化学反应原理的综合应用.docx
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化学反应原理的综合应用
大题题型专攻一
化学反应原理的综合应用
[题型简介]
化学反应原理综合应用主要把热化学、电化学、反应速率、各类平衡融合在一起进行拼盘式命题。
有时涉及图像、图表形式。
近三年全国课标卷试题涉及的热考点有：
①根据盖斯定律书写热化学方程式和反应热（ΔH）的计算；②反应速率计算及判断；③平衡常数及转化率计算；④平衡移动影响因素；⑤电极反应式书写；⑥溶液中四大常数的计算及应用；⑦中和滴定的拓展应用等。
设问较多，考查的点也较多，导致思维难点大，转换角度多，对能力要求较高。
1．热化学方程式的书写或反应热计算
首先根据要求书写目标热化学方程式的反应物、产物并配平，其次在反应物和产物的后面括号内注明其状态，再次将目标热化学方程式与已有的热化学方程式比对（主要是反应物和产物的位置、化学计量数），最后根据盖斯定律进行适当运算得出目标热化学方程式的反应热ΔH，空一格写在热化学方程式右边即可。
2．电解池或原电池反应方程式的书写或电极反应式书写
读懂题意尤其是相关示意图，分析电解池的阴极室和阳极室存在的阳离子、阴离子及其放电顺序，必要时根据题目要求还要考虑分子是否会放电。
首先写出阴（阳）极室发生还原（氧化）反应的反应物和产物离子（分子），分析其化合价变化，标出其得失电子的情况，然后根据电荷守恒在左边或右边配上其他离子，最后根据质量守恒配上其他物质。
3．化学反应速率的影响因素的实验探究
影响化学反应速率的探究实验中，控制变量是关键。
4．化学平衡常数及平衡转化率的计算
平衡常数的计算可用三段法即找出浓度可变的反应物、产物在起始时、转化时、平衡时的浓度，然后代入平衡常数表达式（平衡时生成物浓度化学计量数次幂的乘积与反应物浓度化学计量数次幂乘积的比值）进行计算。
5．酸碱中和滴定的扩展应用
（1）酸碱中和滴定（氧化还原滴定、沉淀滴定）包括溶液配制和滴定两个阶段，所用玻璃仪器分别是：
烧杯、玻璃棒、一定容量的容量瓶、胶头滴管；酸（碱）式滴定管、锥形瓶、烧杯。
其中只有酸（碱）式滴定管需要润洗。
（2）定量实验为减小实验误差均要进行平行实验（重复滴定2～3次），必要时为防止环境对滴定造成误差，还需进行空白实验（不加待测物质进行滴定）。
（3）误差讨论应围绕待测物质含量的计算公式进行，分成操作造成的误差和样品本身的原因两方面。
6．Ksp的计算和应用
有关Ksp的计算往往与pH的计算结合起来，要注意pH与c（OH－）浓度关系的转换，难溶电解质的悬浊液即为其沉淀溶解平衡状态，满足相应的Ksp。
7．综合计算
进行混合物计算时，一般可设混合物各成分的物质的量，然后根据质量守恒、电子守恒或电荷守恒列方程组求解，再转换成所求的物理量即可。
化学式的确定一般分成三步：
确定微粒种类、计算各微粒的物质的量、求比值确定化学式。
（14分）（2018·武汉模拟）治理SO2、CO、NOx污染是化学工作者研究的重要课题。
Ⅰ.硫酸厂大量排放含SO2的尾气会对环境造成严重危害。
图甲
（1）工业上可利用废碱液（主要成分为Na2CO3）处理硫酸厂尾气中的SO2，得到Na2SO3溶液，该反应的离子方程式为____________。
Ⅱ.沥青混凝土可作为反应2CO（g）＋O2（g）
2CO2（g）的催化剂。
图甲表示在相同的恒容密闭容器、相同起始浓度、相同反应时间段下，使用同质量的不同沥青混凝土（α型、β型）催化时，CO的转化率与温度的关系。
（2）a、b、c、d四点时，达到平衡状态的是________。
（3）已知c点时容器中O2浓度为0.02mol·L－1，则50℃时，在α型沥青混凝土催化下CO转化反应的平衡常数K＝________（用含x的代数式表示）。
（4）下列关于图甲的说法正确的是________。
A．CO转化反应的平衡常数K（a）＜K（c）
