高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí) 考前三個(gè)月 考前專項(xiàng)沖刺集訓(xùn) 第31題 化學(xué)基本理論綜合題
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1、第31題 化學(xué)基本理論綜合題 題組一 以生產(chǎn)科研為背景的綜合題 1.以CH4和H2O為原料制備甲醇的相關(guān)反應(yīng)如下: Ⅰ.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=+206.0 kJ·mol-1 Ⅱ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=-129.0 kJ·mol-1 (1)寫(xiě)出CH4(g)與H2O(g)反應(yīng)生成CH3OH(g)和H2(g) 的熱化學(xué)方程式:__________________。 (2)若在100 ℃時(shí),將1.0 mol CH4(g)和2.0 mol H2O(g)充入100 L真空的密閉密器中,在一定條件下發(fā)生反應(yīng)Ⅰ,每隔一段時(shí)間
2、對(duì)該容器內(nèi)的物質(zhì)進(jìn)行分析,得到如表所示數(shù)據(jù): 時(shí)間(min) 0 2 4 6 8 n(CH4)/mol 1.0 n1 0.4 n3 n4 n(H2O)/mol 2.0 1.6 n2 1.2 1.2 ①在上述條件下,從反應(yīng)開(kāi)始直至2 min時(shí),用CH4表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率為_(kāi)_______。 ②n1=________ mol,n2=________ mol,n3________n4(填“>”、“<”或“=”)。 ③100 ℃時(shí),反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)為_(kāi)_______(保留2位有效數(shù)字)。 (3)在壓強(qiáng)為0.1 MPa、溫度為200 ℃的條件下,將2
3、.0 mol CO與3.0 mol H2的混合氣體在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)Ⅱ生成甲醇,平衡后將容器的容積壓縮到原來(lái)的,其他條件不變,下列說(shuō)法中正確的是________。 A.平衡常數(shù)K增大 B.正反應(yīng)速率增大,逆反應(yīng)速率減小 C.CH3OH的物質(zhì)的量增加 D.重新平衡時(shí)c(H2)/c(CH3OH)減小 (4)工業(yè)上利用甲醇制備氫氣的常用方法有兩種: ①甲醇蒸氣重整法。該方法的主要反應(yīng)為CH3OH(g)CO(g)+2H2(g),此反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的原因是__________________。 ②甲醇部分氧化法。在一定溫度下以Ag/CeO2—ZnO為催化劑,原料氣比例對(duì)反應(yīng)的選擇性(
4、選擇性越大,表示生成的該物質(zhì)越多)影響關(guān)系如圖所示。則當(dāng)=0.25時(shí),CH3OH與O2發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_____________。 答案 (1)CH4(g)+H2O(g)CH3OH(g)+H2(g) ΔH=+77.0 kJ·mol-1 (2)①0.002 mol·L-1·min-1?、?.6 1.4 = ③4.6×10-3 (3)CD (4)①該反應(yīng)是一個(gè)熵增加的反應(yīng),即ΔS>0 ②2CH3OH+O22HCHO+2H2O 解析 (1)Ⅰ式與Ⅱ式相加得CH4(g)+H2O(g)CH3OH(g)+H2(g) ΔH=+77.0 kJ·mol-1。(2)用H2O表示的
5、該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率v(H2O)=0.4 mol÷100 L÷2 min=0.002 mol·L-1·min-1,則用CH4表示的該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率v(CH4)=v(H2O)=0.002 mol·L-1·min-1。根據(jù)反應(yīng)方程式計(jì)算可得n1=0.6 mol,n2=1.4 mol,再根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可知6~8 min反應(yīng)已達(dá)到平衡,故n3=n4。(3)反應(yīng)Ⅱ的正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng),減小體系體積相當(dāng)于增大壓強(qiáng),正、逆反應(yīng)速率均加快,但正反應(yīng)速率增大得更快,平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),CH3OH的物質(zhì)的量增加;根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理可知,重新達(dá)到平衡時(shí),減小;平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān),增大壓強(qiáng),平衡常數(shù)
