2019年高考化学 黄金押题13 化学反应原理综合（含解析）.doc

黄金押题13 化学反应原理综合【高考考纲】1.试题特点：化学反应原理综合应用题常常把热化学、化学反应速率及三大平衡、电化学知识融合在一起，多以图像或图表的形式呈现。题目围绕一个主题，由多个小题组成，各小题的考查有一定的独立性，覆盖面较广，灵活性较强。2.命题考查：(1)热化学方程式和电极反应式的书写；(2)离子浓度的大小比较；(3)反应速率、平衡常数及转化率的计算；(4)电化学装置的原理分析及平衡曲线的识别与绘制等。【真题感悟】 例1、(2017高考全国卷)砷(As)是第四周期A族元素，可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物，有着广泛的用途。回答下列问题：(1)画出砷的原子结构示意图：_。(2)已知：As(s)H2(g)2O2(g)=H3AsO4(s)H1H2(g)O2(g)=H2O(l)H22As(s)O2(g)=As2O5(s)H3则反应As2O5(s) 3H2O(l)=2H3AsO4(s)的H_。(3)298 K时，将20 mL 3x molL1 Na3AsO3、20 mL 3x molL1 I2和20 mL NaOH溶液混合，发生反应：AsO(aq)I2(aq)2OH(aq) AsO(aq)2I(aq)H2O(l)。溶液中c(AsO)与反应时间(t)的关系如图所示。 下列可判断反应达到平衡的是_(填标号)。a溶液的pH不再变化bv(I)2v(AsO)cc(AsO)/c(AsO)不再变化dc(I)y molL1tm时，v正_v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。tm时v逆_tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”)，理由是_。若平衡时溶液的pH14，则该反应的平衡常数K为_。解析：(1)从内向外磷的各层电子数依次是2、8、5，砷与磷位于同主族且相邻，砷原子比磷原子多一个电子层，所以从内向外砷的各层电子数分别为2、8、18、5，据此可画出其原子结构示意图。(2)将已知热化学方程式依次编号为、，根据盖斯定律，由23可得：As2O5(s)3H2O(l)=2H3AsO4(s)H2H13H2H3。(3)溶液的pH不再变化，即OH的浓度不再变化，所以平衡体系中各组分的浓度均不再变化，说明反应达到平衡状态，a项正确；当v正(I)2v逆(AsO)或v逆(I)2v正(AsO)时反应达到平衡状态，选项中的速率未指明是正反应速率还是逆反应速率，b项错误；反应达到平衡之前，c(AsO)逐渐减小而c(AsO)逐渐增大，故c(AsO)/c(AsO)逐渐增大，当c(AsO)/c(AsO)不变时反应达到平衡状态，c项正确；根据离子方程式可知反应体系中恒有c(I)2c(AsO)，观察图像可知反应达到平衡时c(AsO)y molL1，此时c(I)2y molL1，d项错误。tm时反应未达到平衡状态，所以v正大于v逆。从tm到tn，反应逐渐趋于平衡状态，反应物浓度逐渐减小而生成物浓度逐渐增大，所以正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，故tm时v逆小于tn时v逆。根据题意，起始时c(AsO)c(I2)x molL1。根据图像可知平衡时c(AsO)y molL1，则此时c(I)2y molL1，c(AsO)c(I2)(xy) molL1，平衡时溶液的pH14，则c(OH)1 molL1，故该反应的平衡常数K。答案：(1) (2)2H13H2H3(3)ac大于小于tm时生成物浓度较低【变式探究】 (2017高考江苏卷)砷(As)是一些工厂和矿山废水中的污染元素，使用吸附剂是去除水中砷的有效措施之一。(1)将硫酸锰、硝酸钇与氢氧化钠溶液按一定比例混合，搅拌使其充分反应，可获得一种砷的高效吸附剂X，吸附剂X中含有CO，其原因是_。 (2)H3AsO3和H3AsO4水溶液中含砷的各物种的分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与pH的关系分别如图1和图2所示。 以酚酞为指示剂(变色范围pH 8.010.0)，将NaOH溶液逐滴加入到H3AsO3溶液中，当溶液由无色变为浅红色时停止滴加。该过程中主要反应的离子方程式为_。 H3AsO4第一步电离方程式H3AsO4H2AsOH的电离常数为Ka1，则pKa1_(pKa1lg Ka1)。(3)溶液的pH对吸附剂X表面所带电荷有影响。