2020高考化学二轮增分优选练 加试题增分练 第30题 基本概念、基本理论的综合应用 10页

第30题　基本概念、基本理论的综合应用 ‎1．‎2016年10月11日，神舟十一号飞船搭乘CZ—‎2F火箭成功发射。在重达495吨的起飞重量中，95%的都是化学推进剂。‎ ‎(1)降冰片烯(C7H10)是一种重要的高密度液体燃料化学推进剂。已知：‎ 燃料 密度/g·cm－3‎ 体积热值/J·L－1‎ 降冰片烯 ‎1.0‎ ‎4.2×107‎ 写出表示降冰片烯标准燃烧热的热化学方程式：_______________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)CH3OH和液氧是常用的液体火箭推进剂。‎ ‎①已知：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(l)　ΔH1‎ ‎2H2(g)＋O2(l)===2H2O(l)　ΔH2‎ CH3OH(g)===CH3OH(l)　ΔH3‎ ‎2CH3OH(l)＋3O2(l)===2CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH4‎ 则ΔH4＝________(用ΔH1、ΔH2、ΔH3来表示)。‎ ‎②某温度下，发生反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)。在体积为‎2 L的密闭容器中加入1 mol CH3OH和1 mol H2O，第4 min达到平衡，容器内c(CO2)随时间的变化情况如图1所示，求此反应在该温度下的平衡常数____________。保持其他条件不变，在第5 min时向体系中再充入0.2 mol CO2和0.4 mol H2，第8 min重新达到平衡，此时c(H2)＝c(CH3OH)。请在图中画出5～9 min的c(CO2)变化曲线示意图。‎ ‎(3)NH4NO3也是一种重要的固体推进剂，可通过电解NO制备NH4NO3，其工作原理如图2所示，A电极的名称为________极，请写出在B电极上发生的电极反应式：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 10‎ 答案　(1) C7H10(l)＋O2(g)===7CO2(g)＋5H2O(l)　ΔH＝－3 948 kJ·mol－1‎ ‎(2)①3ΔH2－2ΔH1－2ΔH3　②59.26‎ ‎(3)阴　NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋‎ 解析　(1)C7H10的摩尔质量为‎94 g·mol－1，故燃烧1 mol降冰片烯标准燃烧热为ΔH＝－(4.2× 107 J·L－1×‎94 g·mol－1÷‎1000 g·L－1)＝－3 948 kJ·mol－1，故热化学方程式为C7H10(l)＋O2(g)‎ ‎===7CO2(g)＋5H2O(l)　ΔH＝－3 948 kJ·mol－1。‎ ‎(2)已知：ⅰ、CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(l)　ΔH1‎ ⅱ、2H2(g)＋O2(l)===2H2O(l)　ΔH2‎ ⅲ、CH3OH(g)===CH3OH(l)　ΔH3‎ 根据盖斯定律可知3×ⅱ－2×ⅰ－2×ⅲ即得到2CH3OH(l)＋3O2(l)===2CO2(g)＋4H2O(l)的ΔH4＝3ΔH2－2ΔH1－2ΔH3。‎ ‎②　　　 　　 CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)‎ 起始浓度/mol·L－1 0 0 0.5 0.5‎ 变化浓度/mol·L－1 0.1 0.3 0.1 0.1‎ 平衡浓度/mol·L－1 0.1 0.3 0.4 0.4‎ 所以K＝≈59.26；反应物浓度增大，使平衡不断向正反应方向进行，因此图像为 10‎ ‎。‎ ‎(3)由图可知，A极上NO生成NH，发生还原反应，为电解池阴极；B极上NO生成NO，发生氧化反应，故电极反应方程式为：NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋。‎ ‎2．(2018·余姚中学高三选考模拟)氢气是一种理想的绿色能源。利用生物质发酵得到的乙醇制取氢气，具有良好的应用前景。乙醇水蒸气重整制氢的部分反应过程如下图所示：‎ 已知：反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡常数随温度变化曲线如下图所示。