2020届高考化学大题精做8以电化学为主线串联反应原理

以电化学为主线串联反应原理大题精做八精选大题例：CO2的转化和重整受到越来越多的关注，它是有效应对全球气候变化、促进低碳社会构建的重要方法。(1)热化学转化法。CO2催化加氢合成CH4，其过程中主要发生下列反应：反应：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)；H=890.3 kJmol1 反应：CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)；H=+2.8 kJmol1反应：2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)；H=566.0 kJmol1则反应CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)的H=_kJmol1。(2)CO2催化还原法。图1表示的是利用CO2的“直接电子传递机理”。在催化剂铜的表面进行转化。当有1mol CO2反应时，直接传递的电子物质的量为_mol。(3)CO2电化学催化重整法。图2表示以KOH溶液作电解质溶液进行电解的示意图，CO2在Cu电极上可以转化为CH4，该电极反应的方程式为_，电解一段时间后，阳极区溶液pH减小，其原因是_。CO2与CH4在催化剂作用下合成乙酸，反应的化学方程式为_。(4)CO2与丙烯通过金属杂多酸盐CoxH(3-2x)PW12O40催化合成甲基丙烯酸。研究发现金属杂多酸盐中x对CO2转化率的影响如图3所示，由图3得出催化效果最好的金属杂多酸盐化学式是_。催化剂在温度不同时对CO2转化率的影响如图4所示，300催化效果远不如200和250的原因为_。【答案】（1）252.9 （2）6 （3）CO2+8e+6H2O=CH4+8OH OH在阳极被氧化生成O2 CH4+CO2CH3COOH （4）Co0.5H2PW12O40或CoH4P2W24O80 温度过高，可能会导致催化剂失活【解析】（1）根据盖斯定律可知：-4+2即可得到CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)，H=-(890.3 kJmol1)-4(2.8 kJmol1)+2(566.0 kJmol1)=-252.9kJmol1；（2）由图1可知CO2在催化剂铜的表面进行转化最终生成的产物是C2H4，根据发生的氧化还原反应可的关系：2CO2C2H412e，因此当有1mol CO2反应时，直接传递的电子物质的量为6mol；（3）由图2可知，Cu与电源的负极相连为阴极，阴极发生了还原反应，电极反应为：CO2+8e+6H2O=CH4+8OH；OH在阳极被氧化生成O2，因此阳极区溶液的pH减小；CO2与CH4在催化剂作用下发生化合反应生成乙酸，反应方程式为：CH4+CO2CH3COOH；（4）由图3可知，当x=0.5时，CO2的转化率最大，催化效果最好，因此金属杂多酸盐化学式为Co0.5H2PW12O40或CoH4P2W24O80；当处于过高的温度时，催化剂会失去催化活性，因此300催化效果远不如200和250。模拟精做1二氧化碳的捕集与利用是实现温室气体减排的重要途径之一。（1）目前工业上用的捕碳剂NH3和(NH4)2CO3，它们与CO2发生如下可逆反应：2NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)(NH4)2CO3(aq) H1NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)NH4HCO3(aq) H2(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g)2NH4HCO3(aq) H3则H3=_（用含H1、H2的代数式表示）（2）利用CO2制备乙烯是我国能源领域的一个重要战略方向，具体如下：方法一：CO2催化加氢合成乙烯，其反应为：2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) H=a kJmol-1起始时按n(CO2)n(H2)=13的投料比充入20L的恒容密闭容器中，不同温度下平衡时的H2和H2O的物质的量如图甲所示：下列说法正确的是_A该反应正反应的活化能小于逆反应的活化能B其它条件不变时，若压缩容器容积，则活化分子百分数增大，v正和v逆均增大C测得容器内混合气体平均分子量不随时间改变时，说明反应已达到平衡D使用合适的催化剂，催化剂改变反应历程，减小反应焓变，加快反应速率393K下，H2的平衡转化率为_（保留三位有效数字）；393K下，该反应达到平衡后，再向容器中按n(CO2)n(H2)=13投入CO2和H2则n(H2)/n(C2H4)将_（填“变大”或“不变”或“变小”或“无法确定”）；方法二：用惰性电极电解强酸性的二氧化碳水溶液可得到乙烯，其原理如图乙所示。b电极上的电极反应式为_；该装置中使用的是_（填“阳”或“阴”）离子交换膜。