第28題化學基本理論綜合題

2022屆高考化學熱點題型專練——化學基本理論綜合題題組一化學反應(yīng)中的能量變化與化學平衡的綜合[解題指導]解答化學基本理論綜合題的一般步驟步驟1：瀏覽全題，明確題已知和所求，挖掘解題切入點。步驟2：(1)對于化學反應(yīng)速率和化學平衡圖像類試題：明確縱橫坐標的含義→理解起點、終點、拐點的意義→分析曲線的變化趨勢。(2)對于圖表數(shù)據(jù)類試題：分析數(shù)據(jù)→研究數(shù)據(jù)間的內(nèi)在聯(lián)系→找出數(shù)據(jù)的變化規(guī)律→挖掘數(shù)據(jù)的隱含意義。(3)對于利用蓋斯定律寫熱化學方程式或求ΔH類試題要做到：①明確待求熱化學方程式中的反應(yīng)物和生成物；②處理已知熱化學方程式中的化學計量數(shù)和焓變；③疊加處理熱化學方程式確定答案。(4)對于電化學類試題：判斷是原電池還是電解池→分析電極類別，書寫電極反應(yīng)式→按電極反應(yīng)式進行相關(guān)計算。(5)對于電解質(zhì)溶液類試題：明確溶液中的物質(zhì)類型及其可能存在的平衡類型，然后進行解答。步驟3：針對題目中所設(shè)計的問題，聯(lián)系相關(guān)理論逐個進行作答?！镜湫途毩暋?．研究和深度開發(fā)CO、CO2的應(yīng)用對構(gòu)建生態(tài)文明社會具有重要的意義。(1)CO可用于煉鐵，已知：Fe2O3(s)＋3C(s)=2Fe(s)＋3CO(g)ΔH1＝＋kJ·mol－1，C(s)＋CO2(g)=2CO(g)ΔH2＝＋kJ·mol－1則CO還原Fe2O3(s)的熱化學方程式為___________________________________________。(2)分離高爐煤氣得到的CO與空氣可設(shè)計成燃料電池(以KOH溶液為電解液)。寫出該電池的負極反應(yīng)式：_______________________________________________________________。(3)CO2和H2充入一定體積的密閉容器中，在兩種溫度下發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，測得CH3OH的物質(zhì)的量隨時間的變化見圖1。①曲線Ⅰ、Ⅱ?qū)?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為KⅠ________(填“＞”、“＝”或“＜”)KⅡ。②一定溫度下，在容積相同且固定的兩個密閉容器中，按如下方式加入反應(yīng)物，一段時間后達到平衡。容器甲乙反應(yīng)物投入量1molCO2、3molH2amolCO2、bmolH2、cmolCH3OH(g)、cmolH2O(g)若甲中平衡后氣體的壓強為開始的倍，要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分數(shù)相等，且起始時維持化學反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行，則c的取值范圍為_______________________。(4)利用光能和光催化劑，可將CO2和H2O(g)轉(zhuǎn)化為CH4和O2。紫外光照射時，在不同催化劑(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下，CH4產(chǎn)量隨光照時間的變化見圖2。在0～15小時內(nèi)，CH4的平均生成速率Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ從大到小的順序為________(填序號)。(5)以TiO2/Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉(zhuǎn)化成乙酸。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率的關(guān)系見圖3。①乙酸的生成速率主要取決于溫度影響的范圍是_______________________。②Cu2Al2O4可溶于稀硝酸，寫出有關(guān)的離子方程式：___________________________________________________________________________________________。2．可燃冰的主要成分是甲烷，甲烷既是清潔燃料，也是重要的化工原料。(1)甲烷和二氧化碳重整制合成氣對溫室氣體的治理具有重大意義。已知：CH4(g)＋CO2(g)CO(g)＋2H2(g)ΔH＝＋kJ·mol－1CH4(g)C(s)＋2H2(g)ΔH＝＋75kJ·mol－1①反應(yīng)2CO(g)=C(s)＋CO2(g)在________(填“高溫”或“低溫”)下能自發(fā)進行。