化学 化学反应与能量的专项 培优 易错 难题练习题及答案解析.docx

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化学化学反应与能量的专项培优易错难题练习题及答案解析

化学化学反应与能量的专项培优易错难题练习题及答案解析

一、化学反应与能量练习题（含详细答案解析）

1．碳酸锰是制取其他含锰化合物的原料，也可用作脱硫的催化剂等。

一种焙烧氯化铵和菱锰矿粉制备高纯度碳酸锰的工艺流程如图所示

已知①菱锰矿粉的主要成分是MnCO3，还有少量的Fe、Al、Ca、Mg等元素

②常温下，相关金属离子在浓度为0.1mol/L时形成M（OH）n沉淀的pH范围如表

金属离子

Al3+

Fe3+

Fe2+

Ca2+

Mn2+

Mg2+

开始沉淀的pH

3.8

1.5

6.3

10.6

8.8

9.6

沉淀完全的pH

5.2

2.8

8.3

12.6

10.8

11.6

回答下列问题：

（1）“混合研磨”的作用为_______________________

（2）“焙烧”时发生的主要反应的化学方程式为_________________________________

（3）分析图1、图2，焙烧氯化铵、菱锰矿粉的最佳条件是_____________________________

（4）净化除杂流程如下

①已知几种物质氧化能力的强弱顺序为（NH4）2S2O8＞KMnO4＞MnO2＞Fe3+，则氧化剂X宜选择__________

A．（NH4）2S2O8B．MnO2C．KMnO4

②调节pH时，pH可取的范围为_________________

（5）“碳化结晶”过程中不能用碳酸铵代替碳酸氢铵，可能的原因是__________________

【答案】加快反应速率MnCO3+2NH4Cl=MnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O温度为500℃，且m（MnCO3）：

m（NH4Cl）=1.10B5.2≤pH<8.8CO32-水解程度大于HCO3-，易生成氢氧化物沉淀

【解析】

【分析】

菱锰矿的主要成分为MnCO3，加入氯化铵焙烧发生MnCO3+2NH4Cl

MnCl2+CO2↑+2NH3↑+H2O↑，气体为二氧化碳和氨气、水蒸气，浸出液中含MnCl2、FeCl2、CaCl2、MgCl2、AlCl3等，结合表中离子的沉淀pH及信息可知，浸取液净化除杂时加入少量MnO2氧化亚铁离子为铁离子，加氨水调pH，生成沉淀氢氧化铁和氢氧化铝，加入NH4F，除去Ca2+、Mg2+，净化液加入碳酸氢铵碳化结晶过滤得到碳酸锰，据此分析解题。

【详解】

（1）“混合研磨”可增大反应物的接触面积，加快反应速率；

（2）根据流程，菱镁矿粉与氯化铵混合研磨后焙烧得到氨气、二氧化碳和Mn2+，主要化学反应方程式为：

MnCO3+2NH4Cl

MnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O；

（3）由图可知，锰的浸出率随着焙烧温度、氯化铵与菱镁矿粉的质量之比增大而提高，到500℃、1.10达到最高，再增大锰的浸出率变化不明显，故氯化铵焙烧菱镁矿的最佳条件是焙烧温度500℃，氯化铵与菱镁矿粉的质量之比为1.10；

（4）净化过程：

加入少量MnO2氧化亚铁离子为铁离子，加氨水调pH，生成沉淀氢氧化铁和氢氧化铝，加入NH4F，除去Ca2+、Mg2+；

①最合适的试剂为MnO2，氧化亚铁离子，反应的离子方程式为：

MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O，且不引入新杂质，故答案为B；

②调节溶液pH使Fe3+，A13+沉淀完全，同时不使Mn2+沉淀，根据表中数据可知调节溶液pH范围5.2≤pH＜8.8；

（5）碳化结晶中生成MnCO3的离子方程式为Mn2++HCO3-+NH3═MnCO3↓+NH4+，不用碳酸铵溶液替代NH4HCO3溶液，可能的原因是碳酸铵溶液中的c（OH-）较大，会产生Mn（OH）2沉淀。

【点睛】

考查物质制备流程和方案的分析判断，物质性质的应用，题干信息的分析理解，结合题目信息对流程的分析是本题的解题关键，需要学生有扎实的基础知识的同时，还要有处理信息应用的能力，注意对化学平衡常数的灵活运用，综合性强。

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

【解析】

【分析】

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。

【详解】

（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．如图是常见原电池装置，电流表A发生偏转。

（1）若两个电极分别是铁、铜，电解质溶液是浓硝酸，Cu极发生反应_______（填“氧化”或“还原”），其电极反应式为________________；

（2）若两个电极分别是镁、铝，电解质溶液是氢氧化钠溶液，Al电极是_____极（填“正”或“负”），其电极反应式为_________________________________。

（3）若原电池的总反应是2FeCl3＋Cu=2FeCl2＋CuCl2，则可以作负极材料的是_______，正极电极反应式为_________________________。

