2020届二轮复习 化学反应原理综合 作业（江苏专用） 练习

化学反应原理综合

1．(2019·泰州一模)将甘油(C3H8O3)转化成高附加值产品是当前热点研究方向，甘油和水蒸气经催化重整可制得氢气，反应主要过程如下：

反应Ⅰ：C3H8O3(l)＋3H2O(g)3CO2(g)＋7H2(g)　ΔH1

反应Ⅱ：2C3H8O3(l)＋3O2(g)6CO2(g)＋8H2(g)

ΔH2＝a kJ·mol－1

反应Ⅲ： 2H2(g)＋O2(g)2H2O(g)

ΔH3＝b kJ·mol－1

(1)ΔH1＝__________。

(2)酸性条件下，甘油可在纳米TiO2Pt复合膜阳极上转化为甘油醛(C3H6O3)，该电极反应式为________________________________。

(3)硝化甘油(C3H5O9N3)是治疗心绞痛的速效药，也可用作开采矿物的炸药。

①硝化甘油能治疗心绞痛的原理是在人体中释放NO，实验室中也可通过干法制备NO，方程式为3KNO2＋KNO3＋Cr2O32K2CrO4＋4NO↑。若有1 mol NO生成，则被KNO3氧化的Cr2O3的物质的量为______ mol。

②硝化甘油爆炸时会彻底分解为N2、O2、CO2和H2O，反应的化学方程式为________________________________________________________________。

(4)①反应Ⅰ制备H2时的副产物很多，主要有CH4、C2H4等，生产过程中必须采取措施抑制副产物产生，目的是____________________________________________。

②为了有效提高反应Ⅰ氢气的产率，研究人员还采用CaO吸附增强制氢的方法。如图1所示，请分析加入CaO提高氢气产率的原因_____________________________。

(5)高效的催化剂是这种制氢方法能大规模应用的重要因素。图2为三种不同催化剂在一段时间内与甘油转化率的关系，则Ni/SiC催化剂的优点是__________________________。

解析：(1)根据盖斯定律，反应Ⅰ＝，故 ΔH1＝(a－3b) kJ·mol－1。

(2)甘油在阳极上转化为甘油醛(C3H6O3)，C3H8O3中C的平均价态为－价，C3H6O3中C的平均价态为0价，所以由C3H8O3→C3H6O3,1 mol C3H8O3失去 mol×3＝2 mol e－，则在酸性介质中该电极反应式为C3H8O3－2e－===C3H6O3＋2H＋。

(3)①根据反应3KNO2＋KNO3＋Cr2O32K2CrO4＋4NO↑。1 mol KNO3被还原生成1 mol NO得到3 mol e－，1 mol Cr2O3被氧化生成2 mol K2CrO4失去6 mol e－，即每1 mol KNO3 参加反应生成4 mol NO，有 mol Cr2O3被氧化，得关系式8NO→Cr2O3，则若有1 mol NO生成，则被KNO3氧化的Cr2O3的物质的量为 mol＝0.125 mol。

②硝化甘油爆炸时会彻底分解为N2、O2、CO2和H2O，根据化合价升降守恒和原子守恒配平，得反应的化学方程式为4C3H5O9N36N2↑＋O2↑＋12CO2↑＋10H2O。

(4) ①反应Ⅰ制备H2时的副产物很多，主要有CH4、C2H4等，生产过程中必须采取措施抑制副产物产生，目的是提高氢气的产率或使甘油和水分子中氢原子尽可能转化为氢气。②由图1可知，加入CaO后，CO2物质的量迅速减少被消耗，H2物质的量不断增多，从而提高了氢气产率。

(5)图2中三种不同催化剂，Ni/SiC这种催化剂甘油的转化率大，且转化率长时间稳定在较高水平，说明其催化效率高。则Ni/SiC催化剂的优点是催化剂效率高，稳定性高或催化剂寿命长。

答案：(1)(a－3b) kJ·mol－1

(2)C3H8O3－2e－===C3H6O3＋2H＋

(3)①0.125

②4C3H5O9N36N2↑＋O2↑＋12CO2↑＋10H2O

(4)①提高氢气的产率或使甘油和水分子中氢原子尽可能转化为氢气(合理即可)

