2022-2023学年安徽省淮北市第一中学高二上学期期末考试化学试题含解析
展开安徽省淮北市第一中学2022-2023学年高二上学期
期末考试化学试题
学校:___________姓名:___________班级:___________考号:___________
一、单选题
1.化学与生活、生产密切相关,下列说法错误的是
A.雪碧打开时产生气泡,是因为压强减小促使逸出
B.工业合成氨,常采用铁触媒、减小氨气的浓度来提高反应速率
C.误食可溶性钡盐造成中毒,可以服用溶液来解毒
D.去除锅炉水垢中的,用饱和溶液浸泡预处理
【答案】B
【详解】A.气体的溶解度随着压强的增大而增大,所以打开瓶盖冒出大量气泡,是因为压强减小,降低了CO2的溶解度,故A正确;
B.减小氨气的浓度即生成物的浓度减小,反应速率减慢,故B错误;
C.氯化钡可溶解于水,能电离出重金属离子钡离子,有毒,硫酸钠和氯化钡反应可生成不溶的硫酸钡沉淀,可用于解毒,故C正确;
D.硫酸钙与碳酸钠溶液反应可转化为较为疏松的碳酸钙,碳酸钙可溶于盐酸等酸,此方法可用于处理锅炉水垢,故D正确;
故选:B。
2.下列说法不正确的是
A.已知x(250℃)和y(25℃)两个反应,则反应速率:
B.能发生化学反应的分子,肯定是活化分子
C.反应:能否自发进行,主要由决定
D.升高温度或加入催化剂都能使单位体积内活化分子的百分数增大,原因不同
【答案】A
【详解】A.影响化学反应速率的外界因素除温度外,还有压强、浓度、催化剂等,如果y反应使用了催化剂和加压,也可能使,故A错误;
B.活化分子具有足够的能量和合适的取向才能发生有效碰撞,所以能发生化学反应的分子,肯定是活化分子,故B正确;
C.气体的混乱度大于固体的混乱度,该反应正反应为熵增反应,由熵判据可知熵增反应有自发进行的倾向,故C正确;
D.升高温度使体系分子获得了能量,使部分普通分子成为活化分子,从而增大单位体积内活化分子百分数;加入催化剂降低了反应的活化能,使部分普通分子成为活化分子,从而增大单位体积内活化分子百分数,故D正确;
故选A。
3.是阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是
A.120g和的固体混合物中含有的阳离子数为
B.1LNaCl溶液含有个电子
C.常温下,的溶液中,水电离出的数为
D.1L的溶液中,阴离子数等于
【答案】A
【详解】A.和的摩尔质量均为120 g▪mol-1,120g和的固体混合物中和总物质的量为1mol,而和固体中都含有1个阳离子(Na+、K+),则1mol和的固体混合物中含有的阳离子数为,故A正确;
B.1L溶液中含有氯化钠的物质的量为1mol,1mol氯化钠中含有28mol电子 ,但是该溶液中溶剂水也含有电子,故B错误;
C.未知溶液的体积,无法计算的溶液中,水电离出的数,故C错误;
D.1L的溶液中,的物质的量为0.1mol,溶液中还存在水电离出的氢氧根,阴离子数大于,故D错误;
故选A。
4.常温下,下列各组离子在指定溶液中能大量共存的是
A.溶液中:、、、
B.滴加KSCN溶液后显红色的溶液中:、、、
C.的溶液中:、、、
D.使酚酞变红的溶液中:、、、
【答案】D
【详解】A.由于与OH-不能大量共存,、和OH-不能大量共存,A不合题意;
B.滴加KSCN溶液后显红色的溶液中含有大量的Fe3+,Fe3+和因发生氧化还原反应而不能大量共存,B不合题意;
C.的溶液中即c(H+)=0.1mol/L,则、H+、三者因发生氧化还原反应而不能大量共存,C不合题意;
