高考化学化学反应与能量提高练习题压轴题训练.docx
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高考化学化学反应与能量提高练习题压轴题训练
高考化学(化学反应与能量提高练习题)压轴题训练
一、化学反应与能量练习题(含详细答案解析)
1.工业上利用锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4,还含有少量FeO、CuO等杂质)制取金属锌的工艺流程如下。
回答下列问题:
(1)ZnFe2O4是一种性能优良的软磁材料,也是一种催化剂,能催化烯类有机物氧化脱氢等反应。
①ZnFe2O4中Fe的化合价是________。
②工业上利用反应ZnFe2(C2O4)3·6H2O
ZnFe2O4+2CO2↑+4CO↑+6H2O制备ZnFe2O4。
该反应中每生成1molZnFe2O4转移电子的物质的量是________。
(2)酸浸时要将锌焙砂粉碎,其目的是提高酸浸效率。
为达到这一目的,还可采用的措施是________________________(任答一条);已知ZnFe2O4能溶于酸,则酸浸后溶液中存在的金属离子有____________________________________________。
(3)净化Ⅰ中H2O2参与反应的离子方程式为_________;试剂X的作用是_______。
【答案】+34mol增大硫酸的浓度(或升高温度、搅拌等其他合理答案)Zn2+、Fe3+、Fe2+、Cu2+H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O调节溶液的pH,促进Fe3+水解
【解析】
【分析】
将锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4,还含有少量FeO、CuO等氧化物杂质)酸浸,发生反应ZnFe2O4+8H+=Zn2++2Fe3++4H2O、ZnO+2H+=Zn2++H2O、FeO+2H+=Fe2++H2O、CuO+2H+=Cu2++H2O,向溶液中加入双氧水,发生反应2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O,调节溶液的pH将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀,调节溶液pH时不能引进新的杂质,可以用ZnO,所以X为ZnO,然后向溶液中加入Zn,发生反应Cu2++Zn=Zn2++Cu,然后过滤,所以Y中含有Cu,最后电解得到Zn;
(1)①ZnFe2O4中锌的化合价+2价,氧元素化合价-2价,结合化合价代数和为0计算得到Fe的化合价;
②工业上利用反应ZnFe2(C2O4)3•6H2O
ZnFe2O4+2CO2↑+4CO↑+6H2O制备ZnFe2O4.反应过程中铁元素化合价+2价变化为+3价,碳元素化合价+3价变化为+4价好+2价,计算转移电子的物质的量;
(2)酸浸时要将锌焙砂粉碎,其目的是提高酸浸效率.为达到这一目的,还可采用的措施是增大硫酸的浓度或升高温度、空气搅拌等,已知ZnFe2O4能溶于酸,则酸浸后溶液中存在的金属离子有,氧化锌溶解得到锌离子、氧化亚铁溶解得到亚铁离子、氧化铜溶解得到铜离子、ZnFe2O4能溶于酸得到铁离子;
(3)净化Ⅰ中H2O2参与反应是双氧水具有氧化性,能将亚铁离子氧化为铁离子,试剂X的作用是调节溶液PH,促进Fe3+水解生成氢氧化铁沉淀除去。
【详解】
