2021高考化学一轮复习必考大题专练（二）化学基本原理综合应用题新人教版

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1 化学基本原理综合应用题 1．水是“生命之基质”，是“永远值得探究的物质”。 (1)关于反应 H2(g)＋ 1 2O2(g)===H2O(l)，下列说法不正确的是________。 A．焓变 ΔH<0，熵变 ΔS<0 B．可以把反应设计成成原电池，实现能量的转化 C．一定条件下，若观察不到水的生成，说明该条件下反应不能自发进行 D．选用合适的催化剂，有可能使反应在常温常压下以较快的速率进行 (2)①根据 H2O 的成键特点，画出与图 1 中 H2O 分子直接相连的所有氢键(O－H…O)。 ②将一定量水放入抽空的恒容密闭容器中，测定不同温度(T)下气态、液态水平衡共存 [H2O(l)H2O(g)]时的压强(p)。在图 2 中画出从 20 ℃开始经过 100 ℃的p 随 T 变化关系 示意图(20 ℃时的平衡压强用 p1 表示)。 (3)水在高温高压状态下呈现许多特殊的性质。当温度、压强分别超过临界温度(374.2 ℃)、临界压强(22.1 MPa)时的水称为超临界水。 ①与常温常压的水相比，高温高压液态水的离子积会显著增大。解释其原因________。 ②如果水的离子积 KW 从 1.0×10－14 增大到 1.0×10－10 ，则相应的电离度是原来的 ________倍。 ③超临界水能够与氧气等氧化剂以任意比例互溶，由此发展了超临界水氧化技术。一定 实验条件下，测得乙醇的超临界水氧化结果如图 3、图 4 所示，其中 x 为以碳元素计的物质 的量分数，t 为反应时间。 下列说法合理的是________。 2 A．乙醇的超临界水氧化过程中，一氧化碳是中间产物，二氧化碳是最终产物 B．在 550 ℃条件下，反应时间大于 15 s 时，乙醇氧化为二氧化碳已趋于完全 C．乙醇的超临界水氧化过程中，乙醇的消耗速率或二氧化碳的生成速率都可以用来表 示反应的速率，而且两者数值相等 D．随温度升高，xCO 峰值出现的时间提前，且峰值更高，说明乙醇的氧化速率比一氧化 碳氧化速率的增长幅度更大 (4)以铂阳极和石墨阴极设计电解池，通过电解 NH4HSO4 溶液产生(NH4)2S2O8，再与水反 应得到 H2O2，其中生成的 NH4HSO4 可以循环使用。 ①阳极的电极反应式是________。 ②制备 H2O2 的总反应方程式是__________________________。 2．CO2 的资源化利用能有效减少 CO2 排放，充分利用碳资源。 (1)CaO 可在较高温度下捕集 CO2，在更高温度下将捕集的 CO2 释放利用。CaC2O4·H2O 热 分解可制备 CaO，CaC2O4·H2O 加热升温过程中固体的质量变化如图 1。 ①写出 400～600 ℃范围内分解反应的化学方程式：________________。 ②与 CaCO3 热分解制备的 CaO 相比，CaC2O4·H2O 热分解制备的 CaO 具有更好的 CO2 捕集 性能，其原因是____________________。 (2)电解法转化 CO2 可实现 CO2 资源化利用。电解 CO2 制 HCOOH 的原理示意图如图 2。 ①写出阴极 CO2 还原为 HCOO－的电极反应式：________________________。 ② 电 解 一 段 时 间 后 ， 阳 极 区 的 KHCO3 溶 液 浓 度 降 低 ， 其 原 因 是 __________________________． (3)CO2 催化加氢合成二甲醚是一种 CO2 转化方法，其过程中主要发生下列反应： 反应Ⅰ：CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝41.2 kJ·mol－1 3 反应Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g)===CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH＝－122.5 kJ·mol－1 在恒压，CO2 和 H2 的起始量一定的条件下，CO2 平衡转化率和平衡时 CH3OCH3 的选择性随 温度的变化如图 3。其中： CH3OCH3 的选择性＝ 2 × CH3OCH3的物质的量 反应的CO2的物质的量 ×100% ①温度高于 300 ℃，CO2 平衡转化率随温度升高而上升的原因是 _______________________________________________________________________。 ②220 ℃时，在催化剂作用下 CO2 与 H2 反应一段时间后，测得 CH3OCH3 的选择性为 48%( 图 中 A 点 ) 。 不 改 变 反 应 时 间 和 温 度 ， 一 定 能 提 高 CH3OCH3 选 择 性 的 措 施 有 ________________________________________。 3．CO2 是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。回答下列问题： (1)CO2 可以被 NaOH 溶液捕获。若所得溶液 pH＝13，CO2 主要转化为________(写离子符 号)；若所得溶液 c(HCO－3 ):c(CO2－3 )＝2:1，溶液 pH＝________。(室温下，H2CO3 的 K1＝4×10 －7；K2＝5×10－11) (2)CO2 与 CH4 经催化重整，制得合成气： CH4(g)＋ CO2(g)催化剂 2CO (g)＋ 2H2(g) ①已知上述反应中相关的化学键键能数据如下： 化学键 C—H C＝O H—H C ==← O(CO) 键能/kJ·mol－ 1 413 745 436 1075 则该反应的 ΔH＝________。分别在 V L 恒温密闭容器 A(恒容)、B(恒压，容积可变)中， 加入 CH4 和 CO2 各 1 mol 的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是 ________(填“A” 或“B ”)。 ②按一定体积比加入 CH4 和 CO2，在恒压下发生反应，温度对 CO 和 H2 产率的影响如图 1 所示。此反应优选温度为 900 ℃的原因是 ________________________________________________________________________ 4 ________________________________________________________________________。 (3)O2 辅助的 Al—CO2 电池工作原理如图 2 所示。该电池电容量大，能有效利用 CO2，电 池反应产物 Al2(C2O4)3 是重要的化工原料。 电池的负极反应式：____________________________________________________。 电池的正极反应式：6O2＋6e－===6O－2 6CO2＋6O－2 ===3C2O2－4 ＋6O2 反应过程中 O2 的作用是 ________________________________________________________________________。 该电池的总反应式： ________________________________________________________________________。 4．环戊二烯( )是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回 答下列问题： (1)已知： (g)=== (g)＋H2(g)　ΔH1＝100.3 kJ·mol－1① H2(g)＋I2(g)===2HI(g) ΔH2＝－11.0 kJ·mol－1② 对于反应： (g)＋I2(g)=== (g)＋2HI(g)③ ΔH3＝________kJ·mol－1。 (2)某温度下，等物质的量的碘和环戊烯( )在刚性容器内发生反应③，起始总压 为 105 Pa，平衡时总压增加了 20%，环戊烯的转化率为________，该反应的平衡常数 KP＝ ________Pa。达到平衡后，欲增加环戊烯的平衡转化率，可采取的措施有________(填标号)。 A．通入惰性气体 B．提高温度 C．增加环戊烯浓度 D．增加碘浓度 5 (3)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊 二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是________(填标号)。 A．T1>T2 B．a 点的反应速率小于 c 点的反应速率 C．a 点的正反应速率大于 b 点的逆反应速率 D．b 点时二聚体的浓度为 0.45 mol·L－1 高考必考大题专练(二) 1．解析：(1)氢气在氧气中燃烧生成液态水的反应是一个放热且熵减的反应，A 项正确； 该反应是一个自发的氧化还原反应，可以将该反应设计成原电池，将化学能转化为电能，B 项正确；是否能观察到有水生成除了与反应能否自发进行有关外，还与反应的速率有关，观 察不到有水生成，不能说明该条件下反应不能自发进行，C 项错误；使用合适的催化剂，有 可能使氢气和氧气在常温常压下快速反应，D 项正确，故选 C。