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1、题型三化学原理题（A组）1为更有效处理工业废气中的CO、NOx、SO2等，减少大气污染，科学家不断对相关反应进行研究。回答下列问题：（1）已知4CO（g）2NO2（g）4CO2（g）N2（g）H。该反应在低温下能自发进行，则H（填“ ”“T2），下列图像不正确的是（填序号）。一定温度下，在体积为3L的恒压密闭容器中，充入4molCO和2molNO2，发生上述反应，经过段时间后达到平衡状态，测得CO的转化率为50%，则该反应的平衡常数为。（2）柴油车尾气中的碳烟（C）和NOx可通过某含钴催化剂催化消除。不同温度下，将模拟尾气（成分如表所示）以相同的流速通过该催化剂，测得所有产物与NO的相关数据如
2、图所示。模拟尾气气体碳烟NOO2He物质的量/mol0.0250.59.475a375时，测得排出的气体中含0.45molO2和0.0525molCO2，则Y的化学式为。实验过程中采用NO模拟NOx，而不采用NO2的原因是。（3）烟气中的SO2是主要的大气污染物，某研究小组对SO2的性质进行研究，并脱除烟气中的SO2。标准状况下，把SO2通入11.2mL水中制得饱和溶液，测得溶液pH0.74。已知：标准状况下SO2在水中的溶解度按体积比为167.2即VV167.2。已知饱和溶液中的SO2有与水反应生成H2SO3，写出H2SO3的第一步电离方程式，H2SO3的第一步电离平衡常数Ka1（已知lg1
3、.80.26，忽略第二步电离和溶液体积的变化，结果用科学计数法表示，保留2位有效数字）。ClO2及NaClO2均是性能优良的脱硫剂，ClO2在酸性条件下稳定，在NaOH溶液中可歧化为NaClO3和NaClO2。用ClO2进行单独脱除SO2实验时，测得SO2的脱除率随溶液pH的变化如图所示。在溶液pH”“”或“”）0。随着温度的升高，不同投料比下CO的平衡转化率趋于相近的原因为。（5）该反应的正、逆反应速率可表示为v正k正c2（NO）c2（CO），v逆k逆cc2，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，仅与温度有关。一定温度下，在体积为1L的容器中加入2molNO和2molCO发生上述反应，测得CO
4、和CO2物质的量浓度随时间的变化如图4所示，则a点时，v正v逆。（B组）1合成氨对人类生存具有重大意义，反应为：N2（g）3H2（g）2NH3（g）H92.4kJmol1。（1）我国科学家在合成氨反应机理研究中取得新进展，首次报道了LiH3d过渡金属这一复合催化剂体系，并提出了“氮转移”催化机理。3LiH（s）N2（g）=Li2NH（s）LiNH2（s）H132.8kJmol1Li2NH（s）2H2（g）=2LiH（s）NH3（g）H278kJmol1LiNH2（g）H2（g）=LiH（s）NH3（g）H3则H3。（2）目前工业上合成氨反应通常使用铁触媒作催化剂，反应历程如图所示，其中吸附在催
5、化剂表面的物种用“ad”表示。整个历程中，反应速率最慢的反应的化学方程式为。（3）将10molN2和30molH2投入容积恒为10L的反应器中，控制不同温度与压强，得到平衡时N2的转化率与温度、压强的关系如图所示。温度T1、T2、T3的大小关系是，判断依据为。根据M点数据求出该条件下的平衡常数Kp（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压总压物质的量分数，结果保留两位有效数字）。（4）工业上，合成氨反应在高压条件下进行，实际上Kp值不仅与温度有关，还与压力和气体组成有关。一定条件下，合成氨反应接近平衡时，遵循如下方程：rk正pk逆。其中r为氨合成反应的净速率，a为常数，与催化剂性质及反应条件有关，该条
6、件下，实验测得a0.5，则反应达到平衡时，k正、k逆、Kp三者之间的关系式为。（5）在压强为30MPa时，不同温度下合成氨反应平衡体系中，混合气体中NH3的体积分数如表所示。温度/200300400500600NH3的体积分数/%89.971.047.026.413.8根据表中数据，你认为合成氨工业最值得研究的方向是（回答出你认为最合适的一点）。2硫化氢广泛存在于燃气及废水中，热分解或氧化硫化氢有利于环境保护并回收硫资源。回答下列问题：（1）1gH2S气体完全燃烧生成液态水和SO2气体，放出17.24kJ的热量，写出表示H2S的燃烧热的热化学方程式：。（2）利用H2S的热分解反应可生产H2：2