【答案】氧化Cu－2e－=Cu2＋负Al－3e－＋4OH－=AlO2－＋2H2OCu（或铜）Fe3＋＋e－=Fe2＋

【解析】

【分析】

【详解】

（1）虽然铁比铜活泼，但是铁在浓硝酸中发生钝化，所以该原电池中铜被氧化，即铜电极为负极，失电子发生氧化反应，电极方程式为Cu－2e－=Cu2＋；

（2）镁虽然比铝活泼，但镁不与氢氧化钠溶液发生反应，所以该原电池中Al被氧化，即Al为负极，失电子发生氧化反应，电极方程式为：

Al－3e－＋4OH－=AlO2－＋2H2O；

（3）根据总反应2FeCl3＋Cu=2FeCl2＋CuCl2可知Cu被氧化，Fe3+被还原，原电池中负极发生氧化反应，所以负极材料为Cu；正极发生还原反应，电极方程式为Fe3＋＋e－=Fe2＋。

【点睛】

第1小题为易错点，虽然铁和铜都能被浓硝酸氧化，但要注意铁在浓硝酸中发生钝化，所以该原电池中铜为负极。

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．I某课外兴趣小组对H2O2的分解速率做了如下实验探究。

（1）下表是该小组研究影响过氧化氢（H2O2）分解速率的因素时采集的一组数据：

用

10mLH2O2制取

150mLO2所需的时间（秒）

无催化剂、不加热

几乎不反应

几乎不反应

几乎不反应

几乎不反应

无催化剂、加热

360

480

540

720

催化剂、加热

10

25

60

120

①该研究小组在设计方案时，考虑了温度、________、催化剂等因素对过氧化氢分解速率的影响。

②从上述影响过氧化氢分解速率的因素中任选一个，说明该因素对分解速率有何影响：

_____________。

（2）将质量相同但颗粒大小不同的MnO2分别加入到5mL5%的双氧水中，并用带火星的木条测试。

测定结果如下：

催化剂（MnO2）

操作情况

观察结果

反应完成所需的时间

粉末状

混合不振荡

剧烈反应，带火星的布条复燃

3.5分钟

块状

反应较慢，火星红亮但木条未复燃

30分钟

实验结果说明催化剂作用的大小与_________________________有关。

Ⅱ

在体积为2L的密闭容器中充入1molH2（g）和1molI2（g），在一定温度下发生下列反应：

，回答下列问题：

（1）保持容器体积不变，向其中充入1molHI（g），反应速率_________（填“加快”“减慢”或“不变”）。

（2）保持容器内气体压强不变，向其中充入1mol氦气，反应速率_________________。

（填“加快”“减慢”或“不变”）。

（3）反应进行到2min，测得容器内HI的浓度为0.2mol/L，用H2表示前2min该反应的平均化学反应速率为________________________，此时I2的转化率为____________。

【答案】浓度其它条件相同时,使用催化剂比不用催化剂,H2O2分解速率更快（或其它条件相同时,反应物H2O2的浓度越大,H2O2分解速率更快。

或其它条件相同时,反应物H2O2的温度越高,H2O2分解速率更快。

）催化剂表面积加快减慢0.05mol/（L·min）20%

【解析】

【详解】

I

（1）①根据表中给出的数据，无催化剂不加热的情况下，不同浓度的过氧化氢溶液都是几乎不反应，在无催化剂加热的情况下，不同浓度的过氧化氢溶液都分解，说明过氧化氢的分解速率与温度有关；但是得到相同气体的时间不同，浓度越大，反应的速度越快，说明过氧化氢的分解速率与浓度有关；比较同一浓度的过氧化氢溶液如30%时，在无催化剂加热的时候，需要时间是360s，有催化剂加热的条件下，需要时间是10s，说明过氧化氢的分解速率与催化剂有关，故答案为：

浓度；

②其它条件相同时，使用催化剂比不用催化剂，H2O2分解速率更快（或其它条件相同时，反应物H2O2的浓度越大，H2O2分解速率更快。

或其它条件相同时，反应物H2O2的温度越高，H2O2分解速率更快。

）；

（2）因在其他条件相同时，粉末状二氧化锰比块状二氧化锰反应所需时间短，说明催化剂表面积对反应速率有影响，故答案为：

催化剂表面积；

Ⅱ.

（1）保持容器体积不变，向其中充入1molHI（g），生成物浓度变大，逆反应速率增大，平衡左移，左移之后反应物浓度增大，正反应速率增大，之后重新达到平衡，故答案为：

