化学 化学反应与能量的专项 培优 易错 难题练习题及答案Word文件下载.docx

化学 化学反应与能量的专项 培优 易错 难题练习题及答案Word文件下载.docx

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【解析】

【分析】

根据流程：

金属镍废料（含Fe、Al等杂质），加盐酸酸浸后的酸性溶液中主要含有H+、Ni2+、Fe2+、Al3+，加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，反应为：

H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O，加入Na2CO3溶液调节溶液的pH范围4.7≤pH<

7.1，使Fe3+、Al3+全部沉淀，滤渣为Fe（OH）3、Al（OH）3，滤液主要含有Ni2+，加入Na2CO3溶液沉淀Ni2+，将得到的NiCO3沉淀用盐酸溶解得到二氧化碳和NiCl2溶液，将NiCl2溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到NiCl2•6H2O，据此分析作答。

【详解】

（1）为了提高镍元素的浸出率，在“酸浸”时可采取的措施有将镍废料磨成粉末、搅拌、适当升高温度方法、提高溶液中酸的浓度，都可以提高镍元素的浸出率；

（2）H2O2具有氧化性，加入H2O2氧化Fe2+为Fe3+，离子方程式为：

H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O；

（3）“调pH”的目的是沉淀Fe3+、Al3+，但不沉淀Ni2+，根据表格数据可知，应该控制溶液pH的范围为4.7≤pH＜7.1或[4.7，7.1）；

（4）滤液A中c（Ni2+）=1.0mol/L，欲使100mL该滤液中含有n（Ni2+）=0.1mol，则生成NiCO3需要CO32-为0.1mol，Ni2+刚好沉淀完全时，溶液中c（CO32-）=

=0.65mol/L，此时溶液中CO32-为0.065mol，故至少需要Na2CO3固体0.1mol+0.065mol=0.165mol，其质量m（Na2CO3）=0.165mol×

106g/mol=17.49g≈17.5g；

（5）将NiCl2溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到NiCl2•6H2O。

2．六氟磷酸锂（LiPF6）极易溶于水，可溶于醇等有机溶剂，常作锂离子电池的电解质。

某工氟磷灰石[Ca5（PO4）3F]为主要原料，制备六氟磷酸锂的流程如下：

已知：

HF的熔点为-83℃，沸点为19.5℃

回答下列问题：

（1）粉碎氟磷灰石的目的是________________________

（2）特制容器不能用玻璃容器，原因是________________（用文字叙述）

（3）沸腾炉中产生固液混合物，该混合物中含有CaSO4和________（除硫酸外）

（4）制备白磷（P4）中产生SiF4和一种还原性气体，制备白磷的化学方程式为________________

（5）尾气中PCl5用足量的烧碱溶液吸收生成两种盐，写出发生反应的离子方程式：

________________

（6）如果42.5kgLiCl参与反应，理论上可制备________kgLiPF6

【答案】增大接触面积，加快反应速率HF能与玻璃或陶瓷仪器中的二氧化硅反应H3PO44Ca5（PO4）3F+21SiO2+30C

20CuSiO3+3P4+SiF4↑+30CO↑PCl5+8OH-=PO43-+5Cl-+4H2O152

氟磷灰石粉碎后，加入浓硫酸加热的条件下发生Ca5[PO4]3F+5H2SO4=HF↑+3H3PO4+5CaSO4，气体A为HF，液化后，HF能与二氧化硅反应，不能在玻璃仪器中反应，需在特制容器中与LiCl反应；