‎ ‎(1)①试说明反应Ⅰ能否发生自发反应：_______________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②反应Ⅰ、Ⅱ达平衡后，若在恒温恒压条件下，向体系中充入N2，CO的体积分数会________(填“上升”“不变”或“下降”)。‎ ‎(2)反应Ⅱ，在进气比[n(CO)∶n(H2O)]不同时，测得相应的CO的平衡转化率见图1：‎ ‎(各点对应的反应温度可能相同，也可能不同)‎ 10‎ ‎①图中D、E两点对应的反应温度分别为TD和TE。判断：TD________TE(填“<”“＝”或“>”)。‎ ‎②经分析计算，A、E和G三点对应的反应温度相同，理由是____________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎③在图2中，画出D点所对应温度下CO平衡转化率随进气比[n(CO)∶n(H2O)]变化的曲线。‎ ‎④以熔融Na2CO3为电解质的乙醇燃料电池具有广泛的应用，写出其负极的电极反应方程式：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　(1)①反应ⅠCH3CH2OH(g)＋H2O(g)===2CO(g)＋4H2(g) ，ΔS>0，根据化学平衡常数与温度的关系可知ΔH>0 ，高温下可自发进行　②上升 ‎(2)①<　②经计算，A、E、G三点平衡常数相同，故反应温度相同　③(趋势正确，且必须穿过F、G之间)‎ ‎④C2H5OH－12e－＋6CO===8CO2＋3H2O 解析　(1)①反应ⅠCH3CH2OH(g)＋H2O(g)===2CO(g)＋4H2(g) ，ΔS>0，根据化学平衡常数与温度的关系可知ΔH>0 ，高温下可自发进行。‎ ‎②在恒温恒压条件下，向体系中充入N2相当于增大了容器的体积，有利于反应Ⅰ正向移动，反应Ⅱ平衡不移动，CO的体积分数会增大。‎ ‎(2)①已知CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)‎ ΔH 10‎ ‎＜0，反应为放热反应，升温平衡逆向移动，CO转化率减小，图中D、E两点对应的反应温度分别为TD和TE。D点CO转化率大于E点CO转化率，说明TD‎ ‎(4)‎ 解析　另取‎2.22 g化合物W的粉末溶于适量稀硫酸，向反应后的溶液中加入含有‎3.20 g NaOH的溶液，恰好完全反应。过滤，将洗涤后的沉淀充分灼烧，得到红棕色粉末‎1.60 g 10‎ ‎，这说明氧化铁是‎1.60 g，物质的量是0.01 mol；将所得滤液在一定条件下蒸发灼烧可得到一种纯净的不含结晶水的盐‎7.10 g，由于加入氢氧化钠，这说明滤液中含有钠元素，因此‎7.10 g物质是硫酸钠，物质的量是‎7.10 g÷‎142 g·mol－1＝0.05 mol。加入的氢氧化钠是‎3.20 g÷‎40 g·mol－1＝0.08 mol，因此原化合物中含有钠元素，其物质的量是0.05 mol×2－0.08 mol＝0.02 mol。氧元素的物质的量是＝0.04 mol。‎ ‎(1)根据以上分析可知另一未知元素为Na。‎ ‎(2)①该化合物W中Na、O、Fe的原子个数之比为0.02∶0.04∶0.02＝1∶2∶1，其化学式为NaFeO2。②该化合物W与适量稀硫酸反应的化学方程式为2NaFeO2＋4H2SO4===Na2SO4＋Fe2(SO4)3＋4H2O。‎ ‎(3)根据方程式可知生成物CO和CO2的物质的量相等，则‎250 ℃‎时二者的浓度均是3.4×‎ ‎10－3 mol·L－1÷2＝1.7×10－3 mol·L－1，所以该温度下的平衡常数K＝c(CO)·c(CO2)＝2.89×10－6；根据表中数据可知升高温度浓度增大，说明升高温度平衡向正反应方向移动，因此正反应是吸热反应，则ΔH＞0。‎ ‎(4)‎350 ℃‎以后二氧化碳的体积分数升高，这说明CO开始与CoO发生反应生成Co和二氧化碳，所以CO的体积分数降低。‎ ‎4．(2017·诸暨市牌头中学高二下学期期中)冶金工业、硝酸工业的废气废液中含氮化合物污染严重，必须处理达标后才能排放。‎ Ⅰ.用活性炭处理工厂尾气中的氮氧化物。‎ ‎(1)已知：①4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(l)　ΔH1＝a kJ·mol－1‎ ‎②4NH3(g)＋3O2(g)===2N2(g)＋6H2O(l)‎ ΔH2＝b kJ·mol－1‎ ‎③C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH3＝c kJ·mol－1‎ 则反应C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)的ΔH＝________。