化学化学反应与能量变化的专项培优练习题及答案解析.docx
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化学化学反应与能量变化的专项培优练习题及答案解析
化学化学反应与能量变化的专项培优练习题及答案解析
一、化学反应与能量变化练习题(含详细答案解析)
1.部分中学化学常见元素原子结构及性质如表所示:
序号
元素
结构及性质
A
A单质是生活中常见金属,它有两种氯化物,相对分子质量相差35.5
B
B原子最外层电子数是内层电子总数的1/5
③
C
C是常见化肥的主要元素,单质常温下呈气态
④
D
D单质被誉为“信息革命的催化剂”,是常用的半导体材料
①
E
通常情况下,E没有正化合价,A、B、C、D、F都能与E形成化合物
②
F
F在周期表中可以排在ⅠA族,也有人提出排在ⅦA族
(1)A元素在周期表中的位置为____________________________________________。
(2)B与C形成的化合物的化学式为________,它属于________(填“离子”或“共价”)化合物。
(3)①F与E可以形成原子个数比分别为2∶1、1∶1的两种化合物X和Y,区别X与Y的水溶液的实验方法是____________________
②F与C组成的两种化合物M和N所含的电子数分别与X、Y相等,则M的水溶液显________性,N的结构式为________。
(4)C与E都是较活泼的非金属元素,用化学方程式表明这两种单质的氧化性强弱____。
(5)有人认为B、D的单质用导线连接后插入氯化钠溶液中可以形成原电池,你认为是否可以,若可以,试写出正极的电极方程式(若认为不行可不写)___________________
【答案】第四周期第Ⅷ族Mg3N2离子分别取X、Y各少许置于试管中,再各加入少量的MnO2粉末,迅速产生无色气体的是H2O2,无明显现象的是H2O三角锥形
4NH3+3O2
2N2+6H2OSi﹣4e﹣+6OH﹣═SiO32﹣+3H2O
【解析】
【分析】
A单质是生活中常见金属,它有两种氯化物,相对分子质量相差35.5,则A为Fe元素;B元素原子最外层电子数是内层电子总数的
,B有3个电子层,最外层电子数为2,则B为Mg元素;C是常见化肥的主要元素,单质常温下呈气态,C为N元素;D单质被誉为“信息革命的催化剂”,是常用的半导体材料,则D为Si;F在周期表中可以排在ⅠA族,也有人提出排在ⅦA族,其化合价表现+1、﹣1,故F为H元素;通常情况下,E没有最高正化合价,A、B、C、D、F都能与E形成化合物,则E为O元素,据此解答。
【详解】
A单质是生活中常见金属,它有两种氯化物,相对分子质量相差35.5,则A为Fe元素;B元素原子最外层电子数是内层电子总数的
,B有3个电子层,最外层电子数为2,则B为Mg元素;C是常见化肥的主要元素,单质常温下呈气态,C为N元素;D单质被誉为“信息革命的催化剂”,是常用的半导体材料,则D为Si;F在周期表中可以排在ⅠA族,也有人提出排在ⅦA族,其化合价表现+1、﹣1,故F为H元素;通常情况下,E没有最高正化合价,A、B、C、D、F都能与E形成化合物,则E为O元素;
(1)A为Fe元素,在周期表中的位置为:
第四周期第Ⅷ族;
(2)Mg与N元素形成的化合物的化学式为Mg3N2,它属于离子化合物;
(3)①H与O元素可以形成原子个数比分别为2:
1、1:
1的两种化合物X和Y,则X为H2O、Y为H2O2,区别X与Y的水溶液的实验方法是:
分别取X、Y各少许置于试管中,再各加入少量的MnO2粉末,迅速产生无色气体的是H2O2;无明显现象的是H2O;
②H与N组成的两种化合物M和N所含的电子数分别与H2O、H2O2相等,则M为NH3、N为N2H4,NH3分子构型为三角锥形,N2H4的结构式为
;
(4)利用氧化剂的氧化性处于氧化产物的氧化性,可以说明单质氧化性强弱,表明氮气、氧气的氧化性强弱的方程式为:
4NH3+3O2
2N2+6H2O;
(5)Mg、Si的单质用导线连接后插入NaOH溶液中,Si与氢氧化钠反应生成硅酸钠与氢气,可以形成原电池,Si发生氧化反应,故负极上Si失去电子,碱性条件下生成硅酸根与水,负极电极反应式为:
Si﹣4e﹣+6OH﹣═SiO32﹣+3H2O。
2.A、B、C、D、E、F六种物质的相互转化关系如下图所示(反应条件未标出),其中反应①是置换反应,B、C、F都是气态单质,且B为黄绿色:
反应③中有水生成,反应②需要放电才能发生,A是—种极易溶于水的气体,A和D相遇有白烟生成。
