2019-2020年高考化學 考前三個月 專項突破 第十題 化學基本理論的綜合題(含解析)新人教版.doc
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2019-2020年高考化學 考前三個月 專項突破 第十題 化學基本理論的綜合題(含解析)新人教版.doc
2019-2020年高考化學 考前三個月 專項突破 第十題 化學基本理論的綜合題(含解析)新人教版
題組一 以生產(chǎn)科研為背景的綜合題
1.以CH4和H2O為原料制備甲醇的相關反應如下:
Ⅰ.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
ΔH=+206.0 kJmol-1
Ⅱ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
ΔH=-129.0 kJmol-1
(1)寫出CH4(g)與H2O(g)反應生成CH3OH(g)和H2(g)的熱化學方程式:__________________。
(2)若在100 ℃時,將1.0 mol CH4(g)和2.0 mol H2O(g)充入100 L真空的密閉密器中,在一定條件下發(fā)生反應Ⅰ,每隔一段時間對該容器內(nèi)的物質(zhì)進行分析,得到如表所示數(shù)據(jù):
時間(min)
0
2
4
6
8
n(CH4)/mol
1.0
n1
0.4
n3
n4
n(H2O)/mol
2.0
1.6
n2
1.2
1.2
①在上述條件下,從反應開始直至2 min時,用CH4表示該反應的平均反應速率為________。
②n1=________ mol,n2=________ mol,n3________n4(填“>”、“<”或“=”)。
③100 ℃時,反應Ⅰ的平衡常數(shù)為________(保留2位有效數(shù)字)。
(3)在壓強為0.1 MPa、溫度為200 ℃的條件下,將2.0 mol CO與3.0 mol H2的混合氣體在催化劑作用下發(fā)生反應Ⅱ生成甲醇,平衡后將容器的容積壓縮到原來的,其他條件不變,下列說法中正確的是________。
A.平衡常數(shù)K增大
B.正反應速率增大,逆反應速率減小
C.CH3OH的物質(zhì)的量增加
D.重新平衡時c(H2)/c(CH3OH)減小
(4)
工業(yè)上利用甲醇制備氫氣的常用方法有兩種:
①甲醇蒸氣重整法。該方法的主要反應為CH3OH(g)CO(g)+2H2(g),此反應能自發(fā)進行的原因是__________________。
②甲醇部分氧化法。在一定溫度下以Ag/CeO2—ZnO為催化劑,原料氣比例對反應的選擇性(選擇性越大,表示生成的該物質(zhì)越多)影響關系如圖所示。則當=0.25時,CH3OH與O2發(fā)生的主要反應的化學方程式為______________。
答案 (1)CH4(g)+H2O(g)CH3OH(g)+H2(g) ΔH=+77.0 kJmol-1
(2)①0.002 molL-1min-1?、?.6 1.4?。?
③4.610-3
(3)CD (4)①該反應是一個熵增加的反應,即ΔS>0
②2CH3OH+O22HCHO+2H2O
解析 (1)Ⅰ式與Ⅱ式相加得CH4(g)+H2O(g)CH3OH(g)+H2(g) ΔH=+77.0 kJmol-1。(2)用H2O表示的該反應的平均反應速率v(H2O)=0.4 mol100 L2 min=0.002 molL-1min-1,則用CH4表示的該反應的平均反應速率v(CH4)=v(H2O)=0.002 molL-1min-1。根據(jù)反應方程式計算可得n1=0.6 mol,n2=1.4 mol,再根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可知6~8 min反應已達到平衡,故n3=n4。(3)反應Ⅱ的正反應是氣體體積減小的反應,減小體系體積相當于增大壓強,正、逆反應速率均加快,但正反應速率增大得更快,平衡向正反應方向移動,CH3OH的物質(zhì)的量增加;根據(jù)化學平衡移動原理可知,重新達到平衡時,減?。黄胶獬?shù)僅與溫度有關,增大壓強,平衡常數(shù)K不變;綜上分析,C、D項正確。(4)①該反應為分解反應,反應的ΔH>0,反應能自發(fā)進行,說明該反應的ΔS>0。②分析坐標圖可知,當=0.25時,CH3OH與O2反應主要生成HCHO。
