内容正文:
专题11 化学反应原理综合题
4大高频考点
考点01 化学反应速率与平衡综合题
考点02 水溶液中的离子反应与平衡综合题
考点03 化学反应与电能综合题
考点04 化学反应原理综合题
考点01 化学反应速率与平衡综合题
1.(2025-2026高二上·河北雄安新区·期中)我国学者在电还原研究中发现,在特定催化剂作用下,与可发生反应: 。在恒温恒容条件下,向2 L密闭容器中充入2 mol 和6 mol ,20 min后反应达到平衡状态,测得的物质的量为0.6 mol。下列说法正确的是
A. 若混合气体的密度保持不变,则反应体系已达到平衡状态
B. 0~20 min内,用表示的平均反应速率为0.09 mol·L-1·min-1
C. 缩小容器体积,正反应速率增大,逆反应速率减小,平衡向正反应方向移动
D. 若达到平衡时,反应放出热量126 kJ,则
【答案】B
【解析】A.反应物和产物均为气体,总质量不变,恒容下密度始终不变,无法判断平衡,A错误;
B.生成0.6 mol 时消耗的物质的量为6×0.6mol=3.6 mol,的速率为,B正确;
C.缩小体积增大浓度,正、逆反应速率均增大,但正反应速率增幅更大,平衡正向移动,C错误;
D.达到平衡时, 生成的物质的量为0.6 mol,反应放出热量126 kJ,则生成1mol时放出热量为210kJ,故ΔH=-210 kJ·mol⁻¹,D错误;
故答案选B。
考点02 水溶液中的离子反应与平衡综合题
1.(2025-2026高二上·河北六校联合体·期中)常温常压下,水溶液中各含硫微粒物质的量分数随pH变化关系如图,如。已知:饱和溶液浓度约为,,,。下列说法正确的是
A. 向溶液中通入过量的反应为
B. 的平衡常数
C. 忽略的二级水解,溶液中
D. 向的溶液中通入气体至饱和,所得溶液中
【答案】C
【解析】A.向溶液中通入过量,与发生氧化还原反应,A错误;
B.由的电离,,结合图像可知,随pH增大,H2S浓度逐渐减小、HS-的浓度先增大后减小、S2-浓度增大,则,;该反应平衡常数,B错误;
C.,起始,由元素守恒可知溶液中,则有,即,C正确;
D.通入气体发生反应,反应生成,该反应平衡常数,结合题干信息饱和溶液浓度约为,则,所以,D错误;
答案选C。
2.(2025-2026高二上·河北沧州·期中)水溶液中的离子平衡是中学化学的一个重要内容。回答下列问题:
(1)已知某二元酸在水中存在以下平衡:,。常温下溶液中由水电离出的 (填“>”“<”或“=”)。
(2)在25℃下,将的氨水与的盐酸等体积混合充分反应后溶液呈中性。则a (填“>”“<”或“=”)0.01,反应后溶液中存在的离子浓度由大到小的顺序为 。
(3)25℃时,向溶液中逐滴加入溶液,溶液中含碳微粒的物质的量分数随溶液pH变化如图所示。
①曲线Ⅱ代表 (填微粒的化学式)的物质的量分数。
②若,第一步电离的电离常数为,则 。
③a点溶液中, (填“>”“=”或“<”)。
(4)向足量溶液中加入少量氯水,写出反应的离子方程式: (已知HClO的;的,)。
【答案】(1)< (2)① > ② (3)① ② 1.2 ③ < (4)
【解析】(1)已知某二元酸H2A在水中存在以下平衡:,,则说明HA-不会水解,只能电离,则溶液呈酸性,其会抑制水的电离,故由水电离出的<;
(2)氯化铵为强酸弱碱盐,水溶液显酸性,25℃下,将的氨水与的盐酸等体积混合充分反应后溶液呈中性:,则反应后氨水略微过量,故a>0.01,反应后溶液中溶质为氯化铵和一水合氨,结合电荷守恒:,则,由于氯离子不水解,则存在的离子浓度由大到小的顺序为;
(3)①25℃时,向溶液中逐滴加入溶液,的浓度减小,草酸氢根浓度先增加后减小,草酸根离子浓度增大,则曲线Ⅱ代表的物质的量分数;
②,根据曲线Ⅰ、Ⅱ的交点可知,第一步电离的电离常数为10-1.2,=1.2;
③a点溶液中,溶液中存在电荷守恒,,此时溶液为酸性:c(H+)>c(OH-),则:<;
(4)相同温度下电离常数越大、电离能力越大,等物质的量浓度的酸提供的氢离子浓度越大、酸性越强,由电离常数,酸性排序为:碳酸大于次氯酸大于碳酸氢根离子,向足量碳酸钠溶液中加入少量氯水,碳酸根转化为碳酸氢根,反应的离子方程式:。
3.(2025-2026高二上·河北省邢台市卓越联盟·期中)水溶液中的平衡在生产、科研和环保等领域具有广泛的应用。按要求回答下列问题:
Ⅰ.已知:常温下,部分弱酸的电离常数如表。
化学式
电离常数
(1)常温下,pH相同的、NaHS、、四种溶液中溶质物质的量浓度最大的是 (填化学式,下同)溶液;等浓度的、溶液中物质的量浓度较小的是 溶液;对等浓度的溶液和溶液做导电性实验,灯泡更亮的是 溶液。
(2)下列微粒能大量共存的是________(填标号)。
A. 、
B. 、
C. 、
D. 、
Ⅱ.在生活、生产和科学研究中,人们常运用盐类水解来解决实际问题。
(3)的化学性质非常稳定,是一种白色颜料,广泛用于涂料、橡胶和造纸等工业。写出用制备的化学方程式: 。
(4)泡沫灭火器的灭火原理是灭火时能喷射出大量二氧化碳及泡沫,它们能黏附在可燃物上使可燃物与空气隔绝,达到灭火的目的,写出相关反应的离子方程式: 。
Ⅲ.镍基合金是一种适宜制造涡轮喷气发动机叶片的重要材料,某科研团队用红土镍矿(主要成分为NiO,还含有FeO、、、MgO)来制取金属镍,工艺流程如下:
已知:当溶液中某种离子浓度小于或等于时,认为该离子已完全沉淀。
(5)若“调pH”时将溶液的pH调得太低,会对“沉镁”过程造成的影响为 。
(6)若“沉镁”步骤中需将1 L含。溶液中的完全沉淀,则加入的质量至少为 g(忽略溶液体积的变化)。
【答案】(1)① ② ③ (2)BC (3) (4) (5)与结合形成HF,导致沉淀不完全(或其他合理答案) (6)1.806
【解析】(1)弱酸的酸性越弱,对应阴离子的水解程度越强,相同pH下盐溶液的溶质浓度越小。相同pH下盐溶液的溶质浓度越大,对应酸酸性越强,根据表格可知、NaHS、、四种盐中对应的酸分别为、、、,四种溶液酸性最强的是醋酸,故物质的量浓度最大的是。
水解程度比弱,水解对水解的促进作用更强,因此等浓度的、溶液中物质的量浓度较小的是。
等浓度的酸溶液,其电离常数越大溶液中自由移动的离子越多,导电性越强,的电离常数大于的一级电离常数,因此溶液离子浓度更高,做导电性实验灯泡更亮。
(2)A.酸性:,与反应:,故不能大量共存,A不符合题意;
B.之间不反应,可以大量共存,B符合题意;
C.酸性:,与之间不发生反应,可大量共存,C符合题意;
D.酸性:,与之间反应生成和,不能大量共存,D不符合题意;
故选BC。
(3)发生水解反应,加热促进水解生成的化学方程式为。
(4)泡沫灭火器是利用和发生双水解,生成氢氧化铝沉淀和二氧化碳,离子方程式为。
(5)若“调pH”时将溶液的pH调得太低,氢离子浓度较高,会与氟离子生成弱电解质HF,导致溶液中氟离子浓度降低,无法满足氟化镁的沉淀溶解条件,使镁离子不能完全沉淀。
(6)溶液中的完全沉淀,有,根据,可得此时,1L溶液中生成消耗的氟离子物质的量为,平衡时溶液中剩余的氟离子的物质的量为,因此共需要NaF的物质的量为。
NaF的最小质量为。
4.(2025-2026高二上·河北邢台·期中)25℃时,向溶液中滴加的氨水,溶液的pH随氨水体积变化的曲线如图所示。回答下列问题:
已知:①忽略溶液混合时体积和温度的变化;②忽略氨水的挥发。
(1)HA为 (填“弱酸”或“强酸”),判断的理由为 。HA在水溶液中的电离方程式为 。
(2)“滴加氨水的体积为”的过程中。
①发生反应的离子方程式为 。
②点溶液中, 。
(3)“滴加氨水的体积为”的过程中。。
① (填“>”“<”或“=”)20。
②点溶液中各离子浓度由大到小的顺序为 。
(4)点溶液中, (填具体数字)。
【答案】(1)① 强酸 ② 溶液的pH=1,说明HA完全电离 ③ (2)① ② 0.067 (3)① > ② => (4)
【解析】(1)由图可知,溶液的pH=1,说明HA完全电离,则HA为强酸,在水溶液中电离方程式为。
(2)HA是强酸,完全电离出,与氨水发生中和反应,其反应的离子方程式为;
a点加入10 mL氨水,混合后溶液总体积为,HA初始物质的量为 ,未参与反应,其离子浓度为。
(3)原溶液是强酸(如盐酸)与氨水反应,当滴加氨水体积为 20mL 时,所得溶液呈酸性,若要达到特定 pH(如中性),需稍过量才满足要求,因此;
b 点溶液呈中性,,根据电荷守恒,得到=,则离子浓度由大到小为=>。
(4)c点时,溶液中的A元素全部以形式存在,N元素以和形式存在。根据A元素守恒,。根据N元素守恒,。由于所有微粒在同一溶液中,浓度比等于物质的量之比,故。
考点03 化学反应与电能综合题
1.(2025-2026高二上·河北保定·期中)我国科学家研发了一种水系可逆电池,将两组阴离子、阳离子复合膜反向放置分隔两室电解液,充电、放电时,复合膜层间的解离成和,工作原理如图所示。下列说法正确的是
A. 放电时,正极的电极反应式为
B. 放电时,复合膜层间有解离,正极区溶液增重
C. 放电时,正极区升高
D. 充电时,与外接直流电源正极相连,将电能转化为化学能
【答案】B
【解析】根据图示可知,放电时是原电池,放电时,负极为锌,锌在负极失去电子生成锌离子,结合复合膜层电离出的氢氧根离子生成[Zn(OH)4]2-,负极的电极反应式为Zn+4OH--2e-=[Zn(OH)4]2-,多孔Pd纳米片为正极,二氧化碳在正极得到电子转化为甲酸,电极反应为CO2+2H++2e-=HCOOH,总的电极反应为:Zn+2OH-+CO2+2H2O=HCOOH+[Zn(OH)4]2-,充电时的电极反应与放电时的反应相反,由此分析。
【解析】
A.据分析,放电时,多孔Pd纳米片为正极,二氧化碳在正极得到电子转化为甲酸,电极反应为CO2+2H++2e-=HCOOH,故A错误;
B.由分析可知,放电时,多孔Pd纳米片为正极,酸性条件下二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成甲酸,电极反应式为CO2+2H++2e-=HCOOH,复合膜层间有1mol水解离时,外电路转移1mol电子,则正极增加的质量为,故B正确;
C.由分析可知,放电时,多孔Pd纳米片为正极,酸性条件下二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成甲酸,电极反应式为CO2+2H++2e-=HCOOH,甲酸在氯化钠溶液中电离出氢离子使电极附近溶液pH减小,故C错误;
D.放电时Zn为负极发生氧化反应,因此充电时Zn与直流电源的负极相连,故D错误;
故答案为B。
2.(2025-2026高二上·河北沧州·期中)有关下列装置的说法正确的是
A. 图甲装置可构成锌-铜原电池
B. 图乙装置在铁电极上得电子,生成
C. 图丙装置中放电时电子移动方向:铜→导线→锌
D. 图丁装置可制得消毒剂NaClO且减少逸出
【答案】B
【解析】A.图甲装置中未形成闭合回路,不能构成原电池,A错误;
B.图乙是牺牲阳极法的金属防护装置,活泼性,因此Mg作负极被氧化,Fe(钢管道)作正极被保护,是在钢管道(铁电极)上得电子生成,B正确;
C.图丙装置中锌失去电子,电子通过导线移向铜,C错误;
D.图丁装置,氯气在阳极生成、氢氧化钠在阴极生成,气泡上升过程中与氢氧化钠充分接触,反应生成次氯酸钠,可制得消毒剂NaClO同时减少的逸出,所以该装置的阴极和阳极位置应互换,D错误;
故选B。
3.(2025-2026高二上·河北石家庄·期中)利用光能可以将转化为重要的化工原料(电解质溶液为稀硫酸),同时可为制备次磷酸()提供电能,其工作原理如图所示。下列说法错误的是
A. W极上发生还原反应
B. 电解一段时间后M室pH降低,N室pH升高
C. a、b、c为阳离子交换膜,d为阴离子交换膜
D. W极的电极反应式为
【答案】C
【解析】左侧装置为电池,Z电极水失电子生成氧气和氢离子,Z是负极,W电极二氧化碳得电子生成乙烯,W是正极,Z极生成的氢离子透过a膜移入W极;右侧装置为电解池,X电极与电源正极相连,X是阳极,阳极水失电子生成氧气和氢离子,Y电极与电池负极相连,Y是阴极,阴极水得电子生成氢气和氢氧根离子,M室中氢离子透过b膜进入产品室,原料室中 透过c膜进入产品室生成;原料室中钠离子透过d膜进入N室生成氢氧化钠。
【解析】
A.W极是原电池正极,CO2得电子发生还原反应生成C2H4,故A正确;
B.M室为电解池阳极室,发生反应,H+浓度增大,pH降低 ;N室为阴极室,发生反应,OH⁻浓度增大,pH升高,故B正确;
C.W是正极,Z极生成的氢离子透过a膜移入W极,a为阳离子交换膜;b膜允许H+从M室移向产品室,为阳离子交换膜;c膜需允许从原料室移向产品室,应为阴离子交换膜;d膜允许Na+从原料室移向N室,为阳离子交换膜,故C错误;
D.W极为正极,CO2得电子还原为C2H4,酸性条件下电极反应式为,故D正确;
故选C。
4.(2025-2026高二上·河北省保定市六校联盟·期中)下列用来表示物质变化的化学用语中,正确的是
A. 碱性氢氧燃料电池的负极反应式:
B. 用铁电极电解饱和食盐水时,阳极的电极反应式:
C. 粗铜精炼时,与电源负极相连的是纯铜,电极反应式:
D. 钢铁发生吸氧腐蚀时的正极反应式:
【答案】C
【解析】A.碱性氢氧燃料电池的负极应为氢气的氧化反应,反应式为, A错误;
B.铁作阳极时,金属铁优先放电,电极反应式为:,B错误;
C.粗铜精炼时,纯铜作为阴极(连接电源负极),电极反应为:,C正确;
D.钢铁吸氧腐蚀的正极反应应为氧气的还原反应,电极反应为:,D错误;
故选C。
5.(2025-2026高二上·河北省唐山市第一中学·期中)形形色色的化学电源为人类生产生活提供了便利。请回答下列问题。
(1)海水中含有大量的锂资源,我国科学家研发出利用太阳能从海水中提取金属锂的技术,其工作原理如图所示。
①金属锂在电极 (填“A”或“B”)上生成,电极反应式为 。
②阳极产生两种气态非金属单质,其成分为 。
③该装置工作时的主要能量转化形式为 。
(2)电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳,电解质是,不电离。电池的总反应可表示为。电池的正极材料为 ,该电极的电极反应式为 。
(3)以乙二醇(结构简式)为燃料的碱性燃料电池工作时,电池负极的电极反应式为 ,外电路转移电子时,消耗乙二醇的质量为 。
【答案】(1)① A ② ③ 、 ④ 太阳能(光能)转化为电能,再转化为化学能 (2)① 碳 ② (3)① ② 12.4 g
【解析】A与负极相连,为阴极,阴极上锂离子得电子转化为锂单质,阴极发生还原反应,阳极上氯离子放电生成氯气,氢氧根离子放电生成氧气;
电池的总反应可表示为,可知Li失去电子作负极,正极上得到电子生成S。
(1)①由图可知,金属锂在阴极,即电极A上生成,电极反应式为;
②阳极上被氧化生成,被氧化生成,因此两种气态非金属单质为、;
③该装置工作时,太阳能(光能)转化为电能,再转化为化学能。
(2)由题中信息分析可知,电池的正极材料为碳,该电极发生的电极反应为。
(3)乙二醇碱性燃料电池工作时,电池负极的电极反应式为,外电路转移电子时,消耗乙二醇的物质的量为0.2 mol,消耗乙二醇的质量为12.4 g。
6.(2025-2026高二上·河北省保定市六校联盟·期中)人们设计了以工业废液为原料制备硫酸的方法。利用电解法处理废液制较浓硫酸,同时获得氨水,其原理示意图如图1所示。
注:电极均为惰性电极。
回答下列问题:
(1)Y为 (填“阴”或“阳”)离子交换膜;A极为 (填“正”“负”“阴”或“阳”)极。
(2)反应一定时间后,通过膜的离子数 (填“大于”“小于”或“等于”)通过膜的离子数。
(3)图1表示的总化学方程式为 。
(4)结合化学用语解释图1装置中生成较浓硫酸的原理: 。
(5)有同学设计燃料电池,利用图1中产生的、、较浓硫酸和较浓氨水联合处理废液,获得更高浓度的硫酸和氨水。其原理示意图如图2所示。
①M为 (填化学式);D极的电极反应式为 。
②较浓硫酸应注入 (填“C极区”或“D极区”)。
③电池工作一段时间后,假设所有产物均留在电池内,当电路中转移电子时,极区增重质量为 g。
【答案】(1)① 阴 ② 阴 (2)大于 (3) (4)B极的电极反应:,增大,通过阴离子交换膜进入极区,增大,最终得到较浓硫酸 (5)① ② ③ D极区 ④ 10.4
【解析】由图可知,B极生成较浓硫酸,说明(阴离子)移向B极,Y为阴离子交换膜,B为阳极,阳极水失去电子被氧化为氧气:,则M为氧气。A极生成较浓氨水,说明(阳离子)移向A极,X为阳离子交换膜,A为阴极,阴极水得到电子被还原为氢气:,则N为氢气,OH-和生成一水合氨:。
设计燃料电池,利用图1中产生的N(氢气)、M(氧气)、较浓硫酸和较浓氨水联合处理(NH4)SO4废液,则通氢气的一极为负极、氧气一极为正极,则D极为负极,氢气失去电子被氧化:,Y为阴离子交换膜,迁移过来后得到更浓的硫酸,C极为正极,氧气得到电子被还原:,X为阳离子交换膜,OH-与迁移过来的生成一水合氨。
(1)① 由分析可知,B极生成较浓硫酸,需(阴离子)移向B极,因此Y为阴离子交换膜;
② 由分析可知,(阳离子)移向A极,因此A为电解池的阴极;
(2)X膜是阳离子交换膜(允许通过,1个带1个正电荷),Y膜是阴离子交换膜(允许通过,1个带2个负电荷)。由于通过X膜的所带的正电荷总数与通过Y膜的所带的负电荷总数相等,因此通过X膜的离子数大于通过Y膜的离子数。
(3)由分析可知,图1表示的总反应为硫酸铵和水经电解生成氢气、氧气、一水合氨和硫酸:;
(4)由分析可知,图1装置中生成较浓硫酸的原理是:B极的电极反应:,增大,通过阴离子交换膜进入极区,增大,最终得到较浓硫酸;
(5)① 由分析可知,M是图1阳极(B极)产生的气体,故M为O2;燃料电池中,通入H2(N)的D极为负极,电极反应式为:;
② 由分析可知,较浓硫酸应注入D极区,D极为负极,氢气失去电子被氧化:,Y为阴离子交换膜,迁移过来后得到更浓硫酸;
③C极(正极)通入的M是O2,电极反应式为:,转移0.4 mol e-时,消耗0.1 mol O2,氧气质量为:。同时生成0.4 mol OH-,则有0.4 mol 移向C极区,,极区增重质量为。
7.(2025-2026高二上·河北沧州·期中)某小组学生研究常见的金属腐蚀现象,分析其原理.按要求回答下列问题.