7、H2S（g）S2（g）2H2（g）。现将0.20molH2S通入到某恒压（压强paMPa）密闭容器中，在不同温度下测得H2S的平衡转化率如图1所示。已知：对于气相反应，用某组分（B）的平衡分压（pB）代替物质的量浓度（cB）也可表示平衡常数（Kp）。（pBp总B的物质的量分数，p总为平衡时气体总压强）。温度升高时，混合气体的平均摩尔质量（填“增大”“减小”或“不变”）。温度为T4时，该反应的平衡常数Kp（用含a的代数式表示）。（3）用氯气除去废水中H2S的反应为Cl2（aq）H2S（aq）S（s）2HCl（aq），该反应的可能机理如下：aCl22Cl慢ClH2SHClHS快ClHSHClS快b
8、.Cl22Cl快ClH2SHClHS慢ClHSHClS快c.Cl2H2SClHSHCl慢ClHSHClS快d.Cl2H2SClHSHCl快ClHSHClS慢机理a的中间体为。已知v正kcc，v正为正反应速率，k为速率常数，上述机理中与该速率方程一致的是（填字母）。（4）科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构如图2所示。a极的电极反应式为_。电池工作时，H经质子膜进入区（填“a极”或“b极”）。3煤燃烧排放的烟气中含有SO2和NOx等大气污染物，工业上可用NaClO、NaClO2溶液作为吸收剂对烟气进行脱硫、脱硝。回答下列问题：
9、（1）已知下列反应：.CaSO4（s）=Ca2（aq）SO（aq）H1.SO2（g）2OH（aq）=SO（aq）H2O（l）H2.ClO（aq）SO（aq）=SO（aq）Cl（aq）H3则反应SO2（g）Ca2（aq）ClO（aq）2OH（aq）=CaSO4（s）H2O（l）Cl（aq）的H。（2）在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气，SO2和NO的初始浓度分别为512mgm3和2043mgm3，反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。脱硫、脱硝产物分析产物SOSONONOClClO浓度80.350.559.000.77120.4955.69写出NaClO2溶液脱硝过程中主要反应的离
10、子方程式：。为了提高NO的转化率，可采取的措施有。由实验结果可知，脱硫反应速率（填“大于”或“小于”）脱硝反应速率。原因除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同，还可能是。写出NaClO2溶液脱硫过程中氧化SO的主要离子反应的平衡常数K的表达式：。（3）在不同温度下，NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中，SO2和NO的平衡分压如下表所示。T/K290310330350370390pSO2/MPa5.1710502.7610473.6910441.0510425.6010395.131037pNO/MPa3.3210341.9710322.1710304.0110281.1310274.671025
11、脱硫、脱硝反应需要在（填“较高温度”或“较低温度”）条件下进行，反应温度升高，脱硫、脱硝反应的平衡常数均（填“增大”“不变”或“减小”）。4已知：水体中氨氮（NH3、NH）过量会导致富营养化，国家标准要求经处理过的氨氮废水中氨氮标准限值范围为0.02mgL1150mgL1、pH控制在69；HClO的氧化性比NaClO强；NH3比NH更易被氧化。某研究小组用NaClO氧化法处理氨氮废水，进水pH对氨氮去除率和出水pH的影响如图所示：（1）反应原理：ClO可与NH反应生成N2等无污染物质，反应的离子方程式为。（2）进水pH应控制在左右为宜；进水pH为1.252.75范围内，氨氮去除率随进水pH升高
