化学化学反应与能量的专项培优练习题含答案附答案.docx
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化学化学反应与能量的专项培优练习题含答案附答案
化学化学反应与能量的专项培优练习题(含答案)附答案
一、化学反应与能量练习题(含详细答案解析)
1.工业上利用锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4,还含有少量FeO、CuO等杂质)制取金属锌的工艺流程如下。
回答下列问题:
(1)ZnFe2O4是一种性能优良的软磁材料,也是一种催化剂,能催化烯类有机物氧化脱氢等反应。
①ZnFe2O4中Fe的化合价是________。
②工业上利用反应ZnFe2(C2O4)3·6H2O
ZnFe2O4+2CO2↑+4CO↑+6H2O制备ZnFe2O4。
该反应中每生成1molZnFe2O4转移电子的物质的量是________。
(2)酸浸时要将锌焙砂粉碎,其目的是提高酸浸效率。
为达到这一目的,还可采用的措施是________________________(任答一条);已知ZnFe2O4能溶于酸,则酸浸后溶液中存在的金属离子有____________________________________________。
(3)净化Ⅰ中H2O2参与反应的离子方程式为_________;试剂X的作用是_______。
【答案】+34mol增大硫酸的浓度(或升高温度、搅拌等其他合理答案)Zn2+、Fe3+、Fe2+、Cu2+H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O调节溶液的pH,促进Fe3+水解
【解析】
【分析】
将锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4,还含有少量FeO、CuO等氧化物杂质)酸浸,发生反应ZnFe2O4+8H+=Zn2++2Fe3++4H2O、ZnO+2H+=Zn2++H2O、FeO+2H+=Fe2++H2O、CuO+2H+=Cu2++H2O,向溶液中加入双氧水,发生反应2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O,调节溶液的pH将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀,调节溶液pH时不能引进新的杂质,可以用ZnO,所以X为ZnO,然后向溶液中加入Zn,发生反应Cu2++Zn=Zn2++Cu,然后过滤,所以Y中含有Cu,最后电解得到Zn;
(1)①ZnFe2O4中锌的化合价+2价,氧元素化合价-2价,结合化合价代数和为0计算得到Fe的化合价;
②工业上利用反应ZnFe2(C2O4)3•6H2O
ZnFe2O4+2CO2↑+4CO↑+6H2O制备ZnFe2O4.反应过程中铁元素化合价+2价变化为+3价,碳元素化合价+3价变化为+4价好+2价,计算转移电子的物质的量;
(2)酸浸时要将锌焙砂粉碎,其目的是提高酸浸效率.为达到这一目的,还可采用的措施是增大硫酸的浓度或升高温度、空气搅拌等,已知ZnFe2O4能溶于酸,则酸浸后溶液中存在的金属离子有,氧化锌溶解得到锌离子、氧化亚铁溶解得到亚铁离子、氧化铜溶解得到铜离子、ZnFe2O4能溶于酸得到铁离子;
(3)净化Ⅰ中H2O2参与反应是双氧水具有氧化性,能将亚铁离子氧化为铁离子,试剂X的作用是调节溶液PH,促进Fe3+水解生成氢氧化铁沉淀除去。
【详解】
(1)①ZnFe2O4中锌的化合价+2价,氧元素化合价-2价,结合化合价代数和为0计算得到Fe的化合价,+2+x×2+(-2)×4=0,x=+3;
②工业上利用反应ZnFe2(C2O4)3•6H2O
ZnFe2O4+2CO2↑+4CO↑+6H2O制备ZnFe2O4,反应过程中铁元素化合价+2价变化为+3价,碳元素化合价+3价变化为+4价好+2价,则氧化产物为:
ZnFe2O4、CO2,每生成1molZnFe2O4,碳元素化合价+3价变化为+2价降低得到电子,每生成1molZnFe2O4,生成4molCO转移电子的物质的量是4mol;
(2)酸浸时要将锌焙砂粉碎,其目的是提高酸浸效率.为达到这一目的,还可采用的措施是增大硫酸的浓度或升高温度、空气搅拌等,已知ZnFe2O4能溶于酸,则酸浸后溶液中存在的金属离子有,氧化锌溶解得到锌离子、氧化亚铁溶解得到亚铁离子、氧化铜溶解得到铜离子、ZnFe2O4能溶于酸得到铁离子,所以得到的金属离子有:
