高考化学考前三月冲刺高考13题第28题化学基本理论综合题.docx
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高考化学考前三月冲刺高考13题第28题化学基本理论综合题
第28题 化学基本理论综合题
答案
(1)2ΔH2-ΔH1 K
/K1
(2)4NA或4×6.02×1023 (3)①0.042mol·L-1·min-1 0.56(或
) ②b (4)O2+2H2O+4e-===4OH-
(5)c(Na+)>c(HCO
)>c(CO
)>c(OH-)>c(H+)
[思维建模]
解答化学基本理论综合题的一般步骤
步骤1:
浏览全题,明题已知和所求,挖掘解题切入点。
步骤2:
(1)对于化学反应速率和化学平衡图像类试题:
明确纵横坐标的含义→理解起点、终点、拐点的意义→分析曲线的变化趋势。
(2)对于图表数据类试题:
分析数据→研究数据间的内在联系→找出数据的变化规律→挖掘数据的隐含意义。
(3)对于电化学类试题:
判断是原电池还是电解池→分析电极类别,书写电极反应式→按电极反应式进行相关计算。
(4)对于电解质溶液类试题:
明确溶液中的物质类型及其可能存在的平衡类型,然后进行解答。
步骤3:
针对题目中所设计的问题,联系相关理论逐个进行作答。
[挑战满分
(一)](限时25分钟)
1.氢气是一种清洁能源,氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。
已知:
①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
ΔH=+206.2kJ·mol-1
②CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)
ΔH=+247.4kJ·mol-1
③2H2S(g)2H2(g)+S2(g)
ΔH=+169.8kJ·mol-1
(1)以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。
CH4(g)与H2O(g)反应生成CO2(g)和H2(g)的热化学方程式为_____________________________________________________。
(2)在密闭容器中充入一定量H2S,发生反应③。
下图为H2S气体的平衡转化率与温度、压强的关系。
①图中压强(p1、p2、p3)的大小顺序为_______________________________________________,
理由是________________________________________________________________________。
②该反应平衡常数大小:
K(T1)________K(T2)(填“>”、“<”或“=”),理由是
________________________________________________________________________。
③如果要进一步提高H2S的平衡转化率,除改变温度、压强外,还可以采取的措施有________________________________________________________________________。
(3)燃料电池能大幅度提高能量转化率。
相同条件下,甲烷、氢气燃料电池的能量密度之比为________(单位质量的可燃物输出的电能叫能量密度,能量密度之比等于单位质量的可燃物转移电子数之比)。
(4)硫化氢是剧毒气体,尾气中硫化氢有多种处理方法:
①碱溶液吸收。
用150mL2.0mol·L-1NaOH溶液吸收4480mL(标准状况)H2S得到吸收液X(显碱性)。
X溶液中粒子浓度大小关系正确的是________(填字母)。
A.c(Na+)>c(S2-)>c(HS-)>c(OH-)>c(H+)
B.c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HS-)+2c(S2-)
C.c(Na+)=c(H2S)+c(HS-)+c(S2-)
D.2c(OH-)+c(S2-)=2c(H+)+c(HS-)+3c(H2S)
②硫酸铜溶液吸收。
200mL0.05mol·L-1CuSO4溶液吸收H2S恰好使反应溶液中Cu2+和S2-浓度相等。
已知常温下,Ksp(CuS)≈1.0×10-36。
上述吸收H2S后的溶液中c(Cu2+)为________。
2.(2014·北京理综,26)NH3经一系列反应可以得到HNO3和NH4NO3,如下图所示。
(1)Ⅰ中,NH3和O2在催化剂作用下反应,其化学方程式是_____________________________。
