1、1提升训练 29 无机化学与化学反应原理综合(第 30 题)1.(2018金华十校模拟)硫化氢是一种有臭鸡蛋气味的剧毒气体,在生产、生活及科研中均有重要应用。(1)工业上采用高温热分解 H2S 的方法制取 H2,在膜反应器中分离出 H2,发生的反应为 2H2S(g)2H2(g)+S2(g) H已知:H 2S(g) H2(g)+S(g) H12S(g) S2(g) H2则 H= (用含 H1、 H2的式子表示)。 (2)在容积 2 L 的恒容密闭容器中,控制不同温度进行 H2S 的分解:2H 2S(g) 2H2(g)+S2(g)。H 2S 的起始物质的量均为 1 mol,实验过程中测得 H2S
2、的转化率如图 1 所示。曲线 a 表示 H2S 的平衡转化率与温度的关系,曲线 b 表示不同温度下反应经过相同时间时 H2S 的转化率。图 1反应 2H2S (g) 2H2(g)+S2(g)是放热反应还是吸热反应?判断并说理由: 。 随着 H2S 分解温度的升高,曲线 b 向曲线 a 逐渐靠近,其原因是 。 在 985 时,该反应经过 5 s 达到平衡,则该反应的平衡常数为 。在图 2 中画出 985 时,06 s 体系中 S2(g)浓度随时间的变化曲线。 图 2 图 3(3)工业上常用 NaOH 溶液吸收 H2S 废气,吸收后所得溶液进行电解(装置如图 3 所示),在阳极区可生成 ,写出生成
3、 的电极反应式: 。 2- 2-2.研究 NOx、CO 2的吸收利用对促进低碳社会的构建和环境保护具有重要意义。(1)已知:2H 2(g)+O2(g) 2H2O(g) H1CO 2(g)+3H2(g) CH3OH (l)+H2O (l) H2H 2O(g) H2O(l) H32求 25 、101 kPa 下,2 mol CH 3OH(l)完全燃烧的 H= (用含 H1、 H2、 H3的式子表示)。 (2)向 1 L 密闭容器中加入 2 mol CO2、6 mol H 2,在适当的催化剂作用下,发生反应:CO2(g)+3H2(g) CH3OH (l)+H2O (l) H2已知反应的 H2K(T2
4、)时丙烯腈的物质的量随时间变化的示意图。(3)图(b)为在相同压强下,经过相同反应时间测得的丙烯腈产率与反应温度的关系曲线,最高产率对应温度为 460 ,则高于 460 时,丙烯腈的产率降低,可能的原因是:有副反应发生, , 。 (4)恒容时,若按丙烯、氨、空气的体积比 117.5 投料,有利于提高 C3H6转化为 C3H3N 平衡转化率的措施有 。(填字母) A.使用催化剂B.投料比不变,增加反应物的浓度C.降低反应温度D.将产物液化,及时移走产物(5)己二腈是一种重要的化工原料,是制造尼龙的中间体。工业上通过电解丙烯腈( )制己二腈,H 3PO4-K3PO4等作为电解质溶液,控制 pH 在
5、 8.59.0 范围内。写出该电解反应的总化学方程式: 。 4.研究含氮和含硫化合物的性质在工业生产和环境保护中有重要意义。(1)制备 SO3可以有如下两种途径:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) H=-198 kJmol-1SO2(g)+NO2(g) SO3(g)+NO(g) H=-41.8 kJmol-1若表示 CO 标准燃烧热的 H 为-283 kJmol -1,则 1 mol NO2和 1 mol CO 反应生成 CO2和 NO 的能量变化示意图中 E2= kJmol -1。 (2)锅炉烟道气含 CO、SO 2,可通过如下反应回收硫:42CO(g)+SO2(g) S(l)+2C
6、O2(g)。某温度下在 2 L 恒容密闭容器中通入 2 mol SO2和一定量的 CO发生反应,5 min 后达到平衡,生成 1 mol CO2。其他条件不变时 SO2的平衡转化率随反应温度的变化如图 A 所示,请解释其原因: 。 第 8 分钟时,保持其他条件不变,将容器体积迅速压缩至 1 L,在 10 分钟时达到平衡,CO 的物质的量变化了 1 mol。请在图 B 中画出 SO2浓度从 611 分钟的变化曲线。(3)已知某温度下,H 2SO3的电离常数为 K11.510 -2,K21.010 -7,用 NaOH 溶液吸收 SO2,当溶液中 HS 、S 离子浓度相等时,溶液的 pH 约为 。
