2019茂名一模理综化学28题几个疑问

原题:

甲醛在木材加工、医药等方面有重要用途。甲醇直接脱氢是工业上合成甲醛的新方法,制备过程涉及的主要反应如下:

反应I:CH3OH(g) HCHO(g)+H2(g)     △H1=+85.2kJ·mol1

反应II:CH3OH(g)+1/2O2(1)HCHO(g)+H2O(g)   △H2

反应III:H2(g)+1/2O2(g)H2O(g)        △H3=-241.8kJ·mol1

副反应:

反应IV:CH3OH(g)+O2(g)CO(g)+2H2O(g)   △H4=-393.0kJ·mol1

(1)计算反应Ⅱ的反应热△H2=____________________________________________。

(2)750K下,在恒容密闭容器中,发生反应CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g),若起始压强为P0,达到平衡转化率为α,则平衡时的总压强P=___________(用含P0和α的式子表示);当P0=101kPa,测得α=50.0%,计算反应平衡常数Kp=___________kPa(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数,忽略其它反应)。

(3)Na2CO3是甲醇脱氢制甲醛的催化剂,有研究指出,催化反应的部分机理如下:

历程i:CH3OH→H+·CH2OH

历程ⅱ:·CH2OH→·H+HCHO

历程ⅲ:·CH2OH→3·H+CO

历程iv:·H+·H→H2

下图表示一定条件下温度对碳酸钠催化脱氢性能的影响,回答下列问题:

①从平衡角度解析550℃-650℃甲醇生成甲醛的转化率随温度升高的原因___________;

②反应历程i的活化能___________(填“>、“<”或“=”)CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g)活化能。

③650℃~750℃,反应历程ii的速率___________(填“>”、“<”或“=”)反应历程ⅲ的速率。

(4)吹脱是处理甲醛废水的一种工艺,吹脱速率可用方程v=0.0423c(mg·L1·h1)表示(其中c为甲醛浓度),下表为常温下甲醛的浓度随吹脱时间变化数据。

浓度(mg/L) 10000 8000 4000 2000 1000
吹脱时间(h) 0 7 23 39 55

则当甲醛浓度为2000mg/L时,其吹脱速率v=___________ mg·L-1·h-1,分析上表数据,起始浓度为10000mg/L,当甲醛浓度降为5000mg/L,吹脱时间为___________h。

本题难理解的地方,阿柯觉得是(3) ② 、 ③ 和(4) 中的最后一空。请看这三问的解析:

②由盖斯定律,历程i+历程ⅱ+历程iv得CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g),前两者吸收能量,历程iv放出能量,总反应CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g)是吸热反应,故历程i的活化能小于总反应的活化能。阿柯看了解析,还是不明白,苦闷!

③由图可知650℃~750℃,甲醇的转化率变大,但甲醛的选择性变小,反应历程ii的速率小于反应历程ⅲ的速率。阿柯觉得, 甲醛的选择性是不是指历程ii?然后甲醛选择性变小,意味着生成甲醛变少,则生成CO变多,即历程ⅲ(生成CO)速率大于历程ii。这样理解对否?

(4) 中的最后一空给出的解析要用表中的数据作图,然后根据几个点的连线来估算时间约为16小时。阿柯觉得,这种神一般的问题,几乎几年都有,也几乎只能命题人才真正的知道答案。

高三的同事分析表中的数据,用一个类似“半衰期”的解法,貌似能合理解释这个答案:8000-4000,减少一半,用时16小时,4000-2000也是减少一半,用时16小时,2000-1000也是减少16小时。这就好比半衰期=16小时,那么10000-5000刚好就是减少一半,所以用时也应该是16小时。虽然不确定这个分析是否完全正确,但总比给出的作图解法来得实际些。

2018衡水金卷 调研卷 理综(一)28题(化学)

原题节选:(1)CuO分解生成2 mol Cu2O的热化学方程式:

