1、第28题化学基本理论综合题题组一化学反应中的能量变化与化学平衡的综合解题指导解答化学基本理论综合题的一般步骤步骤1：浏览全题，明确题已知和所求，挖掘解题切入点。步骤2：(1)对于化学反应速率和化学平衡图像类试题：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。(2)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。(3)对于利用盖斯定律写热化学方程式或求H类试题要做到：明确待求热化学方程式中的反应物和生成物；处理已知热化学方程式中的化学计量数和焓变；叠加处理热化学方程式确定答案。(4)对于电化学类试题：判断是原电池还是电解池分析电极类别，书写
2、电极反应式按电极反应式进行相关计算。(5)对于电解质溶液类试题：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。步骤3：针对题目中所设计的问题，联系相关理论逐个进行作答。挑战满分(限时30分钟)1研究和深度开发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：Fe2O3(s)3C(s)=2Fe(s)3CO(g)H1489.0 kJmol1，C(s)CO2(g)=2CO(g)H2172.5 kJmol1则CO还原Fe2O3(s)的热化学方程式为_。(2)分离高炉煤气得到的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)
3、CO2和H2充入一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见图1。曲线、对应的平衡常数大小关系为K_(填“”、“”或“”)K。一定温度下，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1 mol CO2、3 mol H2a mol CO2、b mol H2、c mol CH3OH(g)、c mol H2O(g)若甲中平衡后气体的压强为开始的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)
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(、)作用下，CH4产量随光照时间的变化见图2。在015小时内，CH4的平均生成速率、和从大到小的顺序为_(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见图3。乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围是_。Cu2Al2O4可溶于稀硝酸，写出有关的离子方程式：_。2可燃冰的主要成分是甲烷，甲烷既是清洁燃料，也是重要的化工原料。(1)甲烷和二氧化碳重整制合成气对温室气体的治理具有重大意义。已知：CH4(g)CO2(g
5、)2CO(g)2H2(g) H247.3 kJmol1CH4(g)C(s)2H2(g)H75 kJmol1反应2CO(g)=C(s)CO2(g)在_(填“高温”或“低温”)下能自发进行。合成甲醇的主要反应：2H2(g)CO(g)CH3OH(g)H90.8 kJmol1，T 时此反应的平衡常数为160。此温度下，在密闭容器中开始只充入CO、H2，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：物质H2COCH3OH浓度/molL10.200.100.40比较此时正、逆反应速率的大小：v正_(填“”、“”或“”)v逆。生产过程中，合成气要进行循环，其目的是_。在一固定容积的密闭容器中发生反应2H2(g)CO(g
6、)CH3OH(g)，若要提高CO的转化率，则可以采取的措施是_(填字母)。a 升温 b加入催化剂 c增加CO的浓度 d加入H2加压e加入惰性气体加压 f分离出甲醇(2)以甲烷为燃料的新型电池的成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池，下图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池的工作原理示意图。B极为电池的_极，该电极的反应式为_。若用该燃料电池作电源，用石墨作电极电解100 mL 1 molL1的硫酸铜溶液，当两极收集到的气体体积相等时，理论上消耗甲烷的体积为_(标况下)。3研究CO2与CH4的反应使之转化为CO与H2，对缓解燃料危机，减少温室效应具有重要的意义。(1)已知：2CO(g)O2(g)
