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专题12 化学反应原理综合题
1.(23-24高三上·广东深圳·期末)甲醛(HCHO)是主要的室内环境污染物,同时又是重要的化工原料。
Ⅰ.利用分光光度法测定室内HCHO含量
(1)测定原理:将痕量HCHO加入过量酸性溶液中,被还原为,再加入过量KI-淀粉溶液,溶液显蓝色。
已知:溶液吸光度大小与溶液颜色深浅成正比。
①基态Cr原子的核外电子排布式: 。
②完成离子方程式:
__________________________________________________________________
(2)测定方法:
实验①:向一定量待测HCHO溶液中滴加过量酸性K2Cr2O7溶液,振荡后加入过量的淀粉-KI溶液。
实验②:用等体积去离子水代替实验①中的HCHO溶液,重复上述操作。
两组实验充分反应后,测得不同波长下吸光度A,绘制吸收光谱曲线如下图所示。
①请你判断表现实验①中溶液吸光度的曲线为 。
②根据上图曲线,选定在波长下,测定不同浓度溶液的吸光度A,得到之间的关系为:。,某待测溶液的吸光度A为0.182,则该溶液中HCHO含量为 。
Ⅱ.甲醛的制备:甲醇脱氢法
已知反应a:
反应b:
反应c:
反应d:
(3) 。
(4)在一个2L恒容密闭容器中充入1molCH3OH(g),在催化剂作用下发生反应a、d,在不同温度下连续反应20min后,测得甲醇的转化率、甲醛的选择性与温度的关系如下图所示。
①600℃时,体系中H2的物质的量为 ,平均反应速率 mol/(L·min)。
②当温度高于650℃,甲醛的选择性下降的原因不可能是 。
A.升高温度使催化剂活性降低 B.升高温度使反应a逆向移动
C.温度升高反应d速率加快 D.升高温度使反应d正向移动
【答案】(1)或
(2)a
(3)+84
(4)0.77 0.00825 B
【解析】(1)①已知Cr是24号元素,故基态Cr原子的核外电子排布式为:或,故答案为:或;
②反应中中Cr的化合价由+6价降低到+3价,HCHO中C的化合价由0价升高到CO2中的+4价,根据得失电子守恒进行配平可得,该反应的离子方程式为:,故答案为:;
(2)①由题干信息可知,溶液吸光度大小与溶液颜色深浅成正比,对比实验①②可知,实验①溶液呈蓝色,实验②为无色,故表现实验①中溶液吸光度的曲线为a,故答案为:a;
②根据上图曲线,选定在波长596nm下,测定不同浓度溶液的吸光度A,得到之间的关系为:。,某待测溶液的吸光度A为0.182,则0.182=0.15c(甲醛)+0.002,解得c(甲醛)=1.2×10-6g/mL,该溶液中HCHO含量为=4.0×10-5,故答案为:4.0×10-5;
(3)已知反应b: ,反应c: ,则 (c-b)可得反应a: ,根据盖斯定律可得, ==+84kJ/mol,故答案为:+84;
(4)①由题干图示信息可知,600℃时,CH3OH的转化率为55%,HCHO的选择性为55%,则CO的选择性为45%,根据反应a、d可知,体系中H2的物质的量为1mol×0.55×60%+1mol×0.55×2×40%=0.77,平均反应速率=0.00825mol/(L·min),故答案为:0.77;0.00825;
②
A.升高温度使催化剂活性降低,导致生成甲醛的量减少甚至不生成,A不合题意;
B.由以上分析可知,反应a为吸热反应,故升高温度使反应a正向移动,B符合题意;
C.温度升高反应d速率加快,则CO的选择性增大,导致CH3OH的选择性减小,C不合题意;
D.由题干信息可知,反应d为吸热反应,故升高温度使反应d正向移动,导致CO的选择性增大,导致CH3OH的选择性减小,D不合题意;
故答案为:B。
2.(23-24高三上·广东·期末)处理、是减少空气污染的重要途径。
已知:①
②
③
④
回答下列问题:
(1) 。
(2)已知反应①的正反应活化能,则其逆反应活化能 。
(3)向密闭反应器中按投料,发生反应④。相同时间内,不同温度下,测得的转化率与催化剂Cat1、Cat2的关系如图所示。
①催化效率较高的是 (填“Cat1”或“Cat2”)。
②Cat1作用下,400℃时b点 (填“达到”或“未达到”)平衡状态,判断依据是 。
③,b→c的可能原因是 。
(4)在甲、乙均为1L的恒容密闭容器中均充入和,在恒温和绝热两种条件下仅发生反应④,测得压强变化如图所示。
①由以上信息判断:甲容器中的反应条件为 (填“恒温”或“绝热”)。
②乙容器中0~4min内的平均速率为 mol∙L-1∙min-1。a点放出的热量为 kJ。
③平衡常数: (填“大于”“小于”或“等于”)。
【答案】(1)-870
(2)368
(3)Cat2 未达到 相同温度下,Cat1催化时NO转化率比Cat2催化时小 催化剂选择性降低(或催化剂活性降低等)
(4)绝热 0.4 597.6 小于
【解析】(1)根据盖斯定律可知,②+①×2得目标反应:;
(2)反应热等于正、逆反应活化能之差,;
(3)①相同温度下,NO转化率越高,催化效率越高,所以Cat2催化效率较高。
②③a、b点对应的温度相同,催化剂不同,转化率不同,说明未达到平衡,因为平衡点只与温度有关,与催化剂无关;
④b→c点催化效率降低,可能是催化剂选择性降低、催化剂活性降低等;
(4)①正反应是放热反应,气体分子数减小,甲容器启动反应过程中,压强增大,说明甲为绝热过程;
②乙为恒温过程。0~4min内,设参加反应的NO的物质的量为:
同温同压下,气体压强与气体总物质的量成正比例。,解得,;
③NO的转化率为,放出的热量为74780%=579.6kJ;
④该反应为放热反应,温度升高,K值减小,甲的温度高于乙,所以Kb小于Kc。
3.(23-24高三下·广东惠州·期末)空间站的生命保障系统功能之一是实现氧循环,下图是空间站利用Sabatier反应再生氧气的大体流程。
(1)已知:
则Sabatier反应的 。
(2)一定条件下,进行上述Sabatier反应的:
①在恒温恒压装置中,下列能说明反应达到平衡状态的是 。
a. b.混合气体的密度不再改变
c.混合气体平均摩尔质量不再改变 d.混合气体的总质量不再改变
②在温度为T、压强恒定为的条件下,按投料进行反应,平衡时的转化率为50%, (用表示)。(已知是以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数。)
③科学家研究在催化剂表面上与的反应,前三步历程如图所示,吸附在催化剂表面上的物种用“·”标注,Ts表示过渡态。下列说法中正确的是 (填字母)。
A.该转化反应的速率取决于Ts1的能垒
B.转化为和的反应
C.第一步历程中只发生了非极性共价键的断裂
D.催化剂能降低反应的活化能,提高反应物的平衡转化率
(3)氧再生反应可以通过酸性条件下半导体光催化转化实现,反应如图甲所示:
①光催化转化为的阴极的电极反应式为 ,理论上每生成1mol,阳极生成氧气的质量为 g。
②催化剂的催化效率和的生成速率随温度的变化关系如图乙所示。300℃到400℃之间,生成速率加快的原因是 。
【答案】(1)
(2)bc AB
(3) 64g 300℃到400℃之间,温度比催化剂对甲酸的生成速率影响大,因此温度升高,化学反应速率加快,所以甲酸生成速率加快
【解析】(1)已知:①
②
由盖斯定律可知反应可由得到,则,故答案为: ;
(2)①a.化学反应速率和化学计量数呈正比,若则可以说明正逆反应速率相等,达到平衡状态,故a不选;
b.恒温恒压条件下,若混合气体的密度不再改变,说明混合气体体积不在变化,则可以说明达到平衡状态,故b选;
c.该反应为气体总物质的量减少的反应,若混合气体平均摩尔质量不再改变,能说明达到平衡状态,故c选;
d.根据质量守恒原理,混合气体的总质量始终不变,故d不选;
故选bc;
②在温度为T、压强恒定为的条件下,按投料进行反应,平衡时的转化率为50%,则
平衡时气体总物质的量为,则,故答案为:;
③A.由图分析可知,Ts1的能垒最大,反应过程中的能垒越大,反应速率越慢,而整个反应的反应速率取决于最慢的一步反应,该转化反应的速率取决于Ts1的能垒,故A正确;
B.由图可知,能量高于, 和的总能量,则转化为和的反应,故B正确;
C.第一步反应历程为,反应过程中断裂了C-O键,发生了极性共价键的断裂,故C错误;
D.催化剂能降低反应的活化能,提高化学反应速率,但不能提高反应物的转化率,故D错误;
故选AB;
(3)①由图中信息可知光催化转化为的反应中,阴极发生得电子转化成的反应,其电极方程式为 ,阳极的反应为,理论上每生成1mol时,转移电子8mol,阳极生成氧气物质的量为2mol,其质量为64g,故答案为:;64g;
②由图可知温度在250℃时,催化剂的转化效率达到最大值,温度在升高到300℃过程中催化剂的转化效率明显下降,但超过300℃后又明显增加,可判断是温度对反应的影响导致的,温度升高反应速率加快,故答案为:300℃到400℃之间,温度比催化剂对甲酸的生成速率影响大,因此温度升高,化学反应速率加快,所以甲酸生成速率加快。
4.(23-24高三上·广东汕尾·期末)纳米零价铁因其具有高比表面积、高反应活性和强还原性能,在水处理领域具有广阔的应用前景。
(1)基态铁原子的核外电子排布式是 ,从电子排布的角度分析比稳定的原因 。
(2)纳米零价铁可以通过液相还原法,利用硼氢化物()还原溶液中的制备。
①发生反应的离子方程式为,当反应生成3molH₂时,转移电子的物质的量为 mol;
②在25℃,101kPa下,将①中生成的3mol完全燃烧生成液态水,释放的能量为 kJ[已知该条件下,电解液态水生成1mol,反应的]。
(3)纳米零价铁也可以通过与反应制备,其反应为。一定温度下,将一定量的和置于恒容密闭容器中反应,下列能说明反应达到平衡状态的有_______(填标号)。
A.体系压强不再改变
B.
