高考化学二轮复习 专题讲座四 加试第30题-基本概念、基本理论综合（含解析）

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专题讲座四　加试第30题——基本概念、基本理论综合 1．(2016浙江4月选考，30)氨气及其相关产品是基本化工原料，在化工领域中具有重要的作用。 (1)以铁为催化剂，0.6 mol氮气和1.8 mol氢气在恒温、容积恒定为1 L的密闭容器中反应生成氨气，20 min后达到平衡，氮气的物质的量为0.3 mol。 ①在第25 min时，保持温度不变，将容器体积迅速增大至2 L并保持恒容，体系达到平衡时N2的总转化率为38.2%，请画出从第25 min起H2的物质的量浓度随时间变化的曲线。 ②该反应体系未达到平衡时，催化剂对逆反应速率的影响是______(填“增大”、“减少”或“不变”)。 (2)①N2H4是一种高能燃料，有强还原性，可通过NH3和NaClO反应制得，写出该制备反应的化学方程式_________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②N2H4的水溶液呈弱碱性，室温下其电离常数K1＝1.010－6，则0.01 molL－1 N2H4水溶液的pH等于________(忽略N2H4的二级电离和H2O的电离)。 ③已知298 K和101 kPa条件下： N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) 　ΔH1 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH2 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH3 4NH3(g)＋O2(g)===2N2H4(l)＋2H2O(l)　ΔH4 则N2H4(l)的标准燃烧热ΔH＝_____________________________________________。 (3)科学家改进了NO2转化为HNO3的工艺(如虚框所示)，在较高的操作压力下，提高N2O4/H2O的质量比和O2的用量，能制备出高浓度的硝酸。 →→ → 实际操作中，应控制N2O4/H2O质量比高于5.11，对此请给出合理解释________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)① ②增大 (2)①2NH3＋NaClO===N2H4＋NaCl＋H2O　②10 ③ΔH2－ΔH1－ΔH4 (3)2N2O4＋2H2O＋O2===4HNO3，N2O4/H2O质量比等于5.11时恰好反应，高于5.11是为了提高N2O4浓度，有利于平衡正向移动，得到高浓度的硝酸 2．(2015浙江10月选考，30)由某精矿石(MCO3ZCO3)可以制备单质M，制备过程中排放出的二氧化碳可以作为原料制备甲醇，取该矿石样品1.84 g，高温灼烧至恒重，得到0.96 g仅含两种金属氧化物的固体，其中m(M)∶m(Z)＝3∶5，请回答： (1)该矿石的化学式为______________。 (2)①以该矿石灼烧后的固体产物为原料，真空高温条件下用单质硅还原，仅得到单质M和一种含氧酸盐(只含Z、Si和O元素，且Z和Si的物质的量之比为2∶1)。写出该反应的化学方程式__________________________________。 ②单质M还可以通过电解熔融MCl2得到，不能用电解MCl2溶液的方法制备M的理由是_______________________________________________________________。 (3)一定条件下，由CO2和H2制备甲醇的过程中含有下列反应： 反应1：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH1 反应2：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH2 反应3：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH3 其对应的平衡常数分别为K1、K2、K3，它们随温度变化的曲线如图1所示。 则ΔH2________(填“大于”、“小于”或“等于”)ΔH3，理由是__________________。 (4)在温度T1时，使体积比为3∶1的H2和CO2在体积恒定的密闭容器内进行反应。T1温度下甲醇浓度随时间变化曲线如图2所示；不改变其他条件，假定t时刻迅速降温到T2，一段时间后体系重新达到平衡。试在图中画出t时刻后甲醇浓度随时间变化至平衡的示意曲线。 答案　(1)MgCO3CaCO3 (2)①2MgO＋2CaO＋Si Ca2SiO4＋2Mg ② 电解MgCl2溶液时，阴极上H＋比Mg2＋容易得电子，电极反应式2H2O＋2e－=== H2↑＋2OH－，所以不能得到Mg单质 (3)小于　由图1可知，随着温度升高，K1增大，则ΔH1> 0，根据盖斯定律又得ΔH3＝ΔH1＋ΔH2，所以ΔH2<ΔH3 (4) 加试题第30题是基本概念、基本理论组合题，主要是结合无机推断、化学工艺，考查了热化学、电化学、化学平衡及电解质溶液的知识，涉及的基本能力有审题能力、计算能力、简答能力及绘图能力等。由于考查知识全面，题目综合性较强，但每空分值较少(最多2分)，这就要求学生审题要仔细，计算要准确，绘图要规范，简答要精炼，争取在有限的时间内得高分。 (一)信息型方程式的书写 1．某科研小组在实验室用较浓的KOH溶液直接吸收氯气，研究发现反应进行一段时间后开始出现KClO3并逐渐增多，产生KClO3的离子方程式是_____________________________________________________________________________。 