【创新设计】2021高考化学(江苏专用)二轮题型专攻：微题型18-化学反应原理综合题(含新题及解析)

[题型专练]1．硫、硫化物和硫酸盐在自然界中都存在。(1)硫酸是基础化学工业的重要产品，下列为接触法制硫酸的反应：4FeS2(s)＋11O2(g)eq\o(,\s\up7(高温))2Fe2O3(s)＋8SO2(g)ΔH＝－3412kJ·mol－12SO2(g)＋O2(g)eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do14())2SO3(g)ΔH＝－196.6kJ·mol－1SO3(g)＋H2O(l)=H2SO4(l)ΔH＝－130.3kJ·mol－1理论上，用FeS2为原料生产2molH2SO4(l)所释放的热量为______________kJ·mol－1。(2)硫酸生产过程中会产生硫酸渣，其成分主要为Fe(约55%)、CaO和CaS(约16%)、SiO2(约11%)、MgO(约6%)、Al2O3(约10%)。一种利用硫酸渣制备绿矾(FeSO4·7H2O)的工艺流程如下：几种离子沉淀的pH开头沉淀的pH沉淀完全的pHAl3＋3.24.4Fe2＋6.38.4Ca2＋11.8\Mg2＋8.810.8回答下列问题：①上述流程中加入铁屑时反应的离子方程式为__________________________。②上述制备过程中加入CaO调整pH＝4.5时，产生沉淀的主要成分为_______。③精制FeSO4·7H2O前，需向滤液中加入H2SO4调整pH，其目的是_________________________________________。④争辩发觉，其他条件相同，结晶温度在70℃左右时硫酸亚铁纯度最高。分析温度大于70(3)H2S是一种无色、有毒且有恶臭味的气体。煤的低温焦化，含硫石油开采、提炼，橡胶、制革、染料、制糖等工业中都有H2S产生。某争辩小组设计了一种硫化氢—空气燃料电池，总反应为2H2S＋O2=2S＋2H2O，简易结构如图所示。①硫化氢应通入到电极________(填“a”或“b”)②b极发生的电极反应式为_____________________________________。解析(1)依据盖斯定律可得，以FeS2为原料生产H2SO4(l)总的热化学方程式是2FeS2(s)＋eq\f(15,2)O2(g)＋4H2O(l)=Fe2O3(s)＋4H2SO4(l)ΔH＝－2620.4kJ·mol－1，生产2molH2SO4(l)所释放的热量为1310.2kJ·mol－1。(2)①硫酸渣酸溶后的溶液中含Ca2＋、Fe2＋、Fe3＋、Al3＋、Mg2＋、H＋，加入铁屑，与Fe3＋、H＋反应。②pH＝4.5时Al3＋生成沉淀，同时也有CaSO4沉淀生成。(3)由电子流淌方向可知b电极为负极，再依据总方程式，H2S是还原剂，是负极反应物，发生氧化反应。答案(1)1310.2(2)①Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑，Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋②CaSO4、Al(OH)3③抑制Fe2＋水解④Fe2＋被氧化成Fe3＋的量增多(3)①b②H2S＋O2－－2e－=S＋H2O2．争辩和深度开发CO、CO2的应用对构建生态文明社会具有重要的意义。(1)CO可用于炼铁，已知：①Fe2O3(s)＋3C(s)=2Fe(s)＋3CO(g)ΔH1＝＋489.0kJ·mol－1，②C(s)＋CO2(g)=2CO(g)ΔH2＝＋172.5kJ·mol－1。则CO还原Fe2O3(s)的热化学方程式为______________________________。(2)分别高炉煤气得到的CO与空气可设计成燃料电池(以KOH溶液为电解液)。写出该电池的负极反应式：__________。(3)CO2和H2充入肯定体积的密闭容器中，在两种温度下发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)。测得CH3OH的物质的量随时间的变化如图所示。①曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KI________KⅡ。(填“>”、“＝”或“<”)②肯定温度下，在容积相同且固定的两个密闭容器中，按如下方式加入反应物，一段时间后达到平衡。容器甲乙反应物投入量1molCO2、3molH2amolCO2、bmolH2、cmolCH3OH(g)、cmolH2O(g)若甲中平衡后气体的压强为开头的0.8倍，要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持化学反应向逆反应方向进行，则c的取值范围为________。(4)利用光能和光催化剂，可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外光照射时，在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下，CH4产量随光照时间的变化如图甲。在0～15h内，CH4的平均生成速率Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ从大到小的挨次为________(填序号)。(5)以TiO2/Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系如图乙。①乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围是________。②Cu2Al2O4可溶于稀硝酸，写出有关的离子方程式：____________________。解析(1)由盖斯定律可知，①－②×3得：Fe2O3(s)＋3CO(g)=2Fe(s)＋3CO2(g)ΔH＝ΔH1－3ΔH2＝－28.5kJ·mol－1。(2)燃料电池中可燃物CO是负极反应物，发生氧化反应失去电子，电极反应式为CO＋4OH－－2e－=COeq\o\al(2－,3)＋2H2O。(3)①从曲线上看，Ⅱ先到平衡，故Ⅱ的温度高，温度高CH3OH含量低，即温度上升平衡逆向移动，平衡常数减小，故KⅠ>KⅡ。②甲容器中，CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)起始/mol1300变化/molx3xxx平衡/mol1－x3－3xxx1－x＋3－3x＋x＋x＝4×0.8x＝0.4mol乙容器中，CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)起始/molabcc相当/molc＋a3c＋b0由等效平衡可知：c＋a＝13＋c＋b＝3由反应逆向进行可知，c>0.4又由极限法可知0.4<c<1。(4)由图甲可知，0～15h内，CH4产量Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ，故速率Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ。(5)由图乙小于300℃时，催化剂活性和乙酸的生成速率相同的变化趋势，大于300℃，乙酸乙酸的生成速率增大，催化剂活性下降，故乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围是大于300℃。③Cu2Al2O4答案(1)Fe2O3(s)＋3CO(g)=2Fe(s)＋3CO2(g)ΔH＝－28.5kJ·mol－1(2)CO＋4OH－－2e－=COeq\o\al(2－,3)＋2H2O(3)①>②0.4<c≤1(4)Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ(5)①300℃～②3Cu2Al2O4＋32H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=6Cu2＋＋6Al3＋＋2NO↑＋16H2O3．一氧化碳被广泛应用于冶金工业和电子工业。