C.混合气体的密度不再改变
D.和的浓度之比为1:2
(4)纳米零价铁具有强的还原能力,酸性环境下,可将溶液中还原成固态的而除去,自身转化成。质量、状态均相同的纳米零价铁对三种同体积、不同初始浓度(单位:)溶液中的去除率如图所示。
①该反应的离子方程式为 。
②初始浓度时,在0~4h内,的平均消耗速率为 。
(5)纳米零价铁也可用于去除水体中的六价铬污染物。可用纳米零价铁将水体中还原为,再将转化为从水体中除去。
①常温下,总浓度为溶液中,含铬物种浓度随溶液的分布如图所示,则的= (用含、的式子表示)。
②实验发现,在纳米零价铁中添加少量铜粉,去除水体中六价铬的效率与纯纳米零价铁相比更高,其原因是 。
【答案】(1)(或) 的能级为半满状态,更稳定
(2)6 858
(3)AC
(4)
(5) 加入铜粉形成了原电池,加快了去除六价铬反应的速率
【解析】(1)①铁为26号元素,则基态铁原子的核外电子排布式是:或,故答案为:或;
②因为Fe3+的3d能级为3d5半满状态,更稳定,故答案为:Fe3+的3d能级为3d5半满状态,更稳定;
(2)①由离子方程式可知,每生成6molH2时,转移电子12mol,则生成3molH2时,转移电子6mol,故答案为:6;
②电解液态水生成1molO2(g),反应的ΔH=+572kJ⋅mol−1,则,则将①中生成的3molH2完全燃烧生成液态水,释放的能量为: ,故答案为:858;
(3)A.该反应为气体分子数增加的反应,随着反应的发生,压强不断增大,当压强不变时,则说明反应达到平衡状态,故A项正确;
B.,则,说明反应达到平衡状态,故故B项错误;
C.由化学方程式可知,随着反应发生气体质量不断增大,容器体积不变,密度不断增大,当密度不变时,说明反应达到平衡状态,故C项正确;
D.CO和H2为生成物,则反应过程中CO和H2的浓度之比一直为1:2,不能说明反应达到平衡状态,故D项错误;
故答案选AC。
(4)①依题意,零价纳米铁与反应生成ReO2和Fe3+,反应的离子方程式为:,故答案为:;
②初始浓度c()=20mg⋅L−1时,在0~4h内,的去除率达为60%,则
的平均消耗速率为:,故答案为:;
(5)①根据图示知道,pH=M时,,,pH=N时,,,则,故答案为:;
②在纳米零价铁中添加少量铜粉,去除水体中六价铬的效率与纯纳米零价铁相比更高,其原因是加入铜粉形成了原电池,加快了去除六价铬反应的速率,故答案为:加入铜粉形成了原电池,加快了去除六价铬反应的速率。
5.(23-24高三上·广东汕头·期末)锰及其化合物是优良的催化剂,在生产生活中有着重要的应用。
(1)催化分解:,该反应一般认为通过如下步骤来实现:
①
②
反应②的 0(填“>”、“=”或“<”);若反应②为慢反应,下列示意图中能体现上述反应能量变化的是 (填标号)
(2)一定条件下,溶液的酸碱性对催化分解反应的影响如图所示。
①单位时间的浓度变化量可以表示分解速率。中性时,的分解速率= 。
②以下对图象的分析正确的是 (选填序号)。
A.起始浓度不同,无法判断溶液的酸碱性对的分解速率的影响
B.相同条件下,溶液的酸性越强,的分解速率越大
C.在间,中性时的分解百分率比酸性时大
(3)用锰基催化剂氨氧法去除一氧化氮的污染,反应原理为:,实验测得,(、为速率常数,只与温度有关)。
①达到平衡后,仅升高温度,增大的倍数 (填“>”“<”或“=”)增大的倍数。
②若在的恒容密闭容器中充入和,在一定温度下达到平衡时,的转化率为,则 (只需列表达式)。
(4)锰酸锂可作为锂离子电池的材料。使用锂离子电池为动力汽车,可减少有害气体的排放。它主要依靠锂离子在正负极间移动来工作,锰酸锂离子可充电电池的总反应为:;
充电时电池内部向 移动(填“阴极”或“阳极”),电池的阳极反应式为 。
【答案】(1)< C
(2) B
(3)<
(4)阴极
【解析】(1)反应①+②可得总反应,可得,因为,,则<0;反应①吸热,反应②放热,总反应放热,且反应②为慢反应,反应②的活化能大,可知能体现上述反应能量变化的是C;
(2)①中性时,的分解速率为;
②A.碱性、中性条件下浓度比酸性条件浓度大,反应速率比酸性条件小,因此可以酸碱性对的分解速率的影响,A错误;
B.根据图示可知,相同条件下,溶液的酸性越强,反应完全所需时间越短,则H2O2的分解速率越大,B正确
C.在0~50min间,中性和酸性时H2O2均完全分解,故H2O2的分解百分率均为100%,C错误;
故选B;
(3)①该反应放热,升高温度,平衡逆向移动,说明增大的倍数小于增大的倍数;
②若在的恒容密闭容器中充入和,在一定温度下达到平衡时,的转化率为,平衡时的浓度分别为:2mol/L、3mol/L、2.5mol/L、3mol/L,,=;
(4)充电时阳离子移向阴极,故充电时电池内部向阴极;电池阳极发生氧化反应,锰元素化合价升高,阳极反应式为。
6.(23-24高三上·广东惠州·期末)在碳中和背景下,甲酸(HCOOH)作为氢能载体和储氢材料备受关注。
(1)甲酸分子中基态O原子价层电子的轨道表示式为 。
(2)反应a:
已知:
CO2在Bi上电催化的反应历程图
则反应a的= 。
(3)一定条件下,CO2电催化加氢合成甲酸的过程涉及以下反应,反应历程如上图所示。
a.
b.
①由图可知,反应的“最大能垒”:a b(填“>”、“<”或“=”),短时间内产物HCOOH的选择性 (填“高于”或“低于”)CO的选择性(产物A的选择性=×100%)。
②在绝热密闭容器中充入一定量的CO2和H2,发生反应a和b,下列有关说法正确的有 。
A.加压可提高甲酸的选择性 B.加入催化剂可使反应的焓变减小
C.扩大容器体积,CO的平衡产率不变 D.容器内温度不变时,反应体系达到平衡状态
(4)某研究小组发现HCOOH水溶液在密封石英管中发生的反应有:
c.
d.
