2024五年高考题分类训练（化学）十三化学反应原理的综合应用

PAGE1专题十三化学反应原理的综合应用题组一1.[2021海南，10分]碳及其化合物间的转化广泛存在于自然界及人类的生产和生活中。已知25℃，100kPa①1mol葡萄糖[C6H12O6s]②COg回答问题：（1）25℃时，CO2g与H2Ol经光合作用生成葡萄糖[C6H12O[解析]由已知①可得C6H12O6s+6O2g（2）25℃，100kPa时，气态分子断开1mol化学键的焓变称为键焓。已知OO、CO键的键焓分别为495kJ⋅mol−1、799kJ⋅[解析]设CO中碳氧键的键焓为xkJ⋅mol−1，根据键焓定义,由已知②可得x+（3）溶于水的CO2只有部分转化为H2CO3aq，大部分以水合CO2的形式存在，水合CO2可用CO2aq表示。已知25℃时，H2CO3aq⇌CO2aq+[解析]反应达平衡时，K=cCO2cH2CO（4）25℃时，潮湿的石膏雕像表面会发生反应：CaSO4s+CO32−aq⇌CaCO3[解析]已知KspCaSO4=cCa2+（5）溶洞景区限制参观的游客数量，主要原因之一是游客呼吸产生的气体对钟乳石有破坏作用，从化学平衡的角度说明其原因钟乳石的主要成分是CaCO3，游客呼出的CO2气体可与CaCO3发生反应CaCO3+CO2+H2OCa2++2HCO32.[2021全国乙卷，15分]一氯化碘ICl是一种卤素互化物，具有强氧化性，可与金属直接反应，也可用作有机合成中的碘化剂。回答下列问题：（1）历史上海藻提碘中得到一种红棕色液体，由于性质相似，Liebig误认为是ICl,从而错过了一种新元素的发现。该元素是溴（或Br）。[解析]根据题给信息“得到一种红棕色液体”，且含有一种新元素，结合卤素的性质，可知所得液体中含有的新元素应为溴（或Br）。（2）氯铂酸钡BaPtCl6固体加热时部分分解为BaCl2、Pt和Cl2,376.8℃时平衡常数K′p=1.0×104Pa2。在一硬质玻璃烧瓶中加入过量BaPtCl6,抽真空后，通过一支管通入碘蒸气（然后将支管封闭）。在376.8℃，碘蒸气初始压强为20.0kPa。376.8℃平衡时，测得烧瓶中压强为32.5[解析]结合BaPtCl6s⇌BaCl2s+Pts+2Cl2g可得376.8℃I2根据平衡时总压强为32.5kPa得20.0−x+0.1+2x=32.5,解得x=12.4（3）McMorris测定和计算了在136∼180℃2NO2NOCl得到lgKp1∼1①由图可知，NOCl分解为NO和Cl2反应的ΔH大于[解析]结合图像lgKp2∼1T×10②反应2IClgCl2g+I2g的K=Kp1⋅Kp2（用Kp1、Kp2表示）;该反应的ΔH[解析]结合题中信息可知Kp1=p2NOCl×pI2p2NO×p2ICl、Kp2=p2NO×pCl2p2NOCl，故反应（4）Kistiakowsky曾研究了NOCl光化学分解反应，在一定频率ν光的照射下机理为：NOCl+ℎνNOCl+NOCl其中ℎν表示一个光子能量，NOCl∗表示NOCl的激发态。可知，分解1mol的NOCl需要吸收0.5mol[解析]结合在光的照射下NOCl分解的反应机理可得，总反应为2NOCl+ℎν→2NO+Cl23.[2020天津节选,13分]利用太阳能光解水，制备的H2用于还原CO2Ⅰ.半导体光催化剂浸入水或电解质溶液中，光照时可在其表面得到产物（1）图1为该催化剂在水中发生光催化反应的原理示意图。光解水能量转化形式为光能转化为化学能。图1[解析]在光照下，水转化为H2、O2（2）若将该催化剂置于Na2SO3溶液中，产物之一为SO42−，另一产物为H2。