化学反应原理综合应用题

通关演练

(建议完成时间：30分钟)

1．(2013·广州二模)多晶硅是太阳能光伏产业的重要原材料。 (1)由石英砂可制取粗硅，其相关反应的热化学方程式如下： SiO2(s)＋C(s)===SiO(g)＋CO(g) ΔH＝a kJ·mol1

－

2SiO(g)===Si(s)＋SiO2(s) ΔH＝b kJ·mol－1

①反应SiO2(s)＋2C(s)===Si(s)＋2CO(g)的ΔH＝________ kJ·mol－1(用含a、b的代数式表示)。

②SiO是反应过程中的中间产物。隔绝空气时，SiO与NaOH溶液反应(产物之一是硅酸钠)的化学方程式为_____________________________________。 (2)粗硅提纯常见方法之一是先将粗硅与HCl制得SiHCl3，经提纯后再用H2还原： SiHCl3(g)＋H2(g)不同温度及不同

Si(s)＋3HCl(g)。

nH2

时，反应物X的平衡转化率关系如图所示。

nSiHCl3

①X是________(填“H2”或“SiHCl3”)。

②上述反应的平衡常数K(1 150 ℃)________K(950 ℃)(填“>”、“<”或“＝”)。 (3)SiH4(硅烷)法生产高纯多晶硅是非常优异的方法。

①用粗硅作原料，熔融盐电解法制取硅烷原理如图所示，电解时阳极的电极反应式为_______________________________________________________。 ②硅基太阳电池需用N、Si两种元素组成的化合物Y作钝化材料，它可由SiH4与NH3混合气体进行气相沉积得到，已知Y中Si的质量分数为60%，Y的化学式为________。

解析 (1)①反应SiO2(s)＋2C(s)===Si(s)＋2CO(g)可由第一个反应×2＋第二个反应得到，则ΔH＝(2a＋b)kJ·mol－1。②根据产物有硅酸钠及质量守恒得到反应的化学方程式为SiO＋2NaOH===Na2SiO3＋H2↑。(2)①根据图像，在温度不变的情况下，②当

nH2

增大，X的平衡转化率增大，则X是SiHCl3。

nSiHCl3

nH2

一定时，升高温度，SiHCl3的平衡转化率增大，则表明化学平

nSiHCl3

衡常数K(1 150 ℃)>K(950 ℃)。(3)①电解时阳极发生氧化反应，粗硅失去电子，结合H－生成SiH4气体，则电极反应式为Si＋4H－－4e－===SiH4↑。②Si、60%

NSi283

N元素组成的化合物中Si的质量分数为60%，则＝＝，即化学式

NN40%4

14为Si3N4。

答案 (1)①2a＋b ②SiO＋2NaOH===Na2SiO3＋H2↑ (2)①SiHCl3 ②>

(3)①Si＋4H＋－4e－===SiH4↑ ②Si3N4

2．二甲醚(CH3OCH3)被称为21世纪的新型燃料，在未来可能替代汽车燃油、石油液化气、城市煤气等，市场前景极为广阔。它清洁、高效，具有优良的环保性能。

工业上制二甲醚是在一定温度(230～280 ℃)、压强(2.0～10.0 MPa)和催化剂作用下进行的，反应器中发生了下列反应。 CO(g)＋2H2(g)

CH3OH(g)

ΔH1＝－90.7 kJ·mol－1 ① 2CH3OH(g)

CH3OCH3(g)＋H2O(g)

ΔH2＝－23.5 kJ·mol－1 ② CO(g)＋H2O(g)

CO2(g)＋H2(g)

ΔH3＝－41.2 kJ·mol－1 ③

(1)反应器中的总反应可表示为3CO(g)＋3H2(g)

CH3OCH3(g)＋CO2(g)，则

该反应的ΔH＝__________，平衡常数表达式为____________________，在恒温、可变容积的密闭容器中进行上述反应，增大压强，二甲醚的产率会________(填升高、降低或不变)。

(2)二氧化碳是一种重要的温室气体，减少二氧化碳的排放是解决温室效应的有效途径。目前，由二氧化碳合成二甲醚的研究工作已取得了重大进展，其化学反应方程式为2CO2(g)＋6H2(g)