T℃下,在密封石英管中完全充满1.0的HCOOH水溶液,分解产物均完全溶于水中。反应c的速率远大于反应d.CO2、CO的浓度与反应时间的变化关系如图所示(忽略碳元素的其他存在形式)。
①反应过程中CO的浓度先增大后减小的原因是 。
②反应经过50min达到平衡状态,0~50min中HCOOH的分解速率为 ,反应d的平衡常数为 。
【答案】(1)
(2)
(3)< 高于 AD
(4)前,反应c正向进行,逐渐增大,时刻达到平衡,后,随着反应d正向进行,降低,反应c逆向进行,逐渐降低
【解析】(1)
O是8号元素,基态O原子的价层电子的轨道表示式为;
(2)由反应①;反应②;③,根据盖斯定律,③-①-②可得目标方程,;
(3)①由图可知,由图生成的活化能为0.43eV;生成CO的活化能为1.1eV,故反应的“最大能垒”:a<b,所以生成的选择性高于生成CO的选择性;
②A.加压,a反应正向移动,可提高甲酸的选择性,A正确;
B.催化剂只能改变活化能,不改变反应的始态和终态,反应焓变不变,B错误;
C.扩大容器体积,压强减小,反应a逆向移动,反应物浓度增加,使反应b正向移动,CO的平衡产率增加,C错误;
D.绝热恒容容器内温度不变时,说明反应体系达到平衡状态,D正确;
故选AD;
(4)前,反应c正向进行,逐渐增大,时刻达到平衡,后,随着反应d正向进行,降低,反应c逆向进行,逐渐降低;②反应经过50min达到平衡状态,此时,,,0~50min中HCOOH的分解速率为;,,,反应d的平衡常数为。
7.(23-24高三上·广东深圳·期末)2023年杭州亚运会开幕式首次使用“零碳甲醇”作为主火炬塔燃料。
(1)CH3OH分子中O的杂化轨道类型为 。
(2)以CO2为原料加氢可以合成甲醇,该反应能量变化如图。
①第 步(填“1”或“2”)是上述反应的决速步。
②恒容时,下列措施中能使该平衡体系中增大且加快化学反应速率的是 (填字母)。
A.充入He(g),使体系压强增大 B.升高温度
C.将H2O(g)从体系中分离出去 D.再充入H2
③干冰(CO2)的晶胞结构如图所示,若该晶胞边长为apm,则干冰晶体的密度为 。(已知:;NA表示阿伏加德罗常数的值)
(3)在体积为1L的恒容密闭容器中,充入1molCO2(g)和2molH2(g),一定条件下发生反应:,测得CH3OH(g)浓度随时间的变化:
时间/min
0
3
5
10
15
浓度
0
0.3
0.45
0.5
0.5
测得该条件下平衡时体系的压强为P,求该反应的 (物质的分压=总压×物质的量分数)。
(4)可催化的氢化,体系中产生和CO。现将一定比例的CO2、H2以一定流速通过催化剂,某温度下,得到的转化率、或CO的选择性[]与催化剂中NiO质量分数的关系图:
①曲线 (填“X”或“Y”)表示的转化率随催化剂中NiO的质量分数的变化。
②有利于提高选择性的反应条件是 (填标号)。
A.减小压强 B.使用更合适的催化剂 C.原料气中掺入适量的CO
【答案】(1)杂化
(2)1 D
(3)
(4)Y BC
【解析】(1)CH3OH分子中O形成了2个键、还有两对孤电子对,即价层电子对数为4,所以其杂化轨道类型为杂化;
(2)从图中可知:第1步的活化能更大,而活化能越大反应越慢,即第1步反应更慢,所以第1步是上述反应的决速步;
A.充入He(g),使体系压强增大,但各反应物浓度未变,化学反应速率不变,故A错误;
B.从图中可知反应物能量更高,为放热反应,升高温度平衡左移,减小、化学反应速率增大,故B错误;
C.将从体系中分离出去,化学反应速率不会增大,故C错误;
D.再充入,平衡右移,增大,同时氢气浓度增大,化学反应速率增大,故D正确;
故答案为:D;
CO2位于顶点和面心,个数为,晶胞质量为,晶胞密度为
(3)据题中数据,列三段式:,气体总物质的量为2mol,平衡时体系的压强为P,求该反应的;
(4)CO2转化率不变的情况下,CH3OH的选择性下降,则CO的选择性必然上升,即曲线X表示CO的选择性、曲线Y表示CO2的转化率;
A.,减压平衡左移,CH3OH选择性降低,故A错误;
B.使用更合适的催化剂,对生成CH3OH的反应更有利,从而增大CH3OH选择性,故B正确;
C.原料气中掺入适量的CO,平衡逆向移动,增大CO2、H2浓度,平衡正向移动,从而增大CH3OH选择性,故C正确;
故答案为:BC。
8.(23-24高三上·广东深圳·期末)汽车尾气中氮氧化合物、碳氧化合物的处理与利用是研究的热点。
(1)汽车尾气中的污染物NO和CO,一定条件下可发生反应I:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) 1
已知:
反应
25℃时的平衡常数
焓变
反应Ⅱ:2NO(g)N2(g)+O2(g)
K2=1.0×1030
=-180.0kJ·mol-1
反应Ⅲ:2CO2(g)2CO(g)+O2(g)
K3=4.0×10-92
=566.0kJ·mol-1
①反应I的= ,K1= 。
②燃油汽车尾气仍含有较多、的可能原因是 ;写出一项有效提升尾气达到排放标准的措施: 。
③下列能说明该反应I已经达到平衡状态的是 (填字母代号)。
A.c(CO)=c(CO2) B.恒容容器中混合气体的密度不变
C.v(N2)正=2v(NO)逆 D.容器中混合气体的平均摩尔质量不变
(2)空速(规定的条件下,单位时间、单位体积催化剂处理的气体量)的大小直接决定了烟气在催化剂表面的停留时间和装置的烟气处理能力。催化剂能够适应较大的空速,就可以在保证足够高的脱硝(去除氮氧化物)效率的前提下提高催化剂处理烟气的能力。在相同时间内,三种催化剂下NO的转化率、NO2浓度随温度变化如图1所示,相同时间内,MnCeZr催化剂在不同空速下NO的转化率随温度的变化如图2所示。
根据图1和图2分析,选取工业脱硝的最佳反应条件为MnCeZr、 。
(3)H2在催化剂作用下可将CO、CO2甲烷化,反应过程如下:
①CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g);
②CO(g)+H2(g)CO2(g)+CH4(g)。
在某温度下,向恒容容器中充入7molCO2和12molH2,初始压强为19kPa,反应经10min达到平衡,此时p(CO)=4kPa,p(H2O)=5kPa,则v(CH4)= kPa·min-1,H2的转化率α(H2)= 。
【答案】(1)—746.0kJ/mol 2.5×10121 反应I的活化能很大,反应速率很小 选用高效的催化剂提升该反应的化学反应速率 D
(2)300℃、空速30000h-1
(3)0.05 50%
【解析】(1)①由盖斯定律可知,反应Ⅱ—Ⅲ可得反应I,则反应的ΔH1=(—180.0kJ/mol)—(+566.0kJ/mol)=—746.0kJ/mol,平衡常数K1===2.5×10121,故答案为:—746.0kJ/mol;2.5×10121;
②由平衡常数可知,反应I的反应程度大,则燃油汽车尾气仍含有较多一氧化碳和一氧化氮说明反应的活化能大,反应速率慢,所以有效提升尾气达到排放标准的措施为选用高效的催化剂提升该反应的化学反应速率,故答案为:反应I的活化能很大,反应速率很小;选用高效的催化剂提升该反应的化学反应速率;
③A.c(CO)=c(CO2)不能说明正逆反应速率相等,无法判断反应是否达到平衡,故错误;
B.由质量守恒定律可知,反应前后气体的质量相等,在恒容密闭容器中混合气体的密度始终不变,则混合气体的密度保持不变不能说明正逆反应速率相等,无法判断反应是否达到平衡,故错误;
C.由反应速率之比等于化学计量数之比可知,v(N2)正=2v(NO)逆不能说明正逆反应速率相等,无法判断反应是否达到平衡,故错误;
D.由质量守恒定律可知,反应前后气体的质量相等,该反应是气体体积减小的反应,反应中混合气体的平均摩尔质量增大,则容器中混合气体的平均摩尔质量不变说明正逆反应速率相等,反应已达到平衡,故正确;
故选D;
(2)由图可知,相同时间内,MnCeZr催化剂作用下,300℃时一氧化氮的转化率最大,在该温度下3种不同空速对应的一氧化氮的转化率相差不大,由题意可知,空速30000h-1下催化剂处理烟气的能力更强,则工业脱硝的最佳反应条件为300℃、空速30000h-1,故答案为:300℃、空速30000h-1;
(3)由题意可知,恒容容器中初始二氧化碳和氢气的分压为×19kPa=7kPa和×19kPa=12kPa,由题给数据可建立如下三段式:
由三段式数据可知,10min达到平衡时,甲烷的反应速率为=0.05kPa/min,氢气的转化率为×100%=50%,故答案为:0.05kPa/min;50%。
9.(23-24高三上·广东梅州·期末)工业合成氨是人类科学技术的重大突破,其反应为。合成氨原料中的一般由分馏液态空气得到,可来源于水煤气,相关反应如下:
a.
b.
