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专题检测卷(九)
第6讲 化学图表、图像问题
(45分钟 100分)
一、选择题(本题包括7小题，每小题6分，共42分)
1.参照反应Br+H2→HBr+H的能量-反应历程示意图，下列对上述反应叙述中正确的是（ ）
①反应热：过程Ⅰ>过程Ⅱ
②该反应为吸热反应
③过程Ⅰ的活化能为530 kJ•mol-1
④反应速率：过程Ⅱ>过程Ⅰ
A.①③ B.②④ C.②③ D.①④
2.如图，采用NH3作还原剂，烟气以一定的流速通过两种不同催化剂，测量逸出气体中氮氧化物含量，从而确定烟气脱氮率，反应原理为NO(g)+NO2(g)+2NH3(g) 2N2(g)+3H2O(g)，相关说法正确的是（ ）
A.上述反应的正反应为吸热反应
B.催化剂①、②分别适合于250℃和450℃左右脱氮
C.曲线①、②最高点表示此时平衡转化率最高
D.相同条件下，改变压强对脱氮率没有影响
3.(2013•福建高考)NaHSO3溶液在不同温度下均可被过量KIO3氧化，当NaHSO3完全消耗即有I2析出，依据I2析出所需时间可以求得NaHSO3的反应速率。将浓度均为0.020 mol•L-1的NaHSO3溶液(含少量淀粉)10.0 mL、KIO3(过量)酸性溶液40.0 mL混合，记录10～55℃间溶液变蓝时间，55℃时未观察到溶液变蓝，实验结果如图。据图分析，下列判断不正确的是（ ）
A.40℃之前与40℃之后溶液变蓝的时间随温度的变化趋势相反
B.图中b、c两点对应的NaHSO3反应速率相等
C.图中a点对应的NaHSO3反应速率为5.0×10-5mol•L-1•s-1
D.温度高于40℃时，淀粉不宜用作该实验的指示剂
4.向50 mL稀硫酸与稀硝酸的混合溶液中逐渐加入铁粉，假设加入铁粉的质量与产生气体的体积(标准状况)之间的关系如图所示，且每一段只对应一个反应。下列说法正确的是（ ）
A.开始时产生的气体为H2
B.AB段发生的反应为置换反应
C.所用混合溶液中c(HNO3)=0.5 mol•L-1
D.参加反应铁粉的总质量m2=5.6 g
5.(2013•浙江高考)25℃时，用浓度为0.100 0 mol•L-1的NaOH溶液滴定
20.00 mL浓度均为0.100 0 mol•L-1的三种酸HX、HY、HZ，滴定曲线如图所示。下列说法正确的是( )
A.在相同温度下，同浓度的三种酸溶液的导电能力顺序：HZ<HY<HX
B.根据滴定曲线，可得Ka(HY)≈10-5
C.将上述HX、HY溶液等体积混合后，用NaOH溶液滴定至HX恰好完全反应时：c(X-)>c(Y-)>c(OH-)>c(H+)
D.HY与HZ混合，达到平衡时：c(H+)= +c(Z-)+c(OH-)
6.(双选)(2013•江苏高考)一定温度下，三种碳酸盐MCO3(M：Mg2+、Ca2+、Mn2+)的沉淀溶解平衡曲线如下图所示。已知：pM=-lgc(M)，p(C )=-lgc(C )。下列说法正确的是（ ）
A.MgCO3、CaCO3、MnCO3的Ksp依次增大
B.a点可表示MnCO3的饱和溶液，且c(Mn2+)=c(C )
C.b点可表示CaCO3的饱和溶液，且c(Ca2+)<c(C )
D.c点可表示MgCO3的不饱和溶液，且c(Mg2+)<c(C )
7.根据下表信息，判断下列说法正确的是（ ）
部分短周期元素的原子半径及主要化合价
元 素 A B C D
原子半径(nm) 0.130 0.118 0.090 0.102
主要化合价 +2 +3 +2 +6，-2
元 素 E F G H
原子半径(nm) 0.073 0.154 0.037 0.099
主要化合价 -2 +1 +1 +7，-1
A.E的最高价氧化物的水化物的酸性比D的最高价氧化物的水化物的酸性强
B.H的最高价氧化物的水化物是酸性最强的无机含氧酸
C.G是密度最小的金属
D.F与E形成的化合物的化学式只有F2E
二、非选择题(本题包括3小题，共58分)
8.(21分)科学家一直致力于“人工固氮”的新方法研究。
Ⅰ.有研究报道，在常温、常压、光照条件下，N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生下列反应：
2N2(g)+6H2O(l) 4NH3(g)+3O2(g) ΔH=akJ•mol-1
（1）该反应条件下平衡常数表达式K=________。
