化学化学反应与能量的专项培优练习题及答案.docx
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化学化学反应与能量的专项培优练习题及答案
化学化学反应与能量的专项培优练习题及答案
一、化学反应与能量练习题(含详细答案解析)
1.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。
2.依据氧化还原反应:
2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示。
请回答下列问题:
(1)电极X的材料是_______;电解质溶液Y是________;
(2)银电极上发生的电极反应式为___________________;
(3)外电路中的电子是从______→______;
(4)当有1.6g铜溶解时,银棒增重______g。
【答案】CuAgNO3Ag++e-=AgX(或Cu)Ag5.4
【解析】
【分析】
(1)根据电池反应式知,Cu失电子发生氧化反应,作负极,Ag作正极,电解质溶液为含有银离子的可溶性银盐溶液;
(2)银电极上是溶液中的Ag+得到电子发生还原反应;
(3)外电路中的电子是从负极经导线流向正极;
(4)先计算Cu的物质的量,根据反应方程式计算出正极产生Ag的质量,即正极增加的质量。
【详解】
(1)根据电池反应式知,Cu失电子发生氧化反应,Cu作负极,则Ag作正极,所以X为Cu,电解质溶液为AgNO3溶液;
(2)银电极为正极,正极上Ag+得到电子发生还原反应,正极的电极反应式为:
Ag++e-=Ag;
(3)外电路中的电子是从负极Cu经导线流向正极Ag;
(4)反应消耗1.6g铜的物质的量为n(Cu)=
=0.025mol,根据反应方程式2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2Ag(s)可知:
每反应消耗1molCu,正极上产生2molAg,则0.025molCu反应,在正极上产生0.05molAg,该Ag的质量为m(Ag)=0.05mol×108g/mol=5.4g,即正极银棒增重5.4g。
【点睛】
本题考查原电池原理,明确元素化合价变化与正负极的关系是解本题关键,计算正极增加的质量时,既可以根据反应方程式计算,也可以根据同一闭合回路中电子转移数目相等计算。
3.请根据化学反应与热能的有关知识,填写下列空白:
(1)在Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl晶体反应的演示实验中:
反应物混合后需用玻璃棒迅速搅拌,其目的是____________,体现该反应为吸热反应的现象是烧杯变凉和________。
(2)下列过程中不一定释放能量的是____(请填编号)。
A.形成化学键B.燃料燃烧C.化合反应D.葡萄糖在体内的氧化反应
E.酸碱中和F.炸药爆炸
(3)已知:
通常条件下,酸碱稀溶液中和生成1mol水放出的热量为中和热。
稀溶液中1molH2SO4和NaOH恰好反应时放出QkJ热量,则其中和热为____kJ/mol。
(4)已知H2和O2反应放热,且断开1molH-H、1molO=O、1molO-H键需吸收的能量分别为Q1、Q2、Q3kJ,由此可以推知下列关正确的是___(填编号)。
A.Q1+Q2>Q3B.Q1+Q2>2Q3C.2Q1+Q2<4Q3D.2Q1+Q2<2Q3
【答案】搅拌,使反应物充分接触促进反应玻璃片上水结冰而与烧杯粘在一起C
C
【解析】
【分析】
(1)通过玻璃棒的搅拌可使混合物充分接触而促进反应进行;烧杯和玻璃片之间的水结冰会将二者粘在一起;
(2)形成化学键释放能量,燃烧放热、有些化合反应是吸热反应,如碳和二氧化碳反应制一氧化碳,大多数分解反应是吸热反应,氧化反应、酸碱中和、炸药爆炸都是放热反应;
(3)依据中和热的概念是强酸、强碱的稀溶液完全反应生成1mol水和可溶性盐放出的热量进行分析;
(4)根据旧键断裂吸收的能量减去新键生成释放的能量的差值即为反应热,结合燃烧反应为放热反应分析解答。
【详解】
(1)固体参加的反应,搅拌可使反应混合物充分接触而促进反应进行,通过玻璃片上水结冰而与烧杯粘在一起,知道氢氧化钡晶体和氯化铵之间的反应是吸热反应;
(2)形成化学键、燃料的燃烧、葡萄糖在体内的氧化反应、酸碱中和反应和炸药的爆炸过程都属于放热反应,而化合反应不一定为放热反应,如CO2与C在高温下反应产生CO的反应属于吸热反应,所以不一定释放能量的为化合反应,故合理选项是C;
(3)在稀溶液中1molH2SO4与NaOH溶液恰好完全反应时生成2molH2O,放出QkJ热量,而中和热是指强酸、强碱在稀溶液中发生中和反应生成可溶性盐和1mol水时放出的热量,故H2SO4与NaOH反应的中和热为:
kJ/mol;
