【創(chuàng)新設(shè)計】2021高考化學(xué)(江蘇專用)二輪題型專攻：微題型18-化學(xué)反應(yīng)原理綜合題(含新題及解析)

[題型專練]1．硫、硫化物和硫酸鹽在自然界中都存在。(1)硫酸是基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)的重要產(chǎn)品，下列為接觸法制硫酸的反應(yīng)：4FeS2(s)＋11O2(g)eq\o(,\s\up7(高溫))2Fe2O3(s)＋8SO2(g)ΔH＝－3412kJ·mol－12SO2(g)＋O2(g)eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do14())2SO3(g)ΔH＝－196.6kJ·mol－1SO3(g)＋H2O(l)=H2SO4(l)ΔH＝－130.3kJ·mol－1理論上，用FeS2為原料生產(chǎn)2molH2SO4(l)所釋放的熱量為______________kJ·mol－1。(2)硫酸生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生硫酸渣，其成分主要為Fe(約55%)、CaO和CaS(約16%)、SiO2(約11%)、MgO(約6%)、Al2O3(約10%)。一種利用硫酸渣制備綠礬(FeSO4·7H2O)的工藝流程如下：幾種離子沉淀的pH開頭沉淀的pH沉淀完全的pHAl3＋3.24.4Fe2＋6.38.4Ca2＋11.8\Mg2＋8.810.8回答下列問題：①上述流程中加入鐵屑時反應(yīng)的離子方程式為__________________________。②上述制備過程中加入CaO調(diào)整pH＝4.5時，產(chǎn)生沉淀的主要成分為_______。③精制FeSO4·7H2O前，需向濾液中加入H2SO4調(diào)整pH，其目的是_________________________________________。④爭辯發(fā)覺，其他條件相同，結(jié)晶溫度在70℃左右時硫酸亞鐵純度最高。分析溫度大于70(3)H2S是一種無色、有毒且有惡臭味的氣體。煤的低溫焦化，含硫石油開采、提煉，橡膠、制革、染料、制糖等工業(yè)中都有H2S產(chǎn)生。某爭辯小組設(shè)計了一種硫化氫—空氣燃料電池，總反應(yīng)為2H2S＋O2=2S＋2H2O，簡易結(jié)構(gòu)如圖所示。①硫化氫應(yīng)通入到電極________(填“a”或“b”)②b極發(fā)生的電極反應(yīng)式為_____________________________________。解析(1)依據(jù)蓋斯定律可得，以FeS2為原料生產(chǎn)H2SO4(l)總的熱化學(xué)方程式是2FeS2(s)＋eq\f(15,2)O2(g)＋4H2O(l)=Fe2O3(s)＋4H2SO4(l)ΔH＝－2620.4kJ·mol－1，生產(chǎn)2molH2SO4(l)所釋放的熱量為1310.2kJ·mol－1。(2)①硫酸渣酸溶后的溶液中含Ca2＋、Fe2＋、Fe3＋、Al3＋、Mg2＋、H＋，加入鐵屑，與Fe3＋、H＋反應(yīng)。②pH＝4.5時Al3＋生成沉淀，同時也有CaSO4沉淀生成。(3)由電子流淌方向可知b電極為負(fù)極，再依據(jù)總方程式，H2S是還原劑，是負(fù)極反應(yīng)物，發(fā)生氧化反應(yīng)。答案(1)1310.2(2)①Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑，F(xiàn)e＋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．爭辯和深度開發(fā)CO、CO2的應(yīng)用對構(gòu)建生態(tài)文明社會具有重要的意義。(1)CO可用于煉鐵，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。則CO還原Fe2O3(s)的熱化學(xué)方程式為______________________________。(2)分別高爐煤氣得到的CO與空氣可設(shè)計成燃料電池(以KOH溶液為電解液)。寫出該電池的負(fù)極反應(yīng)式：__________。(3)CO2和H2充入肯定體積的密閉容器中，在兩種溫度下發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)。