專題9原理綜合透題型析

2019專題9原理綜合題型透析09知識(shí)整合目錄考能探究對(duì)點(diǎn)集訓(xùn)一、原理綜合題型的命題特點(diǎn)原理綜合題著重考查考生接受、吸收、整合信息的能力,利用化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。命題時(shí)以平衡知識(shí)為核心,以“拼盤(pán)”的形式綜合考查反應(yīng)熱(蓋斯定律的應(yīng)用、利用鍵能計(jì)算反應(yīng)熱和熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)等)、電化學(xué)(原電池、電解池的工作原理分析,電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě))、電解質(zhì)溶液(電離常數(shù)或溶度積常數(shù)的計(jì)算)、離子反應(yīng)及氧化還原反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)等。原理綜合題特別注重對(duì)考生圖表分析能力的考查,見(jiàn)下表:考題2017年Ⅱ卷Ⅲ卷圖表考題2018年Ⅰ卷Ⅱ卷Ⅲ卷圖表

二、原理綜合題型的解題方法及思路該類試題考查的是高中化學(xué)主干知識(shí),試題難度一般較大,特別是原理綜合題型,將多個(gè)知識(shí)點(diǎn)組合在一起,客觀上增加了思維容量。解題時(shí)要采用逐個(gè)分析、各個(gè)擊破的方法,認(rèn)真分析每個(gè)小題考查的知識(shí)點(diǎn),迅速轉(zhuǎn)變思路,防止在一個(gè)知識(shí)點(diǎn)、一個(gè)思路上“走到底”。平常訓(xùn)練應(yīng)注重計(jì)算能力(重點(diǎn)訓(xùn)練平衡常數(shù)以及轉(zhuǎn)化率的計(jì)算)、語(yǔ)言表述能力(利用平衡原理解釋實(shí)際問(wèn)題)的培養(yǎng),提高解讀圖像的能力,掌握解題技巧。電化學(xué)應(yīng)重點(diǎn)掌握電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)技巧以及有關(guān)電池參數(shù)方面的計(jì)算,應(yīng)用蓋斯定律解題時(shí)要先確定熱化學(xué)方程式的組合關(guān)系,再確定ΔH間的計(jì)算關(guān)系。三、相關(guān)知識(shí)儲(chǔ)備1.化學(xué)反應(yīng)速率題中應(yīng)注意的問(wèn)題(1)對(duì)于可逆反應(yīng),溫度變化對(duì)正、逆反應(yīng)速率均產(chǎn)生影響且影響趨勢(shì)相同,但影響值不同。升溫對(duì)吸熱反應(yīng)影響較大,對(duì)放熱反應(yīng)影響較小;反之,降溫對(duì)吸熱反應(yīng)影響較小,對(duì)放熱反應(yīng)影響較大。(2)計(jì)算化學(xué)反應(yīng)速率時(shí),要特別注意時(shí)間、體積和濃度等單位的換算。2.蓋斯定律的應(yīng)用技巧蓋斯定律的應(yīng)用主要是利用給定的熱化學(xué)方程式求某熱化學(xué)方程式的反應(yīng)熱,技巧如下:(1)確定要消掉的物質(zhì):凡是待求的熱化學(xué)方程式中沒(méi)有而給定的熱化學(xué)方程式中有的物質(zhì),都屬于要消掉的物質(zhì)。消物質(zhì)時(shí)根據(jù)“同側(cè)相減,異側(cè)相加”的原則,從而快速確定給定的熱化學(xué)方程式的反應(yīng)熱是用加法還是用減法。(2)調(diào)整化學(xué)計(jì)量數(shù):如果要消掉的物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)不同,則要調(diào)整熱化學(xué)方程式的化學(xué)計(jì)量數(shù),使要消掉的物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)相等(其余物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)也作同倍數(shù)的變化),從而可快速確定給定熱化學(xué)方程式的反應(yīng)熱需要乘的倍數(shù)。(3)注意檢查核對(duì):得到反應(yīng)熱的計(jì)算式后,一定要核對(duì)一下求得的反應(yīng)熱是不是與所求熱化學(xué)方程式的化學(xué)計(jì)量數(shù)相對(duì)應(yīng)。3.平衡計(jì)算的應(yīng)用技巧(1)平衡常數(shù)的應(yīng)用:反應(yīng)的化學(xué)方程式確定后,該反應(yīng)的平衡常數(shù)只與溫度有關(guān);溫度不變,該反應(yīng)的平衡常數(shù)就不變,所以利用平衡常數(shù)?？