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山东专用高考化学一轮复习专题十四盐类水解和沉淀溶解平衡模块卷二含解析
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这是一份山东专用高考化学一轮复习专题十四盐类水解和沉淀溶解平衡模块卷二含解析，共18页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
模块卷二
时间:45分钟 分值:70分
一、选择题(每题2分,共22分)
1.高粱酿酒过程中的部分流程按顺序排列如下,其中能说明高粱转化过程中放出热量的是 ( )
A
B
C
D
“蒸粮”时加热
“拌曲”前摊晾
“堆酵”时升温
“馏酒”时控温
答案 C C项,发酵时温度升高,此过程中放出热量,正确。
2.短周期元素W、X、Y、Z原子序数依次增加。其中W、X、Y的最外层电子数之和为13;X与Y形成的化合物是常见的耐火材料;X与Z同主族。下列说法正确的是 ( )
A.常温常压下Z的单质为气态
B.X的氢化物为离子化合物
C.Y与Z形成的化合物溶于水可生成气体和沉淀
D.简单离子半径:X
归纳总结 元素推断题的“题眼”往往是某些物质的特殊性质或用途,常见的有:
1.Si可制作太阳能电池,SiO2是光导纤维、水晶的主要成分,且二者都是常见的原子晶体;
2.若某短周期元素原子的气态氢化物可与其最高价含氧酸反应生成盐,则该元素一定是N,且其气态氢化物为碱性气体;
3.既可以与强酸反应又可以与强碱反应的物质,常见的有Al、Al2O3、Al(OH)3;
4.HF可用来蚀刻玻璃。
3.以TiO2为催化剂的光热化学循环分解CO2反应为温室气体减排提供了一个新途径,该反应的机理及各分子化学键完全断裂时的能量变化如下图所示。
下列说法正确的是 ( )
A.过程①中钛氧键断裂会释放能量
B.该反应中,光能和热能转化为化学能
C.使用TiO2作催化剂可以降低反应的焓变,从而提高化学反应速率
D.CO2分解反应的热化学方程式为2CO2(g)2CO(g)+O2(g) ΔH=+30kJ/mol
答案 B A项,过程①中钛氧键断裂会吸收能量,错误;B项,分解CO2反应为吸热反应,该反应中光能和热能转化为化学能,正确;C项,使用TiO2作催化剂可以降低反应的活化能,从而提高化学反应速率,但不能改变焓变,错误;D项,依据已知的键能数据计算知,CO2分解反应的热化学方程式为2CO2(g)2CO(g)+O2(g) ΔH=+556kJ/mol,错误。
4.以太阳能为热源,热化学硫碘循环分解水是一种高效、环保的制氢方法,其流程图如下。
相关反应的热化学方程式如下:
反应Ⅰ:SO2(g)+I2(g)+2H2O(l)2HI(aq)+H2SO4(aq) ΔH1=-213kJ·mol-1
反应Ⅱ:H2SO4(aq)SO2(g)+H2O(l)+12O2(g)
ΔH2=+327kJ·mol-1
反应Ⅲ:2HI(aq)H2(g)+I2(g) ΔH3=+172kJ·mol-1
下列说法不正确的是 ( )
A.该过程实现了太阳能到化学能的转化
B.SO2和I2对总反应起到了催化剂的作用
C.总反应的热化学方程式为2H2O(l)2H2(g)+O2(g) ΔH=+286kJ·mol-1
D.该过程降低了水分解制氢反应的活化能,但总反应的ΔH不变
答案 C A项,由题给流程图可知,该过程实现了太阳能到化学能的转化;B项,SO2在反应Ⅰ与反应Ⅱ中循环生成与消耗,I2在反应Ⅰ与反应Ⅲ中循环生成与消耗,SO2和I2对总反应起到了催化剂的作用;C项,由盖斯定律可知,H2O(l)H2(g)+12O2(g) ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3=+286kJ·mol-1;D项,该过程相当于引入SO2和I2作催化剂,降低了水分解制氢反应的活化能,但不能改变总反应的ΔH。
5.将物质的量之比为1∶3的氮气和氢气充入恒容密闭容器中,测定不同温度、压强下平衡混合物中氨的物质的量分数,结果如图所示。下列说法不正确的是 ( )
A.p1
C.a点,N2的转化率为40%
D.合成氨工业实现了人工固氮
答案 C A项,根据氮气与氢气反应的化学方程式3H2(g)+N2(g)2NH3(g)可知,反应前后气体分子数发生改变,温度相同,压强增大,平衡正向移动,氨的物质的量分数增大,所以根据题图可知,p1
起始(mol): 1 3 0
转化(mol): x 3x 2x
平衡(mol): 1-x 3-3x 2x
则2x1-x+3-3x+2x×100%=80%,x=89,所以N2的转化率为891×100%≈88.9%,错误;D项,合成氨工业实现了人工固氮,正确。
6.环戊二烯容易发生聚合生成二聚体,该反应为:。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 ( )
A.T1>T2
B.a点的正反应速率小于b点的逆反应速率
C.a点的反应速率小于c点的反应速率
D.反应开始至b点时,双环戊二烯平均速率约为0.45mol·L-1·h-1
答案 D A项,温度越高反应速率越快,根据题图可知,在T2(虚线)下的反应速率较大,则T1v(逆),则a点的正反应速率大于b点的逆反应速率,错误;C项,根据题图可知,a点切线斜率的绝对值大于c点切线斜率的绝对值,则a点速率大于c点,错误;D项,从开始到b点时环戊二烯的浓度变化为1.5mol·L-1-0.6mol·L-1=0.9mol·L-1,双环戊二烯的浓度变化为环戊二烯浓度变化的12,则从开始到b点时双环戊二烯的浓度变化为0.45mol·L-1,平均速率为v=ΔcΔt=0.45mol·L-11h=0.45mol·L-1·h-1,正确。
7.某温度下,将pH和体积均相同的盐酸和CH3COOH溶液分别加水稀释,其pH随加水体积的变化如图所示。下列叙述正确的是 ( )
A.曲线Ⅱ代表盐酸的稀释过程