(1)甲同学设计如图所示对比实验。
当a中滴入CuSO4溶液后,观察到其中产生气泡的速率较b中的 。其原因是 。
(2)乙同学将锥形瓶内壁用酸化的饱和食盐水润洗后,放入混合均匀的铁粉和碳粉,塞紧瓶塞,同时用压强传感器测得锥形瓶内压强的变化,如图所示。
①时,碳粉表面生成的气体为 。
②时,碳粉表面发生的电极反应式为 。
③电化学腐蚀过程中,铁极的电极反应式为 。
(3)丙同学研读如下一次性保暖贴说明书,并分析暖贴工作原理。
品名:一次性保暖贴主要成分:铁粉、水、食盐、活性炭、蛭石、吸水性树脂产品性能:平均温度,最高温度,发热时间12小时以上
①暖贴工作时,铁粉发生的反应为 (填“氧化反应”或“还原反应”)。
②写出使用暖贴时的注意事项: 。
③暖贴发热时,正极材料为 ;食盐的作用为 。
④当暖贴放热结束时,铁粉转化成的物质中可能含有 。
【答案】(1)① 快 ② 由于发生反应Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu产生的Cu附着在锌粒表面,即可形成Cu-Zn稀盐酸原电池,从而加快锌和稀盐酸的反应速率 (2)① H2 ② O2+2H2O+4e-=4OH- ③ Fe-2e-=Fe2+ (3)① 氧化反应 ② 使用前需密封保存防止失效,使用过程中由于产生高温现象,故不能紧贴皮肤张贴暖宝,防止灼伤皮肤 ③ 活性炭 ④ 电解质溶液,增强导电性 ⑤ Fe(OH)2、Fe(OH)3
【解析】(1)当a中滴入CuSO4溶液后,由于发生反应Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu,产生的Cu附着在锌粒表面,形成Cu-Zn稀盐酸原电池,从而加快锌和稀盐酸的反应速率,故观察到其中产生气泡的速率较b中的快。
(2)①0~t1段压强逐渐增大,可能是发生了析氢腐蚀使气体的总物质的量增大,电极反应为:2H++2e-=H2↑,则0~t1时,碳粉表面生成的气体为H2;
②t1~t2时,容器中压强逐渐减小,说明锥形瓶中气体体积减小,一定发生了吸氧腐蚀,则t1~t2时,碳粉表面发生的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-;
③ 铁发生电化学腐蚀时,铁作负极,其电极反应为:Fe-2e-=Fe2+,即0~t2电化学腐蚀过程中,铁极的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+。
(3)根据保暖贴的成分可知,铁粉和活性炭在氯化钠溶液中形成原电池,铁做负极,碳做正极,铁发生吸氧腐蚀,铁电极反应为:Fe-2e-=Fe2+,碳极的电极反应为:O2+4e-+2H2O=4OH-,总反应为:2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2,铁发生吸氧腐蚀放出热量,据此分析解题:
① 由分析可知,暖贴工作时,铁粉发生的反应为Fe-2e-=Fe2+,属于氧化反应;
② 由分析可知,使用暖贴时的注意事项为:使用前需密封保存防止失效,使用过程中由于产生高温现象,故不能紧贴皮肤张贴暖宝,防止灼伤皮肤;
③ 由分析可知,暖贴发热时,正极材料为活性炭,食盐的作用为电解质溶液,增强导电性;
④ 由分析可知,暖宝工作原理的总反应为:2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2,且Fe(OH)2具有还原性,很容易被空气中的O2氧化,反应的化学方程式为:4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3,故当暖贴放热结束时,铁粉转化成的物质中可能含有Fe(OH)2、Fe(OH)3。
8.(2025-2026高二上·河北沧州多校联考·期中)利用燃料电池电解制备并得到副产物、、,装置如图所示:
回答下列问题:
(1)a极为 极,a极电极反应式为 。a极每产生气体,外电路转移电子的物质的量为 mol。
(2)Y室中石墨电极为 极,该极电极反应式为 。
(3)A膜、B膜和C膜中属于阳离子交换膜的是 (填“A”“B”或“C”)。从 (填“原料室”“产品室”“X室”或“Y室”,下同)移到 。
(4)a极上消耗2.24L(标准状况下)甲烷,阳极室减少 mol。
【答案】(1)① 负 ② ③ 8 (2)① 阴 ② (3)① AC ② 原料室 ③ 产品室 (4)0.4
【解析】(1)燃料电池工作时,在a极失去电子变为发生氧化反应,作负极,电极反应为,生成1molCO2,电子转移8mol,故当a极产生气体时,气体的物质的量为,外电路转移电子的物质的量为8mol;
(2)由燃料电池可知,a极为负极,连接电解池的阴极,即Y室石墨作阴极,阴极上水得电子生成氢气,电极反应为;
(3)电解池工作时,阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,且该实验要制备并得到副产物、、,则电解池工作时,通过A膜进入产品室,进而形成,原料室中通过B膜进入产品室,进而形成,原料室中通过C膜进入Y室生成,即A、C膜均为阳离子交换膜,B膜为阴离子交换膜;故A、C膜均为阳离子交换膜,从原料室移动到产品室;
(4)a极为负极,电极反应为,2.24L(标准状况下)甲烷的物质的量为0.1mol,电子转移0.8mol,带2个单位的正电荷,则阳极室减少0.4mol。
9.(2025-2026高二上·河北保定四校·期中)化学与能源、材料、化工等领域紧密联系,应用广泛。
(1)利用燃料电池电解制备,并得到副产物等,装置如图。
①a极为 (填“正极”、“负极”、“阴极”或“阳极”),a电极上的电极反应式为 ;阴极室石墨电极反应式为 。
②K、M、L膜为离子交换膜,其中阳离子交换膜是 (填“K膜”、“L膜”、或“M膜”)
③b极上消耗标准状况下的,理论上阳极室减少 。
(2)高铁酸钾()不仅是一种理想的水处理剂,而且高铁电池的研制也在进行中。下图所示是高铁电池的模拟实验装置。
①该电池放电时正极产生沉淀,正极电极反应为 。
②盐桥中盛有饱和KCl溶液,此盐桥中氯离子向 (填“左”或“右”)移动;
③下图为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线,由此可得出高铁电池的优点有 。
【答案】(1)① 负极 ② ③ ④ K膜、M膜 ⑤ 0.2 (2)① ② 右 ③ 电压稳定,放电时间长
【解析】(1)① 在燃料电池中,燃料在负极发生氧化反应,a极通入甲烷,发生氧化反应,a极为负极;结合电解质中存在的O2-,可知a电极反应式为;阴极室中H2O发生还原反应生成,电极反应式为。
② 根据图示,阳极室的Ca2+通过K膜进入产品室,K膜为阳离子交换膜,原料室的Na+通过M膜进入阴极室,M膜为阳离子交换膜,原料室的通过L膜进入产品室,则L膜为阴离子交换膜。
③ 标准状况下,b极上消耗的物质的量为,根据,转移电子的物质的量为0.4 mol,此时应有0.2 mol Ca2+通过K膜进入产品室,阳极室减少0.2 mol Ca2+。
(2)① 根据装置图,锌为负极,石墨为正极,正极发生还原反应,中铁元素显+6价,具有强氧化性,得电子生成氢氧化铁,正极电极式为。
② 根据原电池工作原理,氯离子向负极移动,即向右移动。
③ 由高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线图可知,高铁电池的优点是放电时间长,工作电压稳定。
10.(2025-2026高二上·河北省强基联盟·期中)氨燃料电池在航运、电力、交通等领域发挥着重要的作用。一种以氨燃料电池为电源的电解装置如下图所示,若A池工作5min时f极铁钥匙增重3.2g。
回答下列问题:
(1)b电极为燃料电池的 极,A 池工作5 min 时 b 电极消耗O2(标准状况下)的体积为 mL,a极电极反应式为 ,A池中的离子交换膜为 交换膜(填“阳离子”或“阴离子”)。
(2)B池 NaCl溶液充足,若常温下溶液体积为1L,则5 min时该溶液的pH为 。
(3)若用C池进行电解精炼铜,则应将 (填“e”或“f”)极更换为粗铜;电解一段时间后,溶液中Cu2+浓度 (填“减小”“增大”或“不变”)。
(4)D池工作5min时,h电极 (填“增重”或“减轻”) g;g电极的电极反应式为 。
【答案】(1)① 正 ② 560 ③ ④ 阴离子 (2)13 (3)① e ② 减小 (4)① 减轻 ② 4.8 ③
【解析】(1)由图可知,A池为氨燃料电池,通入氨气的a电极发生氧化反应生成氮气,故a电极为燃料电池的负极,b电极为燃料电池的正极;A池工作5min时f极铁钥匙增重,说明Fe表面析出Cu,是电镀池的阴极,f极反应为,增重3.2 g Cu的物质的量为,电路中转移电子总物质的量为0.1 mol。b极得电子反应为,转移0.1mol电子时消耗为0.025 mol,标况体积;a极是负极,碱性条件下被氧化为,电极反应式为;a极消耗,b极生成,为维持两侧NaOH溶液浓度稳定,需要从b侧移向a侧,因此离子交换膜为阴离子交换膜。
(2)B池为电解NaCl溶液的装置,总反应为,由(1)可知,A池工作5min时,电路转移0.1mol电子,则5 min时B池生成0.1 mol ,溶液体积为1L,则,常温下,pH=13。
(3)电解精炼铜时,粗铜作阳极接电源正极,因此需将e极(阳极)更换为粗铜;粗铜中比Cu活泼的杂质金属(如Zn、Fe等)会优先于Cu在阳极失电子,而阴极只有得电子析出Cu,同一时间内阳极溶解的Cu的物质的量小于阴极析出的Cu的物质的量,因此溶液中浓度减小。
(4)D池工作时是铅蓄电池充电过程,阴极(h极)反应为,故工作5min时转移0.1 mol e-阴极质量减少4.8 g;阳极(g极)反应为。
11.(2025-2026高二上·河北省沧衡联盟·期中)电化学在生产、生活和科学研究中应用十分广泛,认识和研究化学能和电能的相互转化的原理和规律具有重要意义。请回答下列问题:
(1)某同学设计的串联电化学装置如图所示:
①甲池属于 (填“原电池”或“电解池”),通CO的一极电极反应式为 。
②乙池模拟“氯碱工业”,离子交换膜X为 (填“阳离子”或“阴离子”)交换膜,Fe电极的电极反应式为 。
③丙池完成“铁上镀银”,则a电极材料为 。
(2)浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置,其原理是高浓度溶液向低浓度溶液扩散而引发的一类电池,最终两边电解质溶液浓度相等。下图是“海水-河水”浓差电池装置示意图(不考虑溶解氧的影响),其中a、b均为Ag/AgCl复合电极。
a为 (填“正”或“负”)极,b极的电极反应式为 ,当电路中转移1 mol e-时,理论上a极区模拟海水的质量减少 g。
(3)恒温条件下,用图1装置研究铁的电化学腐蚀,测定结果如图2。
①AB段主要发生 (填“吸氧”或“析氢”)腐蚀。
②BC段正极电极反应式为 。
【答案】(1)① 原电池 ② ③ 阳离子 ④ ⑤ 铁 (2)① 负 ② ③ 58.5 (3)① 析氢 ②
【解析】(1)甲池为燃料电池,为原电池,通CO的一极为负极,失电子,电极反应式为,通氧气的一极为正极,得电子,电极反应式为。根据外电路连接情况,可推断出:乙池中Fe电极得电子,石墨电极失电子,丙池中a电极得电子,b电极失电子。乙池是电解池,电解饱和NaCl溶液,Fe电极是阴极,被保护,电极反应式为,石墨电极是阳极,电极反应式为。丙池待定。
① 甲池为燃料电池,为原电池;通CO的一极电极反应式为。
② 氯碱工业,即通过电解饱和NaCl溶液来制取NaOH、Cl2和H2,为防止阳极产生的Cl2和阴极产生的OH-发生反应,应选用阳离子交换膜;Fe电极为阴极,电极反应式为。
③ 丙池完成“铁上镀银”,可确定丙池是电解池。电镀时,镀件为阴极,镀层金属为阳极,则a电极为阴极,电极材料为铁,电极反应式为,b电极为阳极,电极材料为银,电极反应式为。
(2)根据浓差电池的工作原理,可知电池工作时a极区NaCl溶液浓度降低,b极区NaCl溶液浓度升高,当两极区NaCl溶液浓度相等时,电池停止工作。a、b均为Ag/AgCl复合电极,注意到Ag→AgCl需结合Cl-,使溶液中Cl-浓度降低,AgCl→Ag会释放Cl-,使溶液中Cl-浓度升高。故推测出:a极电极反应式为,发生氧化反应,为负极;b极电极反应式为,发生还原反应,为正极;Na+通过离子交换膜由a极区移动至b极区。当电路中转移1 mol e-时,理论上a极区模拟海水减少1 mol Na+和1 mol Cl-,质量减少58.5 g。
(3)① 由图2可知,AB段压强增大,发生析氢腐蚀,产生H2。
②BC段压强减小,发生吸氧腐蚀,此时溶液酸性仍较强,故正极电极反应式为。
考点04 化学反应原理综合题
1.(2025-2026高二上·河北省邢台市卓越联盟·期中)利用CO2和H2制取CH3OH,不仅可以回收利用CO2,减少碳的排放量,还可以生产重要的化工原料。已知在一定温度和压强下,发生如下反应:
①
②
③
(1)已知部分化学键的键能(断开或形成1 mol化学键需要吸收或放出的能量,键能越大化学键越稳定)数据如下:
化学键
C=O(CO2)
C-O
C-H
H-H
O-H
键能/(kJ/mol)
803
351
a
b
462
随着温度升高,反应③的平衡常数 (填“增大”或“减小”);试判断a (填“<”或“>”)b,则CH3OH(g)中C-H键比H2(g)中H-H键的稳定性 (填“弱”或“强”)。
(2)时,向恒容密闭容器中充入CO2(g)、H2(g)仅发生反应③,反应到时刻测得各组分的浓度如表所示:
物质
H2
CO2
CH3OH
H2O
浓度/(mol/L)
0.4
0.2
0.8
0.8
若T℃时该反应的平衡常数K=100,则t时刻该反应的正、逆反应速率: (填“>”“<”或“=”)。
(3)若按投料,将CO(g)和H2(g)充入2 L。恒容密闭容器中,在一定条件下仅发生反应②,测得CO(g)的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示:
①p1、p2、p3由大到小的顺序为 。
②若温度为T1℃、压强为p3,起始时CO(g)的物质的量为2 mol,则平衡时CO的体积分数为 ,T1℃时该反应的平衡常数约为 (保留到小数点后一位) L2·mol-2。
【答案】(1)① 减小 ② < ③ 弱 (2)> (3)① p1>p2>p3 ② 50% ③ 16.7
【解析】(1)由题可知,反应③=①+② ;根据盖斯定律,,即该反应为放热反应,当温度上升时,平衡逆向移动,平衡常数K减小;由反应焓变等于反应物键能总和减去生成物键能总和,即2E(C=O)+3E(H-H)-3E(C-H)-E(C-O)-3E(O-H)=2×803kJ/mol+3b-3a-351kJ/mol-3×462kJ/mol=-49kJ/mol,可求得3(b-a)=82kJ/mol,即a<b,键能越大,化学键越强,故CH3OH(g)中C-H键比H2(g)中H-H键的稳定性弱,故答案为:减小;<;弱;
(2)根据表格中数据可知,此时该反应的浓度熵,此时平衡正方向移动即,故答案为:>;
(3)① 已知反应②正反应是一个气体体积减小的方向,同温下增大压强,平衡正向移动,CO的平衡转化率增大,结合题干图像可知,p1、p2、p3由大到小的顺序为p1>p2>p3,故答案为:p1>p2>p3;
② 由题干图像可知,若温度为T1℃、压强为p3,CO的平衡转化率为40%,起始时CO(g)和H2(g)的物质的量均为2 mol,其浓度为1 mol/L,则三段式分析为: ,平衡时CO的体积分数为×100%=50%,T1℃时该反应的平衡常数约为K==≈16.7L2·mol-2,故答案为:50%;16.7。
2.(2025-2026高二上·河北沧州·期中)盐酸、醋酸是中学化学常见的两种酸。回答下列问题:
(1)25℃时,将2 mol无水醋酸加水稀释,稀释过程中溶液的导电性变化如图1所示。
①图1中醋酸的电离程度最大的是 (填“a”“b”或“c”)。
②图1中从b点到c点,溶液中的比值 (填“减小”“增大”或“不变”,下同),n(CH3COO-)+n(CH3COOH) 。
(2)常温下,向两个体积相同的锥形瓶中分别加入2 mL 2 mol·L-1盐酸、2 mL 2 mol·L-1醋酸,然后同时加入足量的相同大小的镁条,盖紧橡胶塞,测得锥形瓶内气体的压强随时间的变化如图2所示。
①图2中表示醋酸的是曲线 (填“i”或“ii”)。
②图2中曲线在200 s后重合,原因是 。
(3)常温下,将pH相等的盐酸和醋酸溶液稀释相同的倍数后,所得溶液pH较大的是 (填“HCl”或“醋酸溶液”)。
(4)常温下,有pH均为3的CH3COOH、HCl两种物质的溶液,物质的量浓度较大的是 溶液。
(5)常温下,测得a mol·L-1的CH3COOH溶液的pH=b,此温度下,CH3COOH的电离平衡常数Ka= (用含a和b的代数式表示),向该CH3COOH溶液中通入少量HCl气体,电离平衡常数Ka 。(填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】(1)① c ② 增大 ③ 不变 (2)① ii ② 镁足量,醋酸和盐酸的物质的量相同,且完全反应,故生成氢气的物质的量相同,同温同体积时,压强相同(叙述合理即可) (3)HCl (4)CH3COOH (5)① (或其他合理形式) ② 不变
【解析】(1)① 随着加水稀释,溶液浓度变小,醋酸的电离程度增大,图1中醋酸的电离程度最大的是c,故答案为:c;
② 加水稀释促进醋酸电离,但溶液酸性减弱,c(H+)减小,电离平衡常数不变,则从b点到c点,溶液中增大,根据物料守恒n(CH3COO-)+n(CH3COOH)=2 mol,n(CH3COO-)+n(CH3COOH)不变,故答案为:增大;不变。
(2)① 因为盐酸为强酸,醋酸为弱酸,则镁与2 mL 2 mol•L-1盐酸反应速率快,i曲线表示镁与盐酸的反应,ii曲线表示醋酸与镁的反应,故答案为:ii;
② 常温下,向两个体积相同的锥形瓶中分别加入2 mL 2 mol·L-1盐酸、2 mL 2 mol·L-1醋酸,然后同时加入足量的相同大小的镁条,镁足量,醋酸和盐酸的物质的量相同,且完全反应,故生成氢气的物质的量相同,同温同体积时,压强相同,所以图2中曲线在200 s后重合,故答案为:镁足量,醋酸和盐酸的物质的量相同,且完全反应,故生成氢气的物质的量相同,同温同体积时,压强相同。
(3)盐酸为强酸,醋酸为弱酸,常温下,将pH相等的盐酸和醋酸溶液稀释相同的倍数后,醋酸的电离平衡正向移动,又电离出氢离子,醋酸溶液中氢离子浓度大于盐酸,所得溶液pH较大的是盐酸,故答案为:HCl。
(4)常温下,pH均为3的CH3COOH、HCl两种物质的溶液中氢离子浓度相等,醋酸是弱酸,在水溶液中不能完全电离,所以物质的量浓度较大的是CH3COOH,故答案为:CH3COOH。
(5)常温下,测得a mol•L-1的CH3COOH溶液的pH=b,由电离方程式可知c(H+)≈c(CH3COO-)=10-b mol/L,c(CH3COOH)=a mol•L-1-10-b mol/L=() mol/L,此温度下,CH3COOH的电离平衡常数Ka= =,向该CH3COOH溶液中通入少量HCl气体,温度不变,电离平衡常数Ka不变,故答案为:;不变。
3.(2025-2026高二上·河北六校联合体·期中)硫酸是重要的化工原料,工业制硫酸的其中一步重要反应是:2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g) ∆H<0。一定条件下,密闭容器中发生该反应,各物质浓度随时间变化的曲线如图所示。
(1)反应开始至20分钟,SO2的平均反应速率为 mol•L⁻1•min⁻1。
(2)图中a点,正反应速率 逆反应速率(填“>”“<”或“=”)。
(3)反应进行到第 分钟时恰好达到平衡,此时:SO2的转化率为 ,
(4)下列说法正确的是___________。
A. 60-70min内,O2表示的反应速率为0,说明反应不再进行。
B. 通过调控反应条件,可以实现SO2的完全转化
C. 其他条件不变,升高温度,正反应速率和逆反应速率均增大
D. 使用催化剂可以提高反应速率,增大平衡产率
【答案】(1) (2)> (3)① 50 ② (4)C
【解析】(1)由图可知,反应开始至20min,SO2的浓度下降了0.7mol/L,SO2的平均反应速率为:,答案:;
(2)图中a点,SO2的浓度继续减小,反应正向移动,得正反应速率>逆反应速率,答案:>;
(3)由图可知,反应进行到第50min分钟时,浓度不再改变,说明反应达到平衡,初始浓度为,50min分钟时浓度为,SO2的转化率为,答案:50、;
(4)A.60-70min内,\mathrm{v}_{\mathrm{正}}_{{(\mathrm{O}_{2}})}=\mathrm{v}_{\mathrm{逆}}_{{(\mathrm{O}_{2}})}
eq 0,该反应达到动态平衡,错误;B.该反应为可逆反应,调控反应条件,SO2的不可以完全转化,错误;C.其他条件不变,升高温度,分子都获得能量,使得正反应速率和逆反应速率均增大,正确;D.使用催化剂可以提高反应速率,但平衡是产率不变,错误;答案:C。
4.(2025-2026高二上·河北名校联考·期中)随着我国碳达峰、碳中和工作的推进,二氧化碳资源化利用风生水起。请回答下列问题:
(1)已知下列热化学方程式及平衡常数:
Ⅰ.
Ⅱ.
