2021届一轮复习（人教版）化学反应原理综合学案

2021届一轮复习（人教版）化学反应原理综合学案

化学反应原理综合题的解题策略 ‎1.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2:①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。‎ ‎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。‎ ‎④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:针对题目中所设计的问题,联系相关理论进行逐个作答。‎ ‎2.答题技巧 ‎(1)化学平衡的计算解题思维路径 ‎(2)化学平衡常数解题思维路径 ‎(3)热化学方程式的书写或反应热计算:盖斯定律。‎ ‎(4)有关计算——紧扣含义、表达式:‎ 计算类型有:‎ ‎①速率②转化率③产率④平衡常数⑤平衡分压⑥电子转移⑦有关Ksp的计算。‎ ‎(5)影响化学反应速率的探究实验:控制变量是关键。 ‎ ‎(6)化学电源中电极反应式书写的思维模板:‎ ‎①明确直接产物:根据负极氧化、正极还原,明确两极的直接产物。‎ ‎②确定最终产物:根据介质环境和共存原则,找出参与的介质粒子,确定最终产物。‎ ‎③配平:根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。‎ ‎(7)复杂电极反应式的书写:‎ ‎(8)可充电电池电极反应式的书写:充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反,充电时的阳极反应为放电时的正极反应的逆过程。‎ ‎(9)隔膜的作用:‎ ‎①能将两极区隔离阻止两极区产生的物质接触,防止发生化学反应;‎ ‎②能选择性的通过离子,起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。‎ ‎3.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 ‎①N2(g)+2O2(g)2NO2(g)　ΔH=+67.7 kJ· mol-1,‎ ‎②N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)‎ ΔH=-534 kJ· mol-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)　ΔH=+24.4 kJ· mol-1‎ ‎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　　　　　。 ‎ ‎②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)。 ‎ ‎③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　　　　。 ‎ ‎④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·p2(NO2),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×‎ ‎104 s-1,当N2O4分解10%时,v正=　　　　kPa·s-1。 ‎ ‎⑤真空密闭容器中放入一定量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。‎ ‎①负极上发生的电极反应为 　　　　　　　; ‎ ‎②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)①N2(g)+2O2(g)2NO2(g) ΔH1=+67.7 kJ· mol-1‎ ‎②N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH2=-534 kJ· mol-1‎ 依据盖斯定律:②×2-①得到:2N2H4(g)+2NO2(g)3N2(g)+4H2O(g) ‎ ΔH=-1 135.7 kJ· mol-1。‎ ‎(2)①a.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。‎ ‎②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==。‎ ‎③A.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,故C错误;D.ΔH与反应方程式中化学计量数成正比,ΔH不随NO2的物质的量的变化而变化,故D错误。‎ ‎④平衡时正逆反应速率相等,由v正=k正·p(N2O4),v逆=k逆·p2(NO2),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Δn ‎1 2-1=1‎ ‎0.1 mol 0.1 mol 故此时p(N2O4)=×100 kPa=×100 kPa,则v正=4.8×104 s-1××‎ ‎100 kPa≈3.9×106 kPa·s-1。‎ ‎⑤在温度为T时,平衡时N2O4分解百分率为a,设投入的N2O4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)①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。