资源描述
[题型专练]
1．硫、硫化物和硫酸盐在自然界中都存在。
(1)硫酸是基础化学工业的重要产品，下列为接触法制硫酸的反应：
4FeS2(s)＋11 O2(g)2Fe2O3(s)＋8SO2(g) ΔH＝－3 412 kJ·mol－1
2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－196.6 kJ·mol－1
SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l) ΔH＝－130.3 kJ·mol－1
理论上，用FeS2为原料生产2 mol H2SO4(l)所释放的热量为______________kJ·mol－1。
(2)硫酸生产过程中会产生硫酸渣，其成分主要为Fe(约55%)、CaO和CaS(约16%)、SiO2(约11%)、MgO(约6%)、Al2O3(约10%)。一种利用硫酸渣制备绿矾(FeSO4·7H2O)的工艺流程如下：
几种离子沉淀的pH
开头沉淀的pH
沉淀完全的pH
Al3＋
3.2
4.4
Fe2＋
6.3
8.4
Ca2＋
11.8
\
Mg2＋
8.8
10.8
回答下列问题：
①上述流程中加入铁屑时反应的离子方程式为__________________________。
②上述制备过程中加入CaO调整pH＝4.5时，产生沉淀的主要成分为_______。
③精制FeSO4·7H2O前，需向滤液中加入H2SO4调整pH，其目的是_________________________________________。
④争辩发觉，其他条件相同，结晶温度在70 ℃左右时硫酸亚铁纯度最高。分析温度大于70 ℃时，硫酸亚铁纯度降低的主要缘由可能为_____________________________________________。
(3)H2S是一种无色、有毒且有恶臭味的气体。煤的低温焦化，含硫石油开采、提炼，橡胶、制革、染料、制糖等工业中都有H2S产生。某争辩小组设计了一种硫化氢—空气燃料电池，总反应为2H2S＋O2===2S＋2H2O，简易结构如图所示。
①硫化氢应通入到电极________(填“a”或“b”)
②b极发生的电极反应式为_____________________________________。
解析 (1)依据盖斯定律可得，以FeS2为原料生产H2SO4(l)总的热化学方程式是2FeS2(s)＋O2(g)＋4H2O(l)===Fe2O3(s)＋4H2SO4(l) ΔH＝－2 620.4 kJ·mol－1，生产2 mol H2SO4(l)所释放的热量为1 310.2 kJ·mol－1。(2)①硫酸渣酸溶后的溶液中含Ca2＋、Fe2＋、Fe3＋、Al3＋、Mg2＋、H＋，加入铁屑，与Fe3＋、H＋反应。②pH＝4.5时Al3＋生成沉淀，同时也有CaSO4沉淀生成。(3)由电子流淌方向可知b电极为负极，再依据总方程式，H2S是还原剂，是负极反应物，发生氧化反应。
答案 (1)1 310.2
(2)①Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋ ②CaSO4、Al(OH)3 ③抑制Fe2＋水解 ④Fe2＋被氧化成Fe3＋的量增多
(3)①b ②H2S＋O2－－2e－===S＋H2O
2．争辩和深度开发CO、CO2的应用对构建生态文明社会具有重要的意义。
(1)CO可用于炼铁，已知：①Fe2O3(s)＋3C(s)===2Fe(s)＋3CO(g) ΔH1＝＋489.0 kJ·mol－1，②C(s)＋CO2(g)===2CO(g) ΔH2＝＋172.5 kJ·mol－1。
则CO还原Fe2O3(s)的热化学方程式为______________________________。
(2)分别高炉煤气得到的CO与空气可设计成燃料电池(以KOH溶液为电解液)。写出该电池的负极反应式：__________。
(3)CO2和H2充入肯定体积的密闭容器中，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所示。
①曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KI________KⅡ。(填“>”、“＝”或“<”)
②肯定温度下，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，一段时间后达到平衡。
容器
甲
乙
反应物投入量
1 mol CO2、3 mol H2
a mol CO2、b mol H2、c mol CH3OH(g)、c mol H2O(g)
