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
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1、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
2、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_(
3、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
4、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)=C
5、H4(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
6、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 ) 10k
7、Pa。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
8、(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
9、( 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
10、: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
11、、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spN
12、i(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
13、 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
14、,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 )=2.1101
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