高三化学二轮复习--专题2-化学基本理论-突破点11-化学基本理论综合应用.doc

突破点11　化学基本理论综合应用

[题型分析]　基本概念、基本理论综合类试题通常以组合题的形式呈现，题目往往围绕一个主题，由多个小题组成，各小题有一定的独立性，分别考查不同的知识点，其内容涉及基本概念、基本理论、元素及其化合物等知识，具有一定的综合性。这类试题一般篇幅较长，文字较多，且题目中穿插图形、图表等，有一定的难度，要求考生有一定的阅读能力和分析归纳能力。
[典型例题1]　许多含碳、含氢物质都是重要的化工原料。
(1)某新型储氢合金(化学式为Mg17Al12)的储氢原理为Mg17Al12＋17H2===17MgH2＋12Al，该反应的氧化产物是a________。
(2)C2O3是一种无色无味的气体，可溶于水生成草酸(H2C2O4)b，写出它与足量NaOH溶液反应的化学方程式：____________________________。
(3)已知：①H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH1＝－198 kJ·mol－1
②CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2
③CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH3＝－846.3 kJ·mol－1
化学键
CO
O===O
C===O
键能/(kJ·mol－1)
958.5
497
745
CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)的ΔH＝c________。
(4)向容积为2 L的某恒容密闭容器中充入3 mol CH4(g)、4 mol H2O(g)，测出t ℃时，容器内H2的物质的量浓度随时间的变化如图中曲线Ⅱ所示。图中曲线Ⅰ、Ⅲ分别表示相对于曲线Ⅱ改变反应条件后c(H2)随时间的变化。

①若曲线Ⅰ代表的是仅改变一种条件后的情况，则改变的条件可能d是________，a、b两点用CO浓度变化值表示的反应速率e关系为________。
②曲线Ⅱ对应反应的平衡常数⑥等于____________________________；
该温度下，若将等物质的量浓度的CH4、H2O、CO、H2混合在该容器中，则开始 时H2的生成速率________H2的消耗速率(填“>”、“<”、“＝”或“无法确定”)。
③曲线Ⅲ相对于曲线Ⅱ改变的条件是________(填字母)。
a．降低温度　　b．使用催化剂、降低温度　　c．加压
【解题指导】　
1．审题“三读”
泛读——明确有几个条件及求解的问题
　↓
细读——把握关键字、词和数量关系等
　↓
精读——要深入思考，注意挖掘隐含信息等注意：“向细心要分、向整洁规范要分”。
2．审题指导
a．明确“合金”、“氧化产物”的含义，从化合价入手分析。
b．分步写，先写C2O3与水反应，再写H2C2O4与NaOH溶液反应。
c．先根据键能计算ΔH2，再用盖斯定律计算，调方向，变系数，相加减。
d．影响化学反应速率和化学平衡的影响因素。
e．明确“平衡常数”的含义，观图像，找平衡浓度。
[解析]　(1)Mg17Al12合金中各金属均为0价，故氧化产物是MgH2。(2)由C2O3溶于水生成草酸知，C2O3与NaOH溶液反应生成草酸钠与水。(3)ΔH2＝反应物总键能－生成物总键能＝(958.5＋0.5×497) kJ·mol－1－2×745 kJ·mol－1＝－283 kJ·mol－1，由盖斯定律知：ΔH＝ΔH3－(ΔH2＋3ΔH1)＝＋30.7 kJ·mol－1。(4)曲线Ⅰ相对于曲线Ⅱ而言，达到平衡所需要的时间较少，平衡时c(H2)较大，说明条件改变后反应速率较快，更有利于平衡向右进行，故改变的条件是升高温度。a、b两点反应均处于平衡状态，故平均反应速率均为0。由题给数据并结合反应的化学方程式易求出平衡时c(CH4)＝0.5 mol·L－1、c(H2O)＝1 mol·L－1、c(CO)＝1 mol·L－1，故平衡常数为54。当几种物质等物质的量浓度(设为c)混合时，Qc＝c2，因c值不确定，故无法确定Qc与K的相对大小，所以反应进行的方向也无法确定。曲线Ⅲ对应的反应速率快于曲线Ⅱ对应的反应速率，但平衡向右进行的程度低于曲线Ⅱ对应的反应程度，故答案为b。
[答案]　(1)MgH2　(2)C2O3＋2NaOH===NaOOCCOONa＋H2O
(3)＋30.7 kJ·mol－1　(4)①升高温度　相等或均为0　②54　无法确定　③b
[典型例题2]　碳、氮、硫的氧化物对空气污染严重，回答下列问题。
(1)消除汽车排放的尾气中含的NO、CO，有利于减少PM2.5的排放。