CH3OCH3(g)＋3H2O(g) ΔH＞0。

该反应在恒温、体积恒定的密闭容器中进行，下列不能作为该反应已达到化学平衡状态的判断依据的是________。 A．容器内混合气体的密度不变 B．容器内混合气体的压强保持不变 C．容器内混合气体的平均摩尔质量保持不变

D．单位时间内消耗2 mol CO2的同时消耗1 mol二甲醚

(3)二甲醚气体的燃烧热为1 455 kJ·mol－1，工业上用合成气(CO、H2)直接或间接合成二甲醚。下列有关叙述正确的是________。 A．二甲醚分子中含共价键

B．二甲醚作为汽车燃料不会产生污染物 C．二甲醚与乙醇互为同系物

D．表示二甲醚燃烧热的热化学方程式为CH3OCH3(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g) ΔH＝－1 455 kJ·mol－1

(4)绿色电源“直接二甲醚燃料电池”的工作原理示意图如图所示：正极为________(填“A电极”或“B电极”)，写出A电极的电极反应式：_______________________________________________________________。

解析 (1)根据盖斯定律，ΔH＝2ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝－246.1 kJ·mol－1，增大压强，平衡向正反应方向移动， 二甲醚的产率升高。(2)该反应特点是，所有反应物和产物都是气态，正反应是气体分子数减小的反应，正反应吸热。恒容条件下，密度始终不变，A选项错误；正反应是气体分子数减小的反应，压强不改变时表明反应达到平衡状态，B选项正确；气体摩尔质量等于质量与物质的量之比，当物质的量不变时，气体平均摩尔质量也不变，反应达到平衡状态，C选项正确；由反应式的化学计量数知，单位时间内消耗2 mol CO2，必生成1 mol CH3OCH3，即二甲醚的消耗速率等于其生成速率，反应达到平衡状态，D选项正确。(3)CH3OCH3分子中只存在碳氢键、碳氧键，它们都是共价键，A选项正确；二甲醚含碳、氢、氧元素，燃烧时仍然会产生CO、CO2等大气污染物，B选项错误；CH3OCH3与CH3CH2OH分子式相同，结构不同，互为同分异构体，C选项错误；燃烧热强调生成的水为液态，正确的热化学方程式为CH3OCH3(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)

ΔH＝－1 455 kJ·mol－1，D选项错误。(4)从电池装置图看，A电极通入二甲醚和水，B电极通入氧气，该燃料电池中，二甲醚是还原剂，发生氧化反应，A极为负极；氧气发生还原反应，B电极为正极。负极反应式为CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋。 答案 (1)－246.1 kJ·mol－1 K＝

cCO2·cCH3OCH3

升高 (2)A (3)A 3cCO·c3H2

(4)B电极 CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋

3．(2013·韶关模拟)2013年春季，全国各地持续出现严重的雾霾天气，给人们的生产、生活造成了严重的影响。汽车尾气中含有CO、氮氧化物、烟尘等污染物，是导致雾霾天气的原因之一。请回答下列有关问题。 (1)下列说法正确的是________。 A．NO、CO、CO2均为酸性氧化物

B．CO2的大量排放会导致温室效应，所以应尽量选用公共交通，提倡低碳出行

C．汽车尾气中的氮氧化物主要是空气中的氮气与氧气在高温条件下生成的 (2)为减轻污染，北京为汽车加装了“三效催化净化器”，可将尾气中的CO、NO转化为参与大气循环的无毒混合气体，反应如下：2NO＋2CO

N2＋

2CO2，则该反应的化学平衡常数表达式K＝________。 (3)已知下列热化学方程式：

N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH＝＋180.5 kJ·mol－1① 2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH＝－221.0 kJ·mol－1② C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ·mol－1③ 则汽车尾气转化反应2NO(g)＋2CO(g)

N2(g)＋2CO2(g)的ΔH＝________。

(4)当固体催化剂质量一定时，增大其表面积可加快化学反应速率。如图表示在其他条件不变时，反应2NO(g)＋2CO(g)

N2(g)＋2CO2(g)中NO

的浓度[c(NO)]随温度(T)、催化剂表面积(S)和时间(t)的变化曲线。

①图中T1________T2(填“>”或“<”)。

②若催化剂的表面积S1>S2，在图中画出c(NO)在T1、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线。

