1、核心素养微专题核心素养微专题 化学反应原理综合题解题策略 1.1.审题步骤审题步骤 (1)步骤 1:浏览全题,明确已知和所求,挖掘解题切入点。 (2)步骤 2:对于化学反应速率和化学平衡图象类试题,读懂图象,明确纵横坐 标的含义,理解起点、终点、拐点的意义,分析曲线的变化趋势。 对于图表数据类试题,分析数据,研究数据间的内在联系,找出数据的变化规律, 挖掘数据的隐含意义。 对于电化学类试题,首先判断是原电池还是电解池,然后分析电极类别,书写电 极反应式,按电极反应式进行相关计算。 对于电解质溶液类试题,要明确溶液中的物质类型及其可能存在的平衡类型, 然后进行解答。 (3)步骤 3:针对题目中所
2、设计的问题,联系相关理论进行逐个作答。 2.2.答题模板答题模板 【典例】 2019 年 10 月 1 日,中华人民共和国成立 70 周年阅兵中,由 7 个型号导弹方队组 成的战略打击模块驶过天安门,东风-41 导弹方队行进在地面受阅方队的最后。 东风-41 弹道导弹是中国研发的第四代战略导弹,也是最新的一代。导弹的推进 剂分液体推进剂与固体推进剂,东风-41 弹道导弹采用最新的固体推进剂。 (1)液体推进剂主要含有液态肼(N2H4)。已知 N2(g)+2O2(g)2NO2(g) H=+67.7 kJ mol -1, N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g) H=-534 kJ m
3、ol -1, 则肼与 NO2完全反应的热化学方程式为 。 (2)无色气体 N2O4是一种强氧化剂,为重要的火箭推进剂之一,N2O4与 NO2转换的热 化学方程式为 N2O4(g)2NO2(g) H=+24.4 kJ mol -1 将一定量 N2O4投入固定容积的真空容器中,下述现象能说明反应达到平衡的是 _。 a.v正(N2O4)=2v逆(NO2) b.体系颜色不变 c.气体平均相对分子质量不变 d.气体密度不变 达到平衡后,保持体积不变升高温度,再次到达平衡时,则混合气体颜色 _(填“变深” “变浅”或“不变”),判断理由 _。 平衡常数K可用反应体系中气体物质分压表示,即K表达式中用平衡分
4、压代替 平衡浓度,分压=总压物质的量分数(例如:p(NO2)=p 总x(NO2)。写出上述反应 平衡常数Kp表达式_(用p总、各气体物质的量分数x表示)。 在一恒温恒容的容器中,发生反应 N2O4(g)2NO2(g),下列图象正确的是 _。 上述反应中,正反应速率v正=k正p(N2O4),逆反应速率v逆=k逆p 2(NO 2),其中 k正、k逆为速率常数,则Kp为_(以k正、k逆表示)。若将一定量 N2O4投入真 空容器中恒温恒压分解(温度 298 K、压强 100 kPa),已知该条件下k正=4.8 10 4 s-1,当 N 2O4分解 10%时,v正=_kPas -1。 真空密闭容器中放入
5、一定量N2O4,维持总压强p0恒定,在温度为T时,平衡时N2O4 分解百分率为a。保持温度不变,向密闭容器中充入等量 N2O4,维持总压强在 2p0 条件下分解,则 N2O4的平衡分解率的表达式为_。 (3)一种以肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示。 该燃料电池的电极材料采用多孔 导电材料,以提高电极反应物在电极表面的吸附量,并使它们与电解质溶液充分 接触,以空气中的氧气作为氧化剂,KOH 溶液作为电解质。 负极上发生的电极反应为 _ ; 电池工作时产生的电流从_电极经过负载后流向_电极(填“左 侧”或“右侧”)。 【审题流程】明确目标套原理,应用基础准确答: 【解析】(1)N2(g)+2
6、O2(g)2NO2(g) H1=+67.7 kJ mol -1 N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g) H2=-534 kJ mol -1 依据盖斯定律:2-得到:2N2H4(g)+2NO2(g)3N2(g)+4H2O(g) H=-1 135.7 kJ mol -1。 (2)a.应是2v正(N2O4)=v逆(NO2)时反应达到平衡状态,故a错误;b.体系颜色不变, 说明二氧化氮浓度不变,反应到达平衡状态,故 b 正确;c.混合气体总质量不变, 随反应进行混合气体总物质的量增大,平均相对分子质量减小,当气体平均相对 分子质量不变时,反应到达平衡状态,故 c 正确;d.混合气体的总质
7、量不变,容器 的容积不变,气体密度始终不变,故 d 错误,正反应是吸热反应,其他条件不变,温 度升高平衡正向移动,c(NO2)增加,颜色加深。 由题目信息可知,用某组分(B)的平衡压强(PB)表示平衡常数为生成物分压的 系数次幂乘积与反应物分压系数次幂乘积的比, N2O4(g)2NO2(g)的平衡常数Kp=。 A.平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数不变,图象不符合,故 A 错 误;B.N2O4的物质的量越大,压强越大,正反应方向进行的程度越小,N2O4的转化率 越小,图象符合,故B正确;C.NO2的物质的量越大,压强越大,逆反应方向进行的程 度越大,则 NO2的百分含量越小,图象不符合,