2NO(g)O2(g)2O(g)
Ⅱ.N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH1
2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH2＝－565 kJ·mol－1
①ΔH1＝a________________。
②在催化剂作用下NO和CO转化为无毒气体，该反应的热化学方程式b为
______________________________________________________________。
(2)25 ℃时，在体积为2 L的密闭容器中，发生反应2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH2＝－565 kJ·mol－1，O2、CO、CO2的物质的量浓度随时间t的变化用A、B、C曲线如图。在5～7 min内，若K值改变，则此处曲线变化的原因c是____________________________。若在第5～7 min内，将体积2 L变为1 L，反应重新达到平衡时，化学平衡常数dK＝______________。

(3)测定汽车尾气常用的方法有两种。
①方法1：电化学气敏传感器法。其中CO传感器的工作原理如图所示，则工作电极的反应式e为_______________________。

②方法2：滴定法。用H2O2溶液吸收尾气，将NO转化为强酸，用中和滴定法测强酸浓度。则NO与H2O2溶液反应的离子方程式f为________________。
(4)工业上可以用NaOH溶液或氨水吸收过量的SO2，分别生成NaHSO3、NH4HSO3，其水溶液均呈酸性。相同条件下，同浓度的两种酸式盐的水溶液中c(SO)较小的g是________，用文字和化学用语解释原因___________。
【解题指导】　a．根据“键能”计算ΔH。
b．书写热化学方程式，利用“盖斯定律”计算ΔH。
c．外界条件对化学平衡的影响。
d．明确“K”的含义，K只受温度影响。
e．新型化学电源电极反应式的书写，O2是正极，CO失电子是负极。
f．氧化还原反应方程式的书写，信息“将NO转化为强酸”。
g．NH水解使溶液中c(H＋)增加。
[解析]　(1)①根据Ⅰ的数据分析ΔH1＝(945＋498－2×630) kJ·mol－1＝＋183 kJ·mol－1。
②将 Ⅱ 中的两个热化学方程式相减，即得2CO(g)＋2NO(g)===2CO2(g)＋N2(g)　ΔH＝－748 kJ·mol－1。
(2)在5～7 min内，K值改变，说明平衡移动是由温度变化引起的，根据变化曲线可以得出A～O2，B～CO，C～CO2，在5～7 min平衡向正反应方向移动，说明曲线变化是降低温度引起的。在第5～7 min内，将体积2 L变为1 L，增大压强，平衡向正反应方向移动，但化学平衡常数不变，K＝＝≈3.2。
(3)①反应原理是2CO＋O2===2CO2，在酸性条件下正极电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，将总反应式减去正极反应式即得CO－2e－＋H2O===CO2＋2H＋。
②H2O2溶液吸收NO，将氮氧化物转化为强酸(硝酸)，离子方程式是2NO＋3H2O2===2NO＋2H2O＋2H＋。
(4)同浓度的NaHSO3、NH4HSO3的水溶液中c(SO)较小的是NH4HSO3，因为HSOH＋＋SO，NH水解使c(H＋)增大，电离平衡逆向移动，c(SO)浓度减小。
[答案]　(1)①＋183 kJ·mol－1
②2CO(g)＋2NO(g)===2CO2(g)＋N2(g)
ΔH＝－748 kJ·mol－1
(2)降低温度　3.2
(3)①CO－2e－＋H2O===CO2＋2H＋
②2NO＋3H2O2===2NO＋2H2O＋2H＋
(4)NH4HSO3　HSOH＋＋SO，NH水解使c(H＋)增大，电离平衡逆向移动，c(SO)浓度减小
[针对训练]
1．科学家研究出一种以天然气为燃料的“燃烧前捕获系统”，其简单流程如图所示(部分条件及物质未标出)。

