1、滚动加练 2 化学基本理论综合应用1(2014苏北三市一调)氢气是清洁的能源，也是重要的化工原料。(1)以 H2 为原料制取氨气进而合成 CO(NH2)2 的反应如下：N2(g)3H2(g)=2NH3(g)H92.4 kJmol12NH3(g)CO2(g)=NH2CO2NH4(s)H159.47 kJmol1NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)H2O(I)H72.49 kJmol1则 N2(g)、H2(g)与 CO2(g)反应生成 CO(NH2)2(s)和 H2O(l)的热化学方程式为_。(2)已知叠氮酸(HN3)不稳定，同时也能与活泼金属反应，反应方程式为：2HN3=3N2H2
2、2HN3Zn=Zn(N3)2H22 mol HN3 与过量 Zn 完全反应，在标准状况下生成 67.2 L 气体，其中 N2 的物质的量为_。(3)用丙烷和水为原料在电催化下制氢气，同时得到一种含有三元环的环氧化合物 A，则该反应的化学方程式为_。该反应也可生成 A 的同分异构体另一种环氧化合物 B，B 的核磁共振氢谱为下图(1)中_(填“a”或“b”)。图(1)(4)已知 H2S 高温热分解制 H2 的反应为 H2S(g)H2(g)1/2S2(g)。在恒容密闭容器中，控制不同温度进行 H2S 的分解实验：图(2)以 H2S 的起始浓度均为 c molL1 测定 H2S 的转化率，结果如上图(
3、2)所示。图中 a 曲线为 H2S 的平衡转化率与温度的关系曲线，b 曲线表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时 H2S 的转化率。若 985 时，反应经 t min 达到平衡，此时 H2S 的转化率为 40%，则反应速率v(H2)_(用含 c、t 的代数式表示)。请说明随温度的升高，曲线 b 向曲线 a 逼近的原因：_。(5)用惰性电极电解煤浆液的方法制 H2 的反应为：C(s)2H2O(l)=CO2(g)2H2(g)现将一定量的 1 molL1H2SO4 溶液和适量煤粉充分混合，制成含碳量为 0.020.12 gmL1 的煤浆液，置于下图(3)所示装置中进行电解(两电极均为惰性电
4、极)。则 A 极的电极反应式为_。图(3)解析(1)三式相加，得到 N2(g)3H2(g)CO2(g)=CO(NH2)2(s)H2O(l)H179.38 kJmol1。(2)2HN3=3N2 H2 x mol 1.5x mol 0.5x mol2HN3 Zn=Zn(N3)2 H2y mol 0.5y molxy21.5x0.5x0.5y67.2/22.4解得 x4/3 y2/3 n(N2)1.5x2 mol(3)三元环的环氧化合物 A 是 CH3CHOCH2，方程式略，A 的同分异物体，而别一种环氧化合物 B 为 CH2CH2CH2O，其核磁共振氢谱为 a。(4)v(H2)v(H2S)c mo
5、lL140%t min0.4 c/t molL1min1。(5)A 极为阳极，发生氧化反应 C(s)CO2，介质呈酸性，电极反应式是 C2H2O4e=CO24H。答案(1)N2(g)3H2CO2(g)=CO(NH2)2(s)H2O(l)H179.38 kJmol1(2)2 mol(3)CH3CH2CH3H2OCH3CHOCH22H2(反应条件可写也可不写)a(4)0.4c/t molL1min1温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的时间缩短(合理答案均可)(5)C2H2O4e=CO24H2工业制硝酸的主要反应为：4NH3(g)5O2(g)=4NO(g)6 H2O(g)H。(1)已知氢气的标准燃
