微专题十　化学反应原理综合题型研究

1. (2017·河南洛阳二模)NO₂与SO₂能发生反应:NO₂+SO₂ SO₃+NO,某研究小组对此进行相关实验探究。

(1) 已知:2NO(g)+O₂(g) 2NO₂(g)

ΔH=-113.0 kJ·mol^-1

 2SO₂(g)+O₂(g) 2SO₃(g)

ΔH=-196.6 kJ·mol^-1

则NO₂(g)+SO₂(g) SO₃(g)+NO(g)

ΔH=　　　　　　　　。 

(2) 实验中,尾气可以用碱溶液吸收。NaOH溶液吸收NO₂时,发生的反应为2NO₂+2OH^- N +N +H₂O,反应中形成的化学键是　　　　　　　　　(填化学键的类型);用NaOH溶液吸收少量SO₂的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　。 

 

(3) 在固定体积的密闭容器中,使用某种催化剂,改变原料气配比[n₀(NO₂)∶n₀ (SO₂)] 进行多组实验(各次实验的温度可能相同,也可能不同),测定NO₂的平衡转化率[α(NO₂)]。 部分实验结果如上图所示。

①当容器内　　　　(填字母)不再随时间的变化而改变时,可以说明反应达到了化学平衡状态。 

a. 气体的压强

b. 气体的平均摩尔质量

c. 气体的密度

d. NO₂的体积分数

②如果要将图中C点的平衡状态改变为B点的平衡状态,应采取的措施是　。 

③若A点对应实验中,SO₂(g)的起始浓度为c₀ mol·L^-1 ,经过t min达到平衡状态,该时段化学反应速率v(NO₂)=　　　　mol·L^-1·min^-1。 

④图中C、D两点对应的实验温度分别为T_C和T_D,通过计算判断:T_C　　　　(填“>”、“=”或“<</SPAN>”)T_D。 

2. (2017·广东广州4月综合检测)航天员呼吸产生的CO₂用下列反应处理,可实现空间站中O₂的循环利用。

Sabatier反应:CO₂(g)+4H₂(g) CH₄(g)+2H₂O(g)

水电解反应:2H₂O(l) 2H₂(g)+O₂(g)

(1) 将原料气按 ∶ =1∶4置于密闭容器中发生Sabatier反应,测得H₂O(g)的物质的量分数与温度的关系如下图所示(虚线表示平衡曲线)。

 

①该反应的平衡常数K随温度升高而　　　　(填“增大”或“减小”)。 

②温度过高或过低均不利于该反应的进行,原因是　　　 　 

。

③200 ℃达到平衡时体系的总压强为p,该反应平衡常数K_p的计算式为　　　　　　　　　(不必化简。用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。 

(2) Sabatier反应在空间站运行时,下列措施能提高CO₂转化效率的是　　　　(填字母)。 

A. 适当减压

B. 增大催化剂的比表面积

C. 反应器前段加热,后段冷却

D. 提高原料气中CO₂所占比例

E. 合理控制反应器中气体的流速

(3) 一种新的循环利用方案是用Bosch反应CO₂(g)+2H₂(g) C(s)+2H₂O(g)代替Sabatier反应。

①已知CO₂(g)、H₂O(g)的生成焓分别为-394 kJ·mol^-1、-242 kJ·mol^-1,Bosch反应的ΔH=　　　　kJ·mol^-1。(生成焓指一定条件下由对应单质生成1 mol化合物时的反应热) 

②一定条件下Bosch反应必须在高温下才能启动,原因是　　　　　　　　　　　　　　。 

③新方案的优点是　。 

3. (2017·湖北八校第二次联考)Ⅰ. 煤制天然气的工艺流程简图如下:

 

(1) 反应Ⅰ:C(s)+H₂O(g) CO(g)+H₂(g)　ΔH=+135 kJ·mol^-1。通入的氧气会与部分碳发生燃烧反应,请利用能量转化及平衡移动原理说明通入氧气的作用: 

　　　　　　　　　　。 

 

图1

(2) 反应 Ⅱ:CO(g)+H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g)　ΔH=-41 kJ·mol^-1。图1表示不同温度条件下,煤气化反应Ⅰ发生后的汽气比(水蒸气与CO物质的量之比)与CO平衡转化率的变化关系。

①判断T₁、T₂和T₃的大小关系:　。 

②若煤气化反应Ⅰ发生后的汽气比为0.8,经煤气化反应Ⅰ和水气变换反应Ⅱ后,得到CO与H₂的物质的量之比为1∶3,则反应Ⅱ应选择的温度是　　　(填“T₁”、“T₂”或“T₃”)。 

