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化学过程与反应原理专题

1.最近因为“召回门”闹得沸沸扬扬的丰田普锐斯，属于第三代混合动力汽车，可以使用电动机、内燃机或者两者的组合来推进车轮。汽车上坡或加速时，电机提供驱动力，减少了汽油的消耗；制动和下坡时电机充电。

(1)混合动力汽车的内燃机以汽油为燃料，汽油(以辛烷值C8H18计算)与氧气充分反应，每产生1摩尔蒸汽放出热量569.1 kJ。那么反应的热化学方程式是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。

(2)目前混合动力汽车的电机一般采用镍氢电池。镍氢电池以镍化合物为正极，储氢金属(用M表示)为负极，以碱性溶液(主要是KOH)为电解液。镍氢电池的充放电原理如图，其反应通式为:

根据给定的信息，当混合动力汽车上坡或加速时，B电极周围溶液的pH值将为_ _ _ _ _ _ _ _(填写“增加”、“不变”或“减少”)，该电极的电极反应式为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。

(3)汽车尾气中的一氧化碳是大气污染物，其浓度可通过以下反应降低:

一氧化碳(克)+1/2氧(克)二氧化碳(克).

①在一定温度下，上述反应在两个容器中进行。容器中每种物质的初始浓度以及正负反应速率之间的关系如下表所示。请填写表格中的空格。

集装箱号c (co)/mol？l-1c(O2)/mol？l-1c(CO2)/mol？L-1 v(正极)和v(负极)

比较

I 2.0×10-4 4.0×10-4 4.0×10-2v(正)=v(负)

Ⅱ 3.0×10-4 4.0×10-4 5.0×10-2

②在同一温度下，汽车尾气中CO和CO2的浓度分别为1.0×10-5mol？L-1和1.0×10-4mol？L-1 .如果在汽车排气管上加一个加力燃烧室，会不断补充O2，使其浓度保持在1.0×10-4mol？L-1，尾气中CO的最终浓度是_ _ _ _ _ _ _ _ _ mol？L-1 .

2.随着工业的快速发展，废水造成的水污染越来越严重。通过控制溶液的pH值从工业废水中分离金属离子是一种常用的方法。下表显示了室温下金属氢氧化物的Ksp(沉淀和溶解的平衡常数)和金属离子在一定浓度下开始沉淀所需的pH(表中浓度为相应pH时溶液中相关金属离子的最小浓度；当溶液中金属离子浓度小于10-5 mol？L-1通常被认为是离子的完全沉淀)。

金属离子kspp ph (10-1mol？l-1)pH(10-5mol？L-1)

Fe3+4.0×10-38 2.7 3.7

Cr3+6.0×10-31 4.3 5.6

Cu2+2.2×10-20 4.7 6.7

Ca2+4.0×10-5 12.3 14.3

(1)某厂排放的废水中含有Cu2+和Fe3+，其浓度均小于0.1 mol？L-1 .为了除去Fe3+并回收铜，要控制的pH范围是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。

(2)为了处理含Cr2O72-酸性溶液的工业废水，采用以下方法:在废水中加入适量的NaCl，以Fe为电极进行电解，经过一段时间后，Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀排出，使废水中的铬含量低于排放标准。

(1)cr2o 72-转化为Cr3+的离子方程式是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。

②pH对废水中Cr2O72-去除率的影响如右图所示。你认为溶液的pH值在_ _ _ _ _范围内最有利于降低废水中的铬含量？请说明原因:_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

[注:去除率(%) = [(C0-C)/CO] × 100%，其中:CO为处理前废水中Cr2O72-的浓度，C为处理后废水中Cr2O72-的浓度]

(3)沉淀转化在生产中也有重要的应用。如用Na2CO3溶液，锅炉水垢中的CaSO4可转化为疏松易除的CaCO3，当沉淀转化达到平衡时，其平衡常数k = _ _ _ _ _ _ _ _(写值)。[已知KSP(caso 4)= 9.1x 10-6，Ksp (CaCO3)=2.8×10-9]

3.钛是继铁和铝之后的第三种金属。在室温下，钛的化学活性很小，只能与氟气、氢氟酸等物质发生反应。但是在更高的温度下，钛可以与许多简单的物质和化合物发生反应。工业上钛冶炼主要以钛铁矿和金红石(含96%以上的TiO2)为原料。

(1)用亨特法从金红石生产钛的过程如下:

①沸腾氯化炉中的反应:TiO _ 2(S)+2cl _ 2(g)= TiCl _ 4(l)+O2(g)，能否在室温下自发进行(已知反应△H=184kJ/mol，△S =57.74J/K) ▲(可选:“能量”或。

②已知Ti(s)+2cl 2(g)= TiCl 4(l)△h =-804.2 kj/mol；

2Na(s)+Cl2(g)= 2 NaCl(s)△H =-882.0 kj/mol

Na(s) = Na(l) △H =2.6 kJ/mol

则TiCl 4(L)+4Na(L)= Ti(S)+4 NaCl(S)△H =▲kJ/mol。

③海绵钛粉碎后用0.5% ~ 1.5%盐酸洗涤，再用蒸馏水洗涤至中性，用盐酸洗涤。

(2)受电解铝冶炼工艺的启发，科学家发现了钛冶炼的新工艺。试着回答以下问题。

①直接电解①TiO _ 2(剑桥法)是一种先进的制钛方法。电解液为熔融氯化钙，原理如右图所示。在阴极获得钛的可能反应或电极反应有:▲。

②SOM技术是一项先进的环保技术。金属陶瓷作为阳极，固体氧离子隔膜用于分离两种产物。一些还原气体被引入阳极，这可以防止CO和CO2污染物的产生。引入的气体是▲。

(3)海绵钛通常需要在真空电弧炉中熔炼提纯，也可用碘量法提纯。

原则是:

下面的陈述是正确的。

(a)正负反应应△ h > 0 (b)在不同的温度区，ti4的量保持不变。

(c)在纯化过程中，I2的量不断减少。

(d)在纯化过程中，使用I2将粗钛从低温区转移到高温区。

4.汽车尾气已经成为空气污染的主要来源之一。在一次社会实践中，一个探究学习小组的学生去环保部门做了一个烟箱实验。起初，他们将丙烯、NO和空气放入其中，用紫外线长时间照射气体，发生了一系列变化。利用材料传感器数据采集器，通过计算机得到如图所示的变化曲线。结合曲线，尝试回答以下问题。

(1)这个烟箱实验可以模拟以下哪种二次污染机制？

(a)臭氧消耗(b)光化学烟雾

(三)酸雨的形成(四)白色污染

(2)在0 ~ 100 min内，最大平均反应速率为▲(可选:C3H6、NO、NO2、乙醛、O3、PAN)。

(3)已知:写出丙烯与臭氧反应生成醛的化学方程式(及平衡)。

(4)为消除汽车尾气污染，喷入NH3进行选择性催化还原是常用的方法。在950℃时，喷入的NH3与NO反应以去除氮并生成氮。这个反应的化学方程式是:▲。

(5)在2000 K时，会发生以下反应:

1/2N2+1/2O2否，K1

1/2N2+O2 NO2，K2

4NO 2NO2+N2，反应的平衡常数K3= ▲(用K1和K2表示)。

5.催化氧化法将SO2转化为SO3是一个关键步骤。已知:SO2(g)+1/2 O2(g)SO3(g)△H =-98kJ？mol-1 .

(1)在一定温度下，反应的平衡常数为k = 10/3。如果在此温度下，将3.0摩尔SO2(克)、16.0摩尔O2(克O2(克)和3.0摩尔SO3(克)装入恒定体积为100升的密闭容器中，

(2)在一定温度下，将2.0 mol SO2和1.0 mol O2充入活塞体积为2 L的密封容器中，达到平衡后体积变为1.6 L，则SO2的平衡转化率为。

(3)在(2)中的反应达到平衡后，SO2(g)的平衡浓度可以通过改变下列条件(用字母填写)来降低。

A.保持温度和容器容积不变，充入1.0 mol O2。

b .保持容器内的温度和压力恒定，充入1.0摩尔SO3。

C.降低温度

D.移动活塞压缩气体。

(4)若用右图所示的装置用电化学原理生产硫酸，写出O2电极的电极反应式。

(5)为稳定连续生产，硫酸溶液的浓度应保持恒定，SO2与水的质量比为_ _ _ _ _ _ _ _ _。

6.(1)已知可逆反应:m(g)+n(g)p(g)+q(g)；δh > 0，请回答以下问题。

①如果要提高M的转化率，在其他条件不变的情况下可以采取的措施有▲(填写序号)。

A.加入一定量MB，降低反应温度；c .提高反应温度。

d .缩小容器e的体积，加入催化剂f，分离出一定量的p

(2)在一定温度下，反应物初始浓度为:c (m) = 1 mol？L-1，c(N)=2.4mol？L-1，达到平衡后，M的转化率为60%，N的转化率为▲；如果温度保持不变，初始反应物的浓度变为:c (m) = 4 mol？L-1，c(N)=一摩尔？L-1，达到平衡后，c (p) = 2mol？L-1，那么a = ▲ mol？L-1 .

