1、1大题精做十 以电化学为主线串联反应原理1.(2018宁德模拟)高铁酸钠(Na 2FeO4)是一种新型、高效的水处理剂,与水反应的化学方程式为4Na2FeO410H 2O=4Fe(OH)3 3O28NaOH。电解制备 Na2FeO4装置示意图如图所示。(1)a是电源的_(填“正”或“负”)极。电解时,石墨电极附近溶液的碱性_(填“增强” “减弱”或“不变”)。(2)铁电极的反应式为_。(3)维持一定的电流强度和电解温度,NaOH 起始浓度对 Na2FeO4浓度影响如图(电解液体积相同的情况下进行实验)。电解 3.0h内,随 NaOH起始浓度增大,Na 2FeO4浓度变化趋势是_(填“增大” “
2、不变”或“减小”)。当 NaOH起始浓度为 16molL1,1.02.0h 内生成 Na2FeO4的速率是_molL 1h1。A 点与 B点相比,nFe(OH) 3A_B(填“” “”或“B,根据铁原子守恒, nFe(OH)3A” 、 “”或“v(逆);该反应正向为气体体积增大的反应,减小压强,平衡正向移动,由 p1到 p2,甲烷转化率降低,即增大了压强,故p10;(3)恒温恒压条件下,同等增大各物质浓度,平衡不移动;(4)a平衡时,2 v 逆 (N2) v 正 (H2O),故 a错误;b反应过程中,气体总质量不变,恒容条件下气体总体积不变,故气体密度始终不变,错误;c该反应反应过程中,混合气
3、体的总物质的量不断发生改变,若混合气体的物质的量不再变化,则反应达到平衡,正确;d平衡时,单位时间内有 2mol NO2消耗同时消耗 1mol CO2,错误;e反应进行过程中,混合气体总物质的量发生改变,气体总质量不变,若混合气体的平均相对分子质量不变,则反应达到平衡状态,正确;f甲烷和二氧化碳属于可逆反应中不同反应方向的反应物,比值会随着反应的进行而改变,故当 CH4与 CO2的物质的量之比不再发生变化,反应达到平衡状态;(5)A增大甲烷物质的量,NO 2的转化率增大,正确;BCO 2为生成物,增大CO2的量,平衡逆向移动,NO 2的转化率减小,错误;C通入物质的量之比为 12 的 CH4与
4、 NO2的混合气体,相当于压强增大,平衡逆向移动,NO 2转化率降低,错误;DN 2为生成物,增大 N2的浓度,平衡逆向移动,NO2转化率减小,错误。 (6)根据甲烷与氧气反应生成 CO2和 H2O写出该总反应式为:CH 4+2O2=CO2+2H2O;该电池正极反应式为: ,负极反应式为: ,O2+2CO2+4e- =2CO2-3 CH4-8e- +4CO2-3 =5CO2+2H2O由此可知,物质 A为 CO2。【答案】 (1)CH 4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) H=890.3kJmol 1(2) (3)不(4)cef (5)A (6)CH 4+2O2=CO2+2H2O
5、 CO24 (一)合成氨工艺(流程如图所示)是人工固氮最重要的途径。72018年是合成氨工业先驱哈伯(PHaber)获得诺贝尔奖 100周年。N 2和 H2生成 NH3的反应为:1/2N2(g)+3/2H2(g) NH3(g) H(298K)=-46.2KJmol1,在 Fe催化剂作用下的反应历程为(*表示吸附态)化学吸附:N 2(g)2N*;H 2(g)2H*;表面反应:N*+ H* NH*;NH*+ H* NH2*;NH 2*+H* NH3*脱附:NH 3* NH3(g)其中,N 2的吸附分解反应活化能高、速率慢,决定了合成氨的整体反应速率。请回答:(1)利于提高合成氨平衡产率的条件有_。
6、A低温 B高温 C低压 D高压 E催化剂(2)标准平衡常数 K = ,其中 p 为标准压强(110 5Pa) ,P NH3、P N2和 PH2为各组分NH3/ (N2/ )0.5(H2/ )1.5的平衡分压,如 PNH3=xNH3p,p 为平衡总压,x NH3p为平衡系统中 NH3的物质的量分数;N 2和 H2起始物质的量之比为 13,反应在恒定温度和标准压强下进行,NH 3的平衡产率为 w,则K =_(用含 w的最简式表示) ;下图中可以示意标准平衡常数 K 随温度 T变化趋势的是_。(3)实际生产中,常用工艺条件,Fe 作催化剂,控制温度 773K,压强 3.0X105Pa,原料中 N2和