回答下列问题:
(1)的反应物总能量 生成物总能量(填“高于”或“低于”)。
(2)在密闭容器中同时发生反应,下列说法正确的是_______。
A.增大压强,反应平衡不移动 B.使用催化剂提高平衡转化率
C.升高温度,反应a的增大,减小 D.反应a有非极性键的断裂与形成
(3)实验室模拟合成水煤气,一定温度下在的密闭容器中加入与发生反应,在达到平衡时,的转化率是的物质的量是,反应开始到平衡时生成的平均反应速率为 ,计算反应的平衡常数 (写出计算过程)。
(4)合成氨总反应在起始反应物时,在不同条件下达到平衡,设体系中的体积分数为,在下的、下的如图所示,图中对应等压过程的曲线是 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”),当时氨气的分压 (分压=气体的物质的量分数×总压)。
(5)用氨合成尿素的反应,在高压条件下连续进行,反应历程如图(均大于0):
①写出合成尿素决速步骤的热化学方程式: 。
②合成尿素过程中会积聚一定浓度的氨基甲酸铵(),为减少氨基甲酸铵的积聚,提高尿素的产率,可控制与的通入比例 (填“>”“<”或“=”)。
【答案】(1)低于
(2)D
(3)mol/(L·min)
(4)Ⅱ 15
(5)H2NCOONH4(l)CO(NH2)2(l)+H2O(g) △H=+Q2kJ/mol <
【解析】(1)由盖斯定律可知,反应a+b可得反应C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g),则反应△H=(+131.3kJ/mol)+ (—41.2kJ/mol)= +90.1kJ/mol,则该反应是反应物总能量低于生成物总能量的吸热反应,故答案为:低于;
(2)A.反应b是气体体积不变的反应,但增大压强,a平衡逆向移动,水蒸气浓度增大,b化学平衡正向移动,故错误;
B.使用催化剂,化学平衡不移动,一氧化碳的平衡转化率不变,故错误;
C.升高温度,反应a的正逆反应速率都增大,故错误;
D.反应a中有碳碳非极性键的断裂与氢氢非极性键的形成,故正确;
故选D;
(3)设反应a生成的一氧化碳的物质的量为a,由题给数据可建立如下三段式:
由反应b消耗一氧化碳和水蒸气的物质的量比为1∶1可得:a—0.4=2.0—a,解得a=1.2,则反应开始到平衡时生成二氧化碳的反应速率为=mol/(L·min),反应的平衡常数K==,故答案为:mol/(L·min);;
(4)合成氨反应是放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,氨气的体积分数减小,则图中对应等压过程的曲线为Ⅱ;曲线Ⅰ为等温线,当氨气体积分数为50%时,氨气的分压为30MPa×50%=15MPa,故答案为:Ⅱ;15;
(5)①反应的活化能越大,反应速率越慢。慢反应是反应的决速步骤,由图可知,活化能最大的反应为液态H2NCOONH4分解生成液态尿素和液态水,反应生成1mol尿素,吸收Q2kJ的热量,则合成尿素决速步骤的热化学方程式为H2NCOONH4(l)CO(NH2)2(l)+H2O(g) △H=+Q2kJ/mol,故答案为:H2NCOONH4(l)CO(NH2)2(l)+H2O(g) △H=+Q2kJ/mol;
②由化学式可知,二氧化碳与氨气的反应机理可能为氨气与二氧化碳发生加成反应生成H2NCOOH,H2NCOOH与氨分子发生取代反应生成尿素,所以若氨气过量,会与H2NCOOH反应生成H2NCOONH4,所以为防止H2NCOONH4的积聚,提高尿素的产率,可控制氨气和二氧化碳的通入比例小于2:1,故答案为:<。
10.(23-24高三上·广东广州·期末)汞及其化合物广泛应用于医药、冶金及其他精密高新科技领域。
(1)干燥的HgO固体上通入Cl2可反应制得Cl2O和HgO·HgCl2,反应的化学方程式为 。该反应中氧化产物是 。
(2)富氧燃烧烟气中Hg的脱除主要是通过与NO2反应实现,反应的化学方程式为
根据实验结果,有研究组提出了Hg与NO2的可能反应机理:
①根据盖斯定律,△H= (写出一个代数式即可)。
②上述反应体系在一定条件下建立平衡后,下列说法正确的是 。
A.增大NO2的浓度,可提高Hg的平衡脱除率
B.升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小
C.恒温恒压下充入N2,可提高原料的平衡转化率
D.加入催化剂,可降低反应活化能,提高脱除速率
③在常压、温度范围为15~60℃条件下,将浓度为汞蒸气和的NO2气体通入反应容器中,测得出口气流中的汞浓度随反应时间的变化如图1所示。
ⅰ)15℃,600~900s内Hg的平均脱除反应速率为
ⅱ)△H 0(填“>”或“<”)
④富氧燃烧烟气中Hg、NO2、SO2等污染物可通过配有循环水系统的分压精馏塔进行一体化脱除,污染物脱除率随循环水量的变化如图2所示。循环水的加入有利于SO2、NO2转化为而脱除,但随着循环水量的增大,Hg的去除率下降,其原因可能是 。
(3)HgCl2溶液可用于手术刀消毒。HgCl2与NaCl的混合溶液中主要存在平衡:
的溶液中加入固体(设溶液体积保持不变),溶液中含氯微粒的物质的量分数随的变化如图所示
[已知]。
①熔融状态的HgCl2不能导电,HgCl2是 (填“共价”或“离子”)化合物。
②A点溶液中c(Cl-) mol/L。
③A点溶液中HgCl2的转化率为 (列出计算式)。
【答案】(1) Cl2O
(2)(或) AD < 随着循环水量的增大,二氧化硫去除率明显大于二氧化氮去除率,则更多的二氧化氮参与和二氧化硫的氧化还原反应转化为硫酸根离子和硝酸根离子,使得平衡逆向进行
(3)共价
【解析】(1)干燥的HgO固体上通入Cl2可反应制得Cl2O和HgO·HgCl2,反应中氯化合价由0变为-1发生还原反应、部分氯化合价由0变为+1发生氧化反应得到氧化产物Cl2O,结合电子守恒可知,化学方程式为;
(2)①已知:
a:△H1
b:△H2
c:△H3
d:Hg(g)+N2O4(g)Hg(ONO)2(g) △H4
由盖斯定律可知,将反应(a)+(b)整理可得:,则:;
或由盖斯定律可知,将反应(c)+(d)整理可得:,则:;
故反应热或;
②A.增大NO2的浓度,促使反应正向进行,可提高Hg的平衡脱除率,A正确;
B.升高温度,正逆反应速率都增大,B错误;
C.反应为气体分子数减小的反应,恒温恒压下充入N2,相当于增大体积,平衡逆向移动,原料的平衡转化率降低,C错误;
D.加入催化剂,可降低反应活化能,加快反应速率,能提高脱除速率,D正确;
故合理选项是AD;
③ⅰ)由图可知,15℃,600~900 s内Hg的平均脱除反应速率为;
ⅱ)由图可知,升高温度,平衡时汞的含量增大,则反应逆向移动,反应为放热反应,△H<0;
④由图可知,随着循环水量的增大,二氧化硫去除率明显大于二氧化氮去除率,则更多的二氧化氮参与和二氧化硫的氧化还原反应转化为硫酸根离子和硝酸根离子,使得平衡逆向进行,导致Hg的去除率下降;
(3)①熔融状态的HgCl2不能导电,说明不存在自由移动的离子,则HgCl2是共价化合物;
②由图可知,A点溶液中。
③0.1 mol/L的HgCl2溶液中加入NaCl固体,A点溶液中HgCl2、[HgCl4]2-浓度相等,设反应HgCl2的浓度为amol/L,则:
,,则,,则A点溶液中HgCl2的转化率为。
11.(23-24高三上·广东河源·期末)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破,选择高效催化剂实现降能提效是目前研究的重点。回答下列问题:
(1)合成氨反应为 ,理论上 (填“高”或“低”,下同)温有利于提高反应速率, 温有利于提高平衡转化率。
(2)合成氨反应在催化作用的化学吸附及初步表面反应历程如下:
注:方框内包含微粒种类及数目、微粒的相对总能量(括号里的数字单位:eV),TS表示过渡态,*表示吸附态。
①写出参与化学吸附的反应方程式: 。
②以上历程须克服的最大能垒为 eV。
(3)在t℃、压强为0.9MPa的条件下,向一恒压密闭容器中通入氢氮比为3的混合气体,体系中气体的含量与时间变化关系如图所示:
①反应20min达到平衡,试求0~20min内氨气的平均反应速率 ,该反应的 (用数字表达式表示,为以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。
②下列叙述能说明该条件下反应达到平衡状态的是 (填标号)。
a.氨气的体积分数保持不变 b.容器中氢氮比保持不变
c.和的平均反应速率之比为1∶2 d.气体密度保持不变
③若起始条件相同,在恒容容器中发生反应,则达到平衡时H2的含量符合图中 (填“d”“e”“f”或“g”)点。
【答案】(1)高 低
(2)[或] 1.47
(3)0.005 ad g
【解析】(1)温度越高,反应速率越快,故理论上高温有利于提高反应速率;但是该反应,升高温度平衡逆向移动,,平衡转化率降低,故低温有利于提高平衡转化率;
(2)①由图知,第一步表示化学吸附,反应方程式为[或];②第二步克服的能垒为最大能垒,最大能垒为0.01-(-1.46)=1.47eV;
(3)①反应20min达到平衡时,氮气、氢气、氨气的分压分别为、、,则0~20min内氨气的平均反应速率为;反应的平衡常数为;
②a.氨气的体积分数保持不变说明正逆反应速率相等,反应已达到平衡,a符合题意;
b.由质量守恒定律可知,反应中容器中的氢氮比始终保持不变,则容器中氢氮比保持不变不能说明正逆反应速率相等,无法判断反应是否达到平衡,b不符合题意;
c.氮气和氨气平均反应速率之比为1:2不能说明正逆反应速率相等,无法判断反应是否达到平衡,c不符合题意;
d.由质量守恒定律可知,反应前后气体的质量相等,该反应为气体体积减小的反应,在恒压密闭容器中反应时,混合气体的密度是变量,则混合气体的密度保持不变说明正逆反应速率相等,反应已达到平衡,d符合题意;
故选ad;
③该反应为气体体积减小的反应,若起始|条件相同,恒压密闭容器相当于恒容容器增大压强,反应速率加快,达到平衡的时间减少,平衡向正反应方向移动,氢气的百分含量减小,则若起始条件相同,在恒容容器中发生反应,达到平衡所需时间大于恒压密闭容器,氢气的百分含量高于恒压密闭容器,故达到平衡时H2的含量符合图中g点。
12.(23-24高三上·广东东莞·期末)研究资源的综合利用,对实现“碳达峰”和“碳中和”有重要意义。已知:
反应I.
反应Ⅱ.
反应Ⅲ.
