江苏省2020版高考化学三轮复习题型精准练题型十八化学反应原理综合题(含解析)

题型十八化学反应原理综合题
(建议用时：35分钟)
1．氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。

(1)甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。

①反应器中初始反应的生成物为H2和CO2，其物质的量之比为4∶1，甲烷和水蒸气反应的化学方程式是___________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

②已知反应器中还存在如下反应：
i．CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH1
ii.CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH2
iii.CH4(g)===C(s)＋2H2(g) ΔH3
……
iii为积炭反应，利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时，还需要利用________________________________反应的ΔH。

③反应物投料比采用n(H2O)∶n(CH4)＝4∶1，大于初始反应的化学计量数之比，目的是________(填字母)。

a．促进CH4转化
b．促进CO转化为CO2
c．减少积炭生成
④用CaO可以去除CO2。

H2体积分数和CaO消耗率随时间变化关系如图所示。

从t1时开始，H2体积分数显著降低，单位时间CaO消耗率_______(填“升高”“降低”或“不变”)。

此时CaO消耗率约为35%，但已失效，结合化学方程式解释原因：______________________________________________。

(2)可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如图。

通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。

①制H2时，连接________。

产生H2的电极反应式是
________________________________________________________________________。

②改变开关连接方式，可得O2。

③结合①和②中电极3的电极反应式，说明电极3的作用：_________________________
________________________________________________________________________。

2．研究氮氧化物的反应机理，对于消除环境污染有重要意义。

(1)氮氧化物(NO x)可在催化剂作用下与氨反应生成无污染的物质，该反应的化学方程式为______________________________________________________________。

(2)对于一般的化学反应：a A＋b B===c C＋d D存在反应速率方程v＝kc m(A)c n(B)，利用反应速率方程可求出化学反应瞬时速率。

m＋n为反应级数，当m＋n分别等于0、1、2…时分别称为零级反应、一级反应、二级反应……；k为反应速率常数，k与温度、活化能有关，与浓度无关，温度升高，k增大。

在600 K下反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的初始浓度与初始速率如表所示：
初始浓度/(mol/L)
初始速率/[mol/(L·s)]
c(NO) c(O2)
0.010 0.010 2.5×10－3
0.010 0.020 5.0×10－3
0.030 0.020 45×10－3
通过分析表中实验数据，得出该反应的速率方程为v＝__________，为______级反应，当c(NO)＝0.015 mol/L、c(O2)＝0.025 mol/L时的初始速率为______(保留两位有效数字)。

(3)升高温度绝大多数的化学反应速率增大，但是2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应速率却随着温度的升高而减小。

某化学小组为探究该特殊现象的原因，查阅资料知其反应历程分两步：
a．2NO(g)N2O2(g) ΔH1<0 快速平衡v1正＝k1正c2(NO) v1逆＝k1逆c(N2O2)
b．N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g) ΔH2慢反应v2正＝k2正c(N2O2)c(O2) v2逆＝k2逆c2(NO2)
①反应2NO(g)＋O 2(g)2NO 2(g) ΔH ＝______(用含ΔH 1和ΔH 2的式子表示)。

②反应______为整个反应的速控反应，用k 1正、k 1逆、k 2正、k 2逆表示2NO(g)＋O 2(g)
2NO 2(g)的平衡常数K ＝________________。

③反应a 的活化能E 1与反应b 的活化能E 2的大小关系为E 1______E 2(填“>”“<”或“＝”)。

若2NO(g)＋O 2(g)
2NO 2(g)的反应速率方程v ＝k 1正k 1逆×k 2正×c 2(NO)×c (O 2)，分析升高温度该反应速率减小的原因可能是_________________________________________________
________________________________________________________________________。

④对反应a 和b ，下列表述正确的是______(填字母)。

A ．v (第一步的逆反应)>v (第二步反应)
B ．反应的中间产物为N 2O 2
C ．反应b 中N 2O 2与O 2的碰撞仅部分有效
3．采用H 2或CO 催化还原NO 能达到消除污染的目的，在氮氧化物尾气处理领域有着广泛应用。

回答下列问题：
(1)用CO 处理NO 时产生两种无毒、无害的气体，该反应的氧化产物为________。

(2)已知：氢气的燃烧热为285.8 kJ/mol
2NO(g)===N 2(g)＋O 2(g) ΔH 1＝－180.5 kJ/mol
H 2O(g)===H 2O(l) ΔH 2＝－44 kJ/mol
写出用H 2处理NO 生成水蒸气和1 mol N 2的热化学方程式：_______________________。

