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16反应原理综合训练(寒假作业2)


第十六节

化学反应原理综合训练

1、随着大气污染的日趋严重,国家拟于“十二五”期间,将二氧化硫(SO2)排放量减少 8%,氮氧化物 (NOx)排放量减少 10%。目前,消除大气污染有多种方法。 Ⅰ.处理 NOx 的一种方法是利用甲烷催化还原 NOx。 - CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1=

-574kJ·mol 1 CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H2 - CH4(g)+2NO2 (g)= N2(g) + CO2(g)+2H2O(g) △H3=-867kJ·mol 1 则△H2= 。 Ⅱ. 化石燃料的燃烧、 含硫金属矿石的冶炼和硫酸的生产过程中产生的 SO2 是大气中 SO2 的主要来源。 (1) 将煤转化为水煤气是将煤转化为洁净燃料的方法之一,反应为 C(s) + H2O(g) == CO(g) + H2(g) 该反应的化学平衡常数表达式为 K= 。 (2)碘循环工艺不仅能吸收 SO2 降低环境污染,同时又能制得氢气,具体流程如下:

①用离子方程式表示反应器中发生的反应 。 ② 用 化 学 平 衡 移 动 的 原 理 分 析 , 在 HI 分 解 反 应 中 使 用 膜 反 应 器 分 离 出 H2 的 目 的 是 。 Ⅲ.开发新能源是解决大气污染的有效途径之一。直接甲醇燃料电池(简称 DMFC)由于结构简单、能 量转化率高、 对环境无污染,可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。 DMFC 工作原理如图所示:

通入 a 气体的电极是原电池的

极(填“正”或“负” ) ,其电极反应式为

2、二甲醚是一种重要的清洁燃料,也可替代氟利昂作制冷剂等,对臭氧层无破坏作用。工业上可利用 煤的气化产物(水煤气)合成二甲醚。请回答下列问题: (1)煤的气化的主要化学反应方程式为:___________________________。 (2)煤的气化过程中产生的有害气体 H2S 用 Na2CO3 溶液吸收,生成两种酸式盐,该反应的化学方程 式为:________________________________________。 (3)利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下: - ① 2H2(g) + CO(g) CH3OH(g);Δ H =-90.8 kJ·mol 1 - ② 2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g);Δ H=-23.5 kJ·mol 1
1

③ CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g);Δ H=-41.3 kJ·mol 1 总反应:3H2(g) + 3CO(g) CH3OCH3(g) + CO2 (g)的Δ H= ___________; 一定条件下的密闭容器中, 该总反应达到平衡, 要提高 CO 的转化率, 可以采取的措施是__________ (填字母代号) 。 a.高温高压 b.加入催化剂 c.减少 CO2 的浓度 d.增加 CO 的浓度 e.分离出二甲醚 (4)已知反应②2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)某温度下的平衡常数为 400 。此温度下,在 密闭容器中加入 CH3OH ,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:


物质 浓度/(mol· L-1)

CH3OH 0.44

CH3OCH3 0.6

H2O 0.6

① 比较此时正、逆反应速率的大小:v 正 ______ v 逆 (填“>” 、 “<”或“=”)。 ② 若加入 CH3OH 后,经 10 min 反应达到平衡,此时 c(CH3OH) = _______ __;该时间内反应速率 v(CH3OH) = ______ ___。 3、 甲醇(CH3OH)是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景。 (1)工业上一般采用下列两种反应合成甲醇: 反应 I:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) Δ H1 反应 II:CO(g)+2H2(g) ①反应 I 的平衡常数表达式为 K=________________________ ②下表所列数据是反应Ⅱ在不同温度下的化学平衡常数(K) 温度 K 250℃ 2.041 300℃ 0.270 350℃ 0.012

CH3OH(g) Δ H2

由表中数据判断Δ H2______0,Δ S______0 (填“>” 、 “=”或“<”=)。 ③某温度下, 将 2 mol CO 和 6 mol H2 充入 2L 的密闭容器中, 充分反应, 达到平衡后, 测得 c(CO)=0.2 -1 mol·L ,则 CO 的转化率为________。 (2)已知在常温常压下: ① 2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) Δ H =-1275.6 kJ·mol-1 ② 2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) Δ H =-566.0 kJ·mol-1 ③ H2O(g)=H2O(l) Δ H =-44.0 kJ·mol-1 写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式 ________________________________________。 (3)某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理,设计如右图所示的电池装置。 ①该电池中 OH- 向_______极移动(填“正”或“负”) ②该电池负极的电极反应为_________________________。 ③用该电池电解(惰性电极)500mL 某 CuSO4 溶液,电解一段时间后,为使电解质溶液恢复到原状态, 需要向溶液中加入 9.8g Cu(OH)2 固体。则原 CuSO4 溶液的物质的量浓度为__________ mol·L-1(假 设电解前后溶液体积不变) 。 4、 (1)用 CH4 催化还原 NOx 可以消除氮氧化物的污染。例如: - CH4(g)+ 4 NO2 (g)= 4 NO (g)+ CO2 (g)+ 2 H2O (g)Δ H= -574 kJ · mol 1 - CH4(g)+ 4 NO (g)= 2 N2(g)+ CO2 (g)+ 2 H2O (g)Δ H= -1160 kJ· mol 1
2

