高考化学与化学反应与能量有关的压轴题含详细答案.docx

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高考化学与化学反应与能量有关的压轴题含详细答案

高考化学与化学反应与能量有关的压轴题含详细答案

一、化学反应与能量练习题（含详细答案解析）

1．氨气是一种重要的化工产品。

（1）工业中用氯气和氢气在一定条件下合成氨气，有关方程式如下：

3H2（g）+N2（g）⇌2NH3（g）+92.4kJ

①对于该反应：

要使反应物尽可能快的转化为氨气，可采用的反应条件是__________，要使反应物尽可能多的转化为氨气，可采用的反应条件是__________：

（均选填字母）

A．较高温度B．较低温度C．较高压强D．较低压强E．使用合适的催化剂

工业上对合成氨适宜反应条件选择，是综合考虑了化学反应速率、化学平衡和设备材料等的影响。

②该反应达到平衡后，只改变其中一个因素，以下分析中不正确的是_______：

（选填字母）

A．升高温度，对正反应的反应速率影响更大

B．增大压强，对正反应的反应速率影响更大

C．减小生成物浓度，对逆反应的反应速率影响更大

③某化工厂为了综合利用生产过程中副产品CaSO4，和相邻的合成氨厂联合设计了制备（NH4）2SO4的工艺流程（如图），该流程中：

向沉淀池中通入足量的氨气的目的是______________________________，可以循环使用的X是_______________。

（填化学式）

（2）实验室中可以用铵盐与强碱共热得到氨气。

有关的离子方程式为_____________________。

①0.01mol/L硝酸铵溶液0.5L，与足量的氢氧化钠溶液共热，可产生氨气_____L（标准状态）。

②若有硝酸铵和硫酸铵的混合溶液0.5L，与足量的氢氧化钠溶液共热，可产生氨气0.025mol；在反应后的溶液中加入足量的氯化钡溶液，产生0.01mol白色沉淀，则原混合液中，硝酸铵的浓度为_______mol/L。

③现有硝酸铵、氯化铵和硫酸铵的混合溶液VL，将混合溶液分成两等分：

一份溶液与足量的氢氧化钠溶液共热，共产生氨气Amol；另一份溶液中慢慢滴入Cmol/L的氯化钡溶液BL，溶液中SO42-恰好全部沉淀；将沉淀过滤后，在滤液中继续滴入硝酸银溶液至过量，又产生Dmol沉淀。

则原混合溶液中，氯化铵的浓度为________mol/L，硝酸铵的浓度为_______mol/L。

（用含有字母的代数式表示）

【答案】ACEBCA生成正盐，使Ca2+完全沉淀CO2NH4++OH-

H2O+NH3

0.1120.01

【解析】

【分析】

（1）①要使反应物尽可能快的转化为氨气，需要加快反应速率，可以通过升高温度、增大压强和使用合适的催化剂实现；要使反应物尽可能多的转化为氨气，需要反应正向移动，反应3H2（g）+N2（g）⇌2NH3（g）+92.4kJ是气体体积减小的放热反应，可以通过增大压强和较低温度实现；

②根据影响平衡移动的条件分析判断；

③在上述流程的沉淀池中通入足量氨气的目的是一方面提供反应物，另一方面使溶液呈碱性有利于CO2的吸收，在煅烧炉中发生CaCO3

CaO+CO2↑，则X为CO2可在此制备实验中循环使用；

（2）铵盐与强碱共热得到氨气和水；

①根据NH4+元素守恒计算；

②根据NH4+元素守恒计算；；

③一份溶液与足量的氢氧化钠溶液共热，共产生氨气Amol，根据NH4++OH-═NH3+H2O可知每份中含有AmolNH4+，与氯化钡溶液完全反应消耗Cmol/LBaCl2溶液BL，根据Ba2++SO42-═BaSO4↓可知每份含有SO42-CBmol，将沉淀过滤后，在滤液中继续滴入硝酸银溶液至过量，又产生Dmol沉淀，根据Ag++Cl-=AgCl↓，结合前面加入CBmol的BaCl2溶液可知，每份含有Cl-（D-2BC）mol。

【详解】

（1）①要使反应物尽可能快的转化为氨气，需要加快反应速率，可以通过升高温度、增大压强和使用合适的催化剂实现，故选ACE；要使反应物尽可能多的转化为氨气，需要反应正向移动，反应3H2（g）+N2（g）⇌2NH3（g）+92.4kJ是气体体积减小的放热反应，可以通过增大压强和较低温度实现，故选BC；

②A.反应3H2（g）+N2（g）⇌2NH3（g）+92.4kJ是气体体积减小的放热反应，升高温度反应逆向移动，说明升高温度，对逆反应的反应速率影响更大，故A错误；

B.反应3H2（g）+N2（g）⇌2NH3（g）+92.4kJ是气体体积减小的放热反应，增大压强反应速率加快，反应正向移动，说明增大压强对正反应的反应速率影响更大，故B正确；

