高考化学二轮复习 第28题 化学反应原理综合题

第28题 化学反应原理综合题

题组一 化学反应中的能量变化与化学平衡的综合

1.(15分)碳热还原法广泛用于合金及材料的制备。回下列问题: (1)一种制备氮氧化铝的反应原理为23Al2O3+15C+5N2

2Al23O27N5+15CO,产物Al23O27N5中氮

的化合价为 ,该反应中每生成1 mol Al23O27N5,转移的电子数为 。 (2)真空碳热冶铝法包含很多反应,其中的三个反应如下: Al2O3(s)+3C(s)2Al2OC(s)+3C(s)2Al2O3(s)+9C(s)

Al2OC(s)+2CO(g) ΔH1 Al4C3(s)+2CO(g) ΔH2 Al4C3(s)+6CO(g) ΔH3

①ΔH3= (用ΔH1、ΔH2表示)。

②Al4C3可与足量盐酸反应制备一种最简单的烃。该反应的化学方程式为 。

(3)下列是碳热还原法制锰合金的三个反应,CO与CO2平衡分压比的自然对数值

(lnK=2.303lgK)与温度的关系如图所示(已知Kp是用平衡分压代替浓度计算所得的平衡常数,分压=总压×气体的物质的量分数)。 Ⅰ.Mn3C(s)+4CO2(g)Ⅱ.Mn(s)+CO2(g)Ⅲ.Mn3C(s)+CO2(g)

3MnO(s)+5CO(g) Kp(Ⅰ) MnO(s)+CO(g) Kp(Ⅱ) 3Mn(s)+2CO(g) Kp(Ⅲ)

①ΔH>0的反应是 (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。

②1 200 K时,在一体积为2 L的恒容密闭容器中有17.7 g Mn3C(s)和0.4 mol CO2,只发生反应Ⅰ,5 min后达到平衡,此时CO的浓度为0.125 mol/L,则0~5 min内v(CO2)= 。

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③在一体积可变的密闭容器中加入一定量的Mn(s)并充入一定量的CO2(g),只发生反应Ⅱ,下列能说明反应Ⅱ达到平衡的是 (填字母)。 A.容器的体积不再改变 B.固体的质量不再改变 C.气体的总质量不再改变

2.(15分)纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注,下表为制取Cu2O的两种方法:

方法a 方法b 用炭粉在高温条件下还原CuO 电解法,反应为2Cu+H2O

(1)已知: ①2Cu(s)+ O2(g)②C(s)+ O2(g)③Cu(s)+ O2(g)

Cu2O+H2↑ Cu2O(s) ΔH1=-169 kJ·mol-1 CO(g) ΔH2=-110.5 kJ·mol-1 CuO(s) ΔH3=-157 kJ·mol-1

则方法a中反应的热化学方程式是

。

(2)方法b是用肼燃料电池为电源,通过离子交换膜电解法控制电解液中OH-的浓度来制备纳米Cu2O,装置如图所示:

①上述装置中B电极应连 电极(填“C”或“D”)。

②该离子交换膜为 离子交换膜(填“阴”或“阳”),该电解池的阳极反应式为 。 ③原电池中负极反应式为 。

(3)在相同体积的恒容密闭容器中,用以上方法制得的两种Cu2O分别进行催化分解水的实验:2H2O(g)

2H2(g)+O2(g) ΔH>0。水蒸气的浓度随时间t的变化如下表所示:

0 10 20 30 40 50 序号 c/mol·L-1t温度/℃高考二轮复习

高考二轮复习 /min ① ② ③ T1 T1 T2 0.050 0.049 2 0.048 6 0.048 2 0.050 0.048 8 0.048 4 0.048 0 0.10 0.096 0.093

