2023屆高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)微題型提升訓(xùn)練19《化學(xué)反應(yīng)原理綜合題》

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[題型專練]

1．水合肼(N2H4·H2O)是一種無色易溶于水的油狀液體，具有堿性和極強(qiáng)的還原性，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。

(1)目前正在研發(fā)的高能量密度燃料電池車是以水合肼燃料電池作為動(dòng)力來源，電池結(jié)構(gòu)如下圖。

①起始時(shí)正極區(qū)與負(fù)極區(qū)NaOH溶液濃度一致，工作一段時(shí)間后，NaOH濃度較大的是________極區(qū)(填“正〞或“負(fù)〞)。

②該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為_________________________________________________。(2)已知水合肼是二元弱堿(25℃，K1＝5×107，K2＝5×10

－

＋

－

＋

＋

－15

)，0.1mol·L

－1

水合肼溶液中

四種離子：①H、②OH、③N2H5、④N2H26的濃度從大到小的的順序?yàn)開_________________(填序號(hào))。

(3)在弱酸性條件下水合肼可處理電鍍廢水，將Cr2O27還原為Cr(OH)3沉淀而除去，水合

－

肼被氧化為N2，該反應(yīng)的離子方程式為______________________________________。(4)肼是一種優(yōu)良的貯氫材料，其在不同條件下分解方式不同。

①在高溫下，N2H4可完全分解為NH3、N2及H2，試驗(yàn)測得分解產(chǎn)物中N2與H2物質(zhì)的量變化如圖甲所示，該分解反應(yīng)化學(xué)方程式為__________________________________。②在303K，Ni、Pt催化下，則發(fā)生N2H4(l)

N2(g)＋2H2(g)。在1L密閉容器中加

n（H2）＋n（N2）入0.1molN2H4，測得容器中與時(shí)間關(guān)系如圖乙所示。則0～4min氮

n（N2H4）氣的平均速率v(N2)＝________。

(5)碳酰肼(分子式：CH6N4O)是由DEC(酯)與N2H4發(fā)生取代反應(yīng)得到，已知DEC的分子式為C5H10O3，DEC的核磁共振氫譜如圖丙所示，則DEC的結(jié)構(gòu)簡式為________。解析(1)①燃料電池中，O2一定作正極，在堿性條件下，O2發(fā)生反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O2＋4e＋2H2O===4OH，生成了OH，堿性加強(qiáng)；②負(fù)極N2H4轉(zhuǎn)化成N2，N由－2價(jià)升至0價(jià)，失去2×2e＝4e，由電荷守恒知，需要補(bǔ)充4molOH。(2)水合肼是二元弱堿，溶液中存在的電離平衡有N2H4＋H2OOH，H2O

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－

N2H5＋OH，N2H5＋H2O

－

－

＋－＋

N2H26＋

＋

H＋OH，三步電離均有OH生成，故c(OH)最大，以第一步電離為

－

主，所以c(N2H5)略比c(OH)小，其次步的電離平衡常數(shù)小于第三步的Kw，所以第三步中電離出的H比其次步中電離出的N2H26多，故離子濃度大小順序?yàn)閏(OH

＋

＋

－

2)>c(N2H5)>c(H)>(N2H26)。(3)Cr2O7中Cr為＋6價(jià)，生成的Cr(OH)3中Cr為＋3價(jià)，

＋

＋

＋

－

N2H4·H2O中N為－2價(jià)，生成的N2中N為0價(jià)，根據(jù)得失電子守恒、電荷守恒、原子守恒配平即可。

(4)②設(shè)達(dá)到平衡時(shí)，轉(zhuǎn)化的N2H4的物質(zhì)的量為x，則有

N2H4（l）N2（g）＋2H2（g）

n（起始）/mol：n（轉(zhuǎn)化）/mol：n（平衡）/mol：

0.1x0.1－x

0xx

02x2x

2x＋x0.05mol由圖像知，在4min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，＝3，x＝0.05mol，v(N2)＝＝0.012

