微专题十 化学反应原理综合题型研究
1. (2016·湖南湘潭、邵阳联考)开发新能源是解决环境污染的重要举措,工业上常用CH4和CO2反应制备H2和CO。
(1) 钯的化合物PdCl2通过化学反应可用来检测CO气体,该反应的反应物与生成物有CO、Pd、H2O、HCl、PdCl2和一种未知物质X,X的化学式为 。
(2) 甲烷经重整催化作用提供反应气的燃料电池如下图所示(以熔融Li2CO3和K2CO3为电解质)。通入甲烷的电极为 (填“正极”或“负极”),正极的电极反应式为 ,该电池工作一段时间后,消耗甲烷3.36 L(标准状况,下同),则B极上消耗空气和二氧化碳混合气体的体积为 L。[已知空气中V(N2)∶V(O2)=4∶1]
(3) CO2通过碳化反应可将钙镁的氢氧化物中的Ca、Mg分离。化学方程式为
2+
2+
Ca(OH)2+Mg(OH)2+3CO2
9
CaCO3+Mg(HCO3)2+H2O。已知:25 ℃时,CaCO3的Ksp为2.5×10
-
,碳酸钙的溶解度是 g。
(4) ①将一定量的CO2(g)和CH4(g)通入一恒容密闭容器中发生反应:CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)。其他条件相同,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ)作用下反应相同时间后,体系中CO含量随反应温度的变化如下图所示。
在a点与b点对应的反应条件下,反应继续进行一段时间后达到平衡,平衡常数Ka (填“>”
、
“<”
或
“=”)Kb;c点
CO
含
量
高
于
b点的原因
是 。
②为了探究反应CO2(g)+CH4(g)
2CO(g)+2H2(g)的反应速率与浓度的关系,起始时向恒容
-1
密闭容器中通入CH4与CO2,使其物质的量浓度均为1.0 mol·L。平衡时,根据相关数据绘制出两条反应速率-浓度关系曲线:v正-c(CH4)和v逆-c(CO)。
则与曲线v正-c(CH4)相对应的是上图中曲线 (填“甲”或“乙”);该反应达到平衡后,某一时刻降低温度,反应重新达到平衡,平衡常数减小,则此时曲线甲对应的平衡点可能为 (填字母,下同),曲线乙对应的平衡点可能为 。
2. (2016·安徽黄山质检)研究和深度开发CO、CO2的应用对构建生态文明社会具有重要的意义。
(1) CO可用于炼铁,已知: Fe2O3(s)+3C(s)
2Fe(s)+3CO(g)
-1
ΔH 1=+489.0 kJ· mol C(s)+CO2(g)
2CO(g)
-1
ΔH 2 =+172.5 kJ· mol 则
CO
还
原
Fe2O3(s)
的
热
化
学
方
程
式
为 。
(2) 分离高炉煤气得到的CO与空气可设计成燃料电池,若电解质为碱性。写出该燃料电池的负极反应式:
。
(3) CO2和H2充入一定体积的密闭容器中,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右图。
①由右图判断该反应ΔH 0,曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数KⅠ KⅡ。(填“>”、“=”或“<”)
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,一段时间后达
到平衡。
容器 甲
1 mol
反应物
CO2、
投入量
3 mol H2
乙
a mol CO2、b mol H2、
c mol CH3OH(g)、c mol H2O(g)
若甲中平衡后气体的压强为开始的0.8倍,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c的取值范围为 。
③一定温度下,此反应在恒容密闭容器中进行,能判断该反应达到化学平衡状态的依据是 (填字母)。
a. 容器中压强不变 b. H2的体积分数不变 c. c(H2)=3c(CH3OH)
d. 容器中密度不变
e. 2个CO键断裂的同时有3个C—H键形成
(4) 将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应原理为2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)。二甲醚可用作直接燃料电池,1 mol二甲醚分子经过电化学氧化,可以产生 个电子的电量;根据化学反应原理,分析增加压强对制备二甲醚反应的影响: 。
3. (2016·广东中山三模) 研究NOx、CO等大气污染气体的处理及利用的方法具有重要意义,可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的。 (1) 利用甲烷催化还原NOx:
CH4(g)+4NO2(g)CH4(g)+4NO(g)
4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-574 kJ·mol 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2=-1 160 kJ·mol
-1
-1
甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为
。
(2) 已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时,发生如下反应:CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g),500 ℃时的平衡常数为9,若在该温度下进行反应,设起始时CO和H2O的浓度均为0.02 mol·L,则CO的平衡转化率为 。
-1
(3) 用活化后的V2O5作催化剂,氨气将NO还原成N2的一种反应历程如图1所示。
图1 氨气选择性还原NO反应历程
图2 气体中含氮组分浓度随温度变化
①写出总反应的化学方程式: 。
②测得该反应的平衡常数与温度的关系为lg K=5.08+,该反应是 (填“吸热”或“放热”)反应。
③该反应的含氮气体组分随温度变化如图2所示,当温度达到700 K时,发生副反应的化学方程式为 。
(4) 图3是用食盐水作电解液电解烟气脱氮的一种原理图,NO被阳极产生的氧化性物质氧化为N,尾气经氢氧化钠溶液吸收后排入空气。图4是电流密度和溶液pH对烟气脱硝的影响。
图3
图4 电流密度、pH对NO去除率的影响
①NO被阳极产生的氧化性物质氧化为N反应的离子方程式为 。
②溶液的pH对NO去除率影响的原因是 。
③若极板面积为10 cm,实验烟气含NO 1.5%,流速为0.070 L·s(气体体积已折算成标准状况,
2
-1
且烟气中无其他气体被氧化),法拉第常数为96 500 C·mol,测得电流密度为1.0 A·cm。列式
-1
-2
计算实验中NO去除率: 。
4. (2016·山西临汾二模)氮氧化物(NOx)、SO2和CO2等气体会造成环境问题。对燃煤废气进行化学方法处理,可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的。 (1) 利用甲烷催化还原NOx: CH4(g)+4NO2(g)ΔH1=-572 kJ·mol CH4(g)+4NO(g)
2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)
-1-1
4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)
ΔH2=-1 160 kJ·mol H2O(l)
H2O(g) ΔH3=+44 kJ·mol
NO2还原为
N2并生成液态水时的热化学方程
-1
写出甲烷将
式: 。
微专题十 化学反应原理综合题型研究
