新教材适用2024版高考化学二轮总复习第2部分新高考五大题型突破题型突破1化学反应原理综合题突破点1化学能与热能电能的相互转化教师用书

题型突破一化学反应原理综合题题型功能1.考查能力：对题干信息进行理解与辨析，结合所学基本原理和基础知识进行分析与推测、归纳与论证、探究与创新等，解决生产生活、科技创新、环境保护等方面的实际问题。2.试题考查：热化学方程式的正误判断及盖斯定律的应用，对陌生的图像、图表的辨识、分析与应用，应用影响化学平衡移动的因素，分析最佳反应条件，并进行有关化学反应速率、化学平衡常数、反应物转化率或产物产率等方面的计算、比较、分析与解释，电化学中电极反应式的书写及相关计算与分析。题型情境多以化工生产中的实际工业反应为素材，以生产生活、环境保护、学术探索及化学史料等情境为载体。题型结构题型1以有机反应为载体考查化学反应原理1.(2023·湖北选考)纳米碗C40H10是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下，C40H10可以由C40H20分子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。C40H20(g)eq\o(→,\s\up7(H·))C40H18(g)＋H2(g)的反应机理和能量变化如下：回答下列问题：(1)已知C40Hx中的碳氢键和碳碳键的键能分别为431.0kJ·mol－1和298.0kJ·mol－1，H—H键能为436.0kJ·mol－1。估算C40H20(g)C40H18(g)＋H2(g)的ΔH＝_＋128__kJ·mol－1。(2)图示历程包含_3__个基元反应，其中速率最慢的是第_3__个。(3)C40H10纳米碗中五元环和六元环结构的数目分别为_6__、_10__。(4)1200K时，假定体系内只有反应C40H12(g)C40H10(g)＋H2(g)发生，反应过程中压强恒定为p0(即C40H12的初始压强)，平衡转化率为α，该反应的平衡常数Kp为p0eq\f(α2,1－α2)(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。(5)eq\o(C,\s\up6(·))40H19(g)C40H18(g)＋H·(g)及eq\o(C,\s\up6(·))40H11(g)C40H10(g)＋H·(g)反应的lnK(K为平衡常数)随温度倒数的关系如图所示。已知本实验条件下，lnK＝－eq\f(ΔH,RT)＋c(R为理想气体常数，c为截距)。图中两条线几乎平行，从结构的角度分析其原因是_在反应过程中，断裂和形成的化学键相同__。(6)下列措施既能提高反应物的平衡转化率，又能增大生成C40H10的反应速率的是_a__(填标号)。a．升高温度 b．增大压强c．加入催化剂【解析】(1)由C40H20和C40H18的结构简式和反应历程可以看出，C40H20中断裂了2个碳氢键，C40H18形成了1个碳碳键，H2中形成1个氢氢链，所以C40H20(g)C40H18(g)＋H2(g)的ΔH＝431kJ·mol－1×2－298kJ·mol－1－436kJ·mol－1＝＋128kJ·mol－1。(2)由反应历程可知，包含3个基元反应，分别为C40H20＋H·eq\o(C,\s\up6(·))40H19＋H2，eq\o(C,\s\up6(·))40H19＋H2eq\o(C,\s\up6(·))40H19′＋H2，eq\o(C,\s\up6(·))40H19′＋H2C40H18＋H·＋H2，其中第三个的活化能最大，反应速率最慢。(3)由C40H20的结构分析，可知其中含有1个五元环，10个六元环，每脱两个氢形成一个五元环，则C40H10总共含有6个五元环，10个六元环。(4)1200K时，假定体系内只有反应C40H12(g)C40H10(g)＋H2(g)发生，反应过程中压强恒定为p0(即C40H12的初始压强)，平衡转化率为α，设起始量为1mol，则根据信息列出三段式为： C40H12(g)C40H10(g)＋H2(g)起始量(mol) 1 0 0变化量(mol) α α α平衡量(mol) 1－α α α则p(C40H12)＝p0×eq\f(1－α,1＋α)，p(C40H10)＝p0×eq\f(α,1＋α)，p(H2)＝p0×eq\f(α,1＋α)，该反应的平衡常数Kp＝eq\f(p0×\f(α,1＋α)×p0×\f(α,1＋α),p0×\f(1－α,1＋α))＝p0eq\f(α2,1－α2)。(5)eq\o(C,\s\up6(·))40H19(g)C40H18(g)＋H·(g)及eq\o(C,\s\up6(·))40H11(g)C40H10(g)＋H·(g)反应的lnK(K为平衡常数)随温度倒数的关系如图。图中两条线几乎平行，说明斜率几乎相等，根据lnK＝－eq\f(ΔH,RT)＋c(R为理想气体常数，c为截距)可知，斜率相等，则说明焓变相等，因为在反应过程中，断裂和形成的化学键相同。