高考化学大二轮复习热点大题专攻练四物质结构与性质.docx

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高考化学大二轮复习热点大题专攻练四物质结构与性质

（四）基本理论综合应用

1．中国首台静默移动发电站MFC30已正式问世，MFC30是基于甲醇重整制氢燃料电池的发电技术。

（1）甲醇制氢方式主要有以下三种：

反应Ⅰ：

甲醇水蒸气重整制氢：

CH3OH（g）＋H2O（g）CO2（g）＋3H2（g）　ΔH1＝＋49.4kJ·mol－1

反应Ⅱ：

甲醇分解制氢：

CH3OH（g）CO（g）＋2H2（g）　ΔH2＝＋90.6kJ·mol－1

反应Ⅲ：

气态甲醇氧化重整制氢同时生成二氧化碳和氢气。

①已知CO的燃烧热为283.0kJ·mol－1，则反应Ⅲ的热化学反应方程式为________________________________________________________________________。

②这三种制氢方式中，等量的甲醇产生氢气最多的是反应________（填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”）。

（2）实验室模拟反应Ⅰ甲醇水蒸气重整制氢，合成气组成n（CH3OH）∶n（H2O）＝1∶1时，体系中甲醇的平衡转化率与温度和压强的关系如图所示。

①该反应的平衡常数表达式为________。

②当温度为250℃、压强为p2时，反应达到平衡时H2的体积分数为________。

③图中的压强由小到大的顺序是________________________________________________________________________。

（3）MFC30燃料电池是以氢为燃料，Li2CO3与K2CO3混合的碳酸盐为电解质的高温型燃料电池，其负极的电极反应式为________________________________________________________________________，

正极上通入的气体为____________。

解析：

（1）已知三个反应①反应ⅠCH3OH（g）＋H2O（g）CO2（g）＋3H2（g）　ΔH1＝＋49.4kJ·mol－1，②反应ⅡCH3OH（g）CO（g）＋2H2（g）　ΔH2＝＋90.6kJ·mol－1，③CO的燃烧热为283.0kJ·mol－1，CO（g）＋1/2O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－283.0kJ·mol－1，由盖斯定律②＋③得反应Ⅲ的热化学反应方程式为CH3OH（g）＋1/2O2（g）===CO2（g）＋2H2（g）　ΔH＝－192.4kJ·mol－1；1mol甲醇产生氢气分别为3mol、2mol、2mol，最多的是反应Ⅰ。

（2）①反应Ⅰ甲醇水蒸气重整制氢：

CH3OH（g）＋H2O（g）CO2（g）＋3H2（g）　ΔH1＝＋49.4kJ·mol－1，该反应的平衡常数K＝

。

②CH3OH（g）＋H2O（g）CO2（g）＋3H2（g）

起始/mol1100

反应/mol0.820.820.823×0.82

平衡/mol0.180.180.822.46

反应达平衡时H2的体积分数为2.46/（0.18＋0.18＋0.82＋2.46）≈0.676。

③由方程式CH3OH（g）＋H2O（g）CO2（g）＋3H2（g），相同温度时，减小压强，平衡正向移动，CH3OH转化率增大，由图可知从p3到p1压强减小，图中的压强由小到大的顺序是p1＜p2＜p3。

（3）燃料电池中通入燃料的电极是负极，通入氧化剂的电极是正极，负极是H2作还原剂，H2－2e－＋CO

===H2O＋CO2，正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，电极反应式为O2＋2CO2－4e－===2CO

，故正极要不断通入O2（或空气）、CO2。

答案：

（1）①CH3OH（g）＋1/2O2（g）===CO2（g）＋2H2（g）

ΔH＝－192.4kJ·mol－1

②Ⅰ

（2）①K＝

②67.6%（或0.676或0.68）　③p1＜p2＜p3

（3）H2－2e－＋CO

===H2O＋CO2　O2（或空气）、CO2

2．合理利用或转化NO2、SO2、CO、NO等污染性气体是人们共同关注的课题。

Ⅰ.某化学课外小组查阅资料后得知：

2NO（g）＋O2（g）2NO2（g）的反应历程分两步：

①2NO（g）N2O2（g）（快）　v1正＝k1正·c2（NO），v1逆＝k1逆·c（N2O2）　ΔH1＜0

②N2O2（g）＋O2（g）2NO2（g）（慢）

v2正＝k2正·c（N2O2）·c（O2），v2逆＝k2逆·c2（NO2）　ΔH2＜0

请回答下列问题：

（1）反应2NO（g）＋O2（g）2NO2（g）的ΔH＝________（用含ΔH1和ΔH2的式子表示）。

一定温度下，反应2NO（g）＋O2（g）2NO2（g）达到平衡状态，写出用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示平衡常数的表达式K＝________。

（2）决定2NO（g）＋O2（g）2NO2（g）反应速率的是反应②，反应①的活化能E1与反应②的活化能E2的大小关系为E1________E2（填“＞”“＜”或“＝”）。

Ⅱ.（3）反应N2O4（g）2NO2（g），在一定条件下N2O4与NO2的消耗速率与自身压强有如下关系：

v（N2O4）＝k1·p（N2O4），v（NO2）＝k2·p2（NO2）。

其中k1、k2是与温度有关的常数。

一定温度下，相应的速率与压强关系如图所示，在图中标出的点中，能表示该反应达到平衡状态的两个点是____________________，理由是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）在25℃时，将amol·L－1的氨水溶液与0.02mol·L－1HCl溶液等体积混合后溶液恰好呈中性（忽略溶液混合后体积的变化），用含a的表达式表示25℃时NH3·H2O的电离常数Kb＝____。

用质量分数为17%，密度为0.93g·cm－3的氨水，配制200mLamol·L－1的氨水溶液，所需原氨水的体积V＝________mL。

（5）如图电解装置可将雾霾中的NO、SO2分别转化为NH

和SO

。

物质A的化学式为______________________，阴极的电极反应式是________________________________________________________________________。

解析：

Ⅰ.

（1）①2NO（g）N2O2（g）；②N2O2（g）＋O2（g）2NO2（g），而目标反应2NO（g）＋O2（g）2NO2（g）的ΔH＝①＋②＝ΔH1＋ΔH2，由K＝

，结合v正、v逆的定义，可得K＝

。

（2）因为决定2NO（g）＋O2（g）2NO2（g）速率的是反应②，所以反应①的活化能E1远小于反应②的活化能E2。

Ⅱ.（3）满足平衡条件v（NO2）＝2v（N2O4）即为平衡点，B、D点的压强之比等于其反应速率之比为1∶2，所以B、D为平衡点。

（4）反应后溶液中c（NH

）＝c（Cl－）＝0.01mol·L－1，c（NH3·H2O）＝

mol·L－1－c（NH

）＝

mol·L－1，c（OH－）＝10－7mol·L－1，则Kb＝

＝

＝（2×10－9）/（a－0.02）；设氨水的体积为VmL，则根据稀释定律可知：

V×0.93g·cm－3×17%＝17g·mol－1×amol·L－1×0.2L，解得V≈21.5amL。

（5）NO得电子生成铵根离子，离子方程式为NO＋5e－＋6H＋===NH

＋H2O，为阴极反应，阳极上SO2失电子形成硫酸。

答案：

（1）ΔH1＋ΔH2　

（2）＜

（3）B、D　图中只有D点的NO2的消耗速率是B点N2O4的消耗速率的2倍，所以表示达到化学平衡状态的点是B、D

（4）

或

　21.5a或

或

（5）H2SO4　NO＋6H＋＋5e－===NH

＋H2O

3．随着科学技术的发展和环保要求不断提高，CO2的捕集利用技术成为研究的重点。

Ⅰ.工业上使用的捕碳剂有NH3和（NH4）2CO3，它们与CO2可发生如下可逆反应：

NH3（l）＋H2O（l）＋CO2（g）NH4HCO3（aq）　ΔH1

2NH3（l）＋H2O（l）＋CO2（g）（NH4）2CO3（aq）　ΔH2

（NH4）2CO3（aq）＋H2O（l）＋CO2（g）

2NH4HCO3（aq）　ΔH3

则ΔH3＝________（用含ΔH1、ΔH2的表达式表示）。

Ⅱ.目前国际空间站处理CO2的一个重要方法是将CO2还原，所涉及的化学反应方程式为CO2（g）＋4H2（g）

CH4（g）＋2H2O（g），已知：

H2的体积分数随温度的升高而增加。

（1）该反应的ΔS________0（填“＞”“＝”或“＜”），该反应的ΔH________0（填“＞”或“＜”）。

（2）在恒容密闭容器中通入等物质的量的CO2和H2并发生上述反应，温度T下，CO2物质的量浓度c（CO2）随时间t变化的曲线如图所示。

下列能说明反应达到平衡状态的是________。

A．体系压强保持不变

B．混合气体密度保持不变

C．甲烷和水蒸气的物质的量之比保持不变

D．H2的质量分数保持不变

（3）温度T下，反应前20s的平均速率v（H2）＝________（用含a、b的代数式表示）。

（4）温度T下，该反应的平衡常数K＝________（用含a、b的代数式表示）。

（5）若降低温度，反应重新达到平衡，则v（正）________；CO2转化率________（填“增大”“减小”或“不变”）。

Ⅲ.工业上常用高浓度的K2CO3溶液吸收CO2，得溶液X，再利用电解法使K2CO3溶液再生，其装置示意图如下：

（1）在阳极区发生的反应包括__________________________和H＋＋HCO

===CO2↑＋H2O。

（2）简述CO

在阴极区再生的原理：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

Ⅰ.根据盖斯定律，反应3＝2×反应1－反应2，所以ΔH3＝2ΔH1－ΔH2。

Ⅱ.

（1）这是一个气体体积减小的反应，所以反应熵变ΔS＜0。

因为温度升高时，平衡体系H2的体积分数增大，即平衡逆向移动，所以正反应为放热反应，ΔH＜0。

（2）A.反应正向进行时，气体物质的量减小，反应逆向进行时，气体物质的量增大。

当容器体积不变时，二者都会导致体系压强改变，所以体系压强不变的状态一定是化学平衡状态，A正确。

由于反应进行过程中气体的质量始终保持不变，容器体积不变时，混合气体密度始终不变，所以混合气体密度不变时不一定是化学平衡状态，B错误。

反应开始时只有CO2和H2，所以生成的CH4与H2O物质的量之比始终为1∶2，则CH4与H2O物质的量之比保持不变时不一定是化学平衡状态，C错误。

反应正向进行时H2质量分数减小，反应逆向进行时H2质量分数增大，所以H2质量分数不变时，一定是该反应处于化学平衡状态，D正确。

（3）前20sΔc（CO2）＝（a－b）mol·L－1，则v（CO2）＝

，v（H2）＝

×4＝

mol·L－1·s－1。

（4）平衡建立过程中，反应消耗CO2（a－b）mol·L－1，则参加反应的H2为4（a－b）mol·L－1，生成CH4：

（a－b）mol·L－1、H2O：

2（a－b）mol·L－1，所以反应达到平衡时，CO2：

bmol·L－1，H2：

[a－4（a－b）]mol·L－1＝（4b－3a）mol·L－1，CH4：

（a－b）mol·L－1，H2O：

2（a－b）mol·L－1，K＝

。

（5）温度降低时，化学反应速率减小，重新建立平衡后，v（正）也减小。

由于该反应是放热反应，降低温度后平衡正向移动，所以CO2的转化率增大。

Ⅲ.K2CO3溶液吸收CO2生成KHCO3，溶液中存在的离子包括K＋、H＋、HCO

、CO

、OH－。

（1）电解时还原性最强的OH－在阳极放电生成O2，反应原理为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，反应的OH－来源于水，所以电解时阳极产生H＋，H＋＋HCO

===CO2↑＋H2O。

（2）阴极区氧化性最强的H＋放电生成H2，H＋主要来源于水，所以电解时阴极产生OH－，OH－＋HCO

===H2O＋CO

，使CO

得到再生。

答案：

Ⅰ.2ΔH1－ΔH2

Ⅱ.

（1）＜　＜　

（2）A、D　（3）

mol·L－1·s－1

（4）

　（5）减小　增大

Ⅲ.

（1）4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　

（2）阴极H＋放电产生H2，OH－浓度变大并与HCO

反应使CO

再生

4．

（1）催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。

研究表明，在催化剂Cu/ZnO存在下，CO2和H2可发生两个反应，分别生成CH3OH和CO。

反应的热化学方程式如下：

Ⅰ.CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）　ΔH1＝－53.7kJ·mol－1

Ⅱ.CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g）　ΔH2

已知：

①CO和H2的燃烧热分别为283.0kJ·mol－1和285.8kJ·mol－1

②H2O（l）===H2O（g）　ΔH3＝＋44.0kJ·mol－1

反应Ⅰ的平衡常数表达式K＝________；反应Ⅱ的ΔH2＝________kJ·mol－1。

（2）某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对反应aA（g）＋bB（g）cC（g）平衡的影响，得到如图1所示关系，图中p表示压强，T表示温度，α表示平衡转化率。

若此反应在低温条件下自发进行，则p1________p2（填“＞”“＜”或“＝”）。

（3）常温下，用0.1000mol·L－1的盐酸滴定20.00mL未知浓度的Na2CO3溶液，溶液的pH与所加盐酸的体积关系如图2所示。

已知b、d点分别为用酚酞和甲基橙作指示剂的滴定终点。

①比较b点和d点时水的电离程度b________d（填“＞”“＜”或“＝”）。

②写出滴定过程中c～d段反应的离子方程式________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

③滴定时，加入盐酸10mL时，溶液中各粒子浓度的关系正确的是________。

a．c（Na＋）＞c（HCO

）＞c（Cl－）＞c（CO

）＞c（OH－）＞c（H＋）

b．c（Na＋）＋c（H＋）＝2c（CO

）＋c（HCO

）＋c（OH－）

c．c（Na＋）＝2[c（CO

）＋c（HCO

）＋c（H2CO3）]

d．c（OH－）＝c（H＋）＋c（HCO

）－c（CO

）

（4）乙醛酸（HOOCCHO）是有机合成的重要中间体。

工业上用“双极室成对电解法”生产乙醛酸，原理如图3所示，该装置中阴、阳两极均为惰性电极，两极室均可产生乙醛酸，其中乙二醛与M电极的产物反应生成乙醛酸。

①N电极上的电极反应式为________________________________________________________________________。

②若有4molH＋通过质子交换膜，并完全参与了反应，则该装置中生成的乙醛酸为________mol。

解析：

（1）根据平衡常数的定义可知，K＝

。

由热化学方程式：

a.CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－283.0kJ·mol－1；b.H2（g）＋

O2（g）H2O（l）　ΔH＝－285.8kJ·mol－1；c.H2O（l）===H2O（g）　ΔH＝＋44kJ·mol－1。

根据盖斯定律，b－a＋c即可得反应Ⅱ：

CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g）　ΔH2＝－285.8kJ·mol－1＋283.0kJ·mol－1＋44kJ·mol－1＝＋41.2kJ·mol－1。

（2）根据图像可知当压强一定时，温度升高A的转化率降低，结合勒夏特列原理：

温度升高平衡向吸热的方向移动，由此可以推知正反应ΔH＜0；又因为该反应可以在低温时自发进行，根据ΔH－TΔS＜0时反应自发进行，推出ΔS＜0，故a＋b＞c，根据勒夏特列原理：

当温度一定时，压强增大平衡向气体分子总数减小的方向移动，可推知压强增大平衡正向移动，A的转化率增大，所以p1＞p2。

（3）①用盐酸滴定碳酸钠溶液的过程中，用酚酞作指示剂时滴定的终点产物为NaHCO3，二者的反应比例为1∶1，即图像中的b点，用甲基橙作指示剂时滴定的终点产物为H2CO3，二者的反应比例为2∶1，即图像中的d点，NaHCO3促进水的电离，H2CO3抑制水的电离，故水的电离程度：

b＞d。

②滴定过程中b点到d点之间溶液中已经没有Na2CO3，只有NaHCO3，所以只发生NaHCO3与盐酸的反应。

③加入盐酸10mL时，溶液中有NaHCO3和NaCl以及剩余的Na2CO3，三者的物质的量之比为1∶1∶1，CO

的水解程度大于HCO

，且二者均为少部分水解，故c（Na＋）＞c（HCO

）＞c（Cl－）＞c（CO

）＞c（OH－）＞c（H＋），a正确；b、c、d三个选项考查溶液中离子之间的守恒关系，只有c项正确。

（4）①N电极上HOOCCOOH得电子生成HOOCCHO，配平方程式即可。

②阴、阳极各生成2mol乙醛酸，共4mol。

答案：

（1）

　＋41.2

（2）＞

（3）①＞　②H＋＋HCO

===CO2↑＋H2O或H＋＋HCO

===H2CO3　③ac

（4）①HOOCCOOH＋2e－＋2H＋===HOOCCHO＋H2O　②4

5．雾霾中含有多种污染物，包括氮氧化物（NOx）、CO、SO2等。

它们可以通过化学反应得到一定的消除或转化。

（1）氮硫的氧化物的转化：

NO2（g）＋SO2（g）SO3（g）＋NO（g）　ΔH

已知：

①NO（g）＋

O2（g）NO2（g）

ΔH1＝－56.5kJ·mol－1

②2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）

ΔH2＝－196.6kJ·mol－1

则ΔH＝________kJ·mol－1。

一定条件下，将NO2与SO2以一定比例置于恒温恒容的密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的有________。

a．混合气体的密度不变

b．混合气体的颜色保持不变

c．SO3和NO的体积比保持不变

d．反应速率v（NO2）∶v（SO2）∶v（SO3）∶v（NO）＝1∶1∶1∶1

（2）碳氧化物的转化：

①CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO＋2H2CH3OH，在一恒温恒容密闭容器中充入1molCO和2molH2进行上述反应。

测得CO和CH3OH（g）浓度随时间变化如图1所示。

则0～4min内，氢气的反应速率为__________mol·L－1·min－1；第4min后，保持温度不变，向该密闭容器中再充入1molCO和1molCH3OH（g），则平衡________（填“正向”“逆向”或“不”）移动。

②通过电解CO制备CH4，电解液为碳酸钠溶液，工作原理如图2所示，写出阴极的电极反应式________________________________________________________________________。

若以甲醇燃料电池作为电源，则生成标准状况下1.12LCH4需要消耗CH3OH的质量为________。

（3）硫氧化物的转化：

硫的氧化物与一定量氨气、空气反应，可生成硫酸铵。

硫酸铵水溶液呈酸性的原因是____________________（用离子方程式表示）；室温时，向（NH4）2SO4溶液中滴入NaOH溶液至溶液呈中性，则所得溶液中微粒浓度大小关系：

c（Na＋）________（填“＞”“＜”或“＝”）c（NH3·H2O）。

解析：

（1）根据盖斯定律，由

×（②－①×2）可得：

NO2（g）＋SO2（g）SO3（g）＋NO（g）　ΔH＝－41.8kJ·mol－1。

混合气体的质量恒定，在恒容容器中混合气体的密度保持不变，a项不能说明反应达到平衡状态；混合气体的颜色保持不变，说明NO2的浓度不变，b项可以说明反应达到平衡状态；SO3和NO的体积比始终是一定值，c项不能说明反应达到平衡状态；反应速率之比始终等于系数之比，d项不能说明反应达到平衡状态。

（2）①由题图1可知，0～4min内，CO的浓度减少了0.75mol·L－1，则v（CO）＝

＝0.1875mol·L－1·min－1，根据反应速率之比等于系数之比，v（H2）＝2v（CO）＝0.375mol·L－1·min－1。

第4min平衡时，c（CO）＝0.25mol·L－1，c（H2）＝0.5mol·L－1，c（CH3OH）＝0.75mol·L－1，故平衡常数K＝

＝12，再充入1molCO和1molCH3OH（g）后，Qc＝

＝5.6，Qc＜K，平衡正向移动。

②由题图2知，阴极上CO发生还原反应生成CH4，电极反应式为CO＋6e－＋5H2O===6OH－＋CH4，根据阴极反应式可知，每生成1molCH4转移6mol电子，甲醇燃料电池的总反应为CH3OH＋

O2===CO2＋2H2O，则每消耗1mol甲醇转移6mol电子，生成标准状况下1.12L（0.05mol）甲烷时，电路中转移0.3mol电子，消耗n（CH3OH）＝0.05mol，故m（CH3OH）＝0.05mol×32g·mol－1＝1.6g。

（3）（NH4）2SO4为强酸弱碱盐，NH

水解使溶液显酸性：

NH

＋H2ONH3·H2O＋H＋。

向（NH4）2SO4溶液中滴入NaOH溶液至溶液呈中性，则c（H＋）＝c（OH－），根据电荷守恒可得：

c（NH

）＋c（Na＋）＋c（H＋）＝c（OH－）＋2c（SO

），根据物料守恒得：

c（NH

）＋c（NH3·H2O）＝2c（SO

），联立上述各式可得：

c（Na＋）＝c（NH3·H2O）。

答案：

（1）－41.8　b

（2）①0.375　正向　②CO＋6e－＋5H2O===6OH－＋CH4　1.6g

（3）NH

＋H2ONH3·H2O＋H＋　＝

6．研究和深度开发二氧化碳的应用对发展低碳经济，构建生态文明社会具有重要的意义。

CO2与H2在一定条件下反应可合成乙烯：

2CO2（g）＋6H2（g）

CH2===CH2（g）＋4H2O（g）　ΔH1

已知：

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）

ΔH2＝－480kJ·mol－1

CH2===CH2（g）＋3O2（g）===2CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH3＝－1400kJ·mol－1

（1）ΔH1＝________。

（2）科学家用氮化镓与铜组装成如图1所示的人工光合系统，利用该装置成功地以CO2和H2O为原料合成了CH4。

铜电极表面的电极反应式为_________________________________