氟磷灰石与焦炭、石英砂在1500℃发生4Ca5（PO4）3F+21SiO2+30C

20CuSiO3+3P4+SiF4↑+30CO↑，白磷与氯气点燃的条件下生成三氯化磷与五氯化磷的混合物，再与LiCl反应生成LiPF6和HCl。

（1）粉碎氟磷灰石，导致固体颗粒小，接触面积增大，其目的为增大接触面积，加快反应速率；

（2）生成的气体为HF，HF能与玻璃或陶瓷仪器中的二氧化硅反应，故需在特制容器反应；

（3）根据反应的方程式，混合物中含有CaSO4和H3PO4；

（4）制备白磷（P4）中产生SiF4和一种还原性气体CO，反应的方程式为4Ca5（PO4）3F+21SiO2+30C

20CuSiO3+3P4+SiF4↑+30CO↑；

（5）尾气中PCl5用足量的烧碱溶液吸收生成磷酸钠和氯化钠，离子方程式为PCl5+8OH-=PO43-+5Cl-+4H2O；

（6）LiCl+6HF+PCl5=LiPF6+6HCl，42.5kgLiCl的物质的量为1000mol，理论生成1000molLiPF6，质量为152kg。

3．化学肥料在农业生产中有重要作用。

农业生产中，大量施用的化肥主要是氮肥、磷肥、钾肥。

（1）普钙是磷肥，它的有效成分是________（写化学式）。

（2）尿素是一种含氮量较高的氮肥，工业生产尿素是将氨气与二氧化碳在加压、加热的条件下反应生成氨基甲酸铵（H2NCOONH4），再使氨基甲酸铵脱水得到尿素。

反应的化学方程式为______________、______________。

（3）农谚说的“粪和肥，肥料飞”指的是粪尿与草木灰搅和在一起会降低肥效。

请你说明其中的化学原理：

________________________。

（4）合成氨是生产氮肥的重要环节。

合成氨生产简易流程示意图如下：

从示意图可知其存在循环操作。

简要说明为什么在化工生产中经常采用循环操作？

______。

【答案】Ca（H2PO4）2·

H2O2NH3＋CO2

H2NCOONH4H2NCOONH4

H2NCONH2＋H2O粪尿最终转化为铵盐，而草木灰的有效成分为K2CO3，K2CO3受潮后水解为KOH，显碱性，NH4＋与OH－可发生反应生成NH3逸出而降低肥效从原因来讲，许多化学反应是可逆反应，转化率低；

从结果来说，循环操作的主要目的在于充分利用原料、降低成本；

从工艺设计来说，循环操作有利于连续化生产、减少工序；

从环保角度来说，实现全封闭生产，控制废弃物排放

（1）普钙的有效成分是磷酸二氢钙；

（2）氨气和二氧化碳在加压、加热条件下反应生成氨基甲酸铵，氨基甲酸铵脱水生成尿素和水；

（3）农谚说的“粪和肥，肥料飞”指的是粪尿与草木灰搅和在一起会降低肥效，粪尿最终转化为铵盐，而草木灰的有效成分为K2CO3，K2CO3受潮后水解为KOH，显碱性，NH4+与OH－可发生反应生成NH3逸出而降低肥效；

（4）可从生产成本（原料的利用率）、生产原理、生产工艺以及环保等角度综合分析化工生产过程中设计循环操作的目的、作用。

（1）普钙的成分为Ca（H2PO4）2·

H2O与CaSO4，其有效成分为Ca（H2PO4）2·

H2O。

故答案为：

Ca（H2PO4）2·

H2O；

（2）由题中信息，氨气和二氧化碳在加压、加热条件下反应生成氨基甲酸铵，氨基甲酸铵脱水生成尿素和水，利用原子守恒可直接写出反应的方程式：

2NH3＋CO2

H2NCOONH4，H2NCOONH4

H2NCONH2＋H2O。

H2NCONH2＋H2O；

（3）农谚说的“粪和肥，肥料飞”指的是粪尿与草木灰搅和在一起会降低肥效，粪尿最终转化为铵盐，而草木灰的有效成分为K2CO3，K2CO3受潮后水解为KOH，显碱性，NH4＋与OH－可发生反应生成NH3逸出而降低肥效；

