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大題精做九 以元素性質為主線串聯(lián)反應原理 1.隨著國家環(huán)保部系列環(huán)保新規(guī)的出臺，各地環(huán)保部門整治環(huán)保的工作也在緊鑼密鼓地進行，其中汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的重要原因之一，因此治理汽車尾氣和燃煤尾氣污染成為重中之重。回答下列問題： (1)煤燃燒產生的煙氣中含有氮的氧化物，用CH4催化還原NOx可消除氮氧化物的污染。 已知：①CH4(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－867.0kJmol－1； ②N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g)　ΔH＝＋67.8kJmol－1； ③適量的N2和O2完全反應，每生成標準狀況下5.6L NO時，則吸收22.5kJ的熱量。 則CH4催化還原NO的熱化學方程式為_________________________________________________________ ________________________________________________________。 (2)在汽車排氣系統(tǒng)中安裝三元催化轉化器，可發(fā)生反應：2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)。在某密閉容器中通入等量的CO和NO，發(fā)生上述反應時，c(CO)隨溫度(T)和時間(t)的變化曲線如圖所示。 ①據此判斷該反應的正反應為________(填“放熱”或“吸熱”)反應。 ②溫度為T2時，19s反應達到平衡，則0～19s內N2的平均反應速率v(N2)＝________molL－1s－1。 ③溫度為T1時，該可逆反應的平衡常數(shù)K＝________。 (3)SNCRSCR脫硝技術是一種新型的除去煙氣中氮氧化物的脫硝技術，一般采用氨氣或尿素作還原劑，其基本流程如圖： ①SNCRSCR脫硝技術中用NH3作還原劑還原NO的主要反應為4NH3(g)＋4NO(g)＋O2(g)4N2(g)＋6H2O(g)　ΔH<0，則用尿素[CO(NH2)2]作還原劑還原NO2的化學方程式為__________________________。 ②體系溫度直接影響SNCR技術的脫硝效率，如圖所示。 SNCR技術脫硝的最佳溫度為________，SNCR與SCR技術相比，SCR技術的反應溫度不能太高，其原因是________________________________；當體系溫度高于1000℃時，SNCR脫硝效率明顯降低，其可能的原因是________________________________________。 【解析】(1)由已知信息③可寫出熱化學方程式：N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝＋180.0kJmol－1，將該熱化學方程式與已知信息①、②中的熱化學方程式依次編號為a、b、c，根據蓋斯定律，由b－a2＋c可得：CH4(g)＋4NO(g)===2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－1159.2kJmol－1。(2)①由題圖可知T1>T2，而T1平衡時CO濃度較高，說明溫度升高，平衡逆向移動，故正反應為放熱反應。②v(N2)＝v(CO)＝molL－1s－1＝0.05 molL－1s－1。③溫度為T1時，根據三段式法，則有： 　　　　　　2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g) 起始(molL－1) 2.0 2.0 0 0 轉化(molL－1) 1.6 1.6 1.6 0.8 平衡(molL－1) 0.4 0.4 1.6 0.8 故T1時，該可逆反應的平衡常數(shù)K＝＝80。①CO(NH2)2作還原劑，還原NO2生成N2、CO2、H2O，故反應的化學方程式為4CO(NH2)2＋6NO24CO2＋7N2＋8H2O。②由題圖可知925℃左右時脫硝效率最高。SCR技術中使用了催化劑，若溫度太高，則催化劑活性降低或喪失。脫硝反應的主反應是放熱反應，故溫度過高時，脫硝主要反應的平衡逆向移動，導致脫硝效率降低。 【答案】(1)CH4(g)＋4NO(g)===2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－1159.2kJmol－1 (2) ①放熱　②0.05?、?0 (3) ①4CO(NH2)2＋6NO24CO2＋7N2＋8H2O?、?25℃左右　溫度太高，會降低催化劑活性　溫度過高，脫硝主要反應的平衡逆向移動 1．氯化鈷用作吸濕劑和空氣濕度指示劑，其原理如下： 回答下列問題： (1)已知CoCl2＋xH2OCoCl2xH2O，現(xiàn)有65g無水CoCl2，吸水后變成CoCl2xH2O 119 g。水合物中x＝________；該變化過程屬于__________(填“物理變化”或“化學變化”)。 (2)德國科學家發(fā)明了添加氯化鈷的變色水泥，據此推測雨天變色水泥呈粉紅色的原因是______________ ____________________________________________________________。 (3)為了防止粉紅色的CoCl26H2O脫水，“干燥”時宜采用的方法是__________________________________。(任寫兩種) (4)CoCl2溶于濃鹽酸中能形成[CoCl4]2－，該溶液中存在平衡：[Co(H2O)6]2＋(粉紅色)＋4Cl?[CoCl4]2? (藍色)＋6H2O。T1℃時，將0.025mol CoCl26H2O溶于50mL 12 molL?1濃鹽酸中，再加水稀釋至100mL。溶液中c(Cl?)與溫度(T)的關系如圖所示。 ①T1℃時，取10 mL上述溶液稀釋至100 mL，稀釋后的溶液中c(Cl?)________(填“>”“＝”或“<”)0.6molL?1。 ②由圖可知，上述反應的ΔH________(填“>”“＝”或“<”)0。 ③根據A點數(shù)據，T1℃時上述反應的平衡常數(shù)為________。 (5)將鎘(Cd)浸在氯化鈷(CoCl2)溶液中，發(fā)生反應的離子方程式為Co2＋(aq)＋Cd(s)===Co(s)＋Cd2＋(aq)，若將該反應設計為如下圖所示的原電池，則該電池中鹽橋中的陽離子向________移動，甲池中盛放的是________溶液。 【解析】(1)根據題意知，吸收的水的質量為54g，其物質的量為3mol，65g無水CoCl2的物質的量為0.5 mol，則＝，故x＝6；無水CoCl2呈藍色，吸水后變?yōu)榉奂t色的CoCl26H2O，該變化過程有新物質生成，屬于化學變化。(3)為了防止CoCl26H2O脫水，“干燥”時宜采用減壓烘干或常溫下晾干或常溫下鼓風吹干等方法。(4)①T1℃時，取10mL上述溶液稀釋至100mL，加水稀釋時平衡向逆反應方向移動，故稀釋后的溶液中c(Cl－)>0.6 molL?1。②由題圖可知，升高溫度Cl?濃度降低，則升高溫度平衡向正反應方向移動，所以該反應的ΔH>0。③根據三段式法，A點平衡時有： 　　　　　　　[Co(H2O)6]2＋＋4Cl?[CoCl4]2?＋6H2O 起始/(molL?1) 0.25 6.5 0 轉化/(molL?1) 0.125 0.5 0.125 平衡/(molL?1) 0.125 6 0.125 因此T1℃時該反應的平衡常數(shù)為≈7.7210?4。(5)原電池中陽離子向正極(乙池)移動；甲池中Cd失電子生成Cd2＋，乙池中Co2＋得電子生成Co，所以甲池中盛放的是CdCl2溶液，乙池中盛放的是CoCl2溶液。 【答案】(1)6　化學變化 (2) 雨天時溫度相對較低，濕度大，平衡向左移動，主要為CoCl26H2O，故呈粉紅色 (3) 減壓烘干、常溫下晾干、常溫下鼓風吹干等(任寫兩種，合理即可)　 (4) ①>?、??、?.7210?4 (5) 正極(乙池)　CdCl2 2．鋅元素是重要的金屬元素，鋅及其化合物在生活、生產中有廣泛應用，回答下列問題： (1)ZnO和Al2O3的化學性質相似，寫出ZnO和NaOH溶液反應的離子方程式：_______________________ ___________。 (2)閃鋅礦(主要成分為ZnS)、軟錳礦(主要成分為MnO2)與硫酸共熱時可以析出單質硫，該反應的化學方程式為_________________________________________________。 (3)火法煉鋅時在鼓風爐中加熱到1100～1300℃，發(fā)生反應Ⅰ：ZnO(s)＋CO(g)Zn(g)＋CO2(g) ΔH＝＋198kJmol－1。 ①該反應的平衡常數(shù)表達式K＝________。 ②溫度為T1時，反應Ⅰ的平衡常數(shù)為K1，則同溫下反應Ⅱ：ZnO(s)＋CO(g)Zn(g)＋CO2(g)的平衡常數(shù)K2＝________(用K1表示)。 ③某溫度時反應Ⅰ的平衡常數(shù)K＝1.0，起始時在容積固定的密閉鼓風爐中通入0.11molL?1 CO(ZnO足量)，達到平衡時，CO的濃度為________。 (4)粗銅電解精煉的廢電解液中常含有Zn2＋、Pb2＋，向廢電解液中加入Na2S溶液，當有PbS和ZnS沉淀時，＝____。[已知：Ksp(PbS)＝3.410?28，Ksp(ZnS)＝1.610?24] (5)利用電化學還原CO2制取ZnC2O4的示意圖如圖所示，電解液不參與反應。則Pb電極的電極反應為_______________________________，當通入標準狀況下11.2L CO2時，轉移電子數(shù)為________。 【解析】(1)由Al2O3與NaOH溶液的反應可以類推ZnO與NaOH溶液的反應，離子方程式為ZnO＋2OH?===ZnO＋H2O。題給反應中析出單質硫，說明ZnS被氧化為S，則MnO2被還原為Mn2＋，根據得失電子守恒、原子守恒配平化學方程式。①反應Ⅰ的平衡常數(shù)表達式K＝。②反應Ⅱ的平衡常數(shù)K2＝＝。③設平衡建立過程中CO的轉化濃度為x molL?1，則平衡時CO的濃度為(0.11－x)molL?1，Zn(g)、CO2的濃度均為x molL?1，則＝1.0，解得x＝0.1，則平衡時CO的濃度為(0.11－0.1)molL?1＝0.01 molL?1。＝＝＝104。(5)電解法制備ZnC2O4，CO2在陰極上發(fā)生還原反應轉化為C2O，電極反應式為2CO2＋2e?===C2O。根據2CO2＋2e?===C2O可知通入標準狀況下11.2L CO2時，轉移0.5mol電子。 【答案】(1)ZnO＋2OH?===ZnO＋H2O (2) MnO2＋ZnS＋2H2SO4MnSO4＋ZnSO4＋S↓＋2H2O (3) ①②③0.01molL?1 (4) 104 (5) 2CO2＋2e?===C2O 0.5NA(或3.011023) 3．C、N、S的氧化物常會造成一些環(huán)境問題，科研工作者正在研究用各種化學方法來消除這些物質對環(huán)境的影響。 （1）目前工業(yè)上有一種方法是用CO和H2在230℃，催化劑條件下轉化生成甲醇蒸汽和水蒸氣。圖一表示恒壓容器中0.5molCO2和1.5molH2轉化率達80％時的能量變化示意圖。寫出該反應的熱化學方程式__________________________________________。 （2）“亞硫酸鹽法”吸收煙氣中的SO2。室溫條件下，將煙氣通入（NH4)2SO3溶液中，測得溶液pH與含硫組分物質的量分數(shù)的變化關系如圖二所示。 請寫出a點時n(HSO)∶n(H2SO3)=_____，b點時溶液pH=7，則n(NH)∶n(HSO)=_____。 （3）催化氧化法去除NO，一定條件下，用NH3消除NO污染，其反應原理為4NH3+6NO5N2+ 6H2O。不同溫度條件下，n(NH3)∶n(NO)的物質的量之比分別為4∶l、3∶l、1∶3時，得到NO脫除率曲線如圖三所示： ①請寫出N2的電子式________。 ②曲線c對應NH3與NO的物質的量之比是______。 ③曲線a中NO的起始濃度為610?4mg/m3，從A點到B點經過0.8s，該時間段內NO的脫除速率為_____mg/(m3s)。 （4）間接電化學法可除NO。其原理如圖四所示，寫出電解池陰極的電極反應式（陰極室溶液呈酸性，加入HSO，出來S2O）:____________________________________。 【解析】（1）根據圖一，恒壓容器中0.5molCO2和1.5molH2轉化率達80％時的能量變化，23kJ-3.4kJ=19.6kJ，?H=19.680%2=-49kJ/mol，該反應的熱化學方程式：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49kJ/mol，因此，本題正確答案是：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49kJ/mol；（2）(NH4)2SO3＋SO2＋H2O ===2NH4HSO3，由圖二可知：a點時HSO和H2SO3物質的量分數(shù)相等，所以n(HSO)：n(H2SO3)=1：1，b點時溶液的pH=7，根據電荷守恒可知n(NH)= n(HSO)+2n(SO)，又根據圖象曲線可知：n(SO)= n(HSO)，則n(NH)=3n(HSO)，所以n(NH)∶n(HSO)=3∶1；因此，本題正確答案是：1∶1；3∶1；（3）①N2的電子式：；②n(NH3)∶n(NO)的物質的量之比分別為4∶l、3∶l、1∶3時，NO的含量越來越大，去除率越來越低，曲線c對應NH3與NO的物質的量之比是1∶3，其NO的去除率最低；③曲線a中NO的起始濃度為610-4mg/m3，從A點到B點經過0.8s，該時間段內NO的脫除速率為610-4mg/m3(0.75-0.55)0.8s=1.510-4mg/(m3s)。因此，本題正確答案是：；1∶3；1.510-4；（4）電解池陰極發(fā)生還原反應，硫元素化合價降低，由于陰極室溶液呈酸性，所以電極反應式為：2HSO+2e?+2H+===S2O+2H2O。因此，本題正確答案是：2HSO+2e?+2H+===S2O+2H2O。 【答案】（1）CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49kJ/mol （2）1∶13∶1 （3） 1∶3 1.510?4 （4）2HSO+2e?+2H+===S2O+2H2O 4．A、B、C、D、E五種短周期元素，原子序數(shù)依次增大，A、E同主族，A元素的原子半徑最小，B元素原子的最外層電子數(shù)是內層電子數(shù)的2倍，C元素的最高價氧化物對應的水化物X與其氫化物反應生成一種鹽Y，A、B、C、E四種元素都能與D元素形成原子個數(shù)比不相同的常見化合物，E2D2可用于呼吸面具或潛水艇中氧氣的來源。請根據以上信息回答下列問題： (1)BD2的電子式為________。 (2)EAB2D4水溶液顯酸性的原因是________。 (3)將等濃度等體積的EABD3溶液和E2BD3溶液混合，所得混合溶液中各離子的離子濃度由大到小的順序為____。 (4)A、B、D、E四種元素組成的某無機化合物，受熱易分解。寫出該化合物的溶液與足量的Ba(OH)2溶液反應的離子方程式______。 (5)常溫下，測得X和Y的水溶液的pH均為5，則兩種水溶液中由水電離出的H+濃度之比是____。 (6)在一個裝有可移動活塞的密閉容器中進行如下可逆反應：C2(g)+3A2(g)2CA3(g)ΔH=－92.4 kJ/mol。反應達到平衡后，測得容器中各物質的物質的量分別為C2：0.5mol、A2：0.2mol、CA3：0.2mol，此時容器體積為1.0 L。如果保持溫度和壓強不變，向上述平衡體系中加入0.18molC2，平衡將____移動（填“正向”、“逆向”或“不”）。 【解析】根據以上分析可知A為H，B為C，C為N，D為O，E為Na，X為硝酸、Y為硝酸銨，則。（1）二氧化碳是含有共價鍵的共價化合物，則CO2的電子式為。（2）EAB2D4是NaHC2O4，H2C2O4是二元弱酸，HC2O既能電離又能水解，由于HC2O的電離程度大于其水解程度，溶液中c(H+)＞c(OH?)，所以溶液顯酸性。（3）EABD3和E2BD3分別是碳酸氫鈉和碳酸鈉，等濃度的NaHCO3和Na2CO3混合溶液中，由于CO的水解程度大于HCO的水解程度，溶液顯堿性，所以溶液中各離子的離子濃度由大到小的順序為c(Na+)＞c(HCO)＞c(CO)＞c(OH?)＞c(H+)。（4）H、C、O、Na四種元素組成的某無機化合物，受熱易分解，則該物質為碳酸氫鈉。碳酸氫鈉溶液與足量的Ba(OH)2溶液反應生成碳酸鋇、氫氧化鈉和水，反應的離子方程式為Ba2++HCO+OH?===BaCO3↓+H2O。（5）常溫下，測得硝酸和硝酸銨的水溶液的pH均為5，硝酸抑制水的電離而硝酸銨水解促進水的電離，則硝酸中水電離的H+濃度等于c(OH?)＝10?9mol/L，硝酸銨中水電離的H+濃度等于c(H+)＝10?5mol/L，所以兩種水溶液中由水電離出的H+濃度之比是10?4∶1或1∶104。（6）在一個裝有可移動活塞的密閉容器中進行如下可逆反應：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=－92.4kJmo1?1。反應達到平衡后，測得容器中各物質的物質的量分別為N2是0.5mol、H2是0.2mol、NH3是0.2 mol，氣體的總物質的量為0.9mol，此時容器體積為1.0 L，則平衡常數(shù)K＝0.220.50.23=10。如果保持溫度和壓強不變，向上述平衡體系中加入0.18mol N2，若平衡不移動，則氣體的總物質的量變?yōu)椋?.9mol+0.18mol）＝1.08mol，容器的體積變?yōu)?.08mol0.9mol1.0L=1.2L，此時濃度熵Qc＝(0.21.2)20.681.2(0.21.2)3≈10.59＞10，所以平衡將逆向移動。 【答案】（1） （2） HC2O的電離程度大于其水解程度，溶液中c(H+)＞c(OH?)，溶液顯酸性 （3） c(Na+)＞c(HCO)＞c(CO)＞c(OH?)＞c(H+) （4） Ba2++HCO+OH?===BaCO3↓+H2O （5） 10?4∶1或1∶104 （6） 逆向 5．羰基硫（COS）廣泛存在于以煤為原料的各種化工原料氣中，能引起催化劑中毒、化學產品質量下降和大氣污染。 （1）羰基硫的結構與二氧化碳相似，電子式為_________，硫原子的結構示意圖__________。 （2）羰基硫的氫解和水解反應是兩種常用的脫硫方法： 氫解反應：COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g) ΔH1＝+7kJ/mol 水解反應：COS(g)+H2O(g)H2S(g)+CO2(g) ΔH2=－34kJ/mol 已知：2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH=－484kJ/mol 表示CO燃燒熱的熱化學方程式為________。 （3）氫解反應平衡后保持溫度和壓強不變通入適量的He，則正反應速率___________，COS的轉化率_______（填“增大”、“減小”或“不變”）。 （4）若在絕熱、恒容的密閉體系中，投入一定量COS(g)和H2(g)，發(fā)生氫解反應，下列示意圖能說明t1時刻反應達到平衡狀態(tài)的是______（填字母序號）。（下圖中υ正、K、n、m分別表示正反應速率、平衡常數(shù)、物質的量和質量） （5）某溫度下，在體積為2L密閉的容器中通入2molCOS(g)和4molH2O(g)發(fā)生上述水解反應，5min后達到平衡，測得COS(g)的轉化率是75%，回答下列問題： ①v(H2S)＝________mol/(Lmin) ②該溫度下平衡常數(shù)K＝__________ 【解析】(1)羰基硫的結構與二氧化碳相似，二氧化碳的電子式為：，所以羰基硫的電子式為：，硫是16號元素，硫原子的結構示意圖為：，故答案為：；；(2)已知：①COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g) ΔH1＝+7kJ/mol，② COS(g)+H2O(g)H2S(g)+CO2(g) ΔH2=－34kJ/mol，③2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=－484kJ/mol，根據蓋斯定律，②+③2－①得：CO(g)+1/2O2(g)===CO2(g) ΔH=-283kJ/mol，故答案為：CO(g)+1/2O2(g)===CO2(g) ΔH=-283kJ/mol；(3)氫解反應COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g)為反應前后氣體分子數(shù)不變的可逆反應，平衡后保持溫度和壓強不變通入適量的He，容器體積增大，相當于減小壓強，則正反應速率減小，因平衡不移動，所以COS的轉化率不變，故答案為：減??；不變；(4)a. t1時刻正反應速率仍然在變化，說明沒有達到平衡狀態(tài)，故a錯誤；b. 在絕熱、恒容的密閉體系中發(fā)生氫解反應，t1時刻平衡常數(shù)不再變化，說明反應體系的溫度不再變化，反應達到了平衡狀態(tài)，故b正確；c. t1時刻氫氣和硫化氫的物質的量相等，t1時刻之后二者的物質的量還在變化，說明反應沒有達到平衡狀態(tài)，故c錯誤；d. t1時刻COS的質量不再變化，說明反應達到了平衡狀態(tài)，故d正確；答案選：bd；(5)①某溫度下，在體積為2L密閉的容器中通入2molCOS(g)和4molH2O(g)發(fā)生上述水解反應，5min后達到平衡，測得COS(g)的轉化率是75%，由反應方程式COS(g)+H2O(g)H2S(g)+CO2(g)可知，達到平衡時生成H2S的物質的量為：n(H2S)=2mol75%=1.5mol，則用H2S表示的反應速率為：v(H2S)＝1.5mol2L5min=0.15mol(Lmin)?1，故答案為：0.15；②根據平衡三段式法有：COS(g)+H2O(g)H2S(g)+CO2(g) 起始濃度(mol/L)： 1 2 0 0 轉化濃度(mol/L)：0.75 0.75 0.75 0.75 平衡濃度(mol/L)：0.25 1.25 0.75 0.75 則該溫度下平衡常數(shù)K＝0.750.750.251.25=1.8，故答案為：1.8。 【答案】（1） （2） CO(g)+1/2O2(g)===CO2(g) ΔH=-283kJ/mol （3） 減小不變 （4） bd （5） 0.15 1.8