6、烧热为 285.8 kJmol1；N2(g)3H2(g)=2NH3(g)H92.4 kJmol1；H2O(l)=H2O(g)H44.0 kJmol1；N2(g)O2(g)=2NO(g)H180.6 kJmol1。则上述工业制硝酸的主要反应的 H_。(2)在容积固定的密闭容器中发生上述反应，容器内部分物质的物质的量浓度如下表：浓度时间 c(NH3)/molL1c(O2)/molL1c(NO)/molL1起始0.81.60第 2 min0.6a0.2第 4 min0.30.9750.5第 6 min0.30.9750.5第 8 min0.71.4750.1反应在第 2 min 到第 4 min 时
7、，O2 的平均反应速率为_。反应在第 6 min 时改变了条件，改变的条件可能是_(填序号)。A使用催化剂 B升高温度C减小压强 D增加 O2 的浓度下列说法中能说明 4NH3(g)5O2(g)4NO(g)6H2 O(g)达到平衡状态的是_(填序号)。A单位时间内生成 n mol NO 的同时，生成 n mol NH3B条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化C百分含量 w(NH3)w(NO)D反应速率 v(NH3)v(O2)v(NO)v(H2O)4546E若在恒温恒压下容积可变的容器中反应，混合气体的密度不再变化(3)某研究所组装的 CH3OHO2 燃料电池的工作原理如图甲所示。甲 乙该
8、电池工作时，b 口通入的物质为_。该电池正极的电极反应式为：_。以此电池作电源，在实验室中模拟铝制品表面“钝化”处理(装置如图乙所示)的过程中，发现溶液逐渐变浑浊并有气泡产生，其原因可能是_(用相关的离子方程式表示)。解析 H2(g)1/2O2(g)=H2O(l)H285.8 kJmol1 N2(g)3H2(g)=2NH3(g)H92.4 kJmol1 H2O(l)=H2O(g)H44.0 kJmol1 N2(g)O2(g)=2NO(g)H180.6 kJmol1 根据盖斯定律，由6262 得工业制硝酸的主要反应为：4NH3(g)5O2(g)=4NO(g)6H2O(g)H904.8 kJmol
9、1；(2)v(NH3)(0.6 molL10.3 molL1)/2min0.015 molL1min1，则 v(O2)v(NH3)5/40.187 5 molL1min1；比较表中起始到第 6 min、第 6 min 到第 8 min 浓度变化知，反应逆向移动，改变的条件应是升高温度。A 项，单位时间内生成 n mol NO 的同时，生成 n mol NH3，说明 v 正v 逆，正确；B 项，条件一定时随着反应的进行，气体的物质的量逐渐变化，气体的质量始终不变，所以混合气体的平均相对分子质量逐渐变化，当平均相对分子质量不变时，说明达到平衡状态，正确；C 项，百分含量 w(NH3)w(NO)，但
10、不能说明二者的百 分 含 量 不 变，故 不 能 说 明 达 到 平 衡 状 态，错 误；D 项，反 应 速 率v(NH3)v(O2)v(NO)v(H2O)4546，不能说明 v 正v 逆，错误；E 项，随着反应的进行，气体质量不变，容器容积可变，所以混合气体的密度可变，因此混合气体的密度是一个变量，当密度不变时说明达到平衡状态，正确。(3)由电解质溶液中的 H移动方向知，左边为负极，甲醇作还原剂从 b 口通入；右边为正极，氧气作氧化剂从 c 口通入；该电池正极是氧气发生得电子的还原反应，电极反应式为：O24e4H=2H2O；该电解池中，金属铝为阳极，电极反应：Al3e=Al3，Al3和 HC
11、O3 之间发生相互促进的完全水解反应Al33HCO3=Al(OH)33CO2，溶液逐渐变浑浊。答案(1)904.8 kJmol1(2)0.187 5 molL1min1 B ABE(3)CH3OH O24e4H=2H2OAl33HCO3=Al(OH)33CO2(或 Al3e3HCO3=Al(OH)33CO2)3(2014南京二调)氮的化合物合成、应用及氮的固定一直是科学研究的热点。(1)以 CO2 与 NH3 为原料合成化肥尿素的主要反应如下：2NH3(g)CO2(g)=NH2CO2NH4(s)H159.47 kJmol1；NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)H2O(g)Ha kJ
