备战高考化学化学反应与能量变化的推断题综合压轴题专题复习附详细答案.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压轴题专题复习附详细答案
备战高考化学—化学反应与能量变化的推断题综合压轴题专题复习附详细答案
一、化学反应与能量变化练习题(含详细答案解析)
1.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。
2.
(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-。
3.
(1)Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器。
该电池的电极材料分锂和碳,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正极发生的电极反应为___。
②SOCl2易挥发,实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2,有Na2SO3和NaCl生成。
如果把少量水滴到SOCl2中,实验现象是___。
(2)用铂作电极电解某金属的氯化物(XCl2)溶液,当收集到1.12L氯气时(标准状况下),阴极增重3.2g。
①该金属的相对原子质量为___。
②电路中通过___个电子。
【答案】2SOCl2+4e-=S+SO2+4Cl-产生白雾,且生成有刺激性气味的气体640.1NA
【解析】
【分析】
(1)①由总反应可知,Li化合价升高,失去电子,发生氧化反应,S化合价降低,得到电子,发生还原反应,因此电池中Li作负极,碳作正极;
②SOCl2与水反应生成SO2和HCl,有刺激性气味的气体生成,HCl与水蒸气结合生成白雾;
(2)①n(Cl2)=n(X2+),根据M=
计算金属的相对原子质量;
②根据电极反应2Cl--2e-=Cl2↑计算转移电子的物质的量,进一步计算转移电子的数目。
【详解】
(1)①由分析可知碳作正极,正极上SOCl2得到电子生成S单质,电极反应为:
2SOCl2+4e-=S+SO2+4Cl-;
②SOCl2与水反应生成SO2和HCl,有刺激性气味的气体生成,HCl与水蒸气结合生成白雾;
(2)①n(X2+)=n(Cl2)=
=0.05mol,M=
=
=64g/mol,因此该金属的相对原子质量为64;
②由电极反应2Cl--2e-=Cl2↑可知,电路中转移电子的物质的量为2×n(Cl2)=2×0.05mol=0.1mol,因此转移电子的数目为0.1NA。
4.用锌片、铜片连接后浸入稀硫酸溶液中,构成了原电池,工作一段时间,锌片的质量减少了3.25g,铜表面析出了氢气______________L(标准状况下)。
导线中通过________mol电子。
【答案】1.120.1
【解析】
【分析】
用锌片、铜片连接后浸入稀硫酸溶液中,构成了原电池,锌为负极,电极反应为:
Zn-2e-=Zn2+;铜为正极,电极反应为2H++2e-=H2↑;根据两极转移电子数目相等计算。
【详解】
用锌片、铜片连接后浸入稀硫酸溶液中,构成了原电池,
锌为负极,电极反应为:
Zn-2e-=Zn2+,
铜为正极,电极反应为2H++2e-=H2↑,
锌片的质量减少了3.25g,则物质的量为
=0.05mol,
转移的电子的物质的量为n(e-)=2n(Zn)=2n(H2)=2×0.05mol=0.1mol,
则:
V(H2)=0.05mol×22.4L/mol=1.12L,
故答案为:
1.12;0.1。
5.锌电池有望代替铅蓄电池,它的构成材料是锌、空气、某种电解质溶液,发生的总反应式是:
2Zn+O2═2ZnO。
则该电池的负极材料是________;当导线中有1mol电子通过时,理论上消耗的O2在标准状况下的体积是________
【答案】锌5.6L
【解析】
【分析】
根据原电池工作原理和电子守恒进行分析。
【详解】
由电池的总反应式为:
2Zn+O2═2ZnO知,锌发生氧化反应,做原电池负极,当导线中有1mol电子通过时,理论上消耗0.25mol的O2,所以理论上消耗的O2在标准状况下的体积为0.25mol
22.4L/mol=5.6L。
答案:
锌;5.6L。
6.拆开1mol共价键所需吸收的能量如下表:
共价键
H-H
N≡N
N-H
吸收的能量/kJ
436
946
391
(1)1molN2完全反应为NH3_____(填:
吸收或放出)_____kJ能量
(2)事实上,将1molN2和3molH2放在反应容器中,使它们充分反应,反应的热量变化总小于计算值,原因是______________________________。
【答案】放出92该反应是可逆反应,充分反应的最终结果是达到最大限度(既化学平衡状态),因此放出的热量总是小于理论计算值
【解析】
【分析】
(1)化学反应中,化学键断裂吸收能量,形成新化学键放出能量,根据方程式分别计算断键吸收和成键放出的能量,以此计算反应热并判断吸热还是放热;
(2)从可逆反应的特征分析。
【详解】
(1)在反应N2+3H2⇌2NH3中,1molN2完全反应为NH3,断裂3molH-H键、1molN三N键共吸收的能量为:
3×436kJ+946kJ=2254kJ,生成2molNH3,共形成6molN-H键,放出的能量为:
6×391kJ=2346kJ,吸收的能量少,放出的能量多,该反应为放热反应,放出的热量为:
2346kJ-2254kJ=92kJ;
(2)该反应为可逆反应,不能完全转化,将1molN2和3molH2放在反应容器中,使它们充分反应,生成NH3的小于2mol,放出的热量小于92kJ。
7.氢能的优点是燃烧热值高,无污染。
目前工业制氢气的一个重要反应为CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) ΔH,反应过程和能量的关系如图所示:
(1)CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) ΔH______(填“>”“<”或“=”)0。
(2)过程Ⅱ是加入催化剂后的反应过程,则过程Ⅰ和Ⅱ的反应热________(填“相等”或“不相等”),原因是____________________________________________________________________。
(3)已知:
H2(g)+
O2(g)===H2O(g)ΔH=-242.0kJ·mol-1
H2O(l)===H2O(g) ΔH=+44.0kJ·mol-1
则H2(g)燃烧生成H2O(l)的热化学方程式为_________________________________________。
【答案】>相等化学反应的反应热仅与反应物的总能量和生成物的总能量有关,与是否加入催化剂无关H2(g)+
O2(g)═H2O(l)△H=-286.0kJ•mol-1
【解析】
【分析】
(1)根据图知,反应物总能量小于生成物总能量,则该反应为吸热反应;
(2)催化剂只改变化学反应速率不影响平衡移动,化学反应的反应热仅与反应物的总能量和生成物的总能量有关;
(3)①H2(g)+
O2(g)═H2O(g)△H=-242.0kJ•mol-1,②H2O(l)═H2O(g)△H=+44.0kJ•mol-1,将方程式①-②得H2(g)+
O2(g)═H2O(l)△H进行相应的改变。
【详解】
(1)根据图知,反应物总能量小于生成物总能量,则该反应为吸热反应,所以△H>0;
(2)催化剂只改变化学反应速率不影响平衡移动,化学反应的反应热仅与反应物的总能量和生成物的总能量有关,与是否加入催化剂无关,所以I、II的反应热相等;
(3)①H2(g)+
O2(g)═H2O(g)△H=-242.0kJ•mol-1,②H2O(l)═H2O(g)△H=+44.0kJ•mol-1,将方程式①-②得H2(g)+
O2(g)═H2O(l)△H=-242.0kJ/mol-44kJ/mol=-286.0kJ•mol-1。
8.
