高考化学二轮复习化学反应原理专题之化学能与电能解答题专练（一）

2021 年高考化学二轮复习化学反应原理专题之化学能与电能解答题专练 （一） 一、解答题 1．中科院一项最新成果实现了甲烷高效生产乙烯，甲烷在催化作用下脱氢，在气相中经自由基偶联反应生 成乙烯。 物质 燃烧热(kJ/mol) 氢气 285.8 甲烷 890.3 乙烯 1411.5 (1)已知相关物质的燃烧热如上表，写出甲烷制备乙烯的热化学方程式__________________。 (2)H2S 分解反应 2H2S(g)  2H2(g)+S2(g)在无催化剂及 Al2O3 催化下，H2S 在反应器中不同温度时反应， 每间隔相同时间测定一次 H2S 的转化率，其转化率与温度的关系如图所示： ①在不加催化剂时，温度越高 H2S 的转化率越接近平衡时的转化率，原因是___________。 ②在约 1100 °C 时，有无 Al2O3 催化，其转化率几乎相等，是因为___________。 ③若起始时在恒容密闭容器中只充入 H2S，在 A 点达到平衡时，若此时气体总压强为 p，则此温度反应的平 衡常数 Kp=______ (Kp 为以分压表示的平衡常数，气体分压=气体总压×体积分数，列出含 p 的代数式)。 (3)工业上常采用除杂效率高的吸收-电解联合法，除去天然气中杂质气体 H2S，并转化为可回收利用的单质 硫，其装置如下图所示。 通电前，先通入一段时间含 H2S 的甲烷气，使部分 NaOH 吸收 H2S 转化为 Na2S，再接通电源，继续通入含 杂质的甲烷气，并控制好通气速率。则装置中左端碳棒上的电极反应式为_____，右池中的 c(NaOH)： c(Na2S)_____(填“增大”、“ 基本不变”或“减小)。 已知：常温下，HCN 的电离常数 Ka=4.9×10－10，H2S 的电离常 Ka1=1.3×10−7，Ka2=7.0×10−15，Ksp(MnS)=1.4×10−15 (4)常温下，向 NaCN 溶液中通入少量的 H2S 气体，反应的化学方程式为_______________。 (5)常温下，在废水处理领域中常用 H2S 将 Mn2+转化为 MnS 除去，向含有 0.0020 mol·L−1Mn2+废水中通入一 定量的 H2S 气体，调节溶液的 pH=a，当 HS−浓度为 1.0×10−4 mol·L−1 时，Mn2+开始沉淀，则 a=_____。 2．氮氧化物(NOx)是常见的大气污染物，能引起雾霾、光化学烟雾、酸雨等环境问题。回答下列问题： NO 3O I反应 NO2  2 2CO NH II反应 N2 (1)用氧化还原法消除 NO，的转化过程如下： 已知：NO(g)＋O3(g)=NO2(g)＋O2(g) △H=-201 kJ·mol-1 2NO(g)＋O2(g)=2NO2(g) △H=-116 kJ·mol-1 反应 I 只有一种生成物，则反应 I 的热化学方程式为___________。 (2)柴油机氮氧化物(NOx)处理技术是一种系统简单，占用空间较小的柴油车尾气处理技术，氮氧化物主要在 催化转化装置中被处理。柴油发动机工作时在稀燃(O2 充足、柴油较少)和富燃(O2 不足、柴油较多)条件下交 替进行，催化转化装置中的物质变化如图 1 所示。 ①BaO 吸收 NO2 的化学方程式是___________。 ②研究 CO2 对 BaO 吸收氮氧化物的影响，一定温度下，测得气体中 CO2 的体积分数与氮氧化物吸收率的关 系如图 2 所示。 下列相关分析中正确的是___________(填标号)。 A．一定范围内，氮氧化物吸收率随 CO2 体积分数的增大而下降，原因可能是 BaO 与 CO2 反应生成 BaCO3， 覆盖在 BaO 表面 B．当 CO2 体积分数达到 10%～20%时，氮氧化物吸收率依然较高，原因可能是 CO2 在一定程度上也能去除 NOx C．若柴油中硫含量较高，在稀燃过程中，柴油中的硫氧化为 SO2，后发生反应 2BaO＋2SO2＋O2=2BaSO4， BaO 吸收氮氧化物的能力会下降至较低水平 (3)臭氧脱硝的反应为        2 3 2 5 22NO g O g N O g O g＋ ＋ ，该反应是一个自发反应，温度为 T K 时， 在 2 L 的恒容密闭容器中充入 2 mol NO2(g)和 1 mol O3(g)，发生上述反应，经 25min 反应达到平衡，测得平 衡时 N2O5(g)的浓度为 0.25 mol·L-1。 ①该反应△S___________(填“>”“”、“=”或“＜”，下同)，A、C 两点的化学平衡常数 A___________C (4)甲醇燃料电池(电解质溶液为 KOH 溶液)结构示意图 3，写出 a 处电极上发生的电极反应式___________ 5．