2022年高考化學二輪復習 下篇 專題三 微題型十九 化學反應原理綜合題

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1、2022年高考化學二輪復習 下篇 專題三 微題型十九 化學反應原理綜合題 1．水合肼(N2H4·H2O)是一種無色易溶于水的油狀液體，具有堿性和極強的還原性，在工業(yè)生產中應用非常廣泛。 (1)目前正在研發(fā)的高能量密度燃料電池車是以水合肼燃料電池作為動力來源，電池結構如圖所示。 ①起始時正極區(qū)與負極區(qū)NaOH溶液濃度相同，工作一段時間后，NaOH濃度較大的是________極區(qū)(填“正”或“負”)。 ②該電池負極的電極反應式為_________________________________________________。 (2)已知水合肼是二元弱堿(25 ℃，K1＝5×10－7，K

2、2＝5×10－15)，0.1 mol·L－1水合肼溶液中四種離子：①H＋、②OH－、③N2H、④N2H的濃度從大到小的的順序為__________________(填序號)。 (3)在弱酸性條件下水合肼可處理電鍍廢水，將Cr2O還原為Cr(OH)3沉淀而除去，水合肼被氧化為N2，該反應的離子方程式為______________________________________。 (4)肼是一種優(yōu)良的貯氫材料，其在不同條件下分解方式不同。 ①在高溫下，N2H4可完全分解為NH3、N2及H2，實驗測得分解產物中N2與H2物質的量變化如圖甲所示，該分解反應化學方程式為______________

3、____________________。 ②在303 K，Ni、Pt催化下，則發(fā)生N2H4(l) N2(g)＋2H2(g)。在1 L密閉容器中加入0.1 mol N2H4，測得容器中與時間關系如圖乙所示。則0～4 min氮氣的平均速率v(N2)＝________。 (5)碳酰肼(分子式：CH6N4O)是由DEC(酯)與N2H4發(fā)生取代反應得到，已知DEC的分子式為C5H10O3，DEC的核磁共振氫譜如圖丙所示，則DEC的結構簡式為________。 解析　(1)①燃料電池中，O2一定作正極，在堿性條件下，O2發(fā)生反應，電極反應式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，生成了OH－，堿性

4、增強；②負極N2H4轉化成N2，N由－2價升至0價，失去2×2e－＝4e－，由電荷守恒知，需要補充4 mol OH－。(2)水合肼是二元弱堿，溶液中存在的電離平衡有N2H4＋H2ON2H＋OH－，N2H＋H2ON2H＋OH－，H2OH＋＋OH－，三步電離均有OH－生成，故c(OH－)最大，以第一步電離為主，所以c(N2H)略比c(OH－)小，第二步的電離平衡常數小于第三步的Kw，所以第三步中電離出的H＋比第二步中電離出的N2H多，故離子濃度大小順序為c(OH－)>c(N2H)>c(H＋)>(N2H)。(3)Cr2O中Cr為＋6價，生成的Cr(OH)3中Cr為＋3價，N2H4·H2O中N為－2價

5、，生成的N2中N為0價，根據得失電子守恒、電荷守恒、原子守恒配平即可。 (4)②設達到平衡時，轉化的N2H4的物質的量為x，則有 由圖像知，在4 min時反應達到平衡，＝3，x＝0.05 mol，v(N2)＝＝0.012 5 mol·L－1·min－1。 (5)C5H10O3中有一個不飽和度，可能是一個雙鍵或是一個環(huán)，又由題中信息知，DEC為酯，故應為；由圖可知，分子中存在兩組峰，且峰比值約為3∶2，分子中的10個H原子，分成兩組，分別為6個H和4個H。6個H可能是2個甲基，4個H可能是2個亞甲基，3個O原子應有對稱性，由此可以寫出DEC的結構簡式為。 答案　(1)①正?、贜2H4

6、＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O (2)②③①④ (3)2Cr2O＋4H＋＋3N2H4·H2O===4Cr(OH)3↓＋3N2↑＋5H2O (或2Cr2O＋4H＋＋3N2H4===4Cr(OH)3↓＋3N2↑＋2H2O) (4)①7N2H4(g)8NH3(g)＋3N2(g)＋2H2(g) ②0.0125 mol·L－1·min－1 (5) 2．近幾年來關于氮污染的治理倍受關注。 (1)三效催化劑是最為常見的汽車尾氣催化劑，能同時實現汽車尾氣中的CO、CxHy、NOx三種成分的凈化，其催化劑表面物質轉化的關系如圖甲所示，化合物X可借助傅里葉紅外光譜圖(如圖乙所示)確定。