②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)　ΔH=-1 135.7 kJ· mol-1‎ ‎(2)①bc　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 ‎②　③B　④　3.9×106　⑤‎ ‎(3)①N2H4+4OH--4e-N2+4H2O ‎②右侧　左侧 研究NOx、SO2等大气污染物的妥善处理在环境保护方面具有重要意义。‎ ‎(1)SO2的排放主要来自煤的燃烧,工业上常用氨水吸收法处理尾气中的SO2。已知吸收过程中相关反应的热化学方程式如下:‎ SO2(g)+NH3·H2O(aq)NH4HSO3(aq) ΔH1=a kJ·mol-1;‎ NH3·H2O(aq)+ NH4HSO3(aq)(NH4)2SO3(aq)+H2O(l)　ΔH 2=b kJ·mol-1;‎ ‎2(NH4)2SO3(aq)+O2(g)2(NH4)2SO4(aq) ΔH 3=c kJ·mol-1。‎ 则反应2SO2(g)+4NH3·H2O(aq)+O2(g)2(NH4)2SO4(aq)+2H2O(l)的 ΔH=　　　　kJ·mol-1。 ‎ ‎(2)以乙烯(C2H4)作为还原剂脱硝(NO),脱硝机理如图1,则总反应的化学方程式为　　　　　　　;脱硝率与温度、负载率(分子筛中催化剂的质量分数)的关系如图2,为达到最佳脱硝效果,应采用的条件是　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)T1温度时在容积为2 L的恒容密闭容器中发生反应:2NO(g)+O2(g)2NO2(g)　ΔH<0。实验测得:v(正)=v(NO)消耗=2v(O2)消耗=k正c2(NO)·c(O2),v(逆)=v(NO2) 消耗=k逆c2(NO2),k正、k逆为速率常数只受温度影响。不同时刻测得容器中n(NO)、n(O2)如表:‎ 时间/s ‎0‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ n(NO)/mol ‎1‎ ‎0.6‎ ‎0.4‎ ‎0.2‎ ‎0.2‎ ‎0.2‎ n(O2)/mol ‎0.6‎ ‎0.4‎ ‎0.3‎ ‎0.2‎ ‎0.2‎ ‎0.2‎ ‎①T1温度时k正/k逆=　　　　L·mol-1。 ‎ ‎②若将容器的温度改变为T2时其k正=k逆,则T2　　　　　T1(填“>”“<”或“=”)。 ‎ ‎(4)已知:N2(g)+O2(g)2NO(g)　ΔH=+181.5 kJ·mol-1 ,某科研小组尝试利用固体表面催化工艺进行NO的分解。若用和分别表示N2、NO、O2和固体催化剂,在固体催化剂表面分解NO的过程如图所示。从吸附到解吸的过程中,能量状态最低的是　　　　　　(填字母序号)。 ‎ ‎(5)利用电解法处理高温空气中稀薄的NO(O2浓度约为NO浓度的10倍),装置示意图如下,固体电解质可传导O2-。‎ ‎①阴极的电极反应式为　　　　　　　　　。 ‎ ‎②消除一定量的NO所消耗的电量远远大于理论计算量,可能的原因是(不考虑物理因素)　 　　　　　　　　。 ‎ ‎【解析】(1)3个反应依次编号①②③,根据盖斯定律,将①×2+②×2+③可得2SO2(g)+4NH3·H2O(aq)+O2(g)2(NH4)2SO4(aq)+2H2O(l)　的ΔH=(2a+2b+‎ c) kJ·mol-1;‎ ‎(2)根据图1可以知道,在催化剂的作用下,C2H4与NO、O2反应最终生成N2、CO2、H2O,反应总方程式为 6NO+3O2+2C2H43N2+4CO2+4H2O;由图可知,b曲线的最高点处,脱硝率高,负载率低,温度适宜,适宜条件为350 ℃、负载率3.0%;‎ ‎(3)①根据v(正)=v(NO)消耗=2v(O2)消耗= k正c2(NO)·c(O2),得出k正=‎ v(NO)消耗/c2(NO)·c(O2),根据v(逆)=v(NO2)消耗= k逆c2(NO2),得出k逆=v(NO2)消耗/c2(NO2),因为v(NO)消耗=v(NO2)消耗,所以k正/k逆= c2(NO2)/ [c2(NO)·c(O2)]=K,表格中初始物质的量:n(NO)=1 mol,n(O2)=0.6 mol,体积为2 L,则列出三段式如下:‎ ‎ 2NO(g)+O2(g)2NO2(g)　　‎ 起(mol·L-1) 0.5　 0.3　 0‎ 转(mol·L-1) 0.4　 0.2　 0.4‎ 平(mol·L-1) 0.1　 0.1　 0.4‎ K= c2(NO2)/[c2(NO)·c(O2)]= (0.4 mol·L-1)2/[(0.1 mol·L-1)2×(0.1 mol·L-1)]‎ ‎=160 L·mol-1;‎ ‎②若将容器的温度改变为T2时其k正=k逆,则K=1<160,因反应:2NO(g)+O2(g)2NO2(g)　ΔH<0,反应放热,K值减小,则对应的温度增大,即T2>T1;‎ ‎(4)A→B是NO断键转化为氮原子和氧原子,B→C是氮原子与氮原子结合转化为氮气,氧原子与氧原子结合转化为氧气,断键吸热,成键放热,故能量最低的状态是C处;‎ ‎(5)①阴极是NO得到电子生成O2-和N2,其电极反应式为2NO +4e-N2+ 2O2-;‎ ‎②因O2浓度约为NO浓度的十倍,且电解装置下电极板上存在O2,容易在阴极发生副反应:O2+4e-2O2-,导致耗能远高于理论值。‎ 答案:(1) 2a+2b+c　(2)6NO+3O2+2C2H43N2+4CO2+4H2O　 350 ℃左右、负载率3.0%‎ ‎(3) ①160　② >　(4) C ‎(5) ①2NO+4e-N2+2O2-　 ②阴极发生副反应O2+4e-2O2-‎