SO2、CO、NOx 的过度排放会对环境和人体健康带来极大的危害，工业上可采取多种方法减少这些有害 气体的排放。回答下列问题： I.用钙钠双碱工艺脱除 SO2： ①用 NaOH 溶液吸收 SO2 生成 Na2SO3 溶液； ②用 CaO 使 NaOH 溶液再生 (1)CaO 在水中存在如下转化：CaO(s)+H2O(l)=Ca(OH)2(s) ⇌ Ca2+(aq)+ 2OH-( aq )。从平衡移动的角度，简述过 程②NaOH 再生的原理___________。 (2)25℃时，氢氧化钠溶液吸收 SO2，当得到 pH=9 的吸收液，该吸收液中 c(SO 2- 3 )∶c(HSO - 3 )=___________。 (已知 25℃时，亚硫酸 Ka1=1.3×10-2；Ka2=6.2×10–7) II.汽车尾气中的 NO 和 CO 在催化转化器中反应生成两种无毒无害的两种气体：2NO+2CO ⇌ N2+2CO2，可 减少尾气中有害气体排放。 (3)已知：碳的燃烧热为 393.5 kJ/mol N2(g)+O2(g)=2NO(g) ∆ H1=+180.5 kJ/mol 2C(g)+O2(g)=2CO(g) ∆ H2=-221 kJ/mol 则：2NO(g)+2CO(g) ⇌ N2(g)+2CO2(g) ∆ H=___________kJ/mol。 (4)将 CO 和 NO 按不同比例投入一密闭容器中，控制一定温度(T1 或 T2)，发生反应达到平衡时，所得的 混合气体中含 N2 的体积分数随 n(CO)/n(NO)的变化曲线如图所示。 ①T1___________T2(填“>”、“”表示）。 （4）下列事实能证明 R 比 W 金属性强的这一结论的是___（填序号）。 a.R 的熔点低于 W b.常温下，R 与水剧烈反应而 W 不能 c.最高价氧化物对应的水化物碱性：ROH>W(OH)3 d.最外层电子数：W>R （5）写出工业上制备 W 的单质的化学方程式：___。 （6）A 单质与 X 单质在 KOH 溶液中可以组成燃料电池，则正极附近溶液的 pH 将___（填“变大”“变小”或“不 变”，下同）；放电一段时间 KOH 的物质的量___。 （7）用电子式表示 RZ 的形成过程：___。 11．已知，短周期 A、B、C、D、E、F 六种主族元素，它们的原子序数依次增大，其中 A 的一种原子无中 子，B 的单质在空气中含量最高，它与 A 的单质在一定条件下反应生成易溶于水的化合物甲，C、E 同主族， C 原子的最外层电子数是其周期序数的 3 倍，D 是短周期中原子半径最大的元素。回答下列问题： (1)E 在元素周期表中的位置____，元素 F 最高价氧化物对应水化合物的化学式为_____。 (2)下列叙述中能够证明元素 F 非金属性强于元素 E 非金属性的事实为______。 a.一定条件下 E 和 F 的单质都能与钠反应 b.F 的单质能与 E 的氢化物反应生成 E 单质 c.F 的氢化物比 E 的氢化物稳定 d.常温下 E 单质和 F 单质状态不同 (3)A2、C2 与 E 的最高价氧化物的水化物溶液和铂电极组成燃料电池，通入气体 B2 的一极是该电池的_____ 极，写出该极的电极反应式_________。 (4)X 可能是由 B、D、E 三种元素中的一种组成的单质，能经图所示的过程转化为 W(其它条件略去)。 2 2 2O O H OX Y Z W   ①若 Z 是淡黄色固体物质，则该物质的电子式为____________。 ②若 Y 是能使品红溶液褪色的有刺激性气味的无色气体，则 W 的浓溶液与铜共热的化学方程式为 ____________。 ③若 Z 是红棕色气体，则 Z→W 的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为__________，将铜加入 W 的稀 溶液中发生反应的离子方程式为____________。 (5)实验室可用图所示的装置(缺收集装置)制备并收集甲。 ①若选用 A 装置制备甲，则试管中的试剂是___________ (填化学式)。 ②为制取干燥的甲，可将装置 A 与下列装置__________(填序号)进行连接。 12．电解饱和食盐水是“氯碱工业”的重要反应。当两极共产生气体 2.5mol 时(假设气体全部逸出)，食盐完全 电解。已知 20℃时，食盐的溶解度为 36 克/100 克水。试求： (1)电解时消耗的氯化钠的物质的量_________； (2)电解时所取饱和食盐水的质量_________； (3)电解后所得 NaOH 溶液的质量分数_________。 13．I. 