备战高考化学化学反应与能量变化的推断题综合题试题含答案.docx
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备战高考化学化学反应与能量变化的推断题综合题试题含答案
备战高考化学化学反应与能量变化的推断题综合题试题含答案
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。
2.X、Y、Z、W、Q是原子序数依次增大的短周期主族元素,X与Y位于不同周期,X与W位于同一主族;原子最外层电子数之比N(Y):
N(Q)=3:
4;Z的原子序数等于Y、W、Q三种元素原子的最外层电子数之和。
请回答下列问题:
(1)Y元素在周期表中的位置是______________;QX4的电子式为_____________。
(2)一种名为“PowerTrekk”的新型充电器是以化合物W2Q和X2Z为原料设计的,这两种化合物相遇会反应生成W2QZ3和气体X2,利用气体X2组成原电池提供能量。
①写出W2Q和X2Z反应的化学方程式:
______________。
②以稀硫酸为电解质溶液,向两极分别通入气体X2和Z2可形成原电池,其中通入气体X2的一极是_______(填“正极”或“负极”)。
③若外电路有3mol电子转移,则理论上需要W2Q的质量为_________。
【答案】第二周期第ⅢA族
负极37g
【解析】
【分析】
原子最外层电子数之比N(Y):
N(Q)=3:
4,因为都为主族元素,最外层电子数小于8,所以Y的最外层为3个电子,Q的最外层为4个电子,则Y为硼元素,Q为硅元素,则X为氢元素,W与氢同主族,为钠元素,Z的原子序数等于Y、W、Q三种元素原子的最外层电子数之和,为氧元素。
即元素分别为氢、硼、氧、钠、硅。
【详解】
(1)根据分析,Y为硼元素,位置为第二周期第ⅢA族;QX4为四氢化硅,电子式为
;
(2)①根据元素分析,该反应方程式为
;
②以稀硫酸为电解质溶液,向两极分别通入气体氢气和氧气可形成原电池,其中通入气体氢气的一极是负极,失去电子;
③外电路有3mol电子转移时,需要消耗1.5mol氢气,则根据方程式分析,需要0.5mol硅化钠,质量为37g。
3.按要求回答下列问题。
(1)Al2(SO4)3溶液显酸性的离子方程式:
____________________________;
(2)CuSO4溶液与过量氨水反应的离子方程式:
____________________________;
(3)Mg-Al-NaOH溶液组成的原电池,负极的电极反应式:
_________________________;
(4)CH3OH-O2燃料电池,KOH溶液作电解质,负极的电极反应式:
____________________;
(5)惰性电极电解CuSO4溶液的总反应的化学方程式:
______________________________;
(6)Na2C2O4溶液的物料守恒:
______________________________;
(7)Fe3+的基态电子排布式:
______________________________;
(8)N2H4的结构式:
______________________________。
【答案】Al3++3H2O⇌Al(OH)3+3H+Cu2++4NH3•H2O=[Cu(NH3)4]2++4H2OAl-3e-+4OH-═AlO2-+2H2OCH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O2CuSO4+2H2O
2Cu+2H2SO4+O2↑c(Na+)=2[c(C2O42-)+c(HC2O4-)+c(H2C2O4)][Ar]3d5
【解析】
【详解】
(1)Al2(SO4)3溶液中存在铝离子的水解,所以溶液显酸性,故答案为:
Al3++3H2O⇌Al(OH)3+3H+;
(2)CuSO4溶液与过量氨水反应会生成铜氨络离子,故答案为:
Cu2++4NH3•H2O=[Cu(NH3)4]2++4H2O;
(3)Mg-Al-NaOH溶液组成的原电池,总反应为Al与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气的反应,Al失电子被氧化做负极,故答案为:
Al-3e-+4OH-═AlO2-+2H2O;
(4)CH3OH-O2燃料电池,KOH溶液作电解质,负极甲醇失去电子生成二氧化碳,由于电解质为氢氧化钾溶液,所以反应生成了碳酸根离子,发生的负极电极反应式为CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O;
