专项14 化学反应原理综合题-2021年新高考复习化学阶段性新题精选专项特训（山东专用·5月期）（解析版）

2021 年新高考复习化学阶段性新题精选专项特训（山东专用·5 月期） 专项十四 化学反应原理综合题 1．（2021·山东滨州市·高三二模）工业合成尿素以 NH3 和 CO2 作为原料，在合成塔中存在如图转化： (1)液相中，合成尿素的热化学方程式为：2NH3(l)+CO2(l)=H2O(l)+NH2CONH2(l) △ H=__kJ/mol。 (2)在不同温度下，反应中 NH3 的转化率与时间的关系如图。 ①温度 T1___T2(填“＞”、“＜”或“＝”)，原因是___。 ②保持容器体积不变，在反应初期，可以提高单位时间内 NH3 转化率的措施有___(填序号)。 a.增大 CO2 的浓度 b.增大水的分压(分压=总压×物质的量分数) c.通入惰性气体 d.升高温度 (3)在液相中，CO2 的平衡转化率与温度、初始氨碳比[L= ]、初始水碳比[w= ]关系如图： ①曲线 A、B 中，___(填“A”或“B")的 w 较小。 ②其它条件不变时，随着温度的升高，平衡转化率下降的原因是___。 ③对于液相反应常用某组分 M 达到平衡时的物质的量分数 x(M)表示平衡常数(记作 Kx)。195℃时， 2NH3(l)+CO2(l) H2O(l)+NH2CONH2(l)的 Kx 的值为___。 【答案】-93.7 ＜ 图中 T2 的曲线斜率较大，反应速率较快，因此温度较高 ab A 2NH3+CO2=NH2COONH4 是放热反应，温度升高，平衡向逆反应方向移动 3.25 【详解】 (1)液相中，发生反应 和 ，两式相加得到合成尿素总反应的化 学方程式： 则∆H= ，所以答案 为：-93.7。 (2)①由图可知，在 T1 时，二氧化碳转化率变化更快，即反应速率更快，所以 T1 对应的温度更高，温度 T1>T2， 原因是图中 T1 的曲线斜率较大，反应速率较快，因此温度较高。 ②反应 ，保持容器体积不变，在反 应初期，反应未到达平衡，加快正反应速率可以提高单位时间内 CO2 转化率。 a．增大氨气的浓度，正反应速率加快，a 正确； b．通入惰性气体，反应物浓度不变，正反应速率未发生改变，b 错误； c．升高温度，正反应速率加快，c 正确； d．增大水的分压(分压=总压×物质的量分数)，正反应速率未加快，d 错误； 答案选 ac (3)① ，当初始氨碳比 相同时，初始水碳比 越大，二氧化碳转化率越低，根据图像可知二氧化碳曲线 A、B 中 A 的二氧化碳转化率较高，所以 W 较小的曲线是 A。 ②该反应为放热反应，其它条件不变时，随着温度的升高，平衡向逆方向移动，平衡转化率下降。 ③N 点初始氨碳比 为 3，初始水碳比 为 0，二氧化碳转化率为 75%，设初始 的氨气物质的量为 3amol，，则初始的二氧化碳物质的量为 amol，消耗的二氧化碳物质的量为 0.75amol，列 出三段式： ，平衡时物质的总量为 3.25amol，则平衡常数 Kx= ，所以答案为 3.25。 2．（2021·山东潍坊市·高三二模）甲醇有广泛的用途和广阔的应用前景，工业上利用 CO2 生产甲醇，再利用 甲醇生产丙烯。回答下列问题： (1)工业上在 催化下利用 CO2 发生如下反应 I 生产甲醇，同时伴有反应 II 发生。 I． II． ①已知：298 K 时，相关物质的相对能量如图 1，反应 I 的 △ H1 为____。 ②不同条件下，按照 n(CO2)：n(H2)=1：1 投料，CO2 的平衡转化率如图 2 所示。 压强 p1、p2、p3 由大到小的顺序是____。压强为 p1 时，温度高于 300℃之后，随着温度升高 CO2 平衡转化 率增大的原因____。 ③在温度 T 时，在容积不变的密闭容器中，充入 0.5 mol CO2(g)和 1.0 mol H2(g)，起始压强为 p kPa，10 min 达平衡时生成 0.3 mol H2O(g)，测得压强为 p kPa。 若反应速率用单位时间内分压变化表示，则 10 min 内 CH3OH 的反应速率 v(CH3OH)为_ 。