备战高考化学化学反应与能量变化推断题综合题含答案.docx
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备战高考化学化学反应与能量变化推断题综合题含答案
备战高考化学化学反应与能量变化推断题综合题含答案
一、化学反应与能量变化练习题(含详细答案解析)
1.短周期元素X、Y、Z、W、R、T在周期表中的位置如图所示。
请按要求回答下列问题。
(1)R与W形成化合物的电子式为________________________。
(2)Y的氢化物与T的氢化物反应的生成物中含有的化学键为_________。
(3)X与Z形成的二元化合物中,所含电子数为18的分子的化学式为______。
(4)实验室制取T单质的离子方程式为______________________________。
(5)如图,a、b为多孔石墨电极(电极不参与反应),插入W的最高价氧化物对应水化物的溶液中,两端分别通入X单质和Z单质,发现电流计指针发生偏转。
①电池工作时,电子的移动方向为由_____到_____(填“a”或“b”)。
②该电池反应产物环保无污染,则该电池的总反应式为____________。
【答案】
离子键、共价键H2O2MnO2+4H++2Cl-
Mn2++Cl2↑+2H2Oab2H2+O2=2H2O
【解析】
【分析】
根据元素在周期表的位置可得,X为H元素,Y为N元素,Z为O元素,W为Na元素,R为S元素,T为Cl元素,据此分析解答;
【详解】
(1)R为S元素,W为Na元素,R与W形成化合物为Na2S,电子式为
;
(2)Y为N元素,T为Cl元素,Y的氢化物与T的氢化物分别为NH3和HCl,反应的生成物为NH4Cl,属于含有共价键的离子化合物,其中含有的化学键为离子键、共价键;
(3)X为H元素,Z为O元素,X与Z形成的二元化合物为H2O、H2O2,所含电子数为18的分子的化学式为H2O;
(4)T为Cl元素,实验室用二氧化锰和浓盐酸在加热的条件下制取氯气,的离子方程式为MnO2+4H++2Cl-
Mn2++Cl2↑+2H2O;
(5)W为Na元素,W的最高价氧化物对应水化物的溶液为氢氧化钠溶液,两端分别通入H2和O2,发现电流计指针发生偏转,说明该装置构成氢氧燃料电池。
①电池工作时,通入燃料的一极为负极,则如图所示,a为负极,b为正极,电流从正极流向负极,则电子由a到b;
②装置构成氢氧燃料电池,电池反应产物只有水,环保无污染,则该电池的总反应式为2H2+O2=2H2O。
2.短周期元素X、Y、Z、W在周期表中的位置关系如图所示,已知在同周期元素的常见简单离子中,W的简单离子半径最小,X、Y、Z、W的单质及其化合物在日常生活中用途极其广泛。
(1)X元素在元素周期表中的位置________。
(2)X、Y、Z元素的简单气态氢化物中,稳定性最差的是________(用分子式表示)。
(3)Y、Z、W三种元素对应的离子中,半径由大到小的顺序____________(用离子符号表示)。
(4)某汽车尾气分析仪以燃料电池为工作原理测定XZ的浓度,其装置如图所示,该电池中电解质为氧化钇-氧化钠,其中Z2-可以在固体介质NASICON中自由移动。
则负极的反应式_______________。
关于该电池的下列说法,正确的是_________。
A.工作时电极b作正极,Z2-通过固体介质NASICON由电极b流向电极a
B.工作时电流由电极a通过传感器流向电极b
C.传感器中通过的电流越大,尾气中XZ的含量越高
(5)X2Z42-能被酸性KMnO4氧化,请填写相应的离子,并给予配平:
___________+______MnO4-+________H+=______CO2+_______Mn2++______H2O
【答案】第二周期第ⅣA族CH4r(N3-)>r(O2-)>r(Al3+)CO+O2--2e-=CO2AC5C2O42-2161028
【解析】
【分析】
根据短周期元素X、Y、Z、W在周期表中的位置关系,则X、Y、Z是第二周期的元素,W是第三周期的元素;同周期元素的常见简单离子中,W的简单离子半径最小,W是Al元素;根据相对位置,X、Y、Z分别是C、N、O。
【详解】
(1)X是C元素,在元素周期表中的位置是第二周期第ⅣA族;
(2)同周期元素从左到右非金属性增强,非金属性越强,气态氢化物越稳定,C、N、O元素的简单气态氢化物中,稳定性最差的是CH4;
