高考化学二轮复习 大题专题(三)

(三)化学原理综合应用

1．次磷酸(H3PO2)是一种精细化工产品，具有较强还原性。回答下列问题：

(1)H3PO2是一元中强酸，写出其电离方程式：____________________。

(2)H3PO2及NaH2PO2均可将溶液中的Ag＋还原为银单质，从而可用于化学镀银。

①H3PO2中，磷元素的化合价为__________。

②利用(H3PO2)进行化学镀银反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为4∶1，则氧化产物为________________________(填化学式)。

③NaH2PO2是________(填“正盐”或“酸式盐”)，其溶液显________(填“弱酸性”、“中性”或“弱碱性”)。

(3)H3PO2的工业制法是将白磷(P4)与Ba(OH)2溶液反应生成PH3气体和Ba(H2PO2)2，后者再与硫酸反应。写出白磷与Ba(OH)2溶液反应的化学方程式：________________________。

解析：(1)由于H 3PO2是一元中强酸，所以其电离方程式为H3PO2H＋＋H2PO－2。(2)①根据化合物中正负化合价的代数和为0，H是＋1价，O是－2价，所以在H3PO2中P元素的化合价为＋1价；②根据题意结合电子守恒，原子守恒可知，氧化产物为H3PO4，还原产物是Ag；③根据元素的化合价及电离情况可知H3PO2的结构是，所以NaH2PO2是

正盐；由于该盐是强碱弱酸盐，所以该溶液显弱碱性。(3)根据题意可得白磷与氢氧化钡溶液反应的化学方程式是2P4＋3Ba(OH)2＋6H2O===3Ba(H2PO2)2＋2PH3↑。

答案：(1)H 3PO2H＋＋H2PO－2

(2)①＋1②H3PO4③正盐弱碱性

(3)2P4＋3Ba(OH)2＋6H2O===3Ba(H2PO2)2＋2PH3↑

2．研究发现，NO x和SO2是雾霾的主要成分。

(一)NO x主要来源于汽车尾气。

(g)＋O2(g)2NO(g)ΔH＝＋180.50 kJ·mol－1

已知：N

(g)2CO2(g)ΔH＝－566.00 kJ·mol－1

2CO(g)＋O

(1)为了减轻大气污染，人们提出在汽车尾气排气管口采用催化剂将NO和CO转化成无污染气体参与大气循环。写出该反应的热化学方程式______________________。

(2)T℃时，将等物质的量的NO和CO充入容积为2 L的密闭容器中，保持温度和体积不变，反应过程(0～15 min)中NO的物质的量随时间变化如图所示。

①T℃时该化学反应的平衡常数K＝________；平衡时若保持温度不变，再向容器中充入CO、N2各0.8 mol，平衡将________(填“向左”、“向右”或“不”)移动。

②图中a、b分别表示在一定温度下，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(NO)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”)

③15 min时，若改变外界反应条件，导致n(NO)发生如图所示的变化，则改变的条件可能是______________________。

(二)SO2主要来源于煤的燃烧。燃烧烟气的脱硫减排是减少大气中含硫化合物污染的关键。

(3)用纯碱溶液吸收SO 2可将其转化为HSO －

3。该反应的离子方程式是____________________。

(4)如图电解装置可将雾霾中的NO 、SO 2分别转化为NH ＋4和SO 2－4。

①写出物质A 的化学式__________________，阳极的电极反应式是______________________。

②该电解反应的化学方程式为______________。

解析：本题考查盖斯定律、化学平衡移动原理和化学平衡常数的计算、电解原理等。(1)将题给热化学方程式依次编号为①、②，根据盖斯定律，由②－①可得2NO(g)＋

2CO(g)=====催化剂2CO 2(g)＋N 2(g) ΔH ＝－746.50 kJ·mol －1。(2)①根据“三段式”法进行计算：

2NO(g)＋2CO(g)=====催化剂2CO 2(g)＋N 2(g)

开始(mol·L －1)：0.2 0.2 0 0

转化(mol·L －1)：0.1 0.1 0.1 0.05

平衡(mol·L －1)：0.1 0.1 0.1 0.05

平衡常数K ＝0.05×(0.1)2

(0.1)2×(0.1)2L·mol －1＝5 L·mol －1。平衡时再向容器中充入CO 和N 2各0.8 mol ，则此时c (CO)＝0.5 mol·L －1，c (N 2)＝0.45 mol·L －1，浓度商Q c ＝(0.1)2×0.45(0.1)2×(0.5)2

