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化学反应原理综合应用1.(2017·吉林长春七校联考)研究和深度开发二氧化碳的应用对发展低碳经济,构建生态文明社会具有重要的意义。CO2与H2在一定条件下反应可合成乙烯:2CO2(g)+6H2(g)催化剂CH2===CH2(g)+4H2O(g)ΔH1已知:2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)ΔH2=-480kJ·mol-1CH2===CH2(g)+3O2(g)===2CO2(g)+2H2O(g)ΔH3=-1400kJ·mol-l(1)ΔH1=________。(2)科学家用氮化镓与铜组装成如图1所示的人工光合系统,利用该装置成功地以CO2和H2O为原料合成了CH4。铜电极表面的电极反应式为____________;为提高该人工光合系统的工作效率,可向装置中加入少量________(填“盐酸”或“硫酸”)。图1图2(3)①CO2和H2充入一定体积的恒容密闭容器中,在两种温度下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),测得CH3OH的物质的量随时间的变化如图2所示。该反应的ΔH________(填“”或“”)0,曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ________(填“”“=”或“”)KⅡ。②一定温度下,在容积相同且固定的两个密闭容器中,按如下方式加入反应物发生①中反应,一段时间后达到平衡。容器甲乙反应物投入量1molCO2、3molH2amolCO2、3a+2bmolH2、bmolCH3OH(g)、bmolH2O(g)若甲中平衡后气体的压强为开始的45,要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等,且起始时维持化学反应向逆反应方向进行,则b的取值范围为________。(4)可用K2CO3溶液吸收化学反应中生成的CO2,常温下pH=10的K2CO3溶液中水电离的OH-的物质的量浓度为________。常温下,0.1mol·L-1KHCO3溶液的pH8,则溶液中c(H2CO3)________(填“”“=”或“”)c(CO2-3)。答案:(1)-40kJ·mol-1(2)CO2+8e-+8H+===CH4+2H2O硫酸(3)①②0.4b≤1(4)1×10-4mol·L-1解析:(1)根据盖斯定律知,ΔH1=3ΔH2-ΔH3=(-480×3+1400)kJ·mol-1=-40kJ·mol-1。(2)在铜电极表面,CO2得电子发生还原反应生成CH4:CO2+8e-+8H+===CH4+2H2O。盐酸中的Cl-易被氧化,加入硫酸合适。(3)①由题图2可看出,曲线Ⅱ对应的反应先达到平衡,相应的温度高。升高温度时,n(CH3OH)减小,说明平衡逆向移动,正反应是放热反应,ΔH0。降低温度,平衡正向移动,平衡常数KⅠKⅡ。②甲中反应达到平衡时,CO2、H2、CH3OH(g)、H2O(g)的物质的量分别为0.6mol、1.8mol、0.4mol、0.4mol。要使甲、乙两容器中的平衡为等效平衡,则a+b=1;要使起始时维持化学反应向逆反应方向进行,则b0.4,由此可得0.4b≤1。(4)常温下pH=10的K2CO3溶液中,c(H+)=1×10-10mol·L-1,c(OH-)=1×10-4mol·L-1,盐溶液中的OH-是由水电离产生的。KHCO3溶液显碱性,说明HCO-3的水解能力大于其电离能力,故c(H2CO3)c(CO2-3)。2.(2017·安徽安庆高三模拟)工业技术的发展对空气和水体污染日益严重,一种煤炭脱硫技术可以把硫元素以CaSO4的形成固定下来,可以减少SO2的排放,但产生的CO又会与CaSO4发生化学反应,从而降低脱硫效率。相关的热化学方程式如下:①CaSO4(s)+CO(g)CaO(s)+SO2(g)+CO2(g)ΔH1=+210.5kJ·mol-1②1/4CaSO4(s)+CO(g)1/4CaS(s)+CO2(g)ΔH2=-47.3kJ·mol-1请回答下列问题:(1)反应CaO(s)+3CO(g)+SO2(g)CaS(s)+3CO2(g)ΔH3=________kJ·mol-1;平衡时增大压强,此反应________(填“正向”“逆向”或“不”)移动。(2)已知298K时,Ksp(CaCO3)=m×10-p,Ksp(CaSO4)=n×10-q。则反应:CaCO3(s)+SO2-4(aq)CaSO4(s)+CO2-3(aq)的平衡常数数值表示式为________________________(用含m、n、p、q的式子表示)。(3)用碘量法可测定排放烟气中二氧化硫的含量,请写出碘溶液与二氧化硫发生氧化还原反应的离子方程式______________________。(4)反应①②的平衡常数的对数lgK随反应T的变化曲线如下图所示,其中曲线Ⅰ代表____________反应,P为两曲线交点,则在该温度下两反应均达平衡时,体系中c(SO2)=__________mol·L-1,从减少二氧化硫排放的角度来考虑,本体系适宜的反应条件是_______________。A.低温低压B.低温高压C.高温高压D.高温低压(5)Na2FeO4是一种既能杀菌、消毒,又能絮凝净水的水处理剂。电解法制备Na2FeO4的装置如图所示:请根据图示回答:电解过程的离子方程式为____________________________;电路中每通过0.6mol电子在Ni电极上产生的气体在标准状况下的体积为____________。答案:(1)-399.7正向(2)mn×10q-p(3)I2+SO2+2H2O===SO2-4+2I-+4H+(4)②1B(5)Fe+2OH-+2H2O=====电解FeO2-4+3H2↑6.72L解析:(1)由盖斯定律可知,反应CaO(s)+3CO(g)+SO2(g)CaS(s)+3CO2(g)ΔH3=-ΔH1+4ΔH2=-399.7kJ·mol-1,增大压强,反应向气体系数和减小的方向移动,则应向正反应方向移动。