B.溶液中水的电离程度:b点>c点
C.从b点到d点,溶液中c(CH3COO-)·c(H+)c(CH3COOH)保持不变
D.该温度下,b点KW的数值比e点大
答案 C A项,等pH的盐酸和CH3COOH溶液分别加水稀释相同的倍数,盐酸的pH变化大,观察题图知,曲线Ⅰ代表盐酸的稀释过程,错误;B项,HCl和CH3COOH都抑制水的电离,c(H+)越大对水的电离程度抑制越大,b点pH小,c(H+)大,水的电离程度小,即溶液中水的电离程度:b点
①取一定量冰醋酸,配制成100mL0.1mol/L醋酸溶液;
②取20mL①中所配溶液,加入20mL0.1mol/LNaOH溶液;
③继续滴加amL0.1mol/L稀盐酸,至溶液的pH=7。
下列说法正确的是 ( )
A.①中溶液的pH=1
B.②中反应后溶液:c(Na+)>c(CH3COO-)>c(H+)>c(OH-)
C.③中,a=20
D.③中,反应后溶液:c(Na+)=c(CH3COO-)+c(Cl-)
答案 D A项,醋酸是弱电解质,不完全电离,0.1mol/LCH3COOH溶液中c(H+)<0.1mol/L,则溶液pH>1,错误;B项,取20mL①中所配溶液,加入20mL0.1mol/LNaOH溶液,反应恰好中和生成CH3COONa,CH3COO-水解使溶液呈碱性,溶液中c(OH-)>c(H+),则有c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+),错误;C项,继续滴加amL0.1mol/L稀盐酸,至溶液的pH=7,溶液中c(H+)=c(OH-),但若a=20,反应恰好生成CH3COOH,此时溶液显酸性,pH<7,所以溶液pH=7时,a<20,错误;D项,溶液中存在电荷守恒:c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(CH3COO-)+c(Cl-),溶液的pH=7,c(H+)=c(OH-),则有c(Na+)=c(CH3COO-)+c(Cl-),正确。
9.如图是典型微生物燃料电池原理示意图。若用含硝酸盐废水替代图中氧气,可达到废水处理的目的(已知:a室中微生物降解有机物产生e-、CO2和H+)。关于该电池,下列说法不正确的是 ( )
A.H+通过质子交换膜从a室进入b室
B.a室内发生氧化反应,电极为正极
C.b室内发生的电极反应为O2+4e-+4H+2H2O
D.将硝酸盐转化为N2时,电极反应为2NO3-+10e-+12H+N2↑+6H2O
答案 B A项,根据电子移动方向判断a室为负极室,b室为正极室,H+通过质子交换膜从a室进入b室,正确;B项,有机物在a室内失去电子,发生氧化反应,失去电子的电极为负极,错误;C项,在b室内O2获得电子,发生还原反应,发生的电极反应为O2+4e-+4H+2H2O,正确;D项,将硝酸盐转化为N2时,NO3-中的N得电子变为N2,正极的电极反应为2NO3-+10e-+12H+N2↑+6H2O,正确。
10.近期科学家报告了一种直接电化学合成H2O2的方法,装置如图。下列叙述不正确的是 ( )
A.该装置的工作原理是将化学能转化成电能
B.b极发生的电极反应为O2+H2O+2e-HO2-+OH-
C.电池工作时,内部发生反应:HO2-+OH-+2H+H2O2+H2O
D.电路中每通过2mol电子,消耗氧气22.4L(标准状况)
答案 A A项,该装置的工作原理是将电能转化成化学能,错误;B项,b极为阴极,发生还原反应,因此发生的电极反应为O2+H2O+2e-HO2-+OH-,正确;C项,根据题图及b极的电极反应知,电池工作时内部发生反应:HO2-+OH-+2H+H2O2+H2O,正确;D项,根据O2+H2O+2e-HO2-+OH-可知,电路中每通过2mol电子,消耗1mol氧气,体积为22.4L(标准状况),正确。
11.利用小粒径零价铁(ZVI)的电化学腐蚀处理三氯乙烯,进行水体修复的过程如图所示,H+、O2、NO3-等共存物会影响修复效果。下列说法错误的是 ( )
A.反应①②③④均为还原反应
B.1mol三氯乙烯完全脱Cl时,转移3mol电子
C.④的电极反应式为NO3-+10H++8e-NH4++3H2O
D.修复过程中可能产生Fe(OH)3
答案 B 试题以利用小粒径零价铁(ZVI)的电化学腐蚀处理三氯乙烯进行水体修复的过程为情境,通过图像给出修复原理,考查对原电池原理及其应用的理解,涉及氧化还原反应基本概念、原电池原理及其应用等必备知识,主要考查理解能力和推理论证能力,体现宏观辨识与微观探析的学科核心素养,突出对创新性的考查要求。
A项,由修复过程示意图中反应前后元素化合价变化可知,反应①②③④均为得电子的反应,所以均为还原反应,正确;B项,三氯乙烯C2HCl3中C原子化合价为+1价,乙烯中C原子化合价为-2价,1molC2HCl3转化为1molC2H4时,得到6mol电子,错误;C项,由题图及N元素的化合价变化可得出NO3-+8e-NH4+,由于生成物中有NH4+,所以只能用H+和H2O来配平该反应,而不能用H2O和OH-来配平,所以④的电极反应式为NO3-+10H++8e-NH4++3H2O,正确;D项,ZVI失去电子有Fe2+产生,Fe2+在氧气和OH-的作用下,可能产生Fe(OH)3,正确。
二、非选择题(共18分)
12.合成氨对人类生存具有重大意义,反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH。
(1)科学家研究在催化剂表面合成氨的反应机理,反应步骤与能量的关系如图所示(吸附在催化剂表面的微粒用*标注,省略了反应过程中部分微粒)。
①NH3的电子式是 。
②写出步骤c的化学方程式: 。
③由图像可知合成氨反应的ΔH 0(填“>”“<”或“=”)。
(2)传统合成氨工艺是将N2和H2在高温、高压条件下发生反应。若向容积为1.0L的反应容器中投入5molN2、15molH2,在不同温度下分别达平衡时,混合气中NH3的质量分数随压强变化的曲线如图所示。
