微题型十九化学反应原理综合题[题型专练]1．水合肼(N2H4·H2O)是一种无色易溶于水的油状液体，具有碱性和极强的还原性，在工业生产中应用非常广泛。(1)目前正在研发的高能量密度燃料电池车是以水合肼燃料电池作为动力来源，电池结构如图所示。①起始时正极区与负极区NaOH溶液浓度相同，工作一段时间后，NaOH浓度较大的是________极区(填“正”或“负”)。②该电池负极的电极反应式为_________________________________________________。(2)已知水合肼是二元弱碱(25℃，K1＝5×10－7，K2＝5×10－15)，0.1mol·L－1水合肼溶液中四种离子：①H＋、②OH－、③N2H、④N2H的浓度从大到小的的顺序为__________________(填序号)。(3)在弱酸性条件下水合肼可处理电镀废水，将Cr2O还原为Cr(OH)3沉淀而除去，水合肼被氧化为N2，该反应的离子方程式为______________________________________。(4)肼是一种优良的贮氢材料，其在不同条件下分解方式不同。①在高温下，N2H4可完全分解为NH3、N2及H2，实验测得分解产物中N2与H2物质的量变化如图甲所示，该分解反应化学方程式为__________________________________。②在303K，Ni、Pt催化下，则发生N2H4(l)N2(g)＋2H2(g)。在1L密闭容器中加入0.1molN2H4，测得容器中与时间关系如图乙所示。则0～4min氮气的平均速率v(N2)＝________。\n(5)碳酰肼(分子式：CH6N4O)是由DEC(酯)与N2H4发生取代反应得到，已知DEC的分子式为C5H10O3，DEC的核磁共振氢谱如图丙所示，则DEC的结构简式为________。解析 (1)①燃料电池中，O2一定作正极，在碱性条件下，O2发生反应，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，生成了OH－，碱性增强；②负极N2H4转化成N2，N由－2价升至0价，失去2×2e－＝4e－，由电荷守恒知，需要补充4molOH－。(2)水合肼是二元弱碱，溶液中存在的电离平衡有N2H4＋H2ON2H＋OH－，N2H＋H2ON2H＋OH－，H2OH＋＋OH－，三步电离均有OH－生成，故c(OH－)最大，以第一步电离为主，所以c(N2H)略比c(OH－)小，第二步的电离平衡常数小于第三步的Kw，所以第三步中电离出的H＋比第二步中电离出的N2H多，故离子浓度大小顺序为c(OH－)>c(N2H)>c(H＋)>(N2H)。(3)Cr2O中Cr为＋6价，生成的Cr(OH)3中Cr为＋3价，N2H4·H2O中N为－2价，生成的N2中N为0价，根据得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒配平即可。(4)②设达到平衡时，转化的N2H4的物质的量为x，则有由图像知，在4min时反应达到平衡，＝3，x＝0.05mol，v(N2)＝＝0.0125mol·L－1·min－1。(5)C5H10O3中有一个不饱和度，可能是一个双键或是一个环，又由题中信息知，DEC为酯，故应为；由图可知，分子中存在两组峰，且峰比值约为3∶2，分子中的10个H原子，分成两组，分别为6个H和4个H。6个H可能是2个甲基，4个H可能是2个亚甲基，3个O原子应有对称性，由此可以写出DEC的结构简式为。答案 (1)①正 ②N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O(2)②③①④(3)2Cr2O＋4H＋＋3N2H4·H2O===4Cr(OH)3↓＋3N2↑＋5H2O(或2Cr2O＋4H＋＋3N2H4===4Cr(OH)3↓＋3N2↑＋2H2O)(4)①7N2H4(g)8NH3(g)＋3N2(g)＋2H2(g)\n②0.0125mol·L－1·min－1(5)2．近几年来关于氮污染的治理倍受关注。(1)三效催化剂是最为常见的汽车尾气催化剂，能同时实现汽车尾气中的CO、CxHy、NOx三种成分的净化，其催化剂表面物质转化的关系如图甲所示，化合物X可借助傅里叶红外光谱图(如图乙所示)确定。