【人教版】2017年高中化学选修四课时训练（23份,含解析）

课时训练10　化学反应进行的方向
一、自发反应与自发过程
1.下列过程是非自发的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
A.水由高处向低处流 B.天然气的燃烧
C.铁在潮湿空气中生锈 D.室温下水结成冰
解析:自然界中水由高处向低处流;天然气的燃烧;铁在潮湿空气中生锈;室温下冰的融化,都是自发过程,其逆向都是非自发的。
答案:D
2.过程的自发性的作用是(　　)
A.判断过程的方向
B.确定过程是否一定会发生
C.判断过程发生的速率
D.判断过程的热效应
答案:A
3.下列说法中正确的是(　　)
A.非自发的反应即不可能进行的反应
B.自发反应即在任何条件下都能进行的反应
C.绝大多数的放热反应都能自发进行,且反应热越大,反应进行得越完全
D.吸热反应在常温、常压下不能自发进行,只有在高温下才可能自发进行
解析:反应的自发性是在一定条件下的结论,改变条件时自发反应和非自发反应可以转化,A、B两项错误;有些吸热反应(如氢氧化钡晶体与氯化铵的反应)在常温、常压下就能自发进行,D项错误。
答案:C
二、反应方向的判据
4.平底烧瓶中放入氢氧化钡晶体[Ba(OH)2·8H2O]和氯化铵晶体,塞紧瓶塞。在瓶底和木板间滴少量水,一会儿,就会发现瓶内固态物质溶解,有液体生成,瓶壁变冷,小木板上因少量水结冰冻结,从而将烧瓶黏住,这时打开瓶塞,散发出来的气体有氨味。这是自发地发生了反应:
Ba(OH)2·8H2O(s)+2NH4Cl(s)
BaCl2(aq)+2NH3(g)+10H2O(l)。
则下列结论中正确的是(　　)
A.吸热反应一定自发进行
B.自发反应一定是吸热反应
C.有的吸热反应也能自发进行
D.吸热反应不能自发进行
答案:C
5.下列判断不正确的是(　　)
A.少量的食盐溶解于水中:ΔS>0
B.纯碳和氧气反应生成CO(g):ΔS>0
C.气态水变成液态水:ΔS>0
D.CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g):ΔS>0
解析:食盐溶于水是典型的熵增加过程;2C(s)+O2(g)2CO(g),气体的物质的量增大,为熵增加的反应;气态水变成液态水是体系混乱度减小的过程,为熵减小的过程;CaCO3(s)的分解产生了气体,为熵增加反应。
答案:C
6.已知下列过程都能自发进行,其中不能用“焓判据”解释的是(　　)
A.2Na(s)+Cl2(g)2NaCl(s)　ΔH<0
B.C3H8(g)+5O2(g)3CO2(g)+4H2O(l)　ΔH<0
C.2NH4Cl(s)+Ca(OH)2(s)2NH3(g)+CaCl2(s)+2H2O(l)　ΔH>0
D.2Mg(s)+O2(g)2MgO(s)　ΔH<0
解析:放热反应过程中,体系能量降低,具有自发进行的倾向,也就是说,ΔH<0的反应一般能自发进行,这就是焓判据。本题的C项,ΔH>0,按焓判据反应不能发生,而题给条件是能自发进行,所以,不能用“焓判据”解释。
答案:C
7.判断下列反应的熵值的变化,在每小题后面的横线上填上“增加”“减小”或“无明显变化”。
(1)2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　。?
(2)H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)　。?
(3)(NH4)2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3(g)
　。?
(4)Cu(s)+Cl2(g)CuCl2(s)　。?
解析:判断熵值变化的依据是同温同压下,气态熵值>液态熵值>固态熵值,状态都是气态时,看物质的量的多少,物质的量越多,熵值越大。故(1)减小,(2)无明显变化,(3)增加,(4)减小。
答案:(1)减小　(2)无明显变化　(3)增加
(4)减小
三、复合判据的应用
8.下列关于化学反应的自发性叙述中正确的是(　　)
A.焓变小于0而熵变大于0的反应肯定是自发的
B.焓变和熵变都小于0的反应肯定是自发的
C.焓变和熵变都大于0的反应肯定是自发的
D.熵变小于0而焓变大于0的反应肯定是自发的
解析:ΔH<0,ΔS>0的反应一定能自发进行,A项正确。ΔH>0,ΔS<0的反应一定不能自发进行,D项错误。ΔH>0,ΔS>0的反应,高温下能自发进行,低温下不能自发进行,C项错误。ΔH<0,ΔS<0的反应,低温下能自发进行,高温下不能自发进行,B项错误。
答案:A
9.氨的工业合成工艺的成熟推动了人类文明的进步,不少科技工作者为了寻找廉价的氨的制备方法,进行了前赴后继的探索性工作。请回答下列各题:
用氢气和氮气合成氨是一个可逆反应,化学方程式如下:N2+3H22NH3。已知,在常温下,1 g H2完全转化为NH3,放出的热量为15.4 kJ。
(1)请写出该反应的热化学方程式:?
　。?
(2)如果一个反应的ΔH-TΔS<0,则该反应能够自发进行。已知该反应的ΔS=-198.2 J·(mol·K)-1。请判断上述氨气的合成反应在常温下　　　(填“能”或“不能”)自发进行。?