①温度T1、T2、T3大小关系是 。
②M点的平衡常数K= (可用分数表示)。
(3)目前科学家利用生物燃料电池原理(电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子),研究室温下合成氨并取得初步成果,示意图如下:
①导线中电子移动方向是 。
②固氮酶区域发生反应的离子方程式是 。
③相比传统工业合成氨,该方法的优点有 。
答案 (1)①H··N··H ····H
②*NNH+H2*N+NH3 ③<
(2)①T1
③条件温和、生成氨的同时释放电能(或其他合理答案)
解析 (1)②根据题图,化学方程式为*NNH+H2*N+NH3;③对比反应物与生成物的总能量发现,能量降低,故反应放热,可以判断ΔH<0。
(2)①合成氨的反应放热,升高温度,平衡向吸热的方向移动,所以在相同的压强下,温度越高,氨气的质量分数越小,故温度T1
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
开始(mol) 5 15 0
变化(mol) x 3x 2x
平衡(mol) 5-x 15-3x 2x
由题图知,M点氨气的质量分数为40%,则2x×17(5-x)×28+(15-3x)×2+2x×17×100%=40%,解得x=2,故K=c2(NH3)c(N2)c3(H2)=423×93=7.32×10-3。
(3)①根据题图,a电极上MV+→MV2+被氧化,失电子,因此a为负极,b为正极,导线中电子移动方向是a→b;②固氮酶区域发生的反应为氮气和MV+反应生成氨气和MV2+,根据氧化还原反应规律,该离子方程式为N2+6H++6MV+2NH3+6MV2+;③传统工业合成氨反应条件为高温、高压、催化剂,反应条件苛刻,该方法制取氨气条件温和、生成氨的同时释放电能。
思路分析 (2)合成氨的反应放热,升高温度,平衡向吸热的方向移动,根据题图,在相同的压强下,温度越高,氨气的质量分数越小,可以得到T1、T2、T3大小关系;根据M点氨气的质量分数,利用三段式求出M点的化学平衡常数;(3)生物燃料电池的工作原理是N2+3H22NH3,其中N2在正极区得电子发生还原反应,H2在负极区失电子发生氧化反应,原电池工作时阳离子向正极区移动,据此分析判断。
13.甲醇(CH3OH)的合成与应用具有广阔的发展前景。
Ⅰ.合成甲醇的部分工艺流程如下:
原料气 预热装置 合成反应器甲醇
(1)甲烷与水蒸气反应制备合成甲醇的原料气CO、CO2和H2。
CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=+206.2kJ·mol-1
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.0kJ·mol-1
甲烷与水蒸气反应生成CO2和H2的热化学方程式为 。
(2)在催化剂的作用下,200~300℃时,合成反应器内发生反应:
ⅰ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0
ⅱ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0
①一段时间内,记录合成反应器出、入口样品的温度,数据如下图所示。曲线 是合成反应器出口样品的温度。
②如果你是工程师,请对合成反应器中压强的控制提出建议并说明理由: 。
合成反应器中有少量的副反应,会生成二甲醚(CH3OCH3)、甲酸甲酯等。
已知沸点:甲醇为64.7℃,二甲醚为-24.9℃,甲酸甲酯为32.0℃。
③CO和H2生成二甲醚的化学方程式是 。
④从合成反应器出来的产品经分离提纯可以得到甲醇,请简述该方法: 。
Ⅱ.下图为甲醇燃料电池的示意图。
(3)①负极的电极反应式是 。
②质子交换膜材料的合成是燃料电池的核心技术。我国科研人员研发的一种质子交换膜材料的结构片段如下,它由三种单体缩聚而成。
已知:ROH+R'ClR—O—R'+HCl
单体的结构简式:、 。
答案 (1)CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) DH=+165.2kJ·mol-1
(2)①a
②适当加压。加压能使该反应速率增大、原料转化率升高,但也会增加设备和动力成本
③2CO+4H2CH3OCH3+H2O
④降温冷凝得到液态甲醇粗品再蒸馏提纯
(3)①CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+
②、(或)
解析 Ⅰ.(1)根据盖斯定律,将两个热化学方程式相加得:CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) ΔH=+165.2kJ·mol-1。
(2)①两个反应都是放热反应,合成反应器出口样品的温度更高一些,故a正确;②两个反应都是气体体积减小的反应,从平衡移动的角度来看,增大压强,能使该反应速率增大、原料转化率升高,但是压强高,意味着设备要好,这就需要加大成本的投入,因此需要适当加压;③CO和H2反应生成二甲醚的化学方程式为2CO+4H2CH3OCH3+H2O;④题中给出了三种物质的沸点,甲醇的沸点较高,且和其他物质的沸点相差较大,可以通过降温冷凝的方法得到甲醇粗品,再经过蒸馏提纯。
Ⅱ.(3)①燃料电池的构造中有质子交换膜,则说明反应中产生H+,故负极电极反应为CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+;②结合题中给出的化学方程式,可以推出另外的单体分别为、或。
14.铅具有优秀的机械加工性能,可以制备各种性能优良的合金。广泛用于电池制造、机械、船舶工业、以及放射性防护等领域。
(1)铅的主要矿藏形式是方铅矿(PbS),利用其冶炼铅的反应过程如下:
2PbS(s)+3O2(g)2PbO(s)+2SO2(g)
ΔH=akJ·mol-1
