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题型三化学反应原理化学反应原理类试题是近几年高考的必考题型。该题型通常以元素化合物知识为载体,以工业生产为背景,综合考查化学反应速率、化学平衡及其影响因素,化学反应中的能量转化,盖斯定律及其应用,热化学方程式的书写,原电池和电解池的原理及其电极反应式的书写,水溶液中的离子平衡等知识,甚至还融合考查氧化还原反应、离子反应等,涉及的知识点较多,各个小题之间相互独立。解答此类题目的分析思路:(1)浏览全题,明确已知和所求,挖掘解题切入点。(2)对于化学反应速率和化学平衡图像类试题,应明确图像中纵、横坐标的含义,理解起点、终点、拐点的意义,分析曲线的变化趋势。对于图表数据类试题,分析数据,研究数据间的内在联系,找出数据的变化规律,挖掘数据的隐含意义。对于电化学类试题,首先判断是原电池还是电解池,然后分析电极类别,书写电极反应式,按电极反应式进行相关计算。对于电解质溶液类试题,首先要明确溶液中的物质类型及其可能存在的平衡类型,然后再进行解答。(3)针对题目中所设计的问题,联系相关理论逐个作答。解答化学反应原理类题目可按照以下步骤进行:1.将题目按知识模块分类,如电化学、热化学、化学反应速率与化学平衡等。2.运用本模块内相关原理,如化学反应速率和化学平衡常数计算公式等,分模块解决本专题问题。3.复查,整体检查全题,调整答案。一二一、归纳型化学反应原理题例1氮氧化物是造成酸雨、光化学烟雾、雾霾等环境污染的罪魁祸首,采用合适的措施消除其污染是保护环境的重要举措。(1)研究发现利用NH3可消除硝酸工业尾气中的NO污染。NH3与NO的物质的量之比分别为1∶3、3∶1、4∶1时,NO脱除率随温度变化的曲线如图1所示:图1一二①用化学反应方程式表示利用NH3消除NO污染的反应原理:(不用注明反应条件)。②曲线b对应NH3与NO的物质的量之比是。③曲线a中,NO的起始浓度为6.0×10-4mg/m3,从A点到B点经过0.8s,该时间段内NO的脱除速率为mg/(m3·s)。一二(2)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池而消除NO2污染,其原理如图2所示。该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y,Y可用于生产硝酸。①该电池工作时,电子从石墨电极流向石墨电极。(填写“Ⅰ”或“Ⅱ”)②石墨Ⅰ电极的电极反应式为。③用Y生产硝酸的化学反应方程式为。图2一二(3)含氮化合物在工业上具有重要用途,如三氯化氮(该分子中氮元素显负价)常用作漂白剂,工业上用过量氨与氯气反应制备三氯化氮。①写出三氯化氮的电子式:。②工业上制备三氯化氮的化学反应方程式为,该反应另一产物的溶液中离子浓度大小关系为。③加热条件下,三氯化氮与NaClO2溶液反应可制备二氧化氯气体,同时生成NH3和只含有一种钠盐和强碱的溶液,该反应的离子方程式为,若制备6.75kg二氧化氯,则消耗还原剂的物质的量为mol。一二解答本题的关键:一是根据图1分析出NH3与NO反应时,在NO不变的情况下,增加NH3的量必定提高NO的脱除率,从而得出a、b、c曲线相应的;二是根据NO的脱除速率的单位来理解数据关系;三是根据题目信息,从元素化合价变化结合氧化还原反应概念和规律准确写出制备ClO2的化学反应方程式。𝑛(NH3)𝑛(NO)一二答案(1)①4NH3+6NO5N2+6H2O②3∶1③1.5×10-4(2)①ⅠⅡ②NO2+NO3--e-N2O5③N2O5+H2O2HNO3(3)①··Cl····Cl······②3Cl2+4NH3NCl3+3NH4Clc(Cl-)c(NH4+)c(H+)c(OH-)③6ClO2-+NCl3+3H2O3Cl-+6ClO2↑+NH3↑+3OH-100一二解析(1)①NH3与NO在一定条件下发生氧化还原反应生成N2和H2O:4NH3+6NO5N2+6H2O。②NH3与NO的物质的量之比越大,NO脱除率越大,故其物质的量之比为1∶3、3∶1、4∶1时,对应的曲线分别为c、b、a,故曲线b对应NH3与NO的物质的量之比是3∶1。