梢蕴幚矶啻瓮读蠁?wèn)題。(2)常用的計(jì)算思路:涉及平衡的計(jì)算常利用“三段式”法,要注意幾個(gè)關(guān)系的應(yīng)用,反應(yīng)物的c(平)=c(初)-c(轉(zhuǎn)),生成物的c(平)=c(初)+c(轉(zhuǎn)),反應(yīng)物的c(初)×α=反應(yīng)物的c(轉(zhuǎn)),不同物質(zhì)的c(轉(zhuǎn))之比等于它們對(duì)應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。4.原電池電極反應(yīng)式的直接書(shū)寫(xiě)技巧原電池的電極反應(yīng)式的本質(zhì)是一個(gè)氧化還原反應(yīng)的某個(gè)半反應(yīng),即氧化反應(yīng)(在原電池的負(fù)極上發(fā)生)或還原反應(yīng)(在原電池的正極上發(fā)生)。因此在書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式時(shí),首先找到兩對(duì)物質(zhì),氧化劑+ne-還原產(chǎn)物、還原劑-ne-氧化產(chǎn)物,然后結(jié)合電解質(zhì)溶液中存在的微粒、電極反應(yīng)式兩邊電荷守恒以及原子守恒,確定應(yīng)該添加的其他物質(zhì),最后再配平。如寫(xiě)出“Pb-PbO2-稀H2SO4”構(gòu)成的原電池負(fù)極和正極的電極反應(yīng)式。負(fù)極Pb失去電子變?yōu)镻b2+,而Pb2+能結(jié)合電解質(zhì)溶液中的SO42-生成難溶物PbSO4,因此依據(jù)離子方程式的保留原則,得到負(fù)極反應(yīng)式:Pb+SO42--2e-PbSO4;正極PbO2得電子生成Pb2+,Pb2+能與電解質(zhì)溶液中的SO42-結(jié)合生成難溶物PbSO4,化合價(jià)不變的氧離子與氫離子結(jié)合生成水,結(jié)合離子方程式的書(shū)寫(xiě)原則,得到正極反應(yīng)式:PbO2+SO42-+4H++2ePbSO4+2H2O(注意PbO2不溶于水,書(shū)寫(xiě)離子方程式時(shí)不能拆)。5.電離平衡、水解平衡和溶解平衡題中應(yīng)注意的問(wèn)題(1)書(shū)寫(xiě)電離平衡、水解平衡、溶解平衡方程式時(shí)要用可逆符號(hào)連接。(2)分析離子的存在形式時(shí)要考慮弱酸、弱堿的電離和離子能否發(fā)生水解。(3)分析離子濃度大小時(shí)要考慮酸、堿、鹽對(duì)水電離的影響。(4)利用溶度積常數(shù)分析沉淀是否能完成轉(zhuǎn)化時(shí),要考慮溶解平衡式中陰陽(yáng)離子系數(shù)與溶度積常數(shù)的關(guān)系,溶度積大的其溶解度不一定大。6.分析圖像與作圖時(shí)的解題步驟考向1平衡與反應(yīng)熱結(jié)合此類試題主要考查速率、平衡和反應(yīng)熱的知識(shí),反應(yīng)熱知識(shí)考查的方式有以下幾種:①給出兩個(gè)或兩個(gè)以上熱化學(xué)方程式,計(jì)算另一個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)熱或書(shū)寫(xiě)其熱化學(xué)方程式;②給出幾種物質(zhì)的燃燒熱,書(shū)寫(xiě)某反應(yīng)的熱化學(xué)方程式或計(jì)算某反應(yīng)的反應(yīng)熱;③分析圖像計(jì)算反應(yīng)熱或書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式;④根據(jù)鍵能結(jié)合蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱或書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式。典型例題

解析該催化重整反應(yīng)的ΔH=

kJ·mol-1。有利于提高CH4平衡轉(zhuǎn)化率的條件是

(填標(biāo)號(hào))。

A.高溫低壓B.低溫高壓C.高溫高壓 D.低溫低壓某溫度下,在體積為2L的容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化劑進(jìn)行重整反應(yīng),達(dá)到平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率是50%,其平衡常數(shù)為

mol2·L-2。

+247A1/3(2)反應(yīng)中催化劑活性會(huì)因積碳反應(yīng)而降低,同時(shí)存在的消碳反應(yīng)則使積碳量減少。相關(guān)數(shù)據(jù)如下表:

積碳反應(yīng)CH4(g)C(s)+2H2(g)消碳反應(yīng)CO2(g)+C(s)2CO(g)ΔH/(kJ·mol-1)75172活化能/(kJ·mol-1)催化劑X3391催化劑Y4372①由上表判斷,催化劑X

Y(填“優(yōu)于”或“劣于”),理由是

。

在反應(yīng)進(jìn)料氣組成、壓強(qiáng)及反應(yīng)時(shí)間相同的情況下,某催化劑表面的積碳量隨溫度的變化關(guān)系如下圖所示。升高溫度時(shí),下列關(guān)于積碳反應(yīng)、消碳反應(yīng)的平衡常數(shù)(K)和速率(v)的敘述正確的是(填標(biāo)號(hào))。

A.K積、K消均增加B.v積減小、v消增加C.K積減小、K消增加D.v消增加的倍數(shù)比v積增加的倍數(shù)大解析劣于相對(duì)于催化劑X,催化劑Y對(duì)應(yīng)積碳反應(yīng)的活化能大,積碳反應(yīng)的速率小,而消碳反應(yīng)活化能相對(duì)較小,消碳反應(yīng)速率大AD②在一定溫度下,測(cè)得某催化劑上沉積碳的生成速率方程為v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5(k為速率常數(shù))。在p(CH4)一定時(shí),不同p(CO2)下積碳量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)如下圖所示,則pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)從大到小的順序?yàn)?/p>

。解析pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)【解析】(1)根據(jù)蓋斯定律計(jì)算,催化重整反應(yīng)的ΔH=-111kJ·mol-1×2-(-394kJ·mol-1)-(-75kJ·mol-1)=+247kJ·mol-1;催化重整反應(yīng)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng),故升高溫度能使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),甲烷的轉(zhuǎn)化率增大;又因?yàn)榇呋卣磻?yīng)的正反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng),故減小壓強(qiáng),能使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),甲烷的轉(zhuǎn)化率增大,所以A項(xiàng)正確。已知反應(yīng):

CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)起始:

2mol

1mol

0

0轉(zhuǎn)化:0.5mol

0.5mol

1mol

1mol平衡:1.5mol

0.5mol

1mol

1mol由于容器體積為2L,則平衡常數(shù)

(2)①由題中表格數(shù)據(jù)可知,相對(duì)于催化劑X,催化劑Y對(duì)應(yīng)的積碳反應(yīng)的活化能大,積碳反應(yīng)的速率小,而消碳反應(yīng)的活化能相對(duì)較小,消碳反應(yīng)速率大,所以催化劑Y優(yōu)于催化劑X;因?yàn)榉e碳反應(yīng)和消碳反應(yīng)的反應(yīng)熱均大于0,正反應(yīng)均為吸熱反應(yīng),所以升高溫度,積碳反應(yīng)和消碳反應(yīng)的平衡常數(shù)均增大;由圖可知,當(dāng)積碳反應(yīng)和消碳反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后,升高溫度,積碳量減小,所以升高溫度時(shí),消碳反應(yīng)速率增大的倍數(shù)大于積碳反應(yīng)速率增大的倍數(shù),故A、D兩項(xiàng)正確。②催化劑上積碳反應(yīng)的速率方程為v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5,CO2的壓強(qiáng)越大,積碳反應(yīng)的速率越小,則積碳量越小,由圖中積碳量曲線可知:pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2)。突破訓(xùn)練1.(2018年安徽合肥高三檢測(cè))H2S在重金屬離子處理、煤化工等領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。Ⅰ.H2S是煤化工原料氣脫硫過(guò)程的重要中間體,反應(yīng)原理如下:ⅰ.COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g)ΔH=+7kJ·mol-1ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH=-42kJ·mol-1已知斷裂1mol氣態(tài)分子中的化學(xué)鍵所需能量如下表所示:分子COS(g)H2(g)CO(g)H2S(g)能量(kJ)1310442x669(1)表中x=

。

(2)T℃時(shí),向容積為VL的恒容密閉容器中充入1molCOS(g)、1molH2(g)和1molH2O(g),發(fā)生上述兩個(gè)反應(yīng)。①在T℃時(shí)測(cè)得平衡體系中COS為0.80mol,H2為0.85mol,則T℃時(shí)反應(yīng)ⅰ的平衡常數(shù)K=

(保留2位有效數(shù)字)。

②上述反應(yīng)達(dá)到平衡后,若向其中再充入1molCOS(g)、1molH2(g)和1molH2O(g),則再次達(dá)到平衡后H2的體積分?jǐn)?shù)