12、mol1；2NH3(g)CO2(g)=CO(NH2)2(s)H2O(g)H86.98 kJmol1。则 a 为_。(2)反应 2NH3(g)CO2(g)CO(NH2)2(l)H2O(g)在合成塔中进行。图甲中、三条曲线为合成塔中按不同氨碳比nNH3nCO2 和水碳化nH2OnCO2 投料时二氧化碳转化率的情况。曲线、水碳比的数值分别为A0.60.7 B11.1C1.51.61生产中应选用水碳比的数值为_(填序号)；生产中氨碳比宜控制在 4.0 左右，而不是 4.5 的原因可能是_。(3)尿素可用于湿法烟气脱氮工艺，其反应原理为：NONO2H2O=2HNO22HNO2CO(NH2)2=2N2CO
13、23H2O。当烟气中 NO、NO2 按上述反应中系数比时脱氮效果最佳。若烟气中V(NO)V(NO2)51 时，可通入一定量的空气，同温同压下，V(空气)V(NO)_(空气中氧气的体积含量大约为 20%)。图乙是尿素含量对脱氮效率的影响，从经济因素上考虑，一般选择尿素浓度约为_%。(4)如图丙表示使用新型电极材料，以 N2、H2 为电极反应物，以 HClNH4Cl为电解质溶液制造出既能提供能量，同时又能实现氮固定的新型燃料电池。请写出该电池的正极反应式：_。生产中可分离出的物质 A 的化学式为_。丙解析(1)根据反应可知：反应反应反应，所以 a86.98 kJmol1159.47 kJmol17
14、2.49 kJmol1。(2)根据图像，在相同的氨碳比时，曲线所对应的 CO2 转化率最高，所以生产中应选用水碳比的数值为 0.60.7。从图像曲线中氨碳比为 4.0 和 4.5 时对应的 CO2 转化率可以看出，氨碳比在 4.5 时，NH3 的量增大较多，而 CO2 的转化率增加不大，提高了生产成本，所以生产中氨碳比宜控制在 4.0 左右，而不是 4.5；此问与教材中工业制硫酸 2SO2O22SO3 条件选择问题类似选择高温常压而不是高温高压。(3)由于同温同压下，气体体积与物质的量成正比，设烟气中 V(NO)5 L、V(NO2)1 L，通入空气的体积为 x L(空气中氧气的体积含量大约为
15、20%)，则根据 2NOO2=2NO2，可知欲使脱氮效果最佳，V(NO)V(NO2)，即(50.4 x)(10.4 x)，x5 L，所以同温同压下，V(空气)V(NO)11。根据尿素含量对脱氮效率的影响图，从经济因素上考虑，尿素含量应与较高的脱氮效率相对应。所以选择 5%左右，超过 5%时，脱氮效率提高不明显，增加了生产成本，低于 5%时，脱氮效率有明显偏低，所以一般选择尿素浓度约为 5%。(4)根据电极两端通入气体性质可以判断，通入 N2 气的一极为正极，通入 H2 的一极为负极，结合电解质溶液 HClNH4Cl，正极反应式为 N26e8H=2NH4，负极反应式为 3H26e=6H，电池总反
16、应为 N23H22H=2NH4，因此该电池工作时不断地有 NH4Cl 生成，所以生产中可分离出的物质为 NH4Cl。答案(1)72.49(2)A 氨碳比在 4.5 时，NH3 的量增大较多，而 CO2 的转化率增加不大，提高了生产成本(3)11 5(4)N26e8H=2NH4 NH4Cl4(2014盐城调研)铅及其化合物在工业生产及日常生活中都具有非常广泛的用途。(1)瓦纽科夫法熔炼铅，其相关反应的热化学方程式如下：2PbS(s)3O2(g)=2PbO(s)SO2(g)Ha kJmol1；PbS(s)2PbO(s)=3Pb(s)SO2(g)Hb kJmol1；PbS(s)PbSO4(s)=2P
17、b(s)2SO2(g)Hc kJmol1。反应 3PbS(s)6O2(g)=3PbSO4(s)H_ kJmol1。(2)还原法炼铅，包含反应 PbO(s)CO(g)Pb(s)CO2(g)H，该反应的平衡常数的对数值与温度的关系如下表。温度/3007271 227lg K6.172.871.24该还原反应的 H_0(填“”、“”、“”或“”)0。若温度不变，减小反应投料比n(H2)/n(CO2)，则 K 将_(填“增大”、“减小”或“不变”)。二甲醚燃料电池具有启动快，效率高等优点，若电解质为酸性，二甲醚燃料电池的负极反应为_。(3)以 CO2 为原料合成的碳酸酯(仅含碳、氢、氧三种元素)是用途
