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1、西安备战高考化学化学反应与能量变化( 大题培优易错 难题 )一、化学反应与能量变化练习题（含详细答案解析）1 短周期元素X、 Y、Z、W 在周期表中的位置关系如图所示，已知在同周期元素的常见简单离子中， W 的简单离子半径最小， X、 Y、 Z、 W 的单质及其化合物在日常生活中用途极其广泛。(1)X 元素在元素周期表中的位置_。(2)X、 Y、 Z 元素的简单气态氢化物中，稳定性最差的是_（用分子式表示）。(3)Y、 Z、 W 三种元素对应的离子中，半径由大到小的顺序_（用离子符号表示）。(4)某汽车尾气分析仪以燃料电池为工作原理测定XZ 的浓度，其装置如图所示，该电池中电解质为氧化钇氧化钠
2、，其中Z2-可以在固体介质NASICON中自由移动。则负极的反应式_。关于该电池的下列说法，正确的是_。A工作时电极 b 作正极， Z2- 通过固体介质 NASICON由电极 b 流向电极 a B工作时电流由电极 a 通过传感器流向电极 bC传感器中通过的电流越大，尾气中XZ 的含量越高(5)X2 Z42- 能被酸性KMnO4 氧化，请填写相应的离子，并给予配平：_ _+_MnO 4- + _H+ = _CO2 + _Mn 2+_H2O【答案】第二周期第A 族CH4r(N3- )r(O2-)r(Al3+)CO+O2- - 2e-=CO2AC5C2O42-2161028【解析】【分析】根据短周期
3、元素 X、 Y、Z、 W 在周期表中的位置关系，则X、Y、 Z 是第二周期的元素， W是第三周期的元素；同周期元素的常见简单离子中，W 的简单离子半径最小，W 是 Al 元素；根据相对位置， X、Y、 Z 分别是 C、 N、 O。【详解】(1)X 是 C 元素，在元素周期表中的位置是第二周期第 A 族；(2)同周期元素从左到右非金属性增强，非金属性越强，气态氢化物越稳定，C、N、O 元素的简单气态氢化物中，稳定性最差的是CH4；(3)N、 O、Al 三种元素对应的离子，电子层数相同，质子数越多，半径越小，半径由大到小的顺序 r(N3- )r(O2-)r(Al3+)；(4)原电池负极发生氧化反应
4、、正极发生还原反应，负极是一氧化碳失电子生成二氧化碳，负极反应式CO+O2- -2e-=CO2；A b 通入氧气，氧气发生还原反应，工作时电极b 作正极， O2- 通过固体介质NASICON由电极 b 流向电极 a，故 A 正确；B电流由正极流向负极，b 是正极，工作时电流由电极b 通过传感器流向电极a，故 B 错误；C CO 的含量越高，失电子越多，传感器中通过的电流越大，故C 正确；(5)C2O42-被酸性 KMnO4 氧化为 CO2，根据得失电子守恒、电荷守恒、元素守恒，相应的离子方程式是 5C2O42-+2MnO4- +16H+ =10CO2 +2Mn2+8H2O。2 铅蓄电池是化学电
5、源，其电极材料分别是Pb 和 PbO2，电解液为稀硫酸。工作时该电池放电Pb sPbO垐 垐?2PbSO总反应式为：s 2H2SO4aq噲 垐?s 2H2O l。根据上述情况( ) 2()4( )充电( )()判断：( 1) 放电时，电解质溶液的pH_( 填“增大”“减小”或“不变” ) 。( 2) 放电时，电解质溶液中阴离子移向_极，电子从 _极流向 _极。( 3) 写出负极的电极方程式：_ 。【答案】增大负负正Pb2e-SO2-PbSO-+44【解析】【分析】放电时，负极发生氧化反应，Pb 失去电子产生 Pb2+， Pb2+与溶液中的 SO42- 结合形成PbSO4，反应消耗硫酸，硫酸的浓
6、度减小，负极得到PbSO4，正极上 PbO2 获得电子变为Pb2+， Pb2 +与溶液中的 SO42- 结合形成 PbSO4，电子由负极经外电路流向正极，由此分析解答。【详解】放电( 1) 该电池总反应式为：Pb( s)+ PbO2s2H2SO4aq垐 垐?2PbSO4s2H2O l。根据工()噲 垐?()+()+充电( )作原理可知：在放电时Pb 发生氧化反应，失去电子变为Pb2+，电极反应式为Pb- 2e-+PbO2+SO42-=PbSO4+2H2O，反=Pb2 ；正极上 PbO2 获得电子变为 Pb2 ，电极反应式为：+4H应消耗硫酸，使硫酸的浓度减小，溶液中c( H+) 降低，所以溶液