2“雾疆”成为人们越来越关心的环境问题。雾霾中含有二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物等污染性物质。回答下列问题：（1）汽车尾气是雾霾形成的原因之一。尾气治理可用汽油中挥发出来的烃类物质催化还原尾气中的NO气体，该过程的化学方程式为_。（2）冬季燃煤供暖产生的废气也是雾霾的主要来源之一。经研究发现将煤炭在的气氛下燃烧，能够降低煤炭燃烧时NO的排放，主要反应为。已知：则反应的_。（3）某研究小组用NaOH溶液吸收尾气中的二氧化硫，将得到的溶液进行电解，其中阴、阳膜组合电解装置如图所示，电极材料为石墨。表示_填“阴离子”或“阳离子”交换膜。分别代表生产中的原料或产品，其中C为硫酸溶液，则A表示_，E表示_。阳极的电极反应式为_。（4）SO2经过净化后与空气混合进行催化氧化可制取硫酸，其中发生催化氧化的反应为。若在、条件下，往一恒容密闭容器中通入和的混合气体，测得容器内总压强与反应时间的关系如图所示。图中A点时，的转化率为_。在其他条件不变的情况下，测得时压强的变化曲线如图2所示，则C点的正反应速率正与A点的逆反应速率逆的大小关系为正_填“”“”或“”逆。图中B点的压强平衡常数_用平衡分压代表平衡浓度计算，分压总压物质的量分数。3“绿水青山就是金山银山”，因此研究NOx、SO2等大气污染物的妥善处理具有重要意义。(1)SO2的排放主要来自于煤的燃烧，工业上常用氨水吸收法处理尾气中的SO2。已知吸收过程中相关反应的热化学方程式如下：SO2(g)+NH3H2O(aq)=NH4HSO3(aq)H1=a kJmol1；NH3H2O(aq)+NH4HSO3(aq)=(NH4)2SO3(aq)+H2O(l)H2=b kJmol1；2(NH4)2SO3(aq)+O2(g)=2(NH4)2SO4(aq)H3=c kJkJmol1。则反应2SO2(g)+4NH3H2O(aq)+O2(g)=2(NH4)2SO4(aq)+2H2O(l)的H=_kJmol1(2)燃煤发电厂常利用反应：2CaCO3(s)+2SO2(g)+O2(g)=2CaSO4(s)+2CO2(g)H=681.8 kJmol1对煤进行脱硫处理来减少SO2的排放。对于该反应，在T时，借助传感器测得反应在不同时间点上各物质的浓度如下：01020304050O21.000.790.600.600.640.64CO200.420.800.800.880.88010min内，平均反应速率v(O2)=_molL1min1；当升高温度，该反应的平衡常数K_(填“增大”“减小”或“不变”)。30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡。根据上表中的数据判断，改变的条件可能是_(填字母)。A加入一定量的粉状碳酸钙 B通入一定量的O2C适当缩小容器的体积 D加入合适的催化剂(3)NOx的排放主要来自于汽车尾气，有人利用反应C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)H=34.0kJmol1，用活性炭对NO进行吸附。已知在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO气体，保持恒压，测得NO的转化率随温度的变化如图所示：由图可知，1050K前反应中NO的转化率随温度升高而增大，其原因为_；在1100K时，CO2的体积分数为_。(4)用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)。在1050K、1.1106Pa时，该反应的化学平衡常数Kp=_已知：气体分压(P分)=气体总压(P总)体积分数。(5)工业上常用高浓度的K2CO3溶液吸收CO2，得溶液X，再利用电解法使K2CO3溶液再生，其装置示意图如图：在阳极区发生的反应包括_和H+HCO=CO2+H2O简述CO在阴极区再生的原理：_。4烟气中的氮氧化物是造成大气污染的重要因素。（1）NOx是汽车尾气的主要污染物之一。汽车发动机工作时会引发N2和O2反应，其能量变化示意图如下：则N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)的热化学反应方程式为_。（2）汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，这使NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。某研究小组在实验室以AgZSM5为催化剂，测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图1所示。若不使用CO，温度超过775K，发现NO的分解率降低，其可能的原因为_。NO直接催化分解(生成N2与O2)也是一种脱硝途径。在不同条件下，NO的分解产物不同。在高压下，NO在40下分解生成两种化合物，体系中各组分物质的量随时间变化曲线如图2所示。请写出NO分解的化学方程式：_。