②合成甲醇的主要反應(yīng)：2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)ΔH＝－kJ·mol－1，T℃時此反應(yīng)的平衡常數(shù)為160。此溫度下，在密閉容器中開始只充入CO、H2，反應(yīng)到某時刻測得各組分的濃度如下：物質(zhì)H2COCH3OH濃度/mol·L－1比較此時正、逆反應(yīng)速率的大?。簐正________(填“＞”、“＜”或“＝”)v逆。生產(chǎn)過程中，合成氣要進行循環(huán)，其目的是_________________________________________________。③在一固定容積的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)，若要提高CO的轉(zhuǎn)化率，則可以采取的措施是________(填字母)。a．升溫 b．加入催化劑c．增加CO的濃度 d．加入H2加壓e．加入惰性氣體加壓 f．分離出甲醇(2)以甲烷為燃料的新型電池的成本大大低于以氫為燃料的傳統(tǒng)燃料電池，下圖是目前研究較多的一類固體氧化物燃料電池的工作原理示意圖。①B極為電池的________極，該電極的反應(yīng)式為_____________________________________________________________________________________________________________。②若用該燃料電池作電源，用石墨作電極電解100mL1mol·L－1的硫酸銅溶液，當兩極收集到的氣體體積相等時，理論上消耗甲烷的體積為____________________________(標況下)。3．研究CO2與CH4的反應(yīng)使之轉(zhuǎn)化為CO與H2，對緩解燃料危機，減少溫室效應(yīng)具有重要的意義。(1)已知：①2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)ΔH＝－566kJ·mol－1②2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH＝－484kJ·mol－1③CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－802kJ·mol－1則CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)ΔH＝________kJ·mol－1(2)在密閉容器中通入物質(zhì)的量濃度均為mol·L－1的CH4與CO2，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)，測得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如下圖所示。①據(jù)圖可知，p1、p2、p3、p4由大到小的順序為_______________________________。②在壓強為p4、1100℃的條件下，該反應(yīng)5min時達到平衡點X，該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)為________(保留小數(shù)點后兩位)。(3)CO和H2在工業(yè)上還可以通過反應(yīng)C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)來制取。①在恒溫恒容下，如果從反應(yīng)物出發(fā)建立平衡，可認定平衡已達到的是________(填選項字母)。A．體系壓強不再變化B．H2與CO的物質(zhì)的量之比為1∶1C．混合氣體的密度保持不變D．氣體平均相對分子質(zhì)量為15，且保持不變②在某密閉容器中同時投入四種物質(zhì)，2min時達到平衡，測得容器中有1molH2O(g)、1molCO(g)、molH2(g)和一定量的C(s)，如果此時對體系加壓，平衡向________(填“正”或“逆”)反應(yīng)方向移動，第5min時達到新的平衡，請在圖中畫出2～5min內(nèi)容器中氣體平均相對分子質(zhì)量的變化曲線。4．納米級Cu2O由于具有優(yōu)良的催化性能而受到關(guān)注，下表為制取Cu2O的三種方法：方法Ⅰ用炭粉在高溫條件下還原CuO方法Ⅱ電解法，反應(yīng)為2Cu＋H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))Cu2O＋H2↑方法Ⅲ用肼(N2H4)還原新制Cu(OH)2(1)工業(yè)上常用方法Ⅱ和方法Ⅲ制取Cu2O而很少用方法Ⅰ，其原因是反應(yīng)條件不易控制，若控溫不當易生成________而使Cu2O產(chǎn)率降低。