若将该催化剂置于AgNO3[解析]SO32−转化为SO42−的过程中，硫元素化合价升高，根据氧化还原反应中化合价有升必有降的规律及反应体系中只有Na、S、H、O四种元素，可知另一产物为H2。在催化剂存在的条件下，AgNO3Ⅱ.用H2还原CO2可以在一定条件下合成CHCO2g+3（3）某温度下，恒容密闭容器中，CO2和H2的起始浓度分别为amol⋅L−1和3amol⋅L−1[解析]列三段式如下：CO2K=c（4）恒压下，CO2和H2的起始物质的量比为1:3图2①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动（或平衡常数减小）。[解析]该反应是放热反应，温度升高有利于平衡逆向移动，甲醇的平衡产率随温度升高而降低。②P点甲醇产率高于T点的原因为分子筛膜从反应体系中不断分离出H2O[解析]P点对应反应有分子筛膜，分子筛膜能选择性分离出水，有利于反应正向进行，故P点甲醇产率高于T点甲醇产率。③根据图2，在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为210℃。[解析]由图2知，当温度为210℃时，甲醇的产率最高，因此最佳反应温度为210℃Ⅲ.调节溶液pH可实现工业废气CO2（5）已知25℃碳酸电离常数为Ka1、Ka2，当溶液pH=12时，cH[解析]Ka1=cHCO3−×cH+cH2CO3,Ka2=c题组二1.[2022广东，14分]铬及其化合物在催化、金属防腐等方面具有重要应用。（1）催化剂Cr2O3可由①完成化学方程式:NH42Cr2O7△Cr[解析]根据化学方程式中反应前后Cr的化合价降低，且反应生成无污染气体，推出生成的无污染气体为N2，根据Cr和N得失电子守恒配平反应，确定NH42Cr2O7、Cr2O3和N2前的化学计量数均为1，再由H②Cr2O3催化丙烷脱氢过程中，部分反应历程如图1,Xg→Y图1[解析]从图像看出，Yg的能量比Xg的高，则Xg转化为Yg的反应为吸热反应，焓变为正值，反应共经历三个过程，均为吸热过程，第一个过程的焓变为E1−E2，第二个过程的焓变为ΔH，第三个过程的焓变为E③Cr2O3可用于NH3的催化氧化。设计从NH3出发经过3步反应制备HNO3的路线NH3→NO→NO[解析]从NH3出发经过3步反应制备HNO3的路线：NH3催化氧化生成NO，NO被氧气氧化生成NO2，NO2溶于水生成HNO3。（2）K2CriCriiHCrO①下列有关K2Cr2OA.加入少量硫酸，溶液的pH不变B.加入少量水稀释，溶液中离子总数增加C.加入少量NaOH溶液，反应i的平衡逆向移动D.加入少量K2Cr2O7[解析]反应i+反应ii×2得Cr2O72−aq+H2Ol⇌2CrO42−+2H+。A项，加入少量硫酸，总反应平衡逆向移动，但根据勒夏特列原理知，平衡移动只能削弱，不能消除，平衡后，溶液中cH+依然增大，所以溶液的pH变小，错误；B项，由总反应知，生成物的离子总数比反应物的多，在加入少量水稀释时，生成物的浓度比反应物的浓度下降得快，所以加入少量水后，平衡正向移动，生成物的离子总数增多，正确；C项，加入少量NaOH溶液，反应ii的平衡正向移动，使得HCrO②25℃时，0.10mol⋅L−1K2Cr2O7溶液中lgcCrO42−cCr2O72−随pH的变化关系如图2。当pH=9.00时，设Cr2O72−、HCrO4−与CrO42−的平衡浓度分别为x、y、zmol⋅L−1,则图2[解析]pH=9.00时，0.10mol⋅L−1K2Cr2O7溶液中Cr原子的总浓度为0.20③在稀溶液中，一种物质对光的吸收程度（A）与其所吸收光的波长λ有关;在一定波长范围内，最大A对应的波长λmax取决于物质的结构特征;浓度越高，A越大。