②CaO消耗CO2，降低CO2的浓度，促使平衡正向移动，提高H2产率

(5)催化剂效率高，稳定性高或催化剂寿命长(合理即可)

2．以铜为原料可制备应用广泛的氧化亚铜。

(1)向CuCl2溶液中通入SO2可得到CuCl固体，此反应的离子方程式为________________________________________________________________________。

由CuCl水解再热分解可得到纳米Cu2O。CuCl的水解反应为CuCl(s)＋H2O(l)CuOH(s)＋Cl－(aq)＋H＋(aq)。该反应的平衡常数K与此温度下KW、Ksp(CuOH)、Ksp(CuCl)的关系为K＝________。

(2)Cu2O与ZnO组成的催化剂可用于工业上合成甲醇：

CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)　ΔH＝a kJ·mol－1。

按n(H2)/n(CO)＝2投料比将H2与CO充入V L恒容密闭容器中，在一定条件下发生反应，测定CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。

①图中压强p1、p2、p3由大到小的关系是_______________________________________；

②起始时，c(H2)＝0.20 mol·L－1，c(CO)＝0.10 mol·L－1。在P3及T1 ℃下反应达到平衡，此时反应的平衡常数为________。

解析：(1)向CuCl2溶液中通入SO2可得到CuCl固体，Cu2＋被还原，则SO2被氧化，在溶液中生成SO，根据氧化还原反应的配平原则配平，此反应的离子方程式为2Cu2＋＋SO2＋2Cl－＋2H2O===2CuCl↓＋SO＋4H＋。CuCl(s)＋H2O(l)CuOH(s)＋Cl－(aq)＋H＋(aq)，此反应的平衡常数K＝c(H＋)·c(Cl－)＝·＝。

(2)①相同温度下，压强越大，有利于平衡向正反应方向移动，CO的平衡转化率越大，则p1>p2>p3。

②由反应　　     CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)　ΔH＝a kJ·mol－1

起始/(mol·L－1)      0.10　  0.20　　　0

变化/(mol·L－1)   0.10×40%  0.08    0.04

平衡/(mol·L－1)   0.06        0.12    0.04

此时反应的平衡常数K＝≈46.3。

答案：(1)2Cu2＋＋SO2＋2Cl－＋2H2O===2CuCl↓＋SO＋4H＋　

(2)①p1>p2>p3　②46.3

3．氨氮是水体中氮的主要形态之一，氨氮含量过高对水中生物会构成安全威胁。

(1)一定条件下，水中的氨氮可以转化为氮气而除去。

已知：2NH(aq)＋3O2(g)===2NO(aq)＋2H2O(l)＋4H＋(aq)　ΔH＝a kJ·mol－1

2NO(aq)＋O2(g)===2NO(aq)　ΔH＝b kJ·mol－1

5NH(aq)＋3NO(aq)===4N2(g)＋9H2O(l)＋2H＋(aq)ΔH＝c kJ·mol－1

则4NH(aq)＋3O2(g)===2N2(g)＋6H2O(l)＋4H＋(aq)　ΔH＝________ kJ·mol－1。

(2)实验室用电解法模拟处理氨氮废水。电解时，不同氯离子浓度对溶液中剩余氨氮浓度的影响如图1所示。增大氯离子浓度可使氨氮去除率________(填“增大”“减小”或“不变”)，其主要原因可能是___________________________________。

(3)化学沉淀法是一种处理高浓度氨氮废水的有效方法。通过加入MgCl2和Na2HPO4将NH转化为MgNH4PO4·6H2O沉淀(Ksp＝2.5×10－13)去除。25 ℃时，在氨氮初始质量浓度400 mg·L－1，n(Mg)∶n(P)∶n(N)＝1∶1∶1的条件下，溶液pH对氨氮去除率及剩余氨氮浓度和总磷浓度的影响如图2所示。

①反应生成MgNH4PO4·6H2O的离子方程式为___________________________。

②该实验条件下，控制溶液的适宜pH范围为________；当pH范围在9～11时，溶液中总磷浓度随pH增大而增大的主要原因是(用离子方程式表示)______________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)将已知三个热化学方程式依次编号①、②、③，根据盖斯定律，由(①×3＋②×3＋③×2)/4得到4NH(aq)＋3O2(g)===2N2(g)＋6H2O(l)＋4H＋(aq)，则ΔH＝(3a＋3b＋2c)kJ·mol－1。

