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1、30.化学反应原理1(一)以四甲基氯化铵(CH3)4NCl水溶液为原料，通过电解法可以制备四甲基氢氧化铵(CH3)4NOH，装置如图1所示。(1) 收集到(CH3)4NOH的区域是 (填a、b、c或d)。(2) 写出电池总反应 。(二)乙酸乙酯一般通过乙酸和乙醇酯化合成：CH3COOH(l)C2H5OH(l) CH3COOC2H5(l)H2O(l) H2.7 kJmol1已知纯物质和相关恒沸混合物的常压沸点如下表：纯物质沸点/恒沸混合物（质量分数）沸点/乙醇78.3乙酸乙酯(0.92)+水(0.08)70.4乙酸117.9乙酸乙酯(0.69)+乙醇(0.31)71.8乙酸乙酯77.1乙酸乙酯(
2、0.83)+乙醇(0.08) +水(0.09)70.2请完成：(1) 关于该反应，下列说法不合理的是 。A反应体系中硫酸有催化作用B因为化学方程式前后物质的化学计量数之和相等，所以反应的S等于零C因为反应的H 接近于零，所以温度变化对平衡转化率的影响大D因为反应前后都是液态物质，所以压强变化对化学平衡的影响可忽略不计(2) 一定温度下该反应的平衡常数K4.0。若按化学方程式中乙酸和乙醇的化学计量数比例投料，则乙酸乙酯的平衡产率y ；若乙酸和乙醇的物质的量之比为n : 1，相应平衡体系中乙酸乙酯的物质的量分数为x，请在图2中绘制x随n变化的示意图(计算时不计副反应)。(3) 工业上多采用乙酸过量
3、的方法，将合成塔中乙酸、乙醇和硫酸混合液加热至110左右发生酯化反应并回流，直到塔顶温度达到7071，开始从塔顶出料。控制乙酸过量的作用有 。(4) 近年，科学家研究了乙醇催化合成乙酸乙酯的新方法：2C2H5OH(g) CH3COOC2H5(g)2H2(g)在常压下反应，冷凝收集，测得常温下液体收集物中主要产物的质量分数如图3所示。关于该方法，下列推测合理的是 。A反应温度不宜超过300B增大体系压强，有利于提高乙醇平衡转化率C在催化剂作用下，乙醛是反应历程中的中间产物D提高催化剂的活性和选择性，减少乙醚、乙烯等副产物是工艺的关键2(一) 十氢萘是具有高储氢密度的氢能载体，经历“十氢萘(C10
4、H18)四氢萘(C10H12)萘(C10H8)”的脱氢过程释放氢气。已知：C10H18(l)C10H12(l)3H2(g) H1 ,C10H12(l)C10H8(l)2H2(g) H2H1H20；C10H18C10H12的活化能为Ea1，C10H12C10H8的活化能为Ea2，十氢萘的常压沸点为192；在192，液态十氢萘的脱氢反应的平衡转化率约为9。请回答：(1) 有利于提高上述反应平衡转化率的条件是 。A高温高压B低温低压C高温低压D低温高压(2) 研究表明，将适量十氢萘置于恒容密闭反应器中，升高温度带来高压，该条件下也可显著释氢，理由是 。(3) 温度335，在恒容密闭反应器中进行高压液
5、态十氢萘（1.00 mol）催化脱氢实验，测得C10H12和C10H8的产率x1和x2（以物质的量分数计）随时间变化关系，如图1所示。 在8 h时，反应体系内氢气的量为 mol（忽略其他副反应）。x1显著低于x2的原因是 。在图2中绘制“C10H18C10H12C10H8”的“能量反应过程”示意图。(二) 科学家发现，以H2O和N2为原料，熔融NaOHKOH为电解质，纳米Fe2O3作催化剂，在250和常压下可实现电化学合成氨。阴极区发生的变化可视为按两步进行，请补充完整。电极反应式： 和2Fe3H2ON22NH3Fe2O3。3以氧化铝为原料，通过碳热还原法可合成氮化铝（AlN）；通过电解法可制
6、取铝。电解铝时阳极产生的CO2可通过二氧化碳甲烷化再利用。请回答：(1) 已知：2Al2O3(s)= 4Al(g) 3O2(g) H13351 kJmol12C(s)O2(g)= 2CO(g)H2221 kJmol1 2Al(g)N2(g)= 2AlN(s) H3318 kJmol1碳热还原Al2O3合成AlN的总热化学方程式是 ，该反应自发进行的条件 。 (2) 在常压、Ru/TiO2催化下，CO2和H2混和气体(体积比14，总物质的量a mol)进行反应，测得CO2转化率、CH4和CO选择性随温度变化情况分别如图1和图2所示(选择性：转化的CO2中生成CH4或CO的百分比)。反应.CO2(
7、g)4H2(g)CH4(g)2H2O(g)H4，反应.CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)H5下列说法不正确的是 。AH4小于零 B温度可影响产物的选择性CCO2平衡转化率随温度升高先增大后减少D其他条件不变，将CO2和H2的初始体积比改变为13，可提高CO2平衡转化率 350时，反应在t1时刻达到平衡，平衡时容器体积为V L，该温度下反应的平衡常数为 (用a、V表示) 350下CH4物质的量随时间的变化曲线如图3所示。画出400下0t1时刻CH4物质的量随时间的变化曲线。(3) 据文献报道，CO2可以在碱性水溶液中电解生成甲烷，生成甲烷的电极反应式是 。4氯及其化合物在生活和生产中应
