高考化学专题复习分类练习化学反应原理综合考查综合解答题含答案一.docx

高考化学专题复习分类练习化学反应原理综合考查综合解答题含答案(1)一、化学反应原理综合考查1 CH4 超干重整 CO2 技术可得到富含CO的化工原料。回答下列问题：（1） CH4 超干重整CO2的催化转化如图所示：已知相关反应的能量变化如图所示：过程的热化学方程式为_。关于上述过程的说法不正确的是_（填序号）。a实现了含碳物质与含氢物质的分离b可表示为CO2 H2 H2O（ g） COc CO未参与反应d Fe3O4、 CaO为催化剂，降低了反应的H其他条件不变，在不同催化剂（、）作用下，反应CH4（ g） CO2（ g） 2CO（g） 2H2（g）进行相同时间后，CH4 的转化率随反应温度的变化如图所示。a 点所代表的状态 _（填“是”或“不是”）平衡状态；b 点CH4的转化率高于c 点，原因是_。（2）在一刚性密闭容器中，CH4 和CO2的分压分别为20kPa、 25kPa，加入Ni Al 2O3 催化剂并加热至1123K 使其发生反应CH4（ g） CO2（ g） 2CO（ g） 2H2（ g）。研究表明 CO的生成速率 （ CO） 1.3 1021 1p（ CH） p（ CO）molg s ，某422_kPa，（ CO）_ 1时刻测得 p（ CO） 20kPa，则 p（ CO）molg s1。达到平衡后测得体系压强是起始时的1.8 倍，则该反应的平衡常数的计算式为Kp_（ kPa） 2。（用各物质的分压代替物质的量浓度计算）（3） CH4 超干重整CO2得到的 CO经偶联反应可制得草酸（H2C2O4）。常温下，向某浓度的草酸溶液中加入一定浓度的NaOH溶液，所得溶液中c H 2C2O4 =c C2 O24- ，则此时溶液的pH _。（已知常温下H2C2O4 的 Ka1610 2， Ka2610 5， lg6 0.8 ）【答案】 CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)H=247.4kJ -1 cdmol 不是b 和 c 都未达平衡，b点温度高，反应速率快，相同时间内转化率高15 1.9536236222.77【解析】【分析】由能量反应进程曲线得热化学方程式，应用盖斯定律可得过程I 的热化学方程式。过程 II中进入循环的物质是最初反应物，出循环的物质是最终生成物，可得总反应方程式。恒温恒容时组分气体的分压与其物质的量成正比，故用分压代替物质的量进行计算。草酸溶液与 NaOH 溶液混合后，其两步电离平衡仍然存在，据电离常数表达式可求特定条件下溶液的 pH。【详解】(1) 据 CH4 超干重整CO2 的催化转化图，过程I 的化学反应为CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H(g)。由能量反应进程曲线得热化学方程式：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)H+206.2kJ mol-1 （ i）CO2(g)+4H2 (g)=CH4(g)+2H2O(g)H165kJ mol -1 （ ii）-1(i) 2+(ii)得过程 I 的热化学方程式：CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)H=247.4kJ mol 过程 物质变化为：左上（ CO、 H2、 CO2） + 右下（惰性气体） 左下（ H2O） + 右上（CO、惰性气体），总反应为 H2+CO2=H2O+CO。 Fe3O4、 CaO 为总反应的催化剂，能降低反应的活化能，但不能改变反应的H。故 ab 正确， cd 错误。 通常，催化剂能加快反应速率，缩短反应到达平衡的时间。但催化剂不能使平衡发生移动，即不能改变平衡转化率。若图中a 点为化学平衡，则保持温度不变（800），将催化剂 II 换成 I 或 III， CH4转化率应不变，故 a 点不是化学平衡。同理，图中 b 、c 两点都未达到化学平衡。据题意，b、 c 两点只有温度不同， b 点温度较高，反应速率快，相同时间内CH4转化率高。