高考化学与化学反应与能量变化有关的压轴题含答案解析.docx

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高考化学与化学反应与能量变化有关的压轴题含答案解析

高考化学与化学反应与能量变化有关的压轴题含答案解析

一、化学反应与能量变化练习题（含详细答案解析）

1．有七种金属：

钾、锌、铁、锡、铜、银、铂，它们的标号分别为A、B、C、D、E、F、G。

①常温下，只有A和水反应生成氢气；②D、E、G都能和稀硫酸反应生成氢气，B、C、F无此性质；③C、F组成原电池时，F为正极；④在G的硫酸盐溶液中加入D，发现D溶解，G析出；⑤将G、E接触放置，E不易锈蚀；⑥以铂作电极，电解相同浓度的B和C的硝酸盐溶液时，在阴极上首先得到C，G在空气中放置极易生锈。

则A是___，B是___，C是___，D是___，E是__，F是__。

【答案】钾铜银锌锡铂

【解析】

【分析】

根据①特别活泼的金属K、Ca、Na能够与冷水反应放出氢气；②比较活泼的金属可以与稀硫酸反应产生氢气；排在H后面的金属不能与酸发生置换反应；③活动性不同的金属构成原电池时，比较活泼的金属为负极，不活泼的金属为正极；④活动性强的金属可以把活动性弱的金属置换出来；⑤在金属的电化学腐蚀中，相对活泼的容易被腐蚀；⑥在电解池中，不活泼的金属阳离子优先获得电子，在电极上被还原，据此分析。

【详解】

有七种金属：

钾、锌、铁、锡、铜、银、铂，它们的标号分别为A、B、C、D、E、F、G。

①常温下，只有A和水反应生成氢气，根据金属活动性顺序表，可知A为K；②D、E、G都能和稀硫酸反应生成氢气，B、C、F无此性质，说明D、E、G在金属活动性顺序表中排在H的前边，可能为锌、铁、锡；而B、C、F则排在H的后边，可能为铜、银、铂；③C、F组成原电池时，F为正极，则金属活动性：

C>F；④在G的硫酸盐溶液中加入D，发现D溶解，G析出，说明金属活动性D>G；⑤将G、E接触放置，E不易锈蚀，说明金属活动性G>E；G在空气中放置极易生锈，则G为Fe，金属活动性D>G，则D是Zn，E为Sn；B、C、F分别为铜、银、铂的一种由于Pt不活泼，通常以金属单质存在，⑥以铂作电极，电解相同浓度的B和C的硝酸盐溶液时，在阴极上首先得到C，金属活动性：

B>C则B是Cu，C是Ag，F是Pt。

综上所述可知A是K，B是Cu，C是Ag，D是Zn，E是Sn，F是Pt，G是Fe，七种元素的名称分别是钾、铜、银、锌、锡、铂、铁。

【点睛】

本题考查了金属元素的推断。

可以根据金属活动性顺序表可以判断金属活动性的强弱。

在金属活动性顺序表中，钾、钙、钠可以与冷水迅速反应产生氢气，排在氢全前边的金属可以把酸中的氢置换出来，排在前边的金属可以把后边的金属从盐中置换出来；还可以根据原电池反应原理比较金属活动性的强弱。

一般情况下相当较活泼的金属为负极，失去电子，发生氧化反应，较不活泼的金属为正极，溶液中的阴离子获得电子，发生还原反应；也可以根据电解原理分析，用惰性电解电解时，金属的活动性越弱，其相应的阳离子优先获得电子，被还原为金属单质。

掌握判断方法是正确推断的基础。

2．W、X、Y、Z是四种原子序数依次增大的短周期元素，W、X两种元索可组成W2x和W2X2两种常见的无色液体化合物，Y2X2为淡黄色固体化合物，Z的原子序数是X的原子序数的两倍。