①在图示的转化中，被还原的元素是________，X的化学式为________。②SCR技术可使NOx与NH3直接反应，实现无害转化。当NO与NO2的物质的量之比为4∶1时，写出发生反应的化学方程式：________________________________________。(2)加入过量次氯酸钠可使废水中NH完全转化为N2，而本身被还原为NaCl。①写出上述反应的离子方程式：_____________________________________________。②若处理废水产生了0.448LN2(标准状况下)，则需消耗浓度为0.5mol·L－1的次氯酸钠溶液的体积为________mL。(3)某工业废水中含有毒性较大的CN－，可用电解法将其转变为N2，装置如右图所示。气体甲是________(写化学式)，电解池中生成N2的电极反应式为_______________________________。解析 (1)①根据箭头所示，氮元素和氧元素化合价降低，被还原；化合物X可借助傅里叶红外光谱图确定，说明X中存在NO，再根据图甲可知，X中存在Ba2＋。②NOx与NH3直接反应生成N2和H2O，根据电子得失守恒和原子个数守恒写出化学方程式。(2)①ClO－与NH反应生成N2和Cl－，根据电子得失守恒和电荷守恒写出离子方程式。②由离子方程式可得出关系式3ClO－～N2，n(N2)＝＝0.02\nmol，则n(ClO－)＝0.06mol，V(ClO－)＝＝0.12L＝120mL。(3)左端为CN－―→N2，氮元素被氧化，则左端为阳极，电极反应式为2CN－＋12OH－－10e－===2CO＋N2↑＋6H2O；右端为阴极，阴极为溶液中的阳离子发生放电，则气体甲为氢气。答案 (1)①N、O Ba(NO3)2②8NH3＋8NO＋2NO2===9N2＋12H2O(2)①2NH＋3ClO－===N2↑＋3Cl－＋2H＋＋3H2O②120(3)H2 2CN－＋12OH－－10e－===2CO＋N2↑＋6H2O3．一氧化碳被广泛应用于冶金工业和电子工业。(1)高炉炼铁是最为普遍的炼铁方法，相关反应的热化学方程式如下：①4CO(g)＋Fe3O4(s)===4CO2(g)＋3Fe(s) ΔH＝akJ·mol－②CO(g)＋3Fe2O3(s)===CO2(g)＋2Fe3O4(s) ΔH＝bkJ·mol－1反应3CO(g)＋Fe2O3(s)===3CO2(g)＋2Fe(s)的ΔH＝________kJ·mol－1(用含a、b的代数式表示)。(2)电子工业中使用的一氧化碳常以甲醇为原料通过脱氢、分解两步反应得到。第一步：2CH3OH(g)HCOOCH3(g)＋2H2(g) ΔH>0第二步：HCOOCH3(g)CH3OH(g)＋CO(g) ΔH>0①第一步反应的机理可以用图1表示，中间产物X的结构简式为________。图1②在工业生产中，为提高CO的产率可采取的合理措施有________________________________________________________________________。(3)为进行相关研究，用CO还原高铝铁矿石，反应后固体物质的X－射线衍射谱图如图2所示(X－射线衍射可用于判断某晶态物质是否存在，不同晶态物质出现衍射峰的衍射角不同)。反应后混合物中的一种产物能与盐酸反应生产两种盐，该反应的离子方程式为________________________________________________________________________。\n图2 图3(4)某催化剂样品(含Ni2O340%，其余为SiO2)通过还原、提纯两步获得镍单质：首先用CO将33.2g样品在加热条件下还原为粗镍；然后在常温下使粗镍中的Ni与CO结合成Ni(CO)4(沸点43℃)，并在180℃时使Ni(CO)4重新分解产生镍单质。上述两步中消耗CO的物质的量之比为________。(5)为安全起见，工业生产中需对空气中的CO进行监测。①粉红色的PdCl2溶液可以检验空气中少量的CO。