(6)由反应历程可知，该反应为吸热反应，升温，反应正向进行，提高了平衡转化率，反应速率也加快，a符合题意；由化学方程式可知，该反应为正向体积增大的反应，加压，反应逆向进行，降低了平衡转化率，b不符合题意；加入催化剂，平衡不移动，不能提高平衡转化率，c不符合题意．题型2以无机反应为载体考查化学反应原理2.(2022·湖南选考)2021年我国制氢量位居世界第一，煤的气化是一种重要的制氢途径。回答下列问题：(1)在一定温度下，向体积固定的密闭容器中加入足量的C(s)和1molH2O(g)，起始压强为0.2MPa时，发生下列反应生成水煤气：Ⅰ.C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)ΔH1＝＋131.4kJ·mol－1Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH2＝－41.1kJ·mol－1①下列说法正确的是_BD__；A．平衡时向容器中充入惰性气体，反应Ⅰ的平衡逆向移动B．混合气体的密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡C．平衡时H2的体积分数可能大于eq\f(2,3)D．将炭块粉碎，可加快反应速率②反应平衡时，H2O(g)的转化率为50%，CO的物质的量为0.1mol。此时，整个体系_吸收__(填“吸收”或“放出”)热量_31.2__kJ，反应Ⅰ的平衡常数Kp＝_0.02_MPa__(以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。(2)一种脱除和利用水煤气中CO2方法的示意图如下：①某温度下，吸收塔中K2CO3溶液吸收一定量的CO2后，c(COeq\o\al(2－,3))∶c(HCOeq\o\al(－,3))＝1∶2，则该溶液的pH＝_10__(该温度下H2CO3的Ka1＝4.6×10－7，Ka2＝5.0×10－11)；②再生塔中产生CO2的离子方程式为2HCOeq\o\al(－,3)eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋COeq\o\al(2－,3)＋H2O；③利用电化学原理，将CO2电催化还原为C2H4，阴极反应式为2CO2＋12e－＋12H＋=C2H4＋4H2O、AgCl＋e－=Ag＋Cl－。【解析】(1)①在恒温恒容条件下，平衡时向容器中充入惰性气体不能改变反应混合物的浓度，因此反应Ⅰ的平衡不移动，A说法不正确；在反应中有固体C转化为气体，气体的质量增加，而容器的体积不变，因此气体的密度在反应过程中不断增大，当混合气体的密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡，B说法正确；若C(s)和H2O(g)完全反应全部转化为CO2(g)和H2(g)，由C(s)＋2H2O(g)=CO2(g)＋2H2(g)可知，H2的体积分数的极值为eq\f(2,3)，由于可逆反应有一定的限度，反应物不可能全部转化为生成物，因此，平衡时H2的体积分数不可能大于eq\f(2,3)，C说法不正确；将炭块粉碎可以增大其与H2O(g)的接触面积，因此可加快反应速率，D说法正确；综上所述，相关说法正确的是BD。②反应平衡时，H2O(g)的转化率为50%，则水的变化量为0.5mol，水的平衡量也是0.5mol，由于CO的物质的量为0.1mol，则根据O原子守恒可知CO2的物质的量为0.2mol，生成0.2molCO2时消耗了0.2molCO，故在反应Ⅰ实际生成了0.3molCO。根据相关反应的热化学方程式可知，生成0.3molCO要吸收热量39.42kJ，生成0.2molCO2要放出热量8.22kJ，因此整个体系吸收热39.42kJ－8.22kJ＝31.2kJ；由H原子守恒可知，平衡时H2的物质的量为0.5mol，CO的物质的量为0.1mol，CO2的物质的量为0.2mol，水的物质的量为0.5mol，则平衡时气体的总物质的量为0.5mol＋0.1mol＋0.2mol＋0.5mol＝1.3mol，在同温同体积条件下，气体的总压之比等于气体的总物质的量之比，则平衡体系的总压为0.2MPa×1.3＝0.26MPa，反应Ⅰ(C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g))的平衡常数Kp＝eq\f(\f(0.1,1.3)×\f(0.5,1.3),\f(0.5,1.3))×p总＝eq\f(0.1,1.3)×0.26MPa＝0.02MPa。