7、的pH 增大；( 2) 放电时，由于负极不断产生Pb2+，使正电荷数目增大，所以电解质溶液中阴离子SO42-移向负极，电子从负极Pb 极流向正极 PbO2 极；( 3) 负极失去电子，发生氧化反应，负极的电极反应式：Pb+SO 2- - 2e- =PbSO44。【点睛】本题考查了原电池工作原理，要会根据电池反应及元素化合价变化判断电池的正负极，并书写正负极电极反应式。注意：负极上生成难溶性的硫酸铅导致负极质量增加，正极上也产生难溶性的硫酸铅导致正极质量也增加，而溶液的酸性会减弱。3 有 A、 B、 C、D 四种金属片，进行如下实验：A、B 用导线连接后浸入稀 H2SO4 中，电流由 B导线A；
8、 C、 D 用导线相连后，同时伸入稀H2 4SO 溶液中， C 极为负极； A、 C相连后同时浸入稀 H2 4B、 D 相连后同时浸入稀SO 中， C 极产生大量气泡；H SO 中， D 极发生氧化反应；试判断四种金属的活动顺序是()24A AC D BB A B C DC B AC DD B D C A【答案】 A【解析】【详解】A 、B 用导线连接后浸入稀H2SO4 中，电流由 B导线A，A 为负极， B 为正极，金属性 ABC、D 用导线相连后，同时伸入稀H2SO4 溶液中， C 极为负极， D 极为正极，则金属性CD；A、C 相连后同时浸入稀H2 4中， C 极产生大量气泡，C 为正极
9、， A 为负极，则金属性SOAC；B、 D 相连后同时浸入稀H24中， D 极发生氧化反应，D 为负极， B 为正极，则金属性SODB；综上分析：金属性：ACD B；答案选 A。【点睛】原电池中活泼的电极做负极，不活泼的做正极，利用电极的活性来判断电极金属性的强弱，判断原电池正负极的方法：1、根据两极材料判断。一般活泼金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极；2、根据电极现象判断。一般情况下电极逐渐溶解为负极，电极增重可放出气体的为正极；3、根据电子流动方向来判断。电子流出的为负极、电子流入的为正极或电流流出的正极、电流流入的负极；4、根据原电池里电解质溶液内离子的定向移动方向判断。
10、阴离子流向的为负极、阳离子流向的为正极；5、根据原电池两极发生的变化来判断。失去电子发生氧化的是负极、得到电子发生还原反应是正极；4 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=2KSO3+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
11、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-=SO3 2-+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+
12、4e-=2H2O，碱性条件下的反应：O2+2H2O+4e-=4OH-。5 （ 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4LiAlCl SOCl2，电池的总反应可表示为 4Li+2SOCl=4LiCl+S+SO2。请回答下列问题：正极发生的电极反应为 _。SOCl2易挥发，实验室中常用223NaOH 溶液吸收 SOCl，有 Na SO 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。该金属的相对原子质
13、量为 _。电路中通过 _个电子。【答案】 2SOCl- =S SO-64 0. 1N A2 4e24Cl 产生白雾，且生成有刺激性气味的气体【解析】【分析】（1）由总反应可知，Li 化合价升高，失去电子，发生氧化反应，S 化合价降低，得到电子，发生还原反应，因此电池中Li 作负极，碳作正极；SOCl2 与水反应生成SO2 和 HCl，有刺激性气味的气体生成，HCl 与水蒸气结合生成白雾；（2） n( Cl2)= n( X2+),根据 M = m 计算金属的相对原子质量；n根据电极反应2Cl 2e- =Cl2计算转移电子的物质的量，进一步计算转移电子的数目。【详解】（1）由分析可知碳作正极，正极
14、上SOCl2 得到电子生成S 单质，电极反应为：2SOCl-SSO2-；4e= 4ClSOCl2与水反应生成2和 HCl，有刺激性气味的气体生成，HCl 与水蒸气结合生成白雾；SO（2） n( X2+ )= n ( Cl2)=1.12L=0. 05mol ， M= m =3.2g=64g/ mol ，因此该金属的22.4L / moln 0.05mol相对原子质量为64；由电极反应 2Cl - 2e- =Cl2可知，电路中转移电子的物质的量为2nCl22 0.05mol01mol，因此转移电子的数目为0.1NA()= .。6 铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3 可用作印刷电路铜版腐蚀剂和外伤