(1)低温自发的反应是 (填反应序号)。
(2)温度下(为气态),向恒容密闭容器中充入和,发生上述反应,下列表明反应Ⅱ已经达到平衡状态的是_______。
A.压强保持不变 B.与的物质的量之比为
C.混合气体的密度保持不变 D.混合气体的平均相对分子质量保持不变
(3)时,反应I的速率方程为,其中x表示相应气体的物质的量分数,为平衡常数(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数),k为反应的速率常数。已知保持不变,达到平衡时,,此时反应I的速率 (用含k的代数式表示)。
(4)其他条件相同时,使用两种不同催化剂进行反应,相同时间内测得转化率、选择性随温度变化的影响分别如图1、图2所示:
①结合图像,工业上应选择的催化剂种类及合适温度为 。
②以Ni为催化剂,温度高于320℃时,转化率随温度升高上升,原因是 。
(5)催化电解吸收的溶液可将转化为有机物。在相同条件下,通过电解池的电量恒定,电解得到部分还原产物的法拉第效率(FE%)随电解电压的变化如图所示。
已知:FE%=×100%,其中,n表示电解生成还原产物X所转移电子的物质的量,F表示法拉第常数。
①当电解电压为U1V时,电解过程中含碳还原产物的FE%为0,阴极主要还原产物为 (填化学式)。
②当电解电压为U2V时,阴极由生成的电极反应式为 。
③当电解电压为U3V时,电解生成的和的物质的量之比为 。
【答案】(1)Ⅱ、Ⅲ
(2)AD
(3)
(4)和320℃ 320℃反应未达到平衡,催化剂活性随升温增强加快速率,使得转化率上升
(5)H2 2∶1
【解析】(1)低温自发的反应条件是放热熵减,Ⅱ、Ⅲ是放热熵减的反应,答案:Ⅱ、Ⅲ;
(2)恒容密闭容器中充入和,发生上述反应,下列表明反应Ⅱ已经达到平衡状态的是A.气体的体积在变化,压强会变化,当压强保持不变,达到平衡状态;B.与的物质的量之间关系和平衡无关,与的物质的量之比为,无法说明是否达到平衡状态;C.混合气体的质量不变,容器体积不变,密度保持不变,无法说明是否达到平衡状态;D. 混合气体的质量不变,物质的量改变,混合气体的平均相对分子质量保持不变,达到平衡状态;AD当选,答案:AD;
(3),根据速率方程,答案:;
(4)①结合图像可知的转化率高于Ni,工业上应选择的催化剂种类为,高于320℃转化率下降,甲烷选择性基本不变,所以合适温度为320℃,②以Ni为催化剂,温度高于320℃时,转化率随温度升高上升,可能原因是320℃反应未达到平衡,催化剂活性随升温增强加快速率,使得转化率上升,
答案:和320℃、320℃反应未达到平衡,催化剂活性随升温增强加快速率,使得转化率上升;
(5)①当电解电压为U1V时,电解过程中含碳还原产物的为0,说明二氧化碳未得电子,为氢离子得电子变成氢气,故阴极主要还原产物为H2,②当电解电压为U2V时,阴极由生成的反应为二氧化碳得到电子发生还原生成,碳元素化合价由+4变为+2,据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒可知碱性条件下反应为:。 ③当电解电压为U3V时,电解过程中还原产物的FE%为24%,还原产物的FE%为8%,每生成1mol转移12mole-,每生成1mol转移2mol e-,故电解生成的和的物质的量之比为,答案:。
13.(23-24高三上·广东深圳·期末)随着新能源汽车产业崛起,废旧动力电池的回收、再利用受到重视。锂电池正极材料主要包括等,负极材料主要用石墨或硅碳复合材料,电解液为六氟磷酸锂的有机溶液。
(1)泄漏与水反应时,产生了沉淀、酸性气体和其他物质。
①写出与水反应的化学方程式: 。
②中心原子上的核外价层电子对数为 。
(2)中国科学家利用过渡元素离子存在轨道易配位特性,使用浸出系统,对正极活性材料中、和进行选择性浸出。作还原剂,以沉淀的形式留在浸出残渣中。关于浸出过程说法合理的是______。
A.仅是一个沉淀转化的复分解反应
B.该过程发生了氧化还原反应
C.可与配位而不与配位
D.在反应中仅起反应介质作用
(3)科研小组用功率微波持续加热正极材料金属,并对其浸出过程进行研究,各金属浸出率和溶液中浓度变化如图所示:
①内用变化表示的反应速率为 (保留两位有效数字)。
②后浸出率降低的原因可能为 。
(4)浸出液中含大量钠、锂、钴、镍的离子,用有机物HA萃取出钴,钠、锂和镍保留在溶液中。
①已知与有机物形成配合物的反应为,其稳定常数(稳定常数即生成配合物的平衡常数)为。则被完全萃取时,在水溶液中的浓度为 {萃取后水溶液中的浓度可视为}。
②有机相可用溶液反萃取,经两步解离得和有机物。下,测得反萃取时水溶液中含钴微粒分布系数随变化如图。
则该温度下的平衡常数为 (写出计算过程)。
【答案】(1)或 6
(2)BC
(3) 加热时间长,温度升高使氨气挥发,不利于配位反应发生(不利于金属离子的浸出)(或其他合理答案,如生成配位离子的过程是化学键形成过程,反应放热,升高温度,平衡逆向移动)
(4)
【解析】(1)①为信息方程式的书写,酸性气体为,磷的化合价为正五价,故产物应为或,方程式为:或;
②中心原子上的价层电子对键数+孤电子对数;
(2)正极材料中存在高价态的钴、镍、锰,用还原剂还原为价,故存在氧化还原反应,故A错误,B正确;C据题意价的钴、镍可与配位,而锰会生成沉淀,C正确;沉淀时需要,故是反应物,D错误,答案选BC;
(3)①。
②加热时间增长使温度升高,浸出反应速率增大,浸出率应该升高。但由图知,后,浸出率没明显变化而浸出率减小,可推知原因与这两种离子与的配位平衡有关,离子配位相当于化合的过程,形成了新的化学键放热,同时受热易挥发,故答案为:加热时间长,温度升高使氨气挥发,不利于配位反应发生(不利于金属离子的浸出)(或其他合理答案,如生成配位离子的过程是化学键形成过程,反应放热,升高温度,平衡逆向移动);
(4)①被萃取后的离子要从水相进入有机相,此时水相中配位离子浓度很低,可视为,由可知。
②图中由和相等时对应的,,c(H+)=10-3.5,,平衡常数表达式。
14.(24-25高三上·广东汕头·期末)银氨溶液(Tollens试剂)具有弱氧化性,能与醛发生银镜反应,通常用来鉴别醛和酮。
(1)乙醛的银镜反应a:
已知:
①反应a的 。(用表示)
②乙酸的沸点明显高于乙醛,其可能原因是 。
(2)实验室现取的溶液,边振荡边逐滴加入的稀氨水,产生少量白色沉淀,继续滴加稀氨水至沉淀恰好完全溶解为止,制得银氨溶液。
①在银氨溶液中继续滴加稀氨水,测得溶液中的物质的量分数随溶液中变化的关系如图所示。已知:忽略的水解,且溶液中的的总浓度以表示(下同);
络合物的累积生成常数可衡量金属离子M与配体L形成的络合物的稳定性。
由此分析,计算 。
②下列说法正确的是 。
A.中含有键
B.曲线A表示的变化趋势
C. 向银氨溶液中通入,溶液中减小
D.在银氨溶液中,
(3)在(2)银氨溶液配制过程中测定溶液随氨水加入体积增加的变化曲线,如图所示。C点加入的氨水恰好使最初生成的沉淀完全溶解,溶液中。
①此时溶液中 。
②计算此时溶液中的的近似浓度(写出计算过程,保留两位有效数字,)。
③此时溶液中的物质的量浓度大小关系为 。
【答案】(1) 乙酸的分子结构中含有羟基,分子间能形成氢键
(2) CD
(3)0.10 根据元素质量守恒,此时溶液中,,则,解得
【解析】(1)根据盖斯定律,反应a的反应热;乙酸的分子结构中含有羟基,分子间能形成氢键,故沸点明显高于乙醛;
故答案为:;乙酸的分子结构中含有羟基,分子间能形成氢键;
(2)根据图像分析,曲线A为、曲线B为的物质的量分数随溶液中变化,时,与的物质的量分数相等,则,;
A.1个含有2个配位键和6个N-H键,则中含有键,A项错误;
B.由分析可知,曲线A表示的变化趋势,B项错误;
C.向银氨溶液中通入,根据图像可知,随溶液中增大,物质的量分数增大,的物质的量分数减小,则减小,C项正确;
D.在银氨溶液中,存在电荷守恒,银氨溶液显碱性,则,D项正确;
故答案为CD;
(3)①C点加入的氨水体积为5mL,忽略溶液体积变化,总体积为30mL,根据元素质量守恒,;
②根据元素质量守恒,此时溶液中,,则,解得;
③C点对应溶液的,则,,,故。
15.(24-25高三上·广东·期末)CaCO3的固体分解和沉淀转化反应在化工实际生产和生活中都发挥着重要作用。
I.CaCO3的固体分解反应CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g) ∆H>0(反应I)可应用于石灰工业。
(1)反应I在 (填“高温”、“低温”或“任意温度”)可自发进行。
(2)已知CaCO3能量关系如图所示,则CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)的焓变∆H= (用代数式表示)