（2）进一步研究NH3生成量与温度的关系，常压下测得部分实验数据如下表：
温度T/K 303 313 323
平衡时NH3生成量(10-6mol) 4.8 5.9 6.0
此合成反应的a________0(填“>”“<”或“=”)。
（3）在高温下，氨会被CuO氧化：2NH3(g)+3CuO(s) N2(g)+3H2O(g)+3Cu。往两个等容的恒容容器充入等量NH3与足量的CuO，在不同的高温下分别反应，N2在混合气体中的体积分数φ(N2)随时间改变的示意图如下，其中一个容器在t1时刻将温度由T1℃变为T3℃，T1、T2、T3由低到高的次序__________________；维持T3℃，在t2时刻加入少量H2O，图中a～g七条曲线最合理的是_________。
Ⅱ.两位希腊化学家在《科学》杂志上发表论文，称他们在常压下把氢气和用氦气稀释的氮气分别通入一个加热到570℃的电解池中，合成氨的转化率达到了78%。用来合成氨的固体电解质起传导H+的作用(示意图如上)。
（4）写出上述电解池阴极发生的反应和电解池的总反应方程式。
阴极________________；总反应方程式_______________________________。
9.(18分)CoCl2•6H2O是一种饲料营养强化剂。一种利用水钴矿制取CoCl2•6H2O的工艺流程如下：
已知：①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+等；
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：
沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Al(OH)3 Mn(OH)2
开始沉淀 2.7 7.6 7.6 4.0 7.7
完全沉淀 3.7 9.6 9.2 5.2 9.8
（1）写出浸出过程中Co2O3发生反应的离子方程式_____________________。
（2）NaClO3的作用是___________________________。
（3）加Na2CO3调pH至5.2所得沉淀为______________________。
（4）萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图。
萃取剂的作用是______________________；其使用的适宜pH范围是__________。
A.2.0～2.5 B.3.0～3.5 C.4.0～4.5
（5）为测定粗产品中CoCl2•6H2O含量，称取一定质量的粗产品溶于水，加入足量AgNO3溶液，过滤、洗涤，将沉淀烘干后称其质量。通过计算发现粗产品中CoCl2•6H2O的质量分数大于100%，其原因可能是__________________________。(答一条即可)
10.(19分)以硫铁矿为原料生产硫酸所得的酸性废水中砷元素含量极高，为控制砷的排放，采用化学沉降法处理含砷废水，相关数据如下表。
表1.几种砷酸盐的Ksp
难溶物 Ksp
Ca3(AsO4)2 6.8×10-19
AlAsO4 1.6×10-16
FeAsO4 5.7×10-21
表2.工厂污染物排放浓度及允许排放标准
污染物 H2SO4 As
浓度 28.42 g•L-1 1.6 g•L-1
排放标准 pH 6～9 0.5 mg•L-1
回答以下问题：
（1）该硫酸工厂排放的废水中硫酸的物质的量浓度c(H2SO4)=________mol•L-1。
（2）写出难溶物Ca3(AsO4)2的Ksp表达式：
Ksp=________，若混合溶液中Al3+、Fe3+的浓度均为1.0×10-4mol•L-1，c(As )最大是________mol•L-1。
（3）工厂排放出的酸性废水中的三价砷(H3AsO3弱酸)不易沉降，可投入MnO2先将其氧化成五价砷(H3AsO4弱酸)，写出该反应的离子方程式_______________。
（4）在处理含砷废水时采用分段式，先向废水中投入生石灰调节pH到2，再投入生石灰将pH调节到8左右使五价砷以Ca3(AsO4)2形式沉降。
①将pH调节到2时废水中有大量沉淀产生，沉淀主要成分的化学式为________；
②Ca3(AsO4)2在pH调节到8左右才开始沉淀的原因为_______________。
答案解析