18、广泛的化学品，某种碳酸酯(DPC)水解产物之一遇氯化铁溶液显紫色，下图为它的核磁共振氢谱图，请写出 DPC 的结构简式：_。(4)某电厂的粉煤灰含莫来石(主要成分为 Al6Si2O13、SiO2)。将其和纯碱在高温下烧结，可制取 NaAlSiO4(霞石)、Na2SiO3 和 NaAlO2，有关化学方程式(反应条件均为高温)为：Al6Si2O133Na2CO3=2NaAlSiO44NaAlO23CO2Al6Si2O135Na2CO3=2Na2SiO36NaAlO25CO2SiO2Na2CO3=Na2SiO3CO2则用 1 mol Al6Si2O13 和 4 mol SiO2 通过以上反应制得 5
19、 mol NaAlO2，共消耗Na2CO3 为_mol。解析(1)两式相加除以 2 即得，H(ab)/2 kJmol1。(2)分析图像，投料比相同时，温度升高，CO 的转化率降低，即温度升高平衡逆向移动，正向反应放热，即 H0；温度不变，仅改变投料比，平衡常数不变。(3)分析核磁共振氢谱图可知，该有机物含有 3 种氢原子，碳酸是二元酸 DPC，可以理解为 1 mol碳酸与 2 mol 苯酚生成的酯，结构简式是。(4)Al6Si2O13和NaAlO2 的 物 质 的 量 之 比 是15，故 总 反 应 式 是Al6Si2O13 4Na2CO3=1Na2SiO3 1NaAlSiO4 5NaAlO2
20、 4CO2，还 有SiO2 Na2CO3=Na2SiO3CO2，消耗的 n(Na2CO3)1 mol44 mol18 mol。答案(1)(ab)/2(2)c(CH3OCH3)c3(H2O)/c2(CO2)c6(H2)c(HSO3)c(H)c(SO23)c(OH)Cc(H2SO3)c(H)c(SO23)c(OH)Dc(Na)c(H)2c(SO23)c(HSO3)c(OH)(4)当吸收液的 pH 降至约为 6 时，需送至电解槽再生。再生示意图如下：吸收液再生过程中的总反应方程式是_。当电极上有 1 mol 电子转移时阴极产物为_g。解析(1)SO2 能被 Na2SO3 溶液吸收，反应的离子方程式是
21、 SO23 SO2H2O=2HSO3。(2)CO23 HSO3=SO23 HCO3，A 项不能共存；H2SO3HCO3=HSO3 CO2H2O，D 项不能共存。(3)HSO3 存在：HSO3SO23H和 HSO3 H2OH2SO3OH，根据表中的数据可知，随 n(HSO3)的增大，溶液 pH 减小，这说明 HSO3 的电离程度大于 HSO3 的水解程度，因此 NaHSO3溶液显酸性。根据电荷守恒可知，c(Na)c(H)2c(SO23)c(HSO3)c(OH)，D 正确，A 错误；HSO3 的电离程度大于其水解程度，所以 c(Na)c(HSO3)c(H)c(SO23)c(OH)，B 正确；物料守
22、恒式为 c(Na)c(SO23)c(HSO3)c(H2SO3)，由电荷守恒式和物料守恒式可得出，c(H2SO3)c(H)c(SO23)c(OH)，C 正确。(4)根据电解槽所示的变化，可知 HSO3 在阳极放电的电极反应式是 HSO3 H2O2e=3HSO24；H在阴极得电子生成H2，溶液的 c(H)降低，促使 HSO3 电离生成 SO23，且 Na进入阴极室，吸收液得以再生。吸收液再生过程中的总反应方程式是 HSO3 H2O=SO24 HH2。当电极上有 1 mol 电子转移时，阴极生成 0.5 mol H2，其质量为 1 g。答案(1)SO23 SO2H2O=2HSO3 (2)BC(3)酸 HSO3 存在：HSO3SO23 H和 HSO3 H2OH2SO3OH，HSO3 的电离程度大于其水解程度 A(4)HSO3 H2O=SO24 HH2 1