解析:反应的热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1,ΔH-TΔS=-92.4 kJ·mol-1-298 K×[-0.198 2 kJ·(mol·K)-1]<0,所以可以自发进行。
答案:(1)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1　(2)能
(建议用时:30分钟)
1.下列说法中正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
A.能自发进行的反应一定能迅速发生反应
B.非自发进行的反应一定不可能发生反应
C.能自发进行的反应实际可能没有发生反应
D.常温下,2H2O2H2↑+O2↑,即常温下水的分解反应是自发反应
解析:ΔH-TΔS这个判据指的是在温度、压强一定的条件下,化学反应自动发生的趋势,即反应发生的可能性,它并不能说明在该条件下一个可能自发进行的化学反应能否实际发生,所以A项错误;非自发不含有“不可能”之意。例如:水的分解在常温常压下是非自发的,但在通直流电条件下,电解生成氢气和氧气,只不过消耗了其他能量,所以B项错误;水在常温常压下通电才发生分解,即环境对它做功才能使它发生,所以是非自发反应,所以D项错误。
答案:C
2.能用能量判据判断下列过程的方向的是(　　)
A.水总是自发地由高处往低处流
B.放热反应容易自发进行,吸热反应不能自发进行
C.有序排列的火柴散落时成为无序排列
D.多次洗牌以后,扑克牌的毫无规律的混乱排列的几率大
解析:A项,水总是自发地由高处往低处流,有趋向于最低能量状态的倾向。B项,吸热反应也可以自发进行,例如,在25 ℃和1.01×105 Pa时,2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)　ΔH=+56.7 kJ·mol-1;(NH4)2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3(g)　ΔH=+74.9 kJ·mol-1。不难看出,上述两个反应都是吸热反应,又都是熵增的反应,显然只根据焓变来判断反应进行的方向是不全面的。C项,有序排列的火柴散落时成为无序排列,有趋向于最大混乱度的倾向,属于熵判据。D项,扑克牌的无序排列也属于熵判据。
答案:A
3.下列关于判断过程的方向的说法正确的是(　　)
A.所有自发进行的化学反应都是放热反应
B.高温高压下可以使石墨转化为金刚石是自发的化学反应
C.由能量判据和熵判据组合而成的复合判据,将更适合于所有的过程
D.同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同
答案:C
4.对于化学反应能否自发进行,下列说法中错误的是 (　　)
A.若ΔH<0,ΔS>0,任何温度下都能自发进行
B.若ΔH>0,ΔS<0,任何温度下都不能自发进行
C.若ΔH>0,ΔS>0,低温时可自发进行
D.若ΔH<0,ΔS<0,低温时可自发进行
解析:ΔG<0的反应为自发反应,若ΔH>0,ΔS>0,为保证ΔG=ΔH-TΔS<0,只有在高温下才能是自发反应。
答案:C
5.在25 ℃、1.01×105 Pa下,反应2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)　ΔH=+56.7 kJ·mol-1能自发进行的合理解释是(　　)
A.该反应是分解反应
B.该反应的熵增效应大于焓变效应
C.该反应是熵减反应
D.该反应是放热反应
解析:该反应是吸热反应。不能只用焓判据来判断反应进行的方向,该反应过程中熵增大,是熵增反应。该反应能够自发进行,说明该反应的熵增效应大于焓变效应。
答案:B
6.下列反应中,在高温下不能自发进行的是(　　)
A.CO(g)C(s)+O2(g)
B.NH4Cl(s)NH3(g)↑+HCl(g)↑
C.(NH4)2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3(g)
D.MgCO3(s)MgO(s)+CO2(g)
解析:A、B、C、D都是分解反应,为吸热反应;A项不是熵增的反应,在高温下不能自发进行。
答案:A
7.二氧化碳的捕捉与封存是实现温室气体减排的重要途径之一,也是未来实现低碳经济转型的重要环节。一些科学家利用太阳能加热反应器来“捕捉”空气中的CO2(如图所示)。下列说法中正确的是 (　　)
生石灰捕捉和封存二氧化碳的示意图
A.步骤一中将反应器加热到400 ℃,可提高CaCO3的生成速率
B.步骤一中生成CaCO3的反应为吸热反应
C.步骤一与步骤二中的反应互为可逆反应
D.步骤二中反应的ΔS<0
解析:CaO与CO2的反应为放热反应,B项错误;生成CaCO3的反应和CaCO3分解反应的反应条件不同,二者不互为可逆反应,C项错误;反应CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)的ΔS>0,D项错误。
答案:A
8.碳酸铵[(NH4)2CO3]室温下能自发地分解产生氨气,对其说法正确的是(　　)
A.碳酸铵分解是因为生成了易挥发的气体,使体系的熵增大
B.碳酸铵分解是因为外界给予了能量
C.该反应的ΔH-TΔS>0
D.碳酸盐都不稳定,都能自发分解
解析:碳酸铵自发分解,是因为体系中有氨气和CO2的生成而使体系的熵增大。
答案:A
9.下列对于化学反应方向的说法正确的是(　　)
A.反应2A(g)+B(g)3C(s)+D(g)在一定条件下能自发进行,说明该反应的ΔH>0
B.常温下反应2Na2SO3(s)+O2(g)2Na2SO4(s)能自发进行,则ΔH<0
C.反应2Mg(s)+CO2(g)C(s)+2MgO(s)能自发进行,则该反应的ΔH>0
D.一定温度下,反应2NaCl(s)2Na(s)+Cl2(g)的ΔH<0,ΔS>0
解析:ΔH-T·ΔS<0,反应能自发进行。若反应的ΔS<0,反应能自发进行,则ΔH<0,A、C两项错误,B项正确;2NaCl(s)2Na(s)+Cl2(g)属于分解反应,为吸热反应,ΔH>0,反应中只有生成物中有气体,故ΔS>0,D项错误。
答案:B
10.某化学反应其ΔH=-122 kJ·mol-1,ΔS=-431 J·(mol·K)-1,则以下关于此反应的自发性描述中正确的是(　　)
A.在任何温度下都能自发进行
B.仅在低温下自发进行
C.仅在高温下自发进行
D.在任何温度下都不能自发进行
解析:ΔG=ΔH-TΔS=-122 kJ·mol-1-T×431×10-3 kJ·(mol·K)-1<0,即在任意温度下,该反应均能自发进行。
答案:A
11.已知一个可逆反应,若正反应为自发过程,则其逆反应为非自发过程,反之,亦然。
(1)已知2CO(g)CO2(g)+C(s)　ΔH<0,T=980 K时ΔH-TΔS=0。当体系温度低于980 K时,估计ΔH-TΔS　　　(填“>”“<”或“=”)0;?
(2)电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应为SiO2(s)+4HF(g)SiF4(g)+2H2O(g)
ΔH(298.15 K)=-94.0 kJ·mol-1
ΔS(298.15 K)=-75.8 J·(mol·K)-1,设ΔH和ΔS不随温度而变化,则此反应自发进行的温度范围是　　　　　　　　　　　　。?
