能源化工与化学反应原理-2020年高考化学.pdf

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1、热点6能源化工与化学反应原理【命题规律】本专题的考查点通常是将能源化工与电化学、热化学、化学平衡等问题结合起来考察，综合性比较强，问题有原理的分析、方程式的书写、计算等，考查频率较高，题型多以填空题为主难度中等。考查的核心素养以证据推理与模型认知为主。【备考建议】2 0 2 0 年高考备考的重点是原电池电极方程式的书写，盖斯定律及化学平衡移动的分析和守恒计算。【限时检测】（建议用时：30分钟）1.（2 0 1 9 北京市朝阳区高考联考模拟）将 H 2 s 转化为可再利用的资源是能源研究领域的重要课题。（1）H 2 s 的转化1克劳斯法H2S-2-SII铁盐氧化法H 2s 代“sIII光分解法H

2、2s光、某 溶 液 凡+$反应I 的 化 学 方 程 式 是。反应I I：+1H2S=Fe2+S 1 +（将反应补充完整）。反应m体现了 H 2 s 的稳定性弱于H2OO结合原子结构解释二者稳定性差异的原因:（2）反应n i硫的产率低，反应n的原子利用率低。我国科研人员设想将两个反应耦合，实过程甲、乙中，氧 化 剂 分 别 是。（3）按照设计，科研人员研究如下。首先研究过程乙是否可行，装置如图。经检验，n极区产生了 F e 3+,p极产生了 H 2。n极区产生F e 3+的可能原因：质了交换膜H2SO4（稀）FeS04溶液i .F e2+-e-=F e3+ii.2 H2O -4 e=O 2+4

3、 H+,（写离子方程式）。经确认，i是产生F e 3+的原因。过程乙可行。光照产生F e 3+后，向n极区注入H 2 s溶液，有S生成，持续产生电流，p极产生H?。研究S产生的原因，设计如下实验方案：0经确认，S是由F e 3+氧化H 2 s所得，H 2 s不能直接放电。过程甲可行。（4）综上，反应H、I I I能耦合，同时能高效产生H 2和S,其工作原理如图。质子交换膜进一步研究发现，除了 F e3+/F e2+外，L/r也能实现如图所示循环过程。结合化学用语，说明I 3 /I-能够使S源源不断产生的原因：o【答案】（1）2H4+。2=2凡0+2s l 2Fe 3+2 I 2H+0与S位于同

4、主族，原子半径S O,得电子能力S 0,非金属性S 0,氢化物稳定性H2S H+（3）4Fe 2+O 2+4H+=4Fe 3+2H2。将 Fe S O4 溶液换成 H2s 溶液（4）在电极上放电：3r-2e =I；o I 3在溶液中氧化H2S：I；+H2S=3I +S+2H+和循环反应。【详解】（1）H2s在氧气氧化作用下生成S,其化学方程式为：2H,S+O2=2H2O+2S；;H2s为Fe 3+氧化为S,依据氧化还原反应规律可知，其离子方程式为:2 Fe 3+1 H2S =2Fe2+S J+2H+,故答案为：2Fe 3+：2；1：2H+；O与S位于同主族，原子半径S O,得电子能力S O,非

5、金属性S 0,氢化物稳定性H2S 正反应为气体分子数减小的反应，加压平衡右移，C O 的转化率增大，由图知相同温度时P i下 C O 的转化率大于P 2,所以P i大于P2(4)AC 善 区PJ 30【详解】(1)由图可知：在膜n 测 CH4中的c 失去电子被氧化为c o,膜 1侧氧气、水得到电子，每 ImolCh反 应,得 到 4 个 电子,在膜I 侧发生的电极反应为:02+4 2 0 2-,H 2 O+2 e-=H2+O2 t，假设6 为 1,则 N 2 为 4,由于在空气中N 2 与 5 的物质的量之比按4：1,反应后膜I 侧所得一n(汽W2十)=3,则反应后得到H 2 为 即 有 1

6、2 m o i H 2 O 发生反应产生H 2,所以+1 2 x 可得膜I 的总反应式：1 2 H 2 O+O 2 +2 8 e =1 2 H2 T+1 4 O2-；(2 )C O 2(g)+3 H 2(g)=C H 3 O H(g)+H 2 O(g)A H2=-4 9.0 k J/m o l,C O(g)+H 2 O(g)=C O 2(g)+H 2(g)A H 3=-4 1.1 k J/m o l,+，整理可得H?还原CO反应合成甲爵的热化学方程式为：C O(g)+2 H2(g)CH3O H(g)A H 1=-9 0.1 k J/m o l；根据热化学方程式可知：该反应的正反应是气体体积减小

