高考化学化学反应与能量大题培优 易错 难题含答案.docx
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高考化学化学反应与能量大题培优易错难题含答案
高考化学化学反应与能量(大题培优易错难题)含答案
一、化学反应与能量练习题(含详细答案解析)
1.
(1)反应3Fe(s)+4H2O(g)
Fe3O4(s)+4H2(g)在一容积可变的密闭容器中进行,试回答:
(填“加快”、“不变”或“减慢”)。
①保持体积不变充入Ne,其反应速率___。
②保持压强不变充入Ne,其反应速率____。
(2)在一定条件下发生反应:
6NO(g)+4NH3(g)
5N2(g)+6H2O(g)。
某次实验中测得容器内NO及N2的物质的量随时间变化如图所示,图中v(正)与v(逆)相等的点为__(选填字母)。
(3)一定条件下,在2L密闭容器内,发生反应2NO2(g)
N2O4(g),n(NO2)随时间变化如下表:
时间/s
0
1
2
3
4
5
n(NO2)/mol
0.040
0.020
0.010
0.005
0.005
0.005
①用NO2表示0~2s内该反应的平均速率为___。
②在第5s时,NO2的转化率为__。
【答案】不变减慢cd0.0075mol·L-1·s-187.5%
【解析】
【分析】
【详解】
(1)①保持体积不变充入Ne,各反应物和生成物的浓度不变,故反应速率不变;
②保持压强不变充入Ne,容器体积变大,各物质浓度减小,反应速率减慢;
(2)反应达到平衡时正逆反应速率相等,据图可知t2时刻后N2和NO的物质的量不再改变,说明反应到达平衡,所以c、d两个点v(正)与v(逆)相等;
(3)①2s内△n(NO2)=0.04mol-0.01mol=0.03mol,容器体积为2L,所以反应速率为
=0.0075mol·L-1·s-1;
②第5s时,△n(NO2)=0.04mol-0.005mol=0.035mol,转化率为
=87.5%。
【点睛】
判断通入惰性气体或者改变压强对反应速率的影响时,关键看是否改变了反应物和生成物中气体的浓度,若浓度改变则影响反应速率,若浓度不变则不影响反应速率。
2.某同学设计一个燃料电池(如图所示),目的是探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理。
根据要求回答相关问题:
(1)甲装置中,通入氢气的电极为________(填“正极”或“负极”),该极电极反应式为________;若将KOH溶液换成硫酸溶液,则正极电极反应式为__________________________。
(2)关于乙装置,下列说法正确的是________(填序号);
①溶液中Na+向C极移动
②从C极处逸出的气体能使湿润的KI淀粉试纸变蓝
③反应一段时间后通入适量HCl可恢复到电解前电解质的浓度
④若标准状况下Fe极产生2.24L气体,则溶液中转移0.2mol电子
该装置中发生的总反应的离子方程式为__________________________。
(3)乙装置中,X为阳离子交换膜,反应一段时间后交换膜左侧溶液中pH____(填“增大”、“减小”或“不变”);若用饱和MgCl2溶液代替饱和氯化钠溶液,则该装置中发生的总反应______(填“改变”或“不变”)。
(4)如果粗铜中含有锌、银等杂质,丙装置中反应一段时间,硫酸铜溶液浓度将________(填“增大”“减小”或“不变”),精铜电极上的电极反应式为_______________________________。
【答案】负极H2-2e-+2OH-=2H2OO2+4e-+4H+=2H2O②③2Cl-+2H2O
2OH-+H2↑+Cl2↑增大改变减小Cu2++2e-=Cu
【解析】
【分析】
甲池为原电池,氧气发生还原反应,通入氧气的一极为正极,氢气发生还原反应,通入氢气的一极为负极;乙池中Fe电极与负极相连为阴极,石墨电极为阳极;丙池中精铜为阴极,粗铜为阳极。
【详解】