(4)1molH2O中含2molH-O键,断开1molH-H、1molO=O、1molO-H键需吸收的能量分别为Q1、Q2、Q3kJ,则形成1molO-H键放出Q3kJ热量,对于反应H2(g)+
O2(g)=H2O(g),断开1molH-H键和
molO=O键所吸收的能量(Q1+
Q2)kJ,生成2molH-O新键释放的能量2Q3kJ,由于该反应是放热反应,所以2Q3-(Q1+
Q2)>0,2Q1+Q2<4Q3,故合理选项是C。
【点睛】
本题考查了化学反应与能量变化,注意掌握中和热的概念,反应热为断裂反应物化学键吸收的总能量与形成生成物化学键释放的总能量的差,(4)1molH2O中含2molH-O键为解答易错点。
4.为探究原电池和电解池的工作原理,某研究性小组分别用如图所示装置进行实验。
(1)甲装置中,a电极的反应式为_____。
(2)乙装置中,阴极区产物为_____。
(3)丙装置是一种家用84消毒液(NaClO)发生器。
外接电源a为_____(填“正”或“负”)极,该装置内发生反应的化学方程式为_____、_____。
(4)若甲装置作为乙装置的电源,一段时间后,甲中消耗气体与乙中产生气体的物质的量之比为_____(不考虑气体的溶解)。
(5)某工厂采用电解法处理含Cr2O72-的废水,耐酸电解槽用铁板作阴、阳极,槽内盛放含铬废水,Cr2O72-被还原成为Cr3+,Cr3在阴极区生成Cr(OH)3沉淀除去,工作原理如图。
①写出电解时阴极的电极反应式____。
②写出Cr2O72-被还原为Cr3+的离子方程式____。
【答案】H2-2e-+2OH-=2H2O氢氧化钠和氢气负2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O3:
42H++2e-=H2↑Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O
【解析】
【分析】
甲装置:
该装置为氢氧燃料电池,氢气被氧化作负极,氧气被还原做作正极;
乙装置:
该装置为电解池,与正极相连的一极为阳极发生氧化反应,与负极相连的为阴极发生还原反应;
丙装置:
该装置为电解池,电解饱和食盐水时阳极产生氯气,阴极产生氢气和氢氧根,要制备次氯酸钠所以需要氯气到阴极与氢氧根反应,所以下端为阳极产生氯气;
(5)B电极生成氢气,说明该电极发生还原反应为阴极,氢离子放电生成氢气,导致阴极区pH变大;A电极为阳极,铁为电极材料,则铁被氧化生成Fe2+,继而将Cr2O72-还原成为Cr3+,然后迁移到阴极与OH-生成沉淀。
【详解】
(1)甲装置是氢氧燃料电池,a电极通入氢气为负极,电解质溶液为KOH溶液,所以电极反应式为H2-2e-+2OH-=2H2O;
(2)乙装置是电解池,电解饱和食盐水,所以阴极区产物为氢氧化钠和氢气;
(3)根据分析可知该装置中发生电解饱和食盐水的反应,同时阳极产生的氯气与阴极产物发生反应制备次氯酸钠,下端为阳极,上端为阴极,即a电极为电源负极,该装置内发生反应的化学方程式为2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑,Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O;
(4)若甲装置作为乙装置的电源,一段时间后,甲中总反应为:
2H2+O2=2H2O;乙中总反应为:
2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑;各电极转移的电子相等,假如都是4mol,甲池消耗气体2mol+1mol=3mol,乙池产生气体2mol+2mol=4mol,物质的量之比为3:
4;
(5)①阴极氢离子放电生成氢气,电极方程式为:
2H++2e-=H2↑;
②根据分析可知反应过程中Fe2+将Cr2O72-还原成为Cr3+,方程式为:
Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O。
【点睛】
第(5)题为易错点,虽然Cr2O72-被还原成为Cr3+,但根据图示可知阴极产生的是氢气,说明Cr2O72-被还原并不是电极反应,再结合阳极材料为Fe,可知是阳极产生的Fe2+将Cr2O72-还原。
5.已知反应:
3I-(aq)+S2O82-(aq)
I3-(aq)+2SO42-(aq)+Q
(1)写出反应的平衡常数表达式:
K=______________。
(2)如图表示反应过程中有关物质的能量,则反应过程中的Q_____0(填>、<、=);(I)、(II)两曲线中,使用催化剂的是______曲线。
(3)反应的速率可以用I3-与加入的淀粉溶液反应显蓝色的时间t来度量,t越小,反应速率越大。
下表是在20℃进行实验时所记录的数据
实验编号
①
②
③
④
⑤
c(I-)/mol·L-1
