专题9原理综合透题型析

2019专题9原理综合题型透析09知识整合目录考能探究对点集训一、原理综合题型的命题特点原理综合题着重考查考生接受、吸收、整合信息的能力,利用化学知识解决实际问题的能力。命题时以平衡知识为核心,以“拼盘”的形式综合考查反应热(盖斯定律的应用、利用键能计算反应热和热化学方程式的书写等)、电化学(原电池、电解池的工作原理分析,电极反应式的书写)、电解质溶液(电离常数或溶度积常数的计算)、离子反应及氧化还原反应方程式的书写等。原理综合题特别注重对考生图表分析能力的考查,见下表:考题2017年Ⅱ卷Ⅲ卷图表考题2018年Ⅰ卷Ⅱ卷Ⅲ卷图表

二、原理综合题型的解题方法及思路该类试题考查的是高中化学主干知识,试题难度一般较大,特别是原理综合题型,将多个知识点组合在一起,客观上增加了思维容量。解题时要采用逐个分析、各个击破的方法,认真分析每个小题考查的知识点,迅速转变思路,防止在一个知识点、一个思路上“走到底”。平常训练应注重计算能力(重点训练平衡常数以及转化率的计算)、语言表述能力(利用平衡原理解释实际问题)的培养,提高解读图像的能力,掌握解题技巧。电化学应重点掌握电极反应式的书写技巧以及有关电池参数方面的计算,应用盖斯定律解题时要先确定热化学方程式的组合关系,再确定ΔH间的计算关系。三、相关知识储备1.化学反应速率题中应注意的问题(1)对于可逆反应,温度变化对正、逆反应速率均产生影响且影响趋势相同,但影响值不同。升温对吸热反应影响较大,对放热反应影响较小;反之,降温对吸热反应影响较小,对放热反应影响较大。(2)计算化学反应速率时,要特别注意时间、体积和浓度等单位的换算。2.盖斯定律的应用技巧盖斯定律的应用主要是利用给定的热化学方程式求某热化学方程式的反应热,技巧如下:(1)确定要消掉的物质:凡是待求的热化学方程式中没有而给定的热化学方程式中有的物质,都属于要消掉的物质。消物质时根据“同侧相减,异侧相加”的原则,从而快速确定给定的热化学方程式的反应热是用加法还是用减法。(2)调整化学计量数:如果要消掉的物质的化学计量数不同,则要调整热化学方程式的化学计量数,使要消掉的物质的化学计量数相等(其余物质的化学计量数也作同倍数的变化),从而可快速确定给定热化学方程式的反应热需要乘的倍数。(3)注意检查核对:得到反应热的计算式后,一定要核对一下求得的反应热是不是与所求热化学方程式的化学计量数相对应。3.平衡计算的应用技巧(1)平衡常数的应用:反应的化学方程式确定后,该反应的平衡常数只与温度有关;温度不变,该反应的平衡常数就不变,所以利用平衡常数常可以处理多次投料问题。(2)常用的计算思路:涉及平衡的计算常利用“三段式”法,要注意几个关系的应用,反应物的c(平)=c(初)-c(转),生成物的c(平)=c(初)+c(转),反应物的c(初)×α=反应物的c(转),不同物质的c(转)之比等于它们对应的化学计量数之比。4.原电池电极反应式的直接书写技巧原电池的电极反应式的本质是一个氧化还原反应的某个半反应,即氧化反应(在原电池的负极上发生)或还原反应(在原电池的正极上发生)。因此在书写电极反应式时,首先找到两对物质,氧化剂+ne-还原产物、还原剂-ne-氧化产物,然后结合电解质溶液中存在的微粒、电极反应式两边电荷守恒以及原子守恒,确定应该添加的其他物质,最后再配平。如写出“Pb-PbO2-稀H2SO4”构成的原电池负极和正极的电极反应式。负极Pb失去电子变为Pb2+,而Pb2+能结合电解质溶液中的SO42-生成难溶物PbSO4,因此依据离子方程式的保留原则,得到负极反应式:Pb+SO42--2e-PbSO4;正极PbO2得电子生成Pb2+,Pb2+能与电解质溶液中的SO42-结合生成难溶物PbSO4,化合价不变的氧离子与氢离子结合生成水,结合离子方程式的书写原则,得到正极反应式:PbO2+SO42-+4H++2ePbSO4+2H2O(注意PbO2不溶于水,书写离子方程式时不能拆)。5.电离平衡、水解平衡和溶解平衡题中应注意的问题(1)书写电离平衡、水解平衡、溶解平衡方程式时要用可逆符号连接。(2)分析离子的存在形式时要考虑弱酸、弱碱的电离和离子能否发生水解。(3)分析离子浓度大小时要考虑酸、碱、盐对水电离的影响。(4)利用溶度积常数分析沉淀是否能完成转化时,要考虑溶解平衡式中阴阳离子系数与溶度积常数的关系,溶度积大的其溶解度不一定大。6.分析图像与作图时的解题步骤考向1平衡与反应热结合此类试题主要考查速率、平衡和反应热的知识,反应热知识考查的方式有以下几种:①给出两个或两个以上热化学方程式,计算另一个反应的反应热或书写其热化学方程式;②给出几种物质的燃烧热,书写某反应的热化学方程式或计算某反应的反应热;③分析图像计算反应热或书写热化学方程式;④根据键能结合盖斯定律计算反应热或书写热化学方程式。典型例题