＝1.8

电子，发生氧化反应：SO 2＋2H 2O －2e －===SO 2－4＋4H ＋；NO 在阴极得电子，发生还原反应：

6H ＋＋NO ＋5e －===NH ＋4＋H 2O ，根据得失电子守恒，将阴、阳电极反应式相叠加即可得到反

应的总的离子方程式：5SO 2＋2NO ＋8H 2O===2NH ＋4＋5SO 2－4＋8H ＋，因此物质A 为硫酸。

答案：(1)2NO(g)＋2CO(g)=====催化剂2CO 2(g)＋N 2(g) ΔH ＝－746.50 kJ·mol －1

(2)①5 L·mol －1 向右 ②b ③增大CO 的物质的量浓度或增大压强或降低温度

(3)H 2O ＋2SO 2＋CO 2－3===2HSO －3＋CO 2↑

(4)①H 2SO 4 SO 2＋2H 2O －2e －===SO 2－4＋4H ＋

②5SO 2＋2NO ＋8H 2O=====通电(NH 4)2SO 4＋4H 2SO 4

3．氮的固定意义重大，氮肥的使用大幅度提高了粮食产量。

(1)目前人工固氮最有效的方法是____________________(用一个化学方程式表示)。

(2)自然界发生的一个固氮反应是N 2(g)＋O 2(g)=====放电2NO(g)，已知N 2、O 2、NO 三种分

子中化学键断裂所吸收的能量依次为946 kJ·mol －1、498 kJ·mol －1、632 kJ·mol －1，则该反应

的ΔH ＝________kJ·mol －1。该反应在放电或极高温度下才能发生，原因是

________________________________________________________________。

(3)100 kPa 时，反应2NO(g)＋O 2(g) 2NO 2(g)中NO 的平衡转化率与温度的关系曲线如图1，反应2NO

2(g) N 2O 4(g)中NO 2的平衡转化率与温度的关系曲线如图2。

①图1中A 、B 、C 三点表示不同温度、压强下2NO(g)＋O

2(g)

2NO 2(g)达到平衡时

NO 的转化率，则________点对应的压强最大。

②100 kPa 、25℃时，2NO 2(g) N 2O 4(g)平衡体系中N 2O 4的物质的量分数为________，N 2O 4的分压p (N 2O 4)＝________kPa ，列式计算平衡常数K p ＝________。(K p 用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)

③100 kPa 、25℃时，V mL NO 与0.5V mL O 2混合后最终气体的体积为________mL 。

(4)室温下，用注射器吸入一定量NO 2气体，将针头插入胶塞密封(如图3)，然后迅速将

气体体积压缩为原来的一半并使活塞固定，此时手握针筒有热感，继续放置一段时间。从活塞固定时开始观察，气体颜色逐渐________(填“变深”或“变浅”)，原因是______________________________。[已知：2NO

2(g) N 2O 4(g)在几微秒内即可达到化学平衡]

解析：(2)根据ΔH ＝反应物总键能－生成物总键能，知该反应的ΔH ＝946 kJ·mol －1＋498

kJ·mol －1－632 kJ·mol －1×2＝＋180 kJ·mol －1。(3)①图1中曲线为等压线，A 、C 在等压线下方，B 在等压线上方，A 、C 点相对等压线，NO 的平衡转化率减小，则平衡逆向移动，为减小压强所致，B 点相对等压线，NO 的平衡转化率增大，则平衡正向移动，为增大压强所致，故压强最大的点为B 点。②100 kPa 、25℃时，NO 2的平衡转化率为80%，设起始时NO 2的浓度为a ，则平衡时NO 2的浓度为0.2a ，N 2O 4的浓度为0.4a ，故N 2O 4的物质的量分数为0.4a 0.2a ＋0.4a ×100%＝66.7%。N 2O 4的分压p (N 2O 4)＝100 kPa ×66.7%＝66.7 kPa 。K p ＝p (N 2O 4)p 2(NO 2)＝100 kPa ×66.7%[100 kPa ×(1－66.7%)]2＝0.06(kPa)－1。③V mL NO 与0.5V mL O 2生成V mL NO 2，根据100 kPa 、25℃时，2NO 2(g) N 2O 4(g)平衡体系中NO 2的转化率为80%，知平衡时气体的体积

为V mL ×(1－80%)＋V mL ×80%×1

2

＝0.6V mL 。(4)根据题图2，知2NO 2(g) N 2O 4(g)为放热反应，将气体体积压缩为原来的一半并使活塞固定，相当于增大压强，会使平衡正向移动，反应放出热量，直至达到平衡，继续放置时气体温度降低，促使平衡向正反应方向移动，NO 2浓度降低，气体颜色逐渐变浅。