则Ⅲ. kJ/mol, (用、表示)。反应Ⅲ的正反应的活化能为,则逆反应的活化能为 kJ/mol(用含的式子表示),该反应在 (填“较高温度”“较低温度”或“任意温度”)下可自发进行。
(2)在体积为2 L的恒温恒容密闭容器中,充入和,发生反应Ⅲ。
①只改变下列一个条件,既能提高平衡产率同时又能提高反应速率的措施是 (填字母)。
A.加入催化剂 B.降低温度 C.升高温度 D.缩小容积 E.扩大容积
②在恒温恒容密闭容器中进行反应Ⅲ,下列能说明该反应达到平衡状态的是 (填字母)。
a.混合气体的密度不变 b.混合气体的平均摩尔质量不变
c. d.断开,同时生成
③10 min时测得和的体积分数之比为1:4且比值不再随时间变化。反应从开始到平衡, 。该温度下的平衡常数 (保留三位有效数字)。
【答案】(1)① -49.4 ② ③ ④ 较低温度 (2)① D ② bc ③ ④ 59.3
【解析】(1)根据盖斯定律,反应Ⅰ+反应Ⅱ=反应Ⅲ,则,;=正反应的活化能-逆反应的活化能,所以逆反应活化能=;,反应自发进行,反应Ⅲ的 、,则该反应在较低温度下自发进行;
(2)①A.加入催化剂,反应速率加快,但平衡不移动,的产率不变,A不选;
B.降低温度,反应速率减慢,平衡正向移动,的产率提高,B不选;
C.升高温度,反应速率加快,平衡逆向移动,的产率降低,C不选;
D.缩小容积,相当于增大压强,反应速率加快;平衡向气体分子数减少的正向移动,的产率提高,D选;
E.扩大容积,相当于减小压强,反应速率减慢,平衡逆向移动,的产率降低,E不选;
故答案选D;
②a.,恒容V不变,质量守恒,气体质量不变,所以混合气体密度始终不变,不能根据密度不变判断是否达到平衡状态,a不选;
b.,气体质量不变,物质的量变化,所以气体平均摩尔质量不变时,可以判断反应达到平衡状态,b选;
c.,则正逆反应速率相等,反应达到平衡状态,c选;
d.断开2 mol C=O,同时生成2 mol H-O,都描述的是正反应方向,不能判断反应是否达到平衡状态,d不选;
故答案选bc;
③10 min时测得和的体积分数之比为1:4且比值不再随时间变化,即10 min达到平衡状态,设转化的的物质的量为x,则(1 mol-x):x=1:4,x=0.8 mol,;平衡时的物质的量为1 mol-0.8 mol=0.2 mol,H2的物质的量为,和H2O的物质的量均为0.8 mol,则平衡常数。
5.(2025-2026高二上·河北名校联考·期中)工业合成氨反应是人工固氮研究的重要领域,请回答下列问题:
(1)已知合成氨反应,根据下表数据,计算 。
化学键
键能
946.0
X
390.8
反应的能量变化可以用图中的 (填标号)表示。
(2)一定温度下,向容积恒定的密闭容器中通入一定量的和反应达到平衡后,改变某一外界条件,反应速率与时间的关系如图所示。
其中时刻所对应的实验条件改变是 ,平衡常数最大的时间段是 (填字母)。
A. B. C. D.
(3)小组模拟工业合成氨的反应,其他条件不变,下列措施能加快生成速率的是 (填标号)。
a.增大容器的体积 b.恒容充入 c.恒温恒压充入He d.将容器改为绝热容器
(4)合成氨反应的化学平衡常数K与温度T的关系如下所示:
T/℃
200
300
400
K
0.5
①比较、的大小, (填“<”“>”或“=”),说明原因 。
②400℃时,反应的化学平衡常数的值为 ,当测得、和物质的量浓度分别为、和时,则该反应 进行(填“正向”“逆向”或“不”)。
【答案】(1)① 436.0 ② a (2)① 降低温度 ② D (3)bd (4)① > ② 合成氨反应(放热),升高温度时,平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小 ③ 2 ④ 正向
【解析】(1)根据=反应物键能之和-生成物键能之和,,解得;该反应为放热反应,反应物具有的总能量高于生成物具有的总能量,故反应的能量变化可以用图a表示。
(2)图中时刻,反应处于平衡状态,时刻改变反应条件使均减小(可能是降低温度也可能是减小压强)、且平衡正向移动,该反应为放热反应、气体体积减小的反应,降低温度可使平衡正移而减小压强使平衡逆向移动,故时刻改变的反应条件是降低温度;
是在一定条件下建立平衡的过程,在该条件下反应处于平衡状态,时刻增大反应物氮气或氢气的浓度,平衡正移,处于新平衡状态,温度未改变,该平衡状态的平衡常数不变与时刻平衡常数相同,使用了催化剂反应速率加快,但平衡不移动,仍与原平衡状态()相同,平衡常数不变,时刻分离出氨气,逆反应速率减小,平衡正移,处于新平衡状态,平衡常数不变,时刻降低温度,平衡正移,处于新平衡状态,平衡常数增大,故平衡常数最大的时间段是,故选D。
(3)a.增大容器的体积,各物质的浓度均减小,正、逆反应速率均减小,生成氨气速率减小,a不符合题意;
b.恒容充入,增大,正反应速率加快,生成氨气速率加快,b符合题意;
c.恒温恒压充入He(为惰性气体,不参加反应),容器体积增大,各物质的浓度均减小,正、逆反应速率均减小,生成氨气速率减小,c不符合题意;
d.该反应为放热反应,将容器改为绝热容器,导致温度升高,反应速率加快,生成氨气速率加快,d符合题意;
故选bd。
(4)① 该反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小,故;
②400℃时,,则反应的平衡常数是合成氨反应的平衡常数的倒数,故该反应的平衡常数;当测得、和物质的量浓度分别为、和时,则该反应的,反应正向进行。
6.(2025-2026高二上·河北名校联考·期中)水溶液中的离子反应与平衡在生产和生活中有着广泛的用途。
(1)相同条件下,的氨水和的氢氧化钠溶液,水的电离程度 (填“前者大”“后者大”或“相同”)。向氨水中滴加同浓度的溶液,滴加过程中 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)已知羟胺在水中主要以(弱碱)的形式存在,电离方程式与相似,请写出羟胺的电离方程式: 。向的羟胺溶液中加入少量固体,溶液中 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)常温时,将的盐酸稀释1000倍后, ;100℃时,的盐酸中水电离产生的,则的氢氧化钡溶液的 。
(4)体积相同、pH均为3的盐酸和醋酸溶液,分别加入水稀释至a mL和b mL,测得稀释后溶液的pH均为5,则a (填“>”“<”或“=”)b。
(5)常温下,醋酸溶液中含碳微粒的分布分数(平衡时某含碳微粒的浓度占各含碳微粒总浓度的分数)与pH的关系如图。
①常温下,的电离常数为 。
②的混合溶液的 。(已知)
【答案】(1)① 相同 ② 增大 (2)① ② 增大 (3)① 4 ② 10 (4)< (5)① ② 4.16
【解析】(1)pH=10的氨水和pH=10的氢氧化钠溶液中,氢氧根离子浓度均为10−4 mol/L,抑制水的电离程度相同,因此水的电离程度相同;氨水中存在电离平衡,加入醋酸后,醋酸与反应生成水,导致浓度降低,平衡正向移动,,K不变,减小,比值增大,因此增大;
(2)羟胺的电离方程式与氨水类似,因此为;溶于水后电离出,增大了的浓度,抑制羟胺的电离,使增大;
(3)pH=1的盐酸中c(H+)=0.1 mol/L,稀释1000倍后氢离子浓度c(H+)=0.1 mol/L÷1000=10−4 mol/L,因此pH=4;100℃时,pH=1的盐酸中水电离产生的c(H+)=1.0×10−11 mol/L,说明水的离子积,0.005 mol/L的氢氧化钡溶液中c(OH-)=0.005 mol/L×2=0.01 mol/L,c(H+)=10−10 mol/L,因此pH=10;
(4)盐酸是强酸,完全电离,pH=3的盐酸中c(H+)=10−3 mol/L,稀释后pH=5,c(H+)=10−5 mol/L,稀释倍数为100,因此a=100V;醋酸是弱酸,部分电离,pH=3的醋酸中c(H+)=10−3 mol/L,稀释后pH=5,c(H+)=10−5 mol/L,由于醋酸的电离被促进,稀释倍数大于100,因此b>100V,故a;
(5)①由图可知,当pH=4.76时,,此时;
②已知,,代入,解得,因此。
7.(2025-2026高二上·河北雄安新区·期中)“液态阳光”技术是利用太阳能电解水制取“绿氢”(H2),再将CO2与H2通过催化反应合成甲醇(CH3OH)的前沿技术。回答下列问题:
(1)该系统实现了“太阳能→ → ”的能量转化与储存。
(2)已知键能数据:
化学键
键能
799
343
463
436
413
反应的 。
(3)若电解水制氢效率为70%,CO2加氢合成甲醇效率为80%,则太阳能→甲醇的总能量效率为 %。
(4)酸性甲醇燃料电池的负极反应式为: ,用该甲醇燃料电池电解2L 5mol/L的饱和食盐水,若消耗32 g CH3OH时,电解池制得标准状况下Cl2 44.8 L,则电流效率 (电流效率,计算结果保留一位小数)。电解后,饱和食盐水中c(OH-)= mol/L(设溶液体积不变)。
(5)若该燃料电池以5 A电流放电,32 g甲醇理论上可供电 小时(设法拉第常数F=96500 C/mol,保留一位小数)。
(6)与高压储氢相比,甲醇作为能源载体的优势是 。
【答案】(1)① 电能 ② 化学能 (2)-65 (3)56 (4)① ② 66.7% ③ 2 (5)32.2 (6)体积能量密度高;安全性好(或便于储运)(合理即可)
【解析】(1)由题干信息可知,“液态阳光”技术是利用太阳能电解水制取“绿氢”(H2),再将CO2与H2通过催化反应合成甲醇(CH3OH)的前沿技术,则该系统实现了“太阳能→电能进行电解→H2、CH3OH等物质中的化学能”的能量转化与储存,故答案为:电能;化学能;
(2)已知反应热等于反应物的键能总和减去生成物的键能总和,即反应的2E(C=O)+3E(H-H)-3E(C-H)-E(C-O)-3E(O-H)=2×799kJ/mol+3×436kJ/mol-3×413kJ/mol-343kJ/mol-3×463kJ/mol=-65,故答案为:-65;
(3)若电解水制氢效率为70%,CO2加氢合成甲醇效率为80%,则太阳能→甲醇的总能量效率为70%×80%=56%;
(4)原电池负价发生氧化反应,则酸性甲醇燃料电池的负极反应式为:,用该甲醇燃料电池电解2L 5mol/L的饱和食盐水,若消耗32 g 即=1molCH3OH时,结合反应可知,此时电路上通过的电子物质的量为6mol,而电解池制得标准状况下Cl2 44.8 L即=2mol,即2Cl--2e-=Cl2↑,则消耗所需电子的物质的量为4mol,则电流效率×100%=66.7%,阴极反应为:2H2O+2e-=2OH-+H2↑,通过4mol电子可生成4molOH-,则电解后,饱和食盐水中c(OH-)==2 mol/L,故答案为:;66.7;2;
(5)由(4)小问分析可知,若该燃料电池以5 A电流放电,32 g即1mol甲醇理论上可放出电子6mol,即电量为:6mol×96500C/mol=579000 C,则可供电=32.2小时,故答案为:32.2;
(6)高压储氢需采用高压条件下将H2液化,安全系数较小,且液态甲醇的密度比H2大得多,即其体积能量密度高,故与高压储氢相比,甲醇作为能源载体的优势是体积能量密度高;安全性好(或便于储运)(合理即可)。
8.(2025-2026高二上·河北雄安新区·期中)我国科研工作者设计了一种基于钙环的甲烷重整工艺(CaLMR)。该工艺使用CaO吸附剂和Ni基催化剂的复合材料,通过切换和的进料,实现了蒸汽甲烷重整(SMR)和甲烷干重整(DRM)的等温循环。该工艺涉及的主要反应如下:
蒸汽甲烷重整(SMR)阶段:
Ⅰ、
Ⅱ、
副反应、
甲烷干重整(DRM)阶段:
Ⅲ、
回答下列问题:
(1)SMR阶段副反应的 ,该反应在 (填“低温”“高温”或“任意温度”)环境下能自发进行。
(2)如图为有无CaO吸附剂存在时,的平衡转化率随温度的变化曲线。曲线 (填“a”或“b”)代表有CaO吸附剂存在的情况,判断理由是 。
(3)下列说法正确的是 (填字母)。
A.恒温恒压下,向体系中充入惰性气体,的平衡转化率和正反应速率均增大
B.SMR阶段,提高的投料比,可提高所得合成气中的比值
C.SMR阶段,能清除催化剂表面因分解产生的积碳
(4)在650℃下,向2.0 L的恒容密闭容器中充入1.0 mol 和2.0 mol 发生反应Ⅰ和,同时还有少量分解产生积碳,测得一个反应循环内,达平衡时容器中、、CO、的物质的量随时间的变化关系如图所示。
曲线③表示 (填化学式)的物质的量随时间的变化关系,0~4 min内,平均反应速率 ,反应的平衡常数 (列式即可)。
【答案】(1)① +206.0 ② 高温 (2)① a ② CaO吸附,使反应Ⅰ的平衡右移,在相同温度下显著提高的平衡转化率 (3)BC (4)① CO ② 0.05 ③
【解析】(1)根据盖斯定律可知,副反应可由得到,故;该反应、,根据自发,需要在高温下进行。
(2)曲线a代表有CaO吸附剂存在的情况;判断理由是CaO吸附,使反应Ⅰ的平衡右移,在相同温度下显著提高的平衡转化率。
(3)A.恒温恒压下充入惰性气体,体积增大,平衡向气体分子数增多的方向移动,转化率增大,但反应物浓度减小,正反应速率减小,A错误;
B.提高的投料比,反应Ⅰ的平衡右移,增多,同时更多被CaO吸收,进一步促进生成,因此合成气中比值增大,B正确;
C.可与积碳发生反应,从而清除催化剂表面积碳,C正确;
故答案选BC。
(4)发生的主反应为和,的物质的量最大对应曲线① ,初始为1.0 mol对应曲线② ,而曲线③ 物质的量居中且后期稳定,应对应CO;4 min时,从图中可知平衡时各物质的量,为1.2 mol、为0.6 mol、CO为0.3 mol、为0.05 mol,初始总H原子为中的H原子和中的H原子总和,其物质的量为,平衡时总H原子为中的H原子、中的H原子和剩余中的H原子的总和,设平衡时剩余的物质的量为n mol,则平衡时总H原子物质的量为,根据H原子守恒,则有,解得,所以消耗的的物质的量为,故反应速率为;平衡时各物质的浓度、、、,所以反应的平衡常数。
9.(2025-2026高二上·河北省唐山市第一中学·期中)研究氮氧化物的合理使用是环保领域的一项重要工作,请回答下列问题。
(1)与反应生成时的能量变化情况如下图所示。
下列说法正确的是___________(填标号)。
A. 的能量是
B. 中的共价键键能为
C.
D. 该反应的活化能
(2)亚硝酰氯()是有机合成中的常用试剂,已知 。一定温度下,将与充入容积为2 L的密闭容器中发生反应,4 min后达平衡状态,此时容器中气体的压强是初始压强的0.8倍。
①NO的平衡浓度为 ,的平衡转化率为 。
②4 min内用表示的平均反应速率 。
③该温度下,反应的平衡常数 (计算结果保留3位有效数字)。若升高反应体系的温度,K (填“增大”、“减小”或“不变”)。
④为了加快化学反应速率,同时提高NO的平衡转化率,可采取的措施有 (填标号)。
A.升高温度 B.缩小容器体积 C.充入更多的 D.使用合适的催化剂
【答案】(1)BC (2)① 40% ② 0.1 ③ 26.7 减小 ④ BC
【解析】(1)A.断裂1molN2中化学键吸收946kJ能量,未确定参照情况下无法计量的能量,A错误;
B.由图可知,中的共价键键能为,B正确;
C. ,C正确;
D.根据过渡态理论,反应物转化为生成物的过程中要经过能量较高的过渡状态,过渡状态的平均能量与反应物分子的平均能量的差为反应的活化能,1444kJ/mol是断裂反应物中的化学键吸收的能量,不是反应的活化能,因此该反应的活化能,D错误;
故选BC;
(2)设的平衡转化率为,根据题中数据列“三段式”:
,根据恒温恒容条件下气体的压强之比等于气体分子物质的量之比,则有,解得α=0.4;
①的平衡浓度为;可得的平衡转化率为;
②4 min内用表示的平均反应速率;
③ 该温度下,反应的平衡常数;该反应为放热反应,若升高反应体系的温度,平衡逆向移动,K减小;
④A.该反应为气体分子数减小的放热反应,升高温度时,化学反应速率加快,的平衡转化率降低,A不符合题意;
B.缩小容器体积时,化学反应速率加快,平衡正向移动,的平衡转化率提高,B符合题意;
C.充入更多的时,化学反应速率加快,平衡正向移动,的平衡转化率提高,C符合题意;
D.使用合适的催化剂时,化学反应速率加快,平衡不移动,的平衡转化率不变,D不符合题意;
故选BC。
10.(2025-2026高二上·河北省唐山市第一中学·期中)研究酸、碱、盐等电解质具有重要的意义。请回答下列问题:
Ⅰ、现有以下几种物质:
① ②冰醋酸 ③氨水 ④ ⑤ ⑥ ⑦
(1)属于非电解质的是 (填序号,下同),属于强电解质的是 。
(2)②在水溶液中的电离方程式为 。
(3)工业上常用三室电渗析法处理含的废水,原理如下图所示,图中电极均为惰性电极,a、b是离子交换膜。阴极区的电极反应式为 ,离子交换膜b为 (填“阳膜”或“阴膜”),d口排出的气体为 。
Ⅱ、将酸或碱加水稀释时,其pH发生变化。
(4)常温下,溶液的 。取10 mL该溶液加水稀释至体积变为1 L,此时溶液的 。
(5)将等pH等体积的和分别稀释m倍和n倍,稀释后两溶液的pH仍相等,则 (填“>”“<”或“=”)。
【答案】(1)① ⑦ ② ① ⑤ (2) (3)① ② 阴膜 ③ O2 (4)① 13 ② 11 (5)<
【解析】(1)非电解质是指在水溶液和熔融状态下均不能导电的化合物,题中所给物质中,只有⑦(乙醇)符合;强电解质是指在水溶液中完全电离的电解质(强酸、强碱、大部分盐),①(强酸)、⑤(盐)符合;
(2)冰醋酸(CH3COOH)是弱酸,属于弱电解质,电离过程可逆,在水溶液中的电离方程式为;
(3)根据三室电渗析法处理含的废水的原理图可知,惰性电极下,阴极是得电子,故阴极区的电极反应式为:,中间为浓Na2SO4溶液,阳极区生成H+(需迁移至阳极区形成稀硫酸),因此 b 允许阴离子通过,故离子交换膜b为阴膜;阳极区是失电子,电极反应式为,因此d口排出的气体为;
(4)常温下,溶液中,,取10 mL该溶液加水稀释至体积变为1 L,溶液体积变为原体积的100倍,pH减小2,此时溶液的;
(5)等pH等体积的HCl(强酸,完全电离)和(弱酸,部分电离),稀释时,HCl的pH上升更快,因电离平衡正向移动(补充H+),pH上升更慢,要使稀释后pH仍相等,需稀释更多倍数,故m < n。
11.(2025-2026高二上·河北保定·期中)甲醇是一种重要的化工原料,具有广阔的开发和应用前景。工业上将水煤气(CO与的混合气体)转化成甲醇,发生的反应为。
(1)已知:Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
则的 ,该反应能自发进行的条件为 (填“高温”或“低温”)。
(2)一定条件下,在恒容密闭容器中充入1 mol 和2 mol 合成,下列说法能判断反应达到平衡状态的是 (填标号)。
A.混合气体的密度不再发生变化
B.混合气体的压强不再发生变化
C.