8、故 C 错误;D.H与反应方程式中化 学计量数成正比,H不随 NO2的物质的量的变化而变化,故 D 错误。 平衡时正逆反应速率相等,由v正=k正p(N2O4),v逆=k逆p 2(NO 2),联立可得Kp=, 当 N2O4分解 10%时,设投入的 N2O4为 1 mol,转化的 N2O4为 0.1 mol,则: N2O4(g)2NO2(g) 物质的量增大n 1 2-1=1 0.1 mol 0.1 mol 故此时p(N2O4)=100 kPa=100 kPa,则v正=4.810 4 s-1 100 kPa3.910 6 kPas-1。 在温度为T时,平衡时 N2O4分解百分率为a,设投入的 N2O
9、4为 1 mol,转化的 N2O4 为a mol,则: N2O4(g)2NO2(g) 起始量(mol): 1 0 变化量(mol): a 2a 平衡量(mol): 1-a 2a 故w(N2O4)=,w(NO2)=, 则平衡常数Kp=p0 保持温度不变,平衡常数不变,令 N2O4的平衡分解率为y,则: p0=2p0,解得y=。 (3)通入燃料的电极为负极,负极上燃料失电子发生氧化反应,电极反应式为 N2H4+4OH -4e- N2+4H2O。 原电池工作时,电流由正极经导线流向负极,则由右侧 流向左侧。 答案:(1)2N2H4(g)+2NO2(g)3N2(g)+4H2O(g) H=-1 135.
10、7 kJ mol -1 (2)bc 变深 正反应是吸热反应,其他条件不变,温度升高平衡正向移 动,c(NO2)增加,颜色加深 B 3.910 6 (3)N2H4+4OH -4e- N2+4H2O 右侧 左侧 .据报道,我国在南海北部神狐海域进行的可燃冰(甲烷的水合物)试采获得成 功。甲烷是一种重要的化工原料。 (1)甲烷重整是提高甲烷利用率的重要方式,除部分氧化外还有以下两种: 水蒸气重整:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) H1=+205.9 kJmol -1 CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) H2=-41.2 kJmol -1 二氧化碳重整:CH4(g)+C
11、O2(g)2CO(g)+2H2(g) H3 则反应自发进行的条件是 _,H3=_kJmol -1。 .氮的固定一直是科学家研究的重要课题,合成氨则是人工固氮比较成熟的技 术,其原理为 N2 (g)+3H2 (g)2NH3(g)。 (2)在不同温度、压强和相同催化剂条件下,初始 N2、H2 分别为 0.1 mol、0.3 mol 时,平衡后混合物中氨的体积分数()如图所示。 其 中 ,p1、p2 和p3 由 大 到 小 的 顺 序 是 _, 其 原 因 是 _ 。 若分别用vA(N2)和vB(N2)表示从反应开始至达平衡状态A、 B时的化学反应速率, 则vA(N2)_vB(N2)(填“” “0、
12、S0, H-TSp2p3; 压强越大、温度越高,反应速率越快;A 点压强、温度都低于 B,所以vA(N2) p2p3 温度相同时,增大压强,化学平 衡向正反应方向移动,故平衡混合物中氨的体积分数越大则对应压强越大 6.210-10,即CN-的水解常数大于HCN的电离常数, 所以溶液呈碱性。 (2)反应器中发生的主要反应的化学方程式为 6NaCN+FeSO4+CaCl2Na4Fe(CN)6+CaSO4+2NaCl,硫酸钙微溶于水,操作A是过滤, 所得滤渣 1 的主要成分是硫酸钙;加入碳酸钠除去溶液中少量的钙离子,滤渣 2 的主要成分是碳酸钙。 (3)经过滤后在滤液中加入KCl可转化成K4Fe(C
13、N)6,4KCl+Na4Fe(CN)6K4Fe(CN)6 +4NaCl,说明相同温度下 K4Fe(CN)6溶解度小于 Na4Fe(CN)6。 (4)加入 KCl 得到 K4Fe(CN)6沉淀。将 K4Fe(CN)6沉淀分离出来需经过滤、洗涤、 干燥等操作。 (5)实验室中 K4Fe(CN)6可用于检验 Fe 3+,检验 Fe3+ 反应的离子方程式为 K +Fe(CN) 6 4-+Fe3+ KFeFe(CN)6;难溶盐KFeFe(CN)6可用于治疗Tl2SO4中 毒,离子反应方程式为 KFeFe(CN)6+Tl + TlFeFe(CN)6+K +。 (6)由图可知,电子从负极流向正极,则 a 为