科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇 CO2（g）+ 3H2（g） = CH3OH（g）+ H2O（g），并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。 （1）1500℃下，将 1molCO2 和 3molH2 充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若 CO2 的转化率 为 80%，则容器内的平衡时压强与起始压强之比为 ______。 （2）在直接以甲醇为燃料的燃料电池中：若电解质溶液为酸性，正极的反应式为 ______； 若电解质溶液 为碱性，负极的反应式为 ______。 II．10mL1mol·L−1NH4Al（SO4）2 溶液中滴加 1mol·L−1NaOH 溶液，沉淀的物质的量随加入 NaOH 溶液 体积的变化如图所示（滴加过程无气体放出）。 （1）写出 m 点发生反应的离子方程式 ______。 （2）若在该盐溶液中改加 20mL 1.2mol·L−1 的 Ba（OH）2 溶液，充分反应后，溶液中产生沉淀的物质 的量为 ______mol。 14．某课外活动小组利用石墨电极电解 1mol·L-1 的 FeCl2 溶液，探究影响电解产物的因素，回答下列问题： (1)实验室配制 1mol·L-1 的 FeCl2 溶液时，为了防止 FeCl2 被氧化常加入适量的_______(填试剂名称)，若配制 100mL 此溶液，需要用托盘天平称量 FeCl2·4H2O 的质量为_______g。 (2)探究装置如图所示： ①湿润淀粉 KI 试纸检测的物质是_______(填化学式)。 ②从价态角度分析，在两极均有可能放电的离子是_______(填离子符号，下同)。 ③在无限稀释的水溶液中部分离子的离子淌度如下表所示(注：淌度越大的离子向电极的迁移速率越快)： 阳离子 淌度(10-8m2·V-1.s-1) 阴离子 淌度(10-8m2·V-1.s-1) H+ 36.3 OH- 20.5 Li+ 4.01 Cl- 7.91 Na+ 5.19 I- 7.95 Fe2+ 5.4 SO 2- 4 8.27 仅从淌度角度分析，_______在 B 电极放电更具优势。 (3)电解电压控制在 1.5V 时，电解现象如下表所示： 实验编号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 溶液 pH pH=4.91 pH=2.38 pH=-0.43 阳极 湿润淀粉 KI 试纸 未变色 未变色 未变色 电极附近溶液加 KSCN 盐酸酸化才变红 无需酸化即可变红 无需酸化即可变红 是否出现浑浊 变浑浊 少量浑浊 无浑浊 阴极 是否有气泡产生 无 无 有 电极表面是否出现镀层 出现银白色镀层 出现银白色镀层 无镀层出现 ①实验 II 中阳极电极反应式为_______。 ②实验 I 中溶液变浑浊的主要原因是_______。 ③结合上述实验，试分析影响阴极放电物质的主要因素是_______。 15．在学习氧化还原反应时，某同学提出 Ag 具有较强氧化性， I 具有较强还原性，二者也可发生氧化还 原反应。为验证这个问题，该学生设计了系列实验。 (1)研究 3AgNO 溶液与 KI 溶液反应产物。向盛有 31mL 1mol/L AgNO 溶液的试管中加入1mL 1mol/L KI 溶液，振荡试管，向其中加入______，溶液无明显变化。 (实验结论)二者混合只发生沉淀反应，无明显氧化还原反应。 (2)验证 Ag 的氧化性。将光亮的铁丝伸入 3AgNO 溶液中，一段时间后将铁丝取出。为检验溶液中铁的氧 化产物，将溶液中的 Ag 除尽后，进行了如下实验。可选用试剂：① KSCN 溶液 ② NaOH 溶液 ③酸性 4KMnO 溶液 ④  3 6K Fe(CN) 溶液。 请完成下表： 操作 现象 结论 取少量除尽 Ag 后的溶液于试管中，加入 KSCN 溶液，振荡 ______ 存在 3Fe  取少量除尽 Ag 后的溶液于试管中，加入 1～2 滴______(填序号)溶液，振荡 ______ 存在 2Fe  (实验结论)铁的氧化产物为 2Fe  和 3Fe  ，则 Ag 氧化性强于 3Fe  ，已知 3Fe  氧化性强于 2I ，则 +Ag 可与 -I 发生氧化还原反应。 另一同学用 pH 计测得常温该硝酸银溶液的 pH 为 5.50，于是该同学对实验结论提出质疑。你认为他提出质 疑的理由可能是______。 (3)通过原电池原理探究 Ag 与 I 之间的氧化还原反应 按图设计原电池。电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化 学反应，并且电迁移率(u ∞ )应尽可能地相近，根据下表数据，盐桥中应选择______作为电解质。 