12、迅速下降的原因是；进水pH为2.756.00范围内，氨氮去除率随进水pH升高而上升的原因是。（3）运用上述原理，也可利用如图所示的电解法去除废水中的氨氮。a极为电源的极；d极反应式为。（4）已知H2SO3的Ka11.3102、Ka26.2108。常温下，将SO2通入某氨水至溶液恰好呈中性，此时溶液。（5）常温下将0.1004mol碳酸氢铵粉末加入到1L0.1molL1盐酸中，充分反应后溶液pH恰好为7（此时溶液中几乎不含碳元素，忽略溶液体积变化），则溶液中c，NH3H2O的电离平衡常数为。题型三化学原理题(A组)1答案：(1)AB1.375(2)N2ONO较稳定，而NO2易化合成N2O4，通常
13、情况下NO2气体中有N2O4，不便进行定量测定(3)H2SO3HSOH1.8102ClO2在碱性条件下可发生歧化反应生成ClO，ClO具有强氧化性，随着pH的增大，生成的ClO增多，氧化性增强解析：(1)该反应为气体分子数减少的反应，则S0，低温时反应能自发进行，根据GHTS0，反应能自发进行，可知该反应的HT2，降低温度，正、逆反应速率均降低，故A错误；T1温度高，反应速率较快，先达到化学平衡状态，即先达到“拐点”，又该反应是放热反应，升高温度，平衡左移，故T1温度下，反应达到平衡时NO2的转化率较低，故B错误；该反应是放热反应，也是气体分子数减小的反应，其他条件一定时，升髙温度，平衡向逆反
14、应方向移动，二氧化碳的平衡体积分数减小，则相同压强下，T1时二氧化碳的平衡体积分数小于T2时二氧化碳的平衡体积分数，其他条件一定时，增大压强，平衡向正反应方向移动，二氧化碳的平衡体积分数增大，故C正确。反应达到平衡时CO的转化率为50%，列出三段式：4CO(g)2NO2(g)4CO2(g)N2(g)起始量/mol4200转化量/mol2120.5平衡量/mol2120.5恒温恒压时，容器体积与气体物质的量成正比，则平衡时容器的体积为5.5L2.75L。该反应的平衡常数K1.375。(2)模拟尾气中NO的物质的量为0.025mol，根据题图分析375时参与反应生成X和Y的NO的物质的量为0.02
15、5mol (8%16%)0.006mol，模拟尾气中O2的物质的量为0.5mol，375时排出的气体中含0.45molO2，说明375时参与反应的O2的物质的量为0.05mol，结合375时排出的气体中含有0.0525molCO2，根据氧原子守恒，可知N2O的物质的量为0.05mol20.006mol0.0525mol20.001mol，根据氮原子守恒可知氮气的物质的量为0.002mol，所以X是N2，Y是N2O。NO2易化合成N2O4，通常情况下NO2气体中有N2O4，而NO较稳定。(3)H2SO3的第一步电离方程式为H2SO3(aq)HSO(aq)H(aq)；忽略H2SO3的第二步电离和溶
16、液体积的变化，根据题给信息可计算出SO2饱和溶液中c0.18molL1，SO2与H2O反应生成的H2SO3的浓度为2molL1，列出三段式：H2SO3(aq)HSO(aq)H(aq)起始浓度/(molL1) 200转化浓度/(molL1) 0.180.180.18平衡浓度/(molL1) 1.820.180.18Ka11.8102。ClO2在碱性条件下可发生歧化反应生成ClO，在溶液pH大于7.8时，随pH的增大，生成的ClO增多，氧化性增强，SO2的脱除率升高。2答案：(1)247.3(2)54A该反应为吸热反应，温度越低，平衡常数越小CC点CO2的体积分数大于相同温度下100kPa平衡时的
17、CO2的体积分数，则压强大于100kPa，A、B点CO2的体积分数小于相同温度下100kPa平衡时的CO2的体积分数，则压强小于100kPa(3)目数越大，CH4转化率越大催化剂的目数越大，颗粒越小，表面积越大，原料气与催化剂的接触更加充分解析：(1)根据各物质的燃烧热可得：CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H890.3kJmol1；CO(g)O2(g)=CO2(g)H283.0kJmol1；H2(g)O2(g)=H2O(l)H285.8kJmol1；根据盖斯定律2()可得CH4CO2催化重整反应的H890.3kJmol12(283.0kJmol1285.8kJmol1)24
18、7.3kJmol1；(2)初始组成n(CH4)n(CO2)11，不妨设n(CH4)n(CO2)1mol，设T1、100kPa下，平衡时甲烷转化的物质的量n(CH4)xmol，列三段式有CH4(g)CO2(g)2CO(g)2H2(g)起始1100转化xx2x2x平衡1x1x2x2x据图可知平衡时CO2的体积分数为30%，所以有30%，解得x0.25mol，所以平衡时气体总物质的量为2mol0.25mol22.5mol，n(平衡时气体)n(初始气体)2.5mol2mol54；平衡时p(CH4)p(CO2)100kPa30kPa，p(CO)p(H2)100kPa20kPa，所以Kp(kPa)2；该反