若空气中含CO，则溶液中会产生黑色的Pd沉淀。每生成5.3gPd沉淀，反应转移的电子数为________。②使用电化学一氧化碳气体传感器定量检测空气中CO含量，其结构如图3所示。这种传感器利用原电池原理，则该电池的负极反应式为______________________________。解析 (1)由目标反应中没有Fe3O4，故根据盖斯定律可知，(①×2＋②)/3即得目标反应，故ΔH＝(2a＋b)/3kJ·mol－1。(2)①由图示的过程可以看出，先是甲醇分解生成了H2和X，然后X与甲醇反应生成了H2和HCOOCH3，由此可以根据原子守恒得到中间产物X为甲醛，即HCHO。②由甲醇为反应原料生成CO的两步反应都是气体物质的量增大的反应，同时又都是吸热反应，所以为了提高CO的产率应使反应向右进行，应采用的方法是升高温度，降低压强。(3)由衍射图可以看出生成的产物比较多，但是其中能与盐酸反应生成两种盐的只能是FeAl2O4。(4)由题目描述，首先是由CO还原三氧化二镍生成了粗镍，其反应化学方程式式为Ni2O3＋3CO2Ni＋3CO2，然后再使Ni与CO反应生成Ni(CO)4，反应化学方程式为Ni＋4CO===Ni(CO)4，由两个反应式可知在镍相同的情况下CO的物质的量之比为3∶8。(5)生成5.3gPd，也就是0.05molPd，从化合价变化看，Pd是从＋2价转化成了0价，即转移了两个电子，所以生成0.05molPb转移的电子物质的量为0.1mol，即电子数为0.1NA。答案 (1)(2a＋b)/3(2)①HCHO ②升高温度，降低压强(3)FeAl2O4＋8H＋===Fe2＋＋2Al3＋＋4H2O\n(4)3∶8(5)①6.02×1022个或0.1NA②CO＋H2O－2e－===CO2＋2H＋4．质子交换膜燃料电池广受关注。(1)质子交换膜燃料电池中作为燃料的H2通常来自水煤气。已知：C(s)＋1/2O2(g)===CO(g) ΔH1＝－110.35kJ·mol－12H2O(l)===2H2(g)＋O2(g) ΔH2＝＋571.6kJ·mol－1H2O(l)===H2O(g) ΔH3＝＋44.0kJ·mol－1则C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH4＝________。(2)燃料气(流速为1800mL·h－1；体积分数为：50%H2，0.98%CO，1.64%O2，47.38%N2)中的CO会使电极催化剂中毒，使用CuO/CeO2催化剂可使CO优先氧化而脱除。①160℃、CuO/CeO2作催化剂时，CO优先氧化反应的化学方程式为___________________。②灼烧草酸铈[Ce2(C2O4)3]制得CeO2的化学方程式为________________________________________________________________________。③在CuO/CeO2催化剂中加入不同的酸(HIO3或H3PO4)，测得燃料气中CO优先氧化的转化率随温度变化如图1所示。加入________(填酸的化学式)的CuO/CeO2催化剂催化性能最好。催化剂为CuO/CeO2－HIO3，120℃时，反应1小时后CO的体积为________mL。(3)图2为甲酸质子交换膜燃料电池的结构示意图。该装置中________(填“a”或“b”)为电池的负极，负极的电极反应式为__________________________________________________。解析 (1)由盖斯定律可知，ΔH4＝ΔH1－ΔH3＋ΔH2×＝＋131.45kJ·mol－1。(2)②草酸盐分解成CO、CO2气体。③由图1可以看出，加入HIO3时CuO/CeO2催化活性最好。反应前，V(CO)＝1800mL×0.98%＝17.64mL，反应1小时后剩余的V(CO)＝17.64\nmL×(1－80%)＝3.528mL。(3)从装置图看，H＋由a极区进入b极区，电子由a极流出，故a是负极。甲酸是可燃物，作负极材料，发生氧化反应，其负极反应式HCOOH－2e－===CO2↑＋2H＋。