解析:(1)因为2CO(g)CO2(g)+C(s)为放热反应,ΔH<0,且该反应ΔS<0,则当T<980 K时,ΔH-TΔS<0。(2)由题给信息,要使反应能自发进行,必须有ΔH-TΔS<0,即-94.0 kJ·mol-1-T×[-75.8 J·(mol·K)-1]×10-3 kJ·J-1<0,则T<=1.24×103 K。
答案:(1)<　(2)小于1 240 K
12.在化学反应A(g)+B(g)2C(g)+D(g)　ΔH=Q kJ·mol-1过程中的能量变化如图所示,回答下列问题。
(1)Q　　　(填“>”“<”或“=”)0。?
(2)熵变ΔS　　　(填“>”“<”或“=”)0。?
(3)该反应　　　(填“能”或“不能”)自发进行。?
(4)升高温度平衡常数K　　　(填“增大”“减小”或“不变”),平衡向　　　方向移动。?
解析:据图像可知,该反应是放热反应,故Q<0。据反应特点可知,该反应是熵增大的反应;据此可知该反应能自发进行;升高温度,平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小。
答案:(1)<　(2)>　(3)能　(4)减小　逆反应
课时训练11　弱电解质的电离
一、强、弱电解质的判断
1.下列叙述中,能证明某物质是弱电解质的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
A.熔化时不导电
B.不是离子化合物,而是极性共价化合物
C.水溶液的导电能力很差
D.溶液中已电离的离子和未电离的分子共存
解析:区别强、弱电解质的依据是看其溶于水的部分能否完全电离。
答案:D
2.下列说法中正确的是(　　)
A.二氧化硫溶于水能导电,故二氧化硫属于电解质
B.硫酸钡难溶于水,故硫酸钡属于弱电解质
C.硫酸是强电解质,故纯硫酸能导电
D.氢离子浓度相同的盐酸和醋酸导电能力相同
解析:二氧化硫溶于水能导电,是因为二氧化硫与水反应生成的亚硫酸发生电离所致,二氧化硫属于非电解质,A项错误;硫酸钡难溶于水,但硫酸钡溶于水的那部分完全电离,故硫酸钡属于强电解质,电解质的强弱与其溶解度无关,B项错误;硫酸是强电解质是指硫酸溶于水时完全电离,而导电是有条件的,C项错误;溶液的导电性与可自由移动的离子浓度及离子所带电荷有关,从电离方程式可知两种酸分别电离产生的阴、阳离子的比例为1∶1,所以两种酸中自由移动的离子浓度相等,离子所带电荷数相等,导电能力一样,D项正确。
答案:D
二、电离方程式的书写
3.在以下各种情形下,下列电离方程式的书写正确的是(　　)
A.熔融状态下的NaHSO4电离:NaHSO4Na++H++S
B.H2CO3的电离:H2CO32H++C
C.Fe(OH)3的电离:Fe(OH)3Fe3++3OH-
D.水溶液中的NaHSO4电离:NaHSO4Na++HS
解析:本题对多元弱酸、多元弱碱的电离以及NaHSO4在熔融状态和水溶液两种情况下的电离进行考查。因为H2SO4是强酸,所以NaHSO4在水溶液中完全电离,其电离方程式为NaHSO4Na++H++S;但HS中各原子间靠共价键结合,因此熔融状态下HS不能电离为H+和S,故熔融状态下NaHSO4的电离方程式为NaHSO4Na++HS,所以A、D选项均错误;H2CO3作为二元弱酸,不能完全电离,必须使用“”,且多元弱酸的电离分步进行,以第一步为主,其电离方程式为H2CO3H++HC,HCH++C,因此B选项错误;Fe(OH)3是多元弱碱,通常以一步电离表示,故C选项正确。
答案:C
4.写出下列物质的电离方程式(在水溶液中)。
(1)H2SO4:　。?
(2)H2CO3:　。?
(3)NaHSO4:　。?
(4)NaHCO3:　。?
(5)Cu(OH)2:　。?
答案:(1)H2SO42H++S
(2)H2CO3H++HC,HCH++C
(3)NaHSO4Na++H++S
(4)NaHCO3Na++HC,HCH++C
(5)Cu(OH)2Cu2++2OH-
三、弱电解质的电离平衡
5.下列说法正确的是(　　)
A.根据溶液中有CH3COOH、CH3COO-和H+即可证明CH3COOH达到电离平衡状态
B.根据溶液中CH3COO-和H+的物质的量浓度相等可证明CH3COOH达到电离平衡状态
C.当NH3·H2O达到电离平衡时,溶液中NH3·H2O、N和OH-的浓度相等
D.H2CO3是分步电离的,电离程度依次减弱
解析:电离平衡状态是离子结合成分子的速率等于分子电离成离子的速率。A项,只能证明CH3COOH存在电离平衡。无论是否平衡,CH3COOH电离的CH3COO-与H+浓度始终相等。
答案:D
6.一元弱酸HA(aq)中存在下列电离平衡:HAA-+H+。将1.0 mol HA加入水中配成1 L溶液,如图中,表示溶液中HA、H+、A-的物质的量浓度随时间而变化的曲线正确的是(　　)
解析:本题考查电离平衡原理与图像分析能力。根据弱酸HA的电离平衡知,HA的浓度由1.0 mol·L-1逐渐减小,排除D项;A-、H+浓度由0逐渐增大,排除A、B两项;平衡时,HA减小量等于A-或H+的增加量。
答案:C
四、影响电离平衡的因素
7.在0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液中存在如下电离平衡:CH3COOHCH3COO-+H+。对于该平衡,下列叙述正确的是(　　)
A.加入水时,平衡逆向移动
B.加入少量NaOH固体,平衡正向移动
C.加入少量0.1 mol·L-1 HCl溶液,溶液中c(H+)减小
D.加入少量CH3COONa固体,平衡正向移动
解析:加入水时平衡应正向移动,A项错误;加入少量NaOH固体后由于发生反应H++OH-H2O,平衡正向移动,B项正确;加入HCl溶液,c(H+)增大,故C项错误;加入CH3COONa晶体,由于c(CH3COO-)增大,平衡逆向移动,D项错误。
答案:B
8.HClO是比H2CO3还弱的酸,下列反应Cl2+H2OHCl+HClO达到平衡后,要使HClO的浓度增大,可采取的措施是(　　)
A.光照 B.加入NaOH固体
C.加入水 D.加入CaCO3固体
解析:要使c(HClO)增大,应使Cl2+H2OHCl+HClO向右移动,且加入的物质只能与HCl反应而不能与HClO反应,结合酸性H2CO3>HClO,故采取的措施是加入CaCO3固体。
答案:D
9.化学平衡移动原理同样也适用于其他平衡。已知在氨水中存在下列平衡:
NH3+H2ONH3·H2ON+OH-
(1)向氨水中加入MgCl2固体时,平衡向　　　　移动,OH-的浓度　　　　(填“增大”“减小”或“不变”,下同),N的浓度　　　　。?