15、止血剂等。(1)写出 FeCl溶液腐蚀印刷电路板的离子方程式_。3(2)若将 (1)中的反应设计成原电池，请在方框内画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。_负极反应： _ ；正极反应： _写出甲烷燃料电池在酸性溶液中的电极反应和总电池反应：正极： _ ；负极： _ ；总反应： _ 。【答案】 2Fe3 +Cu2Fe2 +Cu2Cu-2e- =Cu2+2Fe3+2e-=2Fe2+ 2O2 +8e- +8H+=4H2O CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+ CH4+2O2=CO2+2H2O 【解析】【分析】33+将 Cu 氧化生成 Fe2+和 Cu2+。 (1)FeCl 溶液腐蚀
16、印刷电路板时，Fe(2)若将 (1)中的反应设计成原电池，则需用Cu、 C(或 Ag、 Au、Pt 等 )作电极， FeCl溶液作电3解质。负极为 Cu 失电子生成 Cu2+；正极为 Fe3+得电子生成 Fe2+。正极： O2 在酸性溶液中得电子，生成水；负极： CH4 在酸性溶液中失电子生成CO2等；总反应：甲烷燃烧生成二氧化碳和水。【详解】 (1)FeCl3 溶液腐蚀印刷电路板时，Fe3+将 Cu 氧化生成 Fe2+和 Cu2+，离子方程式为2Fe3+Cu 2Fe2 +Cu2 。答案为： 2Fe3 +Cu 2Fe2 +Cu2；(2)若将 (1)中的反应设计成原电池，则需用Cu、 C(或 A
17、g、 Au、Pt 等 )作电极， FeCl3 溶液作电解质。负极反应： Cu-2e- =Cu2+；正极反应：2Fe3+2e- =2Fe2+。答案为： Cu-2e- =Cu2+； 2Fe3+2e-=2Fe2+；正极： O2 在酸性溶液中得电子生成水，电极反应为2O2+8e-+8H+=4H2O；负极： CH4 在酸性溶液中失电子生成CO2 等，电极反应为CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+；总反应：甲烷燃烧生成二氧化碳和水，总反应式为CH4 +2O2=CO2+2H2O。答案为： 2O2+8e-+8H+=4H2O； CH4-8e-+2H2O=CO2 +8H+； CH4+2O2=CO2+2H2O。
18、【点睛】设计原电池时，应从电池反应出发，电池反应中失电子的物质即为负极材料，得电子的物质为电解质中的某成分，从电池反应中不能得出正极材料，但此材料必须导电，且还原性弱于负极材料。7 氮的固定一直是科学家研究的重要课题，合成氨是人工固氮比较成熟的技术，其原理为N 2 (g)3H2 (g)2NH3 (g)。已知破坏1mol 有关化学键需要的能量如表所示：HHNHNNNN436kJ390.8kJ192.8kJ945.8kJ则反应生成 1mol NH 3 (g) 所释放出的热量为_ kJ 。【答案】 45.5【解析】【分析】【详解】根据反应 N2233mol H H 键吸收的能量为+3H= NH 可知
19、，结合表中数据可计算出破坏1308kJ，破坏 1mol NN 键吸收的能量为945.8kJ，化学键被破坏吸收的总能量为2253.8kJ ，形成 6molN H 键放出能量2344.8kJ，反应生成 2mol NH 3 (g) 释放出的热量为 2344.8kJ2253.8kJ91kJ，则反应生成 1mol NH 3 (g) 释放出的热量为45.5kJ ，故答案为： 45.5 。8 在由铜片、锌片和150 mL稀硫酸组成的原电池中，当在铜片上放出6.72 L（标准状况）的 H2 时，硫酸恰好用完，则：(1) 产生这些气体消耗的锌的质量是 _g；(2) 通过导线的电子的物质的量是 _mol ；(3)
20、 该原电池正极的电极反应式为 _ 。【答案】 19.50.62H+ 2e - = H 2【解析】【分析】(1) 根据锌和氢气之间的关系式计算锌减少的质量；(2) 根据氢气与电子的关系式计算；(3) 锌为负极 ,Cu 为正极 , 正极上氢离子得电子生成氢气。【详解】(1) 设锌减少的质量为 m，根据 Zn+H2SO4=ZnSO4+H2反应可知， 65g： 22.4L=m： 6.72L ，解之得 m=19.5g；答案是 :19.5 ；(2) 根据 Zn+H2SO4=ZnSO4+H2可知，有 22.4LH 2 生成，转移电子为 2mol，所以有 6.72LH 2 生成，转移电子 0.6mol ；答案
