特训十七化学原理综合题.DOC

1、 特训十七 化学原理综合题 填空题 1.大气中 PM2.5、NO x、SO 2、CO 2、CH 4 等含量是衡量空气质量优劣的重要指标， 对其研究和综合治理具有重要意义。 (1)将 PM2.5 样本用蒸馏水处理制成待测试样。测得该试样所含水溶性无机离子 的化学组分及其平均浓度如下表： 离子 K Na NH 4 SO24 NO 3 Cl 浓度 /molL1 410 6 610 6 210 5 410 5 310 5 210 5 根据表中数据计算 PM2.5 试样的 pH_。 (2)NOx是汽车尾气的主要污染物之一。 汽车发动机工作时会引发 N2 和 O2 反应，其能量变化示意图 1 如下： 图

2、1 则 N2(g)和 O2(g)反应生成 NO(g)的热化学反应方程式为_ _； 用碱液吸收氮的氧化物是目前研究的课题，将 NO、NO 2 通入石灰乳中可制备 重要的工业原料 Ca(NO2)2。该工艺需控制 NO 和 NO2 物质的量之比接近 11。 若 n(NO2)n (NO)11，则会导致_；若 n(NO2)n(NO)”“”或“”)K 2。 (2)肼(N 2H4)是一种火箭燃料。已知： N2(g)2O 2(g)=2NO2(g) H67.7 kJmol 1 N2H4(g)O 2(g)=N2(g)2H 2O(g) H534.0 kJmol 1 NO2(g)=1/2N2O4(g) H28.0 k

3、Jmol 1 反应 2N2H4(g)N 2O4(g)=3N2(g)4H 2O(g)的 H_ kJmol 1 。 氨气与次氯酸钠溶液反应生成肼的离子方程式为_ _。 (3)电解硝酸工业的尾气 NO 可制备 NH4NO3，其工作原理如右图。 阴极的电极反应式为_。 将电解生成的 HNO3 全部转化为 NH4NO3，则通入的 NH3 与实际参加反应的 NO 的物质的量之比至少为_。 (4)饮用水消毒时，氯胺(NH 2Cl 等)在酸性条件下具有良好的效果，其原因是 _ _。 解析 (1)由 图可知随温度升高，NH 3 的物质的量分数减小，所以为放热反应。 注意提高氨气的产率，即单位时间内的效率。 b

4、项，使用催化 剂可以提高速率，即 单位时间内的产品多，正确；c、 d 项均使平衡向正反应方向移动，提高原料转化率， 正确。 两点温度相同，平衡常数不变。 (2)目标反应可由反应22 获得，计算反应热。NH 3 中 N 显3 价，N 2H4 中 N 显2 价，NH 3 作还原剂， ClO 作氧化剂被还原为 Cl ，配平。(3)阴极发生反应：NONH ，溶液呈酸 4 性，根据电子守恒配平。阴极反应为：NO5e 6H =NH H 2O，阳极反 4 应为：NO3e 2H 2O=NO 4H ，总反应为：8NO10H 7H 2O=3NH 3 5NO ，可知 8 mol NO 反应，生成 3 mol NH

5、、5 mol NO ，差 2 mol NH 4 3 4 3 ，至少要通 2 mol NH3。(4)NH2Cl 能用于水解消毒，说明其水解生成 HClO，可 4 知 NH2Cl 中氯显1 价， N 显3 价，水解生成 NH3 和 HClO，加酸和 NH3 反应， 使平衡正向移动，提高 c(HClO)，效果加强。 答案 (1) bcd (2)1 079.7 2NH 3ClO =Cl N 2H4H 2O (3)NO 5e 6H =NH H 2O 14 4 (4)氯胺与水反应存在平衡：NH 2ClH 2O NH3HClO，酸性条件下平衡 右移使次氯酸浓度变大 4.氢能是一种极具发展潜力的清洁能源，硫碘

6、循环制氢主要的热化学方程式为： .SO 2(g)2H 2O(l)I 2(g)=H2SO4 (l)2HI(g) H35.9 kJ/mol .2H 2SO4(l)=2SO2(g)O 2(g)2H 2O(l) H470 kJ/mol .2HI(g)= =H2(g)I 2(g) H14.9 kJ/mol (1)反应 2H2(g)O 2(g)=2H2O(l)的 H_ molL 1 。 (2)反应在液相中发生称为 bensun 反应，向水中加入 1 mol SO2 和 3 mol I2，在 不同温度下恰好完全反应生成的 n(SO )和 n(I )的变化见图甲。24 x I 中 x_。 x 温度达到 120