若甲中平衡后气体的压强为开头的0.8倍，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c的取值范围为________。
(4)利用光能和光催化剂，可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外光照射时，在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下，CH4产量随光照时间的变化如图甲。在0～15 h内，CH4的平均生成速率Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ从大到小的挨次为________(填序号)。
(5)以TiO2/Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系如图乙。
①乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围是________。
②Cu2Al2O4可溶于稀硝酸，写出有关的离子方程式：____________________。
解析 (1)由盖斯定律可知，①－②×3得：Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g) ΔH＝ΔH1－3ΔH2＝－28.5 kJ·mol－1。(2)燃料电池中可燃物CO是负极反应物，发生氧化反应失去电子，电极反应式为CO＋4OH－－2e－===CO＋2H2O。(3)①从曲线上看，Ⅱ先到平衡，故Ⅱ的温度高，温度高CH3OH含量低，即温度上升平衡逆向移动，平衡常数减小，故KⅠ>KⅡ。②甲容器中，
CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
起始/mol 1 3 0 0
变化/mol x 3x x x
平衡/mol 1－x 3－3x x x
1－x＋3－3x＋x＋x＝4×0.8 x＝0.4 mol
乙容器中，
CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
起始/mol a b c c
相当/mol c＋a 3c＋b 0 0
由等效平衡可知：c＋a＝1 3＋c＋b＝3
由反应逆向进行可知，c>0.4又由极限法可知0.4<c<1。(4)由图甲可知，0～15 h 内，CH4产量Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ，故速率Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ。(5)由图乙小于300 ℃时，催化剂活性和乙酸的生成速率相同的变化趋势，大于300 ℃，乙酸乙酸的生成速率增大，催化剂活性下降，故乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围是大于300 ℃。③Cu2Al2O4中Cu为＋1价，可被HNO3氧化。
答案 (1)Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g) ΔH＝－28.5 kJ·mol－1
(2)CO＋4OH－－2e－===CO＋2H2O
(3)①> ②0.4<c≤1
(4)Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ
(5)①300 ℃～400 ℃
②3Cu2Al2O4＋32H＋＋2NO===6Cu2＋＋6Al3＋＋2NO↑＋16H2O
3．一氧化碳被广泛应用于冶金工业和电子工业。
(1)高炉炼铁是最为普遍的炼铁方法，相关反应的热化学方程式如下：
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
反应3CO(g)＋Fe2O3(s)===3CO2(g)＋2Fe(s)的ΔH＝________kJ·mol－1(用含a、b的代数式表示)。
(2)电子工业中使用的一氧化碳常以甲醇为原料通过脱氢、分解两步反应得到。
第一步：2CH3OH(g)HCOOCH3(g)＋2H2(g) ΔH>0
其次步：HCOOCH3(g)CH3OH(g)＋CO(g) ΔH>0
①第一步反应的机理可以用图1表示，中间产物X的结构简式为________。
图1
②在工业生产中，为提高CO的产率可实行的合理措施有________。