(2)由题图1可知：增大氯离子浓度，相同时间内剩余氨氮浓度越小，即可使氨氮去除率增大；其主要原因可能是阳极生成的Cl2能够将NH氧化为氮气(或NO)而除去。

(3)①反应的离子方程式为Mg2＋＋HPO＋NH＋6H2O===MgNH4PO4·6H2O↓＋H＋；

②由题图2可知：pH在8.5～9.5之间，剩余氨氮浓度和总磷浓度较低，而氨氮去除率却较高，故控制溶液的适宜pH范围为8.5～9.5；当pH范围在9～11时，MgNH4PO4·6H2O沉淀溶解，生成PO，则溶液中总磷浓度随pH增大而增大的主要原因是MgNH4PO4＋2OH－===Mg(OH)2＋NH＋PO或MgNH4PO4＋3OH－===Mg(OH)2＋NH3·H2O＋PO。

答案：(1)(3a＋3b＋2c)

(2)增大　阳极生成的Cl2能够将NH氧化为氮气(或NO)而除去

(3)①HPO＋Mg2＋＋NH＋6H2O===MgNH4PO4·6H2O↓＋H＋

②8.5～9.5　MgNH4PO4＋2OH－===Mg(OH)2＋NH＋PO或MgNH4PO4＋3OH－===Mg(OH)2＋NH3·H2O＋PO

4．大气污染物的有效去除和资源的充分利用是化学造福人类的重要研究课题。

(1)汽车尾气中的CO、NOx、碳氢化合物是大气污染物。

①使用稀土等催化剂能将CO、NO转化成无毒物质。

已知：N2(g)＋O2(g)===2NO(g)ΔH1＝＋180.5 kJ·mol－1

2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH2＝－221 kJ·mol－1

C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH3＝－393.5 kJ·mol－1

写出NO(g)与CO(g)催化转化成N2(g)和CO2(g)的热化学方程式：________________________________________________________________________。

②醛类、O3、PAN(过氧硝酸乙酰)等污染物气体和颗粒物所形成的烟雾称为光化学烟雾。某研究性学习小组为模拟光化学烟雾的形成，用紫外线照射装在密闭容器内的被污染空气样品，所得物质的浓度随时间的变化如图1所示。请你根据光化学烟雾的形成原理，对减少光化学烟雾的发生提出一个合理建议：____________________________________________。

(2)利用NH3催化还原氮氧化物(SCR技术)是目前应用广泛的烟气脱硝技术。

①SCR技术的主要化学反应之一是2NH3(g)＋NO(g)＋NO2(g)2N2(g)＋3H2O(g)　ΔH，则该反应的化学平衡常数表达式K＝________。该反应的平衡常数K随温度T的升高而减小，则该反应的ΔH__________0(填“>”“<”或“＝”)。

②SCR技术的另一主要反应为4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g)4N2(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 627.2 kJ·mol－1。NO和NH3在有氧条件及Ag2O催化作用下，当反应温度升高到550～700 ℃，NO转化率明显下降，NO2产率明显上升(见图2)的可能原因是_________________。(用化学方程式表达)

(3)目前，科学家还在研究一种以乙烯作为还原剂的脱硝(NO)原理，其脱硝机理示意图如图3，脱硝率与温度、负载率(分子筛中催化剂的质量分数)的关系如图4所示。

①写出该脱硝原理总反应的化学方程式________________________________________

________________________________________________________________________。

②为达到最佳脱硝效果，应选择的条件是____________________________________。

解析：(1)①将已知三个热化学方程式依次编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，根据盖斯定律得Ⅲ×2－(Ⅰ＋Ⅱ)即2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝－746.5 kJ·mol－1。

