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本文格式為Word版,下載可任意編輯——2023屆高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)微題型提升訓(xùn)練19《化學(xué)反應(yīng)原理綜合題》
[題型專練]
1.水合肼(N2H4·H2O)是一種無色易溶于水的油狀液體,具有堿性和極強的還原性,在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。
(1)目前正在研發(fā)的高能量密度燃料電池車是以水合肼燃料電池作為動力來源,電池結(jié)構(gòu)如下圖。
①起始時正極區(qū)與負(fù)極區(qū)NaOH溶液濃度一致,工作一段時間后,NaOH濃度較大的是________極區(qū)(填“正〞或“負(fù)〞)。
②該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為_________________________________________________。(2)已知水合肼是二元弱堿(25℃,K1=5×107,K2=5×10
-
+
-
+
+
-15
),0.1mol·L
-1
水合肼溶液中
四種離子:①H、②OH、③N2H5、④N2H26的濃度從大到小的的順序為__________________(填序號)。
(3)在弱酸性條件下水合肼可處理電鍍廢水,將Cr2O27還原為Cr(OH)3沉淀而除去,水合
-
肼被氧化為N2,該反應(yīng)的離子方程式為______________________________________。(4)肼是一種優(yōu)良的貯氫材料,其在不同條件下分解方式不同。
①在高溫下,N2H4可完全分解為NH3、N2及H2,試驗測得分解產(chǎn)物中N2與H2物質(zhì)的量變化如圖甲所示,該分解反應(yīng)化學(xué)方程式為__________________________________。②在303K,Ni、Pt催化下,則發(fā)生N2H4(l)
N2(g)+2H2(g)。在1L密閉容器中加
n(H2)+n(N2)入0.1molN2H4,測得容器中與時間關(guān)系如圖乙所示。則0~4min氮
n(N2H4)氣的平均速率v(N2)=________。
(5)碳酰肼(分子式:CH6N4O)是由DEC(酯)與N2H4發(fā)生取代反應(yīng)得到,已知DEC的分子式為C5H10O3,DEC的核磁共振氫譜如圖丙所示,則DEC的結(jié)構(gòu)簡式為________。解析(1)①燃料電池中,O2一定作正極,在堿性條件下,O2發(fā)生反應(yīng),電極反應(yīng)式為O2+4e+2H2O===4OH,生成了OH,堿性加強;②負(fù)極N2H4轉(zhuǎn)化成N2,N由-2價升至0價,失去2×2e=4e,由電荷守恒知,需要補充4molOH。(2)水合肼是二元弱堿,溶液中存在的電離平衡有N2H4+H2OOH,H2O
+
-
+
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-
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-
N2H5+OH,N2H5+H2O
-
-
+-+
N2H26+
+
H+OH,三步電離均有OH生成,故c(OH)最大,以第一步電離為
-
主,所以c(N2H5)略比c(OH)小,其次步的電離平衡常數(shù)小于第三步的Kw,所以第三步中電離出的H比其次步中電離出的N2H26多,故離子濃度大小順序為c(OH
+
+
-
2)>c(N2H5)>c(H)>(N2H26)。(3)Cr2O7中Cr為+6價,生成的Cr(OH)3中Cr為+3價,
+
+
+
-
N2H4·H2O中N為-2價,生成的N2中N為0價,根據(jù)得失電子守恒、電荷守恒、原子守恒配平即可。
(4)②設(shè)達(dá)到平衡時,轉(zhuǎn)化的N2H4的物質(zhì)的量為x,則有
N2H4(l)N2(g)+2H2(g)
n(起始)/mol:n(轉(zhuǎn)化)/mol:n(平衡)/mol:
0.1x0.1-x
0xx
02x2x
2x+x0.05mol由圖像知,在4min時反應(yīng)達(dá)到平衡,=3,x=0.05mol,v(N2)==0.012
1L×4min0.1-x5mol·L1·min1。
-
-
(5)C5H10O3中有一個不飽和度,可能是一個雙鍵或是一個環(huán),又由題中信息知,DEC為酯,
故應(yīng)為;由圖可知,分子中存在兩組峰,且峰比值約為3∶2,分子中的10個H
原子,分成兩組,分別為6個H和4個H。6個H可能是2個甲基,4個H可能是2個亞甲基,3個O原子應(yīng)有對稱性,由此可以寫出DEC的結(jié)構(gòu)簡式為
。
答案(1)①正②N2H4+4OH-4e===N2↑+4H2O(2)②③①④
(3)2Cr2O2H2O===4Cr(OH)3↓+3N2↑+5H2O7+4H+3N2H4·
-
+
-
-
(或2Cr2O27+4H+3N2H4===4Cr(OH)3↓+3N2↑+2H2O)
-
+
高溫
(4)①7N2H4(g)=====8NH3(g)+3N2(g)+2H2(g)②0.0125mol·L1·min1
-
-
(5)
2.近幾年來關(guān)于氮污染的治理倍受關(guān)注。
