高考化学专题题库化学反应速率与化学平衡的综合题及答案.docx
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高考化学专题题库化学反应速率与化学平衡的综合题及答案
高考化学专题题库∶化学反应速率与化学平衡的综合题及答案
一、化学反应速率与化学平衡
1.硫代硫酸钠(Na2S2O3)是一种解毒药,用于氟化物、砷、汞、铅、锡、碘等中毒,临床常用于治疗荨麻疹,皮肤瘙痒等病症.硫代硫酸钠在中性或碱性环境中稳定,在酸性溶液中分解产生S和SO2
实验I:
Na2S2O3的制备。
工业上可用反应:
2Na2S+Na2CO3+4SO2=3Na2S2O3+CO2制得,实验室模拟该工业过程的装置如图所示:
(1)仪器a的名称是_______,仪器b的名称是_______。
b中利用质量分数为70%〜80%的H2SO4溶液与Na2SO3固体反应制备SO2反应的化学方程式为_______。
c中试剂为_______
(2)实验中要控制SO2的生成速率,可以采取的措施有_______(写出一条)
(3)为了保证硫代硫酸钠的产量,实验中通入的SO2不能过量,原因是_______
实验Ⅱ:
探究Na2S2O3与金属阳离子的氧化还原反应。
资料:
Fe3++3S2O32-⇌Fe(S2O3)33-(紫黑色)
装置
试剂X
实验现象
Fe2(SO4)3溶液
混合后溶液先变成紫黑色,30s后几乎变为无色
(4)根据上述实验现象,初步判断最终Fe3+被S2O32-还原为Fe2+,通过_______(填操作、试剂和现象),进一步证实生成了Fe2+。
从化学反应速率和平衡的角度解释实验Ⅱ的现象:
_______
实验Ⅲ:
标定Na2S2O3溶液的浓度
(5)称取一定质量的产品配制成硫代硫酸钠溶液,并用间接碘量法标定该溶液的浓度:
用分析天平准确称取基准物质K2Cr2O7(摩尔质量为294g∙mol-1)0.5880g。
平均分成3份,分别放入3个锥形瓶中,加水配成溶液,并加入过量的KI并酸化,发生下列反应:
6I-+Cr2O72-+14H+=3I2+2Cr3++7H2O,再加入几滴淀粉溶液,立即用所配Na2S2O3溶液滴定,发生反应I2+2S2O32-=2I-+S4O62-,三次消耗Na2S2O3溶液的平均体积为25.00mL,则所标定的硫代硫酸钠溶液的浓度为_______mol∙L-1
【答案】分液漏斗蒸馏烧瓶
硫化钠和碳酸钠的混合液调节酸的滴加速度若SO2过量,溶液显酸性.产物会发生分解加入铁氰化钾溶液.产生蓝色沉淀开始生成Fe(S2O3)33-的反应速率快,氧化还原反应速率慢,但Fe3+与S2O32-氧化还原反应的程度大,导致Fe3++3S2O32-⇌Fe(S2O3)33-(紫黑色)平衡向逆反应方向移动,最终溶液几乎变为无色0.1600
【解析】
【分析】
【详解】
(1)a的名称即为分液漏斗,b的名称即为蒸馏烧瓶;b中是通过浓硫酸和Na2SO3反应生成SO2,所以方程式为:
;c中是制备硫代硫酸钠的反应,SO2由装置b提供,所以c中试剂为硫化钠和碳酸钠的混合溶液;
(2)从反应速率影响因素分析,控制SO2生成速率可以调节酸的滴加速度或者调节酸的浓度,或者改变反应温度;
(3)题干中指出,硫代硫酸钠在酸性溶液中会分解,如果通过量的SO2,会使溶液酸性增强,对制备产物不利,所以原因是:
SO2过量,溶液显酸性,产物会发生分解;
(4)检验Fe2+常用试剂是铁氰化钾,所以加入铁氰化钾溶液,产生蓝色沉淀即证明有Fe2+生成;解释原因时一定要注意题干要求,体现出反应速率和平衡两个角度,所以解释为:
开始阶段,生成
的反应速率快,氧化还原反应速率慢,所以有紫黑色出现,随着Fe3+的量逐渐增加,氧化还原反应的程度变大,导致平衡逆向移动,紫黑色逐渐消失,最终溶液几乎变为无色;
(5)间接碘量法滴定过程中涉及两个反应:
①
;②