②减少机动车有害尾气的排放等其他合理建议。

(2)①由已知反应的化学方程式可知化学平衡常数表达式K＝。

②由题意得该反应为4NH3＋7O24NO2＋6H2O。

(3)①分析图3，Cu＋是催化剂，Cu＋(O2)、Cu＋(NO2)是中间产物，反应物是NO、O2和C2H4，产物是CO2、H2O和N2。在Cu＋表面上发生的反应为2NO＋O22NO2、2C2H4＋6NO24CO2＋4H2O＋3N2，则该脱硝原理总反应的化学方程式为6NO＋3O2＋2C2H43N2＋4CO2＋4H2O。

②分析图4，在约350 ℃、负载率3.0%时脱硝率最大，达到最佳脱硝效果。

答案：(1)①2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)ΔH＝－746.5 kJ·mol－1

②减少机动车有害尾气的排放

(2)①　<

②4NH3＋7O24NO2＋6H2O

(3)①6NO＋3O2＋2C2H43N2＋4CO2＋4H2O

②约为350 ℃、负载率3.0%

5．采用科学技术减少氮氧化物、SO2等物质的排放，可促进社会主义生态文明建设。

(1)采用“联合脱硫脱氮技术”处理烟气(含CO2、SO2、NO)可获得含CaCO3、CaSO4、Ca(NO2)2的副产品，工业流程如图1所示。

①反应釜Ⅰ采用“气—液逆流”接触吸收法(如图2)，其优点是___________________。

②反应釜Ⅱ中CaSO3转化为CaSO4的化学反应方程式为______________________。

(2)为研究“CO还原SO2”的新技术，在反应器中加入0.10 mol SO2，改变加入CO的物质的量，反应后体系中产物随CO的变化如图3所示。其中产物Y的化学式是__________。

(3)O2/CO2燃烧技术是指化石燃料在O2和CO2的混合气体中燃烧，通过该燃烧技术可收集到高纯度的CO2。

①与在空气中燃烧相比，利用O2/CO2燃烧技术时，烟气中NOx的排放量明显降低，其主要原因是_______________________________________________________________

________________________________________________________________________。

②利用太阳能可实现反应：2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)，该反应能自发进行的原因是______________________。

③700 ℃时，以Ni­MgO—Al2O3作催化剂，向2 L密闭容器中通入CO2和CH4各3 mol，发生反应：CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g)。当反应达平衡时测得CO的体积分数为40%，则CO2的转化率为__________。

④CO2在新型钴基电催化剂作用下，转化为清洁燃料—甲酸。其工作原理如图4所示，写出生成甲酸的电极反应式：

________________________________________________________________________。

解析：(1)①反应釜Ⅰ采用“气—液逆流”接触吸收法，其优点是使气体和石灰乳充分接触，提高气体的吸收效率；②CaSO3转化为CaSO4的化学反应方程式为2NO2＋CaSO3＋Ca(OH)2===CaSO4＋Ca(NO2)2＋H2O。

(2)分析题图3知，0.10 mol SO2消耗0.20 mol CO，生成0.05 mol Y和0.20 mol X，则得到反应：2SO2＋4CO===Y＋4X，根据质量守恒定律，反应前后原子的种类和数目都不变，产物X、Y的化学式分别是CO2、S2。

(3)①其主要原因是CO2代替了N2，减少了N2与O2反应。

②反应2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)的ΔH>0，则该反应能自发进行的原因是ΔS>0。

③设达到平衡时CO2的变化浓度为x mol·L－1，可知三段式为

　　　　   CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g)

初始浓度/

(mol·L－1)　 1.5　　　1.5　　　　0　　　　0

变化浓度/

(mol·L－1)   x        x         2x       2x

平衡浓度/

(mol·L－1)  1.5－x  1.5－x       2x       2x

当反应达平衡时测得CO的体积分数为40%，即

×100%＝40%，解得x＝1

则CO2的转化率为×100%≈66.7%。

④由题图4知，CO2在阴极得到电子生成甲酸。则生成甲酸的电极反应式为CO2＋2e－＋H2O===HCOOH＋O2－。

答案：(1)①使气体和石灰乳充分接触，提高气体的吸收效率

②2NO2＋CaSO3＋Ca(OH)2===CaSO4＋Ca(NO2)2＋H2O

(2)S2

(3)①CO2代替了N2，减少了N2与O2反应　②ΔS>0

③66.7%　④CO2＋2e－＋H2O===HCOOH＋O2－