測得CH3OH的物質(zhì)的量隨時間的變化如圖所示。①曲線Ⅰ、Ⅱ?qū)?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為KI________KⅡ。(填“>”、“＝”或“<”)②肯定溫度下，在容積相同且固定的兩個密閉容器中，按如下方式加入反應(yīng)物，一段時間后達到平衡。容器甲乙反應(yīng)物投入量1molCO2、3molH2amolCO2、bmolH2、cmolCH3OH(g)、cmolH2O(g)若甲中平衡后氣體的壓強為開頭的0.8倍，要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等，且起始時維持化學(xué)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行，則c的取值范圍為________。(4)利用光能和光催化劑，可將CO2和H2O(g)轉(zhuǎn)化為CH4和O2。紫外光照射時，在不同催化劑(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下，CH4產(chǎn)量隨光照時間的變化如圖甲。在0～15h內(nèi)，CH4的平均生成速率Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ從大到小的挨次為________(填序號)。(5)以TiO2/Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉(zhuǎn)化成乙酸。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率的關(guān)系如圖乙。①乙酸的生成速率主要取決于溫度影響的范圍是________。②Cu2Al2O4可溶于稀硝酸，寫出有關(guān)的離子方程式：____________________。解析(1)由蓋斯定律可知，①－②×3得：Fe2O3(s)＋3CO(g)=2Fe(s)＋3CO2(g)ΔH＝ΔH1－3ΔH2＝－28.5kJ·mol－1。(2)燃料電池中可燃物CO是負(fù)極反應(yīng)物，發(fā)生氧化反應(yīng)失去電子，電極反應(yīng)式為CO＋4OH－－2e－=COeq\o\al(2－,3)＋2H2O。(3)①從曲線上看，Ⅱ先到平衡，故Ⅱ的溫度高，溫度高CH3OH含量低，即溫度上升平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，故KⅠ>KⅡ。②甲容器中，CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)起始/mol1300變化/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相當(dāng)/molc＋a3c＋b0由等效平衡可知：c＋a＝13＋c＋b＝3由反應(yīng)逆向進行可知，c>0.4又由極限法可知0.4<c<1。(4)由圖甲可知，0～15h內(nèi)，CH4產(chǎn)量Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ，故速率Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ。(5)由圖乙小于300℃時，催化劑活性和乙酸的生成速率相同的變化趨勢，大于300℃，乙酸乙酸的生成速率增大，催化劑活性下降，故乙酸的生成速率主要取決于溫度影響的范圍是大于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↑＋16H2O3．一氧化碳被廣泛應(yīng)用于冶金工業(yè)和電子工業(yè)。(1)高爐煉鐵是最為普遍的煉鐵方法，相關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)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反應(yīng)3CO(g)＋Fe2O3(s)=3CO2(g)＋2Fe(s)的ΔH＝________kJ·mol－1(用含a、b的代數(shù)式表示)。(2)電子工業(yè)中使用的一氧化碳常以甲醇為原料通過脫氫、分解兩步反應(yīng)得到。