7、 时，该反应不发生的原因是_ _。 (3)反应是在图乙中进行，其中的高分子膜只允许产物通过，高分子膜能使反 应程度_(填“增大” 、 “减小”或“不变”)，在该装置中为了进一步增大 平衡时 HI 的分解率；不考虑温度的影响，还可以采取的措施为 _ _。 (4)图丙是一种制备 H2 的方法，装置中的 MEA 为允许质子通过的电解质膜。 写出阳极电极的反应式：_。 电解产生的氢气可以用镁铝合金(Mg 17Al12)来储存，合金吸氢后得到仅含一种 金属的氢化物(其中氢的质量分数为 0.077)和一种金属单质，该反应的化学方程 式为_ _。 解析 (1)目 标反应可由22 获得，计算反应热。(2)由图

8、可知 3 mol I2转化 为 2 mol I ，由原子守恒 x3。温度达到 120 ，此时水为气态，I 2 也为气 x 态，气态条件下三者不反应。 (3)高分子膜相当于分离出产物，提高反应的转化率。 提高 HI 的分解率，促使平衡正向移动，温度不考虑，压强不影响，所以考虑分离 产物。(4) 金属氢化物可能为 MgH2 或 AlH3，两者氢的质量分数为 0.077、0.01，所 以产物为 MgH2 和 Al。 答案 (1) 571.6 (2)3 此温度下碘单质、水、二氧化硫均为气态，气相中不发生反应 (3)增大 向装置中通入氮气(或其它“惰性”气体)吹出产物 (4)CH 3OHH 2O6e =

9、CO26H Mg 17Al1217H 2=17MgH212Al 5.大气污染越来越成为人们关注的问题，烟气中的 NOx必须脱除(即脱硝)后才能排 放。 (1)已知：CH 4(g)2O 2(g)=CO2(g)2H 2O(l) H890.3 kJmol 1 N2(g)O 2(g)=2NO(g) H180 kJmol 1 CH4 可用于脱硝，其热化学方程式为：CH 4(g)4NO(g)= =CO2(g)2N 2(g) 2H 2O(l)， H_。 (2)C2H4 也可用于烟气脱硝。为研究温度、催化剂中 Cu2 负载量对其 NO 去除率 的影响，控制其他条件一定，实验结果如图 1 所示。为达到最高的 N

10、O 去除率， 应选择的反应温度和 Cu2 负载量分别是_。 (3)臭氧也可用于烟气脱硝。 O 3 氧化 NO 结合水洗可产生 HNO3 和 O2，该反应的化学方程式为 _ _。 一种臭氧发生装置原理如图 2 所示。阳极(惰性电极)的电极反应式为 _。 (4)图 3 是一种用 NH3 脱除烟气中 NO 的原理。 该脱硝原理中，NO 最终转化为_(填化学式)和 H2O。 当消耗 2 mol NH3 和 0.5 mol O2 时，除去的 NO 在标准状况下的体积为 _。 (5)NO 直接催化分解 (生成 N2 与 O2)也是一种脱硝途径。在不同条件下，NO 的 分解产物不同。在高压下，NO 在 40

11、 下分解生成两种化合物，体系中各组分 物质的量随时间变化曲线如图 4 所示。写出 Y 和 Z 的化学式：_。 解析 (1)根据盖斯定律，按“2”可得所求反应 H。(2)从图中可知，在 350 左右，Cu 2 负载量为 3%时， NO 的去除率最高。(3) 将 O3 可以拆成 O2O， 与 NO 反应时，可看成是 O 氧化 NO，与 H2O 结合生成 HNO3 和 O2，根据 O 原子 的价降低，与 N 原子的价升高，配平反应。阳极为阴离子放电，则为 6OH 6e =O33H 2O，也可将两 边各加 6 个 H ，可得反应式为 3H2O6e =O36H 。(4)根据箭头指向知， NH3 和 O2

