2021版浙江高考选考化学一轮复习教师用书：专题84化学反应原理强化突破（一）

化学反应原理强化突破(一)

1．(2020·杭州学军中学选考模拟)Ⅰ.大气中CO2含量的增多会导致地球表面温度升高及海洋生态环境改变。

已知：CO2(g)＋CaO(s)CaCO3(s)

(1)某研究小组在实验室探究不同温度对CaO吸收CO2效率的影响。在体积相同的密闭容器中，均充入一定量的生石灰和足量CO2，在不同温度下，保持其他初始实验条件不变，发现如上平衡分别在t s时测定CO2的浓度如图。

①该反应在________条件下能自发进行。

A．较高温度　　　　　　　 B．较低温度

C．任何温度   D．任何温度下均不能

②A、B、C、D、E五点中，达到化学平衡状态的点是____________。

(2)在恒定温度下，一个体积固定为1 L的容器中加入20 g CaO和一定量的CO2气体，在10 min达平衡的过程中CO2浓度变化如下图所示，为提高CO2的吸收率，下列可以采取的措施有________。

A．缩小反应容器的容积

B．升高温度

C．平衡体系中及时分离出部分CaCO3

D．使用合适的催化剂

若保持平衡时的温度不变，15 min时将体积迅速增大至2 L，在20 min时重新达到平衡，请在上图中补充体积变化后CO2浓度变化示意图。

Ⅱ.在容积可变的密闭容器中发生反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)，在一定温度和不同压强下达到平衡时，分别得到A的物质的量浓度如下表。

(3)当压强为1×106 Pa时，此反应的平衡常数表达式：________________。

Ⅲ.电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法，如图是该方法处理污水的实验装置示意图，实验过程中，污水的pH始终保持在5.0～6.0之间。接通电源后，阴极产生的气体将污物带到水面形成浮渣而除去，起到浮选净化作用；阳极产生的沉淀具有吸附性，吸附污物而沉积，起到凝聚净化作用。

(4)阳极区生成沉淀的总电极反应式为________________________________。

解析：Ⅰ.(1)①根据图像，T3时达到平衡，升高温度后，CO2的浓度增大，平衡逆向移动，说明正反应为放热反应，ΔH＜0，该反应的ΔS＜0，要使得ΔG＝ΔH－TΔS＜0，需要在较低温度才行；②A、B是建立平衡的过程中的点，C、D、E是达到化学平衡状态的点。(2)A.缩小反应容器的容积，平衡正向移动，CO2的吸收率增大，故A正确；B.升高温度，平衡逆向移动，CO2的吸收率减小，故B错误；C.平衡体系中及时分离出部分CaCO3，碳酸钙为固体，平衡不移动，CO2的吸收率不变，故C错误；D.使用合适的催化剂，平衡不移动，CO2的吸收率不变，故D错误。若保持平衡时的温度不变，15 min时将体积迅速增大至2 L，二氧化碳浓度减小，平衡逆向移动，但温度不变，平衡常数不变，最终二氧化碳浓度又增大至与原平衡相等，图像为。Ⅱ.(3)根据表格数据，压强由2×105 Pa增大到5×105 Pa，c(A)的浓度变成原来的2.5倍，又因为＝＝2.5，说明平衡未发生移动，即m＋n＝p，但当压强由5×105 Pa增大到1×106 Pa时，c(A)的浓度变成原来的2.2倍＞＝2，说明平衡逆向移动，即B变成了非气态，因此当压强为1×106 Pa时，此反应的平衡常数表达式K＝。Ⅲ.(4)根据题意，电解池的阳极材料为Fe，阴极材料为Al，金属做阳极时，电极称为活性电极，由于金属失电子能力强于溶液中的阳离子，所以阳极上是活性电极自身先失去电子，电解池的阳极放电顺序是活性电极＞Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋等，因此阳极的电极反应有两个，分别是Fe－2e－===Fe2＋和2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，生成的Fe2＋进入溶液中生成Fe(OH)2，Fe(OH)2易被氧气氧化，反应为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，因此阳极区生成沉淀的总电极反应式为Fe－3e－＋3H2O===Fe(OH)3＋3H＋。