7、 H2物质的量之比为 12.8。分析说明原料气中 N2过量的理由_。关于合成氨工艺的下列理解,正确的是_。A合成氨反应在不同温度下的 H和 H都小于零B控制温度(773K)远高于室温,是为了保证尽可能的平衡转化率和快的反应速率C当温度、压强一定时,在原料气(N 2和 H2的比例不变)中添加少量惰性气体,有利于提高平衡转化8率D基于 NH3有较强的分子间作用力可将其液化,不断将液氨移去,利于反应正向进行E分离空气可得 N2,通过天然气和水蒸气转化可得 H2,原料气须经过净化处理,以防止催化剂中毒和安全事故发生。(二)高铁酸钾(K 2FeO4)可用作水处理剂。某同学通过“化学-电解法”探究的合成,
8、其原理如图所示。接通电源,调节电压,将一定量 Cl2通入 KOH溶液,然后滴入含 Fe3+的溶液,控制温度,可制得 K2FeO4。(1)请写出“化学法”得到 FeO 的离子方程式_ 。24(2)请写出阳极的电极反应式(含 FeO )_ 。24【解析】(一)(1)由勒夏特列原理可知,根据反应 N2(g) H2(g) NH3(g) H(298K)12 3246.2kJ/mol,为了提高合成氨平衡产率,即平衡正向移动,低温和高压符合条件,答案选 AD;(2) N2(g) H2(g) NH3(g)12 32起始量: 1 3 0转化量: 3 2 平衡量: 1- 3-3 2 x(NH3)%= ;x(N 2
9、)%= ;x(H 2)%=24-2 1-4-2 3-34-2,化简得 ;K = 24-2pp(1-4-2)pp 12(3-34-2)pp 32 4 (2- )33(1-)2反应 N2(g) H2(g) NH3(g) H(298K)46.2kJ/mol 为放热反应,温度 T升高,平衡向逆反应12 32方向移动,K 0减小,InK 0也减小,InK 0与温度不成正比,故答案选 A;(3)由反应 N2(g) H2(g)12 32NH3(g)可知,加过量氮气,有利于平衡正向移动,提高 H2的转化率以及氨气的产率,同时根据题干“N 2的吸附分解反应活化能高、速率慢,决定了合成氨的整体反应速率。 ”可知,
10、N 2在 Fe催化剂上的吸附是决速步骤,适度过量有利于提高整体反应速率。易知 A选项正确;控制温度远高于室温是为了保证催化剂的活性,提高反应速率,并非为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率,B 错误;恒压条件充入少量惰性气体,相当于减压,平衡逆向移动,不利于提高平衡转化率,C 错误;不断将氨气液化,生成物浓度降低,有利于平衡正向移动,D 正确,当选;通过天然气和水蒸气转化制得的 H2,由于含有 CH4,CO 等易燃易爆气9体,容易出现安全隐患,此外 CH4,CO 可能会与催化剂反应,造成催化剂活性降低,所以必须经过净化处理,E正确。答案选 ADE;(二) (1)将一定量 C12通入 KOH
11、溶液,生成 KCl和 KClO,KClO 具有强氧化性,将Fe3+氧化为 FeO42-,然后根据碱性环境,配平即可,得到 2Fe3+3C1O 10OH =2FeO 3Cl 5H 2O或242Fe(OH)3+3C1O4OH =2FeO 3Cl 5H 2O;(2)阳极失电子,反应物为 Fe3+产物为 FeO ,然后根据碱24 24性环境及守恒规则,易写出 Fe3+8OH-3e=FeO 4H 2O或 Fe(OH)3+5OH-3e=FeO 4H 2O。24 24【答案】(一)(1)AD (2) A 4 (2- )33(1-)2(3)原料气中 N2相对易得,适度过量有利于提高 H2的转化率;N 2在 Fe催化剂上的吸附是决速步骤,适度过量有利于提高整体反应速率 ADE (二) (1)2Fe 3+3C1O 10OH =2FeO 3Cl 5H 2O或 2Fe(OH)3+3C1O4OH =2FeO 3Cl 5H 2O24 24(2)Fe 3+8OH-3e=FeO 4H 2O或 Fe(OH)3+5OH-3e=FeO 4H 2O 24 24