则反 应Ⅰ的平衡常数 Kp=__ (写出 Kp 的计算式)。 (2)甲醇催化制取内烯的过程中发生如下反应： I． II． 反应Ⅰ的 经验公式的实验数据如图 3 中曲线 a 所示，已知 经验公式为 ( 为活化能，k 为速率常数，R 和 C 为常数)。则该反应的活化能 Ea=__kJ/mol。当改变 外界条件时，实验数据如图 3 中的曲线 b 所示，则实验可能改变的外界条件是_______。 【答案】-49.5 kJ/mol p3＞p2＞p1 反应 I 是放热反应，反应是 II 吸热反应，温度高于 300℃之后反应 转化率主要由反应 II 决定 0.0167 p 或 31 使用更高效的催化剂(增大催化 剂比表面积) 【详解】 (1)①反应热等于生成物总能量与反应物总能量的差，则反应 I 的 △ H1=(-200.5-242+3×0+393) kJ/mo1=- 49.5 kJ/mol； ②反应 I 的正反应是气体体积减小的过程，所以在其它条件不变时，增大压强，化学平衡正向移动，反应进 行程度越大，CO2 的平衡转化率就越大，根据图象可知 CO2 的平衡转化率：p3＞p2＞p1，因此压强大小关系 为：p3＞p2＞p1； 反应 I 的正反应是放热反应；对于反应 II： 的 △ H2=(-110-242+3×0+393) kJ/mol=+41 kJ/mol，可见反应 II 的正反应是吸热反应， △ H2＞0，所以温度升高，反应 II 的化学平衡正向移 动，有利于反应 II 的进行，使二氧化碳的转化率升高； ③反应 II 是气体体积不变的反应，无论反应进行到何程度，不会引起压强的变化，所以压强的改变就是因 为反应 I 的进行。起始时气体总物质的量是 n(始)=0.5 mol+1.0 mol=1.5mol，压强 p kPa；平衡时压强为 p kPa， 由于在恒温恒容时，气体的体积比等于气体的压强之比，则平衡时气体总物质的量就是 l mol，所以根据反 应 I： 的系数关系可知：每反应消耗 1 mol CO2，同时消耗 3 mol H2， 反应产生 1 mol CH3OH 和 1 mol H2O，反应后气体物质的量减少 2 mol，现在反应后减少了 0.5 mol，则生成 0.25mo1 CH3OH，同时生成 0.25 mol H2O，消耗 0.25 mol CO2，消耗 0.75 mol H2；则平衡时 CH3OH 的分压 是 ，所以反应速率 v(CH3OH)= ； 平衡时生成 0.3 mol H2O(g)，则反应 II 生成 H2O 的物质的量 n(H2O)=0.3 mol-0.25 mol=0.05 mol，消耗 CO2、 H2 的物质的量都是 0.05 mol，因此平衡时各种气体的物质的量分别是 n(CO2)=0.5 mol-0.25 mol-0.05 mol=0.2 mol，n(H2)=1.0 mol-0.75 mol-0.05 mol=0.2 mol，n(H2O)=0.3 mol，n(CH3OH)=0.25 mol，则反应 I 平衡分压 p(CO2)= ；p(H2)= ，p(CH3OH)= ， p(H2O)= ，所以该 反应的化学平衡常数 Kp= ； (3)从该公式可以看到，活化能 Ea 就是直线斜率的相反数。a 的斜率是-31，所以活化能就是 31 kJ/mol；b 相 比 a，斜率的相反数减小，也就是活化能降低，所以改变的条件是使用了催化剂。 3．（2021·山东德州市·高三二模）近年来 CO2 变废为宝，改善环境是科学研究的重要课题，对于实现废气资 源的再利用及碳循环经济技术的发展都具有重要意义。 Ⅰ.已知 CO2、C2H6 为原料合成 C2H4 涉及的主要反应如下： ①C2H6(g) CH4(g)+H2(g)+C(s) △ H1=+9kJ·mol-1 ②C2H4(g)+H2(g) C2H6(g) △ H2=-136kJ·mol-1 ③H2(g)+CO2(g) H2O(g)+CO(g) △ H3=+41kJ·mol-1 ④CO2(g)+C2H6(g) C2H4(g)+H2O(g)+CO(g) △ H4 (1) △ H4=___，0.1MPa 时向密闭容器中充入 CO2 和 C2H6，发生反应④，温度对催化剂 K—Fe—Mn/Si 性能的 影响如图： 工业生产综合各方面的因素，根据图中的信息判断反应的最佳温度是__℃。 (2)在 800℃时，n(CO2)：n(C2H6)=1：3，充入一定体积的密闭容器中，在有催化剂存在的条件下，发生反应 ④，初始压强为 p0，一段时间后达到平衡，产物的总物质的量与剩余反应物的总物质的量相等，则该温度 下反应的平衡常数 Kp=___(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数，用最简分式表示)。 Ⅱ.科学家利用 Li4SiO4 吸附 CO2 有着重要的现实意义。CO2 的回收及材料再生的原理如图所示： (1)“吸附”过程中主要反应的化学方程式为___。 (2)为了探究 Li4SiO4 的吸附效果，在刚性容器中放入 1000g 的 Li4SiO4，通入 10mol 不同比例的 N2 和 CO2 混 合气体，控制反应时间均为 2 小时，得到 Li4SiO4 吸附 CO2 后固体样品质量分数与温度的关系如图所示。 ①该反应为___反应(填“吸热”或“放热”)。 ②保持 A 点的温度不变，若所用刚性容器体积变为原来的一半，则平衡时 c(CO2)较原平衡___(填“增大”、“减 小”或“不变”)。 ③若在 A 点 CO2 的吸收率为 70%，A 点的纵坐标 y 的值为___。 【答案】+177kJ·mol-1 800 p0 Li4SiO4+CO2=Li2CO3+Li2SiO3 放热 不变 123.1 【详解】 Ⅰ(1) ；该反应的目的是生成 C2H4，参考 C2H6 和 CO2 的转化率知， 最佳温度是 800℃左右； (2)假设初始通入 CO2 是 1mol，C2H6 是 3mol，达到平衡时 CO2 反应了 xmol x+x+x=(1-x)+(3-x)解得 x=0.8mol，达到平衡时，CO2 是 0.2mol，C2H6 是 2.2mol，C2H4、H2O、CO 均为 0.8mol， 此时总物质的量为 4.8mol，CO2 的物质的量分数为 ，C2H6 的物质的量分数为 ，C2H4、H2O、CO 的 物质的量分数均为 ，容器的体积固定，随着反应的进行，容器的压强增大，达到平衡时，容器的压强为 ， ； Ⅱ(1)吸附过程中的反应物是 Li4SiO4、CO2，产物是 Li2CO3 和 Li2SiO3，故方程式为 Li4SiO4+CO2=Li2CO3+Li2SiO3； (2)①由图像知，相同 ，最高点以后，温度升高，吸附后固体样品的质量分数降低，反应向逆反应 方向进行，又温度升高向吸热方向进行，所以逆反应是吸热反应，故该反应为放热反应； ②温度不变，平衡常数不变，即 ，所以重新平衡后，二氧化碳的浓度不变； ③由吸附反应 Li4SiO4+CO2=Li2CO3+Li2SiO3 知固体增重的质量是吸收的二氧化碳的质量，A 点时 ，气体总量是 10mol，通入的 CO2 是 7.5mol，吸收率是 70%，被吸收的 CO2 是 5.25mol，即 231g， 所以 y=123.1 4．（2021·山东聊城市·高三二模）氨是重要的基础化工产品之一。 (1)2007 年度诺贝尔化学奖获得者格哈德·埃特尔，确认了合成氨反应机理。 时，各步反应的能量变化 如图所示，其中吸附在催化剂表面上的物种用“*”标注。 图中决速步骤的反应方程式为_______，该步反应的活化能 _______ 。 (2)在一定条件下，向某反应容器中投入 、 在不同温度下反应，平衡体系中氨的质量分数 随压强变化曲线如图所示： ①温度 、 、 中，最大的是_______，M 点 的转化率为_______； ②1939 年捷姆金和佩热夫推出氨合成反应在接近平衡时净速率方程式为： 、 分别为正反应和逆反应的速率常数； 、 、 代表各组分的分压(分压=总压× 物质的量分数)； 为常数，工业上以铁为催化剂时， 。由 M 点数据计算 _______ (保留 两位小数)。 (3)氮的氧化物对大气的污染可用氮来处理。 ①已知： 请根据本题相关数据，写出 还原 生成 和 的热化学方程式_______； ②将 和 以一定的流速，分别通过甲、乙两种催化剂进行反应，相同时间内测量逸出气体中 含 量，从而确定尾气脱氮率(即 的转化率)，结果如图所示： a 点_______(填“是”或“不是”)平衡状态；脱氮率 段呈现如图变化，可能的原因是_______。 【答案】 62 40% 0.073(MPa)—2 不是 该反应为放热反应，根据线乙可 知，a 点对应温度下的平衡脱氮率应该更高 【详解】 (1)反应的活化能越大，化学反应速率越慢，化学反应取决于化学反应速率最慢的一步，由图可知，反应的 活化能最大一步的反应方程式为 ，反应的活化能为(17+45)kJ/mol=62 kJ/mol，故答案为： ；62； (2) ①由(1)中图示可知，合成氨反应的热化学方程式为 ，升高 温度，合成氨反应向逆反应方向移动，氨气的质量分数减小，由图可知，温度为 时，氨气的质量分数最 小，则温度 、 、 中， 最大；设 M 点时氮气的转化率为 x，由题意可建立如下三段式： 由平衡体系中氨气的质量分数为 40%可得： ×100%=40%，解得 x=40%，故答案为：40%； ②由三段式数据可知，M 点时氮气、氢气和氨气的平衡分压为 ×16Mpa=3Mpa、 ×16Mpa=9Mpa、 ×16Mpa=4Mpa，分压平衡常数 Kp= = ，由题意可知，反应达到平衡时， =0，则 = = Kp= =0.073(MPa)—2，故答案为：0.073(MPa)—2； (3) ①由(1)中图示可知，合成氨反应的热化学方程式为 ⅰ，将 题给 3 个方程式依次编号为ⅱ、ⅲ、ⅳ，由盖斯定律可知，6ⅳ—4ⅰ—12ⅱ—3ⅲ可得反应 ，则 =—2734kJ/mol，反应的热化学方 程式为 ，故答案为： ； ②催化剂能改变化学反应速率,但是不能改变平衡的移动方向,由图可知，相同温度下, 线乙中与 a 点对应点 的脱氮率高于 a 点，说明 a 点对应温度下的平衡脱氮率没有达到最大，说明反应没有达到平衡，故答案为： 不是；该反应为放热反应，根据线乙可知，a 点对应温度下的平衡脱氮率应该更高。 5．（2021·山东高三其他模拟）CO2 综合利用是降低碳排放的有效手段，有利于实现碳中和目标。下列是 CO2 综合利用的化学方法，回答下列问题： (1)用氨水吸收 CO2 制化肥(NH4HCO3)。 ①已知：NH3·H2O(aq)= (aq)+OH-(aq) ΔH1=akJ·mol-1 CO2(g)+H2O(l)=H2CO3(aq) ΔH2=bkJ·mol-1 H2CO3(aq)+OH-(aq)= (aq)+H2O(l) ΔH3=ckJ·mol-1 则利用 NH3·H2O 吸收 CO2 制备 NH4HCO3 的热化学方程式为_______。 ②已知常温下相关数据如表： Kb(NH3·H2O) 2.0×10-5 Ka1(H2CO3) 5.0×10-7 Ka2(H2CO3) 4.0×10-11 则反应 + +H2O ⇌ NH3·H2O+H2CO3 的平衡常数 K=_______。 ③分别用不同 pH 的吸收剂吸收烟气中的 CO2，CO2 脱除效率与吸收剂的 pH 关系如图 1 所示，若烟气中 CO2 的含量(体积分数)为 15%，烟气通入氨水的流量为 0.065m3·h-1(标准状况)，用 pH 为 12.81 的氨水吸收烟气 30min，则脱除的 CO2 的物质的量最多为_______(精确到 0.01)。 ④CO2 脱除效率与温度的关系如图 2 所示，高于 45℃时，CO2 脱除效率降低的原因可能是_______(答出一条 即可)。 (2)用 CO2 和天然气可以制备 CO 和 H2：CO2(g)+CH4(g) ⇌ 2CO(g)+2H2(g)。密闭容器中浓度均为 0.1mol·L-1 的 CH4 与 CO2，在一定条件下反应，测得 CH4 的平衡转化率[α(CH4)]与温度及压强的关系如图 3 所示，则压 强 p1_______p2(填“>”或“0。