（3）一定条件下，向NOx/O3混合物中加入一定浓度的SO2气体，进行同时脱硫脱硝实验，实验结果如图3。同时脱硫脱硝时NO的氧化率略低的原因是_。由图3可知SO2对NO的氧化率影响很小的原因是_。c（4）有人设想采用下列方法减少烟气中的氮氧化物对环境的污染：用天然气中的CH4、H2等还原SO2，从产物中分离出一种含硫质量分数约为94%的化合物，并用这种化合物来还原NOx。请写出这种含硫化合物和NOx反应的化学方程式：_。（5）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，装置如图4所示。电解池中生成N2的电极反应式为_。5铝的利用成为人们研究的热点，是新型电池研发中重要的材料。（1）通过以下反应制备金属铝。反应1：Al2O3(s)+AlCl3(g)+3C(s)=3AlCl(g)+3CO(g)；H1=akJmol1反应2：Al2O3(s)+3C(s)=2Al(l)+3CO(g)；H2=bkJmol1反应3：3AlCl(g)=2Al(l)+AlCl3(g)；H3反应3的H3=_kJmol1。950时，铝土矿与足量的焦炭和Cl2反应可制得AlCl3。该反应的化学方程式是_。（2）在高温条件下进行反应：2Al(l)+AlCl3(g)3AlCl(g)。向图1所示的等容积A、B密闭容器中加入足量的Al粉，再分别充入1mol AlCl3(g)，在相同的高温下进行反应。图2表示A容器内的AlCl3(g)体积分数随时间的变化图，在图2中画出B容器内AlCl3(g)体积分数随时间的变化曲线：_。1100时，向2 L密闭容器中通入3mol AlCl(g)，发生反应：3AlCl(g)2Al(l)+AlCl3(g)。已知该温度下AlCl(g)的平衡转化率为80%，则该反应的平衡常数K=_。加入3molAlCl(g)，在不同压强下发生反应，温度对产率的影响如图3所示。此反应选择温度为900的原因是_。（3）用铝制作的快速放电铝离子二次电池的原理如图4所示。该电池充电时，阴极的电极反应式为_。AlCl3和NaCl的熔融盐常用于镀铝电解池，电镀时AlCl和Al2Cl两种离子在电极上相互转化，其他离子不参与电极反应。NaCl的作用是_。答案与解析模拟精做1.【答案】（1）2H2-H1（2）AC 67.4% 变小 2CO2+12e+12H+=C2H4+4H2O 阳【解析】（1）2NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)(NH4)2CO3(aq)H1NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)NH4HCO3(aq)H2根据盖斯定律2-可得：(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g)2NH4HCO3(aq)H3=2H2-H1；(2)A由图像可得随温度升高，氢气的浓度增大，水蒸气的浓度减小，反应向逆向移动，正反应是放热反应，正反应的活化能小于逆反应的活化能，故A正确；B其它条件不变时，若压缩容器容积，单位体积内的活化分子数目增大，百分数不变，则v正、v逆均增大，故B错误；C反应前后气体物质的量减小，气体质量不变，测得容器内混合气体平均分子量不随时间改变时，说明反应已达到平衡，故C正确；D反应使用合适的催化剂，催化剂改变反应历程加快反应速率，不改变化学平衡，不改变反应焓变，故D错误；故答案为AC；图象分析可知，393K时平衡状态下水的物质的量为58mol，结合化学平衡三行计算列式，设起始量二氧化碳和氢气分别为amol，3amol， 2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)初起：a 3a 0 0变化：29 3a-42 14.558平衡：a-29 42 14.5 58所以a=43，转化率=100%=100%=67.4%；393K下，该反应达到平衡后，再向容器中按n(CO2)n(H2)=13投入CO2和H2，相当于增大压强，平衡正向移动，所以则n(H2)/n(C2H4)将变小；电解时，二氧化碳在b极上得电子发生还原反应生成乙烯，电极反应式为2CO2+12H+12e=C2H4+4H2O；离子交换只允许氢离子通过，所以是阳离子交换膜。2.【答案】（1）（2）（3）阳离子NaOH溶液氢气（4）【解析】（1）CxHy催化还原尾气中的NO气体生成氮气、二氧化碳和水，结合原子守恒配平书写化学方程式为：，故答案为：；（2）由盖斯定律可知2+-得到，则H，故答案为：；（3）从C为硫酸可知，硫酸根来源于亚硫酸根放电，故b为阴离子交换膜，a为阳离子交换膜，在阴极区应为水放电生成氢气和氢氧根离子，故A为氢氧化钠，E为氢气，故答案为：阳离子；NaOH溶液；氢气；阳极应为亚硫酸根放电生成硫酸根，反应的离子方程式为，故答案为：；（4）设氧气消耗物质的量为x，依据题意建立如下三段式：图中A点时，气体的压强为，则，的转化率，故答案为：；图像分析可知，先拐先平温度高，则，C点是平衡状态，A点反应未达到平衡状态，其中C点的正反应速率正与A点的逆反应速率逆的大小关系为正逆，故答案为：；设图中B点氧气消耗物质的量为y，依据题意建立如下三段式：B点气体的压强为，则，平衡常数，故答案为：。