混合溶液在某一波长的A是各组分吸收程度之和。为研究pH对反应i和ii平衡的影响，配制浓度相同、pH不同的K2Cr2O7稀溶液，测得其A随λ的变化曲线如图3。波长λ1、λ2和λ3中，与CrO42−的λmax最接近的是λ3；溶液图3[解析]根据反应i、ii可知，溶液pH越大，溶液中cCr2O72−+cHCrO4−+cCrO42−越大，混合溶液在某一波长的A越大，溶液的pH越大，溶液中cCrO42−越大，因此与CrO42−的λmax最接近的是λ3；K2.[2020江苏，14分]CO2/HCOOH（1）CO2催化加氢。在密闭容器中，向含有催化剂的KHCO3溶液（CO2与KOH溶液反应制得）中通入H2生成HCOO−,其离子方程式为HCO3−+H2催化剂HCOO−+H2[解析]HCO3−和H2在催化剂的作用下反应生成HCOO−，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒可写出反应的离子方程式。温度升高，反应速率增大，同时升高温度催化剂的活性增强，HCO3（2）HCOOH燃料电池。研究HCOOH燃料电池性能的装置如图2所示，两电极区间用允许K+、H+①电池负极电极反应式为HCOO−+2OH−−[解析]负极发生氧化反应，碱性条件下，HCOO−（其中的碳元素可看作+2价）被氧化生成HCO3−（其中的碳元素为+4价），则负极的电极反应式为HCOO−+2OH−−2e−HCO3−+H2O。正极反应中，Fe3+被还原为Fe2+，Fe2②图2所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为2HCOOH+2OH−图2[解析]结合上述分析可知，HCOOH与O2反应的离子方程式为2HCOOH+2OH−（3）HCOOH催化释氢。在催化剂作用下，HCOOH分解生成CO2和H2图3①HCOOD催化释氢反应除生成CO2外，还生成HD[解析]根据原子守恒并结合题图3，可知HCOOD催化释氢反应除生成CO2外，还生成HD②研究发现：其他条件不变时，以HCOOK溶液代替HCOOH催化释氢的效果更佳，其具体优点是提高释放氢气的速率，提高释放出氢气的纯度。[解析]从题图3可以看出，HCOOH催化释氢的第一步是转化为HCOO−，故以HCOOK溶液代替HCOOH催化释氢，可以提高释放氢气的速率，又HCOOK题组三1.[2021湖南，14分]氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面两种方法由氨气得到氢气。方法Ⅰ.氨热分解法制氢气相关化学键的键能数据化学键N≡NH—HN—H键能E/946436.0390.8在一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H（1）反应2NH3g⇌N2[解析]根据键能与反应热的关系，知ΔH=反应物键能之和-生成物键能之和=390.8（2）已知该反应的ΔS=198.9J⋅molA.25℃ B.125℃ C.225℃ [解析]因为反应自发进行，故ΔG=ΔH−TΔS=+90.8kJ⋅mol−1−T×198.9（3）某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下，将0.1molNH3通入3L①若保持容器体积不变，t1时反应达到平衡，用H2的浓度变化表示0∼t1时间内的反应速率vH2=[解析]根据2NH3g⇌3H2g+N2g，由图像可知，t1时pNH3=pH2=120kPa,pN②t2时将容器体积迅速缩小至原来的一半并保持不变，图中能正确表示压缩后N2分压变化趋势的曲线是b（