2019高考化学大二轮复习 热点大题专攻练（四）物质结构与性质(选考).doc

(四)基本理论综合应用1中国首台静默移动发电站MFC30已正式问世，MFC30是基于甲醇重整制氢燃料电池的发电技术。(1)甲醇制氢方式主要有以下三种：反应：甲醇水蒸气重整制氢：CH3OH(g)H2O(g)CO2(g)3H2(g)H149.4 kJmol1反应：甲醇分解制氢：CH3OH(g)CO(g)2H2(g)H290.6 kJmol1反应：气态甲醇氧化重整制氢同时生成二氧化碳和氢气。已知CO的燃烧热为283.0 kJmol1，则反应的热化学反应方程式为_。这三种制氢方式中，等量的甲醇产生氢气最多的是反应_(填“”“”或“”)。(2)实验室模拟反应甲醇水蒸气重整制氢，合成气组成n(CH3OH)n(H2O)11时，体系中甲醇的平衡转化率与温度和压强的关系如图所示。该反应的平衡常数表达式为_。当温度为250 、压强为p2时，反应达到平衡时H2的体积分数为_。图中的压强由小到大的顺序是_。(3)MFC30燃料电池是以氢为燃料，Li2CO3与K2CO3混合的碳酸盐为电解质的高温型燃料电池，其负极的电极反应式为_，正极上通入的气体为_。解析：(1)已知三个反应反应CH3OH(g)H2O(g)CO2(g)3H2(g)H149.4 kJmol1，反应CH3OH(g)CO(g)2H2(g)H290.6 kJmol1，CO的燃烧热为283.0 kJmol1，CO(g)1/2O2(g)=CO2(g)H283.0 kJmol1，由盖斯定律得反应的热化学反应方程式为CH3OH(g)1/2O2(g)=CO2(g)2H2(g)H192.4 kJmol1；1 mol 甲醇产生氢气分别为3 mol、2 mol、2 mol，最多的是反应。(2)反应甲醇水蒸气重整制氢：CH3OH(g)H2O(g)CO2(g)3H2(g)H149.4 kJmol1，该反应的平衡常数K。CH3OH(g)H2O(g)CO2(g)3H2(g)起始/mol 1 1 0 0反应/mol 0.82 0.82 0.82 30.82平衡/mol 0.18 0.18 0.82 2.46反应达平衡时H2的体积分数为2.46/(0.180.180.822.46)0.676。由方程式CH3OH(g)H2O(g)CO2(g)3H2(g)，相同温度时，减小压强，平衡正向移动，CH3OH转化率增大，由图可知从p3到p1压强减小，图中的压强由小到大的顺序是p1p2p3。(3)燃料电池中通入燃料的电极是负极，通入氧化剂的电极是正极，负极是H2作还原剂，H22eCO=H2OCO2，正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，电极反应式为O22CO24e=2CO，故正极要不断通入O2(或空气)、CO2。答案：(1)CH3OH(g)1/2O2(g)=CO2(g)2H2(g)H192.4 kJmol1(2)K67.6%(或0.676或0.68)p1p2p3(3)H22eCO=H2OCO2O2(或空气)、CO22合理利用或转化NO2、SO2、CO、NO等污染性气体是人们共同关注的课题。.某化学课外小组查阅资料后得知：2NO(g)O2(g)2NO2(g)的反应历程分两步：2NO(g)N2O2(g)(快)v1正k1正c2(NO)，v1逆k1逆c(N2O2)H10N2O2(g)O2(g)2NO2(g)(慢)v2正k2正c(N2O2)c(O2)，v2逆k2逆c2(NO2)H20请回答下列问题：(1)反应2NO(g)O2(g)2NO2(g)的H_(用含H1和H2的式子表示)。一定温度下，反应2NO(g)O2(g)2NO2(g)达到平衡状态，写出用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示平衡常数的表达式K_。(2)决定2NO(g)O2(g)2NO2(g)反应速率的是反应，反应的活化能E1与反应的活化能E2的大小关系为E1_E2(填“”“”或“”)。.(3)反应N2O4(g)2NO2(g)，在一定条件下N2O4与NO2的消耗速率与自身压强有如下关系：v(N2O4)k1p(N2O4)，v(NO2)k2p2(NO2)。其中k1、k2是与温度有关的常数。