7、 ①在圖示的轉化中，被還原的元素是________，X的化學式為________。 ②SCR技術可使NOx與NH3直接反應，實現無害轉化。當NO與NO2的物質的量之比為4∶1時，寫出發(fā)生反應的化學方程式：________________________________________。 (2)加入過量次氯酸鈉可使廢水中NH完全轉化為N2，而本身被還原為NaCl。 ①寫出上述反應的離子方程式：_____________________________________________。 ②若處理廢水產生了0.448 L N2(標準狀況下)，則需消耗濃度為0.5 mol·L－1的次氯酸

8、鈉溶液的體積為________ mL。 (3)某工業(yè)廢水中含有毒性較大的CN－，可用電解法將其轉變?yōu)镹2，裝置如右圖所示。氣體甲是________(寫化學式)，電解池中生成N2的電極反應式為_______________________________。 解析　(1)①根據箭頭所示，氮元素和氧元素化合價降低，被還原；化合物X可借助傅里葉紅外光譜圖確定，說明X中存在NO，再根據圖甲可知，X中存在Ba2＋。②NOx與NH3直接反應生成N2和H2O，根據電子得失守恒和原子個數守恒寫出化學方程式。(2)①ClO－與NH反應生成N2和Cl－，根據電子得失守恒和電荷守恒寫出離子方程式。②由離子方程式可

9、得出關系式3ClO－～N2，n(N2)＝＝0.02 mol，則n(ClO－)＝0.06 mol，V(ClO－)＝＝0.12 L＝120 mL。(3)左端為CN－―→N2，氮元素被氧化，則左端為陽極，電極反應式為2CN－＋12OH－－10e－===2CO＋N2↑＋6H2O；右端為陰極，陰極為溶液中的陽離子發(fā)生放電，則氣體甲為氫氣。 答案　(1)①N、O　Ba(NO3)2 ②8NH3＋8NO＋2NO2===9N2＋12H2O (2)①2NH＋3ClO－===N2↑＋3Cl－＋2H＋＋3H2O ②120 (3)H2　2CN－＋12OH－－10e－===2CO＋N2↑＋6H2O 3．一氧化

10、碳被廣泛應用于冶金工業(yè)和電子工業(yè)。 (1)高爐煉鐵是最為普遍的煉鐵方法，相關反應的熱化學方程式如下： ①4CO(g)＋Fe3O4(s)===4CO2(g)＋3Fe(s)　ΔH＝a kJ·mol－ ②CO(g)＋3Fe2O3(s)===CO2(g)＋2Fe3O4(s)　ΔH＝b kJ·mol－1 反應3CO(g)＋Fe2O3(s)===3CO2(g)＋2Fe(s)的ΔH＝________kJ·mol－1(用含a、b的代數式表示)。 (2)電子工業(yè)中使用的一氧化碳常以甲醇為原料通過脫氫、分解兩步反應得到。 第一步：2CH3OH(g) HCOOCH3(g)＋2H2(g)　ΔH>0 第二

11、步：HCOOCH3(g) CH3OH(g)＋CO(g)　ΔH>0 ①第一步反應的機理可以用圖1表示，中間產物X的結構簡式為________。 圖1 ②在工業(yè)生產中，為提高CO的產率可采取的合理措施有 ________________________________________________________________________。 (3)為進行相關研究，用CO還原高鋁鐵礦石，反應后固體物質的X－射線衍射譜圖如圖2所示(X－射線衍射可用于判斷某晶態(tài)物質是否存在，不同晶態(tài)物質出現衍射峰的衍射角不同)。反應后混合物中的一種產物能與鹽酸反應生產兩種鹽，該反應的離子方程式為_

12、_______________________________________________________________________。 圖2　　　　　　　　　圖3 (4)某催化劑樣品(含Ni2O340%，其余為SiO2)通過還原、提純兩步獲得鎳單質：首先用CO將33.2 g樣品在加熱條件下還原為粗鎳；然后在常溫下使粗鎳中的Ni與CO結合成Ni(CO)4(沸點43 ℃)，并在180 ℃時使Ni(CO)4重新分解產生鎳單質。上述兩步中消耗CO的物質的量之比為________。 (5)為安全起見，工業(yè)生產中需對空氣中的CO進行監(jiān)測。 ①粉紅色的PdCl2溶液可以檢驗空氣中少量的

