2022年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第三單元 化學(xué)反應(yīng)原理新題呈現(xiàn)【例1】(xx·江西景德鎮(zhèn)二模)氮的氧化物是造成空氣污染的主要?dú)怏w之一。用某些特殊的催化劑能將汽車(chē)尾氣中的CO、NOx、碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化成無(wú)毒物質(zhì)。已知:2C(s)+O2(g)2CO(g)H=-221.0 kJ·mol-1N2(g)+O2(g)2NO(g)H=+180.5 kJ·mol-1C(s)+O2(g)CO2(g)H=-393.5 kJ·mol-1(1)寫(xiě)出NO(g)與CO(g)催化轉(zhuǎn)化成N2(g)和CO2(g)的熱化學(xué)方程式:。(2)用NH3還原NOx生成N2和H2O?，F(xiàn)有NO、NO2的混合氣體3 L，可用同溫、同壓下3.8 L的NH3恰好使其完全轉(zhuǎn)化為N2，則原混合氣體中NO和NO2的物質(zhì)的量之比為。(3)用電解法降解治理水中硝酸鹽污染。在酸性條件下，電解原理如圖1，直流電源A為(填“正”或“負(fù)”)極，寫(xiě)出電解原理總反應(yīng)的離子方程式:。圖1 圖2(4)科研小組研究鐵屑對(duì)地下水脫氮的反應(yīng)原理。pH=2.5時(shí)，用鐵粉還原KNO3溶液，相關(guān)離子濃度、pH隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖2(部分副反應(yīng)產(chǎn)物曲線略去)。請(qǐng)根據(jù)圖中信息寫(xiě)出t1時(shí)刻前發(fā)生反應(yīng)的離子方程式: 。已知活性炭能吸附N、OH-。pH=2.5時(shí)，將鐵屑和活性炭同時(shí)加入硝酸鉀溶液中，可以提高脫氮的效果，其原因是。答案(1)2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)H=-746.5 kJ·mol-1(2)19(3)正4N+4H+2N2+2H2O+5O2(4)4Fe+N+10H+4Fe2+N+3H2O活性炭和鐵構(gòu)成了原電池，加快反應(yīng)速率，此外，活性炭吸附生成物N、OH-，能降低水中的N濃度且使溶液的酸性增強(qiáng)解析(1)N2(g)+O2(g)2NO(g)H=+180.5 kJ·mol-12C(s)+O2(g)2CO(g)H=-221.0 kJ·mol-1C(s)+O2(g)CO2(g)H=-393.5 kJ·mol-1根據(jù)蓋斯定律，×2-可得:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)H=(-393.5 kJ·mol-1)×2-(-221.0 kJ·mol-1)-(+180.5 kJ·mol-1)=-746.5 kJ·mol-1。(2)根據(jù)反應(yīng)可知:氨氣被氧化為氮?dú)猓琋H3N23e-;一氧化氮被還原為氮?dú)?，NON22e-;二氧化氮被還原為氮?dú)猓琋O2N24e-。設(shè)一氧化氮體積為x，二氧化氮體積為3-x，氨氣的體積為3.8 L，根據(jù)電子守恒可知:3.8 L×3=2x+4×(3-x)，x=0.3 L，則二氧化氮體積為2.7 L，相同條件下，混合氣體中NO和NO2的體積比等于物質(zhì)的量之比為0.3 L2.7 L=19。(3)由圖示知在Ag-Pt電極上N發(fā)生還原反應(yīng)，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負(fù)極，A為電源正極，陰極反應(yīng)是N得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N2，陽(yáng)極上氫氧根失去電子生成氧氣，電解總反應(yīng)為4N+4H+2N2+2H2O+5O2。(4)根據(jù)圖示知道t1時(shí)刻前，硝酸根離子、氫離子濃度逐漸減小，亞鐵離子濃度增大，則是金屬鐵和硝酸之間的反應(yīng)，即4Fe+N+10H+4Fe2+N+3H2O;將鐵屑和活性炭同時(shí)加入上述KNO3溶液中，活性炭和鐵構(gòu)成了無(wú)數(shù)個(gè)微小的鐵碳原電池，加快反應(yīng)速率(或活性炭吸附作用，降低溶液中N濃度)，可以提高脫氮效果?！纠?】(xx·開(kāi)封二模)開(kāi)發(fā)新能源是解決環(huán)境污染的重要舉措，其中甲醇、甲烷是優(yōu)質(zhì)的清潔燃料，可制作燃料電池。(1)已知:2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g)H1=-1 274.0 kJ·mol-12CO(g)+O2(g)2CO2(g)H2=-566.0 kJ·mol-1H2O(g)H2O(l)H3=-44.0 kJ·mol-1。甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為。(2)生產(chǎn)甲醇的原料CO和H2可由反應(yīng)CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)H>0得到。