(3)为进行相关争辩，用CO还原高铝铁矿石，反应后固体物质的X－射线衍射谱图如图2所示(X－射线衍射可用于推断某晶态物质是否存在，不同晶态物质消灭衍射峰的衍射角不同)。反应后混合物中的一种产物能与盐酸反应生产两种盐，该反应的离子方程式为_____________________________________。
图2 图3
(4)某催化剂样品(含Ni2O340%，其余为SiO2)通过还原、提纯两步获得镍单质：首先用CO将33.2 g样品在加热条件下还原为粗镍；然后在常温下使粗镍中的Ni与CO结合成Ni(CO)4(沸点43 ℃)，并在180 ℃时使Ni(CO)4重新分解产生镍单质。上述两步中消耗CO的物质的量之比为________。
(5)为平安起见，工业生产中需对空气中的CO进行监测。
①粉红色的PdCl2溶液可以检验空气中少量的CO。若空气中含CO，则溶液中会产生黑色的Pd沉淀。每生成5.3 g Pd沉淀，反应转移的电子数为________。
②使用电化学一氧化碳气体传感器定量检测空气中CO含量，其结构如图3所示。这种传感器利用原电池原理，则该电池的负极反应式为________。
解析 (1)由目标反应中没有Fe3O4，故依据盖斯定律可知，(①×2＋②)/3即得目标反应，故ΔH＝(2a＋b)/3 kJ·mol－1。(2)①由图示的过程可以看出，先是甲醇分解生成了H2和X，然后X与甲醇反应生成了H2和HCOOCH3，由此可以依据原子守恒得到中间产物X为甲醛，即HCHO。②由甲醇为反应原料生成CO的两步反应都是气体物质的量增大的反应，同时又都是吸热反应，所以为了提高CO的产率应使反应向右进行，应接受的方法是上升温度，降低压强。(3)由衍射图可以看诞生成的产物比较多，但是其中能与盐酸反应生成两种盐的只能是FeAl2O4。(4)由题目描述，首先是由CO还原三氧化二镍生成了粗镍，其反应方程式式为Ni2O3＋3CO△,2Ni＋3CO2，然后再使Ni与CO反应生成Ni(CO)4，反应方程式为Ni＋4CO===Ni(CO)4由两个反应式可知在镍相同的状况下CO的物质的量之比为3∶8。(5)生成5.3 g Pd，也就是0.05 mol Pd，从化合价变化看，Pd是从＋2价转化成了0价，即转移了两个电子，所以生成0.05 mol Pb 转移的电子物质的量为0.1 mol，即电子数为0.1 NA。
答案 (1)(2a＋b)/3
(2)①HCHO ②上升温度，降低压强
(3)FeAl2O4＋8H＋===Fe2＋＋2Al3＋＋4H2O
(4)3∶8
(5)①6.02×1022个或0.1NA
②CO＋H2O－2e－===CO2＋2H＋
4．质子交换膜燃料电池广受关注。
(1)质子交换膜燃料电池中作为燃料的H2通常来自水煤气。
已知：C(s)＋1/2O2(g)===CO(g) ΔH1＝－110.35 kJ·mol－1
2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g) ΔH2＝＋571.6 kJ·mol－1
H2O(l)===H2O(g) ΔH3＝＋44.0 kJ·mol－1
则C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH4＝________。
(2)燃料气(流速为1 800 mL·h－1；体积分数为：50%H2,0.98%CO,1.64%O2,47.38%N2)中的CO会使电极催化剂中毒，使用CuO/CeO2催化剂可使CO优先氧化而脱除。
①160 ℃、CuO/CeO2作催化剂时，CO优先氧化反应的化学方程式为__________________。
②灼烧草酸铈[Ce2(C2O4)3]制得CeO2的化学方程式为________________。
③在CuO/CeO2催化剂中加入不同的酸(HIO3或H3PO4)，测得燃料气中CO优先氧化的转化率随温度变化如图1所示。
加入________(填酸的化学式)的CuO/CeO2催化剂催化性能最好。催化剂为CuO/CeO2－HIO3,120 ℃时，反应1小时后CO的体积为________mL。
(3)图2为甲酸质子交换膜燃料电池的结构示意图。该装置中________(填“a”或“b”)为电池的负极，负极的电极反应式为_______________________________。
解析 (1)由盖斯定律可知，ΔH4＝ΔH1－ΔH3＋ΔH2×＝＋131.45 kJ·mol－1。
(2)②草酸盐分解成CO、CO2气体。③由图1可以看出，加入HIO3时CuO/CeO2催化活性量好。反应前，V(CO)＝1 800 mL×0.98%＝17.64 mL，反应1小 时后剩余的V(CO)＝17.64 mL×(1－80%)＝3.528 mL。(3)从装置图看，H＋由a极区进入b极区，电子由a极流出，故a是负极。甲酸是可燃物，作负极材料，发生氧化反应，其负极反应式HCOOH－2e－===CO2↑＋2H＋。