13、CO。若空氣中含CO，則溶液中會產生黑色的Pd沉淀。每生成5.3 g Pd沉淀，反應轉移的電子數為________。 ②使用電化學一氧化碳氣體傳感器定量檢測空氣中CO含量，其結構如圖3所示。這種傳感器利用原電池原理，則該電池的負極反應式為______________________________。 解析　(1)由目標反應中沒有Fe3O4，故根據蓋斯定律可知，(①×2＋②)/3即得目標反應，故ΔH＝(2a＋b)/3 kJ·mol－1。(2)①由圖示的過程可以看出，先是甲醇分解生成了H2和X，然后X與甲醇反應生成了H2和HCOOCH3，由此可以根據原子守恒得到中間產物X為甲醛，即HCHO。②

14、由甲醇為反應原料生成CO的兩步反應都是氣體物質的量增大的反應，同時又都是吸熱反應，所以為了提高CO的產率應使反應向右進行，應采用的方法是升高溫度，降低壓強。(3)由衍射圖可以看出生成的產物比較多，但是其中能與鹽酸反應生成兩種鹽的只能是FeAl2O4。(4)由題目描述，首先是由CO還原三氧化二鎳生成了粗鎳，其反應化學方程式式為Ni2O3＋3CO2Ni＋3CO2，然后再使Ni與CO反應生成Ni(CO)4，反應化學方程式為Ni＋4CO===Ni(CO)4，由兩個反應式可知在鎳相同的情況下CO的物質的量之比為3∶8。(5)生成5.3 g Pd，也就是0.05 mol Pd，從化合價變化看，Pd是從＋2

15、價轉化成了0價，即轉移了兩個電子，所以生成0.05 mol Pb 轉移的電子物質的量為0.1 mol，即電子數為0.1NA。 答案　(1)(2a＋b)/3 (2)①HCHO　②升高溫度，降低壓強 (3)FeAl2O4＋8H＋===Fe2＋＋2Al3＋＋4H2O (4)3∶8 (5)①6.02×1022個或0.1NA ②CO＋H2O－2e－===CO2＋2H＋ 4．質子交換膜燃料電池廣受關注。 (1)質子交換膜燃料電池中作為燃料的H2通常來自水煤氣。 已知：C(s)＋1/2O2(g)===CO(g)　ΔH1＝－110.35 kJ·mol－1 2H2O(l)===2H2(g)＋

16、O2(g)　ΔH2＝＋571.6 kJ·mol－1 H2O(l)===H2O(g)　ΔH3＝＋44.0 kJ·mol－1 則C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH4＝________。 (2)燃料氣(流速為1 800 mL·h－1；體積分數為：50%H2，0.98%CO，1.64%O2，47.38%N2)中的CO會使電極催化劑中毒，使用CuO/CeO2催化劑可使CO優(yōu)先氧化而脫除。 ①160 ℃、CuO/CeO2作催化劑時，CO優(yōu)先氧化反應的化學方程式為___________________。 ②灼燒草酸鈰[Ce2(C2O4)3]制得CeO2的化學方程式為 ___

17、_____________________________________________________________________。 ③在CuO/CeO2催化劑中加入不同的酸(HIO3或H3PO4)，測得燃料氣中CO優(yōu)先氧化的轉化率隨溫度變化如圖1所示。 加入________(填酸的化學式)的CuO/CeO2催化劑催化性能最好。催化劑為CuO/CeO2－HIO3，120 ℃時，反應1小時后CO的體積為________mL。 (3)圖2為甲酸質子交換膜燃料電池的結構示意圖。該裝置中________(填“a”或“b”)為電池的負極，負極的電極反應式為_______________

18、___________________________________。 解析　(1)由蓋斯定律可知，ΔH4＝ΔH1－ΔH3＋ΔH2×＝＋131.45 kJ·mol－1。 (2)②草酸鹽分解成CO、CO2氣體。③由圖1可以看出，加入HIO3時CuO/CeO2催化活性最好。反應前，V(CO)＝1 800 mL×0.98%＝17.64 mL，反應1小 時后剩余的V(CO)＝17.64 mL×(1－80%)＝3.528 mL。(3)從裝置圖看，H＋由a極區(qū)進入b極區(qū)，電子由a極流出，故a是負極。甲酸是可燃物，作負極材料，發(fā)生氧化反應，其負極反應式HCOOH－2e－===CO2↑＋2H＋。 答案