答案：(1)N 2＋3H 22NH 3

(2)＋180 N 2分子中化学键很稳定，反应需要很高的活化能

(3)①B ②66.7% 66.7 p (N 2O 4)p 2(NO 2)＝100 kPa ×66.7%[100 kPa ×(1－66.7%)]2＝0.06(kPa)－1 ③0.6V

(4)变浅 活塞固定时2NO 2(g) N 2O 4(g)已达平衡状态，因反应是放热反应，放置时气体温度下降，平衡向正反应方向移动，NO 2浓度降低

4．以高纯H 2为燃料的质子交换膜燃料电池具有能量效率高、无污染等优点，但燃料中若混有CO 将显著缩短电池寿命。以甲醇为原料制取高纯H 2是重要研究方向。

(1)甲醇在催化剂作用下裂解可得到H 2，氢元素利用率达100%，反应的化学方程式为

______________，该方法的缺点是______________。

(2)甲醇水蒸气重整制氢主要发生以下两个反应：

主反应：CH 3OH(g)＋H 2O(g) CO 2(g)＋3H 2(g) ΔH ＝＋49 kJ·mol －1

副反应：H 2(g)＋CO 2(g) CO(g)＋H 2O(g) ΔH ＝＋41 kJ·mol －1

①既能加快反应速率又能提高CH 3OH 平衡转化率的一种措施是__________________。 ②分析适当增大水醇比(n H 2O ∶n CH 3OH )对甲醇水蒸气重整制氢的好处______________。 ③某温度下，将n H 2O ∶n CH 3

OH ＝1∶1的原料气充入恒容密闭容器中，初始压强为p 1，反应达到平衡时总压强为p 2，则平衡时甲醇的转化率为____________。(忽略副反应)

④工业生产中，单位时间内，单位体积的催化剂所处理的气体体积叫做空速[单位为

m 3/(m 3催化剂·h)，简化为h －1]。一定条件下，甲醇的转化率与温度、空速的关系如图。空

速越大，甲醇的转化率受温度影响越________________。其他条件相同，比较230℃时1 200 h －1和300 h －1两种空速下相同时间内H 2的产量，前者约为后者的________倍。(忽略副反应，保留2位有效数字)

(3)甲醇水蒸气重整制氢消耗大量热能，科学家提出在原料气中掺入一定量氧气，理论

上可实现甲醇水蒸气自热重整制氢。

已知：CH 3OH(g)＋12

O 2(g) CO 2(g)＋2H 2(g) ΔH ＝－193 kJ·mol －1 则5CH 3OH(g)＋4H 2O(g)＋12

O 2(g) 5CO 2(g)＋14H 2(g)的ΔH ＝________kJ·mol －1。 解析：本题考查化学反应原理及其在工业生产中的应用。(1)抓住“氢元素利用率达100%”这一信息可写出其反应的化学方程式。(2)①两个反应均为吸热反应，故升高温度可使甲醇平衡转化率增大，反应速率加快；此外水蒸气为主反应的反应物，副反应的生成物，故增大水蒸气的浓度也可达到加快反应速率和提高甲醇平衡转化率的效果。②增大水醇比，既可使甲醇转化率增大，又可使副反应逆向移动，抑制CO 的生成。③恒温恒容时，物质的量之比等于压强之比，根据差量法计算：CH 3OH(g)＋H 2O(g) CO 2(g)＋3H 2(g) Δn ＝2，

反应前甲醇的分压为12p 1，参加反应的甲醇的分压为p 2－p 12，则甲醇的转化率为p 2－p 1p 1

×100%。④由题图看出，空速越大，甲醇的转化率受温度影响的曲线的斜率越大，说明受温度影响越

大。230℃时1 200 h －1和300 h －1两种空速下相同时间内H 2的产量之比等于甲醇的转化率之

比，为1 200×75%300×95%

＝3.2。(3)根据盖斯定律，由主反应的热化学方程式乘以4，再加上CH 3OH(g)＋12O 2(g)CO 2(g)＋2H 2(g) ΔH ＝－193 kJ·mol －1，可得5CH 3OH(g)＋4H 2O(g)＋12

O 2(g) 5CO 2(g)＋14H 2(g) ΔH ＝＋3 kJ·mol －1。

答案：(1)CH 3OH =====催化剂△2H 2＋CO 产物H 2中CO 含量高

(2)①升高温度[或增大H 2O(g)的浓度]

②有利于提高甲醇的转化率，有利于抑制CO 的生成

③p 2－p 1p 1

×100% ④大 3.2 (3)＋3