(2)据气态方程 PVnRT，恒温恒容时某组分气体的分压与其物质的量成正比。则反应中分压为1123K 恒容时， CH4（ g） CO2（ g） 2CO（ g） 2H2（ g）起始分压 /kPa： 202500改变分压 /kPa： 10102020某时分压 /kPa： 10152020即某时刻 p(CO24 2 1 142) 15kPa，p(CH ) 10kPa。代入 (CO) 1.3 10p(CH ) p(CO )mol g s1 。1.95mol g1s 设达到平衡时 CH4的改变分压为 x kPa，1123K 恒容时， CH4（ g） CO2（ g） 2CO（ g） 2H2（ g）起始分压 /kPa： 202500改变分压 /kPa： xx2x2x平衡分压 /kPa： 20x25 x2x2x据题意，有 (20x)(25 x)2x2x 1.8，解得 x18。 CH4222025(g)、 CO (g)、 CO(g)、 H (g)的平衡分压依次是 2 kPa、7 kPa、36 kPa、 36 kPa，代入 Kpp2 (CO)p2 (H 2 ) p(CH 4 )p(CO2 )36236 2227(kPa) 。(3)常温下，草酸溶液与NaOH 溶液混合，所得混合溶液中仍存在分步电离：H2C2O4c(H + ) c(HC 2O4- )H+HC2O4Ka1c(H 2 C2O4 )2+ 2 42c(H + )c(C O2- )4a224HC OH +C OK c(HC 2 O4 )当c HCO=c CO2-2+Ka1Ka23.52424时， a1a2c (H)。c(H )10 mol/L，pH2KK6 2.7。【点睛】一定温度下，可逆反应建立平衡时，用平衡浓度求得浓度平衡常数Kc，用平衡分压求得压力平衡常数Kp，它们可通过气态方程进行换算。2 （ 11 分）近年来，随着锂离子电池的广泛应用，废锂离子电池的回收处理至关重要。下面是利用废锂离子电池正极材料（有Al、 LiCoO2、Ni、 Mn 、Fe 等）回收钴、镍、锂的流程图。已知： P204二 (2- 乙基己基 )磷酸酯 常用于萃取锰，P507(2- 乙基己基膦酸 -2- 乙基己酯）和Cyanex272二 (2，4 ，4)- 三甲基戊基次磷酸 常用于萃取钴、镍。回答下列问题：（1）在硫酸存在的条件下，正极材料粉末中LiCoO2 与 H2O2 反应能生成使带火星木条复燃的气体，请写出反应的化学方程式_ 。（2）一些金属难溶氢氧化物的溶解度（用阳离子的饱和浓度表示）与pH 的关系图如下：加入 NaOH 溶液调 pH=5 可除去图中的_（填金属离子符号）杂质；写出除去金属离子的离子方程式_（一种即可）。n+垐 ?+（3）已知 P507 萃取金属离子的原理为 nHR(Org)+M(aq) 噲 ? MRn(Org)+nH (aq)，且随着萃取过程中 pH 降低，萃取效率下降。萃取前先用NaOH 对萃取剂进行皂化处理，皂化萃取剂萃取金属离子的反应为n+垐 ?+nNaR(Org)+M (aq) 噲 ?MRn(Org)+nNa (aq)。对萃取剂进行皂化处理的原因为_ 。（ 4）控制水相 pH=5.2，温度 25，分别用 P507、 Cyanex272 作萃取剂，萃取剂浓度对萃取分离钴、镍的影响实验结果如图所示。 Co(Cyanex272)； Ni(Cyanex272)； Co(P507)； Ni(P507)由图可知，钴、镍的萃取率随萃取剂浓度增大而_（填 “增大 ”或 “减小 ”）；两种萃取剂中 _（填 “P507”或“Cyanex272”）的分离效果比较好，若选P507 为萃取剂，则最适宜的萃取剂浓度大约为 _molL-1；若选 Cyanex272 萃取剂，则最适宜的萃取剂浓度大约为 _molL-1 。（5）室温下，用NaOH 溶液调节钴萃余液的pH=12，搅拌一段时间后，静置，离心分离得到淡绿色氢氧化镍固体，镍沉淀率可达99.62%。已知 K-16 ，则沉镍母液spNi(OH)2=5.2510中 Ni2+-11-1时， pH=_(lg5=0.7)。