B．在均未达到平衡状态时，同温下β型沥青混凝土催化下CO转化速率比α型要大
C．b点时CO与O2分子之间发生有效碰撞的概率在整个实验过程中最高
D．e点转化率出现突变的原因可能是温度升高后催化剂失去活性
Ⅲ.某含钴催化剂可以催化消除柴油车尾气中的碳烟（C）和NOx。
不同温度下，将模拟尾气（成分如表所示）以相同的流速通过该催化剂，测得所有产物（CO2、N2、N2O）与NO的相关数据结果如图乙所示。
模拟尾气
气体（10mol）
碳烟
NO
O2
He
物质的量/mol
0.025
0.5
9.475
n
图乙
（5）375℃时，测得排出的气体中含0.45molO2和0.052molCO2，则Y的化学式为________。
（6）实验过程中采用NO模拟NOx，而不采用NO2的原因是____________。
[命题立意]
设问
知识落点
核心素养
（1）
书写离子方程式
宏观辨识与微观探析
（2）
判断平衡状态
变化观念与平衡思想
（3）
利用某物质c平，计算K
证据推理与模型认识
（4）
根据图像①判断不同温度时平衡常数大小②转化率大小判断③有效碰撞与温度关系④催化剂的使用温度要求及温度对催化的影响
（5）
计算物质的组成
（6）
NO2与N2O4可以相互转化
宏观辨识与社会责任
【解答指导】
（2）温度低反应慢⇒低温时达到的状态为非平衡状态，转化率低。
（3） 2CO（g） ＋ O2（g）
2CO2（g）
起始 amol/L Bmol/L 0
转化 axmol/L axmol/L
平衡 （a－ax）mol/L 0.02mol/L axmol/L
K＝＝＝。
（4）①由图甲⇒升温，平衡转化率减小⇒ΔH＜0⇒K（a）＞K（c）（温度c点温度高）。
②反应温度越高，反应速率最快，有效碰撞概率越高。
③温度当达到一定程度，催化剂的活性有可能减弱。
（5）根据氧原子守恒⇒n（N2O）＝（0.5－0.45）×2＋0.025×（8%＋16%）－0.052×2＝0.002（mol）
⇒根据N守恒可知n（N2）＝＝0.001（mol）
⇒转化为N2的NO转化率为×100%＝8%⇒Y为N2。
【解析】
（1）用Na2CO3溶液处理硫酸厂尾气中的SO2，生成Na2SO3和CO2，故离子方程式为：
CO＋SO2===SO＋CO2。
（2）根据题图甲，升高温度，CO的转化率均先增大后减小，说明该可逆反应正反应为放热反应，因此达到平衡状态的是b、c、d。
（3）c点反应达到平衡，容器中c（O2）＝0.02mol·L－1，CO的转化率为x，由于生成的c（CO2）等于转化的c（CO），故平衡时＝，则平衡常数K＝＝×＝（）2×＝。
（4）该反应是放热反应，升高温度，平衡常数减小，故A项错误；根据图示，未达平衡时，同温下β型沥青混凝土催化下CO的转化率比α型大，转化速率快，B项正确；b点时，反应达到限度，但CO与O2分子之间发生有效碰撞的概率并不是最高的，C项错误；e点转化率出现突变的原因可能是催化剂活性降低，转化率降低，D项正确。
（5）375℃时，生成X和Y的NO的物质的量为0.025mol×（8%＋16%）＝0.006mol，排出的气体中O2为0.45mol，则实际参与反应的O2为0.5－0.45＝0.05（mol），同时排出0.052molCO2，根据氧元素守恒，可知N2O的物质的量为：
0.05×2＋0.006－0.052×2＝0.002（mol），根据氮元素守恒，可知N2的物质的量为＝0.001（mol），故Y为N2。
（6）二氧化氮与四氧化二氮之间存在平衡2NO2
N2O4，无纯的二氧化氮，会导致一定的分析误差，故采用NO模拟NOx。
【答案与评分标准】
（1）CO＋SO2===SO＋CO2
（2）bcd （3）50x2/（1－x）2 （4）BD （5）N2 （6）存在反应2NO2
N2O4，会导致一定的分析误差
[题后升华]
1．审题——快速浏览，找出材料内容或新情景