粪尿最终转化为铵盐，而草木灰的有效成分为K2CO3，K2CO3受潮后水解为KOH，显碱性，NH4＋与OH－可发生反应生成NH3逸出而降低肥效；

（4）从反应特点来说，许多化学反应是可逆反应，转化率低；

从能源利用及经济方法来说，循环操作的主要目的在于充分地利用原料、降低成本；

从工艺流程来说，循环操作有利于连续化生产、减少工序；

从环保角度来说，实现全封闭生产，控制废弃物的排放；

从反应特点来说，许多化学反应是可逆反应，转化率低；

从环保角度来说，实现全封闭生产，控制废弃物的排放。

【点睛】

本题考查化学反应方程式的书写、化工生产等知识点，注意（3）中运用盐水解知识进行解释。

难点（4）可从生产成本（原料的利用率）、生产原理、生产工艺以及环保等角度综合分析化工生产过程中设计循环操作的目的、作用。

4．

（1）反应3Fe（s）+4H2O（g）

Fe3O4（s）+4H2（g）在一容积可变的密闭容器中进行，试回答：

（填“加快”、“不变”或“减慢”）。

①保持体积不变充入Ne，其反应速率___。

②保持压强不变充入Ne，其反应速率____。

（2）在一定条件下发生反应：

6NO（g）+4NH3（g）

5N2（g）+6H2O（g）。

某次实验中测得容器内NO及N2的物质的量随时间变化如图所示，图中v（正）与v（逆）相等的点为__（选填字母）。

（3）一定条件下，在2L密闭容器内，发生反应2NO2（g）

N2O4（g），n（NO2）随时间变化如下表：

时间/s

1

2

3

4

5

n（NO2）/mol

0.040

0.020

0.010

0.005

①用NO2表示0～2s内该反应的平均速率为___。

②在第5s时，NO2的转化率为__。

【答案】不变减慢cd0.0075mol·

L-1·

s-187.5%

（1）①保持体积不变充入Ne，各反应物和生成物的浓度不变，故反应速率不变；

②保持压强不变充入Ne，容器体积变大，各物质浓度减小，反应速率减慢；

（2）反应达到平衡时正逆反应速率相等，据图可知t2时刻后N2和NO的物质的量不再改变，说明反应到达平衡，所以c、d两个点v（正）与v（逆）相等；

（3）①2s内△n（NO2）=0.04mol-0.01mol=0.03mol，容器体积为2L，所以反应速率为

=0.0075mol·

s-1；

②第5s时，△n（NO2）=0.04mol-0.005mol=0.035mol，转化率为

=87.5%。

判断通入惰性气体或者改变压强对反应速率的影响时，关键看是否改变了反应物和生成物中气体的浓度，若浓度改变则影响反应速率，若浓度不变则不影响反应速率。

5．在我国南海、东海海底均存在大量的可燃冰（天然气水合物，可表示为

）。

2017年5月，中国首次海域可燃冰试采成功。

2017年11月3日，国务院正式批准将可燃冰列为新矿种。

可燃冰的开采和利用，既有助于解决人类面临的能源危机，又能生成一系列的工业产品。

（1）对某可燃冰矿样进行定量分析，取一定量样品，释放出的甲烷气体体积折合成标准状况后为166m3，剩余H2O的体积为0.8m3，则该样品的化学式中x=_________________。

（2）已知下表数据，且知H2O（l）=H2O（g）△H=+41

化学键

C—H

O=O

C=O

H—O

键能/

413

498

803

463

用甲烷燃烧热表示的热化学方程式为_____________________________________________________。

（3）甲烷燃料电池相较于直接燃烧甲烷有着更高的能量转化效率，某甲烷燃料电池，正极通入空气，以某种金属氧化物为离子导体（金属离子空穴中能传导O2-），该电池负极的电极反应式为__________________________________________。

（4）甲烷与水蒸气重整制氢是工业上获得氢气的重要手段。

若甲烷与脱盐水在一定条件下反应生成H2，同时得到体积比为1:

3的CO2和CO，该反应的化学方程式为_____________________________________。

混合气体中的CO2可用浓氨水脱除，同时获得氮肥NH4HCO3，该反应的离子方程式是_________________________________________________________。

【答案】6CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-892kJ·

mol-1CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O

NH3·

H2O+CO2=NH4++

（1）n（CH4）=

=

mol，n（H2O）=

mol，n（CH4）:

n（H2O）=

:

≈1:

6，所以x=6，故答案为：

6；

（2）由表格可知①CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）的△H=（4×

413+2×

498-2×

803×

-4×

463）kJ·

mol-1=-810kJ·

mol-1，又因为②H2O（l）=H2O（g）△H=41

，将①-2×

②得：

CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=（-810-2×

41）

=-892kJ·

mol-1，故答案为：

CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-892kJ·

mol-1；

（3）甲烷在负极失电子，被氧化，结合电解质、原子守恒、电荷守恒可得负极反应为：

CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O，故答案为：

CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O；

（4）由已知可知道，反应物为甲烷和水，生成物为氢H2、CO和CO2，结合CO2和CO的体积比为1:

3可得方程式为：

。

二氧化碳和氨水反应生成NH4HCO3的离子方程式为：

NH3·

，故答案为：

；

燃料电池电极反应的书写：

燃料在负极失电子，O2在正极得电子。

6．甲醇（CH3OH）是一种无色有刺激性气味的液体，在生活中有重要用途，同时也是一种重要的化工原料。

（1）甲醇燃料电池是目前开发最成功的燃料电池之一，这种燃料电池由甲醇、空气、KOH溶液（电解质溶液）构成，则下列说法正确的是___。

（已知甲醇在空气中燃烧生成CO2和H2O）

A．电池放电时通入空气的电极为负极

B．电池放电时负极的电极反应式为CH3OH-6e-=CO2↑+2H2O

C．电池放电时，电解质溶液的碱性逐渐减弱

D．电池放电时每消耗6.4gCH3OH转移1.2mol电子

（2）写出甲醇燃料电池在酸性条件下负极的电极反应式：

___。

【答案】CDCH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+

（1）A.通甲醇的电极为负极，通空气的电极为正极，A项错误；

B.在碱性电解质溶液中负极的电极反应式为

，B项错误；

C.在放电过程中，OH-参与电极反应，不断被消耗，导致电解质溶液碱性减弱，C项正确；

D.电池放电时每消耗6.4gCH3OH，即0.2molCH3OH，转移电子数

，D项正确；

故答案选CD；

（2）甲醇燃料电池中，在酸性条件下甲醇在负极失电子生成CO2，电极反应式为CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+，故答案为：

CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+。

7．

（1）二氧化硫一空气质子交换膜燃料电池可以利用大气所含SO2快速启动，其装置示意图如图：

①质子的流动方向为________________（“从A到B”或“从B到A”）。

②负极的电极反应式为________________。

（2）工业上吸收和转化SO2的电解装置示意图如下（A．B均为惰性电极）：

①B极接电源的________________极（“负”或“正”）。

②A极的电极反应式是_________________。

【答案】从A到BSO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+正2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O

（1）①二氧化硫发生氧化反应，氧气发生还原反应，所以二氧化硫所在电极为负极，氧气所在电极为正极，原电池中阳离子移向正极，所以质子移动方向为：

从A到B；

②二氧化硫在负极失去电子发生氧化反应，电极反应式为：

SO2-2e-+2H2O═SO42-+4H+；

（2）①依据图示可知，二氧化硫被氧化为硫酸根，所以二氧化硫所在的区为阳极区，阳极与电源的正极相连，即B极接电源的正极；

②A为阴极，得电子发生还原反应由SO32-生成S2O42-，电极反应式为2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O。

8．在一密闭容器中发生反应N2+3H2

2NH3，△H＜0；

达到平衡后，只改变某一个条件时，反应速率与反应时间的关系如图所示,回答下列问题：

（1）处于平衡状态的时间段是______（填选项）；

A．t0～t1　　　B．t1～t2　　　C．t2～t3

D．t3～t4E．t4～t5　　F．t5～t6

（2）t1、t3、t4时刻分别改变的一个条件是（填选项）；

A．增大压强B．减小压强C．升高温度

D．降低温度E．加催化剂F充入氮气

t1时刻__________；

t4时刻__________；

（3）依据

（2）中的结论，下列时间段中，氨的百分含量最高的是________（填选项）；

A．t0～t1B．t2～t3C．t3～t4D．t5～t6

（4）如果在t6时刻，从反应体系中分离出部分氨，t7时刻反应达到平衡状态，请在图中画出反应速率的变化曲线_________；

（5）一定条件下，合成氨反应达到平衡时，测得混合气体中氨气的体积分数为20%，则反应后与反应前的混合气体体积之比为____________________。

【答案】ACDFCBA

5:

6

（1）根据图示结合v正=v逆，判断是否处于平衡状态；

（2）由图可知，t1正逆反应速率均增大，且逆反应速率大于正反应速率；

t4时正逆反应速率均减小，且逆反应速率大于正反应速率；

（3）由图可知，t1平衡逆向移动，t3不移动，t4平衡逆向移动，根据移动结果分析；

（4）分离出生成物，逆反应速率瞬间减小，平衡正向移动；

（5）设反应前加入amolN2，bmolH2，达平衡时生成2xmolNH3，根据三段式和氨气的体积分数计算．

（1）根据图示可知，t0～t1、t2～t3、t3～t4、t5～t6时间段内，v正、v逆相等，反应处于平衡状态，故答案为：

ACDF；

（2）由N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）△H＜0，可知，该反应为放热反应，且为气体体积减小的反应，则由图可知，t1正逆反应速率均增大，且逆反应速率大于正反应速率，改变条件应为升高温度；

t4时正逆反应速率均减小，且逆反应速率大于正反应速率，改变条件应为减小压强，

C；

B；

（3）由图可知，t1平衡逆向移动，t3不移动，t4平衡逆向移动，均使氨气的含量减少，则t0～t1氨气的含量最大，故答案为：

A；

（4）t6时刻移出部分氨气，逆反应速率瞬间减小，正反应速率该瞬间不变，平衡正向移动，逆反应速率增大，正反应速率减小，直至平衡，故答案为：

（5）设反应前加入amolN2，bmolH2，达平衡时生成2xmolNH3，则有

则反应后气体总的物质的量=（a+b-2x）mol，

，解得：

a+b=12x，故反应后与反应前的混合气体体积之比=

5：

6。

9．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）

（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。

（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=

（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；

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