D.使酚酞变红的溶液中含有大量的OH-,OH-、、、、各离子间不反应能够大量共存,D符合题意;
故答案为:D。
5.可溶。将溶解于盐酸中可形成,在溶液中存在下面的化学平衡:粉红色蓝色 。下列说法正确的是
A.升高温度,正反应速率增大、逆反应速率减小
B.该反应的平衡常数
C.将盛有和盐酸混合液的试管置于冰水中,试管内溶液为蓝色
D.增大浓度,平衡向正反应方向移动,、浓度都减小
【答案】B
【详解】A.升高温度,活化分子比率增加,正、逆反应速率都增大,A错误;
B.根据粉红色蓝色△H>0反应可知,化学平衡常数K=,B正确;
C.CoCl为蓝色,焓变大于零,该反应正反应是吸热反应,降低温度平衡向逆反应移动,溶液呈粉红色,C错误;
D.增大Cl-浓度,Cl-浓度增大,平衡向正反应方向移动,因化学平衡常数不变,Co2+浓度减小,D错误;
故选B。
6.25℃时,水的电离达到平衡:,下列叙述正确的是
A.向水中加入稀氨水,平衡逆向移动,降低
B.向水中加入少量固体硫酸氢钠,增大,不变
C.向水中加入少量固体Na,平衡正向移动,降低,增大
D.将水加热,增大,pH不变
【答案】B
【详解】A.向水中加入稀氨水,NH3∙H2O电离出OH-,c(OH-)增大,平衡逆向移动,A项错误;
B.向水中加入少量固体硫酸氢钠,NaHSO4在水分子作用下电离成H+、Na+和SO,c(H+)增大,温度不变,Kw不变,B项正确;
C.向水中加入少量固体Na,Na与H+反应,c(H+)降低,平衡正向移动,温度不变,Kw不变,C项错误;
D.将水加热,平衡正向移动,Kw增大,c(H+)增大,pH减小,D项错误;
答案选B。
7.下列有关实验的操作、现象和结论都正确的是
选项
实验操作
现象
结论
A
将装有和混合气体的烧瓶分别浸入冷水和热水中,并与常温情况进行对比( )
冷水中烧瓶内气体颜色变深,热水中烧瓶内气体颜色变浅
升高温度,化学平衡向吸热方向移动,降低温度,向放热方向移动
B
在两个烧杯中分别盛有等体积、等浓度的烧碱溶液和氨水,插入电极,连接灯泡,接通电源,分别进行导电实验
盛有烧碱溶液的灯泡亮度大
强电解质导电能力大于弱电解质
C
向盛有溶液(显黄色)的①、②两只试管中分别滴加淀粉溶液、溶液
①中溶液变蓝,②中产生黄色沉淀
溶液中存在平衡:
D
用pH试纸分别测定等物质的量浓度的和NaClO的pH
pH:
酸性:
A.A B.B C.C D.D
【答案】C
【详解】A.为红棕色,为无色,由可知是放热反应,升高温度,化学平衡向吸热方向移动,即平衡逆向移动,热水中烧瓶内气体颜色变深,A错误;
B.该项中的实验操作、现象正确,但结论错误,溶液的导电能力与离子浓度和所带电荷数有关,而与电解质的强弱无关,强电解质的稀溶液导电能力可能小于弱电解质的浓溶液,B错误;
C.溶液中存在,滴加淀粉溶液后变蓝说明溶液中有,滴加溶液后产生黄色沉淀说明溶液中有I-存在,则溶液中存在平衡:,C正确;
D.该项中的实验操作错误,NaClO溶液具有漂白性,能使pH试纸漂白,应使用pH计测定NaClO溶液的pH,结论也是错误的,若pH: Na2CO3>NaClO,说明酸性:
8.臭氧是理想的烟气脱硝试剂,其脱硝反应为,若反应在恒容密闭容器中进行,下列由该反应相关图像作出的判断正确的是
A.0~3s内,反应速率为
B.降低温度,平衡常数增大
C.时的改变可能是加入了催化剂或改变压强,平衡不移动
D.时刻,该反应达平衡状态
【答案】B
