化學反應原理包括化學反應與能量(主要有氧化還原反 應、熱化學)、化學反應速率和化學平衡、水溶液中的離子平衡、電化學等知 識。近幾年新課标高考試題中該考點所占分值的比重一直較高,該考點同 時也是高考中的重點和難點。對氧化還原反應,高考中常考查相關概念的辨析,涉及氧化性、還原性強弱比較;以具體物質的性質為載體,考查氧化還原反應方程 式中得失電子數目的簡單計算,以及氧化性、還原性強弱規律的應用等。從近幾年新課标地區高考試題分析來看,熱化學部分所考查内容仍以 傳統考點為主,在選擇題和填空題中均有涉及。具體形式如下:①考查熱化學方程式的書寫及正誤判斷;②考查蓋斯定律的應用;③考查有關反應熱的簡單計算。化學反應速率和化學平衡是高考的必考内容,其常規命題方向有:①化學反應速率的影響因素及計算;②化學平衡狀态的判斷及影響因素;③應用平衡移動原理判斷反應進行的方向;④化學反應速率和化學平衡的圖象分析;⑤轉化率、平衡常數的含義及簡單計算。綜合分析,預計将化學反應速率和化學平衡移動的原理與化工生産、生活實際相結合的題目将是2017年高考命題的熱點。水溶液中的離子平衡是高考考點分布較多的内容,在選擇題和非選擇 題中均有涉及。水溶液中的離子平衡的考查内容主要有:①離子反應;②弱 電解質的電離平衡;③酸、堿混合溶液酸堿性的判斷及pH的簡單計算;④鹽 類水解及其應用;⑤電解質溶液中離子濃度的大小比較;⑥難溶電解質的溶解平衡。化學能與電能是曆年高考的熱點内容,考查的主要知識點有:原電池和 電解池的工作原理、電極反應式的書寫和判斷、電解産物的判斷、金屬的腐 蝕和防護。對本部分知識的考查仍以選擇題為主,在非選擇題中電化學知 識常與工業生産、環境保護、新科技、新能源知識相結合進行命題。
由以上分析可知,複習氧化還原反應要抓住以下三點。 ①理清兩條主線:升(化合價升高)一^失(失去電子)一^氧(發生氧化反 應)一^還(作還原劑);降(化合價降低)一^得(得到電子)一^還(發生還 原反應)一^氧(作氧化劑)。②抓住兩個相等:氧化劑得>電子總數與還原劑 失電子總數相等,氧化劑化合價降低總數與還原劑化合價升高總數相等。 ③理解三個同時:氧化劑與還原劑同時存在,氧化反應與還原反應同時發生,氧化産物與還原産物同時生成。
例5 (2016年高考北京卷)K2Cr2O7溶液中存在平衡:Cr2O72-(橙色) H2O-2CrO42-(黃色) 2H 。用K2Cr2O7溶液進行下列實驗:
結合實驗,下列說法不正确的是
A.①中溶液橙色加深,③中溶液變黃
B.②中Cr2O72-被C2H5OH還原
C.對比②和④可知K2Cr2O7酸性溶液氧化性強
D.若向④中加入70%H2SO4溶液至過量,溶液變為橙色
例6 (2016年高考上海卷)O2F2可以發生反應:H2S 4O2F2→SF6 2HF 4O2,下列說法正确的是( )
A.氧氣是氧化産物 B.O2F2既是氧化劑又是還原劑
C.若生成4.48 L HF,則轉移0.8 mol電子 D.還原劑與氧化劑的物質的量之比為1:4
解析:A.O元素的化合價由反應前的 1價變為反應後的0價,化合價降低,獲得電子,所以氧氣是還原産物,錯誤;B.在反應中O2F2中的O元素的化合價降低,獲得電子,所以該物質是氧化劑,而H2S中的S元素的化合價是-2價,反應後變為SF6中的 6價,所以H2S是還原劑,錯誤;C.外界條件不明确,不能确定HF的物質的量,所以不能确定轉移電子的數目,錯誤;D.根據方程式可知還原劑H2S與氧化劑O2F2的物質的量的比是1:4,正确。答案:D
複習熱化學時應注意以下幾點:①準确掌握熱化學中的有關概念。如 反應熱、中和熱、燃燒熱等,加強對知識的理解和記憶;②明确熱化學方程式的意義及書寫規則;③能靈活運用蓋斯定律解答關于反應熱的計算。
