例析化學(xué)反應(yīng)原理綜合題的考查方式

沈衛(wèi)星

化學(xué)反應(yīng)原理是中學(xué)化學(xué)核心內(nèi)容之一，主要包括化學(xué)反應(yīng)與能量變化、電化學(xué)原理、化學(xué)平衡、溶液中離子平衡等主干知識，要求學(xué)生能將所學(xué)相關(guān)化學(xué)知識和科學(xué)方法，解決與化學(xué)相關(guān)的生產(chǎn)、生活實(shí)際和科學(xué)研究中的簡單化學(xué)問題，注重化學(xué)問題解決過程和結(jié)果并作出合理的解釋和運(yùn)用，因此化學(xué)反應(yīng)原理綜合題在高考中占重要比例，必定考查核心知識，也體現(xiàn)出考查學(xué)生運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理解決實(shí)際問題的能力、思維和方法，下面舉例說明。

例1 鈷及其化合物可應(yīng)用于催化劑、電池、顏料與染料等。

（1）CoO是一種油漆添加劑，可通過反應(yīng)①②制備。

①2Co（s）+O2（g）2CoO（s）

ΔH1=a kJ·mol-1

②CoCO3（s）CoO（s）+CO2（g）

ΔH2=b kJ·mol-1

則反應(yīng)2Co（s）+O2（g）+2CO2（g）2CoCO3（s） 的ΔH=。

（2）某鋰電池的電解質(zhì)可傳導(dǎo)Li+，電池反應(yīng)式為：LiC6+CoO2放電充電C6+LiCoO2

①電池放電時負(fù)極的電極反應(yīng)式為，Li+向極移動（填“正”或“負(fù)”）。

②一種回收電極中Co元素的方法是：將LiCoO2與H2O2、H2SO4反應(yīng)生成CoSO4。該反應(yīng)的化學(xué)方程式為。

（3）BASF高壓法制備醋酸采用鈷碘催化循環(huán)過程如圖1所示，該循環(huán)的總反應(yīng)方程式為（反應(yīng)條件無需列出）。

（4）某含鈷催化劑可催化去除柴油車尾氣中的碳煙（C）和NOx。不同溫度下，將10 mol模擬尾氣（成分如表1所示）以相同的流速通過該催化劑，測得所有產(chǎn)物（CO2、N2、N2O）與NO的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果如圖2所示。

①380℃時，測得排出的氣體中含0.45 mol O2和0.0525 mol CO2，則Y的化學(xué)式為。

②實(shí)驗(yàn)過程中采用NO模擬NOx，而不采用NO2的原因。

解題導(dǎo)引 本題是一道化學(xué)反應(yīng)原理綜合題，涉及化學(xué)反應(yīng)與能量變化關(guān)系、電化學(xué)原理、化學(xué)平衡原理在生活環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用。

（1）考查了蓋斯定律應(yīng)用。由①-②×2可得2Co（s）+O2（g）+2CO2（g）2CoCO3（s），

ΔH=ΔH1-2ΔH2=（a-2b）kJ·mol-1。

（2）考查了原電池原理，負(fù)極是失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，元素化合價升高的電極，由題中信息該電池可傳導(dǎo)Li+，由電池總方程式可寫出負(fù)極的電極方程式：

LiC6-e-Li++C6。Li+向正極移動；②由LiCoO2中Co為+3價，CoSO4中Co為+2價，可以判斷H2O2在這反應(yīng)

作中還原劑，反應(yīng)方程式：2LiCoO2+H2O2+3H2SO4Li2SO4+2CoSO4+4H2O+O2↑。

（3）以圖示形式展現(xiàn)高壓法制備醋酸采用鈷碘催化循環(huán)過程，考查學(xué)生圖示信息獲取、加工、處理能力，也是解決本題的難點(diǎn)，要理清所加試劑和產(chǎn)物，由圖示信息可判斷該循環(huán)總反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是CO與CH3OH合成CH3COOH，則答案為：CO+CH3OH→CH3COOH。

（4）本問考查了化學(xué)平衡原理的實(shí)際應(yīng)用，①化學(xué)式的判斷及X和Y的物質(zhì)的量與NO轉(zhuǎn)化率之間的等式關(guān)系是解題的易錯點(diǎn)和難點(diǎn)。

①10 mol模擬尾氣中含有0.025 mol NO，0.5 mol O2，380℃時，測得排出的氣體中含0.45 mol O2和0.0525 mol CO2，因此反應(yīng)的氧氣為0.05 mol，根據(jù)圖像反應(yīng)的NO為（8%+16%）×0.025 mol=0.006 mol，根據(jù)N守恒，生成的N2或N2O的物質(zhì)的量分別為0.001 mol和0.002 mol，設(shè)N2O的物質(zhì)的量為x，根據(jù)O原子守恒，0.006 mol+0.05 mol×2=0.0525 mol×2+x，解得x=0.001 mol，因此Y為N2O，故答案為：N2O；

②真實(shí)的尾氣中的NOx以NO為主，而且NO較NO2穩(wěn)定，NO2氣體中存在N2O4，不便于定量測定，因此實(shí)驗(yàn)過程中采用NO模擬NOx，而不采用NO2，故答案為：真實(shí)的尾氣中的NOx以NO為主。