(1)氢氧燃料电池中氢气发生还原反应,所以通入氢气的一极为负极,电解质溶液为KOH溶液,所以电极方程式为H2-2e-+2OH-=2H2O;正极为通入氧气的一极,若电解质为硫酸,氧气得电子后会生成水,电极方程式为:
O2+4e-+4H+=2H2O;
(2)①C极为阳极,电解池中阳离子流向阴极,故错误;
②电解饱和食盐水时阳极上氯离子放电生成氯气,氯气可以使湿润的KI淀粉试纸变蓝,故正确;
③电解饱和食盐水阳极生成氯气,阴极生成氢气,所以反应一段时间后通入适量HCl可恢复到电解前电解质的浓度,故正确;
④电子不能在溶液中转移,故错误;
综上所述答案为②③;
乙装置中右侧阳极反应为:
2Cl--2e-=Cl2↑,左侧阴极反应为水电离的氢离子放电:
2H++2e-=H2↑,总反应为2Cl-+2H2O
2OH-+H2↑+Cl2↑;
(3)乙装置中右侧阳极反应为:
2Cl--2e-=Cl2↑,左侧阴极反应为水电离的氢离子放电:
2H++2e-=H2↑,水的电离平衡被破坏,电离出更多的氢氧根,X为阳离子交换膜,所以生成的OH-无法迁移到阳极,所以左侧溶液中pH增大;由于Mg2+会与OH-反应生成沉淀,所以总反应发生改变;
(4)丙池中阴极即精铜上发生反应:
Cu2++2e-=Cu,而阳极即粗铜上由于由比铜活泼的金属杂质放电,所以转移相同电子数目时,阳极不能生成与阴极消耗的等量的铜离子,所以硫酸铜溶液浓度减小。
【点睛】
第2题第4个选项为易错点,学生要注意审题,电子并不能在溶液中进行专业,不要盲目计算,
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.现将一定量NO2和N2O4的混合气体通入一定体积为2L的恒温密闭容器中,反应物浓度随时间变化关系如图。
已知:
2NO2(g)
N2O4(g)+Q。
(1)前10min内用NO2表示的化学反应速率v(NO2)=___;
(2)a、b、c、d四个点中,表示化学反应处于平衡状态是___;
(3)35min时,反应2NO2(g)
N2O4(g)在d点的平衡常数K(d)___K(b)(填“>”、“=”或“<”)。
(4)若要达到使NO2(g)的百分含量与d点相同的化学平衡状态,在25min时还可以采取的措施是___。
A.加入催化剂B.缩小容器体积C.升高温度D.加入一定量的N2O4
【答案】0.04mol/(L·min)b和d=B、D
【解析】
【分析】
据图可知单位时间内X的浓度变化是Y的两倍,根据方程式2NO2( g )⇌N2O4(g)+Q可知,反应中NO2的浓度变化是N2O4的两倍,所以X表示NO2浓度随时间的变化曲线,Y表示N2O4浓度随时间的变化曲线。
【详解】
(1)根据分析可知X表示NO2浓度随时间的变化曲线,则v(NO2)=
=0.04mol/(L·min);
(2)达到平衡时X、Y的物质的量不发生变化,故b、d处于化学平衡状态;
(3)据图可知25min时NO2的浓度瞬间增大,N2O4的浓度不变,可知改变的条件是又通入一定量的NO2,温度不变,则平衡常数不变,所以K(d)=K(b);
(4)因在25 min时,增大了NO2的浓度,同时容器内压强也增大,则d点平衡状态NO2的百分含量小于b点NO2百分含量,
A.使用催化剂不影响平衡移动,二氧化氮含量不变,故A错误;
B.缩小体积,压强增大,平衡正向移动,二氧化氮含量减小,故B正确;
C.正反应是放热反应,升高温度平衡逆向移动,二氧化氮含量增大,故C错误;
D.加入一定量的N2O4,等效为增大压强,平衡正向移动,二氧化氮含量减小,故D正确;
故答案为:
BD。
【点睛】
第4为易错点,学生容易认为d点二氧化氮浓度大,则二氧化氮含量高,注意等效平衡原理的应用。
5.汽车尾气中的主要污染物是NO以及燃料不完全燃烧所产生的CO。
为了减轻大气污染科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2,即2NO+2CO
2CO2+N2。
为了测定在某种催化剂作用下该反应的反应速率,t1℃下,在一等容的密闭容器中,用气体传感器测得了不同时间的NO和CO的浓度如表(CO2和N2的起始浓度为0)。
