破难点3　归因解释、过程评价等描述题 热练（含解析）—2024年高考化学二轮复习

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已知：①NaVO3溶于水，NH4VO3难溶于水；
②Ksp(MgSiO3)＝2.5×10-5，Ksp[Mg3(PO4)2]＝2.5×10-24。
(1) 向石煤中加纯碱，在通入空气的条件下焙烧，V2O3转化为NaVO3，该反应的化学方程式为______________________________________________________。
(2) 向水浸后的溶液中加入MgSO4生成Mg3(PO4)2、MgSiO3沉淀以除去硅、磷。除杂后的溶液中MgSO4的浓度为0.1 ml·L-1，此时溶液中 eq \f(c（PO eq \\al(3-,4)）,c（SiO eq \\al(2-,3)）)＝________。
磷、硅去除率随温度变化的曲线如图甲所示，随着温度升高除磷率下降而除硅率升高，可能的原因是_________________________________________________
______________________________________________________________________。
eq \(\s\up7(),\s\d5(甲))
(3) “沉钒”时加入NH4Cl析出NH4VO3。沉钒温度需控制在50 ℃左右，温度不能过高的原因为__________________________________________________。
(4) CH4是一种清洁、高效、具有优良环保性能的燃料，有良好的应用前景。CuO/Cu2O也可作为甲烷燃烧的载氧体。往盛有CuO/Cu2O载氧体的刚性密闭容器中充入空气(O2的物质的量分数约为21%)，发生反应。平衡时O2的物质的量分数随反应温度t变化的曲线如图乙所示。O2的物质的量分数随温度升高而增大的原因是_____________________________________________________________。
反应温度必须控制在1 030 ℃以下，原因是____________________________
_____________________________________________________________________。
eq \(\s\up7(),\s\d5(乙))
2 (2023苏北四市期末)锶的化合物应用广泛，SrSO4可用于陶瓷工业，SrF2可作防蛀牙膏的添加剂。
(1) 以天青石精矿(主要含SrSO4)为原料制备高纯SrSO4的部分工艺流程如下：
①“转化”中用NH4HCO3和过量氨水的混合溶液浸取天青石精矿，可制得SrCO3沉淀。写出该过程的离子方程式：____________________________________
______________________________________________________________________。
②“转化”中维持反应温度70 ℃且控制氨水过量，氨水过量的主要原因是____________________________________________________________________________________________________________________________________________。
③该工艺流程中，可循环利用物质是_______________________(填化学式) 。
(2) 工业上还可用碳还原法制备高纯硫酸锶。将天青石精矿和煤粉按照一定质量比在回转窑中煅烧，生成SrS，再处理得高纯SrSO4。
①煅烧温度对SrSO4转化率的影响如图甲所示，最佳煅烧温度为______________。
②天青石精矿和煤粉质量比对SrSO4转化率的影响如图乙所示。天青石精矿和煤粉质量比增大至5.5∶1后，SrSO4转化率下降的可能原因是_______________
______________________________________________________________________。
3 (2023南通如皋期初)某电镀废水中含有氰化物、铬(Ⅵ)等污染物，需要经过处理后才能排放。
(1) 废水中铬(Ⅵ)主要以Cr2O eq \\al(2-,7)和CrO eq \\al(2-,4)形式存在，处理的方法是将铬(Ⅵ)还原为Cr3+，再转化为Cr(OH)3沉淀。常温下，Cr2O eq \\al(2-,7)与CrO eq \\al(2-,4)在溶液中存在如下平衡：Cr2O eq \\al(2-,7)＋H2O⥫⥬2CrO eq \\al(2-,4)＋2H＋，该反应的平衡常数K＝1×10-14。
①若废水中Cr (Ⅵ)的总的物质的量浓度c[Cr(Ⅵ)]总＝2c(Cr2O eq \\al(2-,7))＋c(CrO eq \\al(2-,4))＝0.201 ml·L-1，要将废水中c(Cr2O eq \\al(2-,7))∶c(CrO eq \\al(2-,4))调节为100∶1，则需调节溶液的pH＝________(忽略调节pH时溶液体积的变化)。
