2021版高考化学一轮复习核心素养微专题9化学反应原理综合题解题策略练习含解析新人教版 11页

化学反应原理综合题解题策略 ‎1.审题步骤 ‎(1)步骤1：浏览全题，明确已知和所求，挖掘解题切入点。‎ ‎(2)步骤2：①对于化学反应速率和化学平衡图象类试题，读懂图象，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。‎ ‎③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。‎ ‎④对于电解质溶液类试题，要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)步骤3：针对题目中所设计的问题，联系相关理论进行逐个作答。‎ ‎2.答题技巧 ‎(1)化学平衡的计算解题思维路径 ‎(2)化学平衡常数解题思维路径 ‎(3)热化学方程式的书写或反应热计算：盖斯定律。‎ ‎(4)有关计算——紧扣含义、表达式：‎ 计算类型有：‎ ‎①速率②转化率③产率④平衡常数⑤平衡分压⑥电子转移⑦有关Ksp的计算。‎ ‎(5)影响化学反应速率的探究实验：控制变量是关键。 ‎ ‎(6)化学电源中电极反应式书写的思维模板：‎ ‎①明确直接产物：根据负极氧化、正极还原，明确两极的直接产物。‎ ‎②确定最终产物：根据介质环境和共存原则，找出参与的介质粒子，确定最终产物。‎ ‎③配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。‎ ‎(7)复杂电极反应式的书写：‎ - 11 -‎ ‎(8)可充电电池电极反应式的书写：充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应为放电时的正极反应的逆过程。‎ ‎(9)隔膜的作用：‎ ‎①能将两极区隔离阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应；‎ ‎②能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。‎ ‎3.答题模板 ‎【典例】‎2019年10月1日，中华人民共和国成立70周年阅兵中，由7个型号导弹方队组成的战略打击模块驶过天安门，东风-41导弹方队行进在地面受阅方队的最后。东风-41弹道导弹是中国研发的第四代战略导弹，也是最新的一代。导弹的推进剂分液体推进剂与固体推进剂，东风-41弹道导弹采用最新的固体推进剂。‎ ‎(1)液体推进剂主要含有液态肼(N2H4)。已知 ‎①N2(g)+2O2(g)2NO2(g)；‎ ΔH=+67.7 kJ· mol-1，‎ ‎②N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)；‎ ΔH=-534 kJ· mol-1，‎ 则肼与NO2完全反应的热化学方程式为_______________________。 ‎ ‎(2)无色气体N2O4是一种强氧化剂，为重要的火箭推进剂之一，N2O4与NO2转换的热化学方程式为N2O4(g)2NO2(g)　ΔH=+24.4 kJ· mol-1‎ - 11 -‎ ‎①将一定量N2O4投入固定容积的真空容器中，下述现象能说明反应达到平衡的是________。 ‎ a.v正(N2O4)=2v逆(NO2)‎ b.体系颜色不变 c.气体平均相对分子质量不变 d.气体密度不变 达到平衡后，保持体积不变升高温度，再次到达平衡时，则混合气体颜色________(填“变深”“变浅”或“不变”)，判断理由____________。 ‎ ‎②平衡常数K可用反应体系中气体物质分压表示，即K表达式中用平衡分压代替平衡浓度，分压=总压×物质的量分数(例如：p(NO2)=p总×x(NO2)。写出上述反应平衡常数Kp表达式________(用p总、各气体物质的量分数x表示)。 ‎ ‎③在一恒温恒容的容器中，发生反应N2O4(g)2NO2(g)，下列图象正确的是________。 ‎ ‎④上述反应中，正反应速率v正=k正·p(N2O4)，逆反应速率v逆=k逆·p2(NO2)，其中k正、k逆为速率常数，则Kp为________(以k正、k逆表示)。若将一定量N2O4投入真空容器中恒温恒压分解(温度298 K、压强100 kPa)，已知该条件下k正=4.8×104 s-1，当N2O4分解10%时，v正=________kPa·s-1。 ‎ ‎⑤真空密闭容器中放入一定量N2O4，维持总压强p0恒定，在温度为T时，平衡时N2O4分解百分率为a。