(5)电解硫酸铜溶液生成铜单质、氧气和硫酸,故答案为:
2CuSO4+2H2O
2Cu+2H2SO4+O2↑;
(6)Na2C2O4溶液中钠离子的浓度等于含碳原子微粒的浓度之和的二倍,故答案为:
c(Na+)=2[c(C2O42-)+c(HC2O4-)+c(H2C2O4)];;
(7)Fe元素为26号元素,失去最外层三个电子生成Fe3+,故基态电子排布式为:
[Ar]3d5;
(8)N2H4是共价化合物,氮原子和氢原子形成共价键,氮原子和氮原子间也形成共价键,结构式为:
。
4.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。
5.依据氧化还原反应:
2Ag+(aq)+Cu(s)===Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示。
请回答下列问题:
(1)电极X的材料是________;电解质溶液Y是________。
(2)银电极为电池的________极,发生的电极反应为________;X电极上发生的电极反应为________(填反应类型)。
(3)外电路中的电子是从________电极流向________电极。
(4)当有1.6g铜溶解时,银棒增重__________________________________。
【答案】CuAgNO3正极Ag++e-=Ag氧化反应X(或Cu)Ag5.4g
【解析】
【分析】
【详解】
试题分析:
在原电池的总反应方程式中,化合价升高的做负极,所以在这个原电池中,铜做负极,而负极的活泼性大于正极,因此,正极我们可以选择银或者碳棒。
总反应式中有银离子参与反应,所以在电解质溶液中会含有银离子。
因此电解质溶液,我们可以选择硝酸银。
正极发生的是氧化反应,电极反应式为Ag++e-=Ag。
电子的流动方向是负极指向正极,所以应是铜流向银。
1.6克的铜相当于0.025摩尔的铜。
即失去0.025乘以2等于0.05摩尔的电子。
而据得失电子总数相等可知,银离子应得到0.05摩尔的电子由Ag++e-=Ag可知会得到0.05摩尔的银则银的质量为0.05乘以108等于5.4克。
考点:
考查原电池的相关知识点
6.C、N、O、Al、Si、Cu是常见的六种元素。
常温下,将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池(图1),测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示,反应过程中有红棕色气体产生。
0~t1时,原电池的负极是Al片,此时,正极的电极反应式是_____,溶液中的H+向_____极移动,t1时,原电池中电子流动方向发生改变,其原因是______。
【答案】2H++NO3-+e-=NO2+H2O正铝在浓硝酸中发生钝化,氧化膜阻止了Al进一步发生反应
【解析】
【分析】
【详解】
0到t1这段时间,由于金属活动性:
Al>Cu,因此Al作负极,失去电子发生氧化反应,浓硝酸电离产生的NO3-在正极Cu上得到电子,发生还原反应产生NO2气体,正极反应式为2H++NO3-+e-=NO2+H2O,溶液中的H+不断移向正极;t1时,由于室温下铝被浓硝酸氧化产生Al2O3,覆盖在金属Al表面,使Al不能进一步发生反应而发生钝化现象,阻碍铝进一步发生反应,此时铜与浓硝酸发生氧化还原反应,铜作负极,铝作正极,导致电子移动的方向发生偏转。
7.化学反应中的能量变化,是由化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时放出的能量不同所致。
(1)键能也可以用于估算化学反应的反应热(ΔH)下表是部分化学键的键能数据:
化学键
P—P
P—O
O=O
P=O
键能/(kJ·mol-1)
172
335
498
X
已知白磷的燃烧热为2378.0kJ/mol,白磷完全燃烧的产物结构如图所示,则上表中X=________。
(2)1840年,俄国化学家盖斯在分析了许多化学反应热效应的基础上,总结出一条规律:
“一个化学反应,不论是一步完成,还是分几步完成,其总的热效应是完全相同的.”这个规律被称为盖斯定律.有些反应的反应热虽然无法直接测得,但可以利用盖斯定律间接计算求得。
①已知:
C(石墨)+O2(g)===CO2(g)ΔH1=-393.5kJ/mol①
2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)ΔH2=-571.6kJ/mol②