(3)N、O、Al三种元素对应的离子,电子层数相同,质子数越多,半径越小,半径由大到小的顺序r(N3-)>r(O2-)>r(Al3+);
(4)原电池负极发生氧化反应、正极发生还原反应,负极是一氧化碳失电子生成二氧化碳,负极反应式CO+O2--2e-=CO2;
A.b通入氧气,氧气发生还原反应,工作时电极b作正极,O2-通过固体介质NASICON由电极b流向电极a,故A正确;
B.电流由正极流向负极,b是正极,工作时电流由电极b通过传感器流向电极a,故B错误;
C.CO的含量越高,失电子越多,传感器中通过的电流越大,故C正确;
(5)C2O42-被酸性KMnO4氧化为CO2,根据得失电子守恒、电荷守恒、元素守恒,相应的离子方程式是5C2O42-+2MnO4-+16H+=10CO2+2Mn2++8H2O。
3.理论上讲,任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。
某同学利用“Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+”反应设制一个化学电池,如图所示,已知该电池在外电路中,电流从a极流向b极。
请回答下列问题:
(1)b极是电池的_____________极,材料是_____________,写出该电极的反应式_____________。
(2)a可以为_____________A、铜B、银C、铁D、石墨
(3)c溶液是_____________A、CuSO4溶液B、AgNO3溶液C、酒精溶液
(4)若该反应过程中有0.2mol电子发生转移,则生成Ag为_____________克。
【答案】负CuCu–2e-=Cu2+BDB21.6
【解析】
【分析】
有题干信息可知,原电池中,电流从a极流向b极,则a为正极,得到电子,发生还原反应,b为负极,失去电子,发生氧化反应,据此分析解答问题。
【详解】
(1)根据上述分析知,b是电池的负极,失去电子,反应Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+中Cu失去电子,故Cu作负极,发生的电极反应为Cu–2e-=Cu2+,故答案为:
负;Cu;Cu–2e-=Cu2+;
(2)a是电池的正极,电极材料可以是比铜更稳定的Ag,也可以是惰性的石墨,故答案为:
BD;
(3)电解质溶液c是含有Ag+的溶液,故答案为:
B;
(4)根据得失电子守恒可得,反应过程中转移1mol电子,生成2molAg,质量为108×2=21.6g,故答案为:
21.6。
4.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。
5.如图所示,A、B、C三个装置中的烧杯分别盛有足量的CuCl2溶液。
(1)A、B、C三个装置中属于原电池的是___(填标号)。
(2)A池中Zn是___极,电极反应式为___;A中总反应的离子方程式___。
(3)B池中总反应的方程式为___。
(4)C池中Zn是___极,发生___反应,电极反应式为___;反应过程中,CuCl2溶液浓度___(填“变大”“变小”或“不变”)。
【答案】A负Zn-2e-=Zn2+Zn+Cu2+=Zn2++CuCuCl2
Cu+Cl2↑阴还原Cu2++2e-=Cu不变
【解析】
【分析】
(1)A、B、C三个装置中,没有外接电源的属于原电池。
(2)A池中,相对活泼的金属作负极,电极反应式为金属失电子生成金属离子;A中总反应为负极金属与电解质发生氧化还原反应。
(3)B池中总反应为电解氯化铜。
(4)C池中,与正极相连的电极为阳极,阳极失电子发生氧化反应;通过分析两电极反应,可确定反应过程中,CuCl2溶液浓度变化情况。
【详解】
(1)A、B、C三个装置中,没有外接电源的属于原电池,则原电池是A。
答案为:
A;
(2)A池中,相对活泼的金属是Zn,Zn是负极,电极反应式为Zn-2e-=Zn2+;A中总反应的离子方程式为Zn+Cu2+=Zn2++Cu。
答案为:
负;Zn-2e-=Zn2+;Zn+Cu2+=Zn2++Cu;
(3)B池中总反应,就是电解氯化铜的反应,方程式为CuCl2
Cu+Cl2↑。
答案为:
CuCl2
Cu+Cl2↑;