(1)①ZnFe2O4中锌的化合价+2价,氧元素化合价-2价,结合化合价代数和为0计算得到Fe的化合价,+2+x×2+(-2)×4=0,x=+3;
②工业上利用反应ZnFe2(C2O4)3•6H2O
ZnFe2O4+2CO2↑+4CO↑+6H2O制备ZnFe2O4,反应过程中铁元素化合价+2价变化为+3价,碳元素化合价+3价变化为+4价好+2价,则氧化产物为:
ZnFe2O4、CO2,每生成1molZnFe2O4,碳元素化合价+3价变化为+2价降低得到电子,每生成1molZnFe2O4,生成4molCO转移电子的物质的量是4mol;
(2)酸浸时要将锌焙砂粉碎,其目的是提高酸浸效率.为达到这一目的,还可采用的措施是增大硫酸的浓度或升高温度、空气搅拌等,已知ZnFe2O4能溶于酸,则酸浸后溶液中存在的金属离子有,氧化锌溶解得到锌离子、氧化亚铁溶解得到亚铁离子、氧化铜溶解得到铜离子、ZnFe2O4能溶于酸得到铁离子,所以得到的金属离子有:
Zn2+、Fe3+、Fe2+、Cu2+;
(3)净化Ⅰ中H2O2参与反应是双氧水具有氧化性,能将亚铁离子氧化为铁离子,离子方程式为:
H2O2+2Fe2++2H+═2Fe3++2H2O,试剂X的作用是调节溶液pH,促进Fe3+水解生成氢氧化铁沉淀除去。
2.以氯化钾和硫酸亚铁为原料生产硫酸钾和氧化铁红颜料,其主要流程如下:
已知:
NH4HCO3溶液呈碱性,30℃以上NH4HCO3大量分解。
(1)NH4HCO3溶液呈碱性的原因是_____________________________________。
(2)写出沉淀池I中反应的化学方程式_____________________________,该反应必须控制的反应条件是________________________________________。
(3)检验沉淀池I中Fe2+沉淀是否完全的方法是_____________________。
(4)酸化的目的是______________________________。
(5)在沉淀池II的反应中,为使反应物尽可能多地转化为生成物,可在反应过程中加入___。
a.(NH4)2SO4 b.KCl c.丙醇 d.水
(6)N、P、K、S都是植物生长所需的重要元素。
滤液A可做复合肥料,因为其中含有_____________等元素。
【答案】NH4+的水解程度小于HCO3-的水解程度2NH4HCO3 +FeSO4 → FeCO3↓+(NH4)2SO4 +CO2↑+H2O反应温度低于30℃取沉淀池I的滤液,滴加KSCN溶液后滴加氯水,若无红色出现,说明沉淀完全除去溶液中的HCO3-cN、S、K
【解析】
【分析】
FeSO4与NH4HCO3发生双水解反应生成碳酸亚铁、硫酸铵、二氧化碳等,然后过滤得到碳酸亚铁,碳酸亚铁在空气中加热得到氧化铁,因滤液中含有NH4HCO3,向滤液中加入硫酸,可除去
,此时溶液中溶质为硫酸铵、硫酸,向溶液中加入足量KCl,此时溶液中因硫酸钾的溶解度较氯化铵低而发生沉淀,然后过滤,得到硫酸钾固体,以此解答。
【详解】
(1)NH4HCO3溶液中铵根离子水解显示酸性,碳酸氢根离子水解显示碱性,
的水解程度小于
的水解程度,所以NH4HCO3溶液呈碱性,故答案为:
的水解程度小于
的水解程度;
(2)碳酸氢根离子和亚铁离子之间发生双水解反应生成碳酸亚铁沉淀,并放出二氧化碳,反映的原理方程式为:
2NH4HCO3+FeSO4=FeCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O,为防止较高温度下碳酸氢铵的分解,要注意温度的选择,故答案为:
2NH4HCO3+FeSO4=FeCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O;反应温度低于30℃;
(3)亚铁离子可以被氯气氧化为三价铁离子,亚铁离子遇到硫氰酸钾不显色,但是三价铁遇到硫氰酸钾显示红色,检验沉淀池I中Fe2+沉淀是否完全的方法是:
取沉淀池I的滤液,滴加KSCN溶液后滴加氯水,若无红色出现,说明沉淀完全,故答案为:
取沉淀池I的滤液,滴加KSCN溶液后滴加氯水,若无红色出现,说明沉淀完全;
(4)沉淀池Ⅰ中,除了生成的碳酸亚铁之外,溶液中含有过量的碳酸氢铵,加入酸,酸化的目的是除去溶液中的
,故答案为:
除去溶液中的
;
(5)由题目看出在沉淀池II中生成的K2SO4为固体,而K2SO4在无机溶剂中溶解度是比较大的,要想使K2SO4析出只能降低其溶解度所以加入醇类溶剂目的降低K2SO4的溶解度,故选:
c;
(6)滤液A的成分中含有(NH4)2SO4以及KCl,即其中含有N、S、K元素,属于复合肥料,故答案为:
N、S、K。
3.某学生为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化,他在100mL稀盐酸中加入足量的锌粉,用排水集气法收集反应放出的氢气(标准状况),实验记录如下(累计值):
时间/min
1
2
3
4
5
氢气体积/mL
50
120
232
290
310
(1)在0~1min、1~2min、2~3min、3~4min、4~5min时间段中,反应速率最大的时间段是________,原因为______________________;反应速率最小的时间段是________,原因为__________________________。
(2)在2~3min内,用盐酸的浓度变化表示的反应速率为________。
(3)为了减缓反应速率但不减少产生氢气的量,在盐酸中分别加入等体积的下列溶液,其中可行的是________。
A.蒸馏水B.Na2SO4溶液
C.NaNO3溶液D.Na2CO3溶液
【答案】2~3min该反应是放热反应,2~3min时溶液温度最高,反应速率最快4~5min此时反应物的浓度最小,反应速率最慢0.1mol·L-1·min-1AB
【解析】
【详解】
由表格数据可知,0~1、1~2、2~3、3~4、4~5min生成氢气分别为50mL、70mL、112mL、58mL、20mL;
(1)2min~3min收集的氢气比其他时间段多,反应速率最大,该反应放热,反应过程中温度升高加快反应速率;4~5 min反应速率最小,随着反应进行氢离子浓度逐渐减小,该时间段内H+浓度小,反应速率最慢;
(2)2min~3min生成的氢气的体积为112mL,则n(H2)=
0.005mol,反应过程中发生反应Zn+2HCl===ZnCl2+H2,则该时间段内消耗的n(HCl)=0.01mol,溶液体积为100mol,则△c(HCl)=0.1mol/L,v(HCl)=
=0.1mol·L-1·min-1;
(3)A.加入蒸馏水,溶液的浓度减小,反应速率减小,H+的物质的量不变,氢气的量也不变,故A正确;
B.加入Na2SO4溶液,减小盐酸的浓度,反应速率减小,H+的物质的量不变,氢气的量也不变,故B正确;
C.加入硝酸钠溶液,锌与氢离子、硝酸根反应不产生氢气,故C错误;
D.加入Na2CO3溶液,Na2CO3能与盐酸反应,盐酸的浓度减小,反应速率减小,H+的物质的量减小,氢气的量也减小,故D错误;
所以选AB。
4.
(1)二氧化硫一空气质子交换膜燃料电池可以利用大气所含SO2快速启动,其装置示意图如图:
①质子的流动方向为________________(“从A到B”或“从B到A”)。
②负极的电极反应式为________________。
(2)工业上吸收和转化SO2的电解装置示意图如下(A.B均为惰性电极):
①B极接电源的________________极(“负”或“正”)。
②A极的电极反应式是_________________。
【答案】从A到BSO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+正2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O
【解析】
【详解】
(1)①二氧化硫发生氧化反应,氧气发生还原反应,所以二氧化硫所在电极为负极,氧气所在电极为正极,原电池中阳离子移向正极,所以质子移动方向为:
从A到B;
②二氧化硫在负极失去电子发生氧化反应,电极反应式为:
SO2-2e-+2H2O═SO42-+4H+;
(2)①依据图示可知,二氧化硫被氧化为硫酸根,所以二氧化硫所在的区为阳极区,阳极与电源的正极相连,即B极接电源的正极;
②A为阴极,得电子发生还原反应由SO32-生成S2O42-,电极反应式为2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O。
5.有甲、乙两位学生利用原电池反应检测金属的活动性顺序,两人都使用镁片与铝片作电极,但甲同学将电极放入6mol·L-1硫酸溶液中,乙同学将电极放入6mol·L-1的氢氧化钠溶液中,如图所示。
(1)写出甲池中正极的电极反应式__。
(2)写出乙池中负极的电极反应式__。
(3)写出乙池中总反应的离子方程式__。
(4)如果甲与乙同学均认为“构成原电池的电极材料如果都是金属,则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”,则甲会判断出__活动性更强,而乙会判断出__活动性更强(填写元素符号)。
(5)由此实验,可得到如下哪些结论正确(________)
A.利用原电池反应判断金属活动顺序时应注意选择合适的介质
B.镁的金属性不一定比铝的金属性强
C.该实验说明金属活动顺序已过时,已没有实用价值
D.该实验说明化学研究对象复杂、反应受条件影响较大,因此应具体问题具体分析
(6)上述实验也反过来证明了“直接利用金属活动顺序判断原电池中的正负极”这种做法__(可靠或不可靠)。
如不可靠,请你提出另一个判断原电池正负极的可行实验方案__(如可靠,此空可不填)。
【答案】2H++2e-=H2↑2Al+8OH--6e-=2AlO2-+4H2O2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑MgAlAD不可靠将两种金属作电极连上电流计后插入电解质溶液,构成原电池,利用电流计测定电流的方向,从而判断电子流动方向,再确定原电池正负极
【解析】
【分析】
甲同学依据的化学反应原理是Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑,乙同学依据的化学反应原理是2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑。
由于铝与碱的反应是一个特例,不可作为判断金属性强弱的依据。
判断原电池的正极、负极要依据实验事实。
【详解】
(1)甲中镁与硫酸优先反应,甲池中正极上氢离子得电子产生氢气,电极反应式为:
2H++2e-=H2↑;
(2)乙池中负极上铝失电子在碱性条件下生成AlO2-,电极反应式为2Al+8OH--6e-=2AlO2-+4H2O;
(3)乙池中铝与氢氧化钠反应,镁与氢氧化钠不反应,总反应的离子方程式为:
2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑;
(4)甲中镁作负极、乙中铝作负极,根据作负极的金属活泼性强判断,甲中镁活动性强、乙中铝活动性强,故答案为:
Mg;Al;
(5)A.根据甲、乙中电极反应式知,原电池正负极与电解质溶液有关,故A正确;
B.镁的金属性大于铝,但失电子难易程度与电解质溶液有关,故B错误;、
C.该实验说明电解质溶液性质影响电极的正负极,不能说明金属活动性顺序没有使用价值,故C错误;