(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。
9.如图所示,是原电池的装置图。
请回答:
(1)若C为稀H2SO4溶液,电流表指针发生偏转,B电极材料为Fe且作负极,则A电极上发生的电极反应式为_____________;反应进行一段时间后溶液C的pH将_____(填“升高”“降低”或“基本不变”)。
(2)若需将反应:
Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+设计成如图所示的原电池装置,则A(负极)极材料为____,B(正极)极材料为______,溶液C为_______。
(3)CO与H2反应还可制备CH3OH,CH3OH可作为燃料使用,用CH3OH和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下:
电池总反应为2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O,则c电极是____(填“正极”或“负极”),c电极的反应方程式为______________。
若线路中转移2mol电子,则上述CH3OH燃料电池,消耗的O2在标准状况下的体积为_____。
【答案】2H++2e-=H2↑升高Cu石墨FeCl3溶液负极CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+11.2L
【解析】
【分析】
【详解】
(1)若C为稀H2SO4溶液,电流表指针发生偏转,B极电极材料为Fe且作负极,A电极为正极,电极材料为较铁不活泼的金属或非金属,发生还原反应,溶液中的氢离子得电子生成氢气,电极反应方程式为:
2H++2e-=H2↑;由原电池的总反应可知,反应一段时间后,溶液C的pH升高,答案为:
2H++2e-=H2↑;升高;
(2)分析反应Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+,将其拆分为两个半反应,分别为:
Cu-2e-=Cu2+,2Fe3++2e-=2Fe2+,根据原电池原理,可知负极电极反应式为:
Cu-2e-=Cu2+,正极的电极反应式为:
2Fe3++2e-=2Fe2+,正负极材料分别为:
负极为Cu,正极为石墨(或Pt),含Fe3+的溶液(如FeCl3溶液)作电解质溶液,用导线连接正、负极,构成闭合回路即可构成原电池。
答案为:
Cu;石墨;FeCl3溶液;
(3)根据燃料电池结构示意图中电子流向可知,c电极为负极,发生氧化反应,其电极反应方程式为:
CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+,电极d为正极,O2得到电子,发生还原反应,电极反应方程式为:
4H++4e-+O2=2H2O;1mol氧气在反应中得到4mol电子,若线路中转移2mol电子,则消耗氧气0.5mol,在标准状况下的体积为
,答案为:
负极;CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+;11.5L。
10.电池的种类很多,在生活中有广泛的用途。
Ⅰ.其中纽扣式微型银锌电池广泛的应用于电子表和电子计算器中,其电极分别为Ag2O和Zn,电解质为KOH溶液,工作时电池总反应为Ag2O+Zn+H2O===2Ag+Zn(OH)2。
(1)其正极的电极反应式:
_________________________________,工作时电池电解质溶液的碱性_______(填“增强”、“减弱”或“不变”)。
Ⅱ.固体氧化物甲烷燃料电池以固体氧化锆-氧化钇为电解质,这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2-)在其间通过。
该电池的工作原理如图所示,其中多孔电极a、b均不参与电极反应。
(2)a电极为电源的_______极,固体电解质中的阳离子向_______极移动;
(3)b电极的电极反应式为:
_______________________________________;
(4)电池的总反应方程式为:
______________________________________;
当电路中有2mol电子转移时,理论上负极消耗的标况下气体体积是______________L。
【答案】Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-增强正aCH4-8e-+4O2-=CO2+2H2OCH4+2O2=CO2+2H2O5.6
【解析】
【分析】
Ⅰ.
(1)根据总反应中化合价的变化可知Zn被氧化,应为原电池的负极,电极反应为Zn+2OH-=Zn(OH)2+2e-,则正极为Ag2O,被还原,电极反应为Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-,结合电极方程式和总反应解答该题;
Ⅱ.
(2)固体氧化物甲烷燃料电池,根据化合价的变化,判断正负极,电子的流向;
(3)b电极是负极,甲烷在负极上结合氧离子生成二氧化碳和水,根据化合价的变化,写出电极反应;
(4)根据图示可知,电池的总反应方程式为甲烷和氧气反应生成二氧化碳和水;
根据负极的电极反应,确定电子的物质的量和甲烷的物质的量关系,求出甲烷的物质的量,换算成标况下的体积,根据V=nVm。
【详解】
Ⅰ.
(1)根据总反应中化合价的变化可知Zn被氧化,应为原电池的负极,电极反应为Zn+2OH-=Zn(OH)2+2e-,则正极为Ag2O,被还原,电极反应为Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-,根据正极的电极反应,导致正极附近氢氧根离子浓度增大,故碱性增强;
Ⅱ.