若用标准状况下 4.48L CH4 还原 NO2 至 N2,整个过程中转移的电子总数为 (阿伏加德罗常数的值用 NA 表示) ,放出的热量为 kJ。 (2)已知稀溶液中,1 mol H2SO4 与 NaOH 溶液恰好完全反应时,放出 114.6 kJ 热量,写出表示 H2SO4 与 NaOH 反应的中和热的热化学方程式_______________________________。 (3)甲硅烷(SiH4)是一种无色液体,遇到空气能发生爆炸性自燃,生成(SiO2)和水。已知室温下 10 g 甲硅烷自燃放出热量 446 kJ,表示其燃烧热的热化学方程式为: ______________________________________________________________________。 (4)使 Cl2 和 H2O(g)通过灼热的炭层,生成 HCl 和 CO2 是放热反应,当 1 mol Cl2 参与反应时释放 145 kJ 的热量,写出这个反应的热化学方程式: _____________________________________。 5、工业上一般在恒容密闭容器中采用下列反应合成甲醇:CO(g) + 2H2(g) (1)判断反应达到平衡状态的依据是 (填序号) 。 a. 生成 CH3OH 的速率与消耗 CO 的速率相等 b. 混合气体的密度不变 c. 混合气体的相对平均分子质量不变 d. CH3OH、CO、H2 的浓度都不再发生变化 (2)下表所列数据是反应在不同温度下的化学平衡常数(K) 。 温度 K 250℃ 2.041 300℃ 0.270 350℃ 0.012 CH3OH(g) Δ H

①由表中数据判断Δ H 0 (填“>” 、 “=”或“<” ) 。 ②要提高 CO 的转化率,可以采取的措施是_________(填序号) 。 a.升温 b.加入催化剂 c.增加 CO 的浓度 d.加入 H2 加压 e.加入惰性气体加压 f.分离出甲醇 图一 ③某温度下,将 2 mol CO 和 6 mol H2 充入 2 L 的密闭容器中,充分反应 10min 后,达到平衡时测 得 c(CO)= 0.2 mol/L,则 CO 的转化率为 ,此时的温度为 。以 CH3OH 表示该过 程的反应速率 v(CH3OH)= mol /(L · min) 。 (3)图一表示在温度分别为 T1、T2 时,平衡体系中 H2 的体积分数随压强变化曲线,A、C 两点的反 应速率 A____C(填“>” 、 “=”或“<” ,下同) ,A、C 两点的化学平衡常数 A_____C,由状 态 B 到状态 A,可采用______的方法(填“升温”或“降温” ) 。 (4)一定条件下,0.5mol 甲醇蒸气完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水, 放出 QKJ 的热量。 写出该反应的热化学方程式 。 图二是甲醇燃料电池(电解质溶液为 KOH 溶液)结构示意图,写出 a 处电极上发生的电极反应式 。 6.(1)室温下,在 pH=12 的某种溶液中,由水电离的 c(OH-)为____________。 (2)等体积的下列溶液中,阳离子的总物质的量最大的是____________。 ①0.2 mol· L-1 的 CuSO4 溶液 ②0.1 mol· L-1 的 Na2CO3 ③0.2 mol· L-1 的 KCl ④0.1 mol· L-1 的 Na2SO4 -1 (3)浓度为 0.100 mol· L 的下列各物质的溶液中,c(NH4+)由大到小的顺序是_________________(填 序号) 。①NH4Cl ②NH4HSO4 ③NH3· H2O ④CH3COONH4 (4) 某二元酸 (化学式用 H2A 表示) 在水中的电离方程式是: H2A====H++HA- , HA3

H++A2- 。

① 则 Na2A 溶 液 显 __________________ ( 填 “ 酸 性 ”“ 中 性 ” 或 “ 碱 性 ” ), 理 由 是 __________________________________________(用离子方程式表示) 。 -1 ②若有 0.1 mol· L Na2A 的溶液,其中各种离子浓度由大到小的顺序是: (填序号) 。 + 2+ + 2+ A.c(Na )>c(A )>c(OH )>c(HA )>c(H ) B.c(Na )>c(OH )>c(HA )>c(A )>c(H ) + + 2C.c(Na )>c(H )>c(A )>c(OH )>c(HA ) D.c(A2-)>c(Na+)>c(OH-)>c(H+)>c(HA-) 7、 (1)某同学利用 CuSO4 溶液,进行以下实验探究。