的浓度为 2.1 10mol L【答案】 2LiCoO2+3H2SO4+H2O2Li2SO4+O2 +2CoSO4+4H2O3+、Al3+1 分，少选和错Fe（选没分）Fe3+-3或 Al3+-3维持萃取过程中+3OHFe(OH)+3OHAl(OH) （合理即可）pH 恒定增大Cyanex2720.250.411.7【解析】【分析】【详解】（1） LiCoO2与硫酸和222H O 反应生成能使带火星木条复燃的气体，说明LiCoO 在硫酸作用下把H2 2氧化成22+，方程式为OO ，+3价 Co 降低为 +2 价的 Co2LiCoO +3H SO +H OLi SO +O +224222422CoSO4+4H2O。（2）由图可知，加入NaOH 溶液调 pH=5 时， Fe3+、 Al3+沉淀完全，所以去除Fe3+的离子方程式为 Fe3+3OH-Fe(OH)3，去除 Al3+的离子方程式为 Al3+3OH-Al(OH)3。n+垐 ?+(aq)，会使溶液酸性增强，萃取效率下降，故用（3） nHR(Org)+M(aq) 噲 ? MRn(Org)+ nHNaOH 进行皂化处理后离子反应变为nNaR(Org)+Mn+垐 ?+(aq) 噲 ?MRn(Org)+nNa (aq)，反应前后 pH 基本不变，根据题意可知，萃取效率不会降低。故萃取前先用NaOH 对萃取剂进行皂化处理的目的是维持萃取过程中pH 恒定。（4）由图可知，钴、镍的萃取率随萃取剂浓度增大而呈增大趋势，萃取时“Cyanex272”比“ P507对”钴、镍萃取率的差值大，Cyanex272 分离效果好。选P507 为萃取剂，浓度在 0.25-1以后变化不大，所以-1-1mol L0.25 mol L最好；选 Cyanex272 萃取剂，浓度在 0.40 mol L以后变化不大，所以-10.4 mol L 最好。2+ 2-162-5.2510（5） KspNi(OH)2=c(Ni ) c(OH )=5.25 10， c(OH )=2.11016 -5 ，11=2.510- -3 ， pOH=3-lg5=2.3 ， pH=14-pOH=14-2.3=11.7 。 c(OH )=5 103CO2 催化加氢制甲醇，是极具前景的温室气体资源化研究领域。在某CO 催化加氢制甲醇的反应体系中，发生的主要反应有：垐 ?i. CO2( g)+ 3H2( g)噲 ?CH3OH gH2O gH1494kJ mol- 1( )+( ) =-. .CO2( g)+ H2( g)垐 ?- 1噲? CO( g)+ H2O( g)H2=+41. 2kJ mol.CO( g)+ 2H2垐 ?33噲H( g)? CH OH( g)（ 1） H3_ kJ mol- 1（ 2） 5MPa 时，往某密闭容器中按投料比 n（ H2） : n（ CO2） =3： 1 充入 H2 和 CO2 。反应达到平衡时，测得各组分的物质的量分数随温度变化的曲线如图所示。体系中CO2 的物质的量分数受温度的影响不大，原因是_。 250时，反应 ii 的平衡常数 _1（填“”“”或“ =”）。下列措施中，无法提高甲醇产率的是_（填标号）。A 加入适量 COB 增大压强C 循环利用原料气D 升高温度如图中 X、Y 分别代表 _ （填化学式）。（3）反应 i 可能的反应历程如下图所示。注：方框内包含微粒种类及数目、微粒的相对总能量（括号里的数字或字母，单位：eV）。其中， TS 表示过渡态、*表示吸附在催化剂上的微粒。反应历程中，生成甲醇的决速步骤的反应方程式为_。相对总能量E=_（计算结果保留2 位小数）。（已知：leV=1. 6 10- 22kJ）（4）用电解法也可实现CO2 加氢制甲醇（稀硫酸作电解质溶液）。电解时，往电解池的_极通入氢气，阴极上的电极反应为_。【答案】 - 90. 6温度改变时，反应i 和反应 ii 平衡移动方向相反 DCO、 CH3OHHCOOH2H2gH2COOH32H2051-6H+ CH/-.阳CO2 6e+ =3OH H2O*+( )=*+【解析】【分析】【详解】( 1) 已知：i.CO2 g3H2(g)垐 ?CH3OH gH2O gH1494kJ mol- 1( )+噲 ?( )+( ) =-. .CO2( g)+ H2( g).CO( g)+ 2H2( g)垐 ?噲 ?垐 ?