（1）阅读题目背景材料、找出可能考查的化学反应原理。
（2）解读情景或材料，挖掘相应的知识内涵。
（3）明确知识考查背景，以及考查哪方面的化学反应原理。
2．析题——仔细审读，关注有效信息
（1）对于化学反应速率和化学平衡图像类试题：
明确纵横坐标的含义→理解起点、终点、拐点的意义→分析曲线的变化趋势。
（2）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。
①对于反应热类的试题，找出已知反应方程式和目标反应方程式间的关系；运用盖斯定律计算目标反应的焓变。
②对于电化学类试题：
③对于电解质溶液类试题：
明确溶液中的物质类型及其可能存在的平衡类型，然后进行解答。
3．答题——认真细致，规范正确答题
（1）规范化学反应原理的语言描述。
（2）注意问题表达（因果、对比）、注意书写规范。
（3）明确答题要求，避免答非所问。
1．（2018·惠州市高三一模）二甲醚又称甲醚，熔点－141.5℃，沸点－24.9℃，与石油液化气相似，被誉为“21世纪的清洁燃料”。
制备原理如下：
Ⅰ.由天然气催化制备二甲醚：
①2CH4（g）＋O2（g）
CH3OCH3（g）＋H2O（g）
ΔH1＝－283.6kJ·mol－1
Ⅱ.由合成气制备二甲醚：
②CO（g）＋2H2（g）
CH3OH（g）
ΔH2＝－90.7kJ·mol－1
③2CH3OH（g）
CH3OCH3（g）＋H2O（g） ΔH3
（1）反应③中相关的化学键键能数据如表：
化学键
C—O
H—O（水）
H—O（醇）
C—H
E/（kJ·mol－1）
343
465
453
413
则ΔH3＝________kJ·mol－1。
（2）以二甲醚为燃料，以KOH溶液为电解质溶液设计燃料电池，则电池的负极反应式为________。
（3）原理Ⅰ中，在体积固定的密闭容器中，将气体按n（CH4）∶n（O2）＝2∶1混合，能正确反映反应①平衡时CH4的体积分数随温度变化的曲线是________。
（4）有人模拟原理Ⅱ，500K时，在2L的密闭容器中充入2molCO和6molH2，平衡时CO的转化率为80%，c（CH3OCH3）＝0.3mol·L－1，反应③的平衡常数K3＝________。
在500K时，若容器中n（CH3OH）＝n（CH3OCH3），某同学通过计算，得浓度商Qc的值小于K3，则此时反应③中v（正）________（填“大于”或“小于”）v（逆）。
（5）原理Ⅱ中，为提高二甲醚的产率，可以采取的一种措施是________________________。
【解析】
（1）根据ΔH＝反应物总键能－生成物总键能，故ΔH3＝（413×6＋453×2＋343×2）kJ·mol－1－（413×6＋343×2＋465×2）kJ·mol－1＝－24kJ·mol－1。
（2）在碱性溶液中，二甲醚在负极反应生成CO和H2O，电极反应式为CH3OCH3－12e－＋16OH－===2CO＋11H2O。
（3）反应①为放热反应，随温度升高，平衡逆向移动，CH4的体积分数增大，曲线b符合题意。
（4）根据消耗CO的物质的量为2mol×80%＝1.6mol，知反应②生成CH3OH1.6mol，平衡时c（CH3OCH3）＝0.3mol·L－1，则生成的c（H2O）＝0.3mol·L－1，n（CH3OCH3）＝0.6mol，故平衡时n（CH3OH）＝1.6mol－0.6mol×2＝0.4mol，c（CH3OH）＝0.2mol·L－1，K3＝＝＝2.25。
Qc小于K3，说明反应正向进行，则v（正）＞v（逆）。
（5）反应②为气体分子数减小的反应，反应③为气体分子数不变的反应，故增大压强，可以促使平衡正向移动，二甲醚的产率提高；反应②和反应③均是放热反应，降低温度，平衡正向移动，二甲醚的产率提高；移走二甲醚也可使平衡正向移动，从而使二甲醚的产率提高。
【答案】
（1）－24