①催化剂的催化效率:实验① 实验②(填“>”或“<”)。 ②实验①、②、③的化学平衡常数K1、K2、K3的大小关系为 。

0.090 0.048 0 0.048 0 0.090 0.048 0 0.048 0 0.090 题组二 化学平衡与电解质溶液的综合题

1.(15分)用沉淀滴定法快速测定NaI等碘化物溶液中c(I-),实验过程包括准备标准溶液和滴定待测溶液。 Ⅰ.准备标准溶液

a.准确称取AgNO3基准物4.246 8 g(0.025 0 mol)后,配制成250 mL标准溶液,放在棕色试剂瓶中避光保存,备用。

b.配制并标定100 mL 0.100 0 mol·L-1 NH4SCN标准溶液,备用。 Ⅱ.滴定的主要步骤

a.取待测NaI溶液25.00 mL于锥形瓶中。

b.加入25.00 mL 0.100 0 mol·L-1 AgNO3溶液(过量),使I-完全转化为AgI沉淀。 c.加入NH4Fe(SO4)2溶液作指示剂。

d.用0.100 0 mol·L-1 NH4SCN溶液滴定过量的Ag+,使其恰好完全转化为AgSCN沉淀后,体系出现淡红色,停止滴定。

e.重复上述操作两次。三次测定数据如下表:

实验序号

1

2

3 9.98

消耗NH4SCN标准溶液体10.24 10.02

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积/mL

f.数据处理。 回答下列问题:

(1)将称得的AgNO3配制成标准溶液,所使用的仪器除烧杯和玻璃棒外还有 。 (2)AgNO3标准溶液放在棕色试剂瓶中避光保存的原因是 。 (3)滴定应在pH<0.5的条件下进行,其原因

是 。 (4)b和c两步操作是否可以颠倒 ,说明理由 。

(5)所消耗的NH4SCN标准溶液平均体积为 mL,测得c(I-)= mol·L-1。 (6)在滴定管中装入NH4SCN标准溶液的前一步,应进行的操作为 。

(7)判断下列操作对c(I-)测定结果的影响(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。 ①若在配制AgNO3标准溶液时,烧杯中的溶液有少量溅出,则测定结果 。 ②若在滴定终点读取滴定管刻度时,俯视标准液液面,则测定结果 。

2.(15分)以氧化铝为原料,通过碳热还原法可合成氮化铝(AlN);通过电解法可制取铝。电解铝时阳极产生的CO2可通过二氧化碳甲烷化等再利用。请回答: (1)已知:①2Al2O3(s)ΔH1=+3 351 kJ/mol ②2C(s)+O2(g)③2Al(g)+N2(g)

2CO(g) ΔH2=-221 kJ/mol 2AlN(s) ΔH3=a kJ/mol

2AlN(s)+3CO(g) 4Al(g)+3O2(g)

④Al2O3(s)+3C(s)+N2(g)ΔH4=+1 026 kJ/mol

反应③的a= ,反应④自发进行的条件是 (填“高温”“低温”或“任意温度”)。

(2)在常压、Ru/TiO2催化下,CO2和H2混合气体(体积比1∶4,总物质的量x mol)进行反应,测得CO2转化率、CH4和CO选择性随温度变化情况分别如图1和图2所示(选择性:转化的CO2中生成CH4或CO的百分比)。

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反应Ⅰ:CO2(g)+4H2(g)反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)

CH4(g)+2H2O(g) ΔH5 CO(g)+H2O(g) ΔH6

图1

图2

①下列说法正确的是 。 A.ΔH5小于零

B.温度可影响产物的选择性

C.CO2平衡转化率随温度升高先增大后减少

D.其他条件不变,将CO2和H2的初始体积比改变为1∶3,可提高CO2平衡转化率

②350 ℃时,反应Ⅰ在t1时刻达到平衡,平衡时容器体积为y L,该温度下反应Ⅰ的平衡常数为 (用x、y表示)。

(3)CO2溶于水形成H2CO3。已知常温下H2CO3的电离平衡常数K1=4.4×10-7,K2=4.7×10-11,NH3·H2O的电离平衡常数Kb=1.75×10-5。常温下,用氨水吸收CO2可得到NH4HCO3溶

