降服多反應(yīng)體系試題的殺手锏

廣東 周曼文

降服多反應(yīng)體系試題的殺手锏

廣東 周曼文

化學(xué)反應(yīng)常有“平行反應(yīng)”和“連串反應(yīng)”兩類，平行反應(yīng)主要是指多個(gè)反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行；而連串反應(yīng)主要是指多個(gè)反應(yīng)按一定的先后順序逐次進(jìn)行。高中階段接觸的平行反應(yīng)如：實(shí)驗(yàn)室用乙醇、濃硫酸制乙烯（同時(shí)會(huì)生成乙醚）；用碳棒作電極電解氧化鋁的陽(yáng)極反應(yīng)生成O2（同時(shí)產(chǎn)生O3、CO、CO2）；“連串反應(yīng)”由于反應(yīng)物性質(zhì)的強(qiáng)弱而導(dǎo)致的先后順序反應(yīng)又叫“競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)”，如把Cl2通入含I－、Br－、Fe2＋的溶液中，按照還原能力由強(qiáng)到弱的順序，I－優(yōu)先反應(yīng)，其次是Fe2＋，最后是Br－；再如把鹽酸逐滴加入到含有NaOH、Na2CO3、NaHCO3的混合溶液中，按照堿性由強(qiáng)到弱的順序，NaOH優(yōu)先反應(yīng)，其次是Na2CO3，最后是NaHCO3；當(dāng)然也有由于物質(zhì)出現(xiàn)的先后導(dǎo)致連串反應(yīng)，如久置的氯水就是稀鹽酸。其實(shí)，真實(shí)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)和實(shí)際的化工生產(chǎn)中，由于反應(yīng)物性質(zhì)、反應(yīng)環(huán)境和條件的共同影響，其反應(yīng)實(shí)質(zhì)可能更復(fù)雜（如共沉淀反應(yīng)等），因此，以多反應(yīng)體系為素材的高考試題，也備受高考命題者青睞；這樣的試題往往是一套試卷的最難點(diǎn)，區(qū)分度高，選拔性強(qiáng)；能測(cè)出考生運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

這類試題的解答技巧，一般有三個(gè)關(guān)鍵：

一、找到多反應(yīng)體系涉及的各個(gè)反應(yīng)

例1 （2016北京，28節(jié)選）以Na2SO3溶液和不同金屬的硫酸鹽溶液作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，探究鹽的性質(zhì)和鹽溶液間反應(yīng)的多樣性。

試劑實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象滴管試管飽和Ag2SO4溶液Ⅰ．產(chǎn)生白色沉淀Ⅱ．溶液變綠，繼續(xù)滴0．2mol·L－1Na2SO3溶液0．2mol·L－1CuSO4溶液加產(chǎn)生棕黃色沉淀Ⅲ．開(kāi)始無(wú)明顯變化，繼續(xù)滴加產(chǎn)生白色2mL 0．1mol·L－1Al2（SO4）3溶液沉淀

①用稀硫酸證實(shí)沉淀中含有Cu＋的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是_____________。

a．白色沉淀A是BaSO4，試劑1是_________________。

b．證實(shí)沉淀中含有Cu2＋和S的理由是_________________________________________________________________。

【答案】（2）①加入稀硫酸后，有紅色固體生成②a．HCl和BaCl2溶液 b．在I－的作用下，Cu2＋轉(zhuǎn)化為白色沉淀轉(zhuǎn)化為

所以，試劑1為HCl和BaCl2溶液；白色沉淀CuI證明了Cu2＋的存在，白色沉淀A（BaSO4）中的S由S氧化得到。

【點(diǎn)撥】考生理解“棕黃色沉淀中含有Cu＋、Cu2＋和S的前提是CuSO4溶液與Na2SO3溶液混合過(guò)程中出現(xiàn)的兩反應(yīng)：

二、厘清多反應(yīng)體系中各反應(yīng)的順序

例2 （2013廣東，31節(jié)選）大氣中的部分碘源于O3對(duì)海水中I－的氧化。將O3持續(xù)通入NaI溶液中進(jìn)行模擬研究。

（3）為探究Fe2＋對(duì)氧化I－反應(yīng)的影響（反應(yīng)體如圖1），某研究小組測(cè)定兩組實(shí)驗(yàn)中濃度和體系pH，結(jié)果見(jiàn)圖2和下表。