7、=2CO2(g) H566 kJmol12H2(g)O2(g)=2H2O(g) H484 kJmol1CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(g) H802 kJmol1则CH4(g)CO2(g)2CO(g)2H2(g) H_ kJmol1(2)在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1 molL1的CH4与CO2，在一定条件下发生反应CH4(g)CO2(g)2CO(g)2H2(g)，测得CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如下图所示。据图可知，p1、p2、p3、p4由大到小的顺序为_。在压强为p4、1 100 的条件下，该反应5 min时达到平衡点X，该温度下，反应的平衡常数为_(保留小
8、数点后两位)。(3)CO和H2在工业上还可以通过反应C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)来制取。在恒温恒容下，如果从反应物出发建立平衡，可认定平衡已达到的是_(填选项字母)。A体系压强不再变化 BH2与CO的物质的量之比为11C混合气体的密度保持不变 D气体平均相对分子质量为15，且保持不变在某密闭容器中同时投入四种物质，2 min时达到平衡，测得容器中有1 mol H2O(g)、1 mol CO(g)、2.2 mol H2(g)和一定量的C(s)，如果此时对体系加压，平衡向_(填“正”或“逆”)反应方向移动，第5 min时达到新的平衡，请在图中画出25 min内容器中气体平均相对分子质量
9、的变化曲线。4纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注，下表为制取Cu2O的三种方法：方法用炭粉在高温条件下还原CuO方法电解法，反应为2CuH2OCu2OH2方法用肼(N2H4)还原新制Cu(OH)2(1)工业上常用方法和方法制取Cu2O而很少用方法，其原因是反应条件不易控制，若控温不当易生成_而使Cu2O产率降低。(2)已知： 2Cu(s)O2(g)=Cu2O(s)Ha kJmol1C(s)O2(g)=CO(g)Hb kJmol1Cu(s)O2(g)=CuO(s)Hc kJmol1则方法发生反应的热化学方程式为2CuO(s)C(s)=Cu2O(s)CO(g)H_kJmol1。(3)方
10、法采用离子交换膜控制电解液中OH的浓度而制备纳米Cu2O，装置如图所示，该电池的阳极生成Cu2O的反应式为_。(4)方法为加热条件下用液态肼(N2H4)还原新制Cu(OH)2来制备纳米级Cu2O，同时放出N2。该制法的化学方程式为_。(5)在相同的密闭容器中，用以上两种方法制得的Cu2O分别进行催化分解水的实验：2H2O(g)2H2(g)O2(g)H0水蒸气的浓度(molL1)随时间t(min)变化如下表所示。序号温度0 min10 min20 min30 min40 min50 minT10.0500.049 20.048 60.048 20.048 00.048 0T10.0500.048
11、 80.048 40.048 00.048 00.048 0T20.1000.094 00.090 00.090 00.090 00.090 0下列叙述正确的是_(填字母代号)。A实验的温度：T2T1B实验前20 min的平均反应速率v(O2)7105 molL1min1C实验比实验所用的催化剂催化效率高组二化学平衡与电解质溶液的综合题挑战满分(限时30分钟)1一定条件下，通过下列反应可实现燃煤烟气中硫的回收：2CO(g)SO2(g)2CO2(g)S(l)H(1)已知：2CO(g)O2(g)=2CO2(g)H1566 kJmol1S(l)O2(g)=SO2(g)H2296 kJmol1 则反应