(2)向氨水中加入浓盐酸,平衡向　　　　移动,此时溶液中浓度减小的粒子有　　　　、　　　　、　　　　。?
(3)向浓氨水中加入少量NaOH固体,平衡向　　　　移动,此时发生的现象是　?
　。?
解析:(1)加入MgCl2,Mg2++2OH-Mg(OH)2,平衡右移。
(2)加入浓盐酸,相当于加入H+,结合OH-,平衡右移。
(3)加入NaOH,相当于加入OH-,平衡左移。
答案:(1)右　减小　增大
(2)右　NH3　NH3·H2O　OH-
(3)左　有刺激性气味的气体产生
五、电离常数
10.下列说法正确的是(　　)
A.电离常数受溶液浓度的影响
B.电离常数可以表示弱电解质的相对强弱
C.电离常数大的酸溶液中c(H+)一定比电离常数小的酸中的c(H+)大
D.H2CO3的电离常数表达式:K=
解析:电离常数是温度的函数,与溶液浓度无关,所以A项错误;电离常数可以表示弱电解质的相对强弱,故B项正确;酸中c(H+)既跟酸的电离常数有关,还跟酸的浓度有关,所以C项叙述错误;D项中碳酸是分步电离的,第一步电离常数表达式为:K1=,第二步电离常数为:K2=,故D项错误。
答案:B
11.已知三个数据7.2×10-4、4.6×10-4、4.9×10-10分别是下列有关三种酸的电离常数,若已知下列反应可以发生:
NaCN+HNO2HCN+NaNO2
NaCN+HFHCN+NaF
NaNO2+HFHNO2+NaF
由此可判断下列叙述不正确的是(　　)
A.K(HF)=7.2×10-4
B.K(HNO2)=4.9×10-10
C.根据其中两个反应可以得出结论:三者中K(HCN)一定不是最大
D.K(HCN)解析:相同温度下,弱电解质的电离常数是比较弱电解质相对强弱的条件之一;根据第一、第三两个反应可知三种一元弱酸的强弱顺序为HF>HNO2>HCN。由此可判断K(HF)>K(HNO2)>K(HCN),其对应数据依次为K(HF)=7.2×10-4,K(HNO2)=4.6×10-4,K(HCN)=4.9×10-10。
答案:B
12.18 ℃时,H2A(酸):K1=4.3×10-7,K2=2.1×10-12。H2B(酸):K1=1.0×10-7,K2=6.3×10-13。在浓度相同的两种溶液中,用“>”“<”或“=”填空。
(1)H+的浓度:H2A　　　　H2B。?
(2)酸根离子的浓度:c(A2-)　　　　c(B2-)。?
(3)酸分子的浓度:c(H2A)　　　　c(H2B)。?
(4)溶液的导电能力:H2A　　　　H2B。?
解析:H2A和H2B都是二元弱酸,二元弱酸的电离分两步,第一步比第二步电离程度大得多,溶液的酸性(即H+浓度)、酸式酸根的浓度、酸分子的浓度、溶液的导电能力均由第一步电离决定,同温同浓度的两酸,H2A的第一步电离常数大于H2B的第一步电离常数,故H+浓度是H2A>H2B,c(H2A)H2B。酸根离子的浓度决定于两酸的第二步电离,H2A的第二步电离常数大于H2B的第二步电离常数,故c(A2-)>c(B2-)。
答案:(1)>　(2)>　(3)<　(4)>
(建议用时:30分钟)
1.下列各组物质中,都是强电解质的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
A.HBr、HCl、BaSO4
B.NH4Cl、CH3COOH、Na2S
C.NaOH、Ca(OH)2、NH3·H2O
D.HClO、NaF、Ba(OH)2
解析:强酸(如HBr、HCl)、强碱[如NaOH、Ca(OH)2、Ba(OH)2]、大多数盐(如BaSO4、NH4Cl、Na2S、NaF)均为强电解质;弱酸(如CH3COOH、HClO)、弱碱(如NH3·H2O)均为弱电解质。
答案:A
2.下列关于电离常数的说法正确的是(　　)
A.电离常数随着弱电解质的浓度增大而增大
B.CH3COOH的电离常数表达式为
Ka=
C.CH3COOH溶液中加入少量CH3COONa溶液,电离常数减小
D.电离常数只与温度有关,与浓度无关
解析:电离常数只与温度有关,与浓度变化无关,故A项错误;CH3COOH的电离常数表达式为Ka=,故B项错误;CH3COOH溶液中加入少量CH3COONa溶液,虽然平衡向左移动,但温度不变,平衡常数不变,故C项错误。
答案:D
3.下列电离方程式正确的是(　　)
A.NaHSO4Na++HS
B.NaHCO3Na++H++C
C.H3PO43H++P
D.HFH++F-
解析:
选项
错因分析
正确写法
A
HS是强酸的酸式酸根,在水溶液中完全电离
NaHSO4Na++H++S
B
NaHCO3是强电解质,应写“”,且HC是弱酸根,不能拆开
NaHCO3
Na++HC
C
H3PO4是三元弱酸,应分步书写
H3PO4H++H2P
H2PH++HP
HPH++P
答案:D
4.甲酸的下列性质中,可以证明它是弱电解质的是 (　　)
A.1 mol·L-1的甲酸溶液的c(H+)为1×10-2 mol·L-1
B.甲酸能与水以任意比互溶
C.10 mL 1 mol·L-1的甲酸溶液恰好与10 mL 1 mol·L-1的NaOH溶液完全反应
D.滴入石蕊溶液显红色
解析:弱电解质的本质特征就是在水溶液中部分电离:A中c(H+)=0.01 mol·L-1,可以说明这一点。B中说明甲酸的溶解性;C说明酸跟碱反应的能力;D说明甲酸显酸性;B、C、D都不能说明甲酸是弱电解质。
答案:A
5.把1 L 0.1 mol·L-1醋酸溶液用蒸馏水稀释到10 L,下列叙述正确的是(　　)
A.c(CH3COOH)变为原来的
B.c(H+)变为原来的
C.的值增大
D.溶液的导电性增强
解析:对于CH3COOHCH3COO-+H+,当加水稀释时,平衡正向移动,c(CH3COOH)小于原来的,c(H+)大于原来的,A、B两项均错误;由于平衡正向移动,n(CH3COO-)增大,n(CH3COOH)减小,所以的值增大,C项正确;由于CH3COO-和H+的浓度均减小,溶液的导电性减弱,D项错误,故选C。
答案:C
6.在0.1 mol·L-1的HCN溶液中存在如下电离平衡HCNH++CN-,对该平衡,下列叙述正确的是(　　)
