2022高考化学一轮复习专练44化学反应原理综合题含解析

专练44　化学反应原理综合题

1．[2021·湖南卷]氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面两种方法由氨气得到氢气。

方法Ⅰ.氨热分解法制氢气

相关化学键的键能数据

在一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题：

(1)反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)　ΔH＝________kJ·mol－1；

(2)已知该反应的ΔS＝198.9J·mol－1·K－1，在下列哪些温度下反应能自发进行？________(填标号)；

A．25℃  B．125℃

C．225℃  D．325℃

(3)某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下，将0.1molNH3通入3L的密闭容器中进行反应(此时容器内总压为200kPa)，各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。

①若保持容器容积不变，t1时反应达到平衡，用H2的浓度变化表示0～t1时间内的反应速率v(H2)＝________mol·L－1·min－1(用含t1的代数式表示)；

②t2时将容器容积迅速缩小至原来的一半并保持不变，图中能正确表示压缩后N2分压变化趋势的曲线是________(用图中a、b、c、d表示)，理由是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________；

③在该温度下，反应的标准平衡常数K⊖＝________[已知：分压＝总压×该组分物质的量分数，对于反应dD(g)＋eE(g)gG(g)＋hH(g)　K⊖＝，其中p⊖＝100kPa，pG、pH、pD、pE为各组分的平衡分压]。

方法Ⅱ.氨电解法制氢气

利用电解原理，将氨转化为高纯氢气，其装置如图所示。

(4)电解过程中OH－的移动方向为____________(填“从左往右”或“从右往左”)；

(5)阳极的电极反应式为___________________________________________________。

2．[2020·全国卷Ⅰ]硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：SO2(g)＋O2(g)SO3(g)　ΔH＝－98kJ·mol－1。回答下列问题：

(1)钒催化剂参与反应的能量变化如图(a)所示，V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为______________________________________________________。

(2)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa压强下，SO2平衡转化率α随温度的变化如图(b)所示。反应在5.0MPa、550℃时的α＝________，判断的依据是__________________________________。影响α的因素有________________。

(3)将组成(物质的量分数)为2m%SO2(g)、m%O2(g)和q%N2(g)的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时，若SO2转化率为α，则SO3压强为________，平衡常数Kp＝________ (以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。

(4)研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为：

v＝k0.8(1－nα′)

式中：k为反应速率常数，随温度t升高而增大；α为SO2平衡转化率，α′为某时刻SO2转化率，n为常数。在α′＝0.90时，将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程，得到v～t曲线，如图(c)所示。

曲线上v最大值所对应温度称为该α′下反应的最适宜温度tm。t<tm时，v逐渐提高；t>tm后，v逐渐下降。原因是_______________________________________________________

________________________________________________________________________。

3．NOx(主要指NO和NO2)是大气主要污染物之一。有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。

(1)用水吸收NOx的相关热化学方程式如下：

2NO2(g)＋H2O(l)===HNO3(aq)＋HNO2(aq)

ΔH＝－116.1kJ·mol－1

3HNO2(aq)===HNO3(aq)＋2NO(g)＋H2O(l)

ΔH＝＋75.9kJ·mol－1

反应3NO2(g)＋H2O(l)===2HNO3(aq)＋NO(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。

(2)用稀硝酸吸收NOx，得到HNO3和HNO2的混合溶液，电解该混合溶液可获得较浓的硝酸。写出电解时阳极的电极反应式：_____________________________________________。

(3)用酸性(NH2)2CO水溶液吸收NOx，吸收过程中存在HNO2与(NH2)2CO生成N2和CO2的反应。写出该反应的化学方程式：______________________________________________。

(4)在有氧条件下，新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2。

①NH3与NO2生成N2的反应中，当生成1molN2时，转移的电子数为________mol。

②将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体，匀速通入装有催化剂M的反应器中反应(装置见图1)。

反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图2所示，在50～250℃范围内随着温度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是__________________；当反应温度高于380℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是________________。

4．[2021·河北卷]当今，世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点，因此，研发二氧化碳利用技术、降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。

(1)大气中的二氧化碳主要来自煤、石油及其他含碳化合物的燃烧。已知25℃时，相关物质的燃烧热数据如下表：

则25℃时H2(g)和C(石墨，s)生成C6H6(l)的热化学方程式为________________________。

(2)雨水中含有来自大气的CO2，溶于水中的CO2进一步和水反应，发生电离：

①CO2(g)CO2(aq)

②CO2(aq)＋H2O(l)H＋(aq)＋HCO(aq)

25℃时，反应②的平衡常数为K2。

溶液中CO2的浓度与其在空气中的分压成正比(分压＝总压×物质的量分数)，比例系数为ymol·L－1·kPa－1，当大气压强为pkPa，大气中CO2(g)的物质的量分数为x时，溶液中H＋浓度为________mol·L－1(写出表达式，考虑水的电离，忽略HCO的电离)。