(2)温度为T时,向5L恒容密闭容器中加入80gCuO制备Cu2O,5min时恰好达到平衡,测得容器中Cu2O的物质的量为0.4mol。

①该反应的平衡常数K=0.04

②5min时缩小容器容积,重新达到平衡时O2的浓度:不变

③其他条件不变,起始向该容器中充入0.5molCuO,重复实验,达到平衡的时间:> 2.5min;达到平衡时Cu2O的物质的量:>0.2mol

解析:由方程可知,①中K=c(O2)=0.04;②中因为温度不变,K不变,O2的浓度也不变;③加入CuO的物质的量为原来的一半,如果反应按原来的反应速率和转化率,则达到平衡的时间应该是原来的一半,即2.5min。但由于加入的CuO的物质的量为原来的一半,反应的O2的浓度比原来小,速率慢,则达到平衡的时间:> 2.5min;因为压强比原来小,则反应向着气体体积大的方向移动,即正向移动,达到平衡时Cu2O的物质的量:>0.2mol。

同事的质疑:若用K不变去考虑,③平衡时c(O2)也需等于0.04kJ•mol-1,根据体积为5L,则③平衡生成O2的物质的量为0.2mol。那么按照(1)中反应方程式中的计量系数,生成0.2molO2需消耗0.8molCuO。但③加入CuO的总量才0.5mol,这显然是矛盾的。

自己也审视了同事的思路,感觉好似也是严谨的。但自己愣了好久后才发现,其实是忽略了反应的温度。80g(即1mol)CuO制备Cu2O达到平衡时的温度,与0.5molCuO制备Cu2O达到平衡时的温度显然是不等的。既然两平衡时的温度都不等了,那么就不能拿①的K来算③的浓度。

但同事又考虑到,如果两次平衡的温度不等,那么单用压强变化来判断达③中到平衡时Cu2O的物质的量:>0.2mol也不严谨,且题目没有说容器绝热。

我回头再看了看题,到平衡时Cu2O的物质的量:>0.2mol,是因为压强使平衡右移的原因。即使考虑两次平衡的温度平衡也是右移的。因为CuO制备Cu2O是吸热反应,反应的量越大,吸收热量越多,使温度越低。则③反应的量小,温度应该比原来高,结果该反应是吸热,平衡也会向右移。即也会得到达到平衡时Cu2O的物质的量:>0.2mol。

但如果考虑反应热对体系温度的影响,那么②中压缩体积平衡逆向移动,温度肯定升高,则K就变小的,则O2的浓度也就减小了。

如上述理解有不严谨或方向错误问题,请指正。

关于2018广东一模26题(6)的疑问

最后一问(6)是简述制备SO2Cl2的操作步聚。这空的标准答案是:先关闭K1、K2,通入SO2……

看到这里的时候,有学生提出质疑,认为关闭了K1、K2后,由于气压的问题,SO2会无法通入。阿柯认为,不管这个学生的质疑是否正确,我都非常喜欢这种问题。确实,关闭K1、K2后,装置处于密闭,是会因为压强非使SO2无法通入的情况。但这个学生忽略了题目的另一个信息“樟脑吸收SO2会变为液体”。成为液体后,压强会降低,这样SO2就可以持续通过了。当然,如果真像学生那样思想,要把K1打开才能使SO2通入。那么打开K1后,SO2就会因气压问题往上走,在干燥管被碱石灰吸收了。

所以,答案没有问题,我也喜欢这个学生的质疑。

命题人的不规范让是折腾人

阿柯习惯,先上原题:

(1)在三个1L的恒容密闭容器中,分別加入0.10molN2和0.30molH2发生反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H<0,实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中c(N2)随时间(t)的变化如图所示(T表示温度)。

①与实验Ⅱ相比,实验Ⅰ、实验Ⅲ分别采用的实验条件为_______________、_______________。

解析:这题目的这小题是考察不同条件下对化学平衡的影响,本身是较容易的题。看图像时间轴,实验Ⅰ比实验Ⅱ先达到平衡,可得到T2>T1,则有从实验Ⅱ到实验Ⅰ则是温度升高,再根据题目反应是放热,升温逆向移动,使N2的百分含量升高,符合题意,进而得出第一个空的答案是:升高温度。(第二个空更简单,只是加快速率,而平衡不移动,很明显是使用催化剂)。