(1)高炉炼铁是最为普遍的炼铁方法，相关反应的热化学方程式如下：①4CO(g)＋Fe3O4(s)=4CO2(g)＋3Fe(s)ΔH＝akJ·mol－②CO(g)＋3Fe2O3(s)=CO2(g)＋2Fe3O4(s)ΔH＝bkJ·mol－1反应3CO(g)＋Fe2O3(s)=3CO2(g)＋2Fe(s)的ΔH＝________kJ·mol－1(用含a、b的代数式表示)。(2)电子工业中使用的一氧化碳常以甲醇为原料通过脱氢、分解两步反应得到。第一步：2CH3OH(g)HCOOCH3(g)＋2H2(g)ΔH>0其次步：HCOOCH3(g)CH3OH(g)＋CO(g)ΔH>0①第一步反应的机理可以用图1表示，中间产物X的结构简式为________。图1②在工业生产中，为提高CO的产率可实行的合理措施有________。(3)为进行相关争辩，用CO还原高铝铁矿石，反应后固体物质的X－射线衍射谱图如图2所示(X－射线衍射可用于推断某晶态物质是否存在，不同晶态物质消灭衍射峰的衍射角不同)。反应后混合物中的一种产物能与盐酸反应生产两种盐，该反应的离子方程式为_____________________________________。图2图3(4)某催化剂样品(含Ni2O340%，其余为SiO2)通过还原、提纯两步获得镍单质：首先用CO将33.2g样品在加热条件下还原为粗镍；然后在常温下使粗镍中的Ni与CO结合成Ni(CO)4(沸点43℃)，并在180℃时使Ni(CO)(5)为平安起见，工业生产中需对空气中的CO进行监测。①粉红色的PdCl2溶液可以检验空气中少量的CO。若空气中含CO，则溶液中会产生黑色的Pd沉淀。每生成5.3gPd沉淀，反应转移的电子数为________。②使用电化学一氧化碳气体传感器定量检测空气中CO含量，其结构如图3所示。这种传感器利用原电池原理，则该电池的负极反应式为________。解析(1)由目标反应中没有Fe3O4，故依据盖斯定律可知，(①×2＋②)/3即得目标反应，故ΔH＝(2a＋b)/3kJ·mol－1。(2)①由图示的过程可以看出，先是甲醇分解生成了H2和X，然后X与甲醇反应生成了H2和HCOOCH3，由此可以依据原子守恒得到中间产物X为甲醛，即HCHO。②由甲醇为反应原料生成CO的两步反应都是气体物质的量增大的反应，同时又都是吸热反应，所以为了提高CO的产率应使反应向右进行，应接受的方法是上升温度，降低压强。(3)由衍射图可以看诞生成的产物比较多，但是其中能与盐酸反应生成两种盐的只能是FeAl2O4。(4)由题目描述，首先是由CO还原三氧化二镍生成了粗镍，其反应方程式式为Ni2O3＋3CO△,2Ni＋3CO2，然后再使Ni与CO反应生成Ni(CO)4，反应方程式为Ni＋4CO=Ni(CO)4由两个反应式可知在镍相同的状况下CO的物质的量之比为3∶8。(5)生成5.3gPd，也就是0.05molPd，从化合价变化看，Pd是从＋2价转化成了0价，即转移了两个电子，所以生成0.05molPb转移的电子物质的量为0.1mol，即电子数为0.1NA答案(1)(2a＋b(2)①HCHO②上升温度，降低压强(3)FeAl2O4＋8H＋=Fe2＋＋2Al3＋＋4H2O(4)3∶8(5)①6.02×1022个或0.1NA②CO＋H2O－2e－=CO2＋2H＋4．质子交换膜燃料电池广受关注。(1)质子交换膜燃料电池中作为燃料的H2通常来自水煤气。已知：C(s)＋1/2O2(g)=CO(g)ΔH1＝－110.35kJ·mol－12H2O(l)=2H2(g)＋O2(g)ΔH2＝＋571.6kJ·mol－1H2O(l)=H2O(g)ΔH3＝＋44.0kJ·mol－1则C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)ΔH4＝________。(2)燃料气(流速为1800mL·h－1；体积分数为：50%H2,0.98%CO,1.64%O2,47.38%N2)中的CO会使电极催化剂中毒，使用CuO/CeO2催化剂可使CO优先氧化而脱除。①160℃、CuO/CeO2②灼烧草酸铈[Ce2(C2O4)3]制得CeO2的化学方程式为________________。③在CuO/CeO2催化剂中加入不同的酸(HIO3或H3PO4)，测得燃料气中CO优先氧化的转化率随温度变化如图1所示。