备战高考化学化学反应原理综合考查综合经典题附详细答案
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备战高考化学化学反应原理综合考查综合经典题附详细答案
一、化学反应原理综合考查
1．H2O2的制取及其在污水处理方面的应用是当前科学研究的热点。
(1)“氧阴极还原法”制取H2O2的原理如题图所示：
阴极表面发生的电极反应有：
Ⅰ.2H++O2+2e-=H2O2
Ⅱ. H2O2+2H++ 2e-=2H2O
Ⅲ. 2H+ +2e-=H2↑
①写出阳极表面的电极反应式：___。
②其他条件相同时，不同初始pH(均小于2)条件下，H2O2浓度随电解时间的变化如图所示，c(H+)过大或过小均不利于H2O2制取，原因是_______。
(2)存碱性条件下，H2O2的一种催化分解机理如下：
H2O2(aq)+Mn2+(aq)=·OH(aq)+Mn3+(aq)+OH-(aq) ∆H=akJ/mol
H2O2(aq)+ Mn3+(aq) +2OH-(aq)= Mn2+(aq) +·O2-(aq) +2H2O(l) ∆H=bkJ/mol
·OH(aq) +·O2-(aq)=O2(g) +OH-(aq) ∆H=ckJ/mol
2H2O2(aq)= 2H2O(l)+O2(g) △H=_______ 。该反应的催化剂为 ____。
(3)H2O2、O3在水中可形成具有超强氧化能力的羟基自由基(·OH)，可有效去除废水中的次磷酸根离子(H2PO2-)。
①弱碱性条件下·OH将H2PO2-氧化成PO43-，理论上l.7g·OH可处理含0.001mol/L
H2PO2-的模拟废水的体积为______。
②为比较不同投料方式下含H2PO2-模拟废水的处理效果，向两份等体积废水样品中加入等量H2O2和O3，其中一份再加入FeSO4。反应相同时间，实验结果如图所示：
添加FeSO4后，次磷酸盐氧化率、磷元素沉淀率均显著提高，原因是______。
【答案】-+222HO-4e=4H+O c（H+）过小时，反应Ⅰ的化学反应速率较慢，c（H+）过大时，主要发生反应Ⅲ （a+b+c）kJ/mol Mn2+ 25L Fe2+促进H2O2和O3产生·OH，氧化产生的Fe3+将PO43-转化为FePO4沉淀
【解析】
【分析】
（1）由电解装置图可知阳极表面消耗水，产生氧气，以此写出电极方程式；
（2）由盖斯定律可得，①＋②+③可得所求热化学方程式，中间产物Mn2+为催化剂；
（3）①弱碱性条件下∙OH将H2PO2-氧化成PO43-，反应为：--3-2242OH+2OH+HPO=PO+4HOg4,以此计算废水的体积；
②由图可知添加FeSO4后，次磷酸盐氧化率、磷元素沉淀率均显著提高，原因是Fe2+促进H2O2和O3产生·OH，氧化产生的Fe3+将PO43-转化为FePO4沉淀。
【详解】
（1）由电解装置图可知阳极表面消耗水，产生氧气，则电极方程式为-+222HO-4e=4H+O，
故答案为：-+222HO-4e=4H+O；
（2）已知：①H2O2(aq)+Mn2+(aq)=·OH(aq)+Mn3+(aq)+OH-(aq) ∆H=akJ/mol
②H2O2(aq)+ Mn3+(aq) +2OH-(aq)= Mn2+(aq) +·O2-(aq) +2H2O(l) ∆H=bkJ/mol
③·OH(aq) +·O2-(aq)=O2(g) +OH-(aq) ∆H=ckJ/mol
由盖斯定律可得，①＋②+③可得所求热化学方程式22222HOaq= 2HOl+Og，则△H=（a+b+c）kJ/mol， Mn2+为中间产物反应前后不发生改变为催化剂，
故答案为：（a+b+c）kJ/mol；Mn2+；
（3）①弱碱性条件下·OH将H2PO2-氧化成PO43-，反应为：--3-2242OH+2OH+HPO=PO+4HOg4, l.7g·OH物质的量1.7gn==0.1mol17g/mol，则参与反应的H2PO2-物质的量为0.025mol，则废水的体积n0.025molV===25Lc0.001mol/L，
故答案为：25L；
②由图可知添加FeSO4后，次磷酸盐氧化率、磷元素沉淀率均显著提高，原因是Fe2+促进H2O2和O3产生·OH，氧化产生的Fe3+将PO43-转化为FePO4沉淀，
故答案为：Fe2+促进H2O2和O3产生·OH，氧化产生的Fe3+将PO43-转化为FePO4沉淀。
2．铜的多种化合物在生产生活中都有广泛用途。请回答下列问题：
（1）Cu2O和CuO是铜的两种氧化物，可互相转化。已知：
i.2Cu2O(s)＋O2(g)=4CuO(s) △H=-292.0kJ·mol-1
ii.C(s)＋2CuO(s)=Cu2O(s)＋CO(g) △H=＋35.5kJ·mol-1
若CO的燃烧热为283.0kJ·mol-1，则C(s)的燃烧热为___。
（2）Cu2O和CuO常用作催化剂。
①质子交换膜燃料电池(PEMFC)的燃料气中除含有H2外还含有少量的CO和CO2，其中CO是PEMFC催化剂的严重毒化剂，可用CuO/CeO2作催化剂优先氧化脱除CO。160℃、用CuO/CeO2作催化剂时，氧化CO的化学方程式为___；分别用HIO3和H3PO4对CuO/CeO2进行处理，在一定条件下，利用不同催化剂进行CO氧化的对比实验，得如图曲线，其中催化剂___ (填“b”或“c”)催化性能最好；120℃使用催化剂b进行氧化，若燃料气中CO的体积分数为0.71%，气体流速为2000mL·h-1，则1h后，CO体积为___mL。