____編號(hào)____________反應(yīng)物反應(yīng)前pH反應(yīng)后pH___第1組__________O3＋I(xiàn)－5．2 11．0_____第2組______O3＋I(xiàn)－＋Fe2＋5．2 4．1___

圖1

圖2

①第1組實(shí)驗(yàn)中，導(dǎo)致反應(yīng)后pH升高的原因是_________________________。

②圖1中的A為_(kāi)_______，由Fe3＋生成A的過(guò)程能顯著提高I－的轉(zhuǎn)化率，原因是____________________________。

③第2組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行18s后，I3－下降。導(dǎo)致下降的直接原因有________（雙選）。

A．c（H＋）減小B．c（I－）減小

C．I2（g）不斷生成D．c（Fe3＋）增加

【答案】（3）①反應(yīng)過(guò)程中消耗氫離子，溶液酸性減弱，pH增大，水電離出氫離子參與反應(yīng)破壞水的電離平衡，氫氧根濃度增大，溶液呈堿性，pH增大 ②Fe（OH）3Fe3＋生成Fe（OH）3的過(guò)程，降低了體系的pH，促進(jìn)了總反應(yīng)的完成，提高了I－的轉(zhuǎn)化率 ③BC

【解析】（3）①由表格可以看出第一組溶液的pH由反應(yīng)前的5．2變?yōu)榉磻?yīng)后的11．0，其原因是反應(yīng)過(guò)程中消耗H＋，溶液酸性減弱，pH增大，水電離出H＋參與反應(yīng)，破壞水的電離平衡，OH－濃度增大，溶液呈堿性，pH增大。②Fe3＋生成Fe（OH）3的過(guò)程，降低了體系的pH，促進(jìn)了總反應(yīng)正向移動(dòng)，提高了I－的轉(zhuǎn)化率。③由圖1和“直接原因”信息提示可解。

【點(diǎn)撥】該題爭(zhēng)議較大的是第③小題，有人認(rèn)為選BD，理由：由于是持續(xù)通入O2＋H2O，O2可以將Fe2＋氧化為Fe3＋，F(xiàn)e3＋可氧化I－，故I－消耗量增大，轉(zhuǎn)化率增大，與I2反應(yīng)的量減少，I－3濃度減小。用圖1信息，厘清反應(yīng)順序關(guān)系，證實(shí)該反應(yīng)體系中Fe3＋幾乎不會(huì)與I－反應(yīng)，而是以水解反應(yīng)為主，起調(diào)節(jié)pH作用，所以應(yīng)選BC。

例3 （2014北京，28節(jié)選）用FeCl3酸性溶液脫除H2S后的廢液，通過(guò)控制電壓電解得以再生。某同學(xué)使用石墨電極，在不同電壓（x）下電解pH＝1的0．1mol／L的FeCl2溶液，研究廢液再生機(jī)理。記錄如下（a、b、c代表電壓數(shù)值）：

序號(hào)電壓／V 陽(yáng)極現(xiàn)象檢驗(yàn)陽(yáng)極產(chǎn)物_Ⅰ___x≥a__電極附近出現(xiàn)黃色，有氣泡產(chǎn)生有Fe3＋、有Cl 2_Ⅱ_a＞x≥b電極附近出現(xiàn)黃色，無(wú)氣泡產(chǎn)生_有Fe3＋、無(wú)Cl 2_Ⅲ_b＞x＞0_________無(wú)明顯變化無(wú)Fe3＋、無(wú)Cl 2

（1）Ⅰ中，F(xiàn)e3＋產(chǎn)生的原因可能是Cl－在陽(yáng)極放電，生成的Cl2將Fe2＋氧化。寫出有關(guān)反應(yīng)：_________________。

（2）由Ⅱ推測(cè)，F(xiàn)e3＋產(chǎn)生的原因還可能是Fe2＋在陽(yáng)極放電，原因是Fe2＋具有________性。

（3）Ⅱ中雖未檢驗(yàn)出Cl2，但Cl－在陽(yáng)極是否放電仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。電解pH＝1的0．2mol／L NaCl溶液做對(duì)照實(shí)驗(yàn)，記錄如下：