C.减小生成物浓度，反应逆向移动，说明减小生成物浓度对逆反应的反应速率影响更大，故C正确；

故选A。

③在上述流程的沉淀池中通入足量氨气的目的是一方面提供反应物，另一方面使溶液呈碱性有利于CO2的吸收，在煅烧炉中发生CaCO3

CaO+CO2↑，则X为CO2可在此制备实验中循环使用；

（2）铵盐与强碱共热得到氨气和水，离子方程式为：

NH4++OH-

H2O+NH3

；

①0.5L0.01mol/L硝酸铵溶液中硝酸铵的物质的量为：

0.5L

0.01mol/L=0.005mol，根据NH4+守恒，最多生成氨气0.005mol，标况下的体积为：

0.005mol

22.4L/mol=0.112L；

②由题意可知，在反应后的溶液中加入足量的氯化钡溶液，产生0.01molBaSO4白色沉淀，说明原溶液中含有硫酸根0.01mol，设硝酸铵的物质的量为xmol，根据NH4+守恒有x+0.01mol

2=0.025，得x=0.005mol，硝酸铵的浓度为

=0.01mol/L；

③一份溶液与足量的氢氧化钠溶液共热，共产生氨气Amol，根据NH4++OH-═NH3+H2O可知每份中含有AmolNH4+，与氯化钡溶液完全反应消耗Cmol/LBaCl2溶液BL，根据Ba2++SO42-═BaSO4↓可知每份含有SO42-CBmol，将沉淀过滤后，在滤液中继续滴入硝酸银溶液至过量，又产生Dmol沉淀，根据Ag++Cl-=AgCl↓，结合前面加入CBmol的BaCl2溶液可知，每份含有Cl-（D-2BC）mol，则原混合溶液中，氯化铵的浓度为

mol/L=

mol/L；每份中硝酸根的物质的量为：

n（NH4+）-n（Cl-）-2n（SO42-）=

，硝酸铵的浓度为

mol/L=

mol/L。

2．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

【解析】

【分析】

（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。

【详解】

（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。

故答案为：

2NH3＋CO2

H2NCOONH4，H2NCOONH4

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；故答案为：

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；

故答案为：

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。

【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。

3．某同学设计一个燃料电池（如图所示），目的是探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理。

根据要求回答相关问题：

（1）甲装置中，通入氢气的电极为________（填“正极”或“负极”），该极电极反应式为________；若将KOH溶液换成硫酸溶液，则正极电极反应式为__________________________。

（2）关于乙装置，下列说法正确的是________（填序号）；

①溶液中Na＋向C极移动

②从C极处逸出的气体能使湿润的KI淀粉试纸变蓝

③反应一段时间后通入适量HCl可恢复到电解前电解质的浓度

④若标准状况下Fe极产生2.24L气体，则溶液中转移0.2mol电子

该装置中发生的总反应的离子方程式为__________________________。

（3）乙装置中，X为阳离子交换膜，反应一段时间后交换膜左侧溶液中pH____（填“增大”、“减小”或“不变”）；若用饱和MgCl2溶液代替饱和氯化钠溶液，则该装置中发生的总反应______（填“改变”或“不变”）。

（4）如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将________（填“增大”“减小”或“不变”），精铜电极上的电极反应式为_______________________________。

【答案】负极H2-2e-+2OH-=2H2OO2+4e-+4H+=2H2O②③2Cl-+2H2O

2OH-+H2↑+Cl2↑增大改变减小Cu2++2e-=Cu

【解析】

【分析】

甲池为原电池，氧气发生还原反应，通入氧气的一极为正极，氢气发生还原反应，通入氢气的一极为负极；乙池中Fe电极与负极相连为阴极，石墨电极为阳极；丙池中精铜为阴极，粗铜为阳极。

【详解】

（1）氢氧燃料电池中氢气发生还原反应，所以通入氢气的一极为负极，电解质溶液为KOH溶液，所以电极方程式为H2-2e-+2OH-=2H2O；正极为通入氧气的一极，若电解质为硫酸，氧气得电子后会生成水，电极方程式为：

O2+4e-+4H+=2H2O；

（2）①C极为阳极，电解池中阳离子流向阴极，故错误；

②电解饱和食盐水时阳极上氯离子放电生成氯气，氯气可以使湿润的KI淀粉试纸变蓝，故正确；

③电解饱和食盐水阳极生成氯气，阴极生成氢气，所以反应一段时间后通入适量HCl可恢复到电解前电解质的浓度，故正确；

④电子不能在溶液中转移，故错误；

综上所述答案为②③；

乙装置中右侧阳极反应为：

2Cl--2e-=Cl2↑，左侧阴极反应为水电离的氢离子放电：

2H++2e-=H2↑，总反应为2Cl-+2H2O

2OH-+H2↑+Cl2↑；

（3）乙装置中右侧阳极反应为：

2Cl--2e-=Cl2↑，左侧阴极反应为水电离的氢离子放电：

2H++2e-=H2↑，水的电离平衡被破坏，电离出更多的氢氧根，X为阳离子交换膜，所以生成的OH-无法迁移到阳极，所以左侧溶液中pH增大；由于Mg2+会与OH-反应生成沉淀，所以总反应发生改变；