2C2H2(g)+5O2(g)===4CO2(g)+2H2O(l)ΔH3=-2599.2kJ/mol③
则由C(石墨)和H2(g)反应生成1molC2H2(g)的焓变为__________________。
②已知3.6g碳在6.4g的氧气中燃烧,至反应物耗尽,并放出xkJ热量。
已知单质碳的燃烧热为ykJ/mol,则1molC与O2反应生成CO的反应热ΔH为______________。
【答案】470+226.8kJ/mol-(5x-0.5y)kJ/mol
【解析】
【分析】
(1)白磷燃烧的方程式为P4+5O2=P4O10,根据化学键的断裂和形成的数目进行计算;
(2)①可以先根据反应物和生成物书写化学方程式,根据盖斯定律计算反应的焓变,最后根据热化学方程式的书写方法来书写热化学方程式;
②首先判断碳的燃烧产物,然后依据反应热计算。
【详解】
(1)白磷燃烧的方程式为P4+5O2=P4O10,1mol白磷完全燃烧需拆开6molP-P、5molO=O,形成12molP-O、4molP=O,所以12mol×335kJ/mol+4mol×xkJ/mol-(6mol×172kJ/mol+5mol×498kJ/mol)=2378.0kJ,解得x=470;
(2)①已知:
①C(s,石墨)+O2(g)=CO2(g)△H1=-393.5kJ•mol-1;②2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H2=-571.6kJ•mol-1;③2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l)△H2=-2599kJ•mol-1;2C(s,石墨)+H2(g)=C2H2(g)的反应可以根据①×2+②×
-③×
得到,所以反应焓变△H=2×(-393.5kJ•mol-1)+(-571.6kJ•mol-1)×
-(-2599kJ•mol-1)×
=+226.7kJ•mol-1;
②碳在氧气中燃烧,氧气不足发生反应2C+O2
2CO,氧气足量发生反应C+O2
CO2;3.6g碳的物质的量为
=0.3mol,6.4g的氧气的物质的量为
=0.2mol,n(C):
n(O2)=3:
2;介于2:
1与1:
1之间,所以上述反应都发生.令生成的CO为xmol,CO2为ymol;根据碳元素守恒有x+y=0.3,根据氧元素守恒有x+2y=0.2×2,联立方程,解得x=0.2,y=0.1;单质碳的燃烧热为YkJ/mol,所以生成0.1mol二氧化碳放出的热量为0.1mol×YkJ/mol=0.1YkJ,因此生成0.2molCO放出的热量为XkJ-0.1YkJ。
由于碳燃烧为放热反应,所以反应热△H的符号为“-”,故1molC与O2反应生成CO的反应热△H=-
=-(5X-0.5Y)kJ/mol。
【点睛】
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。
8.回答下列问题:
(1)已知两种同素异形体A、B的热化学方程式为:
A(s)+O2(g)═CO2(g)△H=﹣393.51kJ·mol-1;B(s)+O2(g)═CO2(g)△H=﹣395.41kJ·mol-1则两种同素异形体中较稳定的是(填“A”或“B”)______。
(2)已知化学反应N2+3H2
2NH3的能量变化如图所示。
①1molN和3molH生成1molNH3(g)是_______能量的过程(填“吸收”或“释放”)。
由
molN2(g)和
molH2(g)生成1molNH3(g)过程________(填“吸收”或“释放”)___________kJ能量。
(用图中字母表示,②同)
②
molN2(g)和
molH2(g)反应生成1molNH3(l)的△H=_______________。
(3)工业上用H2和Cl2反应制HCl,各键能为:
H﹣H:
436kJ·mol-1,Cl﹣Cl:
243kJ·mol-1,H﹣Cl:
431kJ·mol-1。
该反应的热化学方程式是_______________。
【答案】A释放释放b-a△H=-(b+c-a)kJ·mol-1H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)△H=-183kJ·mol-1
【解析】
【分析】
(1)由①A(s)+O2(g)═CO2(g)△H=-393.51kJ/mol;②B(s)+O2(g)═CO2(g)△H=-395.41kJ/mol,根据盖斯定律:
①-②分析反应的热效应,能量越高越不稳定;