加入________(填酸的化学式)的CuO/CeO2催化剂催化性能最好。催化剂为CuO/CeO2－HIO3,120(3)图2为甲酸质子交换膜燃料电池的结构示意图。该装置中________(填“a”或“b”)为电池的负极，负极的电极反应式为_______________________________。解析(1)由盖斯定律可知，ΔH4＝ΔH1－ΔH3＋ΔH2×eq\f(1,2)＝＋131.45kJ·mol－1。(2)②草酸盐分解成CO、CO2气体。③由图1可以看出，加入HIO3时CuO/CeO2催化活性量好。反应前，V(CO)＝1800mL×0.98%＝17.64mL，反应1小时后剩余的V(CO)＝17.64mL×(1－80%)＝3.528mL。(3)从装置图看，H＋由a极区进入b极区，电子由a极流出，故a是负极。甲酸是可燃物，作负极材料，发生氧化反应，其负极反应式HCOOH－2e－=CO2↑＋2H＋。答案(1)＋131.45kJ·mol－1(2)①2CO＋O2eq\o(=,\s\up7(CuO/CeO2),\s\do5(160℃))2CO2②Ce2(C2O4)3高温,2CeO2＋4CO↑＋2CO2↑③HIO33.528(3)aHCOOH－2e－=CO2↑＋2H＋5．铅及其化合物在工业生产及日常生活中都具有格外广泛的用途。(1)瓦纽科夫法熔炼铅，其相关反应的热化学方程式如下：①2PbS(s)＋3O2(g)=2PbO(s)＋2SO2(g)ΔH＝akJ·mol－1；②PbS(s)＋2PbO(s)=3Pb(s)＋SO2(g)ΔH＝bkJ·mol－1；③PbS(s)＋PbSO4(s)=2Pb(s)＋2SO2(g)ΔH＝ckJ·mol－1。反应3PbS(s)＋6O2(g)=3PbSO4(s)ΔH＝________kJ·mol－1(用含a、b、c的代数式表示)。,(2)还原法炼铅，包含反应PbO(s)＋CO(g)Pb(s)＋CO2(g)ΔH，该反应的平衡常数的对数值与温度的关系如下表。温度/℃3007271227lgK6.172.871.24①该还原反应的ΔH________0(填“>”、“<”或“＝”)；②当lgK＝1且起始时只通入CO(PbO足量)，达平衡时，混合气体中CO的体积分数为________。(3)引爆导弹、核武器的工作电源通常是Ca/PbSO4热电池，其装置如图甲所示，该电池正极的电极反应式为___________________________________。(4)PbI2可用于人工降雨。取肯定量的PbI2固体，用蒸馏水配制成t℃饱和溶液，精确     移取25.00mLPbI2饱和溶液分次加入阳离子交换树脂RH＋(发生：2RH＋＋PbI2=R2Pb2＋＋2H＋＋2I－，用250mL洁净的锥形瓶接收流出液，最终用蒸馏水淋洗树脂至流出液呈中性，将洗涤液一并盛放到锥形瓶中(如图乙)。加入酚酞指示剂，用0.0025mol·L－1NaOH溶液滴定，当达到滴定终点时，用去氢氧化钠溶液20.00mL。可计算出t℃时PbI2的Ksp为________。(5)铅易造成环境污染，水溶液中铅的存在形态主要有6种，它们与pH关系如图丙所示，含铅废水用活性炭进行处理，铅的去除率与pH关系如图丁所示。①常温下，pH＝6～7时，铅形态间转化的离子方程式为___________________。②用活性炭处理，铅的去除率较高时，铅主要应当处于________(填铅的形态的化学式)形态。解析(1)依据盖斯定律，将①×2＋②×2－③×3，即可得所求反应的ΔH。(2)①lgK与K为增函数关系，从表中数据知，温度越高，K越小，说明正反应放热。②lgK＝1，得K＝10。设开头时通入CO为amol·L－1，达平衡时转化了xmol·L－1，则平衡时，CO为(a－x)mol·L－1，CO2为xmol·L－1，由K＝eq\f(cCO2,cCO)＝eq\f(x,a－x)＝10，解得eq\f(a－x,a)＝9.09%。(3)由电池的装置图分析知，Ca作为负极，失去电子，则另一极为正极，得电子，化合价降低，即由PbSO4转化为Pb。