;反应①I-被氧化成I2,反应②中第一步所得的I2又被还原成I-,所以①与②电子转移数相同,那么滴定过程中消耗的
得电子总数就与消耗的
失电子总数相同;在做计算时,不要忽略取的基准物质重铬酸钾分成了三份进行的滴定。
所以假设c(Na2S2O3)=amol/L,列电子得失守恒式:
,解得a=0.1600mol/L。
2.研究+6价铬盐不同条件下微粒存在形式及氧化性,某小组同学进行如下实验:
已知:
Cr2O72-(橙色)+H2O
2CrO42-(黄色)+2H+△H=+13.8kJ/mol,+6价铬盐在一定条件下可被还原为Cr3+,Cr3+在水溶液中为绿色。
(1)试管c和b对比,推测试管c的现象是_____________________。
(2)试管a和b对比,a中溶液橙色加深。
甲认为温度也会影响平衡的移动,橙色加深不一定是c(H+)增大影响的结果;乙认为橙色加深一定是c(H+)增大对平衡的影响。
你认为是否需要再设计实验证明?
__________(“是”或“否”),理由是____________________________________________________。
(3)对比试管a、b、c的实验现象,可知pH增大
_____(选填“增大”,“减小”,“不变”);
(4)分析如图试管c继续滴加KI溶液、过量稀H2SO4的实验现象,说明+6价铬盐氧化性强弱为Cr2O72-__________CrO42-(填“大于”,“小于”,“不确定”);写出此过程中氧化还原反应的离子方程式_________。
(5)小组同学用电解法处理含Cr2O72-废水,探究不同因素对含Cr2O72-废水处理的影响,结果如表所示(Cr2O72-的起始浓度,体积、电压、电解时间均相同)。
实验
ⅰ
ⅱ
ⅲ
ⅳ
是否加入Fe2(SO4)3
否
否
加入5g
否
是否加入H2SO4
否
加入1mL
加入1mL
加入1mL
电极材料
阴、阳极均为石墨
阴、阳极均为石墨
阴、阳极均为石墨
阴极为石墨,阳极为铁
Cr2O72-的去除率/%
0.922
12.7
20.8
57.3
①实验ⅱ中Cr2O72-放电的电极反应式是________________。
②实验ⅲ中Fe3+去除Cr2O72-的机理如图所示,结合此机理,解释实验iv中Cr2O72-去除率提高较多的原因_______________。
【答案】溶液变黄色否Cr2O72-(橙色)+H2O
CrO42-(黄色)+2H+正向是吸热反应,若因浓H2SO4溶于水而温度升高,平衡正向移动,溶液变为黄色。
而实际的实验现象是溶液橙色加深,说明橙色加深就是增大c(H+)平衡逆向移动的结果减小大于Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3++3I2+7H2OCr2O72-+6e-+14H+=2Cr3++7H2O阳极Fe失电子生成Fe2+,Fe2+与Cr2O72-在酸性条件下反应生成Fe3+,Fe3+在阴极得电子生成Fe2+,继续还原Cr2O72-,Fe2+循环利用提高了Cr2O72-的去除率
【解析】
【分析】
根据平衡移动原理分析对比实验;注意从图中找出关键信息。
【详解】
(1)由Cr2O72-(橙色)+H2O
2CrO42-(黄色)+2H+及平衡移动原理可知,向重铬酸钾溶液中加入氢氧化钠溶液后,可以减小溶液中的氢离子浓度,使上述平衡向正反应方向移动,因此,试管c和b(只加水,对比加水稀释引起的颜色变化)对比,试管c的现象是:
溶液变为黄色。
(2)试管a和b对比,a中溶液橙色加深。
甲认为温度也会影响平衡的移动,橙色加深不一定是c(H+)增大影响的结果;乙认为橙色加深一定是c(H+)增大对平衡的影响。
我认为不需要再设计实验证明,故填否。
理由是:
Cr2O72-(橙色)+H2O
CrO42-(黄色)+2H+正向是吸热反应,浓H2SO4溶于水会放出大量的热量而使溶液的温度升高,上述平衡将正向移动,溶液会变为黄色。