12、热H_ kJmol1。(2)其他条件相同、催化剂不同时，SO2的转化率随反应温度的变化如图a所示。260 时_(填“Fe2O3”、“NiO”或“Cr2O3”)作催化剂反应速率最快。Fe2O3和NiO作催化剂均能使SO2的转化率达到最高，不考虑价格因素，选择Fe2O3的主要优点是_。(3)科研小组在380 、Fe2O3作催化剂时，研究了不同投料比n(CO)n(SO2)对SO2转化率的影响，结果如图b所示。请在图b中画出n(CO)n(SO2)21时，SO2的转化率的预期变化曲线。(4)工业上还可用Na2SO3溶液吸收烟气中的SO2：Na2SO3SO2H2O=2NaHSO3。某温度下用1.0 mol
13、L1 Na2SO3溶液吸收纯净的SO2，当溶液中c(SO)降至0.2 molL1时，吸收能力显著下降，应更换吸收剂。此时溶液中c(HSO)约为_ molL1。此时溶液的pH_。(已知该温度下SOHHSO的平衡常数K8.0106，计算时SO2、H2SO3的浓度忽略不计)2氮及氮的化合物在生产生活中有着重要的用途，如NH3、HNO3等都是重要的化工产品。(1)合成氨的原料气N2和H2通常是以焦炭、水和空气为原料来制取的。其主要反应是2CO2=2COCH2O(g)=COH2COH2O(g)=CO2H2。某次生产中将焦炭、H2O(g)和空气(设空气中N2和O2的体积之比为41，下同)混合反应，所得气体
14、产物经分析，其组成如下表：气体CON2CO2H2O2体积(m3)(标准状况)x2012601.0根据上表可得出表中x_，实际消耗了_kg焦炭。(2)汽车尾气会排放氮的氧化物而污染环境。已知气缸中生成NO的反应为N2(g)O2(g)2NO(g)H0，若1 mol空气中含有0.8 mol N2和0.2 mol O2，1 300 时在某密闭容器内发生上述反应且达到平衡。测得NO的物质的量为8104mol，则该温度下的平衡常数K_；汽车启动后，气缸温度越高，单位时间内NO的排放量越大，原因是_。(3)SO2和氮的氧化物都是空气中的有害气体，已知：2SO2(g)O2(g)2SO3(g) H196.6 k
15、Jmol12NO(g)O2(g)2NO2(g) H113.0 kJmol1则反应NO2(g)SO2(g)SO3(g)NO(g)的H_ kJmol1。(4)25 时，一些物质的电离平衡常数如下表所示：化学式H2CO3HClOH2C4H4O6(酒石酸)电离平衡常数K14.3107K25.610113.0108K19.1104K24.3105回答下列问题：常温下，将0.1 molL1的HClO溶液与0.1 molL1的Na2CO3溶液等体积混合，所得溶液中各种离子浓度关系正确的是_(填字母)。Ac(Na)c(ClO)c(HCO)c(OH)Bc(Na)c(HCO)c(ClO)c(H)Cc(Na)c(H
16、ClO)c(ClO)c(HCO)c(H2CO3)c(CO)Dc(Na)c(H)c(ClO)c(HCO)2c(CO)Ec(HClO)c(H)c(H2CO3)c(OH)c(CO)0.1 molL1的酒石酸溶液与pH13的NaOH溶液等体积混合，所得溶液的pH为6，则c(HC4H4O)2c(C4H4O)_ molL1(列出计算式即可)。3雾霾天气严重影响人们的生活，其中氮氧化物和硫氧化物是造成雾霾天气的主要原因之一，消除氮氧化物和硫氧化物有多种方法。(1)用活性炭还原法可以处理氮氧化物。某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，发生反应：C(s)2NO(g)N2(g)CO2(g)HQ kJm
17、ol1。在T1时，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：时间(min)浓度(molL1)01020304050NO1.000.580.400.400.480.48N200.210.300.300.360.36CO200.210.300.300.360.36010 min内，NO的平均反应速率v(NO)_，T1时，该反应的平衡常数K_。30 min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，根据上表中的数据判断改变的条件可能是_(填字母)。a加入一定量的活性炭 b通入一定量的NOc适当缩小容器的体积 d加入合适的催化剂若30 min后升高温度至T2，达到平衡时，容器中NO、N2、CO2的浓度之比为5