(1)已知：CH4、CO、H2的燃烧热分别为890.3 kJ·mol－1、283.0 kJ·mol－1、285.8 kJ·mol－1，则上述流程中第一步反应2CH4(g)＋O2(g)===2CO(g)＋4H2(g)　ΔH＝________。
(2)工业上可用H2和CO2制备甲醇，其反应为：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，某温度下，将1 mol CO2和3 mol H2充入体积不变的2 L密闭容器中，发生上述反应，测得不同时刻反应前后的压强关系如下：
时间/h
1
2
3
4
5
6
p后/p前
0.90
0.85
0.83
0.81
0.80
0.80
①用H2表示前2 h平均反应速率v(H2)＝_______________________。
②该温度下CO2的平衡转化率为________________。
(3)在300 ℃、8 MPa下，将二氧化碳和氢气按物质的量之比为1∶3通入一密闭容器中发生(2)中反应，达到平衡时，测得二氧化碳的平衡转化率为50%，则该反应条件下的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
(4)CO2经催化加氢可合成低碳烯烃：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)　ΔH。在0.1 MPa时，按n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，如图所示为不同温度(T)下，平衡时四种气态物质的物质的量(n)关系：

①该反应的ΔH________0(填“>”、“＝”或“<”)。
②曲线c表示的物质为________。
③为提高CO2的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是
______________________________________________________________。
[解析]　(1)按顺序把热化学方程式标为①②③：
CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH1＝－890.3 kJ·mol－1　①
CO(g)＋1/2O2(g)===CO2(g)
ΔH2＝－283.0 kJ·mol－1　②
H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(l)
ΔH3＝－285.8 kJ·mol－1　③
根据盖斯定律，①×2－2×②－4×③得2CH4(g)＋O2(g)===2CO(g)＋4H2(g)　ΔH＝－71.4 kJ·mol－1。
(2)①由反应前后的压强关系可知2 h时，体系中气体的总的物质的量为3.4 mol，减少了0.6 mol。
CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　Δn(减少)＝2
始： 1 mol 　3 mol　　　0　　　　　0
变： 0.3 mol 0.9 mol 0.3 mol 0.3 mol 　0.6 mol
末： 0.7 mol 2.1 mol 0.3 mol 0.3 mol
v(H2)＝＝＝0.225 mol·L－1·h－1。②该反应是一个反应前后气体分子数减小的反应，压强不变时，说明反应达到平衡。5 h时反应达到平衡，根据反应前后压强的比值可求得CO2的平衡转化率为×100%＝40%。
(3)设开始时投入CO2和H2的物质的量分别为1 mol和3 mol。
　 CO2(g)　＋ 3H2(g)CH3OH(g) ＋H2O(g)
始： 　1 mol　　　3 mol　　　0　　　　　　0
变： 0.5 mol 1.5 mol 0.5 mol 0.5 mol
末： 0.5 mol 1.5 mol 0.5 mol 0.5 mol
则平衡时
p(CO2)＝8 MPa×＝4/3 MPa，p(H2)＝8 MPa×＝4 MPa，p(CH3OH)＝8 MPa×＝4/3 MPa，p(H2O)＝8 MPa×＝4/3 MPa，Kp＝＝＝≈0.020 8(MPa－2)。
(4)①由曲线变化可知随着温度升高，氢气的物质的量逐渐增多，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应放热，ΔH<0。②随着温度升高，氢气的物质的量逐渐增多，因氢气为反应物，则另一条逐渐增多的曲线a代表CO2，由计量数关系可知曲线b代表水蒸气，曲线c代表C2H4。③为提高CO2的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是增大压强或不断分离出水蒸气。
[答案]　(1)－71.4 kJ·mol－1
(2)①0.225 mol·L－1·h－1　②40%
(3)1/48 MPa－2或0.020 8 MPa－2或0.021 MPa－2
(4)①<　②C2H4　③加压(或不断分离出水蒸气)
2．碘单质能与许多金属化合，一般能与氯单质反应的金属(除了贵金属)同样也能与碘反应，只是I2的反应活性不如Cl2的强，如碘与钨在一定温度下，可发生可逆反应：W(s)＋I2(g)WI2(g)。
【导学号：14942047】
请回答下列问题：
(1)某化学兴趣小组做了名为“滴水生烟”的表演，将镁粉与碘粉均匀混合，滴加几滴水，发生剧烈反应，并产生大量紫色烟。此实验说明水起了________作用，试解释产生紫色烟的原因____________________。
(2)有人设想将碘与镁的反应设计成原电池，用它作电源电解碘化钾溶液制KIO3，装置如图1所示，则甲池中碳电极上的电极反应式为_______________，
乙池中A电极上的电极反应式为__________________。