③曲线a中,NO的起始浓度为6×10-4mg/m3,A点NO的脱除率为0.55,B点NO的脱除率为0.75,从A点到B点经过0.8s,该时间段内NO的脱除速率=6×10-4mg/m3×(0.75-0.55)0.8s=1.5×10-4mg/(m3·s)。一二(2)①根据该燃料电池工作原理示意图可知,石墨Ⅰ电极为电池负极,石墨Ⅱ电极为电池正极,电池工作时,电子应从负极流向正极,NO2在负极失去电子,被氧化,由于NO2中氮元素化合价为+4价,其氧化产物中氮元素化合价只能为+5价,故Y为N2O5。②NO2在石墨Ⅰ电极上失去电子生成N2O5,则有:NO2-e-N2O5,电池在熔融NaNO3中工作,用NO3-使其电荷守恒则有:NO2+NO3--e-N2O5。③N2O5与H2O反应生成HNO3:N2O5+H2O2HNO3。(3)①NCl3为共价化合物,3个Cl分别与N形成3个共价键,其电子式为··Cl····Cl······。②Cl2与NH3反应生成NCl3和NH4Cl:3Cl2+4NH3NCl3+3NH4Cl。根据盐类水解规律可得NH4Cl溶液中离子浓度大小关系为c(Cl-)c(NH4+)c(H+)c(OH-)。一二③NCl3→NH3,N化合价没有发生变化,NaClO2ClO2,Cl化合价升高,该钠盐必为NaCl,强碱为NaOH,则有:NaClO2+NCl3+3H2ONaCl+ClO2↑+NH3↑+NaOH,配平该反应并注明反应条件可得其化学反应方程式为6NaClO2+NCl3+3H2O3NaCl+6ClO2↑+NH3↑+3NaOH,再改写为离子方程式即可。该反应中NaClO2是还原剂,NCl3为氧化剂,消耗NaClO2的物质的量等于生成ClO2的物质的量,则制备6.75kgClO2时消耗NaClO2的物质的量=6.75×103g67.5g·mol-1=100mol。一二规范答题要求解答化学反应原理类题目特别要重视化学用语,规范答题。化学用语是化学科目中最重要的考查项目之一,如果不会则无法书写化学方程式、离子反应方程式、电离方程式、热化学方程式等。但如何在化学用语方面减少失误,尽可能得高分,还需要关注细节,关注题目中给出的各种信息。1.教材中化学方程式,关注反应条件。高考是分层选拔人才的考试,也决定了在考试中一定会考查教材中的化学方程式。在中学阶段,化学思想方法渗透在化学知识的学习中,而“物质变化是有条件的”这一思想普遍存在于化学方程式中。一二2.热化学方程式,关注细节问题。(1)先根据守恒原则配平化学方程式,再根据盖斯定律计算ΔH。(2)必须标注反应物和生成物的状态,气体、液体、固体及溶液分别用g、l、s和aq表示。(3)若题目明确指出反应条件不是25℃、1.01×105Pa,需标明题目所给的反应条件。(4)计算的ΔH数值必须和化学方程式的化学计量数对应。(5)注意ΔH使用的单位为kJ·mol-1。一二3.氧化还原方程式,整合题给信息。综观近几年的高考题,卷中常常会出现书写陌生氧化还原反应的化学方程式的题目。因为氧化还原反应是化学的重要知识点之一,其中渗透重要的守恒思想:原子守恒、得失电子守恒以及电荷守恒,利用守恒原理可以配平化学方程式。考生在考试过程中极容易出现的错误是不会正确判断产物,这就需要学生充分发挥获取信息、整合信息的能力。有时氧化还原反应的氧化剂、还原剂给出的较隐蔽,需要考生反复读题,尽可能多地挖掘信息才能解决。一二对点训练1煤粉中的氮元素在使用过程中的转化关系如下图所示:(1)②中NH3参与反应的化学方程式为。(2)③中加入的物质可能是(填字母序号)。A.空气B.COC.KNO3D.NH3一二(3)焦炭氮中有一种常见的含氮有机物吡啶(),其分子中相邻的碳原子和氮原子相比,氮原子吸引电子能力更(填“强”或“弱”),从原子结构角度解释原因:。(4)已知:N2(g)+O2(g)2NO(g)ΔH=akJ·mol-1N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=bkJ·mol-12H2(g)+O2(g)2H2O(l)ΔH=ckJ·mol-1反应后恢复至常温常压,①中NH3参与反应的热化学方程式为。