江苏高考化学复习2020届高考复习-以电化学为主线串联反应原理大题精做（word解析版）.docx

2020届高考复习-以电化学为主线串联反应原理大题精做（word解析版） 1. (2019·宁德模拟)高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型、高效的水处理剂，与水反应的化学方程式为4Na2FeO410H2O=4Fe(OH)33O28NaOH。电解制备Na2FeO4装置示意图如图所示。(1)a是电源的_(填“正”或“负”)极。电解时，石墨电极附近溶液的碱性_(填“增强”“减弱”或“不变”)。(2)铁电极的反应式为_。(3)维持一定的电流强度和电解温度，NaOH起始浓度对Na2FeO4浓度影响如图(电解液体积相同的情况下进行实验)。电解3.0h内，随NaOH起始浓度增大，Na2FeO4浓度变化趋势是_(填“增大”“不变”或“减小”)。当NaOH起始浓度为16mol·L1，1.02.0h内生成Na2FeO4的速率是_mol·L1·h1。A点与B点相比，nFe(OH)3A_B(填“>”“”或“<”)。(4)提纯电解所得Na2FeO4，采用重结晶、过滤、洗涤、低温烘干的方法，则洗涤剂最好选用_(填标号)溶液和异丙醇。AFe(NO3)3 BNH4Cl CCH3COONa(5)次氯酸钠氧化法也可以制得Na2FeO4。已知：2H2(g)O2(g)=2H2O(l)Ha kJ·mol1NaCl(aq)H2O(l)=NaClO(aq)H2(g)Hb kJ·mol14Na2FeO4(aq)10H2O(l)=4Fe(OH)3(s)3O2(g)8NaOH(aq)Hc kJ·mol1反应2Fe(OH)3(s)3NaClO(aq)4NaOH(aq)=2Na2FeO4(aq)3NaCl(aq)5H2O(l)的H_kJ·mol1。【解析】(1)应该用铁作阳极电解氢氧化钠制备高铁酸钠，电解时铁失去电子发生氧化反应结合OH生成FeO和H2O，电极反应式为Fe8OH6e=FeO4H2O；因此a是电源的负极，b为电源的正极；电解时，石墨电极为阴极，阴极发生还原反应，电极反应式为2H2O2e=H22OH，石墨电极附近溶液的碱性增强。(2)根据上述分析，铁电极的反应式为Fe8OH6e=FeO4H2O。(3) 根据图像，电解3.0h内，随NaOH起始浓度增大，Na2FeO4浓度逐渐增大。根据图像，当NaOH起始浓度为16mol·L1时，1.02.0h内生成Na2FeO4的速率为8mol·L1·h1。根据图像，A点与B点相比，Na2FeO4浓度：A>B，根据铁原子守恒，nFe(OH)3A<B。(4)由题给反应知，洗涤剂最好选用碱性溶液来抑制FeO的水解。Fe(NO3)3、NH4Cl溶液中因Fe3、NH的水解溶液均显酸性；CH3COONa溶液因CH3COO的水解而显碱性，故C符合题意。(5)将3个已知的热化学方程式按顺序分别编号为、，根据盖斯定律，将××3×，得：2Fe(OH)3(s)3NaClO(aq)4NaOH(aq)=2Na2FeO4(aq)3NaCl(aq)5H2O(l)H（a3bc）kJ·mol1。【答案】(1)负增强(2) Fe8OH6e=FeO4H2O(3) 增大8<(4) C(5) a3bc1.金属镓是广泛用于电子工业和通讯领域的重要金属，化学性质与铝元素相似。（1）工业上提纯镓的方法很多，其中以电解精炼法为多。具体原理如下：以待提纯的粗镓(内含Zn、Fe、Cu杂质)为阳极，以高纯镓为阴极，以NaOH水溶液为电解质溶液。在电流作用下使粗镓在阳极溶解进入电解质溶液，并通过某种离子迁移技术到达阴极并在阴极放电析出高纯镓。已知离子氧化性顺序为Zn2+Ga3+Fe2+Cu2+。电解精炼镓时阳极泥的成分是_。GaO在阴极放电的电极方程式是_。（2）工业上利用固态Ga与NH3高温条件下合成固体半导体材料氮化镓(GaN)同时又有氢气生成。反应中每生成3mol H2时就会放出30.8 kJ热量。该反应的热化学方程式为_。一定条件下，加入一定量的Ga与NH3进行上述反应，下列叙述符合事实且可作为判断反应已达到平衡状态的标志的是_。A恒温恒压下，混合气体的密度不变B断裂3mol HH键，同时断裂2mol NH键C恒温恒压下达平衡后再加入2mol H2使平衡移动，NH3消耗速率等于原平衡时NH3的消耗速率D升高温度，氢气的生成速率先增大再减小【解析】(1)已知离子氧化性顺序为：Zn2+Ga3+Fe2+Cu2+，则电解精炼镓时阳极是Zn和Ga失去电子，而铁和铜变为阳极泥；综上所述，本题答案是：Fe、Cu。GaO在阴极得到电子转化为金属单质，因此放电的电极方程式是：GaO+3e+2H2O=Ga+4OH；综上所述，本题答案是：GaO+3e+2H2O=Ga+4OH。