答案：Ⅰ.(1)①B　②C、D、E

(2)A　

Ⅱ.(3)K＝

Ⅲ.(4)Fe－3e－＋3H2O===2Fe(OH)3＋3H＋

2．(2020·浙江1月选考,T29)研究NOx之间的转化具有重要意义。

(1)已知：N2O4(g)2NO2(g)　ΔH>0

将一定量N2O4气体充入恒容的密闭容器中，控制反应温度为T1。

①下列可以作为反应达到平衡的判据是________。

A．气体的压强不变

B．v正(N2O4)＝2v逆(NO2)

C．K不变

D．容器内气体的密度不变

E．容器内颜色不变

②t1时刻反应达到平衡，混合气体平衡总压强为p，N2O4气体的平衡转化率为75%，则反应N2O4(g)2NO2(g)的平衡常数Kp＝________[对于气相反应，用某组分B的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数，记作Kp，如p(B)＝p·x(B)，p为平衡总压强，x(B)为平衡系统中B的物质的量分数]。

③反应温度T1时，c(N2O4)随t(时间)变化曲线如图1，画出0～t2时段，c(NO2)随t变化曲线。

保持其他条件不变，改变反应温度为T2(T2>T1)，再次画出0～t2时段，c(NO2)随t变化趋势的曲线。

(2)NO氧化反应：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)分两步进行，其反应过程能量变化示意图如图2。

Ⅰ　2NO(g)N2O2(g)　ΔH1

Ⅱ　N2O2(g)＋O2(g)―→2NO2(g)　ΔH2

①决定NO氧化反应速率的步骤是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。

②在恒容的密闭容器中充入一定量的NO和O2气体，保持其他条件不变，控制反应温度分别为T3和T4(T4>T3)，测得c(NO)随t(时间)的变化曲线如图3。

转化相同量的NO，在温度________(填“T3”或“T4”)下消耗的时间较长，试结合反应过程能量图(图2)分析其原因：_________________________________________________。

答案：(1)①AE

②p

③

(2)①Ⅱ

②T4　ΔH1<0，温度升高，反应Ⅰ平衡逆移，c(N2O2)减小；浓度降低的影响大于温度对反应Ⅱ速率的影响

3．氢气是一种新型的绿色能源，又是一种重要的化工原料。以生物材质(以C计)与水蒸气反应制取H2是一种低耗能、高效率的制H2方法。该方法由气化炉制造H2和燃烧炉再生CaO两步构成。气化炉中涉及的反应为

Ⅰ.C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　K1；

Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　K2；

Ⅲ.CaO(s)＋CO2(g)CaCO3(s)　K3；

燃烧炉中涉及的反应为

Ⅳ.C(s)＋O2(g)===CO2(g)

Ⅴ.CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)

(1)该工艺制H2总反应可表示为C(s)＋2H2O(g)＋CaO(s)CaCO3(s)＋2H2(g)，其反应的平衡常数K＝________________________(用含K1、K2、K3的代数式表示)。在2 L的密闭容器中加入一定量的C(s)、H2O(g)和CaO(s)，下列能说明反应达到平衡的是________。

A．混合气体的体积不再变化

B．H2与H2O(g)的物质的量之比不再变化

C．混合气体的密度不再变化

D．形成a mol H—H键的同时断裂2a mol H—O键

(2)对于反应Ⅰ，不同温度和压强对H2产率影响如下表。

下列图像正确的是________。

(3)已知反应Ⅱ的ΔH＝－41.1 kJ· mol－1，C===O、O—H、H—H的键能分别为803 kJ· mol－1，464 kJ· mol－1、436 kJ· mol－1，则CO中碳氧键的键能为________ kJ· mol－1。

(4)对于反应Ⅲ，若平衡时再充入CO2，使其浓度增大到原来的2倍，则平衡移动方向为____________；当重新平衡后，CO2浓度________(填“变大”“变小”或“不变”)。

(5)氢镍电池具有无记忆、无污染、免维护等特点，被称为绿色电池。该电池的总反应为MH＋NiOOHM＋Ni(OH)2，其中M为贮氢合金材料，则充电过程中的阴极反应式为________________________________________________________________________。