其他条 件相同、以γ-Al2O3 作为催化剂，研究表明，γ-Al2O3 在 240℃以上发挥催化作用。反应相同的时间，SO2 的 去除率随反应温度的变化如图 1 所示。下列有关 SO2 大除率的说法正确的是_______(填标号)。 A.240°C 以下，SO2 能够被催化剂吸附，温度升高，吸附能力减弱，SO2 去除率降低 B.以γ-Al2O3 作为催化剂，SO2 去除率最高只能达到 80% C.温度高于 500℃，SO2 去除率降低是因为催化剂的活性降低 (4)在气体总压强分别为p1和p2时，反应 2SO3(g) ⇌ 2SO2(g)+O2(g)在不同温度下达到平衡，测得SO3(g)及SO2(g) 的物质的量分数如图 2 所示： ①压强：p1_______(填“>”或“ a 点 v 逆，则 b 点 v 正>a 点 v 逆，C 正确； D．将 H2O(g)液化分离平衡正向移动，NO2 的浓度会减小，反应速率减慢，D 错误； 综上所述答案为 BD； Ⅱ．(1)不妨设初始加入的 NO2 气体为 800mol，压强为 800 kPa，平衡时容器内气体总压强增加 25%，容器 恒容则气体的总物质的量也增加 25%，所以平衡时气体总物质的量增加 200mol，根据反应方程式可知每反 应 2molNO2 气体总物质的量增加 1mol，所以此时平衡时反应了 400molNO2，容器内有 200molN2、400molCO2 和 800mol-400mol=400mol NO2，总压强为 1000kPa，恒容容器中压强之比等于物质的量之比，则 p(N2)=200kPa，p(CO2)=400kPa，p(NO2)=400kPa，Kp= =200kPa； (2)升高温度正逆反应速率都增大，说明 T 升高 k 正、k 逆都增大，则 增大，即温度降低 k 正、k 逆都减小， 即 lgk 正、lgk 逆都减小，而该反应焓变小于 0 为放热反应，降低温度平衡正向移动，说明平衡状态下降低温 度 v 正＞v 逆，则 k 正减小的幅度较小，即表示 lgk 正随 变化关系的斜线的斜率较小，所以 c 表示 lgk 正随 变 化关系，d 表示 lgk 逆随 变化关系； 当反应达到平衡时 v 正=k 正・p2(NO2)=v 逆=k 逆• p(N2)•p2(CO2)，则有 =Kp=200kPa(温度 仍为 T1)；根据第(1)小题中的假设，NO2 的转化率为 40%时，则Δn(NO2)=320mol，则此时容器中 n(NO2)=480mol，n(N2)=160mol，n(CO2)=320mol，n(NO2)：n(N2)：n(CO2)=n(NO2)=3:1:2，总压强为 800kPa， 则 p(NO2)= =400kPa，p(N2)= = kPa，p(NO2)= = kPa， 则此时 v 逆：v 正= =0.3。 10．（2021·河南郑州市·高三二模）甲醇是重要的化工原料，用 CO2 和 H2 在催化剂的作用下合成甲醇，主要 发生以下反应： 反应 I：CO2(g)+3H2(g) ⇌ CH3OH(g)+H2O(g) ∆H1=-53.7kJ·mol-1 反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g) ⇌ CO(g)+H2O(g) ∆H2=+41.2kJ·mol-1 反应Ⅲ：CO(g)+2H2(g) ⇌ CH3OH(g) ∆H3 (1)已知部分化学键的键能如下表： 化学键 H-H H-O C=O C O 键能/kJ·mol-1 436 465 a 1076.8 则∆H3=_______kJ·mol-1，a=_______kJ·mo1-1。 (2)在容积恒为 2L 的密闭容器中充入 2molCH3OH(g)和 2molCO(g)，在一定温度下发生反应 CH3OH(g)+CO(g) ⇌ HCOOCH3(g)，测得容器内的压强随时间的变化如下表所示。 t/min 0 2 4 6 8 10 12 14 P/kPa P0 —— 0.8P0 —— —— 0.7P0 0.7P0 0.7P0 ①已知该条件下，该反应可自发进行，则其∆H_______0(填“”或“=”)，判断依据是_______。 ②在此条件，0-4min 的 v(CH3OH)=_______kPa·min-1，该反应的平衡常数 Kp=_______(kPa)-1(以分压表示， 分压=总压×物质的量分数)。 (3)通过计算机对反应 CH4(g)+H2O(g) ⇌ CO(g)+3H2(g)进行模拟实验，在 0.1MPa 时，不同温度下，不同水碳 比 n(H2O)进行热力学计算，绘得反应平衡体系中 n(CH4)/n(H2)的物质的量分数与水碳比、平衡温度的关系如 图所示。 由图可知，温度一定时，H2 的平衡物质的量分数与水碳比的关系是_______，可能的原因是_______。 (4)电解法由甲醇和 CO 合成碳酸二甲酯的工作原理如下图所示，则阳极的电极反应式为______。 【答案】-94.9 806 ＜ 自发反应 △ H-T △ S < 0，该反应是气体分子数减小的反应， △ S0 的反应是_______(填“I”或“II”)。 ②在恒温恒容密闭容器中通入一定量 SO2、CO 气体进行反应 II，能说明已达到平衡状态的是_______(填字 母)。 a.2v(CO)正=3v(CO2)正 b.气体的压强不再随时间变化 c.气体的密度不再随时间变化 d. 的值不再随时间而变化 ③若在 1.0L 的恒容密闭容器中加入 1molCaSO4，并充入 1molCO，只发生反应 I，在 B 点时气体总压强为 1MPa，则此时 CaSO4 转化率为_______(已知 ≈1.41)。 (2)利用 SO2 等物质制备 Li/SO2 电池。电池以 LiBr-AN(乙腈)、液态 SO2 为电解质溶液，放电时有白色的连 二亚硫酸锂(Li2S2O4)沉淀生成。 ①放电时正极的电极反应式为_______。 ②锂电池必须在无水环境中使用的原因是_______(用离子方程式表示)。 【答案】-11.3kJ/mol 第 1 步 I bd 70.5% 2SO2+2e-+2Li+=Li2S2O4↓ 2Li+2H2O=2Li++2OH-+H2↑ 【详解】 (1)①从图象可以看出，2CO(g)+2H2S(g) ⇌ 2COS(g)+2H2(g)的 △ H=168.9kJ/mol-191.5kJ/mol=-22.6kJ/mol，所以 CO(g)+H2S(g) ⇌ COS(g)+H2(g)的 △ H=-11.3kJ/mol； ②两步反应中，反应速率慢的决定整个反应的速率，活化能越大，反应速率越慢，所以决定 COS 生成速率 的步骤是第 1 步； (2)①△H＞0 为吸热反应，如图所示，温度升高，反应 I 的平衡常数增大，所以反应 I 为吸热； ②a.2v(CO)正=3v(CO2)正，一直说的是正反应，不能说明已达到平衡状态，故 a 错误； b.反应前后，气体的物质的量在变化，可用压强判断，当气体的压强不再随时间变化，能说明已达到平衡状 态，故 b 正确； c.气体的密度ρ=m/V，不随时间变化而变化，气体的密度不再随时间变化，不能说明已达到平衡状态，故 c 错误； d. 的值不再随时间而变化，能说明已达到平衡状态，故 d 正确； 故答案为：bd； ③已知反应 CaSO4(s)+CO(g) ⇌ CaO(s)+CO2(g)+SO2(g)，设消耗一氧化碳的物质的量为 xmol，则平衡时 CO 的 物质的量为(1-x)mol，二氧化碳的物质的量为 xmol，二氧化硫的物质的量为 xmol，气体总的物质的量为 (1-x+x+x)mol=(1+x)mol，在 B 点时气体总压强为 1MPa，即 lgKp=0，所以 Kp=1，则 ， 解得 x≈0.705，则 CaSO4 的平衡转化率=0.705/1×100%=70.5%， (3)①SO2 在正极得到电子与 Li+结合生成 Li2S2O4，则放电时正极的电极反应式为 2SO2+2e-+2Li+=Li2S2O4↓； ②锂能与水发生反应生成氢氧化锂和氢气，则离子方程式为 2Li+2H2O=2Li++2OH-+H2↑。 13．（2021·四川遂宁市·高三三模）科学家们致力于消除氮氧化物对大气的污染。