答案 (1)＋131.45 kJ·mol－1
(2)①2CO＋O22CO2
②Ce2(C2O4)3高温,2CeO2＋4CO↑＋2CO2↑
③HIO3 3.528
(3)a HCOOH－2e－===CO2↑＋2H＋
5．铅及其化合物在工业生产及日常生活中都具有格外广泛的用途。
(1)瓦纽科夫法熔炼铅，其相关反应的热化学方程式如下：
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) ΔH＝c kJ·mol－1。
反应3PbS(s)＋6O2(g)===3PbSO4(s) ΔH＝________kJ·mol－1(用含a、b、c的代数式表示)。,
(2)还原法炼铅，包含反应PbO(s)＋CO(g)Pb(s)＋CO2(g) ΔH，该反应的平衡常数的对数值与温度的关系如下表。
温度/℃
300
727
1 227
lg K
6.17
2.87
1.24
①该还原反应的ΔH________0(填“>”、“<”或“＝”)；
②当lg K＝1且起始时只通入CO(PbO足量)，达平衡时，混合气体中CO的体积分数为________。
(3)引爆导弹、核武器的工作电源通常是Ca/PbSO4热电池，其装置如图甲所示，该电池正极的电极反应式为___________________________________。
(4)PbI2可用于人工降雨。取肯定量的PbI2固体，用蒸馏水配制成t ℃饱和溶液，精确 移取25.00 mL PbI2饱和溶液分次加入阳离子交换树脂RH＋(发生：2RH＋＋PbI2===R2Pb2＋＋2H＋＋2I－，用250 mL洁净的锥形瓶接收流出液，最终用蒸馏水淋洗树脂至流出液呈中性，将洗涤液一并盛放到锥形瓶中(如图乙)。加入酚酞指示剂，用0.002 5 mol·L－1 NaOH溶液滴定，当达到滴定终点时，用去氢氧化钠溶液20.00 mL。可计算出t ℃时 PbI2的Ksp为________。
(5)铅易造成环境污染，水溶液中铅的存在形态主要有6种，它们与pH关系如图丙所示，含铅废水用活性炭进行处理，铅的去除率与pH关系如图丁所示。
①常温下，pH＝6～7时，铅形态间转化的离子方程式为___________________。
②用活性炭处理，铅的去除率较高时，铅主要应当处于________(填铅的形态的化学式)形态。
解析 (1)依据盖斯定律，将①×2＋②×2－③×3，即可得所求反应的ΔH。(2)①lgK与K为增函数关系，从表中数据知，温度越高，K越小，说明正反应放热。②lgK＝1，得K＝10。设开头时通入CO为a mol·L－1，达平衡时转化了x mol·L－1，则平衡时，CO为(a－x)mol·L－1，CO2为x mol·L－1，由K＝＝＝10，解得＝9.09%。(3)由电池的装置图分析知，Ca作为负极，失去电子，则另一极为正极，得电子，化合价降低，即由PbSO4转化为Pb。(4)滴定过程中消耗的OH－，即阳离子交换出来的H＋，n(H＋)＝0.002 5 mol·L－1×20×10－3L＝5×10－5mol，c(H＋)＝＝2×10－3mol·L－1，而c(H＋)＝c(I－)，由PbI2的化学式知，c(Pb2＋)＝＝10－3mol·L－1，Ksp(PbI2)＝c(Pb2＋)·c2(I－)＝10－3×(2×10－3)2＝4×10－9。(5)①从图丙分析，当pH由6变到7时，是Pb2＋向Pb(OH)＋转化，即为Pb2＋水解，结合水电离出的一个OH－，同时释放出一个H＋。②从图丁可知，铅的去除率最高时，pH大约为6.5左右，对比图丙知，在pH＝6.5时，铅主要以Pb2＋存在。
答案 (1)2a＋2b－3c (2)①< ②9.09%
(3)PbSO4＋2e－===SO＋Pb(或PbSO4＋Ca2＋＋2e－===CaSO4＋Pb)
(4)4×10－9 (5)①Pb2＋＋H2OPb(OH)＋＋H＋ ②Pb2＋
6．金属镁可用于制造合金、储氢材料、镁电池等。
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)一种制备镁的反应为MgO(s)＋C(s)===Mg(g)＋CO(g)，该反应的ΔH＝________。
(2)一种用水氯镁石(主要成分为MgCl2·6H2O)制各金属镁工艺的关键流程如下：
①为探究MgCl2·6H2O“一段脱水”的合理温度范围，某科研小组将MgCl2·6H2O在不同温度下分解，测得残留固体物质的X射线衍射谱图如下图所示(X射线衍射可用于推断某晶态物质是否存在)。