pH 7.1时， 吸附剂X表面不带电荷；pH7.1时带负电荷，pH越高，表面所带负电荷越多；pHv(第二步反应)B反应的中间产物只有NO3C第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效D第三步反应活化能较高解析：(1)氯气与硝酸银反应生成N2O5，氯气作氧化剂，还原产物为氯化银，又硝酸银中氮元素、银元素已经是最高化合价，则只能是氧元素化合价升高，所以气体氧化产物为O2。(2)将已知热化学方程式依次编号为a、b，根据盖斯定律，由ab得N2O5(g)=2NO2(g)O2(g)H kJmol153.1 kJmol1。t62 min时，体系中pO22.9 kPa，根据三段式法得2N2O5(g)=2N2O4(g)O2(g)起始 35.8 kPa 0 0转化 5.8 kPa 5.8 kPa 2.9 kPa62 min 30.0 kPa 5.8 kPa 2.9 kPa则62 min时pN2O530.0 kPa，v210330.0 kPamin16.0102kPamin1。刚性反应容器的体积不变，25 N2O5(g)完全分解时体系的总压强为63.1 kPa，升高温度，从两个方面分析：一方面是体积不变，升高温度，体系总压强增大；另一方面，2NO2N2O4的逆反应是吸热反应，升温，平衡向生成NO2的方向移动，体系物质的量增大，故体系总压强增大。N2O5完全分解生成N2O4和O2，起始pN2O535.8 kPa，其完全分解时pN2O435.8 kPa，pO217.9 kPa，设25 平衡时N2O4转化了x，则 N2O4 2NO2平衡 35.8 kPax 2x358 kPax2x17.9 kPa63.1 kPa，解得x9.4 kPa。平衡时，pN2O426.4 kPa，pNO218.8 kPa，Kp13.4。(3)快速平衡，说明第一步反应的正、逆反应速率都较大，则第一步反应的逆反应速率大于第二步反应的速率，A项正确；反应的中间产物除NO3外还有NO，B项错误；有效碰撞才能发生反应，第二步反应慢，说明部分碰撞有效，C项正确；第三步反应快，说明反应活化能较低，D项错误。答案：(1)O2(2)53.130.06.0102大于温度提高，体积不变，总压强提高；NO2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高13.4(3)AC【变式探究】 (2018高考天津卷)CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。回答下列问题：(1)CO2可以被NaOH溶液捕获。若所得溶液pH13，CO2主要转化为_(写离子符号)；若所得溶液c(HCO)c(CO)21，溶液pH_。(室温下，H2CO3的Ka14107；Ka251011)(2)CO2与CH4经催化重整，制得合成气：CH4(g)CO2(g)2CO(g)2H2(g)已知上述反应中相关的化学键键能数据如下：化学键CHC=OHHC O(CO)键能/(kJmol1)4137454361 075则该反应的H_。分别在v L恒温密闭容器A(恒容)、B(恒压，容积可变)中，加入CH4和CO2各1 mol的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是_(填“A”或“B”)。按一定体积比加入CH4和CO2，在恒压下发生反应，温度对CO和H2产率的影响如图3所示。此反应优选温度为900 的原因是_。(3)O2辅助的AlCO2电池工作原理如图4所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。电池的负极反应式：_。电池的正极反应式：6O26e=6O6CO26O=3C2O6O2反应过程中O2的作用是_。该电池的总反应式：_。解析：(1)若所得溶液的pH13，溶液呈强碱性，则CO2主要转化为CO。若所得溶液c(HCO)c(CO)21，根据Ka2，则c(H)Ka2510112 molL11010 molL1，pHlg 101010。(2)根据H反应物总键能生成物总键能，该反应的H(41347452) kJmol1(1 07524362) kJmol1120 kJmol1。该反应为气体分子数增大的吸热反应，恒容时达到的平衡相当于恒压条件下达到平衡后增大压强，加压平衡向逆反应方向移动，故恒容时反应达平衡后吸收的热量比恒压时反应达平衡后吸收的热量少。根据题图3知，900 时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，但升高温度，能耗升高，经济效益降低。