18、33，则Q_(填“”、“”或“”)0。(2)NH3催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。反应原理如图1所示：由图1可知，SCR技术中的氧化剂为_。已知c(NO2)c(NO)11时脱氮效果最佳，若生成1 mol N2时反应放出的热量为Q kJ。此时对应的脱氮反应的热化学方程式为_。图2是不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱氮率，由图可知工业使用的最佳的催化剂和相应的温度分别为_。(3)利用喷雾干燥法脱硫工艺是除去SO2的常见方法，先将含SO2的废气溶于水，再用饱和石灰浆吸收。该温度下，吸收液中c(Ca2)一直保持为0.70 molL1，已知Ksp(CaSO3)
19、1.4107，求吸收后溶液中的SO的浓度_。(写出计算过程，结果保留2位有效数字)4碳氧化物、氮氧化物、二氧化硫的处理与利用是世界各国研究的热点问题。消除汽车尾气中的NO、CO，有利于减少PM 2.5的排放。已知如下信息：2CO(g)2NO(g)2CO2(g)N2(g)H1748 kJmol12CO(g)O2(g)=2CO2(g)H2565 kJmol1(1)在一定条件下N2和O2会转化为NO，写出反应的热化学方程式：_。(2)为研究不同条件对反应的影响，在恒温条件下，向2 L恒容密闭容器中加入0.2 mol NO和0.4 mol CO，在催化剂存在的条件下发生反应，10 min时反应达到平衡
20、，测得10 min内v(NO)7.5103 molL1min1，则平衡后n(CO)_mol，关于该平衡的下列说法正确的是_。a增大压强，平衡一定向右移动 b其他条件不变，升高温度，化学反应速率一定增大c其他条件不变，若改为在恒压容器中进行，CO的平衡转化率比恒容条件下大d达到平衡后v正(NO)2v逆(N2)(3)其他条件相同，t min时不同温度下测得NO的转化率如图所示。A点的反应速度v正_(填“”、“”或“”)v逆，A、B两点反应的平衡常数较大的是_(填“A”或“B”)。(4)相同温度下等浓度的NH4NO3和NH4NO2两份溶液，测得NH4NO2溶液中c(NH)较小，试分析原因：_。01
21、molL1 NH4NO2溶液中离子浓度由大到小的顺序是_，常温下NO水解反应的平衡常数Kh_(保留两位有效数字)。(已知HNO2的电离常数Ka7.1104 molL1；NH3H2O的电离常数Kb1.7105 molL1)第28题化学基本理论综合题答案挑战满分(限时30分钟)1答案(1)Fe2O3(s)3CO(g)=2Fe(s)3CO2(g) H28.5 kJmol1(2)CO4OH2e=CO2H2O (3)0.4c1 (4)(5)300400 3Cu2Al2O432H2NO=6Cu26Al32NO16H2O解析(1)热化学方程式：Fe2O3(s)3C(s)=2Fe(s)3CO(g)H1489.
22、0 kJmol1。热化学方程式：C(s)CO2(g)=2CO(g)H2172.5 kJmol1CO还原Fe2O3(s)的热化学方程式可以由3得到Fe2O3(s)3CO(g)=2Fe(s)3CO2(g) H28.5 kJmol1。(2)负极为失去电子一极即CO作负极反应物，由于在碱性环境中，CO2与OH不共存，故生成CO，电极反应式为CO4OH2e=CO2H2O。(3)曲线平衡时产物物质的量大，则平衡常数KK。要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，平衡后各物质的量应该与甲中平衡时的量相等。假设平衡时转化CO2(g)的物质的量为x mol CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)开
23、始/mol 1300转化/mol x3x x x平衡/mol 1x 33xx x 计算：0.8，则x0.4由于平衡逆向进行，则c应大于0.4，如果a、b等于零时，c最大为1，则0.4c1。(4)由图2中015小时内CH4的产量知，生成CH4的速率。(5)Cu2Al2O4中Cu为1价，Al为3价，Cu与硝酸反应生成Cu2，硝酸会生成NO。反应离子方程式为 3Cu2Al2O432H2NO=6Cu26Al32NO16H2O。2(1) 答案(1)低温提高原料的利用率df(2)负CH44O28e=CO22H2O 1.12 L解析(1)用已知的第二个热化学方程式减去第一个热化学方程式得：2CO(g)=C(
