高考化学化学反应与能量大题培优附答案解析.docx
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高考化学化学反应与能量大题培优附答案解析
高考化学化学反应与能量（大题培优）附答案解析
一、化学反应与能量练习题（含详细答案解析）
1．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。
2．以镍废料（主要成分为镍铁合金，含少量铜）为原料，生产NiO的部分工艺流程如下：
已知：
下表列出了几种金属离子生成氢氧化物沉淀的pH（开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol·L－1计算）。
氢氧化物
Fe（OH）3
Fe（OH）2
Ni（OH）2
开始沉淀的pH
1.5
6.5
7.7
沉淀完全的pH
3.3
9.9
9.2
（1）“除铁”时需控制溶液的pH范围为________。
（2）“滤渣”的主要成分为________（填化学式）。
（3）“沉镍”时得到碱式碳酸镍[用xNiCO3·yNi（OH）2表示]沉淀。
①在隔绝空气条件下，“煅烧”碱式碳酸镍得到NiO，该反应的化学方程式为________。
②“沉镍”时，溶液pH增大，碱式碳酸镍中Ni元素含量会增加，原因是________。
【答案】3.3≤pH<7.7CuSxNiCO3·yNi（OH）2
（x＋y）NiO＋xCO2↑＋yH2ONi（OH）2中Ni含量高于NiCO3，pH越大，碱式碳酸镍中Ni（OH）2比例增大
【解析】
【分析】
以镍废料（主要成分为镍铁合金，含少量铜）为原料，加入硫酸、硝酸酸浸，Ni转化为NiSO4，同时生成亚铁离子、铁离子、铜离子等，加入过氧化氢，可氧化亚铁离子生成铁离子，加入氢氧化钠调节pH可生成氢氧化铁沉淀，然后通入硫化氢生成CuS沉淀，达到除铜的目的，在滤液中加入碳酸钠溶液可生成xNiCO3•yNi（OH）2，煅烧可生成NiO；
（1）根据表格数据分析“除铁”时要求铁离子全部除掉需要的pH；
（2）S2-可与Cu2+反应生成CuS沉淀；
（3）①在隔绝空气条件下，“煅烧”碱式碳酸镍得到NiO，xNiCO3·yNi（OH）2高温下分解生成NiO、CO2和H2O；
②pH越大，溶液碱性越强，结合碱式碳酸镍[用xNiCO3·yNi（OH）2表示]组成分析；
【详解】
（1）“除铁”时要求铁离子全部除掉，pH
3.3，镍离子和铜离子留在溶液中，pH<7.7，所以需控制溶液的pH范围为3.3≤pH<7.7；
（2）向除铁后的滤液中通入H2S气体，发生反应H2S+Cu2+=CuS↓+2H+，因此滤渣的成分为CuS；
（3）①在隔绝空气条件下，“煅烧”碱式碳酸镍得到NiO，xNiCO3·yNi（OH）2高温下分解生成NiO、CO2和H2O，其化学方程式为：
xNiCO3·yNi（OH）2
（x＋y）NiO＋xCO2↑＋yH2O；
②碱式碳酸镍[用xNiCO3·yNi（OH）2表示]沉淀中Ni（OH）2中Ni含量高于NiCO3，pH越大，碱式碳酸镍中Ni（OH）2比例增大，所以碱式碳酸镍中Ni元素含量会增加。
【点睛】
题目难度不大，需要考生注意分析题目提供的表格信息和流程图中物质转化信息，如：
根“除铁”时要求铁离子全部除掉需要的pH，直接可用表格中的数据获得取值范围。
3．从本质入手看物质及其能量的变化，可以让我们更加深入的去理解所学知识的内涵及外延应用。
对于《原电池》这部分知识也是如此，如图是原电池的基本构造模型：
（1）若a和b的电极材料为Al或Mg。
①若c为稀NaOH溶液时，则a的电极材料为__，该极电极方程式为___。
②若c为稀H2SO4时，则a的电极材料为___，该极电极方程式为__。
（2）对于原电池的应用，以下说法正确的是__。
A．选择构成原电池两极材料时，必须选择活泼性不同的两种金属材料
B．构成原电池时，负极材料的活泼性一定比正极材料的强
C．构成原电池时，作为负极材料的金属受到保护
D．从能量转化角度去看，如图的氧化还原反应能量变化曲线，则不能够设计原电池
【答案】AlAl-3e-+4OH-=AlO2-+2H2OMgMg-2e-=Mg2+D
【解析】
【分析】
（1）原电池中电极由负极经导线流向正极，所以a为负极发生氧化反应，b为正极发生还原反应。
【详解】
（1）①若c为稀NaOH溶液时，电池总反应应为2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑，Al被氧化做负极，即a的电极材料为Al，该电极方程式为Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O；
②若c为稀H2SO4时，Mg比Al活泼，所以电池总反应式为Mg+2H+=Mg2++H2↑，Mg被氧化做负极，即a的电极材料为Mg，电极方程式为：