(2)①某温度下，吸收塔中K2CO3溶液吸收一定量的CO2后，c(COeq\o\al(2－,3))∶c(HCOeq\o\al(－,3))＝1∶2，由Ka2＝eq\f(cCO\o\al(2－,3)·cH＋,cHCO\o\al(－,3))可知，c(H＋)＝eq\f(cHCO\o\al(－,3),cCO\o\al(2－,3))×Ka2＝2×5.0×10－11mol·L－1＝1.0×10－10mol·L－1，则该溶液的pH＝10。②再生塔中KHCO3受热分解生成K2CO3、H2O和CO2，该反应的离子方程式为2HCOeq\o\al(－,3)eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋COeq\o\al(2－,3)＋H2O。③利用电化学原理，将CO2电催化还原为C2H4，阴极上发生还原反应，阳极上水放电生成氧气和H＋，H＋通过质子交换膜迁移到阴极区参与反应生成乙烯，铂电极和Ag/AgCl电极均为阴极，在电解过程中AgCl可以转化为Ag，则阴极的电极反应式为2CO2＋12e－＋12H＋=C2H4＋4H2O、AgCl＋e－=Ag＋Cl－。突破点1化学能与热能、电能的相互转化命题角度1热化学方程式与焓变计算1.(2023·山东选考)一定条件下，水气变换反应CO＋H2OCO2＋H2的中间产物是HCOOH。为探究该反应过程，研究HCOOH水溶液在密封石英管中的分子反应：Ⅰ.HCOOHCO＋H2O(快)Ⅱ.HCOOHCO2＋H2(慢)研究发现，在反应Ⅰ、Ⅱ中，H＋仅对反应Ⅰ有催化加速作用；反应Ⅰ速率远大于反应Ⅱ，近似认为反应Ⅰ建立平衡后始终处于平衡状态。忽略水电离，其浓度视为常数。回答下列问题：(命题角度：焓变与盖斯定律)一定条件下，反应Ⅰ、Ⅱ的焓变分别为ΔH1、ΔH2，则该条件下水气变换反应的焓变ΔH＝_ΔH2－ΔH1__(用含ΔH1、ΔH2的代数式表示)。【解析】根据盖斯定律，反应Ⅱ－反应Ⅰ＝水气变换反应，故水气变换反应的焓变ΔH＝ΔH2－ΔH1。2.(2022·河北选考)298K时，1gH2燃烧生成H2O(g)放热121kJ,1molH2O(l)蒸发吸热44kJ，表示H2燃烧热的热化学方程式为H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH＝－286kJ·mol－1。【解析】298K时，1gH2燃烧生成H2O(g)放热121kJ,1molH2O(l)蒸发吸热44kJ，则1molH2燃烧生成1molH2O(l)放热286kJ，表示H2燃烧热的热化学方程式为H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH＝－286kJ·mol－1。3.(命题角度：等效平衡与焓变的计算)(2022·山东选考)利用γ-丁内酯(BL)制备1,4-丁二醇(BD)，反应过程中伴有生成四氢呋喃(THF)和1-丁醇(BuOH)的副反应，涉及反应如下：已知：①反应Ⅰ为快速平衡，可认为不受慢反应Ⅱ、Ⅲ的影响；②因反应Ⅰ在高压H2氛围下进行，故H2压强近似等于总压。回答下列问题：以5.0×10－3molBL或BD为初始原料，在493K、3.0×103kPa的高压H2氛围下，分别在恒压容器中进行反应。达平衡时，以BL为原料，体系向环境放热xkJ；以BD为原料，体系从环境吸热ykJ。忽略副反应热效应，反应Ⅰ焓变ΔH(493K,3.0×103kPa)＝_－200(x＋y)__kJ·mol－1。【解析】依题意，结合已知信息，可推定在同温同压下，以同物质的量的BL或BD为初始原料，达到平衡时的状态相同，两个平衡完全等效。则以5.0×10－3mol的BL为原料，达到平衡时放出xkJ热量与同物质的量的BD为原料达到平衡时吸收ykJ热量的能量，二者能量差值为(x＋y)kJ，则1mol时二者能量差值为200(x＋y)kJ，反应Ⅰ为放热反应，因此焓变ΔH＝－200(x＋y)kJ·mol－1。命题角度2电化学4.(2022·河北选考)(1)氢氧燃料电池中氢气在_负__(填“正”或“负”)极发生反应。(2)在允许O2－自由迁移的固体电解质燃料电池中，CnH2n＋2放电的电极反应式为CnH2n＋2－(6n＋2)e－＋(3n＋1)O2－=nCO2＋(n＋1)H2O。【解析】(1)燃料电池中的燃料在负极发生氧化反应，因此，氢氧燃料电池中氢气在负极发生反应。(2)在允许O2－自由迁移的固体电解质燃料电池中，CnH2n＋2在负极发生氧化反应生成CO2和H2O，电极反应式为CnH2n＋2－(6n＋2)e－＋(3n＋1)O2－=nCO2＋(n＋1)H2O。5.(2023·湖南选考)超纯Ga(CH3)3是制备第三代半导体的支撑源材料之一，近年来，我国科技工作者开发了超纯纯化、超纯分析和超纯灌装一系列高新技术，在研制超纯Ga(CH3)3方面取得了显著成果，工业上以粗镓为原料，制备超纯Ga(CH3)3的工艺流程如下：已知：金属Ga的化学性质和Al相似，Ga的熔点为29.8℃；“电解精炼”装置如图所示，电解池温度控制在40～45℃的原因是_保证Ga为液体，便于纯Ga流出__，阴极的电极反应式为Ga3＋＋3e－=Ga。