例2 Ⅰ.錳是在地殼中廣泛分布的元素之一，其單質(zhì)和化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著重要的作用。已知Al的燃燒熱為ΔH=-c kJ·mol-1，金屬錳可用鋁熱法制得。其余相關(guān)熱化學(xué)方程式為：

3Mn3O4（s）+8Al（s）9Mn（s）+4Al2O3（s）

Ⅱ.無機(jī)和有機(jī)氰化物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，尤其是冶金工業(yè)常用氰化物，含氰廢水的處理顯得尤為重要。含氰廢水中的氰化物常以＼[Fe（CN）6＼]3-和CN-的形式存在，工業(yè)上有多種廢水處理方法。

（1）電解處理法：用如圖3所示裝置處理含CN-廢水時，控制溶液pH為9～10并加入NaCl，一定條件下電解，陽極產(chǎn)生的ClO-將CN-氧化為無害物質(zhì)而除去。鐵電極為（填“陰極”或“陽極”），陽極產(chǎn)生ClO-的電極反應(yīng)為，陽極產(chǎn)生的ClO-將CN-氧化為無害物質(zhì)而除去的離子方程式為。圖3

（2）UV（紫外光線的簡稱）-H2O2氧化法。實(shí)驗(yàn)過程：取一定量含氰廢水，調(diào)節(jié)pH，加入一定物質(zhì)的量的H2O2，置于UV工藝裝置中，光照一定時間后取樣分析。

【查閱資料】①在強(qiáng)堿性溶液中

4＼[Fe（CN）6＼]3-+4OH-4＼[Fe（CN）6＼]4-+O2↑+2H2O，＼[Fe（CN）6＼]4-更穩(wěn)定；

②＼[Fe（CN）6＼]3-轉(zhuǎn)化為CN-容易被H2O2除去；

③HCN是有毒的弱酸，易揮發(fā)。

【問題設(shè)計(jì)】①廢水中的CN-經(jīng)以下反應(yīng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化：CN-+H2O2+H2OA+NH3↑，則A是（用符號表示）。endprint

②含氰廢水在不同pH下的除氰效果如圖4所示，pH選擇的最佳范圍應(yīng)為（a.7～10；b.10～11；c.11～13）。解釋該pH不宜太大的原因。

解題導(dǎo)引 本題考查了熱化學(xué)方程式、電解原理和應(yīng)用、離子方程式的書寫、物質(zhì)的推斷和化學(xué)反應(yīng)條件的控制。

Ⅰ考查了蓋斯定律的應(yīng)用，由題意Al的燃燒熱為ΔH=-c kJ·mol-1，則寫出

則根據(jù)蓋斯定律將方程式進(jìn)行變換，（①+3×②+③）/3即得

3MnO2（s）+4Al（s）3Mn（s）+2Al2O3（s）

則該反應(yīng)

Ⅱ（1）以電解法處理含氰廢水為載體考查了電解原理及其應(yīng)用，依據(jù)電解原理和題中提供信息：陽極產(chǎn)生的是ClO-，因此鐵作陰極，陽極是失電子，化合價升高，控制溶液的pH在9～10，說明溶液顯堿性，陽極反應(yīng)式為：Cl-+2OH--2e-ClO-+H2O；ClO-將CN-氧化成無害物質(zhì)，堿性環(huán)境中轉(zhuǎn)化成CO2-3和N2，

因此離子方程式為：5ClO-+2CN-+2OH-2CO2-3+N2↑+5Cl-+H2O。

（2）以氧化法處理含氰廢水，提供相關(guān)信息，考查了物質(zhì)推斷、反應(yīng)條件的選擇及對所選擇的條件給出合理解釋。①根據(jù)原子守恒、電荷守恒，較易判斷A為HCO-3；②由不同pH對除氰效果的影響圖示信息可判斷：應(yīng)選擇除氰率最高的即pH在10～11，故選項(xiàng)b正確；根據(jù)題中信息查閱資料①，＼[Fe（CN）6＼]4-在堿性條件下更穩(wěn)定，難以除去，故解釋該pH不宜太大的原因是：若堿性太強(qiáng)，溶液中4＼[Fe（CN）6＼]3-+4OH-4＼[Fe（CN）6＼]4-+O2↑+2H2O生成＼[Fe（CN）6＼]4-后難以除去。

化學(xué)反應(yīng)原理綜合題的考查方式取材“新”、“熱”，但落點(diǎn)還是“舊”、“原”，近幾年考查化學(xué)反應(yīng)與能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系仍然是將蓋斯定律與反應(yīng)熱相結(jié)合，也可能出現(xiàn)反應(yīng)熱與能源相結(jié)合，或反應(yīng)熱與電化學(xué)相結(jié)合；考查電化學(xué)仍然以新型電池為載體考查原電池和電解池的工作原理、電極方程式的書寫等，也可能會與生產(chǎn)、生活實(shí)際相聯(lián)考查電化學(xué)、金屬的腐蝕與防護(hù)知識；化學(xué)平衡與溶液中的離子平衡仍然與實(shí)際生產(chǎn)相聯(lián)系，有可能還與元素及其化合物知識相結(jié)合，綜合考查。所以在平時學(xué)習(xí)中注重總結(jié)，多積累基本知識，培養(yǎng)基本技能，能針對性多加訓(xùn)練，解決此類大部分問題還是可能的。

（收稿日期：2017-04-10）endprint