(5)低温脱硝技术可用于处理各种废气中的氮氧化物，发生的化学反应为

180 ℃

2NH3(g)＋NO(g)＋NO2(g)

催化剂

器中，下列有关说法正确的是________。

A．反应中每转移3 mol电子，生成标准状况下N2的体积为22.4 L

B．平衡时，若其他条件不变，增大NH3的浓度，废气中氮氧化物的转化率减小

C．因为反应物比生成物的物质的量少，所以反应物比生成物的能量低 D．其他条件不变时，使用高效催化剂，废气中氮氧化物的转化率增大 解析 (1)NO和CO不是酸性氧化物。(2)该反应的反应物和生成物都是气体，根据平衡常数的概念可直接写出其表达式。(3)根据盖斯定律，由③×2－①－②可得2NO(g)＋2CO(g)

N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ·mol－1×2－

2N2(g)＋3H2O(g) ΔH<0。在恒容的密闭容

180.5 kJ·mol－1－(－221.0 kJ·mol－1)＝－746.5 kJ·mol－1。(4)催化剂表面积相同时，温度高的反应先达到平衡，则T2>T1；若催化剂的表面积S1>S2，则在T1、S2条件下，反应比在T1、S1条件下后达到平衡，催化剂不能改变平衡状态，故最终c(NO)与在T1、S1条件下相同。(5)反应中每转移3 mol电子时，生成

1 mol N2，A对；增大一种反应物的浓度时，另一种反应物的转化率增大，B错；该反应为放热反应，生成物的能量低于反应物的，C错；催化剂不影响平衡移动，D错。

cN2·c2CO2

答案 (1)BC (2)2 cNO·c2CO

(3)－746.5 kJ·mol－1 (4)①< ②如图所示

(5)A

1

4．(2013·广州调研)(1)已知：H2(g)＋2O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·mol－1 H2(g)===H2(l) ΔH＝－0.92 kJ·mol－1 O2(g)===O2(l) ΔH＝－6.84 kJ·mol－1 H2O(l)===H2O(g) ΔH＝＋44.0 kJ·mol－1

请写出液氢和液氧反应生成气态水的热化学方程式：________________________________________________________________ ________________________________________________________________。 电解质溶液为KOH溶液的氢氧燃料电池，其负极的电极反应式为________________________________________________________________。 (2)如图表示373 K时，反应A(g)

2B(g)在前110 s内的反应进程。

①此反应的平衡常数表达式K＝________。

②373 K时反应进行到70 s时，改变的条件可能是________，反应进行到90 s时，改变的条件可能是________。 A．加入催化剂 C．升高温度

B．扩大容器体积 D．增大A的浓度

③请在图中画出反应物A在0～70 s时的浓度变化曲线。

解析 本题综合考查化学反应原理内容，考查了盖斯定律的应用、化学平衡的移动、电极反应式的书写等知识，意在考查考生运用化学原理解决问题的能力。

(1)由盖斯定律，利用题给的热化学反应方程式推导可得要求的热化学方程式1

为H2(l)＋2O2(l)===H2O(g) ΔH＝－237.46 kJ·mol－1。

1

(2)②反应进行到70 s时B的浓度和A的浓度均降低为原来的2，且平衡移动时B的浓度逐渐增大，A的浓度逐渐减小，即平衡向右移动，可以判断改变的条件是扩大容器体积。反应进行到90 s时A的浓度突然增大，平衡移动时A的浓度逐渐变小，B的浓度逐渐变大，即平衡向右移动，可以判断改变的条件是增大A的浓度。③由图可以看出反应起始时B的浓度为0，进行到60 s时达到平衡状态，此时A的浓度为0.040 mol·L－1，B的浓度为0.120 mol ·L－1，由化学计量数关系知B的浓度变化量是A的浓度变化量的2倍，可以0.120 mol·L－1－1－1求出A的起始浓度为＋0.040 mol·L＝0.100 mol·L，可以画

