2018年高三化学二轮复习讲义《化学反应原理综合应用》

化学反应原理综合应用1．(2017·吉林长春七校联考)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)催化剂CH2===CH2(g)＋4H2O(g)ΔH1已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)ΔH2＝－480kJ·mol－1CH2===CH2(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(g)ΔH3＝－1400kJ·mol－l(1)ΔH1＝________。(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”)。图1图2(3)①CO2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ΔH________(填“”或“”)0，曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ________(填“”“＝”或“”)KⅡ。②一定温度下，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①中反应，一段时间后达到平衡。容器甲乙反应物投入量1molCO2、3molH2amolCO2、3a＋2bmolH2、bmolCH3OH(g)、bmolH2O(g)若甲中平衡后气体的压强为开始的45，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pH＝10的K2CO3溶液中水电离的OH－的物质的量浓度为________。常温下，0.1mol·L－1KHCO3溶液的pH8，则溶液中c(H2CO3)________(填“”“＝”或“”)c(CO2－3)。答案：(1)－40kJ·mol－1(2)CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O硫酸(3)①②0.4b≤1(4)1×10－4mol·L－1解析：(1)根据盖斯定律知，ΔH1＝3ΔH2－ΔH3＝(－480×3＋1400)kJ·mol－1＝－40kJ·mol－1。(2)在铜电极表面，CO2得电子发生还原反应生成CH4：CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O。盐酸中的Cl－易被氧化，加入硫酸合适。(3)①由题图2可看出，曲线Ⅱ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，ΔH0。降低温度，平衡正向移动，平衡常数KⅠKⅡ。②甲中反应达到平衡时，CO2、H2、CH3OH(g)、H2O(g)的物质的量分别为0.6mol、1.8mol、0.4mol、0.4mol。要使甲、乙两容器中的平衡为等效平衡，则a＋b＝1；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0.4b≤1。(4)常温下pH＝10的K2CO3溶液中，c(H＋)＝1×10－10mol·L－1，c(OH－)＝1×10－4mol·L－1，盐溶液中的OH－是由水电离产生的。KHCO3溶液显碱性，说明HCO－3的水解能力大于其电离能力，故c(H2CO3)c(CO2－3)。2．(2017·安徽安庆高三模拟)工业技术的发展对空气和水体污染日益严重，一种煤炭脱硫技术可以把硫元素以CaSO4的形成固定下来，可以减少SO2的排放，但产生的CO又会与CaSO4发生化学反应，从而降低脱硫效率。相关的热化学方程式如下：①CaSO4(s)＋CO(g)CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)ΔH1＝＋210.5kJ·mol－1②1/4CaSO4(s)＋CO(g)1/4CaS(s)＋CO2(g)ΔH2＝－47.3kJ·mol－1请回答下列问题：(1)反应CaO(s)＋3CO(g)＋SO2(g)CaS(s)＋3CO2(g)ΔH3＝________kJ·mol－1；平衡时增大压强，此反应________(填“正向”“逆向”或“不”)移动。(2)已知298K时，Ksp(CaCO3)＝m×10－p，Ksp(CaSO4)＝n×10－q。则反应：CaCO3(s)＋SO2－4(aq)CaSO4(s)＋CO2－3(aq)的平衡常数数值表示式为________________________(用含m、n、p、q的式子表示)。(3)用碘量法可测定排放烟气中二氧化硫的含量，请写出碘溶液与二氧化硫发生氧化还原反应的离子方程式______________________。(4)反应①②的平衡常数的对数lgK随反应T的变化曲线如下图所示，其中曲线Ⅰ代表____________反应，P为两曲线交点，则在该温度下两反应均达平衡时，体系中c(SO2)＝__________mol·L－1，从减少二氧化硫排放的角度来考虑，本体系适宜的反应条件是_______________。A．低温低压B．低温高压C．高温高压D．高温低压(5)Na2FeO4是一种既能杀菌、消毒，又能絮凝净水的水处理剂。电解法制备Na2FeO4的装置如图所示：请根据图示回答：电解过程的离子方程式为____________________________；电路中每通过0.6mol电子在Ni电极上产生的气体在标准状况下的体积为____________。答案：(1)－399.7正向(2)mn×10q－p(3)I2＋SO2＋2H2O===SO2－4＋2I－＋4H＋(4)②1B(5)Fe＋2OH－＋2H2O=====电解FeO2－4＋3H2↑6.72L解析：(1)由盖斯定律可知，反应CaO(s)＋3CO(g)＋SO2(g)CaS(s)＋3CO2(g)ΔH3＝－ΔH1＋4ΔH2＝－399.7kJ·mol－1，增大压强，反应向气体系数和减小的方向移动，则应向正反应方向移动。