高考化学二专题：基本概念、基本理论综合题

基本概念、基本理论综合题1．煤直接燃烧的能量利用率较低，为提高其利用率，工业上将煤气化(转变成CO和H2)后再合成乙醇、二甲醚等多种能源。(1)如图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量侦测与控制的功能，非常适合进行现场酒精检测。该电池的负极反应式为______________________。(2)煤气化所得气体可用于工业合成二甲醚，其反应如下：2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)。同时发生副反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)；CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)。在温度为250℃、压强为3.0MPa时，某工厂按投料比V(H2)∶V(CO)＝a进行生产，平衡时反应体系中各组分的体积分数如下表：物质H2COCO2(CH3)2OCH3OH(g)H2O(g)体积分数0.540.0450.180.180.0150.03①投料比a＝________；②250℃时反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数K＝________。解析：(1)根据图示可知负极上发生乙醇氧化为乙酸的反应。(2)①根据碳原子守恒和氢原子守恒，可得原投料中H2和CO的物质的量之比为(0.54×2＋0.18×6＋0.015×4＋0.03×2)×12∶(0.045＋0.18＋0.18×2＋0.015)＝1.14∶0.6＝1.9，即a＝1.9。②计算平衡常数时，体积分数可直接代替物质的量浓度进行计算(同一体系中气体物质的体积分数之比等于物质的量浓度之比)，故K＝0.18×0.540.045×0.03＝72。答案：(1)CH3CH2OH＋H2O－4e－===CH3COOH＋4H＋(2)①1.9②722．(2013·汕头质量检测)为了提高资源利用率，减少环境污染，化工集团将钛厂、氯碱厂和甲醇厂组成产业链，如图所示。请填写下列空白。(1)钛铁矿进入氯化炉前通常采取洗涤、粉碎、烘干、预热等物理方法处理，请从原理上解释粉碎的作用：_______________________________________________________________________；已知氯化炉中氯气和焦炭的理论用料物质的量之比为7∶6，则氯化炉中还原剂的化学式是____________________________________________________。(2)已知：①Mg(s)＋Cl2(g)===MgCl2(s)ΔH＝－641kJ/mol②2Mg(s)＋TiCl4(s)===2MgCl(s)＋Ti(s)ΔH＝－512kJ/mol则Ti(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(s)ΔH＝________。(3)氩气通入还原炉中并不参与反应，通入氩气的作用是_______________________________________________________________________。(4)以甲醇、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极可构成燃料电池。已知该燃料电池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO2－3＋6H2O，该电池中正极上的电极反应式为____________________________________________________________________。[来源:学。科。网Z。X。X。K]工作一段时间后，测得溶液的pH________(填“减小”、“增大”或“不变”)。解析：(1)粉碎反应物，可以增大其表面积，从而增大反应物之间的接触面积，提高反应速率；氯化炉中发生的反应为6C＋7Cl2＋2FeTiO3===6CO＋2TiCl4＋2FeCl3，由此可知C和FeTiO3为还原剂。(2)根据盖斯定律，由①×2－②得：Ti(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(s)；ΔH＝－770kJ/mol。(3)氩气性质不活泼可以防止Mg和Ti等具有强还原性的物质被氧化。(4)根据该电池的总反应式可知，反应过程中不断消耗OH－，则该电池工作一段时间后，溶液的pH将减小。答案：(1)增大反应物间的接触面积，提高反应速率C、FeTiO3(2)－770kJ/mol(3)Mg和Ti都有强还原性，在氩气氛围中可防止Mg、Ti被氧化(4)O2＋2H2O＋4e－===4OH－(或3O2＋6H2O＋12e－===12OH－)减小3．(2013·北京西城区期末考试)脱硫技术能有效控制SO2对空气的污染。(1)向煤中加入石灰石可减少燃烧产物中SO2的含量，该反应的化学方程式是___________________________________________________________________________。(2)海水呈弱碱性，主要含有Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋、Cl－、SO2－4、Br－、HCO－3等。含SO2的烟气可利用海水脱硫，其工艺流程如图所示：①向曝气池中通入空气的目的是_____________________________________。②通入空气后曝气池中海水与天然海水相比，浓度有明显不同的离子是________。a．Cl－b．SO2－4c．Br－d．HCO－3(3)用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可得到NaOH，同时得到H2SO4，其原理如图所示(电极材料为石墨)。