答案 (1)＋131.45kJ·mol－1(2)①2CO＋O22CO2②Ce2(C2O4)32CeO2＋4CO↑＋2CO2↑③HIO3 3.528(3)a HCOOH－2e－===CO2↑＋2H＋5．铅及其化合物在工业生产及日常生活中都具有非常广泛的用途。(1)瓦纽科夫法熔炼铅，其相关反应的热化学方程式如下：①2PbS(s)＋3O2(g)===2PbO(s)＋2SO2(g) ΔH＝akJ·mol－1；②PbS(s)＋2PbO(s)===3Pb(s)＋SO2(g) ΔH＝bkJ·mol－1；③PbS(s)＋PbSO4(s)===2Pb(s)＋2SO2(g) ΔH＝ckJ·mol－1。反应3PbS(s)＋6O2(g)===3PbSO4(s) ΔH＝________kJ·mol－1(用含a、b、c的代数式表示)。(2)还原法炼铅，包含反应PbO(s)＋CO(g)Pb(s)＋CO2(g) ΔH，该反应的平衡常数的对数值与温度的关系如下表。温度/℃3007271227lgK6.172.871.24①该还原反应的ΔH________0(填“>”、“<”或“＝”)；②当lgK＝1且起始时只通入CO(PbO足量)，达平衡时，混合气体中CO的体积分数为________。(3)引爆导弹、核武器的工作电源通常是Ca/PbSO4热电池，其装置如图甲所示，该电池正极的电极反应式为___________________________________________________________。\n(4)PbI2可用于人工降雨。取一定量的PbI2固体，用蒸馏水配制成t℃饱和溶液，准确移取25.00mLPbI2饱和溶液分次加入阳离子交换树脂RH＋(发生：2RH＋＋PbI2===R2Pb2＋＋2H＋＋2I－，用250mL洁净的锥形瓶接收流出液，最后用蒸馏水淋洗树脂至流出液呈中性，将洗涤液一并盛放到锥形瓶中(如图乙)。加入酚酞指示剂，用0.0025mol·L－1NaOH溶液滴定，当达到滴定终点时，用去氢氧化钠溶液20.00mL。可计算出t℃时PbI2的Ksp为________。(5)铅易造成环境污染，水溶液中铅的存在形态主要有6种，它们与pH关系如图丙所示，含铅废水用活性炭进行处理，铅的去除率与pH关系如图丁所示。①常温下，pH＝6～7时，铅形态间转化的离子方程式为________________________________________________________________________。②用活性炭处理，铅的去除率较高时，铅主要应该处于________(填铅的形态的化学式)形态。解析 (1)依据盖斯定律，将①×2＋②×2－③×3，即可得所求反应的ΔH。(2)①lgK与K为增函数关系，从表中数据知，温度越高，K越小，说明正反应放热。②lgK＝1，得K＝10。设开始时通入CO为amol·L－1，达平衡时转化了xmol·L－1，则平衡时，CO为(a－x)mol·L－1，CO2为xmol·L－1，由K＝＝＝10，解得＝9.09%。(3)由电池的装置图分析知，Ca作为负极，失去电子，则另一极为正极，得电子，化合价降低，即由PbSO4转化为Pb。(4)滴定过程中消耗的OH－，即阳离子交换出来的H＋，n(H＋)＝0.0025mol·L－1×20×10－3L＝5×10－5mol，c(H＋)＝＝2×10－3mol·L－1，而c(H＋)＝c(I－)，由PbI2的化学式知，c(Pb2＋)＝＝10－3mol·L－1，Ksp(PbI2)＝c(Pb2＋)·c2(I－)＝10－3×(2×10－3)2＝4×10－9。(5)①从图丙分析，当pH由6变到7时，是Pb2＋向Pb(OH)＋转化，即为Pb2＋水解，结合水电离出的一个OH－，同时释放出一个H＋。②从图丁可知，铅的去除率最高时，pH大约为6.5左右，对比图丙知，在pH＝6.5时，铅主要以Pb2＋存在。\n答案 (1)2a＋2b－3c (2)①< ②9.09%(3)PbSO4＋2e－===SO＋Pb(或PbSO4＋Ca2＋＋2e－===CaSO4＋Pb)(4)4×10－9 (5)①Pb2＋＋H2OPb(OH)＋＋H＋②Pb2＋6．金属镁可用于制造合金、储氢材料、镁电池等。