(3)在密闭容器中充入1 mol 和2 mol 合成,实验测得CO的平衡转化率与温度、压强(单位为kPa)的关系如图所示。
① (填“>”“<”或“=”),判断的理由是 。
②、、的大小关系是 。
③若在℃,下发生反应,平衡时的体积分数是 (保留3位有效数字)%,平衡常数 (为用气体平衡分压代替气体平衡浓度计算的平衡常数,分压=总压×气体的物质的量分数;整理出含的最简表达式)。
【答案】(1)① ② 低温 (2)B (3)① < ② 正反应为气体分子数减小的反应,压强越大,反应物的平衡转化率越大 ③ 或 ④ 57.1 ⑤
【解析】(1)由盖斯定律可知,目标反应是由已知反应得来,则目标反应的=;对于,该反应的,反应前后气体分子数减小,则,根据,当时反应能自发进行,因为,当温度比较小时,,则该反应能自发进行的条件是低温。
(2)根据反应分析:
A.反应前后气体的总重量不变,且是恒容密闭容器,即容器的体积不变,根据密度公式可知,混合气体的密度始终不变,因此不能用混合气体的密度不再发生变化来判断反应是否达到平衡,A不符合题意;
B.反应前后气体分子数不相等,当混合气体的压强不再发生变化时,说明气体的物质的量不再改变,即反应达到了平衡状态,B符合题意;
C.达到平衡状态时,正逆反应速率相等,应该是,C不符合题意;
故选B。
(3)①对于,反应前后气体分子数减小,在相同温度下,增大压强,平衡正向移动,CO的平衡转化率增大,即压强越大,CO的平衡转化率越大。由图可知,温度为时,压强下CO的平衡转化率小于压强下CO的平衡转化率,所以。
②化学平衡常数只与温度有关,A、B两点温相同,则,C点温度高于A、B两点,由图可知,温度升高,CO的平衡转化率减小,即平衡逆向移动,该反应的正反应是放热反应,因此温度越高,越小,故。
③起始时,。在,下,CO的平衡转化率为0.8,则反应的,根据反应 可知,平衡时气体总物质的量,则的体积分数为;CO的物质的量分数为,的物质的量分数为,CH3OH的物质的量分数为,则。
12.(2025-2026高二上·河北保定·期中)已知:25℃时,,HClO、HCOOH,的电离平衡常数如表所示,。请回答下列问题:
物质
HClO
HCOOH
电离平衡常数
(1)等浓度的四种酸的酸性由强到弱的顺序是 。
(2)写出HCOOH在水中的电离方程式: 。
(3)将50 mL HCOOH溶液逐滴滴入20 mL 溶液中,现象为 ,发生反应的离子方程式为 、 。
(4)若将少量的气体通入溶液中,发生反应的离子方程式为 。
(5)25℃时,的HCOOH溶液中,HCOOH的电离度约为 (保留3位有效数字)%。
【答案】(1) (2) (3)① 开始无明显现象,后有气泡产生 ② ③ (4) (5)4.24
【解析】(1)二元弱酸以第一步电离为主,等浓度的四种酸,电离平衡常数越大,其电离产生的氢离子浓度越大,酸性越强,根据表格数据可知,酸性从强到弱依次为:;
(2)HCOOH为弱酸,在水中发生部分电离,其电离方程式为:;
(3)甲酸的酸性强于碳酸,甲酸与碳酸钠反应生成二氧化碳,将50 mL HCOOH溶液逐滴滴入20 mL 溶液中,甲酸过量,开始是无气泡产生,随着甲酸的加入,后产生气泡,发生的反应为、,答案为开始无明显现象,后有气泡产生;、;
(4)若将少量的气体通入溶液中,因二氧化硫有氧化性,S2-有强还原性会发生氧化还原反应:;
(5)25℃时,的HCOOH溶液中,HCOOH的电离度约为,。
13.(2025-2026高二上·河北沧州·期中)化学反应速率的控制与化学平衡的调控在生产、生活中较为常见。回答下列问题:
Ⅰ.某课外兴趣小组探究影响化学反应速率的因素。
(1)为探究金属的活动性对金属与稀硫酸反应的化学反应速率的影响,小组同学用Cu、Fe、Mg和同浓度的溶液反应。实验报告如下表:
实验步骤
现象
①分别取等体积的的溶液于试管中;②分别投入大小、形状相同的Cu、Fe、Mg
反应快慢:Mg>Fe>Cu
要得出正确的实验结论,还需控制的实验条件是 ;若该条件相同,可得出的实验结论是 。
(2)为了更精确地研究浓度对反应速率的影响,小组同学利用压强传感器等数字化实验设备测定容器中的压强随气体产量改变的情况,探究镁与不同浓度溶液的反应速率,两组实验所用药品如下:
序号
镁条的质量/g
溶液
物质的量浓度(mol/L)
体积/mL
ⅰ
0.01
1.0
2
ⅱ
0.01
0.5
2
实验结果如图所示:
①实验ⅰ对应图中曲线 (填字母),图中曲线的斜率越大,说明化学反应速率越 (填“快”“慢”或“无法确定”)。
②分析实验ⅱ对应曲线可知,反应开始阶段,化学反应速率不断加快,原因是 ;随着反应的不断进行,化学反应速率减慢,原因是 。
Ⅱ.(红棕色)和(无色)之间可发生反应:。在温度为T℃的条件下,将气体充入体积为的恒容密闭容器中,容器中某气体的物质的量浓度随时间的变化曲线如图所示。
(3)a~d四个点中,的点是 (填字母)。
(4)该温度下的平衡常数 。
(5)前内,用表示的化学反应速率为 。
【答案】(1)① 反应温度相同 ② (其他条件相同时)金属的性质越活泼,反应速率越快 (2)① a ② 快 ③ 镁与硫酸反应是放热反应,温度升高,化学反应速率加快 ④ 硫酸的浓度逐渐降低,化学反应速率减慢 (3)cd (4) (5)0.0025
【解析】根据实验报告可知:在硫酸的浓度相同时,探究三种金属与硫酸反应的速率,还需要保证三个反应的反应温度相同。根据表中数据可知:实验i中硫酸的浓度比实验ii大,其他条件相同,所以实验Ⅰ反应速率快,产生氢气量大;图中曲线上的斜率越大,说明反应速率越快;
(1)根据实验报告可知:在硫酸的浓度相同时,探究三种金属与硫酸反应的速率,还需要保证三个反应的反应温度相同;若该条件相同,可得出的实验结论是(其他条件相同时)金属的性质越活泼,反应速率越快,故答案:反应温度相同;(其他条件相同时)金属的性质越活泼,反应速率越快;
(2)① 根据表中数据可知:实验i中硫酸的浓度比实验ii大,其他条件相同,所以实验i反应速率快,产生氢气量大,所以a对应图中曲线为实验i;图中曲线上的斜率越大,说明反应速率越快,故答案:a;快;
② 分析实验ii对应曲线可知,反应开始阶段,反应速率不断加快,是因为镁与硫酸反应是放热反应,温度升高,化学反应速率加快;随着反应的不断进行,化学反应速率减慢,硫酸的浓度逐渐降低,所以化学反应速率减慢。故答案:镁与硫酸反应是放热反应,温度升高,化学反应速率加快;硫酸的浓度逐渐降低,化学反应速率减慢;
(3)根据图象可知,该气体的物质的量浓度随着时间的推移逐渐增加,平衡时保持不变,则该图中表示的是NO2物质的量浓度随时间的变化曲线;点cd所表示的NO2物质的量浓度达到最大值,达到平衡状态,v正=v逆;答案为:cd;
(4)反应达平衡时,∆n(NO2)=0.06mol/L-0mol/L=0.06mol/L,则∆n(N2O4)=0.03mol/L,平衡浓度为-0.03mol/L=0.01mol/L,该温度下的平衡常数=;
(5)反应进行到12min时,∆n(NO2)=0.06mol/L-0mol/L=0.06mol/L,则∆n(N2O4)=0.03mol/L,用N2O4表示的速率为。
14.(2025-2026高二上·河北沧州多校联考·期中)利用管状透氧膜反应器实现乙醇-水重整制氢,具有无需额外热源、氧气可协助消除积碳等优点。其主要反应如下:
反应I:
反应II:
反应III:
反应IV:
回答下列问题:
(1) (填“能”或“不能”)表示氢气的燃烧热。
(2)向压强为的恒压密闭容器中通入1mol和,若仅发生反应I、反应III,平衡时的选择性、的转化率与温度的关系如图1所示,已知:CO的选择性。则:
①表示CO的选择性的曲线为 (填“a”或“b”)。
②时,反应I的压强平衡常数 (只需列出计算式,分压代替浓度进行计算,分压=总压物质的量分数)。
(3)一定温度下,将与一定量的气体通过装有催化剂的管状透氧膜反应器,发生上述反应I、II、III、IV.经计算机仿真模拟,平衡时氢醇比[]随水醇比[]、膜管长度的变化如图2所示。
①水醇比为0时,膜管长度超过10 cm后氢醇比下降的原因可能为 。
②由图可知,膜管长度相同时水醇比越大,氢气的产率 (填“越高”或“越低”)。
③水醇比为1、膜管长度为2 cm,若转化率为且,则平衡时为 mol,管状透氧膜透过氧气 mol。
【答案】(1)① -485 ② 不能 (2)① b ② (3)① O2氧化H2 ② 越高 ③ 0.4 ④ 0.4
【解析】(1)根据盖斯定律,2×反应I=反应II-4×反应III-3×反应IV,则;氢气的燃烧热是1mol氢气完全燃烧生成1mol液态水所放出的热量,不能表示氢气的燃烧热。
(2)① 反应I吸热、反应III放热,升高温度,CO的物质的量增加,CO2的物质的量减小,CO选择性增加,CO2选择性减小,故表示CO的选择性的曲线为b;
②时,的转化率为80%,则平衡时的物质的量为1mol×(1-80%)=0.2mol,该温度下的选择性相同,则,根据碳原子守恒可知:,即,则平衡时水的物质的量为(3-0.8-0.8)mol=1.4mol、平衡时氢气的物质的量为4×0.8mol+0.8mol=4mol,平衡时各物质的总物质的量为(0.2+1.4+4+0.8+0.8)mol=7.2mol,故反应I的压强平衡常数。
(3)①水醇比为0时,发生反应Ⅱ:,管状透氧膜长度越长,与氧气接触越多,氢醇比下降的原因可能为O2氧化H2;
② 如图所示,膜管长度相同时,水醇比越大,氢醇比越大,氢气产率越高;
③n投料(CH3CH2OH)=1mol,水醇比为1,n投料(H2O)=1mol,由图可知,平衡时氢醇比,n生成(H2)=3.6mol,根据H守恒,平衡时H2O的物质的量为,,根据C守恒,n生成(CO)=1.6mol、n生成(CO2)=0.4mol,根据O守恒,则管状透氧膜透过氧气0.4mol。
15.(2025-2026高二上·河北衡水·期中)“新能源”汽车的核心是新型电池的研究与开发,下面是几种原电池反应,回答下列问题:
(1)现有如下双液原电池装置:
①配制稀的硫酸亚铁溶液时需要加入适量的稀硫酸,加入适量稀硫酸的原因是(用必要的文字和离子方程式表示) 。
②石墨a是 (填“正极”“负极”“阳极”或“阴极”),石墨b的电极反应式是 。
(2)已知:碱性铁电池的电池反应为:。该电池的负极材料是 (填化学式),正极的电极反应式是 。
(3)某新型储能电池原理如图所示。
已知充电时多孔碳电极反应:。
①写出放电时正极的电极反应式 。
②充电时穿过质子交换膜由 (填“左到右”或“右到左”)移动。
(4)某太阳能电池放电时结构如图所示:
①写出正极的电极反应式 。
②放电时发生氧化反应的物质是 (填化学式)。
【答案】(1)① 抑制水解, ② 负极 ③ (2)① Zn ② (3)① ② 左到右 (4)① ②
【解析】(1)①硫酸亚铁溶液中的亚铁离子会水解,,加入硫酸抑制其水解。
②在该双液原电池中,溶液中Fe2+会失去电子发生氧化反应,所以FeSO4溶液所在的甲池为负极池,与之相连的石墨a是负极;在乙池中,KMnO4中的Mn元素化合价从+7价降低到+2价,得到电子发生还原反应,石墨b的电极反应式为。
(2)碱性铁电池的电池反应为:,锌失去电子,作负极;得到电子,被还原,电极反应式为FeO+4H2O+3e-=Fe(OH)3↓+5OH-。
(3)①充电时多孔碳电极反应:,多孔碳为阴极,则放电时多孔碳为负极,左侧电极为正极,正极的电极反应式为:。
②充电时阳离子向阴极移动,多孔碳电极为阴极,因此氢离子从阳极区(左侧)穿过质子交换膜移向阴极区(右侧),方向为“左到右”。
(4)①放电时电子从电极M经用电器流向电极N,根据原电池原理,电子流出的电极为负极(电极M),电子流入的电极为正极(电极N)。电极N所在区域为溶液,在正极得电子发生还原反应生成,结合电荷守恒,电极反应式为。
②氧化反应发生在负极,电极M为负极,所在区域为溶液。在负极失去电子被氧化为,因此发生氧化反应的物质是。
16.(2025-2026高二上·河北保定四校·期中)I. CH4-CO2催化重整不仅可以得到CO和H2,还有利于实现碳中和。实验室中模拟CH4-CO2催化重整过程,CO2的平衡转化率(a)与温度(T)、平衡压强(p)的关系如图所示。
(1)一定温度下, 在恒容密闭容器中,能说明反应CH4 (g) +CO2(g)⇌2CO (g) +2H2 (g)达到平衡状态的标志是 (填标号)。
a.混合气体的密度不再变化
b.CH4的生成速率与CO的消耗速率之比为1:2
c.容器中的压强不再发生变化
d. H2 的物质的量浓度不再变化
(2)B、C、D三点对应的平衡常数KB、KC、KD的关系:KB KC (填“>”、“<”或“=” ,下同)、KC KD
(3)p1 2 MPa(填“>”、“<”或“=”,下同) ;当温度为T3、压强为2 MPa时,A点的正 逆
Ⅱ. 高炉炼铁是冶炼铁的主要方法,发生的主要反应有:
反应
(kJ/mol)
K
ⅰ.
+489
K1
ⅱ.
X
K2
ⅲ.
+172
K3
(4)、与之间的关系为 。
(5)T1℃时,向某恒温密闭容器中加入一定量的Fe2O3和C,发生反应ⅰ,反应达到平衡后,在t1时刻,改变某条件,随时间(t)的变化关系如图所示,则t1时刻改变的条件可能是 。
a.保持温度不变,压缩容器体积
b.保持体积不变,升高温度
c.保持体积不变,加少量碳粉
d.保持体积不变,增大CO浓度
(6)在一定温度下,向某体积可变的恒压密闭容器(p kPa)加入1 mol CO2与足量的碳,发生反应ⅲ,平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图所示。
①T℃时,若向平衡体系中再充入一定量按的混合气体,平衡 (填“正向”、“逆向”或“不”)移动。
②925℃时,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp为 kPa。[气体分压(p分)=气体总压(p)×体积分数,用某物质的平衡分压代替物质的量浓度也可以表示化学平衡常数,记作Kp]
【答案】(1)cd (2)① < ② = (3)① < ② < (4)) K2×K (5)ad (6)① 正向 ② 23.04P
【解析】(1)a.反应前后,容器的体积不变,混合气体的质量也不变,因此当混合气体的密度不再发生变化,不能判断反应是否达到平衡状态,a错误;
b.CH4的生成速率与CO的消耗速率之比为1:2,不能说明正逆反应速率相等,不能判断反应是否达到平衡状态,b错误;
c.在恒温恒容条件下,气体的物质的量之比等于压强之比,该反应是一个气体分子数减小的反应,因此压强是一个变量,当容器中的压强不再发生变化,可判定反应已达到平衡状态,c正确;
d.H2的物质的量浓度不再变化,说明正逆反应速率相等,可判定反应已达到平衡状态,d正确;
故答案为:cd;
(2)根据图示可知,升高温度,二氧化碳的转化率增大,即平衡正向移动,因此该反应正向是一个吸热反应;已知TB<TD=TC,升高温度,平衡正向移动,K值增大,因此KB<TC;平衡常数只与温度有关,温度不变,K值不变,因此KD=KC,故答案为:<;=;
(3)已知该反应正向是一个气体分子数增大的反应,增大压强,平衡逆向移动,二氧化碳的转化率减小,因此p1<2MPa;当温度为T3、压强为2MPa时,A点未达到平衡状态,若要达到平衡状态,根据图示可知,二氧化碳的转化率减小,即平衡逆向移动,因此正<逆,故答案为:<;<;
(4)由题干信息可知,反应ⅰ. K1,ⅱ. K2,ⅲ. K3,反应ii+3iii可得到反应i,、与之间的关系为K2×K,故答案为:K2×K;
(5)a.保持温度不变,压缩体积,则CO浓度一开始增大,即逆反应速率增大,平衡逆向移动,CO逐渐减小,最终达到新的平衡,且平衡常数K=c(CO)不变,即最终逆反应速率与原平衡相等,a正确;
b.保持体积不变,升高温度,化学反应速率加快,平衡正向移动,再次达到平衡时逆反应速率不能回到原平衡状态,b错误;
c.保持体积不变,加少量碳粉,碳粉是固体,对逆反应速率和化学平衡无影响,c错误;
d.保持体积不变,增大CO浓度,逆反应速率增大,温度保持不变,化学平衡常数不变,最终逆反应速率不变,d正确;
故答案为:ad;
(6)① 根据图像可知T℃平衡时一氧化碳和二氧化碳的体积分数相同,若向平衡体系中再充入一定量按V(CO2):V(CO)=5:4的混合气体,由于此时V(CO2):V(CO)>1:1,所以平衡正向移动,故答案为:正向;
②925℃时,CO的体积分数为96%,则p(CO2)=4%p=0.04p,p(CO)=96%p=0.96p,所以分压平衡常数为Kp===23.04p,故答案为:23.04p。
17.(2025-2026高二上·河北保定·期中)工业尾气H2S对环境和人体健康会产生严重危害,回收H2S是保护环境和资源利用的有效措施。
I.已知:2H2S(g) 2H2(g)+S2(g) ΔH=+169.8kJ/mol。
回答下列问题:
(1)上述反应中相关键能数据:
化学键
S=S
H-S
H-H
键能(kJ/mol)
a
329
436
反应能自发进行的条件是 (“低温”或“高温”),a= 。
(2)在恒温恒容密闭容器中,充入一定量H2S气体发生上述反应,下列说法正确的是______(填标号)。
A. H2S的体积分数不再改变,说明该反应达到平衡
B. H2与S2(g)物质的量浓度不再改变,说明该反应达到平衡
C. 平衡时向容器中充入惰性气体,平衡正向移动
D. 平衡时向容器中充入H2与S2(g),再达平衡时,不变
(3)保持压强恒定为100kPa,向密闭容器中充入H2S和N2(N2不参与反应)发生上述反应,H2S的平衡转化率α(H2S)与通入气体中x[]、温度(T)关系如下图所示。
①反应温度T1 T2(填“<”或“>”)。
②从反应开始至反应体系分别达到M、N点状态,平均反应速率较快的是达到 (填“M”或“N”)的过程。
③在投料比x=、T1温度下上述反应达到平衡,用气体的平衡分压代替气体的平衡物质的量浓度,计算平衡常数Kp= kPa。(保留两位有效数字)(已知某气体的分压=气体总压强×该气体的体积分数,如p(H2)= p总×H2%)。
Ⅱ.我国科学家设计协同转化装置处理尾气H2S。为避免硫黄沉淀在Y极,将氧化吸收和电解过程分开进行,装置如图所示(电解反应器中,以石墨为电极)。
(4)①H+通过质子交换膜移向 (填“X”或“Y”)极区。
②该装置实现物质转化的总反应方程式为: 。
【答案】(1)① 高温 ② 274.2 (2)ABD (3)① < ② N ③ 1.7 (4)① X ②
【解析】(1)该反应的,且反应后气体分子数增加,即。根据时反应自发进行,可知该反应在高温下能自发进行。反应的焓变反应物总键能生成物总键能,解得。
(2)A.该反应是气体分子数增加的反应,恒温恒容下,随着反应进行,的体积分数不断减小,当其不再改变时,说明反应达到平衡,A正确;
B.恒温恒容下,与的物质的量浓度不再改变,说明正逆反应速率相等,反应达到平衡,B正确;
C.恒温恒容下充入惰性气体,反应体系中各组分的浓度不变,平衡不移动,C错误;
D.该表达式为浓度平衡常数的表达式,温度不变,平衡常数不变,D正确;
故选ABD。
(3)① 该反应为吸热反应,升高温度平衡正向移动,的转化率增大。由图可知,相同投料比时,对应的转化率大于,故。
② 温度越高,反应速率越快,由于,故达到N点过程的平均反应速率较快。
③ 在投料比、温度下,设起始通入和。达到平衡时的转化率为0.4,则转化的为。列三段式:,平衡时混合气体的总物质的量为。恒压条件下总压强为,则各气体的分压分别为:,,平衡常数
。
(4)① 由图可知,X极上转化为,发生还原反应,故X极为阴极;Y极上转化为,发生氧化反应,故Y极为阳极。电解池中阳离子向阴极移动,故通过质子交换膜移向X极区。
② X极反应为,Y极反应为,吸收池中反应为,将上述三式相加可得总反应方程式为 。
18.(2025-2026高二上·河北沧州·期中)向1L恒容密闭容器中充入1 mol 和2 mol ,发生反应 ,转化率随温度T的变化如图甲所示(不同温度下的转化率均为反应第10 min时的数据)。混合体系中的体积分数与温度的关系如图乙所示。
回答下列问题:
(1)若测得c点时反应放热117.96 kJ,则该温度下 ;图甲中,c点已达平衡,则该温度下,反应的平衡常数 。图乙中,W与M点处的平衡常数: (填“>”“<”或“=”)。
(2)其他条件不变,若平衡体系中再充入,则达到新平衡时的体积分数比原平衡时 (填“大”“小”或“相等”)。
(3)用NaOH溶液吸收烟气中的,将所得的溶液进行电解,可循环再生NaOH溶液,同时得到溶液,其原理如图丙所示(电极材料为石墨)。
①图中a极连接电源的 (填“正”或“负”)极。
②b极电极反应式为 。
③C物质是 (填物质名称)。
(4)一种燃煤脱硫技术涉及副反应如下:
Ⅰ. ;
Ⅱ. 。
则 。
【答案】(1)① ② 5.625 ③ > (2)大 (3)① 负 ② ③ 较浓的硫酸 (4)
【解析】(1)若测得c点时反应放热117.96 kJ,c点二氧化硫转化率为60%,则反应消耗2mol×60%=1.2mol二氧化硫,同时消耗氧气0.6mol、生成三氧化硫1.2mol,平衡时二氧化硫、氧气分别为0.8mol、0.4mol,反应2mol二氧化硫放热,则该温度下,反应的;图甲中,c点已达平衡,则该温度下,反应的平衡常数。反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,则图乙中,W与M点处的平衡常数:>;
(2)该反应为气体分子数减小的反应,恒容条件下充入等效于增大体系压强,平衡相对原平衡正向移动,故达到新平衡时的体积分数比原平衡时大;
(3)装置为电解池装置,由溶液中离子移动方向可知,右侧为阳极,阳极亚硫酸根离子失去电子被氧化为硫酸根离子:,左侧电极为阴极,水得到电子被还原为氢气:;
① 由分析,左侧为阴极池,则图中a极连接电源的负极。
②b极亚硫酸根离子失去电子被氧化为硫酸根离子:。
③ 阳极室生成硫酸,得到C物质是较浓的硫酸。
(4)由盖斯定律,反应4×Ⅰ-4×Ⅱ得到反应,=。
19.(2025-2026高二上·河北六校联合体·期中)电解质在水溶液中可能存在电离平衡、水解平衡、溶解平衡等。
已知部分弱酸的电离常数如下表:
弱酸
HCOOH
HCN
电离常数(25℃)
常温时,向水溶液中逐滴滴加溶液,混合溶液中、和的物质的量分数()随pH变化的关系如图所示。
(1)则曲线Ⅱ表示 微粒,弱酸的 。
(2)已知。
①将浓度为溶液与溶液等体积混合,则生成沉淀所需溶液的最小浓度为 。
②向含有固体的溶液中滴加溶液,当有沉淀生成时,溶液中,写出沉淀转化的离子方程式 ,求 (保留三位有效数字)。
【答案】(1)① ② (2)① ② ③ 23.6
【解析】(1)随NaOH溶液加入,先发生反应:,然后发生反应:,故Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲线分别表示、、三种微粒的物质的量分数()与溶液pH的关系;时,,常温下的。
(2)①生成沉淀,需要溶液的最小浓度,也就是恰好达到饱和,即,因为是等体积混合,忽略体积的变化,即,混合溶液中,即的物质的量浓度为;
②向含有固体的溶液中滴加溶液,发生沉淀转化的离子方程式为:;。
20.(2025-2026高二上·河北省石家庄市第二中学教育集团·期中)研究NO2、SO2、NO和CO等气体的无害化处理对治理环境大气污染、建设生态文明具有重要意义。已知:
①2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH1=-196.6 kJ·mol-1
②2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH2=-113.0 kJ·mol-1
③2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH3
(1)写出NO2(g)和SO2(g)反应生成NO(g)和SO3(g)的热化学方程式: 。
(2)在一定条件下,将NO2和SO2以体积比1:2置于恒容密闭容器中发生上述(1)反应。下列能说明该反应一定达到平衡状态的是________(填字母)。
A. 混合气体的颜色保持不变 B. 体系压强保持不变
C. SO3和NO的体积比保持不变 D. 生成SO3的速率等于生成NO2的速率
(3)按反应③的反应物的化学计量数起始投料,保持NO平衡转化率(α)恒定时,当α=20%、50%、70%时温度、压强关系如图所示。
i.S1曲线代表的转化率α为 。
ii.ΔH3 (填“>”“<”或“=”)0。
iii.已知:用平衡体系中组分的物质的量分数替代浓度计算的平衡常数为物质的量分数平衡常数(Kx)。
a)在A、B、C点对应的体系中,Kx最大的是 (填字母代号)。
b)比较平衡常数大小:Kx(A) (填“>”“<”或“=”)Kx(E),理由是 。
c)计算D点对应的平衡常数Kx为 。
【答案】(1) ; (2)AD (3)① 20% ② < ③ A ④ = ⑤ A、E两点对应的NO平衡转化率相等,按化学计量数投料时,体系的物质的量分数平衡常数仅与转化率有关 ⑥
【解析】(1)根据盖斯定律,(反应①-反应②),即可得到目标热化学方程式:,;
(2)该反应为气体分子总数不变的反应:;
A.为红棕色气体,其他气体无色,混合气体颜色不变说明浓度不再变化,反应达到平衡,A正确;
B.反应前后气体总物质的量始终不变,恒容条件下体系压强全程保持恒定,压强不变不能说明平衡,B错误;
C.初始投料和体积比为1:2,反应按1:1生成和NO,因此和NO体积比始终为1:1,比值不变不能说明平衡,C错误;
D.生成是正反应方向,生成是逆反应方向,二者速率相等,说明正逆反应速率相等,反应达到平衡,D正确;
故选AD;
(3) i.反应③为气体分子数减少的反应:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g),当温度保持不变时,增大体系压强,平衡会向正反应方向移动,从而使NO的平衡转化率增大。观察温度-压强关系图,在任意相同的温度下(作一条水平虚线),压强大小关系为,因此对应的转化率大小为。已知转化率的取值有20%、50%、70%,故曲线代表最小的转化率,即20%。
ii.在压强相同的情况下(在图上作一条垂直于横轴的虚线,如经过A、B、C三点的线),从A点到C点温度逐渐升高,对应的曲线由变到了,这说明NO的平衡转化率逐渐减小。升高温度导致平衡向逆反应方向移动,说明该正反应是放热反应,即;
iii.a) A、B、C三点处于相同的压强下,但温度关系为。由上述分析可知该反应为放热反应。对于放热反应,温度越低,正向进行的程度越大,其平衡常数就越大。因为A点的温度最低,所以A点对应体系的最大;
b) A点与E点均位于曲线上,两者的NO平衡转化率完全相等(均为70%),因此;
c) D点对应NO平衡转化率为50%(对应的转化率50%),按反应物计量数起始投料,设初始NO、CO均为2 mol,列三段式:
,平衡总物质的量为3.5 mol, 。
21.(2025-2026高二上·河北省沧衡联盟·期中)平衡思想是化学研究的一个重要观念,在电解质溶液中存在电离平衡、水解平衡等多种平衡。已知:25℃时部分弱电解质的电离平衡常数如下表所示。
弱电解质
HCN
电离平衡常数
请回答下列问题:
(1)将少量通入NaCN溶液中,反应的离子方程式为 。
(2)25℃时,的溶液物质的量浓度为,的溶液物质的量浓度为,则 (填“>”、“=”或“<”)。下列方法可使 溶液中增大的是 (填序号)。
A.加水稀释 B.加入少量冰醋酸 C.加热 D.通入HCl气体
(3)25℃时,向溶液中加入一定量的溶液,所得溶液的,则溶液中 。
(4)25℃时,用 NaOH溶液分别滴定体积均为20 mL、物质的量浓度均为的HCN和溶液,滴定曲线如下图所示。
①其中代表滴定HCN溶液的曲线为 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
②曲线Ⅰ起始,结合电离平衡常数计算 (已知:)。
③滴定溶液时,将溶液置于锥形瓶中,加入酚酞作为指示剂,滴定时,左手控制旋塞,右手摇动锥形瓶,眼睛应 ,当实验接近滴定终点时,滴定管下端悬有半滴标准液,此时向锥形瓶中滴入该半滴标准液的正确操作是下图中的 (填序号),滴定终点的现象是 。