答案　6OH－＋3Cl2===5Cl－＋ClO＋3H2O 2．MnO2与KClO3、KOH溶液共热，可得到K2MnO4，此反应的化学方程式是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　3MnO2＋6KOH＋KClO33K2MnO4＋KCl＋3H2O 3．向1 L 1 molL－1的K2FeO4中加入足量稀H2SO4酸化，可以产生O2和Fe3＋，该反应的离子方程式为____________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　4FeO＋20H＋===4Fe3＋＋3O2↑＋10H2O 4．NaOCN与NaClO反应，生成Na2CO3、CO2、NaCl和N2(已知HCN、HOCN中N元素的化合价相同)则反应的离子方程式：__________________________________。 答案　2OCN－＋3ClO－===CO＋CO2↑＋3Cl－＋N2↑ 5．在催化剂作用下，尿素[CO(NH2)2]也可以将NOx反应生成N2和H2O。写出CO(NH2)2与NO2反应的化学方程式_____________________________________________。 答案　4CO(NH2)2＋6NO27N2＋4CO2＋8H2O 6．氨基甲酸铵(NH2COONH4) 极易水解，产物是碳酸氢铵和一种弱碱，请写出其水解反应方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　 NH2COONH4 ＋2H2ONH4HCO3＋NH3H2O 7．煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx，形成酸雨、污染大气，采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。写出NaClO2溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式：________________________________________________________________________。 答案　4OH－＋3ClO＋4NO===4NO＋3Cl－＋2H2O 8．在碱性条件下，写出O2将Mn2＋氧化成MnO(OH)2的离子方程式：________________________________________________________________________。 答案　O2＋2Mn2＋＋4OH－===2MnO(OH)2↓ 9．一定条件下，向FeSO4溶液中滴加碱性NaBH4溶液，溶液中BH(B元素的化合价为＋3)与Fe2＋反应生成纳米铁粉、H2和B(OH)，其离子方程式为_______________________ ________________________________________________________________________。 答案　2Fe2＋＋BH＋4OH－===2Fe＋ B(OH)＋2H2↑ 10．＋6价铬的化合物毒性较大，常用NaHSO3将废液中的Cr2O还原成Cr3＋，该反应的离子方程式为_________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　Cr2O＋3HSO＋5H＋===2Cr3＋＋3SO＋4H2O或Cr2O＋8HSO===2Cr3＋＋3SO＋5SO＋4H2O (二) 盖斯定律应用强化练 1．CO2可作为合成低碳烯烃的原料加以利用。如： 2CO2(g)＋6H2(g)CH2===CH2(g)＋4H2O(g)　ΔH＝a kJmol－1 已知：H2和CH2===CH2的标准燃烧热分别是－285.8 kJmol－1和－1 411.0 kJmol－1。 H2O(g)H2O(l)　ΔH＝－44 kJmol－1 则a＝____________。 答案　－127.8 解析　 H2的标准燃烧热的热化学方程式为H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJmol－1①； CH2===CH2的标准燃烧热的热化学方程式为CH2===CH2(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－1 411.0 kJmol－1②；H2O(g) H2O(l)　ΔH＝－44 kJmol－1③；根据盖斯定律可知，①6－②－③4可得：2CO2(g)＋6H2(g)CH2===CH2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－285.86＋1 411＋444＝－127.8 kJmol－1。 2．近几年，利用CO2合成二甲醚已成为人们所关注的热点。其反应原理如下： 反应①CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(l)　ΔH1＝－49.01 kJmol－1 反应②2CH3OH(g) CH3OCH3(g)＋H2O(l) ΔH2＝－24.52 kJmol－1 反应③CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(l)　ΔH3 请回答：CO2转化为二甲醚的反应原理为 反应④2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(l)　ΔH4＝____________。 