12、为反应物，N 2 和 H2O 为生成物，其余为中间产物。 NH 3转化成 N2，NO 生成 N2，O2 生成 H2O，根 据得失电子守恒有，2340.52n(NO)，得 n(NO)2 mol。(5)从坐标图知，3 mol NO 反应生成等物质的量的 Y 和 Z，根据原子守恒分析知， Y 与 Z 的化学式 之和为 3 个 N 和 3 个 O，则应为 N2O 和 NO2。 答案 (1) 1 250.3 kJmol1 (2)350 左右、3% (3) 3O 32NOH 2O=2HNO33O 2 3H 2O6e =O36H (4) N 2 44.8 L (5)N 2O、NO 2 6.锰元素广泛分布在自

13、然界中，其单质和化合物在工农业生产中有着重要的应用。 (1)金属锰可用铝热法制得。已知 Al 的燃烧热为 c kJmol1 ，其余相关热化学方 程式为： 3MnO2(s)=Mn3O4(s)O 2(g) H1a kJmol 1 3Mn3O4(s)8Al(s)= =9Mn(s)4Al 2O3(s) H2b kJmol 1 则 3MnO2(s)4Al(s)= =3Mn(s)2Al 2O3(s) H_ kJmol 1 (用含 a、b、c 的代数式表示 )。 (2)MnCO3 广泛用作锰盐原料。通过图 1 装置焙烧 MnCO3 可以制取 MnO2，反应 方程式为：2MnCO 3(s)O 2(g) 2Mn

14、O2(s)2CO 2(g)。 2MnCO 3(s)O 2(g) 2MnO2(s)2CO 2(g)的化学平衡常数表达式 K_。 用真空抽气泵不断抽气的目的除保证反应持续进行外，还有 _ _。 (3)MnO2 常用作催化剂。MnO 2 催化降解甲醛的反应机理如图 2 所示，图中 X 表 示的粒子是_，该反应的总反应方程式为_ _。 (4)MnSO4 是重要微量元素肥料。用惰性电极电解 MnSO4 溶液可以制得更好活性 的 MnO2，电解时总反应的离子方程式为：_ _， 电解过程中阴极附近的 pH_(选填“增大” 、 “减小”或“不变”)。 答案 (1)a b c 13 43 (2) 使平衡正向移动

15、，提高 MnCO3 的转化率 c2（CO2）c（O2） (3)HCO HCHOO 2 CO2H 2O 3 MnO2 (4)Mn2 2H 2O MnO2H 22H 增大= = = = = 电 解 7.近几年来关于氮污染的治理倍受关注。 (1)三效催化剂是最为常见的汽车尾气催化剂，能同时实现汽车尾气中的 CO、C xHy、NO x三种成分的净化，其催化剂表面物质转化的关系如图甲所示， 化合物 X 可借助傅里叶红外光谱图(如图乙所示) 确定。 在图示的转化中，被还原的元素是_，X 的化学式为_。 SCR 技术可使 NOx与 NH3 直接反应，实现无害转化。当 NO 与 NO2 的物质的 量之比为 4

16、1 时，写出发生反应的化学方程式：_。 (2)加入过量次氯酸钠可使废水中 NH 完全转化为 N2，而本身被还原为 NaCl。 4 写出上述反应的离子方程式：_。 若处理废水产生了 0.448 L N2(标准状况下)，则需消耗浓度为 0.5 molL1 的次 氯酸钠溶液的体积为_ mL。 (3)某工业废水中含有毒性较大的 CN ，可用电解法将其转变为 N2，装置如右图 所示。气体甲是_(写化学式)，电解池中生成 N2 的电极反应式为 _。 解析 (1) 根据箭头所示，氮元素和氧元素化合价降低，被还原；化合物 X 可借 助傅里叶红外光谱图确定，说明 X 中存在 NO ，再根据 图甲可知，X 中存在

17、 3 Ba2 。NO x与 NH3 直接反应生成 N2 和 H2O，根据电子得失守恒和原子个数守 恒写出化学方程式。(2)ClO 与 NH 反应生成 N2 和 Cl ，根据电子得失守恒 4 和电荷守恒写出离子方程式。由离子方程式可得出关系式 3ClO N 2，n(N2) 0.02 mol，则 n(ClO )0.06 mol， V(ClO ) 0.12 0.448 L22.4 Lmol 1 0.06 mol0.5 molL 1 L120 mL。 (3)左端为 CN N 2，氮元素被氧化，则左端为阳极，电极反应式 为 2CN 12OH 10e =2CO N 26H 2O；右端为阴极，阴极为溶液中2