【详解】A.0-3s内,反应速率为==0.1mol/(L•s),A错误;
B.由图可知,反应物总能量大于生成物总能量,说明该反应是放热反应,降低温度,平衡正向移动,K值增大,B正确;
C.催化剂不改变平衡状态,加入催化剂,平衡不移动,而增大压强,平衡则向正反应方向移动, C错误;
D.由图可知t1时刻,各组分还未达到不变的状态,还没有达平衡状态,D错误;
故答案为:B。
9.有5种元素X、Y、Z、Q、T。X原子M层上有2个未成对电子且无空轨道;Y原子的特征电子构型为;Z原子的L电子层的p能级上有一个空轨道;Q原子的L电子层的p能级上只有一对成对电子;T原子的M电子层上p轨道半充满。下列叙述不正确的是
A.X和Q结合生成的化合物为共价化合物 B.T元素属于P区
C.元素Y和Q只能形成化合物 D.Z的电子排布式,违反了洪特规则
【答案】C
【分析】5种元素X、Y、Z、Q、T,X原子M层p能级上有2个未成对电子且无空轨道,其价电子排布式为3s23p4,则X为S元素;Y原子的特征电子构型为3d64s2,则Y为Fe元素;Z原子的L电子层的p能级上有一个空轨道,其价电子排布式为2s22p2,则Z为C元素;Q原子的L电子层的p能级上只有一对成对电子,其价电子排布式为2s22p4,则Q是O元素;T原子的M电子层上p轨道半充满,其价电子排布式为3s23p3,则T是P元素。
【详解】A.X为S,Q为O,两者结合生成的化合物为SO2或者SO3,为共价化合物,A正确;
B.T原子的M电子层上p轨道半充满,其价电子排布式为3s23p3,则T是P元素,p区元素包含ⅢA族~ⅦA族及零族元素,属于P区,B正确;
C.Y为Fe,Q为O,两者可形成Fe2O3、FeO、Fe3O4,C错误;
D.Z为C,根据洪特规则知,2p轨道上的两个电子应排在不同轨道上,违反了洪特规则,D正确;
故答案选C。
10.四种酸在25℃的电离平衡常数:①:②:③:④HF:,以下说法正确的是
A.当与足量反应时,一定生成和
B.等体积、等浓度的四种酸,中和碱的能力为:
C.若四种酸的浓度均为0.1mol/L,则的大小顺序:
D.等体积、等浓度的四种酸溶液中,由水电离出来的的大小顺序为:
【答案】D
【详解】A.尽管H3AsO4的K1大于H2CO3:K1,但当H3AsO4与足量Na2CO3反应时,可能由于H3AsO4不足量,Na2CO3反应产生NaHCO3,而没有生成CO2和H2O,A错误;
B.等体积、等浓度的四种酸,四种酸的物质的量相等,酸的元数越多,发生中和反应消耗碱的物质的量就越多,中和碱的能力就越强,当酸的元数相同时,中和碱的能力就相同,故中和碱的能力为:H3AsO4>H2CO3>HF=CH3COOH,B错误;
C.弱酸的电离平衡常数越大,其电离程度就越大,当酸浓度相等时电离产生的H+的浓度就越大。由于电离平衡常数:H3AsO4>HF>CH3COOH>H2CO3,所以四种酸的浓度均为0.1mol/L,则c(H+)的大小顺序:H3AsO4>HF>CH3COOH>H2CO3,C错误;
D.弱酸的电离平衡常数越大,其电离程度就越大,当酸浓度相等时电离产生的H+的浓度就越大。酸电离产生的c(H+)越大,其对水电离的抑制作用就越强,水电离产生的c(H+)就越小。根据选项C分析可知等体积、等浓度的四种酸溶液中c(H+):H3AsO4>HF>CH3COOH>H2CO3,则相应溶液中由水电离出来的c(H+)的大小顺序为:H2CO3>CH3COOH>HF>H3AsO4,D正确;
故合理选项是D。