解析该催化重整反应的ΔH=

kJ·mol-1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是

(填标号)。

A.高温低压B.低温高压C.高温高压 D.低温低压某温度下,在体积为2L的容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,其平衡常数为

mol2·L-2。

+247A1/3(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表:

积碳反应CH4(g)C(s)+2H2(g)消碳反应CO2(g)+C(s)2CO(g)ΔH/(kJ·mol-1)75172活化能/(kJ·mol-1)催化剂X3391催化剂Y4372①由上表判断,催化剂X

Y(填“优于”或“劣于”),理由是

。

在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如下图所示。升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是(填标号)。

A.K积、K消均增加B.v积减小、v消增加C.K积减小、K消增加D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大解析劣于相对于催化剂X,催化剂Y对应积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小,而消碳反应活化能相对较小,消碳反应速率大AD②在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时,不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如下图所示,则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为

。解析pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)【解析】(1)根据盖斯定律计算,催化重整反应的ΔH=-111kJ·mol-1×2-(-394kJ·mol-1)-(-75kJ·mol-1)=+247kJ·mol-1;催化重整反应的正反应为吸热反应,故升高温度能使平衡向正反应方向移动,甲烷的转化率增大;又因为催化重整反应的正反应为气体分子数增大的反应,故减小压强,能使平衡向正反应方向移动,甲烷的转化率增大,所以A项正确。已知反应:

CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)起始:

2mol

1mol

0

0转化:0.5mol

0.5mol

1mol

1mol平衡:1.5mol

0.5mol

1mol

1mol由于容器体积为2L,则平衡常数

(2)①由题中表格数据可知,相对于催化剂X,催化剂Y对应的积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小,而消碳反应的活化能相对较小,消碳反应速率大,所以催化剂Y优于催化剂X;因为积碳反应和消碳反应的反应热均大于0,正反应均为吸热反应,所以升高温度,积碳反应和消碳反应的平衡常数均增大;由图可知,当积碳反应和消碳反应达到平衡状态后,升高温度,积碳量减小,所以升高温度时,消碳反应速率增大的倍数大于积碳反应速率增大的倍数,故A、D两项正确。②催化剂上积碳反应的速率方程为v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5,CO2的压强越大,积碳反应的速率越小,则积碳量越小,由图中积碳量曲线可知:pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2)。突破训练1.(2018年安徽合肥高三检测)H2S在重金属离子处理、煤化工等领域都有重要应用。Ⅰ.H2S是煤化工原料气脱硫过程的重要中间体,反应原理如下:ⅰ.COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g)ΔH=+7kJ·mol-1ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH=-42kJ·mol-1已知断裂1mol气态分子中的化学键所需能量如下表所示:分子COS(g)H2(g)CO(g)H2S(g)能量(kJ)1310442x669(1)表中x=

。

(2)T℃时,向容积为VL的恒容密闭容器中充入1molCOS(g)、1molH2(g)和1molH2O(g),发生上述两个反应。①在T℃时测得平衡体系中COS为0.80mol,H2为0.85mol,则T℃时反应ⅰ的平衡常数K=

(保留2位有效数字)。

②上述反应达到平衡后,若向其中再充入1molCOS(g)、1molH2(g)和1molH2O(g),则再次达到平衡后H2的体积分数

(填“增大”“减小”或“不变”,下同);若升高温度,则CO的平衡体积分数

,其理由是

。10760.044不变增大反应ⅰ为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,CO的平衡体积分数增大;反应ⅱ为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,CO的平衡体积分数也增大解析Ⅱ.H2S在高温下分解制取H2,同时生成硫蒸气。(3)向容积为2L的密闭容器中加入0.2molH2S,反应在不同温度(900~1500℃)下达到平衡时,混合气体中各组分的体积分数如图所示,则在此温度区间内,H2S分解反应的主要化学方程式为

;在1300℃时,反应经2min达到平衡,则0~2min内H2S的平均反应速率v(H2S)=

。

2H2S2H2+S20.02mol·L-1·min-1解析Ⅲ.H2S用作重金属离子的沉淀剂。(4)25℃时,向浓度均为0.001mol·L-1的Sn2+和Ag+混合溶液中通入H2S,当Sn2+开始沉淀时,溶液中c(Ag+)=

。[已知:25℃时,Ksp(SnS)=1.0×10-25,Ksp(Ag2S)=1.6×10-49]