液,NH4HCO3溶液显 (填“酸性”“中性”或“碱性”);请计算反应N +HC +H2O

-

NH3·H2O+H2CO3的平衡常数K= 。

(4)据文献报道,二氧化碳可以在酸性水溶液中用情性电极电解得到乙烯,其原理如图所示。

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b电极上的电极反应式为 ,

该装置中使用的是 (“阴”或“阳”)离子交换膜。

答案全解全析

题组一 化学反应中的能量变化与化学平衡的综合

1.答案 (1)-3 9.03×1024(或15NA) (2)①2ΔH1+ΔH2 ②Al4C3+12HCl

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4AlCl3+3CH4↑

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(3)①Ⅲ ②0.02 mol·L-1·min-1 ③BC 解析 (1)反应23Al2O3+15C+5N2

2Al23O27N5+15CO中,产物Al23O27N5中氮的化合价为-3,该

反应中每生成1 mol Al23O27N5,转移的电子数为5×3NA=15NA。(2)已知Ⅰ.Al2O3(s)+3C(s)Al2OC(s)+2CO(g) ΔH1 Ⅱ.2Al2OC(s)+3C(s)Ⅲ.2Al2O3(s)+9C(s)

Al4C3(s)+2CO(g) ΔH2 Al4C3(s)+6CO(g) ΔH3

Al4C3(s)+6CO(g) ΔH3=2ΔH1+

①根据盖斯定律,由Ⅰ×2+Ⅱ得反应Ⅲ:2Al2O3(s)+9C(s)

ΔH2;②Al4C3可与足量盐酸反应制备一种最简单的烃(CH4),根据质量守恒定律可得反应的化学方程式为Al4C3+12HCl

4AlCl3+3CH4↑。(3)①由图中信息可知,反应Ⅲ升高温度,lnK增

大,则K增大,平衡正向移动,正反应为吸热反应,ΔH>0;②0~5 min内v(CO2)= v(CO)= ×

=0.02 mol·L-1·min-1;③反应Ⅱ.Mn(s)+CO2(g) MnO(s)+CO(g)为气体体积不变

的放热反应,根据“变量不变达平衡”进行判断。反应为气体体积不变的反应,反应过程容器的体积不是变量,不能作为平衡状态的判断依据,选项A不符合题意;反应是一个固体质量增大的反应,固体的质量为变量,当固体的质量不再改变说明达到平衡状态,选项B符合题意;反应是一个气体质量减小的反应,气体的总质量为变量,当气体的总质量不再改变说明达到平衡状态,选项C符合题意。 2.答案 (1)2CuO(s)+C(s)(2)①D(2分)

②阴(2分) 2Cu-2e-+2OH-③N2H4-4e-+4OH-(3)①<(2分) ②K1=K2解析 (1)据盖斯定律可知反应2CuO(s)+C(s)H3=+34.5 kJ·mol。

(2)①在燃料电池中,通入燃料的一极为负极,所以C为负极,D为正极;用电解法制备纳米Cu2O时,Cu电极应为阳极,与电池正极相连,故B电极应连D电极。 ②电解池中,A极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-,B极反应式为Cu+2OH--2e- Cu2O+H2O,A

-1

Cu2O(s)+CO(g) ΔH=+34.5 kJ·mol-1(2分)

Cu2O+H2O(3分)

N2↑+4H2O(2分)

Cu2O(s)+CO(g)的ΔH=ΔH1+ΔH2-2Δ

极产生OH-,B极消耗OH-,故离子交换膜为阴离子交换膜。 ③原电池负极上N2H4失电子被氧化为N2,电极反应式为N2H4+4OH--4e- N2↑+4H2O。

(3)①根据表格数据知反应速率:实验①<实验②,故催化剂的催化效率:实验①<实验②。

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②水的分解为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,H2O的平衡转化率增大,故T1题组二 化学平衡与电解质溶液的综合题

1.答案 (1)250 mL(棕色)容量瓶、胶头滴管 (2)避免AgNO3见光分解

(3)防止因Fe3+的水解而影响滴定终点的判断(或抑制Fe3+的水解) (4)否(或不能) 若颠倒,Fe3+与I-反应,指示剂耗尽,无法判断滴定终点 (5)10.00 0.060 0

(6)用NH4SCN标准溶液进行润洗 (7)偏高 偏高

解析 本题考查化学实验基本操作、实验数据的处理和误差分析等。

(1)配制250 mL AgNO3标准溶液要用250 mL容量瓶、胶头滴管、烧杯和玻璃棒。 (2)AgNO3见光易分解,因此AgNO3标准溶液要放在棕色试剂瓶中避光保存。