11.某实验室模拟反应 ,在密闭容器中加入足量的碳和一定量的气体,保持温度不变,测得相同时间内的转化率随压强的变化关系如图所示。下列说法错误的是
A.1100kPa时,的体积分数为50% B.b、e两点的平衡转化率相同
C.平衡常数 D.反应速率
【答案】B
【分析】随着压强的不断增大,反应速率不断加快,平衡前相同时间内反应物的转化率不断增大,则转化率在最高点时,反应达平衡状态;最高点后的每个点,反应都达平衡状态,且平衡逆向移动。
【详解】A.1100kPa时,NO2的转化率为40%,设NO2的起始投入量为2mol,则参加反应的NO2为0.8mol,生成N2为0.4mol、CO2为0.8mol,剩余NO2为1.2mol,NO2的体积分数为×100%=50%,A正确;
B.在b点,反应未达平衡,此时的转化率不是平衡转化率,若提供充足的时间,反应物的转化率将增大,e点时反应达平衡,此时NO2的转化率为平衡转化率,则b、e两点NO2的平衡转化率不相同,B错误;
C.在b、d两点,温度相同,平衡常数不受压强变化的影响,则平衡常数 Kb=Kd,C正确;
D.因为d点的压强小于e点的压强,压强越大,反应速率越快,则反应速率vd<ve,D正确;
故选B。
12.反应的反应机理为:①②……③(快反应),改变反应物浓度时,反应的瞬时速率如表所示:
0.038
0.060
0.076
0.060
0.076
0.030
下列说法正确的是A.该反应的速率方程为
B.该反应的速率常数k的值为6.58×10-3
C.第②步的反应方程式为
D.3步反应中反应③的活化能最大
【答案】B
【详解】A.由1、2两组数据可知:c()增大一倍,速率增大一倍;由2、3两组数据可知:c(I-)增大一倍,速率增大1倍,该反应的速率方程为,A错误;
B.将1组的数据代入速率方程式可得:v=k×0.038×0.06=1.5×10-5,解得k=6.58×10-3,B正确;
C.根据盖斯定律,用总反应-①-③,整理可得第②步的反应方程式为,C错误;
D.3步中反应③为快反应,其活化能最小,D错误;
故合理选项是B。
13.盐酸羟胺()是一种无机物,可用作合成抗癌药,其化学性质类似。业上主要采用图1所示的方法制备。其电池装置中含Fe的催化电极反应机理如图2所示。不考虑溶液体积变化,下列说法正确的是
A.该装置能将电能转化为化学能,Pt电极为阳极
B.图2中,A为,B为
C.每制取0.1mol,有2.24L(标准状况)参与反应
D.正极电极反应为:
【答案】D
【分析】该装置是原电池装置,将化学能转化为电能,Fe电极,N元素化合价降低,做正极,Pt电极,H元素化合价升高,做负极,据此分析。
【详解】A.该装置是原电池装置,将化学能转化为电能,Fe电极,N元素化合价降低,做正极,Pt电极,H元素化合价升高,做负极,A错误;
B.根据题意可知,具有类似的弱碱性,可以和盐酸反应生成盐酸羟胺,所以缺少的一步为反应为:,图2中,A为,B为,B错误;
C.由负极区反应可知,,又因为正负极区得失电子应守恒,若要制取0.1mol的,则会转移0.3mol电子,因此可推知消耗0.15mol,标准状况体积为3.36L,C错误;
D.正极电极反应为:,D正确;
故选D。
14.25℃时,向10mL的溶液中通入氨气,测得溶液中的与之间的变化曲线如图所示,[已知:,,忽略反应过程中溶液体积的变化]。下列说法正确的是
A.a点溶液满足: B.b点溶液中无沉淀产生
C.c点溶液满足: D.的数量级是
【答案】C