4.0×10-14mol·L-1解析

1.运用盖斯定律时需要注意热化学方程式在加减或调整倍数的同时,ΔH也要相应地加减或调整倍数,同时需要注意ΔH的符号。2.在用键能求算反应热时需要注意是用反应物总键能减去生成物总键能,并且要正确判断每摩尔物质中所含化学键的物质的量。点石成金此类试题考查的知识点是平衡与电化学知识的综合,重点考查原电池电极反应式的书写、电解池中离子移动方向的判断等。考向2平衡与电化学结合

典型例题10

解析(2)CO2与CH4经催化重整,制得合成气:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)①已知上述反应中相关的化学键键能数据如下:化学键键能/kJ·mol-14137454361075则该反应的ΔH=

。分别在VL恒温密闭容器A(恒容)、B(恒压,容积可变)中,加入CH4和CO2各1mol的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是

(填“A”或“B”)。+120kJ·mol-1B解析②按一定体积比加入CH4和CO2,在恒压下发生反应,温度对CO和H2产率的影响如图3所示。此反应优选温度为900℃的原因是

。

900℃时,合成气产率已经较高,再升高温度产率增幅不大,但能耗升高,经济效益降低解析图3图4

Al-3e-Al3+(或2Al-6e-2Al3+)催化剂2Al+6CO2Al2(C2O4)3解析

(2)①化学反应的焓变应该等于反应物键能之和减去生成物的键能之和,所以焓变为(4×413+2×745)kJ·mol-1-(2×1075+2×436)kJ·mol-1=+120kJ·mol-1。初始时容器A、B的压强相等,A容器恒容,随着反应的进行压强逐渐增大(气体物质的量增加),B容器恒压,压强不变,所以达平衡时压强一定是A中大,B中小,此反应压强减小平衡正向移动且正反应为吸热反应,所以B容器更有利于反应正向进行,吸收的热量更多。②根据图3可知,温度再升高,反应产率的增大并不明显,而生产中的能耗和成本明显增大,经济效益会下降,所以选择900℃为反应最佳温度。(3)电池的负极为Al,Al失电子,该电解质为氯化铝离子液体,所以Al失电子应转化为Al3+,电极反应式为Al-3e-Al3+(或2Al-6e-2Al3+)。根据电池的正极反应,氧气在反应前后没有变化,故为催化剂。将两极的电极反应式加和得到总反应为2Al+6CO2Al2(C2O4)3。突破训练2.(2018年吉林吉大附中高三四模)《2018年国务院政府工作报告》中指出“今年二氧化硫、氮氧化物排放量要下降3%”。因此,研究烟气的脱硝(除NOx)、脱硫(除SO2)技术有着积极的环保意义。(1)汽车的排气管上安装“催化转化器”,其反应的热化学方程式为2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)

ΔH=-746.50kJ·mol-1。T℃时,将等物质的量的NO和CO充入容积为2L的密闭容器中,若温度和体积不变,反应过程中(0~15min)NO的物质的量随时间的变化如图所示:①图中a、b分别表示在相同温度下,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(NO)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”)。

②T℃时,该反应的化学平衡常数K=

;平衡时若保持温度不变,再向容器中充入CO、CO2各0.2mol,则平衡将

(填“向左”“向右”或“不”)移动。

③15min时,若改变外界反应条件,导致n(NO)发生图中所示变化,则改变的条件可能是

(任答一条即可)。

解析b5不增加CO的浓度(或减少生成物浓度或降温等)(2)在催化剂作用下,用还原剂[如肼(N2H4)]选择性地与NOx反应生成N2和H2O。已知200℃时:Ⅰ.3N2H4(g)N2(g)+4NH3(g)N2(g)+4NH3(g)ΔH1=-32.9kJ·mol-1;Ⅱ.N2H4(g)+H2(g)2NH3(g)ΔH2=-41.8kJ·mol-1。①写出肼的电子式:

。

②200℃时,肼分解成氮气和氢气的热化学方程式为

。解析N2H4(g)N2(g)+2H2(g)

ΔH=+50.7kJ·mol-1③目前,科学家正在研究一种以乙烯作还原剂的脱硝原理,其脱硝率与温度、负载率(分子筛中催化剂的质量分数)的关系如图所示:为达到最佳脱硝效果,应采取的条件是

。解析350℃左右、负载率3.0%(3)在天然气脱硫研究方面我国科学家取得了新进展,利用如图所示装置可发生反应:H2S+O2H2O2+S↓。已知甲池中发生的反应如下:AQH2AQ①装置中H+从

(填“甲池”或“乙池”,下同)移向

。

②乙池溶液中发生的反应为

。解析乙池甲池

1.在书写原电池电极反应式时要注意溶液的酸碱性,适当地在电极反应式两边添加H+、OH-、H2O等,以遵循电荷守恒和质量守恒。2.在书写电解池的电极反应式时,如果氢离子或氢氧根离子来自水,则电极反应式中要写水。3.在进行电化学计算时关键是抓得失电子守恒。点石成金平衡与电解质溶液的结合考向3对电解质溶液的考查主要集中在溶度积常数的计算、电离平衡常数的计算、盐类水解平衡的应用等