时间(s)
0
1
2
3
4
5
c(NO)(×10-4,mol/L)
10.0
4.50
2.50
1.50
1.00
1.00
c(CO)(×10-3,mol/L)
3.60
3.05
2.85
2.75
2.70
2.70
回答下列问题:
(1)已知在上述反应中,反应物总能量大于生成物总能量,则正反应是___反应(填“放热”或“吸热”)。
(2)前3s内的平均反应速率:
v(N2)=___。
(3)t1℃时该反应的平衡常数表达式:
K=___。
(4)假设在密闭容器中该反应达到平衡后,改变下列条件,能提高NO转化率的是___(选填答案编号)。
a.选用更有效的催化剂b.升高反应体系的温度
c.降低反应体系的温度d.缩小容器的体积
【答案】放热1.42×10-4mol/(L·s)
c、d
【解析】
【分析】
(1)根据图示所给的反应物总能量与生成物总能量大小关系进行分析;
(2)同一反应同一时段内各物质反应速率之比等于计量数之比,v(N2)=
v(NO);
(3)根据平衡常数的概念进行书写;
(4)根据影响平衡移动的规律进行分析。
【详解】
(1)反应物总能量大于生成物总能量,则该反应为放热反应;
(2)同一反应同一时段内各物质反应速率之比等于计量数之比,所以前3s内的平均反应速率v(N2)=
v(NO)=
×
=1.42×10-4mol•L-1•s-1;
(3)根据平衡常数的概念可知反应 2NO+2CO
2CO2+N2的K=
;
(4)a.选用更有效的催化剂,不能使平衡发生移动,故错误;
b.因反应放热,升高反应体系的温度,则平衡逆向移动,转化率减小,故错误;
c.降低反应体系的温度,平衡正向移动,转化率增大,故正确;
d.缩小容器的体积,平衡正向移动,转化率增大,故正确;
故答案为:
cd。
6.1100℃时,在体积固定且为5L的密闭容器中,发生可逆反应:
并达到平衡。
(1)平衡后,向容器中充入1mol
,平衡向___________(填“正反应方向”、“逆反应方向”或“不移动”),重新达到平衡后,与原平衡相比,逆反应速率________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(2)若混合气体的密度不变,(填“能”或“不能”)______判断该反应达已经到平衡状态。
若初始时加入的
为2.84g,10分钟后达到平衡时
的转化率(参加反应的碳酸钠占加入硫酸钠总质量的百分比)为45%,
________。
【答案】正反应方向增大能7.2×10-4mol/(L·min)
【解析】
【分析】
增大反应物浓度,有利于反应正向进行,最终达到新平衡时,整体浓度都是增大的,逆反应速率较原平衡也是增大的;混合气体的密度为ρ=
,反应前后气体总质量发生改变,气体总体积不变,混合气体的密度发生改变,当到达化学平衡时,混合气体的密度不变;根据v=
计算。
【详解】
(1)平衡后,向容器中充入1molH2,增大反应物浓度,有利于反应正向进行,最终达到新平衡时,整体浓度都是增大的,逆反应速率较原平衡也是增大的,故答案为:
正反应方向;增大;
(2)混合气体的密度为ρ=
,反应前后气体总质量发生改变,气体总体积不变,混合气体的密度发生改变,当到达化学平衡时,混合气体的密度不变,所以根据混合气体的密度可以判断化学反应是否达到平衡;初始时加入的Na2SO4为2.84g,10分钟后达到平衡时Na2SO4的转化率为45%,则反应消耗n(Na2SO4)=
=0.009mol,根据反应方程式,则消耗n(H2)=4n(Na2SO4)=0.036mol,所以v(H2)=
=
=
=7.2×10-4mol/(L•min),故答案为:
能;7.2×10-4mol/(L•min)。
【点睛】
本题考查化学原理部分知识,运用化学平衡移动的知识分析问题,根据方程式计算化学反应速率。
7.如图所示:
(1)若开始时开关K与a连接,则铁发生电化学腐蚀中的________腐蚀(填“吸氧”或“析氢”),正极发生的电极反应式为_______________。