D.该实验说明化学研究对象复杂,反应与条件有关,电极材料相同其反应条件不同导致其产物不同,所以应具体问题具体分析,故D正确;
故选AD;
(6)上述实验也反过来证明了“直接利用金属活动顺序表判断原电池中的正负极”这种做法不可靠。
可行实验方案如:
将两种金属作电极连上电流计后插入电解质溶液,构成原电池,利用电流计测定电流的方向,从而判断电子流动方向,再确定原电池正负极。
【点睛】
本题考查了探究原电池原理,明确原电池中各个电极上发生的反应是解本题关键,注意不能根据金属的活动性强弱判断正负极,要根据失电子难易程度确定负极,为易错点。
利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质;该实验还说明化学研究对象复杂,反应受条件影响较大,因此应具体问题具体分析。
6.一氧化碳和二氧化硫是用途广泛的化工基础原料。
(1)已知:
C(s)+O2(g)=CO2(g)△H1=–393.5kJ·mol–1
C(s)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172.5kJ·mol–1
S(s)+O2(g)=SO2(g)△H3=–296.0kJ·mol–1
已知某反应的平衡常数
,据以上信息,请写出该反应的热化学反应方程式:
________________。
(2)工业上用一氧化碳制取氢气的反应为:
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g),已知420℃时,该反应的化学平衡常数为9.0。
如果反应开始时,在2L的密闭容器中充入CO和H2O的物质的量都是0.60mol,5min末达到平衡,则此时CO的转化率为______,H2的化学反应速率为_____。
(3)工业利用反应2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)制硫酸,一定条件下,将1molSO2与2molO2置于恒容密闭容器中发生上述反应,下列能说明反应达到平衡状态的是______
a体系压强保持不变
b混合气体密度保持不变
cSO2和O2的物质的量保持不变
d每消耗1molSO3的同时,生成0.5molO2
【答案】SO2(g)+2CO(g)
2CO2(g)+S(s)△H=-270kJ·mol-1;75%0.045mol·L-1·min-1a、c
【解析】
【分析】
(1)已知某反应的平衡常数
,则该反应的方程式为SO2(g)+2CO(g)⇌2CO2(g)+S(s),根据盖斯定律结合已知方程式计算反应热;
(2)根据所给反应的平衡常数,利用三段式法计算浓度变化值结合公式计算;
(3)学反应达到化学平衡状态时,正逆反应速率相等,且不等于0,各物质的浓度不再发生变化,由此衍生的一些物理量不发生变化,以此进行判断;
【详解】
(1)已知某反应的平衡常数
,则该反应的方程式为SO2(g)+2CO(g)⇌2CO2(g)+S(s),
①C(s)+O2(g)=CO2(g)△H1=-393.5kJ•mol-1
②C(s)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172.5kJ•mol-1
③S(s)+O2(g)=SO2(g)△H3=-296.0kJ•mol-1,
由盖斯定律①-②-③可得SO2(g)+2CO(g)⇌2CO2(g)+S(s)△H=-270kJ•mol-1;
故答案为:
SO2(g)+2CO(g)⇌2CO2(g)+S(s)△H=-270kJ•mol-1;
(2)设参加反应的CO的浓度为x
,解得x=0.225mol/L,所以CO的转化率α(CO)=
×100%=75%,氢气反应速率v(H2)=
=0.045mol/(L•min),故答案为:
75%;0.045mol/(L•min);
(3)a.反应前后气体的体积不等,故容器总压强随时间改变,当压强不再随着时间变化时,即达到化学平衡状态,故a正确;
b.总质量不变,体积不变,故混合气体的密度始终不变,所以不能作为判断是否达到化学平衡状态的依据,故b错误;
c.起始SO2和O2的物质的量之比为1:
2,而反应过程中按照2:
1的比例进行反应,所以SO2和O2的物质的量之比不变时说明反应达到平衡,故c正确;
d.每消耗1molSO3为逆反应速率,同时,生成0.5molO2也为逆反应速率,任一时刻不同物质表示的同一方向速率之比等于计量数之比,故d错误;故答案为:
ac;
7.