PbS(s)+2O2(g)PbSO4(s) ΔH=bkJ·mol-1
PbS(s)+2PbO(s)3Pb(s)+SO2(g)
ΔH=ckJ·mol-1
则利用方铅矿和铅矾矿(主要成分为PbSO4)冶炼铅并生产一种可能造成酸雨的气体的热化学方程式为 。
(2)铅也可以采用热还原法冶炼:PbO(s)+CO(g)Pb(s)+CO2(g) ΔH=dkJ·mol-1,已知该反应的平衡常数和温度的关系如下表:
温度/℃
300
727
1227
K
106.2
631
17.4
①d 0(填“>”“<”或“=”)。
②已知某温度下K=10,向密闭容器中加入足量的Pb和一定量的CO2,平衡时,混合气体中CO的体积分数为 。
(3)新型液流式铅蓄电池以可溶的甲基磺酸铅为电解质,电池总反应:Pb+PbO2+4H+2Pb2++2H2O,下列关于该电池的说法正确的是 。
a.充放电时,溶液中Pb2+浓度保持不变
b.放电时,溶液中H+向PbO2极区移动
c.放电时的负极反应式为Pb-2e-Pb2+
d.充电时的阳极反应式为Pb2++4OH--2e-PbO2+2H2O
(4)河流、湖泊中的铅污染日益被人们重视。已知常温下Pb元素在水中的各种存在形式的物质的量分数α和溶液pH的关系如图所示:
向醋酸铅溶液中逐滴滴加氢氧化钠溶液至pH=13时的主要离子反应方程式是 ,其平衡常数数值为 。
答案 (1)PbS(s)+PbSO4(s)2Pb(s)+2SO2(g) ΔH=2(a+c)-3b3kJ·mol-1
(2)①< ②9.09%或111
(3)bc
(4)Pb(OH)3-+OH-Pb(OH)42- 10
解析 (2)①升高温度,平衡常数减小,平衡逆向移动,逆反应是吸热反应,正反应是放热反应,因此d<0;②K=c(CO2)c(CO)=10,则混合气体中CO的体积分数V%=110+1×100%=9.09%。
(3)新型液流式铅蓄电池以可溶的甲基磺酸铅为电解质,电池总反应:Pb+PbO2+4H+2Pb2++2H2O;a项,根据总反应得出放电时,溶液中Pb2+浓度增加,充电时,Pb2+浓度减少,错误;b项,放电时,溶液中H+向正极即PbO2极区移动,正确;c项,根据总反应,放电时,Pb为负极,PbO2为正极,因此放电时的负极反应式为Pb-2e-Pb2+,正确;d项,由于溶液中不存在大量的OH-,所以充电时的阳极反应式为Pb2++2H2O-2e-PbO2+4H+,错误。
(4)向醋酸铅溶液中逐滴滴加氢氧化钠溶液至pH=13时,根据图中信息可知,主要是Pb(OH)3-与OH-反应生成Pb(OH)42-,其主要的离子反应方程式是Pb(OH)3-+OH-Pb(OH)42-;当pH=13时,由题图可知溶液中的Pb(OH)3-和Pb(OH)42-的物质的量分数相等,所以其平衡常数K=c[Pb(OH)42-]c[Pb(OH)3-]·c(OH-)=1c(OH-)=10.1=10。
15.乙二酸(H2C2O4)俗称草酸,在实验研究和化学工业中应用广泛。
(1)室温下,测得0.1mol·L-1H2C2O4溶液的pH=1.3,写出草酸的电离方程式: 。
(2)草酸溶液中各粒子的物质的量分数随溶液pH变化关系如下图所示:
①向草酸溶液中滴加KOH溶液至pH=2.5时发生的主要反应的离子方程式是 。
②0.1mol·L-1KHC2O4溶液中,下列粒子浓度关系正确的是 (填序号)。
a.c(K+)+c(H+)=c(HC2O4-)+c(C2O42-)+c(OH-)
b.c(K+)>c(HC2O4-)>c(C2O42-)>c(H2C2O4)
c.c(K+)=c(HC2O4-)+c(C2O42-)+c(H2C2O4)
(3)工业上利用硫酸亚铁与草酸反应制备草酸亚铁晶体,其离子方程式为:
Fe2++H2C2O4+xH2OFeC2O4·xH2O↓+2H+
①制备时需添加氨水以提高FeC2O4·xH2O的产率,从化学平衡移动原理角度解释原因: 。
②测定草酸亚铁晶体(FeC2O4·xH2O)的x值,实验如下:
称取0.5400g草酸亚铁晶体溶于一定浓度的硫酸中,用KMnO4酸性溶液滴定。到达滴定终点时,消耗0.1000mol·L-1的KMnO4酸性溶液18.00mL。
已知:滴定过程中铁、碳元素被氧化为Fe3+、CO2,锰元素被还原为Mn2+,则FeC2O4·xH2O中x= (FeC2O4的摩尔质量是144g·mol-1)。
答案 (1)H2C2O4H++HC2O4-,HC2O4-C2O42-+H+
(2)①H2C2O4+OH-HC2O4-+H2O
②bc
(3)①NH3·H2O与H+反应,降低c(H+),使Fe2++H2C2O4+xH2OFeC2O4·xH2O↓+2H+平衡向正反应方向移动,产生更多的FeC2O4·xH2O
②2
解析 (1)二元弱酸分步电离,则草酸电离方程式为H2C2O4H++HC2O4-,HC2O4-C2O42-+H+。
(2)①向草酸溶液中滴加KOH溶液至pH=2.5,由题图可以看出,随着氢氧化钾的加入,HC2O4-的浓度逐渐增大,草酸与氢氧化钾反应后生成HC2O4-和水。
②a项,根据电荷守恒:c(K+)+c(H+)=c(HC2O4-)+2c(C2O42-)+c(OH-),错误;b项,KHC2O4溶液中,HC2O4-要水解,c(K+)>c(HC2O4-),C2O42-是由HC2O4-电离后得到的,c(HC2O4-)>c(C2O42-),H2C2O4是由HC2O4-水解后得到的,HC2O4-既能够电离也能够水解,而KHC2O4溶液显酸性,说明HC2O4-的电离程度大于水解程度,则c(C2O42-)>c(H2C2O4),综上,c(K+)>c(HC2O4-)>c(C2O42-)>c(H2C2O4),正确;c项,根据物料守恒,可以得到c(K+)=c(HC2O4-)+c(C2O42-)+c(H2C2O4),正确。