(3)某研究组研究CaCO3的固体分解反应,实验过程中始终保持样品所处气氛(以Ar为载气,调整CO2的比例)不变,测得CaCO3失重率随温度变化曲线如图所示,温度升至850℃时,CO2浓度为35%的反应气氛中CaCO3已开始分解,而CO2浓度为65%的反应气氛中CaCO3仍未分解,从化学平衡的角度解释其原因: 。
(4)某研究组将500gCaCO3置于1L的刚性密闭容器中,在Ar和CO2的混合气氛中加热CaCO3固体,测得不同温度下CaCO3分解转化率随时间变化如图,Kp为平衡分压代替平衡浓度计算的分压平衡常数,下列说法正确的是:___________。
A.1150℃条件下,0~300s内反应I的平均速率v(CO2)≈0.013mol•L-1•s-1
B.1150℃条件下,使用粒径更小的CaCO3进行相同的实验,300s时CaCO3转化率小于80%
C.1150℃条件下,在F点处测得CO2分压为p1,则该温度下反应I的Kp=p1
D.950℃条件下,在G点处向密闭容器中充入少量CO2,再次达到平衡时,容器内总压强不变
II.用钠盐溶液处理后,CaCO3可转化为其他工业价值高的难溶钙盐。
一定温度下,分别向1molCaCO3中加入1LNa2X和NaY溶液发生反应:CaCO3+X2−CaX+CO、CaCO3+2Y−CaY2+CO,加入Na2X或NaY的物质的量为n(Na2X)或n(NaY)。平衡时,分别测得随n(Na2X)的变化曲线和随n(NaY)的变化曲线如图所示,已知Ksp(CaCO3)=3.0×10-9,反应过程中不考虑溶液体积变化,不考虑X2−/Y−/CO的水解。
(5)Ksp(CaX) Ksp(CaCO3)(填”>”“<”或“=”)。
(6)若要用1LNaY溶液将1.25molCaCO3完全转化为CaY2沉淀,所需NaY溶液浓度至少为 mol/L。(写出计算过程,结果保留三位有效数字)
【答案】(1)高温
(2)△H1+△H2-△H3
(3)增大CO2浓度,平衡向逆反应方向移动
(4)AD
(5)>
(6)2.78
【解析】(1)反应I是熵增的吸热反应,高温条件下反应ΔH—TΔS<0,反应能自发进行;
(2)由盖斯定律可知,将分步反应依次编号为①②③,由盖斯定律可知,反应①+反应②-反应③=目标反应,则反应△H=△H1+△H2-△H3;
(3)二氧化碳浓度为65%的反应气氛中碳酸钙仍未分解是因为增大二氧化碳浓度,平衡向逆反应方向移动,抑制碳酸钙的分解;
(4)A.由图可知,1150℃条件下,300s时碳酸钙的转化率为80%,由方程式可知,二氧化碳的反应速率为≈0.013mol/(L·s),故A正确;
B.1150℃条件下,使用粒径更小的碳酸钙进行相同的实验,碳酸钙固体表面积增大,反应速率加快,则300s时CaCO3转化率大于80%,故B错误;
C.由题意可知,该反应起始含有氩气和二氧化碳,在F点处测得二氧化碳分压为p1说明平衡时反应生成二氧化碳的分压小于p1,由方程式可知,反应的该温度下反应I的Kp小于 p1,故C错误;
D.由方程式可知,反应的平衡常数Kp = p(CO2),温度不变,平衡常数不变,则950℃条件下,在G点处向密闭容器中充入少量二氧化碳,再次达到平衡时,容器内总压强不变,故D正确;
故选AD;
(5)由图可知,Na2X的物质的量增大时,溶液中的值先不变后减小,说明开始增大Na2X的物质的量,溶液中的碳酸根离子浓度不变,所以碳酸钙不能转化为CaX,CaX的溶度积大于碳酸钙;
(6)由图可知,=4.5时反应达到平衡,由方程式可知,若要用1L NaY溶液将1.25mol碳酸钙完全转化为CaY2沉淀时,溶液中NaY的物质的量至少为1.25mol×2=2.50mol,则溶液中Y-离子浓度为≈0.28mol/L,所需NaY溶液浓度至少为=2.78mol/L。
试卷第1页,共3页
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专题12 化学反应原理综合题
1.(23-24高三上·广东深圳·期末)甲醛(HCHO)是主要的室内环境污染物,同时又是重要的化工原料。
Ⅰ.利用分光光度法测定室内HCHO含量
(1)测定原理:将痕量HCHO加入过量酸性溶液中,被还原为,再加入过量KI-淀粉溶液,溶液显蓝色。
已知:溶液吸光度大小与溶液颜色深浅成正比。
①基态Cr原子的核外电子排布式: 。
②完成离子方程式:
__________________________________________________________________
(2)测定方法:
实验①:向一定量待测HCHO溶液中滴加过量酸性K2Cr2O7溶液,振荡后加入过量的淀粉-KI溶液。
实验②:用等体积去离子水代替实验①中的HCHO溶液,重复上述操作。
两组实验充分反应后,测得不同波长下吸光度A,绘制吸收光谱曲线如下图所示。
①请你判断表现实验①中溶液吸光度的曲线为 。
②根据上图曲线,选定在波长下,测定不同浓度溶液的吸光度A,得到之间的关系为:。,某待测溶液的吸光度A为0.182,则该溶液中HCHO含量为 。
Ⅱ.甲醛的制备:甲醇脱氢法
已知反应a:
反应b:
反应c:
反应d:
(3) 。
(4)在一个2L恒容密闭容器中充入1molCH3OH(g),在催化剂作用下发生反应a、d,在不同温度下连续反应20min后,测得甲醇的转化率、甲醛的选择性与温度的关系如下图所示。
①600℃时,体系中H2的物质的量为 ,平均反应速率 mol/(L·min)。
②当温度高于650℃,甲醛的选择性下降的原因不可能是 。
A.升高温度使催化剂活性降低 B.升高温度使反应a逆向移动
C.温度升高反应d速率加快 D.升高温度使反应d正向移动
2.(23-24高三上·广东·期末)处理、是减少空气污染的重要途径。
已知:①
②
③
④
回答下列问题:
(1) 。
(2)已知反应①的正反应活化能,则其逆反应活化能 。
(3)向密闭反应器中按投料,发生反应④。相同时间内,不同温度下,测得的转化率与催化剂Cat1、Cat2的关系如图所示。
①催化效率较高的是 (填“Cat1”或“Cat2”)。
②Cat1作用下,400℃时b点 (填“达到”或“未达到”)平衡状态,判断依据是 。
③,b→c的可能原因是 。
(4)在甲、乙均为1L的恒容密闭容器中均充入和,在恒温和绝热两种条件下仅发生反应④,测得压强变化如图所示。
①由以上信息判断:甲容器中的反应条件为 (填“恒温”或“绝热”)。
②乙容器中0~4min内的平均速率为 mol∙L-1∙min-1。a点放出的热量为 kJ。
③平衡常数: (填“大于”“小于”或“等于”)。
3.(23-24高三下·广东惠州·期末)空间站的生命保障系统功能之一是实现氧循环,下图是空间站利用Sabatier反应再生氧气的大体流程。
(1)已知:
则Sabatier反应的 。
(2)一定条件下,进行上述Sabatier反应的:
①在恒温恒压装置中,下列能说明反应达到平衡状态的是 。
a. b.混合气体的密度不再改变
c.混合气体平均摩尔质量不再改变 d.混合气体的总质量不再改变
②在温度为T、压强恒定为的条件下,按投料进行反应,平衡时的转化率为50%, (用表示)。(已知是以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数。)
③科学家研究在催化剂表面上与的反应,前三步历程如图所示,吸附在催化剂表面上的物种用“·”标注,Ts表示过渡态。下列说法中正确的是 (填字母)。
A.该转化反应的速率取决于Ts1的能垒
B.转化为和的反应
C.第一步历程中只发生了非极性共价键的断裂
D.催化剂能降低反应的活化能,提高反应物的平衡转化率
(3)氧再生反应可以通过酸性条件下半导体光催化转化实现,反应如图甲所示:
①光催化转化为的阴极的电极反应式为 ,理论上每生成1mol,阳极生成氧气的质量为 g。
②催化剂的催化效率和的生成速率随温度的变化关系如图乙所示。300℃到400℃之间,生成速率加快的原因是 。
4.(23-24高三上·广东汕尾·期末)纳米零价铁因其具有高比表面积、高反应活性和强还原性能,在水处理领域具有广阔的应用前景。
(1)基态铁原子的核外电子排布式是 ,从电子排布的角度分析比稳定的原因 。
(2)纳米零价铁可以通过液相还原法,利用硼氢化物()还原溶液中的制备。
①发生反应的离子方程式为,当反应生成3molH₂时,转移电子的物质的量为 mol;
②在25℃,101kPa下,将①中生成的3mol完全燃烧生成液态水,释放的能量为 kJ[已知该条件下,电解液态水生成1mol,反应的]。
(3)纳米零价铁也可以通过与反应制备,其反应为。一定温度下,将一定量的和置于恒容密闭容器中反应,下列能说明反应达到平衡状态的有_______(填标号)。
A.体系压强不再改变
B.