19、　(1)＋131.45 kJ·mol－1 (2)①2CO＋O22CO2 ②Ce2(C2O4)32CeO2＋4CO↑＋2CO2↑ ③HIO3　3.528 (3)a　HCOOH－2e－===CO2↑＋2H＋ 5．鉛及其化合物在工業(yè)生產及日常生活中都具有非常廣泛的用途。 (1)瓦紐科夫法熔煉鉛，其相關反應的熱化學方程式如下： ①2PbS(s)＋3O2(g)===2PbO(s)＋2SO2(g)　ΔH＝a kJ·mol－1； ②PbS(s)＋2PbO(s)===3Pb(s)＋SO2(g)　ΔH＝b kJ·mol－1； ③PbS(s)＋PbSO4(s)===2Pb(s)＋2SO2(g)　

20、ΔH＝c kJ·mol－1。 反應3PbS(s)＋6O2(g)===3PbSO4(s)　ΔH＝________kJ·mol－1(用含a、b、c的代數式表示)。 (2)還原法煉鉛，包含反應PbO(s)＋CO(g)Pb(s)＋CO2(g)　ΔH，該反應的平衡常數的對數值與溫度的關系如下表。 溫度/℃ 300 727 1 227 lg K 6.17 2.87 1.24 ①該還原反應的ΔH________0(填“>”、“<”或“＝”)； ②當lg K＝1且起始時只通入CO(PbO足量)，達平衡時，混合氣體中CO的體積分數為________。 (3)引爆導彈、核武器的工作電

21、源通常是Ca/PbSO4熱電池，其裝置如圖甲所示，該電池正極的電極反應式為___________________________________________________________。 (4)PbI2可用于人工降雨。取一定量的PbI2固體，用蒸餾水配制成t ℃飽和溶液，準確移取25.00 mL PbI2飽和溶液分次加入陽離子交換樹脂RH＋(發(fā)生：2RH＋＋PbI2===R2Pb2＋＋2H＋＋2I－，用250 mL潔凈的錐形瓶接收流出液，最后用蒸餾水淋洗樹脂至流出液呈中性，將洗滌液一并盛放到錐形瓶中(如圖乙)。加入酚酞指示劑，用0.002 5 mol·L－1 NaOH溶液滴定，當

22、達到滴定終點時，用去氫氧化鈉溶液20.00 mL。可計算出t ℃時 PbI2的Ksp為________。 (5)鉛易造成環(huán)境污染，水溶液中鉛的存在形態(tài)主要有6種，它們與pH關系如圖丙所示，含鉛廢水用活性炭進行處理，鉛的去除率與pH關系如圖丁所示。 ①常溫下，pH＝6～7時，鉛形態(tài)間轉化的離子方程式為 ________________________________________________________________________。 ②用活性炭處理，鉛的去除率較高時，鉛主要應該處于________(填鉛的形態(tài)的化學式)形態(tài)。 解析　(1)依據蓋斯定律，將①×2＋②×2

23、－③×3，即可得所求反應的ΔH。(2)①lgK與K為增函數關系，從表中數據知，溫度越高，K越小，說明正反應放熱。②lgK＝1，得K＝10。設開始時通入CO為a mol·L－1，達平衡時轉化了x mol·L－1，則平衡時，CO為(a－x)mol·L－1，CO2為x mol·L－1，由K＝＝＝10，解得＝9.09%。(3)由電池的裝置圖分析知，Ca作為負極，失去電子，則另一極為正極，得電子，化合價降低，即由PbSO4轉化為Pb。(4)滴定過程中消耗的OH－，即陽離子交換出來的H＋，n(H＋)＝0.002 5 mol·L－1×20×10－3L＝5×10－5mol，c(H＋)＝＝2×10－3mol·L

24、－1，而c(H＋)＝c(I－)，由PbI2的化學式知，c(Pb2＋)＝＝10－3mol·L－1，Ksp(PbI2)＝c(Pb2＋)·c2(I－)＝10－3×(2×10－3)2＝4×10－9。(5)①從圖丙分析，當pH由6變到7時，是Pb2＋向Pb(OH)＋轉化，即為Pb2＋水解，結合水電離出的一個OH－，同時釋放出一個H＋。②從圖丁可知，鉛的去除率最高時，pH大約為6.5左右，對比圖丙知，在pH＝6.5時，鉛主要以Pb2＋存在。 答案　(1)2a＋2b－3c　(2)①

