2025年下學(xué)期高三化學(xué)化學(xué)反應(yīng)原理綜合題專項(xiàng)訓(xùn)練（二）一、工業(yè)合成氨反應(yīng)機(jī)理與平衡調(diào)控（20分）背景：合成氨反應(yīng)（N?+3H??2NH?ΔH=-92.4kJ/mol）是人工固氮的重要途徑，其反應(yīng)機(jī)理和條件優(yōu)化一直是化工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。某科研團(tuán)隊(duì)在Fe?O?催化劑表面進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，通過原位紅外光譜捕捉到以下中間體轉(zhuǎn)化過程：N?(g)→N?*（吸附態(tài)）→2N*（解離）→N*+H*→NH*→NH?*→NH?*→NH?(g)（*表示催化劑活性位點(diǎn)）問題：能量與機(jī)理分析（6分）（1）根據(jù)中間體能量變化曲線（圖1），判斷哪一步是反應(yīng)的決速步驟，并說明理由。（2）計(jì)算N?(g)+H?(g)→NH?(g)的焓變?chǔ)（已知N≡N鍵能946kJ/mol，H-H鍵能436kJ/mol，N-H鍵能391kJ/mol）。速率與平衡計(jì)算（8分）在恒溫恒容容器中，初始投入n(N?)=1mol、n(H?)=3mol，反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)NH?體積分?jǐn)?shù)為20%。（1）列式計(jì)算該溫度下的平衡常數(shù)Kc（保留兩位有效數(shù)字）。（2）若壓縮容器體積至原體積的1/2，再次平衡時(shí)NH?體積分?jǐn)?shù)______（填“增大”“減小”或“不變”），結(jié)合平衡移動(dòng)原理解釋。條件優(yōu)化與圖像分析（6分）圖2為不同溫度、壓強(qiáng)下NH?平衡產(chǎn)率變化曲線。（1）解釋500℃、30MPa時(shí)產(chǎn)率高于400℃、10MPa的原因。（2）工業(yè)上常選擇400~500℃而非更低溫度的主要原因是______。二、甲醇燃料電池與電解精煉（24分）背景：直接甲醇燃料電池（DMFC）具有能量密度高、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，其工作原理如圖3所示（質(zhì)子交換膜只允許H?通過）。同時(shí)，利用該電池產(chǎn)生的電能可實(shí)現(xiàn)CuSO?溶液中Cu2?的電解精煉。問題：電極反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化（8分）（1）寫出DMFC負(fù)極的電極反應(yīng)式：。（2）若電池工作時(shí)消耗1molCH?OH，理論上外電路通過______mol電子，正極區(qū)溶液pH（填“增大”“減小”或“不變”）。電解精煉與計(jì)算（10分）以DMFC為電源電解200mL0.5mol/LCuSO?溶液（惰性電極），電解過程中溶液pH隨時(shí)間變化曲線如圖4。（1）t?時(shí)刻陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為______，此時(shí)電路中通過的電子數(shù)為______。（2）若電解后溶液體積不變，計(jì)算陽(yáng)極產(chǎn)生氣體的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）。腐蝕與防護(hù)（6分）若將DMFC的負(fù)極材料換為鐵，在中性溶液中會(huì)發(fā)生吸氧腐蝕。（1）寫出正極反應(yīng)式：。（2）為防止腐蝕，可在鐵表面鍍銅或鍍鋅，其中防護(hù)效果更好的是，理由是______。三、弱電解質(zhì)電離與沉淀溶解平衡（26分）背景：25℃時(shí)，某工廠廢水中含有H?、Cu2?、Pb2?等離子，其處理流程如下：①調(diào)節(jié)pH至4.0，沉淀部分離子；②加入Na?S溶液，使Cu2?、Pb2?完全沉淀。已知：25℃時(shí)，Ka(CH?COOH)=1.8×10??，Ksp(CuS)=6.3×10?3?，Ksp(PbS)=9.0×10?2?，Kw=1.0×10?1?。問題：電離平衡與pH計(jì)算（8分）（1）計(jì)算0.1mol/LCH?COOH溶液的pH（已知lg1.34=0.13）。（2）若用NaOH溶液調(diào)節(jié)廢水pH，當(dāng)pH=4.0時(shí)，溶液中c(OH?)=______mol/L，此時(shí)水電離出的c(H?)=______mol/L。沉淀溶解與離子濃度比較（10分）（1）向含Cu2?、Pb2?的混合溶液中滴加Na?S溶液，當(dāng)PbS開始沉淀時(shí)，c(Cu2?)=mol/L（假設(shè)c(Pb2?)=c(Cu2?)=0.1mol/L）。（2）完全沉淀后，上層清液中c(S2?)=1.0×10?1?mol/L，此時(shí)溶液pH=10，通過計(jì)算說明S2?的水解程度：（填“主要以HS?