C.混合气体的密度不再改变
D.和的浓度之比为1:2
(4)纳米零价铁具有强的还原能力,酸性环境下,可将溶液中还原成固态的而除去,自身转化成。质量、状态均相同的纳米零价铁对三种同体积、不同初始浓度(单位:)溶液中的去除率如图所示。
①该反应的离子方程式为 。
②初始浓度时,在0~4h内,的平均消耗速率为 。
(5)纳米零价铁也可用于去除水体中的六价铬污染物。可用纳米零价铁将水体中还原为,再将转化为从水体中除去。
①常温下,总浓度为溶液中,含铬物种浓度随溶液的分布如图所示,则的= (用含、的式子表示)。
②实验发现,在纳米零价铁中添加少量铜粉,去除水体中六价铬的效率与纯纳米零价铁相比更高,其原因是 。
5.(23-24高三上·广东汕头·期末)锰及其化合物是优良的催化剂,在生产生活中有着重要的应用。
(1)催化分解:,该反应一般认为通过如下步骤来实现:
①
②
反应②的 0(填“>”、“=”或“<”);若反应②为慢反应,下列示意图中能体现上述反应能量变化的是 (填标号)
(2)一定条件下,溶液的酸碱性对催化分解反应的影响如图所示。
①单位时间的浓度变化量可以表示分解速率。中性时,的分解速率= 。
②以下对图象的分析正确的是 (选填序号)。
A.起始浓度不同,无法判断溶液的酸碱性对的分解速率的影响
B.相同条件下,溶液的酸性越强,的分解速率越大
C.在间,中性时的分解百分率比酸性时大
(3)用锰基催化剂氨氧法去除一氧化氮的污染,反应原理为:,实验测得,(、为速率常数,只与温度有关)。
①达到平衡后,仅升高温度,增大的倍数 (填“>”“<”或“=”)增大的倍数。
②若在的恒容密闭容器中充入和,在一定温度下达到平衡时,的转化率为,则 (只需列表达式)。
(4)锰酸锂可作为锂离子电池的材料。使用锂离子电池为动力汽车,可减少有害气体的排放。它主要依靠锂离子在正负极间移动来工作,锰酸锂离子可充电电池的总反应为:;
充电时电池内部向 移动(填“阴极”或“阳极”),电池的阳极反应式为 。
6.(23-24高三上·广东惠州·期末)在碳中和背景下,甲酸(HCOOH)作为氢能载体和储氢材料备受关注。
(1)甲酸分子中基态O原子价层电子的轨道表示式为 。
(2)反应a:
已知:
CO2在Bi上电催化的反应历程图
则反应a的= 。
(3)一定条件下,CO2电催化加氢合成甲酸的过程涉及以下反应,反应历程如上图所示。
a.
b.
①由图可知,反应的“最大能垒”:a b(填“>”、“<”或“=”),短时间内产物HCOOH的选择性 (填“高于”或“低于”)CO的选择性(产物A的选择性=×100%)。
②在绝热密闭容器中充入一定量的CO2和H2,发生反应a和b,下列有关说法正确的有 。
A.加压可提高甲酸的选择性 B.加入催化剂可使反应的焓变减小
C.扩大容器体积,CO的平衡产率不变 D.容器内温度不变时,反应体系达到平衡状态
(4)某研究小组发现HCOOH水溶液在密封石英管中发生的反应有:
c.
d.
T℃下,在密封石英管中完全充满1.0的HCOOH水溶液,分解产物均完全溶于水中。反应c的速率远大于反应d.CO2、CO的浓度与反应时间的变化关系如图所示(忽略碳元素的其他存在形式)。
①反应过程中CO的浓度先增大后减小的原因是 。
②反应经过50min达到平衡状态,0~50min中HCOOH的分解速率为 ,反应d的平衡常数为 。
7.(23-24高三上·广东深圳·期末)2023年杭州亚运会开幕式首次使用“零碳甲醇”作为主火炬塔燃料。
(1)CH3OH分子中O的杂化轨道类型为 。
(2)以CO2为原料加氢可以合成甲醇,该反应能量变化如图。
①第 步(填“1”或“2”)是上述反应的决速步。
②恒容时,下列措施中能使该平衡体系中增大且加快化学反应速率的是 (填字母)。
A.充入He(g),使体系压强增大 B.升高温度
C.将H2O(g)从体系中分离出去 D.再充入H2
③干冰(CO2)的晶胞结构如图所示,若该晶胞边长为apm,则干冰晶体的密度为 。(已知:;NA表示阿伏加德罗常数的值)
(3)在体积为1L的恒容密闭容器中,充入1molCO2(g)和2molH2(g),一定条件下发生反应:,测得CH3OH(g)浓度随时间的变化:
时间/min
0
3
5
10
15
浓度
0
0.3
0.45
0.5
0.5
测得该条件下平衡时体系的压强为P,求该反应的 (物质的分压=总压×物质的量分数)。
(4)可催化的氢化,体系中产生和CO。现将一定比例的CO2、H2以一定流速通过催化剂,某温度下,得到的转化率、或CO的选择性[]与催化剂中NiO质量分数的关系图:
①曲线 (填“X”或“Y”)表示的转化率随催化剂中NiO的质量分数的变化。
②有利于提高选择性的反应条件是 (填标号)。
A.减小压强 B.使用更合适的催化剂 C.原料气中掺入适量的CO
8.(23-24高三上·广东深圳·期末)汽车尾气中氮氧化合物、碳氧化合物的处理与利用是研究的热点。
(1)汽车尾气中的污染物NO和CO,一定条件下可发生反应I:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) 1
已知:
反应
25℃时的平衡常数
焓变
反应Ⅱ:2NO(g)N2(g)+O2(g)
K2=1.0×1030
=-180.0kJ·mol-1
反应Ⅲ:2CO2(g)2CO(g)+O2(g)
K3=4.0×10-92
=566.0kJ·mol-1
①反应I的= ,K1= 。
②燃油汽车尾气仍含有较多、的可能原因是 ;写出一项有效提升尾气达到排放标准的措施: 。
③下列能说明该反应I已经达到平衡状态的是 (填字母代号)。
A.c(CO)=c(CO2) B.恒容容器中混合气体的密度不变
C.v(N2)正=2v(NO)逆 D.容器中混合气体的平均摩尔质量不变
(2)空速(规定的条件下,单位时间、单位体积催化剂处理的气体量)的大小直接决定了烟气在催化剂表面的停留时间和装置的烟气处理能力。催化剂能够适应较大的空速,就可以在保证足够高的脱硝(去除氮氧化物)效率的前提下提高催化剂处理烟气的能力。在相同时间内,三种催化剂下NO的转化率、NO2浓度随温度变化如图1所示,相同时间内,MnCeZr催化剂在不同空速下NO的转化率随温度的变化如图2所示。
根据图1和图2分析,选取工业脱硝的最佳反应条件为MnCeZr、 。
(3)H2在催化剂作用下可将CO、CO2甲烷化,反应过程如下:
①CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g);
②CO(g)+H2(g)CO2(g)+CH4(g)。
在某温度下,向恒容容器中充入7molCO2和12molH2,初始压强为19kPa,反应经10min达到平衡,此时p(CO)=4kPa,p(H2O)=5kPa,则v(CH4)= kPa·min-1,H2的转化率α(H2)= 。
9.(23-24高三上·广东梅州·期末)工业合成氨是人类科学技术的重大突破,其反应为。合成氨原料中的一般由分馏液态空气得到,可来源于水煤气,相关反应如下:
a.
b.