(2)反应中每生成3mol H2时就会放出30.8kJ热量，因此该反应的热化学方程式为：2Ga(s)+2NH3(g) =2GaN(s)+3H2(g) H=-30.8kJ/mol； 综上所述，本题答案是：2Ga(s)+2NH3(g) =2GaN(s)+3H2(g) H=-30.8kJ/mol。A密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量是不变的，正反应体积增大，压强不变，因此容积变化，所以恒温恒压下，混合气体的密度不变说明反应达到平衡状态，A正确；B断裂3mol HH键，同时断裂6mol NH键，说明反应达到平衡状态，B错误；C恒温恒压下达平衡，加入2mol H2使平衡移动，由于平衡是等效的，因此NH3的消耗速率等于原平衡时NH3的消耗速率，C正确；D升高温度，氢气的生成速率先增大再减小，最后不变，D错误；综上所述，本题选AC。【答案】（1）Fe、Cu GaO+3e+2H2O=Ga+4OH （2）2Ga(s)+2NH3(g) =2GaN(s)+3H2(g) H=-30.8kJ/mol AC2研究发现，NOx和SO2是雾霾的主要成分。NOx主要来源于汽车尾气，可以利用化学方法将二者转化为无毒无害的物质。已知：N2(g)O2(g)2NO(g)H180kJ·mol12CO(g)O2(g)2CO2(g)H564kJ·mol1（1）2NO(g)2CO(g)2CO2(g)N2(g)H_。（2）T时，将等物质的量的NO和CO充入容积为2L的密闭容器中，保持温度和体积不变，反应过程(015min)中NO的物质的量随时间变化如图所示。已知：平衡时气体的分压气体的体积分数×体系的总压强，T时达到平衡，此时体系的总压强为p=20MPa，则T时该反应的压力平衡常数Kp _；平衡后，若保持温度不变，再向容器中充入NO和CO2各0.3mol，平衡将_ (填“向左”、“向右”或“不”)移动。15 min时，若改变外界反应条件，导致n(NO)发生如上图所示的变化，则改变的条件可能是_(填序号) A增大CO浓度 B升温 C减小容器体积 D加入催化剂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。已知：亚硫酸：Ka1=2.0×102 Ka2=6.0×107 （3）请通过计算证明，NaHSO3溶液显酸性的原因：_（4）如图示的电解装置，可将雾霾中的NO、SO2转化为硫酸铵，从而实现废气的回收再利用。通入NO的电极反应式为_；若通入的NO体积为4.48L(标况下)，则另外一个电极通入的SO2质量至少为_g。【解析】（1）由盖斯定律可知：N2(g)O2(g)2NO(g)，2CO(g)O2(g)2CO2(g)，得出：H=(564180)kJ·mol1=744kJ·mol1；（2）2NO(g)2CO(g)2CO2(g)N2(g)起始/mol： 0.4 0.4 0 0变化/mol： 0.2 0.2 0.2 0.1平衡/mol： 0.2 0.2 0.2 0.1p(NO)=p(CO)=p(CO2)= 20MPa× = ；p(N2)= 20MPa× = Kp=0.0875；根据的分析，化学平衡常数K=5，再向容器中充入NO和CO2各0.3mol，此时的浓度商为仍为5，因此平衡不移动；15min时，改变某一因素，NO的物质的量减少，说明平衡向正反应方向移动。增大CO的浓度，平衡向正反应方向移动，NO的物质的量减小，A项正确；正反应是放热反应，升温，平衡向逆反应方向移动，NO的物质的量增大，B项错误；减小容器的体积，相当于增大压强，平衡向正反应方向移动，NO物质的量减小，C项正确；加入催化剂，化学平衡不移动，D项错误；（3）HSO的水解常数K=Kw/Ka1=5.0×1013<Ka2=6.0×107，电离平衡常数大于水解平衡常数，说明溶液显酸性；（4）根据电解装置，NO和SO2转化为硫酸铵，说明NO转化成NH，即NO在阴极上发生NO6H5e=NHH2O；阳极反应式为SO22H2O2e=4HSO，根据得失电子数目守恒，因此有2NO10e5SO2，求出SO2的质量为4.48×5×64/(2×22.4)g=32g。【答案】（1）-744 kJ·mol1 （2）0.0875(或7/80) 不 AC （3）HSO的水解常数K=Kw/Ka1=5.0×1013<Ka2=6.0×107(HSO的电离常数)，所以显酸性 （4）6HNO5e=NHH2O 32 3国土资源部召开新闻发布会，宣布天然气水合物，即“可燃冰”新矿种获得国务院批准，成为我国第173个矿种。“可燃冰”主要成分的分子式是CH4·8H2O，一旦温度升高或压强降低，甲烷气就会逸出，固体水合物便趋于崩解。“可燃冰”将成为人类的后续能源。