解析：(1)①C(s)＋2H2O(g)＋CaO(s)CaCO3(s)＋2H2(g)等于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ反应相加，则平衡常数K＝K1·K2·K3。混合气体的体积始终不变，A项错误。H2与H2O(g)的物质的量之比不再变化，变量不变，反应达到平衡，B项正确。体积一定，混合气体质量不确定，密度不变，反应达到平衡，C项正确。形成a mol H—H键的同时断裂2a mol H—O键，代表同一反应方向，不能说明反应是否达到平衡，D项错误。(2)对于可逆反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，温度不变，增大压强平衡逆向移动，则H2的产率降低，则p1>p2，压强不变时，升高温度，H2的产率增大，说明正反应为吸热反应；由p1到p2降低压强，反应速率降低，平衡正向移动，A项错误。图像符合升高温度平衡正向移动，且H2的产率增大，B项正确。恒压下，升高温度平衡正向移动，H2O的含量降低，但恒温下，增大压强平衡逆向移动，H2O的含量增加，C项错误。温度升高，平衡正向移动，平衡常数增大，D项正确。(3)设CO中碳氧键的键能为x kJ· mol－1，则反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的ΔH＝(x＋2×464) kJ· mol－1－(2×803＋436) kJ· mol－1＝－41.1 kJ· mol－1，解得：x＝1 072.9，即CO中碳氧键的键能为1 072.9 kJ· mol－1。(4)对于反应CaO(s)＋CO2(g)CaCO3(s)，若平衡时再充入CO2，增大反应物的浓度，则平衡移动方向为正向移动；当重新平衡后，因温度不变，平衡常数不变，则平衡时CO2浓度不变。(5)阴极上H2O得电子生成MH，则充电过程中阴极的电极反应式：H2O＋M＋e－===MH＋OH－。

答案：(1)K1·K2·K3　BC　(2)BD　(3)1 072.9　(4)正向移动(或向右移动)　不变　(5)M＋H2O＋e－===MH＋OH－

4．(2020·杭州高三质检)硝酸工业是重要的无机化学工业。目前工业上均采用氨催化氧化法制硝酸。

(1)合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－91.4 kJ·mol－1，图1表示500 ℃、60.0 MPa条件下，恒温容器中NH3的物质的量随时间的变化关系。若起始条件不变，将反应置于绝热容器中进行，请在图1中画出NH3的物质的量随时间的变化关系。

(2)氨的催化氧化，涉及的主要反应有

主反应：Ⅰ　4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH1＝－907  kJ·mol－1

副反应：Ⅱ　4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(g)　ΔH2；Ⅲ　2NO(g)N2(g)＋O2(g)　ΔH3＝－180 kJ·mol－1

已知：通常情况下，ΔH越小，平衡常数越大。

①反应Ⅱ的ΔH2＝________kJ·mol－1。

②氨和空气混合气体按一定流速通过催化剂网表面发生反应，测得数据如图2。混合气与催化剂网接触时间过短(<2.0×10－4 s)，NO的产率低，可能的原因是___________；混合气与催化剂网接触时间过长(>8.0×10－4s)，NO的产率也低的原因是_______________。

(3)硝酸工业尾气中存在NO、NO2等氮氧化物，必须进行脱硝处理。工业上可以用NaClO进行脱硝处理，写出向过量的NaClO溶液中通入NO2进行脱硝的离子方程式：

________________________________________________________________________。

(4)Shilov等发现，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：___________________________________。

解析：(1)合成氨反应为放热反应，反应容器绝热，所以随着反应的进行，反应体系的温度逐渐升高，反应速率加快，达到平衡的时间缩短，且达到平衡时n(NH3)小于恒温容器中反应达到平衡时n(NH3)。(2)①根据盖斯定律，可得反应Ⅱ＝5×反应Ⅲ＋反应Ⅰ，则ΔH2＝5ΔH3＋ΔH1＝5×(－180 kJ·mol－1)＋(－907 kJ·mol－1)＝－1 807 kJ·mol－1。②接触时间过短，NH3来不及反应，导致NO的产率低。因为ΔH2比ΔH1小得多，所以反应Ⅱ的平衡常数大，接触时间过长，反应Ⅱ的进行程度大，导致NO的产率低。(3)ClO－与NO2发生氧化还原反应生成Cl－和NO，根据得失电子守恒、原子守恒及电荷守恒配平离子方程式。(4)阴极上N2得电子生成NH3，电极反应式为N2＋6H2O＋6e－===2NH3＋6OH－。

答案：(1)如图所示

(2)①－1 807

②接触时间过短，NH3来不及反应　ΔH2比ΔH1小得多，反应Ⅱ的平衡常数大，接触时间过长，反应Ⅱ进行程度大

(3)3ClO－＋2NO2＋H2O===2NO＋Cl－＋2HClO　

(4)N2＋6H2O＋6e－===2NH3＋6OH－