(2)盖斯定律在生产和科学研究中具有重要意义。根据以下三个热化学反应方程式:

①fe2o 3(s)+3CO(g)= 2Fe(s)+3CO 2(g)δH =-24.8 kJ？摩尔-1

②3 fe2o 3(s)+CO(g)= 2 fe3o 4(s)+CO2(g)δH =-47.2 kJ？摩尔-1

③fe3o 4(s)+CO(g)= 3 FeO(s)+CO2(g)δH =+640.5 kJ？摩尔-1

写出CO气体还原FeO固体得到Fe固体和CO2气体的热化学反应方程式:

▲ 。

(3)在一定温度下，向Na2CO3溶液中加入BaCl2和K2SO4，当两种沉淀存在时，

c(CO32-)∶c(SO42-) = ▲.

[KSP(硫酸钡)= 1.3× 10-10，KSP(碳酸钡)= 2.6× 10-9]

7.甲酸铜晶体的制备4H2O]]的流程如下:

回答以下问题:

(1)碱式碳酸铜[Cu2 (OH) 2co3]的离子方程式为▲。

(2)A作业名称为▲，本次作业使用的玻璃仪器为▲。

(3)证明碱式碳酸铜沉淀得到充分洗涤的实验操作是▲；“热过滤”的原因是▲；

(4)用无水乙醇洗涤晶体的目的是▲。

8.以钛铁矿(主要成分为FeTiO3，钛酸亚铁)为主要原料冶炼金属钛，生产工艺流程图如下，其中钛铁矿与浓硫酸反应的化学方程式为:

feti O3+2h2so 4 = tioso 4+feso 4+2H2O

回答以下问题:

(1)钛铁矿与浓硫酸的反应属于▲(可选“氧化还原反应”或“非氧化还原反应”)。

⑵上述生产过程中添加A物质的目的是防止Fe2 ++被氧化，A物质是▲。在上述制备TiO2的过程中，得到的副产物和可回收物质分别是▲。

⑶反应TiCl 4+2 mg = 2 MgCl2+Ti在Ar气氛中进行的原因是▲。

(4)由二氧化钛制备四氯化钛所涉及的反应如下:

TiO 2(s)+2cl 2(g)+2C(s)= TiCl 4(g)+2CO(g)δh 1 =-72kj？摩尔-1

TiO 2(s)+2cl 2(g)= TiCl 4(g)+O2(g)δH2 =+38.8 kj？摩尔-1

C(s)+CO2(g)=2CO(g)？δH3 =+282.8 kj？摩尔-1

①反应c (s)+CO2 (g) = 2co (g)能在高温下自发进行的原因是▲。

②反应C (S)+O2 (G) = CO2 (G)的δh =▲。

9.二氧化碳、二氧化硫和氮氧化合物是对环境有重大影响的气体。控制和治理CO2、SO2和氮氧化合物是解决温室效应、减少酸雨和光化学烟雾的有效途径。

(1)在下列措施中，_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _是指

A.减少化石燃料的使用，发展新能源b .使用无氟冰箱，减少氟利昂的排放。

C.多走路或坐公交车，少用小汽车或私家车。d .排放前用碱液吸收工业废气。

⑵氨法烟气脱硫新技术的化学原理是用氨水吸收烟气中的SO2，然后用一定量的磷酸与上述吸收产物反应。这项技术的优点是不仅可以回收SO2，还可以得到一种复合肥料。这种复合肥可能的化学式是▲(只需一个)。

⑶有学者设想用右图所示的装置，通过电化学原理将CO2和SO2转化为重要的化工原料。

①若A为CO2，B为H2，C为CH3OH，则正极反应式为▲。

②如果A是SO2，B是O2，C是H2SO4。研究人员希望每分钟从C处得到100mL10mol/LH2SO4，所以A处烟气(SO2体积分数为1%)的速率为▲ L/min(标准工况)。

10.元素氯及其化合物广泛应用于生产、生活和科学研究中。

(1)在25℃下，将PbCl2固体溶于盐酸(mol？L-1)