例7 (1)(2016年高考天津卷)氫氣可用于制備H2O2。已知:H2(g) A(l)=B(l) ΔH1 O2(g) B(l)=A(l) H2O2(l)ΔH2,其中A、B為有機物,兩反應均為自發反應,則H2(g) O2(g)= H2O2(l)的ΔH____0(填“>”、“<”或“=”)。
(2)(2016年高考新課标Ⅱ卷)聯氨(又稱聯肼,N2H4,無色液體)是一種應用廣泛的化工原料,可用作火箭燃料。①2O2(g) N2(g)=N2O4(l) △H1 ②N2(g) 2H2(g)=N2H4(l) △H2③O2(g) 2H2(g)=2H2O(g) △H3④2 N2H4(l) N2O4(l)= 3N2(g) 4H2O(g) △H4=-1048.9kJ/mol。上述反應熱效應之間的關系式為△H4=________________,聯氨和N2O4可作為火箭推進劑的主要原因為_____________。
答案:(1)<(2)△H4=2△H3-2△H2-△H1 ;反應放熱量大、産生大量氣體
例8 (1)(2016年高考新課标Ⅲ卷)已知下列反應:SO2(g) 2OH− (aq) =SO32− (aq) H2O(l) ΔH1 ClO− (aq) SO32− (aq) =SO42− (aq) Cl− (aq) ΔH2 CaSO4(s) =Ca2 (aq) SO42−(aq) ΔH3,則反應SO2(g) Ca2 (aq) ClO− (aq) 2OH− (aq) =CaSO4(s) H2O(l) Cl− (aq)的ΔH=______。
(2)(2016年高考浙江卷)催化還原CO2是解決溫室效應及能源問題的重要手段之一。研究表明,在Cu/ZnO催化劑存在下,CO2和H2可發生兩個平行反應,分别生成CH3OH和CO。反應的熱化學方程式如下:CO2(g) 3 H2(g)-- CH3OH(g) H2O(g)ΔH1=-53.7 kJ·mol-1 I CO2(g) H2(g)---- CO(g) H2O(g)ΔH2 II
某實驗室控制CO2和H2初始投料比為1:2.2,在相同壓強下,經過相同反應時間測得如下實驗數據:
【備注】Cat.1:Cu/ZnO納米棒;Cat.2:Cu/ZnO納米片;甲醇選擇性:轉化的CO2中生成甲醇的百分比
已知:①CO和H2的标準燃燒熱分别為-283.0 kJ·mol-1和-285.8 kJ·mol-1②H2O(l)= H2O(g) ΔH3=44.0 kJ·mol-1。請回答(不考慮溫度對ΔH的影響):反應II的ΔH2= kJ·mol-1。
解析:(1)根據蓋斯定律可知a+b-c即得到反應SO2(g) Ca2 (aq) ClO− (aq) 2OH− (aq) === CaSO4(s) H2O(l) Cl− (aq)的ΔH=△H1+△H2-△H3。(2)已知熱化學方程式:a:CO(g) 1/2O2(g)=CO2(g) △H= -283.0kJ·mol-1 b:H2(g)
O2(g)=H2O (l)△H=-285.8kJ·mol-1 c: H2O(l)=H2O(g) ΔH3=44.0kJ·mol-1根據蓋斯定律分析,b-a c即可得熱化學方程式為:CO2(g) H2(g)---CO(g) H2O(g)ΔH2=-285.8 283.0 44= 41.2 kJ·mol-1。
答案:(1)△H1+△H2-△H(2) 41.2 kJ·mol-1
複習化學反應速率和化學平衡時應注意以下三點:①弄懂化學反應速率和化學平衡的相關概念和原理;②能夠準确分析圖表、圖象,從中得到有 效信息,從而快速準确解題;③弄懂化學平衡的建立過程并能靈活運用“三段式”解題。預計将化學反應速率和化學平衡移動的原理與化工生産、生活實際相結合的題目将是2017年高考命題的熱點,複習時應加強這方面題目的訓練。