图1
(3)准确称取0.508 g碘、0.736 g金属钨放置于50.0 mL密闭容器中，并加热使其发生反应W(s)＋I2(g)WI2(g)。图2是混合气体中WI2蒸气的物质的量随时间变化的图像[n(WI2)—t]，其中曲线Ⅰ(0～t2时间段)的反应温度为450 ℃，曲线Ⅱ(从t2时刻开始)的反应温度为530 ℃。据图分析：该反应是________(填“放热”或“吸热”)反应，反应从开始到t1(t1＝3 min)时间内的平均速率v(I2)＝__________，在450 ℃时，该反应的平衡常数K＝________________。

图2
(4)能够说明反应W(s)＋I2(g)WI2(g)在恒温恒容条件下已经达到化学平衡状态的有________(选填字母)。
A．I2与WI2的浓度相等
B．v(W)正＝v(I2)逆
C．容器内混合气体的密度不再变化
D．容器内气体压强不再变化
[解析]　(1)由题干中的信息碘单质能和许多金属化合，本实验中将镁粉与碘粉均匀混合后并没剧烈反应，而滴加几滴水之后才发生剧烈反应，并产生大量紫色烟，这说明滴入的水对该反应起了催化作用。(2)根据装置图可以看出甲池是原电池，乙池是电解池。甲池中的镁为负极，C为正极，则乙池中A电极为阳极，B电极为阴极，再结合甲池是利用反应Mg＋I2===MgI2设计的原电池，则不难写出负极的电极反应式为：Mg－2e－===Mg2＋，正极的电极反应式为：I2＋2e－===2I－，而对乙池中的电极反应式，则要根据题目中所提到的电解KI制KIO3这一信息来写，阳极的电极反应式：I－＋6OH－－6e－===IO＋3H2O。
(3)升高温度，WI2的物质的量减少，所以平衡向逆反应方向移动，即逆反应是吸热反应，正反应是放热反应。v(WI2)＝＝1.20×10－2 mol·L－1·min－1；由于反应速率之比等于化学计量数之比，所以v(I2)＝1.20×10－2 mol·L－1·min－1。反应开始时，碘的物质的量为n＝＝0.002 mol，反应达到平衡时生成WI2的物质的量为1.80×10－3 mol，根据化学方程式可知，需要1.80×10－3 mol碘参加反应，剩余碘的物质的量为0．000 2 mol，所以平衡时，c(WI2)＝＝3.60×10－2 mol·L－1，c(I2)＝＝0.004 mol·L－1，因为W是固体，所以K＝＝＝9。
(4)根据反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化进行分析：反应达到平衡时，I2与WI2的浓度可能相等也可能不等，故A错误；因为钨是固体，不能用钨来表示该反应的速率，故B错误；平衡时各种物质的物质的量即质量不变，容器的体积不变，所以密度不再变化，故C正确；该反应是反应前后气体体积不变的反应，无论反应是否达到平衡状态，压强始终不变，故D错误。

[答案]　(1)催化　镁和碘化合是一个放热反应，放出的热使碘单质升华，升华的碘蒸气在空气中又凝华为细小的固体碘颗粒，分散在空气中形成紫色的烟
(2)I2＋2e－===2I－　I－＋6OH－－6e－===IO＋3H2O
(3)放热　1.20×10－2 mol·L－1·min－1　9
(4)C