(1)将Al片和Cu片用导线连接,一组插入浓硝酸中,一组插入稀NaOH溶液中,分别形成原电池。
写出插入稀NaOH溶液中形成原电池的负极反应________________。
写出插入浓硝酸中形成原电池的正极反应______________。
(2)铅蓄电池是最常见的二次电池,由于其电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉,所以在生产、生活中使用广泛,写出铅蓄电池放电时的正极反应______________________;充电时的阴极反应____________________。
【答案】2Al-6e−+8OH−=2AlO2-+4H2O4H++2e−+2NO3−=2NO2↑+2H2O4H++2e−+SO42−+PbO2=PbSO4+2H2OPbSO4+2e−=Pb+SO42−
【解析】
【分析】
(1)Al片和Cu片用导线连接,插入稀NaOH溶液中,只有Al能与NaOH溶液反应,形成原电池,负极为Al失电子,在碱性溶液中,Al转化为AlO2-。
Al片和Cu片用导线连接,插入浓硝酸中,形成原电池,由于Al发生钝化,所以Cu作负极,Al作正极,正极为溶液中的NO3-获得电子,生成NO2气体。
(2)铅蓄电池放电时,正极反应为PbO2得电子,生成PbSO4等;充电时的阴极反应为PbSO4获得电子转化为Pb。
【详解】
(1)Al片和Cu片用导线连接,插入稀NaOH溶液中,只有Al能与NaOH溶液,在碱性溶液中,负极Al失电子转化为AlO2-,电极反应式为2Al-6e−+8OH−=2AlO2-+4H2O。
Al片和Cu片用导线连接,插入浓硝酸中,形成原电池,由于Al发生钝化,所以Cu作负极,Al作正极,正极反应为溶液中的NO3-获得电子,生成NO2气体,电极反应式为4H++2e−+2NO3−=2NO2↑+2H2O。
答案:
2Al-6e−+8OH−=2AlO2-+4H2O;4H++2e−+2NO3−=2NO2↑+2H2O;
(2)铅蓄电池放电时,正极反应为PbO2得电子,生成PbSO4等,电极反应式为4H++2e−+SO42−+PbO2=PbSO4+2H2O;充电时阴极为PbSO4获得电子转化为Pb,电极反应式为PbSO4+2e−=Pb+SO42−。
答案为:
4H++2e−+SO42−+PbO2=PbSO4+2H2O;PbSO4+2e−=Pb+SO42−。
【点睛】
判断原电池的电极时,首先看电极材料,若只有一个电极材料能与电解质反应,该电极为负极;若两个电极材料都能与电解质发生反应,相对活泼的金属电极作负极。
在书写电极反应式时,需要判断电极产物。
电极产物与电解质必须能共存,如Al电极,若先考虑生成Al3+,则在酸性电解质中,能稳定存在,Al3+为最终的电极产物;若在碱性电解质中,Al3+不能稳定存在,最终应转化为AlO2-。
8.乙醇(C2H5OH)燃料电池(DEFC)具有很多优点,引起了人们的研究兴趣。
现有以下三种乙醇燃料电池。
(1)三种乙醇燃料电池中正极反应物均为_________________。
(填化学式)
(2)熔融盐乙醇燃料电池中若选择熔融碳酸钾为介质,电池工作时,CO32-向电极___(填“a”或“b”)移动。
(3)酸性乙醇燃料电池中,若电池消耗标准状况下2.24LO2,则电路中通过了的电子数目为___________。
【答案】O2a0.4NA
【解析】
【分析】
(1)燃料电池中,负极通入燃料,正极通入氧化剂;
(2)根据装置图可知,a为负极,原电池中阴离子由正极向负极移动;
(3)酸性乙醇燃料电池中,电极b上发生的电极反应为:
3O2+12H++12e-=6H2O,根据电极反应计算转移的电子的数目。
【详解】
(1)燃料电池中,负极通入燃料,正极通入氧化剂,由装置图可知,三种乙醇燃料电池中正极反应物均为O2;
(2)根据装置图可知,a为负极,原电池中阴离子由正极向负极移动,因此CO32-向电极a移动;
(3)酸性乙醇燃料电池中,电极b上发生的电极反应为:
3O2+12H++12e-=6H2O,若电池消耗标准状况下2.24L(即0.1mol)O2时,电子转移0.4mol,转移电子的数目为0.4NA。
9.燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。
如图为氢氧燃料电池示意图,该电池电极表面镀一层细小的铂粉,铂吸附气体的能力强,性质稳定,请回答:
(1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是___,在导线中电子流动方向为___(用a、b表示)。
(2)负极反应式为___,正极反应式为___。
(3)用该燃料电池作电源,用Pt作电极电解饱和食盐水:
①写出阴极的电极反应式:
___。
②写出总反应的离子方程式:
___。
③当阳极产生7.1gCl2时,燃料电池中消耗标况下H2___L。
【答案】由化学能
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