答案　－122.54 kJmol－1 解析　反应①CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(l) ΔH1＝－49.01 kJmol－1 反应②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(l)　ΔH2＝－24.52 kJmol－1， 根据盖斯定律，①2＋②可得： 2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(l)　ΔH4＝(－49.01 kJmol－1)2＋(－24.52 kJmol－1)＝－122.54 kJmol－1。 3．已知： Al2O3(s)＋3C(s)===2Al(s)＋3CO(g)　ΔH1＝1 344.1 kJ mol－1 2AlCl3(g)===2Al(s)＋3Cl2(g)　ΔH2＝1 169.2 kJ mol－1 由Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式为 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　 Al2O3(s)＋3C(s)＋3Cl2(g)===2AlCl3(g)＋3CO(g)　ΔH＝174.9 kJmol－1 解析　Ⅰ.Al2O3(s)＋3C(s)===2Al(s)＋3CO(g)　ΔH1＝1 344.1 kJmol－1 Ⅱ.2AlCl3(g)===2Al(s)＋3Cl2(g)　ΔH2＝1 169.2 kJmol－1， 根据盖斯定律，将Ⅰ－Ⅱ可得 Al2O3(s)＋3C(s)＋3Cl2(g)===2AlCl3(g)＋3CO(g)　ΔH＝1 344.1 kJmol－1－1 169.2 kJmol－1＝174.9 kJmol－1。 4．已知：Ti(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(l)　ΔH＝a kJmol－1；2Na(s)＋Cl2(g)===2NaCl(s)　ΔH＝b kJmol－1；Na(s)===Na(l)　ΔH＝c kJmol－1；则TiCl4(l)＋4Na(l)===Ti(s)＋4NaCl(s)　ΔH＝________ kJmol－1。 答案　2b－4c－a 解析　(Ⅰ)Ti(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(l)　ΔH＝a kJmol－1；(Ⅱ)2Na(s)＋Cl2(g)===2NaCl(s)　ΔH＝b kJmol－1；(Ⅲ)Na(s)===Na(l)　ΔH＝c kJmol－1，将方程式2(Ⅱ)－(Ⅰ)－4(Ⅲ)得：TiCl4(l)＋4Na(l)===Ti(s)＋4NaCl(s)　ΔH＝2b－4c－a kJmol－1。 5．由CO可以直接合成许多C1化工产品，如生产甲醇。已知： 2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＝－1 453 kJmol－1 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJmol－1 又知CO(g)燃烧热ΔH＝－283 kJmol－1， 则CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(l) 　ΔH＝ ___________ kJmol－1。 答案　－128.1 解析　CO(g)燃烧热ΔH＝－283 kJmol－1，则CO(g)＋O2(g)=== CO2(g) 　ΔH＝－283 kJmol－1　①， 2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＝－1 453 kJmol－1　②， 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJmol－1③，根据盖斯定律①＋③－②得：CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(l)　ΔH＝－128.1 kJmol－1。 6．用CH4催化还原煤燃烧产生的氮氧化物，可以消除污染。 已知：CH4(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－867 kJmol－1 NO2(g)===N2O4(g)　ΔH ＝－28.5 kJmol－1 写出CH4催化还原N2O4(g)生成CO2、N2和H2O(g)的热化学方程式________________________________________________________________________。 答案　CH4(g)＋N2O4(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－810 kJmol－1 解析　已知：Ⅰ.CH4(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－867 kJmol－1， Ⅱ.2NO2(g)===N2O4(g)　ΔH＝－57 kJmol－1， 根据盖斯定律，Ⅰ－Ⅱ得CH4(g)＋N2O4(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)，故ΔH＝－867 kJmol－1－(－57 kJmol－1)＝－810 kJmol－1， 即CH4(g)＋N2O4(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－810 kJmol－1。 7．已知： ①N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH1＝a kJmol－1 ②4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(l)　ΔH2＝b kJmol－1 ③4NO(g)＋3O2(g)＋2H2O(l)===4HNO3(aq)　ΔH3＝c kJmol－1 则N2(g)＋3H2(g)＋4O2(g)===2HNO3(aq)＋2H2O(l)　ΔH＝__________________kJmol－1(用a、b、c、ΔH2和ΔH3表示)。 