A. B. C. D.
【答案】(1) (2)① > ② AC (3) (4)① Ⅰ ② 5.1 ③ 注视锥形瓶内溶液颜色变化 ④ B ⑤ 当滴入最后半滴NaOH标准液时,溶液恰好变为浅红色,且半分钟内不褪色
【解析】(1)由电离平衡常数可知,酸性:,将少量通入NaCN溶液中,反应的离子方程式为。
(2)的溶液稀释10倍,浓度变为,,要使,需要继续加水稀释,浓度小于,故;
A.加水稀释,电离平衡正向移动,增大,减小,增大,A正确;
B.加入冰醋酸,电离平衡正向移动,但电离程度减小,减小,B错误;
C.加热,电离平衡正向移动,增大,减小,增大,C正确;
D.通入HCl气体,电离平衡逆向移动,减小,增大,减小,D错误;
故选AC;
(3)由,可得,当时,;
(4)①HCN和溶液物质的量浓度相等,但根据电离平衡常数,HCN酸性比弱,起始pH大,所以代表滴定HCN溶液的曲线为曲线Ⅰ。
② 曲线Ⅰ表示滴定HCN溶液的曲线,起始浓度,,,。
③ 滴定时眼睛应注视锥形瓶内溶液颜色变化;当实验接近滴定终点时,向锥形瓶中滴入半滴标准液的操作为用碱性滴定管的尖嘴接触锥形瓶内壁,使溶液沿瓶壁缓慢流下,正确操作为B;滴定终点的现象是当滴入最后半滴NaOH标准液时,溶液恰好变为浅红色,且半分钟内不褪色。
22.(2025-2026高二上·河北六校联合体·期中)降低空气中二氧化碳的含量在环保方面具有重要意义,已知二氧化碳和氢气在一定条件下反应如下:
反应Ⅰ(主反应):
反应Ⅱ(副反应):
回答下列问题:
(1)从热力学角度分析,反应Ⅰ能自发进行的条件是 (选填“低温”“高温”)。已知该反应的正、逆反应的活化能分别为和,且反应物的总能量为,则生成物的总能量为 (用含、和的代数式表示)。
(2)①若在容积为的恒容密闭容器中按照物质的量之比通入和只进行反应Ⅰ(起始投料量相同),在不同温度下,反应体系总压强随时间的变化如图所示。
图中实验a的温度 实验b的温度(填“大于”或“小于”),实验b进行到时达到平衡,则反应从开始到平衡时的反应速率 ;与实验相比,实验改变的条件是 ,实验条件下用分压表示的平衡常数为 (列出计算式)。
②实验测得反应Ⅰ:,。其中、分别为正、逆反应速率常数,只与温度有关;为气体分压(分压=物质的量分数×总压)。实验条件下达到平衡后,仅升高温度,增大的倍数 (选填“大于”“小于”或“等于”)增大的倍数。
(3)一定温度下,向某恒容密闭容器中充入和,发生上述反应Ⅰ和反应Ⅱ,测得平衡体系中的平衡转化率与温度变化关系如图所示,简述其原因 。
(4)合成有机碳酸酯的反应机理如图所示。反应机理图中物质2为该反应的 (填“催化剂”或“中间产物”)。在合成总反应中除题目中所列物质外还会生成 (填化学式)。
【答案】(1)① 低温 ② (E正-E逆+e) (2)① 大于 ② 0.75 ③ 使用催化剂 ④ ⑤ 小于 (3)温度低于T0时,以反应I为主,升高温度,反应I逆向移动,CO2转化率降低,温度高于T0时,以反应II为主,升高温度,反应II正向移动,CO2转化率升高 (4)① 中间产物 ② HBr
【解析】(1)反应I 为放热反应,从热力学角度分析,降低温度,平衡正向移动,反应Ⅰ能自发进行的条件是:低温;
∆H=正反应活化能-逆反应活化能=生成物总能量-反应物总能量,E正kJ·mol-1-E逆kJ·mol-1=生成物总能量-ekJ·mol-1,生成物总能量=(E正-E逆+e) kJ·mol-1;
(2)反应I为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,气体物质的量增加,压强增大,故a温度大于b的温度;
物质的量之比通入和,实验b对应的起始总压强为180kPa,p(H2)=,设起始n(CO2)=1mol,n(H2)=2mol,根据三段式: ,恒温恒容下,压强之比等于物质的量之比,,x=0.125mol,n(总)=2.75mol,p(H2)=,v(H2)=;
与实验b相比,实验c达到平衡时间短,反应速率快,平衡时压强与实验b相同,改变条件是使用了催化剂;
温度相同,平衡常数相同,实验c的平衡常数与实验b相同,实验b时各物质的分压:p(CO2)=;p(H2)=;p(CH4)=;p(H2O)=;Kp==;
升高温度,正逆反应速率均增大,平衡逆向移动,增大的倍数小于增大的倍数;
(3)由图可知,温度在T0之前,升高温度,CO2转化率降低,温度在T0之后,升高温度,CO2的转化率升高,原因是:温度低于T0时,以反应I为主,升高温度,反应I逆向移动,CO2转化率降低,温度高于T0时,以反应II为主,升高温度,反应II正向移动,CO2转化率升高;
(4)由图可知,反应物为CO2、R1OH和R2Br,物质1为催化剂,物质2和物质3为中间产物;
根据原子守恒,反应的方程式为:,生成物还有HBr。
23.(2025-2026高二上·河北名校联考·期中)回答下面问题:
(1)用电化学方法将转化为实现再利用,转化的基本原理如图所示。
电池工作时正极电极反应式为 。若交换膜只允许氢离子通过,当M极产生(标准状况下)时,负极区溶液质量减少 g。
(2)燃料电池装置如图。
a的电极反应式为 。
(3)如图所示,a、b、c、d均为石墨电极,通电进行电解。
①c的电极为 (填“阴极”“阳极”“正极”或“负极”)。a、c的电极反应式分别为 、 。
②若甲装置中足量,电解一段时间后,要使溶液复原,需加入 (填化学式)。
③电解溶液的离子方程式为 。
【答案】(1)① ② 3.6 (2) (3)① 阳极 ② ③ ④ 或 ⑤
【解析】(1)图示装置连接负载,可判断为电池,M电极转化为,氧元素化合价由-2价变为0价,失电子发生氧化反应,M电极为电池负极,电极反应式为,则N电极为电池正极,得电子转化为,电极反应式为;由,M电极生成2.24 L(标准状况下),电路中转移电子的物质的量为,有0.4 mol通过交换膜进入正极区,负极区溶液中减少0.2 mol,减少的质量为;
(2)由燃料电池装置如图可知,a电极处转化为和水,其中氢元素的化合价由-1价变为+1价,化合价升高,失电子发生氧化反应,a电极的电极反应式为;
(3)由图可知,电极a与电源正极相连,电极d与电源负极相连,电极a为电解池阳极,电极d为电解池阴极,则电极b为阴极,电极c为阳极;
①c的电极为阳极;电极a为阳极,发生氧化反应,溶液中的失电子生成和,电极反应式为,电极c为阳极,发生氧化反应,饱和溶液中失电子生成,电极反应式为;
② 甲装置中电解溶液,生成和,溶液pH减小,若要使电解后的溶液复原,需补充并消耗,还要保证不引入杂质,可选择或;
③ 电极b为阴极,得电子生成,电极反应式为,结合反应,可得电解溶液的离子方程式为 。
24.(2025-2026高二上·河北石家庄新乐·期中)尾气的脱硝(除NOx)处理对于减少光化学烟雾的产生具有重要意义。回答下列问题:
Ⅰ.汽车排气管上安装“催化转化器”,其反应的热化学方程式为 。T℃时,将等物质的量的NO和CO充入容积为2 L的密闭容器中,若温度和体积不变,反应过程中(0~15 min)NO的物质的量随时间变化如图所示。
(1)图中a、b分别表示在相同温度下,使用质量相同但表面积不同的同种催化剂时,达到平衡过程中的变化曲线,其中表示催化剂表面积较小的曲线是 (填“a”或“b”)。
(2)在b曲线所示反应中,0~5 min内,CO的平均反应速率 ;T℃时,该反应的化学平衡常数K= 。
(3)15 min时,发生图中所示变化,则改变的条件可能是___________(填字母)。
A. 加入催化剂 B. 升高温度 C. 将N2液化移出体系 D. 充入少量CO
Ⅱ.已知反应:。
(4)某温度下,向某恒容密闭容器中充入4 mol和3 mol,发生上述反应。可作为该反应达到平衡状态的依据是___________(填字母)。
A. 混合气体颜色不再改变
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. 和的物质的量之比不再改变
(5)将一定比例的和的混合气体(含有少量),匀速通入图(a)所示装有催化剂的反应器中充分进行反应。
反应相同时间的去除率随反应温度的变化曲线如图(b)所示。已知该催化剂在100~150℃时活性最高,那么在50~250℃范围内随着温度的升高,的去除率先迅速上升后上升缓慢,其中去除率迅速上升段的主要原因是 ;当反应温度高于380℃时,的去除率迅速下降的原因可能是 (不考虑催化剂失活)。
【答案】(1)a (2)① ② 5 (3)CD (4)AC (5)① 温度升高和催化剂的高活性共同作用使得反应速率加快,去除率先迅速上升 ② 和高温下发生反应生成NO,NO继续被氧化为
【解析】(1)催化剂表面积较小,反应速率慢,达到平衡所用时间长,由图可知,a曲线代表的条件下反应速率慢,所以a的催化剂的表面积小;
(2)根据化学反应速率的数学表达式,; 根据平衡常数的表达式,
(3)15min时,NO的物质的量减少,
A.加入催化剂,平衡不移动,NO物质的量不变,A错误;
B.此反应是放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向进行,NO物质的量增加,B错误;
C.将N2移出,减少生成物浓度,平衡向正反应方向移动,NO的物质的量减小,C正确;
D.充入少量CO,增加反应物的浓度,平衡向正反应方向进行,NO的物质的量减少,D正确;
故答案选CD。
(4)A.为红棕色气体,其余气体为无色,即当气体颜色不再改变,说明反应达到平衡,A正确;
B.是恒容状态,气体体积保持不变,组分都是气体,气体质量不再改变,因此密度始终保持不变,即密度不再改变,不能说明反应达到平衡,B错误;
C.反应前后气体系数之和不相等,即物质的量改变,组分都是气体,气体质量保持不变,根据,因此平均摩尔质量不再改变,说明反应达到平衡,C正确;
D.由于起始投料比,恰好等于化学计量数之比 8 : 6 ,导致反应过程中二者物质的量之比恒定不变,因此不能作为达到平衡的标志,D错误;
故答案选AC。
(5)随着温度的升高,去除率迅速上升,主要原因是温度升高和催化剂的高活性共同作用使得反应速率加快,去除率先迅速上升;高于380℃,去除率迅速下降的原因是副反应程度的增大(和高温下发生反应生成NO,NO继续被氧化为)。
25.(2025-2026高二上·河北邢台·期中)资源利用对缓解碳减排压力具有重要意义,使用镍氢催化剂可使转化为。体系中主要反应的热化学方程式如下:
反应Ⅰ. ;
反应Ⅱ. ;
反应Ⅲ. 。
回答下列问题:
(1) (用含、的代数式表示), (用含、的代数式表示)。
(2)查阅资料可知,。 (填“高温”或“低温”)条件有利于反应Ⅰ自发进行。
(3)为了提高反应Ⅰ和反应Ⅱ中的平衡转化率,可采取的措施为 (写1种即可)。
(4)下,在恒容密闭容器中,充入和,发生反应Ⅰ、反应Ⅱ和反应Ⅲ。5min时,反应均达到平衡,此时测得,。
①的平衡转化率为 。
②内, 。
③反应前后混合气体的总压强之比为 。
④下,反应Ⅲ的平衡常数 (写出计算式即可)。
【答案】(1)① ② (2)低温 (3)增大CO2的浓度 (4)① 40 ② 4×10-4 ③ 100:87 ④
【解析】(1)由盖斯定律可知,反应Ⅲ=2×反应Ⅰ-反应Ⅱ,故,;
(2)反应I为气体物质的量减小的反应,故<0,查阅资料可知,,当时,反应可自发进行,可知低温条件有利于反应I自发进行;
(3)为了提高反应I和反应Ⅱ中H2(g)的平衡转化率,即要使平衡正向移动,可采取的措施为增大CO2的浓度、增大压强等;
(4)① T℃下,在5L恒容密闭容器中,充入0.1mol CO2(g)和0.4mol H2(g),发生反应I、反应Ⅱ和反应Ⅲ;5min时,反应均达到平衡,此时测得,,设平衡时容器内H2为a,CH4为b,H2O为c,C2H4为d,根据原子守恒可知 ; ,联立可得,a=0.27mol,b=0.01mol,c=0.08mol,d=0.015mol,则CO2(g)的平衡转化率=;
② 0~5min内,;
③ 反应前,气体的物质的量和为0.1mol+0.4mol=0.5mol,反应达到平衡时,气体的物质的量和为0.06mol+0.08mol+0.01mol+0.015mol+0.27mol=0.435mol,相同条件下,气体的压强之比等于气体的物质的量之比,则反应前后混合气体的总压强之比为0.5:0.435=100:87;
④ T℃下,反应Ⅲ的平衡常数。
26.(2025-2026高二上·河北石家庄·期中)工业尾气H2S对环境和人体健康会产生严重危害,回收H2S是保护环境和资源利用的有效措施。
I.已知:2H2S(g)2H2(g)+S2(g) ΔH=+169.8kJ/mol。
回答下列问题:
(1)上述反应中相关键能数据:
化学键
键能
a
329
436
①反应能自发进行的条件是 (“低温”或“高温”),a= 。
②在恒温恒容密闭容器中,充入一定量H2S气体发生上述反应,下列说法正确的是 (填标号)。
A.H2S的体积分数不再改变,说明该反应达到平衡
B.H2与S2(g)物质的量浓度不再改变,说明该反应达到平衡
C.平衡时向容器中充入惰性气体,平衡正向移动
D.平衡时向容器中充入H2与S2(g),再达平衡时,不变
(2)保持压强恒定为100 kPa,向密闭容器中充入H2S和N2(N2不参与反应)发生上述反应,H2S的平衡转化率α(H2S)与通入气体中、温度(T)关系如下图所示。
①从反应开始至反应体系分别达到M、N点状态,平均反应速率较快的是达到 (填“M”或“N”)的过程。
②在投料比x=、T1温度下上述反应达到平衡,用气体的平衡分压代替气体的平衡物质的量浓度,计算平衡常数Kp= kPa。(保留两位有效数字)(已知某气体的分压=气体总压强×该气体的体积分数,如p (H2)= p总×H2%)
Ⅱ.我国科学家设计协同转化装置处理尾气H2S。为避免硫黄沉淀在Y极,将氧化吸收和电解过程分开进行,装置如图所示(电解反应器中,以石墨为电极)。
(3)①H+通过质子交换膜移向 (填“X”或“Y”)极区。
②该装置实现物质转化的总反应方程式为: 。
【答案】(1)① 高温 ② 274.2 ③ ABD (2)① N ② 1.7 (3)① X ②
【解析】该电解池中,电极X为阴极,电极反应式为,电极Y为阳极,电极反应式为,氧化吸收反应的方程式为,H+从Y极区穿过质子交换膜进入X极区;
(1)① 反应能自发进行的条件是ΔG=ΔH-TΔS<0,该反应的ΔH>0,ΔS>0,故在高温下可以自发进行;反应的焓变=反应物键能之和-生成物键能之和,则,解得a=274.2;
②A.随着反应进行,H2S的物质的量减小,总物质的量增大,则H2S的体积分数不断减小,当H2S的体积分数不再改变时,说明该反应达到平衡,A正确;
B.恒温恒容时,随着反应进行,H2与S2(g)的物质的量浓度不断增大,当二者浓度不再改变时,说明该反应达到平衡,B正确;
C.平衡时向恒容容器中充入惰性气体,反应中各物质的浓度均不变,则平衡不移动,C错误;
D.反应的平衡常数,温度不变,平衡常数不变,则平衡时向容器中充入H2与S2(g),再达平衡时,不变,D正确;
故选ABD;
(2)① 该反应为吸热反应,温度升高,H2S的转化率增大,故温度T1<T2,温度越高,反应速率越快,且M点和N点H2S的转化率相等,即达到相同的平衡状态,因此从反应开始至反应体系分别达到M、N点状态,平均反应速率较块的是达到N的过程;
② 由图可知,在投料比x=、T1温度下达到平衡时,α(H2S)=0.4,设通入气体中H2S的物质的量为1 mol,则可列三段式:
平衡时总物质的量为(0.6+0.4+0.2+4) mol=5.2 mol,则H2S的分压为,同理可得H2的分压为,S2的分压为,因此平衡常数;
(3)① 根据分析可知,电解池中,阳离子向阴极移动,则H+通过质子交换膜移向X极区;
② 将电极反应式与氧化吸收反应方程式相加,即可得到该装置实现物质转化的总反应方程式: 。
27.(2025-2026高二上·河北省保定市六校联盟·期中)“绿水青山就是金山银山”,近年来,绿色发展、生态保护成为中国展示给世界的一张新“名片”。烟道气和汽车尾气(、等)是造成雾霾天气的原因之一,对这些排放气的处理以及再利用是化学工作者研究的重要课题。回答下列问题:
(1)用催化还原可以消除氮氧化物的污染。有关反应为:
① ;
② 。
写出催化还原为的热化学方程式: 。
(2)在一定条件下可发生分解:,一定温度下,向恒容密闭容器中充入一定量进行该反应,能判断反应已达到化学平衡状态的是___________(填字母)。
A. 和的浓度比保持不变
B. 容器中压强不再变化
C.