请回答下列问题：

（1）Z元素的名称是___________。

（2）W、X、Y三种元素形成的化合物的电子式_____________

（3）写出Y2X2中所含化学键有：

___________。

（4）写出Y2X2和W2X反应的化学方程式：

_______________

（5）W2和X2是组成某种燃料电池的两种常见物质，如图所示，通人X2的电极是___（填“正极”或“负极”），写出通人W2的电极的电极反应式:

________________

【答案】硫

离子键和共价键2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑正H2-2e-=2H+

【解析】

【分析】

W、X两种元素可组成W2X和W2X2两种常见的无色液体化合物，故W为H元素；X为O元素；Y2X2为淡黄色固体化合物，故Y为Na元素；Z的原子序数是X的原子序数的两倍，故Z为S元素，据此进行分析。

【详解】

W、X两种元素可组成W2X和W2X2两种常见的无色液体化合物，故W为H元素；X为O元素；Y2X2为淡黄色固体化合物，故Y为Na元素；Z的原子序数是X的原子序数的两倍，故Z为S元素；

（1）Z元素的名称是S元素；

（2）W、X、Y三种元素分别为H、O、Na，形成的化合物是NaOH，是离子化合物，其电子式为

；

（3）Y2X2为Na2O2，是离子化合物，所含化学键有离子键和共价键；

（4）Y2X2为Na2O2，W2X为H2O，两者反应生成NaOH和O2，反应的化学方程式为2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑；

（5）X2为O2，氢氧燃料电池，负极通氢气，正极通氧气，发生还原反应，故通入O2的电极是正极；W2为H2，通H2的极负极，负极发生氧化反应，故电极反应方程式为H2-2e-=2H+。

3．用零价铁（Fe）去除水体中的硝酸盐（NO3-）已成为环境修复研究的热点之一。

Fe还原水体中NO3-的反应原理如图所示。

①作负极的物质是________。

②正极的电极反应式是_________。

【答案】铁NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O

【解析】

【分析】

【详解】

根据图示可知在反应中Fe单质失去电子变为Fe3O4，NO3-得到电子被还原产生NH4+，所以Fe作负极，正极上NO3-得到电子被还原产生NH4+，正极的电极反应式为：

NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O。

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．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。

6．高铁电池是一种新型可充电电池该电池能较长时间保持稳定的放电电压。

高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O

3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH。

（1）高铁电池的负极材料是___。

（2）放电时，正极发生__（填“氧化”或“还原”）反应；负极的电极反应式为__。

（3）放电时，__（填“正”或“负”）极附近溶液的碱性增强。

【答案】Zn还原Zn-2e-+2OH-=Zn（OH）2正

【解析】

【分析】

放电时该装置相当于原电池，根据原电池有关原理进行解答。

【详解】

（1）电池的负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应。

由高铁电池放电时的总反应方程式可知，负极材料应为Zn。

答案为：

Zn。

（2）原电池放电时，正极得到电子发生还原反应，负极材料为锌，失电子发生氧化反应，由总反应可知溶液为碱性，所以负极反应式为：

Zn-2e-+2OH-=Zn（OH）2。

答案为：

还原；Zn-2e-+2OH-=Zn（OH）2。

（3）放电时K2FeO4中的Fe的化合价由+6价变为+3价，发生还原反应，电极反应式为：

FeO42-+4H2O+3e-=Fe（OH）3+5OH-，正极上生成氢氧根离子导致溶液中氢氧根离子浓度增大，溶液的碱性增强。

答案为：

正。

7．有甲、乙两位学生利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人都使用镁片与铝片作电极，但甲同学将电极放入6mol·L-1硫酸溶液中，乙同学将电极放入6mol·L-1的氢氧化钠溶液中，如图所示。

（1）写出甲池中正极的电极反应式__。

（2）写出乙池中负极的电极反应式__。

（3）写出乙池中总反应的离子方程式__。

（4）如果甲与乙同学均认为“构成原电池的电极材料如果都是金属，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”，则甲会判断出__活动性更强，而乙会判断出__活动性更强（填写元素符号）。