一二(5)用间接电化学法除去NO的过程,如右图所示:已知电解池的阴极室中溶液的pH在4~7之间,写出阴极的电极反应式:。用离子方程式表示吸收池中除去NO的原理:。一二答案(1)4NH3+5O24NO+6H2O(2)BD(3)强碳原子和氮原子在同一周期(或电子层数相同),氮原子核电荷数更大,原子半径更小,原子核对外层电子的吸引力更强(4)4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(l)ΔH=(3c-3a-2b)kJ·mol-1(5)2HSO3-+2H++2e-S2O42-+2H2O2NO+2S2O42-+2H2ON2+4HSO3-一二解析(1)根据图中所示转化关系可知,②中氨气和氧气反应生成一氧化氮,即氨气的催化氧化。(2)一氧化氮转化为氮气,氮元素化合价降低。即发生还原反应,需要加入还原剂,选项中可以做还原剂的是B和D。转化关系①中已经给出提示,一氧化氮可以和氨气反应生成氮气。(3)C、N为第二周期相邻元素,由元素周期律可知,同周期元素从左到右,电子层数相同,核电荷数增大,原子半径减小,原子核对最外层电子的吸引力增强。(4)氨气和一氧化氮反应生成氮气,根据原子守恒,同时还生成水;这是同一元素不同价态之间进行氧化还原反应,生成中间价态产物,由电子守恒可以进行配平;书写热化学方程式时,由盖斯定律计算焓变。一二(5)由图示可知,电解池中阴极HSO3-得电子生成S2O42-,硫元素化合价由+4价变为+3价,由电子守恒和原子守恒可知2molHSO3-得2mole-生成1molS2O42-,酸性条件下,一部分氧原子结合氢离子生成H2O。吸收池中发生的反应:S2O42-为还原剂,氧化产物为HSO3-;NO为氧化剂,还原产物为N2。配平时,反应物中缺少氢元素,所以补充水作为反应物;根据电子守恒和原子守恒进行配平。一二二、演绎型化学反应原理题例2氢气是一种清洁能源,氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。已知:①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)ΔH=+206.2kJ·mol-1②CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH=+247.4kJ·mol-1③2H2S(g)2H2(g)+S2(g)ΔH=+169.8kJ·mol-1(1)以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。CH4(g)与H2O(g)反应生成CO2(g)和H2(g)的热化学方程式为。(2)在密闭容器中充入一定量H2S,发生反应③。如图为H2S气体的平衡转化率与温度、压强的关系。一二①图中压强(p1、p2、p3)的大小顺序为,理由是。②该反应平衡常数大小:K(T1)(填“”“”或“=”)K(T2),理由是。③如果要进一步提高H2S的平衡转化率,除改变温度、压强外,还可以采取的措施有。(3)燃料电池能大幅度提高能量转化率。相同条件下,甲烷、氢气燃料电池的能量密度之比为(单位质量的可燃物输出的电能叫能量密度,能量密度之比等于单位质量的可燃物转移电子数之比)。一二(4)硫化氢是剧毒气体,尾气中硫化氢有多种处理方法:①碱溶液吸收。用150mL2.0mol·L-1NaOH溶液吸收4480mL(标准状况)H2S得到吸收液X(显碱性)。X溶液中粒子浓度大小关系正确的是(填字母)。A.c(Na+)c(S2-)c(HS-)c(OH-)c(H+)B.c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HS-)+2c(S2-)C.c(Na+)=c(H2S)+c(HS-)+c(S2-)D.2c(OH-)+c(S2-)=2c(H+)+c(HS-)+3c(H2S)②硫酸铜溶液吸收。200mL0.05mol·L-1CuSO4溶液吸收H2S恰好使反应后溶液中Cu2+和S2-浓度相等。已知常温下,Ksp(CuS)≈1.0×10-36。上述吸收H2S后的溶液中c(Cu2+)约为。一二答案(1)