D. 气体的密度保持不变
(3)是用反应体系中气体物质的分压来表示的平衡常数,即将表达式中平衡浓度用平衡分压代替。已知反应:,该反应中正反应速率,逆反应速率,其中、为速率常数,则为 (用、表示)。
(4)时,与以物质的量混合,置于某密闭容器中还能发生如下化学反应:,实验测得该反应速率方程(以为基准)为,。某时刻测得体系中的分压为,则此时的反应速率 。
(5)在有氧和新型催化剂作用下,与可以反应生成,将一定比例的、和通入装有新型催化剂的反应器。测得相同时间内的去除率随温度变化如图1所示:
在后,的去除率下降的原因可能是 。
(6)工业上可用“氨催化氧化法”生产NO,以氨气、氧气为原料,在催化剂存在下生成NO和副产物的化学方程式如下:
反应Ⅰ.;
反应Ⅱ.。
已知:有效的转化率
向恒容密闭容器中充入、,在催化剂作用下发生两个竞争反应Ⅰ、Ⅱ,测得不同温度下反应相同时间有关物质的量关系如图2所示,点时反应Ⅰ、Ⅱ达到平衡。
①点时,的有效转化率 %(保留1位小数)。
②工业用氨催化氧化制备,选择的最佳温度是 。
③点时,反应Ⅱ的平衡常数 (写出计算式即可)。
【答案】(1) (2)B (3) (4) (5)氨与氧气反应发生了副反应(或催化剂活性降低) (6)① 33.3 ② 840℃ ③
【解析】(1)催化还原为的化学方程式为:,由定律可知,目标反应=,因此催化还原为的化学方程式为:;
(2)A.和的浓度比始终为4:1,无法判断平衡,A错误;
B.恒容容器中,反应前后气体物质的量增大,压强不再变化说明气体物质的量不变,反应达到平衡,B正确;
C.根据反应速率关系,当达到平衡时,,则,因此选项中的描述未平衡,C错误;
D.恒容容器中,气体总质量不变、体积不变,密度始终不变,无法判断平衡,D错误;故答案选B;
(3)已知反应:,该反应中正反应速率,逆反应速率,其中、为速率常数,达到平衡时,,故答案为:;
(4)时,与以物质的量混合,所以任意时刻二者的物质的量之比均为,分压之比为,,故,代入公式计算得,故答案为:;
(5)380℃后去除率下降的可能原因是:氨与氧气反应发生了副反应(或催化剂活性降低);
(6)①由图知点时,生成氮气和一氧化氮的物质的量均为0.2 mol,则反应II消耗的氨气的物质的量为0.4 mol,反应I消耗的氨气的物质的量为0.2 mol,的有效转化率=,故答案为:33.3;
② 840℃,一氧化氮的产率最高而副产物氮气产率最低,则工业用氨催化氧化制备,选择的最佳温度是:840℃;
③在1 L恒容密闭容器中充入1 mol 、1.45 mol ,520℃时,反应II:氮气的浓度0.2 mol/L,水蒸气的浓度0.6 mol/L,消耗氨气的浓度为0.4 mol/L,消耗氧气的浓度为0.3 mol/L;反应I:一氧化氮的浓度为0.2 mol/L,水蒸气的浓度是0.3 mol/L,消耗氨气的浓度是0.2 mol/L,消耗氧气浓度是0.25 mol/L,所以平衡时氮气的浓度是0.2 mol/L,水蒸气浓度是,氧气浓度是,氨气浓度是,则反应II的平衡常数,故答案为:。
28.(2025-2026高二上·河北保定·期中)氢能是最具应用前景的能源之一,氢气的制备和应用是目前的研究热点。回答下列问题:
(1)部分物质的标准燃烧热如表:
名称
化学式
名称
化学式
氢气
乙炔
一氧化碳
乙烷
甲烷
乙醇
请分析氢气是最具应用前景的能源之一的原因: 。
(2)氨气中氢含量高,可通过氨热分解法制氢气。一定温度下,催化分解为和的过程中,能量变化如图所示。
已知断开(或形成)1 mol 键、1 mol H-H键分别需要吸收(或放出)946 kJ、436 kJ的热量,则断开1 mol N-H键吸收的热量为 (保留3位有效数字)kJ。
(3)氢氧石棉膜燃料电池的启动时间仅15分钟,并可瞬时停机,其工作原理如图。
①该装置工作时,移向 (填“多孔镍电极”或“多孔银电极”,下同)。
②该装置工作时,电子由 移向 。
③正极的电极反应式为 ;负极的电极反应式为 。
【答案】(1)产物无污染,不排放,且单位质量的燃料燃烧放热多(或其他合理表述) (2)391 (3)① 多孔银电极 ② 多孔镍电极 ③ 多孔银电极 ④ ⑤ (或)
【解析】(1)由表中数据可知,氢气的 “单位质量放热”远高于甲烷、乙烷等化石燃料,例如1 g 放热 142.9 kJ,而1 g 放热约 55.6 kJ;另外氢气的燃烧产物为水,不会产生、、氮氧化物等污染物,对环境友好;故氢气是最具应用前景的能源之一的原因是:产物无污染,不排放,且单位质量的燃料燃烧放热多(或其他合理表述)。
(2)由图可知,催化分解为和的热化学方程式为:,设断开1 mol N-H键吸收的热量为,则,解得,故答案为:391;
(3)①该燃料电池中,在多孔镍电极(负极)发生氧化反应,在多孔银电极(正极)发生还原反应。阳离子向正极移动,因此移向多孔银电极;
②电子由负极(发生氧化反应的电极)经外电路流向正极(发生还原反应的电极),因此电子由多孔镍电极移向多孔银电极。
③正极(多孔银电极):得电子,结合生成,反应式为:;负极(多孔镍电极):失电子,结合生成,反应式为:(或)。
29.(2025-2026高二上·河北沧州多校联考·期中)开展碳—()化学研究对保障我国能源安全,具有重要意义。回答下列问题:
(1)根据下表相关信息,反应的 (用含的代数式表示); (用含的代数式表示)。
相关反应
化学平衡常数
ⅰ
ⅱ
(2)一定温度下,反应的平衡常数为1.0,保持温度不变,向1 L固定体积的密闭容器中充入各1 mol的CO和H2O(g),5 min后达到平衡,则内用表示的化学反应速率为 ;CO的转化率为 。
(3)一定温度下,和反应可制备合成气(和):。在恒温恒压下进行该反应,下列能说明该反应达到平衡状态的是___________(填字母)。
A. 容器内和的物质的量浓度之比是1:1
B. 的消耗速率等于CO的生成速率的0.5倍
C. 容器的体积保持恒定
D. 容器中混合气体的平均摩尔质量保持不变
(4)在密闭容器中投入1 mol CO和,发生反应。实验测得CO的平衡转化率随温度(T)、压强(p)的变化如图所示。
①该反应的正反应为 (填“吸热”或“放热”)反应。
② (填“>”或“<”)。
③设点对应平衡体系的容积为2 L,该温度下反应的平衡常数 。
【答案】(1)① + ② (2)① 0.1 ② 50% (3)CD (4)① 放热 ② > ③ 100
【解析】(1)由盖斯定律可知,反应ⅰ+反应ⅱ得到反应CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g),则该反应的ΔH=ΔH1+ΔH2;K= K1K2。故答案为:+;。
(2)设平衡时生成氢气的物质的量为a mol,由方程式可知,1 L容器中一氧化碳、水蒸气、二氧化碳、氢气的浓度为(1-a) mol/L、(1-a) mol/L、a mol/L、a mol/L,由平衡常数可得:,解得a=0.5,则氢气的反应速率为:0.1 ;CO的转化率为:。故答案为:0.1 ;50%。
(3)A.是按1:1充入反应物,反应过程中1:1消耗,不能证明反应达到平衡,A错误;
B.两个速率均为正向反应速率,不能证明反应达到平衡,B错误;
C.反应正向进行使气体体积增大,若不变则证明反应达到平衡,C正确;
D.反应正向进行使气体物质的量增多,平均摩尔质量减小,若保持不变则证明反应达到平衡,D正确;
故答案为CD。
(4)①在压强一定时,随温度升高,CO的转化率减小,平衡逆向移动,说明该反应放热;
②温度一定时,增大压强,平衡向正反应方向移动,一氧化碳的转化率增大,则p1> p2。
③由图可知,n点CO的转化率为80%,由方程式可知,一氧化碳、氢气、甲醇的浓度分别为0.1 mol/L、0.2 mol/L、0.4 mol/L,则反应的平衡常数。
30.(2025-2026高二上·河北衡水·期中)下面是某些弱酸在常温下的电离平衡常数的数值:
弱酸
(草酸)
HClO
电离平衡常数
回答下列问题:
(1)常温下,浓度均为的溶液,其中pH最大的是 (填化学式)。向浓度为的NaClO溶液中通入少量,发生反应的离子方程式 。
(2)常温下向500 mL浓度为的溶液加入适量的固体,一段时间后,沉淀中生成,写出离子方程式并利用平衡移动原理给出合理的解释: 。(已知:)反应后溶液中 。
(3)常温下,将的溶液加水稀释,下列表达式中的数据变小的是 (填序号)。
① ② ③
④ ⑤
(4)试判断常温下的溶液的pH 7(填“<”“>”或“=”),利用上述平衡常数的数值,写出判断依据,列出相应表达式即可 。
【答案】(1)① ② (2)① ,的溶解度更小,降低溶液中浓度,平衡正向移动,生成(或,的更小,且浓度较大,平衡正向移动,生成,合理即可) ② 10:1 (3)③ (4)① ②
【解析】(1)弱酸的电离平衡越小,其对应的酸根离子水解程度越大,盐溶液酸性(碱性)越强。由电离常数可知:,因此水解程度,浓度均为的溶液,其中pH最大的是;根据酸性强弱,,因此少量与NaClO溶液反应生成HClO和,因此离子方程式为,故答案为:;;
(2)存在溶解平衡,,,因加入溶液后生成更难溶的,使钙离子浓度减小,促进的溶解平衡正向移动,最终生成,离子方程式为;,同一溶液中浓度之比等于物质的量之比,因此,故答案为:,的溶解度更小,降低溶液中浓度,平衡正向移动,生成(或,的更小,且浓度较大,平衡正向移动,生成,合理即可);10:1;
(3)是弱电解质,加水稀释时电离平衡正向移动。
① 电离平衡正向移动,增大,不符合题意;
②,稀释后减小,不变,增大,不符合题意;
③ 稀释时减小,增大,同一溶液中,浓度减小幅度更大,因此减小,符合题意;
④,只与温度有关,数值不变,不符合题意;
⑤,与只与温度有关,数值不变,不符合题意;故答案选:③ ;
(4)中的既会电离也会水解:,;
水解平衡:,。因,即的电离程度大于水解程度,溶液显酸性,pH<7,故答案为:<;。
31.(2025-2026高二上·河北保定四校·期中)回答下列问题。
(1)甲醇制取甲醛时可获得氢气,其原理为。已知部分化学键的键能数据如下表:则该反应的 。
化学键
C―H
C―O
O―H
C=O
H―H
键能/
413.4
351.0
462.8
745.0
436.0
(2)参考上表和有关要求回答问题:
上图是1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图,若在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E1的变化是 (填“增大”、“减小”、“不变”, 下同),ΔH的变化是 。请写出NO2和CO反应的热化学方程式: 。
(3)已知常温时红磷比白磷稳定,比较下列反应中的大小: (填“>”或“<”)。
①
②
(4)CO2加氢制CH3OH的反应为:
①该反应能自发进行的主要原因是 。
②该反应的正反应速率可表示为,逆反应速率可表示为,其中、为速率常数。下图中能够代表的曲线为 (填“”“”“”或“”);若该反应的化学平衡常数,那么发生该反应的温度 (填“>”、“<”或“=”)。
【答案】(1)+46.2 kJ•mol-1 (2)① 减小 ② 不变 ③ CO(g)+NO2(g) = NO(g)+CO2(g) ΔH = -234 kJ•mol-1 (3)< (4)① ΔH<0 ② L4 ③ <
【解析】(1)根据反应物的总键能-生成物的总键能,得到;
(2)催化剂能降低反应的活化能,若在反应体系中加入催化剂,则会减小;催化剂并不改变反应的焓变,因此不变;正反应的活化能-逆反应的活化能,则,因此反应的热化学方程式为CO(g)+NO2(g) = NO(g)+CO2(g) ΔH = -234 kJ•mol-1;
(3)常温时红磷比白磷稳定,即红磷具有的能量更低,则燃烧生成等量的五氧化二磷时红磷放出的热量比白磷少,而为负值,因此;
(4)① 该反应正方向为气体分子数减小的反应,即,根据反应的自由能反应自发进行,因此该反应能自发进行的主要原因是;
② 升高温度,正反应速率和逆反应速率均增大,即速率常数、也在增大,同时该反应为放热反应,温度升高平衡逆向移动,即逆反应速率增大的程度比正反应速率更大,因此代表的曲线是L4;,,则,当反应平衡时,,且,则,即,故反应温度小于。
试卷第1页,共3页
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专题11 化学反应原理综合题
4大高频考点
考点01 化学反应速率与平衡综合题
考点02 水溶液中的离子反应与平衡综合题
考点03 化学反应与电能综合题
考点04 化学反应原理综合题
考点01 化学反应速率与平衡综合题
1.【答案】B
考点02 水溶液中的离子反应与平衡综合题
1.【答案】C
2.【答案】(1)< (2)① > ② (3)① ② 1.2 ③ < (4)
3.【答案】(1)① ② ③ (2)BC (3) (4) (5)与结合形成HF,导致沉淀不完全(或其他合理答案) (6)1.806
4.【答案】(1)① 强酸 ② 溶液的pH=1,说明HA完全电离 ③ (2)① ② 0.067 (3)① > ② => (4)
考点03 化学反应与电能综合题
1.【答案】B
2.【答案】B
3.【答案】C
4.【答案】C
5.【答案】(1)① A ② ③ 、 ④ 太阳能(光能)转化为电能,再转化为化学能 (2)① 碳 ② (3)① ② 12.4 g
6.【答案】(1)① 阴 ② 阴 (2)大于 (3) (4)B极的电极反应:,增大,通过阴离子交换膜进入极区,增大,最终得到较浓硫酸 (5)① ② ③ D极区 ④ 10.4
7.【答案】(1)① 快 ② 由于发生反应Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu产生的Cu附着在锌粒表面,即可形成Cu-Zn稀盐酸原电池,从而加快锌和稀盐酸的反应速率 (2)① H2 ② O2+2H2O+4e-=4OH- ③ Fe-2e-=Fe2+ (3)① 氧化反应 ② 使用前需密封保存防止失效,使用过程中由于产生高温现象,故不能紧贴皮肤张贴暖宝,防止灼伤皮肤 ③ 活性炭 ④ 电解质溶液,增强导电性 ⑤ Fe(OH)2、Fe(OH)3
8.【答案】(1)① 负 ② ③ 8 (2)① 阴 ② (3)① AC ② 原料室 ③ 产品室 (4)0.4
9.【答案】(1)① 负极 ② ③ ④ K膜、M膜 ⑤ 0.2 (2)① ② 右 ③ 电压稳定,放电时间长
10.【答案】(1)① 正 ② 560 ③ ④ 阴离子 (2)13 (3)① e ② 减小 (4)① 减轻 ② 4.8 ③
11.【答案】(1)① 原电池 ② ③ 阳离子 ④ ⑤ 铁 (2)① 负 ② ③ 58.5 (3)① 析氢 ②
考点04 化学反应原理综合题
1.【答案】(1)① 减小 ② < ③ 弱 (2)> (3)① p1>p2>p3 ② 50% ③ 16.7
2.【答案】(1)① c ② 增大 ③ 不变 (2)① ii ② 镁足量,醋酸和盐酸的物质的量相同,且完全反应,故生成氢气的物质的量相同,同温同体积时,压强相同(叙述合理即可) (3)HCl (4)CH3COOH (5)① (或其他合理形式) ② 不变
3.【答案】(1) (2)> (3)① 50 ② (4)C
4.【答案】(1)① -49.4 ② ③ ④ 较低温度 (2)① D ② bc ③ ④ 59.3
5.【答案】(1)① 436.0 ② a (2)① 降低温度 ② D (3)bd (4)① > ② 合成氨反应(放热),升高温度时,平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小 ③ 2 ④ 正向
6.【答案】(1)① 相同 ② 增大 (2)① ② 增大 (3)① 4 ② 10 (4)< (5)① ② 4.16
7.【答案】(1)① 电能 ② 化学能 (2)-65 (3)56 (4)① ② 66.7% ③ 2 (5)32.2 (6)体积能量密度高;安全性好(或便于储运)(合理即可)
8.【答案】(1)① +206.0 ② 高温 (2)① a ② CaO吸附,使反应Ⅰ的平衡右移,在相同温度下显著提高的平衡转化率 (3)BC (4)① CO ② 0.05 ③
9.【答案】(1)BC (2)① 40% ② 0.1 ③ 26.7 减小 ④ BC
10.【答案】(1)① ⑦ ② ① ⑤ (2) (3)① ② 阴膜 ③ O2 (4)① 13 ② 11 (5)<
11.【答案】(1)① ② 低温 (2)B (3)① < ② 正反应为气体分子数减小的反应,压强越大,反应物的平衡转化率越大 ③ 或 ④ 57.1 ⑤
12.【答案】(1) (2) (3)① 开始无明显现象,后有气泡产生 ② ③ (4) (5)4.24
13.【答案】(1)① 反应温度相同 ② (其他条件相同时)金属的性质越活泼,反应速率越快 (2)① a ② 快 ③ 镁与硫酸反应是放热反应,温度升高,化学反应速率加快 ④ 硫酸的浓度逐渐降低,化学反应速率减慢 (3)cd (4) (5)0.0025
14.【答案】(1)① -485 ② 不能 (2)① b ② (3)① O2氧化H2 ② 越高 ③ 0.4 ④ 0.4
15.【答案】(1)① 抑制水解, ② 负极 ③ (2)① Zn ② (3)① ② 左到右 (4)① ②
16.【答案】(1)cd (2)① < ② = (3)① < ② < (4)) K2×K (5)ad (6)① 正向 ② 23.04P
17.【答案】(1)① 高温 ② 274.2 (2)ABD (3)① < ② N ③ 1.7 (4)① X ②
18.【答案】(1)① ② 5.625 ③ > (2)大 (3)① 负 ② ③ 较浓的硫酸 (4)
19.【答案】(1)① ② (2)① ② ③ 23.6
20.【答案】(1) ; (2)AD (3)① 20% ② < ③ A ④ = ⑤ A、E两点对应的NO平衡转化率相等,按化学计量数投料时,体系的物质的量分数平衡常数仅与转化率有关 ⑥
21.【答案】(1) (2)① > ② AC (3) (4)① Ⅰ ② 5.1 ③ 注视锥形瓶内溶液颜色变化 ④ B ⑤ 当滴入最后半滴NaOH标准液时,溶液恰好变为浅红色,且半分钟内不褪色
22.【答案】(1)① 低温 ② (E正-E逆+e) (2)① 大于 ② 0.75 ③ 使用催化剂 ④ ⑤ 小于 (3)温度低于T0时,以反应I为主,升高温度,反应I逆向移动,CO2转化率降低,温度高于T0时,以反应II为主,升高温度,反应II正向移动,CO2转化率升高 (4)① 中间产物 ② HBr
23.【答案】(1)① ② 3.6 (2) (3)① 阳极 ② ③ ④ 或 ⑤
24.【答案】(1)a (2)① ② 5 (3)CD (4)AC (5)① 温度升高和催化剂的高活性共同作用使得反应速率加快,去除率先迅速上升 ② 和高温下发生反应生成NO,NO继续被氧化为
25.【答案】(1)① ② (2)低温 (3)增大CO2的浓度 (4)① 40 ② 4×10-4 ③ 100:87 ④
26.【答案】(1)① 高温 ② 274.2 ③ ABD (2)① N ② 1.7 (3)① X ②
27.【答案】(1) (2)B (3) (4) (5)氨与氧气反应发生了副反应(或催化剂活性降低) (6)① 33.3 ② 840℃ ③
28.【答案】(1)产物无污染,不排放,且单位质量的燃料燃烧放热多(或其他合理表述) (2)391 (3)① 多孔银电极 ② 多孔镍电极 ③ 多孔银电极 ④ ⑤ (或)
29.【答案】(1)① + ② (2)① 0.1 ② 50% (3)CD (4)① 放热 ② > ③ 100
30.【答案】(1)① ② (2)① ,的溶解度更小,降低溶液中浓度,平衡正向移动,生成(或,的更小,且浓度较大,平衡正向移动,生成,合理即可) ② 10:1 (3)③ (4)① ②
31.【答案】(1)+46.2 kJ•mol-1 (2)① 减小 ② 不变 ③ CO(g)+NO2(g) = NO(g)+CO2(g) ΔH = -234 kJ•mol-1 (3)< (4)① ΔH<0 ② L4 ③ <
试卷第1页,共3页
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专题11 化学反应原理综合题
4大高频考点
考点01 化学反应速率与平衡综合题
考点02 水溶液中的离子反应与平衡综合题
考点03 化学反应与电能综合题
考点04 化学反应原理综合题
考点01 化学反应速率与平衡综合题
1.(2025-2026高二上·河北雄安新区·期中)我国学者在电还原研究中发现,在特定催化剂作用下,与可发生反应: 。在恒温恒容条件下,向2 L密闭容器中充入2 mol 和6 mol ,20 min后反应达到平衡状态,测得的物质的量为0.6 mol。下列说法正确的是
A. 若混合气体的密度保持不变,则反应体系已达到平衡状态
B. 0~20 min内,用表示的平均反应速率为0.09 mol·L-1·min-1
C. 缩小容器体积,正反应速率增大,逆反应速率减小,平衡向正反应方向移动
D. 若达到平衡时,反应放出热量126 kJ,则
考点02 水溶液中的离子反应与平衡综合题
1.(2025-2026高二上·河北六校联合体·期中)常温常压下,水溶液中各含硫微粒物质的量分数随pH变化关系如图,如。已知:饱和溶液浓度约为,,,。下列说法正确的是
A. 向溶液中通入过量的反应为
B. 的平衡常数
C. 忽略的二级水解,溶液中
D. 向的溶液中通入气体至饱和,所得溶液中
2.(2025-2026高二上·河北沧州·期中)水溶液中的离子平衡是中学化学的一个重要内容。回答下列问题:
(1)已知某二元酸在水中存在以下平衡:,。常温下溶液中由水电离出的 (填“>”“<”或“=”)。
(2)在25℃下,将的氨水与的盐酸等体积混合充分反应后溶液呈中性。则a (填“>”“<”或“=”)0.01,反应后溶液中存在的离子浓度由大到小的顺序为 。
(3)25℃时,向溶液中逐滴加入溶液,溶液中含碳微粒的物质的量分数随溶液pH变化如图所示。
①曲线Ⅱ代表 (填微粒的化学式)的物质的量分数。
②若,第一步电离的电离常数为,则 。
③a点溶液中, (填“>”“=”或“<”)。
(4)向足量溶液中加入少量氯水,写出反应的离子方程式: (已知HClO的;的,)。
3.(2025-2026高二上·河北省邢台市卓越联盟·期中)水溶液中的平衡在生产、科研和环保等领域具有广泛的应用。按要求回答下列问题:
Ⅰ.已知:常温下,部分弱酸的电离常数如表。
化学式
电离常数
(1)常温下,pH相同的、NaHS、、四种溶液中溶质物质的量浓度最大的是 (填化学式,下同)溶液;等浓度的、溶液中物质的量浓度较小的是 溶液;对等浓度的溶液和溶液做导电性实验,灯泡更亮的是 溶液。
(2)下列微粒能大量共存的是________(填标号)。
A. 、
B. 、
C. 、
D. 、
Ⅱ.在生活、生产和科学研究中,人们常运用盐类水解来解决实际问题。
(3)的化学性质非常稳定,是一种白色颜料,广泛用于涂料、橡胶和造纸等工业。写出用制备的化学方程式: 。
(4)泡沫灭火器的灭火原理是灭火时能喷射出大量二氧化碳及泡沫,它们能黏附在可燃物上使可燃物与空气隔绝,达到灭火的目的,写出相关反应的离子方程式: 。
Ⅲ.镍基合金是一种适宜制造涡轮喷气发动机叶片的重要材料,某科研团队用红土镍矿(主要成分为NiO,还含有FeO、、、MgO)来制取金属镍,工艺流程如下:
已知:当溶液中某种离子浓度小于或等于时,认为该离子已完全沉淀。
(5)若“调pH”时将溶液的pH调得太低,会对“沉镁”过程造成的影响为 。
(6)若“沉镁”步骤中需将1 L含。溶液中的完全沉淀,则加入的质量至少为 g(忽略溶液体积的变化)。
4.(2025-2026高二上·河北邢台·期中)25℃时,向溶液中滴加的氨水,溶液的pH随氨水体积变化的曲线如图所示。回答下列问题:
已知:①忽略溶液混合时体积和温度的变化;②忽略氨水的挥发。
(1)HA为 (填“弱酸”或“强酸”),判断的理由为 。HA在水溶液中的电离方程式为 。
(2)“滴加氨水的体积为”的过程中。
①发生反应的离子方程式为 。
②点溶液中, 。
(3)“滴加氨水的体积为”的过程中。。
① (填“>”“<”或“=”)20。
②点溶液中各离子浓度由大到小的顺序为 。
(4)点溶液中, (填具体数字)。
考点03 化学反应与电能综合题
1.(2025-2026高二上·河北保定·期中)我国科学家研发了一种水系可逆电池,将两组阴离子、阳离子复合膜反向放置分隔两室电解液,充电、放电时,复合膜层间的解离成和,工作原理如图所示。下列说法正确的是
A. 放电时,正极的电极反应式为
B. 放电时,复合膜层间有解离,正极区溶液增重
C. 放电时,正极区升高
D. 充电时,与外接直流电源正极相连,将电能转化为化学能
2.(2025-2026高二上·河北沧州·期中)有关下列装置的说法正确的是
A. 图甲装置可构成锌-铜原电池
B. 图乙装置在铁电极上得电子,生成
C. 图丙装置中放电时电子移动方向:铜→导线→锌
D. 图丁装置可制得消毒剂NaClO且减少逸出
3.(2025-2026高二上·河北石家庄·期中)利用光能可以将转化为重要的化工原料(电解质溶液为稀硫酸),同时可为制备次磷酸()提供电能,其工作原理如图所示。下列说法错误的是
A. W极上发生还原反应
B. 电解一段时间后M室pH降低,N室pH升高
C. a、b、c为阳离子交换膜,d为阴离子交换膜
D. W极的电极反应式为
4.(2025-2026高二上·河北省保定市六校联盟·期中)下列用来表示物质变化的化学用语中,正确的是
A. 碱性氢氧燃料电池的负极反应式:
B. 用铁电极电解饱和食盐水时,阳极的电极反应式:
C. 粗铜精炼时,与电源负极相连的是纯铜,电极反应式:
D. 钢铁发生吸氧腐蚀时的正极反应式:
5.(2025-2026高二上·河北省唐山市第一中学·期中)形形色色的化学电源为人类生产生活提供了便利。请回答下列问题。
(1)海水中含有大量的锂资源,我国科学家研发出利用太阳能从海水中提取金属锂的技术,其工作原理如图所示。
①金属锂在电极 (填“A”或“B”)上生成,电极反应式为 。
②阳极产生两种气态非金属单质,其成分为 。
③该装置工作时的主要能量转化形式为 。
(2)电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳,电解质是,不电离。电池的总反应可表示为。电池的正极材料为 ,该电极的电极反应式为 。
(3)以乙二醇(结构简式)为燃料的碱性燃料电池工作时,电池负极的电极反应式为 ,外电路转移电子时,消耗乙二醇的质量为 。
6.(2025-2026高二上·河北省保定市六校联盟·期中)人们设计了以工业废液为原料制备硫酸的方法。利用电解法处理废液制较浓硫酸,同时获得氨水,其原理示意图如图1所示。
注:电极均为惰性电极。
回答下列问题:
(1)Y为 (填“阴”或“阳”)离子交换膜;A极为 (填“正”“负”“阴”或“阳”)极。
(2)反应一定时间后,通过膜的离子数 (填“大于”“小于”或“等于”)通过膜的离子数。
(3)图1表示的总化学方程式为 。
(4)结合化学用语解释图1装置中生成较浓硫酸的原理: 。
(5)有同学设计燃料电池,利用图1中产生的、、较浓硫酸和较浓氨水联合处理废液,获得更高浓度的硫酸和氨水。其原理示意图如图2所示。
①M为 (填化学式);D极的电极反应式为 。
②较浓硫酸应注入 (填“C极区”或“D极区”)。
③电池工作一段时间后,假设所有产物均留在电池内,当电路中转移电子时,极区增重质量为 g。
7.(2025-2026高二上·河北沧州·期中)某小组学生研究常见的金属腐蚀现象,分析其原理.按要求回答下列问题.