例9 (2016年高考新課标Ⅰ卷)元素鉻(Cr)在溶液中主要以Cr3 (藍紫色)、Cr(OH)4−(綠色)、Cr2O72−(橙紅色)、CrO42−(黃色)等形式存在,Cr(OH)3為難溶于水的灰藍色固體。CrO42−和Cr2O72−在溶液中可相互轉化。室溫下,初始濃度為1.0 mol·L−1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O72−)随c(H )的變化如圖所示。
①離子方程式表示Na2CrO4溶液中的轉化反應____________。
②由圖可知,溶液酸性增大,CrO42−的平衡轉化率__________(填“增大“減小”或“不變”)。根據A點數據,計算出該轉化反應的平衡常數為__________。
③升高溫度,溶液中CrO42−的平衡轉化率減小,則該反應的ΔH_________(填“大于”“小于”或“等于”)。
c(Cr2O72-)=0.25mol/L,由于開始時c(CrO42−)=1.0mol/L,根據Cr元素守恒可知A點的溶液中CrO42-的濃度c(CrO42−)=0.5mol/L;H 濃度為1×10-7mol/L;此時該轉化反應的平衡常數為
;③由于升高溫度,溶液中CrO42−的平衡轉化率減小,說明升高溫度,化學平衡逆向移動,導緻溶液中CrO42−的平衡轉化率減小,根據平衡移動原理,升高溫度,化學平衡向吸熱反應方向移動,逆反應方向是吸熱反應,所以該反應的正反應是放熱反應,故該反應的ΔH<0。
答案:①2CrO42- 2H+---Cr2O72- H2O; ② 增大;1.0×1014 ;③小于
例10 (2016年高考新課标Ⅱ卷)丙烯腈(CH2=CHCN)是一種重要的化工原料,工業上可用“丙烯氨氧化法”生産,主要副産物有丙烯醛(CH2=CHCHO)和乙腈(CH3CN)等,回答下列問題:
(1)以丙烯、氨、氧氣為原料,在催化劑存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副産物丙烯醛(C3H4O)的熱化學方程式如下:①C3H6(g) NH3(g) 3/2O2(g)=C3H3N(g) 3H2O(g) ΔH =-515kJ/mol②C3H6(g) O2(g)=C3H4O(g) H2O(g) ΔH =-353kJ/mol,兩個反應在熱力學上趨勢均很大,其原因是________;有利于提高丙烯腈平衡産率的反應條件是________;提高丙烯腈反應選擇性的關鍵因素是________。
(2)圖(a)為丙烯腈産率與反應溫度的關系曲線,最高産率對應溫度為460℃。低于460℃時,丙烯腈的産率________(填“是”或者“不是”)對應溫度下的平衡産率,判斷理由是________;高于460℃時,丙烯腈産率降低的可能原因是________(雙選,填标号)
A.催化劑活性降低 B.平衡常數變大 C.副反應增多 D.反應活化能增大
(3)丙烯腈和丙烯醛的産率與n(氨)/n(丙烯)的關系如圖(b)所示。由圖可知,最佳n(氨)/n(丙烯)約為,理由是_______________。進料氨、空氣、丙烯的理論體積約為________。
460 ℃以前是建立平衡的過程,所以低于460 ℃時,丙烯腈的産率不是對應溫度下的平衡産率;高于460 ℃時,丙烯腈産率降低,A.催化劑在一定溫度範圍内活性較高,若溫度過高,活性降低,正确;B.平衡常數變大,對産率的影響是提高産率才對,錯誤;C.根據題意,副産物有丙烯醛,副反應增多導緻産率下降,正确;D.反應活化能的大小不影響平衡,錯誤;答案選AC。(3)根據圖像可知,當n(氨)/n(丙烯)約為1時,該比例下丙烯腈産率最高,而副産物丙烯醛産率最低;根據化學反應C3H6(g) NH3(g) 3/2O2(g)=C3H3N(g) 3H2O(g),氨氣、氧氣、丙烯按1:1.5:1的體積比加入反應達到最佳狀态,而空氣中氧氣約占20%,所以進料氨、空氣、丙烯的理論體積約為1:7.5:1。