答案　a＋0.5b＋0.5c 解析　(①2＋②＋③)2即可得目标等式，故ΔH＝a＋0.5b＋0.5c kJmol－1。 8．肼(N2H4)是一种火箭燃料。已知： N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g)　ΔH＝67.7 kJmol－1 N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－534.0 kJmol－1 NO2(g)===N2O4(g)　ΔH＝－28.0 kJmol－1 反应2N2H4(g)＋N2O4(g)===3N2(g)＋4H2O(g)的ΔH＝____________ kJmol－1。 答案　－1 079.7 (三)电化学知识应用集训 1．用Na2SO3溶液充分吸收SO2得NaHSO3溶液，然后电解该溶液可制得硫酸。电解原理示意图如图所示。电解时阳极区会产生气体，产生气体的原因是______________________ ________________________________________________________________________。 答案　在阳极区HSO放电生成H＋，H＋与HSO反应产生SO2 2．TiO2直接电解法生产钛是一种较先进的方法，电解质为熔融的氯化钙，原理如图所示，二氧化钛电极连接电源________极，该极电极反应为_________________________________； 但此法会产生有毒气体，为减少对环境的污染，在电池中加入固体氧离子隔膜(氧离子能顺利通过)，将两极产物隔开，再将石墨改为金属陶瓷电极，并通入一种无毒的还原性气体，该气体是________________________________________________________________________。 答案　负　 TiO2＋4e－===Ti＋2O2－　 H2　　 解析　电解时，阴极上得电子发生还原反应，所以二氧化钛得电子生成钛和氧离子，和电源负极相连；电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－，阳极上加入的物质应该具有还原性且是气体，反应后的生成物不会污染环境，水不会污染环境，所以该气体是氢气。 3．(1)As2S3和HNO3反应如下：As2S3＋10H＋＋10NO===2H3AsO4＋3S＋10NO2↑＋2H2O，将该反应设计成原电池，则NO2应该在________(填“正极”或“负极”)附近逸出，该极的电极反应式为______________________________________________________。 (2)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。 LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。 利用如下图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为__________(填化学式)溶液，阳极电极反应式为____________，电解过程中Li＋向____________(填“A”或“B”)电极迁移。 答案　(1)正极　NO＋e－＋2H＋===NO2↑＋H2O (2)LiOH　2Cl－－2e－===Cl2↑　B 解析　(1)原电池中正极发生还原反应，则某元素的化合价降低，由反应可知N元素的化合价由＋5降低到＋4，则NO2属于还原产物，在正极生成，即NO＋e－＋2H＋===NO2↑＋H2O。(2)电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液，由图可知，右侧生成氢气，则B中氢离子放电，可知B为阴极，在B中制备LiOH，B极区电解液为LiOH溶液；Li＋由A经过阳离子交换膜向B移动；A中为LiCl溶液，氯离子放电生成氯气，则阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。 4．通过SO2传感器可监测大气中SO2的含量，其工作原理如下图所示。 (1)固体电解质中O2－向______极移动(填“正”或“负”)。 (2)写出V2O5电极的电极反应式：____________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)负　(2)SO2－2e－＋O2－===SO3 5．如下图所示装置Ⅰ是一种可充电电池，装置Ⅱ是一种以石墨为电极的家用环保型消毒液发生器。装置Ⅰ中离子交换膜只允许Na＋通过，充放电的化学方程式为 2Na2S2＋NaBr3Na2S4＋3NaBr (1)负极区电解质为________________(用化学式表示)。 (2)家用环保型消毒液发生器发生反应的离子方程式为 ________________________________________________________________________。 答案　(1)Na2S2　(2)Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O 或Cl－＋H2O===ClO－＋H2↑ 6．用甲醇燃料电池高温电解等物质的量的H2O—CO2混合气体可以间接制备H2。其基本原理如图所示。 (1)甲醇燃料电池以酸性溶液为电解质，写出电池负极的电极反应式__________________。 (2)电解池中发生的总反应方程式为_____________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)CH3OH＋H2O－ 6e－===CO2＋6H＋ (2)H2O＋CO2H2＋CO＋O2 7．