2.由生物質(zhì)能通過綠色化學途徑制取氫氣是當前能源發(fā)展的一個重要方向。如圖表示的是以CaO為吸收體,將生物質(zhì)經(jīng)與水蒸氣反應制取H2的流程(生物質(zhì)簡寫為C)。
其中氣化爐和燃燒爐中分別發(fā)生的主要反應如表所示:
氣化爐
燃燒爐
①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=+131.6 kJmol-1
②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
ΔH=-41.2 kJmol-1
③CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s) ΔH=-178.3 kJmol-1
④C(s)+O2(g)=== CO2(g)
ΔH=-393.8 kJmol-1
⑤CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g) K
請回答下列問題:
(1)氣化爐中的總反應為C(s)+2H2O(g)+CaO(s)===CaCO3(s)+2H2(g) ΔH=________ kJmol-1。
(2)燃燒爐中反應⑤所需的能量由反應④提供。如果生成1 mol CaO,至少需通入純氧________ mol。
(3)下表列出的是當只改變溫度或壓強時,反應⑤中CO2的濃度和CaCO3的殘留率的變化。
0
5
10
15
20
25
T1
0
1.5
2.3
4.0
4.0
4.0
T2
0
1.0
1.8
2.8
3.1
3.1
0
5
10
15
20
25
p1
1
0.90
0.83
0.75
0.75
0.75
p2
1
0.58
0.35
0.31
0.30
0.30
由表中數(shù)據(jù)可知,隨著溫度升高,反應⑤K值________(填“增大”、“減小”或“不變”),T1________T2(填“>”或“<”,下同);隨著壓強增大,CaCO3的分解率減小,則p1________p2。
(4)在一定溫度、壓強時,H2的變化量等于CO的變化量,當氣化爐內(nèi)壓強增大時,H2的含量會明顯增大。若起始時c(H2)∶c(CO)=3∶2,請根據(jù)φ(H2)的變化,在圖中補充完整φ(CO)的變化圖示。
(5)當生物質(zhì)的量一定時,隨著水蒸氣與氧氣的投料比γ=的增大,CaCO3的分解率會________(填“增大”、“減小”或“不變”),原因為_____________________________。
答案 (1)-87.9 (2)0.453 (3)增大 > >
(4)如圖所示
(5)減小 當水蒸氣與氧氣的投料比γ=增大時,將促進反應①②正向進行,反應④的反應程度減小,不利于反應⑤進行,造成CaCO3的分解率減小
解析 (1)根據(jù)蓋斯定律,由①+②+③可得總反應的ΔH=-87.9 kJmol-1。(2)再生成1 mol CaO需要吸收178.3 kJ熱量,則需要燃燒n(C)=≈0.453 mol,則至少需通入0.453 mol O2。(3)分析表中數(shù)據(jù)可得,T1先于T2達到平衡狀態(tài),則T1>T2,平衡后T1時CO2的濃度高于T2時CO2的濃度,說明溫度升高平衡正向進行,K值增大;因隨壓強增大,CaCO3的分解率減小,且p1先于p2達到平衡狀態(tài),則p1>p2。(4)由壓強增大,H2的物質(zhì)的量增大可知,壓強增大有利于反應②、③的進行,體系中CO、H2O的物質(zhì)的量減少。(5)當水蒸氣與氧氣的投料比γ=增大時,將促進反應①②正向進行,反應④的反應程度減小,不利于反應⑤進行,造成CaCO3的分解率減小。
3.聚乙烯塑料在生產(chǎn)中有廣泛應用。工業(yè)上,由乙苯和二氧化碳催化脫氫可制備苯乙烯,化學方程式如下:
請回答下列問題:
(1)
苯乙烯在一定條件下合成聚苯乙烯的化學方程式為__________。立方烷(C8H8)的鍵線式結(jié)構如圖所示,它和苯乙烯的關系是__________(填“同位素”、“同素異形體”、“同分異構體”或“同系物”)。