(3)针对上述用H 2处理NO 生成水蒸气和1 mol N 2的反应，回答下列问题：
①研究表明，上述反应中，反应速率v ＝k ·c 2(NO)·c 2(H 2)，其中k 为速率常数，只与温度有关。

t 1时刻， v ＝v 1，若此刻保持温度不变，将c (NO)增大到原来的2倍时，c (H 2)减小为
原来的12
(此时v ＝v 2)。

则有v 1______v 2(填“>”“<”或“＝”)。

②在温度T 时，向容积固定的密闭容器中充入3 mol NO 和2 mol H 2发生上述反应，起始压强为p 0，一段时间后，反应达到平衡，此时压强p ＝0.9p 0，则NO 的平衡转化率α(NO)＝________(结果保留三位有效数字)，该反应的平衡常数K p ＝________(用含p 的代数式表示，K p 为以分压表示的平衡常数，且某气体的分压＝总压×该气体的物质的量分数)。

(4)实验室常用NaOH 溶液吸收法处理NO x ，反应的化学方程式如下：(已知NO 不能与NaOH 溶液反应)
NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O
2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O
①若NO x(此处为NO和NO2的混合气体)能被NaOH溶液完全吸收，则x的取值范围为________。

②1 mol NO2和溶质物质的量为1 mol的NaOH溶液恰好完全反应后，溶液中各离子浓度由大到小的顺序为______________________________________________。

(5)一氧化氮­空气质子交换膜燃料电池将化学能转化为电能的同时，实现了制硝酸、发电、环保三位一体的结合，其工作原理如图所示，写出放电过程中负极的电极反应式：________________________，若过程中产生 2 mol HNO3，则消耗标准状况下O2的体积为________L。

4．某硫酸工厂的废水中含有较多的H＋、Cu2＋、Fe2＋、SO2－4、AsO3－4、HAsO2－4、H2AsO－4等需要处理的杂质离子，其中一种处理流程如图1所示。

已知：Ⅰ.常温下lg c(M)(M表示Cu2＋或Fe2＋等)随pH的沉淀溶解平衡曲线如图2所示(已知10－5.7≈2×10－6)。

Ⅱ.常温下H3AsO4水溶液中含砷元素的各物种的分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与pH的关系如图3所示。

回答下列问题：
(1)沉淀A 的主要成分的化学式是______________。

(2)常温下pH ＝7的溶液中Cu 2＋的物质的量浓度为________，请判断此时Fe 2＋是否沉淀完全：________(填“是”或“否”)。

(3)若氧化过程中生成了某种胶体，用离子方程式解释氧化过程中溶液pH 降低的原因： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(4)①研究H 3AsO 4水溶液，分析废水中的砷的去除率：以酚酞为指示剂(pH 变色范围为8.2～10.0)，将NaOH 溶液逐滴加入H 3AsO 4溶液中，当溶液由无色变为浅红色时停止滴加。

该过程中主要反应的离子方程式为________________________________________。

②H 3AsO 4第一步电离方程式H 3AsO 4
H 2AsO －4＋H ＋
的电离常数为K a1，则p K a1＝________(p K a1＝－lg K a1)。

③最后一次调节pH 时，pH 过低或过高砷的去除率都会明显降低，pH 过低时可能的原因是_________________；pH 过高时可能的原因是______________(从沉淀转化的角度分析)。

参考答案与解析
1．解析：(1)①根据CH 4与H 2O 反应生成H 2、CO 2的物质的量之比为4∶1，结合原子守恒
可得反应的化学方程式为CH 4＋2H 2O =====催化剂4H 2＋CO 2。

②根据盖斯定律，由i ＋ii －iii 或i －
ii －iii 可得目标热化学方程式。

③反应物的投料比n (H 2O )∶n (CH 4)＝4∶1，大于初始反应的化学计量数之比，H 2O 的物质的量增加，有利于促进CH 4转化，促进CO 转化为CO 2，防止CH 4分解生成C(s)，从而减少积炭生成。

④根据题图可知，从t 1时开始，CaO 消耗率曲线的斜率逐渐减小，单位时间内CaO 消耗率逐渐降低。

CaO 与CO 2反应生成CaCO 3，CaCO 3覆盖在CaO 表面，减少了CO 2与CaO 的接触面积，从而失效。

(2)①电解碱性电解液时，H 2O 电离出的H ＋在阴极得到电子产生H 2，根据题图可知电极1与电池负极连接，为阴极，所以制H 2时，连接K 1，产生H 2的电极反应式为2H 2O ＋2e －===H 2↑＋2OH －。

