2019-2020年高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí) 下篇 專題三 微題型十九 化學(xué)反應(yīng)原理綜合題.doc

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2019-2020年高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí) 下篇 專題三 微題型十九 化學(xué)反應(yīng)原理綜合題 1．水合肼(N2H4H2O)是一種無色易溶于水的油狀液體，具有堿性和極強的還原性，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛。 (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力來源，電池結(jié)構(gòu)如圖所示。 ①起始時正極區(qū)與負極區(qū)NaOH溶液濃度相同，工作一段時間后，NaOH濃度較大的是________極區(qū)(填“正”或“負”)。 ②該電池負極的電極反應(yīng)式為_________________________________________________。 (2)已知水合肼是二元弱堿(25 ℃，K1＝510－7，K2＝510－15)，0.1 molL－1水合肼溶液中四種離子：①H＋、②OH－、③N2H、④N2H的濃度從大到小的的順序為__________________(填序號)。 (3)在弱酸性條件下水合肼可處理電鍍廢水，將Cr2O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，實驗測得分解產(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303 K，Ni、Pt催化下，則發(fā)生N2H4(l) N2(g)＋2H2(g)。在1 L密閉容器中加入0.1 mol N2H4，測得容器中與時間關(guān)系如圖乙所示。則0～4 min氮氣的平均速率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－，堿性增強；②負極N2H4轉(zhuǎn)化成N2，N由－2價升至0價，失去22e－＝4e－，由電荷守恒知，需要補充4 mol OH－。(2)水合肼是二元弱堿，溶液中存在的電離平衡有N2H4＋H2ON2H＋OH－，N2H＋H2ON2H＋OH－，H2OH＋＋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(N2H)略比c(OH－)小，第二步的電離平衡常數(shù)小于第三步的Kw，所以第三步中電離出的H＋比第二步中電離出的N2H多，故離子濃度大小順序為c(OH－)>c(N2H)>c(H＋)>(N2H)。(3)Cr2O中Cr為＋6價，生成的Cr(OH)3中Cr為＋3價，N2H4H2O中N為－2價，生成的N2中N為0價，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)達到平衡時，轉(zhuǎn)化的N2H4的物質(zhì)的量為x，則有 由圖像知，在4 min時反應(yīng)達到平衡，＝3，x＝0.05 mol，v(N2)＝＝0.012 5 molL－1min－1。 (5)C5H10O3中有一個不飽和度，可能是一個雙鍵或是一個環(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H原子，分成兩組，分別為6個H和4個H。6個H可能是2個甲基，4個H可能是2個亞甲基，3個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?、贜2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O (2)②③①④ (3)2Cr2O＋4H＋＋3N2H4H2O===4Cr(OH)3↓＋3N2↑＋5H2O (或2Cr2O＋4H＋＋3N2H4===4Cr(OH)3↓＋3N2↑＋2H2O) (4)①7N2H4(g)8NH3(g)＋3N2(g)＋2H2(g) ②0.0125 molL－1min－1 (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，能同時實現(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)，實現(xiàn)無害轉(zhuǎn)化。當(dāng)NO與NO2的物質(zhì)的量之比為4∶1時，寫出發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________________________。 (2)加入過量次氯酸鈉可使廢水中NH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0.448 L N2(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)，則需消耗濃度為0.5 molL－1的次氯酸鈉溶液的體積為________ 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NO，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數(shù)守恒寫出化學(xué)方程式。