山东专用2020届高考化学二轮复习题组38化学平衡与电解质溶液的综合题练习含解析 5页

题组38　化学平衡与电解质溶液的综合题 ‎1.含氮化合物在生产、生命活动中有重要的作用。回答下列问题:‎ ‎(1)已知:4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g) ΔH1=-a kJ/mol ‎4NH3(g)+6NO(g) 5N2(g)+6H2O(g) ΔH2=-b kJ/mol H2O(l) H2O(g)　ΔH3=+c kJ/mol 写出在298 K时,氨气燃烧生成N2的热化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)肌肉中的肌红蛋白(Mb)可与O2结合生成MbO2:‎ Mb(aq)+O2(g) MbO2(aq)‎ 其中k正和k逆分别表示正反应和逆反应的速率常数,即v正=k正·c(Mb)·p(O2),v逆=k逆·‎ c(MbO2)。37 ℃时测得肌红蛋白的结合度(α)与p(O2)的关系如下表[结合度(α)指已与O2结合的肌红蛋白占总肌红蛋白的百分比]:‎ p(O2)/kPa ‎0.50‎ ‎1.00‎ ‎2.00‎ ‎3.00‎ ‎4.00‎ ‎5.00‎ ‎6.00‎ α(MbO2)/%‎ ‎50.0‎ ‎67.0‎ ‎80.0‎ ‎85.0‎ ‎88.0‎ ‎90.3‎ ‎91.0‎ ‎①计算37 ℃、p(O2)为2.00 kPa时,上述反应的平衡常数K=　　　　。 ‎ ‎②导出平衡时肌红蛋白与O2的结合度(α)与O2的压强[p(O2)]之间的关系式α=　　　　(用含有k正、k逆的式子表示)。(3)构成肌红蛋白的甘氨酸(H2NCH2COOH)是一种两性物质,在溶液中以三种离子形式存在,其转化关系如下: ‎ H3N+CH2COOH H3N+CH2COO- H2NCH2COO-‎ 在甘氨酸溶液中加入酸或碱,三种离子的百分含量与lgc(H‎+‎)‎c(OH‎-‎)‎的关系如图1所示:‎ 图1‎ ‎①纯甘氨酸溶液呈　　　　性;当溶液呈中性时三种离子的浓度由大到小的顺序为　　　　‎ ‎　　　　　　　　　　。 ‎ - 5 -‎ ‎②向lgc(H‎+‎)‎c(OH‎-‎)‎=-8的溶液中加入过量HCl时,反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　‎ ‎　　　　。 ‎ ‎③用电位滴定法(图2)可测定某甘氨酸样品的纯度:称取样品150 mg,在一定条件下,用0.100 0 mol/L的高氯酸溶液滴定(与甘氨酸1∶1发生反应),测得电压变化与滴入HClO4溶液的体积关系如图3所示。做空白对照实验,消耗HClO4溶液的体积为0.25 mL,该样品的纯度为　　　　%(计算结果保留一位小数)。 ‎ 图2　电位滴定装置图 图3　滴定曲线 答案　(1)4NH3(g)+3O2(g) 2N2(g)+6H2O(l)　ΔH=-‎3a+2b+30c‎5‎ kJ/mol ‎(2)①2.00 kPa-1(无kPa-1不扣分,答2不扣分)　②‎k正‎·p(O‎2‎)‎k正‎·p(O‎2‎)+‎k逆 ‎(3)①酸　H3N+CH2COO->H2NCH2COO->H3N+CH2COOH　②H2NCH2COO-+2H+ H3N+CH2COOH　③85.0‎ 解析　(2)①37 ℃、p(O2)=2.00 kPa时,结合度α(MbO2)为80.0%,由结合度的定义可知,反应达平衡时c(MbO‎2‎)‎c(Mb)‎=‎80.0%‎‎1-80.0%‎=4,反应的平衡常数K=c(MbO‎2‎)‎c(Mb)·p(O‎2‎)‎=‎4‎‎2.00 kPa=2.00 kPa-1。②由平衡常数K=c(MbO‎2‎)‎c(Mb)·p(O‎2‎)‎=k正k逆可求出c(MbO2)=k正‎·c(Mb)·p(O‎2‎)‎k逆,代入结合度的定义:α=c(MbO‎2‎)‎c(MbO‎2‎)+c(Mb)‎可得,α=k正‎·p(O‎2‎)‎k正‎·p(O‎2‎)+‎k逆。(3)①甘氨酸是两性物质,含有—NH2和—COOH,在强酸性溶液中,—NH2与H+结合成—NH‎3‎‎+‎,在强碱性溶液中,—COOH与OH-反应生成—COO-,结合三种离子的转化关系可判断,图中Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ分别代表H2NCH2COO-、H3N+CH2COO-和H3N+CH2COOH。溶液呈中性时,lgc(H‎+‎)‎c(OH‎-‎)‎=0,‎ - 5 -‎ 溶液中离子浓度大小顺序为H3N+CH2COO->H2NCH2COO->H3N+CH2COOH。②lgc(H‎+‎)‎c(OH‎-‎)‎=-8时,溶液中存在的主要是H2NCH2COO-,它与过量的HCl反应生成H3N+CH2COOH。③根据滴定曲线的突跃范围知,消耗HClO4溶液17.25 mL,减去空白实验的0.25 mL,实际消耗滴定液17.00 mL,HClO4与甘氨酸1∶1发生反应,则有n(甘氨酸)=n(HClO4)=0.100 0 mol·‎ L-1×17.00×10-3 L,m(甘氨酸)=1.7×10-3 mol×75 g·mol-1=0.127 5 g=127.5 mg,故样品纯度=‎127.5 mg‎150 mg×100%=85.0%。