以上也是命题者给出的答案。但再看看纵坐标,我们会发现,实验ⅡN2从开始的0.10到0.06,变化0.04使用了20分钟;而实验ⅠN2从0.10到0.08,变化0.02使用了15分钟。这样一算,速率就是实验Ⅱ>实验Ⅰ。这样就容易推翻T2>T1,从而否定升温这个答案。并且容易认为是减压才是正确的。因为减压,会使速率降低(实验Ⅱ>实验Ⅰ),且平衡逆向移动,使N2的百分含量升高。感觉也很符合题意!如果这算通过两坐标计算速率能够推翻“先拐先平,先平则快”,那么我们之前解析的很多题目使用“先平速率快”的判断都是错误的!多么可怕的领悟!!

但仔细推敲,减压根本站不住脚。这三个曲线都是温度曲线,T2不等于T1,温度不等,单凭减压就能判断移动方向?如是硬要说T2可以等于T1,那命题者为什么给曲线作T标注,而不直接用P标注?或者直接来个TP1和TP2标注?这显然说不过去。其实从命题者给出的答案就可以看出,就是想考察“先拐先平,先平则快”这个判断规律,只是图像画得不规范,导致单位时间内变化量与曲线拐点斜率不对应。把图像曲线Ⅰ平衡斜率增大到合理时间范围,或者把曲线Ⅱ平衡斜率减小至合理范围即可。

次氯酸钠在碱性条件下氧化亚铁离子

原题节选:(2015 安徽卷,10)下列有关NaClO和NaCl混合液的叙述正确的是:

C.向该溶液中滴入少量FeSO4溶液,反应的离子方程式为:2Fe2+ + ClO + 2H+ = 2Fe3+ + Cl + H2O

分析:这个选项肯定是错的,因为题目注明是NaClO和NaCl混合液,这个溶液由于NaClO的水解,肯定是呈碱性的。碱性环境中的反应方程式,不可有H+出现。那么选项中的这个离子方程式可不可以是酸性的NaClO氧化Fe2+呢?阿柯觉得也不可能,因为如果是酸性的,那么由于强酸制弱酸原理,肯定会有HClO生成,则方程中应该会出现HClO才对。不扯太远,回到这个题目上。那么C选项的正确离子方程式到底是怎么写呢?

根据氧化还原关系可以列出:Fe2+ + ClO→Fe3+ + Cl

根据价态升降守恒,先配出系数:2Fe2+ + ClO→2Fe3+ + Cl

可以看出上式左边正电荷少于右边,根据离子方程式配平的平衡电荷原则,可以在左边加上H+或者在右边加OH上使两边电荷守恒。

但前面已经分析了,该反应液呈碱性,所以不可能加H+,则是右边加2OH从而得到:2Fe2+ + ClO→2Fe3+ + Cl+ 2OH

得到上式后, 左边少H,碱性环境,就补水(酸性环境,少H补H+),再得到:2Fe2+ + ClO + H2O→2Fe3+ + Cl+ 2OH

别以为上式就是对的,细看一下,式中的Fe3+和OH不共存,应该会得到Fe(OH)3↓ 才对。但如是写成Fe(OH)3↓ 了而原子不守恒了,电荷也不守恒了。

对于此,网上绝大多数的网友都仅是给出正确答案:6Fe2+ + 3ClO + 3H2O = 2Fe(OH)3↓ + 4Fe3+ + 3Cl

而对于这个答案到底怎么弄出来的,没有细说。这里关键的Fe3+为什么没有完全形成沉淀?有些网友也说什么碱性不强,Fe3+没有完全沉淀。学生对这种解释显然不能接受!其实我们可以再由OH和Fe3+写出一个离子方程式:Fe3+ + 3OH= Fe(OH)3↓,然后与2Fe2+ + ClO + H2O=2Fe3+ + Cl+ 2OH合并,最小公倍数法消去不共存的OH,可得答案:6Fe2+ + 3ClO + 3H2O = 2Fe(OH)3↓ + 4Fe3+ + 3Cl