(2)Ⅱ中,2NO(g)+O2(g)2NO2(g)。
在其他条件相同时,分别测得NO的平衡转化率在不同压强(p1、p2)下随温度变化的曲线(如图)。
①比较p1、p2的大小关系:
________。
②随温度升高,该反应平衡常数变化的趋势是_______________________________________。
(3)Ⅲ中,降低温度,将NO2(g)转化为N2O4(l),再制备浓硝酸。
①已知:
2NO2(g)N2O4(g) ΔH1
2NO2(g)N2O4(l) ΔH2
下列能量变化示意图中,正确的是(选填字母)______。
②N2O4与O2、H2O化合的化学方程式是______________________________________。
(4)Ⅳ中,电解NO制备NH4NO3,其工作原理如图所示,为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充物质A,A是________,说明理由:
____________________________________________。
3.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的三种方法:
方法Ⅰ
用炭粉在高温条件下还原CuO
方法Ⅱ
电解法,反应为2Cu+H2O
Cu2O+H2↑
方法Ⅲ
用肼(N2H4)还原新制Cu(OH)2
(1)工业上常用方法Ⅱ和方法Ⅲ制取Cu2O而很少用方法Ⅰ,其原因是反应条件不易控制,若控温不当易生成________而使Cu2O产率降低。
(2)已知:
2Cu(s)+
O2(g)===Cu2O(s) ΔH=-akJ·mol-1
C(s)+
O2(g)===CO(g) ΔH=-bkJ·mol-1
Cu(s)+
O2(g)===CuO(s) ΔH=-ckJ·mol-1
则方法Ⅰ发生反应的热化学方程式为2CuO(s)+C(s)===Cu2O(s)+CO(g) ΔH=________kJ·mol-1。
(3)方法Ⅱ采用离子交换膜控制电解液中OH-的浓度而制备纳米Cu2O,装置如图所示,该电池的阳极生成Cu2O的反应式为__________________________________________________。
(4)方法Ⅲ为加热条件下用液态肼(N2H4)还原新制Cu(OH)2来制备纳米级Cu2O,同时放出N2。
该制法的化学方程式为________________________________________________________。
(5)在相同的密闭容器中,用以上两种方法制得的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(mol·L-1)随时间t(min)变化如下表所示。
序号
温度
0min
10min
20min
30min
40min
50min
①
T1
0.050
0.0492
0.0486
0.0482
0.0480
0.0480
②
T1
0.050
0.0488
0.0484
0.0480
0.0480
0.0480
③
T2
0.10
0.094
0.090
0.090
0.090
0.090
下列叙述正确的是________(填字母代号)。
A.实验的温度:
T2 B.实验①前20min的平均反应速率v(O2)=7×10-5mol·L-1·min-1 C.实验②比实验①所用的催化剂催化效率高 [挑战满分 (二)](限时35分钟) 1.氮氧化物是造成酸雨、光化学烟雾、雾霾等环境污染的罪魁祸首,采用合适的措施消除其污染是保护环境的重要举措。 (1)研究发现利用NH3可消除硝酸工业尾气中的NO污染。 NH3与NO的物质的量之比分别为1∶3、3∶1、4∶1时,NO脱除率随温度变化的曲线如图1所示: ①用化学反应方程式表示利用NH3消除NO污染的反应原理: ________________________ (不用注明反应条件)。 ②曲线b对应NH3与NO的物质的量之比是________________。 ③曲线a中,NO的起始浓度为6.0×10-4mg·m-3,从A点到B点经过0.8s,该时间段内NO的脱除速率为________mg·m-3·s-1。 (2)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池而消除NO2污染,其原理如图2所示。 该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y,Y可用于生产硝酸。 ①该电池工作时,电子从石墨________电极流向石墨________电极。 (填写“Ⅰ”或“Ⅱ”) ②石墨Ⅰ电极的电极反应式为____________________________________________________。 ③用Y生产硝酸的化学反应方程式为_______________________________________________。 (3)含氮化合物在工业上具有重要用途,如三氯化氮(该分子中N元素显负价)常用作漂白剂,工业上用过量氨与氯气反应制备三氯化氮。 ①写出三氯化氮的电子式: ______________。 ②工业上制备三氯化氮的化学反应方程式为_________________________________________,该反应另一产物的溶液中离子浓度大小关系为_______________________________________。 ③加热条件下,三氯化氮与NaClO2溶液反应可制备二氧化氯气体,同时生成NH3和只含有一种钠盐和强碱的溶液,该反应的离子方程式为______________________________________,若制备6.75kg二氧化氯,则消耗还原剂的物质的量为________mol。 2.一定条件下,通过下列反应可实现燃煤烟气中硫的回收: 2CO(g)+SO2(g) 2CO2(g)+S(l) ΔH (1)已知: 2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH1=-566kJ·mol-1 S(l)+O2(g)===SO2(g) ΔH2=-296kJ·mol-1 则反应热ΔH=________kJ·mol-1。 (2)其他条件相同、催化剂不同时,SO2的转化率随反应温度的变化如图a所示。 260℃时________(填“Fe2O3”、“NiO”或“Cr2O3”)作催化剂反应速率最快。 Fe2O3和NiO作催化剂均能使SO2的转化率达到最高,不考虑价格因素,选择Fe2O3的主要优点是 ________________________________________________________________________。 (3)科研小组在380℃、Fe2O3作催化剂时,研究了不同投料比[n(CO)∶n(SO2)]对SO2转化率的影响,结果如图b所示。 请在图b中画出n(CO)∶n(SO2)=2∶1时,SO2的转化率的预期变化曲线。 (4)工业上还可用Na2SO3溶液吸收烟气中的SO2: Na2SO3+SO2+H2O===2NaHSO3。 某温度下用1.0mol·L-1Na2SO3溶液吸收纯净的SO2,当溶液中c(SO )降至0.2mol·L-1时,吸收能力显著下降,应更换吸收剂。 ①此时溶液中c(HSO )约为________mol·L-1。 ②此时溶液pH=________。 (已知该温度下SO +H+HSO 的平衡常数K=8.0×106,计算时SO2、H2SO3的浓度忽略不计) 3.党的十八大报告中首次提出“美丽中国”的宏伟目标。 节能减排是中国转型发展的必经之路,工业生产中联合生产是实现节能减排的重要措施,下图是几种工业生产的联合生产工艺: 请回答下列问题: (1)装置甲为电解池,根据图示转化关系可知: A为________(填化学式),阴极反应式为________________________________________________________________________。 (2)装置丙的反应物为Ti,而装置戊的生成物为Ti,这两个装置在该联合生产中并不矛盾,原因是__________________________________。 装置戊进行反应时需要的环境为________(填字母序号)。 A.HCl气体氛围中B.空气氛围中 C.氩气氛围中D.水中 (3)装置乙中发生的是工业合成甲醇的反应: CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。 ①该反应在不同温度下的化学平衡常数(K)如下表: 温度/℃ 250 350 K 2.041 x 符合表中的平衡常数x的数值是________(填字母序号)。 A.0B.0.012C.32.081D.100 ②若装置乙为容积固定的密闭容器,不同时间段各物质的浓度如下表: c(CO)/mol·L-1 c(H2)/mol·L-1 c(CH3OH) /mol·L-1 0min 0.8 1.6 0 2min 0.6 y 0.2 4min 0.3 0.6 0.5 6min 0.3 0.6 0.5 反应从2min到4min之间,H2的平均反应速率为______________。 反应达到平衡时CO的转化率为________。 反应在第2min时改变了反应条件,改变的条件可能是________(填字母序号)。 