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，K2＝5×10
＋
－
＋
2＋
－7
－15
)，0.1 mol·L
－1
水合肼溶
液中四种离子：①H、②OH、③N2H5、④N2H6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Cr2O7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303 K，Ni、Pt催化下，则发生N2H4(l) 入0.1 mol N2H4，测得容器中
N2(g)＋2H2(g)。在1 L密闭容器中加
2－
n（H2）＋n（N2）
与时间关系如图乙所示。则0～4 min氮气
n（N2H4）
的平均速率v(N2)＝________。
(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4 mol OH。(2)水合肼是二元弱碱，溶液中存在的电离平衡有N2H4＋H2O
＋
－
－
－
－
－
－
－
－
N2H5＋OH，N2H5＋H2O
－
＋－＋
N2H6＋OH，H2O
＋
2＋－
H
＋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(N2H5)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N2H6多，故离子浓度大小顺序为c(OH)>c(N2H5)>c(H)>(N2H6)。(3)Cr2O7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
N2H4（l）
N2（g）＋2H2（g）0
02x2x2＋
－
＋
＋
2＋
2－
n（起始）/mol：n（转化）/mol：n（平衡）/mol：
0.1
x0.1－xxx
2x＋x0.05 mol由图像知，在4 min时反应达到平衡，＝3，x＝0.05 mol，v(N2)＝＝0.1－x1 L×4 min0.012 5 mol·L·min。
(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，
－1
－1
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)2Cr2O7＋4H＋3N2H4·H2O===4Cr(OH)3↓＋3N2↑＋5H2O (或2Cr2O7＋4H＋3N2H4===4Cr(OH)3↓＋3N2↑＋2H2O) 高温
(4)①7N2H4(g)=====8NH3(g)＋3N2(g)＋2H2(g)
2－
＋
2－
＋
－
－
②0.0125 mol·L·min
－1－1
(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NH4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0.448 L N2(标准状况下)，则需消耗浓度为0.5 mol·L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NO3，再根据图甲可知，X中存在Ba。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NH4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)＝
－
－
＋
－
2＋
－
－
－1
＋
0.448 L
－1＝0.02 mol，
22.4 L·mol
0.06 mol－－－
则n(ClO)＝0.06 mol，V(ClO)＝L＝120 mL。(3)左端为CN―→N2，－1＝0.12
0.5 mol·L氮元素被氧化，则左端为阳极，电极反应式为2CN＋12OH－10e===2CO3＋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)2 ②8NH3＋8NO＋2NO2===9N2＋12H2O
(2)①2NH4＋3ClO===N2↑＋3Cl＋2H＋3H2O ②120
(3)H2 2CN＋12OH－10e===2CO3＋N2↑＋6H2O 3．一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＝a kJ·mol ②CO(g)＋3Fe2O3(s)===CO2(g)＋2Fe3O4(s) ΔH＝b kJ·mol
反应3CO(g)＋Fe2O3(s)===3CO2(g)＋2Fe(s)的ΔH＝________kJ·mol(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) 第二步：HCOOCH3(g)
HCOOCH3(g)＋2H2(g) ΔH>0 CH3OH(g)＋CO(g) ΔH>0
－1
－1－
－
－
－
2－
＋
－
－
＋
－
－
－
2－
①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1
②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________________________________________________________________________。
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33.2 g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5.3 g Pd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)/3 kJ·mol。(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＋3CO=====2Ni＋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5.3 g Pd，也就是0.05 mol Pd，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0.05 mol Pb 转移的电子物质的量为0.1 mol，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===Fe＋2Al＋4H2O
＋
2＋
3＋－1
高考化学二轮复习下篇专题三微题型十九化学反应原理综合题
