高考化学 化学反应与能量 培优练习含答案.docx

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高考化学化学反应与能量培优练习含答案

高考化学化学反应与能量培优练习（含答案）

一、化学反应与能量练习题（含详细答案解析）

1．NiCl2是化工合成中最重要的镍源，在实验室中模拟工业上以金属镍废料（含Fe、Al等杂质）为原料生产NiCl2的工艺流程如下：

下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH

氢氧化物

Fe（OH）3

Fe（OH）2

Al（OH）3

Ni（OH）2

开始沉淀的pH

2.1

6.5

3.7

7.1

沉淀完全的pH

3.3

9.7

4.7

9.2

（1）为了提高镍元素的浸出率，在“酸浸”时可采取的措施有__________（写一条即可）。

（2）加入H2O2时发生主要反应的离子方程式为__________。

（3）“调pH”时，控制溶液pH的范围为__________。

（4）“沉镍”过程中，若滤液A中c（Ni2＋）=1.0mol/L，欲使100mL该滤液中的Ni2＋沉淀完全［即溶液中c（Ni2＋）≤1.0×10-5］，则需用托盘天平称取Na2CO3固体的质量至少为_____g。

（已知Ksp（NiCO3）=6.5×10-6，忽略溶液体积的变化）

（5）流程中由溶液得到NiCl2·6H2O的实验操作步骤依次为______、过滤、洗涤、干燥。

【答案】将镍废料磨成粉末（或搅拌，或适当升高温度，或提高酸的浓度）H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O4.7≤pH<7.1或［4.7，7.1）17.5蒸发浓缩、冷却结晶

【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．钴和锌是重要的有色金属，其单质及化合物被广泛用于国民经济各个领域。

一种从有机废催化剂中回收钴和锌的工艺流程如下：

已知：

“浸出”后溶液中含有Co2＋、Zn2＋、Mn2＋、Fe2＋、Fe3＋等。

请回答：

（1）“煅烧”的目的为______________________________。

（2）“净化”时，与KMnO4发生反应的所有离子方程式有_____________________________。

（3）“沉钴”时，发生如下反应：

（NH4）2S2O8＋H2O→NH4HSO4＋H2O2；H2O2→H2O＋O；···········；Co3＋＋H2O→Co（OH）3＋H＋。

所缺的化学方程式为______________________________；每生成1molCo（OH）3，理论上消耗（NH4）2S2O8的物质的量为__________。

（4）Co（OH）3沉淀应依次用稀硫酸和水洗涤，检验沉淀是否洗涤干净的方法是____________。

（5）“沉钴”时pH不能太高，其原因为______________________________；“沉锌”时温度不能太高，其原因为________________________________________。

（6）取“沉锌”后所得固体34.1g，煅烧后得到固体24.3g，将生成的气体通过足量的浓硫酸，增重5.4g。

则所得固体的化学式为____________。

【答案】除去其中的有机物（或将金属元素转化为氧化物，有利于后续浸出，合理即可）MnO4-+3Fe2++7H2O=MnO2↓+3Fe（OH）3↓+5H+、3Mn2++2MnO4-+2H2O=5MnO2↓+4H+2Co2++O+2H+=2Co3++H2O0.5mol取最后一次洗涤液少许于试管中，向其加入氯化钡溶液，没有白色沉淀生成，证明洗涤干净防止Zn2+提前沉淀防止NH4HCO3热分解ZnCO3∙2Zn（OH）2∙H2O

【解析】

【分析】

将废催化剂高温煅烧，将有机废催化剂中的有机物除去，并将金属元素转化为金属氧化物，用硫酸对煅烧产物进行酸浸，pH控制在1~5，得到含有Co2＋、Zn2＋、Mn2＋、Fe2＋、Fe3＋的浸出液，调节溶液pH值为5~5.2，加入高锰酸钾将Mn2＋、Fe2＋氧化并转化为Fe（OH）3和MnO2除去，再次调节溶液pH值为4.5，加入（NH4）2S2O8将Co2＋氧化为Co3＋并转化为Co（OH）3沉淀除去，调节pH值为8，加入碳酸氢铵使锌离子转化为ZnCO3∙xZn（OH）2∙yH2O沉淀，据此分析解答。