一定條件下CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1，則p1(填“<”、“>”或“=”)p2。A、B、C三點(diǎn)處對(duì)應(yīng)平衡常數(shù)(KA、KB、KC)的大小順序?yàn)椤?00 時(shí)，將1 mol CH4和2 mol H2O通入容積為1 L的定容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，能說(shuō)明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是(填字母)。a. 容器的壓強(qiáng)恒定b. 容器內(nèi)氣體密度恒定c. 3v正(CH4)=v逆(H2)d. 單位時(shí)間內(nèi)消耗0.1 mol CH4同時(shí)生成0.3 mol H2(3)甲醇燃料電池(簡(jiǎn)稱(chēng)DMFC)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量轉(zhuǎn)化率高、對(duì)環(huán)境無(wú)污染，可作為常規(guī)能源的替代品而越來(lái)越受到關(guān)注。DMFC工作原理如圖2所示:通入a氣體的電極是原電池的(填“正”或“負(fù)”)極，其電極反應(yīng)式為。(4)某研究小組將兩個(gè)甲烷燃料電池串聯(lián)后作為電源，進(jìn)行飽和氯化鈉溶液電解實(shí)驗(yàn)，如圖3所示U形管中氯化鈉溶液的體積為800 mL。閉合K后，若每個(gè)電池甲烷用量均為0.224 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，且反應(yīng)完全，則理論上通過(guò)電解池的電量為(列式計(jì)算，法拉第常數(shù)F=9.65×104 C·mol-1)。若產(chǎn)生的氣體全部逸出，電解后溶液混合均勻，電解后U形管中溶液的pH為。 圖1 圖2圖3答案(1)CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)H=-442.0 kJ·mol-1(2)p1<p2KA<KB<KCac(3)負(fù)CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+(4)×8×9.65×104 C·mol-1=7.72×103 C13解析(1)根據(jù)蓋斯定律，將已知反應(yīng)(-+×4)得到CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)，所以該反應(yīng)的H=×(-1 274.0 kJ·mol-1)-(-566.0 kJ·mol-1)+(-44.0 kJ·mol-1×4)=-442.0 kJ·mol-1，即CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)H=-442.0 kJ·mol-1。(2)在圖1的200 位置，平行與縱軸畫(huà)一條虛線，可見(jiàn)CH4的轉(zhuǎn)化率p1時(shí)大于p2時(shí)，在CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)反應(yīng)中，生成物的氣體體積大于反應(yīng)物，壓強(qiáng)增大時(shí)平衡向逆向移動(dòng)，故p1<p2;正反應(yīng)吸熱，隨溫度升高，平衡正向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)K增大，所以KA<KB<KC。可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正、逆反應(yīng)速率相等各組分濃度保持不變，反應(yīng)前后氣體體積不同，所以容器的壓強(qiáng)恒定時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，a正確;容器體積不變，氣體質(zhì)量不變，所以容器內(nèi)氣體密度始終恒定，b錯(cuò);3v正(CH4)=v逆(H2)，說(shuō)明正、逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，c正確;單位時(shí)間內(nèi)消耗0.1 mol CH4同時(shí)生成0.3 mol H2，都是正反應(yīng)速率，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，d錯(cuò)。(3)根據(jù)圖知，交換膜是質(zhì)子交換膜，則電解質(zhì)溶液呈酸性，根據(jù)氫離子移動(dòng)方向知，通入a的電極為負(fù)極、通入b的電極為正極，負(fù)極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極反應(yīng)式為 CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O2+4e-+4H+2H2O。