7、-3 2-3(4)连二亚硫酸钠(Na 2S2O4)具有强还原性,废水处理时可在弱酸性条件下加入亚硫酸氢钠电解产生连二亚硫酸根,进而将废水中的 HNO2还原成无害气体排放,连二亚硫酸根氧化为原料循环电解。产生连二亚硫酸根的电极反应式为 ,连二亚硫酸根与 HNO2反应的离子方程式为 。 5.氯化铵、甲醇、氧化铝都是重要化合物。(1)已知:.NH 4Cl(s) NH3(g)+HCl(g) H=+163.9 kJmol-1.HCl(g)+CH 3OH(g) CH3Cl(g)+H2O(g) H=-31.9 kJmol-1.NH 4Cl(s)+CH3OH(g) NH3(g)+CH3Cl(g)+H2O(g)
8、反应在 条件下能自发反应(填“较高温度”“较低温度”或“任何温度”),理由是 。 图 1 是反应使用三种不同催化剂时得到的 CH3Cl 的产率与温度关系的变化图。已知:催化剂用量、催化剂粒数、 的值、甲醇进料速度、反应时间等测试条件都相同。(甲醇)(氯化铵)图 1 中 a 曲线 CH3Cl 产率先增大后减小的原因是 。请在图 2 中画出其他条件都相同时,在 370 下使用三种不同催化剂至反应平衡时,CH 3Cl 的产率与时间关系的变化曲线,并用 a、b、c 标出对应的曲线。 5(2)25 时,在某浓度的 NH4Cl 溶液中滴加一定量的氨水至中性,此时测得溶液中 c(Cl-)=0.36 molL
9、-1,则混合溶液中 c(NH3H2O)= molL -1。(25 时,NH 3H2O 的 Kb=1.810-5) (3)多孔 Al2O3薄膜可作为催化剂载体、模板合成纳米材料等用途。现以高纯铝片作为阳极,不锈钢作为阴极,一定溶度的磷酸溶液作为电解质溶液进行电解,即可初步制取多孔 Al2O3膜。请写出该制取过程的阳极电极反应式: 。 6.液氨气化后分解产生的氢气可作为燃料供给氢氧燃料电池。已知:2NH 3(g) N2(g)+3H2(g) H=92.4 kJmol-12H2(g)+O2(g) 2H2O(g) H=-483.6 kJmol-1NH3(l) NH3(g) H=23.4 kJmol-1(
10、1)4NH3(l)+3O2(g) 2N2(g)+6H2O(g)的 H= ,该反应的平衡常数表达式为 。 (2)2NH3(g) N2(g)+3H2(g)能自发进行的条件是 (填“高温”或“低温”);恒温( T1)恒容时,催化分解初始浓度为 c0的氨气,得氨气的转化率 (NH3)随时间 t 变化的关系如图曲线 1。如果保持其他条件不变,将反应温度提高到 T2,请在图中再添加一条催化分解初始浓度也为 c0的氨气过程中 (NH3)t 的总趋势曲线(标注 2)。 (3)有研究表明,在温度大于 70 、催化剂及碱性溶液中,可通过电解法还原氮气得到氨气,写出阴极的电极反应式: 。 (4)25 时,将 a m
11、olL-1的氨水与 b molL-1盐酸等体积混合(体积变化忽略不计),反应后溶液恰好显中性,用 a、 b 表示 NH3H2O 的电离平衡常数为 。 7.高温下用 H2还原 CuCl 制备活性铜,反应原理如下:2Cu(s)+Cl2(g) 2CuCl(s) H1=-36 kJmol-1 H2(g)+2CuCl(s) 2Cu(s)+2HCl(g) H2 有关物质的键能数据如下表:物质 H2 Cl2 HCl键能/(kJmol -1) 436 243 432(1)求 H2= kJmol -1。 (2)经测定反应制备活性铜的反应趋势大,原因是 。 (3)在某温度下,反应达到平衡状态,在 t1时,增加压强
12、到原来的 2 倍(Cu 的量足够),在图中画出Cl2浓度的变化趋势线。6(4)白色不溶于水的 CuCl 可以由电解法制得,如下图所示:装置中用的交换膜为 。 A.阳离子交换膜 B.阴离子交换膜C.质子交换膜 D.氢氧根离子交换膜阳极的电极反应式为 。 (5)已知 CuCl 可溶解于稀硝酸,写出该反应的化学方程式: 。 (6)根据已学知识写出制取 CuCl 的一种方法,用化学方程式表示: 。 参考答案提升训练 29 无机化学与化学反应原理综合(第 30 题)1.答案: (1)2 H1+ H2 (2)吸热反应,H 2S 的平衡转化率随温度的升高而逐渐增大 温度升高,反应速率加快,达到平衡所需时间缩
13、短 0.044(3) xS2-2(x-1)e- 或S 2-2e- S,( x-1)S+S2- 2- 2-解析: (1)由盖斯定律知,2+得 2H2S(g) 2H2(g)+S2(g),则 H=2 H1+ H2。(2)根据图像,随着温度的升高,H 2S 的转化率增大,根据勒夏特列原理,正反应为吸热反应;温度升高,化学反应速率加快,达到平衡所用时间缩短;列三段式如下:2H 2S(g) 2H2(g)+S2(g)起始/mol 1 0 0转化/mol 0.4 0.4 0.27平衡/mol 0.6 0.4 0.2根据化学平衡常数的表达式 K= 0.044;S 2的物质的量随着时(2)2(2)2(2) =0.