回答下列问题： (1)NO 在空气中存在如下反应：2NO(g)+O2(g) ⇌ 2NO2(g) ΔH，该反应共有两步第一步反应为 2NO(g) ⇌ N2O2(g) ΔH1＜0；请写出第二步反应的热化学方程式(ΔH2 用含ΔH、ΔH1 的式子来表示)：___________。 (2)温度为 T1 时，在两个容积均为 1 L 的恒容密闭容器中仅发生反应： 2NO2(g) ⇌ 2NO(g)+O2(g)，容器 I 中 5min 达到平衡。相关数据如表所示： 容器编号 物质的起始浓度(mol/L) 物质的平衡浓度(mol/L) c(NO2) c(NO) c(O2) c(O2) I 0.6 0 0 0.2 Ⅱ 0.3 0.5 0.2 ①容器Ⅱ在反应的起始阶段向___________(“正反应”、“逆反应”、“达平衡”)方向进行。 ②达到平衡时，容器 I 与容器Ⅱ中的总压强之比为___________ A．＞1 B．=1 C．＜1 (3)NO2 存在如下平衡：2NO2(g) ⇌ N2O4(g) △ H＜0，在一定条件下 NO2 与 N2O4 的消耗速率与各自的分压(分 压=总压×物质的量分数)有如下关系：υ(NO2)=k1·P2(NO2)，υ(N2O4)=k2·P(N2O4)，相应的速率与其分压关系如 图所示。一定温度下，k1、k2 与平衡常数 kp(压力平衡常数，用平衡分压代替平衡浓度计算)间的关系是 k1=___________。 (4)可用 NH3 去除 NO，其反应原理 4NH3+6NO=5N2+6H2O。不同温度条件下，n(NH3)∶n(NO)的物质的量之 比分别为 4∶1、3∶1、1∶3 时，得到 NO 脱除率曲线如图所示： ①曲线 a 中，NO 的起始浓度为 6×10-4 mg·m-3，从 A 点到 B 点经过 0.8 s，该时间段内 NO 的脱除速率为 ___________mg/(m3·s)。 ②曲线 b 对应 NH3 与 NO 的物质的量之比是___________。 (5)还可用间接电解法除 NO。其原理如图所示： ①从 A 口中出来的物质的是___________。 ②写出电解池阴极的电极反应式___________。 ③用离子方程式表示吸收池中除去 NO 的原理___________。 【答案】N2O2(g)+O2 ⇌ 2NO2(g) △ H2= △ H- △ H1 正反应 C 2k2·Kp 1.5×10-4 3∶1 O2 和较 浓的硫酸 2HSO +2H++2e-=S2O +2H2O 2NO+2S2O +2H2O=N2+4HSO 【分析】 根据盖斯定律，总反应-第一步反应即可得第二步反应；根据 Qc 与 K 的关系判断平衡移动，Qc＞K，平衡逆 移，Qc＜K，平衡正移，Qc=K，平衡不移动，结合同温同体积条件下，气体的压强与物质的量成正比分析 解答；平衡时，正逆反应速率与计量系数成正比，即υ(NO2)=2υ(N2O4)，据此分析解答；阳极发生氧化反应， 是 H2O 放电生成 O2 与 H+，阴极发生还原反应，是 HSO 在酸性条件下生成 S2O ，据此分析解答。 【详解】 (1)结合盖斯定律，总反应-第一步反应即可得第二步反应：N2O2(g)+O2(g) ⇌ 2NO2(g) △ H2= △ H- △ H1，故答案 为：N2O2(g)+O2(g) ⇌ 2NO2(g) △ H2= △ H- △ H1； (2)①平衡时，容器Ⅰ中：c(O2)=0.2 mol/L，根据 2NO2(g) ⇌ 2NO(g)+O2(g)，c(NO2)=0.6 mol/L -0.4 mol/L =0.2 mol/L，c(NO)= 0.4 mol/L，平衡常数 K= = =0.8，容器Ⅱ起始时 Qc= =0.56 ＜K=0.8，平衡向正反应方向进行，故答案为：正反应； ②同温同体积条件下，气体的压强与物质的量成正比，容器Ⅰ的气体总物质的量为(0.6+0.2)mol=0.8mol，容 器Ⅱ平衡正移，则气体总物质的量大于(0.3+0.5+0.2)mol=1.0mol，则 PⅡ＞PⅠ，容器 I 与容器Ⅱ中的总压强之 