②一种还原酸性废水中Cr (Ⅵ)的方法是向其中加入NaHSO3，写出Cr2O eq \\al(2-,7)所发生反应的离子方程式：_________________________________________________。
③一种还原酸性废水中Cr (Ⅵ)的方法是加入铁屑。实验发现，在不改变铁屑总量的情况下，加入一定的烟道灰(一种细小的炭粒)，铬(Ⅵ)还原速率增大。加入烟道灰后铬(Ⅵ)还原速率增大的原因是________________________________。
(2) Fentn法去除氰化物的过程为H2O2在少量Fe2+催化作用下生成具有强氧化性的·OH(羟基自由基)，·OH将氰化物氧化为无毒物质。Fe2+催化H2O2生成·OH的过程及·OH氧化氰化物的过程中会发生如下反应：
Fe2+＋H2O2===Fe3+＋·OH＋OH－
Fe3+＋H2O2===Fe2+＋·O2H＋H＋
Fe3+＋·O2H===Fe2+＋O2↑＋H＋
CN－＋5·OH＋H＋===CO2↑＋ eq \f(1,2)N2↑＋3H2O
实验发现，反应相同时间，氰化物的去除率与溶液pH的关系如图所示。当pH＝2～4时，氰化物的去除率随pH的增大而减小的原因是___________________
______________________________________________________________________。
4 (2023南通如皋适应性考试一)研究去除水体中的NO eq \\al(－,3)污染是环境保护的重要课题。
(1) 一种活性炭载纳米铁粉吸附剂去除废水中NO eq \\al(－,3)的可能反应机理如图甲所示。图中“*”表示微粒处于吸附状态。
①相同条件下，将活性炭载纳米铁粉和纳米铁粉分别加入含NO eq \\al(－,3)废水中，反应相同时间，采用活性炭载纳米铁粉去除NO eq \\al(－,3)的效率更高，原因是_____________
_______________________________________________________。
②实验测得反应相同时间，初始pH对NO eq \\al(－,3)的去除率影响如图乙所示。pH＜4.0时，pH越小，NO eq \\al(－,3)去除率越低的原因是______________________________
______________________________________________________________________。
③图甲所示反应机理可描述为________________________________________
______________________________________________________________________。
(2) 以石墨为阳极、铁为阴极电解含NO eq \\al(－,3)废水可用于去除NO eq \\al(－,3)。电解时各种含氮微粒的浓度、溶液的pH与时间的关系如图丙所示。
①0～1 min时，阴极发生的主要电极反应方程式为______________________
__________________________________________________。
②若向废水中加入一定量的NaCl，则电解后废水中的 NO eq \\al(－,3)几乎完全转化为N2，原因是____________________________________________________________
______________________________________________________________________。
5 (2023南京、盐城二模)苯乙烯是合成橡胶和塑料的重要原料，可由乙苯为原料制得。
利用“乙苯脱氢反应”可制备苯乙烯。
C6H5C2H5(g)⥫⥬C6H5CH===CH2(g)＋H2(g)
ΔH＝a kJ·ml-1
保持气体总压不变，原料气按以下A、B、C三种投料方式进行：
A. 乙苯
B. n(乙苯)∶n(N2)＝1∶10
C. n(乙苯)∶n(CO2)＝1∶10
三种投料分别达到平衡时，乙苯转化为苯乙烯的转化率 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f( n(C6H5CH===CH2),n总(C6H5C2H5))×100%))与温度的关系如图所示。
(1) a________(填“>”“<”或“不能确定”)0。
(2) 相同温度下，投料方式B乙苯的平衡转化率比投料方式A的高，其原因是____________________________________________________________________