应用电化学原理，将PbSO4转化为铅可以清洁处理蓄电池，其原理是先用细菌将PbSO4转换为PbS，再用氟硼酸铁浸出PbS，化学方程式为 PbS＋2Fe(BF4)3===Pb(BF4)2＋2Fe(BF4)2＋S 最后通过电解浸出液得到金属铅，电解后的溶液可以循环使用，写出电解的总反应方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　Pb(BF4)2＋2Fe(BF4)2 Pb＋2Fe(BF4)3 8．用电化学方法也可去除废水中氨氮。在蒸馏水中加入硫酸铵用惰性电极直接电解发现氨氮去除效率极低，但在溶液中再加入一定量的氯化钠后，去除效率可以大大提高。反应装置如图乙所示，b为电源________极，电解时阴极的电极反应式为______________________。 答案　正　2H2O＋2NH＋2e－===2NH3H2O＋H2↑或2H＋＋2e－===H2↑ (四)电解质溶液 1．高氯酸、盐酸和硝酸的酸性在水溶液中差别不大。某温度下，这三种酸在冰醋酸中的电离平衡常数如表所示。冰醋酸做溶剂，这三种酸酸性最强的是________。在冰醋酸中，盐酸的电离方程式为____________________。 酸 HClO4 HCl HNO3 Ka 1.610－5 1.610－9 4.210－10 答案　HClO4　HClH＋＋Cl－ 2．次磷酸(H3PO2)是一种一元弱酸，具有较强的还原性。试回答下列问题： NaH2PO2为____________(填“正盐”或“酸式盐”)，溶液中有关离子浓度从大到小的顺序为________________________________________________________________________。 答案　正盐　c(Na＋)＞c(H2PO)＞c(OH－)＞c(H＋) 3．硅元素最高价氧化物对应的水化物是H2SiO3。室温下，0.1 molL－1 的硅酸钠溶液和0.1 molL－1 的碳酸钠溶液，碱性更强的是________，其原因是____________ ________________________________________________________________________。 已知：H2SiO3：Ka1＝2.010－10　Ka2＝1.010－12 H2CO3：Ka1＝4.310－7　Ka2＝5.610－11。 答案　硅酸钠　硅酸的Ka2小于碳酸的Ka2，硅酸钠更易水解 解析　根据所给数据可知：硅酸的Ka2小于碳酸的Ka2，依据“越弱越水解”可知硅酸钠更易水解。 4．已知室温下，碳酸的电离常数K1＝4.410－7，K2＝4.710－11。NaHCO3水溶液显碱性，原因：________________________________________________________________________ ___________________________________________________(用K 定量解释)。 答案　碳酸氢钠溶液中的水解平衡常数Kh＝＝＝2.510－8，大于碳酸的电离常数K2＝4.710－11 5．已知：HSOH＋＋SO　K＝1.0210－7 NH＋H2ONH3H2O＋H＋　K＝5.6510－10 往亚硫酸氢铵中加入一定量的氢氧化钡溶液，可能发生反应的离子方程式是________________________________________________________________________ (选填编号)。 a．HSO＋Ba2＋＋OH－===BaSO3↓＋H2O b．NH＋2HSO＋2Ba2＋＋3OH－===2BaSO3↓＋2H2O＋NH3H2O c．NH＋HSO＋Ba2＋＋2OH－===BaSO3↓＋H2O＋NH3H2O d．2NH＋4HSO＋3Ba2＋＋6OH－===3BaSO3↓＋4H2O＋2NH3H2O＋SO 答案　cd 解析　已知：HSOH＋＋SO　K＝1.0210－7，NH＋H2ONH3H2O＋H＋　K＝5.6510－10，亚硫酸氢根离子电离程度大于一水合氨的电离程度，所以亚硫酸氢铵溶液中滴入氢氧化钡溶液，氢氧根离子先和亚硫酸氢根离子反应，后与铵根离子结合生成一水合氨，反应中氢氧化钡量不同产物不同，不足量的氢氧化钡反应时需要满足化学式的组成比。 a项中的离子方程式分析，HSO＋Ba2＋＋OH－===BaSO3↓＋H2O是氢氧化钡不足量时的反应，只和亚硫酸氢根离子反应，则氢氧化钡电离出的钡离子和氢氧根离子全部反应，需要符合化学式的组成比，正确的应为2HSO＋Ba2＋＋2OH－===BaSO3↓＋2H2O＋SO； b项中离子方程式分析，NH＋2HSO＋2Ba2＋＋3OH－===2BaSO3↓＋2H2O＋NH3H2O，电离出2 mol Ba2＋，电离出的氢氧根离子为4 mol，其中2 mol OH－和2 mol亚硫酸氢根离子反应，2 mol OH－和2 mol NH反应，正确的反应离子方程式为NH＋HSO＋Ba2＋＋2OH－===BaSO3↓＋H2O＋NH3H2O； c项依据b分析可知，选项中离子方程式为氢氧化钡和亚硫酸氢铵1∶1反应的离子方程式，NH＋HSO＋Ba2＋＋2OH－===BaSO3↓＋H2O＋NH3H2O； d项，2NH＋4HSO＋3Ba2＋＋6OH－===3BaSO3↓＋4H2O＋2NH3H2O＋SO，分析离子方程式，反应是4 mol NH4HSO3和3 mol Ba(OH)2的反应，6 mol OH－先和4 mol HSO反应，剩余 2 mol OH－再和2 mol NH反应，剩余2 mol NH生成亚硫酸铵，反应的离子方程式正确。 6．已知硫酸的第二级电离并不完全：HSOH＋＋SO(Ka＝1.210－2)。 在0.1 molL－1的硫酸氢钾溶液中大约有30%的HSO电离，则该溶液中离子浓度由大到小排列第2位的离子是____________，第4位的离子是____________。