(2)①原子结合为分子过程会放热;由图象可知,反应物的总能量大于生成物的总能量,反应放热;△H=生成物的活化能-反应物的活化能;
②根据反应热等于反应物总能量减去生成物总能量计算反应热并书写热化学方程式,注意反应物的物质的量和生成物的聚集状态;
(3)反应方程式为:
H2+Cl2=2HCl,根据吸收的能量之和与放出的能量之和的相对大小判断反应的吸放热,二者的差值即为焓变的数值。
【详解】
(1)由①A(s)+O2(g)═CO2(g)△H=-393.51kJ/mol;②B(s)+O2(g)═CO2(g)△H=-395.41kJ/mol,根据盖斯定律:
①-②得:
A(s)=B(s)△H>0,所以B的能量高,能量越高越不稳定,A稳定;
(2)①原子结合为分子过程会放热,所以1molN和3molH生成1molNH3(g)是释放能量的过程;由图象可知,反应物的总能量大于生成物的总能量,则该反应为放热反应,则
molN2(g)和
molH2(g)生成1molNH3(g)过程时放热过程;△H=生成物的活化能-反应物的活化能=b-akJ/mol,所以1molNH3(g)过程时放热b-akJ;
②
molN2(g)和
molH2(g)反应生成1molNH3(l)的△H=(akJ•mol-1)-(bkJ•mol-1+ckJ•mol-1)=-(b+c-a)kJ•mol-1;
(3)反应方程式为:
H2+Cl2=2HCl,生成2molHCl,需吸收能量:
436kJ+243kJ=679kJ,放出能量:
2×431kJ=862kJ,放出的能量大于吸收的能量,则该反应放热,焓变为负号,且放出的热量为:
864kJ-679kJ=185kJ,所以△H=-183KJ/mol,所以反应的热化学方程式是H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)△H=-183kJ/mol。
【点睛】
通常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。
9.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。
10.
(1)已知拆开
键、
键、
键分别需要吸收的能量为
、
、
。
则由
和
反应生成1molHCl需要_______
填“放出”或“吸收”
_________
的热量。
(2)H2可以在
中安静地燃烧。
甲、乙两图中,能表示该反应能量变化的是图_____
填“甲”或“乙”
。
【答案】放出92.25甲
【解析】
【分析】
(1)若断裂化学键吸收的能量大于形成化学键放出的能量,该反应为吸热反应,若断裂化学键吸收的能量小于形成化学键放出的能量,该反应为放热反应;
(2)H2和Cl2的燃烧反应为放热反应。
【详解】
(1)由氢气和碘单质反应生成1molHCl,需断裂0.5molH—H键和0.5molCl—Cl键,需吸收的能量为0.5×436.4kJ+0.5×242.7kJ=339.55kJ,形成1molH—Cl键放出的能量为431.8kJ,形成化学键放出的热量大于断裂化学键吸收的热量,则该反应为放热反应,放出的热量为(431.8kJ—339.55kJ)=92.25kJ,故答案为:
放出;92.25;
(2)H2和Cl2的燃烧反应为放热反应,反应物的总能量大于生成物的总能量,由图可知,甲中反应物的总能量大于生成物的总能量,乙中反应物的总能量小于生成物的总能量,故选甲,故答案为:
甲。
【点睛】
由断裂化学键吸收能量和形成化学键放出能量的相对大小判断反应是放热,还是吸热是解答关键。
11.
(1)图为氢氧燃料电池原理示意图,按照此图的提示,回答以下问题:
①下列叙述不正确的是___。
A.a电极是负极
B.b电极的电极反应为:
4OH--4e-=2H2O+O2↑
C.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D.氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
②若电解质溶液为KOH溶液,则电极反应式为:
a极__,b极___。
(2)以硼氢化合物NaBH4(B元素的化合价为+3价)和H2O2作原料的燃料电池,负极材料采用Pt/C,正极材料采用MnO2,可用作空军通信卫星电源,其工作原理如图所示。
回答下列问题:
①电池放电时Na+移动方向是:
__(填“从左向右”或“从右向左”)。
②电极b采用MnO2,MnO2的作用是__。
③该电池的负极反
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