一定温度下，相应的速率与压强关系如图所示，在图中标出的点中，能表示该反应达到平衡状态的两个点是_，理由是_。(4)在25 时，将a molL1的氨水溶液与0.02 molL1 HCl溶液等体积混合后溶液恰好呈中性(忽略溶液混合后体积的变化)，用含a的表达式表示25 时NH3H2O的电离常数Kb_。用质量分数为17%，密度为0.93 gcm3的氨水，配制200 mL a molL1的氨水溶液，所需原氨水的体积V_ mL。(5)如图电解装置可将雾霾中的NO、SO2分别转化为NH和SO。物质A的化学式为_，阴极的电极反应式是_。解析：.(1)2NO(g)N2O2(g)；N2O2(g)O2(g)2NO2(g)，而目标反应2NO(g)O2(g)2NO2(g)的HH1H2，由K，结合v正、v逆的定义，可得K。(2)因为决定2NO(g)O2(g)2NO2(g)速率的是反应，所以反应的活化能E1远小于反应的活化能E2。.(3)满足平衡条件v(NO2)2v(N2O4)即为平衡点，B、D点的压强之比等于其反应速率之比为12，所以B、D为平衡点。(4)反应后溶液中c(NH)c(Cl)0.01 molL1，c(NH3H2O) molL1c(NH) molL1，c(OH)107 molL1，则Kb(2109)/(a0.02)；设氨水的体积为V mL，则根据稀释定律可知：V0.93 gcm317%17 gmol1a molL10.2 L，解得V21.5a mL。(5)NO得电子生成铵根离子，离子方程式为NO5e6H=NHH2O，为阴极反应，阳极上SO2失电子形成硫酸。答案：(1)H1H2(2)(3)B、D图中只有D点的NO2的消耗速率是B点N2O4的消耗速率的2倍，所以表示达到化学平衡状态的点是B、D(4)或21.5a或或(5)H2SO4NO6H5e=NHH2O3随着科学技术的发展和环保要求不断提高，CO2的捕集利用技术成为研究的重点。.工业上使用的捕碳剂有NH3和(NH4)2CO3，它们与CO2可发生如下可逆反应：NH3(l)H2O(l)CO2(g)NH4HCO3(aq)H12NH3(l)H2O(l)CO2(g)(NH4)2CO3(aq)H2(NH4)2CO3(aq)H2O(l)CO2(g)2NH4HCO3(aq)H3则H3_(用含H1、H2的表达式表示)。.目前国际空间站处理CO2的一个重要方法是将CO2还原，所涉及的化学反应方程式为CO2(g)4H2(g)CH4(g)2H2O(g)，已知：H2的体积分数随温度的升高而增加。(1)该反应的S_0(填“”“”或“”)，该反应的H_0(填“”或“”)。(2)在恒容密闭容器中通入等物质的量的CO2和H2并发生上述反应，温度T下，CO2物质的量浓度c(CO2)随时间t变化的曲线如图所示。下列能说明反应达到平衡状态的是_。A体系压强保持不变B混合气体密度保持不变C甲烷和水蒸气的物质的量之比保持不变DH2的质量分数保持不变(3)温度T下，反应前20 s的平均速率v(H2)_(用含a、b的代数式表示)。(4)温度T下，该反应的平衡常数K_(用含a、b的代数式表示)。(5)若降低温度，反应重新达到平衡，则v(正)_；CO2转化率_(填“增大”“减小”或“不变”)。.工业上常用高浓度的K2CO3溶液吸收CO2，得溶液X，再利用电解法使K2CO3溶液再生，其装置示意图如下：(1)在阳极区发生的反应包括_和HHCO=CO2H2O。(2)简述CO在阴极区再生的原理：_。解析：.根据盖斯定律，反应32反应1反应2，所以H32H1H2。.(1)这是一个气体体积减小的反应，所以反应熵变S0。因为温度升高时，平衡体系H2的体积分数增大，即平衡逆向移动，所以正反应为放热反应，H0。(2)A.反应正向进行时，气体物质的量减小，反应逆向进行时，气体物质的量增大。当容器体积不变时，二者都会导致体系压强改变，所以体系压强不变的状态一定是化学平衡状态，A正确。由于反应进行过程中气体的质量始终保持不变，容器体积不变时，混合气体密度始终不变，所以混合气体密度不变时不一定是化学平衡状态，B错误。反应开始时只有CO2和H2，所以生成的CH4与H2O物质的量之比始终为12，则CH4与H2O物质的量之比保持不变时不一定是化学平衡状态，C错误。