第一步：2CH3OH(g)HCOOCH3(g)＋2H2(g)ΔH>0其次步：HCOOCH3(g)CH3OH(g)＋CO(g)ΔH>0①第一步反應(yīng)的機理可以用圖1表示，中間產(chǎn)物X的結(jié)構(gòu)簡式為________。圖1②在工業(yè)生產(chǎn)中，為提高CO的產(chǎn)率可實行的合理措施有________。(3)為進行相關(guān)爭辯，用CO還原高鋁鐵礦石，反應(yīng)后固體物質(zhì)的X－射線衍射譜圖如圖2所示(X－射線衍射可用于推斷某晶態(tài)物質(zhì)是否存在，不同晶態(tài)物質(zhì)消滅衍射峰的衍射角不同)。反應(yīng)后混合物中的一種產(chǎn)物能與鹽酸反應(yīng)生產(chǎn)兩種鹽，該反應(yīng)的離子方程式為_____________________________________。圖2圖3(4)某催化劑樣品(含Ni2O340%，其余為SiO2)通過還原、提純兩步獲得鎳單質(zhì)：首先用CO將33.2g樣品在加熱條件下還原為粗鎳；然后在常溫下使粗鎳中的Ni與CO結(jié)合成Ni(CO)4(沸點43℃)，并在180℃時使Ni(CO)(5)為平安起見，工業(yè)生產(chǎn)中需對空氣中的CO進行監(jiān)測。①粉紅色的PdCl2溶液可以檢驗空氣中少量的CO。若空氣中含CO，則溶液中會產(chǎn)生黑色的Pd沉淀。每生成5.3gPd沉淀，反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為________。②使用電化學(xué)一氧化碳氣體傳感器定量檢測空氣中CO含量，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。這種傳感器利用原電池原理，則該電池的負(fù)極反應(yīng)式為________。解析(1)由目標(biāo)反應(yīng)中沒有Fe3O4，故依據(jù)蓋斯定律可知，(①×2＋②)/3即得目標(biāo)反應(yīng)，故ΔH＝(2a＋b)/3kJ·mol－1。(2)①由圖示的過程可以看出，先是甲醇分解生成了H2和X，然后X與甲醇反應(yīng)生成了H2和HCOOCH3，由此可以依據(jù)原子守恒得到中間產(chǎn)物X為甲醛，即HCHO。②由甲醇為反應(yīng)原料生成CO的兩步反應(yīng)都是氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，同時又都是吸熱反應(yīng)，所以為了提高CO的產(chǎn)率應(yīng)使反應(yīng)向右進行，應(yīng)接受的方法是上升溫度，降低壓強。(3)由衍射圖可以看誕生成的產(chǎn)物比較多，但是其中能與鹽酸反應(yīng)生成兩種鹽的只能是FeAl2O4。(4)由題目描述，首先是由CO還原三氧化二鎳生成了粗鎳，其反應(yīng)方程式式為Ni2O3＋3CO△,2Ni＋3CO2，然后再使Ni與CO反應(yīng)生成Ni(CO)4，反應(yīng)方程式為Ni＋4CO=Ni(CO)4由兩個反應(yīng)式可知在鎳相同的狀況下CO的物質(zhì)的量之比為3∶8。(5)生成5.3gPd，也就是0.05molPd，從化合價變化看，Pd是從＋2價轉(zhuǎn)化成了0價，即轉(zhuǎn)移了兩個電子，所以生成0.05molPb轉(zhuǎn)移的電子物質(zhì)的量為0.1mol，即電子數(shù)為0.1NA答案(1)(2a＋b(2)①HCHO②上升溫度，降低壓強(3)FeAl2O4＋8H＋=Fe2＋＋2Al3＋＋4H2O(4)3∶8(5)①6.02×1022個或0.1NA②CO＋H2O－2e－=CO2＋2H＋4．質(zhì)子交換膜燃料電池廣受關(guān)注。(1)質(zhì)子交換膜燃料電池中作為燃料的H2通常來自水煤氣。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則C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)ΔH4＝________。(2)燃料氣(流速為1800mL·h－1；體積分?jǐn)?shù)為：50%H2,0.98%CO,1.64%O2,47.38%N2)中的CO會使電極催化劑中毒，使用CuO/CeO2催化劑可使CO優(yōu)先氧化而脫除。①160℃、CuO/CeO2②灼燒草酸鈰[Ce2(C2O4)3]制得CeO2的化學(xué)方程式為________________。