2020届高考化学微专题八化学反应原理综合教案（含解析）

化学反应原理综合

[知识必备]

化学反应原理综合应用是高考全国卷必考题型之一，该类题目的一般特点是信息量大、综合性强，往往结合图形、图表信息进行命题，充分考查学生接受信息的能力、知识迁移运用解决实际问题的能力。

化学反应原理综合类试题，一般以工业合成或某些元素及其化合物性质为背景，内容主要涉及盖斯定律、外界条件对化学反应速率和平衡移动的影响、速率、转化率、化学平衡常数的相关计算，以及电解原理等，出题风格稳定，但是具有常考常新的特点。

解决该类试题的方法：①根据题目所提供的信息，先对简单问题进行解答；②然后提取图像图表中的重要数字信息并结合化学反应原理相关章节的基本原理，进行归纳整合、规范解答。

[对点训练]

1．(2016·全国Ⅰ)元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr3＋(蓝紫色)、Cr(OH)(绿色)、Cr2O(橙红色)、CrO(黄色)等形式存在。Cr(OH)3为难溶于水的灰蓝色固体。回答下列问题：

(1)Cr3＋与Al3＋的化学性质相似。在Cr2(SO4)3溶液中逐滴加入NaOH溶液直至过量，可观察到的现象是__________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)CrO和Cr2O在溶液中可相互转化。室温下，初始浓度为1.0 mol·L－1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O)随c(H＋)的变化如图所示。

①用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应________________________。

②由图可知，溶液酸性增大，CrO的平衡转化率________(填“增大”“减小”或“不变”)。根据A点数据，计算出该转化反应的平衡常数为________。

③升高温度，溶液中CrO的平衡转化率减小，则该反应的ΔH________0(填“大于”“小于”或“等于”)。

(3)在化学分析中采用K2CrO4为指示剂，以AgNO3标准溶液滴定溶液中Cl－，利用Ag＋与CrO生成砖红色沉淀，指示到达滴定终点。当溶液中Cl－恰好沉淀完全(浓度等于1.0×10－5mol·L－1)时，溶液中c(Ag＋)为________mol·L－1，此时溶液中c(CrO)等于________mol·L－1。(已知Ag2CrO4、AgCl的Ksp分别为2.0×10－12和2.0×10－10)。

(4)＋6价铬的化合物毒性较大，常用NaHSO3将废液中的Cr2O还原成Cr3＋，该反应的离子方程式为___________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)Cr3＋与Al3＋的化学性质相似，可知Cr(OH)3是两性氢氧化物，能溶解在强碱NaOH溶液中。在Cr2(SO4)3溶液中逐滴加入NaOH溶液直至过量，首先发生反应产生Cr(OH)3灰蓝色固体，当碱过量时，可观察到沉淀消失。故观察到的现象是开始有灰蓝色固体生成，随后沉淀消失。

(2)①随着H＋浓度的增大，CrO转化为Cr2O的离子反应式为2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O。

②溶液酸性增大，平衡2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O正向进行，CrO的平衡转化率增大；A点Cr2O的浓度为0.25 mol·L－1，根据Cr元素守恒可知CrO的浓度为0.5 mol·L－1；H＋浓度为1×10－7mol·L－1；此时该转化反应的平衡常数为＝＝1014；③升高温度，溶液中CrO的平衡转化率减小，平衡逆向移动，说明正方向放热，则该反应的ΔH＜0；

(3)当溶液中Cl－完全沉淀时，即c(Cl－)＝1.0×10－5mol·L－1，根据Ksp(AgCl)＝2.0×10－10，此时c(Ag＋)＝Ksp(AgCl)/c(Cl－)＝2.0×10－10÷(1.0×10－5mol·L－1)＝2.0×10－5mol·L－1此时溶液中c(CrO)＝Ksp(Ag2CrO4)/c2(Ag＋)＝2.0×10－12÷(2.0×10－5＝5×10－3mol·L－1；

(4)利用NaHSO3的还原性将废液中的Cr2O还原成Cr3＋，发生反应的离子方程式为：5H＋＋Cr2O＋3HSO===2Cr3＋＋3SO＋4H2O

答案：(1)蓝紫色溶液变浅，同时有灰蓝色沉淀生成，然后沉淀逐渐溶解形成绿色溶液

(2)①2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O　②增大　1.0×1014 　③小于

(3) 2.0×10－5 　5×10－3　(4) 5H＋＋Cr2O＋3HSO===2Cr3＋＋3SO＋4H2O

2．当发动机工作时， 反应产生的NO尾气是主要污染物之一， NO的脱除方法和转化机理是当前研究的热点。请回答下列问题：

(1)已知：2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)   ΔH1＝－113 kJ·mol－1

6NO2(g)＋O3(g)===3N2O5(g)  ΔH2＝－227 kJ·mol－1

4NO2(g)＋O2(g)===2N2O5(g)  ΔH3＝－57 kJ·mol－1

则2O3(g)===3O2(g)是________反应 (填“放热”或“吸热”)，以上O3氧化脱除氮氧化物的总反应是NO(g)＋O3(g)===NO2(g)＋O2(g)　ΔH4＝________kJ·mol－1, 最后将NO2与________剂反应转化为无污染的气体而脱除。

(2)已知：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应历程分两步：

①表中k1、k2、k3、k4是只随温度变化的常数， 温度升高将使其数值________(填“增大”或“减小”)。

②反应Ⅰ瞬间建立平衡， 因此决定2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)反应速率快慢的是反应Ⅱ，则反应Ⅰ与反应Ⅱ的活化能的大小关系为Ea1________Ea2(填“>”“<”或“＝”)，请依据有效碰撞理论微观探析其原因__________________________________________________。

③一定温度下， 反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的速率方程为v正＝k·c2(NO)·c(O2), 则k＝________(用k1、k2、k3表示)。

(3)将一定量的NO2放入恒容密闭容器中发生下列反应：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g), 测得其平衡转化率α(NO2)随温度变化如图所示，从b点到a点降温平衡将向________移动。图中 a点对应温度下，NO2的起始压强为160 kPa, 该温度下反应的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算， 分压＝总压×物质的量分数)。

解析：(1)已知：①2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)　ΔH1＝－113 kJ·mol－1

②6NO2(g)＋O3(g)===3N2O5(g)  ΔH2＝－227 kJ·mol－1

③4NO2(g)＋O2(g)===2N2O5(g)  ΔH3＝－57 kJ·mol－1

根据盖斯定律②×2－③×3得④2O3(g)===3O2(g)　ΔH＝－283 kJ·mol－1，因ΔH＜0，所以为放热反应；根据盖斯定律(①＋④)÷2得NO(g)＋O3(g)===NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝[(－113 kJ·mol－1)＋(－283 kJ·mol－1)]÷2＝－198 kJ·mol－1，最后将NO2与还原剂反应转化为无污染的气体N2而脱除。

(2)①温度升高化学反应速率加快， 所以温度升高将使k1、k2、k3、k4值增大；②反应Ⅰ反应速率快，反应Ⅱ反应速率慢。根据碰撞理论，活化能越低，则在相同条件下单位体积内活化分子数越多，有效碰撞几率就越大，化学反应速率就越快。  因此，反应Ⅰ与反应Ⅱ的活化能的大小关系为Ea1＜Ea2，③步骤Ⅰ反应：2NO(g)N2O2(g)，v1正＝k1c2(NO)，v1逆＝k2c(N2O2)，

步骤Ⅱ反应：N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)，v2正＝k3c(N2O2)c(O2)，

步骤Ⅰ反应＋步骤Ⅱ反应得总反应：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)

v正＝×k3c(N2O2)c(O2)＝·c2(NO)·c(O2)＝k·c2(NO)·c(O2)，故k ＝，

(3)根据反应2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)　ΔH1＝－113 kJ·mol－1为放热反应，则反应2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)为吸热反应，从b点到a点降温平衡将向左移动。图中a点对应温度下，NO2的起始压强为160 kPa，设起始时NO2的物质的量为a，则

2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)

起始(mol)　　a　　　　　　0　　　0

转化(mol)　　0.6a　　　　0.6a　　0.3a

平衡(mol)　　0.4a　　　　0.6a　　0.3a   

平衡时总物质的量为0.4a＋0.6a＋0.3a＝1.3a，恒温恒容条件下，压强之比等于物质的量之比，平衡时总压强为160 kPa×＝208 kPa，平衡时NO2、NO和O2的平衡分压分别为208 kPa×＝64 kPa、208 kPa×＝96 kPa、208 kPa×＝48 kPa，Kp＝＝＝108 kPa。

答案：(1)放热　－198　还原

(2)①增大　②＜　活化能低，同条件下单位体积内活化分子数多，有效碰撞几率大，速率快　③

(3)左　108 kPa

3．氢气作为清洁能源有着广泛的应用前景，含硫天然气制备氢气的流程如下。

天然气→→→→

　　　　    Ⅰ　　　　Ⅱ　　　  　Ⅲ　　　　Ⅳ

请回答下列问题：

Ⅰ.转化脱硫：将天然气压入吸收塔，30 ℃时，在T.F菌作用下，酸性环境中脱硫过程示意图如下。

(1)过程ⅰ的离子反应方程式为______________________________________________。

(2)已知：

①Fe3＋在pH＝1.9时开始沉淀，pH＝3.2时沉淀完全。

②30 ℃时，在T.F菌作用下，不同pH的FeSO4溶液中Fe2＋的氧化速率如下表。

在转化脱硫中，请在上表中选择最佳pH范围是________＜pH＜________，这样选择的原因是：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

Ⅱ.蒸气转化：在催化剂的作用下，水蒸气将CH4氧化。结合下图回答问题。

(3)①该过程的热化学方程式是_________________________________________。

②比较压强p1和p2的大小关系：p1________p2(选填“>”“<”或“＝”)。

③在一定温度和一定压强下的体积可变的密闭容器中充入1 mol CH4和1 mol的水蒸气充分反应达平衡后，测得起始时混合气的密度是平衡时混合气密度的1.4倍，若此时容器的体积为2 L，则该反应的平衡常数为________________(结果保留2位有效数字)。

Ⅲ.CO变换：500 ℃时，CO进一步与水反应生成CO2和H2。

Ⅳ.H2提纯：将CO2和H2分离得到H2的过程如示意图

 (4)吸收池中发生反应的离子方程式是____________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)由图可知，过程中H2S变成S，S元素化合价由－2价变成0价，Fe3＋被还原变成Fe2＋，根据电子守恒，过程ⅰ的离子反应方程式为H2S＋2Fe3＋===2Fe2＋＋S↓＋2H＋；

(2)由①可知Fe3＋在pH＝1.9时开始沉淀，会导致Fe3＋浓度降低，则Fe2＋和Fe3＋浓度均会降低，速率降低，故pH应小于1.9。由②可知，pH在1.5的时的氧化速率较快，故pH的取值范围是1.5＜pH＜1.9。

(3)①由图可知该反应为吸热反应，ΔH＝2 582 kJ·mol－1－2 378 kJ·mol－1＝＋204 kJ·mol－1，该过程的热化学方程式是CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋204 kJ·mol－1；②由图可知，温度一定，压强增大，平衡逆向移动，则CH4的体积分数增大，则p1＞p2。③列出三行式，设转化的CH4的物质的量为x，

CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)

起始(mol)　　1　　1　　　　　0　　　0

变化(mol)　　x　　x　　　　　x　　　3x

平衡(mol)　　1－x　1－x　　　x　　　3x

根据起始时混合气的密度是平衡时混合气密度的1.4倍，气体的总质量不变，密度与气体的总物质的量成反比，则＝1.4，解得x＝0.4，容器的容积为2 L，则平衡时，CH4、H2O、CO、H2的浓度分别为：0.3 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1、0.6 mol·L－1，则该反应的平衡常数为K＝＝＝0.48。

(4)由图示已知吸收池中用的是K2CO3溶液，吸收CO2，则离子方程式是CO＋CO2＋H2O===2HCO。

答案：(1)H2S＋2Fe3＋===2Fe2＋＋S↓＋2H＋

(2)1.5　1.9　此范围既保证了Fe2＋有较快的氧化速率又防止生成的Fe3＋形成沉淀

(3)①CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)

ΔH＝＋204 kJ·mol－1　②＞　③0.48

(4)CO＋CO2＋H2O===2HCO

4．Ⅰ.已知：①NaHCO3(s)===Na＋(aq)＋HCO(aq)  ΔH＝＋18.81 kJ·mol－1

②Na2CO3(s)===2Na＋(aq)＋CO(aq)  ΔH＝－16.44 kJ·mol－1

③2NaHCO3(s)===Na2CO3(s)＋CO2(g)＋H2O(l)  ΔH＝＋92.34 kJ·mol－1

请回答：

(1)资料显示，NaHCO3固体加热到100 ℃发生分解，但是加热 NaHCO3溶液不到80 ℃就有大量CO2气体放出，用反应热角度说明原因_________________________________

________________________________________________________________________。

(2)NaHCO3溶液中主要存在2种化学平衡：a.HCO＋H2OH2CO3＋OH－，b.2HCOCO＋H2O＋CO2。根据理论计算0.10 mol·L－1 NaHCO3溶液中2个反应的转化率随温度变化如图所示(不考虑相互影响)。

①计算25 ℃ 0.10 mol·L－1 NaHCO3溶液中CO2与H2CO3的总浓度最大可能为________mol·L－1。

②加热蒸干NaHCO3溶液最后得到的固体是________。

③25 ℃时0.10 mol·L－1的NaHCO3溶液pH＝8.3，加热到4分钟溶液沸腾，后保温到7分钟。已知常温下Na2CO3溶液浓度和pH的关系如下表(忽略温度对Kw的影响)：

请在图中作出NaHCO3溶液pH随时间变化曲线

Ⅱ.研究得出当甲烷分解时，几种气体平衡时分压(Pa)与温度(℃)的关系如图

(1)T ℃时，向1 L恒容密闭容器中充入0.3 mol CH4，只发生反应2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)，达到平衡时，c(C2H4)＝c(CH4)，CH4的平衡转化率为________；上述平衡状态某一时刻，若改变温度至T2℃，CH4以0.01 mol·(L·s)－1的平均速率增多，经t s后再次达到平衡，且平衡时，c(CH4)＝2c(C2H4)，则t＝________s；

(2)列式计算反应2CH4(g)C2H2(g)＋3H2(g)在图中A点温度时的平衡常数K＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算，lg 0.05＝－1.3)

(3)由图可知，甲烷裂解制乙炔有副产物乙烯生成，为提高甲烷制乙炔的转化率，除改变温度外，还可采取的措施有__________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)根据所给热化学方程式结合盖斯定律可得2HCO(aq)===CO(aq)＋CO2(g)＋H2O(l)　ΔH＝＋38.28 kJ·mol－1，所以加热 NaHCO3溶液需要的能量比固体小；

(2)①根据图像可知，25 ℃时，HCO的转化率为0.2%，即生成H2CO3的浓度为：0.10 mol·L－1×0.2%＝2×10－4 mol·L－1,25 ℃时，反应b中HCO的转化率为3.0%，即生成CO2的浓度为：0.10 mol·L－1×3.0%×＝1.5×10－3 mol·L－1，所以25 ℃0.10 mol·L－1 NaHCO3溶液中CO2与H2CO3的总浓度最大可能为：2×10－4 mol·L－1＋1.5×10－3 mol·L－1＝1.7×10－3mol·L－1；②加热蒸干NaHCO3溶液，NaHCO3受热分解生成Na2CO3、CO2溶液和水，所以最后得到的固体是Na2CO3; ③根据已知条件，碳酸钠溶液的起始pH应该为8.3，所以起点从8.3出发，由表格中碳酸钠的浓度是0.10 mol·L－1时，pH为11.5，即4分钟时，碳酸钠溶液的pH为11.5，保温7分钟内，pH变化不大；

Ⅱ.(1)根据方程式 2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)，假设达到平衡时，生成n(C2H4)为x mol，

CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)

起始(n)　　0.3 mol　　0 mol　　0 mol

反应(n)　　2x mol　　x mol　　2x mol

平衡(n)　(0.3－2x)mol　xmol　2xmol

由于恒容密闭容器体积不变，所以达到平衡时，c(C2H4)＝c(CH4)，即n(C2H4)＝n(CH4)＝x＝0.3－2x，计算得x＝0.1 mol，甲烷的转化率为：×100%＝66.7%，从图像可知，温度升高，各气体的分压减小，即反应向逆反应方向移动，所以甲烷的物质的量增加，则T2＞T，假设再次平衡时乙烯的物质的量是y mol，则根据方程式可知生成甲烷的物质的量是2y mol，因此0.1＋2y＝2×(0.1－y)，解得y＝0.025 mol，这说明甲烷的物质的量增加了0.025 mol×2＝0.05 mol，所以时间t＝＝5 s；

(2)根据图像可知，平衡时甲烷、氢气、乙炔的平衡分压分别是103、104、，所以A点温度时的平衡常数为：K＝＝5.0×104；

(3)根据方程式可知，增大乙烯的浓度可以增大甲烷的浓度，进而提高乙炔的转化率。

答案：Ⅰ.(1)2HCO(aq)===CO(aq)＋CO2(g)＋H2O(l)　ΔH＝＋38.28 kJ·mol－1，反应需要的能量比固体小　(2)①1.7×10－3　②Na2CO3

③

Ⅱ.(1)66.7%　5　(2)5.0×104

(3)充入适量的乙烯