关于物质熔沸点比较的几点疑问

对于一些同主族或同周期,能运用元素周期律的递变规律比较熔沸点的就不在此再重复了。只说两个例子:

一、硫单质与金属钠的沸点高低。

这应该是运用晶体类型看熔、沸点规律。常见的晶体有原子晶体、金属晶体、离子晶体、分子晶体。原子晶体沸点>离子晶体>分子晶体。而金属单质和合金属于金属晶体,其中熔、沸点一般较高(但也有低的)。而原子晶体之间的熔沸点比较,则由原子晶体成键元素之间的共价键大小而决定,共价键越短,键能越大,熔沸点越高。判断一个共价键键长可由组成该共价键两原子的半径大小而推出。

硫单质属于份子晶体(有S2、S4、S6、S8等多种分子,还有由多个S原子构成的大分子),而金属钠属于金属晶体,所以金属钠的熔点高于单质硫。

PS:区分是分子晶体还是原子晶体,主要根据组成该物质的结构而定。如原子晶体,是由原子间以共价键相连成无限网状,如二氧化硅中硅连氧,氧连硅,无限下去。分子晶体则是有限的一个一个的分子组成。

二、氢气和氮气的沸点高低比较。

这两者都属于气体分子,沸点应该由范德华力(分子间作用力)决定。如果这两者可以用分子间作用力比较,则根据分子量越大,分子间的作用力越大,熔沸点越高的原则:氮气沸点>氢气。

但范德华力的前提是,结构性质相似的物质才适用。但氢气和氮气虽然都是双原子分子,但结构相似吗?一个是氢氢单键,一个是氮氮三键,硬说结构相似,很牵强吧?希望有同行指点一下。在此谢过~

CuSO4、Fe2(SO4)3、H2SO4的混合溶液100mL

原题:CuSO4、Fe2(SO43、H2SO4的混合溶液100mL,已知溶液中阳离子的浓度相同(不考虑水解),且SO42-的物质的量浓度为6mol/L,则此溶液最多可溶解铁粉的质量为(  )
A. 11.2 g                 B. 16.8 g                C. 19.6 g                   D. 22.4 g

溶液中n(SO42-)=0.1L×6mol•L-1=0.6mol,
CuSO4、Fe2(SO43、H2SO4的溶液中阳离子的浓度相同,所以阳离子物质的量也相同,设Cu2+、Fe3+、H+三种离子物质的量均为n,根据电荷守恒知道:2n+3n+n=0.6mol×2,解得n=0.2mol

加铁粉后,可以和Cu2+、Fe3+、H+三种离子反应,但最终均生成Fe2+,也就是最终是形成FeSO4溶液。由于为SO42-0.6mol,则Fe2+也为0.6mol。这0.6molFe2+包含了原溶液0.2molFe3+还原而来的,则实际加入的Fe的物质的量为0.6mol-0.2mol=0.4mol。所以加入铁的质量为56g/mol*0.4mol=22.4。答案为D

守恒法在化学计算题中的应用(三)

原题:向50mL14.0mol/L浓硝酸中加入足量的铜,充分反应后共收集到标准状况下2.24LNO和NO2混合气体(不考虑NO2与N2O4的相互转化),则参加反应的铜的质量为:    A.6.4g             B.12.8g              C.19.2g                  D.38.4g

解析:标准状况下2.24LNO和NO2混合气体总物质的量为0.1mol,50mL14.0mol/L浓硝酸物质的量为0.7mol,为此很多同学首先想到的是用二元一次方程组来求解:

则有:x + y =0.1和4x + 2y =0.7,求解时会发现,y为负数,很明显此法是错误的。但很多人百思不得其解,思路好像又没问题,为什么就无法求解?阿柯认为是忽略了一个关键问题,就是NO不一定全是铜与稀硝酸产生,有可能是NO2在溶液中逸出时,与水反应产生:

3NO2 + H2O =2HNO3 + NO

还是要用守恒法解:NO和NO2混合气体总物质的量为0.1mol,证明被还原的HNO3也为0.1mol(N原子守恒),而50mL14.0mol/L浓硝酸物质的量为0.7mol,只有0.1mol被还原,证明有0.6molHNO3形成了Cu(NO3)2