(4)電解氯化鈉溶液的化學(xué)方程式為2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2，可知關(guān)系式CH48e-8NaOH，故若每個(gè)電池甲烷通入量為0.224 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，生成0.08 mol NaOH，c(NaOH)=0.1 mol·L-1，pH=13;電解池通過(guò)的電量為×8×9.65×104 C·mol-1=7.72×103C(題中雖然有兩個(gè)燃料電池，但電子的傳遞量只能用一個(gè)池的甲烷量計(jì)算)。【例3】(xx·河北唐山一模)N2H4通常用作火箭的高能燃料，N2O4作氧化劑。請(qǐng)回答下列問(wèn)題:已知:N2(g)+2O2(g)2NO2(g) H=+a kJ·mol-1N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)H=-b kJ·mol-12NO2(g)N2O4(g)H=-c kJ·mol-1寫(xiě)出氣態(tài)肼在氣態(tài)四氧化二氮中燃燒生成氮?dú)夂蜌鈶B(tài)水的熱化學(xué)方程式:。(2)工業(yè)上常用次氯酸鈉與過(guò)量的氨氣反應(yīng)制備肼，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為。(3)N2、H2合成氨氣為放熱反應(yīng)。800 K時(shí)向下列起始體積相同的密閉容器中充入1 mol N2、3 mol H2，如圖1，甲容器在反應(yīng)過(guò)程中保持壓強(qiáng)不變，乙容器保持體積不變，丙是絕熱容器，三容器各自建立化學(xué)平衡。達(dá)到平衡時(shí)，平衡常數(shù)K甲K乙K丙(填“>”、“<”或“=”)。達(dá)到平衡時(shí)N2的濃度c(N2)甲c(N2)乙c(N2)丙(填“>”、“<”或“=”)。對(duì)甲、乙、丙三容器的描述，以下說(shuō)法正確的是(填字母)。A. 乙容器氣體密度不再變化時(shí)，說(shuō)明此反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)B. 在甲中充入稀有氣體He，化學(xué)反應(yīng)速率加快C. 向甲容器中充入氨氣，正向速率減小，逆向速率增大D. 丙容器溫度不再變化時(shí)說(shuō)明已達(dá)平衡狀態(tài)(4)氨氣通入如圖2電解裝置可以輔助生產(chǎn)NH4NO3，該電解池的陰極反應(yīng)式為。(5)在20 mL 0.2 mol·L-1的NH4NO3溶液中加入10 mL 0.2 mol·L-1 NaOH溶液后顯堿性，溶液中所有離子濃度大小關(guān)系為。 圖1 圖2答案(1)2N2H4(g)+N2O4(g)3N2(g)+4H2O(g)H=-(a-c+2b)kJ·mol-1(2)NaClO+2NH3N2H4+NaCl+H2O(3)=>><CD(4)NO+5e-+6H+N+H2O(5)c(N)>c(N)>c(Na+)>c(OH-)>c(H+)解析(1)由N2(g)+2O2(g)2NO2(g)H=+a kJ·mol-1、N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)H=-b kJ·mol-1、2NO2(g)N2O4(g)H=-c kJ·mol-1，根據(jù)蓋斯定律可知×2-得2N2H4(g)+N2O4(g)3N2(g)+4H2O(g)H=-(a-c+2b)kJ·mol-1。(2)次氯酸鈉與過(guò)量的氨氣反應(yīng)制備肼，依據(jù)質(zhì)量守恒寫(xiě)出化學(xué)方程式:NaClO+2NH3N2H4+NaCl+H2O。(3)甲、乙容器溫度不變，平衡常數(shù)不變;丙容器絕熱，溫度升高平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，故K甲=K乙>K丙。甲容器在反應(yīng)過(guò)程中保持壓強(qiáng)不變，故容器體積減小，氮?dú)獾臐舛仍龃?乙容器保持體積不變，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，壓強(qiáng)減小;丙容器絕熱，溫度升高平衡逆向移動(dòng)，故達(dá)到平衡時(shí)N2的濃度c(N2)甲>c(N2)乙<c(N2)丙。密度=，總質(zhì)量一定，體積一定，密度始終不變，故乙容器氣體密度不再變化時(shí)，不能說(shuō)明此反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，A錯(cuò);在甲中充入稀有氣體He，體積增大，原體系的壓強(qiáng)減小，化學(xué)反應(yīng)速率減慢，B錯(cuò);向甲容器中充入氨氣，體積增大，氫氣和氮?dú)獾臐舛葴p小，氨氣的濃度增大，故正向速率減小，逆向速率增大，C正確;丙容器絕熱，故丙容器溫度不再變化時(shí)說(shuō)明已達(dá)平衡狀態(tài)，D正確。