比＜1，故答案为：C； (3)平衡时，正逆反应速率与计量系数成正比，则υ(NO2)=2υ(N2O4)，即 k1•P2(NO2)=2•k2•P(N2O4)，整理得 KP= = ，则 k1=2k2•KP，故答案为：2k2•KP； (4)①曲线 a 中，NO 的起始浓度为 6×10-4mg•m-3，A 点的脱除率为 55%，B 点的脱除率为 75%，从 A 点到 B 点经过 0.8s，该时间段内 NO 的脱除速率为 =1.5×10-4mg•m-3•s-1，故答案为： 1.5×10-4； ②NH3 与 NO 的物质的量的比值越大，NO 的脱除率越大，则物质的量之比分别为 4∶1、3∶1、1∶3 时， 对应的曲线为 a、b、c，即曲线 b 对应的物质的量之比是 3∶1，故答案为：3∶1； (5)①阳极上 H2O 放电生成 O2 与 H+，从 A 口中出来的物质的是 O2 和较浓的硫酸，故答案为：O2 和较浓的 硫酸； ②阴极得到电子发生还原反应，根据图可知，阴极上 HSO 在酸性条件下发生还原反应，生成 S2O ，其电 极反应式为 2HSO +2e-+2H+=S2O +2H2O；故答案为：2HSO +2e-+2H+=S2O +2H2O； ③根据图示，吸收池中 S2O 和 NO 是反应物，N2 和 HSO 是生成物，则吸收池中除去 NO 的原理是 2NO+2S2O +2H2O=N2+4HSO ，故答案为：2NO+2S2O +2H2O=N2+4HSO 。 14．（2021·江苏南京市·高三三模）硫化氢(H2S)是一种有害气体，可用多种方法进行脱除。 (1)含 H2S 的酸性溶液对钢管壁的危害如图 1 所示，钢管壁内部的缺陷处会积聚 H2，产生的压力对管壁造成 危害。缺陷处产生 H2 的微观过程可描述为_____ (2)一种转化 H2S 的燃料电池工作原理如图 2 所示。该电池工作时，负极的电极反应式为_______。 (3)一种脱除 H2S 回收硫磺工艺的两个阶段主要反应分别如下： 第一阶段： 第二阶段： 该工艺需控制第一阶段与第二阶段参加反应的 H2S 的物质的量之比 n1(H2S)：n2(H2S)约为 1：2。若 n1(H2S)： n2(H2S)过大，会导致_______。 (4)Fe2(SO4)3 溶液脱除空气中 H2S 并再生的原理如图 3 所示。 ①Fe2(SO4)3 溶液脱除空气中 H2S 的总反应化学方程式为_______。 ②将一定体积含 H2S 的空气匀速通入 Fe2(SO4)3 溶液中，反应相同时间，初始 Fe3+浓度ρ(Fe3+)及其 pH 与 H2S 脱除率的关系如图 4 所示。当ρ(Fe3+)＞10g·L-1，H2S 脱除率下降的原因是_______。 【答案】溶液中 H+在钢管壁内表面得到 Fe 失去的电子，生成 H 原子(H++e-=H)，H 原子通过 Fe 原子间的空 隊扩散到缺陷处，结合成 H2(H+H=H2) SO2 不能充分转化为硫磺， 硫元素回收率降低；多余的 SO2 排放到空气中会污染空气 ρ(Fe3+)増大 促进 H2S 氧化；同时使 pH 降低，c(H+)増大，促进 H2S 的逸出；前者的影响小于后者 【详解】 (1)溶液中 H+在钢管壁内表面得到 Fe 失去的电子，生成 H 原子(H++e-=H)，H 原子通过 Fe 原子间的空隊扩 散到缺陷处，结合成 H2(H+H=H2)，所以在缺陷处产生 H2； (2)原电池中负极发生氧化反应，根据元素的价态变化，可知负极 H2S 被氧化为 S，同时结合迁移到负极的 O2-生成水，电极反应为 ； (3)若 n1(H2S)：n2(H2S)过大，第一阶段产生的 SO2 过多，第二阶段 H2S 不足，SO2 不能充分转化为硫磺，硫 元素回收率降低；多余的 SO2 排放到空气中会污染空气； (4)①据图可知该过程中 Fe3+为催化剂，总反应为氧气将 H2S 氧化为 S 单质，反应方程式为 ； ②Fe3+水解使溶液显酸性，当ρ(Fe3+)增大时，溶液的 pH 降低，c(H+)增大，ρ(Fe3+)増大促进 H2S 氧化，但同 时 c(H+)増大会促进 H2S 的逸出，前者的影响小于后者，导致 H2S 脱除率下降。