2016高考化学一轮复习第三单元化学反应原理新题呈现

第三单元化学反应原理新题呈现【例1】(2015·江西景德镇二模)氮的氧化物是造成空气污染的主要气体之一。用某些特殊的催化剂能将汽车尾气中的CO、NOx、碳氢化合物转化成无毒物质。已知:2C(s)+O2(g)2CO(g)ΔH=-221.0kJ·mol-1N2(g)+O2(g)2NO(g)ΔH=+180.5kJ·mol-1C(s)+O2(g)CO2(g)ΔH=-393.5kJ·mol-1(1)写出NO(g)与CO(g)催化转化成N2(g)和CO2(g)的热化学方程式:。(2)用NH3还原NOx生成N2和H2O。现有NO、NO2的混合气体3L，可用同温、同压下3.8L的NH3恰好使其完全转化为N2，则原混合气体中NO和NO2的物质的量之比为。(3)用电解法降解治理水中硝酸盐污染。在酸性条件下，电解原理如图1，直流电源A为(填“正”或“负”)极，写出电解原理总反应的离子方程式:。图1图2(4)科研小组研究铁屑对地下水脱氮的反应原理。①pH=2.5时，用铁粉还原KNO3溶液，相关离子浓度、pH随时间的变化关系如图2(部分副反应产物曲线略去)。请根据图中信息写出t1时刻前发生反应的离子方程式:。②已知活性炭能吸附N4H、OH-。pH=2.5时，将铁屑和活性炭同时加入硝酸钾溶液中，可以提高脱氮的效果，其原因是。[答案](1)2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)ΔH=-746.5kJ·mol-1(2)1∶9(3)正4N-3O+4H+2N2↑+2H2O+5O2↑(4)①4Fe+N-3O+10H+4Fe2++N4H+3H2O②活性炭和铁构成了原电池，加快反应速率，此外，活性炭吸附生成物N4H、OH-，能降低水中的N4H浓度且使溶液的酸性增强[解析](1)N2(g)+O2(g)2NO(g)ΔH=+180.5kJ·mol-1①2C(s)+O2(g)2CO(g)ΔH=-221.0kJ·mol-1②C(s)+O2(g)CO2(g)ΔH=-393.5kJ·mol-1③根据盖斯定律，③×2-②-①可得:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)ΔH=(-393.5kJ·mol-1)×2-(-221.0kJ·mol-1)-(+180.5kJ·mol-1)=-746.5kJ·mol-1。(2)根据反应可知:氨气被氧化为氮气，NH3~N2~3e-;一氧化氮被还原为氮气，NO~N2~2e-;二氧化氮被还原为氮气，NO2~N2~4e-。设一氧化氮体积为x，二氧化氮体积为3-x，氨气的体积为3.8L，根据电子守恒可知:3.8L×3=2x+4×(3-x)，x=0.3L，则二氧化氮体积为2.7L，相同条件下，混合气体中NO和NO2的体积比等于物质的量之比为0.3L∶2.7L=1∶9。(3)由图示知在Ag-Pt电极上N-3O发生还原反应，因此Ag-Pt电极为阴极，则B为负极，A为电源正极，阴极反应是N-3O得电子发生还原反应生成N2，阳极上氢氧根失去电子生成氧气，电解总反应为4N-3O+4H+2N2↑+2H2O+5O2↑。(4)①根据图示知道t1时刻前，硝酸根离子、氢离子浓度逐渐减小，亚铁离子浓度增大，则是金属铁和硝酸之间的反应，即4Fe+N-3O+10H+4Fe2++N4H+3H2O;②将铁屑和活性炭同时加入上述KNO3溶液中，活性炭和铁构成了无数个微小的铁碳原电池，加快反应速率(或活性炭吸附作用，降低溶液中N4H浓度)，可以提高脱氮效果。【例2】(2015·开封二模)开发新能源是解决环境污染的重要举措，其中甲醇、甲烷是优质的清洁燃料，可制作燃料电池。(1)已知:①2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g)ΔH1=-1274.0kJ·mol-1②2CO(g)+O2(g)2CO2(g)ΔH2=-566.0kJ·mol-1③H2O(g)H2O(l)ΔH3=-44.0kJ·mol-1。甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为。(2)生产甲醇的原料CO和H2可由反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)ΔH0得到。