2021届高考化学 考前5天 原理综合题 课件（共37张ppt）

2021
高考倒计时●化学
原理综合题
01
命 题 回 顾
02
答 题 要 领
目录
03
自 我 检 测
化学反应原理综合题通常以元素化合物知识为载体,以工业生产为背景,综合考查化学反应速率、化学平衡及其影响因素、化学反应中的能量转化、盖斯定律及其应用、热化学方程式的书写、原电池和电解池原理及其电极反应式的书写、水溶液中的离子平衡等知识,有时还融合氧化还原反应、离子反应知识进行考查,涉及的知识点较多,但各个小题又相对独立。
一、原理综合题中有关热化学问题的必备知识
1.热化学方程式书写的五个注意
(1)注意ΔH的符号和单位:ΔH的单位为kJ·mol-1或kJ/mol。
(2)注意热化学方程式中的化学计量数:可以是整数,也可以是分数。
(3)注意物质的聚集状态:气体用“g”,液体用“l”,固体用“s”,溶液用“aq”。
(4)注意ΔH 的数值:化学计量数必须与ΔH 相对应。
逆反应的反应热与正反应的反应热数值相等,但符号相反。
(5)注意燃烧热和中和热
2.反应热计算的常用方法
(1)根据键能计算反应热:ΔH=E(反应物的键能之和)-E(生成物的键能之和)。
(2)根据热化学方程式计算反应热:焓变与反应物的物质的量成正比。
(3)根据盖斯定律计算反应热:若一个热化学方程式可由另外几个热化学方程式相加减 得到,则该反应的焓变可通过这几个化学反应焓变的加减得到。
(4)根据反应物和产物的相对能量计算,反应热等于产物总能量减去反应物总能量。
(5)根据活化能计算反应热。反应热等于正反应活化能减去逆反应活化能。
二、原理综合题中有关速率与平衡问题的必备知识
1.化学平衡状态的判断方法——抓住两个字,即“等”和“定”。
(1)速率的判据用“等”判断——正、逆反应速率相等(同种物质)或成比例(不同物质)。
(2)其他物理量(如物质的浓度、气体压强、百分含量、颜色、平均摩尔质量等)的判据用“定”判断——“变量”不变即平衡:选定反应中的某一个“变量”,即随反应进行而变化的量,当“变量”不再变化时,反应已达到平衡状态。
(2)化学方程式变化时化学平衡常数的计算
①化学方程式中各计量数扩大一倍,则平衡常数为原来的平方。例如,N2O4 2NO2的平衡常数为K1,????????N2O4 NO2的平衡常数为K2,则K1=????????????。
②正反应的平衡常数与逆反应的平衡常数互为倒数。
?
③几个可逆反应的化学方程式相加,得总反应化学方程式,则总反应的平衡常数等于分步反应平衡常数之积。
注意:对于A(s) B(g)+C(g)、A(s) B(s)+C(g)等特殊反应,气体的体积分数、气体的相对分子质量不能作为反应是否达到平衡状态的判断依据。
三、原理综合题中有关电化学问题的必备知识
1.原电池电极反应式的书写技巧和步骤
电极反应式属于以离子反应表示的氧化还原半反应,要遵循离子方程式拆分物质的规则。
(1)先写出电极反应式的主要框架(待配平)
①酸性电解质,主要安排H+的位置:
负极:还原剂-xe-+　　　　 → 氧化产物+H+;?
正极:氧化剂+xe-+H+→ 还原产物+　　　　。?
②非酸性电解质(包括碱溶液、熔融盐及氧化物),主要安排阴离子的位置:
负极:还原剂-xe-+阴离子→ 氧化产物+　　　　;?
正极:氧化剂+xe-+　　　　→ 阴离子+还原产物。?