用图中a、b、c、d表示），理由是t2时，快速缩小容器体积为原来的一半，即对反应体系加压，压强增大为原来的2倍，N2的分压瞬时增大为原来的2倍，随后反应2NH3g⇌3[解析]t2时，快速缩小容器体积为原来的一半，即将反应体系的压强增大为原来的2倍，N2的分压瞬时增大为原来的2倍，随后反应2NH3g⇌3H③在该温度下，反应的标准平衡常数K⊖=0.48（已知:分压=总压×该组分物质的量分数，对于反应dDg+eEg⇌gGg+ℎHgK[解析]根据平衡时总压为280kPa，NH3、H2、N2的分压分别是120kPa、120kPa、方法Ⅱ.氨电解法制氢气利用电解原理，将氨转化为高纯氢气，其装置如图所示。（4）电解过程中OH−的移动方向为从右往左[解析]因为左侧电极上NH3→N2，NH3（5）阳极的电极反应式为2NH3[解析]阳极反应是NH3−e−→N22.[2021浙江1月选考，10分]“氯碱工业”以电解饱和食盐水为基础制取氯气等产品,氯气是实验室和工业上的常用气体。请回答:（1）电解饱和食盐水制取氯气的化学方程式是2NaCl+2H[解析]电解饱和食盐水得到NaOH、H2、Cl2（2）下列说法不正确的是A。A.可采用碱石灰干燥氯气B.可通过排饱和食盐水法收集氯气C.常温下,可通过加压使氯气液化而储存于钢瓶中D.工业上，常用氢气和氯气反应生成的氯化氢溶于水制取盐酸[解析]Cl2可与碱石灰反应，A项错误；Cl2在饱和食盐水中溶解度很小，B项正确；常温下Cl2与铁不反应，可储存于钢瓶中，（3）在一定温度下,氯气溶于水的过程及其平衡常数为:Cl2Cl2其中p为Cl2g的平衡压强,cCl2①Cl2g⇌Cl2aq的焓变ΔH1<0。（填“>[解析]Cl2溶于水是熵值减小的过程，Cl2易溶于水，Cl2溶于水具有自发性，熵减不利于过程自发进行，故其溶于水是放热的过程，即②平衡常数K2的表达式为K2=[解析]由平衡常数的定义知，K2=③氯气在水中的溶解度（以物质的量浓度表示）为c，则c=K1p+K1K2[解析]设与水反应消耗的Cl2浓度为c1，则反应生成的cH+=cCl−=cHClO=c1，K2=c13/（4）工业上,常采用“加碳氯化”的方法以高钛渣（主要成分为TiO2）为原料生产TiCl4ⅠTiO2s+Ⅱ2Cs+结合数据说明氯化过程中加碳的理由反应Ⅰ+Ⅱ得:TiO2s+2Cl2g+2Cs⇌TiCl4g+2COg,K=KⅠKⅡ=[解析]加碳可消耗反应Ⅰ中生成的O2发生反应Ⅱ，由反应Ⅰ+Ⅱ可得到反应TiO2s+2Cs+2Cl2（5）在一定温度下,以I2为催化剂,氯苯和Cl2在CS2中发生平行反应,分别生成邻二氯苯和对二氯苯,两产物浓度之比与反应时间无关。反应物起始浓度均为0.5mol⋅L−1,反应30min测得氯苯A.适当提高反应温度 B.改变催化剂C.适当降低反应温度 D.改变反应物浓度[解析]从反应30min测得氯苯15%转化为邻二氯苯，25%转化为对二氯苯可知，氯苯生成邻二氯苯的活化能较大，反应速率较慢，受温度的影响较大，因此升高温度可提高产物中邻二氯苯的比例，A项正确、C项错误；催化剂具有选择性，选用有利于生成邻二氯苯的催化剂可提高产物中邻二氯苯的比例，B项正确；改变反应物浓度会影响反应速率，但由“两产物浓度之比与反应时间无关”知改变反应物浓度无法提高产物中邻二氯苯的比例，3.[2020全国卷Ⅱ，14分]天然气的主要成分为CH4，一般还含有C2（1）乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H物质C2C2H2燃烧热ΔH/−1560−1411−286①ΔH1=137[解析]根据题表中数据信息可写出热化学方程式iC2H6g+72O2g2C