(3)该电池中Al作负极，电解质为含AlCl3的离子液体，故负极反应为Al3e=Al3。正极为多孔碳电极，根据正极反应式，得正极总反应为6CO26e=3C2O，O2不参与正极的总反应，故O2为催化剂。将负极反应：2Al6e=2Al3和正极反应：6CO26e=3C2O相加，可得该电池的总反应式为2Al6CO2=Al2(C2O4)3。答案：(1)CO10(2)120 kJmol1B900 时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，但能耗升高，经济效益降低(3)Al3e=Al3(或2Al6e=2Al3)催化剂2Al6CO2=Al2(C2O4)3【黄金押题】1硫氧化物易引起环境污染，需要悉心研究。(1)二氧化硫可用于催化氧化制硫酸。硫酸工业中，作为催化剂的V2O5对反应的催化循环过程经历了、两个反应阶段，如图所示： 下列分子中1 mol化学键断裂时需要吸收的能量数据如下：化学键S=O(SO2)S=O(SO3)O=O(O2)能量/kJ535a496反应的H98 kJmol1，则a_。反应的化学方程式为_。将2 mol SO2和1 mol O2充入密闭容器中，在一定条件下发生反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)。平衡时SO3的体积分数(%)随温度和压强的变化如表所示：下列判断正确的是_。Abe B415 、2.0 MPa时O2的转化率为60%C在一定温度和压强下，加入V2O5作催化剂能加快反应速率，提高SO3的体积分数D平衡常数K(550 )K(350 )(2)较纯的SO2可用于原电池法生产硫酸。图中离子交换膜是_离子交换膜(填“阴”或“阳”)。 (3)研究发现，SO2与含碱式硫酸铝的溶液结合的方式有两种：其一是与溶液中的水结合；其二是与碱式硫酸铝中的活性Al2O3结合。通过酸度计测定吸收液的pH变化，结果如图所示。 请解释曲线如图变化的原因：_。(4)取五等份SO3，分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生反应：3SO3(g) (SO3)3(g)H1014。答案：(1)472V2O4SO3O2=V2O5SO3 A(2)阳 (3)二氧化硫先与活性氧化铝结合成亚硫酸铝，水解显酸性，后与水结合生成亚硫酸，电离显酸性。电离强于水解 (4)BD (5)Ka1Ka2101422017年5月18日中共中央国务院公开致电祝贺南海北部神狐海域进行的“可燃冰”试采成功。“可燃冰”是天然气水合物，外形像冰，在常温常压下迅速分解释放出甲烷，被称为未来新能源。(1)“可燃冰”作为能源的优点是_(回答一条即可)。(2)甲烷自热重整是先进的制氢方法，包含甲烷氧化和蒸气重整两个过程。向反应系统同时通入甲烷、氧气和水蒸气，发生的主要化学反应如下：反应过程化学方程式焓变H/(kJmol1)活化能E/(kJmol1)甲烷氧化CH4(g)2O2(g) CO2(g)2H2O(g)802.6125.6CH4(g)O2(g) CO2(g)2H2(g)322.0172.5蒸气重整CH4(g)H2O(g) CO(g)3H2(g)206.2240.1CH4(g)2H2O(g) CO2(g)4H2(g)158.6243.9回答下列问题：在初始阶段，甲烷蒸气重整的反应速率_(填“大于”“小于”或“等于”)甲烷氧化的反应速率。反应CH4(g)H2O(g) CO(g)3H2(g)的平衡转化率与温度、压强关系其中n(CH4)n(H2O)11如图所示。该反应在图中A点的平衡常数Kp_(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压总压物质的量分数)，图中压强(p1、p2、p3、p4)由大到小的顺序为_。从能量角度分析，甲烷自热重整方法的先进之处在于_。如果进料中氧气量过大，最终会导致H2物质的量分数降低，原因是_。(3)甲烷超干重整CO2技术可得到富含CO的气体，其能源和环境上的双重意义重大，甲烷超干重整CO2的催化转化原理如图所示。 过程中第二步反应的化学方程式为_。只有过程投料比_，过程中催化剂组成才会保持不变。该技术总反应的热化学方程式为_。解析：(1)“可燃冰”分子结构式为CH4H2O，是一种白色固体物质，外形像冰，有极强的燃烧力，可作为上等能源。它主要由水分子和烃类气体分子(主要是甲烷)组成，所以也称它为甲烷水合物，它的优点：能量密度高、清洁、污染小、储量大等。 (2)从表中活化能数据看出在初始阶段，甲烷蒸气重整反应活化能较大，而甲烷氧化的反应活化能均较小，所以甲烷氧化的反应速率快。 