2020高考化学考前微专题突破练:(十) .doc
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1、温馨提示: 此套题为Word版,请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴,调节合适的观看比例,答案解析附后。关闭Word文档返回原板块。微专题突破练(十)化学反应原理综合应用(非选择题)1.(2019全国卷)近年来,随着聚酯工业的快速发展,氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此,将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题:(1)Deacon发明的直接氧化法为:4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)。下图为刚性容器中,进料浓度比c(HCl) c(O2)分别等于11、41、71时HCl平衡转化率随温度变化的关系:可知反应平衡常数K(300 )_K(400 )(填“大于
2、”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0,根据进料浓度比c(HCl)c(O2)=11的数据计算K(400 )=_(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率,同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)c(O2)过低、过高的不利影响分别是_。(2)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行:CuCl2(s)CuCl(s)+12Cl2(g)H1=83 kJmol-1CuCl(s)+12O2(g)CuO(s)+12Cl2(g)H2=-20 kJmol-1CuO(s)+2HCl(g)CuCl2(s)+H2O(g)H3=-121 kJmol-1则4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H
3、2O(g)的H=_ kJmol-1。(3)在一定温度的条件下,进一步提高HCl的转化率的方法是_。(写出2种)(4)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上,科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案,主要包括电化学过程和化学过程,如下图所示:负极区发生的反应有_(写反应方程式)。电路中转移1 mol电子,需消耗氧气_L(标准状况)。【解析】(1)根据题中示意图可以看出随着温度的升高,HCl的转化率降低,说明升高温度平衡逆向移动,正反应为放热反应,所以温度越高,反应进行的程度越小,K值越小,即K(300 )大于K(400 )。相同条件下进料浓度比c(HCl)c(O2)越大,HCl的转化率越
4、低;进料浓度比c(HCl)c(O2)越小,HCl的转化率越高。即三条曲线中,最上面一条是c(HCl)c(O2)=11的变化曲线。将400 时的数据代入可得: K=(0.42)2(0.42)2(1-0.84)4(1-0.21)c0。由示意图可以看出进料浓度比过高或过低对反应都不利,过高会造成HCl利用率降低,过低会有大量氧气剩余,分离氧气能耗过高。(2)利用盖斯定律解答本题。CuCl2(s)CuCl(s)+12Cl2(g)H1=83 kJmol-1CuCl(s)+12O2(g)CuO(s)+12Cl2(g)H2=-20 kJmol-1CuO(s)+2HCl(g)CuCl2(s)+H2O(g)H3
5、=-121 kJmol-1则4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)可由2+2+2得到,所以其H=832+(-20)2+(-121)2=-116 (kJmol-1)。(3)根据平衡移动原理,为了提高HCl的转化率,使反应4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)正向移动,可以采用增大反应体系压强、及时分离出产物等措施。(4)根据示意图中H+的流动方向可以判断电源的正负极情况,左侧为负极,右侧为正极。根据示意图中负极区物质的转化可以写出相应的方程式:Fe3+e-Fe2+,4Fe2+O2+4H+4Fe3+2H2O。在反应中,1 mol O2得到4 mol电子,所以转移
6、1 mol电子时消耗氧气0.25 mol,在标准状况下的体积为5.6 L。答案:(1)大于(0.42)2(0.42)2(1-0.84)4(1-0.21)c0O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低(2)-116 (3)增加反应体系压强、及时除去产物(4)Fe3+e-Fe2+,4Fe2+O2+4H+4Fe3+2H2O5.62.氮、硫及其化合物在工农业生产生活中有着重要作用。回答下列问题:(1)有人设想利用CO还原SO2。已知S和CO的燃烧热分别是296.0 kJmol-1、283.0 kJmol-1,请写出CO还原SO2生成CO2和S(s)的热化学方程式_。(2)某科研小组研究臭氧氧化-碱吸收
