化学化学反应与能量变化的专项培优练习题含答案附答案解析.docx
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化学化学反应与能量变化的专项培优练习题含答案附答案解析.docx
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化学化学反应与能量变化的专项培优练习题含答案附答案解析
化学化学反应与能量变化的专项培优练习题(含答案)附答案解析
一、化学反应与能量变化练习题(含详细答案解析)
1.W、X、Y、Z是四种原子序数依次增大的短周期元素,W、X两种元索可组成W2x和W2X2两种常见的无色液体化合物,Y2X2为淡黄色固体化合物,Z的原子序数是X的原子序数的两倍。
请回答下列问题:
(1)Z元素的名称是___________。
(2)W、X、Y三种元素形成的化合物的电子式_____________
(3)写出Y2X2中所含化学键有:
___________。
(4)写出Y2X2和W2X反应的化学方程式:
_______________
(5)W2和X2是组成某种燃料电池的两种常见物质,如图所示,通人X2的电极是___(填“正极”或“负极”),写出通人W2的电极的电极反应式:
________________
【答案】硫
离子键和共价键2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑正H2-2e-=2H+
【解析】
【分析】
W、X两种元素可组成W2X和W2X2两种常见的无色液体化合物,故W为H元素;X为O元素;Y2X2为淡黄色固体化合物,故Y为Na元素;Z的原子序数是X的原子序数的两倍,故Z为S元素,据此进行分析。
【详解】
W、X两种元素可组成W2X和W2X2两种常见的无色液体化合物,故W为H元素;X为O元素;Y2X2为淡黄色固体化合物,故Y为Na元素;Z的原子序数是X的原子序数的两倍,故Z为S元素;
(1)Z元素的名称是S元素;
(2)W、X、Y三种元素分别为H、O、Na,形成的化合物是NaOH,是离子化合物,其电子式为
;
(3)Y2X2为Na2O2,是离子化合物,所含化学键有离子键和共价键;
(4)Y2X2为Na2O2,W2X为H2O,两者反应生成NaOH和O2,反应的化学方程式为2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑;
(5)X2为O2,氢氧燃料电池,负极通氢气,正极通氧气,发生还原反应,故通入O2的电极是正极;W2为H2,通H2的极负极,负极发生氧化反应,故电极反应方程式为H2-2e-=2H+。
2.用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO3-)已成为环境修复研究的热点之一。
Fe还原水体中NO3-的反应原理如图所示。
①作负极的物质是________。
②正极的电极反应式是_________。
【答案】铁NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O
【解析】
【分析】
【详解】
根据图示可知在反应中Fe单质失去电子变为Fe3O4,NO3-得到电子被还原产生NH4+,所以Fe作负极,正极上NO3-得到电子被还原产生NH4+,正极的电极反应式为:
NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O。
3.电化学在化学工业中有着广泛应用。
根据图示电化学装置,
(1)甲池通入乙烷(C2H6)一极的电极反应式为___。
(2)乙池中,若X、Y都是石墨,A是Na2SO4溶液,实验开始时,同时在两极附近溶液中各滴入几滴酚酞溶液,X极的电极反应式为___;一段时间后,在Y极附近观察到的现象是___。
(3)工业上通过电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4,其工作原理如图所示,则阳极的电极反应式为__,阴极反应式为___。
【答案】C2H6+18OH--14e-=12H2O+2CO32-4OH--4e-=O2↑+2H2O电极表面产生气泡,附近溶液显红色Fe+8OH--6e-=FeO42-+4H2O2H2O+2e-=H2↑+2OH-
【解析】
【分析】
甲池为乙烷燃料电池,所以反应过程中乙烷被氧化,则通入乙烷的一极应为负极,通入氧气的一极为正极;乙池为电解池,X与电池正极相连为阳极,Y与负极相连为阴极。
【详解】
(1)通入乙烷的一极为负极,乙烷被氧化,由于电解质溶液KOH,所以生成碳酸根和水,电极方程式为:
C2H6+18OH--14e-=12H2O+2CO32-;
(2)X为阳极,硫酸钠溶液中水电离出的OH-在阳极放电生成氧气,电极方程式为:
4OH--4e-=O2↑+2H2O;Y电极为阴极,水电离出的氢离子在阴极放电生成氢气,水的电离受到促进电离出更多的氢氧根,Y电极附近显碱性,电极附近滴有酚酞,所以可以观察到Y电极附近有气泡产生且溶液显红色;
(3)阳极是铁,故阳极上铁放电生成FeO42-,由于是碱性环境,故电极方程式为:
Fe+8OH--6e-=FeO42-+4H2O;电解时,水电离的H+在阴极放电生成氢气,电极方程式为:
2H2O+2e-=H2↑+2OH-。
【点睛】
陌生电极反应式的书写步骤:
①根据题干找出反应物以及部分生成物,根据物质变化分析化合价变化并据此写出得失电子数;②根据电荷守恒配平电极反应式,在配平时需注意题干中电解质的环境;③检查电极反应式的守恒关系(电荷守恒、原子守恒、转移电子守恒等)。
4.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。
5.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。
6.