25、4×10－9　(5)①Pb2＋＋H2OPb(OH)＋＋H＋ ②Pb2＋ 6．金屬鎂可用于制造合金、儲氫材料、鎂電池等。 已知：C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－110.5 kJ·mol－1； Mg(g)＋O2(g)===MgO(s)　ΔH＝－732.7 kJ·mol－1。 (1)一種制備鎂的反應為MgO(s)＋C(s)===Mg(g)＋CO(g)，該反應的ΔH＝________。 (2)一種用水氯鎂石(主要成分為MgCl2·6H2O)制各金屬鎂工藝的關鍵流程如下： ①為探究MgCl2·6H2O“一段脫水”的合理溫度范圍，某科研小組將MgCl2·6H2O在不同溫度下

26、分解，測得殘留固體物質的X-射線衍射譜圖如下圖所示(X-射線衍射可用于判斷某晶態(tài)物質是否存在)。 測得E中Mg元素質量分數為60.0%，則E的化學式為________。 “一段脫水”的目的是制備MgCl2·2H2O，溫度不高于180 ℃的原因是_____________ ________________________________________________________________________。 ②若電解時電解槽中有水分，則生成的MgOHCl與陰極產生的Mg反應，使陰極表面產生MgO鈍化膜，降低電解效率。生成MgO的化學方程式為_________________

27、______ ________________________________________________________________________。 ③該工藝中，可以循環(huán)使用的物質有________。 (3)Mg2Ni是一種儲氫材料。2.14 g Mg2Ni在一定條件下能吸收0.896 L H2(標準狀況下)生成X，X的化學式為________。 (4)“鎂-次氯酸鹽”燃料電池的裝置如圖所示，該電池反應的總反應方程式為________________________________________________________。 解析　(1)根據蓋斯定律，待求反應的ΔH

28、＝732.7 kJ·mol－1＋(－110.5)kJ·mol－1＝＋622.2 kJ·mol－1。(2)①根據圖可知，隨著溫度的升高，MgCl2·6H2O逐步脫水并開始發(fā)生水解，生成MgOHCl，可聯想Mg2＋水解生成Mg(OH)2，然后再分解為MgO，從而推測E為MgO，然后計算MgO中Mg元素的質量分數正好為60.0%；②根據信息可寫出：MgOHCl＋Mg―→MgO，根據化合價升降規(guī)律知，還有H2生成，Cl元素只能轉化為MgCl2，最終配平即可；③由流程圖知，H2與Cl2燃燒生成HCl，二段脫水時，HCl抑制Mg2＋的水解，二段脫水出來的氣體經處理，可得到HCl，循環(huán)使用；電解是生成的Cl

29、2也可與H2燃燒，繼續(xù)循環(huán)使用。(3)2.14 g Mg2Ni的物質的量為0.02 mol，0.896 L H2的物質的量為0.04 mol，故Mg2Ni與H2的物質的量之比為1∶2，不難推測X的化學式為Mg2NiH4。(4)由圖可知，Mg為負極，產物為Mg(OH)2，催化劑為正極，產物有Cl－，整個反應的氧化劑為ClO－，故可寫出Mg＋ClO－＋H2O===Mg(OH)2＋Cl－。 答案　(1)＋622.2 kJ·mol－1 (2)①MgO　若溫度太高，MgCl2轉化為MgOHCl或MgO?、?MgOHCl＋Mg===2MgO＋MgCl2＋H2↑　③HCl、Cl2　(3)Mg2NiH4

30、 (4)Mg＋ClO－＋H2O===Mg(OH)2＋Cl－ [對點回扣] 原電池反應式的書寫 (1)一般電極反應式的書寫 ①列物質標得失：按照負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，判斷出電極反應產物，找出得失電子的數量。 ②看環(huán)境配守恒：電極產物在電解質溶液的環(huán)境中，應能穩(wěn)定存在，如堿性介質中生成的H＋應讓其結合OH－生成水。電極反應式應根據電荷守恒和質量守恒、得失電子守恒等加以配平。 ③兩式加驗總式：兩電極反應式相加，與總反應的離子方程式對照驗證。 (2)復雜電極反應式的書寫 ＝－ 如CH4酸性燃料電池中 CH4＋2O2===CO2＋2H2O……總反應式 2O2＋8H＋＋8e－===4H2O……正極反應式 CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋……負極反應式