Zn2+、Fe3+、Fe2+、Cu2+;
(3)净化Ⅰ中H2O2参与反应是双氧水具有氧化性,能将亚铁离子氧化为铁离子,离子方程式为:
H2O2+2Fe2++2H+═2Fe3++2H2O,试剂X的作用是调节溶液pH,促进Fe3+水解生成氢氧化铁沉淀除去。
2.以氯化钾和硫酸亚铁为原料生产硫酸钾和氧化铁红颜料,其主要流程如下:
已知:
NH4HCO3溶液呈碱性,30℃以上NH4HCO3大量分解。
(1)NH4HCO3溶液呈碱性的原因是_____________________________________。
(2)写出沉淀池I中反应的化学方程式_____________________________,该反应必须控制的反应条件是________________________________________。
(3)检验沉淀池I中Fe2+沉淀是否完全的方法是_____________________。
(4)酸化的目的是______________________________。
(5)在沉淀池II的反应中,为使反应物尽可能多地转化为生成物,可在反应过程中加入___。
a.(NH4)2SO4 b.KCl c.丙醇 d.水
(6)N、P、K、S都是植物生长所需的重要元素。
滤液A可做复合肥料,因为其中含有_____________等元素。
【答案】NH4+的水解程度小于HCO3-的水解程度2NH4HCO3 +FeSO4 → FeCO3↓+(NH4)2SO4 +CO2↑+H2O反应温度低于30℃取沉淀池I的滤液,滴加KSCN溶液后滴加氯水,若无红色出现,说明沉淀完全除去溶液中的HCO3-cN、S、K
【解析】
【分析】
FeSO4与NH4HCO3发生双水解反应生成碳酸亚铁、硫酸铵、二氧化碳等,然后过滤得到碳酸亚铁,碳酸亚铁在空气中加热得到氧化铁,因滤液中含有NH4HCO3,向滤液中加入硫酸,可除去
,此时溶液中溶质为硫酸铵、硫酸,向溶液中加入足量KCl,此时溶液中因硫酸钾的溶解度较氯化铵低而发生沉淀,然后过滤,得到硫酸钾固体,以此解答。
【详解】
(1)NH4HCO3溶液中铵根离子水解显示酸性,碳酸氢根离子水解显示碱性,
的水解程度小于
的水解程度,所以NH4HCO3溶液呈碱性,故答案为:
的水解程度小于
的水解程度;
(2)碳酸氢根离子和亚铁离子之间发生双水解反应生成碳酸亚铁沉淀,并放出二氧化碳,反映的原理方程式为:
2NH4HCO3+FeSO4=FeCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O,为防止较高温度下碳酸氢铵的分解,要注意温度的选择,故答案为:
2NH4HCO3+FeSO4=FeCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O;反应温度低于30℃;
(3)亚铁离子可以被氯气氧化为三价铁离子,亚铁离子遇到硫氰酸钾不显色,但是三价铁遇到硫氰酸钾显示红色,检验沉淀池I中Fe2+沉淀是否完全的方法是:
取沉淀池I的滤液,滴加KSCN溶液后滴加氯水,若无红色出现,说明沉淀完全,故答案为:
取沉淀池I的滤液,滴加KSCN溶液后滴加氯水,若无红色出现,说明沉淀完全;
(4)沉淀池Ⅰ中,除了生成的碳酸亚铁之外,溶液中含有过量的碳酸氢铵,加入酸,酸化的目的是除去溶液中的
,故答案为:
除去溶液中的
;
(5)由题目看出在沉淀池II中生成的K2SO4为固体,而K2SO4在无机溶剂中溶解度是比较大的,要想使K2SO4析出只能降低其溶解度所以加入醇类溶剂目的降低K2SO4的溶解度,故选:
c;
(6)滤液A的成分中含有(NH4)2SO4以及KCl,即其中含有N、S、K元素,属于复合肥料,故答案为:
N、S、K。
3.以辉铜矿为原料生产碱式碳酸铜的工艺流程如图所示:
回答下列问题:
(1)若要提高辉铜矿煅烧效率可采取的措施有___(填两种)。
(2)气体X的主要成分是___(填化学式),写出该气体的一种用途___。
(3)蒸氨过程总反应的化学方程式是___。
(4)溶液E与Na2CO3溶液反应制取Cu2(OH)2CO3的离子反应方程式为___。
(5)某实验小组研究溶液E与Na2CO3溶液加料顺序及加料方式对产品的影响,实验结果如下:
实验序号
加料顺序及方式
沉淀颜色
沉淀品质
产率/%
1
溶液E一次加入Na2CO3溶液中并迅速搅拌
