题型一 化学反应原理综合题
[专题强化训练]
1．(2019·福州四校高三联考)燃煤的过程中排放大量CO2、SO2、NOx以及固体颗粒物，对环境污染严重。请回答下列问题：
(1)将煤作为燃料常通过下列两种途径： 途径Ⅰ：C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1<0 ① 途径Ⅱ：先制水煤气，后燃烧水煤气 C(s)＋H2O(g)
CO(g)＋H2(g) ΔH2>0 ②
2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH3<0 ③ 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH4<0 ④
ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4的关系式是_________________________________。 (2)已知碳的气化反应在不同温度下平衡常数的对数值(lg K)如表：
气化反应 C(s)＋H2O(g)C(s)＋2H2O(g)CO(g)＋H2(g) i CO2(g)＋2H2(g) ii lg K 700 K －2.64 －1.67 900 K －0.39 －0.03 1 200 K 1.58 1.44 升高温度时，反应i中H2的产率________(填“增大”“减小”或“不变”)。在900 K时，反应CO(g)＋H2O(g)
CO2(g)＋H2(g)的平衡常数的对数值(lg K)为__________。
(3)为了减少燃煤污染，可将煤燃烧产生的SO2制成自发电池，其电池总反应为2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4，该电池的负极反应式为_____________________________________。
用这种方法处理含SO2废气的优点是________________________________________。 (4)新型氨法烟气脱硫技术采用氨吸收烟气中的SO2生成亚硫酸铵和亚硫酸氢铵。亚硫酸铵又可用于燃煤烟道气脱氮，将氮氧化物转化为氮气，同时生成一种氮肥，形成共生系统。写出二氧化氮与亚硫酸铵反应的化学方程式：___________________________________。
(5)用K2CO3溶液可吸收燃煤反应中生成的CO2，常温下pH＝10的K2CO3溶液中由水电离的OH的物质的量浓度为______________。常温下，0.1 mol·LKHCO3溶液的pH>8，则溶液中c(H2CO3)________(填“>”“＝”或“<”)c(CO3)。
解析：(1)根据盖斯定律，由(②×2＋③＋④)/2可得①，则2ΔH1＝2ΔH2＋ΔH3＋ΔH4。(2)依题表中数据可知，温度升高时，反应i的lg K增大，平衡正向移动，反应i中H2的产率增大。根据盖斯定律，由反应ii－反应i得CO(g)＋H2O(g)
－0.03
2－
－
－1
CO2(g)＋H2(g)，900 K
100.36
时，此反应的平衡常数K＝－0.39＝10，则lg K＝0.36。(3)2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4，在
10此反应中，SO2被氧化生成H2SO4，通入SO2的一极是负极，负极的电极反应式为SO2＋2H2O－
1
2e===SO4＋4H。(4)NO2与(NH4)2SO3反应时，NO2是氧化剂，还原产物是N2；(NH4)2SO3是还原剂，氧化产物是(NH4)2SO4。(5)常温下pH＝10的K2CO3溶液中，c(H)＝1×10
＋
－10
－2－＋
mol·L，
－1
c(OH－)＝1×10－4mol·L－1，K2CO3溶液中的OH－就是由水电离产生的。KHCO3溶液显碱性，说
明HCO3的水解能力大于其电离能力，故c(H2CO3)>c(CO3)。
答案：(1)2ΔH1＝2ΔH2＋ΔH3＋ΔH4 (2)增大 0.36
(3)SO2＋2H2O－2e===SO4＋4H 减少环境污染，获得副产品H2SO4，获得电能 (4)4(NH4)2SO3＋2NO2===4(NH4)2SO4＋N2 (5)1×10mol·L >
2．(新题预测)“绿水青山就是金山银山”。近年来，绿色发展、生态保护成为中国展示给世界的一张新“名片”。汽车尾气是造成大气污染的重要原因之一，减少氮的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一。请回答下列问题：
(1)已知：N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH1＝＋180.5 kJ·mol C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－393.5 kJ·mol 2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH3＝－221 kJ·mol