(2)①一个水分子可以形成 4 个氢键。②当液体的饱和蒸气压与外界大气压相等时，液体沸腾，此时的温度称为该液体的 沸点。由于常温常压下，水的沸点为 100 ℃，故 100 ℃时，水的饱和蒸气压为 1.01×105 6 Pa，故 20 ℃时，压强为 p1,100 ℃时，压强为 1.01×105 Pa，据此作图。(3)①水的电离为 吸热过程，温度升高，水的电离程度增大，导致水的离子积常数增大。②水的离子积常数从 1.0×10－14 增大到 1.0×10－10，水电离产生的 c(H＋)从 10－7 mol·L－1 增大到 10－5mol·L－ 1，水的电离度是原来的 100 倍。③根据图 3 可知，乙醇的超临界水氧化过程中，CO 含量先 增大再减小，CO2 含量一直增大，C2H5OH 含量一直减小，可见 CO 是中间产物，CO2 是最终产 物，A 项正确；由图 4 可知，在 550 ℃时，反应 15 s 之后，CO 含量接近于零，说明乙醇氧 化为二氧化碳已趋于完全，B 项正确；乙醇的超临界水氧化过程中，乙醇的消耗速率和二氧 化碳的生成速率的数值不相等，C 项错误；由图 4 可知，温度升高时，只有单位时间内乙醇 氧化生成 CO 的速率比 CO 氧化生成 CO2 的速率快，xCO 峰值出现的时间才会提前，且峰值更 高，由此说明乙醇的氧化速率比一氧化碳氧化速率的增长幅度更大，D 项正确，故选 ABD。(4) 根据题意可知，阳极 SO 2－4 失电子被氧化为 S2O2－8 ，电极反应式为 2SO2－4 －2e－===S2O2－8 ，生 成的 S2O 2－8 又与 H2O 反应生成 H2O2 和 SO2－4 ，故总反应方程式为 2H2O ===== 通电 H2O2＋H2↑。 答案：(1)C (2) (3)①水的电离为吸热过程，升高温度有利于电离(压强对电离平衡影响不大)　②100　 ③ABD (4)①2HSO－4 －2e－===S2O2－8 ＋2H＋或 2SO2－4 －2e－===S2O2－8 　 ②2H2O ===== 通电 H2O2＋H2↑ 2．解析：本题涉及的知识点有热重实验、电解原理的应用、化学平衡移动等，通过分 析图像，做出合理解释，考查了学生分析和解决化学问题的能力，体现了变化观念与平衡思 想的学科核心素养，以及创新思维和创新意识的价值观念。 (1)①根据图中质量变化可知，CaC2O4·H2O 分解产生的气态产物依次为 H2O(g)、CO、 CO2，固体分解过程为 CaC2O4·H2O→CaC2O4→CaCO3→CaO。 ②CaO 捕集 CO2 的性能与 CaO 与 CO2 气体的接触面积有关，CaC2O4·H2O 分解产生的气体 更多，使生成的 CaO 更加疏松多孔，捕集性能更好。 (2)①CO2、HCOO－中碳元素化合价分别为＋4、＋2 价，阴极电极反应式为 CO2＋2e－＋H＋ ===HCOO－。 ②阳极区生成 O2：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O(或 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋)，溶液 pH 减小， 7 HCO －3 与 H＋反应生成 CO2 逸出，K＋部分通过阳离子交换膜移向阴极区，故阳极区 KHCO3 溶液 浓度降低。 (3)①从反应特点看，反应Ⅰ是吸热反应、反应Ⅱ是放热反应，温度升高，CH3OCH3 的选 择性急剧下降，大于 300 ℃时 CO2 平衡转化率上升，说明升高温度，反应Ⅰ中 CO2 的转化率 上升幅度超过反应Ⅱ中 CO2 的转化率降低幅度。 ②反应Ⅱ是气体分子数减小的反应，可以增大压强使平衡向右移动；从影响反应速率的 角度考虑，反应时间不变的条件下，可使用对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂。 答案：(1)①CaC2O4 ===== 400～600 ℃ CaCO3＋CO↑ ②CaC2O4·H2O 热分解放出更多的气体，制得的 CaO 更加疏松多孔 (2)①CO2＋H＋＋2e－===HCOO－或 CO2＋HCO－3 ＋2e－===HCOO－＋CO2－3 ②阳极产生 O2，pH 减小，HCO －3 浓度降低；K＋部分迁移至阴极区 (3)①反应Ⅰ的 ΔH＞0，反应Ⅱ的 ΔH＜0，温度升高使 CO2 转化为 CO 的平衡转化率上 升，使 CO2 转化为 CH3OCH3 的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度 ②增大压强、使用对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂 3．