①一定条件下CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图1，则p1(填“”、“”或“=”)p2。A、B、C三点处对应平衡常数(KA、KB、KC)的大小顺序为。②100℃时，将1molCH4和2molH2O通入容积为1L的定容密闭容器中发生反应，能说明该反应已经达到平衡状态的是(填字母)。a.容器的压强恒定b.容器内气体密度恒定c.3v正(CH4)=v逆(H2)d.单位时间内消耗0.1molCH4同时生成0.3molH2(3)甲醇燃料电池(简称DMFC)由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染，可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC工作原理如图2所示:通入a气体的电极是原电池的(填“正”或“负”)极，其电极反应式为。(4)某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图3所示U形管中氯化钠溶液的体积为800mL。闭合K后，若每个电池甲烷用量均为0.224L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为(列式计算，法拉第常数F=9.65×104C·mol-1)。若产生的气体全部逸出，电解后溶液混合均匀，电解后U形管中溶液的pH为。图1图2图3[答案](1)CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)ΔH=-442.0kJ·mol-1(2)①p1p2KAKBKC②ac(3)负CH3OH-6e-+H2OCO2↑+6H+(4)-10.224L22.4Lmol×8×9.65×104C·mol-1=7.72×103C13[解析](1)根据盖斯定律，将已知反应12(①-②+③×4)得到CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)，所以该反应的ΔH=12×[(-1274.0kJ·mol-1)-(-566.0kJ·mol-1)+(-44.0kJ·mol-1×4)]=-442.0kJ·mol-1，即CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)ΔH=-442.0kJ·mol-1。(2)①在图1的200℃位置，平行与纵轴画一条虚线，可见CH4的转化率p1时大于p2时，在CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)反应中，生成物的气体体积大于反应物，压强增大时平衡向逆向移动，故p1p2;正反应吸热，随温度升高，平衡正向移动，化学平衡常数K增大，所以KAKBKC。②可逆反应达到平衡状态时，正、逆反应速率相等各组分浓度保持不变，反应前后气体体积不同，所以容器的压强恒定时反应达到平衡状态，a正确;容器体积不变，气体质量不变，所以容器内气体密度始终恒定，b错;3v正(CH4)=v逆(H2)，说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，c正确;单位时间内消耗0.1molCH4同时生成0.3molH2，都是正反应速率，不能说明反应达到平衡状态，d错。(3)根据图知，交换膜是质子交换膜，则电解质溶液呈酸性，根据氢离子移动方向知，通入a的电极为负极、通入b的电极为正极，负极上甲醇失去电子发生氧化反应，负极反应式为CH3OH-6e-+H2OCO2↑+6H+，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O2+4e-+4H+2H2O。(4)电解氯化钠溶液的化学方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，可知关系式CH4~8e-~8NaOH，故若每个电池甲烷通入量为0.224L(标准状况)，生成0.08molNaOH，c(NaOH)=0.08mol0.8L=0.1mol·L-1，pH=13;电解池通过的电量为-10.224L22.4Lmol×8×9.65×104C·mol-1=7.72×103C(题中虽然有两个燃料电池，但电子的传递量只能用一个池的甲烷量计算)。