(1)反应③的化学方程式为_______________________________________________。
(2)反应①中每生成1molC,转移的电子数为_______________________________。
(3)A与D的水溶液恰好完全反应时,其生成物的水溶液呈性___________(填“酸”“碱”或“中’’),该水溶液中存在着如下关系,用粒子浓度符号填写:
①c(H+)+_________=c(OH-)+_____________;
②c(H+)=c(OH-)+_____________。
(4)元素X与组成B的元素同周期,X的单质既可与酸反应也可与碱反应且都生成H2,则
①X的单质与碱反应的离子方程式____________________________________;
②X、空气、海水可以组成新型海水标志灯的电池。
该种灯以海水为电解质溶液,靠空气中的氧气使X不断氧化而源源不断产生电流。
则该新型电池的正极的电极反应式为___________________________;原电池的总反应方程式为__________________________。
【答案】4NH3+5O2
4NO+6H2O3.612×1024酸c(NH4+)c(Cl-)c(NH3·H2O)2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑O2+2H2O+4e-=4OH-4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3
【解析】
【分析】
B、C、F都是气态单质,且B为黄绿色,因此B是氯气。
A是—种极易溶于水的气体,A和D相遇有白烟生成,这说明A应该是氨气,D是氯化氢。
由于氯气具有强氧化性,且反应①是置换反应,因此反应①是氯气与氨气发生的氧化还原反应,生成物是氮气与氯化氢,其中C是氮气。
反应②需要放电才能发生,因此F是氧气,在放电的条件下与氮气反应生成NO,则E是NO。
反应③中有水生成,所以该反应是氨气与氧气发生的催化氧化生成NO与水,结合题目要求和物质的性质可解答该题。
【详解】
B、C、F都是气态单质,且B为黄绿色,因此B是氯气。
A是—种极易溶于水的气体,A和D相遇有白烟生成,这说明A应该是氨气,D是氯化氢。
由于氯气具有强氧化性,且反应①是置换反应,因此反应①是氯气与氨气发生的氧化还原反应,生成物是氮气与氯化氢,其中C是氮气。
反应②需要放电才能发生,因此F是氧气,在放电的条件下与氮气反应生成NO,则E是NO。
反应③中有水生成,所以该反应是氨气与氧气发生的催化氧化生成NO与水,
(1)反应③的化学方程式为4NH3+5O2
4NO+6H2O;
(2)在反应①中氮元素的化合价从-3价升高到0价失去3个电子,因此每生成1mol氮气转移6mol电子,其电子数为6.02×1023/mol×6mol=3.612×1024;
(3)盐酸与氨水恰好反应时生成氯化铵,由于溶液中NH4+水解,所以溶液显酸性;
①根据电荷守恒可知,在氯化铵溶液中存在c(H+)+c(NH4+)=c(OH-)+c(Cl-);
②根据物料守恒可知c(Cl-)=c(NH3·H2O)+c(NH4+),则根据电荷守恒可知,溶液中c(H+)=c(OH-)+c(NH3·H2O);
(4)元素X与组成B的元素同周期,X的单质既可与酸反应也可与碱反应且都生成H2,则X应该是金属铝;
①铝单质与碱反应的离子方程式为2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑;
②原电池中较活泼的金属失去电子,发生氧化反应,电子沿导线传递到正极,正极得到电子发生还原反应。
所以该原电池中负极是铝,正极是氧气得到电子,电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-。
由于负极是铝失去电子,产生的铝离子与OH-结合生成氢氧化铝,所以总反应式为4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3。
3.从本质入手看物质及其能量的变化,可以让我们更加深入的去理解所学知识的内涵及外延应用。
对于《原电池》这部分知识也是如此,如图是原电池的基本构造模型:
(1)若a和b的电极材料为Al或Mg。
①若c为稀NaOH溶液时,则a的电极材料为__,该极电极方程式为___。