③在CuO/CeO2催化劑中加入不同的酸(HIO3或H3PO4)，測得燃料氣中CO優(yōu)先氧化的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如圖1所示。加入________(填酸的化學(xué)式)的CuO/CeO2催化劑催化性能最好。催化劑為CuO/CeO2－HIO3,120(3)圖2為甲酸質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。該裝置中________(填“a”或“b”)為電池的負(fù)極，負(fù)極的電極反應(yīng)式為_______________________________。解析(1)由蓋斯定律可知，ΔH4＝ΔH1－ΔH3＋ΔH2×eq\f(1,2)＝＋131.45kJ·mol－1。(2)②草酸鹽分解成CO、CO2氣體。③由圖1可以看出，加入HIO3時CuO/CeO2催化活性量好。反應(yīng)前，V(CO)＝1800mL×0.98%＝17.64mL，反應(yīng)1小時后剩余的V(CO)＝17.64mL×(1－80%)＝3.528mL。(3)從裝置圖看，H＋由a極區(qū)進入b極區(qū)，電子由a極流出，故a是負(fù)極。甲酸是可燃物，作負(fù)極材料，發(fā)生氧化反應(yīng)，其負(fù)極反應(yīng)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高溫,2CeO2＋4CO↑＋2CO2↑③HIO33.528(3)aHCOOH－2e－=CO2↑＋2H＋5．鉛及其化合物在工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中都具有格外廣泛的用途。(1)瓦紐科夫法熔煉鉛，其相關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)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。反應(yīng)3PbS(s)＋6O2(g)=3PbSO4(s)ΔH＝________kJ·mol－1(用含a、b、c的代數(shù)式表示)。,(2)還原法煉鉛，包含反應(yīng)PbO(s)＋CO(g)Pb(s)＋CO2(g)ΔH，該反應(yīng)的平衡常數(shù)的對數(shù)值與溫度的關(guān)系如下表。溫度/℃3007271227lgK6.172.871.24①該還原反應(yīng)的ΔH________0(填“>”、“<”或“＝”)；②當(dāng)lgK＝1且起始時只通入CO(PbO足量)，達平衡時，混合氣體中CO的體積分?jǐn)?shù)為________。(3)引爆導(dǎo)彈、核武器的工作電源通常是Ca/PbSO4熱電池，其裝置如圖甲所示，該電池正極的電極反應(yīng)式為___________________________________。(4)PbI2可用于人工降雨。取肯定量的PbI2固體，用蒸餾水配制成t℃飽和溶液，精確?????移取25.00mLPbI2飽和溶液分次加入陽離子交換樹脂RH＋(發(fā)生：2RH＋＋PbI2=R2Pb2＋＋2H＋＋2I－，用250mL潔凈的錐形瓶接收流出液，最終用蒸餾水淋洗樹脂至流出液呈中性，將洗滌液一并盛放到錐形瓶中(如圖乙)。加入酚酞指示劑，用0.0025mol·L－1NaOH溶液滴定，當(dāng)達到滴定終點時，用去氫氧化鈉溶液20.00mL。可計算出t℃時PbI2的Ksp為________。(5)鉛易造成環(huán)境污染，水溶液中鉛的存在形態(tài)主要有6種，它們與pH關(guān)系如圖丙所示，含鉛廢水用活性炭進行處理，鉛的去除率與pH關(guān)系如圖丁所示。①常溫下，pH＝6～7時，鉛形態(tài)間轉(zhuǎn)化的離子方程式為___________________。②用活性炭處理，鉛的去除率較高時，鉛主要應(yīng)當(dāng)處于________(填鉛的形態(tài)的化學(xué)式)形態(tài)。解析(1)依據(jù)蓋斯定律，將①×2＋②×2－③×3，即可得所求反應(yīng)的ΔH。(2)①lgK與K為增函數(shù)關(guān)系，從表中數(shù)據(jù)知，溫度越高，K越小，說明正反應(yīng)放熱。②lgK＝1，得K＝10。