根据Cu(NO3)2组成有:

所以反应的铜的质量为:0.3mol*64g/mol=19.2g(C答案正确)

守恒法在化学计算题中的应用(二)

原题:足量铜与一定量浓硝酸反应,得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体,这些气体与1.68LO2(标准状况)一起通入水中,所有气体完全被水吸收生成硝酸。若向硝酸铜溶液中加入5mol/L的NaOH溶液至铜离子怡好完全沉淀,则消耗NaOH溶液体积为_________

解析:NO2、N2O4、NO的混合气体被1.68LO2(标准状况)氧化为HNO3,消耗的O2为0.075mol,则此过程中转移的电子为:

根据守恒原理,建立关系:

(上述关系说明:铜与硝酸反应生成氮气化物混合气体,与氮混合气体再被氧气氧化成硝酸两过程转移的电子是一样的,都为0.3mol)

得到Cu被氧化时,失去电子也是0.3mol

所以NaOH溶液体积=0.3mol/5mol/L=0.06L=60mL

守恒法在化学计算题中的应用(一)

原题节选:

(4)反应③在X(为HNO3)溶液温度、浓度不同时,产物也不同,则过量的D(为Fe)分别与一定量不同温度、浓度的X的稀溶解反应时,若4mol X参加反应转移了3mol电子,此时反应的离子方程式为___________________________________;若5mol X参加反应转移了4mol电子,此时X的还原产物可能是下列选项中的________:a.NO,b.N2O,c.N2,d.NH4NO3

解析:过量的铁与稀硝酸反应,铁肯定被氧化成+2价,因为反应转移电子为3mol,则铁被氧化时失去的电子也为3mol。建立关系式:

再由Fe(NO3)2的分子式得到关系:

参与反应的HNO3一共是4mol,Fe(NO3)2中没变价的N为3mol,则被还原的HNO3只有1mol。1mol+5价的N被还原,要转移3mol电子,则N肯定是降到+2价,所以得到HNO3被还原的产物为NO。则此时的离子方程式为:3Fe +8H+ + 2NO3 = 3Fe2+ + 2NO↑+ 4H2O

第二个空:根据上面的原理,

再由Fe(NO3)2的分子式得到关系:

参与反应的HNO3一共是5mol,Fe(NO3)2中没变价的N为4mol,则被还原的HNO3只有1mol。1mol+5价的N被还原,要转移4mol电子,则N肯定是降到+1价,所以得到HNO3被还原的产物为N2O,则b正确;若产物为d选项的NH4NO3,根据N原子守恒,则1molHNO3只能生0.5molNH4NO3,NO3中的N没变价,NH4+中的N为-3价,+5降至-3,转移电子数为8,0.5mol,则转移电子数也为4mol,即d答案也符合。

一道关于浓硫酸稀释的计算题

原题:在100克浓度为18mol.L-1、密度为d(g.cm-1)的浓硫酸中加入一定量的水,稀释成9mol.L-1的硫酸,则加入水的体积为:

A.小于100ml      B.大于100ml      C.等于100ml      D.等于100/d ml

解析1:硫酸溶液的密度大于1g/ml,100g硫酸溶液的体积小于100mL。浓度为18mol.L-1变为一半,意味着体积加倍,本来100g硫酸溶液的体积小于100mL,增加的体积也小于100mL。选A

但这个方法会让人觉得不踏实,因为硫酸与水的密度不同,等体积混合后的总体积不会是原来的2倍。那么上述的体积加倍中,所加的水的体积就不一定小于100ml(这个问题没思考透,只是觉得会有这方面的想法)

解析2:用c=n/V 计算。根据稀释规律,稀释前后硫酸的物质的量是不变的。稀释前硫酸的物质的量=V*C=100/d * 18mol/L=1800/d,则稀释后的溶渡物质的量浓度9mol/L=1800/d/(100+x)/d2 (x为所加水的质量,d2为稀释后的密度),整理得:(100+x)/200=d2/d。因为硫酸的浓度越小,密度也越小,所以有d2<d,则d2/d<1。即有(100+x)/200<1,解得x<100