测得E中Mg元素养量分数为60.0%，则E的化学式为________。
“一段脱水”的目的是制备MgCl2·2H2O，温度不高于180 ℃的缘由是_______
__________________________________________________________。
②若电解时电解槽中有水分，则生成的MgOHCl与阴极产生的Mg反应，使阴极表面产生MgO钝化膜，降低电解效率。生成MgO的化学方程式为_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
③该工艺中，可以循环使用的物质有________。
(3)Mg2Ni是一种储氢材料。2.14 g Mg2Ni在肯定条件下能吸取0.896 L H2(标准状况下)生成X，X的化学式为________。
(4)“镁次氯酸盐”燃料电池的装置如图所示，该电池反应的总反应方程式为___________________。
解析 (1)依据盖斯定律，待求反应的ΔH＝732.7 kJ·mol－1＋(－110.5)kJ·mol－1＝＋622.2 kJ·mol－1。(2)①依据图可知，随着温度的上升，MgCl2·6H2O逐步脱水并开头发生水解，生成MgOHCl，可联想Mg2＋水解生成Mg(OH)2，然后再分解为MgO，从而推想E为MgO，然后计算MgO中Mg元素的质量分数正好为60.0%；②依据信息可写出：MgOHCl＋Mg―→MgO，依据化合价升降规律知，还有H2生成，Cl元素只能转化为MgCl2，最终配平即可；③由流程图知，H2与Cl2燃烧生成HCl，二段脱水时，HCl抑制Mg2＋的水解，二段脱水出来的气体经处理，可得到HCl，循环使用；电解是生成的Cl2也可与H2燃烧，连续循环使用。(3)2.14 g Mg2Ni的物质的量为0.02 mol,0.896 L H2的物质的量为0.04 mol，故Mg2Ni与H2的物质的量之比为1∶2，不难推想X的化学式为Mg2NiH4。(4)由图可知，Mg为负极，产物为Mg(OH)2，催化剂为正极，产物有Cl－，整个反应的氧化剂为ClO－，故可写出Mg＋ClO－＋H2O===Mg(OH)2＋Cl－。
答案 (1)＋622.2 kJ·mol－1
(2)①MgO 若温度太高，MgCl2转化为MgOHCl或MgO ②2MgOHCl＋Mg===2MgO＋MgCl2＋H2↑ ③HCl、Cl2 (3)Mg2NiH4
(4)Mg＋ClO－＋H2O===Mg(OH)2＋Cl－,
[对点回扣]
1．利用盖斯定律书写热化学方程式的思维模型
(1)先确定待求的反应化学方程式。
(2)找出待求热化学方程式中各物质在已知热化学方程式中的位置。
(3)依据待求热化学方程式中各物质的化学计量数和位置对已知热化学方程式进行处理，得到变形后的新热化学方程式。
(4)将新得到的热化学方程式进行加减(反应热也需要相应加减)。
2．原电池反应式的书写
(1)一般电极反应式的书写
①列物质标得失：依据负极发生氧化反应，正极发生还原反应，推断出电极反应产物，找出得失电子的数量。
②看环境配守恒：电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应让其结合OH－生成水。电极反应式应依据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。
③两式加验总式：两电极反应式相加，与总反应的离子方程式对比验证。
(2)简单电极反应式的书写
＝－
如CH4酸性燃料电池中
CH4＋2O2===CO2＋2H2O……总反应式
2O2＋8H＋＋8e－===4H2O……正极反应式
CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋……负极反应式
3．电解池电极反应式的书写步骤
(1)分析电极①依据电源或条件确定电极名称。②分析电极是惰性电极还是活泼电极。
(2)分析溶液①确定微粒种类：先分析溶质，后分析溶剂。②确定微粒的量或浓度。
(3)依据离子的移动方向和离子的放电挨次确定电极上的放电离子。
(4)写出电极反应式。
4．推断化学平衡移动方向的思维模型
(1)分析反应特点：①是否有气体参与；②是否有固体或纯液体参与；③ΔV3是否为零；④ΔH变化状况。
(2)分析反应容器特点：①恒温恒容；②恒温恒压。
(3)依据勒夏特列原理分析：①温度的影响；②压强的影响；③浓度的影响。
(4)综合分析推断。
5．化学平衡计算题的解题思路
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