(2)乙苯在二氧化碳氣氛中分兩步反應:
ΔH1=+117.6 kJmol-1
②H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g)
ΔH2=-41.2 kJmol-1
由乙苯與CO2制苯乙烯反應的ΔH=__________。該反應自發(fā)進行的條件是________(填序號)。
A.較高溫度下自發(fā) B.較低溫度下自發(fā)
C.任何溫度下不自發(fā) D.任何溫度下自發(fā)
(3)以熔融碳酸鹽(MCO3)為電解質(zhì),一氧化碳—空氣燃料電池的負極反應式為__________。在標準狀況下,11.2 L氧氣參與反應,理論上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為________。
(4)溫度為T1時,該反應的平衡常數(shù)K=0.5。在2 L的密閉容器中加入乙苯和二氧化碳,反應到某時刻測得混合物各組分的物質(zhì)的量均為1.0 mol。
①該時刻上述化學反應中CO2的v正________v逆(填“>”、“<”或“=”)。
②下列情況不能說明上述反應在該條件下達到平衡狀態(tài)的是________(填序號)。
A.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變
B.混合氣體的密度不變
C.CO的正、逆反應速率相等
答案
(2)+76.4 kJmol-1 A
(3)CO-2e-+CO===2CO2 2NA(或1.2041024)
(4)①=?、贐
解析 (1)苯乙烯與立方烷的化學式均為C8H8,結(jié)構不同,互為同分異構體。(2)①+②得總反應式ΔH=ΔH1+ΔH2=+117.6 kJmol-1-41.2 kJmol-1=+76.4 kJmol-1,該反應為正向熵增的吸熱反應。(3)負極CO被氧化為CO2,計算轉(zhuǎn)移電子數(shù),可直接計算O2得到的電子數(shù)。(4)①通過K與Q的比較確定反應進行的方向,從而判斷v正與v逆的大小。②該反應是在恒容條件,反應前后氣體分子數(shù)可變的可逆反應,且反應物、生成物都是氣體,混合氣體的密度始終不變,不能作為判斷平衡的標志。
題組二 以環(huán)境保護為背景的綜合題
1.一定條件下,通過下列反應可實現(xiàn)燃煤煙氣中硫的回收:
2CO(g)+SO2(g)2CO2(g)+S(l) ΔH
(1)已知:2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH1=-566 kJmol-1
S(l)+O2(g)===SO2(g) ΔH2=-296 kJmol-1
則反應熱ΔH=________ kJmol-1。
(2)其他條件相同、催化劑不同時,SO2的轉(zhuǎn)化率隨反應溫度的變化如圖a所示。260 ℃時________(填“Fe2O3”、“NiO”或“Cr2O3”)作催化劑反應速率最快。Fe2O3和NiO作催化劑均能使SO2的轉(zhuǎn)化率達到最高,不考慮價格因素,選擇Fe2O3的主要優(yōu)點是________。
(3)科研小組在380 ℃、Fe2O3作催化劑時,研究了不同投料比[n(CO)∶n(SO2)]對SO2轉(zhuǎn)化率的影響,結(jié)果如圖b所示。請在圖b中畫出n(CO)∶n(SO2)=2∶1時,SO2的轉(zhuǎn)化率的預期變化曲線。
(4)工業(yè)上還可用Na2SO3溶液吸收煙氣中的SO2:Na2SO3+SO2+H2O===2NaHSO3。某溫度下用1.0 molL-1 Na2SO3溶液吸收純凈的SO2,當溶液中c(SO)降至0.2 molL-1時,吸收能力顯著下降,應更換吸收劑。
①此時溶液中c(HSO)約為________ molL-1。
②此時溶液pH=________。(已知該溫度下SO+H+HSO的平衡常數(shù)K=8.0106,計算時SO2、H2SO3的濃度忽略不計)
答案 (1)-270 (2)Cr2O3 Fe2O3作催化劑時,在相對較低溫度時可獲得較高SO2的轉(zhuǎn)化率,從而節(jié)約大量能源 (3)如圖所示
(4)①1.6 ②6
