化学化学 化学反应与能量的专项 培优 易错 难题练习题.docx
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化学化学化学反应与能量的专项培优易错难题练习题
【化学】化学化学反应与能量的专项培优易错难题练习题
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.根据如图所示电化学实验装置图,回答有关问题。
(1)若只闭合S1,该装置属于_______,能量转化形式为_______,锌极作_______极。
(2)若只闭合S2,该装置属于_______,能量转化形式为_______,锌极上的电极反应式为_______。
(3)若只闭合S3,该装置属于_______,铜极作_______极,锌极上的电极反应式为_______,总反应的化学方程式为_______。
【答案】原电池化学能转化为电能负电解池电能转化为化学能
电解池阳
【解析】
【分析】
原电池是将化学能转化为电能,较活泼金属作负极,发生氧化反应,正极发生还原反应;电解池是将电能转化为化学能,需要外接电源,与电源正极相连的为阳极,阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应,据此解答。
【详解】
(1)若只闭合S1,没有外接电源,则Zn、Cu、稀硫酸构成原电池,该装置将化学能转化为电能,较活泼的锌作负极。
答案为:
原电池;化学能转化为电能;负。
(2)若只闭合S2,装置中有外接电源,该装置为电解池,将电能转为化学能,与电源正极相连的锌极作阳极,发生氧化反应,电极反应为Zn-2e-=Zn2+。
答案为:
电解池;电能转化为化学能;Zn-2e-=Zn2+。
(3)若只闭合S3,该装置为电解池,与电源正极相连的铜极作阳极,电极反应式为:
Cu-2e-=Cu2+;锌为阴极,电极反应式为:
2H++2e-=H2↑,总反应式为:
Cu+H2SO4
CuSO4+H2↑。
答案为:
电解池;阳;2H++2e-=H2↑;Cu+H2SO4
CuSO4+H2↑。
【点睛】
有外接电源的是电解池,没有外接电源的是原电池,原电池里负极发生氧化反应,电解池里阳极发生氧化反应。
4.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。
5.在化学反应中,只有极少数能量比平均能量高得多的反应物分子发生碰撞时才可能发生化学反应,这些分子被称为活化分子。
使普通分子变成活化分子所需提供的最低限度的能量叫活化能,其单位通常用kJ•mol-1表示。
请认真观察图1,然后回答问题。
(1)图中所示反应是________ (填“吸热”或“放热”)反应。
(2)已知拆开1molH﹣H键、1molI﹣I、1molH﹣I键分别需要吸收的能量为436kJ、151kJ、299kJ。
则由1mol氢气和1mol碘反应生成HI会________ (填“放出”或“吸收”)________ kJ的热量。
在化学反应过程中,是将________ 转化为________ 。
(3)某实验小组同学进行如图2的实验,以探究化学反应中的能量变化。
实验表明:
①中的温度降低,由此判断氢氧化钡晶体与氯化铵晶体反应是________ (填“吸热”或“放热”)反应;实验②中,该小组同学在烧杯中加入5mL1.0mol/L盐酸,再放入用砂纸打磨过的铝条,该反应是________ (填“吸热”或“放热”)反应。
【答案】放热放出11化学能热能吸热放热
【解析】
【分析】
【详解】
(1)依据图象分析反应物的能量大于生成物的能量,反应放热;
(2)在反应H2+I2⇌2HI中,断裂1molH-H键,1molI-I键共吸收的能量为:
1×436kJ+151kJ=587kJ,生成2molHI,共形成2molH-I键,放出的能量为:
2×299kJ=598kJ,吸收的能量少,放出的能量多,所以该反应为放热反应,放出的热量为:
598kJ-587kJ=11kJ,在化学反应过程中,将化学能转化为热能;
(3)①中的温度降低说明该反应是吸热反应;活泼金属置换酸中氢的反应为放热反应。
6.高铁电池是一种新型可充电电池该电池能较长时间保持稳定的放电电压。
高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O
3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。
(1)高铁电池的负极材料是___。
(2)放电时,正极发生__(填“氧化”或“还原”)反应;负极的电极反应式为__。
(3)放电时,__(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。
【答案】Zn还原Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2正
【解析】
【分析】
放电时该装置相当于原电池,根据原电池有关原理进行解答。
【详解】
(1)电池的负极上发生氧化反应,正极上发生还原反应。
由高铁电池放电时的总反应方程式可知,负极材料应为Zn。
答案为:
Zn。
(2)原电池放电时,正极得到电子发生还原反应,负极材料为锌,失电子发生氧化反应,由总反应可知溶液为碱性,所以负极反应式为:
Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2。
答案为:
还原;Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2。
(3)放电时K2FeO4中的Fe的化合价由+6价变为+3价,发生还原反应,电极反应式为:
FeO42-+4H2O+3e-=Fe(OH)3+5OH-,正极上生成氢氧根离子导致溶液中氢氧根离子浓度增大,溶液的碱性增强。
答案为:
正。
7.在A、B两个恒容密闭容器中发生反应:
2NO2⇌2NO+O2反应过程中NO2的物质的量随时间变化的状况如图所示:
(1)若A容器的体积为5L,反应经6min达到平衡状态,则0~6min内以O2浓度变化表示的反应速率为___________。
(2)该反应化学平衡常数K=__________(写出表达式)。
(3)说明该反应已达到平衡状态的是_______。
A.v正(NO2)=v逆(NO) B.c(NO2)=c(NO)
C.气体的平均摩尔质量不变 D.气体的密度保持不变
(4)若A、B两容器中只是温度不同,则TA____TB(填“>”或“<”),请写出一条能提高二氧化氮转化率的措施_____________。
【答案】0.002mol/(L•min)
AC<升高温度(或减小压强)
【解析】
【分析】
(1)根据
计算反应速率;
(2)平衡常数是可逆化学反应达到平衡状态时生成物与反应物的浓度(方程式系数幂次方)乘积比或反应产物与反应底物的浓度(方程式系数幂次方)乘积比。
(3)反应达到平衡状态,各组分的浓度不随着时间的变化而变化,正逆反应速率相等,根据化学平衡状态的特征结合变量不变的状态是平衡状态来回答;
(4)温度越高达到平衡所需时间越短,不增加NO2的物质的量使平衡右移即可增大其转化率。
【详解】
(1)据图可知初始时n(NO2)=0.30mol,平衡时n(NO2)=0.18mol,△n(NO2)=0.12mol,△c(NO2)=
,则
,同一反应中反应速率之比等于化学计量数之比,所以v(O2)=0.002mol/(L•min),故答案为:
0.002mol/(L•min);
(2)根据平衡常数的定义可知该反应的平衡常数K=
,故答案为:
;
(3)A.反应平衡时v正(NO2)=v逆(NO2) ,同一反应反应速率之比等于计量数之比,所以v逆(NO2)=v逆(NO) ,所以v正(NO2)=v逆(NO) ,可以说明反应已达平衡;
B.反应过程中c(NO2)减小,c(NO)增大,某一时刻二者可能相等,但不能说明反应平衡;
C.反应过程中气体总质量不变,但气体的物质的量在改变,即平均摩尔质量会变,所以当气体的平均摩尔质量不变时可以说明反应平衡;
D.气体总质量不变,体积不变,故密度一直不变,所以密度不变时不能说明反应平衡;
故答案为:
AC;
(4)根据图可知容器B达到平衡所需时间更短,反应速率更大,温度更高,且平衡时二氧化氮浓度更低,说明温度升高平衡右移,正反应为吸热反应,升高温度可使平衡右移,增大二氧化氮的转化率,该反应为压强减小的反应,故减小压强可使平衡右移,增大二氧化氮的转化率,故答案为:
<;升高温度(或减小压强)。
【点睛】
同一反应中不同物质表示的反应速率之比等于计量数之比,直接求某物质的反应速率不好求时可以通过求其他物质的反应速率来推算。
8.Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器。
该电池的电极材料分别为锂和碳,电解液是LiAlCl4-SOCl2。
电池的总反应可表示为4Li+2SOCl2=4LiCl+S+SO2。
请回答下列问题:
(1)电池的负极材料为_____,发生的电极反应为______________。
(2)电池正极发生的电极反应为_______________。
【答案】Li4Li-4e-=4Li+2SOCl2+4e-=4Cl-+S+SO2
【解析】
【分析】
(1)原电池中,失电子发生氧化反应的极是负极,该极上发生失电子的氧化反应;
(2)原电池的正极上发生得电子的还原反应。
【详解】
(1)该原电池中锂的活泼性大于碳的,所以锂作负极,负极上Li失电子,发生氧化反应,电极反应4Li-4e-=4Li+;
(2)正极上得电子发生还原反应,根据反应方程式知,SOCl2得电子生成Cl-、S、SO2,电极方程式为2SOCl2+4e-=4Cl-+S+SO2。
9.回答下列问题:
(1)铅蓄电池的总反应为:
Pb+PbO2+2H2SO4
2PbSO4+2H2O,放电时,负极反应式为___________,充电时,阳极反应式为___________。
(2)利用如图装置,可以模拟铁的电化学防护。
①若X为石墨,为减缓铁的腐蚀,将开关K置于N处,该电化学防护法称为___________。
②若X为锌,开关K置于M处,该电化学防护法称为__________。
(3)我国的科技人员为了消除SO2的污染,利用原电池原理,设计如图2装置用SO2和O2制备硫酸,电极A、B为多孔的材料。
①A极的电极反应式是________。
②B极的电极反应式是________。
【答案】Pb+SO42--2e-=PbSO4PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-外加电流的阴极保护法牺牲阳极阴极保护法4H++O2+4e-=2H2OSO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+