3.【答案】（1）2a+2b+c （2）0.021 减小 BC （3）1050K前反应未达到平衡状态，随着温度升高，反应速率加快，NO转化率增大 20% （4）4 （5）4OH-4e=2H2O+O2 阴极水电解生成H2和OH，OH与HCO反应生成CO【解析】(1)根据目标反应，将第一个方程式2倍加第二个方程式2倍再加第三个方程式得到：反应2SO2(g)+4NH3H2O(aq)+O2(g)=2(NH4)2SO4(aq)+2H2O(l)的H=(2a+2b+c)kJmol1；(2)010min内，O2平均反应速率；当升高温度，平衡向吸热反应移动即逆向移动，因此该反应的平衡常数K减小；故答案为：0.021；减小。A加入一定量的粉状碳酸钙，平衡不移动，浓度不变，故A不符合题意；B通入一定量的O2，平衡正向移动，二氧化碳浓度增加，氧气浓度也比原来增加，故B符合题意；C适当缩小容器的体积，两者浓度都在原来基础上增加，平衡向体积减小方向即正向移动，故C符合题意；D加入合适的催化剂，平衡不移动，浓度不变，故D不符合题意；综上所述，答案为BC。(3)由图可知，1050K前反应不断的正向建立平衡，因此NO的转化率随温度升高而增大，其原因为1050K前反应未达到平衡状态，随着温度升高，反应速率加快，NO转化率增大；设开始时NO有2mol，在1100K时，转化率为40%，C(s) + 2NO(g)CO2(g)+N2(g)CO2的体积分数；故答案为：1050K前反应未达到平衡状态，随着温度升高，反应速率加快，NO转化率增大；20%。(4)设开始时NO有2mol，在1050K时，转化率为80%则：C(s) +2NO(g)CO2(g) + N2(g)该反应的化学平衡常数；故答案为：4。(5)在阳极区是氢氧根失去电子，发生的反应包括4OH4e=2H2O+O2和H+HCO=CO2+H2O；故答案为：4OH4e=2H2O+O2。阴极水电解生成氢气，剩余氢氧根离子，剩余的OH与HCO反应生成CO，因此阴极区再生CO；故答案为：阴极水电解生成氢气和氢氧根离子，OH与HCO反应生成CO。4.【答案】（1）N2(g)+O2(g)=2NO(g)；H=+184 kJmol1（2）NO的分解反应是放热反应，升温有利于反应逆向进行 3NON2O+NO2（3）SO2的氧化消耗了少量O3，减小了O3的浓度 O3氧化SO2反应的活化能较大，O3与NO反应速率比O3与SO2反应速率快（4）2xH2S+2NOx=N2+2xH2O+2xS （5）2CN+12OH10e=2CO+N2+6H2O 【解析】(1)该反应中的反应热=反应物的键能之和-生成物的键能之和=(946+498)kJ/mol-2630kJ/mol=+184kJ/mol，所以N2和O2反应生成NO的热化学反应方程式为N2(g)+O2(g)=2NO(g) H=+184kJmol1；故答案为N2(g)+O2(g)=2NO(g) H=+184kJmol1；(2)若不使用CO，温度超过775K，发现NO的分解率降低，说明平衡向逆反应方向移动，则该反应正反应为放热反应，故答案为该反应是放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行；NO在40下分解生成两种化合物，根据元素守恒可知生成的为N的氧化物，氮元素的氧化物有NO、N2O、NO2、N2O3、N2O4、N2O5，由图像可知3molNO生成两种氮的氧化物各为1mol，其反应方程式为：3NO=Y+Z，根据原子守恒可知为N2O、NO2，所以方程式为3NON2O+NO2，故答案为3NON2O+NO2；(3)SO2与O3反应，减小了O3的浓度，从而使NO的氧化率略低，故答案为SO2的氧化消耗了少量O3，减小了O3的浓度；SO2对NO的氧化率影响很小，说明臭氧与NO更易反应，说明O3氧化SO2反应的活化能较大，O3与NO反应速率比O3与SO2反应速率快，故答案为SO2的氧化消耗了少量O3，减小了O3的浓度；O3氧化SO2反应的活化能较大，O3与NO反应速率比O3与SO2反应速率快；(4)用天然气中的CH4、H2等还原SO2，S元素化合价降低，从产物中分离出一种含硫质量分数约为94%的化合物，根据质量守恒，该化合物只能含有H和S元素，为H2S，H2S还原NOx生成氮气和硫，反应的方程式为2xH2S+2NOx=N2+2xH2O+2xS，故答案为2xH2S+2NOx=N2+2xH2O+2xS；(5)根据图像，左边电极上CN转变为N2，失去电子，发生氧化反应，CN失电子生成氮气，因为溶液显碱性，因此电极反应式为：2CN+12OH10e=2CO+N2+6H2O，故答案为2CN+12OH10e=2CO+N2+6H2O。5.【答案】（1）ba Al2O3+3C+3Cl22AlCl3+3CO （2） 900时，产率已经较高，升高温度产率增幅不大，但能耗升高，经济效益降低（3）4Al2Cl+3e=Al+7AlCl生成AlCl和Al2Cl增强导电性【解析】（1）已知反应：Al2O3(s)+AlCl3(g)+3C(