24、s)CO2(g)H75 kJmol1247.3 kJmol1172.3 kJmol1。该反应的H0，S0，欲使反应能自发进行必须符合复合判据GHTST1，错误；B项，实验前20 min的平均反应速率v(H2O)7105 molL1min1，所以v(O2)3.5105 molL1min1，错误；C项，实验与实验相比，达到的平衡状态相同，但实验所用时间短，反应速率快，所以实验比实验所用的催化剂催化效率高，正确。题组二化学平衡与电解质溶液的综合题挑战满分(限时30分钟)1 答案(1)270(2)Cr2O3Fe2O3作催化剂时，在相对较低温度时可获得较高SO2的转化率，从而节约大量能源(3)如图所示(
25、4)1.66解析(1)根据盖斯定律，由已知中第一个反应减去第二个反应可得2CO(g)SO2(g)2CO2(g)S(l)，则HH1H2270 kJmol1。(2)根据图a,260 时Cr2O3曲线对应的SO2的转化率最高。Fe2O3作催化剂的优点是在相对较低的温度时获得的SO2的转化率较高，可以节约能源。(3)由图a知n(CO)n(SO2)21时，SO2的平衡转化率接近100%，但比n(CO)n(SO2)31时达平衡要慢。(4)溶液中c(SO)降至0.2 molL1时，参加反应的c(SO)为0.8 molL1，则反应生成的c(HSO)约为1.6 molL1。K8.0106，则c(H)106 mo
26、lL1，pH6。2答案(1)4430 (2)4106温度越高，反应速率加快，平衡向右移动(3)41.8 (4)BCE0.051061083答案(1)0.042 molL1min1bc(2)NO、NO22NH3(g)NO(g)NO2(g)=2N2(g)3H2O(g)H2Q kJmol1Mn、200 左右(3)c(SO)molL12.0107molL1解析(1)若30 min后升高温度至T2，达到平衡时，容器中NO、N2、CO2的浓度之比为533，Q(33)52，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，正反应是放热反应，Q0。(2)由图1可知SCR技术中NH3与NO、NO2反应产物为N2和水，故氧化剂为
27、NO、NO2；脱氮效果最佳时11，因此反应的热化学方程式为2NH3(g)NO(g)NO2(g)=2N2(g)3H2O(g)H2Q kJmol1；根据图2知Mn作催化剂时，在200 左右脱氮率最高，Cr作催化剂时，500 左右脱氮率最高，但二者的最高脱氮率差不多，使用Mn作催化剂需要的温度低，更经济，因此使用的最佳的催化剂和相应的温度分别为Mn、200 左右。4答案(1)N2(g)O2(g)=2NO(g)H183 kJmol1(2)0.25bcd (3)A(4)NO水解呈碱性，对NH的水解起促进作用c(NO)c(NH)c(H)c(OH)1.41011解析(1)根据盖斯定律：N2(g)O2(g)=
28、2NO(g)的H565 kJmol1(748)kJmol1183 kJmol1。(2)结合化学平衡三段式列式计算，测得10 min内v(NO)7.5103molL1min1，消耗NO：7.5103 molL1min110 min2 L0.15 mol， 2CO(g)2NO(g)2CO2(g)N2(g)起始量(mol) 0.40.200变化量(mol) 0.15 0.150.15 0.075平衡量(mol) 0.25 0.050.15 0.075平衡后n(CO)0.25 mol。a项，其他条件变化情况未知，增大压强不能判断平衡移动方向，错误；b项，其他条件不变，升高温度，化学反应速率一定增大，正
29、确；c项，其他条件不变，若改为在恒压容器中进行，则可看作在原平衡的基础上加压，平衡正向进行，CO的平衡转化率比恒容条件下大，正确；d项，反应速率之比等于化学方程式的化学计量数之比，v正(NO)2v正(N2)，又v正(NO)2v逆(N2)，则说明氮气正、逆反应速率相同，反应是平衡状态，正确。(3)NO的转化率开始随温度升高而增大，到B点后减小，说明正反应是放热反应，而且B点是平衡状态，则A点是建立平衡的过程，则A点的反应速率：v正v逆，该反应是放热反应，升温，平衡逆向进行，平衡常数减小，平衡常数较大的是A点。(4)相同温度下等浓度的NH4NO3和NH4NO2两份溶液，测得NH4NO2溶液中c(NH)较小，是因为NO是弱酸根，阴离子水解显碱性，铵根离子水解显酸性，两者水解相互促进；由Ka(HNO2)Kb(NH3H2O)，知NH4NO2溶液中NH水解程度大，溶液显酸性，故c(NO)c(NH)c(H)c(OH)；依据NOH2OHNO2OH，水解平衡常数表达式Kh，分子和分母都乘以氢离子浓度得到水解平衡常数Kh1.41011。