（4）丙池中阴极即精铜上发生反应：

Cu2++2e-=Cu，而阳极即粗铜上由于由比铜活泼的金属杂质放电，所以转移相同电子数目时，阳极不能生成与阴极消耗的等量的铜离子，所以硫酸铜溶液浓度减小。

【点睛】

第2题第4个选项为易错点，学生要注意审题，电子并不能在溶液中进行专业，不要盲目计算，

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．电化学在化学工业中有着广泛应用。

根据图示电化学装置，

（1）甲池通入乙烷（C2H6）一极的电极反应式为___。

（2）乙池中，若X、Y都是石墨，A是Na2SO4溶液，实验开始时，同时在两极附近溶液中各滴入几滴酚酞溶液，X极的电极反应式为___；一段时间后，在Y极附近观察到的现象是___。

（3）工业上通过电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，其工作原理如图所示，则阳极的电极反应式为__，阴极反应式为___。

【答案】C2H6+18OH--14e-=12H2O+2CO32-4OH--4e-=O2↑+2H2O电极表面产生气泡，附近溶液显红色Fe+8OH--6e-=FeO42-+4H2O2H2O+2e-=H2↑+2OH-

【解析】

【分析】

甲池为乙烷燃料电池，所以反应过程中乙烷被氧化，则通入乙烷的一极应为负极，通入氧气的一极为正极；乙池为电解池，X与电池正极相连为阳极，Y与负极相连为阴极。

【详解】

（1）通入乙烷的一极为负极，乙烷被氧化，由于电解质溶液KOH，所以生成碳酸根和水，电极方程式为：

C2H6+18OH--14e-=12H2O+2CO32-；

（2）X为阳极，硫酸钠溶液中水电离出的OH-在阳极放电生成氧气，电极方程式为：

4OH--4e-=O2↑+2H2O；Y电极为阴极，水电离出的氢离子在阴极放电生成氢气，水的电离受到促进电离出更多的氢氧根，Y电极附近显碱性，电极附近滴有酚酞，所以可以观察到Y电极附近有气泡产生且溶液显红色；

（3）阳极是铁，故阳极上铁放电生成FeO42-，由于是碱性环境，故电极方程式为：

Fe+8OH--6e-=FeO42-+4H2O；电解时，水电离的H+在阴极放电生成氢气，电极方程式为：

2H2O+2e-=H2↑+2OH-。

【点睛】

陌生电极反应式的书写步骤：

①根据题干找出反应物以及部分生成物，根据物质变化分析化合价变化并据此写出得失电子数；②根据电荷守恒配平电极反应式，在配平时需注意题干中电解质的环境；③检查电极反应式的守恒关系（电荷守恒、原子守恒、转移电子守恒等）。

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+

【解析】

【分析】

【详解】

（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．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。

8．如图所示：

（1）若开始时开关K与a连接，则铁发生电化学腐蚀中的________腐蚀（填“吸氧”或“析氢”），正极发生的电极反应式为_______________。

（2）若开始时开关K与b连接，两极均有气体产生，则N端是电源的________极（填“正”或“负”），电解池总反应的离子方程式为_________。

【答案】吸氧O2+4e-+2H2O==4OH-负2Cl-+2H2O

2OH-+Cl2↑+H2↑

【解析】

【分析】

从图中可以看出，当K与a相连时，形成原电池，Fe作负极，石墨作正极，发生吸氧腐蚀；当K与b相连时，形成电解池，若Fe电极作阳极，则发生Fe-2e-==Fe2+的反应，没有气体产生，不合题意，故Fe电极应作阴极。

【详解】

（1）若开始时开关K与a连接，则形成原电池，铁发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀，铁作负极，则石墨作正极，发生的电极反应式为O2+4e-+2H2O==4OH-。

答案为：

吸氧；O2+4e-+2H2O==4OH-；

（2）若开始时开关K与b连接，两极均有气体产生，由以上分析知，Fe作阴极，与电源的负极相连，则N端是电源的负极，发生H2O得电子生成H2和OH-的电极反应，阳极Cl-失电子生成Cl2，则电解池总反应的离子方程式为2Cl-+2H2O

2OH-+Cl2↑+H2↑。

答案为：

负；2Cl-+2H2O

2OH-+Cl2↑+H2↑。

【点睛】

分析电池反应时，电极的判断是解题的切入点。

若无外接直流电源，则装置为原电池；若有外接直流电源，则装置为电解池。

在电解池中，与电源负极相连的电极为电解池的阴极，与电源正极相连的电极为电解池的阳极。

9．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

【解析】

【分析】

（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amo