解析： (1)若所得溶液的 pH＝13，溶液呈强碱性，则 CO 2 主要转化为 CO2－3 。若所得溶液 c(HCO－3 )：c(CO2－3 )＝2：1，根据 K2＝ cH＋·cCO2－3  cHCO－3  ，则 c(H＋)＝K2× cHCO－3  cCO2－3 ＝ 5×10－11×2 mol·L－1＝10－10 mol·L－1，pH＝－lg 10－10＝10。 (2)①根据 ΔH＝反应物总键能－生成物总键能，该反应的 ΔH＝(413×4＋745×2) kJ·mol－1－(1 075×2＋436×2) kJ·mol－1＝＋120 kJ·mol－1。该反应为气体分子数增大 的吸热反应，恒容时达到平衡相当于恒压条件下达到平衡后增大压强，加压平衡向逆反应方 向移动，故恒容时反应达平衡后吸收的热量比恒压时反应达平衡后吸收的热量少。②根据题 图 1 知，900 ℃时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，但升高温度，能耗升 高，经济效益降低。 (3)该电池中 Al 作负极，电解质为含 AlCl3 的离子液体，故负极反应为 Al－3e－===Al3 ＋。正极为多孔碳电极，根据正极反应式，得正极总反应为 6CO2＋6e－===3C2O2－4 ，O2 不参与 正极的总反应，故 O2 为催化剂。将负极反应：2Al－6e－===2Al3＋和正极反应：6CO2＋6e－ ===3C2O 2－4 相加，可得该电池的总反应式为 2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3。 答案：(1)CO2－3 　10 (2)①＋120 kJ·mol－1　B　②900 ℃时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不 大，但能耗升高，经济效益降低 (3)Al－3e－===Al3＋(或 2Al－6e－===2Al3＋)　催化剂　2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3 8 4．解析：(1)根据盖斯定律可得，ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝100.3 kJ·mol－1－11.0 kJ·mol －1＝89.3 kJ·mol－1。 (2)平衡时总压增加了 20%，即气体总物质的量增加了 20%。设碘和环戊烯的初始投料均 为 x mol，平衡时环戊烯的转化量为Δx mol，则平衡时体系中气体总物质的量增加了Δx mol， Δx mol＝2x×20%＝0.4x，环戊烯的转化率＝ Δx x ×100%＝ 0.4x x ×100%＝40%；起始总压为 105 Pa，平衡总压为 1.2×105 Pa，可得出平衡时 I2、 、 、HI 的分压依 次 为 3×104 Pa 、 3×104 Pa 、 2×104 Pa 、 4×104 Pa ，Kp ＝ 2 × 104 × 4 × 1042 3 × 104 × 3 × 104 Pa≈3.56×104 Pa。 A 项，通入惰性气体增加了体系总压强，但本质上未改变相关气体的分压，气体浓度不 变，平衡不移动，环戊烯平衡转化率不变，故错误；B 项，该反应是吸热反应，提高温度平 衡正向移动，环戊烯平衡转化率增加，故正确；C 项，增加环戊烯浓度可以使平衡正向移动， 但环戊烯平衡转化率降低，故错误；D 项，增加碘浓度可以使环戊烯的平衡转化率增加，故 正确。 (3)A 项，观察不同温度下曲线的变化趋势，不难发现 T2 时反应更快，则 T2>T1，故错误； B 项，a 点对应温度低于 c 点对应温度，但 a 点环戊二烯浓度大于 c 点环戊二烯的浓度，故 v(a)与 v(c)大小无法确定，故错误；C 项，v(a，正)>v(a，逆)，v(b，正)>v(b，逆)，又 v(a，正)>v(b，正)，则 v(a，正)必然大于 v(b，逆)，故正确；D 项，由由像可知 b 点环戊 二烯的浓度为 0.6 mol·L－1，环戊二烯转化的浓度＝1.5 mol·L－1－0.6 mol·L－1＝0.9 mol·L－1，则生成的二聚体的浓度＝0.9 mol·L－1× 1 2＝0.45 mol·L－1，故正确。 答案：(1)89.3　(2)40%　3.56×104　BD (3)CD