【解析】
【分析】
(1)放电时,该装置是原电池,负极上铅失电子发生氧化反应,充电时,该装置是电解池,阳极失电子发生氧化反应;
(2)作原电池正极或作电解池阴极的金属被保护;
(3)该原电池中,负极上失电子被氧化,所以负极上投放的气体是二氧化硫,二氧化硫失电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子,正极上投放的气体是氧气,正极上氧气得电子和氢离子反应生成水,根据硫酸和水的出口方向知,B极是负极,A极是正极,据此书写电极反应式。
【详解】
:
(1)放电时,该装置是原电池,负极上铅失电子发生氧化反应,即Pb+SO42--2e-=PbSO4,在充电时,该装置是电解池,阳极上硫酸铅失电子发生氧化反应,即PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-,故答案为:
Pb+SO42--2e-=PbSO4;PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-;
(2)①若X为石墨,为减缓铁的腐蚀,将开关K置于N处,该装置构成电解池,铁作阴极而被保护,该电化学防护法称为外加电流的阴极保护法;故答案为:
外加电流的阴极保护法;
②若X为锌,开关K置于M处,该装置构成原电池,锌易失电子作负极,铁作正极而被保护,该电化学防护法称为牺牲阳极的阴极保护法,故答案为:
牺牲阳极的阴极保护法.
(3)该原电池中,负极上失电子被氧化,所以负极上投放的气体是二氧化硫,即B极是负极,负极二氧化硫失电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子,电极反应式是SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+,正极上投放的气体是氧气,即A极是正极,正极上氧气得电子和氢离子反应生成水,电极反应式是4H++O2+4e-=2H2O,故答案为:
①4H++O2+4e-=2H2O; ②SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+。
10.甲醇是人们开发和利用的一种新能源。
已知:
①2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H1=-571.8kJ·mol-1
②CH3OH(g)+
O2(g)=CO2(g)+2H2(g)△H=-192.9kJ·mol-1
(1)甲醇蒸汽完全燃烧的热化学方程式为_____________。
(2)反应②中的能量变化如下图所示,则△H2=______(用E1和E2表示)。
(3)H2(g)的燃烧热为__________kJ·mol-1。
(4)请你分析H2(g)作为能源比甲醇蒸汽作为能源的优点:
__________________(写出一点)
【答案】CH3OH(g)+
O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H2=-764.7kJ/mol;E1-E2285.9来源广、热值高、不污染环境
【解析】
【分析】
(1)依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式;
(2)依据反应焓变△H=生成物总能量-反应物总能量分析;
(3)依据燃烧热的概念是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量,结合热化学方程式分析计算;
(4)根据氢能源的优点和氢能源的开发和利用的最新动向即可作答。
【详解】
(1)①2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H1=-571.8kJ·mol-1
②CH3OH(g)+
O2(g)=CO2(g)+2H2(g)△H=-192.9kJ·mol-1
由盖斯定律②+①得到甲醇蒸气完全燃烧的热化学反应方程式为:
CH3OH(g)+
O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H2=-764.7kJ/mol;
(2)反应②中的能量变化如图所示,依据图象分析,反应焓变△H=生成物总能量-反应物总能量,△H2=E1-E2;
(3)燃烧热的概念是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量,根据2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H1=-571.8kJ/mol可知2mol氢气完全燃烧生成液态水放出的热量为571.8kJ,则1mol氢气完全燃烧生成液态水放出的热量为285.9kJ,故氢气燃烧热为285.9kJ/mol;
(4)地球上水资源丰富,可以从水中提取氢气,说明资源广泛;依据燃烧热计算分析,氢气的燃烧值高;因为氢气燃烧产物是水,不污染环境。
11.燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。
如图
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