高三化學二輪復習 專題限時集訓7 突破點11
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專題限時集訓(七) 突破點11 [建議用時：45分鐘] 1．(2016安徽江南十校高三期末聯(lián)考)研究CO、NO等大氣污染物的轉(zhuǎn)化有十分重要的意義。 (1)I2O5是一種白色固體，可以用來吸收轉(zhuǎn)化空氣中的CO，有關反應原理如下： I2O5(s)＋5CO(g)I2(s)＋5CO2(g) ΔH<0 ①該可逆反應的化學平衡常數(shù)表達式為_______________________。 ②有關該可逆反應的說法正確的是________(填字母)。 A．反應物具有的總能量小于生成物具有的總能量 B．增加I2O5的投料量，有利于提高污染性氣體CO的轉(zhuǎn)化率 C．反應體系中混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不變，表明該可逆反應達到平衡 D．達到平衡后，其他條件不變，將反應容器的體積壓縮至原來的一半，CO2的體積分數(shù)不變 ③我國規(guī)定空氣中CO的最大允許濃度為10 mg/m3，即1 m3空氣中最多只能含有10 mg CO?，F(xiàn)將1 m3某空氣樣品通過盛有I2O5固體的加熱管充分反應(假定反應完全)，用酒精水溶液溶解產(chǎn)物I2，定容至100 mL后取25.00 mL，用0.001 0 mol/L Na2S2O3標準溶液滴定，消耗標準溶液21.80 mL。則空氣樣品中CO的濃度為________mg/m3。(已知：I2＋2S2O===2I－＋S4O) (2)工業(yè)煙氣中通常含有大氣污染物NO，直接排放會嚴重危害人們的健康，所以煙氣排放前必須要經(jīng)過脫硝(除去氮氧化物)，三聚氰酸是一種優(yōu)良的煙氣脫硝劑。 ①三聚氰酸的結(jié)構簡式如圖甲，它可以看作是三分子氰酸通過加成反應得到的環(huán)狀化合物，請寫出氰酸的電子式：________________。 ②三聚氰酸脫硝過程分為兩步反應：第一步反應是三聚氰酸受熱分解生成異氰酸(H—N===C===O)，第二步反應是異氰酸HNCO與NO反應轉(zhuǎn)化為兩種無毒氣體和水，請寫出第二步反應的化學方程式并用單線橋法標明電子的轉(zhuǎn)移方向和數(shù)目：__________________________。 ③有研究者做三聚氰酸脫硝的實驗中，得到在不同溫度條件下煙氣脫硝率的變化曲線如圖乙。在800 ℃以下脫硝率比較低的原因可能是___________； 從實驗結(jié)果來看，三聚氰酸作為煙氣脫硝劑的最佳溫度是________。 [解析] (1)①I2O5和I2都是固體，不用寫入化學平衡常數(shù)表達式中。②對于放熱反應，反應物具有的總能量大于生成物具有的總能量，A錯誤；I2O5是固體，所以增加I2O5的量不能改變化學平衡狀態(tài)，無法提高CO氣體的轉(zhuǎn)化率，B錯誤；對于可逆反應I2O5(s)＋5CO(g)I2(s)＋5CO2(g) ΔH<0，當平衡向正方向移動時，反應體系中的氣體質(zhì)量在增大，反之質(zhì)量減小，而氣體總物質(zhì)的量始終保持不變，所以反應體系中氣體的平均摩爾質(zhì)量不變就可以表明該可逆反應已達到平衡狀態(tài)，C正確；由于是反應前后氣體等體積的可逆反應，所以只改變壓強不能影響化學平衡狀態(tài)，D正確。③根據(jù)關系式：5CO～I2～2S2O可知n(CO)＝n(S2O)＝0.001 0 mol/L21.8010－3 L4＝2.1810－4 mol，m(CO)＝2.1810－4 mol28 g/mol＝6.10410－3 g＝6.104 mg，所以空氣樣品中CO的濃度為6.104 mg/m3。(2)①由三聚氰酸的結(jié)構簡式不難得知氰酸分子的結(jié)構為H—O—C≡N，則電子式為H：：C??N：。②異氰酸HNCO中氮元素的化合價為－3價，NO中氮元素的化合價為＋2價，兩者能發(fā)生歸中反應而生成CO2和N2兩種無毒氣體。③在800 ℃以下三聚氰酸分解速率較低，導致異氰酸的量較少，不利于脫硝反應的進行，900 ℃以上三聚氰酸能完全分解生成大量的異氰酸，從而獲得較高的脫硝率。超過950 ℃時脫硝率雖仍然有所增大，但增大的幅度較小，從工業(yè)生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟效益考慮，950 ℃為最佳溫度。 [答案] (1)①K＝?、贑D?、?.104 (2)①H：：C??N： ②4HNCO＋6N12e－O===5N2＋4CO2＋2H2O ③較低溫度下三聚氰酸的分解速率較低，導致還原NO的異氰酸量較少，脫硝率較低 950 ℃ 2．(2016云南省統(tǒng)一檢測)二氧化碳的捕集與利用是實現(xiàn)溫室氣體減排的重要途徑之一。 (1)目前工業(yè)上使用的捕碳劑有NH3和(NH4)2CO3，它們與CO2可發(fā)生如下可逆反應： 2NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g)(NH4)2CO3(aq) K1 NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g)NH4HCO3(aq) K2 (NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)2NH4HCO3(aq) K3 則K3＝________(用含K1、K2的代數(shù)式表示)。 (2)利用CO2制備乙烯是我國能源領域的一個重要戰(zhàn)略方向，具體如下： 方法一： CO2催化加氫合成乙烯，其反應為2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g) ΔH＝a kJmol－1 起始時按n(CO2)∶n(H2)＝1∶3的投料比充入20 L的恒容密閉容器中，不同溫度下平衡時H2和H2O的物質(zhì)的量如圖所示： ①a________(填“>”或“<”)0。 ②下列說法正確的是________(填字母序號)。 A．使用催化劑，可降低反應活化能，加快反應速率 B．其他條件不變時，若擴大容器容積，則v正減小，v逆增大 C．測得容器內(nèi)混合氣體密度不隨時間改變時，說明反應已達平衡 ③393 K下，H2的平衡轉(zhuǎn)化率為________(保留三位有效數(shù)字)。 ④393 K下，該反應達到平衡后，再向容器中按n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投入CO2和H2，則n(H2)/n(C2H4)將________(填“變大”“不變”或“變小”)。 方法二： 用惰性電極電解強酸性的二氧化碳水溶液可得到乙烯，其原理如圖所示。 ⑤b電極上的電極反應式為_______________________。 ⑥該裝置中使用的是________(填“陰”或“陽”)離子交換膜。 [解析] (1)K1＝，K2＝，K3＝，所以K3＝。(2)①溫度升高，平衡時，產(chǎn)物水的物質(zhì)的量減小，說明該反應正向為放熱反應，即a<0。②A項，催化劑能加快化學反應速率的原因是降低了反應的活化能，正確；B項，其他條件不變，擴大容器體積，相當于降低反應體系的壓強，正、逆反應速率都減小，錯誤；C項，反應體系中各物質(zhì)均為氣體，體積不變，混合氣體的密度一直不變，錯誤。 ③ 2CO2(g)＋6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g) 開始(mol)： n 3n 0 0 轉(zhuǎn)化(mol): x 3x x 2x 平衡(mol): n－x 3n－3x x 2x 從圖像可知3n－3x＝42 mol,2x＝58 mol，可知n＝43 mol，x＝29 mol，氫氣的平衡轉(zhuǎn)化率＝100%≈67.4%。④當再按1∶3投入CO2與H2時，相當于在原來平衡的基礎上增大壓強，平衡正向移動，所以將變小。⑤b電極連著電源的負極作陰極，CO2在酸性條件下得到電子生成C2H4與H2O。⑥陽極為水失去電子生成氧氣，同時產(chǎn)生的氫離子通過離子交換膜進入左側(cè)參與反應，所以離子交換膜為陽離子交換膜。 [答案] (1) (2)①0 若1 mol空氣含有0.8 mol N2和0.2 mol O2,1 200 ℃時在密閉容器內(nèi)反應達到平衡。測得NO為610－4 mol，計算該溫度下的平衡常數(shù)K＝________；汽車啟動后，氣缸溫度越高，單位時間內(nèi)NO排放量越大，原因是___________。 ②汽車燃油不完全燃燒時產(chǎn)生CO，有人設想按下列反應除去CO： 2CO(g)===2C(s)＋O2(g)，已知該反應的ΔH>0，試從反應的自發(fā)性原理分析該設想能否實現(xiàn)？