14、22(0.42)2(0.62)2间增加而增大,在 5 s 时达到平衡,此时 S2的浓度为 =0.1 molL-1,即图像为0.22 。(3)根据图 3,电极 b 附近产生氢气,电极反应式为 2H+2e- H2,电极 b 为阴极,电极 a 为阳极,阳极上产生 ,电极 a 的电极反应式为 xS2-2(x-1)e- 。2- 2-2.答案: (1)3 H1-2 H2+6 H3(2)低温 127(3)B(4)2NOx+4xe- N2+2xO2-解析: (1)将已知方程式 3-2+6即得 25 、101 kPa 下,2 mol CH 3OH (l)完全燃烧的热化学方程式:2CH 3OH(l)+3O2(g)
15、 2CO2(g)+4H2O(l),则 H=3 H1-2 H2+6 H3。(2)反应的 H20, H0 温度越高反应速率越快,因此随着温度升高,CH 3Cl 的产率逐渐增大,410 之后,随着温度升高,催化剂活性降低,反应速率减小,因此CH3Cl 的产率逐渐减小10(2)210-3 (3)2Al+3H 2O-6e- Al2O3+6H+解析: (1)反应的焓变 H=+163.9 kJmol-1+(-31.9 kJmol-1)=+132 kJmol-1, H0;反应属于熵增大的反应, S0,故反应在较高温度条件下能自发反应;催化剂只是增大化学反应速率,对化学平衡不影响,故在 370 下使用三种不同催
16、化剂至反应平衡时,CH 3Cl 的产率相同,由图 1 可知,370 下,三种催化剂反应速率由大到小的顺序为 cba,故图像为。(2)氯化铵溶液中加入氨水至溶液呈中性,则 c(OH-)=c(H+)=110-7 molL-1,根据电荷守恒得:c(Cl-)=c(N )=0.36 molL-1,结合氨水的电离方程式可知 :K=+4=1.810-5,c(NH3H2O)=2.010-3 molL-(+4)(-)(32) =0.36110-7(32)1。(3)电解池中,阳极为活泼金属作电极时,活泼金属放电,即 Al 放电生成氧化铝,结合电解质溶液为酸性配平。故阳极的电极反应式为 2Al+3H2O-6e- A
17、l2O3+6H+。6.答案: (1)-1 172.4 kJmol -1 K=2(2)6(2)3(2)(2)高温(3)N2+3H2O+6e- 2NH3+6OH-(4)10-7-11解析: (1)2NH 3(g) N2(g)+3H2(g) H=92.4 kJmol-1,2H 2(g)+O2(g) 2H2O(g) H=-483.6 kJmol-1,NH 3(l) NH3(g) H=23.4 kJmol-1,由盖斯定律:2+3+4得到反应 4NH3(l)+3O2(g) 2N2(g)+6H2O(g)的 H=92.4 kJmol-12+(-483.6 kJmol-1)3+23.4 kJmol-14=-1
18、172.4 kJmol-1;根据化学平衡常数的含义,该反应的平衡常数表达式为 K= 。2(2)6(2)3(2)(2)已知 2NH3(g) N2(g)+3H2(g) H=92.4 kJmol-1,反应后气体的物质的量增大,则 S0,而且 H0,若要使 H-T S0,是自发反应(3)(平衡线与原平衡线相平)(4)A Cu+Cl -e- CuCl 12(5)6CuCl+8HNO3 3Cu(NO3)2+3CuCl2+2NO+4H 2O(6)CuCl2+Cu 2CuCl(其他合理答案也可 )解析: (1)由表格中数据可以求解 H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g) H=436 kJmol-1+243
19、kJmol-1-2432 kJmol-1 -185 kJmol-1。根据盖斯定律, H2= H- H1=-185 kJmol-1-(-36 kJmol-1)=-149 kJmol-1。(2)由于该反应 H20,所以反应能够自发进行。(3)对于反应,压强增加到原来两倍的瞬间,Cl 2的浓度增大到原来的两倍,随后平衡正向移动并最终建立新的平衡。平衡常数 K= ,温度不变时, K 为定值,因此最终 Cl2的浓1(2)度与原平衡相等。(4)由电解装置图可知,阳极 Cu 失去电子生成 CuCl,反应原理为 Cu+Cl-e- CuCl,电解过程中Cl-不断消耗。阴极 Cu 没有参加反应,溶液中 H+得到电子生成 H2,反应原理为 2H+e- H2,H +来源于水的电离,电解过程中 OH-浓度不断增大。如果采用阳离子交换膜,Na +向阴极迁移,维持两个装置电荷平衡,A 正确;如果采用阴离子交换膜,OH -向阳极迁移,这样会导致 CuCl 中混入杂质,B 错误;由于溶液中 H+很少,质子交换膜基本不起作用,C 错误;采用氢氧根离子交换膜时,阴极生成的 OH-进入阳极会导致 CuCl 中混入杂质,D 错误,所以选 A。(5)CuCl 与稀硝酸反应时,+1 价 Cu 被氧化得到Cu(NO3)2,HNO3被还原生成 NO。(6)CuCl 2被 Cu 还原可以得到 CuCl。