1.【解析】选B。反应热只与反应物的总能量和生成物的总能量有关，与反应途径无关，①错；由图像可知，生成物的总能量大于反应物的总能量，故该反应为吸热反应，②正确；反应Ⅰ的活化能为1 130-120=1 010(kJ•mol-1)，③错误；过程Ⅱ中反应的活化能低，反应速率快，故反应速率：过程Ⅱ>过程Ⅰ。
2.【解析】选B。图中两个最高点应为催化活性最好的温度，反应能进行到平衡状态，之后脱氮率均下降，是因为反应为放热反应，升温不利于脱氮，A、C项错误，B项正确；该反应为气体体积增大的反应，增压平衡左移，D项错误。
3.【解析】选B。根据图像可以看出40℃之前温度越高变蓝的时间越短，40℃之后温度越高变蓝的时间越长，变化趋势相反，A项正确；化学反应一般温度越高化学反应速率越快，b点温度为25℃，c点温度为47℃，根据反应温度判断c点速率应该更快，但图像表明b点、c点溶液变蓝的时间相同，结合40℃之后温度越高变蓝的时间越长，55℃时未观察到溶液变蓝，说明高于40℃后淀粉已经不适合作该实验的指示剂了，所以尽管变蓝时间相同但c点速率更快，B项错误；D项正确；利用化学反应速率的计算公式v=Δc/Δt计算NaHSO3反应速率时应注意由于将0.020 mol•L-1的NaHSO3溶液10.0 mL与40.0 mL的KIO3溶液混合后NaHSO3的浓度变成了0.004 mol•L-1，反应时间为80 s，所以速率为5.0×10-5mol•L-1•s-1，C项正确。
4.【解析】选D。由于是硝酸和硫酸的混酸，所以解题时借助离子反应。OA段：Fe+4H++N ====Fe3++NO↑+2H2O，AB段：2Fe3++Fe====3Fe2+，BC段：Fe+2H+====Fe2++
H2↑。根据氮元素守恒，硝酸的物质的量等于0.05 mol，浓度为1 mol•L-1；根据电荷守恒，n(NO)×3+n(H2)×2=n(Fe)×2，n(Fe)=0.1 mol，所以m2(Fe)=5.6 g。
5.【解析】选B。用0.100 0 mol•L-1的NaOH溶液滴定20.00 mL 0.100 0 mol•L-1的三种一元酸，完全反应时消耗NaOH应为20.00 mL。根据题干图像，可以看到三种酸与NaOH完全中和时，溶液的pH：NaX>NaY>NaZ，即三种酸的酸性：HZ>HY>HX，这点也可从NaOH体积为0时三种酸的pH进行判断。因此相同温度下同浓度的三种酸导电能力：HZ>HY>HX，A错误。根据图像，0.100 0 mol•L-1的HZ溶液pH=1，因此HZ为强酸，则HX和HY为弱酸。将等浓度的HX、HY混合，用NaOH溶液进行滴定，当HX完全反应，则HY已经完全反应，溶液为NaX和NaY的混合液，酸性HY>HX，则溶液中X-水解程度大于Y-水解程度，因此c(Y-)>c(X-)>c(OH-)>c(H+)，C错误。在HY和HZ的混合液中，根据电荷守恒，则有c(H+)=c(Y-)+c(Z-)+c(OH-)，根据HY的电离常数：Ka(HY)= ，即有：
c(Y-)= 。所以达平衡后：c(H+)= +c(Z-)+c(OH-)因此D错误。根据图像，HY溶液中加入10 mL NaOH溶液时，溶液pH=5，则c(H+)=10-5mol•L-1，c(OH-)=10-9mol•L-1。c(Na+)= mol•L-1，根据电荷守恒：c(H+)+c(Na+)=c(Y-)+c(OH-)，则10-5mol•L-1+ mol•L-1=c(Y-)+10-9mol•L-1，由于c(H+)和c(OH-)都远小于c(Na+)，因此c(Y-)= mol•L-1。
c(HY)= - mol•L-1= mol•L-1。
Ka(HY)= =10-5，B正确。
6.【解析】选B、D。因为c(M)=10-pM、c(C )=1 ，而Ksp=c(M)×c(C )，由图像可知A项中的三者Ksp依次减小，A错误；由图像可知，在斜线上的点都是饱和溶液，点a在对角线上，B正确；点b也是饱和溶液，但c(Ca2+)>c(C )，C错误；通过c点作横轴的垂线后可看出，c(Mg2+)×c(C )<Ksp，故溶液不饱和，且c(Mg2+)<c(C )，D正确。
7.【解析】选B。根据各元素的化合价可推知：A、C是第ⅡA族元素，D、E是第ⅥA族元素，F、G是第ⅠA族元素，H是第ⅦA族元素，B是第ⅢA族元素，再根据同一主族和同一周期原子半径的递变性规律可确定A、B、C、D、E、F、G、H分别是Mg、Al、Be、S、O、Na、H、Cl。氧元素不存在最高价氧化物的水化物，故A项不正确；已知高氯酸是酸性最强的无机含氧酸，故B项正确；G为氢元素，不是锂元素，故C项不正确；钠与氧还可以形成过氧化钠(Na2O2)，故D项不正确。