(3)①应用勒夏特列原理,根据离子方程式:Fe2++H2C2O4+xH2OFeC2O4·xH2O↓+2H+,滴加NH3·H2O与H+反应,降低c(H+),使平衡向正反应方向移动,产生更多的FeC2O4·xH2O;②根据10FeC2O4·xH2O+6KMnO4+24H2SO45Fe2(SO4)3+20CO2↑+6MnSO4+3K2SO4+(10x+24)H2O可知,n(FeC2O4·xH2O)=106n(KMnO4)=106×0.1mol·L-1×0.018L=0.003mol,则M(FeC2O4·xH2O)=0.54g0.003mol=180g·mol-1,即18x+144=180,解得x=2。
模块卷二
时间:45分钟 分值:70分
一、选择题(每题2分,共22分)
1.高粱酿酒过程中的部分流程按顺序排列如下,其中能说明高粱转化过程中放出热量的是 ( )
A
B
C
D
“蒸粮”时加热
“拌曲”前摊晾
“堆酵”时升温
“馏酒”时控温
答案 C C项,发酵时温度升高,此过程中放出热量,正确。
2.短周期元素W、X、Y、Z原子序数依次增加。其中W、X、Y的最外层电子数之和为13;X与Y形成的化合物是常见的耐火材料;X与Z同主族。下列说法正确的是 ( )
A.常温常压下Z的单质为气态
B.X的氢化物为离子化合物
C.Y与Z形成的化合物溶于水可生成气体和沉淀
D.简单离子半径:X
归纳总结 元素推断题的“题眼”往往是某些物质的特殊性质或用途,常见的有:
1.Si可制作太阳能电池,SiO2是光导纤维、水晶的主要成分,且二者都是常见的原子晶体;
2.若某短周期元素原子的气态氢化物可与其最高价含氧酸反应生成盐,则该元素一定是N,且其气态氢化物为碱性气体;
3.既可以与强酸反应又可以与强碱反应的物质,常见的有Al、Al2O3、Al(OH)3;
4.HF可用来蚀刻玻璃。
3.以TiO2为催化剂的光热化学循环分解CO2反应为温室气体减排提供了一个新途径,该反应的机理及各分子化学键完全断裂时的能量变化如下图所示。
下列说法正确的是 ( )
A.过程①中钛氧键断裂会释放能量
B.该反应中,光能和热能转化为化学能
C.使用TiO2作催化剂可以降低反应的焓变,从而提高化学反应速率
D.CO2分解反应的热化学方程式为2CO2(g)2CO(g)+O2(g) ΔH=+30kJ/mol
答案 B A项,过程①中钛氧键断裂会吸收能量,错误;B项,分解CO2反应为吸热反应,该反应中光能和热能转化为化学能,正确;C项,使用TiO2作催化剂可以降低反应的活化能,从而提高化学反应速率,但不能改变焓变,错误;D项,依据已知的键能数据计算知,CO2分解反应的热化学方程式为2CO2(g)2CO(g)+O2(g) ΔH=+556kJ/mol,错误。
4.以太阳能为热源,热化学硫碘循环分解水是一种高效、环保的制氢方法,其流程图如下。
相关反应的热化学方程式如下:
反应Ⅰ:SO2(g)+I2(g)+2H2O(l)2HI(aq)+H2SO4(aq) ΔH1=-213kJ·mol-1
反应Ⅱ:H2SO4(aq)SO2(g)+H2O(l)+12O2(g)
ΔH2=+327kJ·mol-1
反应Ⅲ:2HI(aq)H2(g)+I2(g) ΔH3=+172kJ·mol-1
下列说法不正确的是 ( )
A.该过程实现了太阳能到化学能的转化
B.SO2和I2对总反应起到了催化剂的作用
C.总反应的热化学方程式为2H2O(l)2H2(g)+O2(g) ΔH=+286kJ·mol-1
D.该过程降低了水分解制氢反应的活化能,但总反应的ΔH不变
答案 C A项,由题给流程图可知,该过程实现了太阳能到化学能的转化;B项,SO2在反应Ⅰ与反应Ⅱ中循环生成与消耗,I2在反应Ⅰ与反应Ⅲ中循环生成与消耗,SO2和I2对总反应起到了催化剂的作用;C项,由盖斯定律可知,H2O(l)H2(g)+12O2(g) ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3=+286kJ·mol-1;D项,该过程相当于引入SO2和I2作催化剂,降低了水分解制氢反应的活化能,但不能改变总反应的ΔH。
5.将物质的量之比为1∶3的氮气和氢气充入恒容密闭容器中,测定不同温度、压强下平衡混合物中氨的物质的量分数,结果如图所示。下列说法不正确的是 ( )
A.p1
C.a点,N2的转化率为40%
D.合成氨工业实现了人工固氮
答案 C A项,根据氮气与氢气反应的化学方程式3H2(g)+N2(g)2NH3(g)可知,反应前后气体分子数发生改变,温度相同,压强增大,平衡正向移动,氨的物质的量分数增大,所以根据题图可知,p1
起始(mol): 1 3 0
转化(mol): x 3x 2x
平衡(mol): 1-x 3-3x 2x
则2x1-x+3-3x+2x×100%=80%,x=89,所以N2的转化率为891×100%≈88.9%,错误;D项,合成氨工业实现了人工固氮,正确。
6.环戊二烯容易发生聚合生成二聚体,该反应为:。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 ( )
A.T1>T2
B.a点的正反应速率小于b点的逆反应速率
C.a点的反应速率小于c点的反应速率
D.反应开始至b点时,双环戊二烯平均速率约为0.45mol·L-1·h-1
答案 D A项,温度越高反应速率越快,根据题图可知,在T2(虚线)下的反应速率较大,则T1
7.某温度下,将pH和体积均相同的盐酸和CH3COOH溶液分别加水稀释,其pH随加水体积的变化如图所示。下列叙述正确的是 ( )
A.曲线Ⅱ代表盐酸的稀释过程
B.溶液中水的电离程度:b点>c点
C.从b点到d点,溶液中c(CH3COO-)·c(H+)c(CH3COOH)保持不变
D.该温度下,b点KW的数值比e点大
答案 C A项,等pH的盐酸和CH3COOH溶液分别加水稀释相同的倍数,盐酸的pH变化大,观察题图知,曲线Ⅰ代表盐酸的稀释过程,错误;B项,HCl和CH3COOH都抑制水的电离,c(H+)越大对水的电离程度抑制越大,b点pH小,c(H+)大,水的电离程度小,即溶液中水的电离程度:b点
①取一定量冰醋酸,配制成100mL0.1mol/L醋酸溶液;
