药品的名称为干冰(即固体CO2)。
(3)①在装置D中氨气与CO2气体发生反应2NH3(g)+CO2(g)H2NCOONH4(s)。由于该反应的正反应为气体体积减小的放热反应,反应在冰水浴中就可防止产品受热分解,可以得到更多的固体产物。②当CCl4液体中产生较多晶体悬浮物时,即停止反应。在装置D中既有反应产生的固体氨基甲酸铵,也有液氨,所以可通过过滤的方法分离得到粗产品。
(4)氨气是大气污染物,在排放前要进行尾气处理,由于氨气的水溶液显碱性,所以仪器G中盛有硫酸,就可以吸收过量的氨气,防止污染环境。
(5)根据图示可知在制取氨基甲酸铵的D装置与尾气吸收的G装置中没有吸收水分的装置,这样稀硫酸中的水蒸气就会进入到D中,氨基甲酸铵是弱酸弱碱盐,水和氨基甲酸铵发生反应,导致物质变质。改进的方法是在装置D和F之间增加一个装有碱石灰的干燥装置。
(6)由于氨基甲酸铵可完全水解为碳酸氢铵,该反应的化学方程式为NH2COONH4+2H2ONH4HCO3+NH3·H2O或NH2COONH4+H2ONH4HCO3+NH3↑。
(7)氨基甲酸铵可完全水解为NH4HCO3,用天平称取一定质量的样品,加水溶解,配制成溶液,向该溶液中加入足量的Ba(OH)2溶液,发生反应NH4HCO3+Ba(OH)2BaCO3↓+NH3↑+2H2O,然后过滤、用蒸馏水洗涤所得沉淀、再干燥后称量沉淀的质量,重复操作2~3次,求出BaCO3的平均质量,利用反应中的碳元素守恒可得NH2COONH4的质量,从而可计算得到样品中氨基甲酸铵的质量分数。