(1)三效催化劑是最為常見的汽車尾氣催化劑,能同時實現(xiàn)汽車尾氣中的CO、CxHy、NOx三種成分的凈化,其催化劑表面物質(zhì)轉(zhuǎn)化的關(guān)系如圖甲所示,化合物X可借助傅里葉紅外光譜圖(如圖乙所示)確定。
①在圖示的轉(zhuǎn)化中,被還原的元素是________,X的化學(xué)式為________。
②SCR技術(shù)可使NOx與NH3直接反應(yīng),實現(xiàn)無害轉(zhuǎn)化。當(dāng)NO與NO2的物質(zhì)的量之比為4∶1時,寫出發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式:________________________________________。(2)參與過量次氯酸鈉可使廢水中NH4完全轉(zhuǎn)化為N2,而本身被還原為NaCl。①寫出上述反應(yīng)的離子方程式:_____________________________________________。②若處理廢水產(chǎn)生了0.448LN2(標(biāo)準(zhǔn)狀況下),則需消耗濃度為0.5mol·L液的體積為________mL。
(3)某工業(yè)廢水中含有毒性較大的CN,可用電解法將其轉(zhuǎn)變?yōu)镹2,裝置如右圖所示。氣體甲是________(寫化學(xué)式),電解池中生成N2的電極反應(yīng)式為_______________________________。解析(1)①根據(jù)箭頭所示,氮元素和氧元素化合價降低,被還原;
化合物X可借助傅里葉紅外光譜圖確定,說明X中存在NO3,再根據(jù)圖甲可知,X中存在Ba2。②NOx與NH3直接反應(yīng)生成N2和H2O,根據(jù)電子得失守恒和原子個數(shù)守恒寫出
+
-
-
-1
+
的次氯酸鈉溶
化學(xué)方程式。(2)①ClO與NH4反應(yīng)生成N2和Cl,根據(jù)電子得失守恒和電荷守恒寫出離
-+-
0.448L-
子方程式。②由離子方程式可得出關(guān)系式3ClO~N2,n(N2)=-=0.02mol,
22.4L·mol10.06mol---
則n(ClO)=0.06mol,V(ClO)=-1=0.12L=120mL。(3)左端為CN―→N2,
0.5mol·L氮元素被氧化,則左端為陽極,電極反應(yīng)式為2CN+12OH-10e===2CO23+N2↑+
-
-
-
-
6H2O;右端為陰極,陰極為溶液中的陽離子發(fā)生放電,則氣體甲為氫氣。答案(1)①N、OBa(NO3)2②8NH3+8NO+2NO2===9N2+12H2O
(2)①2NH4+3ClO===N2↑+3Cl+2H+3H2O②120
(3)H22CN+12OH-10e===2CO23+N2↑+6H2O
-
-
-
-
+
-
-
+
3.一氧化碳被廣泛應(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·mol②CO(g)+3Fe2O3(s)===CO2(g)+2Fe3O4(s)ΔH=bkJ·mol1
--
反應(yīng)3CO(g)+Fe2O3(s)===3CO2(g)+2Fe(s)的ΔH=________kJ·mol1(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)其次步:HCOOCH3(g)
HCOOCH3(g)+2H2(g)ΔH>0CH3OH(g)+CO(g)ΔH>0
①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1
②在工業(yè)生產(chǎn)中,為提高CO的產(chǎn)率可采取的合理措施有
________________________________________________________________________。(3)為進行相關(guān)研究,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-射線衍射可用于判斷某晶態(tài)物質(zhì)是否存在,不同晶態(tài)物質(zhì)出現(xiàn)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)4重新分解產(chǎn)生鎳單質(zhì)。上述兩步中消耗CO的物質(zhì)的量之比為________。
(5)為安全起見,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?xì)怏w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,故根據(jù)蓋斯定律可知,(①×2+②)/3即得目標(biāo)反應(yīng),故ΔH=(2a+b)/3kJ·mol1。(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,由此可以根據(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)采用的方法是升高溫度,降低壓強。(3)由衍射圖可以看出生成的產(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)化學(xué)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)化學(xué)方程式為Ni+4CO===Ni(CO
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