【详解】A.由,a点溶液c(OH-)=10-3mol/L,c(Mg2+)=10-5.25mol/L,则,A错误;
B.直线上存在氢氧化镁的沉淀溶解平衡,由c点计算Ksp[Mg(OH)2]= c(Mg2+)∙c(OH-)2=1×10-5.25×(10-3)2=1×10-10.25,b点上,c(Mg2+)和c(OH-)都大于直线上的点,即Qc=1×10-3.25×(10-3)2=1×10-9.25> Ksp[Mg(OH)2],有Mg(OH)2沉淀产生,B错误;
C.c点溶液存在电荷守恒:2c(Mg2+)+c()+c(H+)=c(Cl-)+ c(OH-),c点c(OH-)=10-4mol/L,常温下,c(H+)
D.直线上存在氢氧化镁的沉淀溶解平衡,由c点计算Ksp[Mg(OH)2]= c(Mg2+)∙c(OH-)2=1×10-3.25×(10-4)2=1×10-11.25,数量级是10-12,D错误;
故选:C。
二、多选题
15.中国科学院化学研究所报道了化合物1催化氢化机理。其机理中化合物1(催化剂,固态)→化合物2(中间产物,固态)的过程和其相对能量曲线如下图所示。下列说法错误的是
A.化合物1与反应生成化合物2的过程中有两个过渡态、,说明这一过程包含两个基元反应
B.化合物是该过程的催化剂
C.该过程的决速步为过程②
D.过程①的热化学方程式为
【答案】BD
【详解】A.由相对能量曲线可知,化合物1与反应生成化合物2的过程中有两个过渡态、,说明这一过程包含两个基元反应,故A正确;
B.化合物是该过程的中间产物,故B错误;
C.过程①的活化能为,②的活化能为:,过程①的活化能低于过程②的活化能,过程②的反应速率更慢,为此过程的决速步骤,故C正确;
D.过程①的热化学方程式为: ,故D错误。
故选BD。
三、填空题
16.已知A、B、C、D、E、F是原子序数依次增大的前四周期元素。A元素原子中电子只有一种自旋取向;B元素原子最高能级的不同轨道都有电子,且自旋方向相同;C是地壳中含量最高的元素;D核外电子总数是最外层电子数的3倍;E元素只有一个不成对电子;F元素原子最外层只有一个电子,其次外层内的所有轨道的电子均成对。回答下列问题:
(1)六种元素中电负性最大的是______(填元素符号),B、C、D三种元素的第一电离能由大到小的顺序是______,其中D基态原子的核外电子排布式为______。
(2)E的基态原子最外层轨道表示式为______。E单质与湿润的反应可制备,其化学方程式为______。
(3)F元素有两种常见离子,化合价为+1和+2,从结构上分析F的基态离子中更稳定的是______,原因是______。
【答案】(1)
(2)
(3) 价层电子排布式,是全满状态, 价层电子排布式,是非全满状态;
【分析】由题意分析可知A、B、C、D、E、F分别是氢、氮、氧、磷、氯(钾、钪)、铜,由(2)可知D是氯。
【详解】(1)根据同主族电负性自上而下依次减小,同周期自左向右电负性依次增大,可知电负性最大的是氧元素;电离能同主族自上而下依次减小,同周期自左向右总趋势依次增大,但当出现最外层能级是半满或全满时比相邻元素的电离能都要大,B、C、D三种元素的第一电离能由大到小的顺序是;D基态原子的核外电子排布式为:,答案:,,;
(2)E的基态原子最外层轨道表示式为:,E单质与湿润的反应可制备,其化学方程式为,答案 : ,
(3)F元素有两种常见离子和 ,价层电子排布式,是全满状态, 价层电子排布式,是非全满状态,所以前者更稳定,答案 :,价层电子排布式,是全满状态, 价层电子排布式,是非全满状态;
