高考化学三轮冲刺专题12 反应原理大综合（含解析）

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专题12 反应原理大综合
1．常温时，下列溶液的pH或微粒的物质的量浓度关系正确的是(　　)
A．某溶液中由水电离出的c(H＋)＝1×10－a mol·L－1，若a>7时，该溶液pH一定为14－a
B．0.1 mol·L－1的KHA溶液，其pH＝10，c(K＋)>c(A2－)>c(HA－)>c(OH－)
C．将0.2 mol·L－1的某一元酸HA溶液和0.1 mol·L－1 NaOH溶液等体积混合后溶液pH大于7，则反应后的混合液：c(HA)>c(Na＋)>c(A－)
D．等体积、等物质的量浓度的Na2CO3溶液与NaHCO3溶液混合：3c(Na＋)＝2c(CO)＋2c(HCO)＋2c(H2CO3)
【答案】C
【解析】A项，由水电离出的c(H＋)＝1×10－a mol·L－1的溶液既可能为酸性溶液，也可能为碱性溶液，pH可能为a或14－a；B项，KHA溶液的pH＝10，说明HA－的水解程度大于电离程度，c(K＋)>c(HA－)>c(OH－)>c(A2－)；C项，混合后得到等物质的量浓度的HA和NaA的溶液，pH>7，说明NaA的水解程度大于HA的电离程度，c(HA)>c(Na＋)>c(A－)；D项，根据物料守恒，c(Na＋)＝[c(CO)＋c(HCO)＋c(H2CO3)]。
2．一定温度下，在2 L的密闭容器中发生如下反应：A(s)＋2B(g)xC(g) △H＜0，B、C的物质的量随时间变化的关系如图1，达平衡后在t1、t2、t3、t4时都只改变了一种条件，逆反应速率随时间变化的关系如图2。

图1 图2
下列有关说法正确的是（  ）
A．x＝2，反应开始2 min内，v(B)＝0.1 mol/(L·min)
B．t1时改变的条件是降温，平衡逆向移动
C．t2时改变的条件可能是增大c(C)，平衡时B的物质的量分数增大
D．t3时可能是减小压强，平衡不移动；t4时可能是使用催化剂，c(B)不变
【答案】D

【解析】错选A或C，错选A，当 x＝2时，v(B)=（0.3-0.1）/2=0.1 mol/(L·min)；错选C，若增大c(C)，反应将向逆反应方向移动，B的物质的量增大，所以B的物质的量分数增大。错选A是没有看清楚图，纵轴表示物质的物质的量，而反应速率的公式中分子是浓度的变化；错选C是模糊了物质的量和物质的量分数之间的关系，物质的量增加并不意味着物质的量分数增加。

3.电解质的水溶液中存在电离平衡。
（1）醋酸是常见的弱酸。
①醋酸在水溶液中的电离方程式为___________________________。
②下列方法中，可以使醋酸稀溶液中CH3COOH电离程度增大的是__________（填字母序号）。
a．滴加少量浓盐酸 b．微热溶液
c．加水稀释 d．加入少量醋酸钠晶体
（2）用0.1 mol·L-1NaOH溶液分别滴定体积均为20.00 mL、浓度均为0.1mol·L-1的盐酸和醋酸溶液，得到滴定过程中溶液pH随加入NaOH溶液体积而变化的两条滴定曲线。

①滴定醋酸的曲线是_____（填“I”或“Ⅱ”）。
②滴定开始前，三种溶液中由水电离出的c(H+)最大的是_____。
③V1和V2的关系：V1_____V2（填“>”、“=”或“ AgI。
操作步骤
现象
步骤1：向2 mL 0.005 mol·L-1 AgNO3溶液中加入2 mL 0.005 mol·L-1 KSCN溶液，静置。
出现白色沉淀。
步骤2：取1 mL上层清液于试管中，滴加1滴2mol·L-1 Fe(NO3)3溶液。
溶液变红色。
步骤3：向步骤2的溶液中，继续加入5滴3 mol·L-1 AgNO3溶液。
现象a，溶液红色变浅。
步骤4：向步骤1余下的浊液中加入5滴3 mol·L-1 KI溶液。
出现黄色沉淀。
①写出步骤2中溶液变红色的离子方程式__________________。
②步骤3中现象a是_____________________。
③用化学平衡原理解释步骤4的实验现象______________________。
【答案】（1）① CH3COOHCH3COO－+H+ ② b、c
（2） ① I ② 0.1mol·L-1醋酸溶液③ < ④ c(CH3COO－)> c (Na+)> c (H+)> c (OH－)
（3） （3）① Fe3++3SCN－Fe(SCN)3② 出现白色沉淀
③ AgSCN(s)Ag+(aq)+SCN-(aq)，加入KI后，因为溶解度：AgI c (Na+)> c (H+)> c (OH－)。
（3）① 铁离子与KSCN溶液反应使溶液显红色，反应的离子方程式为Fe3++3SCN－Fe(SCN)3。
②硝酸银溶液能与KSCN溶液反应产生白色沉淀，所以向步骤2的溶液中，继续加入5滴3 mol·L-1 AgNO3溶液时溶液中仍然会出现白色沉淀。
③根据以上分析可知溶液中存在平衡AgSCN(s)Ag+(aq)+SCN-(aq)，加入KI后，因为溶解度：AgI＜AgSCN，因此Ag+与I-反应生成AgI黄色沉淀：Ag++I-＝AgI↓，从而导致AgSCN的溶解平衡正向移动。
4.电化学原理在工业生产中有着重要的作用，请利用所学知识回答有关问题。
（1）用电解的方法将硫化钠溶液氧化为多硫化物的研究具有重要的实际意义，将硫化物转变为多硫化物是电解法处理硫化氢废气的一个重要内容。如是电解产生多硫化物的实验装置：

①已知阳极的反应为(x＋1)S2－=Sx＋S2－＋2xe－，则阴极的电极反应式是____________________________
当反应转移x mol电子时，产生的气体体积为____________(标准状况下)。
②将Na2S·9H2O溶于水中配制硫化物溶液时，通常是在氮气气氛下溶解。其原因是(用离子反应方程式表示)：___________________________。
（2）MnO2是一种重要的无机功能材料，制备MnO2的方法之一是以石墨为电极，电解酸化的MnSO4溶液，阳极的电极反应式为______________________。现以铅蓄电池为电源电解酸化的MnSO4溶液，如图所示，铅蓄电池的总反应方程式为_______________________，

当蓄电池中有4 mol H＋被消耗时，则电路中通过的电子的物质的量为________，MnO2的理论产量为________g。
（3）用图电解装置可制得具有净水作用的。实验过程中，两极均有气体产生，Y极区溶液逐渐生成

①电解过程中，X极区溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
②电解过程中，Y极发生的电极反应为Fe－6e－＋8OH－=＋4H2O和______________________________，若在X极收集到672 mL气体，在Y极收集到168 mL气体(均已折算为标准状况时气体体积)，则Y电极(铁电极)质量减少________g。
【答案】（1）①2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑(或2H＋＋2e－=H2↑)　11.2xL
②2S2－＋O2＋2H2O=2S↓＋4OH－
（2）Mn2＋－2e－＋2H2O=MnO2＋4H＋
Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O
2 mol　87
（3）增大　4OH－－4e－=2H2O＋O2↑　0.28
【解析】
（1）电解时，水电离的H＋在阴极发生得电子还原反应，生成H2。根据电子守恒可知有x mol电子转移，产生H2 0.5x mol。S2－具有较强还原性，易被空气中的氧气氧化，故配制溶液时需要氮气作保护气。
（2）根据题意Mn2＋失电子生成MnO2，产物中的氧元素来源于水，生成H＋，再将电极方程式配平即可。
（3）图中X极的电极反应为2H＋＋2e－=H2↑(或2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－)，所以X极区的pH增大，由生成氢气672 mL，可知得电子数为0.06 mol，Y极生成氧气为168 mL，失电子数0.03  mol，由得失电子守恒可知铁失电子数为0.03 mol，由电极反应可知铁溶解为0.005 mol，即0.28 g。

5．研究NOx之间的转化具有重要意义。
（1）已知：N2O4(g) 2NO2(g)　ΔH＞0 将一定量N2O4气体充入恒容的密闭容器中，控制反应温度为T1。
①下列可以作为反应达到平衡的判据是________。
A．气体的压强不变 B．v正(N2O4)＝2v逆(NO2) C．K不变
D．容器内气体的密度不变 E．容器内颜色不变
②t1时刻反应达到平衡，混合气体平衡总压强为p，N2O4气体的平衡转化率为75%，则反应N2O4(g) 2NO2(g)的平衡常数Kp＝________(对于气相反应，用某组分B的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数，记作Kp，如p(B)＝p·x(B)，p为平衡总压强，x(B)为平衡系统中B的物质的量分数)。
③反应温度T1时，c(N2O4)随t(时间)变化曲线如图，画出0～t2时段，c(NO2)随t变化曲线。保持其它条件不变，改变反应温度为T2(T2＞T1)，再次画出0～t2时段，c(NO2)随t变化趋势的曲线________。

（2） NO氧化反应：2NO(g)＋O2(g)=2NO2(g)分两步进行，其反应过程能量变化示意图如图。

Ⅰ 2NO(g)=N2O2(g) ΔH1
Ⅱ N2O2(g)＋O2(g)→2NO2(g) ΔH2
①决定NO氧化反应速率的步骤是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
②在恒容的密闭容器中充入一定量的NO和O2气体，保持其它条件不变，控制反应温度分别为T3和T4(T4＞T3)，测得c(NO)随t(时间)的变化曲线如图。转化相同量的NO，在温度_____(填“T3”或“T4”)下消耗的时间较长，试结合反应过程能量图分析其原因____。

【答案】（1）AE p
（2）Ⅱ T4 ΔH1＜0，温度升高，反应Ⅰ平衡逆移，c(N2O2)减小，浓度降低的影响大于温度对反应Ⅱ速率的影响
【解析】（1）①A、该反应是一个气体体积减小的反应，气体的压强不变说明各物质浓度保持不变，反应达到化学平衡状态，故正确；
B、v正(N2O4)＝2v逆(NO2)说明正逆反应速率不相等，反应没有达到化学平衡状态，故错误；
C、温度不变，化学平衡常数K不变，则K不变不能说明反应达到化学平衡状态，故错误；
D、由质量守恒定律可知，反应前后气体质量不变，恒容容器的体积不变，则密度始终不变，则密度不变不能说明反应达到化学平衡状态，故错误；
E、容器内颜色不变说明各物质浓度保持不变，反应达到化学平衡状态，故正确；
AE正确，故答案为：AE；
②设起始N2O4的物质的量为1mol，由题给数据建立如下三段式：

由三段式数据可知N2O4的平衡分压为×p=，NO2的平衡分压为×p=，则平衡常数Kp＝=，故答案为：；
③由图可知，t1时反应消耗N2O4的浓度为（0.04—0.01）mol/L，由方程式可得反应生成NO2的浓度为0.03 mol/L×2=0.06 mol/L；该反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，NO2的浓度增大，则0～t2时段，NO2的浓度c(NO2)随t变化趋势的曲线为，故答案为：；
（2）①由图可知，反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ的活化能，活化能越大，反应速率越慢，则化学反应速率反应Ⅰ快于反应Ⅱ，化学反应取决于反应速率较慢的一步，则决定NO氧化反应速率的步骤是反应Ⅱ，故答案为：Ⅱ；
②由图可知，转化相同量的NO，在温度T4下消耗的时间较长，原因是反应Ⅰ为放热反应，温度升高，反应Ⅰ平衡逆移，c(N2O2)减小，浓度降低的影响大于温度对反应Ⅱ速率的影响，导致转化相同量的NO，在温度较高的T4下消耗的时间较长，故答案为：T4；反应Ⅰ为放热反应，温度升高，反应Ⅰ平衡逆移，c(N2O2)减小，浓度降低的影响大于温度对反应Ⅱ速率的影响；
6．水是“生命之基质”，是“永远值得探究的物质”。
（1） 关于反应H2(g)＋1/2O2(g)H2O(l)，下列说法不正确的是________。
A．焓变ΔH＜0，熵变ΔS＜0
B．可以把反应设计成原电池，实现能量的转化
C．一定条件下，若观察不到水的生成，说明该条件下反应不能自发进行
D．选用合适的催化剂，有可能使反应在常温常压下以较快的速率进行
（2） ①根据H2O的成键特点，画出与图中H2O分子直接相连的所有氢键(O－H…O)________。
②将一定量水放入抽空的恒容密闭容器中，测定不同温度(T)下气态、液态水平衡共存[H2O(l)H2O(g)]时的压强(p)。在图中画出从20℃开始经过100℃的p随T变化关系示意图(20℃时的平衡压强用p1表示)________。
　　　　
（3） 水在高温高压状态下呈现许多特殊的性质。当温度、压强分别超过临界温度(374.2℃)、临界压强(22.1 MPa)时的水称为超临界水。
①与常温常压的水相比，高温高压液态水的离子积会显著增大。解释其原因________。
②如果水的离子积Kw从1.0×10−14增大到1.0×10−10，则相应的电离度是原来的________倍。
③超临界水能够与氧气等氧化剂以任意比例互溶，由此发展了超临界水氧化技术。一定实验条件下，测得乙醇的超临界水氧化结果如图所示，其中x为以碳元素计的物质的量分数，t为反应时间。
　　　　
下列说法合理的是________。
A．乙醇的超临界水氧化过程中，一氧化碳是中间产物，二氧化碳是最终产物
B．在550℃条件下，反应时间大于15 s时，乙醇氧化为二氧化碳已趋于完全
C．乙醇的超临界水氧化过程中，乙醇的消耗速率或二氧化碳的生成速率都可以用来表示反应的速率，而且两者数值相等
D．随温度升高，xCO峰值出现的时间提前，且峰值更高，说明乙醇的氧化速率比一氧化碳氧化速率的增长幅度更大
（4） 以铂阳极和石墨阴极设计电解池，通过电解NH4HSO4溶液产生(NH4)2S2O8，再与水反应得到H2O2，其中生成的NH4HSO4可以循环使用。
①阳极的电极反应式是________。
②制备H2O2的总反应方程式是________。
【答案】（1）C （2）
（3）水的电离为吸热过裎，升高温度有利于电离(压强对电离平衡影响不大) 100 ABD
（4）2HSO4-－2e−S2O82-＋2H+或2SO42-－2e−S2O82- 2H2OH2O2＋H2↑
【解析】（1）A.氢气燃烧是放热反应，ΔH＜0，该反应中气体变为液体，为熵减过程，故ΔS＜0，A项正确；B.该反应可设计为氢氧燃料电池，其化学能转为电能，B项正确；C.某条件下自发反应是一种倾向，不代表真实发生，自发反应往往也需要一定的反应条件才能发生，如点燃氢气，C项错误；D.催化剂降低活化能，加快反应速率，D项正确。故答案选C。
（2）①H2O电子式为，存在两对孤电子对，因而O原子可形成两组氢键，每个H原子形成一个氢键，图为：

②100℃，101kPa为水的气液分界点，20℃和p1为另一个气液分界点，同时升高温度和增加压强利于水从液体变为气体，因而曲线为增曲线，可做图为：

（3）①水的电离为吸热过裎，升高温度有利于电离，压强对固液体影响不大，可忽略。②c(H+)=，当Kw=1.0×10-14，c1(H+)=10-7mol/L，当Kw=1.0×10-10，c2(H+)=10-5mol/L，易知后者是前者的100倍，所以相应的电离度是原来的100倍。③A.观察左侧x-t图像可知，CO先增加后减少，CO2一直在增加，所以CO为中间产物，CO2为最终产物，A项正确；B.观察左侧x-t图像，乙醇减少为0和CO最终减少为0的时间一致，而右图xCO-t图像中550℃，CO在15s减为0，说明乙醇氧化为CO2趋于完全，B项正确；
C.乙醇的消耗速率或二氧化碳的生成速率都可以用来表示反应的速率，但两者数值不相等，比值为化学计量数之比，等于1：2，C项错误；
D.随着温度的升高，乙醇的氧化速率和一氧化碳氧化速率均增大，但CO是中间产物，为乙醇不完全氧化的结果，CO峰值出现的时间提前，且峰值更高，说明乙醇氧化为CO和CO2速率必须加快，且大于CO的氧化速率，D项正确。故答案选ABD。
（4）①电解池使用惰性电极，阳极本身不参与反应，阳极吸引HSO4-（或SO42-）离子，并放电生成S2O82-，因而电极反应式为2HSO4-－2e−=S2O82-＋2H+或2SO42-－2e−=S2O82- 。
②通过电解NH4HSO4溶液产生(NH4)2S2O8和H2。由题中信息可知，生成的NH4HSO4可以循环使用，说明(NH4)2S2O8与水反应除了生成H2O2，还有NH4HSO4生成，因而总反应中只有水作反应物，产物为H2O2和H2,故总反应方程式为2H2OH2O2＋H2↑。

7．清洁能源的开发、废水的处理都能体现化学学科的应用价值。
Ⅰ. 工业上可利用CO2来制备清洁燃料甲醇，有关化学反应如下：
反应A：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) △H1＝－49.6kJ·mol-1
反应B：CO2(g)＋H2H2O(g)＋CO(g) △H2＝＋41kJ·mol-1
⑴ 写出用CO(g)和H2(g)合成CH3OH(g)反应的热化学方程式： __________________。
⑵ 反应A可自发进行的温度条件是________(填“低温”或“高温”) 。
⑶ 写出两个有利于提高反应A中甲醇平衡产率的条件___________。
⑷ 在Cu－ZnO／ZrO2催化下，CO2和H2混和气体，体积比1∶3，总物质的量amol进行反应，测得CO2转化率、CH3OH和CO选择性随温度、压强变化情况分别如图所示（选择性：转化的CO2中生成CH3OH或CO的百分比）。

温度对反应的影响 压强对反应的影响
① 由上图可知，影响产物选择性的外界条件是______。
A．温度 B．压强 C．催化剂
② 如图中M点温度为250℃，CO2的平衡转化率为25%，该温度下反应B的平衡常数为________________（用分数表示）。
Ⅱ.实验室模拟“间接电化学氧化法”处理氨氮废水中NH4+的装置如图所示。以硫酸铵和去离子水配制成初始的模拟废水，并以NaCl调节溶液中氯离子浓度，阳极产物将氨氮废水中的NH4+氧化成空气中的主要成分。

⑸ 阳极反应式为__________________________________。
⑹ 除去NH4+的离子反应方程式为________________________________________。
【答案】（1）CO(g)+2H2(g)＝CH3OH(g) △H＝－90.6kJ·mol-1 （2）低温
（3）增大压强，适当降温，及时分离出产物（H2O或CH3OH）
（4）AB 1/60
（5）2Cl――2e―＝ Cl2↑
（6）2NH4++3Cl2＝ 8H++N2↑+6Cl―
【解析】Ⅰ.（1）反应A：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) △H1＝－49.6kJ·mol-1，反应B：CO2(g)＋H2H2O(g)＋CO(g) △H2＝＋41kJ·mol-1，根据盖斯定律，将A-B得：CO(g)+2H2(g)＝CH3OH(g) △H＝(－49.6kJ·mol-1)-(＋41kJ·mol-1)=－90.6kJ·mol-1，故答案为：CO(g)+2H2(g)＝CH3OH(g) △H＝－90.6kJ·mol-1；
（2）对于反应CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-49.6kJ•mol-1，△H＜0，△S＜0，如反应能自发进行，应满足△H-T•△S＜0，低温下即可进行，故答案为：低温；
（3）反应CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-49.6kJ•mol-1，由化学计量数可知，增大压强，平衡正向移动；正反应为放热反应，降低温度，平衡正向移动；及时分离出产物(H2O或CH3OH)，平衡也正向移动，这些措施均有利于提高甲醇的产率，故答案为：增大压强，适当降温，及时分离出产物(H2O或CH3OH)；
（4）① 根据温度和压强对反应的影响曲线图可知，反应A为放热反应，反应B为吸热反应，改变温度，平衡一定移动，说明温度影响产物的选择性；增大压强，反应A正向移动，甲醇的产率增大，说明压强影响产物的选择性，因此温度和压强对产物的选择性均有影响，加入催化剂，平衡不移动，不会影响产物的选择性，故答案为：AB；
②在Cu-ZnO/ZrO2催化下，CO2和H2混合气体，体积比1∶3，总物质的量amol进行反应，250℃时，反应A和B达到平衡，平衡时容器体积为VL，CO2转化率为25%，根据温度对反应的影响曲线可知，CH3OH和CO选择性均为50%，由方程式可知，消耗的二氧化碳的物质的量n(CO2)=×25%mol=mol，剩余二氧化碳的物质的量为mol，生成CH3OH和CO共mol，分别为mol，生成n(H2O)=mol，两个反应消耗氢气的物质的量为mol×3+mol=mol，则剩余氢气的物质的量为mol-mol=mol，则反应B的平衡常数K===，故答案为：；
Ⅱ.（5）阳极发生氧化反应，氯离子放电生成氯气，电极反应式为：2Cl--2e-=Cl2↑，故答案为：2Cl--2e-=Cl2↑；
（6）氯气具有氧化性，铵根离子中氮是-3价，具有还原性，能够被氯气氧化成氮气，氯气得电子生成-1价的氯离子，反应的离子方程式为2NH4++3Cl2=8H++N2↑+6Cl-，故答案为：2NH4++3Cl2=8H++N2↑+6Cl-。
8．中科院一项最新成果实现了甲烷高效生产乙烯，甲烷在催化作用下脱氢,在气相 中经自由基偶联反应生成乙烯，其反应如下：2CH4(g) C2H4(g) +2H2(g) ΔH>0
化学键
H—H
C—H
C = C
C—C
E(kJ / mol)
a
b
c
d
（1）已知相关化学键的键能如上表，甲烷制备乙烯反应的ΔH=_____________ (用含a.b.c.d的代数式表示)。

（2）T1温度时，向1 L的恒容反应器中充入2 molCH4 ,仅发生上述反应，反应过程中 0~15 min CH4的物质的量随时间变化如图,测得10-15 min时H2的浓度为1.6 mol/L。
①0~ 10 min内CH4表示的反应速率为____mol/(L・min) o
②若图中曲线a、曲线b分别表示在温度T1时，使用质量相同但表面积不同的催化剂 时，达到平衡过程中n (CH4)变化曲线，其中表示催化剂表面积较大的曲线是 ________ (填"a"或 “b”)。
③15 min时,若改变外界反应条件,导致n( CH4)发生图中所示变化，则改变的条件可能是_____(任答一条即可)。
（3）实验测得v正=k正c2(CH4),v逆=k逆c(C2H4).c2(H2) 其中K正、K逆为速率常数仅与温度有关，T1温度时k正与K逆的比值为______ (填数值)。若将温度由T1升高到T2,则反应速率增大的倍数V正 ____V逆(选填“〉”、“=”或“