【详解】

（1）“煅烧”可以除去其中的有机物，同时可将金属元素转化为金属氧化物，有利于后续浸出；

（2）“净化”时，加入KMnO4的目的是除去溶液中的Fe2+和Mn2+，反应的离子方程式为：

MnO4-+3Fe2++7H2O=MnO2↓+3Fe（OH）3↓+5H+、3Mn2++2MnO4-+2H2O=5MnO2↓+4H+；

（3）从流程中可以看出，“沉钴”时，（NH4）2S2O8为氧化剂，因此除去的是Co2＋，结合所给反应过程，缺少将Co2＋转化为Co3＋的反应，则可得所缺的化学方程式为2Co2++O+2H+=2Co3++H2O；根据电荷守恒可得，（NH4）2S2O8~H2O2~O~2Co3+~2Co（OH）3，每生成1molCo（OH）3理论上消耗（NH4）2S2O8的物质的量为0.5mol；

（4）Co（OH）3沉淀应依次用稀硫酸和水洗涤，检验Co（OH）3沉淀是否洗涤干净，也就是检验是否含有硫酸根离子，可取取最后一次洗涤液少许于试管中，向其加入氯化钡溶液，没有白色沉淀生成，证明洗涤干净；

（5）“沉钴”时pH不能太高，防止Zn2+提前沉淀；“沉锌”时，加入NH4HCO3，铵盐受热易分解，温度不能太高，防止NH4HCO3热分解；

（6）取“沉锌”后所得固体34.1g，煅烧后得到固体24.3g，将生成的气体通过足量的浓硫酸，增重5.4g，增重的质量为水，根据质量守恒，煅烧生成的CO2气体的物质的量为

=0.1mol，根据元素守恒可知ZnCO3∙xZn（OH）2∙yH2O为0.1mol，煅烧后生成的ZnO的物质的量为

=0.3mol，根据Zn元素守恒，0.1mol+0.1molx=0.3mol，则x=2，生成水的物质的量为

=0.3mol，根据氢元素守恒，0.1mol×2×2+0.1mol×2y=0.3mol×2，则y=1，则所得固体的化学式为ZnCO3∙2Zn（OH）2∙H2O。

3．阅读下列材料，并完成相应填空

钯（Pd）是一种不活泼金属，性质与铂相似。

在科研和工业生产中，含钯催化剂不仅用途广泛，且用量大，因此从废催化剂中回收钯具有巨大的经济效益。

已知废催化剂的主要成分是钯和活性炭，还含有少量铁、锌。

工业上采用如下流程从废催化剂中提取钯。

（1）气体I的化学式为__________，酸溶I的目的是___________。

（2）王水指是浓硝酸和浓盐酸组成的混合物，其体积比为__________。

残渣与王水发生的反应有：

a.Pd+HCl+HNO3→……

b.___________（写出化学方程式并配平）。

（3）若用足量的烧碱吸收气体II，请写出吸收后溶液中含有的溶质的化学式：

NaOH、_______、________、________。

（4）写出用NaHCO3调节pH值时发生反应的离子方程式：

_________。

使用甲醛还原钯的化合物时，溶液须保持碱性，否则会造成甲醛的额外损耗，原因是______________。

（5）操作I的名称是_______________，溶液I可能含有的有机离子为_________。

（6）有人提出，在进行酸溶前最好先将废催化剂在700℃下进行灼烧，同时不断通入空气，其目的是____________。

【答案】H2除去铁、锌等杂质1:

3C+4HNO3＝CO2↑+4NO2↑+2H2ONaNO3NaNO2Na2CO3HCO3-+H+=H2O+CO2↑酸性条件下，甲醛会被硝酸氧化过滤HCOO-（甲酸根离子）除去废催化剂中的活性炭，减少王水的消耗（必须涉及炭的除去）

