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1、新編高考化學(xué)備考資料
(三)化學(xué)原理綜合應(yīng)用
1.次磷酸(H3PO2)是一種精細(xì)化工產(chǎn)品,具有較強還原性。回答下列問題:
(1)H3PO2是一元中強酸,寫出其電離方程式:____________________。
(2)H3PO2及NaH2PO2均可將溶液中的Ag+還原為銀單質(zhì),從而可用于化學(xué)鍍銀。
①H3PO2中,磷元素的化合價為__________。
②利用(H3PO2)進行化學(xué)鍍銀反應(yīng)中,氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為4∶1,則氧化產(chǎn)物為________________________(填化學(xué)式)。
③NaH2PO2是________(填“正鹽”或“酸式鹽”),其溶液顯__
2、______(填“弱酸性”、“中性”或“弱堿性”)。
(3)H3PO2的工業(yè)制法是將白磷(P4)與Ba(OH)2溶液反應(yīng)生成PH3氣體和Ba(H2PO2)2,后者再與硫酸反應(yīng)。寫出白磷與Ba(OH)2溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式:________________________。
解析:(1)由于H3PO2是一元中強酸,所以其電離方程式為H3PO2H++H2PO。(2)①根據(jù)化合物中正負(fù)化合價的代數(shù)和為0,H是+1價,O是-2價,所以在H3PO2中P元素的化合價為+1價;②根據(jù)題意結(jié)合電子守恒,原子守恒可知,氧化產(chǎn)物為H3PO4,還原產(chǎn)物是Ag;③根據(jù)元素的化合價及電離情況可知H3PO2的結(jié)構(gòu)是,
3、所以NaH2PO2是正鹽;由于該鹽是強堿弱酸鹽,所以該溶液顯弱堿性。(3)根據(jù)題意可得白磷與氫氧化鋇溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式是2P4+3Ba(OH)2+6H2O===3Ba(H2PO2)2+2PH3↑。
答案:(1)H3PO2H++H2PO
(2)①+1?、贖3PO4 ③正鹽 弱堿性
(3)2P4+3Ba(OH)2+6H2O===3Ba(H2PO2)2+2PH3↑
2.研究發(fā)現(xiàn),NOx和SO2是霧霾的主要成分。
(一)NOx主要來源于汽車尾氣。
已知:N2(g)+O2(g) 2NO(g) ΔH=+180.50 kJ·mol-1
2CO(g)+O2(g) 2CO2(g) ΔH=-566
4、.00 kJ·mol-1
(1)為了減輕大氣污染,人們提出在汽車尾氣排氣管口采用催化劑將NO和CO轉(zhuǎn)化成無污染氣體參與大氣循環(huán)。寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式______________________。
(2)T℃時,將等物質(zhì)的量的NO和CO充入容積為2 L的密閉容器中,保持溫度和體積不變,反應(yīng)過程(0~15 min)中NO的物質(zhì)的量隨時間變化如圖所示。
①T℃時該化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)K=________;平衡時若保持溫度不變,再向容器中充入CO、N2各0.8 mol,平衡將________(填“向左”、“向右”或“不”)移動。
②圖中a、b分別表示在一定溫度下,使用質(zhì)量相同但表面積不同
5、的催化劑時,達(dá)到平衡過程中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”)
③15 min時,若改變外界反應(yīng)條件,導(dǎo)致n(NO)發(fā)生如圖所示的變化,則改變的條件可能是______________________。
(二)SO2主要來源于煤的燃燒。燃燒煙氣的脫硫減排是減少大氣中含硫化合物污染的關(guān)鍵。
(3)用純堿溶液吸收SO2可將其轉(zhuǎn)化為HSO。該反應(yīng)的離子方程式是____________________。
(4)如圖電解裝置可將霧霾中的NO、SO2分別轉(zhuǎn)化為NH和SO。
①寫出物質(zhì)A的化學(xué)式__________________,陽極的電
6、極反應(yīng)式是______________________。
②該電解反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________。
解析:本題考查蓋斯定律、化學(xué)平衡移動原理和化學(xué)平衡常數(shù)的計算、電解原理等。(1)將題給熱化學(xué)方程式依次編號為①、②,根據(jù)蓋斯定律,由②-①可得2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH=-746.50 kJ·mol-1。(2)①根據(jù)“三段式”法進行計算:
2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)
開始(mol·L-1):0.2 0.2 0 0
轉(zhuǎn)化(mol·L-1):0.1 0.1 0.1 0.