Mg-2e-=Mg2+；
（2）A．构成原电池两极材料不一定选择活泼性不同的两种金属材料，可以是活泼性相同的Pt电极、也可以是非金属材料，如燃料原电池的两极材料常选择石墨电极，故A错误；
B．碱性原电池中，作为负极的材料的活泼性不一定比正极材料的强，如Al-Mg-NaOH原电池中，活泼金属Mg作正极，Al作负极，故B错误；
C．原电池中正极发生得到电子的还原反应，所以作为正极材料的金属受到保护，而负极材料的金属会加速腐蚀，故C错误；
D．原电池中发生氧化还原反应，会以电能的形式放出能量，所以一般为放热的氧化还原反应，而图示反应为吸热反应，所以从能量转化角度看，一般不设计成原电池或不能够设计原电池，故D正确；
综上所述选D。
【点睛】
构成原电池的两个电极中并不是较为活泼的金属一定就会做负极，要结合具体的环境去判断发生的总反应，再判断正负极。
4．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。
5．氮的单质及其化合物性质多样，用途广泛。
完成下列填空：
科学家正在研究利用催化技术将超音速飞机尾气中的NO和CO转变成CO2和N2：
2NO+2CO
2CO2+N2+Q（Q＞0）。
在某温度下测得该反应在不同时间的CO浓度如下表：
浓度（mol/L）
时间（s）
0
1
2
3
4
5
c（CO）
3.60×10-3
3.05×10-3
2.85×10-3
2.75×10-3
2.70×10-3
2.70×10-3
（1）该反应平衡常数K的表达式为___；温度升高，K值___（选填“增大”“减小”“不变”）；前2s的平均反应速率v（N2）=___；若上诉反应在密闭容器中发生，达到平衡时能提高NO转化率的措施之一是___。
（2）工业合成氨的反应温度选择500℃左右的原因是___。
（3）实验室在固定容积的密闭容器中加入1mol氮气和3mol氢气模拟工业合成氨，反应在一定条件下已达到平衡的标志是___。
A．N2、H2、NH3的浓度之比为1：
3：
2
B．容器内的压强保持不变
C．N2、H2、NH3的浓度不在变化
D．反应停止，正、逆反应的速率都等于零
（4）常温下向1molHCl的稀盐酸中缓缓通入1molNH3（溶液体积变化忽略不计），反应结束后溶液中离子浓度由大到小的顺序是___；在通入NH3的过程中溶液的导电能力___（选填“变大”“变小”“几乎不变”）
【答案】
减小1.875×10-4mol/（L·s）增大压强（或其它合理答案）催化剂在500℃左右具有最佳活性BCc（Cl-）>c（NH4+）>c（H+）>c（OH-）几乎不变
【解析】
【分析】
（1）根据平衡常数和化学反应速率（
）的相关公式进行计算；
（2）工业合成氨的反应温度选择500℃左右的主要原因是催化剂在500℃左右具有最佳活性；
（3）根据化学平衡状态的特征判断，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
（4）二者恰好反应生成氯化铵，水解方程式为NH4++H2O
NH3.H2O+H+，溶液呈酸性，进行分析。
【详解】
（1）平衡常数等于生成物浓度的系数次幂之积除以反应浓度系数次幂之积，根据反应2NO（g）+2CO（g）
2CO2（g）+N2（g），平衡常数
；该反应为放热反应，温度升高时平衡逆向移动，所以平衡常数减小；根据速率之比等于各物质系数比可知：
v（CO）=
，前2s内的平均反应速率v（N2）=v（CO）/2=1.875×10-4mol/（L·s）；一氧化氮的转化率变大,说明平衡正向移动可以通过增大压强，使平衡正向移动，故答案为：
；减小；1.875×10-4mol/（L·s）；增大压强（或其它合理答案）；
（2）工业合成氨的反应温度选择500℃左右的主要原因是催化剂在500℃左右具有最佳活性，故答案为：
催化剂在500℃左右具有最佳活性；
（3）A.浓度之比为1：
3：
2，并不是不变，不能判断是否平衡，A项错误；
B.反应正向进行，体积减小，当压强不变时，已经到达平衡，B项正确；
C.N2、H2、NH3的浓度不再变化，已经到达平衡，C项正确；
D.可逆反应达到平衡时，正、逆反应的速率相等，但不会等于零，D项错误；故答案为：
BC；
（4）二者恰好反应生成氯化铵，水解方程式为NH4++H2O
NH3.H2O+H+，溶液呈酸性，即c（H+）>c（OH-），根据溶液呈电中性有:
c（NH4+）+c（H+）=c（OH-）+c（Cl-），因为c（H+）>c（OH-），所以c（Cl-）>c（NH4+），故离子浓度大小关系为:
c（Cl-）>c（NH4+）>c（H+）>c（OH-）；溶液中离子浓度几乎不变，所以导电能力几乎不变，故答案为：
c（Cl-）>c（NH4+）>c（H+）>c（OH-）；几乎不变。
【点睛】
本题易错点（3）注意平衡状态的判断，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态。