噲 ?CO( g)+ H2O( g)H2=+41. 2kJ mol- 1CH3OH( g)H3根据盖斯定律可知反应i- ii 可得反应iii，所以 H312494kJ mol412kJ mol=H- H=-.-.=-/90. 6kJ/ mol ；( 2) H1 0， H3 0，即生成甲醇的反应均为放热反应，所以温度升高平衡时甲醇的物质的量分数应减小，H2 0，生成 CO 的反应为吸热反应，所以随温度升高CO平衡时的物质的量分数会变大，二者共同作用导致水蒸气减小幅度小于甲醇，所以Z 代表 H2O， Y代表 CH3 OH， X 代表 CO。依据主要反应的化学方程式可知，反应i 消耗 CO2，反应 ii 逆向产生 CO2，最终体系内CO2 的物质的量分数与上述两个反应进行的程度相关。由于H1 0 而 H2 0, 根据勒夏特列原理，温度改变时，反应i 和反应 ii 平衡移动方向相反，且平衡移动程度相近，导致体系内 CO2 的物质的量分数受温度的影响不大；反应ii平衡常数Kc CO c H 2O=c CO 2，该反应前后气体体积计量数之和不变，所以可以用c H 2物质的量分数来代表浓度估算K 值，据图可知250时， CO2 与 H2 的物质的量分数大于 CO和 H2O 的物质的量分数，所以K1；A. 加入适量 CO，促使反应iii 平衡正向移动，产生更多的CH3OH, 而反应 ii 平衡逆向移动，又可减少 CO2233转化为 CO, 使更多的 CO 通过反应 i 转化为CH OH，故 CH OH 产率提高， A 项正确；B.增大压强，有利于反应i 和 iii 的平衡正向移动，而对反应ii 无影响， B 项正确；C循环利用原料气能提高CO2的转化率，使CH3OH的产率提高，C项正确；.D. 由图可知，升温，3的物质的量分数下降，产率降低，D 项错误；CH OH综上所述选D；根据分析可知X 代表 CO， Y 代表 CH3 OH；( 3) 生成 CH3OH 的决速步骤，指反应历程中反应速率最慢的反应。速率快慢则由反应的活化能决定，活化能越大，反应速率越慢。仔细观察并估算表中数据，找到活化能( 过渡态与起始态能量差 ) 最大的反应步骤为 : HCOOH*+ 2H222a( g)= H COOH*+ 3/ 2H，E =- 0. 18-(-1. 66 )= 1. 48 eV；反应 i 的 H1= -49. 4kJ/ mol，指的是 1mol CH3OH( g) 和 1molH 2O( g) 的总能量与 1molCO2g3mol H2gE表示的是1个CH3OH分子和1() 和( ) 的总能量之差，而反应历程图中的个 H2O 分子的相对总能量与1 个 CO2 分子和 3 个 H2 分子的相对总能量之差( 单位为 cV) ，且将起点的相对总能量设定为0。所以，作如下换算即可求得相对总能量E:VH 122 =49.4=- 0. 51eV；E=1010231.6N A 1.66.0210 22( 4) 因为电解过程 CO2被还原为32应发生氧化反应，故氢气通入阳极附近溶液CH OH， H中；而阴极上CO2转化为CH3 OH42价，电解质溶液为硫酸，所以电极，碳元素从+ 价降为 -方程式为： CO2+6e- +6H+=CH3OH+H2O。【点睛】解答第 3 题第 1 小问时要注意框图中最后一步并非产生CH3OH 的过程，而是已经生成的CH OH 分子从催化剂表面解吸附的过程。34 C、 N、S 和 Cl 元素的单质及化合物在工业生产中的有效利用备受关注。请回答下列问题：（1）已知： I.2SO (g)+O (g)+2H2O(1) =2H2SO(aq)H ；2241.Cl 2(g)+H 2O(1)HCl(aq)+HClO(aq)H 2；.2HClO(aq) =2HCl(aq)+O (g)H32SO2(g)+Cl 2(g)+2H 2O(1)=2HCl(aq)+H2SO4 (aq)H4=_( 用含有H1、H2 和H3 的代数式表示 ) 。（ 2）25时， H2SO3 溶液中各含硫微粒的物质的量分数 ( ) 与溶液 pH 的变化关系如图所示。已知 25时， NaHSO3的水溶液pH 7，用图中的数据通过计算解释原因_ 。