‎ ‎2.以氧化铝为原料,通过碳热还原法可合成氮化铝(AlN);通过电解法可制取铝。电解铝时阳极产生的CO2可通过二氧化碳甲烷化等再利用。请回答:‎ ‎(1)已知:①2Al2O3(s) 4Al(g)+3O2(g) ΔH1=+3 351 kJ/mol ‎②2C(s)+O2(g) 2CO(g)　ΔH2=-221 kJ/mol ‎③2Al(g)+N2(g) 2AlN(s)　ΔH3=a kJ/mol ‎④Al2O3(s)+3C(s)+N2(g) 2AlN(s)+3CO(g) ΔH4=+1 026 kJ/mol 反应③的a=　　　　　　　,反应④自发进行的条件是　　　　　(填“高温”“低温”或“任意温度”)。 ‎ ‎(2)在常压、Ru/TiO2催化下,CO2和H2的混合气体(体积比1∶4,总物质的量为x mol)进行反应,测得CO2转化率、CH4和CO选择性随温度变化的情况分别如图1和图2所示(选择性:转化的CO2中生成CH4或CO的百分比)。‎ 反应Ⅰ:CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)　ΔH5‎ 反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH6‎ 图1‎ - 5 -‎ 图2‎ ‎①下列说法正确的是　　　　。 ‎ A.ΔH5小于零 B.温度可影响产物的选择性 C.CO2平衡转化率随温度升高先增大后减小 D.其他条件不变,将CO2和H2的初始体积比改变为1∶3,可提高CO2平衡转化率 ‎②350 ℃时,反应Ⅰ在t1时刻达到平衡,平衡时容器体积为y L,该温度下反应Ⅰ的平衡常数为　　　(用x、y表示)。 ‎ ‎(3)CO2溶于水形成H2CO3。已知常温下H2CO3的电离平衡常数K1=4.4×10-7,K2=4.7×10-11,‎ NH3·H2O的电离平衡常数Kb=1.75×10-5。请计算反应NH‎4‎‎+‎+HCO‎3‎‎-‎+H2O NH3·H2O+H2CO3在常温下的平衡常数K=　　　　。(结果保留一位小数) ‎ ‎(4)据文献报道,二氧化碳可以在酸性水溶液中用惰性电极电解得到乙烯,其原理如图所示。‎ b电极上的电极反应式为　 ,该装置中使用的是　　　　(“阴”或“阳”)离子交换膜。 ‎ 答案　(1)-318　高温 ‎(2)①AB　②‎‎625‎y‎2‎x‎2‎ ‎(3)1.3×10-3‎ - 5 -‎ ‎(4)2CO2+12H++12e- C2H4+4H2O　阳 解析　(1)已知①2Al2O3(s) 4Al(g)+3O2(g)　ΔH1=+3 351 kJ/mol,②2C(s)+O2(g) 2CO(g)　ΔH2=-221 kJ/mol,③2Al(g)+N2(g) 2AlN(s)　ΔH3=a kJ/mol,④Al2O3(s)+3C(s)+N2(g) 2AlN(s)+3CO(g)　ΔH4=+1 026 kJ/mol,根据盖斯定律,①+②×3+③×2=2×④,解得ΔH3=-318 kJ/mol;若ΔG=ΔH-TΔS<0,则反应能自发进行,反应④的ΔH>0,ΔS>0,因此该反应能自发进行的条件为高温。(2)①根据题中图1可知,CO2的转化率先增大是因为反应正向进行,到一定温度时达到平衡,再升高温度CO2的转化率减小,说明正反应为放热反应,ΔH5小于零,故A正确;由题中图2可知,随温度升高甲烷的选择性降低,CO的选择性增加,因此温度可影响产物的选择性,故B正确;CO2转化率先增大是因为反应正向进行未达到平衡状态,达到平衡状态后,随温度升高CO2的转化率减小,温度低于350 ℃时反应未达到平衡,不是平衡转化率,故C错误;CO2和H2的混合气体(体积比1∶4,总物质的量x mol)进行反应,其他条件不变,将CO2和H2的初始体积比改变为1∶3,相当于减小氢气的量,CO2平衡转化率减小,故D错误。②350 ℃时,反应Ⅰ在t1时刻达到平衡,平衡时容器体积为y L,二氧化碳的转化率为80%,根据三段式法有:‎ ‎　　　　　　CO2(g)+4H2(g) CH4(g)　+　2H2O(g)‎ 起始量(mol)　0.2x　　0.8x 　　　0　　　　　0‎ 转化量(mol)　0.16x 0.64x 0.16x 0.32x 平衡量(mol)　0.04x 0.16x 0.16x 0.32x 平衡常数K=‎0.16xy‎×‎‎(‎0.32xy)‎‎2‎‎0.04xy‎×‎‎(‎0.16xy)‎‎4‎=‎625‎y‎2‎x‎2‎。(3)反应NH‎4‎‎+‎+HCO‎3‎‎-‎+H2O NH3·H2O+H2CO3的平衡常数K=c(NH‎3‎·H‎2‎O)×c(H‎2‎CO‎3‎)‎c(NH‎4‎‎+‎)×c(HCO‎3‎‎-‎)‎=c(H‎+‎)×c(OH‎-‎)‎Kb‎(NH‎3‎·H‎2‎O)×K‎1‎(H‎2‎CO‎3‎)‎≈1.3×10-3。(4)由题图可知,电解时二氧化碳在b极上得电子发生还原反应生成乙烯,电极反应式为2CO2+12H++12e- C2H4+4H2O,因离子交换膜只允许氢离子通过,所以是阳离子交换膜。‎ - 5 -‎