（5）由此实验，可得到如下哪些结论正确（________）

A．利用原电池反应判断金属活动顺序时应注意选择合适的介质

B．镁的金属性不一定比铝的金属性强

C．该实验说明金属活动顺序已过时，已没有实用价值

D．该实验说明化学研究对象复杂、反应受条件影响较大，因此应具体问题具体分析

（6）上述实验也反过来证明了“直接利用金属活动顺序判断原电池中的正负极”这种做法__（可靠或不可靠）。

如不可靠，请你提出另一个判断原电池正负极的可行实验方案__（如可靠，此空可不填）。

【答案】2H＋＋2e-=H2↑2Al＋8OH-－6e-=2AlO2-＋4H2O2Al＋2OH-＋2H2O=2AlO2-＋3H2↑MgAlAD不可靠将两种金属作电极连上电流计后插入电解质溶液，构成原电池，利用电流计测定电流的方向，从而判断电子流动方向，再确定原电池正负极

【解析】

【分析】

甲同学依据的化学反应原理是Mg＋H2SO4=MgSO4＋H2↑，乙同学依据的化学反应原理是2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑。

由于铝与碱的反应是一个特例，不可作为判断金属性强弱的依据。

判断原电池的正极、负极要依据实验事实。

【详解】

（1）甲中镁与硫酸优先反应，甲池中正极上氢离子得电子产生氢气，电极反应式为：

2H＋＋2e-=H2↑；

（2）乙池中负极上铝失电子在碱性条件下生成AlO2-，电极反应式为2Al＋8OH-－6e-=2AlO2-＋4H2O；

（3）乙池中铝与氢氧化钠反应，镁与氢氧化钠不反应，总反应的离子方程式为：

2Al＋2OH-＋2H2O=2AlO2-＋3H2↑；

（4）甲中镁作负极、乙中铝作负极，根据作负极的金属活泼性强判断，甲中镁活动性强、乙中铝活动性强，故答案为：

Mg；Al；

（5）A．根据甲、乙中电极反应式知，原电池正负极与电解质溶液有关，故A正确；

B．镁的金属性大于铝，但失电子难易程度与电解质溶液有关，故B错误；、

C．该实验说明电解质溶液性质影响电极的正负极，不能说明金属活动性顺序没有使用价值，故C错误；

D．该实验说明化学研究对象复杂，反应与条件有关，电极材料相同其反应条件不同导致其产物不同，所以应具体问题具体分析，故D正确；

故选AD；

（6）上述实验也反过来证明了“直接利用金属活动顺序表判断原电池中的正负极”这种做法不可靠。

可行实验方案如：

将两种金属作电极连上电流计后插入电解质溶液，构成原电池，利用电流计测定电流的方向，从而判断电子流动方向，再确定原电池正负极。

【点睛】

本题考查了探究原电池原理，明确原电池中各个电极上发生的反应是解本题关键，注意不能根据金属的活动性强弱判断正负极，要根据失电子难易程度确定负极，为易错点。

利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质；该实验还说明化学研究对象复杂，反应受条件影响较大，因此应具体问题具体分析。

8．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+。

9．

（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-。

10．

（1）依据反应：

2Ag＋（aq）＋Cu（s）

Cu2＋（aq）＋2Ag（s）设计的原电池如下图甲所示。

①电极X的材料是___________；Y溶液可以是____________；

②银电极上发生的电极反应式是_________________________。

③在电池放电过程中，盛有饱和KCl琼脂溶胶的盐桥中，向CuSO4溶液一端扩散的离子是______（填离子符号）。

（2）金属腐蚀一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀，可以采用电化学手段进行防腐。

①炒菜的铁锅未及时清洗容易生锈。

写出铁锅生锈过程的正极反应式__________________。

②为了减缓某水库铁闸门被腐蚀的速率，可以采用下图乙所示的方案，其中