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2019-2020年高考化學(xué) 考前三個(gè)月 專項(xiàng)突破 第十題 化學(xué)基本理論的綜合題（含解析）新人教版 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 kJmol－1 Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝－129.0 kJmol－1 (1)寫出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)開始直至2 min時(shí)，用CH4表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率為________。 ②n1＝________ mol，n2＝________ mol，n3________n4(填“>”、“<”或“＝”)。 ③100 ℃時(shí)，反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)為________(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2.0 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的，其他條件不變，下列說法中正確的是________。 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(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______________。 答案　(1)CH4(g)＋H2O(g)CH3OH(g)＋H2(g)　ΔH＝＋77.0 kJmol－1 (2)①0.002 molL－1min－1?、?.6　1.4?。? ③4.610－3 (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 kJmol－1。(2)用H2O表示的該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率v(H2O)＝0.4 mol100 L2 min＝0.002 molL－1min－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 molL－1min－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??；平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān)，增大壓強(qiáng)，平衡常數(shù)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)簡寫為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 kJmol－1 ②CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41.2 kJmol－1 ③CaO(s)＋CO2(g)CaCO3(s)　ΔH＝－178.3 kJmol－1 ④C(s)＋O2(g)=== CO2(g) ΔH＝－393.8 kJmol－1 ⑤CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　K 請(qǐng)回答下列問題： (1)氣化爐中的總反應(yīng)為C(s)＋2H2O(g)＋CaO(s)===CaCO3(s)＋2H2(g)　ΔH＝________ kJmol－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________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____________________________。 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＝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 kJmol－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__________。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＝＋117.6 kJmol－1 ②H2(g)＋CO2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝－41.2 kJmol－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__________。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________。 (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　 (2)＋76.4 kJmol－1　A (3)CO－2e－＋CO===2CO2　2NA(或1.2041024) (4)①＝　②B 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＋ΔH2＝＋117.6 kJmol－1－41.2 kJmol－1＝＋76.4 kJmol－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)===2CO2(g)　ΔH1＝－566 kJmol－1 S(l)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH2＝－296 kJmol－1 則反應(yīng)熱ΔH＝________ kJmol－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，結(jié)果如圖b所示。請(qǐng)?jiān)趫Db中畫出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 molL－1 Na2SO3溶液吸收純凈的SO2，當(dāng)溶液中c(SO)降至0.2 molL－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________ molL－1。 ②此時(shí)溶液pH＝________。(已知該溫度下SO＋H＋HSO的平衡常數(shù)K＝8.0106，計(jì)算時(shí)SO2、H2SO3的濃度忽略不計(jì)) 答案　(1)－270　(2)Cr2O3　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 kJmol－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)降至0.2 molL－1時(shí)，參加反應(yīng)的c(SO)為0.8 molL－1，則反應(yīng)生成的c(HSO)約為1.6 molL－1。②K＝＝＝8.0106，則c(H＋)＝10－6 molL－1，pH＝6。 2．黨的十八大報(bào)告中首次提出“美麗中國”的宏偉目標(biāo)。節(jié)能減排是中國轉(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)回答下列問題： (1)裝置甲為電解池，根據(jù)圖示轉(zhuǎn)化關(guān)系可知：A為________(填化學(xué)式)，陰極反應(yīng)式為________________。 (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________(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(CO) /molL－1 c(H2) /molL－1 c(CH3OH) /molL－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______________。反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為________。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)極反應(yīng)式為__________________。 答案　(1)Cl2　2H＋＋2e－===H2↑ (2)進(jìn)入裝置丙的Ti含有的雜質(zhì)較多，從裝置戊中出來的Ti較為純凈　C (3)①B?、?.3 molL－1min－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 molL－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 molL－1min－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)。