(2)若开始时开关K与b连接,两极均有气体产生,则N端是电源的________极(填“正”或“负”),电解池总反应的离子方程式为_________。
【答案】吸氧O2+4e-+2H2O==4OH-负2Cl-+2H2O
2OH-+Cl2↑+H2↑
【解析】
【分析】
从图中可以看出,当K与a相连时,形成原电池,Fe作负极,石墨作正极,发生吸氧腐蚀;当K与b相连时,形成电解池,若Fe电极作阳极,则发生Fe-2e-==Fe2+的反应,没有气体产生,不合题意,故Fe电极应作阴极。
【详解】
(1)若开始时开关K与a连接,则形成原电池,铁发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀,铁作负极,则石墨作正极,发生的电极反应式为O2+4e-+2H2O==4OH-。
答案为:
吸氧;O2+4e-+2H2O==4OH-;
(2)若开始时开关K与b连接,两极均有气体产生,由以上分析知,Fe作阴极,与电源的负极相连,则N端是电源的负极,发生H2O得电子生成H2和OH-的电极反应,阳极Cl-失电子生成Cl2,则电解池总反应的离子方程式为2Cl-+2H2O
2OH-+Cl2↑+H2↑。
答案为:
负;2Cl-+2H2O
2OH-+Cl2↑+H2↑。
【点睛】
分析电池反应时,电极的判断是解题的切入点。
若无外接直流电源,则装置为原电池;若有外接直流电源,则装置为电解池。
在电解池中,与电源负极相连的电极为电解池的阴极,与电源正极相连的电极为电解池的阳极。
8.
(1)将Al片和Cu片用导线连接,一组插入浓硝酸中,一组插入稀NaOH溶液中,分别形成原电池。
写出插入稀NaOH溶液中形成原电池的负极反应________________。
写出插入浓硝酸中形成原电池的正极反应______________。
(2)铅蓄电池是最常见的二次电池,由于其电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉,所以在生产、生活中使用广泛,写出铅蓄电池放电时的正极反应______________________;充电时的阴极反应____________________。
【答案】2Al-6e−+8OH−=2AlO2-+4H2O4H++2e−+2NO3−=2NO2↑+2H2O4H++2e−+SO42−+PbO2=PbSO4+2H2OPbSO4+2e−=Pb+SO42−
【解析】
【分析】
(1)Al片和Cu片用导线连接,插入稀NaOH溶液中,只有Al能与NaOH溶液反应,形成原电池,负极为Al失电子,在碱性溶液中,Al转化为AlO2-。
Al片和Cu片用导线连接,插入浓硝酸中,形成原电池,由于Al发生钝化,所以Cu作负极,Al作正极,正极为溶液中的NO3-获得电子,生成NO2气体。
(2)铅蓄电池放电时,正极反应为PbO2得电子,生成PbSO4等;充电时的阴极反应为PbSO4获得电子转化为Pb。
【详解】
(1)Al片和Cu片用导线连接,插入稀NaOH溶液中,只有Al能与NaOH溶液,在碱性溶液中,负极Al失电子转化为AlO2-,电极反应式为2Al-6e−+8OH−=2AlO2-+4H2O。
Al片和Cu片用导线连接,插入浓硝酸中,形成原电池,由于Al发生钝化,所以Cu作负极,Al作正极,正极反应为溶液中的NO3-获得电子,生成NO2气体,电极反应式为4H++2e−+2NO3−=2NO2↑+2H2O。
答案:
2Al-6e−+8OH−=2AlO2-+4H2O;4H++2e−+2NO3−=2NO2↑+2H2O;
(2)铅蓄电池放电时,正极反应为PbO2得电子,生成PbSO4等,电极反应式为4H++2e−+SO42−+PbO2=PbSO4+2H2O;充电时阴极为PbSO4获得电子转化为Pb,电极反应式为PbSO4+2e−=Pb+SO42−。
答案为:
4H++2e−+SO42−+PbO2=PbSO4+2H2O;PbSO4+2e−=Pb+SO42−。
【点睛】