解析 (1)根據(jù)蓋斯定律,由已知中第一個反應減去第二個反應可得2CO(g)+SO2(g)2CO2(g)+S(l),則ΔH=ΔH1-ΔH2=-270 kJmol-1。(2)根據(jù)圖a,260 ℃時Cr2O3曲線對應的SO2的轉(zhuǎn)化率最高。Fe2O3作催化劑的優(yōu)點是在相對較低的溫度時獲得的SO2的轉(zhuǎn)化率較高,可以節(jié)約能源。(3)n(CO)∶n(SO2)=2∶1時,SO2的平衡轉(zhuǎn)化率接近100%,但比n(CO)∶n(SO2)=3∶1時達平衡要慢。(4)①溶液中c(SO)降至0.2 molL-1時,參加反應的c(SO)為0.8 molL-1,則反應生成的c(HSO)約為1.6 molL-1。②K===8.0106,則c(H+)=10-6 molL-1,pH=6。
2.黨的十八大報告中首次提出“美麗中國”的宏偉目標。節(jié)能減排是中國轉(zhuǎn)型發(fā)展的必經(jīng)之路,工業(yè)生產(chǎn)中聯(lián)合生產(chǎn)是實現(xiàn)節(jié)能減排的重要措施,下圖是幾種工業(yè)生產(chǎn)的聯(lián)合生產(chǎn)工藝:
請回答下列問題:
(1)裝置甲為電解池,根據(jù)圖示轉(zhuǎn)化關系可知:A為________(填化學式),陰極反應式為________________。
(2)裝置丙的反應物為Ti,而裝置戊的生成物為Ti,這兩個裝置在該聯(lián)合生產(chǎn)中并不矛盾,原因是________________。裝置戊進行反應時需要的環(huán)境為________(填字母序號)。
A.HCl氣體氛圍中 B.空氣氛圍中
C.氬氣氛圍中 D.水中
(3)裝置乙中發(fā)生的是工業(yè)合成甲醇的反應:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。
①該反應在不同溫度下的化學平衡常數(shù)(K)如下表:
溫度/℃
250
350
K
2.041
x
符合表中的平衡常數(shù)x的數(shù)值是________(填字母序號)。
A.0 B.0.012
C.32.081 D.100
②若裝置乙為容積固定的密閉容器,不同時間段各物質(zhì)的濃度如下表:
c(CO)
/molL-1
c(H2)
/molL-1
c(CH3OH)
/molL-1
0 min
0.8
1.6
0
2 min
0.6
y
0.2
4 min
0.3
0.6
0.5
6 min
0.3
0.6
0.5
反應從2 min到4 min之間,H2的平均反應速率為______________。反應達到平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為________。反應在第2 min時改變了反應條件,改變的條件可能是________(填字母序號)。
A.使用催化劑 B.降低溫度
C.增加H2的濃度
(4)裝置己可以看作燃料電池,該燃料電池的負極反應式為__________________。
答案 (1)Cl2 2H++2e-===H2↑
(2)進入裝置丙的Ti含有的雜質(zhì)較多,從裝置戊中出來的Ti較為純凈 C
(3)①B?、?.3 molL-1min-1 62.5% A
(4)CH3OH+8OH--6e-===CO+6H2O
解析 (1)裝置甲為電解飽和NaCl溶液的裝置,陽極為Cl-失電子,被氧化為Cl2,陰極為水電離的H+得電子,生成氫氣和NaOH。(2)裝置丙和裝置戊的作用是提純Ti。(3)①ΔH<0,所以正反應為放熱反應,故平衡常數(shù)隨著溫度的升高而降低,x<2.041,而且因為是可逆反應,平衡常數(shù)不可能為0。②根據(jù)表格中CO或CH3OH的濃度可知y=1.2 molL-1,所以反應從2 min到4 min之間,H2的平均反應速率為=0.3 molL-1min-1;4 min時,反應處于平衡狀態(tài),故CO的轉(zhuǎn)化率為100%=62.5%;0~2 min的反應速率比2~4 min的反應速率小,故2 min時可能使用了催化劑。(4)裝置己是由甲醇、氧氣、NaOH溶液構成的燃料電池,負極反應為甲醇在堿性條件下失電子的反應。