（2）CH3OCH3－12e－＋16OH－===2CO＋11H2O
（3）b （4）2.25 大于
（5）增大压强（或降低温度或移走二甲醚等）
2．（2018·湖北部分学校联考）近年来由于温室效应和资源短缺等问题，关于CO2和碳酸盐应用的研究受到人们的重视。
（1）以CO2与NH3为原料可合成化肥尿素[CO（NH2）2]。
已知：
2NH3（g）＋CO2（g）===NH2CO2NH4（s）
ΔH＝－159.47kJ·mol－1
NH2CO2NH4（s）===CO（NH2）2（s）＋H2O（g）
ΔH＝＋116.49kJ·mol－1
H2O（l）===H2O（g） ΔH＝＋44.0kJ·mol－1
试写出NH3和CO2合成尿素和液态水的热化学方程式：
_________________________________________________________。
（2）已知：
CO（g）＋H2O（g）
H2（g）＋CO2（g） ΔH＝－41.2kJ·mol－1,850℃时在一体积为10L的恒容密闭容器中，通入一定量的CO和H2O，CO和H2O的浓度变化如图所示：
下列说法正确的是________（填序号）。
A．达到平衡时，氢气的物质的量是0.12mol
B．达到平衡时，反应体系最终会放出49.44kJ热量
C．4min内CO2的反应速率为0.003mol·L－1·min－1
D．第8min时，若充入氦气，不会导致v正（CO）＜v逆（H2O）
（3）850℃时，若在容积为2L的密闭容器中同时充入1.0molCO、3.0molH2O、amolCO2和bmolH2。
若达到平衡时各组分的体积分数都与
（2）中平衡时各组分的体积分数相同，则a＝________，b＝________。
（4）利用人工光合作用可将CO2转化为甲酸，反应原理为2CO2＋2H2O===2HCOOH＋O2，装置如图所示：
①电极2的电极反应式是______________________________________。
②在标准状况下，当产生22.4LO2时，理论上电极1室液体质量变化________g。
【解析】
（1）将题给的三个热化学方程式依次编号为i、ii、iii，根据盖斯定律，由i＋ii－iii可得：
2NH3（g）＋CO2（g）===CO（NH2）2（s）＋H2O（l） ΔH＝－159.47kJ·mol－1＋116.49kJ·mol－1－44.0kJ·mol－1＝－86.98kJ·mol－1。
（2）达到平衡时CO、H2O的浓度均转化了0.12mol·L－1，则平衡时H2的浓度为0.12mol·L－1，其物质的量为0.12mol·L－1×10L＝1.2mol，A项错误；达到平衡时CO、H2O转化的物质的量均为0.12mol·L－1×10L＝1.2mol，则反应体系放出的热量为41.2kJ·mol－1×1.2mol＝49.44kJ，B项正确；4min内v（CO2）＝＝0.03mol·L－1·min－1，C项错误；第8min时，恒温恒容通入惰气（He），对反应速率不影响，D项正确。
（3）对于等体反应，起始配比相同，平衡时等效。
即（1＋a）∶（3＋b）＝2∶3且a＝b，可得a＝b＝3。
（4）①根据电子移动方向可知电极1为负极，电极2为正极，正极上CO2得电子，并和H＋结合生成HCOOH，其电极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH。
②电极1上发生的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，当产生22.4L（标准状况下）O2即生成1molO2时，生成的4molH＋移向正极，负极消耗2molH2O，其质量为36g。
故理论上电极1室液体的质量变化为36g。
【答案】
（1）2NH3（g）＋CO2（g）===CO（NH2）2（s）＋H2O（l） ΔH＝－86.98kJ·mol－1