判断原电池的电极时,首先看电极材料,若只有一个电极材料能与电解质反应,该电极为负极;若两个电极材料都能与电解质发生反应,相对活泼的金属电极作负极。
在书写电极反应式时,需要判断电极产物。
电极产物与电解质必须能共存,如Al电极,若先考虑生成Al3+,则在酸性电解质中,能稳定存在,Al3+为最终的电极产物;若在碱性电解质中,Al3+不能稳定存在,最终应转化为AlO2-。
9.微型纽扣电池在现代生活中应用广泛。
有一种银锌电池,其电极分别是Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH溶液,总反应是Zn+Ag2O=ZnO+2Ag。
请回答下列问题。
(1)该电池属于_________电池(填“一次”或“二次”)。
(2)负极是_________,电极反应式是__________________________。
(3)使用时,正极区的pH_________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(4)事实证明,能设计成原电池的反应通常是放热反应,下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是_____。
(填字母)
A.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H>0
B.NaOH(aq)+HC1(aq)=NaC1(aq)+H2O
(1) △H<0
C.2CO(g)+O2(g)=2CO2
(1) △H<0
(5)以KOH溶液为电解质溶液,依据所选反应设计一个原电池,其负极的电极反应式为__________。
【答案】一次ZnZn-2e-+2OH-=ZnO+H2O增大CCO-2e-+4OH-=CO32-+2H2O
【解析】
【分析】
(1)纽扣电池为一次电池;
(2)根据电池的总反应可知Zn为负极,失去电子,发生氧化反应,Ag2O为正极,得到电子,发生还原反应,据此分析作答;
(3)根据电池的总反应可知,Ag2O为正极,得到电子,发生还原反应,根据电极反应确定c(OH-)的变化以判断pH的变化;
(4)可设计成原电池的反应应为氧化还原反应;
(5)燃料电池中,负极通入燃料,燃料失电子发生氧化反应,正极通入氧化剂,得电子发生还原反应,据此作答。
【详解】
(1)纽扣电池为一次电池;
(2)根据电池的总反应可知Zn为负极,失去电子,发生氧化反应,电极反应为:
Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O;
(3)根据电池的总反应可知,Ag2O为正极,得到电子,发生还原反应,电极反应为:
Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-,使用时,c(OH-)增大,因此正极区的pH逐渐增大;
(4)A.能设计成原电池的反应通常是放热反应,由于反应C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)是氧化还原反应,但该反应为吸热反应,因而不能设计成原电池,A项错误;
B.反应NaOH(aq)+HC1(aq)=NaC1(aq)+H2O
(1)为复分解反应,不能设计成原电池,B项错误;
C.反应2CO(g)+O2(g)=2CO2
(1)为氧化还原反应,且该反应为放热反应,可设计成原电池,C项正确;
答案选C。
(5)燃料电池中,负极通入燃料,燃料失电子发生氧化反应,电极反应为CO-2e-+4OH-=CO32-+2H2O。
【点睛】
设计制作化学电源的过程为:
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.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
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