__序號(hào)電壓／V 陽(yáng)極現(xiàn)象_______檢驗(yàn)陽(yáng)極產(chǎn)物___Ⅳ____a＞x≥c___無(wú)明顯變化有Cl2_______________Ⅴ____c＞x≥b___無(wú)明顯變化無(wú)Cl2___________

與Ⅱ?qū)Ρ龋贸龅慕Y(jié)論：__________________________________________（寫出兩點(diǎn)）。

【答案】（1）2Cl－2Fe3＋＋2Cl－

（2）還原

（3）①控制電壓c＞x≥b，可以實(shí)現(xiàn)Fe2＋先于Cl－放電。②控制電壓a＞x≥c，產(chǎn)生Fe3＋的兩種原因都成立

【解析】（1）將“Cl－在陽(yáng)極放電，生成的Cl2將Fe2＋氧化”翻譯成化學(xué)方程式。（2）將“Fe2＋在陽(yáng)極放電”翻譯成電極反應(yīng)“”，失電子表現(xiàn)粒子的還原性。（3）這是一個(gè)消除Fe2＋干擾，控制c（Cl－）為0．2mol／L，測(cè)電壓與Cl－放電關(guān)系的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)Ⅳ、Ⅴ和Ⅱ的現(xiàn)象對(duì)比，得到結(jié)論：①控制電壓c＞x≥b，可以實(shí)現(xiàn)Fe2＋先于Cl－放電。②控制電壓a＞x≥c，產(chǎn)生Fe3＋的兩種原因都成立。

【點(diǎn)撥】該題第（1）（2）小問(wèn)是向考生提出了產(chǎn)生Fe3＋的兩種原因，也展示實(shí)驗(yàn)Ⅰ就是一個(gè)多反應(yīng)體系，為了探清楚電壓與Fe2＋、Cl－放電順序的關(guān)系而設(shè)置后面的實(shí)驗(yàn)。

三、弄清反應(yīng)過(guò)程中各反應(yīng)之間相互影響

例4 （2015全國(guó)Ⅱ，27節(jié)選）甲醇是重要的化工原料，又可稱為燃料。利用合成氣（主要成分為CO、CO2和H2）在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的主反應(yīng)如下：

回答下列問(wèn)題：

（3）合成氣的組成n（H2）／n（CO＋CO2）＝2．60時(shí)，體系中的CO平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。α（CO）值隨溫度升高而________（填“增大”或“減小”），其原因是______________________。下圖中的壓強(qiáng)由大到小為_(kāi)_______，其判斷理由是_______________________________。

【答案】（3）減小 升高溫度時(shí)，反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，平衡向左移動(dòng)，使得體系中CO濃度增大，反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)，平衡向右移動(dòng)，也使CO的濃度增大，總結(jié)果：溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低 p3＞p2＞p1相同溫度下，由于反應(yīng)①為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，加壓有利于提升CO的轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)③為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，加壓平衡不移動(dòng)，總結(jié)果：增大壓強(qiáng)，有利于CO的轉(zhuǎn)化率升高

【解析】溫度對(duì)CO平衡轉(zhuǎn)化率（α）的影響與反應(yīng)①③有關(guān)，反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，升高溫度時(shí)，平衡向左移動(dòng)，反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)，升高溫度時(shí)，平衡向右移動(dòng)，都使得c（CO）增加，轉(zhuǎn)化率降低。壓強(qiáng)對(duì)CO平衡轉(zhuǎn)化率（α）的影響也與反應(yīng)①③有關(guān)，反應(yīng)①為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，加壓有利于提升CO的轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)③為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，加壓平衡不移動(dòng)，兩者因素疊加，增大壓強(qiáng)，有利于CO的轉(zhuǎn)化率升高。

【點(diǎn)撥】因?yàn)閳D中描述的是CO平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系，所以，主要分析反應(yīng)①③之間的相互影響。

（作者單位：廣東省佛山市三水中學(xué)）