(2)依据化合价变化分别计算氧化剂、还原剂与电子得失的比例。
(3)根据电荷守恒、原子守恒配平反应式。
3.电化学计算的基本方法和技巧
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。通常有下列
三种方法:
(1)根据电子守恒计算
用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算,其依据是电路中转移的电子数相等。
(2)根据总反应式计算
先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列出比例式计算。
(3)根据关系式计算
根据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁,构建计算所需的关系式。
?????????~????????????????(????????????、????????)~????????阳极产物~????????????~????????????~????????????~????????????阴极产物
?
(式中M为金属,n为其离子所带电荷数值)
该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值,熟记电极反应式,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。
如以通过4 mol e-为桥梁可构建如下关系式:
题型一
热化学、速率与平衡综合题
　【概述】该类题是化学反应原理中热化学、速率与平衡问题的综合题,涉及的知识面在原理综合题中算比较小的,题中所给出的图像信息是考查重点,主要考查考生把握图像信息和处理相关问题的能力。
【典例1】硫单质及其化合物在工农业生产中有着重要的应用,请回答下列问题:
(1)一种煤炭脱硫技术可以把硫元素以 CaSO4 的形式固定下来,但产生的 CO 又会与 CaSO4 发生化学反应,相关反应的热化学方程式如下:
①CaSO4(s)+CO(g) CaO(s)+SO2(g)+CO2(g)　ΔH=+210.5 kJ·mol-1
②????????CaSO4(s)+CO(g) ????????CaS(s)+CO2(g)　ΔH=-47.3 kJ·mol-1
反应CaO(s)+3CO(g)+SO2(g) CaS(s)+3CO2(g)的ΔH=　　　　kJ·mol-1。?
?
-399.7
答案
解析
(2)如图为密闭容器中 H2S 气体分解产生 H2 和 S2(g)的平衡转化率与温度、压强的关系。
图中压强 p1、 p2、 p3 的大小顺序为　　　 ,理由
是　　　　　　　　　　　　　　　　　 ;该反应平衡常数的大小关系为K(T1)　　　　(填“>”“=”或“<”)K(T2),理由
是　　　　　　　 　　　　　　　　　 　　。?
p1答案
解析
2H2S(g) 2H2(g)+S2(g)的正反应是气体体积增大的反应,增大压强,平衡逆向移动
<
2H2S(g) 2H2(g)+S2(g)的正反应是吸热反应,升高温度,平衡正向移动,平衡常数增大
(3)在一定条件下,二氧化硫和氧气发生反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH<0。
①600 ℃时,在一密闭容器中,将二氧化硫和氧气混合,反应过程中SO2、O2、SO3的物质的量变化如图所示,反应处于平衡状态的时间段为　　　　 　　 　　 　　　　。?
15~20 min和25~30 min
答案
解析
②据图判断,反应进行至20 min时,曲线发生变化的原因
是　　　　　　　　　　　　　　　　　(用文字表达);10~15 min曲线变化的原因可能是　　　　(填字母)。?
A.加了催化剂 B.缩小容器体积
C.降低温度 D.增加SO2的物质的量
增大氧气的浓度
AB
【解析】(1)由盖斯定律知,将②×4-①即可得到目标热化学方程式,由此可求出反应热。(2)H2S 气体分解产生 H2 和S2(g)的化学方程式为 2H2S(g) 2H2(g)+S2(g),反应后气体体积增大,同温度下,增大压强,平衡逆向移动,H2S的转化率减小,则p1【解题指导】速率与平衡图像的解题指导
(1)解题步骤
(2)解题技巧
①先拐先平数值大——在含量(转化率)-时间曲线中,先出现拐点的先达到平衡,说明该曲线反应速率快,表示温度较高、有催化剂、压强较大等。
②定一议二——当图像中有三个量时,先确定一个量不变,再讨论另外两个量的关系,有时还需要作辅助线。
③三步分析法:
一看反应速率是增大还是减小;
二看v正、v逆的相对大小;
三看化学平衡移动的方向。
题型二
热化学、速率与平衡、电化学、电解质溶液综合题
【概述】该类题的综合性最强,涉及的知识面广,知识间的融合性最大,考查考生的能力也是最全面的。具体考查点主要有盖斯定律的应用,速率、平衡常数或转化率的计算,电极反应式的书写或计算,微粒浓度大小的比较等。
【典例2】研究和深度开发二氧化碳的应用对发展低碳经济,构建生态文明社会具有重要的意义。
CO2与H2在一定条件下反应可合成乙烯:
2CO2(g)+6H2(g) CH2 CH2(g)+4H2O(g)　 ΔH1
已知:2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)　ΔH2=-480 kJ·mol-1
CH2 CH2(g)+3O2(g) 2CO2(g)+2H2O(g)　ΔH3=-1400 kJ·mol-1
(1)ΔH1=　　　 　。?