但是,实际的实验现象是溶液的橙色加深,说明上述平衡是向逆反应方向移动的,橙色加深只能是因为增大了c(H+)的结果。
(3)对比试管a、b、c的实验现象,可知随着溶液的pH增大,上述平衡向正反应方向移动,
减小,而
增大,故
减小。
(4)向试管c继续滴加KI溶液,溶液的颜色没有明显变化,但是,加入过量稀H2SO4后,溶液变为墨绿色,增大氢离子浓度,上述平衡向逆反应方向移动,CrO42-转化为Cr2O72-,Cr2O72-可以在酸性条件下将I-氧化,而在碱性条件下,CrO42-不能将I-氧化,说明+6价铬盐氧化性强弱为:
Cr2O72-大于CrO42-;此过程中发生的氧化还原反应的离子方程式是Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3++3I2+7H2O。
(5)①实验ⅱ中,Cr2O72-在阴极上放电被还原为Cr3+,硫酸提供了酸性环境,其电极反应式是Cr2O72-+6e-+14H+=2Cr3++7H2O。
②由实验ⅲ中Fe3+去除Cr2O72-的机理示意图可知,加入Fe2(SO4)3溶于水电离出Fe3+,在直流电的作用下,阳离子向阴极定向移动,故Fe3+更易在阴极上得到电子被还原为Fe2+,Fe2+在酸性条件下把Cr2O72-还原为Cr3+。
如此循环往复,Fe3+在阴极得电子生成Fe2+,继续还原Cr2O72-,Fe2+循环利用提高了Cr2O72-的去除率。
由此可知,实验iv中Cr2O72-去除率提高较多的原因是:
阳极Fe失电子生成Fe2+,Fe2+与Cr2O72-在酸性条件下反应生成Fe3+,Fe3+在阴极得电子生成Fe2+,继续还原Cr2O72-,故在阴阳两极附近均在大量的Fe2+,Fe2+循环利用提高了Cr2O72-的去除率。
【点睛】
本题中有很多解题的关键信息是以图片给出的,要求我们要有较强的读图能力,能从图中找出解题所需要的关键信息,并加以适当处理,结合所学的知识解决新问题。
3.化学学习小组进行如下实验。
[探究反应速率的影响因素]设计了如下的方案并记录实验结果(忽略溶液混合体积变化)。
限选试剂和仪器:
0.20mol·L-1H2C2O4溶液、0.010mol·L-1KMnO4溶液(酸性)、蒸馏水、试管、量筒、秒表、恒温水浴槽
物理量
V(0.20mol·L-1
H2C2O4溶液)/mL
V(蒸馏水)/mL
V(0.010mol·L-1
KMnO4溶液)/mL
T/℃
乙
①
2.0
0
4.0
50
②
2.0
0
4.0
25
③
1.0
0
4.0
25
(1)上述实验①、②是探究__________对化学反应速率的影响;若上述实验②、③是探究浓度对化学反应速率的影响,则a为_____________;乙是实验需要测量的物理量,则表格中“乙”应填写___________。
[测定H2C2O4·xH2O中x值]已知:
M(H2C2O4)=90g·mol-1
①称取1.260g纯草酸晶体,将其酸制成100.00mL水溶液为待测液;
②取25.00mL待测液放入锥形瓶中,再加入适的稀H2SO4;
③用浓度为0.05000mol·L-1的KMnO4标准溶液进行滴定。
(2)请写出与滴定有关反应的离子方程式_________________________________________。
(3)某学生的滴定方式(夹持部分略去)如下,最合理的是________(选填a、b)。
(4)由图可知消耗KMnO4溶液体积为__________________________________________mL。
(5)滴定过程中眼睛应注视________________________。
(6)通过上述数据,求得x=____。
以标准KMnO4溶液滴定样品溶液的浓度,未用标准KMnO4溶液润洗滴定管,引起实验结果________(偏大、偏小或没有影响)。