存在”或“主要以S2?存在”，已知H?S的Ka?=7.1×10?1?）。沉淀轉(zhuǎn)化與圖像分析（6分）圖5為CuS和PbS的沉淀溶解平衡曲線（pM=-lgc(M2?)，pS=-lgc(S2?)）。（1）曲線______（填“a”或“b”）代表CuS，判斷依據(jù)是______。（2）向曲線b上一點(diǎn)（pM=20，pS=15）加入Cu(NO?)?固體，溶液組成將沿______（填“曲線b”或“橫軸”）移動(dòng)。四、含硫廢水處理與氧化還原平衡（32分）背景：某化工廠用NaClO氧化法處理含硫廢水（主要成分為Na?S），發(fā)生反應(yīng)：Ⅰ.ClO?+S2?→Cl?+S↓（堿性條件）Ⅱ.3ClO?+S+2OH?→3Cl?+SO?2?+H?O問題：方程式配平與電子轉(zhuǎn)移（8分）（1）用雙線橋法標(biāo)出反應(yīng)Ⅰ中電子轉(zhuǎn)移方向和數(shù)目：ClO?+S2?→Cl?+S↓。（2）寫出反應(yīng)Ⅱ的離子方程式并配平。氧化還原計(jì)算與滴定分析（12分）取20.00mL處理后的廢水，用0.0100mol/LKMnO?酸性溶液滴定（SO?2?不反應(yīng)，Cl?被氧化為Cl?），消耗KMnO?溶液15.00mL。（1）寫出MnO??與Cl?反應(yīng)的離子方程式：______。（2）計(jì)算廢水中Cl?的濃度（mg/L，保留整數(shù)）。條件控制與綜合探究（12分）實(shí)驗(yàn)測(cè)得不同pH下S2?氧化率如圖6所示。（1）pH=9時(shí)，S2?氧化率低于pH=11的原因是______。（2）若pH過低，會(huì)產(chǎn)生有毒氣體Cl?，用平衡移動(dòng)原理解釋：（已知HClO的Ka=2.9×10??）。（3）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證反應(yīng)Ⅱ中S是中間產(chǎn)物：（簡(jiǎn)述操作、現(xiàn)象和結(jié)論）。參考答案與解析一、工業(yè)合成氨反應(yīng)機(jī)理與平衡調(diào)控（1）N?→2N*為決速步驟*，因其活化能最高（中間體能量差最大）。（2）ΔH=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能=（946+3×436）-（6×391）=-92kJ/mol。（1）設(shè)轉(zhuǎn)化n(N?)=xmol，列三段式：N?+3H??2NH?起始：130轉(zhuǎn)化：x3x2x平衡：1-x3-3x2x由2x/(4-2x)=0.2，解得x=0.333，Kc=(0.666)2/[(0.667)(2.00)3]=0.067L2/mol2。（2）增大，壓縮體積使壓強(qiáng)增大，平衡向氣體分子數(shù)減小的方向（正反應(yīng)）移動(dòng)。（1）500℃、30MPa時(shí)，高壓促進(jìn)平衡正向移動(dòng)，抵消了高溫導(dǎo)致的平衡逆向移動(dòng)；（2）兼顧反應(yīng)速率和催化劑活性，低溫雖平衡產(chǎn)率高，但反應(yīng)速率過慢。二、甲醇燃料電池與電解精煉（1）CH?OH-6e?+H?O=CO?↑+6H?（2）6，正極反應(yīng)O?+4e?+4H?=2H?O，H?被消耗，pH增大。（1）4OH?-4e?=O?↑+2H?O，t?時(shí)pH=1，c(H?)=0.1mol/L，n(e?)=0.1×0.2=0.02mol，電子數(shù)=0.02N?。（2）n(O?)=0.02/4=0.005mol，V=0.005×22.4=0.112L。（1）O?+2H?O+4e?=4OH?（2）鍍鋅，鋅比鐵活潑，形成原電池時(shí)鋅作負(fù)極被腐蝕，鐵作正極保護(hù)。三、弱電解質(zhì)電離與沉淀溶解平衡（1）c(H?)=√(Ka·c)=√(1.8×10??×0.1)=1.34×10?3mol/L，pH=2.87（2）1.0×10?1?，1.0×10?1?（pH=4時(shí)，水電離出的H?等于OH?濃度）。（1）c(Cu2?)=Ksp(CuS)/[Ksp(PbS)/c(Pb2?)]=6.3×10?3?×0.1/9.0×10?2?=7.0×10??mol/L（2）主要以HS?存在，c(HS?)/c(S2?)=Ka?/c(H?)=7.1×10?1?/10?1?=7.1×10??＜1，故HS?為主。（1）a，CuS的Ksp更小，相同c(S2?)時(shí)c(Cu2?)更低，pM更大。（2）曲線b，加入Cu2?使c(Cu2?)增大，c(S2?)減小，沿曲線移動(dòng)。四、含硫廢水處理與氧化還原平衡（1）ClO?+S2?=Cl?+S↓（Cl得2e?，S失2e?）（2）3ClO?+S+2OH?=3Cl?+SO?2?+H?O（1）2MnO??+10Cl?+16H?=2Mn2?+5Cl?↑+8H?O（2）n(Cl?)=5×n(MnO??)=5×0.01×0.015=7.5×10??mol，c(Cl?)=7.5×10??×35.5×103/0.02=133mg/L。（1）pH=9時(shí)OH?濃度低，反應(yīng)Ⅱ難以進(jìn)行，S2?