答案
解析
-40 kJ·mol-1
(2)科学家用氮化镓与铜组装成如图1所示的人工光合系统,利用该装置成功地以CO2和H2O为原料合成了CH4。铜电极表面的电极反应式为
　　　　　　　　 　　　　;为提高该人工光合系统的工作效率,可向装置中加入少量　　 　(填“盐酸”或“硫酸”)。?
答案
解析
硫酸
CO2+8e-+8H+ CH4+2H2O
(3)CO2和H2充入一定体积的恒容密闭容器中,在两种温度下发生反应CO2(g)+
3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),测得CH3OH的物质的量随时间的变化如图2所示。
该反应的ΔH　　　　(填“>”或“<”)0,曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ
　　　　(填“>”“=”或“<”)KⅡ。?
(4)可用K2CO3溶液吸收化学反应中生成的CO2,常温下pH=10的K2CO3溶液中由水电离的c(OH-)=　　 　　。常温下,0.1 mol·L-1 KHCO3溶液的pH>8,则溶液中c(H2CO3)　　　　(填“>”“=”或“<”)c(C?????????????)。?
?
解析
答案
>
<
1×10-4 mol·L-1
>
【解析】(1)根据盖斯定律知,ΔH1=3ΔH2-ΔH3=(-480×3+1400) kJ·mol-1=-40 kJ·mol-1。
(2)在铜电极表面,CO2得电子发生还原反应生成CH4:CO2+8e-+8H+ CH4+2H2O。盐酸中的Cl-易被氧化,应加入硫酸。
(3)由图2可看出,曲线Ⅱ对应的反应先达到平衡,相应的温度高。升高温度时,n(CH3OH)减小,说明平衡逆向移动,正反应是放热反应,ΔH<0。降低温度,平衡正向移动,平衡常数KⅠ>KⅡ。
(4)常温下pH=10的K2CO3溶液中,c(H+)=1×10-10 mol·L-1,c(OH-)=1×10-4 mol·L-1,强碱弱酸盐溶液中的OH-是由水电离产生的。KHCO3溶液呈碱性,说明HC?????????的水解程度大于其电离程度,故c(H2CO3)>c(C?????????????)。
?
【解题指导】解答化学基本理论综合题的一般步骤
步骤1:浏览全题,明确已知信息和所求问题,挖掘解题切入点。
步骤2:(1)对于利用盖斯定律书写热化学方程式或求ΔH类试题要做到:①明确待求热化学方程式中的反应物和生成物;②处理已知热化学方程式中的化学计量数和焓变;③叠加处理热化学方程式确定答案。
(2)对于化学反应速率和化学平衡图像类试题:明确纵、横坐标的含义→理解起点、终点、拐点的意义→分析曲线的变化趋势。
(3)对于图表数据类试题:分析数据→研究数据间的内在联系→找出数据的变化规律→挖掘数据的隐含意义。
(4)对于电化学类试题:判断是原电池还是电解池→分析电极类别,书写电极反应式→按电极反应式进行相关计算。
(5)对于电解质溶液类试题:明确溶液中的物质类型及其可能存在的平衡类型,然后进行解答。
步骤3:针对题目中所设计的问题,联系相关理论逐个进行作答。
注意:如果温度超过某温度,反应速率(如浸出率,转化率等)急剧减小,要从催化剂活性、选择性等角度找原因。
1.工业上可以天然气为原料制备甲醇,也可由水煤气合成甲醇。
(1)已知:①2CH4(g)+O2 (g)2CO(g)+4H2(g)　ΔH1=a kJ·mol-1
②CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)　ΔH2=b kJ·mol-1
试写出由CH4和O2制取甲醇的热化学方程
式:? 　。?