（2）BD （3）3 3
（4）①CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH ②36
3．（2018·清华中学一模）运用化学反应原理分析解答以下问题。
（1）已知：
①CO（g）＋2H2（g）
CH3OH（g）
ΔH1＝－91kJ·mol－1
②2CH3OH（g）
CH3OCH3（g）＋H2O（g）
ΔH2＝－24kJ·mol－1
③CO（g）＋H2O（g）
CO2（g）＋H2（g）
ΔH3＝－41kJ·mol－1
且三个反应的平衡常数依次为K1、K2、K3
则反应3CO（g）＋3H2（g）
CH3OCH3（g）＋CO2（g） ΔH＝________，平衡常数K＝________（用含K1、K2、K3的代数式表示）。
（2）一定条件下，若将体积比为1∶2的CO和H2气体通入体积一定的密闭容器中发生反应：
3CO（g）＋3H2（g）
CH3OCH3（g）＋CO2（g），下列能说明反应达到平衡状态的是________。
a．体系压强保持不变
b．混合气体密度保持不变
c．CO和H2的物质的量保持不变
d．CO的消耗速率等于CO2的生成速率
（3）氨气溶于水得到氨水。
在25℃下，将xmol·L－1的氨水与ymol·L－1的盐酸等体积混合，反应后溶液显中性，则c（NH）________（填“＞”“＜”或“＝”）c（Cl－）；用含x和y的代数式表示出NH3·H2O的电离平衡常数________。
（4）科学家发明了使NH3直接用于燃料电池的方法，其装置用铂黑作电极，并将电极插入到电解质溶液中，一个电极通入空气，另一电极通入NH3。
电池发生反应的化学方程式为4NH3＋3O2===2N2＋6H2O，电解质溶液应显________（填“酸性”“中性”或“碱性”），写出负极的电极反应式：
___________________
_________________________________________________________。
【解析】
（1）根据盖斯定律，由①×2＋②＋③，可得3CO（g）＋3H2（g）
CH3OCH3（g）＋CO2（g） ΔH＝2ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝（－91kJ·mol－1）×2－24kJ·mol－1－41kJ·mol－1＝－247kJ·mol－1。
该反应的平衡常数K＝K·K2·K3。
（2）该反应前后气体分子数不相等，则体系压强保持不变可以说明反应达到平衡状态，a项正确；反应体系中全为气体，气体质量始终不变，而容器容积恒定，则混合气体密度始终保持不变，b项错误；CO和H2的物质的量保持不变，可以说明反应达到平衡状态，c项正确；CO的消耗速率与CO2的生成速率均为正反应速率，且二者不可能相等，d项错误。
（3）反应后溶液显中性，则c（H＋）＝c（OH－），根据电荷守恒有：
c（H＋）＋c（NH）＝c（OH－）＋c（Cl－），故c（NH）＝c（Cl－）。
两溶液等体积混合，所得溶液中c（NH）＝c（Cl－）＝mol·L－1，根据物料守恒有：
c（NH）＋c（NH3·H2O）＝mol·L－1，则c（NH3·H2O）＝mol·L－1，故NH3·H2O的电离平衡常数Kb＝＝＝。
（4）根据电池总反应，可知NH3在负极上转化为N2，发生氧化反应，负极的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O。
【答案】
（1）－247kJ·mol－1 K·K2·K3
（2）ac
（3）＝ Kb＝
（4）碱性 2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O
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