(1)甲同学设计如图所示对比实验。
当a中滴入CuSO4溶液后,观察到其中产生气泡的速率较b中的 。其原因是 。
(2)乙同学将锥形瓶内壁用酸化的饱和食盐水润洗后,放入混合均匀的铁粉和碳粉,塞紧瓶塞,同时用压强传感器测得锥形瓶内压强的变化,如图所示。
①时,碳粉表面生成的气体为 。
②时,碳粉表面发生的电极反应式为 。
③电化学腐蚀过程中,铁极的电极反应式为 。
(3)丙同学研读如下一次性保暖贴说明书,并分析暖贴工作原理。
品名:一次性保暖贴主要成分:铁粉、水、食盐、活性炭、蛭石、吸水性树脂产品性能:平均温度,最高温度,发热时间12小时以上
①暖贴工作时,铁粉发生的反应为 (填“氧化反应”或“还原反应”)。
②写出使用暖贴时的注意事项: 。
③暖贴发热时,正极材料为 ;食盐的作用为 。
④当暖贴放热结束时,铁粉转化成的物质中可能含有 。
8.(2025-2026高二上·河北沧州多校联考·期中)利用燃料电池电解制备并得到副产物、、,装置如图所示:
回答下列问题:
(1)a极为 极,a极电极反应式为 。a极每产生气体,外电路转移电子的物质的量为 mol。
(2)Y室中石墨电极为 极,该极电极反应式为 。
(3)A膜、B膜和C膜中属于阳离子交换膜的是 (填“A”“B”或“C”)。从 (填“原料室”“产品室”“X室”或“Y室”,下同)移到 。
(4)a极上消耗2.24L(标准状况下)甲烷,阳极室减少 mol。
9.(2025-2026高二上·河北保定四校·期中)化学与能源、材料、化工等领域紧密联系,应用广泛。
(1)利用燃料电池电解制备,并得到副产物等,装置如图。
①a极为 (填“正极”、“负极”、“阴极”或“阳极”),a电极上的电极反应式为 ;阴极室石墨电极反应式为 。
②K、M、L膜为离子交换膜,其中阳离子交换膜是 (填“K膜”、“L膜”、或“M膜”)
③b极上消耗标准状况下的,理论上阳极室减少 。
(2)高铁酸钾()不仅是一种理想的水处理剂,而且高铁电池的研制也在进行中。下图所示是高铁电池的模拟实验装置。
①该电池放电时正极产生沉淀,正极电极反应为 。
②盐桥中盛有饱和KCl溶液,此盐桥中氯离子向 (填“左”或“右”)移动;
③下图为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线,由此可得出高铁电池的优点有 。
10.(2025-2026高二上·河北省强基联盟·期中)氨燃料电池在航运、电力、交通等领域发挥着重要的作用。一种以氨燃料电池为电源的电解装置如下图所示,若A池工作5min时f极铁钥匙增重3.2g。
回答下列问题:
(1)b电极为燃料电池的 极,A 池工作5 min 时 b 电极消耗O2(标准状况下)的体积为 mL,a极电极反应式为 ,A池中的离子交换膜为 交换膜(填“阳离子”或“阴离子”)。
(2)B池 NaCl溶液充足,若常温下溶液体积为1L,则5 min时该溶液的pH为 。
(3)若用C池进行电解精炼铜,则应将 (填“e”或“f”)极更换为粗铜;电解一段时间后,溶液中Cu2+浓度 (填“减小”“增大”或“不变”)。
(4)D池工作5min时,h电极 (填“增重”或“减轻”) g;g电极的电极反应式为 。
11.(2025-2026高二上·河北省沧衡联盟·期中)电化学在生产、生活和科学研究中应用十分广泛,认识和研究化学能和电能的相互转化的原理和规律具有重要意义。请回答下列问题:
(1)某同学设计的串联电化学装置如图所示:
①甲池属于 (填“原电池”或“电解池”),通CO的一极电极反应式为 。
②乙池模拟“氯碱工业”,离子交换膜X为 (填“阳离子”或“阴离子”)交换膜,Fe电极的电极反应式为 。
③丙池完成“铁上镀银”,则a电极材料为 。
(2)浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置,其原理是高浓度溶液向低浓度溶液扩散而引发的一类电池,最终两边电解质溶液浓度相等。下图是“海水-河水”浓差电池装置示意图(不考虑溶解氧的影响),其中a、b均为Ag/AgCl复合电极。
a为 (填“正”或“负”)极,b极的电极反应式为 ,当电路中转移1 mol e-时,理论上a极区模拟海水的质量减少 g。
(3)恒温条件下,用图1装置研究铁的电化学腐蚀,测定结果如图2。
①AB段主要发生 (填“吸氧”或“析氢”)腐蚀。
②BC段正极电极反应式为 。
考点04 化学反应原理综合题
1.(2025-2026高二上·河北省邢台市卓越联盟·期中)利用CO2和H2制取CH3OH,不仅可以回收利用CO2,减少碳的排放量,还可以生产重要的化工原料。已知在一定温度和压强下,发生如下反应:
①
②
③
(1)已知部分化学键的键能(断开或形成1 mol化学键需要吸收或放出的能量,键能越大化学键越稳定)数据如下:
化学键
C=O(CO2)
C-O
C-H
H-H
O-H
键能/(kJ/mol)
803
351
a
b
462
随着温度升高,反应③的平衡常数 (填“增大”或“减小”);试判断a (填“<”或“>”)b,则CH3OH(g)中C-H键比H2(g)中H-H键的稳定性 (填“弱”或“强”)。
(2)时,向恒容密闭容器中充入CO2(g)、H2(g)仅发生反应③,反应到时刻测得各组分的浓度如表所示:
物质
H2
CO2
CH3OH
H2O
浓度/(mol/L)
0.4
0.2
0.8
0.8
若T℃时该反应的平衡常数K=100,则t时刻该反应的正、逆反应速率: (填“>”“<”或“=”)。
(3)若按投料,将CO(g)和H2(g)充入2 L。恒容密闭容器中,在一定条件下仅发生反应②,测得CO(g)的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示:
①p1、p2、p3由大到小的顺序为 。
②若温度为T1℃、压强为p3,起始时CO(g)的物质的量为2 mol,则平衡时CO的体积分数为 ,T1℃时该反应的平衡常数约为 (保留到小数点后一位) L2·mol-2。
2.(2025-2026高二上·河北沧州·期中)盐酸、醋酸是中学化学常见的两种酸。回答下列问题:
(1)25℃时,将2 mol无水醋酸加水稀释,稀释过程中溶液的导电性变化如图1所示。
①图1中醋酸的电离程度最大的是 (填“a”“b”或“c”)。
②图1中从b点到c点,溶液中的比值 (填“减小”“增大”或“不变”,下同),n(CH3COO-)+n(CH3COOH) 。
(2)常温下,向两个体积相同的锥形瓶中分别加入2 mL 2 mol·L-1盐酸、2 mL 2 mol·L-1醋酸,然后同时加入足量的相同大小的镁条,盖紧橡胶塞,测得锥形瓶内气体的压强随时间的变化如图2所示。
①图2中表示醋酸的是曲线 (填“i”或“ii”)。
②图2中曲线在200 s后重合,原因是 。
(3)常温下,将pH相等的盐酸和醋酸溶液稀释相同的倍数后,所得溶液pH较大的是 (填“HCl”或“醋酸溶液”)。
(4)常温下,有pH均为3的CH3COOH、HCl两种物质的溶液,物质的量浓度较大的是 溶液。
(5)常温下,测得a mol·L-1的CH3COOH溶液的pH=b,此温度下,CH3COOH的电离平衡常数Ka= (用含a和b的代数式表示),向该CH3COOH溶液中通入少量HCl气体,电离平衡常数Ka 。(填“增大”“减小”或“不变”)。
3.(2025-2026高二上·河北六校联合体·期中)硫酸是重要的化工原料,工业制硫酸的其中一步重要反应是:2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g) ∆H<0。一定条件下,密闭容器中发生该反应,各物质浓度随时间变化的曲线如图所示。
(1)反应开始至20分钟,SO2的平均反应速率为 mol•L⁻1•min⁻1。
(2)图中a点,正反应速率 逆反应速率(填“>”“<”或“=”)。
(3)反应进行到第 分钟时恰好达到平衡,此时:SO2的转化率为 ,
(4)下列说法正确的是___________。
A. 60-70min内,O2表示的反应速率为0,说明反应不再进行。
B. 通过调控反应条件,可以实现SO2的完全转化
C. 其他条件不变,升高温度,正反应速率和逆反应速率均增大
D. 使用催化剂可以提高反应速率,增大平衡产率
4.(2025-2026高二上·河北名校联考·期中)随着我国碳达峰、碳中和工作的推进,二氧化碳资源化利用风生水起。请回答下列问题:
(1)已知下列热化学方程式及平衡常数:
Ⅰ.
Ⅱ.
则Ⅲ. kJ/mol, (用、表示)。反应Ⅲ的正反应的活化能为,则逆反应的活化能为 kJ/mol(用含的式子表示),该反应在 (填“较高温度”“较低温度”或“任意温度”)下可自发进行。
(2)在体积为2 L的恒温恒容密闭容器中,充入和,发生反应Ⅲ。
①只改变下列一个条件,既能提高平衡产率同时又能提高反应速率的措施是 (填字母)。
A.加入催化剂 B.降低温度 C.升高温度 D.缩小容积 E.扩大容积
②在恒温恒容密闭容器中进行反应Ⅲ,下列能说明该反应达到平衡状态的是 (填字母)。
a.混合气体的密度不变 b.混合气体的平均摩尔质量不变
c. d.断开,同时生成
③10 min时测得和的体积分数之比为1:4且比值不再随时间变化。反应从开始到平衡, 。该温度下的平衡常数 (保留三位有效数字)。
5.(2025-2026高二上·河北名校联考·期中)工业合成氨反应是人工固氮研究的重要领域,请回答下列问题:
(1)已知合成氨反应,根据下表数据,计算 。
化学键
键能
946.0
X
390.8
反应的能量变化可以用图中的 (填标号)表示。
(2)一定温度下,向容积恒定的密闭容器中通入一定量的和反应达到平衡后,改变某一外界条件,反应速率与时间的关系如图所示。
其中时刻所对应的实验条件改变是 ,平衡常数最大的时间段是 (填字母)。
A. B. C. D.
(3)小组模拟工业合成氨的反应,其他条件不变,下列措施能加快生成速率的是 (填标号)。
a.增大容器的体积 b.恒容充入 c.恒温恒压充入He d.将容器改为绝热容器
(4)合成氨反应的化学平衡常数K与温度T的关系如下所示:
T/℃
200
300
400
K
0.5
①比较、的大小, (填“<”“>”或“=”),说明原因 。
②400℃时,反应的化学平衡常数的值为 ,当测得、和物质的量浓度分别为、和时,则该反应 进行(填“正向”“逆向”或“不”)。
6.(2025-2026高二上·河北名校联考·期中)水溶液中的离子反应与平衡在生产和生活中有着广泛的用途。
(1)相同条件下,的氨水和的氢氧化钠溶液,水的电离程度 (填“前者大”“后者大”或“相同”)。向氨水中滴加同浓度的溶液,滴加过程中 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)已知羟胺在水中主要以(弱碱)的形式存在,电离方程式与相似,请写出羟胺的电离方程式: 。向的羟胺溶液中加入少量固体,溶液中 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)常温时,将的盐酸稀释1000倍后, ;100℃时,的盐酸中水电离产生的,则的氢氧化钡溶液的 。
(4)体积相同、pH均为3的盐酸和醋酸溶液,分别加入水稀释至a mL和b mL,测得稀释后溶液的pH均为5,则a (填“>”“<”或“=”)b。
(5)常温下,醋酸溶液中含碳微粒的分布分数(平衡时某含碳微粒的浓度占各含碳微粒总浓度的分数)与pH的关系如图。
①常温下,的电离常数为 。
②的混合溶液的 。(已知)
7.(2025-2026高二上·河北雄安新区·期中)“液态阳光”技术是利用太阳能电解水制取“绿氢”(H2),再将CO2与H2通过催化反应合成甲醇(CH3OH)的前沿技术。回答下列问题:
(1)该系统实现了“太阳能→ → ”的能量转化与储存。
(2)已知键能数据:
化学键
键能
799
343
463
436
413
反应的 。
(3)若电解水制氢效率为70%,CO2加氢合成甲醇效率为80%,则太阳能→甲醇的总能量效率为 %。
(4)酸性甲醇燃料电池的负极反应式为: ,用该甲醇燃料电池电解2L 5mol/L的饱和食盐水,若消耗32 g CH3OH时,电解池制得标准状况下Cl2 44.8 L,则电流效率 (电流效率,计算结果保留一位小数)。电解后,饱和食盐水中c(OH-)= mol/L(设溶液体积不变)。
(5)若该燃料电池以5 A电流放电,32 g甲醇理论上可供电 小时(设法拉第常数F=96500 C/mol,保留一位小数)。
(6)与高压储氢相比,甲醇作为能源载体的优势是 。
8.(2025-2026高二上·河北雄安新区·期中)我国科研工作者设计了一种基于钙环的甲烷重整工艺(CaLMR)。该工艺使用CaO吸附剂和Ni基催化剂的复合材料,通过切换和的进料,实现了蒸汽甲烷重整(SMR)和甲烷干重整(DRM)的等温循环。该工艺涉及的主要反应如下:
蒸汽甲烷重整(SMR)阶段:
Ⅰ、
Ⅱ、
副反应、
甲烷干重整(DRM)阶段:
Ⅲ、
回答下列问题:
(1)SMR阶段副反应的 ,该反应在 (填“低温”“高温”或“任意温度”)环境下能自发进行。
(2)如图为有无CaO吸附剂存在时,的平衡转化率随温度的变化曲线。曲线 (填“a”或“b”)代表有CaO吸附剂存在的情况,判断理由是 。
(3)下列说法正确的是 (填字母)。
A.恒温恒压下,向体系中充入惰性气体,的平衡转化率和正反应速率均增大
B.SMR阶段,提高的投料比,可提高所得合成气中的比值
C.SMR阶段,能清除催化剂表面因分解产生的积碳
(4)在650℃下,向2.0 L的恒容密闭容器中充入1.0 mol 和2.0 mol 发生反应Ⅰ和,同时还有少量分解产生积碳,测得一个反应循环内,达平衡时容器中、、CO、的物质的量随时间的变化关系如图所示。
曲线③表示 (填化学式)的物质的量随时间的变化关系,0~4 min内,平均反应速率 ,反应的平衡常数 (列式即可)。
9.(2025-2026高二上·河北省唐山市第一中学·期中)研究氮氧化物的合理使用是环保领域的一项重要工作,请回答下列问题。
(1)与反应生成时的能量变化情况如下图所示。
下列说法正确的是___________(填标号)。
A. 的能量是
B. 中的共价键键能为
C.
D. 该反应的活化能
(2)亚硝酰氯()是有机合成中的常用试剂,已知 。一定温度下,将与充入容积为2 L的密闭容器中发生反应,4 min后达平衡状态,此时容器中气体的压强是初始压强的0.8倍。
①NO的平衡浓度为 ,的平衡转化率为 。
②4 min内用表示的平均反应速率 。
③该温度下,反应的平衡常数 (计算结果保留3位有效数字)。若升高反应体系的温度,K (填“增大”、“减小”或“不变”)。
④为了加快化学反应速率,同时提高NO的平衡转化率,可采取的措施有 (填标号)。
A.升高温度 B.缩小容器体积 C.充入更多的 D.使用合适的催化剂
10.(2025-2026高二上·河北省唐山市第一中学·期中)研究酸、碱、盐等电解质具有重要的意义。请回答下列问题:
Ⅰ、现有以下几种物质:
① ②冰醋酸 ③氨水 ④ ⑤ ⑥ ⑦
(1)属于非电解质的是 (填序号,下同),属于强电解质的是 。
(2)②在水溶液中的电离方程式为 。
(3)工业上常用三室电渗析法处理含的废水,原理如下图所示,图中电极均为惰性电极,a、b是离子交换膜。阴极区的电极反应式为 ,离子交换膜b为 (填“阳膜”或“阴膜”),d口排出的气体为 。
Ⅱ、将酸或碱加水稀释时,其pH发生变化。
(4)常温下,溶液的 。取10 mL该溶液加水稀释至体积变为1 L,此时溶液的 。
(5)将等pH等体积的和分别稀释m倍和n倍,稀释后两溶液的pH仍相等,则 (填“>”“<”或“=”)。
11.(2025-2026高二上·河北保定·期中)甲醇是一种重要的化工原料,具有广阔的开发和应用前景。工业上将水煤气(CO与的混合气体)转化成甲醇,发生的反应为。
(1)已知:Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
则的 ,该反应能自发进行的条件为 (填“高温”或“低温”)。
(2)一定条件下,在恒容密闭容器中充入1 mol 和2 mol 合成,下列说法能判断反应达到平衡状态的是 (填标号)。
A.混合气体的密度不再发生变化
B.混合气体的压强不再发生变化
C.
(3)在密闭容器中充入1 mol 和2 mol 合成,实验测得CO的平衡转化率与温度、压强(单位为kPa)的关系如图所示。
① (填“>”“<”或“=”),判断的理由是 。
②、、的大小关系是 。
③若在℃,下发生反应,平衡时的体积分数是 (保留3位有效数字)%,平衡常数 (为用气体平衡分压代替气体平衡浓度计算的平衡常数,分压=总压×气体的物质的量分数;整理出含的最简表达式)。
12.(2025-2026高二上·河北保定·期中)已知:25℃时,,HClO、HCOOH,的电离平衡常数如表所示,。请回答下列问题:
物质
HClO
HCOOH
电离平衡常数
(1)等浓度的四种酸的酸性由强到弱的顺序是 。
(2)写出HCOOH在水中的电离方程式: 。
(3)将50 mL HCOOH溶液逐滴滴入20 mL 溶液中,现象为 ,发生反应的离子方程式为 、 。
(4)若将少量的气体通入溶液中,发生反应的离子方程式为 。
(5)25℃时,的HCOOH溶液中,HCOOH的电离度约为 (保留3位有效数字)%。
13.(2025-2026高二上·河北沧州·期中)化学反应速率的控制与化学平衡的调控在生产、生活中较为常见。回答下列问题:
Ⅰ.某课外兴趣小组探究影响化学反应速率的因素。
(1)为探究金属的活动性对金属与稀硫酸反应的化学反应速率的影响,小组同学用Cu、Fe、Mg和同浓度的溶液反应。实验报告如下表:
实验步骤
现象
①分别取等体积的的溶液于试管中;②分别投入大小、形状相同的Cu、Fe、Mg
反应快慢:Mg>Fe>Cu
要得出正确的实验结论,还需控制的实验条件是 ;若该条件相同,可得出的实验结论是 。
(2)为了更精确地研究浓度对反应速率的影响,小组同学利用压强传感器等数字化实验设备测定容器中的压强随气体产量改变的情况,探究镁与不同浓度溶液的反应速率,两组实验所用药品如下:
序号
镁条的质量/g
溶液
物质的量浓度(mol/L)
体积/mL
ⅰ
0.01
1.0
2
ⅱ
0.01
0.5
2
实验结果如图所示:
①实验ⅰ对应图中曲线 (填字母),图中曲线的斜率越大,说明化学反应速率越 (填“快”“慢”或“无法确定”)。
②分析实验ⅱ对应曲线可知,反应开始阶段,化学反应速率不断加快,原因是 ;随着反应的不断进行,化学反应速率减慢,原因是 。
Ⅱ.(红棕色)和(无色)之间可发生反应:。在温度为T℃的条件下,将气体充入体积为的恒容密闭容器中,容器中某气体的物质的量浓度随时间的变化曲线如图所示。
(3)a~d四个点中,的点是 (填字母)。
(4)该温度下的平衡常数 。
(5)前内,用表示的化学反应速率为 。
14.(2025-2026高二上·河北沧州多校联考·期中)利用管状透氧膜反应器实现乙醇-水重整制氢,具有无需额外热源、氧气可协助消除积碳等优点。其主要反应如下:
反应I:
反应II:
反应III:
反应IV:
回答下列问题:
(1) (填“能”或“不能”)表示氢气的燃烧热。
(2)向压强为的恒压密闭容器中通入1mol和,若仅发生反应I、反应III,平衡时的选择性、的转化率与温度的关系如图1所示,已知:CO的选择性。则:
①表示CO的选择性的曲线为 (填“a”或“b”)。
②时,反应I的压强平衡常数 (只需列出计算式,分压代替浓度进行计算,分压=总压物质的量分数)。
(3)一定温度下,将与一定量的气体通过装有催化剂的管状透氧膜反应器,发生上述反应I、II、III、IV.经计算机仿真模拟,平衡时氢醇比[]随水醇比[]、膜管长度的变化如图2所示。
①水醇比为0时,膜管长度超过10 cm后氢醇比下降的原因可能为 。
②由图可知,膜管长度相同时水醇比越大,氢气的产率 (填“越高”或“越低”)。
③水醇比为1、膜管长度为2 cm,若转化率为且,则平衡时为 mol,管状透氧膜透过氧气 mol。
15.(2025-2026高二上·河北衡水·期中)“新能源”汽车的核心是新型电池的研究与开发,下面是几种原电池反应,回答下列问题:
(1)现有如下双液原电池装置:
①配制稀的硫酸亚铁溶液时需要加入适量的稀硫酸,加入适量稀硫酸的原因是(用必要的文字和离子方程式表示) 。
②石墨a是 (填“正极”“负极”“阳极”或“阴极”),石墨b的电极反应式是 。
(2)已知:碱性铁电池的电池反应为:。该电池的负极材料是 (填化学式),正极的电极反应式是 。
(3)某新型储能电池原理如图所示。
已知充电时多孔碳电极反应:。
①写出放电时正极的电极反应式 。
②充电时穿过质子交换膜由 (填“左到右”或“右到左”)移动。
(4)某太阳能电池放电时结构如图所示:
①写出正极的电极反应式 。
②放电时发生氧化反应的物质是 (填化学式)。
16.(2025-2026高二上·河北保定四校·期中)I. CH4-CO2催化重整不仅可以得到CO和H2,还有利于实现碳中和。实验室中模拟CH4-CO2催化重整过程,CO2的平衡转化率(a)与温度(T)、平衡压强(p)的关系如图所示。
(1)一定温度下, 在恒容密闭容器中,能说明反应CH4 (g) +CO2(g)⇌2CO (g) +2H2 (g)达到平衡状态的标志是 (填标号)。
a.混合气体的密度不再变化
b.CH4的生成速率与CO的消耗速率之比为1:2
c.容器中的压强不再发生变化
d. H2 的物质的量浓度不再变化
(2)B、C、D三点对应的平衡常数KB、KC、KD的关系:KB KC (填“>”、“<”或“=” ,下同)、KC KD
(3)p1 2 MPa(填“>”、“<”或“=”,下同) ;当温度为T3、压强为2 MPa时,A点的正 逆
Ⅱ. 高炉炼铁是冶炼铁的主要方法,发生的主要反应有:
反应
(kJ/mol)
K
ⅰ.