(填“增大”“減小”或“不變”,下同);若升高溫度,則CO的平衡體積分?jǐn)?shù)

,其理由是

。10760.044不變?cè)龃蠓磻?yīng)ⅰ為吸熱反應(yīng),升高溫度,平衡正向移動(dòng),CO的平衡體積分?jǐn)?shù)增大;反應(yīng)ⅱ為放熱反應(yīng),升高溫度,平衡逆向移動(dòng),CO的平衡體積分?jǐn)?shù)也增大解析Ⅱ.H2S在高溫下分解制取H2,同時(shí)生成硫蒸氣。(3)向容積為2L的密閉容器中加入0.2molH2S,反應(yīng)在不同溫度(900~1500℃)下達(dá)到平衡時(shí),混合氣體中各組分的體積分?jǐn)?shù)如圖所示,則在此溫度區(qū)間內(nèi),H2S分解反應(yīng)的主要化學(xué)方程式為

;在1300℃時(shí),反應(yīng)經(jīng)2min達(dá)到平衡,則0~2min內(nèi)H2S的平均反應(yīng)速率v(H2S)=

。

2H2S2H2+S20.02mol·L-1·min-1解析Ⅲ.H2S用作重金屬離子的沉淀劑。(4)25℃時(shí),向濃度均為0.001mol·L-1的Sn2+和Ag+混合溶液中通入H2S,當(dāng)Sn2+開(kāi)始沉淀時(shí),溶液中c(Ag+)=

。[已知:25℃時(shí),Ksp(SnS)=1.0×10-25,Ksp(Ag2S)=1.6×10-49]

4.0×10-14mol·L-1解析

1.運(yùn)用蓋斯定律時(shí)需要注意熱化學(xué)方程式在加減或調(diào)整倍數(shù)的同時(shí),ΔH也要相應(yīng)地加減或調(diào)整倍數(shù),同時(shí)需要注意ΔH的符號(hào)。2.在用鍵能求算反應(yīng)熱時(shí)需要注意是用反應(yīng)物總鍵能減去生成物總鍵能,并且要正確判斷每摩爾物質(zhì)中所含化學(xué)鍵的物質(zhì)的量。點(diǎn)石成金此類試題考查的知識(shí)點(diǎn)是平衡與電化學(xué)知識(shí)的綜合,重點(diǎn)考查原電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)、電解池中離子移動(dòng)方向的判斷等?？枷?平衡與電化學(xué)結(jié)合

典型例題10

解析(2)CO2與CH4經(jīng)催化重整,制得合成氣:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)①已知上述反應(yīng)中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下:化學(xué)鍵鍵能/kJ·mol-14137454361075則該反應(yīng)的ΔH=

。分別在VL恒溫密閉容器A(恒容)、B(恒壓,容積可變)中,加入CH4和CO2各1mol的混合氣體。兩容器中反應(yīng)達(dá)平衡后放出或吸收的熱量較多的是

(填“A”或“B”)。+120kJ·mol-1B解析②按一定體積比加入CH4和CO2,在恒壓下發(fā)生反應(yīng),溫度對(duì)CO和H2產(chǎn)率的影響如圖3所示。此反應(yīng)優(yōu)選溫度為900℃的原因是