【答案】温度1.0溶液褪色时间/s5H2C2O4+2MnO4-+6H+=10CO2↑+2Mn2++8H2Ob20.00锥形瓶中颜色变色2偏小
【解析】
【分析】
【详解】
(1)探究影响化学反应速率因素,要求其他条件不变,即①②探究温度对化学反应速率的影响;混合溶液的总体积都是6.0mL,因此a=1.0;反应的快慢是通过酸性高锰酸钾溶液的褪色快慢来确定的,因此乙中要测定的物理量是溶液褪色时间,单位为s;
(2)草酸具有还原性,高锰酸钾具有强氧化性,把C转化成CO2,本身被还原成Mn2+,根据化合价升降法,进行配平,因此离子反应方程式为:
5H2C2O4+2MnO4-+6H+=10CO2↑+2Mn2++8H2O;
(3)酸式滴定管盛放酸性溶液和氧化性物质,碱式滴定管只能盛放碱性溶液,即b正确;
(4)滴定前刻度为0.90ml,滴定后刻度是20.90ml,消耗高锰酸钾的体积为(20.90-0.90)mL=20.00mL;
(5)滴定过程中,眼睛应注视锥形瓶中溶液颜色变化;
(6)100mL溶液中草酸物质的量为20×10-3×0.05×5×100/(2×25)mol=0.01mol,1.260÷(90+18x)=0.01,解得x=2;未用待盛液润洗滴定管,稀释标准液,消耗高锰酸钾体积增大,草酸的质量增大,x偏小。
4.某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素,将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部,塞上瓶塞(如图1)。
从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液,同时测量容器中的压强变化。
(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格):
编号
实验目的
碳粉/g
铁粉/g
醋酸/%
①
为以下实验作参照
0.5
2.0
90.0
②
醋酸浓度的影响
0.5
__
36.0
③
__
0.2
2.0
90.0
(2)编号①实验测得容器中压强随时间变化如图2。
t2时,容器中压强明显小于起始压强,其原因是铁发生了_____________腐蚀,请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向;此时,碳粉表面发生了__(“氧化”或“还原”)反应,其电极反应式是___________________________________。
(3)该小组对图2中0~t1时压强变大的原因提出了如下假设,请你完成假设二:
假设一:
发生析氢腐蚀产生了气体;
假设二:
______________________________;
……
(4)为验证假设一,某同学设计了检验收集的气体中是否含有H2的方案。
请你再设计一个实验方案验证假设一,写出实验步骤和结论。
实验步骤和结论(不要求写具体操作过程):
__________
【答案】2.0碳粉含量的影响吸氧还原反应2H2O+O2+4e-=4OH-(或4H++O2+4e-=2H2O)反应放热,温度升高,体积膨胀实验步骤和结论(不要求写具体操作过程)
①药品用量和操作同编号①实验(多孔橡皮塞增加进、出导管)
②通入氩气排净瓶内空气;
③滴入醋酸溶液,同时测量瓶内压强变化(也可测温度变化,检验Fe2+等)。
如果瓶内压强增大,假设一成立。
否则假设一不成立。
(本题属于开放性试题,合理答案均给分)
【解析】
【详解】
(1)探究影响化学反应速率,每次只能改变一个变量,故有②中铁的量不变,为2.0g;
③中改变了碳粉的质量,故为探究碳粉的量对速率的影响。
(2)t2时,容器中压强明显小于起始压强,说明锥形瓶中气体体积减小,说明发生了吸氧腐蚀,碳为正极,铁为负极,碳电极氧气得到电子发生还原反应,电极反应式为:
O2+2H2O+4e-=4OH-,故答案为:
还原;O2+2H2O+4e-=4OH-;
(3)图2中0-t1时压强变大的原因可能为:
铁发生了析氢腐蚀、铁与醋酸的反应为放热反应,温度升高时锥形瓶中压强增大,所以假设二为:
反应放热使锥形瓶内温度升高,故答案为:
反应放热使锥形瓶内温度升高;
(4)基于假设一,可知,产生氢气,发送那些变化,从变化入手考虑
实验步骤和结论(不要求写具体操作过程)
①药品用量和操作同编号①实验(多孔橡皮塞增加进、出导管)
②通入氩气排净瓶内空气;
③滴入醋酸溶液,同时测量瓶内压强变化(也可测温度变化,检验Fe2+等)。
如果瓶内压强增大,假设一成立。
否则假设一不成立。
(本题属于开放性试题,合理答案均给分)。
5.甲、乙两个实验小组利用KMnO4酸性溶液与H2C2O4溶液反应研究影响反应速率的因素。
设计实验方案如下(实验中所用KMnO4溶液均已加入H2SO4):
甲组:
通过测定单位时间内生成CO2气体体积的大小来比较化学反应速率的大小。
某同学进行实验,其中A、B的成分见表:
序号
A溶液
B溶液
①
2mL0.2mol/LH2C2O4溶液
4mL0.01mol/LKMnO4溶液
②
2mL0.1mol/LH2C2O4溶液
4mL0.01mol/LKMnO4溶液
③
2mL0.2mol/LH2C2O4溶液
4mL0.01mol/LKMnO4溶液和少量MnSO4
(1)该反应的离子方程式为____;
乙组:
通过测定KMnO4溶液褪色所需时间的多少来比较化学反应速率。
为了探究KMnO4与H2C2O4浓度对反应速率的影响,某同学在室温下完成以下实验
实验编号
1
2
3
4
水/mL
10
5
0
X
0.5mol/LH2C2O4/mL
5
10
10
5
0.2mol/LKMnO4/mL
5
5
10
10
时间/s
40
20
10
___
(2)X=___,4号实验中始终没有观察到溶液褪色,你认为可能的原因是____。
(3)在实验中发现高锰酸钾酸性溶液和草酸溶液反应时,开始一段时间反应速率较慢,溶液褪色不明显;但不久突然褪色,反应速率明显加快。
某同学认为是放热导致溶液温度升高所致,重做3号实验,测定过程中溶液不同时间的温度,结果如表:
时间/S
0
5
10
15
20
25
30
温度/℃
25
26
26
26
26.5
27
27
结合实验目的与表中数据,你得出的结论是____。
(4)从影响化学反应速率的因素看,你的猜想还可能是____的影响。
若用实验证明你的猜想,除了酸性高锰酸钾溶液和草酸溶液外,还需要选择的试剂最合理的是___。
a.硫酸钾b.水c.氯化锰d.硫酸锰
【答案】5H2C2O4+2MnO4-+6H+=10CO2↑+2Mn2++8H2O5H2C2O4的量太少,KMnO4过量反应速率加快不是温度的影响催化剂d
【解析】
【详解】
(1)KMnO4酸性溶液与H2C2O4溶液反应生成二氧化碳、硫酸锰和水,该反应的离子方程式为:
5H2C2O4+2MnO4-+6H+=10CO2↑+2Mn2++8H2O;
(2)为了探究KMnO4与H2C2O4浓度对反应速率的影响,实验1-4中溶液的总体积应该为20,则X=20-10-5=5;环境表中数据可知H2C2O4的量太少,KMnO4过量,所以4号实验中始终没有观察到溶液褪色;
(3)根据表中数据知,20s时温度不最高,但20s前突然褪色,说明温度不是反应速率突然加快的原因;
(4)KMnO4与H2C2O4反应生成硫酸锰,锰离子有催化作用,所以猜想还可能是催化剂的作用,要想验证锰离子的催化作用,在做对比实验时同时加入硫酸锰观察反应速率是否变化即可,答案选d。
【点睛】
锰离子对于高锰酸钾和草酸的反应具有催化作用,在人教版选修四提到过,应该熟记以便于以后的应用。
6.某兴趣小组用铝箔制备Al2O3、AlCl3·6H2O及明矾大晶体,具体流程如下
已知:
(1)AlCl3·6H2O易溶于水、乙醇及乙醚;