往该溶液中加入硫酸氢钾固体并保持温度不变，则溶液中____________(填“增大”、“减小”或“不变”)。 答案　HSO　SO　减小 解析　已知硫酸的第二级电离并不完全，在0.1 molL－1的硫酸氢钾溶液中大约有30% 的HSO电离，溶液显酸性，则溶液中离子浓度大小为c(K＋)＞c(HSO)＞c(H＋)＞c(SO)＞c(OH－)，则该溶液中离子浓度由大到小排列第2位的离子是HSO，第4位的离子是SO，往该溶液中加入硫酸氢钾固体并保持温度不变，则溶液中c(HSO)、c(K＋)浓度增大，但对于电离平衡，HSOH＋＋SO，硫酸氢根离子只电离不水解，氢离子浓度增大平衡逆向进行，电离程度减小，c(HSO)增大的多，比值减小。 7．已知常温下，H2CO3：Ka1＝4.310－7、Ka2＝5.610－11。结合H＋的能力Na2CO3溶液________(填“＞”、“＜”或“＝”)NaHCO3溶液，设计简单实验证明：_________________ ________________________________________________________________________。 答案　＞　取等浓度等体积的NaHCO3和Na2CO3溶液混于同一烧杯中，加入稀盐酸，边滴边搅拌，若一段时间无气泡，则Na2CO3结合H＋能力强 解析　电解质越弱，其相应的阴离子结合质子能力越强，常温下，H2CO3：Ka1＝4.310－7＞Ka2＝5.610－11，电离强弱顺序：碳酸的一级电离大于其二级电离，即结合H＋的能力Na2CO3溶液大于NaHCO3溶液，取等浓度等体积的NaHCO3和Na2CO3溶液混于同一烧杯中，加入稀盐酸，边滴边搅拌，若一段时间无气泡，则Na2CO3结合H＋能力强。 8．在1 L 0.3 molL－1的NaOH溶液中，通入4.48 L CO2(标准状况)，反应后所得溶液中离子的浓度之间有一些等量关系，例如：c(Na＋)＋c(H＋)＝c(HCO)＋2c(CO)＋c(OH－)，另外对此溶液中存在的离子按浓度由大到小排序为___________________________。 答案　c(Na＋)＞c(HCO)＞c(CO)＞c(OH－)＞c(H＋) 解析　n (CO2)＝＝0.2 mol、n(NaOH)＝0.3 molL－11 L＝0.3 mol，则反应的可能方程式有CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O，CO2＋NaOH===NaHCO3，根据2＞＝＞1可知反应后产物为Na2CO3和NaHCO3，设所得产物中含Na2CO3为x mol，NaHCO3为y mol，则x＋y＝0.2、2x＋y＝0.3， 解得x＝0.1、y＝0.1，在含等物质的量的碳酸钠、碳酸氢钠的溶液中，c(Na＋)最大，碳酸根离子水解大于碳酸氢根离子的水解，则c(HCO)＞c(CO)，水解使溶液显碱性，则c(OH－)＞c(H＋)，显性离子大于隐性离子，则c(HCO)＞c(CO)＞c(OH－)＞c(H＋)，所以离子浓度大小为c(Na＋)＞c(HCO)＞c(CO)＞c(OH－)＞c(H＋)。 9．流程中所用的NaHSO3溶液显弱酸性，源于NaHSO3存在以下两种程度不同的平衡体系： (1)水解____________和电离____________(用离子方程式表示)。 (2)如向0.1 molL－1的NaHSO3溶液中分别加入以下物质，回答问题： 加入少量Ba(OH)2固体，水解平衡向____________移动；加入少量NaClO固体，溶液的pH____________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。 答案　(1)HSO＋H2OH2SO3＋OH－ HSOSO＋H＋ (2)逆反应方向　减小 解析　(1)NaHSO3溶液显弱酸性，是因为该溶液中存在以下的平衡：①水解：HSO＋H2OH2SO3＋OH－和②电离：HSOSO＋H＋，电离程度大于水解程度。(2)加入Ba(OH)2，OH－浓度增大，平衡逆向移动；加入少量NaClO固体，发生氧化还原反应生成硫酸和氯化钠，溶液pH减小。 10．已知常温下，H2SO3的电离常数为 K1＝1.5410－2，K2＝1.0210－7，H2CO3的电离常数为 K1＝4.3010－7，K2＝5.6010－11，则下列微粒可以大量共存的是____________(选填编号)。 a．CO　HSO b．HCO　HSO c．SO　HCO d．H2SO3　HCO 已知NaHSO3溶液显酸性，解释原因_____________________________________________。 答案　bc　亚硫酸氢根的电离程度大于水解程度 解析　已知Ka越大酸性越强，酸性较强的能与酸性较弱的酸根离子反应，由于HCO的酸性小于HSO的酸性，所以HCO与SO不反应，即b、c能共存。 (五)有关化学反应速率、化学平衡的简答与绘图 1．CO2可作为合成低碳烯烃的原料加以利用。如： 2CO2(g)＋6H2(g)===CH2===CH2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－127.8 kJmol－1 (1)上述由CO2合成CH2===CH2的反应在____________(填“高温”或“低温”)下自发进行，理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)保持某温度(大于100 ℃)不变，在体积为V L的恒容容器中以n(H2)∶n(CO2)＝3∶1的投料比加入反应物，至t0时达到化学平衡。t1时将容器体积瞬间扩大至2V L 并保持不变，t2时重新达平衡。作出容器内混合气体的平均相对分子质量 随时间变化的图像。 