(3)105℃时，将足量的某碳酸氢盐(MHCO3)固体置于真空恒容容器中，存在如下平衡：

2MHCO3(s)M2CO3(s)＋H2O(g)＋CO2(g)

上述反应达平衡时体系的总压为46kPa。

保持温度不变，开始时在体系中先通入一定量的CO2(g)，再加入足量MHCO3(s)，欲使平衡时体系中水蒸气的分压小于5kPa，CO2(g)的初始压强应大于________kPa。

(4)我国科学家研究Li－CO2电池，取得了重大科研成果。回答下列问题：

①Li－CO2电池中，Li为单质锂片，则该电池中的CO2在________(填“正”或“负”)极发生电化学反应。研究表明，该电池反应产物为碳酸锂和单质碳，且CO2电还原后与锂离子结合形成碳酸锂按以下4个步骤进行，写出步骤Ⅲ的离子方程式。

Ⅰ.2CO2＋2e－===C2O

Ⅱ.C2O===CO2＋CO

Ⅲ.________________________

Ⅳ.CO＋2Li＋===Li2CO3

②研究表明，在电解质水溶液中，CO2气体可被电化学还原。

Ⅰ.CO2在碱性介质中电还原为正丙醇(CH3CH2CH2OH)的电极反应方程式为________________________。

Ⅱ.在电解质水溶液中，三种不同催化剂(a、b、c)上CO2电还原为CO的反应进程中(H＋电还原为H2的反应可同时发生)，相对能量变化如图。由此判断，CO2电还原为CO从易到难的顺序为__________(用a、b、c字母排序)。

5．[2020·全国卷Ⅱ]化学工业为疫情防控提供了强有力的物质支撑。氯的许多化合物既是重要化工原料，又是高效、广谱的灭菌消毒剂。回答下列问题：

(1)氯气是制备系列含氯化合物的主要原料，可采用如图(a)所示的装置来制取。装置中的离子膜只允许________离子通过，氯气的逸出口是__________(填标号)。

(2)次氯酸为一元弱酸，具有漂白和杀菌作用，其电离平衡体系中各成分的组成分数δ[δ(X)＝，X为HClO或ClO－]与pH的关系如图(b)所示。HClO的电离常数Ka值为________。

(3)Cl2O为淡棕黄色气体，是次氯酸的酸酐，可由新制的HgO和Cl2反应来制备，该反应为歧化反应(氧化剂和还原剂为同一种物质的反应)。上述制备Cl2O的化学方程式为________________________________________________________________________。

(4)ClO2常温下为黄色气体，易溶于水，其水溶液是一种广谱杀菌剂。一种有效成分为NaClO2、NaHSO4、NaHCO3的“二氧化氯泡腾片”，能快速溶于水，溢出大量气泡，得到ClO2溶液。上述过程中，生成ClO2的反应属于歧化反应，每生成1molClO2消耗NaClO2的量为________mol；产生“气泡”的化学方程式为________________________________________________________________________。

(5)“84消毒液”的有效成分为NaClO，不可与酸性清洁剂混用的原因是________________________(用离子方程式表示)。工业上是将氯气通入到30%的NaOH溶液中来制备NaClO溶液，若NaClO溶液中NaOH的质量分数为1%，则生产1000kg该溶液需消耗氯气的质量为________kg(保留整数)。

专练44　化学反应原理综合题

1．(1)＋90.8

(2)CD

(3)①　②b　容积迅速缩小至原来的一半时，N2分压变为原来的2倍；其他条件不变时，容器容积减小，压强增大，平衡向气体体积减小的方向移动，该平衡逆向移动，所以N2分压先变为原来的2倍，后逐渐减小　③0.48

(4)从右往左

(5)2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O

解析：(1)ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和，根据热化学方程式以及表格中数据可得ΔH＝390.8kJ·mol－1×3×2－(946kJ·mol－1＋436.0kJ·mol－1×3)＝＋90.8kJ·mol－1。(2)若反应能自发进行，则ΔG＝ΔH－TΔS<0，代入数据，ΔG＝ΔH－TΔS＝90.8×103J·mol－1－T×198.9J·mol－1·K－1<0，则T>456.5K，转化成摄氏温度，则T>183.5℃，故选C、D。(3)①设0～t1时间内生成的氮气为xmol，列“三段式”：