根据题给信息，假设甲烷为1 mol, 水蒸气为1 mol， CH4(g)H2O(g) CO(g) 3H2(g) 起始量(mol) 1 1 0 0 变化量(mol) 0.2 0.2 0.2 0.6平衡量(mol) 0.8 0.8 0.2 0.6 平衡后混合气体的总量：0.80.80.20.62.4 (mol)；各物质分压分别为p(CH4)p(H2O)4.0 (MPa)，p(CO)4.0(MPa)，p(H2)4.01(MPa)，A点的平衡常数Kp；当温度不变时，压强减小，平衡右移，甲烷的转化率增大，所以压强的大小顺序：p1p2p3p4。甲烷氧化反应放出热量正好提供给蒸气重整反应所吸收的热量，能量达到充分利用。氧气量过大，剩余的氧气会将H2氧化为水蒸气，导致H2物质的量分数降低。(3)根据图示分析，第一步反应是还原剂把四氧化三铁还原为铁，第二步反应是铁被碳酸钙氧化为四氧化三铁，而碳酸钙被还原生成一氧化碳和氧化钙。反应的历程：a.CH4(g)CO2(g) 2H2(g)2CO(g)；b.Fe3O4(s)4H2(g) 3Fe(s)4H2O(g)；c.Fe3O4(s)4CO(g) 3Fe(s)4CO2(g)；三个反应消去Fe3O4和Fe，最终得到CH4(g)3CO2(g) 2H2O(g)4CO(g)；所以只有过程投料比时，才能保证过程中催化剂组成保持不变。a.CH4(g)2O2(g) CO2(g)2H2O(g)H1802.6 kJmol1；bCH4(g)O2(g) CO2(g)2H2(g)H2322.0 kJmol1；cCH4(g)H2O(g)=CO(g)3H2(g)H3206.2 kJmol1；dCH4(g)2H2O(g) CO2(g)4H2(g)H4158.6 kJmol1；由2a4b4cd得：CH4(g)3CO2(g) 2H2O(g)4CO(g)H2H14H24H3H4349 kJmol1。答案：(1)能量密度高、清洁、污染小、储量大 (写一条即可)(2)小于(或0.187 5)p1p2p3p4 甲烷氧化反应放出热量正好供蒸气重整反应所吸收的热量，达到能量平衡 氧气量过大，会将H2氧化，导致H2物质的量分数降低 (3)3Fe4CaCO3Fe3O44CaO4CO CH4(g)3CO2(g) 2H2O(g)4CO(g)H349 kJmol13 Na2SO3 是一种重要的还原剂，I2O5 是一种重要的氧化剂，二者都是化学实验室中的重要试剂。(1)已知：2Na2SO3 (aq)O2(aq)=2Na2SO4(aq)Hm kJmol1，O2(g) O2(aq)Hn kJmol1，则Na2SO3 溶液与O2(g)反应的热化学方程式为_。(2)Na2SO3 的氧化分富氧区和贫氧区两个阶段，贫氧区速率方程为vkca(SO)cb(O2)，k为常数。当溶解氧浓度为4.0 mgL1(此时Na2SO3 的氧化位于贫氧区)时，c(SO)与速率数值关系如下表所示，则a_。c(SO)/(103)3.655.657.6511.65v/(106)10.224.444.7103.6两个阶段的速率方程和不同温度的速率常数之比如下表所示。已知ln()，R为常数，则Ea(富氧区)_(填“”或“”“”“”或“”)Kd，判断的理由是_。解析：(1)2Na2SO3(aq)O2(aq)=2Na2SO4(aq)Hm kJmol1，O2(g) O2(aq)Hn kJmol1，根据盖斯定律，由得：2Na2SO3(aq)O2(g)=2Na2SO4(aq)H(mn) kJmol1。(2)当溶解氧浓度为4.0 mgL1时，c(Na2SO3)与速率数值关系如表，v1v2c(SO)c(SO)，解得a2；ln()随着Ea的增大而增大，富氧区的ln较小，故Ea(富氧区)Ea(贫氧区)。(3)等物质的量的Na2SO3和Na2SO4混合溶液中，Na2SO3属于强碱弱酸盐，水解显碱性，根据物料守恒，c(SO)c(HSO)c(H2SO3)c(SO)，则c(SO)c(HSO)Kd。答案：(1)2Na2SO3(aq)O2(g)=2Na2SO4(aq)H(mn) kJmol1(2)2(3)其他条件相同时，曲线先达到平衡，则温度高于曲线，说明温度升高，CO2 的产率降低，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小4缓冲和供氧是维持人体正常生理活动的两个重要平衡系统，回答下列问题：.人体血液中存在平衡：H2CO3 (aq) H(aq)HCO(aq)H，该平衡可使血液的pH维持在一定范围内。