【解析】电解池温度控制在40～45℃可以保证Ga为液体，便于纯Ga流出；粗Ga在阳极失去电子，阴极得到Ga，电极反应式为Ga3＋＋3e－=Ga。〔思维建模〕1．化学反应热计算模型2．电极反应式书写的思维模型知能分点1书写热化学方程式的“五环节”知能分点2有机化合物的电化学合成1.电化学合成技术是用电子代替会造成环境污染的氧化剂和还原剂，在温和条件下制备高附加值的有机化合物产品，分为直接有机电合成和间接有机电合成两种类型。(1)直接有机电合成：有机合成反应直接在电解池的两电极通过氧化反应、还原反应完成。(2)间接有机电合成：有机化合物的氧化反应(或还原反应)，仍采用氧化剂(或还原剂)，用传统的化学方法进行，但氧化剂(或还原剂)在反应后以电化学方法(电解氧化或电解还原)再生后反复使用。2.电化学合成有机化合物应用示例利用糠醛(CHO)的电氧化反应可合成糠酸(COOH)，利用其电还原反应则可合成糠醇(CH2OH)，主要反应过程如下：COOHeq\o(←,\s\up7(－2e－),\s\do5(电氧化))CHOeq\o(→,\s\up7(＋2e－),\s\do5(电还原))CH2OH阳极反应：CHO＋H2O－2e－=COOH＋2H＋；阴极反应：CHO＋2H＋＋2e－=CH2OH。命题角度1热化学方程式与焓变计算1.(2023·河北唐山三模)金属有机骨架化合物(MOFs)能高效选择性吸附NO2和N2O4，遇水后将氮氧化合物转化为HNO3，此过程在相同条件下存在如下平衡：①3NO2(g)＋H2O(l)2HNO3(g)＋NO(g)ΔH1②2NO2(g)N2O4(g)ΔH2③2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)ΔH32N2O4(g)＋2H2O(l)＋O2(g)4HNO3(g)ΔH＝_ΔH1×2－ΔH2×2＋ΔH3__(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的式子表示)【解析】根据盖斯定律：①×2－②×2＋③得到目标方程式：2N2O4(g)＋2H2O(l)＋O2(g)4HNO3(g)，所以ΔH＝ΔH1×2－ΔH2×2＋ΔH3。2.(2023·河北邯郸二模)(1)已知CH4与H2的燃烧热分别为890kJ·mol－1,286kJ·mol－1，H2O(l)=H2O(g)ΔH＝44kJ·mol－1，写出H2(g)与CO2(g)反应生成CH4(g)和H2O(g)的热化学方程式CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)ΔH＝－166kJ·mol－1。(2)工业上在一定条件下利用CO2与H2可直接合成有机中间体二甲醚：2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)。当eq\f(nH2,nCO2)＝3时，实验测得CO2的平衡转化率随温度及压强变化如图所示。①该反应的ΔH_<__(填“>”或“<”)0。②图中压强(p)由大到小的顺序是_p1>p2>p3__。【解析】(1)已知CH4与H2的燃烧热分别为890kJ·mol－1,286kJ·mol－1，故有热化学方程式，①CH4(g)＋2O2(g)CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－890kJ·mol－1，②H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)H2O(l)ΔH＝－286kJ·mol－1，③H2O(l)=H2O(g)ΔH＝44kJ·mol－1，根据盖斯定律分析，由②×4－①＋③×2可得热化学方程式CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)ΔH＝－286×4＋890＋44×2＝－166kJ·mol－1。(2)①由图分析，随着温度升高，二氧化碳的平衡转化率减小，说明升温，平衡逆向移动，则该反应为放热反应，ΔH<0。②在相同温度下，结合方程式，压强增大，平衡正向移动，二氧化碳的转化率增大，故图中压强(p)由大到小的顺序是p1>p2>p3。3.(2023·广东潮州二模)合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)是目前最有效的工业固氮方法，解决数亿人口生存问题。合成氨的反应历程和能量变化如图所示。请回答下列问题：(1)1molN2分子中π键数目为_2__NA，合成氨反应的热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.2kJ/mol。(2)对总反应速率影响较大的步骤的化学方程式为2·N＋6·H=2·NH3