(1)用惰性电极电解下列溶液,写出电极反应式和总反应式以及溶液复原需加入的物质
①NaCl溶液
阴极:
_________;阳极:
_________;总反应式:
_______________;溶液复原需加入的物质____________。
②CuSO4溶液
阴极:
_________;阳极:
______;总反应式:
____________________________;溶液复原需加入的物质____________。
(2)写出下列原电池电极反应式和总反应式
①氢氧燃料电池(电解质是KOH溶液)
负极反应:
______________________;
正极反应:
__________________;
总反应:
_____________。
②甲烷燃料电池。
碱性介质(如KOH)
负极:
____________;
正极:
______________;
总反应式:
_________。
【答案】2H++2e-=H2↑2Cl--2e-=Cl2↑2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑通HCl气体2Cu2++4e-=2Cu4OH--4e-=2H2O+O2↑2CuSO4+2H2O
2Cu+2H2SO4+O2↑加CuO或CuCO3固体2H2-4e-+4OH-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-2H2+O2=2H2OCH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O2O2+8e-+4H2O=8OH-CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O
【解析】
【详解】
(1)①用惰性电极电解NaCl溶液时,阳极上氯离子放电生成氯气,阴极上氢离子放电生成氢气,所以阴极、阳极、电池反应式分别为2H++2e-=H2↑、2Cl--2e-=Cl2↑、2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑,溶液复原需加入的物质是通HCl气体;
②用惰性电极电解CuSO4溶液时,阳极上氢氧根离子放电生成氧气,阴极上铜离子放电生成铜单质,所以阴极、阳极、电池反应式分别为2Cu2++4e-=2Cu、4OH--4e-=2H2O+O2↑、2CuSO4+2H2O
2Cu+2H2SO4+O2↑,溶液复原需加入的物质是加CuO或CuCO3固体;
(2)①氢氧燃料电池(电解质是KOH溶液)工作时,氢气失电子是还原剂,发生氧化反应;氧气得电子是氧化剂,发生还原反应。
负极上氢气失电子在碱性条件下生成水,发生的电极反应为:
2H2-4e-+4OH-=4H2O;
正极是O2得到电子生成水,发生的电极反应式为:
O2+2H2O+4e-=4OH-;
电极的总反应式为2H2+O2=2H2O;
②甲烷燃料电池。
碱性介质(如KOH)工作时,负极上甲烷失电子在碱性条件下生成碳酸盐和水,反应的电极方程式为:
CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O;
正极上氧气得电子产生氢氧根离子,反应的电极方程式为:
2O2+8e-+4H2O=8OH-;
电极总反应式为:
CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O。
7.酸性锌锰干电池是一种一次电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是有碳粉,二氧化锰,氯化锌和氯化铵等组成的填充物,该电池在放电过程产生MnOOH,回收处理该废电池可以得到多种化工原料,有关数据下图所示:
溶解度/(g/100g水)
化合物
Zn(OH)2
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Ksp近似值
10-17
10-17
10-39
回答下列问题:
(1)该电池的正极反应式为________________,电池反应的离子方程式____________
(2)维持电流强度为0.5A,电池工作五分钟,理论消耗Zn______g。
(已知F=96500C/mol)
【答案】MnO2+e-+H+=MnOOHZn+2MnO2+2H+=Zn2++2MnOOH0.05
【解析】
【分析】
(1)该电池中,负极锌被氧化生成Zn2+,正极发生还原反应,MnO2被还原生成MnOOH;
(2)电流强度为0.5A,电池工作五分钟,则变化的电量Q=0.5A×300s=150C,转移电子的物质的量n(e-)=
,以此计算消耗锌的物质的量、质量。