8、用广泛。(1) 已知：900 K时，4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)，反应自发。该反应是放热还是吸热，判断并说明理由 。900 K时，体积比为4 ：l的HCl和O2在恒温恒容的密闭容器中发生反应，HCl的平衡转化率(HCl)随压强(P)变化曲线如图。保持其他条件不变，升温到T K(假定反应历程不变)，请画出压强在1.5l054.5105 Pa范围内，HCl的平衡转化率(HCl) 随压强(P)变化曲线示意图。 (2) 已知：Cl2(g) + 2NaOH(aq) =NaCl(aq) + NaClO(aq) + H2O(l) Hl = 102 kJmol13Cl2(g) +
9、6NaOH(aq) = 5NaCl(aq) + NaClO3(aq) + 3H2O(1) H2 = 422 kJmol1写出在溶液中NaClO分解生成NaClO3的热化学方程式: 。用过量的冷NaOH溶液吸收氯气，制得NaClO溶液(不含NaClO3)，此时ClO的浓度为c0 molL1；加热时NaClO转化为NaClO3，测得t时刻溶液中ClO浓度为ct molL1，写出该时刻溶液中Cl浓度的表达式；c(Cl)= molL-1 (用c0、ct表示)。有研究表明，生成NaClO3的反应分两步进行：I. 2ClO = ClO2 + Cl II. ClO2 + ClO = ClO3 + Cl常温下
10、，反应II能快速进行，但氯气与NaOH溶液反应很难得到NaClO3，试用碰撞理论解释其原因： 。(3)电解NaClO3水溶液可制备NaClO4。在电解过程中由于阴极上吸附氢气，会使电解电压升高，电解效率下降。为抑制氢气的产生，可选择合适的物质(不引入杂质)，写出该电解的总化学方程式 。5氨气及其相关产品是基本化工原料，在化工领域中具有重要的作用。(1) 以Fe为催化剂，0.6 mol氮气和1.8 mol氢气在恒温、容积恒定为1 L的密闭容器中反应生成氨气，20 min后达到平衡，氮气的物质的量为0.3 mol。在第25min时，保持温度不变，将容器体积迅速增大至2 L并保持恒容，体系达到平衡时
11、N2的总转化率为38.2%。请画出从第25 min起H2的物质的量浓度随时间变化的曲线。该反应体系未达到平衡时，催化剂对逆反应速率的影响是 （填增大、减少或不变）。(2) N2H4是一种高能燃料，有强还原性，可通过NH3和NaClO反应制得，写出该制备反应的化学方程式 。N2H4的水溶液呈弱碱性，室温下其电离常数K11.0106，则0.01 molL1 N2H4水溶液的pH等于 （忽略N2H4的二级电离和H2O的电离）。已知298K和101kPa条件下：N2(g) + 3H2(g)2NH3(g) H1, 2H2(g) + O2(g)2H2O(l) H2,2H2(g) + O2(g)2H2O(g
12、) H3, 4NH3(g) + O2(g)2N2H4(l) + 2H2O(l) H4则N2H4(l)的标准燃烧热H 。(3)科学家改进了NO2转化为HNO3的工艺(如虚框所示)，在较高的操作压力下，提高N2O4/H2O的质量比和O2的用量，能制备出高浓度的硝酸。实际操作中，应控制N2O4/H2O质量比高于5.11，对此请给出合理解释 。6由某精矿石（MCO3ZCO3）可以制备单质M，制备过程中排放出的二氧化碳可以作为原料制备甲醇，取该矿石样品1.84g，高温灼烧至恒重，得到0.96g仅含两种金属氧化物的固体，其中m(M)m(Z)35，请回答：(1) 该矿石的化学式为 。(2) 以该矿石灼烧后的
13、固体产物为原料，真空高温条件下用单质硅还原，仅得到单质M和一种含氧酸盐（只含Z、Si和O元素，且Z和Si的物质的量之比为21）。写出该反应的化学方程式 。单质M还可以通过电解熔融MCl2得到。不能用电解MCl2溶液的方法制备M的理由是 。(3) 一定条件下，由CO2和H2制备甲醇的过程中含有下列反应：反应1：CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g) H1反应2：CO(g)2H2(g)CH3OH(g) H2反应3：CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g) H3其对应的平衡常数分别为K1、K2、K3，它们随温度变化的曲线如图1所示。则H2 H3 （填“大于”、“小于”或“等于”），