（1）将320 g可燃冰释放的甲烷完全燃烧生成液态水时，可放出1780.6 kJ的能量，则表示甲烷燃烧热的热化学方程式是_。（2）CH4不仅是优质的气体燃料，还能利用它和CO2重整，发生反应：CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)，获得合成气(主要成分为CO、H2)，从而减少温室气体的排放。在一定条件下CH4的平衡转化率与温度及压强(单位：Pa)的关系如图所示。则y点：v(正)_(填“>”、“”或“<”，下同)v(逆)；压强：p1_p2；该反应的H_0。（3）在恒温、p2下，在一容积可变的容器中，达到平衡状态x时四种气体的物质的量均为1mol，若此时再充入四种气体各1mol，则平衡_(填“向左”、“向右”或“不”)移动。（4）一定条件下，CH4还可与NO2反应，改善雾霾天气，其化学方程式为CH4(g)+2NO2(g)CO2(g)+2H2O(g)+N2(g)，在恒温恒容下，下列可以判断该反应达到平衡状态的是_(填序号)。av逆(N2)2v正(H2O)b混合气体的密度不再变化c混合气体的物质的量不再变化d单位时间内有1mol NO2消耗同时消耗1mol CO2e混合气体的平均相对分子质量不变fCH4与CO2的物质的量之比不再发生变化（5）在恒温恒容下，使1mol CH4(g)与2mol NO2反应，达平衡后，再往反应器中分别充入下列气体，可以使CH4(g)+2NO2(g)CO2(g)+2H2O(g)+N2(g)中NO2转化率增大的是_(填序号)。ACH4 BCO2 C物质的量之比为12的CH4与NO2 DN2（6）CH4还可以运用到电化学中，某课外小组用CH4为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料作电极，电浮选凝聚法处理污水，设计如图所示装置。则甲烷 燃料电池的总反应式为_。为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定，电池工作时必须有部分A物质参加循环(如图)，A物质的化学式是_。【解析】（1）320g可燃冰可释放2mol甲烷，2mol甲烷完全燃烧放出1780.6kJ能量，则1mol甲烷完全燃烧放出890.3kJ能量，故甲烷燃烧热的热化学方程式为：CH4(g)+2O2(g) =CO2(g)+2H2O(l)H=890.3 kJ·mol1；（2）y点甲烷转化率低于平衡时甲烷转化率，故反应还需正向进行，故v(正)>v(逆)；该反应正向为气体体积增大的反应，减小压强，平衡正向移动，由p1到p2，甲烷转化率降低，即增大了压强，故p1<p2；升高温度，甲烷转化率升高，升高温度，平衡向吸热方向移动，故该反应的H>0；（3）恒温恒压条件下，同等增大各物质浓度，平衡不移动；（4）a平衡时，2v逆(N2)v正(H2O)，故a错误；b反应过程中，气体总质量不变，恒容条件下气体总体积不变，故气体密度始终不变，错误；c该反应反应过程中，混合气体的总物质的量不断发生改变，若混合气体的物质的量不再变化，则反应达到平衡，正确；d平衡时，单位时间内有2mol NO2消耗同时消耗1mol CO2，错误；e反应进行过程中，混合气体总物质的量发生改变，气体总质量不变，若混合气体的平均相对分子质量不变，则反应达到平衡状态，正确；f甲烷和二氧化碳属于可逆反应中不同反应方向的反应物，比值会随着反应的进行而改变，故当CH4与CO2的物质的量之比不再发生变化，反应达到平衡状态；（5）A增大甲烷物质的量，NO2的转化率增大，正确；BCO2为生成物，增大CO2的量，平衡逆向移动，NO2的转化率减小，错误；C通入物质的量之比为12的CH4与NO2的混合气体，相当于压强增大，平衡逆向移动，NO2转化率降低，错误；DN2为生成物，增大N2的浓度，平衡逆向移动，NO2转化率减小，错误。（6）根据甲烷与氧气反应生成CO2和H2O写出该总反应式为：CH4+2O2=CO2+2H2O；该电池正极反应式为：，负极反应式为：，由此可知，物质A为CO2。【答案】（1）CH4(g)+2O2(g) =CO2(g)+2H2O(l)H=890.3kJ·mol1 （2） （3）不 （4）cef （5）A （6）CH4+2O2=CO2+2H2O CO2 4（一）合成氨工艺（流程如图所示）是人工固氮最重要的途径。2019年是合成氨工业先驱哈伯（P·Haber）获得诺贝尔奖101周年。N2和H2生成NH3的反应为：1/2N2(g)+3/2H2(g)NH3(g) H(298K)=-46.2KJ·mol1，在Fe催化剂作用下的反应历程为（*表示吸附态）化学吸附：N2(g)2N*；H2(g)2H*；表面反应：N*+ H*NH*；NH*+ H*NH2*；NH2*+H*NH3*脱附：NH3*NH3(g)其中，N2的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。