保持温度不变，向密闭容器中充入等量N2O4，维持总压强在2p0条件下分解，则N2O4的平衡分解率的表达式为________。 ‎ ‎(3)一种以肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示。该燃料电池的电极材料采用多孔导电材料，以提高电极反应物在电极表面的吸附量，并使它们与电解质溶液充分接触，以空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质。‎ ‎①负极上发生的电极反应为 ____________________________； ‎ ‎②电池工作时产生的电流从________电极经过负载后流向________电极(填“左侧”或“右侧”)。  【审题流程】　明确目标套原理，应用基础准确答：‎ - 11 -‎ ‎【解析】(1)①N2(g)+2O2(g)2NO2(g)‎ ΔH1=+67.7 kJ· mol-1‎ ‎②N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)‎ ΔH2=-534 kJ· mol-1‎ 依据盖斯定律：②×2-①得到：2N2H4(g)+2NO2(g)3N2(g)+4H2O(g)‎ ΔH=-1 135.7 kJ· mol-1。‎ ‎(2)①a.应是2v正(N2O4)=v逆(NO2)时反应达到平衡状态，故a错误；b.体系颜色不变，说明二氧化氮浓度不变，反应到达平衡状态，故b正确；c.混合气体总质量不变，随反应进行混合气体总物质的量增大，平均相对分子质量减小，当气体平均相对分子质量不变时，反应到达平衡状态，故c正确；d.混合气体的总质量不变，容器的容积不变，气体密度始终不变，故d错误，正反应是吸热反应，其他条件不变，温度升高平衡正向移动，c(NO2)增加，颜色加深。‎ ‎②由题目信息可知，用某组分(B)的平衡压强(PB)表示平衡常数为生成物分压的系数次幂乘积与反应物分压系数次幂乘积的比，‎ N2O4(g)2NO2(g)的平衡常数Kp=‎ ‎=。‎ ‎③A.平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，图象不符合，故A错误；B.N2O4的物质的量越大，压强越大，正反应方向进行的程度越小，N2O4的转化率越小，图象符合，故B正确；C.NO2的物质的量越大，压强越大，逆反应方向进行的程度越大，则NO2的百分含量越小，图象不符合，故C错误；D.ΔH与反应方程式中化学计量数成正比，ΔH不随NO2的物质的量的变化而变化，故D错误。‎ ‎④平衡时正逆反应速率相等，由v正=k正·p(N2O4)，v逆=k逆·p2(NO2)，联立可得Kp=，当N2O4分解10%时，设投入的N2O4为1 mol，转化的N2O4为0.1 mol，则：‎ - 11 -‎ N2O4(g)2NO2(g)　物质的量增大Δn ‎1 2-1=1‎ ‎0.1 mol 0.1 mol 故此时p(N2O4)=×100 kPa=×100 kPa，‎ 则v正=4.8×104 s-1××100 kPa≈3.9×106 kPa·s-1。‎ ‎⑤在温度为T时，平衡时N2O4分解百分率为a，设投入的N2O4为1 mol，转化的N2O4为a mol，则：‎ ‎　　　　　　N2O4(g)2NO2(g)‎ 起始量(mol)： 1 0‎ 变化量(mol)： a 2a 平衡量(mol)： 1-a 2a 故w(N2O4)=，w(NO2)=，‎ 则平衡常数Kp===p0×‎ 保持温度不变，平衡常数不变，令N2O4的平衡分解率为y，则：‎ p0×=2p0×，解得y=。‎ ‎(3)①通入燃料的电极为负极，负极上燃料失电子发生氧化反应，电极反应式为N2H4+4OH--4e-N2+4H2O。②原电池工作时，电流由正极经导线流向负极，则由右侧流向左侧。‎ 答案：(1)2N2H4(g)+2NO2(g)3N2(g)+4H2O(g)　ΔH=-1 135.7 kJ· mol-1‎ - 11 -‎ ‎(2)①bc　变深　正反应是吸热反应，其他条件不变，温度升高平衡正向移动，c(NO2)增加，颜色加深 ‎②　③B ‎④　3.9×106　⑤‎ ‎(3)①N2H4+4OH--4e-N2+4H2O　②右侧　左侧 氮的氧化物是造成大气污染的主要物质，研究氮氧化物间的相互转化及脱除具有重要意义。‎ Ⅰ.氮氧化物间的相互转化 ‎(1)已知2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应历程分两步：‎ 第一步2NO(g)N2O2(g)(快速平衡)‎ 第二步N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)(慢反应)‎ ‎①用O2表示的速率方程为v(O2)=k1c2(NO)·c(O2)；NO2表示的速率方程为v(NO2)=k2c2(NO)·c(O2)，k1与k2分别表示速率常数，则=________。 ‎ ‎②下列关于反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的说法正确的是________(填序号)。 ‎ A.增大压强，反应速率常数一定增大 B.第一步反应的活化能小于第二步反应的活化能 C.反应的总活化能等于第一步和第二步反应的活化能之和 ‎(2)2NO2(g)N2O4(g)(ΔH<0)，用分压表示的平衡常数Kp与1/T(T为温度)的关系如图。‎ ‎①能正确表示lgKp与1/T关系的曲线是________(填“a”或“b”)。 ‎ ‎②298K时，在体积固定的密闭容器中充入一定量的NO2，平衡时NO2的分压为100 kPa。已知Kp=2.7×10-3 kPa-1，则NO2的转化率为________。 ‎ - 11 -‎ Ⅱ.烟气中氮氧化物的脱除 ‎(3)以NH3为还原剂在脱硝装置中消除烟气中的氮氧化物。‎ 主反应：4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)　ΔH1‎ 副反应：4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)　ΔH2=-1 267.1 kJ·mol-1‎ ‎4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)　ΔH3=-907.3 kJ·mol-1‎ ‎①ΔH1=________。 ‎ ‎②将烟气按一定的流速通过脱硝装置，测得出口NO的浓度与温度的关系如图，试分析脱硝的适宜温度是______(填序号)。温度超过1 000 ℃，NO浓度升高的原因是____________________________________。 ‎ a.<850 ℃　　b.900～1 000 ℃　　c.>1 050 ℃‎ ‎【解析】(1)①用O2表示的速率方程为v(O2)=k1c2(NO)·c(O2)、NO2表示的速率方程为v(NO2)=k2c2(NO)·c(O2)，2v(O2)=v(NO2)，所以==；②A项，反应速率常数只与温度有关，与压强大小无关，故错误；B项，反应越容易，反应物活化能越小，反应速率越快，第一步反应较快，说明反应物活化能较小，故正确；C项，反应的总活化能小于第一步和第二步反应的活化能之和，故错误。‎ ‎(2)①该反应的正反应是放热反应，升高温度平衡常数减小，则平衡常数的对数减小，图中横坐标数值越大，温度越低，化学平衡常数越大，其对数越大，所以a符合。‎ ‎②298K时，在体积固定的密闭容器中充入一定量的NO2，平衡时NO2的分压为 ‎100 kPa，Kp=2.7×10-3 kPa-1，则四氧化二氮的分压=2.7×10-3 kPa-1×(100 kPa)2=‎ ‎27 kPa，消耗的二氧化氮压强为54 kPa，则二氧化氮转化率=×100%=35%。‎ ‎(3)①i　4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)　ΔH1‎ - 11 -‎ ii　4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)　ΔH2=-1 267.1 kJ·mol-1‎ iii　 4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)　ΔH3=-907.3 kJ·mol-1‎ 将方程式2ii-iii得4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)　ΔH1=2×‎ ‎(-1 267.1 kJ·mol-1)-(-907.3 kJ·mol-1)=-1 626.9 kJ·mol-1。‎ ‎②氮氧化物残留浓度越低越好，根据图知，在900～1 000 ℃时氮氧化物浓度最低；温度超过1 000 ℃，氨气和氧气反应生成NO，导致NO浓度增大。