(4)滴定过程中消耗的OH－，即阳离子交换出来的H＋，n(H＋)＝0.0025mol·L－1×20×10－3L＝5×10－5mol，c(H＋)＝eq\f(5×10－5mol,25×10－3L)＝2×10－3mol·L－1，而c(H＋)＝c(I－)，由PbI2的化学式知，c(Pb2＋)＝eq\f(cI－,2)＝10－3mol·L－1，Ksp(PbI2)＝c(Pb2＋)·c2(I－)＝10－3×(2×10－3)2＝4×10－9。(5)①从图丙分析，当pH由6变到7时，是Pb2＋向Pb(OH)＋转化，即为Pb2＋水解，结合水电离出的一个OH－，同时释放出一个H＋。②从图丁可知，铅的去除率最高时，pH大约为6.5左右，对比图丙知，在pH＝6.5时，铅主要以Pb2＋存在。答案(1)2a＋2b－3c(2)①<(3)PbSO4＋2e－=SOeq\o\al(2－,4)＋Pb(或PbSO4＋Ca2＋＋2e－=CaSO4＋Pb)(4)4×10－9(5)①Pb2＋＋H2OPb(OH)＋＋H＋②Pb2＋6．金属镁可用于制造合金、储氢材料、镁电池等。已知：C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH＝－110.5kJ·mol－1；Mg(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=MgO(s)ΔH＝－732.7kJ·mol－1。(1)一种制备镁的反应为MgO(s)＋C(s)=Mg(g)＋CO(g)，该反应的ΔH＝________。(2)一种用水氯镁石(主要成分为MgCl2·6H2O)制各金属镁工艺的关键流程如下：①为探究MgCl2·6H2O“一段脱水”的合理温度范围，某科研小组将MgCl2·6H2O在不同温度下分解，测得残留固体物质的X­射线衍射谱图如下图所示(X­射线衍射可用于推断某晶态物质是否存在)。测得E中Mg元素养量分数为60.0%，则E的化学式为________。“一段脱水”的目的是制备MgCl2·2H2O，温度不高于180℃的缘由是_____________________________________________________________。②若电解时电解槽中有水分，则生成的MgOHCl与阴极产生的Mg反应，使阴极表面产生MgO钝化膜，降低电解效率。生成MgO的化学方程式为__________________________________________________________________________________________________________________________________。③该工艺中，可以循环使用的物质有________。(3)Mg2Ni是一种储氢材料。2.14gMg2Ni在肯定条件下能吸取0.896LH2(标准状况下)生成X，X的化学式为________。(4)“镁­次氯酸盐”燃料电池的装置如图所示，该电池反应的总反应方程式为___________________。解析(1)依据盖斯定律，待求反应的ΔH＝732.7kJ·mol－1＋(－110.5)kJ·mol－1＝＋622.2kJ·mol－1。(2)①依据图可知，随着温度的上升，MgCl2·6H2O逐步脱水并开头发生水解，生成MgOHCl，可联想Mg2＋水解生成Mg(OH)2，然后再分解为MgO，从而推想E为MgO，然后计算MgO中Mg元素的质量分数正好为60.0%；②依据信息可写出：MgOHCl＋Mg→MgO，依据化合价升降规律知，还有H2生成，Cl元素只能转化为MgCl2，最终配平即可；③由流程图知，H2与Cl2燃烧生成HCl，二段脱水时，HCl抑制Mg2＋的水解，二段脱水出来的气体经处理，可得到HCl，循环使用；电解是生成的Cl2也可与H2燃烧，连续循环使用。(3)2.14gMg2Ni的物质的量为0.02mol,0.896LH2的物质的量为0.04mol，故Mg2Ni与H2的物质的量之比为1∶2，不难推想X的化学式为Mg2NiH4。(4)由图可知，Mg为负极，产物为Mg(OH)2，催化剂为正极，产物有Cl－，整个反应的氧化剂为ClO－，故可写出Mg＋ClO－＋H2O=Mg(OH)2＋C