設(shè)開頭時通入CO為amol·L－1，達平衡時轉(zhuǎn)化了xmol·L－1，則平衡時，CO為(a－x)mol·L－1，CO2為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)由電池的裝置圖分析知，Ca作為負(fù)極，失去電子，則另一極為正極，得電子，化合價降低，即由PbSO4轉(zhuǎn)化為Pb。(4)滴定過程中消耗的OH－，即陽離子交換出來的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的化學(xué)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從圖丙分析，當(dāng)pH由6變到7時，是Pb2＋向Pb(OH)＋轉(zhuǎn)化，即為Pb2＋水解，結(jié)合水電離出的一個OH－，同時釋放出一個H＋。②從圖丁可知，鉛的去除率最高時，pH大約為6.5左右，對比圖丙知，在pH＝6.5時，鉛主要以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．金屬鎂可用于制造合金、儲氫材料、鎂電池等。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)一種制備鎂的反應(yīng)為MgO(s)＋C(s)=Mg(g)＋CO(g)，該反應(yīng)的ΔH＝________。(2)一種用水氯鎂石(主要成分為MgCl2·6H2O)制各金屬鎂工藝的關(guān)鍵流程如下：①為探究MgCl2·6H2O“一段脫水”的合理溫度范圍，某科研小組將MgCl2·6H2O在不同溫度下分解，測得殘留固體物質(zhì)的X-射線衍射譜圖如下圖所示(X-射線衍射可用于推斷某晶態(tài)物質(zhì)是否存在)。測得E中Mg元素養(yǎng)量分?jǐn)?shù)為60.0%，則E的化學(xué)式為________?！耙欢蚊撍钡哪康氖侵苽銶gCl2·2H2O，溫度不高于180℃的緣由是_____________________________________________________________。②若電解時電解槽中有水分，則生成的MgOHCl與陰極產(chǎn)生的Mg反應(yīng)，使陰極表面產(chǎn)生MgO鈍化膜，降低電解效率。生成MgO的化學(xué)方程式為__________________________________________________________________________________________________________________________________。③該工藝中，可以循環(huán)使用的物質(zhì)有________。(3)Mg2Ni是一種儲氫材料。2.14gMg2Ni在肯定條件下能吸取0.896LH2(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)生成X，X的化學(xué)式為________。(4)“鎂-次氯酸鹽”燃料電池的裝置如圖所示，該電池反應(yīng)的總反應(yīng)方程式為___________________。解析(1)依據(jù)蓋斯定律，待求反應(yīng)的ΔH＝732.7kJ·mol－1＋(－110.5)kJ·mol－1＝＋622.2kJ·mol－1。(2)①依據(jù)圖可知，隨著溫度的上升，MgCl2·6H2O逐步脫水并開頭發(fā)生水解，生成MgOHCl，可聯(lián)想Mg2＋水解生成Mg(OH)2，然后再分解為MgO，從而推想E為MgO，然后計算MgO中Mg元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)正好為60.0%；②依據(jù)信息可寫出：MgOHCl＋Mg→MgO，依據(jù)化合價升降規(guī)律知，還有H2生成，Cl元素只能轉(zhuǎn)化為MgCl2，最終配平即可；③由流程圖知，H2與Cl2燃燒生成HCl，二段脫水時，HCl抑制Mg2＋的水解，二段脫水出來的氣體經(jīng)處理，可得到HCl，循環(huán)使用；電解是生成的Cl2也可與H2燃燒，連續(xù)循環(huán)使用。(3)2.14gMg2Ni的物質(zhì)的量為0.02mol,0.896LH2的物質(zhì)的量為0.04mol，故Mg2Ni與H2的物質(zhì)的量之比為1∶2，不難推想X的化學(xué)式為Mg2NiH4。(4)由圖可知，Mg為負(fù)極，產(chǎn)物為Mg(OH)2，催化劑為正極，產(chǎn)物有Cl－，整個反應(yīng)的氧化劑為ClO－，故可寫出Mg＋ClO－＋H2O=Mg(OH)2＋C