6．Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。
该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。
电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2＝4LiCl＋S＋SO2。
请回答下列问题：
（1）电池的负极材料为_____，发生的电极反应为______________。
（2）电池正极发生的电极反应为_______________。
【答案】Li4Li－4e－＝4Li＋2SOCl2＋4e－＝4Cl－＋S＋SO2
【解析】
【分析】
（1）原电池中，失电子发生氧化反应的极是负极，该极上发生失电子的氧化反应；
（2）原电池的正极上发生得电子的还原反应。
【详解】
（1）该原电池中锂的活泼性大于碳的，所以锂作负极，负极上Li失电子，发生氧化反应，电极反应4Li－4e－＝4Li＋；
（2）正极上得电子发生还原反应，根据反应方程式知，SOCl2得电子生成Cl-、S、SO2，电极方程式为2SOCl2+4e-=4Cl-+S+SO2。
7．乙醇（C2H5OH）燃料电池（DEFC）具有很多优点，引起了人们的研究兴趣。
现有以下三种乙醇燃料电池。
（1）三种乙醇燃料电池中正极反应物均为_________________。
（填化学式）
（2）熔融盐乙醇燃料电池中若选择熔融碳酸钾为介质，电池工作时，CO32－向电极___（填“a”或“b”）移动。
（3）酸性乙醇燃料电池中，若电池消耗标准状况下2.24LO2，则电路中通过了的电子数目为___________。
【答案】O2a0.4NA
【解析】
【分析】
（1）燃料电池中，负极通入燃料，正极通入氧化剂；
（2）根据装置图可知，a为负极，原电池中阴离子由正极向负极移动；
（3）酸性乙醇燃料电池中，电极b上发生的电极反应为：
3O2+12H++12e-=6H2O，根据电极反应计算转移的电子的数目。
【详解】
（1）燃料电池中，负极通入燃料，正极通入氧化剂，由装置图可知，三种乙醇燃料电池中正极反应物均为O2；
（2）根据装置图可知，a为负极，原电池中阴离子由正极向负极移动，因此CO32－向电极a移动；
（3）酸性乙醇燃料电池中，电极b上发生的电极反应为：
3O2+12H++12e-=6H2O，若电池消耗标准状况下2.24L（即0.1mol）O2时，电子转移0.4mol，转移电子的数目为0.4NA。
8．微型纽扣电池在现代生活中应用广泛。
有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应是Zn＋Ag2O＝ZnO＋2Ag。
请回答下列问题。
（1）该电池属于_________电池（填“一次”或“二次”）。
（2）负极是_________，电极反应式是__________________________。
（3）使用时，正极区的pH_________（填“增大”、“减小”或“不变”）。
（4）事实证明，能设计成原电池的反应通常是放热反应，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是_____。
（填字母）
A．C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g） △H>0
B．NaOH（aq）+HC1（aq）=NaC1（aq）+H2O
（1） △H<0
C．2CO（g）+O2（g）=2CO2
（1） △H<0
（5）以KOH溶液为电解质溶液，依据所选反应设计一个原电池，其负极的电极反应式为__________。
【答案】一次ZnZn-2e-+2OH-=ZnO+H2O增大CCO－2e－+4OH－=CO32－+2H2O
【解析】
【分析】
（1）纽扣电池为一次电池；
（2）根据电池的总反应可知Zn为负极，失去电子，发生氧化反应，Ag2O为正极，得到电子，发生还原反应，据此分析作答；
（3）根据电池的总反应可知，Ag2O为正极，得到电子，发生还原反应，根据电极反应确定c（OH-）的变化以判断pH的变化；
（4）可设计成原电池的反应应为氧化还原反应；
（5）燃料电池中，负极通入燃料，燃料失电子发生氧化反应，正极通入氧化剂，得电子发生还原反应，据此作答。
【详解】
（1）纽扣电池为一次电池；
（2）根据电池的总反应可知Zn为负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应为：
Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O；
（3）根据电池的总反应可知，Ag2O为正极，得到电子，发生还原反应，电极反应为：
Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-，使用时，c（OH-）增大，因此正极区的pH逐渐增大；
（4）A.能设计成原电池的反应通常是放热反应，由于反应C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）是氧化还原反应，但该反应为吸热反应，因而不能设计成原电池，A项错误；
B.反应NaOH（aq）+HC1（aq）=NaC1（aq）+H2O
（1）为复分解反应，不能设计成原电池，B项错误；
C.反应2CO（g）+O2（g）=2CO2
（1）为氧化还原反应，且该反应为放热反应，可设计成原电池，C项正确；
答案选C。
（5）燃料电池中，负极通入燃料，燃料失电子发生氧化反应，电极反应为CO-2e－+4OH－=CO32-+2H2O。
【点睛】
设计制作化学电源的过程为：
9．合成氨反应N2（g）+3H2（g）=2NH3（g），反应过程的能量变化如图所示。
已知N2（g）与H2（g）反应生成17gNH3（g），放出46.1kJ的热量。
请回答下列问题：
（1）该反应通常用铁作催化剂，加催化剂会使图中E_______________（填“变大”或“变小”），E的大小对该反应的反应热有无影响？
___________，理由是__________。
（2）图中△H=________kJ·mol-1。
（3）起始充入2mol·L-1N2和5.5mol·L-1H2，经过50min，NH3的浓度为1mol·L-1，则v（N2）=______mol·L-1·min-1，c（H2）=_____mol·L-1
（4）已知NH3（g）=NH3（l）△H=-QkJ·mol-1,则N2（g）+3H2（g）=2NH3（l）的△H=_______kJ·mol-1
【答案】变小无ΔH取决于反应物的总能量和生成物的总能量差-92.20.014-（92.2+2Q）
【解析】
【分析】
（1）依据催化剂降低反应的活化能加快反应速率分析；反应热取决于反应物和生成物的能量变化，活化能和反应热无关；
（2）结合已知N2（g）与H2（g）反应生成17g NH3（g），放出46.1kJ的热量，分析图象是合成氨反应N2（g）+3H2（g）=2NH3（g），计算得到；
（3）依据化学平衡三段式列式计算；
（4）结合
（2）计算的焓变写出反应的热化学方程式，依据盖斯定律计算所需让化学方程式。
【详解】
（1）催化剂降低反应的活化能加快反应速率，但不改变平衡，反应热不变，E的大小对该反应的反应热无影响，反应热取决于反应物的总能量和生成物的总能量差，故答案为：
变小；无；△H取决于反应物的总能量和生成物的总能量差；
（2）已知N2（g）与H2（g）反应生成17g NH3（g），放出46.1kJ的热量，图象是表示的是反应N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）能量变化，所以生成34g氨气放热92.2kJ，热化学方程式为：
N2（g）+3H2（g）=2NH3（g），△H=-92.2kJ/mol，故答案为：
-92.2；
（3）起始充入2mol•L-1N2和5.5mol•L-1H2，经过50min，NH3的浓度为1mol•L-1，则依据所给数据建立如下三段式：
由三段式可得v（N2）=
=0.01mol/（L•min），c（H2）=4mol/L，故答案为：
0.01；4；
（4）由热化学方程式①N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）△H=-92.2kJ/mol，②NH3（g）═NH3（l）△H=-QkJ•mol-1，依据盖斯定律①+②×2得到N2（g）+3H2（g）═2NH3 （l）△H=-（92.2+2Q）kJ•mol-1，故答案为：
-（92.2+2Q）。
10．
（1）Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。
该电池的电极材料分锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2，电池的总反应可表示为4Li+2SOCl2=4LiCl+S+SO2。
请回答下列问题：
①正极发生的电极反应为___。
②SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。
如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是___。
（2）用铂作电极电解某金属的氯化物（XCl2）溶液，当收集到1.12L氯气时（标准状况下），阴极增重3.2g。
①该金属的相对原子质量为___。
②电路中通过___个电
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