（3）利用“ Na -CO2”电池将CO2 变废为宝。我国科研人员研制出的可充电“Na-CO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管（MWCNT）为电极材料，总反应为4Na+3CO22Na2CO3+C。放电时该电池“吸入” CO 2，其工作原理如图所示：放电时，正极的电极反应式为_。选用高氯酸钠四甘醇二甲醚做电解液的优点是_（至少写两点）。（ 4）氯氨是氯气遇到氨气反应生成的一类化合物，是常用的饮用水二级消毒剂，主要包括一氯胺、二氯胺和三氯胺 (NH2C1、 NHC12和 NC13) ，副产物少于其它水消毒剂。一氯胺 (NH2Cl) 的电子式为 _。一氯胺是重要的水消毒剂，其原因是由于一氯胺在中性、酸性环境中会发生水解，生成具有强烈杀菌作用的物质，该反应的化学方程式为_。在恒温条件下， 2molCl2和 1molNH 发生反应 2Cl2(g)+NH3(g)NHCl2(l)+2HCl(g) ，测3得平衡时Cl 2 和 HCl 的物质的量浓度与平衡总压的关系如图所示：计算 C 点时该反应的压强平衡常数p_(Kp是平衡分压代替平衡浓度计算，分K (C)=压=总压物质的量分数 )【答案】（H123由图中数据可以计算出a223 7.2a123+2H+H） /2K (H SO)=10，K (H SO)=101.9的水解常数是 1012.1电离程度大于水解程度，溶液显酸性，所以 HSO3， HSO3+-导电性好、与金属钠不反应、难挥发等特点3CO+4Na +4e2Na CO+C223NH2Cl+H2ONH3+HClO 0.5MPa-1【解析】【分析】（1）根据盖斯定律，反应SO2(g)+Cl 2(g)+2H 2O(l)=2HCl(aq)+H2 SO4(aq)是( +2+)/2 ，那么H 4=（H1+2H2+H3） /2 ；（2）由图中数据可以，求出H2 SO3的 Ka1 和 Ka2，c H c HSO31.9时，（c H 2SO3） c HSO3 ,K a110 1.9 ；K a1，pHc H 2 SO3同理，用pH=7.2 的数据计算，可以得到Ka2=10-7.2-既可以水解又可以电离，电离常数， HSO3为 Ka2，水解常数Kh=Kw/K a1=10-14 /10 -1.9 =10-12.1 ，水解大于电离，溶液呈酸性；（3）根据总反应方程式，正极是CO2 得电子变成C，电极反应式为3CO2+4Na+4e-2Na2CO3+C；不选择水做溶剂，而选择有机物做溶剂，可以知道Na 不和有机物发生反应，此外可以根据，电解质溶液的作用来答题，应该要有导电性好，难挥发等等；（4）可以按照氨气的电子式来写，一氯氨可以当做氯代替氨气中的一个H。电子式为；根据水解反应的特点，要和水发生作用，一部分结合氢氧根，一部分结合氢离子，产生一种具有强烈杀菌的作用，应该是次氯酸，可以写出来NH2Cl+H2ONH3+HClO；C点平衡时 Cl和 HCl 的物质的量浓度相等，可以利用三段式列出式子，设转化NH物质的量23为 x2Cl 2(g)+ NH3 (g)NHCl 2(l) +2HCl(g)开始（）2100mol转换（ mol）2xx2xC点的平衡（） 2-2x1-x2xmol则 2-2x=2x ，解得 x=0.5mol ，平衡时 Cl 2、 NH、 HCl 物质的量依次为1mol、 0.5mol 、31mol， NHCl2为液体，计算压强是不计入，气体一共2.5mol ，总压为 10MPa，可以 Cl 2、NH、HCl 分压为 4MPa、2MPa、 4MPa；3K p C =p2 HCl(4MPa) 2=0.5MPa-12(Cl 2 )p(NH 3 )=2(2MPa)。p(4MPa)【详解】（1）根据盖斯定律，反应 SO2(g)+Cl 2(g)+2H 2O(l)=2HCl(aq)+H 2 SO4(aq) 是 ( +2+)/2 ，那么H 4=（H1+2H2+H3） /2 ； (2) 由图中数据可以，求出 H2SO3 的 Ka1 和 Ka2，c Hc HSO31.9时，（c H 2SO3） c HSO3,K a110 1.9 ；K a1，pHc H 2 SO3同理，