浅蓝色
品质较好
87.8
2
溶液E逐滴加入Na2CO3溶液中并不断搅拌
暗蓝色
品质好
71.9
3
Na2CO3溶液一次加入溶液E中并迅速搅拌
浅绿色
品质好
96.7
4
Na2CO3溶液一次加入溶液E中并不断搅拌
浅蓝色
品质较好
102.7
由上表可知制取Cu2(OH)2CO3最佳加料顺序及加料方式是___(填序号)。
【答案】减小辉铜矿颗粒大小、适当提高煅烧温度、增大O2浓度等SO2制备硫酸、漂白剂、防腐剂等[Cu(NH3)4]Cl2+H2O
CuO+2HCl↑+4NH3↑2Cu2++2CO32-+H2O=Cu2(OH)2CO3↓+CO2↑3
【解析】
【分析】
辉铜矿通入氧气充分煅烧,生成二氧化硫气体,固体B主要为CuO、Fe2O3,加入盐酸得到含有Cu2+、Fe3+的溶液,加入过量氨水,可得到[Cu(NH3)4]2+和Fe(OH)3,[Cu(NH3)4]2+经加热可得到CuO,加入酸酸化得到Cu2+,经浓缩后在溶液中加入碳酸钠可得到碱式碳酸铜,以此解答该题。
【详解】
(1)通过粉碎辉铜矿减小辉铜矿颗粒大小、适当提高煅烧温度、增大O2浓度等措施均可提高辉铜矿煅烧效率;
(2)Cu2S可与氧气反应生成二氧化硫,则气体X的主要成分是SO2,SO2是酸性氧化物,有漂白性、还原性,则利用SO2制备硫酸、漂白剂、防腐剂等;
(3)蒸氨过程[Cu(NH3)4]2+经加热可得到CuO,反应的方程式为[Cu(NH3)4]Cl2+H2O
CuO+2HCl↑+4NH3↑;
(4)向含有Cu2+的溶液中滴加Na2CO3溶液生成Cu2(OH)2CO3的离子反应方程式为2Cu2++2CO32-+H2O=Cu2(OH)2CO3↓+CO2↑;
(5)由图表信息可知Na2CO3溶液一次加入溶液E中并迅速搅拌,获得浅绿色的碱式碳酸铜,品质好,且产率高,故制取Cu2(OH)2CO3最佳加料顺序及加料方式是实验序号3。
4.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。
5.硫化氢(H2S)是一种有毒的可燃性气体,用H2S、空气和KOH溶液可以组成燃料电池,其电池总反应为2H2S+3O2+4KOH=2K2SO3+4H2O。
(1)该电池工作时正极应通入___。
(2)该电池负极的电极反应式为___。
(3)该电池工作一段时间后负极区溶液的pH__(填“升高”“不变”或“降低”)。
【答案】O2H2S+8OH--6e-=SO32-+5H2O降低
【解析】
【分析】
【详解】
(1)由电池总反应可知,反应中硫元素的化合价升高,发生氧化反应,氧气中氧的化合价降低,发生还原反应,则通入硫化氢的电极为负极,通入氧气的电极为正极。
答案为:
O2。
(2)碱性溶液中正极的电极反应式为:
O2+2H2O+4e-=4OH-,总反应减去正极反应得到负极反应式为:
H2S+8OH--6e-=SO32-+5H2O。
答案为:
H2S+8OH--6e-=SO32-+5H2O。
(3)由负极反应式可知,负极反应消耗OH-,同时生成水,则负极区溶液中c(OH-)减小,pH降低。
答案为:
降低。
【点睛】
电池反应中有氧气参加,氧气在反应中得到电子发生还原反应,根据原电池原理,负极发生氧化,正极发生还原,所以通入氧气的电极为电池的正极,酸性条件下的反应:
O2+4H++4e-=2H2O,碱性条件下的反应:
O2+2H2O+4e-=4OH-。
6.氮的氧化物是造成大气污染的主要物质。
研究氮氧化物的反应机理对于消除环境污染有重要意义。
NO在空气中存在如下反应:
2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)△H,上述反应分两步完成,其反应历程如图所示:
回答下列问题:
(1)写出反应I的热化学方程式___。
(2)反应I和反应Ⅱ中,一个是快反应,会快速建立平衡状态,而另一个是慢反应。
决定2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)反应速率的是___(填“反应I”或“反应Ⅱ”);对该反应体系升高温度,发现总反应速率反而变慢,其原因可能是___(反应未使用催化剂)。
【答案】2NO(g)⇌N2O2(g)△H=-(E3-E4)kJ/mol反应Ⅱ决定总反应速率的是反应Ⅱ,升高温度后反应I平衡逆向移动,造成N2O2浓度减小,温度升高对反应Ⅱ的影响弱于N2O2浓度减小的影响,N2O2浓度减小导致反应Ⅱ速率变慢