反应正向进行时H2质量分数减小，反应逆向进行时H2质量分数增大，所以H2质量分数不变时，一定是该反应处于化学平衡状态，D正确。(3)前20 s c(CO2)(ab) molL1，则v(CO2)，v(H2)4 molL1s1。(4)平衡建立过程中，反应消耗CO2(ab) molL1，则参加反应的H2为4(ab) molL1，生成CH4：(ab) molL1、H2O：2(ab) molL1，所以反应达到平衡时，CO2：b molL1，H2：a4(ab) molL1(4b3a) molL1，CH4：(ab) molL1，H2O：2(ab) molL1，K。(5)温度降低时，化学反应速率减小，重新建立平衡后，v(正)也减小。由于该反应是放热反应，降低温度后平衡正向移动，所以CO2的转化率增大。.K2CO3溶液吸收CO2生成KHCO3，溶液中存在的离子包括K、H、HCO、CO、OH。(1)电解时还原性最强的OH在阳极放电生成O2，反应原理为4OH4e=2H2OO2，反应的OH来源于水，所以电解时阳极产生H，HHCO=CO2H2O。(2)阴极区氧化性最强的H放电生成H2，H主要来源于水，所以电解时阴极产生OH，OHHCO=H2OCO，使CO得到再生。答案：.2H1H2.(1)(2)A、D(3) molL1s1(4)(5)减小增大.(1)4OH4e=2H2OO2(2)阴极H放电产生H2，OH浓度变大并与HCO反应使CO再生4(1)催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明，在催化剂Cu/ZnO存在下，CO2和H2可发生两个反应，分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下：.CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)H153.7 kJmol1.CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)H2已知：CO和H2的燃烧热分别为283.0 kJmol1和285.8 kJmol1H2O(l)=H2O(g)H344.0 kJmol1反应的平衡常数表达式K_；反应的H2_ kJmol1。(2)某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对反应aA(g)bB(g)cC(g)平衡的影响，得到如图1所示关系，图中p表示压强，T表示温度，表示平衡转化率。若此反应在低温条件下自发进行，则p1_p2(填“”“”或“”)。(3)常温下，用0.100 0 molL1的盐酸滴定20.00 mL未知浓度的Na2CO3溶液，溶液的pH与所加盐酸的体积关系如图2所示。已知b、d点分别为用酚酞和甲基橙作指示剂的滴定终点。比较b点和d点时水的电离程度b_d(填“”“”或“”)。写出滴定过程中cd段反应的离子方程式_。滴定时，加入盐酸10 mL时，溶液中各粒子浓度的关系正确的是_。ac(Na)c(HCO)c(Cl)c(CO)c(OH)c(H)bc(Na)c(H)2c(CO)c(HCO)c(OH)cc(Na)2c(CO)c(HCO)c(H2CO3)dc(OH)c(H)c(HCO)c(CO)(4)乙醛酸(HOOCCHO)是有机合成的重要中间体。工业上用“双极室成对电解法”生产乙醛酸，原理如图3所示，该装置中阴、阳两极均为惰性电极，两极室均可产生乙醛酸，其中乙二醛与M电极的产物反应生成乙醛酸。N电极上的电极反应式为_。若有4 mol H通过质子交换膜，并完全参与了反应，则该装置中生成的乙醛酸为_ mol。解析：(1)根据平衡常数的定义可知，K。由热化学方程式：a.CO(g)O2(g)=CO2(g)H283.0 kJmol1；b.H2(g)O2(g)H2O(l)H285.8 kJmol1；c.H2O(l)=H2O(g)H44 kJmol1。根据盖斯定律，bac即可得反应：CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)H2285.8 kJmol1283.0 kJmol144 kJmol141.2 kJmol1。