A.加入少量NaOH固体,平衡正向移动
B.加水,平衡逆向移动
C.滴加少量0.1 mol·L-1 HCl溶液,溶液中c(H+)减少
D.加入少量NaCN固体,平衡正向移动
解析:加NaOH固体,OH-+H+H2O,平衡正向移动,A项正确;加水平衡正向移动,B项错误;滴加少量0.1 mol·L-1 HCl溶液,c(H+)增大,C项错误;加入少量NaCN固体,c(CN-)增大,平衡逆向移动。
答案:A
7.在氢硫酸中,c(H+)和c(S2-)的比值是(　　)
A.1 B.2
C.大于2 D.在1~2之间
解析:H2S是二元弱酸,在水溶液中分步电离:H2SH++HS-,HS-H++S2-,以一级电离为主,二级电离产生的c(S2-)远远小于c(H+),C项正确。
答案:C
8.高氯酸、硫酸、硝酸和盐酸都是强酸,其酸性在水溶液中差别不大。以下是某温度下这四种酸在冰醋酸中的电离常数:
酸
HClO4
H2SO4
HCl
HNO3
Ka
1.6×10-5
6.3×10-9
1.6×10-9
4.2×10-10
从表格中判断以下说法中不正确的是(　　)
A.在冰醋酸中这四种酸都没有完全电离
B.在冰醋酸中高氯酸是这四种酸中最强的酸
C.在冰醋酸中硫酸的电离方程式为H2SO42H++S
D.水对于这四种酸的强弱没有区分能力,但在醋酸中可以区别这四种酸的强弱
解析:从H2SO4的Ka可以看出,强酸在冰醋酸中电离受到抑制,多元酸分步电离,并非完全电离。
答案:C
9.在一定温度下,冰醋酸加水稀释过程中,溶液的导电能力如右图所示,请回答:
(1)“O”点导电能力为0的理由是???　。?
(2)A、B、C三点溶液c(H+)由小到大的顺序为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
(3)若使C点溶液中c(CH3COO-)增大的同时溶液的c(H+)减小,可采取的措施是:
①　　　　;②　　　　;③　　　　。?
(4)经实验测得C点处:c(CH3COOH)=0.1 mol·L-1,c(CH3COO-)=0.01 mol·L-1,则该条件下CH3COOH的电离常数Ka=　　　　。?
解析:(1)CH3COOH是一种共价化合物,是弱电解质,只有在水溶液里才能电离导电。“O”点不导电说明此时CH3COOH未电离,说明此时无水,不电离,不存在自由移动的离子。
(2)c(H+)越小,导电能力越弱;c(H+)越大,导电能力越强,故c(H+)由小到大的顺序为C(3)欲使c(CH3COO-)增大,可以使平衡右移,即消耗c(H+)的办法,此时可考虑酸的五大通性,其中适合的有加金属、金属氧化物、碱、某些盐;也可以使平衡逆向移动,此时只能加醋酸盐。
(4)由CH3COOHCH3COO-+H+,可知c(H+)=c(CH3COO-)=0.01 mol·L-1,则Ka==1×10-3。
答案:(1)CH3COOH是共价化合物,无水不电离,也就无自由移动的离子,所以不导电
(2)C(3)加活泼金属(如Mg)　加碱性氧化性(如Na2O)　加碱(如NaOH)　加某些盐(如Na2CO3)　加醋酸盐(如CH3COONa)(任选三种)
(4)1×10-3
课时训练12　水的电离　溶液的酸碱性
一、水的电离
1.下列说法正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
A.HCl溶液中无OH-
B.NaOH溶液中无H+
C.NaCl溶液中既无OH-也无H+
D.常温下,任何物质的水溶液中都有H+和OH-,且KW=1×10-14
解析:任何水溶液中均存在水的电离,因此任何水溶液中均含有H+和OH-,A、B、C三项错误。
答案:D
2.常温下,在0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液中,水的离子积是(　　)
A.1.0×10-14 B.1.0×10-13
C.1.32×10-14 D.1.32×10-15
解析:水的离子积作为一个常数仅受温度影响,与溶质的种类、浓度无关,故选A。
答案:A
3.某温度时,测得纯水中c(H+)=2.4×10-7 mol·L-1,则c(OH-)为(　　)
A.2.4×10-7 mol·L-1
B.1.0×10-7 mol·L-1
C. mol·L-1
D.无法确定
解析:纯水或稀电解质水溶液中,水电离的H+浓度与水电离的OH-浓度相等,故选A。
答案:A
4.关于水的离子积常数,下列说法不正确的是(　　)
A.蒸馏水中,c(H+)·c(OH-)=1×10-14
B.纯水中,25 ℃时,c(H+)·c(OH-)=1×10-14
C.25 ℃时,任何以水为溶剂的稀电解质溶液中,c(H+)·c(OH-)=1×10-14
D.KW值随温度升高而增大
解析:水的离子积常数仅受温度的影响,温度一定,则水的离子积常数一定,A选项未指明温度,无法确定KW值的大小,A项错误。
答案:A
二、影响水的电离的因素
5.室温下,水的电离达到平衡:H2OH++OH-。下列叙述正确的是(　　)
A.将水加热,平衡正向移动,KW不变
B.向水中加入少量盐酸,平衡逆向移动,c(H+)增大
C.向水中加入少量NaOH固体,平衡正向移动
D.向水中加入少量NaCl固体,平衡正向移动,c(OH-)=c(H+)
解析:电离过程需吸收能量,加热时,平衡正向移动,c(H+)和c(OH-)增大,KW增大,A项错误;加入少量盐酸,使c(H+)增大,平衡逆向移动,B项正确;加入少量NaOH固体,c(OH-)增大,平衡逆向移动,C项错误;加入少量NaCl固体,不影响水的电离平衡,c(OH-)与c(H+)仍相等,D项错误。
答案:B
6.下列因素能影响水的电离平衡,且能使水的电离平衡向右移动的是(　　)
A.CH3COOH B.H]-
B.升高温度 D.bX-○+b
解析:酸、碱抑制水的电离,A、B两项错误;水的电离是吸热过程,升温,电离平衡右移;D项中离子为Cl-,对水的电离平衡没有影响。
答案:C
7.已知水在25 ℃和100 ℃时,电离平衡曲线如下图所示:
(1)25 ℃时水的电离平衡曲线应为　　　　(填“A”或“B”),请说明理由:　。?