(2)①ClO－與NH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子方程式。②由離子方程式可得出關(guān)系式3ClO－～N2，n(N2)＝＝0.02 mol，則n(ClO－)＝0.06 mol，V(ClO－)＝＝0.12 L＝120 mL。(3)左端為CN－―→N2，氮元素被氧化，則左端為陽極，電極反應(yīng)式為2CN－＋12OH－－10e－===2CO＋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、O　Ba(NO3)2 ②8NH3＋8NO＋2NO2===9N2＋12H2O (2)①2NH＋3ClO－===N2↑＋3Cl－＋2H＋＋3H2O ②120 (3)H2　2CN－＋12OH－－10e－===2CO＋N2↑＋6H2O 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＝a kJmol－ ②CO(g)＋3Fe2O3(s)===CO2(g)＋2Fe3O4(s)　ΔH＝b kJmol－1 反應(yīng)3CO(g)＋Fe2O3(s)===3CO2(g)＋2Fe(s)的ΔH＝________kJmol－1(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) HCOOCH3(g)＋2H2(g)　ΔH>0 第二步：HCOOCH3(g) CH3OH(g)＋CO(g)　ΔH>0 ①第一步反應(yīng)的機理可以用圖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33.2 g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43 ℃)，并在180 ℃時使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進行監(jiān)測。 ①粉紅色的PdCl2溶液可以檢驗空氣中少量的CO。若空氣中含CO，則溶液中會產(chǎn)生黑色的Pd沉淀。每生成5.3 g Pd沉淀，反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為________。 ②使用電化學(xué)一氧化碳氣體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，(①2＋②)/3即得目標(biāo)反應(yīng)，故ΔH＝(2a＋b)/3 kJmol－1。(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)向右進行，應(yīng)采用的方法是升高溫度，降低壓強。(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＋3CO2Ni＋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)4，由兩個反應(yīng)式可知在鎳相同的情況下CO的物質(zhì)的量之比為3∶8。(5)生成5.3 g Pd，也就是0.05 mol Pd，從化合價變化看，Pd是從＋2價轉(zhuǎn)化成了0價，即轉(zhuǎn)移了兩個電子，所以生成0.05 mol Pb 轉(zhuǎn)移的電子物質(zhì)的量為0.1 mol，即電子數(shù)為0.1NA。 答案　(1)(2a＋b)/3 (2)①HCHO?、谏邷囟?，降低壓強 (3)FeAl2O4＋8H＋===Fe2＋＋2Al3＋＋4H2O (4)3∶8 (5)①6.021022個或0.1NA ②CO＋H2O－2e－===CO2＋2H＋ 4．質(zhì)子交換膜燃料電池廣受關(guān)注。 (1)質(zhì)子交換膜燃料電池中作為燃料的H2通常來自水煤氣。 已知：C(s)＋1/2O2(g)===CO(g)　ΔH1＝－110.35 kJmol－1 2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH2＝＋571.6 kJmol－1 H2O(l)===H2O(g)　ΔH3＝＋44.0 kJmol－1 則C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH4＝________。 (2)燃料氣(流速為1 800 mLh－1；體積分?jǐn)?shù)為：50%H2，0.98%CO，1.64%O2，47.38%N2)中的CO會使電極催化劑中毒，使用CuO/CeO2催化劑可使CO優(yōu)先氧化而脫除。 ①160 ℃、CuO/CeO2作催化劑時，CO優(yōu)先氧化反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________________。 ②灼燒草酸鈰[Ce2(C2O4)3]制得CeO2的化學(xué)方程式為 ________________________________________________________________________。 ③在CuO/CeO2催化劑中加入不同的酸(HIO3或H3PO4)，測得燃料氣中CO優(yōu)先氧化的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如圖1所示。 加入________(填酸的化學(xué)式)的CuO/CeO2催化劑催化性能最好。催化劑為CuO/CeO2－HIO3，120 ℃時，反應(yīng)1小時后CO的體積為________mL。 (3)圖2為甲酸質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。