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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