高考化学与化学反应原理综合考查有关的压轴题附答案

高考化学与化学反应原理综合考查有关的压轴题附答案

一、化学反应原理综合考查

1．德国化学家哈伯(F.Haber)从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨。合成氨为解决世界的粮食问题作出了重要贡献。其原理为N 2(g)+3H 2(g)⇌2NH 3(g) △H=-92.4kJ/mol

(1)若已知H-H 键的键能为436.0kJ/mol ，N-H 的键能为390.8kJ/mol ，则N ≡N 的键能约为_____kJ/mol

(2)合成氨反应不加催化剂很难发生，催化剂铁触媒加入后参与了反应降低了活化能。其能量原理如图所示，则加了催化剂后整个反应的速率由______决定(填“第一步反应”或者“第二步反应”)，未使用催化剂时逆反应活化能______正反应活化能(填“大于”“小于”或者“等于”)

(3)从平衡和速率角度考虑，工业生产采取20MPa 到50MPa 的高压合成氨原因______

(4)一定温度下恒容容器中，以不同的H 2和N 2物质的量之比加入，平衡时NH 3体积分数如图所示，则H 2转化率a 点______b 点(填"大于”“小于”或者“等于”)。若起始压强为20MPa ，则b 点时体系的总压强约为______MPa 。

(5)若该反应的正逆反应速率分别表示为v 正=K 正()()3

22N c H g g ，v 逆=K 逆∙c 2(NH 3)，则一定温度下，该反应 的平衡常数K=______(用含K 正和K 逆的表达式表示)，若K 正和K 逆都是温度的函数，且随温度升高而升高，则图中c 和d 分别表示______和______随温度变化趋势(填K 正或者K 逆)。

(6)常温下，向20mL 的0.1mol/L 的盐酸中通入一定量氨气反应后溶液呈中性(假设溶液体积变化忽略不计)则所得溶液中c(NH 4+)=_______

【答案】944.4 第一步反应 大于 当压强低于20MPa 时，反应速率慢，且反应转化率低，压强过大于50MPa 时，转化率提升不大，但对设备的要求高，生产成本高 小于 19

K K 正逆 K 正 K 逆 0.1mol/L 【解析】

【分析】

【详解】

（1）根据反应热的计算公式

N N H-H ()(N-H N N )3436.0kJ/mol 6390.8kJ ΔH=E -E =/mol 92.4kJ/mo E E l 36≡≡+⨯-⨯=-+-=反应物的键能生成物的键能E E ，可得N N =944.4kJ/mol ≡E ，故答案为：944.4；

（2）因为第一步反应的活化能大于第二步反应的活化能，则催化剂后整个反应的速率由第一步反应决定，由图可知未使用催化剂时逆反应活化能大于正反应活化能，故答案为：第一步反应；大于；

（3）根据工业上制备氨气的原理可知，当压强低于20MPa 时，反应速率慢，且反应转化率低，压强过大于50MPa 时，转化率提升不大，但对设备的要求高，生产成本高，所以工业生产采取20MPa 到50MPa 的高压合成氨，故答案为：当压强低于20MPa 时，反应速率慢，且反应转化率低，压强过大于50MPa 时，转化率提升不大，但对设备的要求高，生产成本高；

（4）当增大氢气的用量时，氮气的转化率升高，氢气的转化率降低，则H 2的转化率a 点小于b 点；根据图知b 点氨气的体积分数为5%，设氮气与氢气在恒容密闭容器中各投1mol ，转化的氮气为xmol ，则可列三段式为：

N 2+3H 2⇌2NH 3

(mol)110

(mol)x 3x 2x (mol)1-x 3-2x 2x

起始量转化量平衡量

则有2x =5%2-2x

，P()n()2-2x P()==P()n()220MPa =平衡平衡平衡始态始态，由此可得x= 121，P(平衡)=19MPa ，故答案为：小于；19； （5）平衡时，正反应速率=逆反应速率，则有()32322K c(N )c (H N )=K c H g g g 正逆，平衡常

数K= ()22323K =c(N )c c NH (H )K g 正逆

；该反应为放热反应，温度升高时，平衡会逆向移动，平衡常数会减小，则K 逆大于K 正，c 代表K 正，d 代表K 逆，故答案为：K K 正逆

；K 正；K 逆； （6）反应后溶液呈中性，溶液中c （H +）=c （OH -）且由电荷守恒c （H +）+c （NH 4+）=c （OH -）+c （Cl -），则c （NH 4+）= c （Cl -）=0.1mol/L ，故答案为：0.1mol/L 。

2．消除尾气中的NO 是环境科学研究的热点课题。

I .NO 氧化机理

已知：2NO (g )+O 2(g )2NO 2(g ) ΔH =-110kJ •mol -1

T1℃时，将NO和O2按物质的量之比为2：1充入刚性反应容器中(忽略NO2与N2O4的转化)。

（1）下列可以作为反应已经到达平衡状态的判断依据的是____。

A.2v正(O2)=v逆(NO2)

B.NO与O2的物质的量之比为2：1

C.容器内混合气体的密度保持不变

D.K不变

E.容器内混合气体的颜色保持不变

（2）通过现代科学技术动态跟踪反应的进行情况，得到容器内混合气体的压强、平均摩尔质量随反应时间的变化曲线如图1图2所示。则反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)在T1℃时的平衡常数K p=____。[对于气相反应，用某组分B的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数，记作K p，如p(B)=p•x(B)，p为平衡总压强，x(B)为平衡系统中B 的物质的量分数]。保持其它条件不变，仅改变反应温度为T2℃(T2＞T1)，在图2中画出容器内混合气体的平均摩尔质量随反应时间的变化趋势图_____。

II.NO的工业处理

（3）H 2还原法：2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH1

已知在标准状况下，由元素最稳定的单质生成1mol纯化合物时的焓变叫做标准摩尔生成焓。NO(g)和H2O(g)的标准摩尔生成焓分别为+90kJ•mol-1、-280kJ•mol-1。则ΔH1=____。（4）O3-CaSO3联合处理法

NO可以先经O3氧化，再用CaSO3水悬浮液吸收生成的NO2，转化为HNO2。已知难溶物在溶液中并非绝对不溶，同样存在着一定程度的沉淀溶解平衡。在CaSO3水悬浮液中加入Na2SO4溶液能提高SO32-对NO2的吸收速率，请用平衡移动原理解释其主要原因____。（5）电化学处理法

工业上以多孔石墨为惰性电极，稀硝酸铵溶液为电解质溶液，将NO分别通入阴阳两极，通过电解可以得到浓的硝酸铵溶液。则电解时阳极发生的电极反应为____。

【答案】AE 0.08 -740kJ•mol-1对于反应

CaSO 3(s)Ca2+(aq)+SO32-(aq)，加入Na2SO4溶液时，SO42-结合部分Ca2+，使其平衡向正反应方向移动，c(SO32-)增大，吸收NO2的速率增大 NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+