(2)下列措施能影响水的电离平衡,并使溶液中的c(H+)>c(OH-)的是　　　　。?
A.向纯水中投入少量Na2O2
B.将水加热煮沸
C.向水中通入CO2
D.向水中加入NaCl
解析:(1)水的电离是吸热过程,当温度升高时,促进水的电离,水的离子积增大,水中c(H+)、c(OH-)都增大,结合图像中A、B曲线变化情况及c(H+)、c(OH-)可以判断,25 ℃时水的电离平衡曲线应为A。
(2)影响水电离平衡的因素很多。A项生成NaOH,使c(OH-)>c(H+);B项可促进水的电离,但c(H+)=c(OH-);D项对水的电离无影响;C项可与水反应生成H2CO3,H2CO3H++HC,抑制水的电离,使c(H+)>c(OH-)。
答案:(1)A　水的电离是吸热过程,温度低时,电离程度小,c(H+)、c(OH-)小
(2)C
三、水电离出的H+和OH-的计算
8.25 ℃,0.01 mol·L-1 H2SO4溶液中,水电离出的c(H+)是(　　)
A.0.01 mol·L-1
B.0.02 mol·L-1
C.1×10-12 mol·L-1
D.5×10-13 mol·L-1
解析:本题关键在于弄清楚溶液中的c(H+)主要来源于H2SO4的电离,水电离的c(H+)可以忽略不计,c(OH-)来源于水的电离。
c(H+)溶液≈c(H+=2c(H2SO4)=2×0.01 mol·L-1=0.02 mol·L-1
KW=c(H+)溶液·c(OH-)水
c(OH-)水== mol·L-1
c(H+)水=c(OH-)水
=5×10-13 mol·L-1
答案:D
四、溶液的酸碱性
9.下列说法正确的是(　　)
A.c(H+)>1.0×10-7 mol·L-1的溶液一定呈酸性
B.c(H+)·c(OH-)=1.0×10-14的溶液一定呈中性
C.中性溶液中的c(H+)一定等于1.0×10-7 mol·L-1
D.c(H+)=c(OH-)的溶液一定是中性溶液
解析:中性溶液中c(OH-)=c(H+),溶液的酸碱性是由c(H+)和c(OH-)的相对大小决定的。
答案:D
10.下列溶液一定呈酸性的是(　　)
A.溶液中c(OH-)>c(H+)
B.溶液中含有H+
C.c(H+)=1×10-6 mol·L-1
D.溶液中c(H+)>c(OH-)
答案:D
11.若100 ℃时纯水电离出的H+浓度为1.0×10-6 mol·L-1,则此时KW=　　　　　　　,c(OH-)=　　　　　　　　　　;25 ℃时的c(H+)=1.0×10-2 mol·L-1的H2SO4溶液和c(H+)=1.0×10-12 mol·L-1的氢氧化钠溶液温度均升高到100 ℃,H+浓度分别是　　　　　　　　　、　　　　　　　　　。?
解析:纯水电离出的H+浓度与纯水电离出的OH-浓度相等,均为1.0×10-6 mol·L-1,此时KW=1.0×10-12;25 ℃时的c(H+)=1.0×10-2 mol·L-1的H2SO4溶液温度升高到100 ℃时,c(H+)不变仍为1.0×10-2 mol·L-1;而此温度下c(H+)=1.0×10-12 mol·L-1的氢氧化钠溶液温度升高到100 ℃时,c(OH-)也不变,仍为1.0×10-2 mol·L-1,而c(H+)= mol·L-1=1.0×10-10 mol·L-1。
答案:1.0×10-12　1.0×10-6 mol·L-1　1.0×10-2 mol·L-1　1.0×10-10 mol·L-1
(建议用时:30分钟)
1.下列说法正确的是(　　)
　　　　　 　　　　　 　　　　
A.水的电离方程式:H2OH++OH-
B.升高温度,水的电离程度增大
C.在NaOH溶液中没有H+,在HCl溶液中没有OH-
D.纯水中c(H+)=1.0×10-7 mol·L-1
解析:水是极弱的电解质,只有少部分电离,应用“”表示,故A项错误;水的电离是吸热的,所以升高温度,电离程度增大,B项正确;在NaOH溶液中c(OH-)>c(H+),在HCl溶液中c(OH-)答案:B
2.常温下,某溶液中由水电离产生的c(H+)等于1.0×10-13 mol·L-1,该溶液的溶质不可能是(　　)
A.NaHSO4 B.NaCl
C.HCl D.Ba(OH)2
解析:此时c(H+)小于常温下纯水电离产生的c(H+),说明水的电离受到了抑制,NaHSO4、HCl、Ba(OH)2对水的电离都起抑制作用。
答案:B
3.下列说法正确的是(　　)
A.6 mol·L-1H2SO4溶液中存在OH-
B.因为水的离子积常数的表达式是KW=c(H+)·c(OH-),所以KW随溶液中c(H+)和c(OH-)的变化而变化
C.水的电离方程式是:H2OH++OH-
D.KW=1.0×10-14适用于任何温度、任何溶液
解析:溶液中存在H2OH++OH-,必然存在OH-,A项正确。KW随温度变化而变化,B项错误;H2O的电离方程式应用“”,C项错误;KW=1.0×10-14适用于常温下稀的电解质溶液和纯水中,D项错误。
答案:A
4.25 ℃时,水的电离达到平衡:H2OH++OH-　ΔH>0。下列叙述正确的是(　　)
A.向水中加入稀氨水,平衡逆向移动,c(OH-)降低
B.向水中加入少量固体硫酸氢钠,c(H+)增大,KW不变