7、的放热反应，A H 0,A S P2,所以压强：P|P 2,(4)A.反应是在恒容的密闭容器内进行，由于该反应是气体体积减小的反应，若反应达到平衡，则容器内气体的压强保持不变，A正确；B.在任何时刻都存在:v ,(H2)=2V(CHJO H),若反应达到平衡V MCH3OH)=VCH3OH),则V(H2)=2V迎(C H 3 O H),现在2 V“(H 2)=v 逆(C H.Q H),说明反应未处于平衡状态,B错误；C.由于该反应反应前后气体分子数不相等，若混合气体的相对分子质量保持不变，说明气体的物质的量不变，反应达到平衡状态，C正确；D.由于反应混合物都是气体，在任何状态下气体的质量不变，

8、容器的容积不变，因此任何条件下，混合气体的密度都保持不变，故不能据此判断反应是否处于平衡状态，D错误；故合理选项是A C；2 H 2(g)+C O(g)C H s O H(g)n 始(m o l)4 2 0n i o(m o l)2 1 1n 平(m o l)2 1 1由于反应开始时气体的物质的量是6 m o i，总压强为P o,则平衡时H 2 占分压为g,CO占忌分压为与，C H 3 0 H 占分压为 与，带入平衡常数表达式K p=(。0 =(kP a)-2；6 6 I 与 x6反应开始时H 2占的分压 为 篝，10 分钟时占分压为g，减少了，所以V(H 2)=4T =23 W 3010Pa

9、/mino3.(20 19 宁夏银川一中高考模拟)研究C C h与 C H 4的反应使之转化为CO和 H 2,对减缓燃料危机，减少温室效应具有重要的意义。(1)已知 C H4(g)+C O2(g)-h-2C O(g)+2H2(g)H=+248 kJ-mo F A S=310 J mo l K L该反应能自发进行的温度范围为一。(2)在密闭恒容容器中通入物质的量浓度均为0.1 mo l L-的 C Eh与 C O2,在一定条件下发生反应C H 4(g)+C O 2(g)=2C O(g)+2H 2(g),测得C H 4的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。工业生产时一般会选用P 4和 1250

10、C 进行合成，请解释其原因_。在压强为P 3、10 0 0 的条件下，该反应5min 时达到平衡点Y,则用CO表示该反应的速率为,该温度下，反 应 的 平 衡 常 数 为 (保留3 位有效数字)。(3)CO和 H 2在工业上还可以通过反应C +H 2O(g)=2C O(g)+H 2(g)来制取在恒温恒容下，如果从反应物出发建立平衡，可 认 定 已 达 平 衡 状 态 的 是。A.体系压强不再变化 B.H 2、CO和 H z O 的物质的量之比为1:1:1C.混合气体的密度保持不变 D.混合气体中H z O 的百分含量保持不变在某体积可变的密闭容器中同时投入四种物质,2min 时达到平衡,测得容

11、器中有I mo l H2O(g)J mo l C O(g)、2.2mo 1H 2(g)和足量的C(s),如果此时对体系加压，平衡向(填“正”或“逆”)反应方向移动，达到新的平衡后，气体的平均摩尔质量为。【答案】(1)大于8 0 0 K(2)较大的压强和温度能加快合成速率，提高生产效率 0.0 36mo l L F m i n r10.5(3)A C D 逆 12g/mo l【详解】(1)根据 A H-T A S 0,248 fc/-mo/-1-T x 0.3U/-mo/-1-K-1 8 0 0 K；(2)温度越高，反应速率、C H 的平衡转化率都增大，增大压强C H 的平衡转化率降低,但反应速

12、率增大，能提高生产效率，所以工业生产时一般会选用P4和1 250 C进行合成;CH4(g)+CO3(g)=2CO(g)+2H2(g)开始0.10.100转化0.0 90.0 90.1 80.1 8平衡0.0 10.0 10.1 80.1 8Ac O.1 8n?o/Lv =-=0.0 3 6m o l L m in 1；At 5minK=c 2(CO)c 2(%)=(0.1 8)2x(0.1 8)2=0 5-c(CW4)c(CO2)0.0 1 x 0.0 1(3)A.该反应过程中气体物质的量增大，体系压强增大，体系压强不再变化一定平衡,故选A；B.比、C O和H 2 O的物质的量之比为1:1:1

13、时，浓度不一定不再改变，所以不一定平衡，故不选B：C.反应前后气体质量是变量，所以密度是变量，若混合气体的密度保持不变反应一定达到平衡状态，故选C；D.反应过程中混合气体中H z O的百分含量是变量，若保持不变，反应一定达到平衡状态,故选Do根据勒沙特列原理可知，增大压强，平衡向着气体体积减小的方向移动，此反应的逆反应方向是个气体体积减小的方向，故增大压强，向逆反应方向移动；设达到新平衡后有X m o l H2被消耗，则有:C(s)+H2O (g)=C O (g)+H2(g)起 始 量(m o l)1 1 2.2转 变 量(m o l)X X X剩 余 量(m o l)(1+X)(1-X)(2

