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1、2022年高考化學一輪課時達標習題 第8章 水溶液中的離子平衡（6）（含解析） 1．二氧化碳的回收利用是環(huán)保領(lǐng)域研究的熱點課題。 (1)在太陽能的作用下，以CO2為原料制取炭黑的流程如圖所示。其總反應(yīng)的化學方程式為__CO2C＋O2__。 (2)CO2經(jīng)過催化加氫合成低碳烯烴。其合成乙烯的反應(yīng)為 2CO2(g)＋6H2(g)CH2===CH2(g)＋4H2O(g)　ΔH 幾種物質(zhì)的能量(在標準狀況下，規(guī)定單質(zhì)的能量為0，測得其他物質(zhì)生成時所放出或吸收的熱量)如表所示： 物質(zhì) H2(g) CO2(g) CH2===CH2(g) H2O(g) 能量/(kJ·mol－1

2、) 0 －394 52 －242 則ΔH＝__－128 kJ·mol－1__。 (3)在2 L恒容密閉容器中充入2 mol CO2和n mol H2，在一定條件下發(fā)生(2)中的反應(yīng)，CO2的轉(zhuǎn)化率與溫度、投料比[X＝]的關(guān)系如圖所示。 ①X1__>__X2(填“>”“<”或“＝”，下同)，平衡常數(shù)KA__>__KB。 ②若B點的投料比為3，且從反應(yīng)開始到B點需要10 min，則v(H2)＝__0.225 mol·(L·min)－1__。 (4)以稀硫酸為電解質(zhì)溶液，利用太陽能將CO2轉(zhuǎn)化為低碳烯烴，工作原理如圖： ①b電極的名稱是__正極__。 ②產(chǎn)生丙烯的電

3、極反應(yīng)式為__3CO2＋18H＋＋18e－=== CH3CH===CH2＋6H2O__。 解析 (1)由圖示可知CO2在FeO的催化下分解生成C和O2。(2)ΔH＝＋52 kJ/mol＋4×(－242 kJ/mol)－2×(－394 kJ/mol)＝－128 kJ/mol。(3)①其他條件相同時，投料比越大，H2的轉(zhuǎn)化率越低、CO2的轉(zhuǎn)化率越高，所以X1>X2；由(2)可知，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，且TAKB；②v(H2)＝3v(CO2)＝3×＝0.225 mol/(L·min)。(4)①與a電極相連的電極上CO2得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成乙烯、丙烯等，所以該電極是電解池的陰極，與

4、電源的負極相連，即a極是負極，b極是正極；②丙烯是由CO2在酸性條件下得電子發(fā)生還原反應(yīng)得到的。 2．氮的氧化物(如NO2、N2O4、N2O5等)應(yīng)用很廣，在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。 (1)N2O5可通過電解或臭氧氧化N2O4的方法制備。電解裝置如圖甲所示(隔膜用于阻止水分子通過)，其陽極反應(yīng)式為__N2O4＋2HNO3－2e－===2N2O5＋2H＋__。 已知：①2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)　ΔH1 ②NO(g)＋O3(g)===NO2(g)＋O2(g)　ΔH2 ③2NO2(g)N2O4(g)　ΔH3 ④2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　

5、ΔH4 則反應(yīng)N2O4(g)＋O3(g)===N2O5(g)＋O2(g)的ΔH＝ －ΔH1＋ΔH2－ΔH3－ΔH4　。 (2)N2O5在一定條件下發(fā)生分解：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)。某溫度下測得恒容密閉容器中N2O5濃度隨時間的變化如下表： t/min 0 1 2 3 4 5 c(N2O5)/(mol·L－1) 1.00 0.71 0.50 0.35 0.25 0.17 設(shè)反應(yīng)開始時體系壓強為p0，第2 min時體系壓強為p，則p∶p0＝__1.75__；1～3 min內(nèi)，O2的平均反應(yīng)速率為__0.09 mol·L－1 · mi

6、n－1__。 (3)N2O4與NO2之間存在反應(yīng)為N2O4(g)2NO2(g)。將一定量的N2O4放入恒容密閉容器中，測得其平衡轉(zhuǎn)化率[α(N2O4)] 隨溫度變化如圖乙所示。 ①圖乙中a點對應(yīng)溫度下，已知N2O4的起始壓強p0為108 kPa，列式計算該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝?。絧0＝×108 kPa＝115 kPa　(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分數(shù))。 ②由圖乙推測N2O4(g)2NO2(g)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)，并說明理由：__吸熱反應(yīng)，溫度升高，α(N2O4)增加，說明平衡向正反應(yīng)方向移動__。若要提高α(N2O4)，除改變反應(yīng)溫度外，其他

7、措施有__減小體系壓強，移出NO2__(要求寫出兩條)。 ③對于可逆反應(yīng)N2O4(g)2NO2(g)，在一定條件下N2O4與NO2的消耗速率與自身壓強間存在關(guān)系：v(N2O4)＝k1·p(N2O4)，v(NO2)＝k2·[p(NO2)]2，其中，k1、k2是與反應(yīng)及溫度有關(guān)的常數(shù)。相應(yīng)的速率—壓強關(guān)系如圖丙所示：一定溫度下，k1、k2與平衡常數(shù)Kp間的關(guān)系是k1＝　k2Kp??；在圖丙標出的點中，指出能表示反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的點并說明理由：__B點與D點，滿足平衡條件v(NO2)＝2v(N2O4)__。 解析 (1)根據(jù)圖示，陽極上N2O4失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為N2O5。由－①×＋