(2)已知：2Cu(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=Cu2O(s)ΔH＝－akJ·mol－1C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH＝－bkJ·mol－1Cu(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CuO(s)ΔH＝－ckJ·mol－1則方法Ⅰ發(fā)生反應(yīng)的熱化學方程式為2CuO(s)＋C(s)=Cu2O(s)＋CO(g)ΔH＝________kJ·mol－1。(3)方法Ⅱ采用離子交換膜控制電解液中OH－的濃度而制備納米Cu2O，裝置如圖所示，該電池的陽極生成Cu2O的反應(yīng)式為______________________________________。(4)方法Ⅲ為加熱條件下用液態(tài)肼(N2H4)還原新制Cu(OH)2來制備納米級Cu2O，同時放出N2。該制法的化學方程式為_________________________________________。(5)在相同的密閉容器中，用以上兩種方法制得的Cu2O分別進行催化分解水的實驗：2H2O(g)eq\o(,\s\up7(光照),\s\do5(Cu2O))2H2(g)＋O2(g)ΔH>0水蒸氣的濃度(mol·L－1)隨時間t(min)變化如下表所示。序號溫度0min10min20min30min40min50min①T126200②T184000③T200000下列敘述正確的是________(填字母代號)。A．實驗的溫度：T2<T1B．實驗①前20min的平均反應(yīng)速率v(O2)＝7×10－5mol·L－1·min－1C．實驗②比實驗①所用的催化劑催化效率高組二化學平衡與電解質(zhì)溶液的綜合題【典型練習】1．一定條件下，通過下列反應(yīng)可實現(xiàn)燃煤煙氣中硫的回收：2CO(g)＋SO2(g)eq\o(,\s\up7(催化劑))2CO2(g)＋S(l)ΔH(1)已知：2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)ΔH1＝－566kJ·mol－1S(l)＋O2(g)=SO2(g)ΔH2＝－296kJ·mol－1則反應(yīng)熱ΔH＝________kJ·mol－1。(2)其他條件相同、催化劑不同時，SO2的轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)溫度的變化如圖a所示。260℃時________(填“Fe2O3”、“NiO”或“Cr2O3”)作催化劑反應(yīng)速率最快。Fe2O3和NiO作催化劑均能使SO2的轉(zhuǎn)化率達到最高，不考慮價格因素，選擇Fe2O3的主要優(yōu)點是______。(3)科研小組在380℃、Fe2O3作催化劑時，研究了不同投料比[n(CO)∶n(SO2)]對SO2轉(zhuǎn)化率的影響，結(jié)果如圖b所示。請在圖b中畫出n(CO)∶n(SO2)＝2∶1時，SO2的轉(zhuǎn)化率的預(yù)期變化曲線。(4)工業(yè)上還可用Na2SO3溶液吸收煙氣中的SO2：Na2SO3＋SO2＋H2O=2NaHSO3。某溫度下用mol·L－1Na2SO3溶液吸收純凈的SO2，當溶液中c(SOeq\o\al(2－,3))降至mol·L－1時，吸收能力顯著下降，應(yīng)更換吸收劑。①此時溶液中c(HSOeq\o\al(－,3))約為________mol·L－1。②此時溶液的pH＝________。(已知該溫度下SOeq\o\al(2－,3)＋H＋HSOeq\o\al(－,3)的平衡常數(shù)K＝×106，計算時SO2、H2SO3的濃度忽略不計)2．氮及氮的化合物在生產(chǎn)生活中有著重要的用途，如NH3、HNO3等都是重要的化工產(chǎn)品。(1)合成氨的原料氣N2和H2通常是以焦炭、水和空氣為原料來制取的。其主要反應(yīng)是①2C＋O2=2CO②C＋H2O(g)=CO＋H2③CO＋H2O(g)=CO2＋H2。某次生產(chǎn)中將焦炭、H2O(g)和空氣(設(shè)空氣中N2和O2的體積之比為4∶1，下同)混合反應(yīng)，所得氣體產(chǎn)物經(jīng)分析，其組成如下表：氣體CON2CO2H2O2體積(m3)(標準狀況)x201260根據(jù)上表可得出表中x＝________，實際消耗了______kg焦炭。(2)汽車尾氣會排放氮的氧化物而污染環(huán)境。已知氣缸中生成NO的反應(yīng)為N2(g)＋O2(g)2NO(g)ΔH＞0，若1mol空氣中含有molN2和molO2，1300℃時在某密閉容器內(nèi)發(fā)生上述反應(yīng)且達到平衡。