高考化学三轮考前课件2-3-题型17-化学反应原理综合应用题

题型十七化学反应原理综合应用题化学反应原理是中学化学的重要内容，具有多重价值与功能，它能够使考生从本质上认识物质的结构、性质、现象和变化规律，掌握物质之间的内在联系，并能够促进考生化学知识的系统化与结构化，培养考生的逻辑推理能力，因而是高考考查的重点。1．该题型通常以元素化合物知识为载体，以工业生产为背景，综合考查化学反应速率、化学平衡及其影响因素、化学反应中的能量转化、盖斯定律及其应用、原电池、电解池原理及其电极反应式的书写、水溶液中的离子平衡等知识，甚至还融合考查氧化还原反应、离子反应，涉及知识点较多，但各个小题又比较相互独立。2．题目的综合性强，化学信息较多，侧重考查考生接受、整合信息的能力、综合应用能力及简单计算能力等。【示例17】(2013·课标Ⅰ，28)二甲醚(CH3OCH3)是无色气体，可作为一种新型能源。由合成气(组成为H2、CO和少量的CO2)直接制备二甲醚，其中的主要过程包括以下四个反应：甲醇合成反应：(i)CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)ΔH1＝－90.1kJ·mol－1(ii)CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH2＝－49.0kJ·mol－1水煤气变换反应：(iii)CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)ΔH3＝－41.1kJ·mol－1二甲醚合成反应：(iv)2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH4＝－24.5kJ·mol－1回答下列问题：(1)Al2O3是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一。工业上从铝土矿制备较高纯度Al2O3的主要工艺流程是__________________(以化学方程式表示)。(2)分析二甲醚合成反应(iv)对于CO转化率的影响____________________。(3)由H2和CO直接制备二甲醚(另一产物为水蒸气)的热化学方程式为__________________________。根据化学反应原理，分析增加压强对直接制备二甲醚反应的影响__________________。(4)有研究者在催化剂(含Cu—Zn—Al—O和A12O3)、压强为5.0MPa的条件下，由H2和CO直接制备二甲醚，结果如图所示。其中CO转化率随温度升高而降低的原因是___________________________________________________。(5)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93kW·h·kg－1)。若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为__________________________，一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生________个电子的电量；该电池的理论输出电压为1.20V，能量密度E＝______________(列式计算。能量密度＝电池输出电能/燃料质量，1kW·h＝3.6×106J)。解析(2)要解答转化率影响问题，最终要归结为平衡移动的方向上。与CO转化率直接相关的反应是(ⅰ)和(ⅲ)，如何建立反应(ⅳ)与(ⅰ)、(ⅲ)的联系，是解答该题的关键点。(ⅳ)中消耗的CH3OH恰是(ⅰ)的生成物，减少生成物的浓度，平衡右移，CO的转化率增大；(ⅳ)中的产物H2O恰是(ⅲ)中的反应物，增大水蒸气浓度，平衡右移，CO的转化率增大。(3)根据盖斯定律可知：用(ⅰ)×2＋(ⅳ)即可得目标方程式：2CO(g)＋4H2(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH＝－204.7kJ·mol－1合成一个物质要同时考虑原料的利用率、反应速率等多种因素。本题要从化学反应原理的角度分析压强对合成反应的影响，分析该反应的特点是正向气体分子数减小，因而增大压强，平衡正向移动，CO和H2的转化率增大；同时增大压强还会加快化学反应速率。(4)直接合成CH3—O—CH3的反应的另一个特点是正反应为放热反应，升高温度平衡左移。(5)写电极反应时应注意：①酸性条件；②CH3—O—CH3中碳的化合价为－2价；③氧化产物为CO2；④用H＋调平电荷。从能量密度的单位上看，可以假设燃料的质量为1kg，计算提供电子的物质的量，再转化为电量，利用E＝qU换算出燃料提供的总能量，即可顺利计算出能量密度＝1.2V×1000g46g·mol－1×12×96500C·mol－11kg÷(3.6×106J·kW－1·h－1)＝8.39kW·h·kg－1。答案(1)Al2O3(铝土矿)＋2NaOH＋3H2O===2Na[Al(OH)4]、Na[Al(OH)4]＋CO2===Al(OH)3↓＋NaHCO3、2Al(OH)3=====△Al2O3＋3H2O(2)消耗甲醇，促进甲醇合成反应(ⅰ)平衡右移，CO转化率增大；生成的H2O，通过水煤气变换反应(ⅲ)消耗部分CO，CO转化率增大。(3)2CO(g)＋4H2(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH＝－204.7kJ·mol－1该反应分子数减少，压强升高使平衡右移，CO和H2转化率增大，CH3OCH3产率增加。压强升高使CO和H2浓度增加，反应速率增大(4)反应放热，温度升高，平衡左移(5)CH3OCH3＋3H2O===2CO2＋12H＋－12e－121.20V×1000g46g·mol－1×12×96500C·mol－11kg÷(3.6×106J·kW－1·h－1)＝8.39kW·h·kg－1步骤1：浏览全题，明确已知和所求，挖掘解题切入点。步骤2：对于化学反应速率和化学平衡图像类试题，读懂图像，明确纵横坐标的含义，理解起点、终点、拐点的意义，分析曲线的变化趋势。对于图表数据类试题，分析数据，研究数据间的内在联系，找出数据的变化规律，挖掘数据的隐含意义。对于电化学类试题，首先判断是原电池还是电解池，然后分析电极类别，书写电极反应式，按电极反应式进行相关计算。对于电解质溶液类试题，要明确溶液中的物质类型及其可能存在的平衡类型，然后进行解答。步骤3：针对题目中所设计的问题，联系相关理论进行逐个作答。