【解析】

【分析】

酸溶时铁和锌能与盐酸反应产生氢气，过滤出的残渣用王水溶解，然后通过碳酸氢钠调节pH，最后通过甲醛还原得到金属钯，据此解答。

【详解】

（1）铁和锌能与盐酸反应产生氢气；废催化剂的主要成分是钯和活性炭，还含有少量铁、锌，而实验的目的是从废催化剂中提取钯，所以酸溶I的目的是除去铁、锌等杂质；

（2）王水是浓硝酸与盐酸按体积比1：

3的混合物，浓硝酸具有氧化性，能将碳氧化生成二氧化碳，本身被还原成一氧化氮，反应的方程式为：

C+4HNO3＝CO2↑+4NO2↑+2H2O；

（3）氢氧化钠与二氧化氮、二氧化碳反应的方程式：

2NO2+2NaOH＝NaNO3+NaNO2+H2O，2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O，同时氢氧化钠过量，所以吸收后溶液中含有的溶质的化学式：

NaOH、NaNO3、NaNO2、Na2CO3；

（4）NaHCO3能和盐酸发生反应，离子方程式为：

HCO3-+H+＝H2O+CO2↑，甲醛具有还原性，酸性条件下，甲醛会被硝酸氧化；

（5）金属钯不溶于水，利用过滤的方法分离，甲醛会被硝酸氧化生成甲酸，所以溶液I可能含有的有机离子为HCOO-；

（6）由于废催化剂中的含有活性炭，不断通入空气，能除去活性炭，同时减少王水的消耗。

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

0

1

2

3

4

5

n（NO2）/mol

0.040

0.020

0.010

0.005

0.005

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%

【解析】

【分析】

【详解】

（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·L-1·s-1；

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

=87.5%。

【点睛】

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．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。

6．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-。

7．现将一定量NO2和N2O4的混合气体通入一定体积为2L的恒温密闭容器中，反应物浓度随时间变化关系如图。

已知：

2NO2（g）

N2O4（g）+Q。

（1）前10min内用NO2表示的化学反应速率v（NO2）=___；

（2）a、b、c、d四个点中，表示化学反应处于平衡状态是___；

（3）35min时，反应2NO2（g）

N2O4（g）在d点的平衡常数K（d）___K（b）（填“>”、“=”或“<”）。

（4）若要达到使NO2（g）的百分含量与d点相同的化学平衡状态，在25min时还可以采取的措施是___。

A．加入催化剂B．缩小容器体积C．升高温度D．加入一定量的N2O4

【答案】0.04mol/（L·min）b和d=B、D

【解析】

【分析】

据图可知单位时间内X的浓度变化是Y的两倍，根据方程式2NO2（ g ）⇌N2O4（g）+Q可知，反应中NO2的浓度变化是N2O4的两倍，所以X表示NO2浓度随时间的变化曲线，Y表示N2O4浓度随时间的变化曲线。

【详解】

（1）根据分析可知X表示NO2浓度随时间的变化曲线，则v（NO2）=

=0.04mol/（L·min）；

（2）达到平衡时X、Y的物质的量不发生变化，故b、d处于化学平衡状态；

（3）据图可知25min时NO2的浓度瞬间增大，N2O4的浓度不变，可知改变的条件是又通入一定量的NO2，温度不变，则平衡常数不变，所以K（d）=K（b）；

（4）因在25 min时，增大了NO2的浓度，同时容器内压强也增大，则d点平衡状态NO2的百分含量小于b点NO2百分含量，

A．使用催化剂不影响平衡移动，二氧化氮含量不变，故A错误；

B．缩小体积，压强增大，平衡正向移动，二氧化氮含量减小，故B正确；

C．正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，二氧化氮含量增大，故C错误；

D．加入一定量的N2O4，等效为增大压强，平衡正向移动，二氧化氮含量减小，故D正确；

故答案为：

BD。

【点睛】

第4为易错点，学生容易认为d点二氧化氮浓度大，则二氧化氮含量高，注意等效平衡原理的应用。

8．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。

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）

【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