答案　(1)低温　该反应的ΔH＜0，ΔS＜0 (2) 解析　(1)由CO2合成CH2===CH2的反应ΔH＜0，ΔS＜0，根据复合判据ΔH－TΔS＜0时，反应自发进行，因此低温时自发进行。 (2)初始状态，加入的n(H2)∶n(CO2)＝3∶1，因此平均相对分子质量＝20.75＋440.25＝12.5，因此起点坐标为(0,12.5)；若该反应进行到底，即H2和CO2全部转化为CH2===CH2和H2O，则产物的物质的量之比为n(CH2===CH2)∶n(H2O)＝1∶4，此时混合气体的平均相对分子质量为＝280.2＋180.8＝20，因此t0达平衡时应在区间(12.5,20)；t1时将容器体积瞬间扩大至2V L并保持不变，平衡逆向移动，混合气体的平均相对分子质量减小，但是t2达平衡时应大于12.5。由此可以做出图像。 2．在某温度下，2 L密闭容器中充入NO、CO各0.4 mol进行反应2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＜0，测得NO物质的量变化如下图所示： 5分钟末反应达到平衡，该反应的平衡常数K＝______________________________________。 第6分钟继续加入0.2 mol NO、0.2 mol CO、0.2 mol CO2和0.3 mol N2，请在上图中画出到9分钟末反应达到平衡NO的物质的量随时间的变化曲线。 答案　5 解析　已知反应为2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g),2 L密闭容器中充入NO、CO各0.4 mol，达到平衡时NO为0.2 mol， 　　　　　2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) 起始(mol)：0.4　　　0.4　　　0　　　0 转化(mol)：0.2 0.2 0.1 0.2 平衡(mol)：0.2 0.2 0.1 0.2 则K＝＝＝5； 第6分钟继续加入0.2 mol NO、0.2 mol CO、0.2 mol CO2和0.3 mol N2，则c(NO)＝＝0.2 molL－1， c(CO)＝＝0.2 molL－1， c(N2)＝＝0.2 molL－1， c(CO2)＝＝0.2 molL－1， Q＝＝＝5＝K，说明是平衡状态，所以第6分钟继续加入0.2 mol NO、0.2 mol CO、0.2 mol CO2和0.3 mol N2，仍是平衡状态，但是NO的物质的量变为原来的2倍，作图为 3．下图表示起始投料量H2/CO2＝4时， 反应①CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(l)　ΔH1 反应②2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(l) ΔH2＝－122.54 kJmol－1中CO2的平衡转化率随反应温度的变化关系图，根据图示回答下列问题： (1)ΔH1________(填写“>”、”<”或“＝”)0。 (2)__________(填“高温”或“低温”)有利于提高反应②二甲醚的产率，请简述理由：________________________________________________________________________。 (3)若起始投料量H2/CO2＝4，起始温度为298 K，反应②在503 K时达到平衡，请在上图画出CO2转化率随温度升高的变化曲线。 答案　(1)＞　(2)低温　较低温度下，反应①的平衡转化率较小而反应②较大，所以低温对反应②有利，二甲醚的产率较高 (3) 解析　(1)根据图像可知，升高温度后，二氧化碳的转化率增大，说明升高温度平衡向着正向移动，则正反应为吸热反应，所以ΔH1＞0。 (2)由于反应①为吸热反应，反应②为放热反应，所以在较低温度下，反应①的平衡转化率较小而反应②较大，故低温对反应②有利，二甲醚的产率较高。反应②在503 K时达到平衡，则从298 K开始，二氧化碳的转化率逐渐增大，当温度达到503 K时，二氧化碳的转化率达到最大，当温度大于503 K后，二氧化碳的转化率会减小，则CO2转化率随温度升高的变化曲线为 。 4．(1)利用反应4NH3(g)＋6NO(g)===5N2(g)＋6H2O(g)ΔH＝－1 811.63 kJmol－1 消除氮氧化物的污染，相同条件下，在2 L恒容密闭容器中，选用不同的催化剂，反应产生N2的物质的量随时间变化如图1所示。 图1 下列说法正确的是____________。 A．该反应的活化能大小顺序是Ea(A)＞Ea(B)＞Ea(C) B．使用催化剂A达到平衡时，N2最终产率更大 C．单位时间内H—O键与N—H键断裂的数目相等时，说明反应已经达到平衡 D．若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，当K值不变时，说明反应已经达到平衡 (2)在氨气足量时，反应4NH3(g)＋6NO(g)===5N2(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 811.63 kJmol－1 在催化剂A作用下，经过相同时间，测得脱氮率随反应温度的变化情况如图2所示，据图可知，在相同的时间内，温度对脱氮率的影响_________________________________________， 其可能的原因是_________________________________________________________。 (已知A、B催化剂在此温度范围内不失效) (3)其他条件相同时，请在图2中补充在催化剂B作用下脱氮率随温度变化的曲线。 