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）


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）

精选大题



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4Na2FeO4＋10H2O===4Fe(OH)3＋3O2↑＋8NaOH。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)。

①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”)。
②当NaOH起始浓度为16mol·L−1，1.0～2.0h内生成Na2FeO4的速率是________mol·L−1·h−1。
③A点与B点相比，n[Fe(OH)3]∶A________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。
A．Fe(NO3)3　 　B．NH4Cl　 　C．CH3COONa
(5)次氯酸钠氧化法也可以制得Na2FeO4。
已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝a kJ·mol−1
NaCl(aq)＋H2O(l)===NaClO(aq)＋H2(g)　ΔH＝b kJ·mol−1
4Na2FeO4(aq)＋10H2O(l)===4Fe(OH)3(s)＋3O2(g)＋8NaOH(aq)　ΔH＝c kJ·mol−1
反应2Fe(OH)3(s)＋3NaClO(aq)＋4NaOH(aq)===2Na2FeO4(aq)＋3NaCl(aq)＋5H2O(l)的ΔH＝_____kJ·mol−1。
【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Fe＋8OH−－6e−===FeO＋4H2O；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2H2O＋2e－===H2↑＋2OH−，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Fe＋8OH−－6e−===FeO＋4H2O。(3) ①根据图像，电解3.0h内，随NaOH起始浓度增大，Na2FeO4浓度逐渐增大。②根据图像，当NaOH起始浓度为16mol·L−1时，1.0～2.0h内生成Na2FeO4的速率为＝8mol·L−1·h−1。③根据图像，A点与B点相比，Na2FeO4浓度：A>B，根据铁原子守恒，n[Fe(OH)3]∶A 【答案】(1)负　增强
(2) Fe＋8OH−－6e−===FeO＋4H2O
(3) ①增大　②8　③<　
(4) C
(5) －a－3b－c
模拟精做


1.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。
①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_______。
②GaO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。
①该反应的热化学方程式为__________________________。
②一定条件下，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 H—H键，同时断裂2mol N—H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)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。②GaO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)①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) ΔH=-30.8kJ/mol； 综上所述，本题答案是：2Ga(s)+2NH3(g) ===2GaN(s)+3H2(g) ΔH=-30.8kJ/mol。②A．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 H—H键，同时断裂6mol N—H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) ΔH=-30.8kJ/mol AC
2．研究发现，NOx和SO2是雾霾的主要成分。
Ⅰ．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)　ΔH＝＋180kJ·mol−1
2CO(g)＋O2(g)2CO2(g)　ΔH＝－564kJ·mol−1
（1）2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)　ΔH＝________。
（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(0～15min)中NO的物质的量随时间变化如图所示。

①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。
②15 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
Ⅱ．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=2.0×10−2 Ka2=6.0×10−7
（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：①N2(g)＋O2(g)2NO(g)，②2CO(g)＋O2(g)2CO2(g)，②－①得出：ΔH=(－564－180)kJ·mol－1=－744kJ·mol－1；
（2）①2NO(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 0.1
p(NO)=p(CO)=p(CO2)= 20MPa× = ；p(N2)= 20MPa× =
Kp===0.0875；根据①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；②15min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=5.0×10−13 【答案】（1）-744 kJ·mol−1
（2）0.0875(或7/80) 不 AC
（3）HSO的水解常数K=Kw/Ka1=5.0×10−13 （4）6H＋＋NO＋5e−===NH＋H2O 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ΔH____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)。
a．v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 CO2
e．混合气体的平均相对分子质量不变
f．CH4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)。
A．CH4 B．CO2 C．物质的量之比为1∶2的CH4与NO2 D．N2
（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)　ΔH=－890.3 kJ·mol−1；（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p10；（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；B．CO2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1∶2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；D．N2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)　ΔH=－890.3kJ·mol－1
（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) ΔH(298K)=-46.2KJ·mol−1，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KΘ=，其中pΘ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；
①N2和H2起始物质的量之比为1∶3，反应在恒定温度和标准压强下进行，NH3的平衡产率为w，则KΘ=_____________（用含w的最简式表示）；
②下图中可以示意标准平衡常数KΘ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1∶2.8。
①分析说明原料气中N2过量的理由________________________。
②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ΔH和ΔH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) ΔH（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）① N2(g)＋H2(g)NH3(g)
起始量： 1 3 0
转化量： 3 2
平衡量： 1- 3-3 2
x(NH3)%=；x(N2)%=；x(H2)%=
，化简得；
②反应N2(g)＋H2(g)NH3(g) ΔH（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）①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。②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+＋3C1O−＋10OH−===2FeO＋3Cl−＋5H2O或2Fe(OH)3+3C1O−＋4OH−===2FeO＋3Cl−＋5H2O；（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−===FeO＋4H2O或Fe(OH)3+5OH−-3e−===FeO＋4H2O。
【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+＋3C1O−＋10OH−===2FeO＋3Cl−＋5H2O或2Fe(OH)3+3C1O−＋4OH−===2FeO＋3Cl−＋5H2O
（2）Fe3++8OH−-3e−===FeO＋4H2O或Fe(OH)3+5OH−-3e−===FeO＋4H2O