溶解度(mmol？L-1)如右图所示。

①在制备PbCl2的实验中，最好将PbCl2固体洗净。

A.蒸馏水b.1 mol？L-1盐酸

c.5 mol？L-1盐酸d.10mol？L-1盐酸

②当盐酸浓度小于1mol？当L-1时，随着盐酸浓度的增加，PbCl2的溶解度降低，原因是▲。

⑵TCCA广泛用于漂白、杀菌和消毒。学名为三氯三嗪-2，4，6-三酮，分子式为C3Cl3N3O3。

①TCCA分子具有完全对称的结构，含有一个六元环，结构式为▲。

②使用TCCA时，需要先将其溶于水。其水解产物之一为C3H3N3O3，另一产物具有强氧化性，可杀菌。写出另一个产品的电子表格。

⑶高氯酸铵(AP)是一种优良的固体推进剂，用于导弹和火箭发射。目前比较先进的制备方法是电解高纯次氯酸得到高纯高氯酸，再与高纯氨喷雾反应制备高氯酸铵。写出电解次氯酸制备高氯酸的阳极反应式:▲。

11.联合国气候变化大会于2009年2月7-8日在哥本哈根举行。中国政府承诺，到2020年，单位国内生产总值二氧化碳排放量将比2005年降低40 %~45%。

(1)“减碳”的有效手段之一就是节能。以下制氢方法中最节能的是▲。(填写字母编号)

A.电解水制氢:2h2o2h2 =+O2 = B .高温分解水制氢:2h2o2h2 =+O2 =

C.太阳能光催化分解水制氢:2h2o2h2 =+O2 =

D.天然气制氢:CH4+H2O co+3H2。

(2)CO2加氢制二甲醚是解决能源危机的研究方向之一。

2CO2(克)+6H2(克)CH3OCH3(克)+3H2OδH > 0 .请画出坐标图。

显示了在有催化剂和无催化剂的反应过程中系统的能量变化

图，并做必要的注释。

(3)CO2可以转化为有机物，实现碳循环。在容积为1 L的密闭容器中，充入1 mol CO2 CO2和3mol H2，反应在一定条件下发生:CO2(g)+3 H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)δh =-49.0 kJ/mol，测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化，如

①从3分钟到10分钟，v(H2)= ▲ mol/(L？分钟).

②能表明上述反应达到平衡状态的是▲(可选数字)。

A.反应中CO2与CH3OH的摩尔浓度比为1: 1(即图中的交叉点)。

混合气体的密度不随时间变化。

c每单位时间消耗3摩尔H2，同时产生1摩尔H2O。

二氧化碳在混合气体中的体积分数保持不变。

③下列措施中，能提高n (CH3OH)/n (CO2)的是▲(可选数字)。

A.升温b .恒温恒容充入He(g)。

C.将H2O(g)从体系中分离出来d .在恒温和定容下加入1摩尔CO2和3摩尔H2。

12.利用生产钛白粉的副产物(FeSO4？7H2O)制备还原铁粉的步骤如下:将绿矾溶于稀硫酸溶液中，滴加(NH4)2CO3溶液，得到FeCO3？NH2O沉淀，静置，过滤，洗涤，干燥，然后用煤粉焙烧FeCO3，最终得到还原铁粉。涉及的主要反应有:

FeCO3 FeO + CO2，C+CO 2 2CO，CO + FeO Fe + CO2，

(1)用稀硫酸代替水溶解绿矾的原因是▲。

(2)证明沉淀物已经洗干净的方法是▲。

(3)干燥过程中的FeCO3？NH2O被氧化成FeOOH，反应方程式为▲。

(4)沉淀中仍含有少量硫酸盐，所以CaCO？3脱硫处理，右图为添加CaCO？3和无CaCO？3关于还原铁粉的产量，根据图像分析，CaCO？3的另一个作用是▲。

13.柴达木盆地作为青藏高原的“聚宝盆”享誉海内外，盐资源出奇的丰富。液态矿床以钾碱矿物为主，并伴有镁、溴和其他矿物。一个研究小组计划将盐湖卤水的浓缩液(富含K+、Mg2+、Br-、SO42-、Cl-等。)以制备纯氯化钾晶体和液溴(Br2)。他们设计了以下流程:

请按照上述流程回答相关问题:

(1)操作②所需的主要仪器有。

(2)参照右边的溶解度曲线，所得固体A的主要成分为(填入化学式)。

(3)学生A在上述操作(2)后，提出了一些新的方案对无色溶液进行提纯，方案如下: