高考化学化学基本理论综合应用.docx

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高考化学化学基本理论综合应用

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＝－198kJ·mol－1

②CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH2

③CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH3＝－846.3kJ·mol－1

化学键

C

O

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2L的某恒容密闭容器中充入3molCH4（g）、4molH2O（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－1－2×745kJ·mol－1＝－283kJ·mol－1，由盖斯定律知：

ΔH＝ΔH3－（ΔH2＋3ΔH1）＝＋30.7kJ·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）＝0.5mol·L－1、c（H2O）＝1mol·L－1、c（CO）＝1mol·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）＋30.7kJ·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＝－565kJ·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2L的密闭容器中，发生反应2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）　ΔH2＝－565kJ·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5～7min内，若K值改变，则此处曲线变化的原因c是____________________________。

若在第5～7min内，将体积2L变为1L，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＝＋183kJ·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＝－748kJ·mol－1。

（2）在5～7min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5～7min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5～7min内，将体积2L变为1L，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＋183kJ·mol－1

②2CO（g）＋2NO（g）===2CO2（g）＋N2（g）

ΔH＝－748kJ·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890.3kJ·mol－1、283.0kJ·mol－1、285.8kJ·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1molCO2和3molH2充入体积不变的2L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2h平均反应速率v（H2）＝_______________________。

②该温度下CO2的平衡转化率为________________。

（3）在300℃、8MPa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0.1MPa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＝－890.3kJ·mol－1　①

CO（g）＋1/2O2（g）===CO2（g）

ΔH2＝－283.0kJ·mol－1　②

H2（g）＋1/2O2（g）===H2O（l）

ΔH3＝－285.8kJ·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＝－71.4kJ·mol－1。

（2）①由反应前后的压强关系可知2h时，体系中气体的总的物质的量为3.4mol，减少了0.6mol。

CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）　Δn（减少）＝2

始：

1mol　3mol　　　0　　　　　0

变：

0.3mol0.9mol0.3mol0.3mol　0.6mol

末：

0.7mol2.1mol0.3mol0.3mol

v（H2）＝

＝

＝0.225mol·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。

5h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1mol和3mol。

　CO2（g）　＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）

始：

　1mol　　　3mol　　　0　　　　　　0

变：

0.5mol1.5mol0.5mol0.5mol

末：

0.5mol1.5mol0.5mol0.5mol

则平衡时

p（CO2）＝8MPa×

＝4/3MPa，p（H2）＝8MPa×

＝4MPa，p（CH3OH）＝8MPa×

＝4/3MPa，p（H2O）＝8MPa×

＝4/3MPa，Kp＝

＝

＝

≈0.0208（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）－71.4kJ·mol－1

（2）①0.225mol·L－1·h－1　②40%

（3）1/48MPa－2或0.0208MPa－2或0.021MPa－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0.508g碘、0.736g金属钨放置于50.0mL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＝3min）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）＝

＝1.20×10－2mol·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）＝1.20×10－2mol·L－1·min－1。

反应开始时，碘的物质的量为n＝

＝0.002mol，反应达到平衡时生成WI2的物质的量为1.80×10－3mol，根据化学方程式可知，需要1.80×10－3mol碘参加反应，剩余碘的物质的量为0．0002mol，所以平衡时，c（WI2）＝

＝3.60×10－2mol·L－1，c（I2）＝

＝0.004mol·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　1.20×10－2mol·L－1·min－1　9

（4）C