7、法同时脱除SO2和NO工艺,氧化过程反应原理及反应热、活化能数据如下:反应:NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g)H1=-200.9 kJmol-1Ea1=3.2 kJmol-1反应:SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g)H2=-241.6 kJmol-1Ea2=58 kJmol-1已知该体系中臭氧发生分解反应:2O3(g)3O2(g)。请回答:其他条件不变,每次向容积为2 L的反应器中充入含2.0 mol NO、2.0 mol SO2的模拟烟气和4.0 mol O3,改变温度,反应相同时间t后体系中NO和SO2的转化率如图所示:由图可知相同温度下NO的转化率远高于SO2,结
8、合题中数据分析其可能原因_。下列说法正确的是_。A.Q点一定为平衡状态点B.温度高于200 后,NO和SO2的转化率随温度升高显著下降、最后几乎为零C.其他条件不变,若扩大反应器的容积可提高NO和SO2的转化率D.臭氧氧化过程不能有效地脱除SO2,但后续步骤碱吸收可以有效脱硫假设100 时P、Q均为平衡点,此时反应时间为5 min,发生分解反应的臭氧占充入臭氧总量的10%,则体系中剩余O3的物质的量是_mol;SO2的平均反应速率为_;反应在此时的平衡常数为_。(3)以连二硫酸根(S2O42-)为媒介,使用间接电化学法也可处理燃煤烟气中的NO,装置如图所示:ab是_(填“阳”或“阴”)离子交换
9、膜。阴极区的电极反应式为_。若NO吸收转化后的产物为NH4+,通电过程中吸收4.48 L NO(标准状况下),则阳极可以产生_mol气体。【解析】(1)已知S和CO的燃烧热分别是296.0 kJmol-1、283.0 kJmol-1,则S(s)+O2(g)SO2(g)H=-296.0 kJmol-1CO(g)+1/2O2(g)CO2(g)H=-283.0 kJmol-1根据盖斯定律可知2-即得到CO还原SO2的热化学方程式2CO(g)+SO2(g)2CO2(g)+S(s)H=-270 kJmol-1。(2)反应的活化能小于反应,相同条件下更易发生反应,因此相同温度下NO的转化率远高于SO2;A
10、.随着反应的进行,反应物的转化率逐渐增大,因此Q点不一定为平衡状态点,可能是建立平衡过程中的一个点,A错误;B.根据图象,温度高于200 后,NO和SO2的转化率随温度升高显著下降、最后几乎为零,B正确;C.根据2O3(g)3O2(g)可知其他条件不变,若扩大反应器的容积,压强减小,平衡正向移动,使得臭氧的浓度减小,氧气浓度增大,反应和反应的平衡逆向移动,NO和SO2的转化率减小,C错误;D.根据图象,臭氧氧化过程中二氧化硫的转化率较低,不能有效地脱除SO2,二氧化硫是酸性氧化物,能够被氢氧化钠溶液吸收,D正确;假设100 时P、Q均为平衡点,此时反应时间为5 min,发生分解反应的臭氧占充入
11、臭氧总量的10%,发生分解反应的臭氧为4 mol10%=0.4 mol,根据反应:NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g),平衡时NO的转化率为80%,反应的臭氧为2 mol80%=1.6 mol;反应:SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g),平衡时二氧化硫的转化率为30%,反应的臭氧为2 mol30%=0.60 mol;最终剩余臭氧4 mol-0.4 mol-1.60 mol-0.60 mol=1.4 mol;5 min内SO2的平均反应速率=2mol30%2 L5min=0.06 mol(Lmin)-1;平衡时NO、O3、NO2、O2的物质的量分别为0.4 mol、1.4
12、mol、1.6 mol、0.4 mol32+1.6 mol+0.6 mol=2.8 mol,反应在此时的平衡常数=1.622.820.421.42=8;(3)由图可知,阴极区通入液体主要含SO32-,流出液体主要含S2O42-,所以阴极区电极反应式为2SO32-+4H+2e-S2O42-+2H2O,由于阴极需要消耗氢离子,则ab是阳离子交换膜;4.48 L NO(标准状况下)的物质的量是0.2 mol,由于NO吸收转化后的产物为NH4+,则电路中转移1 mol电子;阳极氢氧根放电产生氧气,产生氧气的物质的量是1 mol4=0.25 mol。答案:(1)2CO(g)+SO2(g)2CO2(g)+
13、S(s)H=-270 kJmol-1(2)反应的活化能小于反应,相同条件下更易发生反应BD1.40.06 mol(Lmin)-18(3)阳2SO32-+4H+2e-S2O42-+2H2O0.253.甲醇水蒸气重整制氢(SRM)是用于驱动电动汽车的质子交换膜燃料电池的理想氢源,当前研究主要集中在提高催化剂活性和降低尾气中CO含量,以免使燃料电池Pt电极中毒。重整过程发生的反应如下:反应CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)H1反应CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)H2反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H3其对应的平衡常数分别为K1、K2、K3,其中K2、
14、K3随温度变化如下表所示:125 225 325 K20.553 5185.89 939.5K31 577137.528.14请回答:(1)反应能够自发进行的条件是_(填“低温”“高温”或“任何温度”),H1_(填“”“0,由反应方程式可得S20,已知反应能够自发进行的条件是H2-TS20,推知反应需要在高温下才能自发进行;由于K3随温度升高而减小,即反应向左移动,说明反应是放热反应,H3H3。(2)由反应和反应的方程式比较可知,反应物甲醇转化率高,产物中氢气含量高,且几乎没有CO。(3)A、由图象可知CH3OH的转化率在高于260 时较高,但在300 时,CO的选择性最高,而CO2的选择性最
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