6、K不變;綜上分析,C、D項(xiàng)正確。(4)①該反應(yīng)為分解反應(yīng),反應(yīng)的ΔH>0,反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行,說(shuō)明該反應(yīng)的ΔS>0。②分析坐標(biāo)圖可知,當(dāng)=0.25時(shí),CH3OH與O2反應(yīng)主要生成HCHO。 2.由生物質(zhì)能通過(guò)綠色化學(xué)途徑制取氫氣是當(dāng)前能源發(fā)展的一個(gè)重要方向。如圖表示的是以CaO為吸收體,將生物質(zhì)經(jīng)與水蒸氣反應(yīng)制取H2的流程(生物質(zhì)簡(jiǎn)寫(xiě)為C)。 其中氣化爐和燃燒爐中分別發(fā)生的主要反應(yīng)如表所示: 氣化爐 燃燒爐 ①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=+131.6 kJ·mol-1 ②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.2 kJ·mol
7、-1 ③CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s) ΔH=-178.3 kJ·mol-1 ④C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.8 kJ·mol-1 ⑤CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g) K 請(qǐng)回答下列問(wèn)題: (1)氣化爐中的總反應(yīng)為C(s)+2H2O(g)+CaO(s)===CaCO3(s)+2H2(g) ΔH=________ kJ·mol-1。 (2)燃燒爐中反應(yīng)⑤所需的能量由反應(yīng)④提供。如果生成1 mol CaO,至少需通入純氧________ mol。 (3)下表列出的是當(dāng)只改變溫度或壓強(qiáng)時(shí),反應(yīng)⑤中CO2的濃度和CaCO3的殘
8、留率的變化。 0 5 10 15 20 25 T1 0 1.5 2.3 4.0 4.0 4.0 T2 0 1.0 1.8 2.8 3.1 3.1 0 5 10 15 20 25 p1 1 0.90 0.83 0.75 0.75 0.75 p2 1 0.58 0.35 0.31 0.30 0.30 由表中數(shù)據(jù)可知,隨著溫度升高,反應(yīng)⑤K值________(填“增大”、“減小”或“不變”),T1________T2(填“>”或“<”,下同);隨著壓強(qiáng)增大,CaCO3的分解率減小,則p1________
9、p2。 (4)在一定溫度、壓強(qiáng)時(shí),H2的變化量等于CO的變化量,當(dāng)氣化爐內(nèi)壓強(qiáng)增大時(shí),H2的含量會(huì)明顯增大。若起始時(shí)c(H2)∶c(CO)=3∶2,請(qǐng)根據(jù)φ(H2)的變化,在圖中補(bǔ)充完整φ(CO)的變化圖示。 (5)當(dāng)生物質(zhì)的量一定時(shí),隨著水蒸氣與氧氣的投料比γ=的增大,CaCO3的分解率會(huì)________(填“增大”、“減小”或“不變”),原因?yàn)開(kāi)_______________________________ ______________________。 答案 (1)-87.9 (2)0.453 (3)增大 > > (4)如圖所示 (5)減小 當(dāng)水蒸氣與氧氣的投料比γ=
10、增大時(shí),將促進(jìn)反應(yīng)①②正向進(jìn)行,反應(yīng)④的反應(yīng)程度減小,不利于反應(yīng)⑤進(jìn)行,造成CaCO3的分解率減小 解析 (1)根據(jù)蓋斯定律,由①+②+③可得總反應(yīng)的ΔH=-87.9 kJ·mol-1。(2)再生成1 mol CaO需要吸收178.3 kJ熱量,則需要燃燒n(C)=≈0.453 mol,則至少需通入0.453 mol O2。(3)分析表中數(shù)據(jù)可得,T1先于T2達(dá)到平衡狀態(tài),則T1>T2,平衡后T1時(shí)CO2的濃度高于T2時(shí)CO2的濃度,說(shuō)明溫度升高平衡正向進(jìn)行,K值增大;因隨壓強(qiáng)增大,CaCO3的分解率減小,且p1先于p2達(dá)到平衡狀態(tài),則p1>p2。(4)由壓強(qiáng)增大,H2的物質(zhì)的量增大可知,壓
11、強(qiáng)增大有利于反應(yīng)②、③的進(jìn)行,體系中CO、H2O的物質(zhì)的量減少。(5)當(dāng)水蒸氣與氧氣的投料比γ=增大時(shí),將促進(jìn)反應(yīng)①②正向進(jìn)行,反應(yīng)④的反應(yīng)程度減小,不利于反應(yīng)⑤進(jìn)行,造成CaCO3的分解率減小。 3.聚乙烯塑料在生產(chǎn)中有廣泛應(yīng)用。工業(yè)上,由乙苯和二氧化碳催化脫氫可制備苯乙烯,化學(xué)方程式如下: 請(qǐng)回答下列問(wèn)題: (1)苯乙烯在一定條件下合成聚苯乙烯的化學(xué)方程式為_(kāi)_________。立方烷(C8H8)的鍵線式結(jié)構(gòu)如圖所示,它和苯乙烯的關(guān)系是__________(填“同位素”、“同素異形體”、“同分異構(gòu)體”或“同系物”)。 (2)乙苯在二氧化碳?xì)夥罩蟹謨刹椒磻?yīng): ΔH1=+11