【详解】
(1)酸性锌锰干电池是一种一次电池,外壳为金属锌,锌是负极,电极反应式为Zn-2e-=Zn2+。
中间是碳棒,碳棒为正极,二氧化锰得到电子生成MnOOH,正极电极反应式为MnO2+e-+H+=MnOOH,故总反应式为Zn+2MnO2+2H+=Zn2++2MnOOH;
(2)维持电流强度为0.5A,电池工作五分钟,则通过的电量是Q=0.5A×300s=150C,因此通过电子的物质的量是n(e-)=
=1.554×10-3mol,锌在反应中失去2个电子,则理论消耗Zn的质量m(Zn)=
n(e-)×65g/mol=
×1.554×10-3mol×65g/mol=0.05g。
【点睛】
本题考查原电池的工作原理以及电子转移的金属质量转化关系的计算,试题有利于知识的巩固和培养学生良好的科学素养。
8.锌电池有望代替铅蓄电池,它的构成材料是锌、空气、某种电解质溶液,发生的总反应式是:
2Zn+O2═2ZnO。
则该电池的负极材料是________;当导线中有1mol电子通过时,理论上消耗的O2在标准状况下的体积是________
【答案】锌5.6L
【解析】
【分析】
根据原电池工作原理和电子守恒进行分析。
【详解】
由电池的总反应式为:
2Zn+O2═2ZnO知,锌发生氧化反应,做原电池负极,当导线中有1mol电子通过时,理论上消耗0.25mol的O2,所以理论上消耗的O2在标准状况下的体积为0.25mol
22.4L/mol=5.6L。
答案:
锌;5.6L。
9.1g葡萄糖(C6H12O6)完全氧化放出16.7kJ的热量,则1mol葡萄糖完全氧化能放出_________的热量。
【答案】3006kJ
【解析】
【分析】
1g葡萄糖完全氧化,放出约16.7kJ的能量,1mol葡萄糖的质量为180g,据此分析计算。
【详解】
1g葡萄糖完全氧化,放出约16.7kJ的能量,所以1mol葡萄糖完全氧化,放出的能量是16.7kJ×180=3006kJ,故答案为:
3006kJ。
10.氢气是一种理想的绿色能源。
在101kP下,1g氢气完全燃烧生成液态水放出142.9kJ的热量,请回答下列问题:
(1)该反应物的总能量___生成物的总能量(填“大于”“等于”或“小于”)。
(2)氢气的燃烧热为___。
(3)该反应的热化学方程式为___。
(4)氢能的存储是氢能利用的前提,科学家研究出一种储氢合金Mg2Ni,已知:
Mg(s)+H2(g)=MgH2(s)ΔH1=-74.5kJ·mol-1
Mg2Ni(s)+2H2(g)=Mg2NiH4(s)ΔH2
Mg2Ni(s)+2MgH2(s)=2Mg(s)+Mg2NiH4(s)ΔH3=+84.6kJ·mol-1
则ΔH2=___kJ·mol-1
【答案】大于285.8kJ•mol-12H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H=-571.6kJ•mol-1-64.4
【解析】
【分析】
(2)由①Mg(s)+H2(g)═MgH2(s)△H1=-74.5kJ•mol-1,②Mg2Ni(s)+2MgH2(s)=2Mg(s)+Mg2NiH4(s)△H3=+84.6kJ•mol-1,结合盖斯定律可知,②+①×2得到Mg2Ni(s)+2H2(g)═Mg2NiH4(s),以此来解答。
【详解】
(1)氢气燃烧是放热反应,则该反应物的总能量大于生成物的总能量;
(2)1g氢气完全燃烧生成液态水放出142.9kJ的热量,则1mol氢气完全燃烧生成液态水放出的热量为142.9kJ×2=285.8kJ,则氢气的燃烧热为285.8kJ•mol-1;
(3)物质的量与热量成正比,结合焓变及状态可知该反应的热化学方程式为2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H=-571.6kJ•mol-1;
(4)由①Mg(s)+H2(g)═MgH2(s)△H1=-74.5kJ•mol-1,②Mg2Ni(s)+2MgH2(s)=2Mg(s)+Mg2NiH4(s)△H3=+84.6kJ•mol-1,结合盖斯定律可知,②+①×2得到Mg2Ni(s)+2H2(g)═Mg2NiH4(s),△H2=(-74.5kJ•mol-1)×2+(+84.6kJ•mol-1)=-64.4kJ•mol-1。
【点睛】
考查利用盖斯定律计算反应热,熟悉已知反应与目标反应的关系是解答本题的关键。
应用盖斯定律进行简单计算的基本方法是参照新的热化学方程式(目标热化学方程式),结合原热化学方程式(一般2~3个)进行合理“变形”,如热化学方程式颠倒、乘除以某一个数,然后将它们相加、减,得到目标热化学方程式,求出目标热化学方程式的ΔH与原热化学方程式之间ΔH的换算关系。
11.