______________________________________________________________________。
(3) 相同温度下，投料方式C乙苯的平衡转化率比投料方式B的高，其可能原因是________________________________________________________________
______________________________________________________________________。
(4) 工业上利用“乙苯脱氢反应”生产苯乙烯时，会产生少量积碳。使用相同条件下的水蒸气代替N2，可较长时间内保持催化剂的催化活性，其原因是_____
______________________________________________________________________。
6 (2023江苏名校调研)锰酸锂离子蓄电池是第二代锂离子动力电池，性能优良。工业上用某软锰矿(主要成分为MnO2，还含有少量铁、铝及硅的氧化物)为原料制备锰酸锂(LiMn2O4)的流程如图所示。
(1) 滤渣Ⅱ的主要成分是__________________，“精制”中加入H2O2的量比理论值大得多，其主要原因是_____________________________________________
______________________________________________________________________。
(2) “沉锰”过程得到的是Mn(OH)2和Mn2(OH)2SO4滤饼，二者均可被氧化为MnO2，若“控温氧化”时溶液的pH随时间的变化如图所示，其中pH下降的原因是______________________________________________________________
______________________________________________________________________。
(3) “锂化”是将MnO2和Li2CO3按4∶1的物质的量比配料，球磨3～5 h，然后升温至600～750 ℃，保温24 h，自然冷却至室温得产品。所得混合气体的成分是________________。
破难点3 归因解释、过程评价等描述题
1. (1) V2O3＋Na2CO3＋O2 eq \(=====,\s\up7(焙烧))2NaVO3＋CO2
(2) 2×10-7 随着温度升高PO eq \\al(3-,4)水解程度增大，Mg3(PO4)2的沉淀溶解平衡向右移动，所以PO eq \\al(3-,4)去除率下降，温度升高时SiO eq \\al(2-,3)水解程度增大，但水解生成不溶于水的硅酸，所以SiO eq \\al(2-,3)的去除率增大(其他答案合理也可) (3) 温度过高，NH4Cl分解，不利于NH4VO3析出 (4) O2和Cu2O反应生成CuO为放热反应，温度升高，平衡常数减小，平衡左移 温度高于1 030 ℃时，O2的物质的量分数大于21%，载氧体无法载氧(或温度高于1 030 ℃时，CuO/Cu2O受热分解，导致催化剂失去活性，无法载氧)
2. (1) ①SrSO4＋HCO eq \\al(－,3)＋NH3·H2O===SrCO3＋H2O＋NH eq \\al(＋,4)＋SO eq \\al(2-,4) ②控制氨水过量可使溶液中HCO eq \\al(－,3)更多地转化为CO eq \\al(2-,3)，从而提高SrSO4转化为SrCO3的转化率 ③NH3、CO2
(2) ①1 200 ℃ ②若煤粉量过少，还原剂不足，SrSO4不能被完全还原成SrS或煤粉量过少，还原剂不足，回转窑中氧气能将部分SrS氧化为SrSO4，使硫酸锶转化率下降
解析：溶解度大的物质能转化为溶解度小的物质，所以将天青石矿粉和NH4HCO3溶液、一水合氨充分混合反应，过滤后得到粗SrCO3。粗SrCO3焙烧分解转化成SrO和CO2，与水反应生成易溶于水的Sr(OH)2，难溶的杂质进入浸渣中，浸液中含有Sr(OH)2，此时加入(NH4)2SO4溶液，生成沉淀SrSO4。(1) ①溶解度大的物质能转化为溶解度小的物质，离子方程式见答案。②氨水过量会中和较多的HCO eq \\al(－,3)，CO eq \\al(2-,3)与Sr2+结合生成SrCO3，所以氨水过量的主要原因是能提供更多的CO eq \\al(2-,3)，使反应向生成SrCO3的方向进行。(2) ①随着温度的升高SrSO4的转化率在升高，当达到1 200 ℃后，再升高温度转化率没有明显的变化，所以选择1 200 ℃。②SrSO4转化率下降的可能原因：煤粉不足，不能使SrSO4充分反应。
3. (1) ①4.5 ②Cr2O eq \\al(2-,7)＋3HSO eq \\al(－,3)＋5H＋===2Cr3+＋3SO eq \\al(2-,4)＋4H2O ③形成原电池，且铁作负极，增大反应速率 (2) 四个反应以第一个反应为主，有了第一个反应，才会有后续的反应，pH增大，阻碍了第一个反应发生，减少了·OH，减少了CN－的氧化(其他合理答案也可)