17.、是两种常见钠的化合物,其水溶液都呈碱性。已知25℃,的电离常数,。
(1)溶液显碱性的理由是______。泡沫灭火器中存放的物质主要是和溶液,使用时,将两物质混合即可产生大量的气体,写出反应的离子方程式______。
(2)常温下,现有浓度均为的和溶液,两种溶液等体积混合后,溶液中离子浓度由大到小的顺序是______。
(3)常温下,向20.00mL溶液中逐滴滴加0.1mol/L盐酸,溶液中含碳元素的三种微粒、、(因逸出未画出)的物质的量分数随溶液pH变化的部分情况如图所示。
量取20.00mL溶液应选用的仪器是______(填“酸式滴定管”“碱式滴定管”或“量筒”),将量取的溶液注入锥形瓶中,滴入几滴酚酞作指示剂,用的标准盐酸进行滴定,滴定终点的现象是______。若消耗盐酸的体积为21.40mL,则______(结果保留四位有效数字)。
(4)如图为某实验测得溶液在升温过程中(不考虑水挥发)的pH变化曲线。下列说法正确的是______。
A.a点溶液的比c点溶液的小
B.a点时,
C.b点溶液中,
D.ab段,pH减小说明升温抑制了的水解
【答案】(1) 溶液中存在的水解和电离,的水解常数为=,因为<,所以溶液显碱性 3+Al3+=Al(OH)3↓+3CO2↑
(2)
(3) 碱式滴定管 滴入最后半滴标准溶液后,溶液由红色变为无色,且半分钟内不恢复 0.1070
(4)A
【详解】(1)溶液中存在的水解和电离,的水解常数为=,因为<,所以溶液显碱性; 和溶液混合发生双水解,产生大量的气体,其反应的离子方程式为3+Al3+=Al(OH)3↓+3CO2↑;
(2)浓度均为的和溶液,两种溶液等体积混合后,Na+的浓度最大,因为的水解程度大于的水解程度,因此,所以溶液中离子浓度由大到小的顺序是;
(3)溶液显碱性,应选用的仪器是碱式滴定管;溶液注入锥形瓶中,滴入几滴酚酞作指示剂后溶液为红色,用的标准盐酸进行滴定,滴定终点的现象是:滴入最后半滴标准溶液后,溶液由红色变为无色,且半分钟内不恢复;21.40mL盐酸的物质的量为,用酚酞作指示剂,滴定终点是NaHCO3,根据方程式Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl可知,的物质的量为2.140×10-3,;
(4)A.由题图可知a点、c点pH相同,升温时变大,所以增大,即a点溶液的比c点溶液的小,A正确;
B.a点NaHCO3溶液显碱性,故水解程度大于电离程度,即水解常数,而,即,可得,B错误;
C.b点溶液中,根据电荷守恒,此时溶液显碱性,故,C错误;
D.升温促进水解,故ab段pH减小不是升温抑制了的水解,D错误;
故答案为:A。
四、实验题
18.色度计是一种可测定溶液透光率的仪器,通常溶液颜色越深,透光率数值越小。硫酸铁溶液与KI溶液混合发生反应:,含的溶液一般呈黄色或棕黄色。甲、乙、丙三位同学为了探究反应的限度及物质的浓度、性质与平衡移动的关系,进行如下实验。
I.甲同学设计下列实验进行相关探究,实验如图所示。
溶液呈棕黄色,分成三份,进行实验②
(1)甲同学利用实验②中ⅰ和ⅱ证明溶液与KI溶液的反应存在限度,实验ⅰ中的现象是______,实验ⅱ中a是______溶液。
(2)用离子方程式表示实验②ⅲ中产生黄色沉淀的原因______。
II.乙同学利用色度计对溶液与KI溶液的反应再次探究。
序号
实验步骤1
实验步骤2.