(1)为了验证Fe2+与Cu2+氧化性强弱,下列装置能达到实验目的的是_______(填装置序号),其正极的电极反应式为_______;若构建该原电池时两个电极的质量相等,当导线中通过0.4mol电子时,两个电极的质量差为_______g。
(2)将CH4设计成燃料电池,其利用率更高,装置如图所示(A、B为多孔碳棒)。
实验测得OH-定向移向A电极,则_______(填A或B)处电极入口通CH4,其电极反应式为_______。
(3)金属冶炼和处理常涉及氧化还原反应。
由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是_______(填选项字母)。
a.Fe2O3b.NaClc.Cu2Sd.Al2O3
【答案】②Cu2++2e-=Cu24ACH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2Obd
【解析】
【分析】
(1)验证Fe2+与Cu2+氧化性强弱,发生反应Fe+Cu2+==Fe2++Cu,由此反应确定所用装置及正极的电极反应。
当导线中通过0.4mol电子时,负极Fe失电子生成Fe2+,质量减轻,正极Cu2+得电子生成Cu,质量增加,两个电极的质量差为两电极质量变化之和。
(2)OH-带负电性,应向负极移动,由此确定A电极为负极,CH4在碱性溶液中失电子生成CO32-等。
(3)金属冶炼和处理时,由于钾、钙、钠、镁、铝活泼,难以用还原剂还原,所以常使用电解法。
【详解】
(1)A装置中Cu作负极,发生反应Cu+4HNO3(浓)==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,没有涉及Fe,不能验证Fe2+与Cu2+氧化性强弱;要发生反应Fe+Cu2+==Fe2++Cu,应使用装置②,正极的电极反应为Cu2++2e-=Cu。
在电池②中,有如下关系式:
Fe—2e—Cu,则参加反应的Fe与生成的Cu都为0.2mol,两个电极的质量差为0.2mol×64g/mol+0.2mol×56g/mol=24g。
答案为:
②;Cu2++2e-=Cu;24;
(2)在原电池中,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,因为OH-向A电极移动,所以A电极为负极,CH4在KOH溶液中失电子生成CO32-、H2O,电极反应式为CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O。
答案为:
A;CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O;
(3)a.用Fe2O3冶炼Fe,需使用还原剂(常为CO),用还原法炼铁,a不合题意;
b.用NaCl冶炼Na,一般的还原剂不能满足要求,应使用电解法,b符合题意;
c.用Cu2S冶炼Cu,需使用氧化剂(纯氧),用氧化法将Cu2S氧化为Cu,c不合题意;
d.用Al2O3冶炼Al,一般氧化剂不能满足要求,需使用电解法,d符合题意;
故选bd。
答案为:
bd。
【点睛】
在计算原电池反应发生后两电极的质量差时,我们常会错误地认为,即然是质量差,那就是两电极参加反应的金属的质量差,从而得出错误的结论。
12.CH4既是一种重要的能源,也是一种重要的化工原料。
(1)甲烷高温分解生成氢气和碳。
在密闭容器中进行此反应时要通入适量空气使部分甲烷燃烧,其目的是________。
(2)以CH4为燃料可设计成结构简单、能量转化率高、对环境无污染的燃料电池,其工作原理如图甲所示,则通入a气体的电极名称为_____,通入b气体的电极反应式为____。
(质子交换膜只允许H+通过)
(3)在一定温度和催化剂作用下,CH4与CO2可直接转化成乙酸,这是实现“减排”的一种研究方向。
①在不同温度下,催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图乙所示,则该反应的最佳温度应控制在__ 左右。
②该反应催化剂的有效成分为偏铝酸亚铜(CuAlO2,难溶物)。
将CuAlO2溶解在稀硝酸中生成两种盐并放出NO气体,其离子方程式为___________ 。
(4)CH4还原法是处理NOx气体的一种方法。
已知一定条件下CH4与NOx气体反应转化为N2和CO2,若标准状况下8.96L CH4可处理22.4L NOx气体,则x值为________。
【答案】提供CH4分解所需的能量负极O2+4H++4e-=2H2O250℃3CuAlO2+16H++NO3-=3Cu2++3Al3++8H2O+NO↑1.6
【解析】
【分析】
(1)甲烷分解需要热量,燃烧可提供部分能量;
(2)由图可知,通入气体a的一端发生氧化反应,故应通入甲烷,该极为负极,通入b为氧气,获得电子,酸性条件下生成水;
(3)①根据乙酸反应速率最大、催化活性最高选择;
②CuAlO2溶解在稀硝酸中生成两种盐并放出NO气体,生成的盐为硝酸铝、硝酸铜,反应还有水生成,配平书写离子方程式;
(4)根据电子转移守恒计算。
【
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- 化学 化学反应 能量 变化 专项 练习题 答案 解析