1L×4min0.1－x5mol·L1·min1。

－

－

(5)C5H10O3中有一個(gè)不飽和度，可能是一個(gè)雙鍵或是一個(gè)環(huán)，又由題中信息知，DEC為酯，

故應(yīng)為；由圖可知，分子中存在兩組峰，且峰比值約為3∶2，分子中的10個(gè)H

原子，分成兩組，分別為6個(gè)H和4個(gè)H。6個(gè)H可能是2個(gè)甲基，4個(gè)H可能是2個(gè)亞甲基，3個(gè)O原子應(yīng)有對稱性，由此可以寫出DEC的結(jié)構(gòu)簡式為

。

答案(1)①正②N2H4＋4OH－4e===N2↑＋4H2O(2)②③①④

(3)2Cr2O2H2O===4Cr(OH)3↓＋3N2↑＋5H2O7＋4H＋3N2H4·

－

＋

－

－

(或2Cr2O27＋4H＋3N2H4===4Cr(OH)3↓＋3N2↑＋2H2O)

－

＋

高溫

(4)①7N2H4(g)=====8NH3(g)＋3N2(g)＋2H2(g)②0.0125mol·L1·min1

－

－

(5)

2．近幾年來關(guān)于氮污染的治理倍受關(guān)注。

(1)三效催化劑是最為常見的汽車尾氣催化劑，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)汽車尾氣中的CO、CxHy、NOx三種成分的凈化，其催化劑表面物質(zhì)轉(zhuǎn)化的關(guān)系如圖甲所示，化合物X可借助傅里葉紅外光譜圖(如圖乙所示)確定。

①在圖示的轉(zhuǎn)化中，被還原的元素是________，X的化學(xué)式為________。

②SCR技術(shù)可使NOx與NH3直接反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)無害轉(zhuǎn)化。當(dāng)NO與NO2的物質(zhì)的量之比為4∶1時(shí)，寫出發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________________________。(2)參與過量次氯酸鈉可使廢水中NH4完全轉(zhuǎn)化為N2，而本身被還原為NaCl。①寫出上述反應(yīng)的離子方程式：_____________________________________________。②若處理廢水產(chǎn)生了0.448LN2(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)，則需消耗濃度為0.5mol·L液的體積為________mL。

(3)某工業(yè)廢水中含有毒性較大的CN，可用電解法將其轉(zhuǎn)變?yōu)镹2，裝置如右圖所示。氣體甲是________(寫化學(xué)式)，電解池中生成N2的電極反應(yīng)式為_______________________________。解析(1)①根據(jù)箭頭所示，氮元素和氧元素化合價(jià)降低，被還原；

化合物X可借助傅里葉紅外光譜圖確定，說明X中存在NO3，再根據(jù)圖甲可知，X中存在Ba2。②NOx與NH3直接反應(yīng)生成N2和H2O，根據(jù)電子得失守恒和原子個(gè)數(shù)守恒寫出

＋

－

－

－1

＋

的次氯酸鈉溶

化學(xué)方程式。(2)①ClO與NH4反應(yīng)生成N2和Cl，根據(jù)電子得失守恒和電荷守恒寫出離

－＋－

0.448L－

子方程式。②由離子方程式可得出關(guān)系式3ClO～N2，n(N2)＝－＝0.02mol，

22.4L·mol10.06mol－－－

則n(ClO)＝0.06mol，V(ClO)＝－1＝0.12L＝120mL。(3)左端為CN―→N2，

0.5mol·L氮元素被氧化，則左端為陽極，電極反應(yīng)式為2CN＋12OH－10e===2CO23＋N2↑＋

－

－

－

－

6H2O；右端為陰極，陰極為溶液中的陽離子發(fā)生放電，則氣體甲為氫氣。答案(1)①N、OBa(NO3)2②8NH3＋8NO＋2NO2===9N2＋12H2O