A.使用催化剂 B.降低温度 C.增加H2的浓度 (4)装置己可以看作燃料电池,该燃料电池的负极反应式为___________________________。 4.汽车尾气中含有CO、NO2等有毒气体,对汽车加装尾气净化装置,可使有毒气体相互反应转化为无毒气体。 (1)4CO(g)+2NO2(g)===4CO2(g)+N2(g) ΔH=-1200kJ·mol-1 对于该反应,温度不同(T2>T1)、其他条件相同时,下列图像不正确的是________(填代号)。 (2)汽车尾气中CO与H2O(g)在一定条件下可以发生反应: CO(g)+H2OCO2(g)+H2(g) ΔH<0。 820℃时在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中,起始时按照下表进行投料,达到平衡状态,K=1.0。 起始物质的量 甲 乙 丙 n(H2O)/mol 0.10 0.20 0.20 n(CO)/mol 0.10 0.10 0.20 ①升高温度,该反应的平衡常数________(填“增大”、“减小”或“不变”)。 ②平衡时,甲容器中CO的转化率是________。 比较下列容器中CO转化率的大小: 乙________甲;丙________甲(填“>”、“=”或“<”)。 ③丙容器中,通过改变温度,使CO的平衡转化率增大,则温度________(填“升高”或“降低”)。 5.“84”消毒液是一种以次氯酸钠(NaClO)为主的高效消毒剂和漂白剂,被广泛用于医院、宾馆、家庭等的卫生消毒。 回答有关问题。 (1)“84”消毒液显碱性,原因是发生水解反应: ClO-+H2OHClO+OH-。 ①该反应的平衡常数表达式K=_________________________________________________; 25℃时某“84”消毒液pH为10,35℃时pH为11,则温度升高,K________(填“增大”、“不变”或“减小”)。 ②测定“84”消毒液的pH,应该选用________。 A.干燥的pH试纸 B.用蒸馏水湿润的pH试纸 C.pH计(或酸度计) (2)在烧杯中盛放25mL某浓度的“84”消毒液,在光照下对其消毒效果的变化进行探究,实验结果如右图所示。 ①a~b段导致消毒效果增强的主要反应是____________________。 ②b~c段导致消毒效果减弱的主要反应是_________________________________________。 (3)有一则报道称: 有人在清洗卫生间时,因为把“84”消毒液和某清洁剂(含盐酸)混合使用,发生了中毒事故。 原因是__________________________。 (4)利用如右图所示装置和试剂可以制得少量“84”消毒液。 ①a电极的名称是________。 ②y电极的反应式为________________________。 (5)在恒容绝热(不与外界交换能量)条件下进行反应2A(g)+B(g)2C(g)+D(s) ΔH<0,按下表数据投料,反应达到平衡状态,测得体系压强升高,简述该反应的平衡常数与温度的变化关系: __________________________。 物质 A B C D 起始投料/mol 2 1 2 0 答案精析 第28题 化学基本理论综合题 [挑战满分 (一)] 1. (1)CH4(g)+2H2O(g)===CO2(g)+4H2(g) ΔH=+165.0kJ·mol-1 (2)①p1 ③及时分离出产物 (3)1∶2 (4)①BD ②1.0×10-18mol·L-1 解析 (1)由①×②-②得化学方程式: CH4(g)+2H2O(g)===CO2(g)+4H2(g),根据盖斯定律计算该反应的反应热: ΔH=(+206.2kJ·mol-1)×2-(+247.4kJ·mol-1)=+165.0kJ·mol-1。 (2)①硫化氢分解反应是气体分子数增大的反应,相同温度下,增大压强,H2S的平衡转化率降低。 从图像看,相同温度下,p1条件下H2S的平衡转化率最大,p3条件下H2S的平衡转化率最小。 所以,压强大小关系有: p1 ②由硫化氢分解的热化学方程式知,硫化氢分解反应是吸热反应,升高温度,H2S的平衡转化率增大,平衡向正反应方向移动,平衡常数增大。 ③及时分离出产物,平衡向正反应方向移动,H2S的平衡转化率提高。 (3)16g甲烷完全反应转移8mol电子,2g氢气完全反应转移2mol电子。 等质量的甲烷、氢气完全反应,对应燃料电池的能量密度(即甲烷、氢气失去电子总数)之比为1∶2。 (4)n(H2S)= =0.2mol。 n(NaOH)=150×10-3L×2.0mol·L-1=0.3mol,3NaOH+2H2S===NaHS+Na2S+3H2O,故吸收液X为等物质的量浓度的Na2S和NaHS混合溶液。 ①A项,吸收液X显碱性,说明S2-的水解程度大于HS-的电离程度,所以溶液中c(HS-)>c(S2-),错误;B项,溶液中含有Na+、H+、OH-、HS-、S2-,电荷守恒式为c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HS-)+2c(S2-),正确;C项,由物料守恒知,2c(Na+)=3c(HS-)+3c(H2S)+3c(S2-),错误;D项,电荷守恒式和物料守恒式联立可得质子守恒式: 2c(OH-)+c(S2-)=2c(H+)+c(HS-)+3c(H2S),正确;故选B、D。 ②Ksp(CuS)=c(Cu2+)·c(S2-),c(Cu2+)=c(S2-)时,c(Cu2+)= ≈1.0×10-18mol·L-1。 2. (1)4NH3+5O2 4NO+6H2O (2)①p1 (3)①A ②2N2O4+O2+2H2O===4HNO3 (4)NH3 根据反应: 8NO+7H2O 3NH4NO3+2HNO3,电解产生的HNO3多 解析 (1)反应Ⅰ中,NH3与O2在催化剂作用下发生氧化还原反应,生成NO和H2O,根据质量守恒及得失电子守恒,写出反应的化学方程式: 4NH3+5O2 4NO+6H2O。 (2)反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的正反应为气体总分子数减小的反应,在温度相同时,增大压强,平衡正向移动,NO的平衡转化率增大,结合NO的平衡转化率与压强的变化曲线可知,p1 由图可知,压强一定时,温度升高,NO的平衡转化率降低,说明平衡逆向移动,则该反应的正向ΔH<0,所以随温度升高,该反应平衡常数减小。 (3)①等质量的N2O4(g)具有的能量高于N2O4(l),因此等量的NO2(g)生成N2O4(l)放出的热量多,只有A项符合题意。 ②N2O4与O2、H2O发生化合反应生成HNO3,化学方程式为2N2O4+O2+2H2O===4HNO3。 (4)由电解NO制备NH4NO3的工作原理图可知,NO在阳极发生氧化反应生成NO ,电极反应式为5NO+10H2O-15e-===5NO +20H+。 NO在阴极发生还原反应生成NH ,电极反应式为3NO+18H++15e-===3NH +3H2O,电池总反应式为8NO+7H2O 3NH4NO3+2HNO3,电解产生的HNO3多,故应补充NH3,使其转化为NH4NO3。 3. (1)铜或Cu (2)-(a+b-2c)或2c-a-b (3)2Cu-2e-+2OH-===Cu2O+H2O (4)4Cu(OH)2+N2H4△,2Cu2O+N2↑+6H2O (5)C 解析 (1)用炭粉在高温条件下还原CuO,若控温不当易生成铜单质而使Cu2O产率降低。 (2)设三个已知热化学方程式依次分别为①、②、③,由①+②-③×2得2CuO(s)+C(s)===Cu2O(s)+CO(g) ΔH=(2c-a-b)kJ·mol-1。 (3)阳极发生氧化反应,结合生成的氧化亚铜的化学式,得阳极的电极反应式为2Cu-2e-+2OH-===Cu2O+H2O。 (4)N2H4与Cu(OH)2反应,产物除Cu2O、N2外还有水,所以化学方程式为4Cu(OH)2+N2H4 2Cu2O+N2↑+6H2O。 (5)A项,观察表中②③数据可知,T1到T2平衡正向移动,而正反应为吸热反应,所以T2>T1,错误;B项,实验①前20min的平均反应速率v(H2O)=7×10-5mol·L-1·min-1,所以v(O2)=3.5×10-5mol·L-1·min-1,错误;C项,实验②与实验①相比,达到的平衡状态相同,但实验②所用时间短,反应速率快,所以实验②比实验①所用的催化剂催化效率高,正确。 [挑战满分 (二)] 1. (1)①4NH3+6NO===5N2+6H2O ②3∶1 ③1.5×10-4 (2)①Ⅰ Ⅱ ②NO2+NO -e-===N2O5 ③N2O5+H2O===2HNO3 (3)① ②3Cl2+4NH3===NCl3+3NH4Cl c(Cl-)>c(NH )>c(H+)>c(OH-) ③6ClO +NCl3+3H2O 3Cl-+6ClO2↑+NH3↑+3OH- 100 解析 (1)①NH3与NO在一定条件下发生氧化还原反应生成N2和H2O: 4NH3+6NO===5N2+6H2O。 ②NH3与NO的物质的量之比越大,NO脱除率越大,故其物质的量之比为1∶3、3∶1、4∶1时,对应的曲线分别为c、b、a,故曲线b对应NH3与NO
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