图2 答案　(1)CD　(2)300 ℃之前，温度升高，脱氮率逐渐增大，300 ℃之后温度升高，脱氮率逐渐减小　300 ℃前反应未平衡，脱氮率决定于速率，温度越高速率越快，所以脱氮率增大，300 ℃之后反应达平衡，脱氮率决定于平衡的移动，该反应正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，脱氮率减小 (3) 解析　(1)A项，反应速率越快活化能越小，该反应的活化能大小顺序是Ea(A)＜Ea(B)＜Ea(C)，故错误；B项，使用催化剂平衡不移动，N2最终产率相同，故错误；C项，反应前后H—O键与N—H键的数目相等，所以单位时间内H—O键与N—H键断裂的数目相等时，说明正、逆反应速率相等，反应已经达到平衡，故正确；D项，若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，当K值不变时，说明温度不变，反应已经达到平衡，故正确。(2)由图可知300 ℃以前温度越高脱氮率越高，300 ℃后温度越高脱氮率越低，原因可能是300 ℃前是平衡的建立过程，而300 ℃后是平衡的移动。(3)B催化剂的效率低，所以达平衡的时间长，平衡不移动，但最终的脱氮率不变，所以图像为 5．对于可逆反应Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)，该反应的逆反应速率随时间变化的关系如下图。 (1)从图中看到，反应在t2时达平衡， 在t1时改变了某种条件，改变的条件可能是________。 A．升温 B．增大CO2浓度 C．使用催化剂 (2)如果在t3时从混合物中分离出部分CO，t4～ t5时间段反应处于新平衡状态，请在图上画出t3～ t5的v逆变化曲线。 答案　(1)AC　(2) 6．在常温、常压、光照条件下，N2在催化剂TiO2表面与H2O发生反应，2N2(g)＋6H2O(l)===4NH3(g)＋3O2(g)　ΔH＝1 530.4 kJmol－1 进一步研究相同条件下NH3生成量与温度的关系，部分实验数据见下表： 实验组别 1 2 3 4 T/K 303 313 323 353 NH3生成量/(10－6 mol) 4.8 5.9 6.0 2.0 O2生成量/(10－6 mol) 3.6 4.4 4.5 1.5 反应时间/h 3 3 3 3 容器体积/L 2 2 2 2 (1)请在图中画出上述反应在“有催化剂”与“无催化剂”两种情况下反应过程中体系能量随反应过程的变化趋势示意图(图中标明必要的文字说明)。 (2)根据表中数据，在303 K时，在3 h内用氮气表示其平均反应速率为____________ molL－1h－1。判断组别4中反应是否达到平衡状态____________(填“是”或“否”)，并说明理由________________________________________________________________________。 答案　 (1) (2)410－7　否　该反应正向反应为吸热反应，升高温度平衡正向移动，则n(NH3)应大于6.010－6 mol 解析　(1)催化剂是通过降低反应的活化能来加快化学反应速率的，使用催化剂后，活化能降低，图像需要符合：1.两条线的起点、终点分别相同；2.有催化剂曲线最高处能量要低； 3.反应物的总能量要低于生成物的总能量。图像为 (2)在303 K时，在3 h内氧气的反应速率＝＝610－7 molL－1h－1，用氮气表示其平均反应速率v(N2)＝v(O2)＝610－7 molL－1h－1＝410－7 molL－1h－1，组别4中正向反应为吸热反应，升高温度平衡正向移动，则n(NH3)应大于6.010－6 mol，则组别4中反应未达到平衡状态。 (六)模拟综合训练 1．(2016绍兴选考适应性考试)碳、硫和氮元素及其化合物的处理，是资源利用和环境保护的重要研究课题。 (1)CO可转化成二甲醚，原理为2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)。已知一定条件下，该反应中CO的平衡转化率随温度、投料比[n(H2)/n(CO)]的变化曲线如图所示 若温度升高，则反应的平衡常数K将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (2)SO2的水溶液呈酸性，某温度下，0.02 molL－1亚硫酸水溶液的pH等于2，若忽略亚硫酸的二级电离和H2O的电离，则该温度下亚硫酸的一级电离常数Ka1＝____________________。 (3)已知：反应1：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH1； 反应2：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)　ΔH2； 若ΔH1＜ΔH2＜0，则反应3：SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)属于________(填“放热”或“吸热”)反应。 (4)若用少量NaOH溶液吸收SO2气体，对产物NaHSO3进一步电解可制得硫酸，电解原理示意图见上图。电解时阳极的电极反应式为____________________。 (5)在恒温密闭容器中通入SO2和NO2各1 mol发生反应3：SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)，当反应达到平衡后，维持温度和容积不变，10 min时再通入各1 mol 的SO2和NO2的混合气体，20 min时再次平衡。两次平衡时NO2的转化率α1________(填“＞”、“＜”或“＝”)α2；请在下图中画出正反应速率v正在10至30 min间随时间变化的曲线图。 答案　(1)减小　(2)1.010－2　(3)放热 (4)HSO－2e－＋H2O===SO＋3H＋　(5)＝ 解析　(1)由题图可知，在投料比一定的条件下，升高温度平衡向CO转化率减小的方向即逆反应方向移动，说明逆反应