　　　　　2NH3N2＋3H2

起始量/mol0.100

变化量/mol2xx3x

平衡量/mol0.1－2xx3x

由题图可知t1时，氨气和氢气的平衡分压相等，根据压强之比等于物质的量之比，所以n(NH3)＝n(H2)，则3x＝0.1－2x，解得x＝0.02，所以v(H2)＝＝mol·L－1·min－1。②t2时将容器容积迅速缩小至原来的一半，N2分压变为原来的2倍；其他条件不变时，容器容积减小，压强增大，平衡向气体体积减小的方向移动，即该平衡逆向移动，所以N2分压先变为原来的2倍，后逐渐减小，故选b。③由题图可知，t1时，反应达到平衡状态，且p(NH3)＝p(H2)＝1.2×100kPa，p(N2)＝0.4×100kPa，则K⊖＝＝＝0.48。(4)根据反应物以及两极产物，可以看出产生氢气的一极氢元素的化合价变化为＋1→0，发生还原反应，应为阴极，产生氮气的一极氮元素的化合价变化为－3→0，发生氧化反应，应为阳极。电解池中，阴离子向阳极移动，所以电解过程中OH－的移动方向为从右往左。(5)阳极上NH3变为N2，溶液环境为碱性，所以阳极的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O。

2．(1)2V2O5(s)＋2SO2(g)===2VOSO4(s)＋V2O4(s)　ΔH＝－351kJ·mol－1

(2)0.975　该反应气体分子数减少，增大压强，α提高。5.0MPa>2.5MPa＝p2，所以p1＝5.0MPa　温度、压强和反应物的起始浓度(组成)

(3)p　

(4)升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。t<tm时，k增大对v的提高大于α引起的降低；t>tm后，k增大对v的提高小于α引起的降低

解析：(1)V2O5和SO2反应生成VOSO4和V2O4的化学方程式为2V2O5＋2SO2===2VOSO4＋V2O4。由题图(a)可得以下两个热化学方程式：①V2O4(s)＋2SO3(g)===2VOSO4(s)　ΔH1＝－399kJ·mol－1，②V2O4(s)＋SO3(g)===V2O5(s)＋SO2(g)　ΔH2＝－24kJ·mol－1，将①－2×②可得：2V2O5(s)＋2SO2(g)===2VOSO4(s)＋V2O4(s)　ΔH＝－351kJ·mol－1。

(2)该反应的正反应是气体分子数减少的反应，压强增大，平衡正向移动，SO2的平衡转化率变大，故在相同温度下，压强越大，SO2的平衡转化率越高，则p1＝5.0MPa，由题图可知在550℃、5.0MPa时，α＝0.975；由该反应的正反应是气体分子数减少的放热反应可知，影响α的因素有压强、温度和反应物的起始浓度等。

(3)设充入气体的总物质的量为100mol，则SO2为2mmol，O2为mmol，N2为(100－3m) mol，SO2的转化率为α，列三段式为：

　　　　　SO2(g)　＋　O2(g)SO3(g)

n(起始)/mol　2m　　　　　m　　　0

n(转化)/mol2mαmα2mα

n(平衡)/mol2m－2mαm－mα2mα

故平衡时容器中的气体的总物质的量为(2m－2mα＋m－mα＋2mα＋100－3m)mol＝(100－mα)mol。各物质的分压分别为p(SO2)＝p，p(O2)＝p，p(SO3)＝p，故Kp＝＝。

(4)由反应的速率方程可知，当α′＝0.90时，(1－nα′)是常数，温度大于tm后，温度升高，k增大，而v逐渐下降，原因是SO2(g)＋O2(g)SO3(g)是放热反应，升高温度时平衡逆向移动，α减小，0.8减小，k增大对v的提高小于α引起的降低。

3．(1)－136.2

(2) HNO2－2e－＋H2O===3H＋＋NO

(3)2HNO2＋(NH2)2CO===2N2↑＋CO2↑＋3H2O

(4)①　②迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大，上升缓慢段主要是温度升高引起NOx去除反应速率增大但催化剂活性下降　NH3与O2反应生成了NO

解析：(1)第一个方程式编号为①，第二个方程式编号为②，应用盖斯定律，将(①×3＋②)÷2即可。

(2)根据电解原理，阳极发生失电子的氧化反应，阳极反应为HNO2失去电子生成HNO3。

(3)HNO2与(NH2)2CO反应生成N2和CO2，根据得失电子守恒和原子守恒写出方程式。

(4)①NH3与NO2的反应为8NH3＋6NO27N2＋12H2O，该反应中NH3中－3价的N升至0价，NO2中＋4价的N降至0价，生成7molN2转移24mol电子。

②在50～250℃范围内，NOx的去除率迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大；上升缓慢段主要是温度升高引起NOx去除反应速率增大，温度升高催化剂活性下降。反应温度高于380℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是NH3与O2反应生成了NO，反应的化学方程式为4NH3＋5O24NO＋6H2O。

4．(1)3H2(g)＋6C(石墨，s)===C6H6(l)　ΔH＝＋49.1kJ·mol－1

(2)