(2)根据图像可知当压强一定时，温度升高A的转化率降低，结合勒夏特列原理：温度升高平衡向吸热的方向移动，由此可以推知正反应H0；又因为该反应可以在低温时自发进行，根据HTS0时反应自发进行，推出S0，故abc，根据勒夏特列原理：当温度一定时，压强增大平衡向气体分子总数减小的方向移动，可推知压强增大平衡正向移动，A的转化率增大，所以p1p2。(3)用盐酸滴定碳酸钠溶液的过程中，用酚酞作指示剂时滴定的终点产物为NaHCO3，二者的反应比例为11，即图像中的b点，用甲基橙作指示剂时滴定的终点产物为H2CO3，二者的反应比例为21，即图像中的d点，NaHCO3促进水的电离，H2CO3抑制水的电离，故水的电离程度：bd。滴定过程中b点到d点之间溶液中已经没有Na2CO3，只有NaHCO3，所以只发生NaHCO3与盐酸的反应。加入盐酸10 mL时，溶液中有NaHCO3和NaCl以及剩余的Na2CO3，三者的物质的量之比为111，CO的水解程度大于HCO，且二者均为少部分水解，故c(Na)c(HCO)c(Cl)c(CO)c(OH)c(H)，a正确；b、c、d三个选项考查溶液中离子之间的守恒关系，只有c项正确。(4)N电极上HOOCCOOH得电子生成HOOCCHO，配平方程式即可。阴、阳极各生成2 mol乙醛酸，共4 mol。答案：(1)41.2(2)(3)HHCO=CO2H2O或HHCO=H2CO3ac(4)HOOCCOOH2e2H=HOOCCHOH2O45雾霾中含有多种污染物，包括氮氧化物(NOx)、CO、SO2等。它们可以通过化学反应得到一定的消除或转化。(1)氮硫的氧化物的转化：NO2(g)SO2(g)SO3(g)NO(g)H已知：NO(g)O2(g)NO2(g)H156.5 kJmol12SO2(g)O2(g)2SO3(g)H2196.6 kJmol1则H_ kJmol1。一定条件下，将NO2与SO2以一定比例置于恒温恒容的密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的有_。a混合气体的密度不变b混合气体的颜色保持不变cSO3和NO的体积比保持不变d反应速率v(NO2)v(SO2)v(SO3)v(NO)1111(2)碳氧化物的转化：CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO2H2CH3OH，在一恒温恒容密闭容器中充入1 mol CO和2 mol H2进行上述反应。测得CO和CH3OH(g)浓度随时间变化如图1所示。则04 min内，氢气的反应速率为_ molL1min1；第4 min后，保持温度不变，向该密闭容器中再充入1 mol CO和1 mol CH3OH(g)，则平衡_(填“正向”“逆向”或“不”)移动。通过电解CO制备CH4，电解液为碳酸钠溶液，工作原理如图2所示，写出阴极的电极反应式_。若以甲醇燃料电池作为电源，则生成标准状况下1.12 L CH4需要消耗CH3OH的质量为_。(3)硫氧化物的转化：硫的氧化物与一定量氨气、空气反应，可生成硫酸铵。硫酸铵水溶液呈酸性的原因是_(用离子方程式表示)；室温时，向(NH4)2SO4溶液中滴入NaOH溶液至溶液呈中性，则所得溶液中微粒浓度大小关系：c(Na)_(填“”“”或“”)c(NH3H2O)。解析：(1)根据盖斯定律，由(2)可得：NO2(g)SO2(g)SO3(g)NO(g)H41.8 kJmol1。混合气体的质量恒定，在恒容容器中混合气体的密度保持不变，a项不能说明反应达到平衡状态；混合气体的颜色保持不变，说明NO2的浓度不变，b项可以说明反应达到平衡状态；SO3和NO的体积比始终是一定值，c项不能说明反应达到平衡状态；反应速率之比始终等于系数之比，d项不能说明反应达到平衡状态。(2)由题图1可知，04 min内，CO的浓度减少了0.75 molL1，则v(CO)0.187 5 molL1min1，根据反应速率之比等于系数之比，v(H2)2v(CO)0.375 molL1min1。第4 min平衡时，c(CO)0.25 molL1，c(H2)0.5 molL1，c(CH3OH)0.75 molL1，故平衡常数K12，再充入1 mol CO和1 mol CH3OH(g)后，Qc5.6，QcK，平衡正向移动。