回答下列问题:
(1)的反应物总能量 生成物总能量(填“高于”或“低于”)。
(2)在密闭容器中同时发生反应,下列说法正确的是_______。
A.增大压强,反应平衡不移动 B.使用催化剂提高平衡转化率
C.升高温度,反应a的增大,减小 D.反应a有非极性键的断裂与形成
(3)实验室模拟合成水煤气,一定温度下在的密闭容器中加入与发生反应,在达到平衡时,的转化率是的物质的量是,反应开始到平衡时生成的平均反应速率为 ,计算反应的平衡常数 (写出计算过程)。
(4)合成氨总反应在起始反应物时,在不同条件下达到平衡,设体系中的体积分数为,在下的、下的如图所示,图中对应等压过程的曲线是 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”),当时氨气的分压 (分压=气体的物质的量分数×总压)。
(5)用氨合成尿素的反应,在高压条件下连续进行,反应历程如图(均大于0):
①写出合成尿素决速步骤的热化学方程式: 。
②合成尿素过程中会积聚一定浓度的氨基甲酸铵(),为减少氨基甲酸铵的积聚,提高尿素的产率,可控制与的通入比例 (填“>”“<”或“=”)。
10.(23-24高三上·广东广州·期末)汞及其化合物广泛应用于医药、冶金及其他精密高新科技领域。
(1)干燥的HgO固体上通入Cl2可反应制得Cl2O和HgO·HgCl2,反应的化学方程式为 。该反应中氧化产物是 。
(2)富氧燃烧烟气中Hg的脱除主要是通过与NO2反应实现,反应的化学方程式为
根据实验结果,有研究组提出了Hg与NO2的可能反应机理:
①根据盖斯定律,△H= (写出一个代数式即可)。
②上述反应体系在一定条件下建立平衡后,下列说法正确的是 。
A.增大NO2的浓度,可提高Hg的平衡脱除率
B.升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小
C.恒温恒压下充入N2,可提高原料的平衡转化率
D.加入催化剂,可降低反应活化能,提高脱除速率
③在常压、温度范围为15~60℃条件下,将浓度为汞蒸气和的NO2气体通入反应容器中,测得出口气流中的汞浓度随反应时间的变化如图1所示。
ⅰ)15℃,600~900s内Hg的平均脱除反应速率为
ⅱ)△H 0(填“>”或“<”)
④富氧燃烧烟气中Hg、NO2、SO2等污染物可通过配有循环水系统的分压精馏塔进行一体化脱除,污染物脱除率随循环水量的变化如图2所示。循环水的加入有利于SO2、NO2转化为而脱除,但随着循环水量的增大,Hg的去除率下降,其原因可能是 。
(3)HgCl2溶液可用于手术刀消毒。HgCl2与NaCl的混合溶液中主要存在平衡:
的溶液中加入固体(设溶液体积保持不变),溶液中含氯微粒的物质的量分数随的变化如图所示
[已知]。
①熔融状态的HgCl2不能导电,HgCl2是 (填“共价”或“离子”)化合物。
②A点溶液中c(Cl-) mol/L。
③A点溶液中HgCl2的转化率为 (列出计算式)。
11.(23-24高三上·广东河源·期末)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破,选择高效催化剂实现降能提效是目前研究的重点。回答下列问题:
(1)合成氨反应为 ,理论上 (填“高”或“低”,下同)温有利于提高反应速率, 温有利于提高平衡转化率。
(2)合成氨反应在催化作用的化学吸附及初步表面反应历程如下:
注:方框内包含微粒种类及数目、微粒的相对总能量(括号里的数字单位:eV),TS表示过渡态,*表示吸附态。
①写出参与化学吸附的反应方程式: 。
②以上历程须克服的最大能垒为 eV。
(3)在t℃、压强为0.9MPa的条件下,向一恒压密闭容器中通入氢氮比为3的混合气体,体系中气体的含量与时间变化关系如图所示:
①反应20min达到平衡,试求0~20min内氨气的平均反应速率 ,该反应的 (用数字表达式表示,为以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。
②下列叙述能说明该条件下反应达到平衡状态的是 (填标号)。
a.氨气的体积分数保持不变 b.容器中氢氮比保持不变
c.和的平均反应速率之比为1∶2 d.气体密度保持不变
③若起始条件相同,在恒容容器中发生反应,则达到平衡时H2的含量符合图中 (填“d”“e”“f”或“g”)点。
12.(23-24高三上·广东东莞·期末)研究资源的综合利用,对实现“碳达峰”和“碳中和”有重要意义。已知:
反应I.
反应Ⅱ.
反应Ⅲ.
(1)低温自发的反应是 (填反应序号)。
(2)温度下(为气态),向恒容密闭容器中充入和,发生上述反应,下列表明反应Ⅱ已经达到平衡状态的是_______。
A.压强保持不变 B.与的物质的量之比为
C.混合气体的密度保持不变 D.混合气体的平均相对分子质量保持不变
(3)时,反应I的速率方程为,其中x表示相应气体的物质的量分数,为平衡常数(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数),k为反应的速率常数。已知保持不变,达到平衡时,,此时反应I的速率 (用含k的代数式表示)。
(4)其他条件相同时,使用两种不同催化剂进行反应,相同时间内测得转化率、选择性随温度变化的影响分别如图1、图2所示:
①结合图像,工业上应选择的催化剂种类及合适温度为 。
②以Ni为催化剂,温度高于320℃时,转化率随温度升高上升,原因是 。
(5)催化电解吸收的溶液可将转化为有机物。在相同条件下,通过电解池的电量恒定,电解得到部分还原产物的法拉第效率(FE%)随电解电压的变化如图所示。
已知:FE%=×100%,其中,n表示电解生成还原产物X所转移电子的物质的量,F表示法拉第常数。
①当电解电压为U1V时,电解过程中含碳还原产物的FE%为0,阴极主要还原产物为 (填化学式)。
②当电解电压为U2V时,阴极由生成的电极反应式为 。
③当电解电压为U3V时,电解生成的和的物质的量之比为 。
13.(23-24高三上·广东深圳·期末)随着新能源汽车产业崛起,废旧动力电池的回收、再利用受到重视。锂电池正极材料主要包括等,负极材料主要用石墨或硅碳复合材料,电解液为六氟磷酸锂的有机溶液。
(1)泄漏与水反应时,产生了沉淀、酸性气体和其他物质。
①写出与水反应的化学方程式: 。
②中心原子上的核外价层电子对数为 。
(2)中国科学家利用过渡元素离子存在轨道易配位特性,使用浸出系统,对正极活性材料中、和进行选择性浸出。作还原剂,以沉淀的形式留在浸出残渣中。关于浸出过程说法合理的是______。
A.仅是一个沉淀转化的复分解反应
B.该过程发生了氧化还原反应
C.可与配位而不与配位
D.在反应中仅起反应介质作用
(3)科研小组用功率微波持续加热正极材料金属,并对其浸出过程进行研究,各金属浸出率和溶液中浓度变化如图所示:
①内用变化表示的反应速率为 (保留两位有效数字)。
②后浸出率降低的原因可能为 。
(4)浸出液中含大量钠、锂、钴、镍的离子,用有机物HA萃取出钴,钠、锂和镍保留在溶液中。
①已知与有机物形成配合物的反应为,其稳定常数(稳定常数即生成配合物的平衡常数)为。则被完全萃取时,在水溶液中的浓度为 {萃取后水溶液中的浓度可视为}。
②有机相可用溶液反萃取,经两步解离得和有机物。下,测得反萃取时水溶液中含钴微粒分布系数随变化如图。
则该温度下的平衡常数为 (写出计算过程)。
14.(24-25高三上·广东汕头·期末)银氨溶液(Tollens试剂)具有弱氧化性,能与醛发生银镜反应,通常用来鉴别醛和酮。
(1)乙醛的银镜反应a:
已知:
①反应a的 。(用表示)
②乙酸的沸点明显高于乙醛,其可能原因是 。
(2)实验室现取的溶液,边振荡边逐滴加入的稀氨水,产生少量白色沉淀,继续滴加稀氨水至沉淀恰好完全溶解为止,制得银氨溶液。
①在银氨溶液中继续滴加稀氨水,测得溶液中的物质的量分数随溶液中变化的关系如图所示。已知:忽略的水解,且溶液中的的总浓度以表示(下同);
络合物的累积生成常数可衡量金属离子M与配体L形成的络合物的稳定性。
由此分析,计算 。
②下列说法正确的是 。
A.中含有键
B.曲线A表示的变化趋势
C. 向银氨溶液中通入,溶液中减小
D.在银氨溶液中,
(3)在(2)银氨溶液配制过程中测定溶液随氨水加入体积增加的变化曲线,如图所示。C点加入的氨水恰好使最初生成的沉淀完全溶解,溶液中。
①此时溶液中 。
②计算此时溶液中的的近似浓度(写出计算过程,保留两位有效数字,)。
③此时溶液中的物质的量浓度大小关系为 。
15.(24-25高三上·广东·期末)CaCO3的固体分解和沉淀转化反应在化工实际生产和生活中都发挥着重要作用。
I.CaCO3的固体分解反应CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g) ∆H>0(反应I)可应用于石灰工业。
(1)反应I在 (填“高温”、“低温”或“任意温度”)可自发进行。
(2)已知CaCO3能量关系如图所示,则CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)的焓变∆H= (用代数式表示)
(3)某研究组研究CaCO3的固体分解反应,实验过程中始终保持样品所处气氛(以Ar为载气,调整CO2的比例)不变,测得CaCO3失重率随温度变化曲线如图所示,温度升至850℃时,CO2浓度为35%的反应气氛中CaCO3已开始分解,而CO2浓度为65%的反应气氛中CaCO3仍未分解,从化学平衡的角度解释其原因: 。
(4)某研究组将500gCaCO3置于1L的刚性密闭容器中,在Ar和CO2的混合气氛中加热CaCO3固体,测得不同温度下CaCO3分解转化率随时间变化如图,Kp为平衡分压代替平衡浓度计算的分压平衡常数,下列说法正确的是:___________。
A.1150℃条件下,0~300s内反应I的平均速率v(CO2)≈0.013mol•L-1•s-1
B.1150℃条件下,使用粒径更小的CaCO3进行相同的实验,300s时CaCO3转化率小于80%
C.1150℃条件下,在F点处测得CO2分压为p1,则该温度下反应I的Kp=p1
D.950℃条件下,在G点处向密闭容器中充入少量CO2,再次达到平衡时,容器内总压强不变
II.用钠盐溶液处理后,CaCO3可转化为其他工业价值高的难溶钙盐。
一定温度下,分别向1molCaCO3中加入1LNa2X和NaY溶液发生反应:CaCO3+X2−CaX+CO、CaCO3+2Y−CaY2+CO,加入Na2X或NaY的物质的量为n(Na2X)或n(NaY)。平衡时,分别测得随n(Na2X)的变化曲线和随n(NaY)的变化曲线如图所示,已知Ksp(CaCO3)=3.0×10-9,反应过程中不考虑溶液体积变化,不考虑X2−/Y−/CO的水解。
(5)Ksp(CaX) Ksp(CaCO3)(填”>”“<”或“=”)。
(6)若要用1LNaY溶液将1.25molCaCO3完全转化为CaY2沉淀,所需NaY溶液浓度至少为 mol/L。(写出计算过程,结果保留三位有效数字)
试卷第1页,共3页
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