14、负极,b 为正极,则 K +移向催化剂 b; a为 负 极 , 发 生 氧 化 反 应 , 则 催 化 剂a表 面 发 生 反 应:Fe(CN)6 4-e- Fe(CN)6 3-。 答案:(1)抑制 CN -水解 碱 Kh= =1.610 -56.210-10,即 CN-的水解 常数大于 HCN 的电离常数,所以溶液呈碱性 (2)CaSO4 (3)相同温度下 K4Fe(CN)6的溶解度小于 Na4Fe(CN)6 (4)过滤、洗涤、干燥 (5)KFeFe(CN)6+Tl + TlFeFe(CN)6+K + (6)b Fe(CN)6 4-e- Fe(CN)6 3- 2.中科院一项最新成果实现了甲烷
15、高效生产乙烯,甲烷在催化作用下脱氢,在气 相中经自由基偶联反应生成乙烯,其反应如下: 2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) H0 化学键 HH CH CC CC E(kJmol -1) a b c d (1)已知相关化学键的键能如上表,甲烷制备乙烯反应的 H=_(用含a、 b、c、d的代数式表示)。 (2)T1温度时,向 1 L 的恒容反应器中充入 2 mol CH4,仅发生上述反应,反应过程 中 015 min CH4的物质的量随时间变化如图 1,测得 1015 min 时 H2的浓度为 1.6 molL -1 010 min 内 CH4表示的反应速率为_molL -1min-1)。
16、若图 1 中曲线 a、曲线 b 分别表示在温度T1时,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 (CH4)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”)。 15 min 时,若改变外界反应条件,导致n(CH4)发生图中所示变化,则改变的条件 可能是_(任答一条即可)。 (3)实验测得:v(正)=k正c 2(CH 4),v(逆)= k逆c(C2H4)c 2(H 2)其中k正、k逆为速率常数仅与温度有关,T1温度时k正与k逆的比 值为_(填数值)。若将温度由T1升高到T2,则反应速率增大的倍数 v(正)_v(逆)(选填“” “=”或“0,反应为吸热反应,焓变为正
17、值,反 应焓变H=反应物总键能-生成物总键能=(8b-c-4b-2a)kJmol -1=+(4b-c- 2a) kJmol -1; (2)T1温度时,向1 L的恒容反应器中充入2 mol CH4,仅发生上述反应,测得10 15 min 时 H2的浓度为 1.6 molL -1,物质的量为 1.6 mol,反应达到平衡状态,此 时 消 耗 甲 烷 物 质 的 量 1.6 mol,0 10 min 内 CH4表 示 的 反 应 速 率 v=0.16 molL -1min-1; 若图 1 中曲线 a、曲线 b 分别表示在温度T1时,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(CH4)的变
18、化曲线,催化剂表面积越大反应速率越快, 达到平衡所需时间越短,其中表示催化剂表面积较大的曲线是 b; 15 min 时,若改变外界反应条件,导致n( CH4)发生图中所示变化,物质的量随 时间变化减小,说明平衡正向进行,反应为气体体积增大的吸热反应,升高温度或 减小压强,平衡正向进行,符合图象变化; (3)v(正)=k正c 2(CH 4),v(逆)=k逆c(C2H4)c 2(H 2)其中k正、k逆为速率常数仅与温度 有关,温度不变平衡常数不变,反应达到平衡状态时,正逆反应速率相同得到,T1 温度时k正与k逆的比值=K,测得 1015 min 时 H2的浓度为 1.6 molL -1, 2CH4
19、(g)C2H4(g)+2H2(g) 起始量(molL -1) 2 0 0 变化量(molL -1) 1.6 0.8 1.6 平衡量(molL -1) 0.4 0.8 1.6 K=12.8,反应为吸热反应,升温平衡正向进行,正逆反应速率增大,正 反应增大的倍数大于逆反应增大的倍数v(正)v(逆); (4)甲烷燃料电池用于电解,通入甲烷的电极为原电池负极,通入氧气的电极为 原电池的正极,D 电极为阴极,C 为阳极; 原电池负极电极反应是甲烷失电子生成二氧化碳,传导离子是 O 2-,该电池工作 时负极反应方程式为 CH4-8e -+4O2- CO2+2H2O; 用该电池电解饱和食盐水,一段时间后收集到标准状况下气体总体积为 112 mL, 物质的量n=0.005 mol,为生成的氢气和氯气,n(H2)=n(Cl2)= 0.002 5 mol,结合电极反应计算,2H +2e- H2,溶液中氢离子浓度减少=增加的 氢氧根离子浓度=2=0.01 molL -1,结合离子积常数计算得到氢离 子浓度=(molL -1)=10-12(molL-1),计算溶液 pH=12。 答案:(1)+(4b-c-2a) kJmol -1 (2)0.16 b 升高温度或减小压强 (3)12.8 温度升高,k正增大的倍数大于k逆 (4)阳 CH4-8e -+4O2- CO2+2H2O 12