0.040
0.080
0.080
0.160
0.160
c(S2O82-)/mol·L-1
0.040
0.040
0.080
0.080
0.040
t/s
88
44
22
11
t1
从表中数据分析,该实验的目的是___________________________________________;
表中显色时间t1=_____s;最终得出的结论是__________________________________。
【答案】
>(II)研究I-、S2O82-浓度对反应速率的影响22反应速率与反应物浓度乘积成正比
【解析】
【分析】
(1)K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积;
(2)由图可知,反应物总能量大于生成物总能量,为放热反应,使用催化剂不改变焓变,降低反应所需的活化能;
(3)由表格中的数据可知,只有浓度为变量,且反应速率与浓度的乘积成正比,以此来解答。
【详解】
(1)由3I-(aq)+S2O82-(aq)═I3-(aq)+2SO42-(aq)可知K=
;
故答案为:
;
(2)由图可知,反应物总能量大于生成物总能量,为放热反应,则Q>0,使用催化剂不改变焓变,降低反应所需的活化能,则使用催化剂的是(II)曲线;
故答案为:
>;(II);
(3)由表格中的数据可知,只有浓度为变量,该实验的目的为研究I-、S2O82-浓度对反应速率的影响;且反应速率与浓度的乘积成正比,可知③⑤中浓度乘积相同,则t1=22s,实验结论为反应速率与反应物浓度乘积成正比;
故答案为:
研究I-、S2O82-浓度对反应速率的影响;22;反应速率与反应物浓度乘积成正比。
6.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+。
7.一氧化碳和二氧化硫是用途广泛的化工基础原料。
(1)已知:
C(s)+O2(g)=CO2(g)△H1=–393.5kJ·mol–1
C(s)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172.5kJ·mol–1
S(s)+O2(g)=SO2(g)△H3=–296.0kJ·mol–1
已知某反应的平衡常数
,据以上信息,请写出该反应的热化学反应方程式:
________________。
(2)工业上用一氧化碳制取氢气的反应为:
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g),已知420℃时,该反应的化学平衡常数为9.0。
如果反应开始时,在2L的密闭容器中充入CO和H2O的物质的量都是0.60mol,5min末达到平衡,则此时CO的转化率为______,H2的化学反应速率为_____。
(3)工业利用反应2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)制硫酸,一定条件下,将1molSO2与2molO2置于恒容密闭容器中发生上述反应,下列能说明反应达到平衡状态的是______
a体系压强保持不变
b混合气体密度保持不变
cSO2和O2的物质的量保持不变
d每消耗1molSO3的同时,生成0.5molO2
【答案】SO2(g)+2CO(g)
2CO2(g)+S(s)△H=-270kJ·mol-1;75%0.045mol·L-1·min-1a、c
【解析】
【分析】
(1)已知某反应的平衡常数
,则该反应的方程式为SO2(g)+2CO(g)⇌2CO2(g)+S(s),根据盖斯定律结合已知方程式计算反应热;
(2)根据所给反应的平衡常数,利用三段式法计算浓度变化值结合公式计算;
(3)学反应达到化学平衡状态时,正逆反应速率相等,且不等于0,各物质的浓度不再发生变化,由此衍生的一些物理量不发生变化,以此进行判断;
【详解】
(1)已知某反应的平衡常数
,则该反应的方程式为SO2(g)+2CO(g)⇌2CO2(g)+S(s),
①C(s)+O2(g)=CO2(g)△H1=-393.5kJ•mol-1
②C(s)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172.5kJ•mol-1
③S(s)+O2(g)=SO2(g)△H3=-296.0kJ•mol-1,
由盖斯定律①-②-③可得SO2(g)+2CO(g)⇌2CO2(g)+S(s)△H=-270kJ•mol-1;
故答案为:
SO2(g)+2CO(g)⇌2CO2(g)+S(s)△H=-270kJ•mol-1;
(2)设参加反应的CO的浓度为x
,解得x=0.225mol/L,所以CO的转化率α(CO)=
×100%=75%,氢气反应速率v(H2)=
=0.045mol/(L•min),故答案为:
75%;0.045mol/(L•min);