(3) ①甲烷化反应Ⅳ发生之前需要进行脱酸反应Ⅲ。煤经反应Ⅰ和Ⅱ后的气体中含有两种酸性气体,分别是H₂S和　　　　。 

②工业上常用热碳酸钾溶液脱除H₂S气体得到两种酸式盐,该反应的离子方程式是　。 

Ⅱ. 利用甲烷超干重整CO₂技术可得到富含CO的气体,将甲烷和二氧化碳转化为可利用的化学品,其能源和环境上的双重意义重大。该技术中的化学反应为CH₄ (g)+3CO₂ (g) 2H₂O(g)+4CO(g)　ΔH>0。CH₄超干重整CO₂的催化转化原理示意图如图2。

 

图2

 

(4) 过程Ⅱ实现了含氢物种与含碳物种的分离。生成H₂O(g)的化学方程式是　　　　　　　　　　　　。 

(5) 假设过程Ⅰ和过程Ⅱ中的各步均转化完全,下列说法正确的是　　　　(填字母)。 

a. 过程Ⅰ和过程Ⅱ中均含有氧化还原反应

b. 过程Ⅱ中使用的催化剂为Fe₃O₄ 和CaCO₃

c. 若过程Ⅰ投料 =1,可导致过程Ⅱ中催化剂失效

 

图3

(6) 一定条件下,向体积为2 L的恒容密闭容器中充入1.2 mol CH₄(g)和4.8 mol CO₂(g),发生反应CH₄ (g)+3CO₂ (g) 2H₂O(g)+4CO(g)　ΔH>0。实验测得,反应吸收的能量和甲烷的体积分数随时间变化的曲线如图3。计算该条件下此反应的ΔH=　　　　　　　　。 

4. (2017·福建厦门第二次质检)丙烯(C₃H₆)是重要的有机化工原料。丙烷脱氢制丙烯发生的主要反应及能量变化如图1。

 

图1

 

 

图2

 

(1) 丙烷脱氢制丙烯为强吸热过程,为提供反应所需热量,恒压时向原料气中掺入水蒸气。

①K(主反应)　　　　(填“增大”、“减小”或“不变”,下同),α(C₃H₈)　　　　。 

②温度升高,副反应更容易发生的主要原因是　　　(填“E_a1>E_a2”或“ΔH₁>ΔH₂”)。 

(2) 图2为丙烷直接脱氢法中丙烷和丙烯的平衡体积分数与温度、压强的关系(其中压强分别为10⁴ Pa和10⁵ Pa)。

①10⁴ Pa时,图中表示丙烯的曲线是　　　　(填“ⅰ”、“ⅱ”、“ⅲ”或“ⅳ”)。 

②10⁴ Pa、500 ℃时,主反应用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数K_p=　　　　(已知:气体分压=气体总压×体积分数)。 

 

图3

(3) 利用CO₂的弱氧化性,开发了丙烷氧化脱氢制丙烯的新工艺。该工艺可采用铬的氧化物为催化剂,其反应机理如图3。

已知:CO和H₂的燃烧热(ΔH)分别为-283.0 kJ·mol^-1、-285.8 kJ·mol^-1。

①图中催化剂为　　　　。 

②298 K 时,该工艺总反应的热化学方程式为 

　。 

③该工艺可以有效消除催化剂表面的积炭,维持催化剂活性,原因是　　　　　　　　　　　　　。 

5. (2017·广东佛山第二次质检)燃煤烟气脱除SO₂及NO_x对解决雾霾污染很重要,脱硫脱硝的方法很多,一种ClO₂气相氧化法反应机理和速率常数(k)如下:

脱硝:

①NO(g)+ClO₂(g) NO₂(g)+ClO(g)　ΔH₁

k₁=1.7×10¹¹ mL·mol^-1·s^-1

②NO(g)+ClO(g) NO₂(g)+Cl(g)　ΔH₂

k₂=8.8×10¹² mL·mol^-1·s^-1

脱硫:

③SO₂(g)+ClO₂(g) SO₃(g)+ClO(g)　ΔH₃

k₃=2.1×10^-4 mL·mol^-1·s^-1

④SO₂(g)+ClO(g) SO₃(g)+Cl(g)　ΔH₄

k₄=6.9×10¹¹ mL·mol^-1·s^-1

两过程中产生的Cl可与ClO₂进一步反应,如:

⑤Cl(g)+ClO₂(g) 2ClO(g)　ΔH₅

(1) 同时脱硫脱硝反应NO(g)+SO₂(g)+2ClO₂(g) NO₂(g)+SO₃(g)+2ClO(g)的反应热最简表达式ΔH=　　　　　　　　。 

(2) 已知反应③④的速率方程分別为v_正=k₃·c(SO₂)·c(ClO₂)、v_正=k₄·c(SO₂)·c(ClO),试判断两反应的活化能大小:E₃　　　　(填“>”、“<</SPAN>”或“=”)E₄。控制脱硫速率的关键步骤是　　　　(填“③”或“④”)反应。 

(3) SO₂、NO单独氧化及同时氧化对两气体氧化率变化如下图,同时氧化对　　　　气体的氧化率影响明显,结合①③④反应及其速率常数分析原因:　 

　。 

 

(4) 气相中水蒸气含量提高,SO₂单独氧化率会迅速提升,并生成两种常见的酸,请写出该过程反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(5) “湿式吸收法”利用吸收剂与SO₂发生反应从而达到脱硫目的。

①下列适合作该法吸收剂的是　　　　(填字母)。 

A. 氨水　　　　　　　　　B. Na₂SO₄溶液

C. Na₂CO₃ 溶液 D. NaHSO₄溶液

②用石灰水也可吸收SO₂,生成亚硫酸钙浊液。

计算 CaSO₃(s)+H⁺(aq) Ca²⁺(aq)+HS (aq)的平衡常数K=　　　　。25 ℃时,H₂SO₃电离常数K₁=1.41×10^-2,K₂=6.30×10^-8;K_sp(CaSO₃)=6.76×10^-3。 

6. (2017·河北保定一模)雾霾天气严重影响人们的生活和健康。其中首要污染物为可吸入颗粒物PM2.5,其主要来源为燃煤、机动车尾气等。因此改善能源结构、机动车限号等措施能有效减少PM2.5、SO₂、NO_x等污染。

请回答下列问题:

(1) 将一定量的某PM2.5样品用蒸馏水溶解制成待测试样(忽略OH^-)。常温下测得该试样的组成及其浓度如下表,根据表中数据判断该试样的pH=　　　　。 

(2) 已知汽缸中生成NO的反应为N₂(g)+O₂(g) 2NO(g)　ΔH>0,恒温、恒容密闭容器中,下列说法能说明该反应达到化学平衡状态的是　　　　(填字母)。 

A. 混合气体的密度不再变化

B. 混合气体的压强不再变化

C. N₂、O₂、NO的物质的量之比为1∶1∶2

D. 氧气的转化率不再变化

(3) 为减少SO₂的排放,常采取的措施有:

①将煤转化为清洁气体燃料。

已知:H₂(g)+ O₂(g) H₂O(g)

ΔH=-241.8 kJ·mol^-1

C(s)+ O₂(g) CO(g)　ΔH=-110.5 kJ·mol^-1

写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　。 

②洗涤含SO₂烟气。下列可作为洗涤含SO₂的烟气的洗涤剂的是　　　　(填字母)。 

A. 浓氨水　　　　　　B. 碳酸氢钠饱和溶液

C. FeCl₂饱和溶液   D. 酸性CaCl₂饱和溶液

(4) 汽车使用乙醇汽油并不能减少NO_x的排放,这使NO_x的有效消除成为环保领域的重要课题。某研究性小组在实验室以Ag -ZSM -5为催化剂,测得NO转化为N₂的转化率随温度变化情况如下图所示。若不使用CO,温度超过775 K,发现NO的分解率降低,其可能的原因为　　　　　　　　　　　　　　　　　,在 =1的条件下,为更好地除去NO_x物质,应控制的最佳温度在　　　　K左右。 

 

(5) 车辆排放的氮氧化物、煤燃烧产生的二氧化硫是导致雾霾天气的“罪魁祸首”。活性炭可处理大气污染物NO。在5 L密闭容器中加入NO和活性炭(假设无杂质),一定条件下生成气体E和F。当温度分别在T₁ ℃ 和T₂ ℃时,测得各物质平衡时物质的量(n/mol)如下表。

①写出NO与活性炭反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　。 

②若T₁<<I style="mso-bidi-font-style: normal">T₂,则该反应的ΔH　　　　(填“>”、“<</SPAN>”或“=”)0。 

③上述反应T₁℃时达到化学平衡后再通入0.1 mol NO气体,则达到新化学平衡时NO的转化率为　　　　。