8、②－③－④×可得目標反應(yīng)，根據(jù)蓋斯定律，ΔH＝－ΔH1＋ΔH2－ΔH3－ΔH4。(2)起始時c(N2O5)＝1 mol/L，第2 min時c(N2O5)＝0.5 mol/L，根據(jù)化學方程式可知，第2 min時c(NO2)＝(1－0.5)×2＝1 mol/L，c(O2)＝(1－0.5)×＝0.25 mol/L，則p∶p0＝(0.5＋1＋0.25)∶1＝1.75；1～3 min內(nèi)，v(O2)＝v(N2O5)＝×＝0.09 mol·L－1·min－1。(3)①設(shè)起始時N2O4為1 mol，則平衡時N2O4為[1－α(N2O4)] mol，NO2為2α(N2O4) mol，則平衡時壓強為[1＋α(N2

9、O4)]p0，平衡時N2O4的物質(zhì)的量分數(shù)為，NO2的物質(zhì)的量分數(shù)為，故平衡常數(shù)Kp＝2÷[1＋α(N2O4)]p0×＝p0＝×108 kPa＝115 kPa。②由圖可知，升高溫度，N2O4的轉(zhuǎn)化率增大，說明平衡向正反應(yīng)方向移動，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；減小壓強、移出NO2均可以使平衡正向移動，N2O4的轉(zhuǎn)化率提高。③達到平衡2v(N2O4)＝v(NO2)，即2k1·p(N2O4)＝k2·[p(NO2)]2，＝，故Kp＝，k1＝k2Kp；根據(jù)圖示，B點與D點，v(NO2)＝2v(N2O4)，反應(yīng)達到平衡。 3．消除氮氧化物污染對優(yōu)化空氣質(zhì)量至關(guān)重要。 (1)用CH4催化還原NOx消除氮氧化物污

10、染發(fā)生的反應(yīng)有： CH4(g)＋4NO2(g)===4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－574 kJ·mol－1 CH4(g)＋4NO(g)===2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－1 160 kJ·mol－1 若用0.2 mol CH4將NO2還原為N2，則整個過程中放出的熱量為__173.4__kJ(假設(shè)水全部以氣態(tài)形式存在)。 (2)用活性炭可處理大氣污染物NO。在2 L密閉容器中加入NO和活性炭(無雜質(zhì))，生成氣體E和F。當溫度分別為T1 ℃和T2 ℃時，測得反應(yīng)達到平衡時各物質(zhì)的物質(zhì)的量如表所示： 　　　　　物質(zhì) n/mol T/℃　

11、　　　　 活性炭 NO E F 初始 2.030 0.100 0 0 T1 2.000 0.040 0.030 0.030 T2 2.005 0.050 0.025 0.025 ①請結(jié)合表中數(shù)據(jù)，寫出NO與活性炭反應(yīng)的化學方程式：__C＋2NON2＋CO2__。 ②T1 ℃時，上述反應(yīng)的平衡常數(shù)的值為__0.562 5__。如果已知T2＞T1，則該反應(yīng)正反應(yīng)的ΔH__<__0(填“＞”“＜”或“＝”)。 ③在T1 ℃下反應(yīng)達到平衡后，下列措施不能增大NO轉(zhuǎn)化率的是__bc__(填字母)。 a．降低溫度　 b．增大壓強 c．增大c(NO)　

12、 d．移去部分F (3)汽車尾氣處理中的反應(yīng)有2NO＋2CO2CO2＋N2。某溫度時，在1 L密閉容器中充入0.1 mol CO和0.1 mol NO，5 s時反應(yīng)達到平衡，測得NO的濃度為0.02 mol·L－1，則反應(yīng)開始至平衡時，NO的平均反應(yīng)速率v(NO)＝__0.016 mol·(L·s)－1__。若此溫度下，某時刻測得CO、NO、N2、CO2的濃度分別為0.01 mol·L－1、a mol·L－1、0.01 mol·L－1、0.04 mol·L－1，要使反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行，則a的取值范圍為__a>0.01__。 (4)某課題組利用如圖所示裝置，探究NO2和O2化合生成N2O5

13、形成原電池的過程。物質(zhì)Y的名稱為__五氧化二氮__，該電池正極的電極反應(yīng)式為__O2＋2N2O5＋4e－===4NO__。 解析 (1)根據(jù)蓋斯定律，將題給的兩個熱化學方程式相加得2CH4(g)＋4NO2(g)===2CO2(g)＋2N2(g)＋4H2O(g)　ΔH＝－1 734 kJ·mol－1，則用0.2 mol CH4將NO2還原為N2，放出熱量173.4 kJ。(2)①根據(jù)各物質(zhì)的物質(zhì)的量的變化量之比等于系數(shù)之比及質(zhì)量守恒，可知發(fā)生的反應(yīng)為C＋2NON2＋CO2。②T1 ℃達到平衡時，c(NO)＝0.020 mol·L－1，c(N2)＝c(CO2)＝0.015 mol·L－1