(3)本实验用NH4Fe(SO4)2溶液作指示剂,Fe3+水解会影响滴定终点的判断,为了抑制Fe3+的水解,滴定应在pH<0.5的条件下进行。

(4)若操作颠倒,指示剂中含有的Fe3+会与待测液中的I-反应,使指示剂耗尽,无法指示滴定终点。

(5)观察三次实验数据知,第1次数据与后两次实验数据相差较大,应舍去;第2次和第3次实验数据求平均值得消耗NH4SCN标准溶液平均体积为10.00 mL;由Ag++I-Ag++SCN-mol·L-1。

(6)滴定管装入溶液之前必须用待装溶液润洗,故在滴定管中装入NH4SCN标准溶液的前一步为用NH4SCN标准溶液润洗滴定管。

(7)①配制AgNO3标准溶液时烧杯中的溶液溅出,则配制的AgNO3标准溶液浓度偏小,滴定时消耗NH4SCN溶液偏少,测定的c(I-)偏高;

②滴定终点时俯视读数,由于滴定管刻度“上小下大”,故读数偏小,代入计算式的NH4SCN标准溶液体积偏小,测定的c(I-)偏高。 2.答案 (1)-318 高温 (2)①AB ②

AgI↓、=0.060 0

AgSCN↓知,c(I-)=

· - - · -

(3)碱性 1.3×10-3

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(4)2CO2+12H++12e- C2H4+4H2O 阳

4Al(g)+3O2(g) ΔH1=+3 351 kJ/mol,②2C(s)+O2(g)

2AlN(s) ΔH3=a kJ/mol,④

解析 (1)已知①2Al2O3(s)

2CO(g) ΔH2=-221 kJ/mol,③2Al(g)+N2(g)Al2O3(s)+3C(s)+N2(g)

2AlN(s)+3CO(g) ΔH4=+1 026 kJ/mol,根据盖斯定律,①+②×3+

③×2=2×④,解得ΔH3=-318 kJ/mol;若ΔG=ΔH-TΔS<0,则反应能自发进行,反应④的ΔH>0,ΔS>0,因此该反应能自发进行的条件为高温。(2)①根据图1可知,CO2的转化率先增大是因为反应正向进行,到一定温度时达到平衡,升高温度CO2的转化率减小,说明正反应为放热反应,ΔH5小于零,故A正确;由图2可知,随温度升高甲烷的选择性降低,CO的选择性增加,因此温度可影响产物的选择性,故B正确;CO2转化率先增大是因为反应正向进行未达到平衡状态,达到平衡状态后,随温度升高CO2的转化率减小,温度低于340 ℃时反应未达到平衡,不是平衡转化率,故C错误;CO2和H2混合气体(体积比1∶4,总物质的量x mol)进行反应,其他条件不变,将CO2和H2的初始体积比改变为1∶3,相当于减小氢气的量,CO2平衡转化率减小,故D错误。②350 ℃时,反应Ⅰ在t1时刻达到平衡,平衡时容器体积为y L,二氧化碳的转化率为80%,根据三段式法有: CO2(g)+4H2(g)

CH4(g) + 2H2O(g)

起始量(mol) 0.2x 0.8x 0 0 转化量(mol) 0.16x 平衡量(mol) 0.04x 平衡常数K=

0.64x 0.16x 0.32x 0.16x 0.16x 0.32x =

。(3)已知NH3·H2O的电离平衡常数Kb=1.75×10-5,H2CO3的电

离平衡常数K1=4.4×10-7,K2=4.7×10-11,Kb>K2,所以碳酸氢根离子的水解程度大于铵根离子的水解程度,NH4HCO3溶液显碱性;反应N +HC +H2OK=

·

-

-

NH3·H2O+H2CO3的平衡常数

b极上得电

-

==1.3×10-3。(4)由图可知,电解时二氧化碳在 ·

子发生还原反应生成乙烯,电极反应式为2CO2+12H++12e-氢离子通过,所以是阳离子交换膜。

C2H4+4H2O,因离子交换膜只允许

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