③制备O 2时碱性电解液中的OH －失去电子生成O 2，连接K 2，O 2在电极2上产生。

连接K 1时，电极3为电解池的阳极，Ni(OH)2失去电子生
成NiOOH ，电极反应式为Ni(OH)2－e －＋OH －===NiOOH ＋H 2O ，连接K 2时，电极3为电解池的阴极，电极反应式为NiOOH ＋e －＋H 2O===Ni(OH)2＋OH －，使电极3得以循环使用。

答案：(1)①CH 4＋2H 2O =====催化剂4H 2＋CO 2
②C(s)＋2H 2O(g)===CO 2(g)＋2H 2(g)或C(s)＋CO 2(g)===2CO(g)
③abc ④降低 CaO ＋CO 2===CaCO 3，CaCO 3覆盖在CaO 表面，减少了CO 2与CaO 的接触面积
(2)①K 1 2H 2O ＋2e －===H 2↑＋2OH －
③制H 2时，电极3发生反应：Ni(OH)2＋OH －－e －===NiOOH ＋H 2O 。

制O 2时，上述电极反应逆向进行，使电极3得以循环使用
2．解析：(2)根据v ＝kc m (NO)c n (O 2)，当O 2浓度不变，NO 浓度变为原来的3倍时，初始速率变为原来的9倍，所以初始速率与NO 浓度的平方成正比，m ＝2；同理n ＝1；任选一组数据代入方程，得k ＝2.5×103，故v ＝2.5×103c 2(NO)c (O 2)。

(3)②反应b 为慢反应，是整个反应的速控反应。

达到平衡时，正、逆反应速率相等，所以v 1正＝v 1逆，K 1＝c （N 2O 2）c 2（NO ）＝k 1正k 1逆
，v 2正＝v 2逆，K 2＝c 2（NO 2）c （N 2O 2）·c （O 2）＝k 2正k 2逆
，所以反应2NO(g)＋O 2(g)2NO 2(g)的K ＝c 2（NO 2）c 2（NO ）·c （O 2）＝c （N 2O 2）c 2（NO ）×c 2（NO 2）c （N 2O 2）·c （O 2）＝k 1正k 1逆×k 2正k 2逆。

③反应速率越快，说明反应越容易发生，反应的活化能越小。

反应a 的ΔH 1<0，升高温度时平衡逆向移动，K 1＝k 1正k 1逆
减小，k 2正随温度升高而增大，但增大的程度比k 1正k 1逆
减小的程度小，故反应速率减小。

答案：(1)6NO x ＋4x NH 3=====催化剂(3＋2x )N 2＋6x H 2O
(2)2.5×103c 2(NO)c (O 2) 三 1.4×10－2mol/(L·s)
(3)①ΔH 1＋ΔH 2 ②b
k 1正k 1逆×k 2正k 2逆 ③< 反应a 的ΔH 1<0，升高温度时平衡逆向移动，K 1＝k 1正k 1逆减小，k 2正随温度升高而增大，但增大的程度比k 1正k 1逆
减小的程度小，故反应速率减小 ④ABC 3．解析：(1)用CO 处理NO 时产生两种无毒、无害的气体，分别为N 2和CO 2，氧化产物为CO 2。

(2)由氢气的燃烧热为285.8 kJ/mol 可得：2H 2(g)＋O 2(g)===2H 2O(l) ΔH 3＝－571.6 kJ/mol ，根据盖斯定律，用H 2处理NO 生成1 mol 氮气和水蒸气的热化学方程式为2H 2(g)＋2NO(g)===N 2(g)＋2H 2O(g) ΔH ＝ΔH 3＋ΔH 1－2ΔH 2＝－664.1 kJ/mol 。

(3)①k 只与温度有关，
故当c (NO)增大到原来的2倍，c (H 2)减少为原来的12
时，v 1与v 2相等；②设反应达到平衡时，生成x mol N 2。

根据题意可列出三段式：
2H 2(g)＋2NO(g)===N 2(g)＋2H 2O(g)
起始/mol 2 3 0 0
转化/mol 2x 2x x 2x
平衡/mol 2－2x 3－2x x 2x
反应达到平衡，此时压强p ＝0.9p 0，则有p p 0＝n n 0＝5－x 5
＝0.9，解得x ＝0.5，故NO 的转化率α(NO)＝2×0.5 mol 3 mol ×100 %≈33.3%，由分压公式可知，p (H 2)＝29p ，p (NO)＝49p ，p (N 2)＝19
p ，p (H 2O)＝29p ，则K p ＝p （N 2）·p 2
（H 2O ）p 2（H 2）·p 2（NO ）＝19p ×（29p ）2
（29p ）2×（49p ）2＝916p 。