14、.2-X)混合气体的平均相对分子质量即平均摩尔质量)=:1 8(1 +x)+28(1 -x)+2(2.2-x)=-g/mol=(1 +x)+(1 -x)+(2.2-x)1 2g/m o l。4.(20 1 9山东省济南外国语学校高考模拟)根据题意完成下列问题:(I)工业上利用C O和水蒸气在一定条件下发生反应制取氢气:CO(g)+H2O(g)C O2(g)+H2(g)A/7=-41 k J/m o l己知：2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）H=-4 8 4 k J/m o l,写出 CO 完全燃烧生成 CO2 的热化学方程式：。（2）随着大气污染的日趋严重，“节能减排”，减少全球温室气体

15、排放，研究NOx.SCh.CO等大气污染气体的处理具有重要意义 用活性炭还原法处理氮氧化物，有关反应为:C（s）+2NO（g K N 2（g）+CO2（g）。某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO,恒温（T i）条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：浓度/molL)时间/minNON2CO200.10000100.0580.0210.021200.0400.0300.030300.0400.0300.030400.0320.0340.017500.0320.0340.017则从反应开始到20min时，以N O表示的平均反应速率=,该温度下该反应的平衡常数K=（保留两位小数

16、）30min后，改变某一条件，反应重新达到平衡，则 改 变 的 条 件 可 能 是（写一条即可）。下 列 描 述 中 能 说 明 上 述 反 应 已 达 平 衡 的 是;A、容器内气体的平均摩尔质量保持不变B、2V（N 0）d=v（N2）迎C、容器中气体的压强保持不变D、单位时间内生成nmolCO?的同时生成2nmolNO（3）利用Fe2+、Fe3*的催化作用，常温下将SCh转 化 为 而 实 现SO2的处理（总反应为2so2+Ch+2H2O=2H2so4）。已知，含SO2的废气通入含Fe?+、Fe3+的溶液时，其中一个反应的离子方程式为4Fe2+Ch+4H+=4Fe3+2H2。，贝U另一反应

17、的离子方程式为（4）有学者想以如图所示装置用原电池原理将SO2转化为重要的化工原料。BA质子膜(只允许心通过)若 A为 S O 2,B为 0 2,C 为 H 2 s 0 ，则负极反应式为，电池总反应式为。【答案】(1)2 CO(g)+0 2 (g)=C 02(g)A H=-5 6 6 k J/m o l(2)0。0 3 m o i/(L-m in)0.5 6 减小CO 2 的浓度 A D(3)2 F e3+S O 2+2 H 2 O=2 F e2+S O42-+4 H+(4)S O 2+2 H 2 O-2 e-=S O 42-+4 H 2 s o 2+O 2+2 H 2 O=2 H 2 s O

18、 4 或 2 s o 2+O 2+2 H 2 O=4 H+2 S O 42-【详解】(1)由C0(g)+H 2 0(g)C O2(g)+H 2(g)A H=-4 1 k J/m o l2 H 2(g)+O 2 (g)=2 H?O (g)AH =-4 8 4 k J/m o l.根据盖斯定律，x 2+可得：2 c o(g)+O 2(g)=CO 2(g)A H=-5 6 6 k J/m o l；因此，本题正确答案是：2 c o(g)+O 2(g)=CCh(g)H n J G G k J/m o l；(2)丫 二O.lOOmt?/L一 0.040，”。/L20min=0.0 0 3 m o l/(L

19、 m in)；反应进行到2 0-3 0 分钟时达到平衡状态，则c(C02)c(A 2)_ 0.030mo/L x 0.030mol/L一(NO)0.0402=0.5 6；根据表中3 0-4 0 分钟各物质浓度的变化可以看出改变的条件是分离出部分CO 2；A.碳是固体，因此当容器内气体的平均摩尔质量保持不变，说明各组成含量保持不变，即己达平衡，故 A正确；B、2 V(N O),尸v(N 2 尬，说明正反应速率和逆反应速率不相等，不能说明反应已达平衡，故 B错误；C、该反应，反应前后气体分子数不变，所以当容器中气体的压强保持不变，不能说明反应己达平衡，故 C 错误；D、单位时间内生成n m o l

20、 CCh 的同时生成2 n m o l N O,说明正反应速率和逆反应速率相等，说明反应已达平衡，故 D正确；因此，本题正确答案是：0.0 0 3 m o l/（L.m in）；0.5 6；减小CO 2 的浓度；A D；（3）S Ch 转化为S C U 2,该过程为氧气氧化二价铁离子到三价铁离子，然后用三价铁离子氧化二氧化硫到硫酸根，其中一个反应的离子方程式为4 F e 2+O 2+4 H+=4 F eu+2 H 2 O,则另一反应的离子方程式为 2 F e 3+S O 2+2 H?O=2 F e 2+S O 4 2-+4 H+；因此，本题正确答案是：2 F e +S O 2+2 H 2 O=