－1－1
－1
－4
－1－
2－
＋
－
2－
c(N2)·c2(CO2)
若某反应的平衡常数表达式为K＝2，则此反应的热化学方程式为
c(NO)·c2(CO)
________________________________________________________________________。
(2)N2O5在一定条件下可发生分解反应：2N2O5(g)
4NO2(g)＋O2(g)，某温度下向恒容
密闭容器中加入一定量N2O5，测得N2O5浓度随时间的变化如下表：
t/min 0 1 0.71 2 0.50 3 0.35 4 0.25 5 0.17 c(N2O5)/(mol·L－1) 1.00 ①反应开始时体系压强为p0，第2 min时体系压强为p1，则p1∶p0＝________。2～5 min内用NO2表示的该反应的平均反应速率为________________。
②一定温度下，在恒容密闭容器中充入一定量N2O5进行该反应，能判断反应已达到化学平衡状态的是________________(填字母)。
a．NO2和O2的浓度比保持不变 b．容器中压强不再变化 c．2v正(NO2)＝v逆(N2O5) d．气体的密度保持不变
(3)Kp是用反应体系中气体物质的分压来表示的平衡常数，即将K表达式中平衡浓度用平衡分压代替。已知反应：NO2(g)＋CO(g)
正
NO(g)＋CO2(g)，该反应中正反应速率v正＝k·p(NO2)·p(CO)，逆反应速率v逆＝k逆·p(NO)·p(CO2)，其中k正、k逆为速率常数，则Kp
为________________(用k正、k逆表示)。
2
(4)如图是密闭反应器中按n(N2)∶n(H2)＝1∶3投料后，在200 ℃、400 ℃、600 ℃下，合成NH3反应达到平衡时，混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线，已知该反应为放热反应。
①曲线a对应的温度是________。 ②M点对应的H2的转化率是________。
(5)工业生产中产生的SO2废气可用如图方法获得H2SO4。写出电解的阳极反应式：________________________________________________________________________。
c(N2)·c2(CO2)解析：(1)若某反应的平衡常数表达式为K＝2，则其化学方程式为2NO(g)
c(NO)·c2(CO)
＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)，将题中3个已知热化学方程式依次编号为①②③，根据盖斯定律，由②×2－①－③，可得：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝(－393.5 kJ·mol
－1
)×2－(＋180.5 kJ·mol)－(－221 kJ·mol)＝－746.5 kJ·mol。(2)①根据题表
－1－1－1
中数据及三段式法有：
2N2O5(g)
－1
4NO2(g)＋O2(g)
开始/(mol·L) 1.00 0 0 转化/(mol·L) 0.50 1.00 0.25 2 min时/(mol·L) 0.50 1.00 0.25
该反应在恒温恒容条件下发生，反应前后气体的压强之比等于物质的量之比，也等于物质的量浓度之比，所以p1∶p0＝(0.50＋1.00＋0.25)∶1.00＝7∶4。2～5 min内，v(N2O5)(0.50－0.17) mol·L－1－1－1＝＝0.11 mol·L·min，v(NO2)＝2v(N2O5)＝0.22 mol·L·min
(5－2) min
－1
－1－1
－1
。②反应过程中NO2和O2的浓度比始终保持不变，a项不能说明反应已经达到化学平衡状
态；该反应在反应前后气体分子数不相等，反应过程中容器内压强为变量，容器内压强不再变化可以说明反应已经达到化学平衡状态，b项符合题意；v正(NO2)＝2v逆(N2O5)时，正、逆反应速率相等，而2v正(NO2)＝v逆(N2O5)时，正、逆反应速率不相等，c项不能说明反应已经达到化学平衡状态；反应物和生成物全为气体，气体总质量不变，而容器恒容，故反应过程中气体密度始终不变，d项不能说明反应已经达到化学平衡状态。(3)Kp＝
p(NO)·p(CO2)
，vp(NO2)·p(CO)
3
正
＝k正
·p(NO2)·p(CO)，v逆
＝k逆
·p(NO)·p(CO2)，平衡时正、逆反应速率相等，即k正
·p(NO2)·p(CO)＝k逆·p(NO)·p(CO2)，则
p(NO)·p(CO2)k正k正
＝，故Kp＝。(4)①合成氨
p(NO2)·p(CO)k逆k逆