[来源:学科网]①图中a极要连接电源的________(填“正”或“负”)极，C口流出的物质是________。②SO2－3放电的电极反应式为____________________________。③电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动的原理解释原因：_________________________________________________________________________________________。解析：(1)煤燃烧时，石灰石在高温下分解产生CaO和CO2，CaO为碱性氧化物，可以与SO2、O2反应生成CaSO4，该反应的化学方程式是2SO2＋O2＋2CaCO3=====△2CaSO4＋2CO2。(2)SO2为酸性氧化物，海水呈弱碱性，曝气池中通入空气的目的是将SO2－3、HSO－3等氧化。通入空气后溶液中SO2－4的浓度增大，HCO－3的浓度减小。(3)电解Na2SO3溶液，根据图示，a极应为阴极，要连接电源的负极，C口流出的物质是硫酸。阴极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，阳极的电极反应式为SO2－3－2e－＋H2O===SO2－4＋2H＋。电解过程中H＋在阴极放电生成H2，阴极区存在平衡H2OH＋＋OH－，c(H＋)减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强。答案：(1)2SO2＋O2＋2CaCO3=====△2CaSO4＋2CO2(2)①将H2SO3、HSO－3等氧化为SO2－4②bd(3)①负硫酸②SO2－3－2e－＋H2O===SO2－4＋2H＋③H2OH＋＋OH－，在阴极H＋放电生成H2，c(H＋)减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强4．(2013·荆州质检)如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业的原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。请按要求回答相关问题：(1)甲烷燃料电池负极反应式为__________________________________________。(2)石墨(C)极的电极反应式为__________________________________________。(3)若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，则乙装置中铁极上生成的气体的体积为________L；丙装置中阴极析出铜的质量为________g。(4)某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)2的实验装置(如图所示)。若用于制漂白液，a为电池的________极，电解质溶液最好用)_________________________________________________________________________________________。若用于制Fe(OH)2，使用硫酸钠溶液作电解质溶液，阳极选用________作电极。解析：(1)甲烷燃料电池负极上发生氧化反应，即甲烷在负极上被氧化。在KOH溶液中甲烷被氧化后生成碳酸钾，负极反应式为CH4－8e－＋10OH－===CO2－3＋7H2O。(2)电池的负极与电解池的阴极相接，铁极为阴极，则C极为阳极，在C极上发生氧化反应，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。(3)n(O2)＝2.24L22.4L·mol－1＝0.1mol，甲池中正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，由电子守恒知，经过甲、乙、丙装置的电子的物质的量为0.4mol。乙池中的铁极与甲池的负极相连，铁极为阴极，发生还原反应，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，n(H2)＝0.4mol2＝0.2mol，V(H2)＝0.2mol×22.4L·mol－1＝4.48L。丙池中精铜为阴极，发生还原反应，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，n(Cu)＝0.4mol2＝0.2mol，m(Cu)＝0.2mol×64g·mol－1＝12.8g。(4)漂白液的有效成分是次氯酸盐，制备原理是2Cl－＋2H2O=====通电2OH－＋Cl2↑＋H2↑，Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O，气体与液体反应，最好采用逆向接触，即气体在下端产生，碱溶液在上端生成，使其充分反应，所以该装置的下端为阳极，上端为阴极，阴极与电源负极相连，故a极为负极。生活中常见且廉价的氯化物是氯化钠，故电解质溶液最好用饱和氯化钠溶液。若制备氢氧化亚铁，用硫酸钠溶液作电解质溶液，选用铁作阳极。答案：(1)CH4－8e－＋10OH－===CO2－3＋7H2O(2)2Cl－－2e－===Cl2↑(3)4.4812.8(4)负饱和氯化钠溶液(或饱和食盐水)铁5．(2013·新课标全国卷Ⅰ节选)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)有研究者在催化剂(含Cu­Zn­Al­O和Al2O3)、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________________________________________________________________________。(4)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；