18、3 的阳离子发生放电，则气体甲为氢气。 答案 (1) N、O Ba(NO 3)2 8NH 38NO2NO 2=9N212H 2O (2)2NH 3ClO =N23Cl 2H 3H 2O 4 120 (3)H2 2CN 12OH 10e =2CO N 26H 2O23 8.利用氨水吸收烟气中的二氧化硫，其相关反应的主要热化学方程式如下： SO2(g)NH 3H2O(aq)=NH4HSO3 (aq) H 1a kJmol 1 NH3H2O (aq)NH 4HSO3 (aq)=(NH4)2SO3 (aq)H 2O(l) H 2b kJmol 1 2(NH4)2SO3 (aq)O 2(g)=2(NH4

19、)2SO4 (aq) H3c kJmol 1 (1)反应 2SO2(g)NH 3H2O(aq)O 2(g)=2(NH4)2SO4(aq)2H 2O(l)的 H_ kJmol1 。 (2)空气氧化 (NH4)2SO3 的速率随温度的变化如图所示，当温度超过 60 时， (NH4)2SO3 氧化速率下降的原因可能是_。 (3)以磷石膏废渣和碳酸铵为原料制备硫酸铵，不仅解决了环境问题，还使硫资 源获得二次利用。反应的离子方程式为 CaSO4(s)CO (aq) SO (aq)23 24 CaCO 3(s)，该反应的平衡常数 K_。已知 Ksp(CaCO3) 2.910 9 ，K sp(CaSO4)9

20、.110 6 (4)(NH4)2SO4 在工农业生产中有多种用途。 将黄铜精矿(主要成分 Cu2S)与硫酸铵混合后在空气中进行焙烧，可转化为硫 酸铜同时产生氨气。该反应的化学方程式为_ _。 研究硫酸铵的分解机理有利于对磷石膏的开发。在 500 下硫酸铵分解过程 中得到 4 种产物，其含氮物质随时间变化关系如图甲所示。写出该条件下硫酸 铵分解的化学方程式，并用单线桥标出电子转移的方向及数目： _ _。 (NH 4)2SO4 是工业制备 K2SO4 的重要原料。根据图乙中相关物质的溶解度曲线， 简述工业上制备 K2SO4 晶体的设计思路：_ _。 解析 (1)运用盖斯定律，按“22”可得所求反应

21、的焓变。(2)温度 过高，会导致(NH 4)2SO3 分解，其 浓度下降， 则反应 速率变慢；同时温度过高，O 2 在水溶液中的溶解量小，也会导致(NH 4)2SO3 的氧化速率减小。(3) K 3 138 。(4)Cu 2S 中 Cu 为1 价， Ksp（CaSO4）Ksp（CaCO3） 9.110 62.910 9 S 为2 价，在空气中焙烧，则有 O2 参加反应，根据得失电子守恒，由 Cu 和 S 的 化合价升高，O 的化合价降低，可确定 Cu2S 前配 2，O2 前配 5，根据 Cu 守恒，确 定 CuSO4 前配 4，根据 S 守恒，确定(NH 4)2SO4 前配 2，根据 N 守恒

22、，确定 NH3 前 配 4，最后根据 H、O 守恒，确定 H2O 前配 2。从 图中知，(NH 4)2SO4 分解有 NH3 和 N2 生成， N 由3 价至 0 价，化合价升高，所以必有元素化合价降低，则应为 S 从6 价降至4 价，对应为 SO2 气体，根据 H 元素知，500 时有 H2O 气生成， 由 S 和 N 的化合价升降总值配平反应。 单线桥是反 应物中化合价升高的元素指 向化合价降低的元素，即由 N 指向 S，N 的化合价变化为 23e 6e 。用 (NH4)2SO4 和 KCl 发生反应可生成溶解度较小的 K2SO4，方程式为：(NH 4) 2SO42KCl= =K2SO4 2NH4Cl，用两种 浓溶液混合，生成 K2SO4 后，再冷却结 晶，过滤出 K2SO4，再洗涤。 答案 (1)2 a2bc (2)温度过高 (NH4)2SO3 会分解( 或水解)，浓度减小(或温度升高氧气在溶液中溶解 度降低) (3)3 138 (4)2Cu 2S2(NH 4)2SO45O 2 4CuSO44NH 32H 2O= = = = = 配制较高温度(80 100 )下的硫酸铵、氯化钾饱和混合溶液，冷却结晶， 过滤、洗涤