19、应焓变大于0为吸热反应，温度越低，平衡常数越小，所以A点对应的平衡常数最小；该反应为气体系数之和增大的反应，相同温度下，增大压强平衡逆向移动，CO2的体积分数增大，A、B两点CO2的体积分数均小于相同温度下压强为100kPa平衡时CO2的体积分数，说明压强小于100kPa，而C点大于100kPa平衡时CO2的体积分数，说明压强大于100kPa，所以C点压强最大；(3)据图可知，75min后催化剂目数越大，CH4转化率越大，因为催化剂目数越大，颗粒越小，表面积越大，原料气与催化剂的接触更加充分，反应更完全。3答案：(1)566(2)411.5104(3)1.05MPa逆向(4)Fe3O42mol
20、(5)SO22e2H2O=4HSO解析：(1)由盖斯定律可知，2，则H(1003.84kJmol1)(218.92kJmol1)2566kJmol1。(2)由化学平衡移动原理可知，相同温度时，nn的值越大，SO2脱除率越小，由图可知，温度相同时，曲线c的SO2脱除率最小，则曲线c对应的物质的量之比是41。曲线a中SO2的起始浓度为6104mgm3，从A点到B点经过0.8s，该时间段内SO2的脱除速率为1.5104mgm3s1。(3)由图可知，反应起始压强为12.6MPa，25min达到平衡时，平衡压强为15.75MPa，设平衡时二氧化碳的物质的量为x，由题意建立三段式如下：CaSO4(s)CO
21、(g)CaO(s)SO2(g)CO2(g)起(mol) 200转(mol) xxx平(mol) 2xxx由p1p2n1n2可得，12.615.752(2x)，解得x0.5mol，平衡时CO、CO2、SO2的平衡分压分别为15.75、15.75、15.75，则该温度下压强平衡常数KpMPa1.05MPa。原平衡体系中n(CO)n31，恒压条件下，向原平衡体系中再充入n(CO)n54的混合气体，相当于在原平衡的基础上再通入CO2，所以平衡逆向移动。(4)“重整系统”中FeO和SO2反应生成FexOy和S，若n(FeO)n61，由得失电子数目守恒可知FexOy为Fe3O4；“热分解系统”中Fe3O4
22、分解生成FeO和O2，根据Fe3O43FeO可知，分解1molFe3O4，转移电子的物质的量为2mol。(5)由图可知，固硫电池通入二氧化硫和水的一极为负极，二氧化硫在负极失电子发生氧化反应，电极反应式为SO22e2H2O=4HSO。4答案：(1)N2O(g)C2H4(g)=N2(g)C2H4O(g)H395kJmol1(2)167.4kJmol1OA473kJmol1(3)0.171molL1min1该反应为放热反应，580K达到平衡后，升高温度，平衡逆向移动(合理答案均可)(4)167.4kJmol1时，N2O(g)与M(s)可反应，OA473kJmol1时，C2H4O(g)与M(s)不反
23、应。(3)NO的平均反应速率v(NO)0.171molL1min1。在580K时反应可能达到平衡，因为反应为放热反应，继续升高温度，平衡逆向移动，NO生成N2的转化率降低；在较高温度下催化剂活性降低，NO生成的转化率也会降低；也有可能发生了副反应4NH37O2=4NO26H2O。(4)根据图3可知，随着温度的升高，CO的平衡转化率逐渐减小，说明该反应的HT2T3该反应为放热反应，温度升高，平衡向逆反应方向移动，平衡时N2转化率降低，由图可知T1T2T30.0018(MPa)2(4)k正k逆Kp(5)寻找合适的催化剂解析：(1)根据盖斯定律知可得N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4kJ
24、mol1，据此可得H347.2kJmol1。(2)从图中可以看出，活化能最大的一步反应是NadHad=NHad，故该步反应速率最慢。(3)由于合成氨的反应是放热反应，所以升高温度平衡向左移动，N2的转化率降低，即图中转化率越低的曲线对应的温度越高，故T1T2T3。T2温度下，平衡压强为32MPa时，根据题意列“三段式”如下：N2(g)3H2(g)2NH3(g)起始量10mol30mol0转化量4mol12mol8mol平衡量6mol18mol8mol故平衡时气体分压分别为：pN232MPa、pH232MPa、pNH332MPa，故Kp0.0018(MPa)2。(4)反应达到平衡时，氨合成反应的