【例3】(2015·河北唐山一模)N2H4通常用作火箭的高能燃料，N2O4作氧化剂。请回答下列问题:已知:①N2(g)+2O2(g)2NO2(g)ΔH=+akJ·mol-1②N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)ΔH=-bkJ·mol-1③2NO2(g)N2O4(g)ΔH=-ckJ·mol-1写出气态肼在气态四氧化二氮中燃烧生成氮气和气态水的热化学方程式:。(2)工业上常用次氯酸钠与过量的氨气反应制备肼，该反应的化学方程式为。(3)N2、H2合成氨气为放热反应。800K时向下列起始体积相同的密闭容器中充入1molN2、3molH2，如图1，甲容器在反应过程中保持压强不变，乙容器保持体积不变，丙是绝热容器，三容器各自建立化学平衡。①达到平衡时，平衡常数K甲K乙K丙(填“”、“”或“=”)。②达到平衡时N2的浓度c(N2)甲c(N2)乙c(N2)丙(填“”、“”或“=”)。③对甲、乙、丙三容器的描述，以下说法正确的是(填字母)。A.乙容器气体密度不再变化时，说明此反应已达到平衡状态B.在甲中充入稀有气体He，化学反应速率加快C.向甲容器中充入氨气，正向速率减小，逆向速率增大D.丙容器温度不再变化时说明已达平衡状态(4)氨气通入如图2电解装置可以辅助生产NH4NO3，该电解池的阴极反应式为。(5)在20mL0.2mol·L-1的NH4NO3溶液中加入10mL0.2mol·L-1NaOH溶液后显碱性，溶液中所有离子浓度大小关系为。图1图2[答案](1)2N2H4(g)+N2O4(g)3N2(g)+4H2O(g)ΔH=-(a-c+2b)kJ·mol-1(2)NaClO+2NH3N2H4+NaCl+H2O(3)①=②③CD(4)NO+5e-+6H+N4H+H2O(5)c(N-3O)c(N4H)c(Na+)c(OH-)c(H+)[解析](1)由①N2(g)+2O2(g)2NO2(g)ΔH=+akJ·mol-1、②N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)ΔH=-bkJ·mol-1、③2NO2(g)N2O4(g)ΔH=-ckJ·mol-1，根据盖斯定律可知②×2-①-③得2N2H4(g)+N2O4(g)3N2(g)+4H2O(g)ΔH=-(a-c+2b)kJ·mol-1。(2)次氯酸钠与过量的氨气反应制备肼，依据质量守恒写出化学方程式:NaClO+2NH3N2H4+NaCl+H2O。(3)①甲、乙容器温度不变，平衡常数不变;丙容器绝热，温度升高平衡逆向移动，平衡常数减小，故K甲=K乙K丙。②甲容器在反应过程中保持压强不变，故容器体积减小，氮气的浓度增大;乙容器保持体积不变，随着反应的进行，压强减小;丙容器绝热，温度升高平衡逆向移动，故达到平衡时N2的浓度c(N2)甲c(N2)乙c(N2)丙。③密度=总质量体积，总质量一定，体积一定，密度始终不变，故乙容器气体密度不再变化时，不能说明此反应已达到平衡状态，A错;在甲中充入稀有气体He，体积增大，原体系的压强减小，化学反应速率减慢，B错;向甲容器中充入氨气，体积增大，氢气和氮气的浓度减小，氨气的浓度增大，故正向速率减小，逆向速率增大，C正确;丙容器绝热，故丙容器温度不再变化时说明已达平衡状态，D正确。(4)电解NO制备NH4NO3，阳极反应为NO-3e-+2H2ON-3O+4H+，阴极反应为NO+5e-+6H+N4H+H2O。(5)在20mL0.2mol·L-1NH4NO3溶液中加入10mL0.2mol·L-1NaOH溶液后显碱性，NH4NO3与氢氧化钠反应生成硝酸钠和一水合氨，所得溶液的溶质为等物质的量浓度的硝酸铵、硝酸钠和一水合氨，溶液显碱性，说明一水合氨的电离大于硝酸铵的水解，故离子浓度大小关系为c(N-3O)c(N4H)c(Na+)c(OH-)c(H+)。【例4】(2015·郑州二模)CO、SO2是主要的大气污染气体，利用化学反应原理是治理污染的重要方法。Ⅰ.甲醇可以补充和部分替代石油燃料，缓解能源紧张。利用CO可以合成甲醇。(1)已知:CO(g)+12O2(g)CO2(g)ΔH1=-283.0kJ·mol-1H2(g)+12O2(g)H2O(l)ΔH2=-2