(4)電解NO制備N(xiāo)H4NO3，陽(yáng)極反應(yīng)為NO-3e-+2H2ON+4H+，陰極反應(yīng)為NO+5e-+6H+N+H2O。(5)在20 mL 0.2 mol·L-1 NH4NO3溶液中加入10 mL 0.2 mol·L-1 NaOH溶液后顯堿性，NH4NO3與氫氧化鈉反應(yīng)生成硝酸鈉和一水合氨，所得溶液的溶質(zhì)為等物質(zhì)的量濃度的硝酸銨、硝酸鈉和一水合氨，溶液顯堿性，說(shuō)明一水合氨的電離大于硝酸銨的水解，故離子濃度大小關(guān)系為c(N)>c(N)>c(Na+)>c(OH-)>c(H+)。【例4】(xx·鄭州二模)CO、SO2是主要的大氣污染氣體，利用化學(xué)反應(yīng)原理是治理污染的重要方法。. 甲醇可以補(bǔ)充和部分替代石油燃料，緩解能源緊張。利用CO可以合成甲醇。(1)已知:CO(g)+O2(g)CO2(g) H1=-283.0 kJ·mol-1H2(g)+O2(g)H2O(l) H2=-285.8 kJ·mol-1CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H3=-764.5 kJ·mol-1則CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H=kJ·mol-1。(2)一定條件下，在容積為V L的密閉容器中充入a mol CO與2a mol H2合成甲醇，平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如右圖所示。p1(填“>” 、“<” 或“=” )p2，理由是。該甲醇合成反應(yīng)在A點(diǎn)的平衡常數(shù)K=(用a和V表示)。該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的關(guān)系是:CO(填“>” 、“<” 或“=” )H2。下列措施能夠同時(shí)滿(mǎn)足增大反應(yīng)速率和提高CO轉(zhuǎn)化率的是(填字母)。A. 使用高效催化劑B. 降低反應(yīng)溫度C. 增大體系壓強(qiáng)D. 不斷將CH3OH從反應(yīng)混合物中分離出來(lái)E. 增加等物質(zhì)的量的CO和H2. 某學(xué)習(xí)小組以SO2為原料，采用電化學(xué)方法制取硫酸。(3)原電池法:該小組設(shè)計(jì)的原電池原理如圖1所示。寫(xiě)出該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式:。(4)電解法:該小組用Na2SO3溶液充分吸收SO2得到NaHSO3溶液，然后電解該溶液制得了硫酸。原理如下圖所示。圖1圖2寫(xiě)出開(kāi)始電解時(shí)陽(yáng)極的電極反應(yīng)式:。答案(1)-90.1(2) <甲醇的合成反應(yīng)是氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)，相同溫度下，增大壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高=C(3)SO2+2H2O-2e-4H+S(4)HS+H2O-2e-S+3H+解析(1)根據(jù)已知熱化學(xué)方程式，可以變化得到:H=H1+2H2-H3。(2)根據(jù)反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)可知，增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡向右移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率提高，而在相同溫度下，p1時(shí)的轉(zhuǎn)化率比p2時(shí)轉(zhuǎn)化率小，所以p1<p2。在A點(diǎn)時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為0.75，所以有mol的CO被反應(yīng)掉，余mol的CO，平衡濃度為mol·L-1，同理可算出H2的平衡濃度為mol·L-1，CH3OH的平衡濃度為mol·L-1，甲醇合成反應(yīng)在A點(diǎn)的平衡常數(shù)K= = 。(3)使用催化劑能改變化學(xué)反應(yīng)速率，而不能使平衡移動(dòng)，降低溫度，化學(xué)反應(yīng)速率減慢，增大體系壓強(qiáng)，化學(xué)反應(yīng)速率加快，平衡向氣體分子數(shù)減少的方向移動(dòng)，提高CO的轉(zhuǎn)化率，將甲醇移走，降低了生成物濃度，化學(xué)反應(yīng)速率減慢，增加等物質(zhì)的量的CO和H2，相當(dāng)于少投入H2，多投入CO，導(dǎo)致CO的轉(zhuǎn)化率降低。所以只有C符合條件。(4)原電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為SO2+2H2O-2e-4H+S，電解池的陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為HS+H2O-2e-S+3H+。