該裝置中________(填“a”或“b”)為電池的負極，負極的電極反應(yīng)式為__________________________________________________。 解析　(1)由蓋斯定律可知，ΔH4＝ΔH1－ΔH3＋ΔH2＝＋131.45 kJmol－1。 (2)②草酸鹽分解成CO、CO2氣體。③由圖1可以看出，加入HIO3時CuO/CeO2催化活性最好。反應(yīng)前，V(CO)＝1 800 mL0.98%＝17.64 mL，反應(yīng)1小 時后剩余的V(CO)＝17.64 mL(1－80%)＝3.528 mL。(3)從裝置圖看，H＋由a極區(qū)進入b極區(qū)，電子由a極流出，故a是負極。甲酸是可燃物，作負極材料，發(fā)生氧化反應(yīng)，其負極反應(yīng)式HCOOH－2e－===CO2↑＋2H＋。 答案　(1)＋131.45 kJmol－1 (2)①2CO＋O22CO2 ②Ce2(C2O4)32CeO2＋4CO↑＋2CO2↑ ③HIO3　3.528 (3)a　HCOOH－2e－===CO2↑＋2H＋ 5．鉛及其化合物在工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中都具有非常廣泛的用途。 (1)瓦紐科夫法熔煉鉛，其相關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下： ①2PbS(s)＋3O2(g)===2PbO(s)＋2SO2(g)　ΔH＝a kJmol－1； ②PbS(s)＋2PbO(s)===3Pb(s)＋SO2(g)　ΔH＝b kJmol－1； ③PbS(s)＋PbSO4(s)===2Pb(s)＋2SO2(g)　ΔH＝c kJmol－1。 反應(yīng)3PbS(s)＋6O2(g)===3PbSO4(s)　ΔH＝________kJmol－1(用含a、b、c的代數(shù)式表示)。 (2)還原法煉鉛，包含反應(yīng)PbO(s)＋CO(g)Pb(s)＋CO2(g)　ΔH，該反應(yīng)的平衡常數(shù)的對數(shù)值與溫度的關(guān)系如下表。 溫度/℃ 300 727 1 227 lg K 6.17 2.87 1.24 ①該還原反應(yīng)的ΔH________0(填“>”、“<”或“＝”)； ②當(dāng)lg K＝1且起始時只通入CO(PbO足量)，達平衡時，混合氣體中CO的體積分?jǐn)?shù)為________。 (3)引爆導(dǎo)彈、核武器的工作電源通常是Ca/PbSO4熱電池，其裝置如圖甲所示，該電池正極的電極反應(yīng)式為___________________________________________________________。 (4)PbI2可用于人工降雨。取一定量的PbI2固體，用蒸餾水配制成t ℃飽和溶液，準(zhǔn)確移取25.00 mL PbI2飽和溶液分次加入陽離子交換樹脂RH＋(發(fā)生：2RH＋＋PbI2===R2Pb2＋＋2H＋＋2I－，用250 mL潔凈的錐形瓶接收流出液，最后用蒸餾水淋洗樹脂至流出液呈中性，將洗滌液一并盛放到錐形瓶中(如圖乙)。加入酚酞指示劑，用0.002 5 molL－1 NaOH溶液滴定，當(dāng)達到滴定終點時，用去氫氧化鈉溶液20.00 mL。可計算出t ℃時 PbI2的Ksp為________。 (5)鉛易造成環(huán)境污染，水溶液中鉛的存在形態(tài)主要有6種，它們與pH關(guān)系如圖丙所示，含鉛廢水用活性炭進行處理，鉛的去除率與pH關(guān)系如圖丁所示。 ①常溫下，pH＝6～7時，鉛形態(tài)間轉(zhuǎn)化的離子方程式為 ________________________________________________________________________。 ②用活性炭處理，鉛的去除率較高時，鉛主要應(yīng)該處于________(填鉛的形態(tài)的化學(xué)式)形態(tài)。 解析　(1)依據(jù)蓋斯定律，將①2＋②2－③3，即可得所求反應(yīng)的ΔH。(2)①lgK與K為增函數(shù)關(guān)系，從表中數(shù)據(jù)知，溫度越高，K越小，說明正反應(yīng)放熱。②lgK＝1，得K＝10。設(shè)開始時通入CO為a molL－1，達平衡時轉(zhuǎn)化了x molL－1，則平衡時，CO為(a－x)molL－1，CO2為x molL－1，由K＝＝＝10，解得＝9.09%。(3)由電池的裝置圖分析知，Ca作為負極，失去電子，則另一極為正極，得電子，化合價降低，即由PbSO4轉(zhuǎn)化為Pb。(4)滴定過程中消耗的OH－，即陽離子交換出來的H＋，n(H＋)＝0.002 5 molL－12010－3L＝510－5mol，c(H＋)＝＝210－3molL－1，而c(H＋)＝c(I－)，由PbI2的化學(xué)式知，c(Pb2＋)＝＝10－3molL－1，Ksp(PbI2)＝c(Pb2＋)c2(I－)＝10－3(210－3)2＝410－9。(5)①從圖丙分析，當(dāng)pH由6變到7時，是Pb2＋向Pb(OH)＋轉(zhuǎn)化，即為Pb2＋水解，結(jié)合水電離出的一個OH－，同時釋放出一個H＋。②從圖丁可知，鉛的去除率最高時，pH大約為6.5左右，對比圖丙知，在pH＝6.5時，鉛主要以Pb2＋存在。 答案　(1)2a＋2b－3c　(2)①

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