7、05
平衡(mol·L-1):0.1 0.1 0.1 0.05
平衡常數(shù)K=L·mol-1=5 L·mol-1。平衡時再向容器中充入CO和N2各0.8 mol,則此時c(CO)=0.5 mol·L-1,c(N2)=0.45 mol·L-1,濃度商Qc==1.8
8、+;NO在陰極得電子,發(fā)生還原反應(yīng):6H++NO+5e-===NH+H2O,根據(jù)得失電子守恒,將陰、陽電極反應(yīng)式相疊加即可得到反應(yīng)的總的離子方程式:5SO2+2NO+8H2O===2NH+5SO+8H+,因此物質(zhì)A為硫酸。
答案:(1)2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH=-746.50 kJ·mol-1
(2)①5 L·mol-1 向右?、赽 ③增大CO的物質(zhì)的量濃度或增大壓強或降低溫度
(3)H2O+2SO2+CO===2HSO+CO2↑
(4)①H2SO4 SO2+2H2O-2e-===SO+4H+
②5SO2+2NO+8H2O(NH4)2SO4+4H2S
9、O4
3.氮的固定意義重大,氮肥的使用大幅度提高了糧食產(chǎn)量。
(1)目前人工固氮最有效的方法是____________________(用一個化學(xué)方程式表示)。
(2)自然界發(fā)生的一個固氮反應(yīng)是N2(g)+O2(g)2NO(g),已知N2、O2、NO三種分子中化學(xué)鍵斷裂所吸收的能量依次為946 kJ·mol-1、498 kJ·mol-1、632 kJ·mol-1,則該反應(yīng)的ΔH=________kJ·mol-1。該反應(yīng)在放電或極高溫度下才能發(fā)生,原因是________________________________________________________________。
(3
10、)100 kPa時,反應(yīng)2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)中NO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系曲線如圖1,反應(yīng)2NO2(g) N2O4(g)中NO2的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系曲線如圖2。
①圖1中A、B、C三點表示不同溫度、壓強下2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)達(dá)到平衡時NO的轉(zhuǎn)化率,則________點對應(yīng)的壓強最大。
②100 kPa、25℃時,2NO2(g) N2O4(g)平衡體系中N2O4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為________,N2O4的分壓p(N2O4)=________kPa,列式計算平衡常數(shù)Kp=________。(Kp用平衡分壓代替平衡濃度計算,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)
11、)
③100 kPa、25℃時,V mL NO與0.5V mL O2混合后最終氣體的體積為________mL。
(4)室溫下,用注射器吸入一定量NO2氣體,將針頭插入膠塞密封(如圖3),然后迅速將氣體體積壓縮為原來的一半并使活塞固定,此時手握針筒有熱感,繼續(xù)放置一段時間。從活塞固定時開始觀察,氣體顏色逐漸________(填“變深”或“變淺”),原因是______________________________。[已知:2NO2(g) N2O4(g)在幾微秒內(nèi)即可達(dá)到化學(xué)平衡]
解析:(2)根據(jù)ΔH=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能,知該反應(yīng)的ΔH=946 kJ·mol-1+498 kJ
12、·mol-1-632 kJ·mol-1×2=+180 kJ·mol-1。(3)①圖1中曲線為等壓線,A、C在等壓線下方,B在等壓線上方,A、C點相對等壓線,NO的平衡轉(zhuǎn)化率減小,則平衡逆向移動,為減小壓強所致,B點相對等壓線,NO的平衡轉(zhuǎn)化率增大,則平衡正向移動,為增大壓強所致,故壓強最大的點為B點。②100 kPa、25℃時,NO2的平衡轉(zhuǎn)化率為80%,設(shè)起始時NO2的濃度為a,則平衡時NO2的濃度為0.2a,N2O4的濃度為0.4a,故N2O4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為×100%=66.7%。N2O4的分壓p(N2O4)=100 kPa×66.7%=66.7 kPa。Kp===0.06(kPa)-1
13、。③V mL NO與0.5V mL O2生成V mL NO2,根據(jù)100 kPa、25℃時,2NO2(g) N2O4(g)平衡體系中NO2的轉(zhuǎn)化率為80%,知平衡時氣體的體積為V mL×(1-80%)+V mL×80%×=0.6V mL。(4)根據(jù)題圖2,知2NO2(g) N2O4(g)為放熱反應(yīng),將氣體體積壓縮為原來的一半并使活塞固定,相當(dāng)于增大壓強,會使平衡正向移動,反應(yīng)放出熱量,直至達(dá)到平衡,繼續(xù)放置時氣體溫度降低,促使平衡向正反應(yīng)方向移動,NO2濃度降低,氣體顏色逐漸變淺。