2出对应曲线。

1

答案 (1)H2(l)＋2O2(l)===H2O(g) ΔH＝－237.46 kJ·mol1

－

H2＋2OH－－2e－===2H2O c2B(2)① ②B D ③如图

cA

5．(2013·广东汕头二模，31)为减小CO2对环境的影响，在限制其排放量的同时，应加强对CO2创新利用的研究。

(1)①把含有较高浓度CO2的空气通入饱和K2CO3溶液。②在①的吸收液中通高温水蒸气得到高浓度的CO2气体。写出②中反应的化学方程式：_______________________________________________________________。 (2)如将CO2与H2以1∶3的体积比混合。

①适当条件下合成某烃和水，该烃是________(填序号)。 A．烷烃 C．炔烃

B．烯烃 D．苯的同系物

②适当条件下合成燃料甲醇和水。在体积为2 L的密闭容器中，充入2 mol CO2和6 mol H2，一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g)ΔH＝－49.0 kJ·mol－1。

测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

CH3OH(g)＋H2O(g)

从反应开始到平衡，v(H2)＝________；氢气的转化率＝________；能使平衡体系中n(CH3OH)增大的措施有________。

(3)如将CO2与H2以1∶4的体积比混合，在适当的条件下可制得CH4。

已知：

CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH1＝－890.3 kJ·mol－1

1

H2(g)＋2O2(g)===H2O(l) ΔH2＝－285.8 kJ·mol－1

则CO2(g)与H2(g)反应生成CH4(g)与液态水的热化学方程式是_______________________________________________________________。 (4)某同学用沉淀法测定含有较高浓度CO2的空气中CO2的含量，经查得一些物质在20 ℃的数据如下表。

溶解度(S)/g Ca(OH)2 0.16 Ba(OH)2 3.89 溶度积(Ksp) CaCO3 2.9×10－9 BaCO3 2.6×10－9 (说明：Ksp越小，表示该物质在水溶液中越易沉淀) 吸收CO2最合适的试剂是________[填“Ca(OH)2”或“Ba(OH)2”]溶液，实验时除需要测定工业废气的体积(折算成标准状况)外，还需要测定________。 解析 (1)较高浓度的CO2通入饱和碳酸钾溶液中发生的反应为CO2＋K2CO3＋H2O===2KHCO3，然后通入高温水蒸气，则相当于对KHCO3加热，故生成CO2。(2)①假设生成的烃为CnHm，则反应的化学方程式为nCO2＋H2―→CnHm＋2nH2O，n∶4n＋m

2

4n＋m

2＝1∶3，得m＝2n，由此可知该烃为烯烃。

0.75 mol·L－1

②从反应开始到平衡，v(CH3OH)＝10 min＝0.075 mol·L－1·min－1，所以v(H2)＝3v(CH3OH)＝0.225 mol·L－1·min－1；由图象可知，生成的甲醇为1.5 4.5 molmol，故参加反应的氢气为3×1.5 mol＝4.5 mol，氢气的转化率为6 mol×100%＝75%；使平衡体系中甲醇的物质的量增大，可以增大反应物的量或减少水蒸气的量，根据反应特点，降低温度或者增大压强均可。(3)根据盖斯定律，第二个热化学方程式×4－第一个热化学方程式得，CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(l) ΔH＝－252.9 kJ·mol－1。(4)通过表格中的溶解度数据可知Ba(OH)2的溶解度远大于Ca(OH)2，而表格中碳酸钙与碳酸钡的溶度积相差不大，故选取Ba(OH)2作为二氧化碳的吸收剂最好；为测定废气

中二氧化碳的含量，若废气的体积已知，则只需得出其中的二氧化碳的量即可，可通过测定沉淀的质量来达到测定二氧化碳的量的目的。 △

答案 (1)2KHCO3=====K2CO3＋H2O＋CO2↑

(2)①B ②0.225 mol·L－1·min－1 75% 降低温度(或加压或增大H2的量等) (3)CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(l) ΔH＝－252.9 kJ·mol－1 (4)Ba(OH)2 BaCO3的质量 化学驿站：往返迂回，逐个击破

大多数的测试卷总是从简单题开始，逐渐增加试题的难度；但也有一些测试卷，简单题和难题交织排列。做题时，应遵循先易后难的原则，这样可以为后面的题争取时间，且能保证得到所有能得到的分。实际上，简单题往往能给其他题目的解答提供一些启示。