解析：(1) ①若废水中Cr(Ⅵ)的总物质的量浓度c[Cr(Ⅵ)]总＝2c(Cr2O eq \\al(2-,7))＋c(CrO eq \\al(2-,4))＝0.201 ml·L-1，要将废水中c(Cr2O eq \\al(2-,7))∶c(CrO eq \\al(2-,4))调节为100∶1，设CrO eq \\al(2-,4)的浓度为x，则Cr2O eq \\al(2-,7)的浓度为100x，由Cr原子守恒，得2×100x＋x＝0.201，x＝0.001 ml·L-1，则c(Cr2O eq \\al(2-,7))＝0.1 ml·L-1，c(CrO eq \\al(2-,4))＝0.001 ml·L-1，K＝ eq \f(c2（CrO eq \\al(2-,4)）·c2(H＋),c（Cr2O eq \\al(2-,7)）)＝ eq \f(0.0012·c2(H＋),0.1)＝1×10-14，c(H＋)＝1×10-4.5 ml·L-1，需调节溶液的pH＝4.5。②在酸性溶液中，NaHSO3与Cr2O eq \\al(2-,7)发生反应的离子方程式为Cr2O eq \\al(2-,7)＋3HSO eq \\al(－,3)＋5H＋===2Cr3+＋3SO eq \\al(2-,4)＋4H2O。③还原酸性废水中Cr(Ⅵ)的方法是加入铁屑、一定的烟道灰(一种细小的炭粒)，Fe、C、含Cr(Ⅵ)酸性废水形成原电池，增大Cr(Ⅵ)的还原速率。
4. (1) ①活性炭具有吸附性，能吸附NO eq \\al(－,3)；活性炭载纳米铁粉能形成铁碳原电池，增大反应速率
②pH低于4.0，纳米铁粉易与H＋反应放出氢气，被还原的NO eq \\al(－,3)数目减少 ③Fe失去电子转化为Fe2+，Fe2+失去电子转化为Fe3+或FeOOH，吸附于活性炭表面的NO eq \\al(－,3)得到电子转化为NH eq \\al(＋,4)进入溶液(或离开活性炭表面) (2) ①NO eq \\al(－,3)＋6H2O＋8e－===NH3＋9OH－ ②电解时阳极产生Cl2，Cl2将溶液中的NH3氧化为N2
解析：(1) ①活性炭有吸附性，能吸附大量的NO eq \\al(－,3)，且活性炭载纳米铁粉在电解质溶液中能形成原电池，增大反应速率，提高去除NO eq \\al(－,3)的效率。②pH越小，H＋浓度越大，副反应生成H2，NO eq \\al(－,3)的去除率会降低。③描述反应机理时需同时指出微粒的变化与电子转移。(2) ①根据图示可知，0～1 min时c(NO eq \\al(－,3))减小，主要增多的微粒为NH3。②向废水中加入NaCl，Cl－在阳极反应生成Cl2，Cl2可将NH3氧化为N2。
5. (1) > (2) 加入一定量N2使“乙苯脱氢反应”的Qc＜Kc(或Qp＜Kp)，反应平衡时正向进行程度更大 (3) CO2与C6H5C2H5反应生成C6H5CH===CH2；CO2与H2反应[H2(g)＋CO2(g)===CO(g)＋H2O(g)]使H2浓度减小，“乙苯脱氢反应”平衡时正向进行程度更大 (4) 水蒸气与积碳发生反应H2O(g)＋C(s)===CO(g)＋H2(g)，可消除催化剂表面的积碳
6. (1) Fe(OH)3、Al(OH)3 因Fe3+和Mn2+能催化H2O2分解，原料利用率不高 (2) Mn2(OH)2SO4被O2氧化时生成H2SO4，溶液pH减小 (3) CO2、O2
解析：向软锰矿(主要成分为MnO2，还含有少量铁、铝及硅的氧化物)加入硫酸亚铁和硫酸浸取，过滤得到含Mn2+、Fe2+、Fe3+、Al3+等的滤液，其中二氧化硅与硫酸不反应，滤渣Ⅰ为SiO2；加入双氧水将Fe2+氧化为Fe3+，再加MnO调节pH促进Fe3+、Al3+水解生成Fe(OH)3、Al(OH)3，过滤后滤渣Ⅱ为Fe(OH)3、Al(OH)3，向滤液中加入氨水沉锰的反应可能为Mn2+＋2NH3·H2O===Mn(OH)2↓＋2NH eq \\al(＋,4)，过滤后经氧化、锂化得到LiMn2O4。(1) 加入双氧水将Fe2+氧化为Fe3+，再加MnO调pH促进Fe3+、Al3+水解生成Fe(OH)3、Al(OH)3，过滤后滤渣Ⅱ为Fe(OH)3、Al(OH)3；因Fe3+和Mn2+能催化H2O2分解，原料利用率不高，所以“精制”中加入H2O2的量比理论值大得多。(2) 根据题意，“沉锰”时得到的Mn(OH)2和Mn2(OH)2SO4均能被氧化，其中Mn2(OH)2SO4与O2反应的化学方程式为Mn2(OH)2SO4＋O2 eq \(=====,\s\up7(控温))2MnO2＋H2SO4，溶液中c(H＋)增大，pH减小。(3) “锂化”是将MnO2和Li2CO3按4∶1的物质的量比配料，球磨3～5 h，然后升温至600～750 ℃，保温24 h，其反应为8MnO2＋2Li2CO3 eq \(=====,\s\up9(600～750℃),\s\d6(24 h))4LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑，所以混合气体为CO2、O2。