(4)C池中,与负极相连的电极为阴极,Zn与电源负极相连,是阴极,得电子,发生还原反应,电极反应式为Cu2++2e-=Cu;反应过程中,阳极Cu-2e-=Cu2+,生成的Cu2+与阴极消耗的Cu2+物质的量相等,则CuCl2溶液浓度不变。
答案为:
阴;还原;Cu2++2e-=Cu;不变。
【点睛】
不管是原电池还是电解池,解题的切入点都是电极的判断。
通常,原电池的负极金属材料都会失电子生成阳离子;而电解池的阳极材料是否失电子,则要看其是否为活性电极。
若阳极为活性电极,则在电解时阳极材料失电子;若为惰性电极,则阳极发生溶液中阴离子失电子的反应。
6.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】由化学能转变为电能由a到b2H2-4e-+4OH-=4H2OO2+4e-+2H2O=4OH-2H2O+2e-=H2↑+2OH-或2H++2e-=H2↑Cl-+2H2O
H2↑+2OH-+Cl2↑2.24
【解析】
【分析】
(1)原电池是将化学能转变为电能的装置,原电池放电时,电子从负极沿导线流向正极;
(2)负极上燃料失电子发生还原反应,正极上氧气得电子生成氢氧根离子;
(3)用惰性电极电解饱和食盐水时,阳极上氯离子放电,阴极上氢离子放电;
根据转移电子守恒计算消耗氢气的物质的量
【详解】
(1)该装置是把化学物质中的能量转化为电能,所以是化学能转变为电能;在原电池中,负极上失电子,正极上得电子,电子的流向是从负极流向正极,所以是由a到b,
故答案为:
由化学能转变为电能;由a到b;
(2)碱性环境中,该反应中负极上氢气失电子生成氢离子,电极反应式为2H2-4e-+4OH-=4H2O,正极上氧气得电子生成氢氧根离子,电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-,故答案为:
2H2-4e-+4OH-=4H2O;O2+4e-+2H2O=4OH-;
(3)用惰性电极电解饱和食盐水时,阴极上氢离子放电,电极反应式为:
2H2O+2e-=H2↑+2OH-或2H++2e-=H2↑,阳极上氯离子放电生成氯气,所以总反应离子方程式为:
Cl-+2H2O
H2↑+2OH-+Cl2↑,根据转移电子守恒计算消耗氢气的物质的量,电解时,阳极上生成氯气,每生成0.1mol氯气转移电子的物质的量=0.1mol×(1-0)×2=0.2mol,
燃料电池中消耗氢气的物质的量=0.2mol/2=0.1mol,所以标况下体积为2.24L,
故答案为:
2H2O+2e-=H2↑+2OH-或2H++2e-=H2↑;Cl-+2H2O
H2↑+2OH-+Cl2↑;2.24。
7.某些共价键的键能数据如表(单位:
kJ•mol-1):
(1)把1molCl2分解为气态原子时,需要___(填“吸收”或“放出”)243kJ能量。
(2)由表中所列化学键形成的单质分子中,最稳定的是___;形成的化合物分子中最不稳定的是___。
(3)发射火箭时用气态肼(N2H4)作燃料,二氧化氮作氧化剂,两者反应生成氮气和气态水。
已知32gN2H4(g)完全发生上述反应放出568kJ的热量,热化学方程式是:
____。
【答案】吸收N2HI2N2H4(g)+2NO2(g)═3N2(g)+4H2O(g)△H=﹣1136kJ•mol﹣1
【解析】
【分析】
(1)化学键断裂要吸收能量;
(2)键能越大越稳定,否则越不稳定,结合表中数据分析;
(3)根据n=
计算32gN2H4的物质的量,再根据热化学方程式书写原则书写热化学方程式。
【详解】
(1)化学键断裂要吸收能量,由表中数据可知把1molCl2分解为气态原子时,需要吸收243kJ的能量;
(2)因键能越大越稳定,单质中最稳定的是H2,最不稳定的是I2,形成的化合物分子中,最稳定的是HCl,最不稳定的是HI;
(3)32gN2H4(g)的物质的量为
=1mol,与二氧化氮反应生成氮气与气态水放出568kJ的热量,热化学方程式是:
2N2H4(g)+2NO2(g)═3N2(g)+4H2O(g)△H=-1136kJ•mol-1。
8.氮的固定一直是科学家研究的重要课题,合成氨是人工固氮比较成熟的技术,其原理为
。
已知破坏
有关化学键需要的能量如表所示:
则反应生成
所释放出的热量为________
。
【答案】45.5
【解析】
【分析】
【详解】
根据反应N2+3H2=NH3可知,结合表中数据可计算出破坏
键吸收的能量为
,破坏
键吸收的能量为
,化学键被破坏吸收的总能量为
,形成