C.向水中加入少量固体钠,平衡逆向移动,c(H+)降低
D.将水加热,KW增大,c(H+)不变
解析:向水中加入稀氨水,OH-浓度增大,水的电离平衡逆向移动,A项错误;硫酸氢钠是强酸酸式盐,向水中加入少量固体硫酸氢钠,在水溶液中完全电离:NaHSO4Na++H++S,c(H+)增大,由于KW只与温度有关,所以KW不变,B项正确;向水中加入少量固体钠,由于金属钠非常活泼,可与水电离出的H+直接发生置换反应,产生H2,故促进了水的电离,使平衡正向移动,C项错误;将水加热,KW增大,c(H+)、c(OH-)同等倍数增大,D项错误。
答案:B
5.水的电离过程为H2OH++OH-,在25 ℃时水的离子积为KW=1.0×10-14,在35 ℃时水的离子积为KW=2.1×10-14,则下列叙述正确的是 (　　)
A.c(H+)随着温度的升高而降低
B.35 ℃时c(H+)>c(OH-)
C.35 ℃时的水比25 ℃时的水电离程度小
D.水的电离是个吸热过程
解析:35 ℃时水的离子积大于25 ℃时水的离子积,说明35 ℃时水中c(H+)、c(OH-)大于25 ℃时水中c(H+)、c(OH-),但c(H+)仍等于c(OH-);亦说明升高温度,水的电离程度增大,即水的电离是吸热过程。
答案:D
6.已知25 ℃时KW=1.0×10-14,如果100 ℃时KW=5.5×10-13,这说明(　　)
A.100 ℃时水的电离程度较小
B.前者c(H+)较后者大
C.水的电离过程是一个吸热过程
D.100 ℃时0.1 mol·L-1 DCl的重水溶液中水的电离程度一定是常温时电离程度的10倍
解析:由题意知,随温度升高,KW随之增大。即c(H+)·c(OH-)较大。c(H+)·c(OH-)较大,说明H2OH++OH-向右进行的程度大,由此可知水的电离是吸热的。所以A、B两项错误,C项正确;当改用重水作溶剂时,由于重水的电离程度与普通水的电离程度不一定相同(事实上不同),所以常温时重水的离子积c(D+)·c(OD-)不一定等于1×10-14,也不能将普通水在100 ℃时的离子积常数应用于重水溶液,尽管DCl是强酸,在重水溶液中能够完全电离,题目告诉的浓度可以求出溶液中的c(D+),但因不知道两种温度条件下的重水离子积常数,所以无法得出c(OD-),也就是说无法知道两种温度条件下重水分子本身的电离程度,所以D项错误。
答案:C
7.在由水电离的c(H+)=1.0×10-14 mol·L-1的溶液中,一定能大量共存的离子组是(　　)
A.K+、Fe2+、S、Mn
B.Na+、Cl-、N、S
C.Al3+、N、Cl-、S
D.Na+、Al、Br-、Cl-
解析:由水电离出的c(H+)=1.0×10-14 mol·L-1的溶液可能有大量H+,也可能有大量OH-。A项中,在酸性条件下Mn具有强氧化性,能把具有还原性的Fe2+和S氧化而不能大量共存,在碱性条件下Fe2+不能大量存在;B项中,各离子与H+或OH-都能大量共存;C项中,Al3+、N和OH-反应,分别生成Al(OH)3沉淀和NH3·H2O而不能大量共存;D项中Al与H+、H2O反应生成Al(OH)3沉淀而不能大量共存。
答案:B
8.如图表示水中c(H+)和c(OH-)的关系,下列判断错误的是(　　)
A.两条曲线间任意点均有c(H+)×c(OH-)=KW
B.M区域内任意点均有c(H+)C.图中T1D.XZ线上任意点均有KW=1×10-14
解析:A项,水电离出的c(H+)与c(OH-)的乘积为水的离子积常数;B项,由图看出M区域中c(H+)答案:D
9.一定温度下,用水稀释0.1 mol·L-1的一元弱酸HA,随着稀释进行,下列数值一定增大的是(KW表示水的离子积,Ka表示HA的电离常数)(　　)
A.KW B.
C. D.c(OH-)
解析:温度不变,KW不变,A不合题意;根据Ka=,推出,加水稀释时,HA电离程度增大,n(HA)减小,n(A-)增大,则减小,B、C不合题意;加水稀释HA电离程度增大,但是c(H+)减小,由KW不变,可知c(OH-)增大,D符合题意。
答案:D
10.(1)某温度(t ℃)时,水的KW=1×10-12,则该温度　　　　(填“>”“<”或“=”)25 ℃,其理由是　。?
(2)该温度下,c(H+)=1×10-7 mol·L-1的溶液呈　　　　(填“酸性”“碱性”或“中性”);若该溶液中只存在NaOH溶质,则由H2O电离出来的c(OH-)=　　　　mol·L-1。?
(3)某温度下纯水中c(H+)=2×10-7 mol·L-1,则此溶液中的c(OH-)=　。?
若温度不变,滴入稀盐酸使c(H+)=5×10-6 mol·L-1,则此时溶液中的c(OH-)=　　　　　　　　　。?
答案:(1)>　升温促进水电离,KW增大
(2)碱性　1×10-7
(3)2×10-7 mol·L-1　8×10-9 mol·L-1
11.在水的电离平衡中,c(H+)和c(OH-)的关系如图所示:
(1)A点水的离子积为1×10-14,B点水的离子积为　。?
造成水的离子积变化的原因是?　。?
(2)100 ℃时,若向溶液中滴加盐酸,能否使体系处于B点位置?　　　　,原因是　?　。?
(3)100 ℃时,若盐酸中c(H+)=5×10-4 mol·L-1,则由水电离产生的c(H+)是　。?