25、净速率r0，若a0.5，则k正pk逆。整理可得，由于Kp，所以Kp，k正k逆Kp。(5)从表中数据可知温度对平衡体系中混合气体中NH3的体积分数影响显著，降低温度可以提高氨气的体积分数，但是目前工业生产采用的温度主要是考虑催化剂的活性，所以要想降低反应温度而催化剂活性不降低，则应该寻找合适的催化剂。2答案：(1)H2S(g)O2(g)=SO2(g)H2O(l)H586.16kJmol1(2)减小(3)Cl、HSc(4)2H2S4e=S24Hb极解析：(1)1gH2S气体完全燃烧，放出17.24kJ的热量，则H2S的燃烧热为1724kJg134gmol1586.16kJmol1。(2)升高温度，
26、H2S的平衡转化率增大，说明该反应是吸热反应，温度升高时，平衡正向移动，混合气体的总物质的量增加，总质量不变，平均摩尔质量减小。由题图1可知，温度为T4时，H2S平衡转化率为40%，可列三段式如下：2H2S(g)S2(g)2H2(g)起始量/mol0.2000转化量/mol0.080.040.08平衡量/mol0.120.040.08则该温度下pMPa，pMPa，pMPa，故平衡常数KpMPa。(3)机理a中Cl、HS先生成，后被反应掉，故机理a的中间体为Cl、HS。慢反应决定化学反应速率，故上述机理中与该速率方程一致的是c。(4)a极是负极，a极上H2S发生氧化反应生成S2，电极反应式为2H
27、2S4e=S24H。b极是正极，正极发生的电极反应为O24H4e=2H2O，H通过质子膜进入正极(b极)区以补充消耗的H。3答案：(1)H2H3H1(2)4NO3ClO4OH=4NO2H2O3Cl增大压强(或增大NaClO2浓度)大于NO溶解度较低(或脱硝反应活化能较高)(3)较低温度减小解析：(1)根据盖斯定律，可由得出待求的反应式，则HH2H3H1。(2)NaClO2溶液脱硝过程中主要生成NO和Cl，主要反应的离子方程式是4NO3ClO4OH=4NO2H2O3Cl。增大压强或增大NaClO2浓度都能提高NO的转化率。根据题表中数据可知，反应一段时间后，含硫产物的浓度之和大于含氮产物的浓度之
28、和，故脱硫反应速率大于脱硝反应速率。原因除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同，还可能是NO溶解度较低或脱硝反应活化能较高。NaClO2溶液脱硫过程中氧化SO的主要离子反应是ClO(aq)2SO(aq)=2SO(aq)Cl(aq)，其平衡常数K的表达式是。(3)温度越高，剩余的SO2和NO的平衡分压越大，脱硫、脱硝反应需要在较低温度条件下进行，温度升高，脱硫、脱硝反应的平衡常数均减小。4答案：(1)3ClO2NH=N23Cl3H2O2H(2)1.5随着进水pH升高，NaClO含量增大，HClO含量降低，氧化性减弱，导致氨氮去除率下降随着进水pH升高，氨氮废水中NH3含量增大，氨氮更易被氧化(3
29、)负Cl2eH2O=ClO2H(4)2.24(5)0.1molL12.5105解析：(2)由题图可知，当进水pH1.5时氨氮去除率较高且出水pH符合要求；因HClO的氧化性比NaClO强，进水pH为1.252.75范围内，随进水pH升高，HClO含量降低，NaClO含量增大，氧化性减弱，导致氨氮去除率下降；进水pH为2.756.00范围内，随进水pH升高，氨含量增大，结合“NH3比NH更易被氧化”可判断氨氮去除率升高的原因。(3)据题意，d极应产生ClO，即发生氧化反应，d极为阳极，则b极为电源正极、a极为电源负极。(4)溶液中电荷守恒为cccc2c，根据溶液呈中性知cc107molL1，结合Ka26.2108得2.24。(5)根据题意知，反应后溶液中只有H、NH、OH、Cl，又pH7，据电荷守恒知cc0.1molL1，而溶液中NH总浓度为0.1004molL1，故c为0.0004molL1。NHH2ONH3H2OH开始浓度/0.10040转化浓度/0.00040.0004平衡浓度/0.10.0004又c107molL1，NH的Kh41010，则Kb2.5105。