解析
答案
2CH4(g)+O2(g) 2CH3OH(g) ΔH=(a+2b) kJ·mol-1
(2)通过下列反应制备甲醇:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。图甲是反应时CO(g)和CH3OH(g)的浓度随时间t的变化情况。从反应开始到平衡,用CO表示平均反应速率v(CO)=　　 　　,该反应的平衡常数表达式为
K=　　　　　　　　　　。?
解析
答案
????(????????????????????)????(????????)·????????(????????)
?
0.075 mol·L-1·min-1
(3)在一容积可变的密闭容器中充入10 mol CO和20 mol H2,CO的平衡转化率随温度(T)、压强(p)的变化如图乙所示。
①下列说法不能判断该反应达到化学平衡状态的是　　　　(填字母)。?
A.H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍
B.H2的体积分数不再改变
C.体系中H2的转化率和CO的转化率相等
D.体系中气体的平均摩尔质量不再改变
②比较压强大小:p1　　　　 (填“>”“<”或“=”)p2。?
③若达到化学平衡状态A,容器的体积为20 L。如果反应开始时仍充入
10 mol CO和20 mol H2,则在平衡状态B时容器的体积V(B)=　　　　L。?
解析
答案
AC
<
4
【解析】(1)根据盖斯定律可知,①+②×2得2CH4(g)+O2(g) 2CH3OH(g)　ΔH=(a+2b) kJ·mol-1。
(2)v(CO)=v(CH3OH)=????.????????????????????·?????????????????????????????=0.075 mol·L-1·min-1。
(3)①氢气的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍,不能说明正、逆反应速率相等,反应不一定达到平衡状态,A项错误;氢气的体积分数不再改变是化学平衡的特征,反应达到了平衡状态,B项正确;体系中H2的转化率和CO的转化率相等,不能说明正、逆反应速率相等,反应不一定达到平衡状态,C项错误;体系中气体的平均摩尔质量等于气体质量和物质的量的比值,气体的物质的量会随着反应的进行发生变化,质量恒定不变,所以若体系中气体的平均摩尔质量不再改变,证明反应达到了平衡状态,D项正确。
?
②正反应方向为气体体积减小的方向,故增大压强,CO的平衡转化率增大,则p2>p1。
③根据A点可得平衡常数K=????.????????????.????????×????.????????=4,温度不变,平衡常数不变。A、B两状态温度相同,即化学平衡常数相等,且B点时CO的转化率为0.8,设在平衡状态B时容器的体积为V L,则:
?
　　　　　　 CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)
起始(mol):　 10　 20 　　0
转化(mol):　 8　 16　 　　8
平衡(mol):　 2　 4　 　　8
K=????????????????·????????????=4,解得V=4,即V(B)=4 L。
?
2.CH3OH是一种清洁燃料和化工原料。工业上有多种方法制备甲醇。
方法1:利用CO2和H2制备CH3OH。化学原理为CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+
H2O(g)　ΔH。
(1)已知在101 kPa和一定温度下,由最稳定单质生成1 mol纯物质的热效应,称为该物质的标准生成热(ΔfH)。相关物质的标准生成热数据如表所示:
?
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}物质
CO2(g)
CH3OH(g)
H2O(g)
ΔfH/kJ·mol-1
-393.5
-200.7
-241.8
方法1中反应的ΔH=　　　 　kJ·mol-1。?