②若c为稀H2SO4时,则a的电极材料为___,该极电极方程式为__。
(2)对于原电池的应用,以下说法正确的是__。
A.选择构成原电池两极材料时,必须选择活泼性不同的两种金属材料
B.构成原电池时,负极材料的活泼性一定比正极材料的强
C.构成原电池时,作为负极材料的金属受到保护
D.从能量转化角度去看,如图的氧化还原反应能量变化曲线,则不能够设计原电池
【答案】AlAl-3e-+4OH-=AlO2-+2H2OMgMg-2e-=Mg2+D
【解析】
【分析】
(1)原电池中电极由负极经导线流向正极,所以a为负极发生氧化反应,b为正极发生还原反应。
【详解】
(1)①若c为稀NaOH溶液时,电池总反应应为2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑,Al被氧化做负极,即a的电极材料为Al,该电极方程式为Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O;
②若c为稀H2SO4时,Mg比Al活泼,所以电池总反应式为Mg+2H+=Mg2++H2↑,Mg被氧化做负极,即a的电极材料为Mg,电极方程式为:
Mg-2e-=Mg2+;
(2)A.构成原电池两极材料不一定选择活泼性不同的两种金属材料,可以是活泼性相同的Pt电极、也可以是非金属材料,如燃料原电池的两极材料常选择石墨电极,故A错误;
B.碱性原电池中,作为负极的材料的活泼性不一定比正极材料的强,如Al-Mg-NaOH原电池中,活泼金属Mg作正极,Al作负极,故B错误;
C.原电池中正极发生得到电子的还原反应,所以作为正极材料的金属受到保护,而负极材料的金属会加速腐蚀,故C错误;
D.原电池中发生氧化还原反应,会以电能的形式放出能量,所以一般为放热的氧化还原反应,而图示反应为吸热反应,所以从能量转化角度看,一般不设计成原电池或不能够设计原电池,故D正确;
综上所述选D。
【点睛】
构成原电池的两个电极中并不是较为活泼的金属一定就会做负极,要结合具体的环境去判断发生的总反应,再判断正负极。
4.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。
5.如图是常见原电池装置,电流表A发生偏转。
(1)若两个电极分别是铁、铜,电解质溶液是浓硝酸,Cu极发生反应_______(填“氧化”或“还原”),其电极反应式为________________;
(2)若两个电极分别是镁、铝,电解质溶液是氢氧化钠溶液,Al电极是_____极(填“正”或“负”),其电极反应式为_________________________________。
(3)若原电池的总反应是2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2,则可以作负极材料的是_______,正极电极反应式为_________________________。
【答案】氧化Cu-2e-=Cu2+负Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2OCu(或铜)Fe3++e-=Fe2+
【解析】
【分析】
【详解】
(1)虽然铁比铜活泼,但是铁在浓硝酸中发生钝化,所以该原电池中铜被氧化,即铜电极为负极,失电子发生氧化反应,电极方程式为Cu-2e-=Cu2+;
(2)镁虽然比铝活泼,但镁不与氢氧化钠溶液发生反应,所以该原电池中Al被氧化,即Al为负极,失电子发生氧化反应,电极方程式为:
Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O;
(3)根据总反应2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2可知Cu被氧化,Fe3+被还原,原电池中负极发生氧化反应,所以负极材料为Cu;正极发生还原反应,电极方程式为Fe3++e-=Fe2+。
【点睛】
第1小题为易错点,虽然铁和铜都能被浓硝酸氧化,但要注意铁在浓硝酸中发生钝化,所以该原电池中铜为负极。
6.请运用原电池原理设计实验,验证Cu2+、Fe3+氧化性的强弱。
请写出电极反应式。
(1)负极__________________________
(2)正极__________________________________
(3)并在方框内画出实验装置图,要求用烧杯和盐桥,并标出外电路中电子流向。