(2)Ksp(CaCO3)＝c(Ca2＋)·c(CO2－3)＝m×10－p，Ksp(CaSO4)＝c(Ca2＋)·c(SO2－4)＝m×10－q，CaCO3(s)＋SO2－4(aq)CaSO4(s)＋CO2－3(aq)的平衡常数数值表达式为K＝cCO2－3cSO2－4＝KspCaCO3KspCaSO4＝mn×10q－p。(3)碘与二氧化硫发生氧化还原反应的离子方程式为I2＋SO2＋2H2O===SO2－4＋2I－＋4H＋。(4)由图像可知，曲线Ⅰ中，随着温度升高，lgK值减小，则反应为放热反应，故曲线Ⅰ代表的应为反应②，反应①的K值表达式为cSO2·cCO2cCO，反应②的K值表达式为cCO2cCO，当P点时，曲线Ⅰ与曲线Ⅱ的K值相同，cSO2·cCO2cCO＝cCO2cCO，所以c(SO2)＝1mol·L－1；减小二氧化硫的排放，低温高压更有利于①中平衡逆向移动。(5)利用电解法制备Na2FeO4，Fe作阳极，碱性条件下Fe失电子转化为FeO2－4离子，阳极电极反应式为Fe＋8OH－－6e－===FeO2－4＋4H2O，Ni为阴极，发生还原反应，氢离子放电生成氢气，阴极电极反应式为6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－，所以电池反应的离子方程式为Fe＋2OH－＋2H2O=====电解FeO2－4＋3H2↑；根据电子转移守恒，生成氢气的物质的量为0.6mol2＝0.3mol，标准状况下氢气体积为0.3mol×22.4L·mol－1＝6.72L。3.铁及其化合物在工农业生产中有重要的作用。(1)已知：①C(s)＋O2(g)===CO2(g)ΔH1＝－393.5kJ·mol－1②C(s)＋CO2(g)===2CO(g)ΔH2＝＋172.5kJ·mol－1③4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)ΔH3＝－1651.0kJ·mol－1CO还原氧化铁的热化学方程式为________________。(2)高炉炼铁产生的高炉气中含有CO、H2、CO2等气体，利用CO和H2在催化剂作用下合成甲醇，是减少污染、节约能源的一种新举措，反应原理如下：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH。在体积不同的两个恒容密闭容器中分别充入1molCO和2molH2，测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图。①在上图A、B、C三点中，选填下表物理量对应最大的点。反应速率v平衡常数K平衡转化率α②在300℃时，向C点平衡体系中再充入0.25molCO、0.5molH2和0.25mol的CH3OH，该反应向________方向进行(填“正反应”“逆反应”或“不移动”)。③一定温度下，CO的转化率与起始投料比[n(H2)/n(CO)]的变化关系如图所示，测得D点氢气的转化率为40%，则x＝________。(3)三氯化铁是一种重要的化合物，可以用来腐蚀电路板。某腐蚀废液中含有0.5mol·L－1Fe3＋和0.26mol·L－1的Cu2＋，欲使Fe3＋完全沉淀[c(Fe3＋)4×10－5mol·L－1]而Cu2＋不沉淀，则需控制溶液pH的范围为________。Ksp[Cu(OH)2]＝2.6×10－19；Ksp[Fe(OH)3]＝4×10－38。(4)高铁酸钾(K2FeO4)是一种新型、高效、多功能绿色水处理剂，工业上通过电解浓NaOH溶液可制备Na2FeO4，然后转化为K2FeO4，电解原理如下图所示。则A溶液中溶质的成分为__________(填化学式)；阳极的电极反应式为________________。答案：(1)①Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g)ΔH＝－23.5kJ·mol－1(2)①CABA②正反应③3(3)3≤pH5(4)NaOHFe－6e－＋8OH－===FeO2－4＋4H2O解析：(1)根据盖斯定律由①×3－②×3－③2可得：Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g)ΔH＝ΔH1×3－ΔH2×3－ΔH32＝－393.5×3－＋172.5×3－－1651.02kJ·mol－1＝－23.5kJ·mol－1。(2)①由图可知，升高温度，CH3OH的体积分数减小，说明平衡逆向移动，则该反应ΔH0。该反应为气体分子数减小的反应，增大压强，平衡正向移动，CH3OH的体积分数增大，故p1p2。等温度条件下，压强越大反应速率越快，故v(A)v(B)，等压条件下，温度越高，反应速率越快，故v(C)v(A)，所以反应速率最快的是C点；温度升高，平衡逆向移动，化学平衡常数K减小，温度相同时，化学平衡常数相等，故KA＝KBKC；温度升高，反应物的转化率降低，故α(A)α(C)，压强增大，反应物的转化率增大，故α(A)α(B)，故平衡转化率A点最高。②由图可知，300℃时，CH3OH的体积分数为50%，根据三段式计算CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)n(始)mol120n(转)molx2xxn(平)mol1－x2－2xxx3－2x×100%＝50%，x＝0.75，则K＝cCH3OHcCO·c2H2＝0.75V0.25V×0.5V2＝12V2。300℃时，向C点平衡体系中再充入0.25molCO、0.5molH2和0.25molCH3OH时，Qc＝1V0.5V×1V2＝2V2K，平衡向正反应方向进行。③设起始时n(CO)＝1mol，n(H2)＝xmol，D点时，H2的转化率为40%，CO的转化率为60%，则40%x60%×1mol＝21，x＝3，则起始投料比nH2nCO＝3mol1mol＝3。(3)Ksp[Fe(OH)3]＝c(Fe3＋)×c3(OH－)＝4×10－38，当c(Fe3＋)4×10－5mol·L－1时沉淀完全，则c(OH－)≥3Ksp[FeOH3]cFe3＋＝34×10－384×10－5＝10－11，此时溶液的pH≥3；当Cu2＋开始沉