请回答：（1）利于提高合成氨平衡产率的条件有_。A低温 B高温 C低压 D高压 E催化剂（2）标准平衡常数K=，其中p为标准压强（1×105Pa），PNH3、PN2和PH2为各组分的平衡分压，如PNH3=xNH3·p，p为平衡总压，xNH3·p为平衡系统中NH3的物质的量分数；N2和H2起始物质的量之比为13，反应在恒定温度和标准压强下进行，NH3的平衡产率为w，则K=_（用含w的最简式表示）；下图中可以示意标准平衡常数K随温度T变化趋势的是_。（3）实际生产中，常用工艺条件，Fe作催化剂，控制温度773K，压强3.0X105Pa，原料中N2和H2物质的量之比为12.8。分析说明原料气中N2过量的理由_。关于合成氨工艺的下列理解，正确的是_。A合成氨反应在不同温度下的H和H都小于零B控制温度（773K）远高于室温，是为了保证尽可能的平衡转化率和快的反应速率C当温度、压强一定时，在原料气（N2和H2的比例不变）中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率D基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行E分离空气可得N2，通过天然气和水蒸气转化可得H2，原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生。（二）高铁酸钾（K2FeO4）可用作水处理剂。某同学通过“化学-电解法”探究的合成，其原理如图所示。接通电源，调节电压，将一定量Cl2通入KOH溶液，然后滴入含Fe3+的溶液，控制温度，可制得K2FeO4。（1）请写出“化学法”得到FeO的离子方程式_。（2）请写出阳极的电极反应式（含FeO）_。【解析】(一)（1）由勒夏特列原理可知，根据反应N2(g)H2(g)NH3(g) H（298K）46.2kJ/mol，为了提高合成氨平衡产率，即平衡正向移动，低温和高压符合条件，答案选AD；（2） N2(g)H2(g)NH3(g)起始量： 1 3 0转化量： 3 2平衡量： 1- 3-3 2x(NH3)%=；x(N2)%=；x(H2)%=，化简得；反应N2(g)H2(g)NH3(g) H（298K）46.2kJ/mol为放热反应，温度T升高，平衡向逆反应方向移动，K0减小，InK0也减小，InK0与温度不成正比，故答案选A；（3）由反应N2(g)H2(g)NH3(g)可知，加过量氮气，有利于平衡正向移动，提高H2的转化率以及氨气的产率，同时根据题干“N2的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。”可知，N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤，适度过量有利于提高整体反应速率。易知A选项正确；控制温度远高于室温是为了保证催化剂的活性，提高反应速率，并非为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率，B错误；恒压条件充入少量惰性气体，相当于减压，平衡逆向移动，不利于提高平衡转化率，C错误；不断将氨气液化，生成物浓度降低，有利于平衡正向移动，D正确，当选；通过天然气和水蒸气转化制得的H2，由于含有CH4，CO等易燃易爆气体，容易出现安全隐患，此外CH4，CO可能会与催化剂反应，造成催化剂活性降低，所以必须经过净化处理，E正确。答案选ADE；（二）（1）将一定量C12通入KOH溶液，生成KCl和KClO，KClO具有强氧化性，将Fe3+氧化为FeO42-，然后根据碱性环境，配平即可，得到2Fe3+3C1O10OH=2FeO3Cl5H2O或2Fe(OH)3+3C1O4OH=2FeO3Cl5H2O；（2）阳极失电子，反应物为Fe3+产物为FeO，然后根据碱性环境及守恒规则，易写出Fe3+8OH-3e=FeO4H2O或Fe(OH)3+5OH-3e=FeO4H2O。【答案】(一)（1）AD （2） A （3）原料气中N2相对易得，适度过量有利于提高H2的转化率；N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤，适度过量有利于提高整体反应速率 ADE （二）（1）2Fe3+3C1O10OH=2FeO3Cl5H2O或2Fe(OH)3+3C1O4OH=2FeO3Cl5H2O（2）Fe3+8OH-3e=FeO4H2O或Fe(OH)3+5OH-3e=FeO4H2O