②取20mL①中所配溶液,加入20mL0.1mol/LNaOH溶液;
③继续滴加amL0.1mol/L稀盐酸,至溶液的pH=7。
下列说法正确的是 ( )
A.①中溶液的pH=1
B.②中反应后溶液:c(Na+)>c(CH3COO-)>c(H+)>c(OH-)
C.③中,a=20
D.③中,反应后溶液:c(Na+)=c(CH3COO-)+c(Cl-)
答案 D A项,醋酸是弱电解质,不完全电离,0.1mol/LCH3COOH溶液中c(H+)<0.1mol/L,则溶液pH>1,错误;B项,取20mL①中所配溶液,加入20mL0.1mol/LNaOH溶液,反应恰好中和生成CH3COONa,CH3COO-水解使溶液呈碱性,溶液中c(OH-)>c(H+),则有c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+),错误;C项,继续滴加amL0.1mol/L稀盐酸,至溶液的pH=7,溶液中c(H+)=c(OH-),但若a=20,反应恰好生成CH3COOH,此时溶液显酸性,pH<7,所以溶液pH=7时,a<20,错误;D项,溶液中存在电荷守恒:c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(CH3COO-)+c(Cl-),溶液的pH=7,c(H+)=c(OH-),则有c(Na+)=c(CH3COO-)+c(Cl-),正确。
9.如图是典型微生物燃料电池原理示意图。若用含硝酸盐废水替代图中氧气,可达到废水处理的目的(已知:a室中微生物降解有机物产生e-、CO2和H+)。关于该电池,下列说法不正确的是 ( )
A.H+通过质子交换膜从a室进入b室
B.a室内发生氧化反应,电极为正极
C.b室内发生的电极反应为O2+4e-+4H+2H2O
D.将硝酸盐转化为N2时,电极反应为2NO3-+10e-+12H+N2↑+6H2O
答案 B A项,根据电子移动方向判断a室为负极室,b室为正极室,H+通过质子交换膜从a室进入b室,正确;B项,有机物在a室内失去电子,发生氧化反应,失去电子的电极为负极,错误;C项,在b室内O2获得电子,发生还原反应,发生的电极反应为O2+4e-+4H+2H2O,正确;D项,将硝酸盐转化为N2时,NO3-中的N得电子变为N2,正极的电极反应为2NO3-+10e-+12H+N2↑+6H2O,正确。
10.近期科学家报告了一种直接电化学合成H2O2的方法,装置如图。下列叙述不正确的是 ( )
A.该装置的工作原理是将化学能转化成电能
B.b极发生的电极反应为O2+H2O+2e-HO2-+OH-
C.电池工作时,内部发生反应:HO2-+OH-+2H+H2O2+H2O
D.电路中每通过2mol电子,消耗氧气22.4L(标准状况)
答案 A A项,该装置的工作原理是将电能转化成化学能,错误;B项,b极为阴极,发生还原反应,因此发生的电极反应为O2+H2O+2e-HO2-+OH-,正确;C项,根据题图及b极的电极反应知,电池工作时内部发生反应:HO2-+OH-+2H+H2O2+H2O,正确;D项,根据O2+H2O+2e-HO2-+OH-可知,电路中每通过2mol电子,消耗1mol氧气,体积为22.4L(标准状况),正确。
11.利用小粒径零价铁(ZVI)的电化学腐蚀处理三氯乙烯,进行水体修复的过程如图所示,H+、O2、NO3-等共存物会影响修复效果。下列说法错误的是 ( )
A.反应①②③④均为还原反应
B.1mol三氯乙烯完全脱Cl时,转移3mol电子
C.④的电极反应式为NO3-+10H++8e-NH4++3H2O
D.修复过程中可能产生Fe(OH)3
答案 B 试题以利用小粒径零价铁(ZVI)的电化学腐蚀处理三氯乙烯进行水体修复的过程为情境,通过图像给出修复原理,考查对原电池原理及其应用的理解,涉及氧化还原反应基本概念、原电池原理及其应用等必备知识,主要考查理解能力和推理论证能力,体现宏观辨识与微观探析的学科核心素养,突出对创新性的考查要求。
A项,由修复过程示意图中反应前后元素化合价变化可知,反应①②③④均为得电子的反应,所以均为还原反应,正确;B项,三氯乙烯C2HCl3中C原子化合价为+1价,乙烯中C原子化合价为-2价,1molC2HCl3转化为1molC2H4时,得到6mol电子,错误;C项,由题图及N元素的化合价变化可得出NO3-+8e-NH4+,由于生成物中有NH4+,所以只能用H+和H2O来配平该反应,而不能用H2O和OH-来配平,所以④的电极反应式为NO3-+10H++8e-NH4++3H2O,正确;D项,ZVI失去电子有Fe2+产生,Fe2+在氧气和OH-的作用下,可能产生Fe(OH)3,正确。
二、非选择题(共18分)
12.合成氨对人类生存具有重大意义,反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH。
(1)科学家研究在催化剂表面合成氨的反应机理,反应步骤与能量的关系如图所示(吸附在催化剂表面的微粒用*标注,省略了反应过程中部分微粒)。
①NH3的电子式是 。
②写出步骤c的化学方程式: 。
③由图像可知合成氨反应的ΔH 0(填“>”“<”或“=”)。
(2)传统合成氨工艺是将N2和H2在高温、高压条件下发生反应。若向容积为1.0L的反应容器中投入5molN2、15molH2,在不同温度下分别达平衡时,混合气中NH3的质量分数随压强变化的曲线如图所示。
①温度T1、T2、T3大小关系是 。
②M点的平衡常数K= (可用分数表示)。
(3)目前科学家利用生物燃料电池原理(电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子),研究室温下合成氨并取得初步成果,示意图如下:
①导线中电子移动方向是 。
②固氮酶区域发生反应的离子方程式是 。
③相比传统工业合成氨,该方法的优点有 。
答案 (1)①H··N··H ····H
②*NNH+H2*N+NH3 ③<
(2)①T1
