化学反应原理综合应用 1．醋酸是一种常见的弱酸。 (1)假如某醋酸溶液中c(CH3COOH)＝0.10 mol·L－1，c(H＋)＝1.3×10－3mol·L－1，则此时c(CH3COO－)约为________mol·L－1；计算此时醋酸的电离平衡常数，写出计算过程：________。[注：c平衡(CH3COOH)≈0.10 mol·L－1，水的电离可忽略不计] (2)为了探究镁条与盐酸、醋酸反应时，浓度或温度对反应速率(观察镁条消失的时间)的影响，准备了以下化学用品：0.20 mol·L－1与0.40 mol·L－1的HCl溶液、0.20 mol·L－1与0.40 mol·L－1的CH3COOH溶液、4条镁条(形状、大小、质量相同)、几支试管和胶头滴管，酸液温度控制为298 K和308 K。 ①酸液都取足量、相同体积，请你帮助完成以下实验设计表： 盐酸浓度醋酸浓度实验编号 温度/ K 实验目的 /(mol·L－1) /(mol·L－1) a 298 0.20 Ⅰ.实验a和b是探究________对镁b 308 0.20 与盐酸反应速率的影响；Ⅱ.实验ac 298 0.40 和c是探究________对镁与盐酸反应速率的影响；Ⅲ.实验a和d是探d ____ ______ 究相同温度下，相同浓度的盐酸、醋酸与镁反应速率的区别 ②若①中实验a镁条消失的时间是20 s，则镁条剩余质量与时间关系如图所示。 假设：该反应温度每升高10℃，反应速率是原来的2倍；温度相同时，醋酸的1平均反应速率是相同浓度盐酸平均速率的2，请在此图中大致画出“实验b”、“实验d”的镁条剩余质量与时间关系曲线，请注意必要的标注。 (3)镁及其化合物在生产和生活中有着广泛的应用，依据镁的性质、用途等回答下列问题： －已知：①Mg(s)＋2H2O(g)===Mg(OH)2(s)＋H2(g) ΔH1＝－441 kJ·mol1 1②H2O(g)===H2(g)＋2O2(g) ΔH2＝＋242 kJ·mol－1 1③Mg(s)＋2O2(g)===MgO(s) ΔH3＝－602 kJ·mol－1 则氢氧化镁分解的热化学方程式是____________________________。 (4)电化学在日常生活中用途广泛，图甲是镁-次氯酸钠燃料电池，电池总反应－为Mg＋ClO－＋H2O===Cl－＋Mg(OH)2↓，图乙是含Cr2O27的工业废水的处理。下列说法正确的是________(填字母)。 A．图乙中去 －Cr2O27向惰性电极移动，与该极附近的 OH结合转化成Cr(OH)3除－B．图乙的电解池中，有0.084 g阳极材料参与反应，阴极会有336 mL的气体产生 C．图甲中发生的还原反应是Mg2＋＋ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋Mg(OH)2↓ D．若图甲中3.6 g镁溶解产生的电量用以图乙废水处理，理论可产生10.7 g氢氧化铁沉淀 cH＋·cCH3COO－1.3×10－32－1－5－1解析：(1)K＝＝mol·L＝1.69×10mol·L。(2)0.10cCH3COOH实验a和b的不同点是盐酸的温度，所以是探究不同温度对镁与盐酸反应速率的影响；实验a和c的不同点是盐酸的浓度，所以是探究不同浓度对镁与盐酸反应速率的影响；实验a和d是探究相同温度下，相同浓度的盐酸、醋酸与镁反应速率的区别，所以实验d的温度是298K。该反应温度每升高10 ℃，反应速率是原来的2倍，1温度相同、浓度相同时，醋酸的平均反应速率是盐酸的2，与a比较，b温度升高10 ℃，反应速率是原来的2倍，所以b反应时间缩短到10 min，d的反应速率是a1的2，则反应时间是a的2倍，即40 min。(3)④Mg(OH)2(s)===MgO(s)＋H2O(g) ΔH，根据盖斯定律，反应④＝②＋③－①，ΔH＝ΔH2＋ΔH3－ΔH1＝＋81 kJ·mol－1。(4)在电解池中，阴离子应该移向阳极，根据装置乙可知，惰性电极作阴极，A错误；未标明标准状况，故无法计算产生气体的体积，B错误；根据装置甲可知，镁作负极，发生电极反应是Mg－2e－===Mg2＋，C正确；图甲中溶解3.6 g镁时，失去的电子是0.3 mol，在图乙中阳极反应是Fe－2e－===Fe2＋，根据电子守恒可得此时生成0.15 mol Fe2＋，所以最后生成的氢氧化铁也是0.15 mol，即16.05 g，D错误。 答案：(1)1.3×10－3 cH＋·cCH3COO－1.3×10－32－1－5－1K＝＝mol·L＝1.69×10mol·L 0.10cCH3COOH(2)①Ⅰ.温度 Ⅱ.浓度 d．298 0.20 ②见下图 (3)Mg(OH)2(s)===MgO(s)＋H2O(g) ΔH＝＋81 kJ·mol－1 (4)C 2．二甲醚(CH3OCH3)是一种重要的清洁燃料，也可替代氟利昂作制冷剂等，对臭氧层无破坏作用。工业上以水煤气(CO、H2)为原料生产二甲醚(CH3OCH3)的新工艺主要发生三个反应： 2H2(g)＋CO(g)ƒCH3OH(g) ΔH＝－90.0 kJ·mol－1 ① 2CH3OH(g) ƒCH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝－24.5kJ·mol－1 ② CO(g)＋H2O(g)ƒCO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41.1 kJ·mol－1 ③ 回答下列问题： (1)新工艺的总反应3H2＋3COƒCH3OCH3＋CO2的热化学方程式为________________________________________________。 (2)已知一些共价键的键能如下： 化学键 H—H C—H C—O O—H －键能/kJ·mol436 414 326 464 1 运用反应①计算一氧化碳中碳氧共价键的键能为________kJ·mol－1。 (3)在250℃的恒容密闭容器中，下列事实可以作为反应③已达平衡依据的是________(填选项字母)。 A．容器内气体密度保持不变 B．CO与CO2的物质的量之比保持不变 C．H2O与CO2的生成速率之比为1∶1 D．该反应的平衡常数保持不变 (4)对于反应①某温度下，将2 mol CO和6 mol H2充入2 L的密闭容器中，充分反应10 min后，达到平衡时测得c(CO)＝0.2 mol·L－1，计算此温度下的平衡常数K＝________。 (5)绿色电源“二甲醚-氧气燃料电池”的工作原理如图所示。 ①氧气应从c处通入，电极Y为________极，发生的电极反应式为________________________________________________； ②二甲醚[(CH3)2O]应从b处加入，电极X上发生的电极反应式为______________________________________________； ③电池在放电过程中，电极X周围溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。 解析：(1)根据盖斯定律，由2×①＋②＋③可得：3H2(g)＋3CO(g) mol－1＝－ƒCH3OCH3(g)＋CO2(g)，ΔH＝＋[2×(－90.0)＋(－24.5)＋(－41.1)]kJ·245.6 kJ·mol－1。(2)反应①中断裂2 moI H—H键、1 mol键，形成3 mol C—H键、1 mol C—O键、1 mol O—H键，该反应为放热反应，则3×414 kJ·mol－1＋326 kJ·mol－1＋464 kJ·mol－1－[2×436 kJ·mol－1＋E()]＝90.0 kJ·mol－1，解得E()－1＝1 070 kJ·mol。(3)该反应中物质全为气体，恒容密闭容器中气体密度始终不变，因此密度不变不能说明达到平衡状态，A错误；CO与CO2的物质的量之比保持不变，说明反应物和生成物的浓度保持不变，反应达到平衡，故B正确；H2O、CO2的生成速率之比为1∶1，正、逆反应速率相等，因此可以说明达到平衡状态，C正确；平衡常数只与温度有关，温度不变时，改变其他条件，即使平衡发生移动，平衡常数仍不变，不能说明达到平衡状态，D错误。(4)根据提供数据，可以计算出达到平衡时c(CO)＝0.2 mol·L－1，c(H2)＝1.4 mol·L－1，c(CH3OH)＝0.8 mol·L－1，则K0.8＝≈2.04。(5)①c处通入的气体是氧气，根据d处生成物知，正极上发生0.2×1.42的反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O；②b处通入的物质是二甲醚，X电极反应式为(CH3)2O－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋；③电池在放电过程中，电极X发生的反应为(CH3)2O－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋，X电极周围溶液的pH减小。 答案：(1)3H2(g)＋3CO(g) ƒCH3OCH3(g)＋CO2(g) ΔH＝－245.6 kJ·mol－1 (2)107 0 (3)B、C (4)2.04 (5)①正 O2＋4e－＋4H＋===2H2O ②(CH3)2O－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋ ③减小 3．(2016·全国卷Ⅰ)元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr3＋(蓝紫色)、Cr(OH)－4(绿色)、－－Cr2O2CrO2Cr(OH)3为难溶于水的灰蓝色固体。回答7(橙红色)、4(黄色)等形式存在。下列问题： (1)Cr3＋与Al3＋的化学性质相似。在Cr2(SO4)3溶液中逐滴加入NaOH溶液直至过量，可观察到的现象是________________________。 －(2)CrO24和Na2CrO4溶液中①用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应________________________________________________________________________。 2－②由图可知，溶液酸性增大，CrO4的平衡转化率________(填“增大”“减小”或“不变”)。根据A点数据，计算出该转化反应的平衡常数为________。 2－③升高温度，溶液中CrO4的平衡转化率减小，则该反应的ΔH________0(填“大于”“小于”或“等于”)。 (3)在化学分析中采用K2CrO4为指示剂，以AgNO3标准溶液滴定溶液中Cl－，2－利用Ag＋与CrO4生成砖红色沉淀，指示到达滴定终点。当溶液中Cl－恰好沉淀完全(浓度等于1.0×10－5mol·L－1)时，溶液中c(Ag＋)为________mol·L－1，此时溶液中－c(CrO2L－1。(已知Ag2CrO4、AgCl的Ksp分别为2.0×10－12和4)等于________mol·2.0×10－10)。 －3＋(4)＋6价铬的化合物毒性较大，常用NaHSO3将废液中的Cr2O27还原成Cr，该反应的离子方程式为____________________。 解析：本题以铬及其化合物为载体，考查化学反应原理，涉及化学反应与现象、化学平衡原理、反应热、溶度积计算以及陌生离子方程式的书写，意在考查考生的综合运用能力、知识迁移和新信息处理能力以及识图能力。(1)根据题意可知，在硫酸铬溶液中逐滴加入氢氧化钠溶液时，首先发生反应：Cr3＋＋3OH－===Cr(OH)3↓，蓝紫色溶液逐渐变浅，同时产生灰蓝色沉淀，当氢氧化钠溶液过量时，灰蓝色沉淀逐渐溶解，发生反应：Cr(OH)3＋OH－===Cr(OH)－4，最终得到绿色溶液。