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 -
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(NOx)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：aA＋bB===cC＋dD存在反应速率方程v＝kc(A)c(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)如表所示：
初始浓度/(mol/L) 初始速率/[mol/(L·s)] 2NO2(g)的初始浓度与初始速率
mnc(NO) 0.010 0.010 0.030 c(O2) 0.010 0.020 0.020 2.5×10 5.0×10 45×10 －3－3－3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c(NO) v1逆＝k1逆c(N2O2)
2NO2(g) ΔH2 慢反应 v2正＝k2正c(N2O2)c(O2) v2逆＝k2逆c(NO2)
- 2 -
2
2
b．N2O2(g)＋O2(g)
①反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g) ΔH＝______(用含ΔH1和ΔH2的式子表示)。
2NO2(g)
②反应______为整个反应的速控反应，用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示2NO(g)＋O2(g)的平衡常数K＝________________。
③反应a的活化能E1与反应b的活化能E2的大小关系为E1______E2(填“>”“<”或“＝”)。若2NO(g)＋O2(g)高
温
度
该
反
2NO2(g)的反应速率方程v＝应
速
率
减
小
k1正2
×k2正×c(NO)×c(O2)，分析升k1逆
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N2O2
C．反应b中N2O2与O2的碰撞仅部分有效
3．采用H2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)===N2(g)＋O2(g) ΔH1＝－180.5 kJ/mol H2O(g)===H2O(l) ΔH2＝－44 kJ/mol
写出用H2处理NO生成水蒸气和1 mol N2的热化学方程式：_______________________。 (3)针对上述用H2处理NO生成水蒸气和1 mol N2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(NO)·c(H2)，其中k为速率常数，只与温度有关。t1时刻， v＝v1，若此刻保持温度不变，将c(NO)增大到原来的2倍时，c(H2)减小为1
原来的(此时v＝v2)。则有v1______v2(填“>”“<”或“＝”)。
2
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 H2发生上述反应，起始压强为p0，一段时间后，反应达到平衡，此时压强p＝0.9p0，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Kp＝________(用含p的代数式表示，
2
2
Kp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NOx，反应的化学方程式如下：(已知NO不能与NaOH溶液反应)
- 3 -
NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O 2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O
①若NOx(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、Cu、Fe、SO4、AsO4、HAsO4、H2AsO4等需要处理的杂质离子，其中一种处理流程如图1所示。
＋
2＋
2＋
2－
3－
2－
－
已知：Ⅰ.常温下lg c(M)(M表示Cu或Fe等)随pH的沉淀溶解平衡曲线如图2所示(已知10
－5.7
2＋
2＋
≈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。
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