‎ 答案：(1)①　②B　(2)①a　②35%‎ ‎(3)①-1 626.9 kJ·mol-1　②b　温度过高，NH3容易与氧气发生反应产生NO，使NO浓度升高(或反应温度过高副反应发生程度变大，产生更多的NO) ‎ ‎【加固训练】‎ ‎　　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 CC C—C E(kJ·mol-1)‎ 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 mol CH4，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1，测得10～15 min时H2的浓度为1.6 mol·L-1‎ ‎①0～10 min内CH4表示的反应速率为________mol·L-1·min-1)。 ‎ ‎②若图1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)的变化曲线，其中表示催化剂表面积较大的曲线是________(填“a”或“b”)。 ‎ - 11 -‎ ‎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“<”)；判断的理由是______   。‎ ‎(4)科研人员设计了甲烷燃料电池并用于电解。如图2所示，电解质是掺杂了Y2O3与ZrO2的固体，可在高温下传导O2-‎ ‎①C极的Pt为________极(选填“阳”或“阴”)。 ‎ ‎②该电池工作时负极反应方程式为____________________________________。‎ ‎③用该电池电解饱和食盐水，一段时间后收集到标准状况下气体总体积为 ‎112 mL，则阴极区所得溶液在25 ℃时pH=______________(假设电解前后NaCl溶液的体积均为500 mL)。 ‎ ‎【解析】(1)2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)　ΔH>0，反应为吸热反应，焓变为正值，反应焓变ΔH=反应物总键能-生成物总键能=(8b-c-4b-2a)kJ·mol-1=+(4b-c-2a) kJ·mol-1；‎ ‎(2)①T1温度时，向1 L的恒容反应器中充入2 mol CH4，仅发生上述反应，测得10～15 min时H2的浓度为1.6 mol·L-1，物质的量为1.6 mol，反应达到平衡状态，此时消耗甲烷物质的量1.6 mol，0～10 min内CH4表示的反应速率v===0.16 mol·L-1·min-1；‎ ‎②若图1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)的变化曲线，催化剂表面积越大反应速率越快，达到平衡所需时间越短，其中表示催化剂表面积较大的曲线是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，物质的量随时间变化减小，说明平衡正向进行，反应为气体体积增大的吸热反应，升高温度或减小压强，平衡正向进行，符合图象变化；‎ - 11 -‎ ‎(3)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，温度不变平衡常数不变，反应达到平衡状态时，正逆反应速率相同得到，T1温度时k正与k逆的比值=K，测得10～15 min时H2的浓度为1.6 mol·L-1，‎ ‎2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)‎ 起始量(mol·L-1) 2　 0　 0‎ 变化量(mol·L-1) 1.6　 0.8　 1.6‎ 平衡量(mol·L-1) 0.4　 0.8　 1.6‎ K==12.8，反应为吸热反应，升温平衡正向进行，正逆反应速率增大，正反应增大的倍数大于逆反应增大的倍数v(正)>v(逆)；‎ ‎(4)①甲烷燃料电池用于电解，通入甲烷的电极为原电池负极，通入氧气的电极为原电池的正极，D电极为阴极，C为阳极；‎ ‎②原电池负极电极反应是甲烷失电子生成二氧化碳，传导离子是O2-，该电池工作时负极反应方程式为 CH4-8e-+4O2-CO2+2H2O；‎ ‎③用该电池电解饱和食盐水，一段时间后收集到标准状况下气体总体积为 ‎112 mL，物质的量n==0.005 mol，为生成的氢气和氯气，‎ ‎　n(H2)=n(Cl2)=0.002 5 mol，结合电极反应计算，2H++2e-H2↑，溶液中氢离子浓度减少=增加的氢氧根离子浓度=×2=0.01 mol·L-1，结合离子积常数计算得到氢离子浓度=(mol·L-1)=10-12(mol·L-1)，计算溶液pH=12。‎ 答案：(1)+(4b-c-2a) kJ·mol-1‎ ‎(2)①0.16　②b　③升高温度或减小压强 ‎(3)12.8　>　温度升高，k正增大的倍数大于k逆 ‎(4)①阳　②CH4-8e-+4O2-CO2+2H2O - 11 -‎ ‎③12‎ - 11 -‎