(2)Ksp(CaCO3)=c(Ca2+)·c(CO2-3)=m×10-p,Ksp(CaSO4)=c(Ca2+)·c(SO2-4)=m×10-q,CaCO3(s)+SO2-4(aq)CaSO4(s)+CO2-3(aq)的平衡常数数值表达式为K=cCO2-3cSO2-4=KspCaCO3KspCaSO4=mn×10q-p。(3)碘与二氧化硫发生氧化还原反应的离子方程式为I2+SO2+2H2O===SO2-4+2I-+4H+。(4)由图像可知,曲线Ⅰ中,随着温度升高,lgK值减小,则反应为放热反应,故曲线Ⅰ代表的应为反应②,反应①的K值表达式为cSO2·cCO2cCO,反应②的K值表达式为cCO2cCO,当P点时,曲线Ⅰ与曲线Ⅱ的K值相同,cSO2·cCO2cCO=cCO2cCO,所以c(SO2)=1mol·L-1;减小二氧化硫的排放,低温高压更有利于①中平衡逆向移动。(5)利用电解法制备Na2FeO4,Fe作阳极,碱性条件下Fe失电子转化为FeO2-4离子,阳极电极反应式为Fe+8OH--6e-===FeO2-4+4H2O,Ni为阴极,发生还原反应,氢离子放电生成氢气,阴极电极反应式为6H2O+6e-===3H2↑+6OH-,所以电池反应的离子方程式为Fe+2OH-+2H2O=====电解FeO2-4+3H2↑;根据电子转移守恒,生成氢气的物质的量为0.6mol2=0.3mol,标准状况下氢气体积为0.3mol×22.4L·mol-1=6.72L。3.铁及其化合物在工农业生产中有重要的作用。(1)已知:①C(s)+O2(g)===CO2(g)ΔH1=-393.5kJ·mol-1②C(s)+CO2(g)===2CO(g)ΔH2=+172.5kJ·mol-1③4Fe(s)+3O2(g)===2Fe2O3(s)ΔH3=-1651.0kJ·mol-1CO还原氧化铁的热化学方程式为________________。(2)高炉炼铁产生的高炉气中含有CO、H2、CO2等气体,利用CO和H2在催化剂作用下合成甲醇,是减少污染、节约能源的一种新举措,反应原理如下:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH。在体积不同的两个恒容密闭容器中分别充入1molCO和2molH2,测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图。①在上图A、B、C三点中,选填下表物理量对应最大的点。反应速率v平衡常数K平衡转化率α②在300℃时,向C点平衡体系中再充入0.25molCO、0.5molH2和0.25mol的CH3OH,该反应向________方向进行(填“正反应”“逆反应”或“不移动”)。③一定温度下,CO的转化率与起始投料比[n(H2)/n(CO)]的变化关系如图所示,测得D点氢气的转化率为40%,则x=________。(3)三氯化铁是一种重要的化合物,可以用来腐蚀电路板。某腐蚀废液中含有0.5mol·L-1Fe3+和0.26mol·L-1的Cu2+,欲使Fe3+完全沉淀[c(Fe3+)4×10-5mol·L-1]而Cu2+不沉淀,则需控制溶液pH的范围为________。Ksp[Cu(OH)2]=2.6×10-19;Ksp[Fe(OH)3]=4×10-38。(4)高铁酸钾(K2FeO4)是一种新型、高效、多功能绿色水处理剂,工业上通过电解浓NaOH溶液可制备Na2FeO4,然后转化为K2FeO4,电解原理如下图所示。则A溶液中溶质的成分为__________(填化学式);阳极的电极反应式为________________。答案:(1)①Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g)ΔH=-23.5kJ·mol-1(2)①CABA②正反应③3(3)3≤pH5(4)NaOHFe-6e-+8OH-===FeO2-4+4H2O解析:(1)根据盖斯定律由①×3-②×3-③2可得:Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g)ΔH=ΔH1×3-ΔH2×3-ΔH32=-393.5×3-+172.5×3--1651.02kJ·mol-1=-23.5kJ·mol-1。(2)①由图可知,升高温度,CH3OH的体积分数减小,说明平衡逆向移动,则该反应ΔH0。该反应为气体分子数减小的反应,增大压强,平衡正向移动,CH3OH的体积分数增大,故p1p2。等温度条件下,压强越大反应速率越快,故v(A)v(B),等压条件下,温度越高,反应速率越快,故v(C)v(A),所以反应速率最快的是C点;温度升高,平衡逆向移动,化学平衡常数K减小,温度相同时,化学平衡常数相等,故KA=KBKC;温度升高,反应物的转化率降低,故α(A)α(C),压强增大,反应物的转化率增大,故α(A)α(B),故平衡转化率A点最高。②由图可知,300℃时,CH3OH的体积分数为50%,根据三段式计算CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)n(始)mol120n(转)molx2xxn(平)mol1-x2-2xxx3-2x×100%=50%,x=0.75,则K=cCH3OHcCO·c2H2=0.75V0.25V×0.5V2=12V2。300℃时,向C点平衡体系中再充入0.25molCO、0.5molH2和0.25molCH3OH时,Qc=1V0.5V×1V2=2V2K,平衡向正反应方向进行。③设起始时n(CO)=1mol,n(H2)=xmol,D点时,H2的转化率为40%,CO的转化率为60%,则40%x60%×1mol=21,x=3,则起始投料比nH2nCO=3mol1mol=3。(3)Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH-)=4×10-38,当c(Fe3+)4×10-5mol·L-1时沉淀完全,则c(OH-)≥3Ksp[FeOH3]cFe3+=34×10-384×10-5=10-11,此时溶液的pH≥3;当Cu2+开始沉
本文标题:2018年高三化学二轮复习讲义《化学反应原理综合应用》
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