8.【解析】（1）H2O(l)的浓度为常数，不出现在K的数学表达式中，故K= 。
（2）温度越高，产物NH3的产量越大，说明正反应吸热，即a>0。
（3）由O～t1时，T1℃与T2℃两曲线知，T2>T1，说明该反应放热，平衡时N2含量越高，说明温度越低，故T2>T3>T1。T3℃下达到平衡时再加入水，瞬间φ(N2)减小，在随后的平衡左移中，φ(N2)会更小直至达到平衡，φ(N2)不再改变。
（4）阴极上发生N2得电子的还原反应，阳极上发生H2失电子的氧化反应。
答案：（1） （2）> （3）T2>T3>T1 g
（4）N2+6H++6e-====2NH3 N2+3H2 2NH3
【易错提醒】速率平衡图像与表格常见易错点
1.浓度-时间(c-t)图像中，误认为反应物和生成物的曲线交点是平衡点，如
2.认为下图中的交点不是平衡点。其实A点代表在p1压强下v(正)=v(逆)，处于平衡状态。
3.错误认为曲线的转折(极值)点才是平衡点，而其他各点一定不是平衡点。如对于5个容器中，2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0，反应相同时间后，若5个容器中有未达到平衡状态的，那么温度越高，反应速率越大，会出现温度高的NO2转化得快，导致NO2的百分含量少的情况，在图中转折点均为平衡状态，转折点左侧为未平衡状态，右侧为平衡状态。
4.将表格中的最大值或最小值，当作特殊值(平衡点)看待，其实表格不同于图像，其数据变化无连续性，也许真正的平衡点未被测到而跳过，因此表中最值未必具有特殊含义。
9.【解析】（1）根据浸出液中含有Co2+，可知Co2O3与Na2SO3发生氧化还原反应，反应的离子方程式为Co2O3+S +4H+====2Co2++S +2H2O；
（2）由图表中部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH可知，Fe(OH)2开始沉淀的pH为7.6，完全沉淀的pH为9.6，而Co(OH)2开始沉淀的pH为7.6，完全沉淀的pH为9.2，二者在碱性条件下无法区分。而Fe(OH)3开始沉淀的pH为2.7，完全沉淀的pH为3.7，故NaClO3的作用是将Fe2+氧化成Fe3+。
（3）根据图表可得：加Na2CO3调pH至5.2，所得沉淀为Fe(OH)3、Al(OH)3；
（4）除掉Fe2+、Al3+后溶液中还有Co2+、Mn2+，萃取剂的作用是除去溶液中的Mn2+，由图可以看出：萃取剂的作用是除去溶液中的Mn2+，而不能除掉Co2+，故应该在提高Mn2+的萃取率时限制Co2+的萃取率。其使用的适宜pH范围是3.0～3.5；
（5）通过计算发现粗产品中CoCl2•6H2O的质量分数大于100%，其原因可能是粗产品含有可溶性氯化物或晶体失去了部分结晶水。
答案：（1）Co2O3+S +4H+====2Co2++S +2H2O
（2）将Fe2+氧化成Fe3+
（3）Fe(OH)3、Al(OH)3
（4）除去溶液中的Mn2+ B
（5）粗产品含有可溶性氯化物或晶体失去了部分结晶水
10.【解析】（1）H2SO4的浓度为28.42 g•L-1，转化为物质的量浓度为c= =
0.29 mol•L-1。
（2）Ksp的表达式为离子浓度幂的乘积。Ksp小的物质先生成沉淀，所以Fe3+先沉淀，c(As )= = =5.7×10-17mol•L-1。
（3）弱酸在写离子方程式时写成化学式，氧化还原反应方程式依据得失电子守恒进行配平。
（4）①当Ca2+的浓度增大时，Ca2+与S 可生成CaSO4沉淀。②酸与碱发生中和反应，c(As )增大，当Ca2+与As 浓度幂的乘积达到Ca3(AsO4)2的Ksp时，开始沉淀。
答案：（1）0.29（2）c3(Ca2+)•c2(As ) 5.7×10-17
（3）2H++MnO2+H3AsO3====H3AsO4+Mn2++H2O
（4）①CaSO4 ②H3AsO4是弱酸，当溶液中pH调节到8左右时As 浓度增大，Ca3(AsO4)2开始沉淀
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