________(填“能”或“不能”)。 [解析] (1)由電荷守恒可知：c(K＋)＋c(Na＋)＋c(H＋)＋c(NH)＝c(OH－)＋c(Cl－)＋2c(SO)＋c(NO)，則c(H＋)－c(OH－)＝(210－5＋2410－5＋310－5－410－6－610－6－210－5) mol/L＝10－4 mol/L，溶液呈酸性，溶液中H＋離子濃度約為10－4，則pH＝－lgc(H＋)＝4。(2)①由第二個反應－第一個反應，可得C(s)＋H2O(g)===H2(g)＋CO(g)，根據(jù)蓋斯定律，ΔH＝－110.5 kJ/mol－(－241.8 kJ/mol)＝＋131.3 kJ/mol。②A項，CaCl2與SO2不反應，不能作吸收劑，錯誤；B項，NaHSO3與SO2不反應，不能作吸收劑，錯誤；C項，可以發(fā)生反應：Ca(OH)2＋SO2===CaSO3↓＋H2O，正確；D項，可以發(fā)生反應：Na2CO3＋SO2===Na2SO3＋CO2，正確。(3)①根據(jù)已知條件可知，反應達到平衡時，n(NO)＝610－4 mol，n(N2)＝(0.8－310－4) mol，n(O2)＝(0.2－310－4) mol，故該溫度下的平衡常數(shù)K＝＝＝2.2510－6；該反應為吸熱反應，溫度升高，反應速率加快，平衡向正反應方向移動。②該反應的ΔH>0，ΔS<0，則ΔH－TΔS>0，反應不能自發(fā)進行。 [答案] (1)酸性 4 (2)①C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝＋131.3 kJ/mol?、赾d (3)①2.2510－6 溫度升高，反應速率加快，且平衡右移 ②不能 4．(2016臨沂模擬)已知Ⅰ、Ⅱ反應在一定條件下焓變及平衡常數(shù)如下： 2H2(g)＋S2(g)2H2S(g) K1 ΔH1 (Ⅰ) 3H2(g)＋SO2(g)2H2O(g)＋H2S(g) K2 ΔH2 ( Ⅱ ) (1)用ΔH1、ΔH2表示反應4H2(g)＋2SO2(g)S2(g)＋4H2O(g)的ΔH＝________。 (2)回答下列反應(Ⅰ)的相關問題： ①溫度為T1，在1 L恒容容器中加入1.8 mol H2、1.2 mol S2,10 min時反應達到平衡狀態(tài)。測得10 min內(nèi)v(H2S)＝0.08 molL－1min－1，則該條件下的平衡常數(shù)為________，若此時再向容器中充入H2、S2、H2S各0.8 mol，則平衡移動方向為________(填“正向”“逆向”或“不移動”)； ②溫度為T2時(T2>T1)，在1 L恒容容器中也加入1.8 mol H2、1.2 mol S2，建立平衡時測得S2的轉(zhuǎn)化率為25%，據(jù)此判斷ΔH________0(填“>”或“<”)，與T1時相比，平衡常數(shù)K________(填“增大”“減小”或“不變”)。 (3)常溫下，用SO2與NaOH溶液反應可得到NaHSO3、Na2SO3等。 ①已知Na2SO3水溶液顯堿性，原因是___________________________ (寫出主要反應的離子方程式)，該溶液中，c(Na＋)________2c(SO)＋c(HSO3)(填“>”“<”或“＝”)。 ②在某NaHSO3、Na2SO3混合溶液中HSO、SO物質(zhì)的量分數(shù)隨pH變化曲線如圖所示(部分)：根據(jù)圖示，求SO的水解平衡常數(shù)Kh＝________。 [解析] (1)由(Ⅱ)2－(Ⅰ)得4H2(g)＋2SO2(g)S2(g)＋4H2O(g) ΔH，故ΔH＝2ΔH2－ΔH1。 (2)①10 min時反應達到平衡狀態(tài)。測得10 min內(nèi)v(H2S)＝0.08 molL－1min－1，則Δc(H2S)＝0.08 molL－1min－110 min＝0.8 molL－1，則 2H2(g)＋S2(g)2H2S(g) 起始(molL－1) 1.8 1.2 0 變化(molL－1) 0.8 0.4 0.8 平衡(molL－1) 1.0 0.8 0.8 平衡常數(shù)K＝＝＝0.8， 若此時再向容器中充入H2、S2、H2S各0.8 mol，則此時溶度積＝＝≈0.5
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