实验③
将盛有2mL蒸馏水的比色皿放入色度计的槽孔中
向比色皿中逐滴滴入5滴(每滴约0.04mL)溶液,同时采集溶液的透光率数据
实验④
将盛有2mLKI溶液的比色皿放入色度计的槽孔中
同上
实验⑤
将盛有2mLKI溶液的比色皿放入色度计的槽孔中
同上
实验中溶液的透光率数据变化如图所示。
(3)乙同学实验③的目的是______。
(4)乙同学通过透光率变化推断溶液与KI溶液的反应存在限度。其相应的推理过程是______。
III.丙同学根据氧化还原反应的规律,用如图装置探究化学平衡移动与、浓度及还原性强弱的关系,操作过程如下:
(5)①K闭合时,电流计指针向右偏转,乙同学得出结论向正反应方向进行,b作______(填“正”或“负”)极,还原性。
②当指针归零后,向U型管右管滴加0.2mol/L溶液,电流计指针向左偏转,由此得出还原性______(填“>”或“<”)。
(6)综合甲、乙、丙三位同学的实验探究过程,得出的结论有反应“”存在限度,______。
【答案】(1) 溶液变红 淀粉
(2)Ag++I−=AgI↓
(3)排除实验④和实验⑤中Fe3+对溶液透光率的干扰
(4)溶液透光率不再随时间改变后,实验⑤的溶液透光率低于实验④的溶液透光率,说明实验④中虽然KI过量,但仍有未反应的Fe3+
(5) 正 >
(6)改变条件可使平衡移动,物质的氧化性与还原性强弱受浓度影响
【详解】(1)该反应的化学方程式为,实验①中,Fe3+和I-恰好完全反应,若该反应存在限度,Fe3+不能反应完全有剩余,则在实验ⅰ中,滴加KSCN溶液,Fe3+与SCN−形成配合物,可观察到溶液变红;Fe3+和I-反应有碘单质生成,加入到淀粉溶液,可观察到溶液变蓝,则实验ii中a是淀粉溶液;
(2)若反应存在反应限度,则还剩余I−,加入AgNO3溶液,形成黄色AgI沉淀,反应的离子方程式为Ag++I−=AgI↓;
(3)该探究实验是探究I−浓度对反应的影响,而透光率与溶液的颜色有关,故用实验③加蒸馏水,把Fe3+的浓度影响控制一致,与实验④、⑤对照,排除实验④和实验⑤中Fe3+对溶液透光率的干扰;
(4)分析实验④和⑤,溶液透光率不再随时间改变后,实验⑤的溶液透光率低于实验④的溶液透光率,说明实验④中虽然KI过量,但仍有未反应的Fe3+,可以说明该反应存在限度;
(5)①电流计指针向右偏转,说明b极Fe3+得到电子,作正极;
②电流计指针向左偏转,说明a极的I2得电子生成I−,由此得出还原性Fe2+>I−;
(6)甲同学实验是为了证明该反应存在限度,乙同学是探究浓度对物质的氧化性和还原性的影响,丙同学利用原电池原理探究化学平衡移动与、浓度及还原性强弱的关系,综合甲、乙、丙三位同学的实验探究过程,得出的结论有:2Fe3++2I-⇌2Fe2++I2存在限度,改变条件可使平衡移动,物质的氧化性与还原性强弱受浓度影响。
五、原理综合题
19.我国力争在2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。将二氧化碳资源化尤为重要。
(1)CO2可与H2制甲醇:在催化剂作用下,发生以下反应:
Ⅰ.
Ⅱ.