________________________________
【答案】Cu−2e−=Cu2+2Fe3++2e−=2Fe2+
【解析】
【分析】
Fe3+氧化性比Cu2+强,可发生2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+,反应中Cu被氧化,为原电池的负极,则正极可为碳棒或不如Cu活泼的金属,电解质溶液为氯化铁溶液,正极发生还原反应,负极发生氧化反应,以此解答该题。
【详解】
Fe3+氧化性比Cu2+强,可发生2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+,
(1)Cu被氧化,为原电池的负极,负极反应为Cu−2e−=Cu2+;
(2)正极Fe3+被还原,电极方程式为2Fe3++2e−=2Fe2+;
(3)正极可为碳棒,电解质溶液为氯化铁,则原电池装置图可设计为
,电子从铜极流向碳极。
【点睛】
设计原电池时,根据具体的氧化还原反应,即2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+,然后拆成两个半反应,化合价升高的发生氧化反应,作负极,化合价降低的发生还原反应,作正极,原电池的本质就是自发进行的氧化还原反应,由于反应在一个烧杯中效率不高,所以可以设计为氧化还原反应分别在两极发生。
7.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:
8.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。
9.如右图所示,常温,U形管内盛有100mL的某种溶液,请按要求回答下列问题。
(1)若所盛溶液为CuSO4溶液,打开K2,合并K1,则:
①A为_____极,B极的电极反应式为________________。
②反应过程中,溶液中SO42-和OH-离子向_____极(A或B)移动。
(2)若所盛溶液为滴有酚酞的NaCl溶液,打开K1,合并K2,则:
①A电极可观察到的现象是__________________________。
②电解过程总反应的化学方程式是________________________。
③反应一段时间后打开K2,若忽略溶液的体积变化和气体的溶解,B极产生气体的体积(折算成标准状况)为11.2mL,将溶液充分混合,溶液的pH为________。
④向电解后的电解质溶液中加入或通入_______(填试剂名称),能使溶液复原。
【答案】负Cu2++2e-=CuA产生气泡,电极附近溶液变红2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑12氯化氢
【解析】
【详解】
(1)①该装置是原电池,锌作负极,碳作正极,正极上铜离子得电子生成铜发生氧化反应,电极反应式为Cu2++2e-=Cu;
②原电池放电时,溶液中阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,所以溶液中氢氧根离子和硫酸根离子向A极移动;
(2)①该装置是电解池,碳棒是阳极,锌棒是阴极,电解时,锌棒上氢离子放电生成氢气,同时电极附近生成氢氧根离子导致溶液呈碱性,加入酚酞后溶液变红;
②电解时,阳极上氯离子放电生成氯气,阴极上氢离子放电生成氢气,同时溶液中生成氢氧化钠,所以电池反应式为2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑;
③B极产生氯气,生成的氯气的物质的量为
=0.0005mol,根据电解总反应可知生成的n(NaOH)=0.001mol,溶液中c(OH-)=
=0.01mol/L,所以溶液pH=12;
④如果要想使电解后的溶液恢复到原溶液,应遵循“析出什么加入什么”的思想加入物质,阳极上析出氯气,阴极上析出氢气,所以应该加入氯化氢。
10.我国古代青铜器工艺精湛,有很高的艺术价值和历史价值,但出土的青铜器因受到环境腐蚀,欲对其进行修复和防护具有重要意义。
图为青铜器在潮湿环境中发生的电化学腐蚀的示意图。
①腐蚀过程中,负极是_____(填图中字母“a”或“b”或“c”)
②环境中的Clˉ̄扩散到孔口,并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔铜锈Cu2(OH)3Cl,其离子方程式为_____;
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