21、2 F e 2+S O 4 2 +4 H+；（4）原电池总方程式为2 s o 2+O 2+2 H 2 O=2 H 2 s o 4,正极的电极反应式为O2+4 H+4 e=2 H 2 O,用总的减去正极的电极反应式得负极电极反应式为S C h+Z J h O T e =S O 42-+4 H+,因此，本题正确答案是：S O2+2 H2O-2 e =S O 42-+4 H+；2 s o 2+C）2+2 H 2 O=2 H 2 s o 4 或 2 S O2+O2+2H2O=4H+2SO42-O5.（2 0 1 9.东北三省三校（辽宁实验中学、东北师大附中、哈师大附中）高考联考模拟）绿水青山就是金山金

22、艮山，生产生活中污染物合理处理对环境保护具有重要意义。（1）利用某些催化剂，成功实现将空气中的碳氧化合物和氮氧化合物转化为无毒的大气循环物质。已知：（。）+。2（9）=2/。A%=+1 7 9.8 0 血。尸N O（g）+C O（g）R 1N2（g）+C O2（g）A/=-3 7 9.9 k/m。1 2 NO（g）+O2（g）=2 NO2（g）=-H Z.Of c/m or1反应NO?）+CO W N O+。2（。）的A H =kJ.m o C1;某温度下，反应的平衡常数分别力/、勺、小,则该反应的K=（用/、2、K3 表示）。（2）温度为7 7 c时，在四个容积均为1 L的恒容密闭容器中发生

23、反应：2 7。（9）+2 2（9）;7 2（9）+2”2。（9）A H,测得有关实验数据如下：容器编号物质的起始浓度（租0 1 1）物质的平衡浓度（m o/.1）必）c（N。）c(%)I1 X 1(P 36 x 1 0-32 x 1 0-4I I2 x 1 0-36 x 1 0-3I I I6 x 1 0-31 X 1 0-3I V6 x 1 0-32 x 1 0-3平衡时，容器H与I V容器的总压强之比 o温度不变，容器H I中达到平衡后再充入N O、/（g）各则反应将向。（填“正”或“逆”）方向进行。（3）常温下用O.lOOm o/1-1盐酸分别滴定1 0.0 0 m L浓度均为O.lOO

24、m o/.Li N a O H溶液和二甲胺（C H 3）2 NH 溶液（在水中电离方式与氨相似），利电用传感器测得滴定过程中溶液的电导率如图所示。已知电解质溶液电导率越大导电能力越强。10 15 20 KHCiymLa、b、c、d四点的水溶液中，由水电离出氢离子浓度大于1.0 x 1 0-7 m o/.的是，原因为 o化学反应往往伴有热效应若为绝热体系a的温度（填“”，=”或“”）c点的温度。【答案】(1)-2 3 4.0 K2(_1)2(2)1：1 逆(3)a 此时恰好生成强酸弱碱盐，对水的电离有促进作用 v【详解】(1)已知：N2(g)+O 2(9)=2NO(g)A%=+179.8 k/.

25、moLN0(g)+C 0()-/V2(5)+。2(9)A W2=379.9k/-mol-12N。+O 2(g)=2NO 2(g)AH3=-112,Ok-m o r*11 1根据盖斯定律，由+X亍X湾 反 应NC 2(g)+C O(g)=NO(g)+。2的1 1A W =A W2+A/1x-A W3x-=-234.0f c/.m o r1；根据以上反应可知，某温度下，反应的平衡常数分别为勺、&、K3,则该反应的K=K2(袅？；(2)恒温恒容下，体系的压强比等于气体的物质的量之比，对于反应II有:2NO(g)+2 H 2(g)三N?(g)+2H20(g)起始：6200反应：XX0.5xX平衡：6-

26、x2-x0.5xX对于反应W有：2NO(g)+2H2(g)K,故反应将向逆反应方向进行；0.00082 x 0.00562(3)NaOH属于强碱，二甲胺的水溶液属于弱碱溶液，曲线为滴定二甲胺溶液；碱或酸过量，会抑制水的电离，盐类水解促进水的电离，滴定终点前碱过量，滴定终点后酸过量,恰好完全滴定时形成盐，NaCI不会水解，而(CH3)2NH2+会水解，加 入10mL盐酸时恰好完全反应，因此，a、b、c、d四点的溶液中，a点由水电离出氢离子浓度大于1.0 x IO-m o Z.L-i.因为此时恰好生成强酸弱碱盐，对水的电离有促进作用；酸碱中和反应为放热反应，二甲胺的电离吸热，若为绝热体系a的温度c点的温度。