(2)①2NH4＋3ClO===N2↑＋3Cl＋2H＋3H2O②120

(3)H22CN＋12OH－10e===2CO23＋N2↑＋6H2O

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＋

－

－

＋

3．一氧化碳被廣泛應(yīng)用于冶金工業(yè)和電子工業(yè)。

(1)高爐煉鐵是最為普遍的煉鐵方法，相關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：①4CO(g)＋Fe3O4(s)===4CO2(g)＋3Fe(s)ΔH＝akJ·mol②CO(g)＋3Fe2O3(s)===CO2(g)＋2Fe3O4(s)ΔH＝bkJ·mol1

－－

反應(yīng)3CO(g)＋Fe2O3(s)===3CO2(g)＋2Fe(s)的ΔH＝________kJ·mol1(用含a、b的代數(shù)式

－

表示)。

(2)電子工業(yè)中使用的一氧化碳常以甲醇為原料通過脫氫、分解兩步反應(yīng)得到。第一步：2CH3OH(g)其次步：HCOOCH3(g)

HCOOCH3(g)＋2H2(g)ΔH>0CH3OH(g)＋CO(g)ΔH>0

①第一步反應(yīng)的機(jī)理可以用圖1表示，中間產(chǎn)物X的結(jié)構(gòu)簡式為________。

圖1

②在工業(yè)生產(chǎn)中，為提高CO的產(chǎn)率可采取的合理措施有

________________________________________________________________________。(3)為進(jìn)行相關(guān)研究，用CO還原高鋁鐵礦石，反應(yīng)后固體物質(zhì)的X－射線衍射譜圖如圖2所示(X－射線衍射可用于判斷某晶態(tài)物質(zhì)是否存在，不同晶態(tài)物質(zhì)出現(xiàn)衍射峰的衍射角不同)。反應(yīng)后混合物中的一種產(chǎn)物能與鹽酸反應(yīng)生產(chǎn)兩種鹽，該反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________。

圖2圖3

(4)某催化劑樣品(含Ni2O340%，其余為SiO2)通過還原、提純兩步獲得鎳單質(zhì)：首先用CO將33.2g樣品在加熱條件下還原為粗鎳；然后在常溫下使粗鎳中的Ni與CO結(jié)合成Ni(CO)4(沸點(diǎn)43℃)，并在180℃時(shí)使Ni(CO)4重新分解產(chǎn)生鎳單質(zhì)。上述兩步中消耗CO的物質(zhì)的量之比為________。

(5)為安全起見，工業(yè)生產(chǎn)中需對空氣中的CO進(jìn)行監(jiān)測。

①粉紅色的PdCl2溶液可以檢驗(yàn)空氣中少量的CO。若空氣中含CO，則溶液中會(huì)產(chǎn)生黑色的Pd沉淀。每生成5.3gPd沉淀，反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為________。

②使用電化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器定量檢測空氣中CO含量，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。這種傳感器利用原電池原理，則該電池的負(fù)極反應(yīng)式為______________________________。解析(1)由目標(biāo)反應(yīng)中沒有Fe3O4，故根據(jù)蓋斯定律可知，(①×2＋②)/3即得目標(biāo)反應(yīng)，故ΔH＝(2a＋b)/3kJ·mol1。(2)①由圖示的過程可以看出，先是甲醇分解生成了H2和X，

－

然后X與甲醇反應(yīng)生成了H2和HCOOCH3，由此可以根據(jù)原子守恒得到中間產(chǎn)物X為甲醛，即HCHO。②由甲醇為反應(yīng)原料生成CO的兩步反應(yīng)都是氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，同時(shí)又都是吸熱反應(yīng)，所以為了提高CO的產(chǎn)率應(yīng)使反應(yīng)向右進(jìn)行，應(yīng)采用的方法是升高溫度，降低壓強(qiáng)。(3)由衍射圖可以看出生成的產(chǎn)物比較多，但是其中能與鹽酸反應(yīng)生成兩種鹽的只能是FeAl2O4。(4)由題目描述，首先是由CO還原三氧化二鎳生成了粗鎳，其△

反應(yīng)化學(xué)方程式式為Ni2O3＋3CO=====2Ni＋3CO2，然后再使Ni與CO反應(yīng)生成Ni(CO)4，反應(yīng)化學(xué)方程式為Ni＋4CO===Ni(CO