① 图一是根据反应 Zn + CuSO4 == Cu + ZnSO4 设计成的锌铜原电池。 Cu 极的电极反应式 是 , 盐桥中是含有琼胶的 KCl 饱和溶液, 电池工作时 K+向 移动 (填 “甲” 或 “乙” ) 。 ② 图二中,Ⅰ是甲烷燃料电池(电解质溶液为 KOH 溶液)的结构示意图,该同学想在Ⅱ中实现铁上 镀铜,则 b 处通入的是 ( 填 “ CH4 ” 或 “ O2 ” ) ,a 处电极上发生的电极反应式 是 ; 当铜电极的质量减轻 3.2g, 则消耗的 CH4 在标准状况下的体积为 L。 (2)反应一段时间后,燃料电池的电解质溶液完全转化为 K2CO3 溶液,以下关系正确的是 。 + + 2+ A.c(K )+c(H )=c(HCO3 )+ c(CO3 )+c(OH ) B.c(OH )=c(H )+c(HCO3 )+2c(H2CO3) + 2+ C.c(K )>c(CO3 )>c(H )>c(OH ) D.c(K+)>c(CO32-)>c(OH-)>c(HCO3-) E.c(K+)= 2c(CO32-)+ c(HCO3-)+c(H2CO3) 8、碳和氮的许多化合物在工农业生产和生活中有重要的作用。 (1)用 CO2 和 H2 合成 CH3OH 具有重要意义,既可以解决环境问题,还可解决能源危机。已知: + = +2 △H = -725.5 kJ·mol
-1 -

2H2 (g)+O2(g) = 2H2O(l) △H = -565.6 kJ·mol 1 , 请写出工业上用 CO2 和 H2 合成 CH3OH(l)的热化学方程式: ; (2)一种新型燃料电池,一极通入空气,一极通入 CH3OH(g),电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化 - - 锆(ZrO2)晶体,在熔融状态下能传导 O2 。则在该熔融电解质中,O2 向 ( 填“正”或“负”) 极移动,电池负极电极反应为: ; (3)如图是一个电化学装置示意图。用 CH3OH-空气燃料电池做此装置的电源。如果 A 是铂电极, B 是石墨电极,C 是 CuSO4 溶液,通电一段时间后,向所得溶液中加入 8 g CuO 固体后恰好可 使溶液恢复到电解前的浓度和 pH.则电解过程中收集到标准状况下的气体体积为 ; (4)常温下 0.01 mol·L
-1

的氨水中

= 1×10



6

,则该溶液的 pH 为

____,溶液中的溶质电离出的阳离子浓度约为 ;将 pH = 4 的盐 -1 酸溶液 V1 L 与 0.01 mol·L 氨水 V2 L 混合,若混合溶液 pH = 7,则 V1 和 V2 的关系为:V1 V2 (填“>” 、 “<”或“=” ) 。
4

第十六节

化学反应原理综合训练
参考答案

一、填空题 - 1、I. -1160kJ·mol 1(2 分) II. (1) K=c(CO)·c(H2)/c(H2O)(2 分) ,右 (2 分) b (2 分) (2)SO2+2H2O=H2SO4+H2 (2 分) 降低生成物的浓度,使平衡向正方向移动(2 分) - III. 负(1 分) CH3OH﹣6e +H2O→CO2+6H+ (2 分)

2、 (1) C+H2O

CO+H2。

(2) Na2CO3+H2S==NaHCO3+NaHS (3) -246.4kJ· mol -1 c、e (4) ① > ② 0.04 mol·L-1 0.16 mol·L-1·min-1

3、 (1)①

(2 分);②<(1 分);<(1 分);③ 80%(2 分)、

(2)CH3OH(l)+O2(g) =CO(g)+2H2O(l) △H=-442.8kJ·mol-1(2 分) (3)①负(2 分) ②CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O(2 分);③0.2mol·L-1(2 分) 4、 (1)1.6NA ,173.4 - (2)1/2H2SO4(aq) + NaOH(aq) = 1/2Na2SO4(aq) + H2O (l) Δ H=-57.3 kJ·mol 1 (3)SiH4(l)+2O2(g)===SiO2(s)+2H2O(l) Δ H=-1427.2 kJ/mol (4)2Cl2(g)+2H2O(g)+C(s)===4HCl(g)+CO2(g) Δ H=-290 kJ/mol 5、 (1)c d (2)① < ② d f ③ 80%,250℃。 0.08 (3)<,= ,加热 (4)2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l) △H= -4Q kJ/mol(2 分) CH3OH-6e-+8OH- = CO32-+6H2O(2 分) 6. (1)10-12 mol· L-1 或 10-2 mol· L-1 (3) ② >① > ④ > ③ (2)① (4) ① 碱性 A2-+H2O HA-+OH② A

7、 (1)①Cu2+ + 2e- == Cu(2 分) ,乙 - - - ②O2, CH4-8e +10OH =CO32 +7H2O, 0.28L (2)BD - 8、 (1)CO2(g) + 3H2(g)=CH3OH(l) + H2O(l) △H=-122.9 kJ·mol 1 - - (2)负,CH3OH-6e +3O2 =CO2 + 2H2O (3)1.12 L (4)10,10-4 mol·L-1 ; >

5


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