。

900℃時(shí),合成氣產(chǎn)率已經(jīng)較高,再升高溫度產(chǎn)率增幅不大,但能耗升高,經(jīng)濟(jì)效益降低解析圖3圖4

Al-3e-Al3+(或2Al-6e-2Al3+)催化劑2Al+6CO2Al2(C2O4)3解析

(2)①化學(xué)反應(yīng)的焓變應(yīng)該等于反應(yīng)物鍵能之和減去生成物的鍵能之和,所以焓變?yōu)?4×413+2×745)kJ·mol-1-(2×1075+2×436)kJ·mol-1=+120kJ·mol-1。初始時(shí)容器A、B的壓強(qiáng)相等,A容器恒容,隨著反應(yīng)的進(jìn)行壓強(qiáng)逐漸增大(氣體物質(zhì)的量增加),B容器恒壓,壓強(qiáng)不變,所以達(dá)平衡時(shí)壓強(qiáng)一定是A中大,B中小,此反應(yīng)壓強(qiáng)減小平衡正向移動(dòng)且正反應(yīng)為吸熱反應(yīng),所以B容器更有利于反應(yīng)正向進(jìn)行,吸收的熱量更多。②根據(jù)圖3可知,溫度再升高,反應(yīng)產(chǎn)率的增大并不明顯,而生產(chǎn)中的能耗和成本明顯增大,經(jīng)濟(jì)效益會(huì)下降,所以選擇900℃為反應(yīng)最佳溫度。(3)電池的負(fù)極為Al,Al失電子,該電解質(zhì)為氯化鋁離子液體,所以Al失電子應(yīng)轉(zhuǎn)化為Al3+,電極反應(yīng)式為Al-3e-Al3+(或2Al-6e-2Al3+)。根據(jù)電池的正極反應(yīng),氧氣在反應(yīng)前后沒(méi)有變化,故為催化劑。將兩極的電極反應(yīng)式加和得到總反應(yīng)為2Al+6CO2Al2(C2O4)3。突破訓(xùn)練2.(2018年吉林吉大附中高三四模)《2018年國(guó)務(wù)院政府工作報(bào)告》中指出“今年二氧化硫、氮氧化物排放量要下降3%”。因此,研究煙氣的脫硝(除NOx)、脫硫(除SO2)技術(shù)有著積極的環(huán)保意義。(1)汽車(chē)的排氣管上安裝“催化轉(zhuǎn)化器”,其反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)

ΔH=-746.50kJ·mol-1。T℃時(shí),將等物質(zhì)的量的NO和CO充入容積為2L的密閉容器中,若溫度和體積不變,反應(yīng)過(guò)程中(0~15min)NO的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如圖所示:①圖中a、b分別表示在相同溫度下,使用質(zhì)量相同但表面積不同的催化劑時(shí),達(dá)到平衡過(guò)程中n(NO)的變化曲線,其中表示催化劑表面積較大的曲線是

(填“a”或“b”)。

②T℃時(shí),該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=

;平衡時(shí)若保持溫度不變,再向容器中充入CO、CO2各0.2mol,則平衡將

(填“向左”“向右”或“不”)移動(dòng)。

③15min時(shí),若改變外界反應(yīng)條件,導(dǎo)致n(NO)發(fā)生圖中所示變化,則改變的條件可能是

(任答一條即可)。

解析b5不增加CO的濃度(或減少生成物濃度或降溫等)(2)在催化劑作用下,用還原劑[如肼(N2H4)]選擇性地與NOx反應(yīng)生成N2和H2O。已知200℃時(shí):Ⅰ.3N2H4(g)N2(g)+4NH3(g)N2(g)+4NH3(g)ΔH1=-32.9kJ·mol-1;Ⅱ.N2H4(g)+H2(g)2NH3(g)ΔH2=-41.8kJ·mol-1。①寫(xiě)出肼的電子式:

。

②200℃時(shí),肼分解成氮?dú)夂蜌錃獾臒峄瘜W(xué)方程式為

。解析N2H4(g)N2(g)+2H2(g)

ΔH=+50.7kJ·mol-1③目前,科學(xué)家正在研究一種以乙烯作還原劑的脫硝原理,其脫硝率與溫度、負(fù)載率(分子篩中催化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù))的關(guān)系如圖所示:為達(dá)到最佳脫硝效果,應(yīng)采取的條件是

。解析350℃左右、負(fù)載率3.0%(3)在天然氣脫硫研究方面我國(guó)科學(xué)家取得了新進(jìn)展,利用如圖所示裝置可發(fā)生反應(yīng):H2S+O2H2O2+S↓。已知甲池中發(fā)生的反應(yīng)如下:AQH2AQ①裝置中H+從

(填“甲池”或“乙池”,下同)移向

。

②乙池溶液中發(fā)生的反應(yīng)為

。解析乙池甲池

1.在書(shū)寫(xiě)原電池電極反應(yīng)式時(shí)要注意溶液的酸堿性,適當(dāng)?shù)卦陔姌O反應(yīng)式兩邊添加H+、OH-、H2O等,以遵循電荷守恒和質(zhì)量守恒。2.在書(shū)寫(xiě)電解池的電極反應(yīng)式時(shí),如果氫離子或氫氧根離子來(lái)自水,則電極反應(yīng)式中要寫(xiě)水。3.在進(jìn)行電化學(xué)計(jì)算時(shí)關(guān)鍵是抓得失電子守恒。點(diǎn)石成金平衡與電解質(zhì)溶液的結(jié)合考向3對(duì)電解質(zhì)溶液的考查主要集中在溶度積常數(shù)的計(jì)算、電離平衡常數(shù)的計(jì)算、鹽類水解平衡的應(yīng)用等