測得NO的物質(zhì)的量為8×10－4mol，則該溫度下的平衡常數(shù)K＝________；汽車啟動后，氣缸溫度越高，單位時間內(nèi)NO的排放量越大，原因是________________________________________________________________________。(3)SO2和氮的氧化物都是空氣中的有害氣體，已知：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－kJ·mol－12NO(g)＋O2(g)2NO2(g)ΔH＝－kJ·mol－1則反應(yīng)NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。(4)25℃時，一些物質(zhì)的電離平衡常數(shù)如下表所示：化學式H2CO3HClOH2C4H4O6(酒石酸)電離平衡常數(shù)K1＝×10－7K2＝×10－11×10－8K1＝×10－4K2＝×10－5回答下列問題：①常溫下，將mol·L－1的HClO溶液與mol·L－1的Na2CO3溶液等體積混合，所得溶液中各種離子濃度關(guān)系正確的是________(填字母)。A．c(Na＋)＞c(ClO－)＞c(HCOeq\o\al(－,3))＞c(OH－)B．c(Na＋)＞c(HCOeq\o\al(－,3))＞c(ClO－)＞c(H＋)C．c(Na＋)＝c(HClO)＋c(ClO－)＋c(HCOeq\o\al(－,3))＋c(H2CO3)＋c(COeq\o\al(2－,3))D．c(Na＋)＋c(H＋)＝c(ClO－)＋c(HCOeq\o\al(－,3))＋2c(COeq\o\al(2－,3))E．c(HClO)＋c(H＋)＋c(H2CO3)＝c(OH－)＋c(COeq\o\al(2－,3))②mol·L－1的酒石酸溶液與pH＝13的NaOH溶液等體積混合，所得溶液的pH為6，則c(HC4H4Oeq\o\al(－,6))＋2c(C4H4Oeq\o\al(2－,6))＝________mol·L－1(列出計算式即可)。3．霧霾天氣嚴重影響人們的生活，其中氮氧化物和硫氧化物是造成霧霾天氣的主要原因之一，消除氮氧化物和硫氧化物有多種方法。(1)用活性炭還原法可以處理氮氧化物。某研究小組向某密閉容器中加入一定量的活性炭和NO，發(fā)生反應(yīng)：C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)ΔH＝QkJ·mol－1。在T1℃時，反應(yīng)進行到不同時間測得各物質(zhì)的濃度如下：時間(min)濃度(mol·L－1)01020304050NON20CO20①0～10min內(nèi)，NO的平均反應(yīng)速率v(NO)＝___________________________________，T1℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝________。②30min后，只改變某一條件，反應(yīng)重新達到平衡，根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)判斷改變的條件可能是________(填字母)。a．加入一定量的活性炭b．通入一定量的NOc．適當縮小容器的體積d．加入合適的催化劑③若30min后升高溫度至T2℃，達到平衡時，容器中NO、N2、CO2的濃度之比為5∶3∶3，則Q________(填“＞”、“＝”或“＜”)0。(2)NH3催化還原氮氧化物(SCR)技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術(shù)。反應(yīng)原理如圖1所示：①由圖1可知，SCR技術(shù)中的氧化劑為_____________________________。已知c(NO2)∶c(NO)＝1∶1時脫氮效果最佳，若生成1molN2時反應(yīng)放出的熱量為QkJ。此時對應(yīng)的脫氮反應(yīng)的熱化學方程式為__________________________________________。②圖2是不同催化劑Mn和Cr在不同溫度下對應(yīng)的脫氮率，由圖可知工業(yè)使用的最佳的催化劑和相應(yīng)的溫度分別為____________________。(3)利用噴霧干燥法脫硫工藝是除去SO2的常見方法，先將含SO2的廢氣溶于水，再用飽和石灰漿吸收。該溫度下，吸收液中c(Ca2＋)一直保持為mol·L－1，已知Ksp(CaSO3)＝×10－7，求吸收后溶液中的SOeq\o\al(2－,3)的濃度_________________________________________________________________。(寫出計算過程，結(jié)果保留2位有效數(shù)字)4．碳氧化物、氮氧化物、二氧化硫的處理與利用是世界各國研究的熱點問題。消除汽車尾氣中的NO、CO，有利于減少PM的排放。已知如下信息：2