(1)已知：CO2(g) CO2(aq)H1a kJmoll；CO2(aq)H2O(l) H2CO3 (aq)H2b kJ mol1；HCO(aq) H(aq)CO(aq)H3c kJ mol1；CO2(g)H2O(l) 2H(aq)CO(aq)H4d kJmol1。则上述电离方程式中H_(用含a、b、c、d的代数式表示)。(2)若某人血液中c(HCO)c(H2CO3)201，pKa1(H2CO3)6.1，则该人血液的pH_，pH升高，则_(填“增大”“减小”或“不变”)。(3)当有少量酸性物质进入血液后，血液的pH变化不大，用平衡移动原理解释上述现象：_。.肌细胞中储存氧气和分配氧气时存在如下平衡：Mb(aq)O2(g) MbO2(aq)肌红蛋白 氧合肌红蛋白(4)经测定动物体温升高，氧气的结合度(MbO2)，氧合肌红蛋白的浓度占肌红蛋白初始浓度的百分数降低，则该反应的H_(填“”或“”)0。(5)温度为37 时，氧气的结合度(MbO2)与氧气的平衡分压p(O2)关系如下图所示：利用R点所示数据，计算37 时该反应的平衡常数K_(氧气的平衡浓度可用氧气的平衡分压代替求算)。已知37 时，该反应的正反应速率v(正)k1c(Mb)p(O2)，逆反应速率v(逆)k2c(MbO2)，若k260 s1，则k1_。解析：(1)将已知的反应依次编号为、，根据盖斯定律，由得H2CO3 (aq) H(aq)HCO(aq)HH4H1H2H3(dabc) kJ mol1。(2)Ka1(H2CO3)20c(H)，所以c(H)，pHlg c(H)lglg Ka1(H2CO3)lg 206.11.37.4。pH升高时，c(H)减小，则减小。(3)由于人体血液中存在平衡：H2CO3 (aq) H(aq)HCO(aq)，所以少量酸性物质进入血液后，平衡逆向移动，因此H浓度变化部分被抵消，血液的pH变化较小。(4)Mb(aq)O2(g) MbO2(aq)，温度升高时氧气的结合度降低，既升高温度平衡逆向移动，所以正反应为放热反应，H0。(5)“氧气的结合度(MbO2) 是指氧合肌红蛋白的浓度占肌红蛋白初始浓度的百分数”，即(MbO2)，则c(Mb)c(MbO2)(算式)。K，代入R点坐标数据得K2.00。仍然选R点坐标数据，37 反应达到平衡时，v(正)v(逆)，则k1c(Mb)p(O2)k2c(MbO2)，代入上述算式及R点坐标数据，所以k1120 s1kPa1。答案：(1)(dabc) kJmol1(2)7.4减小(3)当少量酸性物质进入血液后，平衡H2CO3(aq) H(aq)HCO(aq)向左移动，使H浓度变化较小，血液的pH基本不变(4) (5)2.00120 s1kPa15近年来雾霾天气经常肆虐北京、天津、河北等地区，其中汽车尾气和燃煤是造成空气污染的原因之一。因此研究氮氧化物的反应机理，对消除和防治环境污染有重要意义。(1)对于2NO(g)2H2(g)=N2(g)2H2O(g)H665 kJ/mol 的反应分三步完成：2NO(g)=N2O2(g) (快)N2O2(g)H2(g)=N2O(g)H2O(g)(慢)_ (快)，请完成第步的化学方程式。因此决定此总反应速率的是第_(填序号)步的反应。(2)已知：H2(g)CO2(g)=H2O(g)CO(g)H41 kJ/mol，汽车尾气的净化原理主要是用催化剂把NO与CO反应转化为两种对大气无污染的气体，试写出该反应的热化学方程式： _。该反应在一定条件下达到平衡后，为了能加快反应速率并让平衡向正方向移动，可采取的措施有_。A适当升高温度B适当降低温度C压缩体积增大压强D使用正催化剂该反应采取上述措施重新达到平衡后K值将_(填“增大”“减小”或“不变”)。(3)升高温度能让绝大多数的化学反应加快反应速率，但是研究发现2NO(g)O2(g)=2NO2(g)H”“0，S0，反应要自发进行，GHTSp2p3温度相同时，增大压强，化学平衡向正反应方向移动，故平衡混合物中氨的体积分数越大则对应压强越大”“v逆，化学平衡向正反应方向移动，NO的平衡转化率增大。(3)在2 L恒容密闭容器中充入0.8 mol ClNO(g)，则c(ClNO)0.4 molL1。由图甲可知，在300 时达到平衡后，c(Cl2)0.1 molL1，由发生的反应2ClNO(g) Cl2(g)2NO(g)可知，另外两组分的平衡浓度均为0.2 molL1，所以该反应在此温度下的平衡常数K0.1，alg K1。由图甲可知，在400 ，氯气的平衡浓度较高，说明温度升高后，化学平衡向正反应方向移动，所以该反应为吸热反应，温度越高，其化学平衡常数越大，lg K就越小。因此，图乙中符合题意的曲线为。答案：(1)2abc(或c2ab或b2ac)(2)21增大(3)18雾霾天气严重影响人们的生活，