12、7.6 kJ·mol-1 ②H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=-41.2 kJ·mol-1 由乙苯與CO2制苯乙烯反應(yīng)的ΔH=__________。該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件是________(填序號(hào))。 A.較高溫度下自發(fā) B.較低溫度下自發(fā) C.任何溫度下不自發(fā) D.任何溫度下自發(fā) (3)以熔融碳酸鹽(MCO3)為電解質(zhì),一氧化碳—空氣燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為_(kāi)_________。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下,11.2 L氧氣參與反應(yīng),理論上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為_(kāi)_______。 (4)溫度為T1時(shí),該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.5。在2 L的密閉容器中加入乙苯和二氧化碳,反應(yīng)到
13、某時(shí)刻測(cè)得混合物各組分的物質(zhì)的量均為1.0 mol。 ①該時(shí)刻上述化學(xué)反應(yīng)中CO2的v正________v逆(填“>”、“<”或“=”)。 ②下列情況不能說(shuō)明上述反應(yīng)在該條件下達(dá)到平衡狀態(tài)的是________(填序號(hào))。 A.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變 B.混合氣體的密度不變 C.CO的正、逆反應(yīng)速率相等 答案 (1) 同分異構(gòu)體 (2)+76.4 kJ·mol-1 A (3)CO-2e-+CO===2CO2 2NA(或1.204×1024) (4)①=?、贐 解析 (1)苯乙烯與立方烷的化學(xué)式均為C8H8,結(jié)構(gòu)不同,互為同分異構(gòu)體。(2)①+②得總反應(yīng)式ΔH=ΔH1+
14、ΔH2=+117.6 kJ·mol-1-41.2 kJ·mol-1=+76.4 kJ·mol-1,該反應(yīng)為正向熵增的吸熱反應(yīng)。(3)負(fù)極CO被氧化為CO2,計(jì)算轉(zhuǎn)移電子數(shù),可直接計(jì)算O2得到的電子數(shù)。(4)①通過(guò)K與Q的比較確定反應(yīng)進(jìn)行的方向,從而判斷v正與v逆的大小。②該反應(yīng)是在恒容條件,反應(yīng)前后氣體分子數(shù)可變的可逆反應(yīng),且反應(yīng)物、生成物都是氣體,混合氣體的密度始終不變,不能作為判斷平衡的標(biāo)志。 題組二 以環(huán)境保護(hù)為背景的綜合題 1.一定條件下,通過(guò)下列反應(yīng)可實(shí)現(xiàn)燃煤煙氣中硫的回收: 2CO(g)+SO2(g)2CO2(g)+S(l) ΔH (1)已知:2CO(g)+O2(g)===
15、2CO2(g) ΔH1=-566 kJ·mol-1 S(l)+O2(g)===SO2(g) ΔH2=-296 kJ·mol-1 則反應(yīng)熱ΔH=________ kJ·mol-1。 (2)其他條件相同、催化劑不同時(shí),SO2的轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)溫度的變化如圖a所示。260 ℃時(shí)________(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(dá)到最高,不考慮價(jià)格因素,選擇Fe2O3的主要優(yōu)點(diǎn)是________。 (3)科研小組在380 ℃、Fe2O3作催化劑時(shí),研究了不同投料比[n(CO)∶n(SO2)]對(duì)SO2轉(zhuǎn)化率的影響
16、,結(jié)果如圖b所示。請(qǐng)?jiān)趫Db中畫(huà)出n(CO)∶n(SO2)=2∶1時(shí),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1.0 mol·L-1 Na2SO3溶液吸收純凈的SO2,當(dāng)溶液中c(SO)降至0.2 mol·L-1時(shí),吸收能力顯著下降,應(yīng)更換吸收劑。 ①此時(shí)溶液中c(HSO)約為_(kāi)_______ mol·L-1。 ②此時(shí)溶液pH=________。(已知該溫度下SO+H+HSO的平衡常數(shù)K=8.0×106,計(jì)算時(shí)SO2、H2SO3的濃度忽略不計(jì)) 答案 (1)-270 (2)Cr2