‎ ‎(2)在容积不变的密闭容器中，一定量的NO与足量的C发生反应：C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)　ΔH＝Q kJ·mol－1，平衡时c(NO)与温度T的关系如图1所示，下列说法正确的是________(填字母)。‎ A．其他条件不变，改变活性炭的用量，平衡一定不移动 B．Q＞0，所以T1、T2、T3对应的平衡常数：K1＜K2＜K3‎ C．温度为T2时，若反应体系处于状态D，则此时v(正)＞v(逆)‎ D．若状态B、C、D体系的压强分别为p(B)、p(C)、p(D)，则p(D)＝p(C)＞p(B)‎ 10‎ ‎(3)已知某温度时，反应C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)的平衡常数K＝，在该温度下的‎2 L密闭容器中投入足量的活性炭和2.0 mol NO发生反应，t1时刻达到平衡，请在图2中画出反应过程中c(NO)随时间t的变化曲线。‎ Ⅱ.用纳米铁粉或电解法处理废水中的硝酸盐。‎ ‎(4)纳米铁粉处理污水中NO的离子方程式为：‎ ‎4Fe＋NO＋10H＋===4Fe2＋＋NH＋3H2O。‎ 实验证实，pH偏低将会导致NO的去除率下降，其原因是__________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 相同条件下，纳米铁粉去除不同水样中NO的速率有较大差异(见下图)，产生该差异的可能原因是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(5)电解法处理水中硝酸盐的原理是：以金属Pt作电极，用质子交换膜把溶液分为阴阳两极区，阴极区为含硝酸盐的工业废水，接通直流电源进行电解，产物为N2。请写出阴极的电极反应式：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　(1)(＋c) kJ·mol－1　(2)C 10‎ ‎(3)‎ ‎(4)纳米铁粉与H＋反应生成H2，导致NO的去除率下降　Cu或Cu2＋对纳米铁粉去除NO的反应有催化作用(或形成Fe—Cu原电池增大纳米铁粉去除NO的反应速率)　(5)2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O 解析　Ⅰ.(1)应用盖斯定律，将③－①×＋②×得：C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)　ΔH＝(＋c) kJ·mol－1。‎ ‎(2)将C全部从平衡体系中移走，平衡逆向移动，A项错误；根据图像，升高温度c(NO)增大，平衡逆向移动，化学平衡常数减小，逆反应为吸热反应，Q＜0且K1＞K2＞K3，B项错误；状态D的c(NO)大于T2平衡时c(NO)，则状态D反应正向进行，此时v(正)＞v(逆)，C项正确；该反应为气体分子数不变的反应，气体分子物质的量始终不变，在容积不变的密闭容器中体系的压强取决于温度，温度越高压强越大，则p(C)＞p(B)＝p(D)，D项错误。‎ ‎(3)用三段式，设从起始到平衡转化c(NO)为x mol·L－1‎ C(s)　＋　2NO(g)N2(g)＋CO2(g)‎ c(起始)/mol·L－1 1.0 0 0‎ c(转化)/mol·L－1 x c(平衡)/mol·L－1 1.0－x 化学平衡常数K＝＝＝，解得x＝0.6，作图时,起始c(NO)为1.0 mol·L－1，随着时间推移c(NO)减小，t1达到平衡时c(NO)为1.0 mol·L－1－0.6 mol·L－1＝0.4 mol·L－1，t1后c(NO)保持0.4 mol·L－1。‎ Ⅱ.(4)pH偏低，溶液酸性较强，纳米铁粉与H＋反应生成H2，导致NO的去除率下降。根据图像，含Cu2＋的水样中NO的去除速率更快，产生差异的原因是：Cu(Fe与Cu2＋反应生成Cu，反应的方程式为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu)或Cu2＋对纳米铁粉去除NO的反应有催化作用(或形成Fe—Cu原电池增大纳米铁粉去除NO的反应速率)。‎ ‎(5)根据题意，阴极NO得电子被还原成N2,2 mol NO得到10 mol电子生成1 mol N2‎ 10‎ ‎，阴极的电极反应式为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O。‎ 10‎