【解析】
【分析】
(1)根据图像分析反应I为2NO(g)⇌N2O2(g)的焓变,写出热化学方程式;
(2)根据图像可知,反应I的活化能<反应Ⅱ的活化能,反应I为快反应,反应Ⅱ为慢反应,决定该反应速率的是慢反应;决定正反应速率的是反应Ⅱ,结合升高温度对反应I和Ⅱ的影响分析可能的原因。
【详解】
(1)根据图像可知,反应I的化学方程式为:
2NO(g)⇌N2O2(g)△H=(E4-E3)kJ/mol=-(E3-E4)kJ/mol,故答案为:
2NO(g)⇌N2O2(g)△H=-(E3-E4)kJ/mol;
(2)根据图像可知,反应I的活化能<反应Ⅱ的活化能,反应I为快反应,反应Ⅱ为慢反应,决定2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g)反应速率的是慢反应Ⅱ;对该反应体系升高温度,发现总反应速率变慢,可能的原因是:
决定总反应速率的是反应Ⅱ,升高温度后反应I平衡逆向移动,造成N2O2浓度减小,温度升高对反应Ⅱ的影响弱于N2O2浓度减小的影响,N2O2浓度减小导致反应Ⅱ速率变慢,故答案为:
反应Ⅱ;决定总反应速率的是反应Ⅱ,升高温度后反应I平衡逆向移动,造成N2O2浓度减小,温度升高对反应Ⅱ的影响弱于N2O2浓度减小的影响,N2O2浓度减小导致反应Ⅱ速率变慢。
7.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。
8.在A、B两个恒容密闭容器中发生反应:
2NO2⇌2NO+O2反应过程中NO2的物质的量随时间变化的状况如图所示:
(1)若A容器的体积为5L,反应经6min达到平衡状态,则0~6min内以O2浓度变化表示的反应速率为___________。
(2)该反应化学平衡常数K=__________(写出表达式)。
(3)说明该反应已达到平衡状态的是_______。
A.v正(NO2)=v逆(NO) B.c(NO2)=c(NO)
C.气体的平均摩尔质量不变 D.气体的密度保持不变
(4)若A、B两容器中只是温度不同,则TA____TB(填“>”或“<”),请写出一条能提高二氧化氮转化率的措施_____________。
【答案】0.002mol/(L•min)
AC<升高温度(或减小压强)
【解析】
【分析】
(1)根据
计算反应速率;
(2)平衡常数是可逆化学反应达到平衡状态时生成物与反应物的浓度(方程式系数幂次方)乘积比或反应产物与反应底物的浓度(方程式系数幂次方)乘积比。
(3)反应达到平衡状态,各组分的浓度不随着时间的变化而变化,正逆反应速率相等,根据化学平衡状态的特征结合变量不变的状态是平衡状态来回答;
(4)温度越高达到平衡所需时间越短,不增加NO2的物质的量使平衡右移即可增大其转化率。
【详解】
(1)据图可知初始时n(NO2)=0.30mol,平衡时n(NO2)=0.18mol,△n(NO2)=0.12mol,△c(NO2)=
,则
,同一反应中反应速率之比等于化学计量数之比,所以v(O2)=0.002mol/(L•min),故答案为:
0.002mol/(L•min);
(2)根据平衡常数的定义可知该反应的平衡常数K=
,故答案为:
;
(3)A.反应平衡时v正(NO2)=v逆(NO2) ,同一反应反应速率之比等于计量数之比,所以v逆(NO2)=v逆(NO) ,所以v正(NO2)=v逆(NO) ,可以说明反应已达平衡;
B.反应过程中c(NO2)减小,c(NO)增大,某一时刻二者可能相等,但不能说明反应平衡;
C.反应过程中气体总质量不变,但气体的物质的量在改变,即平均摩尔质量会变,所以当气体的平均摩尔质量不变时可以说明反应平衡;
D.气体总质量不变,体积不变,故密度一直不变,所以密度不变时不能说明反应平衡;
故答案为:
AC;
(4)根据图可知容器B达到平衡所需时间更短,反应速率更大,温度更高,且平衡时二氧化氮浓度更低,说明温度升高平衡右移,正反应为吸热反应,升高温度可使平衡右移,增大二氧化氮的转化率,该反应为压强减小的反应,故减小压强可使平衡右移,增大二氧化氮的转化率,故答案为:
<;升高温度(或减小压强)。
【点睛】
同一反应中不同物质表示的反应速率之比等于计量数之比,直接求某物质的反应速率不好求时可以通过求其他物质的反应速率来推算。
9.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