键放出能量
,反应生成
释放出的热量为
,则反应生成
释放出的热量为
,故答案为:
45.5。
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.断开1molH-H键、1molN-H键、1molN≡N键分别需要吸收的能量为436kJ、391kJ、946kJ,求:
生成1molNH3需要___(填“吸收”或“放出”)能量___kJ。
【答案】放出46
【解析】
【分析】
化学反应中,化学键断裂吸收能量,形成新化学键放出能量,根据方程式计算,化学反应中,反应物的总能量大于生成物的总能量,反应放热,反之吸热,以此计算反应热并判断吸热还是放热。
【详解】
拆1molH-H键、1molN≡N、1molN-H键分别需要吸收的能量为436kJ、946kJ、391kJ,在反应N2+3H2
2NH3中,断裂3molH-H键,1molN≡N键共吸收的能量为:
3×436kJ+946kJ=2254kJ;生成2molNH3,共形成6molN-H键,放出的能量为:
6×391kJ=2346kJ;吸收的能量少,放出的能量多,该反应为放热反应,放出的热量为:
2346kJ-2254kJ=92kJ,所以生成1molNH3放出热量为46kJ;故答案为:
放出;46。
11.已知金刚石和石墨分别在氧气中完全燃烧的热化学方程式为:
C(金刚石、s)+O2(g)=CO2(g)△H=-395.41kJ/mol,C(石墨、s)+O2(g)=CO2(g)△H=-393.51kJ/mol,则金刚石转化石墨时的热化学方程式为:
_______,由此看来更稳定的碳的同素异形体为:
______。
【答案】C(金刚石,s)=C(石墨,s)△H=-1.9kJ/mol石墨
【解析】
【分析】
由盖斯定律计算得到金刚石转化石墨的热化学方程式,分析比较即可。
【详解】
将已知反应依次编号为①②,由盖斯定律可知①—②可得C(金刚石,s)=C(石墨,s),则△H=△H1—△H2=(-395.41kJ/mol)—(-393.51kJ/mol)=-1.9KJ/mol,热化学方程式为C(金刚石,s)=C(石墨,s)△H=-1.9kJ/mol;物质的能量越小,越稳定,由金刚石转化石墨的热化学方程式可知,该反应为放热反应,金刚石的能量大于石墨的能量,则石墨比金刚石稳定,故答案为:
C(金刚石,s)=C(石墨,s)△H=-1.9kJ/mol;石墨。
【点睛】
放热反应的反应物能能量大于生成物总能量,物质的能量越小,越稳定。
12.将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池,若该电池中两电极的总质量为80g,工作一段时间后,取出锌片和银片洗净干燥后称重,总质量为41g,试计算:
(1)产生氢气的体积(标准状况)为_________;
(2)通过导线的电子数为_________(用NA表示)。
【答案】13.44L1.2NA
【解析】
【分析】
(1)将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池,电池工作时,负极锌失电子生成Zn2+进入溶液,电极质量减轻,正极H+得电子生成H2,银电极质量不变,由质量变化可求出参加反应的Zn的质量,由此可求出生成H2的体积。
(2)由电子守恒,可求出通过导线的电子数。
【详解】
(1)该电池中两电极的总质量为80g,工作一段时间后,总质量为41g,质量减少了39g,根据原电池工作原理,减少的质量为参加反应的锌的质量。
根据电子守恒Zn——H2,产生标准状况下氢气的体积为
=13.44L。
答案为:
13.44L;
(2)依据得失电子守恒:
Zn——2e-,则通过导线的电子数为
=1.2NA。
【点睛】
在利用电极质量变化求解时,需弄清质量变化的原因,对于此题来说,只有负极金属失电子导致电极质量减轻,若溶液中的阳离子在正极得电子生成金属附着在正极上,则情况变得复杂,解题时需理顺关系,方能不出差错。
13.如图所示,是原电池的装置图。
请回答:
(1)若C为稀H2SO4溶液,电流表指针发生偏转,B电极材料为Fe且作负极,则A电极上发生的电极反应式为_____________;反应进行一段时间后溶液C的pH将_____(填“升高”“降低”或“基本不变”)。
(2)若需将反应:
Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+设计成如图所示的原电池装置,则A(负极)极材料为____,B(正极)极材料为______,溶液C为_______。
(3)CO与H2反应还可制备CH3OH,CH3OH可作为燃料使用,用CH3OH和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下:
电池总反应为2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O,则c电极是____(填“正极”或“负极”),c电极的反应方程式为______________。
若线路中转移2mol电子,则上述CH3OH燃料电池,消耗的O2在标准状况下的体积为_____。
【答案】2H++2e-=H2↑升高Cu石墨FeCl3溶液负极CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+11.2L
【解析】
【分析】
【详解】
(1)若C为稀H2SO4溶液,电流表指针发生偏转,B极电极材料为Fe且作负极,A电极为正极,电极材料为较铁不活泼的金属或非金属,发生还原反应,溶液中的氢离子得电子生成氢气,电极反应方程式为:
2H++2e-=H2↑;由原电池的总反应可知,反应一段时间后,溶液C的pH升高,答案为:
2H++2e-=H2↑;升高;
(2)分析反应Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+,将其拆分为两个半反应,分别为:
Cu-2e-=Cu2+,2Fe3++2e-=2Fe2+,根据原电池原理,可知负极电极反应式为:
Cu-2e-=Cu2+,正极的电极反应式为:
2Fe3++2e-=2Fe2+,正负极材料分别为:
负极为Cu,正极为石墨(或Pt),含Fe3+的溶液(如FeCl3溶液)作电解质溶液,用导线连接正、负极,构成闭合回路即可构成原电池。
答案为:
Cu;石墨;FeCl3溶液;
(3)根据燃料电池结构示意图中电子流向可知,c电极为负极,发生氧化反应,其电极反应方程式为:
CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+,电极d为正极,O2得到电子,发生还原反应,电极反应方程式为:
4H++4e-+O2=2H2O;1mol氧气在反应中得到4mol电子,若线路中转移2mol电子,则消耗氧气0.5mol,在标准状况下的体积为
,答案为:
负极;CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+;11.5L。
14.图甲、乙所示装置进行实验,图中两个烧杯里的溶液为同浓度的稀硫酸,乙中G为电流计。
请回答下列问题
乙甲
(1)以下叙述中,正确的是_____。
A.甲中锌片是负极,乙中铜片是正极
B.两烧杯中铜片表面均有气泡产生
C.两烧杯中溶液的pH均增大
D.乙中电子从铜片经导线流向锌片
E.乙溶液中SO42-向锌片方向移动
(2)变化过程中能量转化的形式主要是:
甲为_____;乙为____________。
(3)若反应过程中有2mol电子发生转移,则生成的氢气在标况下的体积为______;
(4)原电池在工作时,下列反应可以作为原电池工作时发生的反应的是:
_____
A.Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag
B.H2SO4+Na2SO3==Na2SO4+SO2+H2O
C.NaOH+HCl=NaCl+H2O
D.2H2+O2=2H2O
【答案】CE化学能转化为热能化学能转化为电能22.4LAD
【解析】
【分析】
锌比铜活泼,能与稀硫酸反应,铜为金属活动性顺序表H元素之后的金属,不能与稀硫酸反应,甲没有形成闭合回路,不能形成原电池,乙形成闭合回路,形成原电池,根据原电池的组成条件和工作原理解答该题。
【详解】
(1)A.甲没有形成闭合回路,不能形成原电池,故A错误;
B.铜为金属活动性顺序表H元素之后的金属,不能与稀硫酸反应,甲烧杯中铜片表面没有气泡产生,故B错误;
C.两烧杯中硫酸都参加反应,氢离子浓度减小,溶液的pH均增大,故C正确;
D.乙能形成原电池反应,Zn为负极,Cu为正极,电
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