由题图2知，阴极上CO发生还原反应生成CH4，电极反应式为CO6e5H2O=6OHCH4，根据阴极反应式可知，每生成1 mol CH4转移6 mol电子，甲醇燃料电池的总反应为CH3OHO2=CO22H2O，则每消耗1 mol甲醇转移6 mol电子，生成标准状况下1.12 L(0.05 mol)甲烷时，电路中转移0.3 mol电子，消耗n(CH3OH)0.05 mol，故m(CH3OH)0.05 mol32 gmol11.6 g。(3)(NH4)2SO4为强酸弱碱盐，NH水解使溶液显酸性：NHH2ONH3H2OH。向(NH4)2SO4溶液中滴入NaOH溶液至溶液呈中性，则c(H)c(OH)，根据电荷守恒可得：c(NH)c(Na)c(H)c(OH)2c(SO)，根据物料守恒得：c(NH)c(NH3H2O)2c(SO)，联立上述各式可得：c(Na)c(NH3H2O)。答案：(1)41.8b(2)0.375正向CO6e5H2O=6OHCH41.6 g(3)NHH2O NH3H2OH6研究和深度开发二氧化碳的应用对发展低碳经济，构建生态文明社会具有重要的意义。CO2与H2在一定条件下反应可合成乙烯：2CO2(g)6H2(g)CH2=CH2(g)4H2O(g)H1已知：2H2(g)O2(g)=2H2O(g)H2480 kJmol1CH2=CH2(g)3O2(g)=2CO2(g)2H2O(g)H31 400 kJmol1(1)H1_。(2)科学家用氮化镓与铜组装成如图1所示的人工光合系统，利用该装置成功地以CO2和H2O为原料合成了CH4。铜电极表面的电极反应式为_；为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量_(填“盐酸”或“硫酸”)。(3)CO2和H2充入一定体积的恒容密闭容器中，在两种温度下发生反应：CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)，测得CH3OH的物质的量随时间的变化如图2所示。该反应的H_(填“”或“”)0，曲线、对应的平衡常数大小关系为K_(填“”“”或“”)K。一定温度下，在容积相同且固定的两个密闭容器中，按如下方式加入反应物发生中反应，一段时间后达到平衡。容器甲乙反应物投入量1 mol CO2、3 mol H2a mol CO2、3a mol H2、b mol CH3OH(g)、b mol H2O(g)若甲中平衡后气体的压强为开始的，要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持化学反应向逆反应方向进行，则b的取值范围为_。(4)可用K2CO3溶液吸收化学反应中生成的CO2，常温下pH10的K2CO3溶液中水电离的OH的物质的量浓度为_。常温下，0.1 molL1 KHCO3溶液的pH8，则溶液中c(H2CO3)_(填“”“”或“”)c(CO)。解析：(1)根据盖斯定律知，H13H2H3(48031 400) kJmol140 kJmol1。(2)在铜电极表面，CO2得电子发生还原反应生成CH4：CO28e8H=CH42H2O。盐酸中的Cl易被氧化，加入硫酸合适。(3)由题图2可看出，曲线对应的反应先达到平衡，相应的温度高。升高温度时，n(CH3OH)减小，说明平衡逆向移动，正反应是放热反应，H0。降低温度，平衡正向移动，平衡常数KK。设甲中反应达到平衡时，CH3OH(g)、H2O(g)的物质的量均为x，根据三段式可知：(1x)(33x)xx(13) mol，解得x0.4 mol，则平衡时CO2、H2、CH3OH(g)、H2O(g)的物质的量分别为0.6 mol、1.8 mol、0.4 mol、0.4 mol。要使甲、乙两容器中的平衡为等效平衡，则ab1；要使起始时维持化学反应向逆反应方向进行，则b0.4，由此可得0.4b1。(4)常温下pH10的K2CO3溶液中，c(H)11010 molL1，c(OH)1104 molL1，盐溶液中的OH是由水电离产生的。KHCO3溶液显碱性，说明HCO的水解能力大于其电离能力，故c(H2CO3)c(CO)。答案：(1)40 kJmol1(2)CO28e8H=CH42H2O硫酸(3)0.4b1(4)1104 molL1