14、，故平衡常數(shù)K＝＝0.562 5；根據(jù)題表中數(shù)據(jù)可知，溫度由T1 ℃升高到T2 ℃時，平衡逆向移動，所以ΔH<0。③該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度平衡正向移動，NO的轉(zhuǎn)化率增大；該反應(yīng)為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，增大壓強平衡不移動，故NO的轉(zhuǎn)化率不變；增大NO濃度，NO的轉(zhuǎn)化率不變；移去部分生成物，生成物濃度減小，平衡正向移動，NO的轉(zhuǎn)化率增大，故選bc項。(3)v(NO)＝＝0.016 mol·(L·s)－1。該溫度下平衡常數(shù)K＝＝1 600，若使反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行，則<1 600，解得a>0.01。(4)由題意和裝置圖可知，物質(zhì)Y為N2O5，正極發(fā)生還原反應(yīng)，故通入O2的一極為正極，正極的電極反

15、應(yīng)式為O2＋2N2O5＋4e－===4NO。 4．目前，燃煤脫硫是科研工作者研究的重要課題之一，主要脫硫方法有以下幾種。 Ⅰ.CO還原法 原理為2CO(g)＋SO2(g)S(g)＋2CO2(g)，將CO(g)和SO2(g)按物質(zhì)的量之比為2：1的關(guān)系充入容積為10 L的恒容絕熱密閉容器中，反應(yīng)過程中CO的物質(zhì)的量隨時間變化如圖甲所示。 (1)下列說法中可以說明可逆反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)的是__abd__(填字母)。 a．容器內(nèi)壓強不再變化 b．容器中溫度不再變化 c．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化 d．CO的質(zhì)量分數(shù)不再變化 (2)①在T ℃時反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，該化學

16、反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝__64__，平衡時，保持其他條件不變，再向其中充入CO(g)、SO2(g)、S(g)、CO2(g)各1 mol，此時v正__>__v逆(填“＞”“＜”或“＝”)。 ②甲圖中a、b分別表示在一定溫度下，使用質(zhì)量相同但表面積不同的催化劑時，達到平衡過程中n(CO)的變化曲線，其中表示催化劑表面積較大的曲線是__a__(填“a”或“b”)。 Ⅱ.氧化鋅吸收法 (3)該法發(fā)生的主要反應(yīng)為ZnO(s)＋SO2(g)===ZnSO3(s)，純ZnO的懸浮液的pH約為6.8，脫去SO2的過程中，測得pH隨時間t的變化如圖乙所示，已知硫原子總量一定的SO、HSO、H2SO3的混合溶液

17、中各組分的含量與pH的關(guān)系如圖丙所示。 ①充分吸收SO2后的混合體系中硫元素的主要存在形式是__HSO__。 ②結(jié)合圖乙與圖丙分析，bc段發(fā)生的主要反應(yīng)的化學方程式是__ZnSO3＋SO2＋H2O===Zn(HSO3)2__。 Ⅲ.氫氧化鈉溶液吸收法 (4)用NaOH溶液充分吸收SO2得到NaHSO3溶液，然后電解該溶液可制得硫酸。電解原理示意圖如圖丁。請寫出開始時陽極反應(yīng)的電極反應(yīng)式：__HSO＋H2O－2e－===SO＋3H＋__。 解析 (1)根據(jù)方程式可知該反應(yīng)是一個氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)。a項，由于是恒容絕熱容器，反應(yīng)一定伴有熱量變化，故若反應(yīng)未達平衡，氣體分子數(shù)不變

18、，溫度一定變化，容器中壓強一定會變，則壓強不變反應(yīng)到達平衡，正確；b項，容器內(nèi)溫度不變，說明反應(yīng)達到平衡，正確；c項，反應(yīng)前后氣體總質(zhì)量不變，氣體分子數(shù)不變，故氣體的平均相對分子質(zhì)量一定不變，錯誤；d項，CO的質(zhì)量分數(shù)不變，說明反應(yīng)一定到達平衡狀態(tài)，正確。(2)①根據(jù)方程式： 2CO(g)＋SO2(g)S(g)＋2CO2(g) 　　　　 0.1　　 0.05　　　0　　0 　　　 　0.08　　0.04　　　0.04　0.08 　　　　 0.02　　0.01　　　0.04　0.08 代入平衡常數(shù)表達式可得K＝＝64；若再加入各物質(zhì)1 mol，則Qc＝<64，平衡正向移動，即正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率。(3)①觀察圖乙可知充分吸收二氧化硫后溶液的pH約為4，結(jié)合圖丙可知，體系中存在的主要是HSO；②觀察圖形可知bc段發(fā)生的是亞硫酸鋅吸收二氧化硫生成Zn(HSO3)2的過程，故化學方程式為ZnSO3＋SO2＋H2O===Zn(HSO3)2。