答案:(1)兩個反應均為放熱量大的反應 降低溫度降低壓強 催化劑 (2)不是 該反應為放熱反應,平衡産率應随溫度升高而降低 AC(3)1 該比例下丙烯腈産率最高,而副産物丙烯醛産率最低 1:7.5:1
複習水溶液中的離子平衡時應強化對一系列概念的認識,把握其中的 内在聯系,能夠根據勒夏特列原理分析弱電解質的電離平衡、鹽類水解平衡 以及難溶電解質的溶解平衡的影響因素和移動方向。把握相關知識點的命題規律,掌握主要題型的解題思路。
例11 (2016年高考新課标Ⅰ卷)298K時,在20.0mL 0.10mol
氨水中滴入0.10 mol/L的鹽酸,溶液的pH與所加鹽酸的體積關系如圖所示。已知0.10 mol/L氨水的電離度為1.32%,下列有關叙述正确的是( )
A.該滴定過程應該選擇酚酞作為指示劑B.M點對應的鹽酸體積為20.0 mL
C.M點處的溶液中c(NH4+)=c(Cl-)=c(H+)=c(OH-) D.N點處的溶液中pH<12
C. 根據電荷守恒可得:c(NH4+) c(H+)=c(Cl-) c(OH-)。由于M點處的溶液顯中性,c(H+)=c(OH-),所以c(NH4+)=c(Cl-)。鹽是強電解質,電離遠遠大于弱電解質水的電離程度,所以溶液中離子濃度關系是:c(NH4+)=c(Cl-)>c(H+)=c(OH-),錯誤;D.N點氨水溶液中已經電離的一水合氨濃度等于溶液中氫氧根離子的濃度,c(OH-)=0.1mol/L×1.32%=1.32×10-3mol/L,根據水的離子積常數可知:N處的溶液中氫離子濃度=
=7.6×10-12mol/L,根據pH=-lgc(H )可知此時溶液中pH<12,正确。答案:D
例12 (2016年高考新課标Ⅲ卷)下列有關電解質溶液的說法正确的是( )
A.向0.1mol
CH3COOH溶液中加入少量水,溶液中
減小
B.将CH3COONa溶液從20℃升溫至30℃,溶液中
增大
C.向鹽酸中加入氨水至中性,溶液中
D.向AgCl、AgBr的飽和溶液中加入少量AgNO3,溶液中
不變
複習電化學時應注意:①紮實掌握基礎知識,如電極反應式的書寫、電池原理的分析等;②電化學問題的探究設計、實物圖分析及新型電池的分析是近年來高考中的熱點,通過在練習中總結和反思,提高在新情境下運用電 化學原理分析解決實際問題的能力。
例13 (2016年高考新課标Ⅰ卷)三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如圖所示,采用惰性電極,ab、cd均為離子交換膜,在直流電場的作用下,兩膜中間的Na 和SO42-可通過離子交換膜,而兩端隔室中離子被阻擋不能進入中間隔室。
下列叙述正确的是( )
A.通電後中間隔室的SO42-離子向正極遷移,正極區溶液pH增大
B.該法在處理含Na2SO4廢水時可以得到NaOH和H2SO4産品
C.負極反應為2 H2O–4e–=O2 4H ,負極區溶液pH降低
D.當電路中通過1mol電子的電量時,會有0.5mol的O2生成
例14 (2016年高考新課标Ⅲ卷)鋅–空氣燃料電池可用作電動車動力電源,電池的電解質溶液為KOH溶液,反應為2Zn O2 4OH– 2H2O===2Zn(OH)
。下列說法正确的是( )
A.充電時,電解質溶液中K 向陽極移動
B.充電時,電解質溶液中
逐漸減小
C.放電時,負極反應為:Zn 4OH–-2e–===Zn(OH)
D.放電時,電路中通過2mol電子,消耗氧氣22.4L(标準狀況)
解析:A、充電時陽離子向陰極移動,故錯誤;B、放電時總反應為:2Zn O2 4KOH 2H2O=
2K2Zn(OH)4,,則充電時生成氫氧化鉀,溶液中的氫氧根離子濃度增大,故錯誤;C、放電時,鋅在負極失去電子,故正确; D、标準狀況下22.4L氧氣的物質的量為1摩爾,對應轉移4摩爾電子,故錯誤。答案:C
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