14、理由是 。(4) 在温度T1时，使体积比为31的H2和CO2在体积恒定的密闭容器内进行反应。T1温度下甲醇浓度随时间变化曲线如图2所示；不改变其他条件，假定t时刻迅速降温到T2，一段时间后体系重新达到平衡。试在图2中画出t时刻后甲醇浓度随时间变化至平衡的示意曲线。7(1) 氮化铝(AlN)是一种人工合成的非氧化物陶瓷材料，可在温度高于1500时，通过碳热还原法制得。实验研究认为，该碳热还原反应分两步进行：Al2O3在碳的还原作用下生成铝的气态低价氧化物X（X中Al与O的质量比为6.75 : 2）；在碳存在下，X与N2反应生成AlN。请回答：(1)X的化学式为 。(2) 碳热还原制备氮化铝的总反
15、应化学方程式为：Al2O3(s) + 3C(s) + N2(g)2AlN(s) + 3CO(g) 在温度、容积恒定的反应体系中，CO浓度随时间的变化关系如下图曲线甲所示。下列说法不正确的是 。A从a、b两点坐标可求得从a到b时间间隔内该化学反应的平均速率Bc点切线的斜率表示该化学反应在t时刻的瞬时速率C在不同时刻都存在关系：v (N2) = 3v (CO)D维持温度、容积不变，若减少N2的物质的量进行反应，曲线甲将转变为曲线乙该反应在高温下自发进行，则随着温度升高，反应物Al2O3的平衡转化率将 ，（填“增大”、“不变”或“减小”），理由是 。 一定温度下，在压强为p的反应体系中，平衡时N2的
16、转化率为，CO的物质的量浓度为c；若温度不变，反应体系的压强减小为0. 5p，则N2的平衡转化率将 （填“”），平衡时CO的物质的量浓度 。 A小于0.5c B大于0.5c，小于c C等于c D大于c (3) 在氮化铝中加入氢氧化钠溶液，加热，吸收产生的氨气，进一步通过酸碱滴定法可以测定氮化铝产品中氮的含量。写出上述过程中氮化铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程式 。82016杭州G20峰会期间，中美两国共同交存参加巴黎协定法律文书，展示了应对全球性问题的雄心和决心。其中燃煤、汽车、工业尾气排放等途径产生的CO、NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。请根据题目提供信息回答相关问题。已知：N2(g)
17、 + O2(g) 2NO(g) H = +180.5 kJmol-12C(s) + O2(g) 2CO(g) H = -221.0 kJmol-1 C(s) + O2(g) CO2(g) H = -393.5 kJmol-1(1) 汽车尾气转化器中发生的反应为：2NO(g) + 2CO(g)N2(g) + 2CO2(g)，此反应的H = ；(2) 汽车燃油不完全燃烧时产生CO,有人设想选择合适的催化剂按下列反应除去CO:2CO(g)2C(s)+O2(g)，则该反应能否自发进行并说明理由： 。已知：用NH3催化还原NOx时包含以下反应。反应：4NH3(g) + 6NO(g)5N2(g) + 6H
18、2O(l) H1 0反应：2NO(g) + O2(g)2NO2(g) H3 0(3) 为探究温度及不同催化剂对反应的影响，分别在不同温度、不同催化剂下，保持其它初始条件不变重复实验，在相同时间内测得N2浓度变化情况如右图所示。下列说法正确的是 。A在催化剂甲的作用下反应的平衡常数比催化剂乙时大B反应在N点达到平衡，此后N2浓度减小的原因可能是温度升高，平衡向左移动CM点后N2浓度减小的原因可能是温度升高发生了副反应DM点后N2浓度减小的原因可能是温度升高催化剂活性降低了(4) 右图中虚线为反应在使用催化剂条件下，起始O2、NO投料比和NO平衡转化率的关系图。当其他条件完全相同时，用实线画出不使
19、用催化剂情况下，起始O2、NO投料比和NO平衡转化率的关系示意图。 (5) 由NO2、O2、熔融盐NaNO3组成的燃料电池如下图所示，在使用过程中石墨电极反应生成一种氧化物Y，请写出石墨极的电极反应式： 。30.化学反应原理参考答案：1(一) (1) d(2) 2(CH3)4NCl2H2O 2(CH3)4NOH H2 Cl2(二) (1) BC(2) 0.67(或67%)(3) 提高乙醇转化率；提高反应温度，从而加快反应速率；有利于后续产物分离(4) ACD2(一) (1) C(2) 温度升高，加快反应速率；温度升高使平衡正移的作用大于压强增大使平衡逆移的作用。 (3) 1.95 催化剂显著降低了C10H12C10H8的活化能，反应生成的C10H12快速转化为C10H8。作图： (二) Fe2O36e3H2O2Fe6OH3(1) Al2O3(s)3C(s)N2(g)= 2AlN(s)3CO(g)H1 026 kJmol1高温(2) CD(3) CO26H2O8e= CH48OH4(1)放热反应，S0，根据盖斯定律又得H3H1H2，所以H20，S 0 (3) CD(4) 画图实线与虚线重合 (5) O24e 2N2O5=4NO36