(3)100.8

(4)①正　2CO＋CO2===2CO＋C　②Ⅰ.3CO2＋18e－＋13H2O===CH3CH2CH2OH＋18OH－　Ⅱ.cab

解析：(1)由题给燃烧热数据可得，①H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH1＝－285.8kJ·mol－1，②C(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－393.5kJ·mol－1，③C6H6(l)＋O2(g)===6CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH3＝－3267.5kJ·mol－1，根据盖斯定律，目标方程式可由3×①＋6×②－③得到，其ΔH＝(－285.8kJ·mol－1)×3＋(－393.5kJ·mol－1)×6－(－3267.5kJ·mol－1)＝＋49.1kJ·mol－1，故H2(g)与C(石墨，s)生成C6H6(l)的热化学方程式为3H2(g)＋6C(石墨，s)===C6H6(l)　ΔH＝＋49.1kJ·mol－1。(2)由于溶液中CO2的浓度与其在空气中的分压成正比，比例系数为ymol·L－1·kPa－1，因此当大气压强为pkPa，大气中CO2(g)的物质的量分数为x时，溶液中CO2(aq)浓度为ypxmol·L－1。设溶液中H＋浓度为amol·L－1，由反应②CO2(aq)＋H2O(l)===H＋(aq)＋HCO(aq)，可得c(HCO)＝c(H＋)＝amol·L－1，c[CO2(aq)]＝ypxmol·L－1，则K2＝，解得a＝。(3)平衡体系总压为46kPa，则由2MHCO3(s)M2CO3(s)＋H2O(g)＋CO2(g)可得p(H2O)＝p(CO2)＝23kPa，Kp＝23×23。若保持温度不变，设开始先通入CO2的压强为xkPa，平衡时水蒸气分压为5kPa时，可列“三段式”：

2MHCO3(s)M2CO3(s)＋H2O(g)＋CO2(g)

起始/kPa　　　　　　　　　　0　　　x

转化/kPa　　　　　　　　　　5　　　5

平衡/kPa　　　　　　　　　　5　　　5＋x

Kp＝23×23＝5×(5＋x)，解得x＝100.8，故为使平衡时水蒸气分压小于5kPa，CO2(g)初始压强应大于100.8kPa。(4)Li－CO2电池的总反应式为4Li＋3CO2===2Li2CO3＋C。①电池中，锂为负极，CO2在正极发生电化学反应，由电池总反应式可得正极反应为3CO2＋4e－＋4Li＋===2Li2CO3＋C；结合步骤Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ，可得步骤Ⅲ的离子方程式为2CO＋CO2===2CO＋C。②Ⅰ.介质呈碱性，应用OH－配平，CO2在碱性介质中电还原为正丙醇，电极反应方程式为3CO2＋18e－＋13H2O===CH3CH2CH2OH＋18OH－。Ⅱ.最大能叠越小，反应越容易发生，结合题图(a)知CO2电还原为CO从易到难的顺序为cab。

5．(1)Na＋　a　(2)10－7.5

(3)2Cl2＋HgO===HgCl2＋Cl2O

(4)1.25　NaHCO3＋NaHSO4===CO2↑＋Na2SO4＋H2O

(5)ClO－＋Cl－＋2H＋===Cl2↑＋H2O　203

解析：(1)阳极发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2从a口逸出；阳极室排出淡盐水，故Na＋透过离子膜进入阴极室。

(2)Ka(HClO)＝，由图(b)可知c(HClO)＝c(ClO－)时，溶液pH＝7.5，故Ka(HClO)＝10－7.5。(3)HgO与Cl2的反应为歧化反应，Cl2既是氧化剂又是还原剂，汞元素与氧元素化合价不变，故HgO与Cl2反应生成Cl2O的同时还生成HgCl2，依据得失电子守恒可知，生成HgCl2与Cl2O的物质的量之比为1:1。(4)由题意可知NaClO2生成ClO2的反应为歧化反应，故，依据得失电子守恒可得，生成ClO2与NaCl的物质的量之比为4:1，依据氯原子守恒可得，NaClO2与ClO2的物质的量之比为5:4，每生成1molClO2消耗NaClO2的量为1.25mol；ClO2易溶于水，故“气泡”的成分只能是CO2，NaHSO4与NaHCO3反应生成Na2SO4、H2O和CO2。(5)酸性条件下ClO－与Cl－可发生氧化还原反应生成Cl2和H2O；设反应前NaOH溶液的质量为akg，消耗氯气的质量为xkg，则x＋a＝1000；反应消耗NaOH的质量为(0.3a－1000×1%) kg＝(0.3a－10)kg，由化学方程式Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O可知：＝，与x＋a＝1000联立可求出x≈203。