押轴题滚动练(二)
(时间：45分钟 分值：100分)
本卷共5个大题，每题20分，共100分
1．(20分)汽车尾气中含有CO、NO2等有毒气体，对汽车加装尾气净化装置，可使有毒气体相互反应转化为无毒气体。
(1)4CO(g)＋2NO2(g)4CO2(g)＋N2(g)
ΔH＝－1 200 kJ·mol－1
对于该反应，温度不同(T2＞T1)、其他条件相同时，下列图像正确的是________(填代号)。
(2)汽车尾气中CO与H2O(g)在一定条件下可以发生反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH＜0。
820 ℃时在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，起始时按照下表进行投料，达到平衡状态，K＝1.0。
起始物质的量
甲
乙
丙
n(H2O)/mol
0.10
0.20
0.20
n(CO)/mol
0.10
0.10
0.20
①该反应的平衡常数表达式为________。
②平衡时，甲容器中CO的转化率是________。比较下列容器中CO的转化率：乙________甲；丙________甲(填“＞”、“＝”或“＜”)。
③丙容器中，通过改变温度，使CO的平衡转化率增大，则温度________(填“升高”或“降低”)，平衡常数K________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
2．(20分)已知H2O2、KMnO4、NaClO、K2Cr2O7均具有强氧化性，将溶液中的Cu2＋、Fe2＋、Fe3＋转化为氢氧化物沉淀，所需溶液的pH分别为6.4、6.4、3.7。现有含FeCl2杂质的氯化铜晶体(CuCl2·2H2O)，为制取纯净的CuCl2·2H2O，首先将其制成水溶液，然后按图示步骤进行提纯：
请回答下列问题：
(1)本实验最适合的氧化剂X是________(选填下面的序号)。
A．K2Cr2O7 B．NaClO C．H2O2 D．KMnO4
(2)物质Y是____________________________________________。
(3)本实验用加碱沉淀法能不能达到目的？________，
原因是_________________________________________________________。
(4)除去Fe3＋的有关离子方程式是________________________，____________________________。
(5)加氧化剂的目的是_____________________________________________。
(6)最后能不能直接蒸发结晶得到CuCl2·2H2O晶体？
_________________________________________________________。
如何操作_____________________________________________________。
3．(20分)(2012·郑州质检)铁和铝是两种重要的金属，它们的单质及化合物有着各自的性质。
(1)在一定温度下，氧化铁可以与一氧化碳发生反应：Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g)。已知该反应在不同温度下的平衡常数如下表：
温度/℃
1 000
1 150
1 300
平衡常数
64.0
50.7
42.9
请回答下列问题：
①该反应的平衡常数表达式K＝______，ΔH______0(填“＞”、“＜”或“＝”)。
②在一个容积为10 L的密闭容器中，1 000 ℃时加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1.0 mol，反应经过10 min后达到平衡。求该时间范围内反应的平均反应速率v(CO2)＝________，CO的平衡转化率为________。
③欲提高②中CO的平衡转化率，可采取的措施是________。
A．减少Fe的量 B．增加Fe2O3的量
C．移出部分CO2 D．提高反应温度
E．减小容器的容积 F．加入合适的催化剂
(2)某些金属氧化物粉末和Al粉在镁条的引燃下可以发生铝热反应，下列反应速率(v)和温度(T)的关系示意图中与铝热反应最接近的是________。
(3)写出氢氧化铝在水中发生酸式电离的电离方程式：______________________。欲使上述体系中Al3＋浓度增加，可加入的物质是________。
4．(20分)氢能以其洁净、高效、高热值、环境友好等特点成为最有前途的新能源，制氢和储氢方法很多。
(1)直接热分解法制氢
序号
分解水的过程
平衡
常数
T＝2 500 K
T＝3 000 K
A
H2O(g)HO(g)＋H(g)
K1
1.34×10－4
8.56×10－3
B
HO(g)H(g)＋O(g)
K2
4.22×10－4
1.57×10－2
C
2H(g)H2(g)
K3
1.52×103
3.79×10
D
2O(g)O2(g)
K4
4.72×103
7.68×10
①属于吸热反应的是________(选填：A、B、C、D)。
②某温度下，H2O(g)H2(g)＋O2(g)，平衡常数K＝________(用含K1、K2、K3、K4的式子表示)。
(2)热化学循环制氢
已知：Br2(g)＋CaO(s)===CaBr2(s)＋O2(g) ΔH＝－73 kJ·mol－1
3FeBr2(s)＋4H2O(g)===Fe3O4(s)＋6HBr(g)＋H2(g) ΔH＝＋384 kJ·mol－1
CaBr2(s)＋H2O(g)===CaO(s)＋2HBr(g)
ΔH＝＋212 kJ·mol－1
Fe3O4(s)＋8HBr(g)===Br2(g)＋3FeBr2(s)＋4H2O(g) ΔH＝－274 kJ·mol－1
则：H2O(g)H2(g)＋O2(g) ΔH＝______kJ·mol－1。
(3)光电化学分解制氢
光电化学分解制氢原理如图所示。钛酸锶光电极的电极反应为4OH－＋4hν－4e－===O2↑＋2H2O，则铂电极的电极反应为________。
(4)生物质制氢
若将生物质气化炉中出来的气体[主要有CH4、CO2、H2O(g)、CO及H2]在1.01×105 Pa下，通入转换炉，改变温度条件，各成分的体积组成关系如图所示。下列有关图象的解读正确的是________。