21、是 :0.6 ；(3) 锌为负极 ,Cu 为正极 , 正极上氢离子得电子生成氢气, 其电极方程式为+-H；:2H +2e2答案是 : 2H +2e- H2。9 化学反应中的能量变化，是由化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时放出的能量不同所致。（1）键能也可以用于估算化学反应的反应热(H) 下表是部分化学键的键能数据：化学键P PP OO OP OkJ mol 1)172335498X键能 /( 已知白磷的燃烧热为2378.0 kJ mol，白磷完全燃烧的产物结构如图所示，则上表中X/_。（ 2） 1840 年，俄国化学家盖斯在分析了许多化学反应热效应的基础上，总结出一条规律：“一
22、个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，其总的热效应是完全相同的”这个规律被称为盖斯定律有些反应的反应热虽然无法直接测得，但可以利用盖斯定律间接计算求得。已知：CO2(gCO2gH1393 5 kJ mol( 石墨 ) )=( )./2H ( g) O ( g)=2H O( l)H 571. 6kJ/ mol 22222C2H2g5O2g4CO2 g2H2O l)H32599.2 kJ mol()( )=( )(/则由 C( 石墨 ) 和 H2( g) 反应生成1 mol2 2C H ( g) 的焓变为 _。已知 3. 6g 碳在6. 4g 的氧气中燃烧，至反应物耗尽，并放出x kJ 热量
23、。已知单质碳的燃烧热为 ykJ/ mol ，则 1 molC与 O2反应生成 CO 的反应热H 为 _。【答案】 470 226. 8kJ/ mol ( 5x 0. 5y)kJ/ mol【解析】【分析】( 1) 白磷燃烧的方程式为P4+5O2 P4O10，根据化学键的断裂和形成的数目进行计算；( 2) 可以先根据反应物和生成物书写化学方程式，根据盖斯定律计算反应的焓变，最后根据热化学方程式的书写方法来书写热化学方程式；首先判断碳的燃烧产物，然后依据反应热计算。【详解】( 1) 白磷燃烧的方程式为P4+5O2 P4O10， 1mol 白磷完全燃烧需拆开6mol P- P、 5molO O12mo
24、lP-O4molP O12mol335kJ mol 4molxkJ mol-(6mol172= ，形成、= ，所以/+/kJ/ mol+5 mol 498kJ/ mol)= 2378. 0kJ，解得 x=470；(2) 已知：C sO2 gCO2gH13935kJ mol- 1；2HgO2 g( ，石墨 )+=-.2)+( ) ( ) ?( ) - 1； 2C2H2( g)+ 5O2( g) 4CO2( g)+ 2H2O( l) H2=- 2599kJ?mol- 12H2O( l) H2=- 571. 6kJ?mol；222( g) 的反应可以根据2+1- 1 得到，所以反应焓变2C( s，石
25、墨 )+ H ( g)= C H22H 2393.5kJ mol -1571 6kJ mol- 1) 12599kJ mol - 112267kJ mol - 1；= (-?)+(-.?-(-?) =+ .?22碳在氧气中燃烧，氧气不足发生反应2C+O22CO，氧气足量发生反应3.6gC O2CO2 3 6g0.3mol6 4g的氧气的物质的量为碳的物质的量为=， .+； .12g / mol6.4g32g / mol=0. 2mol， n ( C): n( O2)= 3: 2；介于 2: 1 与 1: 1 之间，所以上述反应都发生令生成的 CO 为 xmol， CO2 为 ymol ；根据碳
26、元素守恒有x+y=0. 3，根据氧元素守恒有x+2y=0. 2 2，联立方程，解得x=0. 2 ，y=0. 1；单质碳的燃烧热为 Y kJ/ mol ，所以生成0. 1mol 二氧化碳放出的热量为0. 1mol Y kJ/ mol =0. 1YkJ，因此生成0. 2molCO 放出的热量为 XkJ- 0. 1YkJ。由于碳燃烧为放热反应，所以反应热H 的符号为“- ”，故 1mol C 与 O2XkJ0.1YkJ反应生成 CO的反应热 H=-=-( 5X- 0. 5Y) kJ/ mol 。0.2mol【点睛】利用盖斯定律计算反应热，熟悉已知反应与目标反应的关系是解答本题的关键。应用盖斯定律进行