17、O3 Fe2O3作催化劑時(shí),在相對(duì)較低溫度時(shí)可獲得較高SO2的轉(zhuǎn)化率,從而節(jié)約大量能源 (3)如圖所示 (4)①1.6?、? 解析 (1)根據(jù)蓋斯定律,由已知中第一個(gè)反應(yīng)減去第二個(gè)反應(yīng)可得2CO(g)+SO2(g)2CO2(g)+S(l),則ΔH=ΔH1-ΔH2=-270 kJ·mol-1。(2)根據(jù)圖a,260 ℃時(shí)Cr2O3曲線對(duì)應(yīng)的SO2的轉(zhuǎn)化率最高。Fe2O3作催化劑的優(yōu)點(diǎn)是在相對(duì)較低的溫度時(shí)獲得的SO2的轉(zhuǎn)化率較高,可以節(jié)約能源。(3)n(CO)∶n(SO2)=2∶1時(shí),SO2的平衡轉(zhuǎn)化率接近100%,但比n(CO)∶n(SO2)=3∶1時(shí)達(dá)平衡要慢。(4)①溶液中c(SO)
18、降至0.2 mol·L-1時(shí),參加反應(yīng)的c(SO)為0.8 mol·L-1,則反應(yīng)生成的c(HSO)約為1.6 mol·L-1。②K===8.0×106,則c(H+)=10-6 mol·L-1,pH=6。 2.黨的十八大報(bào)告中首次提出“美麗中國(guó)”的宏偉目標(biāo)。節(jié)能減排是中國(guó)轉(zhuǎn)型發(fā)展的必經(jīng)之路,工業(yè)生產(chǎn)中聯(lián)合生產(chǎn)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要措施,下圖是幾種工業(yè)生產(chǎn)的聯(lián)合生產(chǎn)工藝: 請(qǐng)回答下列問(wèn)題: (1)裝置甲為電解池,根據(jù)圖示轉(zhuǎn)化關(guān)系可知:A為_(kāi)_______(填化學(xué)式),陰極反應(yīng)式為_(kāi)_______________。 (2)裝置丙的反應(yīng)物為Ti,而裝置戊的生成物為Ti,這兩個(gè)裝置在該聯(lián)合生
19、產(chǎn)中并不矛盾,原因是________________。裝置戊進(jìn)行反應(yīng)時(shí)需要的環(huán)境為_(kāi)_______(填字母序號(hào))。 A.HCl氣體氛圍中 B.空氣氛圍中 C.氬氣氛圍中 D.水中 (3)裝置乙中發(fā)生的是工業(yè)合成甲醇的反應(yīng):CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。 ①該反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)(K)如下表: 溫度/℃ 250 350 K 2.041 x 符合表中的平衡常數(shù)x的數(shù)值是______(填字母序號(hào))。 A.0 B.0.012 C.32.081 D.100 ②若裝置乙為容積固定的密閉容器,不同時(shí)間段各物質(zhì)的濃度如下表: c(C
20、O) /mol·L-1 c(H2) /mol·L-1 c(CH3OH) /mol·L-1 0 min 0.8 1.6 0 2 min 0.6 y 0.2 4 min 0.3 0.6 0.5 6 min 0.3 0.6 0.5 反應(yīng)從2 min到4 min之間,H2的平均反應(yīng)速率為_(kāi)_______________。反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_______。反應(yīng)在第2 min時(shí)改變了反應(yīng)條件,改變的條件可能是________(填字母序號(hào))。 A.使用催化劑 B.降低溫度 C.增加H2的濃度 (4)裝置己可以看作燃料電池,該燃料電池的負(fù)
21、極反應(yīng)式為_(kāi)_________________。 答案 (1)Cl2 2H++2e-===H2↑ (2)進(jìn)入裝置丙的Ti含有的雜質(zhì)較多,從裝置戊中出來(lái)的Ti較為純凈 C (3)①B ②0.3 mol·L-1·min-1 62.5% A (4)CH3OH+8OH--6e-===CO+6H2O 解析 (1)裝置甲為電解飽和NaCl溶液的裝置,陽(yáng)極為Cl-失電子,被氧化為Cl2,陰極為水電離的H+得電子,生成氫氣和NaOH。(2)裝置丙和裝置戊的作用是提純Ti。(3)①ΔH<0,所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng),故平衡常數(shù)隨著溫度的升高而降低,x<2.041,而且因?yàn)槭强赡娣磻?yīng),平衡常數(shù)不可能為0。②根據(jù)表格中CO或CH3OH的濃度可知y=1.2 mol·L-1,所以反應(yīng)從2 min到4 min之間,H2的平均反應(yīng)速率為=0.3 mol·L-1·min-1;4 min時(shí),反應(yīng)處于平衡狀態(tài),故CO的轉(zhuǎn)化率為×100%=62.5%;0~2 min的反應(yīng)速率比2~4 min的反應(yīng)速率小,故2 min時(shí)可能使用了催化劑。(4)裝置己是由甲醇、氧氣、NaOH溶液構(gòu)成的燃料電池,負(fù)極反應(yīng)為甲醇在堿性條件下失電子的反應(yīng)。
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