+489
K1
ⅱ.
X
K2
ⅲ.
+172
K3
(4)、与之间的关系为 。
(5)T1℃时,向某恒温密闭容器中加入一定量的Fe2O3和C,发生反应ⅰ,反应达到平衡后,在t1时刻,改变某条件,随时间(t)的变化关系如图所示,则t1时刻改变的条件可能是 。
a.保持温度不变,压缩容器体积
b.保持体积不变,升高温度
c.保持体积不变,加少量碳粉
d.保持体积不变,增大CO浓度
(6)在一定温度下,向某体积可变的恒压密闭容器(p kPa)加入1 mol CO2与足量的碳,发生反应ⅲ,平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图所示。
①T℃时,若向平衡体系中再充入一定量按的混合气体,平衡 (填“正向”、“逆向”或“不”)移动。
②925℃时,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp为 kPa。[气体分压(p分)=气体总压(p)×体积分数,用某物质的平衡分压代替物质的量浓度也可以表示化学平衡常数,记作Kp]
17.(2025-2026高二上·河北保定·期中)工业尾气H2S对环境和人体健康会产生严重危害,回收H2S是保护环境和资源利用的有效措施。
I.已知:2H2S(g) 2H2(g)+S2(g) ΔH=+169.8kJ/mol。
回答下列问题:
(1)上述反应中相关键能数据:
化学键
S=S
H-S
H-H
键能(kJ/mol)
a
329
436
反应能自发进行的条件是 (“低温”或“高温”),a= 。
(2)在恒温恒容密闭容器中,充入一定量H2S气体发生上述反应,下列说法正确的是______(填标号)。
A. H2S的体积分数不再改变,说明该反应达到平衡
B. H2与S2(g)物质的量浓度不再改变,说明该反应达到平衡
C. 平衡时向容器中充入惰性气体,平衡正向移动
D. 平衡时向容器中充入H2与S2(g),再达平衡时,不变
(3)保持压强恒定为100kPa,向密闭容器中充入H2S和N2(N2不参与反应)发生上述反应,H2S的平衡转化率α(H2S)与通入气体中x[]、温度(T)关系如下图所示。
①反应温度T1 T2(填“<”或“>”)。
②从反应开始至反应体系分别达到M、N点状态,平均反应速率较快的是达到 (填“M”或“N”)的过程。
③在投料比x=、T1温度下上述反应达到平衡,用气体的平衡分压代替气体的平衡物质的量浓度,计算平衡常数Kp= kPa。(保留两位有效数字)(已知某气体的分压=气体总压强×该气体的体积分数,如p(H2)= p总×H2%)。
Ⅱ.我国科学家设计协同转化装置处理尾气H2S。为避免硫黄沉淀在Y极,将氧化吸收和电解过程分开进行,装置如图所示(电解反应器中,以石墨为电极)。
(4)①H+通过质子交换膜移向 (填“X”或“Y”)极区。
②该装置实现物质转化的总反应方程式为: 。
18.(2025-2026高二上·河北沧州·期中)向1L恒容密闭容器中充入1 mol 和2 mol ,发生反应 ,转化率随温度T的变化如图甲所示(不同温度下的转化率均为反应第10 min时的数据)。混合体系中的体积分数与温度的关系如图乙所示。
回答下列问题:
(1)若测得c点时反应放热117.96 kJ,则该温度下 ;图甲中,c点已达平衡,则该温度下,反应的平衡常数 。图乙中,W与M点处的平衡常数: (填“>”“<”或“=”)。
(2)其他条件不变,若平衡体系中再充入,则达到新平衡时的体积分数比原平衡时 (填“大”“小”或“相等”)。
(3)用NaOH溶液吸收烟气中的,将所得的溶液进行电解,可循环再生NaOH溶液,同时得到溶液,其原理如图丙所示(电极材料为石墨)。
①图中a极连接电源的 (填“正”或“负”)极。
②b极电极反应式为 。
③C物质是 (填物质名称)。
(4)一种燃煤脱硫技术涉及副反应如下:
Ⅰ. ;
Ⅱ. 。
则 。
19.(2025-2026高二上·河北六校联合体·期中)电解质在水溶液中可能存在电离平衡、水解平衡、溶解平衡等。
已知部分弱酸的电离常数如下表:
弱酸
HCOOH
HCN
电离常数(25℃)
常温时,向水溶液中逐滴滴加溶液,混合溶液中、和的物质的量分数()随pH变化的关系如图所示。
(1)则曲线Ⅱ表示 微粒,弱酸的 。
(2)已知。
①将浓度为溶液与溶液等体积混合,则生成沉淀所需溶液的最小浓度为 。
②向含有固体的溶液中滴加溶液,当有沉淀生成时,溶液中,写出沉淀转化的离子方程式 ,求 (保留三位有效数字)。
20.(2025-2026高二上·河北省石家庄市第二中学教育集团·期中)研究NO2、SO2、NO和CO等气体的无害化处理对治理环境大气污染、建设生态文明具有重要意义。已知:
①2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH1=-196.6 kJ·mol-1
②2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH2=-113.0 kJ·mol-1
③2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH3
(1)写出NO2(g)和SO2(g)反应生成NO(g)和SO3(g)的热化学方程式: 。
(2)在一定条件下,将NO2和SO2以体积比1:2置于恒容密闭容器中发生上述(1)反应。下列能说明该反应一定达到平衡状态的是________(填字母)。
A. 混合气体的颜色保持不变 B. 体系压强保持不变
C. SO3和NO的体积比保持不变 D. 生成SO3的速率等于生成NO2的速率
(3)按反应③的反应物的化学计量数起始投料,保持NO平衡转化率(α)恒定时,当α=20%、50%、70%时温度、压强关系如图所示。
i.S1曲线代表的转化率α为 。
ii.ΔH3 (填“>”“<”或“=”)0。
iii.已知:用平衡体系中组分的物质的量分数替代浓度计算的平衡常数为物质的量分数平衡常数(Kx)。
a)在A、B、C点对应的体系中,Kx最大的是 (填字母代号)。
b)比较平衡常数大小:Kx(A) (填“>”“<”或“=”)Kx(E),理由是 。
c)计算D点对应的平衡常数Kx为 。
21.(2025-2026高二上·河北省沧衡联盟·期中)平衡思想是化学研究的一个重要观念,在电解质溶液中存在电离平衡、水解平衡等多种平衡。已知:25℃时部分弱电解质的电离平衡常数如下表所示。
弱电解质
HCN
电离平衡常数
请回答下列问题:
(1)将少量通入NaCN溶液中,反应的离子方程式为 。
(2)25℃时,的溶液物质的量浓度为,的溶液物质的量浓度为,则 (填“>”、“=”或“<”)。下列方法可使 溶液中增大的是 (填序号)。
A.加水稀释 B.加入少量冰醋酸 C.加热 D.通入HCl气体
(3)25℃时,向溶液中加入一定量的溶液,所得溶液的,则溶液中 。
(4)25℃时,用 NaOH溶液分别滴定体积均为20 mL、物质的量浓度均为的HCN和溶液,滴定曲线如下图所示。
①其中代表滴定HCN溶液的曲线为 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
②曲线Ⅰ起始,结合电离平衡常数计算 (已知:)。
③滴定溶液时,将溶液置于锥形瓶中,加入酚酞作为指示剂,滴定时,左手控制旋塞,右手摇动锥形瓶,眼睛应 ,当实验接近滴定终点时,滴定管下端悬有半滴标准液,此时向锥形瓶中滴入该半滴标准液的正确操作是下图中的 (填序号),滴定终点的现象是 。
A. B. C. D.
22.(2025-2026高二上·河北六校联合体·期中)降低空气中二氧化碳的含量在环保方面具有重要意义,已知二氧化碳和氢气在一定条件下反应如下:
反应Ⅰ(主反应):
反应Ⅱ(副反应):
回答下列问题:
(1)从热力学角度分析,反应Ⅰ能自发进行的条件是 (选填“低温”“高温”)。已知该反应的正、逆反应的活化能分别为和,且反应物的总能量为,则生成物的总能量为 (用含、和的代数式表示)。
(2)①若在容积为的恒容密闭容器中按照物质的量之比通入和只进行反应Ⅰ(起始投料量相同),在不同温度下,反应体系总压强随时间的变化如图所示。
图中实验a的温度 实验b的温度(填“大于”或“小于”),实验b进行到时达到平衡,则反应从开始到平衡时的反应速率 ;与实验相比,实验改变的条件是 ,实验条件下用分压表示的平衡常数为 (列出计算式)。
②实验测得反应Ⅰ:,。其中、分别为正、逆反应速率常数,只与温度有关;为气体分压(分压=物质的量分数×总压)。实验条件下达到平衡后,仅升高温度,增大的倍数 (选填“大于”“小于”或“等于”)增大的倍数。
(3)一定温度下,向某恒容密闭容器中充入和,发生上述反应Ⅰ和反应Ⅱ,测得平衡体系中的平衡转化率与温度变化关系如图所示,简述其原因 。
(4)合成有机碳酸酯的反应机理如图所示。反应机理图中物质2为该反应的 (填“催化剂”或“中间产物”)。在合成总反应中除题目中所列物质外还会生成 (填化学式)。
23.(2025-2026高二上·河北名校联考·期中)回答下面问题:
(1)用电化学方法将转化为实现再利用,转化的基本原理如图所示。
电池工作时正极电极反应式为 。若交换膜只允许氢离子通过,当M极产生(标准状况下)时,负极区溶液质量减少 g。
(2)燃料电池装置如图。
a的电极反应式为 。
(3)如图所示,a、b、c、d均为石墨电极,通电进行电解。
①c的电极为 (填“阴极”“阳极”“正极”或“负极”)。a、c的电极反应式分别为 、 。
②若甲装置中足量,电解一段时间后,要使溶液复原,需加入 (填化学式)。
③电解溶液的离子方程式为 。
24.(2025-2026高二上·河北石家庄新乐·期中)尾气的脱硝(除NOx)处理对于减少光化学烟雾的产生具有重要意义。回答下列问题:
Ⅰ.汽车排气管上安装“催化转化器”,其反应的热化学方程式为 。T℃时,将等物质的量的NO和CO充入容积为2 L的密闭容器中,若温度和体积不变,反应过程中(0~15 min)NO的物质的量随时间变化如图所示。
(1)图中a、b分别表示在相同温度下,使用质量相同但表面积不同的同种催化剂时,达到平衡过程中的变化曲线,其中表示催化剂表面积较小的曲线是 (填“a”或“b”)。
(2)在b曲线所示反应中,0~5 min内,CO的平均反应速率 ;T℃时,该反应的化学平衡常数K= 。
(3)15 min时,发生图中所示变化,则改变的条件可能是___________(填字母)。
A. 加入催化剂 B. 升高温度 C. 将N2液化移出体系 D. 充入少量CO
Ⅱ.已知反应:。
(4)某温度下,向某恒容密闭容器中充入4 mol和3 mol,发生上述反应。可作为该反应达到平衡状态的依据是___________(填字母)。
A. 混合气体颜色不再改变
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. 和的物质的量之比不再改变
(5)将一定比例的和的混合气体(含有少量),匀速通入图(a)所示装有催化剂的反应器中充分进行反应。
反应相同时间的去除率随反应温度的变化曲线如图(b)所示。已知该催化剂在100~150℃时活性最高,那么在50~250℃范围内随着温度的升高,的去除率先迅速上升后上升缓慢,其中去除率迅速上升段的主要原因是 ;当反应温度高于380℃时,的去除率迅速下降的原因可能是 (不考虑催化剂失活)。
25.(2025-2026高二上·河北邢台·期中)资源利用对缓解碳减排压力具有重要意义,使用镍氢催化剂可使转化为。体系中主要反应的热化学方程式如下:
反应Ⅰ. ;
反应Ⅱ. ;
反应Ⅲ. 。
回答下列问题:
(1) (用含、的代数式表示), (用含、的代数式表示)。
(2)查阅资料可知,。 (填“高温”或“低温”)条件有利于反应Ⅰ自发进行。
(3)为了提高反应Ⅰ和反应Ⅱ中的平衡转化率,可采取的措施为 (写1种即可)。
(4)下,在恒容密闭容器中,充入和,发生反应Ⅰ、反应Ⅱ和反应Ⅲ。5min时,反应均达到平衡,此时测得,。
①的平衡转化率为 。
②内, 。
③反应前后混合气体的总压强之比为 。
④下,反应Ⅲ的平衡常数 (写出计算式即可)。
26.(2025-2026高二上·河北石家庄·期中)工业尾气H2S对环境和人体健康会产生严重危害,回收H2S是保护环境和资源利用的有效措施。
I.已知:2H2S(g)2H2(g)+S2(g) ΔH=+169.8kJ/mol。
回答下列问题:
(1)上述反应中相关键能数据:
化学键
键能
a
329
436
①反应能自发进行的条件是 (“低温”或“高温”),a= 。
②在恒温恒容密闭容器中,充入一定量H2S气体发生上述反应,下列说法正确的是 (填标号)。
A.H2S的体积分数不再改变,说明该反应达到平衡
B.H2与S2(g)物质的量浓度不再改变,说明该反应达到平衡
C.平衡时向容器中充入惰性气体,平衡正向移动
D.平衡时向容器中充入H2与S2(g),再达平衡时,不变
(2)保持压强恒定为100 kPa,向密闭容器中充入H2S和N2(N2不参与反应)发生上述反应,H2S的平衡转化率α(H2S)与通入气体中、温度(T)关系如下图所示。
①从反应开始至反应体系分别达到M、N点状态,平均反应速率较快的是达到 (填“M”或“N”)的过程。
②在投料比x=、T1温度下上述反应达到平衡,用气体的平衡分压代替气体的平衡物质的量浓度,计算平衡常数Kp= kPa。(保留两位有效数字)(已知某气体的分压=气体总压强×该气体的体积分数,如p (H2)= p总×H2%)
Ⅱ.我国科学家设计协同转化装置处理尾气H2S。为避免硫黄沉淀在Y极,将氧化吸收和电解过程分开进行,装置如图所示(电解反应器中,以石墨为电极)。
(3)①H+通过质子交换膜移向 (填“X”或“Y”)极区。
②该装置实现物质转化的总反应方程式为: 。
27.(2025-2026高二上·河北省保定市六校联盟·期中)“绿水青山就是金山银山”,近年来,绿色发展、生态保护成为中国展示给世界的一张新“名片”。烟道气和汽车尾气(、等)是造成雾霾天气的原因之一,对这些排放气的处理以及再利用是化学工作者研究的重要课题。回答下列问题:
(1)用催化还原可以消除氮氧化物的污染。有关反应为:
① ;
② 。
写出催化还原为的热化学方程式: 。
(2)在一定条件下可发生分解:,一定温度下,向恒容密闭容器中充入一定量进行该反应,能判断反应已达到化学平衡状态的是___________(填字母)。
A. 和的浓度比保持不变
B. 容器中压强不再变化
C.
D. 气体的密度保持不变
(3)是用反应体系中气体物质的分压来表示的平衡常数,即将表达式中平衡浓度用平衡分压代替。已知反应:,该反应中正反应速率,逆反应速率,其中、为速率常数,则为 (用、表示)。
(4)时,与以物质的量混合,置于某密闭容器中还能发生如下化学反应:,实验测得该反应速率方程(以为基准)为,。某时刻测得体系中的分压为,则此时的反应速率 。
(5)在有氧和新型催化剂作用下,与可以反应生成,将一定比例的、和通入装有新型催化剂的反应器。测得相同时间内的去除率随温度变化如图1所示:
在后,的去除率下降的原因可能是 。
(6)工业上可用“氨催化氧化法”生产NO,以氨气、氧气为原料,在催化剂存在下生成NO和副产物的化学方程式如下:
反应Ⅰ.;
反应Ⅱ.。
已知:有效的转化率
向恒容密闭容器中充入、,在催化剂作用下发生两个竞争反应Ⅰ、Ⅱ,测得不同温度下反应相同时间有关物质的量关系如图2所示,点时反应Ⅰ、Ⅱ达到平衡。
①点时,的有效转化率 %(保留1位小数)。
②工业用氨催化氧化制备,选择的最佳温度是 。
③点时,反应Ⅱ的平衡常数 (写出计算式即可)。
28.(2025-2026高二上·河北保定·期中)氢能是最具应用前景的能源之一,氢气的制备和应用是目前的研究热点。回答下列问题:
(1)部分物质的标准燃烧热如表:
名称
化学式
名称
化学式
氢气
乙炔
一氧化碳
乙烷
甲烷
乙醇
请分析氢气是最具应用前景的能源之一的原因: 。
(2)氨气中氢含量高,可通过氨热分解法制氢气。一定温度下,催化分解为和的过程中,能量变化如图所示。
已知断开(或形成)1 mol 键、1 mol H-H键分别需要吸收(或放出)946 kJ、436 kJ的热量,则断开1 mol N-H键吸收的热量为 (保留3位有效数字)kJ。
(3)氢氧石棉膜燃料电池的启动时间仅15分钟,并可瞬时停机,其工作原理如图。
①该装置工作时,移向 (填“多孔镍电极”或“多孔银电极”,下同)。
②该装置工作时,电子由 移向 。
③正极的电极反应式为 ;负极的电极反应式为 。
29.(2025-2026高二上·河北沧州多校联考·期中)开展碳—()化学研究对保障我国能源安全,具有重要意义。回答下列问题:
(1)根据下表相关信息,反应的 (用含的代数式表示); (用含的代数式表示)。
相关反应
化学平衡常数
ⅰ
ⅱ
(2)一定温度下,反应的平衡常数为1.0,保持温度不变,向1 L固定体积的密闭容器中充入各1 mol的CO和H2O(g),5 min后达到平衡,则内用表示的化学反应速率为 ;CO的转化率为 。
(3)一定温度下,和反应可制备合成气(和):。在恒温恒压下进行该反应,下列能说明该反应达到平衡状态的是___________(填字母)。
A. 容器内和的物质的量浓度之比是1:1
B. 的消耗速率等于CO的生成速率的0.5倍
C. 容器的体积保持恒定
D. 容器中混合气体的平均摩尔质量保持不变
(4)在密闭容器中投入1 mol CO和,发生反应。实验测得CO的平衡转化率随温度(T)、压强(p)的变化如图所示。
①该反应的正反应为 (填“吸热”或“放热”)反应。
② (填“>”或“<”)。
③设点对应平衡体系的容积为2 L,该温度下反应的平衡常数 。
30.(2025-2026高二上·河北衡水·期中)下面是某些弱酸在常温下的电离平衡常数的数值:
弱酸
(草酸)
HClO
电离平衡常数
回答下列问题:
(1)常温下,浓度均为的溶液,其中pH最大的是 (填化学式)。向浓度为的NaClO溶液中通入少量,发生反应的离子方程式 。
(2)常温下向500 mL浓度为的溶液加入适量的固体,一段时间后,沉淀中生成,写出离子方程式并利用平衡移动原理给出合理的解释: 。(已知:)反应后溶液中 。
(3)常温下,将的溶液加水稀释,下列表达式中的数据变小的是 (填序号)。
① ② ③
④ ⑤
(4)试判断常温下的溶液的pH 7(填“<”“>”或“=”),利用上述平衡常数的数值,写出判断依据,列出相应表达式即可 。
31.(2025-2026高二上·河北保定四校·期中)回答下列问题。
(1)甲醇制取甲醛时可获得氢气,其原理为。已知部分化学键的键能数据如下表:则该反应的 。
化学键
C―H
C―O
O―H
C=O
H―H
键能/
413.4
351.0
462.8
745.0
436.0
(2)参考上表和有关要求回答问题:
上图是1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图,若在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E1的变化是 (填“增大”、“减小”、“不变”, 下同),ΔH的变化是 。请写出NO2和CO反应的热化学方程式: 。
(3)已知常温时红磷比白磷稳定,比较下列反应中的大小: (填“>”或“<”)。
①
②
(4)CO2加氢制CH3OH的反应为:
①该反应能自发进行的主要原因是 。
②该反应的正反应速率可表示为,逆反应速率可表示为,其中、为速率常数。下图中能够代表的曲线为 (填“”“”“”或“”);若该反应的化学平衡常数,那么发生该反应的温度 (填“>”、“<”或“=”)。
试卷第1页,共3页
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