(2)①从图2－象看出，铬酸根离子在酸性条件下逐渐转化成重铬酸根离子，离子方程式为2CrO4－2－2－＋2H＋Cr2O27＋H2O。②从图象看出，酸性越强，c(Cr2O7)越大，说明CrO4的2－平衡转化率越大。A点对应的离子浓度：c(Cr2O7)＝0.25 mol·L－1，c(H＋)＝1.0×10－7－mol·L－1。c(CrO2L－1－0.25 mol·L－1×2＝0.5 mol·L－1。平衡常数K＝4)＝1.0 mol·－cCr2O20.257142－＝＋－－722222＝1.0×10。③升高温度，CrO4的平衡转化率cH·cCrO41.0×10×0.5减小，说明平衡向左移动，根据平衡移动原理，正反应是放热反应，ΔH<0。(3)根－Cr2O27在溶液中可相互转化。室温下，初始浓度为2－c(Cr2O7)随c(H＋)的变化如图所示。 1.0 mol·L－1的－KspAgCl2.0×1010据溶度积计算：c(Ag)＝＝L－1＝2.0×10－5mol·L－1，故－－5mol·cCl1.0×10－122.0×10KAgCrOsp24－c(CrO2＝L－1＝5.0×10－3mol·L－1。(4)根据题意，氧＋－52mol·4)＝2cAg2.0×10－－2－3＋化剂是Cr2O27，还原剂是HSO3，氧化产物是SO4，还原产物是Cr。根据得失电－－＋3＋子守恒、电荷守恒和原子守恒配平离子方程式：Cr2O27＋3HSO3＋5H===2Cr＋－3SO24＋4H2O。 答案：(1)蓝紫色溶液变浅，同时有灰蓝色沉淀生成，然后沉淀逐渐溶解形成绿色溶液 －＋－14(2)①2CrO2Cr2O24＋2H7＋H2O ②增大 1.0×10 ③小于 (3)2.0×10－5 5.0×10－3 －－＋3＋2－(4)Cr2O27＋3HSO3＋5H===2Cr＋3SO4＋4H2O 4．(2016·全国卷Ⅱ)丙烯腈(CH2＝＝CHCN)是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CH2＝＝CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。回答下列问题： (1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下： 3①C3H6(g)＋NH3(g)＋2O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g) ΔH＝－515 kJ·mol－1 ②C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g) ΔH＝－353 kJ·mol－1 两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是________；有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是________；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是________。 (2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为460℃。低于460℃时，丙烯腈的产率________(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率，判断理由是__________________________；高于460℃时，丙烯腈产率降低的可能原因是________(双选，填标号)。 A．催化剂活性降低 B．平衡常数变大 C．副反应增多 D．反应活化能增大 (3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知，最佳n(氨)/n(丙烯)约为________，理由是______________。进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为________。 ＋ 解析：本题主要考查化学反应速率和化学平衡知识，意在考查考生对相关知识的综合应用能力。(1)由于反应①和②均为放出热量较多的反应，产物的能量较低，故两个反应在热力学上趋势很大；由于反应①为放热反应，且该反应为气体分子数增大的反应，故降低温度和降低压强均有利于反应正向进行，从而提高丙烯腈的平衡产率；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是使用合适的催化剂。(2)反应①为放热反应，升高温度，丙烯腈的平衡产率应降低，故低于460℃时，丙烯腈的产率不是对应温度下的平衡产率；高于460℃时，催化剂的活性降低、副反应增多均可能导致丙烯腈的产率降低，AC项正确；该反应为放热反应，升高温度，平衡常数减小，B项错误；升高温度可以提高活化分子的百分数，但不能改变反应所需的活化能，D项错误。(3)从题图(b)中可看出当n(氨)/n(丙烯)≈1时，丙烯腈的产率最高，此时几乎没有丙烯醛；只发生反应①时NH3、O2、C3H6的物质的量之比为1∶1.5∶1，结合空气中O2的体积分数约为20%，可确定进料气NH3、空气、C3H6的理论体积之比约为1∶7.5∶1。
答案：(1)两个反应均为放热量大的反应 降低温度、降低压强 催化剂 (2)不是 该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低 AC
(3)1 该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低 1∶7.5∶1
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