27、简单计算的基本方法是参照新的热化学方程式( 目标热化学方程式) ，结合原热化学方程式 ( 一般 2 3 个 ) 进行合理“变形”，如热化学方程式颠倒、乘除以某一个数，然后将它们相加、减，得到目标热化学方程式，求出目标热化学方程式的H与原热化学方程式之间 H的换算关系。10 回答下列问题：（1）已知两种同素异形体A、 B 的热化学方程式为：A（ s） +O22（ g） H=（ g） COgCO2gH=则两种同素异形体中较393.51 kJ mol 1；B（ s） +O2395.41 kJ mol1（ ）（ ）稳定的是（填 “A或”“B）” _。（2）已知化学反应 N2催化剂2垐 垐 垎2NH3的
28、能量变化如图所示。 3H噲 垐 垐高温高压 1 mol N和 3 mol H 生成 1 mol NH3(g)是 _能量的过程 (填 “吸收 ”或 “释放 ”)。由1mol2N (g)和 mol H (g)生成 1 mol NH(g)过程 _(填 “吸收 ”或 “释放 ”)kJ能量。23232（用图中字母表示， 同）12323mol N (g)和mol H (g)反应生成 1 mol NH (l)的 H = _。22（3）工业上用H22 1， Cl Cl：243 kJ mol 和 Cl 反应制HCl，各键能为： H H：436 kJ mol1， H Cl： 431 kJ mol 1。该反应的热化
29、学方程式是 _ 。【答案】 A释放释放 b a 122H = - （ b+c-a ） kJ molH （g） +Cl （g） =2HCl（ g） H=-183 kJ mol 1【解析】【分析】(1)由 A(s)+O2(g) CO2(g)H=-393.51kJ/mol ； B(s)+O2(g) CO2(g) H=-395.41kJ/mol ，根据盖斯定律： -分析反应的热效应，能量越高越不稳定；(2)原子结合为分子过程会放热；由图象可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，反应放热； H=生成物的活化能 -反应物的活化能；根据反应热等于反应物总能量减去生成物总能量计算反应热并书写热化学方程式，注意
30、反应物的物质的量和生成物的聚集状态；(3)反应方程式为： H2+Cl2 =2HCl，根据吸收的能量之和与放出的能量之和的相对大小判断反应的吸放热，二者的差值即为焓变的数值。【详解】(1)由 A(s)+O2(g) CO2(g)H=-393.51kJ/mol ； B(s)+O2(g) CO2(g) H=-395.41kJ/mol ，根据盖斯定律： -得： A(s)=B(s)H 0，所以 B 的能量高，能量越高越不稳定，A 稳定；(2)原子结合为分子过程会放热，所以1mol N 和 3mol H 生成 1mol NH 3(g)是释放能量的过程；由图象可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，则该反应为
31、放热反应，则13H=生成物的活化能 -反应物的molN2(g) 和molH 2(g)生成 1mol NH 3(g)过程时放热过程；22活化能 =b-akJ/mol ，所以 1mol NH 3(g)过程时放热b-akJ； 1 mol N 2(g)和 3 mol H2(g)反应生成 1 mol NH3(l)的 H =(akJ?mol-1 )-(b kJ?mol-1+c kJ?mol-1)= -22(b+c-a)kJ?mol-1；(3)反应方程式为：H2+Cl2 =2HCl，生成 2molHCl，需吸收能量：436kJ+243kJ=679kJ，放出能量： 2431kJ=862kJ，放出的能量大于吸收的能量，则该反应放热，焓变为负号，且放出的热量为： 864kJ-679kJ=185kJ，所以 H=-183KJ/mol，所以反应的热化学方程式是H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)H=-183 kJ/mol 。【点睛】通常应用盖斯定律进行简单计算的基本方法是参照新的热化学方程式(目标热化学方程式)，结合原热化学方程式(一般 2 3 个 )进行合理 “变形 ”，如热化学方程式颠倒、乘除以某一个数，然后将它们相加、减，得到目标热化学方程式，求出目标热化学方程式的 H与原热化学方程式之间 H的换算关系。11 (1)写出符合要求的一个反应：吸热的分解反应的化学方程式：_ 。表示一类放热反