解析
答案
-49
C
答案
解析
(2)在三个体积相同的恒容密闭容器中充入CO2和H2发生上述反应,有关数据如下:
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}容器
温度
起始反应物的物质的量/mol
平衡时产物的物质
的量/mol
CO2(g)
H2(g)
CH3OH(g)
H2O(g)
CH3OH(g)
Ⅰ
T1
1
3
0
0
0.50
Ⅱ
T2
1
3
0
0
0.75
Ⅲ
T1
2
6
0
0
a
①T1　　　　T2。(填“>”“<”或“=”)?
②a　　　　1.0。(填“>”“<”或“=”)?
>
>
(3)运用速率和平衡的理论分析工业合成甲醇时加压的原
因:? 　。
(4)有人提出催化合成甲醇的机理如下:
①H2(g)+S 2H(ad) ; ②CO(g)+S CO(ad);
③CO(ad)+H(ad) CHO(ad) ; ④CHO(ad)+H(ad) CH2O(ad);
⑤　　　　　　　　　 　　(填相应方程式);?
⑥CH3O(ad)+H(ad) CH3OH(ad);⑦CH3OH(ad) S+CH3OH(g)。
其中,转化⑥的ΔH　　　　0。(填“大于”“小于”或“等于”)?
(ad表示吸附态,S表示催化剂表面活性中心)
加压,缩小体积,反应物浓度增大,反应速率加快;正反应是气体分子数减小的反应,加压,平衡向右移动,CO的平衡转化率增大
答案
解析
CH2O(ad)+H(ad) CH3O(ad)
小于
(5)在两个不同压强的恒压密闭容器中都充入n(CO)∶n(H2)=1∶3的混合气体,发生反应CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)　ΔH。CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。
①ΔH　　　　0。(填“>”“<”或“=”)?
②Kp是用各组分的平衡分压代替平衡浓度计算的常数,
则M点的Kp=　　 　　(不要求带单位,保留1位小数)。?
<
答案
解析
8.2×10-4
【解析】(1)根据生成热的定义,写出热化学方程式如下:
①C(s)+O2(g) CO2(g)　ΔH1=-393.5 kJ·mol-1
②C(s)+2H2(g)+????????O2(g) CH3OH(g) 　ΔH2=-200.7 kJ·mol-1
③H2(g)+????????O2(g) H2O(g) 　ΔH3=-241.8 kJ·mol-1
根据盖斯定律,②+③-①得:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=(393.5-200.7-241.8) kJ·mol-1=-49 kJ·mol-1。
(2)①观察Ⅰ、Ⅱ容器平衡时CH3OH的物质的量可知,T1到T2,平衡正向移动,而上述可逆反应是放热反应,故T1>T2。②比较Ⅰ、Ⅲ容器,温度相同,起始投料的物质的量加倍,若平衡不移动,Ⅲ容器可以看成是2个容器Ⅰ加合(体积不变),则a=1.0。实际上,加合相当于加压,平衡正向移动,则a>1.0。
?
(3)从反应速率角度分析,加压,缩小体积,反应物浓度增大,反应速率加快;从平衡原理角度分析,正反应是气体分子数减小的反应,加压,平衡向右移动,CO的平衡转化率增大。
(4)分析机理:①断裂氢氢键和吸附氢原子;②吸附CO;③形成碳氢键;④形成碳氢键;⑥CH3O(ad)形成氢氧键。由此推知,⑤过程是形成碳氢键:CH2O(ad)+H(ad) CH3O(ad)。⑥过程是形成化学键,是放热过程,ΔH小于0。
(5)①从图像看出,升高温度,CO的平衡转化率降低,说明正反应是放热反应。
②由题意可得:
CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)
起始(mol): 1 3 0
转化(mol): 0.8 1.6 0.8
平衡(mol): 0.2 1.4 0.8
物质的量分数: ???????????? ???????????? ????????????
各组分分压: 10 kPa 70 kPa 40 kPa
Kp=????(????????????????????)????(????????)·????????(????????)=????????????????×????????????=8.2×10-4。
?
延时符
谢
谢
观
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