③条件温和、生成氨的同时释放电能(或其他合理答案)
解析 (1)②根据题图,化学方程式为*NNH+H2*N+NH3;③对比反应物与生成物的总能量发现,能量降低,故反应放热,可以判断ΔH<0。
(2)①合成氨的反应放热,升高温度,平衡向吸热的方向移动,所以在相同的压强下,温度越高,氨气的质量分数越小,故温度T1
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
开始(mol) 5 15 0
变化(mol) x 3x 2x
平衡(mol) 5-x 15-3x 2x
由题图知,M点氨气的质量分数为40%,则2x×17(5-x)×28+(15-3x)×2+2x×17×100%=40%,解得x=2,故K=c2(NH3)c(N2)c3(H2)=423×93=7.32×10-3。
(3)①根据题图,a电极上MV+→MV2+被氧化,失电子,因此a为负极,b为正极,导线中电子移动方向是a→b;②固氮酶区域发生的反应为氮气和MV+反应生成氨气和MV2+,根据氧化还原反应规律,该离子方程式为N2+6H++6MV+2NH3+6MV2+;③传统工业合成氨反应条件为高温、高压、催化剂,反应条件苛刻,该方法制取氨气条件温和、生成氨的同时释放电能。
思路分析 (2)合成氨的反应放热,升高温度,平衡向吸热的方向移动,根据题图,在相同的压强下,温度越高,氨气的质量分数越小,可以得到T1、T2、T3大小关系;根据M点氨气的质量分数,利用三段式求出M点的化学平衡常数;(3)生物燃料电池的工作原理是N2+3H22NH3,其中N2在正极区得电子发生还原反应,H2在负极区失电子发生氧化反应,原电池工作时阳离子向正极区移动,据此分析判断。
13.甲醇(CH3OH)的合成与应用具有广阔的发展前景。
Ⅰ.合成甲醇的部分工艺流程如下:
原料气 预热装置 合成反应器甲醇
(1)甲烷与水蒸气反应制备合成甲醇的原料气CO、CO2和H2。
CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=+206.2kJ·mol-1
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.0kJ·mol-1
甲烷与水蒸气反应生成CO2和H2的热化学方程式为 。
(2)在催化剂的作用下,200~300℃时,合成反应器内发生反应:
ⅰ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0
ⅱ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0
①一段时间内,记录合成反应器出、入口样品的温度,数据如下图所示。曲线 是合成反应器出口样品的温度。
②如果你是工程师,请对合成反应器中压强的控制提出建议并说明理由: 。
合成反应器中有少量的副反应,会生成二甲醚(CH3OCH3)、甲酸甲酯等。
已知沸点:甲醇为64.7℃,二甲醚为-24.9℃,甲酸甲酯为32.0℃。
③CO和H2生成二甲醚的化学方程式是 。
④从合成反应器出来的产品经分离提纯可以得到甲醇,请简述该方法: 。
Ⅱ.下图为甲醇燃料电池的示意图。
(3)①负极的电极反应式是 。
②质子交换膜材料的合成是燃料电池的核心技术。我国科研人员研发的一种质子交换膜材料的结构片段如下,它由三种单体缩聚而成。
已知:ROH+R'ClR—O—R'+HCl
单体的结构简式:、 。
答案 (1)CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) DH=+165.2kJ·mol-1
(2)①a
②适当加压。加压能使该反应速率增大、原料转化率升高,但也会增加设备和动力成本
③2CO+4H2CH3OCH3+H2O
④降温冷凝得到液态甲醇粗品再蒸馏提纯
(3)①CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+
②、(或)
解析 Ⅰ.(1)根据盖斯定律,将两个热化学方程式相加得:CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) ΔH=+165.2kJ·mol-1。
(2)①两个反应都是放热反应,合成反应器出口样品的温度更高一些,故a正确;②两个反应都是气体体积减小的反应,从平衡移动的角度来看,增大压强,能使该反应速率增大、原料转化率升高,但是压强高,意味着设备要好,这就需要加大成本的投入,因此需要适当加压;③CO和H2反应生成二甲醚的化学方程式为2CO+4H2CH3OCH3+H2O;④题中给出了三种物质的沸点,甲醇的沸点较高,且和其他物质的沸点相差较大,可以通过降温冷凝的方法得到甲醇粗品,再经过蒸馏提纯。
Ⅱ.(3)①燃料电池的构造中有质子交换膜,则说明反应中产生H+,故负极电极反应为CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+;②结合题中给出的化学方程式,可以推出另外的单体分别为、或。
14.铅具有优秀的机械加工性能,可以制备各种性能优良的合金。广泛用于电池制造、机械、船舶工业、以及放射性防护等领域。
(1)铅的主要矿藏形式是方铅矿(PbS),利用其冶炼铅的反应过程如下:
2PbS(s)+3O2(g)2PbO(s)+2SO2(g)
ΔH=akJ·mol-1
PbS(s)+2O2(g)PbSO4(s) ΔH=bkJ·mol-1
PbS(s)+2PbO(s)3Pb(s)+SO2(g)
ΔH=ckJ·mol-1
则利用方铅矿和铅矾矿(主要成分为PbSO4)冶炼铅并生产一种可能造成酸雨的气体的热化学方程式为 。
(2)铅也可以采用热还原法冶炼:PbO(s)+CO(g)Pb(s)+CO2(g) ΔH=dkJ·mol-1,已知该反应的平衡常数和温度的关系如下表:
温度/℃
300
727
1227
K
106.2
631
17.4
①d 0(填“>”“<”或“=”)。