①则: △H=______。
若将等物质的量的CO和H2充入恒温恒容密闭容器中进行上述反应,下列事实能说明此反应已达到平衡状态的是______。
A.生成CH3OH的速率与生成H2的速率相等 B.CO和H2的物质的量之比为定值
C.混合气体的平均相对分子质量不变 D.容器内气体密度保持不变
E.CO的体积分数保持不变
②将CO2与H2充入装有催化剂的密闭容器中,发生反应Ⅰ和Ⅱ。CO2的转化率和CO、CH3OH的产率随反应温度的变化如图所示。由图判断合成CH3OH最适宜的温度是______。反应过程中CH3OH产率随温度升高先增大后减小,降低的主要原因是______。
(2)CO2可与NH3制尿素: △H=-87 kJ/mol。研究发现,合成尿素的反应分两步进行。
第1步:
第2步:
①一定条件下,向刚性容器中充入3 mol NH3和4 mol CO2,平衡时CO2的体积分数为60%,则平衡时NH3的转化率α(NH3)=______(保留一位小数),此条件下,第2步反应的Kp=a kPa,则反应的平衡常数Kp=______(kPa)-2。
②若要加快反应速率并提高NH3平衡转化率,可采取的措施有______(任写一条)。
【答案】(1) -90 kJ/mol BC 250℃ 反应Ⅰ的正反应是放热反应,升高温度化学平衡向吸热的逆反应方向移动,导致CH3OH产率减小,温度升高,催化剂的催化活性降低,也导致CH3OH的产率下降
(2) 66.7% 适当增大CO2浓度
【详解】(1)①已知:Ⅰ.
Ⅱ.
则根据盖斯定律,将Ⅰ-Ⅱ,整理可得 △H=-90 kJ/mol;
A.根据方程式可知:若反应达到平衡状态,存在反应产生2个H2,会同时产生1个CH3OH,现在生成CH3OH的速率与生成H2的速率相等,则H2的浓度减小,化学反应正向进行, 未达到平衡状态,A不符合题意;
B.开始加入若等物质的量的CO和H2,二者按1:2关系反应,随着反应的进行,若CO和H2的物质的量的比不断发生变化,若CO和H2的物质的量之比为定值,则反应达到平衡状态,B符合题意;
C.反应前后气体的质量不变,但气体的物质的量在发生改变,所以当混合气体的平均相对分子质量保持不变,说明反应达平衡状态,C符合题意;
D.反应前后气体质量和体积一直不变,所以气体密度一直不变,因此不能加成判断反应是否达到平衡状态,D不符合题意;
E.若将等物质的量的CO和H2充入恒温恒容密闭容器中进行上述反应,假设CO和H2的物质的量物质的量分别是a mol,CO的含量是50%,某时刻转化的CO的物质的量是x mol,则根据物质反应转化关系可知此时各种气体的物质的量n(CO)=(a-x) mol,n(H2)=(a-2x)mol,n(CH3OH)=x mol,则CO的含量为,可知CO的含量始终不变,因此不能据此判断反应是否达到平衡状态,E不符合题意;
故合理选项是BC;
②根据图示可知:反应温度在250℃时CH3OH产率最大,故CH3OH最适宜的温度是250℃;
将CO2与H2充入装有催化剂的密闭容器中,发生的反应Ⅰ的正反应是放热反应。温度升高,化学平衡逆向移动,导致CH3OH产率减小;任何催化剂的催化活性都有一定的温度范围,升高温度,催化剂的催化活性降低,导致CH3OH产率随温度升高而减小;
(2)①一定条件下,向刚性容器中充入3 mol NH3和4 mol CO2,发生反应:,假设反应消耗CO2的物质的量是x mol,则反应消耗NH3的物质的量是2x mol,平衡时CO2的物质的量n(CO2)=(4-x) mol,n(NH3)=(3-2x)mol,n(H2O)=x mol,气体的物质的量分数与其体积分数相同,由于平衡时CO2的体积分数为60%,则,解得x=1.0 mol,所以平衡时NH3的转化率α(NH3)=;
平衡时n(NH3)=(3-2x)mol=(3-2×1.0) mol=1.0 mol,n(CO2)=(4-x) mol=(4-1.0) mol=3.0 mol,n(H2O)=1.0 mol,n(总)=5.0 mol。第2步反应化学平衡常数Kp=p(H2O)==a kPa,则p总=5a kPa;p(NH3)=;
p(CO2)= ,所以总反应的化学平衡常数Kp=;
②反应 △H=-87 kJ/mol的正反应是气体体积减小的放热反应,结合化学反应速率及化学平衡移动的影响因素,可知要加快反应速率并提高NH3平衡转化率,可采取的措施有适当增大CO2浓度。
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