(2)固体氧化物甲烷燃料电池,根据化合价的变化可知,甲烷中碳的化合价从-4升高到+4,a电极为燃料电池的正极,b电极为燃料电池的负极,固体电解质中的阳离子向正极移动,即向a极移动;
(3)b电极为燃料电池的负极,甲烷失电子结合氧离子生成二氧化碳和水,甲烷的化合价升高了8,失去8e-,故b电极的电极反应式为:
CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O;
(4)燃料电池是利用可燃物与氧气反应,生成二氧化碳和水,电池的总反应方程式为:
CH4+2O2=CO2+2H2O;根据甲烷和电子的物质的量关系:
CH4~8e-,b电极的电极反应式为:
CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O,2mol电子转移时,消耗0.25mol甲烷,根据V=nVm=0.25mol×22.4L/mol=5.6L。
11.碳和碳的化合物在人类生产、生活中的应用非常广泛。
“低碳生活”不再只是一种理想,更是一种值得期待的生活方式。
(1)甲烷燃烧时放出大量的热,可作为能源应用于人类的生产和生活。
已知:
①2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O
(1)△H1=-1214.6kJ/mol;
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H2=-566kJ/mol;
则反应CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O
(1)的△H=___。
(2)将两个石墨电极插入KOH溶液中,向两极分别通入CH4和O2,构成甲烷燃料电池。
其负极电极反应式是___。
(3)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中,进行反应:
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g),得到如下三组数据:
起始量/mol
平衡量/mol
实验组
温度/℃
H2O
CO
CO2
CO
达到平衡所需时间/min
1
650
2
4
1.6
2.4
5
2
900
1
2
0.4
1.6
3
3
900
a
b
c
d
t
①实验1中,以v(H2)表示的平均反应速率为___;
②该反应的正反应为___(填“吸”或“放”)热反应;
③若要实验3达到与实验2相同的平衡状态(即各物质的体积分数分别相等),则a、b应满足的关系是___(用含a、b的数学式表示)。
【答案】-890.3kJ/molCH4-8e-+l0OH-=CO32-+7H2O0.16mol·L-1·min-1放a∶b=1∶2(或b=2a)
【解析】
【分析】
(1)利用盖斯定律,将(①+②)×
,即得反应CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O
(1)的△H。
(2)将两个石墨电极插入KOH溶液中,向两极分别通入CH4和O2,构成甲烷燃料电池。
其负极为CH4失电子的产物与OH-反应最终生成CO32-和水。
(3)①由反应式可以看出,生成H2的物质的量与CO2相同,根据速率计算公式可以计算出v(H2);
②通过表中两组数据求出不同温度下转化率,比较改变温度时转化率的变化判断化学平衡移动的方向,判断反应的热效应;
③根据等效平衡原理解答。
【详解】
(1)①2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O
(1)△H1=-1214.6kJ/mol;
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H2=-566kJ/mol;
利用盖斯定律,将(①+②)×
,即得反应CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O
(1)的△H=-890.3kJ/mol;
故答案为:
-890.3kJ/mol;
(2)负极为CH4失电子的产物与OH-反应最终生成CO32-和水,电极反应式为CH4-8e-+l0OH-=CO32-+7H2O;
故答案为:
CH4-8e-+l0OH-=CO32-+7H2O;
(3)①由反应式可以看出,生成H2的物质的量与CO2相同,即为1.6mol,则实验1中,v(H2)=
=0.16mol·L-1·min-1;
故答案为:
0.16mol·L-1·min-1;
②实验1中CO的转化率为:
×100%=40%,实验2中CO的转化率为:
×100%=20%,温度升高,反应物转化率降低,平衡向逆向移动,逆向为吸热反应,所以正向为放热反应;
故答案为:
放;
③若要实验3达到与实验2相同的平衡状态(即各物质的体积分数分别相等),因为反应3达平衡的时间短,反应速率快,反应3相当于反应2加压,但平衡不移动,所以a、b的比值不变,即a、b应满足的关系为a∶b=1∶2(或b=2a);
故答案为:
a∶b=1∶2(或b=2a)。
【点睛】
对于反应前后气体分子数相等的可逆反应,同等程度改变反应物或生成物浓度,平衡不发生移动
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