②已知某温度下K=10,向密闭容器中加入足量的Pb和一定量的CO2,平衡时,混合气体中CO的体积分数为 。
(3)新型液流式铅蓄电池以可溶的甲基磺酸铅为电解质,电池总反应:Pb+PbO2+4H+2Pb2++2H2O,下列关于该电池的说法正确的是 。
a.充放电时,溶液中Pb2+浓度保持不变
b.放电时,溶液中H+向PbO2极区移动
c.放电时的负极反应式为Pb-2e-Pb2+
d.充电时的阳极反应式为Pb2++4OH--2e-PbO2+2H2O
(4)河流、湖泊中的铅污染日益被人们重视。已知常温下Pb元素在水中的各种存在形式的物质的量分数α和溶液pH的关系如图所示:
向醋酸铅溶液中逐滴滴加氢氧化钠溶液至pH=13时的主要离子反应方程式是 ,其平衡常数数值为 。
答案 (1)PbS(s)+PbSO4(s)2Pb(s)+2SO2(g) ΔH=2(a+c)-3b3kJ·mol-1
(2)①< ②9.09%或111
(3)bc
(4)Pb(OH)3-+OH-Pb(OH)42- 10
解析 (2)①升高温度,平衡常数减小,平衡逆向移动,逆反应是吸热反应,正反应是放热反应,因此d<0;②K=c(CO2)c(CO)=10,则混合气体中CO的体积分数V%=110+1×100%=9.09%。
(3)新型液流式铅蓄电池以可溶的甲基磺酸铅为电解质,电池总反应:Pb+PbO2+4H+2Pb2++2H2O;a项,根据总反应得出放电时,溶液中Pb2+浓度增加,充电时,Pb2+浓度减少,错误;b项,放电时,溶液中H+向正极即PbO2极区移动,正确;c项,根据总反应,放电时,Pb为负极,PbO2为正极,因此放电时的负极反应式为Pb-2e-Pb2+,正确;d项,由于溶液中不存在大量的OH-,所以充电时的阳极反应式为Pb2++2H2O-2e-PbO2+4H+,错误。
(4)向醋酸铅溶液中逐滴滴加氢氧化钠溶液至pH=13时,根据图中信息可知,主要是Pb(OH)3-与OH-反应生成Pb(OH)42-,其主要的离子反应方程式是Pb(OH)3-+OH-Pb(OH)42-;当pH=13时,由题图可知溶液中的Pb(OH)3-和Pb(OH)42-的物质的量分数相等,所以其平衡常数K=c[Pb(OH)42-]c[Pb(OH)3-]·c(OH-)=1c(OH-)=10.1=10。
15.乙二酸(H2C2O4)俗称草酸,在实验研究和化学工业中应用广泛。
(1)室温下,测得0.1mol·L-1H2C2O4溶液的pH=1.3,写出草酸的电离方程式: 。
(2)草酸溶液中各粒子的物质的量分数随溶液pH变化关系如下图所示:
①向草酸溶液中滴加KOH溶液至pH=2.5时发生的主要反应的离子方程式是 。
②0.1mol·L-1KHC2O4溶液中,下列粒子浓度关系正确的是 (填序号)。
a.c(K+)+c(H+)=c(HC2O4-)+c(C2O42-)+c(OH-)
b.c(K+)>c(HC2O4-)>c(C2O42-)>c(H2C2O4)
c.c(K+)=c(HC2O4-)+c(C2O42-)+c(H2C2O4)
(3)工业上利用硫酸亚铁与草酸反应制备草酸亚铁晶体,其离子方程式为:
Fe2++H2C2O4+xH2OFeC2O4·xH2O↓+2H+
①制备时需添加氨水以提高FeC2O4·xH2O的产率,从化学平衡移动原理角度解释原因: 。
②测定草酸亚铁晶体(FeC2O4·xH2O)的x值,实验如下:
称取0.5400g草酸亚铁晶体溶于一定浓度的硫酸中,用KMnO4酸性溶液滴定。到达滴定终点时,消耗0.1000mol·L-1的KMnO4酸性溶液18.00mL。
已知:滴定过程中铁、碳元素被氧化为Fe3+、CO2,锰元素被还原为Mn2+,则FeC2O4·xH2O中x= (FeC2O4的摩尔质量是144g·mol-1)。
答案 (1)H2C2O4H++HC2O4-,HC2O4-C2O42-+H+
(2)①H2C2O4+OH-HC2O4-+H2O
②bc
(3)①NH3·H2O与H+反应,降低c(H+),使Fe2++H2C2O4+xH2OFeC2O4·xH2O↓+2H+平衡向正反应方向移动,产生更多的FeC2O4·xH2O
②2
解析 (1)二元弱酸分步电离,则草酸电离方程式为H2C2O4H++HC2O4-,HC2O4-C2O42-+H+。
(2)①向草酸溶液中滴加KOH溶液至pH=2.5,由题图可以看出,随着氢氧化钾的加入,HC2O4-的浓度逐渐增大,草酸与氢氧化钾反应后生成HC2O4-和水。
②a项,根据电荷守恒:c(K+)+c(H+)=c(HC2O4-)+2c(C2O42-)+c(OH-),错误;b项,KHC2O4溶液中,HC2O4-要水解,c(K+)>c(HC2O4-),C2O42-是由HC2O4-电离后得到的,c(HC2O4-)>c(C2O42-),H2C2O4是由HC2O4-水解后得到的,HC2O4-既能够电离也能够水解,而KHC2O4溶液显酸性,说明HC2O4-的电离程度大于水解程度,则c(C2O42-)>c(H2C2O4),综上,c(K+)>c(HC2O4-)>c(C2O42-)>c(H2C2O4),正确;c项,根据物料守恒,可以得到c(K+)=c(HC2O4-)+c(C2O42-)+c(H2C2O4),正确。
(3)①应用勒夏特列原理,根据离子方程式:Fe2++H2C2O4+xH2OFeC2O4·xH2O↓+2H+,滴加NH3·H2O与H+反应,降低c(H+),使平衡向正反应方向移动,产生更多的FeC2O4·xH2O;②根据10FeC2O4·xH2O+6KMnO4+24H2SO45Fe2(SO4)3+20CO2↑+6MnSO4+3K2SO4+(10x+24)H2O可知,n(FeC2O4·xH2O)=106n(KMnO4)=106×0.1mol·L-1×0.018L=0.003mol,则M(FeC2O4·xH2O)=0.54g0.003mol=180g·mol-1,即18x+144=180,解得x=2。
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