阳离子  8 2 -1 -1u 1 /0 m s V    阴离子  8 2 -1 -1u 1 /0 m s V    Li 4.07 - 3HCO 4.61 Na  5.19 3NO 7.40 2Ca  6.59 Cl 7.91 K 7.62 2- 4SO 8.27 实验开始后，电流表指针发生偏转，正极电极表面有光亮的银析出，则该原电池的负极反应方程式为______。 (实验结论)______。 (4)查阅资料可知常温反应： 16Ag (aq) I (aq) AgI(s)    K=1.17 10   ； 8 22Ag (aq) 2I (aq) 2Ag(s) I (aq)    K=2.87 10    。试从速率与平衡两个角度解释 3AgNO 溶液与 KI 溶液反应混合只发生沉淀反应而无明显氧化还原反应的可能原因______。 参考答案 1．2CH4(g)  C2H4(g)+2H2(g) ΔH＝＋202.5 kJ∙mol−1 温度越高反应速率越快，达到平衡的时间越 短 1100℃时，Al2O3 几乎失去催化活性 0.2p 2H2O＋2e－＝2OH－＋H2↑ 基本不变 NaCN+H2S=HCN+NaHS 6 2．       -1 3 23NO g O g NO g H=-317 kJ m+ =3 ol   2 3 22 +2BaO+O =2Ba4NO NO ABC < 1 - - - 2 3 23Cl +8OH +2NO=2NO +6Cl +4H O 次氯酸钠在酸性条件下氧化性增强 3．正 N2H4+4OH--4e- = N2+4H2O ①＞②＞③＞④ Y 32 CO(NH2)2 + H2O -6e- = 2N2↑+CO2↑+6H+ 4．＜ 2 1 a 正向移动 BC ＜ = CH3OH-6e-+8OH-= 2- 3CO +6H2O 5．SO 2- 3 与 Ca2+生成 CaSO3 沉淀，平衡向正向移动，生成 NaOH 620 -746.5 < c 20/a Pa-1 SO2-2e-+2H2O=SO 2- 4 +4H+ 6．铁坩埚 2 4 4 2MnO H SO =MnSO H O  把“浸取”中得到的 2Fe  氧化成 3Fe  3.7 pH 8.3  C 2 3 3 2 2Mn 2HCO =MnCO CO H O      过滤 洗涤 Fe    2 4 2 3 25Fe MnO 9OH 4H O 5Fe OH Mn OH        7．纯碱或苏打 2Cl－＋2H2O 电解 2OH－＋H2↑＋Cl2↑ HCO 3  ＋OH－=CO 2 3  ＋H2O Na2CO3＋ 2Cl2=Cl2O＋CO2＋2NaCl 8．2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑ 2Fe＋3Cl2 点燃 2FeCl3 淡黄色 2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑ Ca(ClO)2 Ca(ClO)2＋H2O+CO2=CaCO3＋2HClO、2HClO 光照 2HCl + O2↑ 9．C+2H2SO4(浓)  CO2↑+2SO2↑+2H2O 浓硫酸具有强氧化性，能氧化具有还原性的硫化氢， 而得不到 H2S 气体 2Al+3Ag2S+6H2O=2Al(OH)3↓+6Ag+3H2S↑ 将 SO2 通入到盛有 H2S 溶液的试管中， 生成淡黄色的沉淀 10．硫 第三周期第ⅥA 族 离子键，非极性共价键 Cl−>O2->Na+ bc 2Al2O3 4Al+3O2↑ 变大 不变 11．第 3 周期第 VIA 族 HClO4 bc 正 O2+4e-+4H+=2H2O Cu+2H2SO4(浓) =  CuSO4+SO2↑+2H2O 1：2 3Cu+8H++2NO - 3 =3Cu2++2NO↑+4H2O Ca(OH)2 和 NH4Cl I 12．2.5mol 552.5g 21.68% 13．3:5 O2 + 4H++ 4e- ═ 2H2O CH3OH + 8OH-- 6e-= CO 2- 3 + 6H2O NH + 4 + OH-= NH3·H2O 0.022 14．铁粉 19.9 Cl2 Fe2+ H+ Fe2+-e-=Fe3+ 实验 I 中溶液的 pH 较高，生成的 Fe3+转化为 Fe(OH)3 Fe2+和 H+浓度的相对大小（溶液的 pH 或 H+浓度的大小） 15．淀粉溶液 溶液变为血红色 ④ 蓝色沉淀 酸性环境下硝酸根具有强氧化性，可将铁氧化为 Fe3+ KNO3 - - 22I -2e =I Ag+和 I-可以发生氧化还原反应生成 Ag 和 I2 Ag+与 I-生成沉淀的速率比氧 化还原的速率快；生成沉淀的平衡常数大，则沉淀反应进行的程度大