反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，NH3的产率降低，NH3的物质的量分数减小，曲线a、b、c中，在相同条件下曲线a对应NH3的物质的量分数最高，其反应温度最低，所以曲线a对应的温度为200 ℃。②M点NH3的物质的量分数为60%，设NH3为0.6a mol，则N2、H2共为0.4a mol，因为反应器中按n(N2)∶n(H2)＝1∶3投料，故M点时H2为0.3a mol，结合N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g)可知，转化的H2的物质的量为0.9a mol，所以M点对应H2
0.9a2＋
的转化率为×100%＝75%。(5)由题图可知，在电解池的阳极发生Mn转化为MnO2
0.9a＋0.3a的反应，电极反应式为Mn＋2H2O－2e===MnO2↓＋4H。
答案：(1)2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－746.5 kJ·mol (2)①7∶4 0.22 mol·L·min ②b (3)－1
－1
－1
2＋
－
＋
k正
k逆
(4)①200 ℃ ②75%
(5)Mn＋2H2O－2e===MnO2↓＋4H
3．对温室气体二氧化碳的研究一直是科技界关注的重点。
Ⅰ.在催化剂存在下用H2还原CO2是解决温室效应的重要手段之一，相关反应如下： 主反应：CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g) ΔH1
副反应：CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41.2 kJ·mol 已知H2和CH4的燃烧热分别为－285.5 kJ·mol和－890.0 kJ·mol H2O(l)===H2O(g) ΔH＝＋44 kJ·mol (1)ΔH1＝________kJ·mol。
(2)有利于提高CH4平衡产率的反应条件是__________________________________(至少写两条)。
工业上提高甲烷反应选择性的关键因素是__________。
(3)T ℃时，若在体积恒为2 L的密闭容器中同时发生上述反应，将物质的量之和为5 mol的H2和CO2以不同的投料比进行反应，结果如图1所示。若a、b表示反应物的转化率，则表示H2转化率的是________，c、d分别表示CH4(g)和CO(g)的体积分数，由图可知
－1
－1
－1
－1－1
2＋
－
＋
n(H2)
＝n(CO2)
________时，甲烷产率最高。若该条件CO的产率趋于0，则T ℃时①的平衡常数K＝________。
4
Ⅱ.溶于海水的CO2 95%以HCO3形式存在。在海洋中，通过如图2钙化作用实现碳自净。
－
(4)写出钙化作用的离子方程式：_____________________________________。 (5)如图3，电解完成后，a室的pH________(“变大”“变小”或“几乎不变”)；其间b室发生反应的离子方程式为______________________________________。
解析：Ⅰ.(1)根据已知有②CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41.2 kJ·mol ③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH3＝－571.0 kJ·mol
④CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH4＝－890.0 kJ·mol ⑤H2O(l)===H2O(g) ΔH5＝＋44 kJ·mol
根据盖斯定律，由③×2－④＋⑤×2可得CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g) ΔH1＝2ΔH3－ΔH4＋2ΔH5＝－164.0 kJ·mol。
(2)反应CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)是正方向为气体体积减小的放热反应，降低温度和增大压强都有利于反应正向移动，提高CH4平衡产率；工业上提高甲烷反应选择性的关键因素是催化剂。
(3)随着
－1
－1
－1
－1
－1
n(H2)n(H2)
比值的增大，氢气的转化率降低，则表示H2转化率的是b。随着比n(CO2)n(CO2)
值的增大，氢气的量增多，一氧化碳的量减少，甲烷的量增加，故c为CH4(g)的体积分数，由图可知
n(H2)n(H2)＝4时，甲烷的产量最高。若该条件下CO的产率趋于0，＝4，由于n(CO2)n(CO2)
H2、CO2的物质的量之和为5 mol，则H2和CO2分别为4 mol和1 mol，平衡转化率为0.80，则利用三段式法：
CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)
开始时浓度/(mol·L) 0.5 2 0 0 改变的浓度/(mol·L) 0.4 1.6 0.4 0.8 平衡时浓度/(mol·L) 0.1 0.4 0.4 0.8
－1－1－1
5
新课标2020高考化学二轮复习第二部分高考大题突破题型一化学反应原理综合题专题强化训练2