加快；

（2）保持容器内气体压强不变，向其中充入1mol氦气，容器的体积增大，反应物和生成物的浓度都减小，所以反应速率减慢，故答案为：

减慢；

（3）反应进行到2min，测得容器内HI的浓度为0.2mol/L，则v（HI）=

=0.1mol/（L·min），同一反应中用不同物质表示反应速率时反应速率之比等于计量数之比，所以v（H2）=

v（HI）=0.05mol/（L·min）；容器体积为2L，碘的初始浓度为0.5mol/L，平衡时HI的浓度为0.2mol/L，根据方程式

可知，消耗的c（I2）=0.1mol/L，所以I2的转化率为

=20%，故答案为：

0.05mol/（L·min）；20%。

6．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。

7．

（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-。

8．甲醇是人们开发和利用的一种新能源。

已知：

①2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）△H1=-571.8kJ·mol-1

②CH3OH（g）+

O2（g）=CO2（g）+2H2（g）△H=-192.9kJ·mol-1

（1）甲醇蒸汽完全燃烧的热化学方程式为_____________。

（2）反应②中的能量变化如下图所示，则△H2=______（用E1和E2表示）。

（3）H2（g）的燃烧热为__________kJ·mol-1。

（4）请你分析H2（g）作为能源比甲醇蒸汽作为能源的优点：

__________________（写出一点）

【答案】CH3OH（g）+

O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H2=-764.7kJ/mol；E1-E2285.9来源广、热值高、不污染环境

【解析】

【分析】

（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；

（2）依据反应焓变△H=生成物总能量-反应物总能量分析；

（3）依据燃烧热的概念是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量，结合热化学方程式分析计算；

（4）根据氢能源的优点和氢能源的开发和利用的最新动向即可作答。

【详解】

（1）①2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）△H1=-571.8kJ·mol-1

②CH3OH（g）+

O2（g）=CO2（g）+2H2（g）△H=-192.9kJ·mol-1

由盖斯定律②+①得到甲醇蒸气完全燃烧的热化学反应方程式为：

CH3OH（g）+

O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H2=-764.7kJ/mol；

（2）反应②中的能量变化如图所示，依据图象分析，反应焓变△H=生成物总能量-反应物总能量，△H2=E1-E2；

（3）燃烧热的概念是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量，根据2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H1=-571.8kJ/mol可知2mol氢气完全燃烧生成液态水放出的热量为571.8kJ，则1mol氢气完全燃烧生成液态水放出的热量为285.9kJ，故氢气燃烧热为285.9kJ/mol；

（4）地球上水资源丰富，可以从水中提取氢气，说明资源广泛；依据燃烧热计算分析，氢气的燃烧值高；因为氢气燃烧产物是水，不污染环境。

9．2007年诺贝尔化学奖授予德国科学家格哈德·埃特尔，以表彰他在表面化学研究领域作出的开拓性贡献。

（1）某校化学研究性学习小组的同学在技术人员的指导下，按下列流程探究不同催化剂对NH3还原NO反应的催化性能。

若控制其他实验条件均相同，在催化反应器中装载不同的催化剂，将经催化反应后的混合气体通过滴有酚酞的稀硫酸溶液（溶液的体积、浓度均相同）。

为比较不同催化剂的催化性能，需要测量并记录的数据是___。

（2）在汽车的排气管上安装“催化转化器”（用铂、钯合金作催化剂），它的作用是使CO、NO反应生成可参与大气生态环境循环的无毒气体，并促使烃类充分燃烧。

①写出CO与NO反应的化学方程式：

___，该反应作氧化剂的物质是__。

②用CH4催化还原NOx也可以消除氮氧化物的污染。

例如：

CH4（g）+4NO2（g）=4NO（g）＋CO2（g）+2H2O（g）；ΔH1＝－574kJ·mol－1

CH4（g）+4NO（g）=2N2（g）＋CO2（g）+2H2O（g）；ΔH2

若1molCH4还原NO2至N2，整个过程中放出的热量为867kJ，则ΔH2=___。

（3）有人认为：

该研究可以使氨的合成反应，在铁催化剂表面进行时的效率大大提高，从而使原料的转化率大大提高。

请你应用化学基本理论对此观点进行评价：

___。

【答案】溶液显色所需要的时间2CO+2NO

N2+2CO2NO-1160kJ·mol－1该研究只能提高化学反应速率，不能使化学平衡发生移动

【解析】

【分析】

（1）催化剂不同催化效果不同，可将经催化反应后的混合气体通过滴有酚酞的稀硫酸溶液（溶液的体积、浓度均相同），测量并记录的溶液显色的时间；

（2）①CO、NO反应生成了CO2和N2，据此写出反应的化学方程式，然后判断氧化剂；

②写出CH4还原NO2至N2的热化学方程式，然后结合CH4（g）+4NO2（g）=4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）；△H1=-574kJ•mol-1反应，求算出△H2；

（3）催化剂只能加快反应速度，不能改变化学平衡。

【详解】

（1）溶液显色的时间不同，说明催化剂的催化效果不同，需要测量并记录溶液显色所需要的时间；

（2）①CO和NO反应生成了CO2和N2，根据化合价变化配平该反应方程式为：

2CO+2NO

N2+2CO2，该反应中一氧化氮被还原生成氮气，NO为氧化剂；

②1molCH4还原NO2至N2，热化学方程式是：

CH4（g）+2NO2（g）═N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）；△H3=-867kJ•mol-1；结合热化学方程式CH4（g）+4NO2（g）=4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）；△H1=