已知：C(s)＋O2(g)===CO(g) ΔH＝－110.5kJ·mol－1；Mg(g)＋O2(g)===MgO(s) ΔH＝－732.7kJ·mol－1。(1)一种制备镁的反应为MgO(s)＋C(s)===Mg(g)＋CO(g)，该反应的ΔH＝________。(2)一种用水氯镁石(主要成分为MgCl2·6H2O)制各金属镁工艺的关键流程如下：①为探究MgCl2·6H2O“一段脱水”的合理温度范围，某科研小组将MgCl2·6H2O在不同温度下分解，测得残留固体物质的X射线衍射谱图如下图所示(X射线衍射可用于判断某晶态物质是否存在)。测得E中Mg元素质量分数为60.0%，则E的化学式为________。“一段脱水”的目的是制备MgCl2·2H2O，温度不高于180℃的原因是_____________________________________________________________________________________。②若电解时电解槽中有水分，则生成的MgOHCl与阴极产生的Mg反应，使阴极表面产生MgO钝化膜，降低电解效率。生成MgO的化学方程式为_______________________________________________________________________________________________。\n③该工艺中，可以循环使用的物质有________。(3)Mg2Ni是一种储氢材料。2.14gMg2Ni在一定条件下能吸收0.896LH2(标准状况下)生成X，X的化学式为________。(4)“镁次氯酸盐”燃料电池的装置如图所示，该电池反应的总反应方程式为________________________________________________________。解析 (1)根据盖斯定律，待求反应的ΔH＝732.7kJ·mol－1＋(－110.5)kJ·mol－1＝＋622.2kJ·mol－1。(2)①根据图可知，随着温度的升高，MgCl2·6H2O逐步脱水并开始发生水解，生成MgOHCl，可联想Mg2＋水解生成Mg(OH)2，然后再分解为MgO，从而推测E为MgO，然后计算MgO中Mg元素的质量分数正好为60.0%；②根据信息可写出：MgOHCl＋Mg―→MgO，根据化合价升降规律知，还有H2生成，Cl元素只能转化为MgCl2，最终配平即可；③由流程图知，H2与Cl2燃烧生成HCl，二段脱水时，HCl抑制Mg2＋的水解，二段脱水出来的气体经处理，可得到HCl，循环使用；电解是生成的Cl2也可与H2燃烧，继续循环使用。(3)2.14gMg2Ni的物质的量为0.02mol，0.896LH2的物质的量为0.04mol，故Mg2Ni与H2的物质的量之比为1∶2，不难推测X的化学式为Mg2NiH4。(4)由图可知，Mg为负极，产物为Mg(OH)2，催化剂为正极，产物有Cl－，整个反应的氧化剂为ClO－，故可写出Mg＋ClO－＋H2O===Mg(OH)2＋Cl－。答案 (1)＋622.2kJ·mol－1(2)①MgO 若温度太高，MgCl2转化为MgOHCl或MgO ②2MgOHCl＋Mg===2MgO＋MgCl2＋H2↑ ③HCl、Cl2 (3)Mg2NiH4(4)Mg＋ClO－＋H2O===Mg(OH)2＋Cl－[对点回扣]原电池反应式的书写(1)一般电极反应式的书写①列物质标得失：按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。②看环境配守恒：电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应让其结合OH－生成水。电极反应式应根据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。③两式加验总式：两电极反应式相加，与总反应的离子方程式对照验证。(2)复杂电极反应式的书写\n＝－如CH4酸性燃料电池中CH4＋2O2===CO2＋2H2O……总反应式2O2＋8H＋＋8e－===4H2O……正极反应式CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋……负极反应式