(4)①NO 不能被NaOH 溶液单独吸收，NO 2可以被NaOH 溶液单独吸收，因此NO 和NO 2的混合气体被NaOH 溶液完全吸收的条件应满足：n (NO)∶n (NO 2)≤1，当n (NO)∶n (NO 2)＝1时，x 取最小值1.5，因为混有NO ，所以x 的最大值<2，故x 的取值范围为1.5≤x <2；②等物质的量的NO 2和NaOH 溶液完全反应后，其溶质为等物质的量的NaNO 2和NaNO 3，由于NO －2发生水解，则溶液中各离子浓度由大到小的顺序为c (Na ＋)>c (NO －3)>c (NO －2)>c (OH －)>c (H ＋)。

(5)由原电池的工作原理图示可知，左端的铂电极为原电池的负极，其电极反应为NO －3e －＋2H 2O===NO －3＋4H ＋，当过程中产生2 mol HNO 3时转移6e －电子，而1 mol O 2参加反应转移4 mol e －，故需要1.5 mol O 2参加反应，标准状况下的体积为1.5 mol×22.4 L/mol ＝33.6 L 。

答案：(1)CO 2 (2)2H 2(g)＋2NO(g)===N 2(g)＋2H 2O(g)
ΔH ＝－664.1 kJ/mol (3)①＝ ②33.3%
916p (4)①1.5≤x <2 ②c (Na ＋)>c (NO －3)>c (NO －2)>c (OH －)>c (H ＋) (5)NO －3e －＋2H 2O===NO －3＋
4H ＋
33.6
4．解析：(1)因为废水含有较多的H ＋、Cu 2＋、Fe 2＋、SO 2－4、AsO 3－4、HAsO 2－4、H 2AsO －4等需要处理的杂质离子，加入石灰乳调节溶液pH ＝3时，结合后续流程可知只有Ca 2＋与SO 2－4产生沉淀，故沉淀A 的主要成分为CaSO 4。

(2)K sp [M(OH)2]＝c (M 2＋)·c 2(OH －
)＝c （M 2＋）·K 2
w c 2（H ＋），取图中lg c (M)＝0即c (M 2＋)＝1 mol·L －1的点进行计算，K sp [Cu(OH)2]＝（1×10－14）2
（1×10－4.15）2＝1×10－19.7，同理K sp [Fe(OH)2]＝1×10
－15.1。

常温下pH ＝7的溶液中c (Cu 2＋)＝K sp [Cu （OH ）2]c 2（OH －）＝1×10－5.7≈2×10－6(mol·L －1)，c (Fe 2＋)＝1×10
－1.1mol ·L －1>1×10－5mol ·L －1，Fe 2＋未沉淀完全。

(3)氧化过程是将Fe 2＋氧化为Fe 3＋，Fe 3＋继续反应生成胶体，故溶液pH 降低的原因是4Fe 2＋＋O 2＋
10H2O===4Fe(OH)3(胶体)＋8H＋。

(4)①以酚酞为指示剂，pH的变色范围为8.2～10.0，此时溶液中砷元素主要以HAsO2－4的形式存在，故该过程中主要反应的离子方程式为2OH－＋
H3AsO4===HAsO2－4＋2H2O；②K a1＝c（H2AsO－4）·c（H＋）
c（H3AsO4）
，当c(H2AsO－4)＝c(H3AsO4)时，pH＝2.2，
K a1＝1×10－2.2，则p K a1＝2.2；③pH过低时，H＋会抑制H3AsO4的电离，溶液中AsO3－4浓度较小，不易与Fe3＋形成沉淀；pH过高时，FeAsO4会转化为Fe(OH)3沉淀，AsO3－4又进入水中。

答案：(1)CaSO4(2)2×10－6mol·L－1否
(3)4Fe2＋＋O2＋10H2O===4Fe(OH)3(胶体)＋8H＋
(4)①2OH－＋H3AsO4===HAsO2－4＋2H2O ②2.2
③H＋会抑制H3AsO4的电离，溶液中AsO3－4浓度较小，不易与Fe3＋形成沉淀FeAsO4会转化为Fe(OH)3沉淀，AsO3－4又进入水中。