(3)a.反应前后气体的体积不等,故容器总压强随时间改变,当压强不再随着时间变化时,即达到化学平衡状态,故a正确;
b.总质量不变,体积不变,故混合气体的密度始终不变,所以不能作为判断是否达到化学平衡状态的依据,故b错误;
c.起始SO2和O2的物质的量之比为1:
2,而反应过程中按照2:
1的比例进行反应,所以SO2和O2的物质的量之比不变时说明反应达到平衡,故c正确;
d.每消耗1molSO3为逆反应速率,同时,生成0.5molO2也为逆反应速率,任一时刻不同物质表示的同一方向速率之比等于计量数之比,故d错误;故答案为:
ac;
8.在800℃时,2L密闭容器内发生反应:
2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g),反应体系中,一氧化氮的物质的量随时间的变化如表所示:
时间/s
0
1
2
3
4
5
n(NO)/mol
0.020
0.010
0.008
0.007
0.007
0.007
(1)如图表示NO2的物质的量浓度变化的曲线是________。
(2)用O2表示从0~2s内该反应的平均速率v=__________。
(3)能说明该反应已达到平衡状态的是________。
A.v(NO2)=2v(O2)
B.容器内压强保持不变
C.容器内气体质量不变
D.容器内密度保持不变
【答案】b1.5×10-3mol·L-1·s-1B
【解析】
【分析】
(1)从图象分析,随反应时间的延长,各物质的浓度不再不变,且反应物没有完全反应,是可逆反应,根据一氧化氮物质的量的变化知,该反应向正反应方向移动,则二氧化氮的物质的量在不断增大,且同一时间段内,一氧化氮减少的物质的量等于二氧化氮增加的物质的量;
(2)根据△v=
计算一氧化氮的反应速率,再结合同一化学反应同一时间段内,各物质的反应速率之比等于其计量数之比计算氧气的反应速率;
(3)化学平衡的标志是正逆反应速率相同,各组分含量保持不变。
【详解】
(1)从图象分析,随反应时间的延长,各物质的浓度不再不变,且反应物没有完全反应,所以反应为可逆反应,根据一氧化氮物质的量的变化知,该反应向正反应方向移动,则二氧化氮的物质的量在不断增大,且同一时间段内,一氧化氮减少的物质的量等于二氧化氮增加的物质的量,所以表示NO2的变化的曲线是b;
故答案为:
b;
(2)0∼2s内v(NO)=
=0.0030mol/(L.min),同一化学反应同一时间段内,各物质的反应速率之比等于其计量数之比,所以氧气的反应速率为0.0015mol/(L⋅s);
故答案为:
0.0015mol/(L⋅s);
(3)A.反应速率之比等于化学方程式计量数之比,v(NO2)=2v(O2)为正反应速率之比,不能说明正逆反应速率相同,无法判断正逆反应速率是否相等,故A错误;
B.反应前后气体体积不同,压强不变说明正逆反应速率相等,各组分浓度不变,故B正确;
C.恒容容器,反应物生成物都是气体质量不变,不能说明反应达到平衡状态,故C错误;
D.恒容容器,反应物生成物都是气体质量不变,体积不变,所以密度始终不变,不能说明反应达到平衡状态,故D错误;
故选B;
故答案为:
B。
9.乙醇(C2H5OH)燃料电池(DEFC)具有很多优点,引起了人们的研究兴趣。
现有以下三种乙醇燃料电池。
(1)三种乙醇燃料电池中正极反应物均为_________________。
(填化学式)
(2)熔融盐乙醇燃料电池中若选择熔融碳酸钾为介质,电池工作时,CO32-向电极___(填“a”或“b”)移动。
(3)酸性乙醇燃料电池中,若电池消耗标准状况下2.24LO2,则电路中通过了的电子数目为___________。
【答案】O2a0.4NA
【解析】
【分析】
(1)燃料电池中,负极通入燃料,正极通入氧化剂;
(2)根据装置图可知,a为负极,原电池中阴离子由正极向负极移动;
(3)酸性乙醇燃料电池中,电极b上发生的电极反应为:
3O2+12H++12e-=6H2O,根据电极反应计算转移的电子的数目。
【详解】
(1)燃料电池中,负极通入燃料,正极通入氧化剂,由装置图可知,三种乙醇燃料电池中正极反应物均为O2;
(2)根据装置图可知,a为负极,原电池中阴离子由正极向负极移动,因此CO32-向电极a移动;
(3)酸性乙醇燃料电池中,电极b上发生的电极反应为:
3O2+12H++12e-=6H2O,若电池消耗标准状况下2.24L(即0.1mol)O2时,电子转移0.4mol,转移电子的数目为0.4NA。
10.2007年诺贝尔化学奖授予德国科学家格哈德·埃特尔,以表彰他在表面化学研究领域作出的开拓性贡献。
(1)某校化学研究性学习小组的同学在技术人员的指导下,按下列流程探究不同催化剂对NH3还原NO反应的催化性能。
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