(2)明矾在水中的溶解度如下表:
温度/℃
0
10
20
30
40
60
80
90
溶解度/g
3.00
3.99
5.90
8.39
11.7
24.8
71.0
109
(1)步骤Ⅱ中生成Al(OH)3的离子方程式为____________________________________________。
(2)步骤Ⅲ灼烧Al(OH)3所用实验室常用仪器为________,为了提高Al2O3纯度,需________(填操作步骤)。
(3)制备AlCl3·6H2O的工业生产中,胶状固体用酸浸取后,还需要通入HCl气体。
通入HCl的作用主要有两点:
____________和____________。
(4)已知:
在不同温度条件下向一定量的氯化铝溶液中通入HCl气体,通入量对AlCl3·6H2O结晶量和结晶效率的影响如图,请补充完整由胶状固体制备AlCl3·6H2O晶体的实验方案:
向胶状固体滴加一定浓度盐酸,直至恰好完全溶解,__________________________。
【答案】AlO2-+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO3-坩埚灼烧至恒重抑制AlCl3水解增加c(Cl-),有利于AlCl3·6H2O结晶在45℃以下(或冷水浴条件下)通入HCl气体,至有大量晶体析出,过滤,用浓盐酸洗涤2~3次,低温(或减压)干燥,得到AlCl3·6H2O晶体
【解析】
【分析】
根据Al2O3、AlCl3·6H2O及明矾大晶体的制备流程,结合题中相关信息及数据,综合运用物质的分离与提纯的方法进行分析。
【详解】
(1)步骤Ⅱ向NaAlO2溶液中通入过量CO2生成Al(OH)3沉淀,离子方程式为AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-。
(2)步骤Ⅲ灼烧Al(OH)3固体,应使用坩埚;提高Al2O3纯度须使Al(OH)3完全分解,故应灼烧至恒重。
(3)用酸浸取胶状Al(OH)3固体后,通入HCl气体,可抑制AlCl3水解,同时增大c(Cl-),有利于AlCl3·6H2O结晶析出。
(4)由图可知,温度不超过45℃时,AlCl3·6H2O的结晶量和结晶效率均较高。
应控制低温条件下向溶液中通入HCl气体直至有大量晶体析出;为防止AlCl3·6H2O水解和分解,AlCl3·6H2O晶体应用浓盐酸洗涤、低温(或减压)干燥。
因此,由胶状固体制备AlCl3·6H2O晶体的实验方案为:
向胶状固体滴加一定浓度盐酸,直至恰好完全溶解,在45℃以下(或冷水浴条件下)通入HCl气体,至有大量晶体析出,过滤,用浓盐酸洗涤2~3次,低温(或减压)干燥,得到AlCl3·6H2O晶体。
7.乙二酸(HOOC—COOH)俗名草酸,是一种有还原性的有机弱酸,在化学上有广泛应用。
(1)小刚在做“研究温度对化学反应速率的影响”实验时,他往A、B两支试管中均加入4mL0.01mol·L-1的酸性KMnO4溶液和2mL0.1mol·L-1H2C2O4(乙二酸)溶液,振荡,A试管置于热水中,B试管置于冷水中,记录溶液褪色所需的时间。
褪色所需时间tA________tB(填“>”“=”或“<”)。
已知该反应的离子方程式:
2MnO
+5H2C2O4+6H+===10CO2↑+2Mn2++8H2O
(2)实验室有一瓶混有泥沙的乙二酸样品,小刚利用上述反应的原理来测定其含量,具体操作为:
①配制250mL溶液:
准确称量5.000g乙二酸样品,配成250mL溶液。
②滴定:
准确量取25.00mL所配溶液于锥形瓶中,加少量酸酸化,将0.1000mol·L-1KMnO4标准溶液装入______(填“酸式”或“碱式”)滴定管,进行滴定操作。
在滴定过程中发
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