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专题09化学反应原理综合
(考试时间:75分钟试卷满分:100分)
1.(10分)(2024·山东枣庄高三期中)氮是空气中含量最多的元素,在自然界中的存在十分广泛,实验小组对不同含氮物质做了相关研究。
(1)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是二元弱碱,分步电离,在溶液中的电离类似于氨。时,乙二胺溶液中各含氮微粒的分布分数δ(平衡时某含氮微粒的浓度占各含氮微粒浓度之和的分数)随溶液的变化曲线如图所示。
①H2NCH2CH2NH2在水溶液中第一步电离的方程式为。
②乙二胺一级电离平衡常数。为。
(2)工业上利用氨气脱硝反应,实现二者的无害化处理,已知下列反应:
①2H2(g)+O2(g)2H2O(g)ΔH1=-483.6kJ·mol-1
②2NO(g)N2(g)+O2(g)ΔH1=-180kJ·mol-1
③N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH3=-92.2kJ·mol-1
则6NO(g)+4NH3(g)6H2O(g)+5N2(g)。
(3)氨气常被用于对汽车尾气中的氮氧化物进行无害化处理,以消除其对空气的污染。去除NO的反应历程如图1所示,此反应中的氧化剂为(填化学式),含铁元素的中间产物有种。
若选用不同的铁的氧化物为催化剂可实现较低温度下的转化,根据图2选择的适宜条件为。
(4)利用电化学原理脱硝可同时获得电能,其工作原理如图所示。则负极发生的电极反应式为,当外电路中有2mol电子通过时,理论上通过质子膜的微粒的物质的量为。
【答案】(1)H2NCH2CH2NH2+H2OH2NCH2CH2NH3++OH-(1分)10-4.9(1分)
(2)-1806.4kJ·mol-1(2分)
(3)NO、O2(1分)2(1分)Fe2O3作催化剂、反应温度为250℃(1分)
(4)NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+(1分)2mol(2分)
【解析】(1)①乙二胺属于二元弱碱,在水溶液中分步电离,第一级电离方程式为H2NCH2CH2NH2+H2OH2NCH2CH2NH3++OH-;②根据图像,乙二胺一级电离平衡常数,Kb1==10-4.9;(2)根据盖斯定律,将热化学方程式进行叠加,①×3+②×3-③×2,整理可得6NO(g)+4NH3(g)6H2O(g)+5N2(g)ΔH=-1806.4kJ·mol-1。(3)在氧化还原反应中,氧化剂得到电子,元素化合价降低。根据图示可知:在历程图1中,元素的化合价降低的物质为NO、O2,所以氧化剂为NO、O2;含铁元素的中间产物有Fe2+—NH2和Fe2+这2种;根据图2可知:在使用Fe2O3为催化剂时,NO的转化率相对来说较高,反应温度合适为250℃,故根据图2选择的适宜条件为Fe2O3作催化剂、反应温度为250℃;(4)该装置为原电池,在原电池反应中,负极失去电子,发生氧化反应,正极上得到电子,发生还原反应。根据图示可知:NO在负极失去电子转化为HNO3,电极反应式为:NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+;当外电路中有2mol电子通过时,有2molH+通过质子膜进入正极区和O2结合生成H2O,根据电子守恒,通过的微粒的物质的量为2mol。
2.(10分)(2024·浙江省义乌五校高三联考)反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在工业上有重要应用。
(1)该反应在不同温度下的平衡常数如表所示。
温度/℃
700
800
830
1000
平衡常数
1.67
1.11
1.00
0.59
该反应的ΔH0(填“”“”或“=”)。反应常在较高温度下进行,该措施的优缺点是。
(2)该反应常在Pd膜反应器中进行,其工作原理如图所示。
①利用平衡移动原理解释反应器存在Pd膜时具有更高转化率的原因是。
②某温度下,H2在Pd膜表面上的解离过程存在如下平衡:H22H(即图中过程2),其正反应的活化能远小于逆反应的活化能。下列说法不正确的是
A.图中过程2的ΔH0
B.Pd膜对气体分子的透过具有选择性
C.加快Pd膜内H原子迁移有利于H2的解离
D.N2吹扫有助于H2分子脱离Pd膜
③同温同压下,将等物质的量的CO和H2O通入无Pd膜反应器反应,测得CO的平衡转化率为50%;若换成Pd膜反应器,CO的平衡转化率为80%,则相同时间内,出口a和出口b中H2的物质的
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