②在Cu2O催化作用下合成CH3OH，反应如下：CO(g)＋2H2(g)ƒCH3OH(g) △H=-90.0kJ·mol-1，有利于提高该反应CO的平衡转化率的条件是___(填标号)。
A．高温低压 B．低温高压 C．高温高压 D．低温低压
T℃时，将CO和H2按一定比例混合后投入容积为2L的恒容密闭容器中，CO的起始浓度为1.0mol·L-1，平衡时，测得体系中，n(H2)=1.4mol，n(CH3OH)=1.7mol，反应达到平衡时CO的转化率为___，若反应达到平衡状态后，保持其他条件不变，再充入0.2molCO和0.2molCH3OH，平衡向___(填“正”或“逆”)反应方向移动，理由是___。
（3）CuS呈黑色，是最难溶的物质之一，由于它的难溶性使得一些看似不可能的反应可以发生。向0.01mol·L-1CuSO4溶液中，持续通入H2S维持饱和(H2S饱和浓度为0.1mol·L-1)，发生反应：H2S(aq)＋Cu2＋(aq)CuS(s)＋2H＋(aq)，该反应的化学平衡常数K为___(保留2位有效数字)。已知：Ka1(H2S)=1.1×10-7，Ka2(H2S)=1.3×10-13，Ksp(CuS)=6.3×10-36。
【答案】393.5kJ·mol－1 2CO＋O22CO2 b 2.84 B 85% 正 平衡常数K=322()()()cCHOHcHcCO ≈11.6，再充入0.2molCO和0.2molCH3OH，Qc=322()()()cCHOHcHcCO
=20.950.70.25≈7.76
【解析】 【分析】
【详解】
（1）i.2Cu2O(s)＋O2(g)=4CuO(s) △H=-292.0kJ·mol-1
ii.C(s)＋2CuO(s)=Cu2O(s)＋CO(g) △H=＋35.5kJ·mol-1
根据盖斯定律，i+2ii得：2C(s)＋O2(g)=2CO(g) △H=-221.0kJ·mol-1，设为Ⅲ，因为2CO(g)
+O2(g)=2CO2(g) △H=-2×283.0kJ·mol-1，设为Ⅳ，（Ⅲ+Ⅳ）×12
得：C(s)+O2(g)=CO2(g) △H=-393.5kJ·mol－1，C(s)的燃烧热为393.5kJ·mol－1。
故答案为：393.5kJ·mol－1；
（2）①160℃、用CuO/CeO2作催化剂时，氧化CO的化学方程式为2CO＋O22CO2；如图曲线，其中催化剂b催化性能最好；120℃使用催化剂b进行氧化，若燃料气中CO的体积分数为0.71%，气体流速为2000mL·h-1，使用催化剂b进行氧化时，则1h后，CO体积为2000mL·h-1×1h×0.71%×20%=2.84mL。
故答案为：2CO＋O22CO2；b；2.84；
②CO(g)＋2H2(g)ƒCH3OH(g) △H=-90.0kJ·mol-1，反应是体积减小的放热反应，低温高压有利于提高该反应CO的平衡转化率，故选B。
T℃时，将CO和H2按一定比例混合后投入容积为2L的恒容密闭容器中，CO的起始浓度为1.0mol·L-1，平衡时，测得体系中，n(H2)=1.4mol，n(CH3OH)=1.7mol，由三段式可得：
231112m?1.02.40m?0.851.70.85m?0.150.70.85COgHgCHOHgolLolLolLƒ起始变化平衡
反应达到平衡时CO的转化率为85%，平衡常数K=322()()()cCHOHcHcCO ≈11.6，再充入0.2molCO和0.2molCH3OH，Qc=322()()()cCHOHcHcCO =20.950.70.25≈7.76
故答案为：正；平衡常数K=322()()()cCHOHcHcCO ≈11.6，再充入0.2molCO和0.2molCH3OH，Qc=322()()()cCHOHcHcCO =20.950.70.25≈7.76
（3）H2S(aq)＋Cu2＋(aq)CuS(s)＋2H＋(aq)，该反应的化学平衡常数K=222713122222236()()()1.1101.310()()()6.310aaspKHSKHScHcHcScCucCucSKCuS
2.3×1015；
故答案为：2.3×1015。
3．水蒸汽催化重整生物油是未来工业化制氢的可行方案。以乙酸为模型物进行研究，发生的主要反应如下：
Ⅰ.CH3COOH（g）+2H2O（g）⇌2CO2（g）+4H2（g） △H1
Ⅱ.CH3COOH（g）⇌2CO（g）+2H2（g） △H2
Ⅲ.CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g） △H3
回答下列问题：
（1）用△H1、△H2表示，△H3=___。
（2）重整反应的含碳产物产率、H2产率随温度、水与乙酸投料比（S/C）的变化关系如图（a）、（b）所示。
①由图（a）可知，制备H2最佳的温度约为___。
②由图（b）可知，H2产率随S/C增大而___（填“增大”或“减小”）。
（3）向恒容密闭容器中充入等物质的量的CH3COOH和H2O混合气体，若仅发生反应Ⅰ至平衡状态，测得H2的体积分数为50%，则CH3COOH的平衡转化率为___。
（4）反应体系常生成积碳。当温度一定时，随着S/C增加，积碳量逐渐减小，其原因用化学方程式表示为___。