答案:(1)N2+3H22NH3
(2)+180 N2分子中化學(xué)鍵很穩(wěn)定,反應(yīng)需要很高的活化能
(3)①
14、B ②66.7% 66.7?。剑?.06(kPa)-1
③0.6V
(4)變淺 活塞固定時2NO2(g) N2O4(g)已達(dá)平衡狀態(tài),因反應(yīng)是放熱反應(yīng),放置時氣體溫度下降,平衡向正反應(yīng)方向移動,NO2濃度降低
4.以高純H2為燃料的質(zhì)子交換膜燃料電池具有能量效率高、無污染等優(yōu)點,但燃料中若混有CO將顯著縮短電池壽命。以甲醇為原料制取高純H2是重要研究方向。
(1)甲醇在催化劑作用下裂解可得到H2,氫元素利用率達(dá)100%,反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________,該方法的缺點是______________。
(2)甲醇水蒸氣重整制氫主要發(fā)生以下兩個反應(yīng):
主反應(yīng):CH3OH(g
15、)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g) ΔH=+49 kJ·mol-1
副反應(yīng):H2(g)+CO2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH=+41 kJ·mol-1
①既能加快反應(yīng)速率又能提高CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率的一種措施是__________________。
②分析適當(dāng)增大水醇比(nH2O∶nCH3OH)對甲醇水蒸氣重整制氫的好處______________。
③某溫度下,將nH2O∶nCH3OH=1∶1的原料氣充入恒容密閉容器中,初始壓強為p1,反應(yīng)達(dá)到平衡時總壓強為p2,則平衡時甲醇的轉(zhuǎn)化率為____________。(忽略副反應(yīng))
④工業(yè)生產(chǎn)中,單位時間內(nèi),單位體積的催
16、化劑所處理的氣體體積叫做空速[單位為m3/(m3催化劑·h),簡化為h-1]。一定條件下,甲醇的轉(zhuǎn)化率與溫度、空速的關(guān)系如圖??账僭酱?,甲醇的轉(zhuǎn)化率受溫度影響越________________。其他條件相同,比較230℃時1 200 h-1和300 h-1兩種空速下相同時間內(nèi)H2的產(chǎn)量,前者約為后者的________倍。(忽略副反應(yīng),保留2位有效數(shù)字)
(3)甲醇水蒸氣重整制氫消耗大量熱能,科學(xué)家提出在原料氣中摻入一定量氧氣,理論上可實現(xiàn)甲醇水蒸氣自熱重整制氫。
已知:CH3OH(g)+O2(g) CO2(g)+2H2(g) ΔH=-193 kJ·mol-1
則5CH3OH(g)+4
17、H2O(g)+O2(g) 5CO2(g)+14H2(g)的ΔH=________kJ·mol-1。
解析:本題考查化學(xué)反應(yīng)原理及其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。(1)抓住“氫元素利用率達(dá)100%”這一信息可寫出其反應(yīng)的化學(xué)方程式。(2)①兩個反應(yīng)均為吸熱反應(yīng),故升高溫度可使甲醇平衡轉(zhuǎn)化率增大,反應(yīng)速率加快;此外水蒸氣為主反應(yīng)的反應(yīng)物,副反應(yīng)的生成物,故增大水蒸氣的濃度也可達(dá)到加快反應(yīng)速率和提高甲醇平衡轉(zhuǎn)化率的效果。②增大水醇比,既可使甲醇轉(zhuǎn)化率增大,又可使副反應(yīng)逆向移動,抑制CO的生成。③恒溫恒容時,物質(zhì)的量之比等于壓強之比,根據(jù)差量法計算:CH3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g)
18、Δn=2,反應(yīng)前甲醇的分壓為p1,參加反應(yīng)的甲醇的分壓為,則甲醇的轉(zhuǎn)化率為×100%。④由題圖看出,空速越大,甲醇的轉(zhuǎn)化率受溫度影響的曲線的斜率越大,說明受溫度影響越大。230℃時1 200 h-1和300 h-1兩種空速下相同時間內(nèi)H2的產(chǎn)量之比等于甲醇的轉(zhuǎn)化率之比,為=3.2。(3)根據(jù)蓋斯定律,由主反應(yīng)的熱化學(xué)方程式乘以4,再加上CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2(g) ΔH=-193 kJ·mol-1,可得5CH3OH(g)+4H2O(g)+O2(g) 5CO2(g)+14H2(g) ΔH=+3 kJ·mol-1。
答案:(1)CH3OH2H2+CO 產(chǎn)物H2中CO含量高
(2)①升高溫度[或增大H2O(g)的濃度]
②有利于提高甲醇的轉(zhuǎn)化率,有利于抑制CO的生成
③×100%?、艽蟆?.2 (3)+3