A．利用CH4与H2O(g)及CO2转化为合成气CO和H2，理论上是可行的
B．CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)和CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)，都是放热反应
C．CH4与CO2及H2O(g)转化为合成气CO和H2的适宜温度约为900 ℃
D．图象中曲线的交点处表示反应达到平衡
(5)LiBH4由于具有非常高的储氢能力，分解时生成氢化锂和两种单质，试写出反应的化学方程式________________________________。
5．(20分)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：___________________________。
答案
1．解析 通过温度对平衡移动的影响能够判断化学平衡的图像问题；通过温度对放热反应的影响可判断化学平衡常数的变化，同时可由化学平衡常数计算某反应物的变化量，从而得出该物质平衡时的转化率。
(1)4CO(g)＋2NO2(g)4CO2(g)＋N2(g) ΔH＜0，该反应是放热反应，当升高温度时，正、逆反应速率都增大，甲中正反应速率在T2时没有增大，故错误；升高温度，化学平衡逆向移动，CO的浓度增大，CO的体积分数增大，增大压强，化学平衡正向移动，CO的体积分数减小，故丙不正确。
(2)根据反应的平衡常数为1.0可以得出c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，反应前后气体体积不变，可得出n(CO2)·n(H2)＝n(CO)·n(H2O)。①甲容器中起始时n(CO)＝n(H2O)＝0.10 mol，满足等式就是反应物转化了一半，故CO的转化率为50%。②乙容器中起始时n(H2O)＝0.20 mol，相当于在甲容器中增大c(H2O)，平衡正向移动，n(CO)减少，CO的转化率增大；丙容器中起始时n(CO2)＝n(H2)＝0.20 mol，相当于两个甲容器中的量，假设两个甲容器合二为一，反应到达平衡后，缩小体积至一半变成丙容器，即对体系加压，平衡不移动，CO的转化率不变化。③丙容器中改变温度，CO的转化率增大说明平衡正向移动，正反应为放热反应，故需降低温度；平衡正向移动，生成物浓度增大，反应物浓度减小，故K增大。
答案 (1)乙 (2)①K＝ ②50% ＞ ＝ ③降低 增大
2．解析 本题将氧化还原反应、盐类水解及其应用综合在一起，是一道典型的水解原理应用题，根据沉淀时溶液的pH知除去杂质时要将Fe2＋先转化为Fe3＋，再除去更容易些，这样就需加入合适的氧化剂，对于氧化剂的选择既要求达到能氧化Fe2＋的目的，还不能引入杂质离子，故选择H2O2好些，加入Y的目的是增大溶液的pH但不引入杂质，故加难溶的铜的化合物如CuO、Cu(OH)2或CuCO3等，本实验中不能加碱，是为了防止生成Cu(OH)2沉淀而达不到目的，要想得到CuCl2·2H2O晶体，必须在HCl的气流中蒸发，防止CuCl2水解。
答案 (1)C (2)CuO或Cu(OH)2或CuCO3
(3)不能 加碱的同时Cu2＋也会生成Cu(OH)2沉淀
(4)Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋
CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O
(5)将Fe2＋氧化成Fe3＋，Fe3＋便于生成沉淀而与Cu2＋分离
(6)不能 应在HCl气流中蒸发
3．解析 (1)①书写平衡常数的表达式时固体不需写入。由表可知温度越高，K越小，可知升高温度平衡向逆反应方向移动，所以正反应为放热反应，ΔH＜0。
② Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g)
c(始)(mol·L－1) 0.1 0.1
c(转)(mol·L－1) x x
c(平)(mol·L－1) 0.1－x 0.1＋x
由K＝64.0＝，解得x＝0.06，故v(CO2)＝0.006 mol·L－1·min－1。CO的转化率为60%。
③这是一个反应前后气体体积不变的反应，不能从压强方面考虑，Fe、Fe2O3为固体，也不影响平衡，所以应从CO、CO2的浓度方面考虑。(2)铝热反应在常温下不反应，高温时瞬间反应。(3)欲使Al3＋浓度增加，根据Al(OH)3发生碱式电离的方程式：Al(OH)3Al3＋＋3OH－，使平衡右移，可加入酸性物质，如HCl、H2SO4等。
答案 (1)①c3(CO2)/c3(CO) ＜ ②0.006 mol·L－1·min－1 60% ③C (2)b
(3)Al(OH)3H＋＋AlO＋H2O 盐酸(合理即可)
4．解析 (1)①若温度升高，K增大，则为吸热反应。②A＋B＋C＋D可得H2O(g)H2(g)＋O2(g)，当方程式相加时，K相乘；当方程式系数乘以时，则K需开2次方。(2)利用盖斯定律，将4个方程式相加，即得所求反应的焓变。(3)制取H2时，溶液中的H＋放电，而在碱性条件下，则为H2O放电生成H2和OH－。(4)从图中看，随温度升高，CH4、H2O和CO2的量减小，而CO和H2的量增加，故理论上可以转化，A项正确；随温度升高，转化率增大，即平衡正向移动，所以为吸热反应，B项错；在900 ℃时，CH4和H2O的含量很小，且继续升高温度时，其含量不变，故900 ℃时的转化率最高，C项正确；图中交叉点只表示在某温度下气体的含量相等，D项错。(5)由元素守恒和元素化合价的变化以及得失电子守恒即可写出该反应的化学方程式。
答案 (1)①AB ②K1·K2·K3·K (2)＋249
(3)2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(或2H＋＋2e－===H2↑)
(4)AC
(5)2LiBH4===2LiH＋2B＋3H2↑
5．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＝ 升高 (2)A (3)A (4)B电极 CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋
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