解析:(1)KW只受温度影响,温度越高,KW越大。
(2)溶液处于B点时,c(H+)=c(OH-),而在盐酸中,c(H+)≠c(OH-)。
(3)c(H+)水=c(OH-)水= mol·L-1=2×10-9 mol·L-1。
答案:(1)1×10-12　水的电离要吸热,温度升高,水的电离程度增大,即水的离子积增大
(2)否　在盐酸中c(H+)≠c(OH-),所以不能使体系处在B点
(3)2×10-9 mol·L-1
课时训练13　pH的计算
一、溶液的酸碱性与pH
1.下列溶液一定呈酸性的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
A.含有H+的溶液
B.能使酚酞呈无色的溶液
C.pH小于7的溶液
D.c(OH-)小于c(H+)的溶液
解析:常温下,中性溶液的pH=7,而本题没有明确告诉溶液温度,所以C项无法判断;任何溶液中都含有H+和OH-,A项错误;能使酚酞显无色的溶液,pH小于8.2,不能确定溶液呈酸性、中性还是碱性,B项错误;只有D项说明了酸性溶液中c(OH-)和c(H+)的大小关系。
答案:D
2.将纯水加热至较高温度,下列叙述正确的是(　　)
A.水的离子积变大、pH变小,呈酸性
B.水的离子积不变、pH不变,呈中性
C.水的离子积变小、pH变大,呈碱性
D.水的离子积变大、pH变小,呈中性
解析:将纯水加热,平衡H2OH++OH-向右移动,c(H+)、c(OH-)均变大,但仍然相等,所以KW变大,pH变小,仍然呈中性。
答案:D
3.纯水在80 ℃时的pH(　　)
A.等于7 B.大于7
C.小于7 D.无法确定
解析:25 ℃时,纯水的pH=7,升高温度时,水的电离平衡向右移动,c(H+)增大,所以pH<7。
答案:C
4.pH=2的盐酸和pH=2的稀硫酸相比较,下列说法正确的是(　　)
A.两溶液的物质的量浓度相同
B.两溶液的c(H+)相同
C.等体积的两溶液分别与足量的Zn反应,产生H2的量不同
D.将两溶液均稀释100倍后,pH不同
解析:两溶液均为强酸溶液,pH相同,则c(H+)相同,但硫酸为二元酸,物质的量浓度应该是盐酸的。与Zn反应的实质是H+与Zn的反应,因c(H+)和溶液体积均相同,产生的H2的量也应该相同,两溶液稀释100倍后,pH均变为4。
答案:B
二、pH的计算
5.25 ℃时,a mol·L-1稀盐酸与b mol·L-1稀氢氧化钠溶液等体积混合后,所得溶液的pH=12(混合液的总体积可视为原两种溶液体积相加),则a和b的关系为(　　)
A.a= B.b=a+0.02
C.a=b+0.02 D.a=b+0.01
解析:混合后碱过量,c(OH-)余= mol·L-1=1×1012-14 mol·L-1=1×10-2 mol·L-1,b-a=2×10-2=0.02。
答案:B
6.常温时,取浓度相同的NaOH溶液和HCl溶液,以3∶2体积比相混合,所得溶液的pH等于12,则原溶液的浓度为(　　)
A.0.01 mol·L-1 B.0.017 mol·L-1
C.0.05 mol·L-1 D.0.50 mol·L-1
解析:pH=12,说明溶液呈碱性,设原溶液中溶质的物质的量浓度为x,则HCl溶液中c(H+)=x,NaOH溶液中c(OH-)=x,混合后溶液显碱性,c(OH-)=1.0×10-2 mol·L-1,=1.0×10-2 mol·L-1,x=0.05 mol·L-1。
答案:C
7.pH=2和pH=4的两种稀硫酸,等体积混合后,下列结论正确的是(设混合后溶液体积的变化忽略不计)(　　)
A.c(H+)=1×10-3 mol·L-1
B.c(OH-)=2×10-12 mol·L-1
C.pH=2.3
D.pH=3
解析:强酸等体积混合,利用近似计算:pH=2+0.3=2.3,c(H+)=1×10-2.3 mol·L-1。
答案:C
8.常温下,下列溶液等体积混合后,所得溶液的pH一定大于7的是(　　)
A.0.1 mol·L-1的盐酸和0.1 mol·L-1的氢氧化钠溶液
B.0.1 mol·L-1的盐酸和0.05 mol·L-1的氢氧化钡溶液
C.pH=4的醋酸溶液和pH=10的氢氧化钠溶液
D.pH=4的盐酸和pH=10的氨水
解析:本题考查了酸碱反应后溶液pH的计算及判断。HCl为一元强酸,NaOH为一元强碱,Ba(OH)2为二元强碱,故等体积等物质的量浓度的HCl溶液与NaOH溶液恰好中和,溶液的pH=7,与Ba(OH)2溶液反应时,c(H+)=c(OH-)=2c[Ba(OH)2],溶液的pH=7,故A、B两项错误;pH=4的醋酸溶液中c(H+)=1×10-4 mol·L-1,pH=10的NaOH溶液中c(OH-)=1×10-4 mol·L-1,因此CH3COOH电离出的H+恰好与NaOH中和,还有大量的CH3COOH过量,故反应后溶液的pH<7,同理,D项中氨水过量,反应后的溶液显碱性,溶液的pH>7,故C项错误,D项正确。
答案:D
9.在某温度下的水溶液中,c(H+)=1.0×10x mol·L-1,c(OH-)=1.0×10y mol·L-1,x与y的关系如图所示。
(1)该温度下,水的离子积为　　　　。?
(2)该温度下,0.01 mol·L-1 NaOH溶液的pH为　　　　。?
解析:(1)由图可知,该温度下,水的离子积KW=c(H+)·c(OH-)=(1.0×10x)·(1.0×10y)=1.0×10x+y=1.0×10-15。
(2)该温度下,0.01 mol·L-1 NaOH溶液中c(OH-)=0.01 mol·L-1,则c(H+)= mol·L-1=1.0×10-13 mol·L-1,因此溶液的pH=13。
答案:(1)1.0×10-15
(2)13
三、溶液稀释后pH的变化
10.常温下,关于溶液的稀释下列说法正确的是 (　　)
A.pH=3的醋酸溶液稀释100倍,pH=5
B.pH=4的H2SO4溶液加水稀释100倍,溶液中由水电离产生的c(H+)=1×10-6 mol·L-1
C.将1 L 0.1 mol·L-1的Ba(OH)2溶液稀释为2 L,pH=13
D.pH=8的NaOH溶液稀释100倍,其pH=6
解析:A项,CH3COOH是弱酸,在稀释过程中电离程度增大,稀释100倍后,3答案:C
11.在25 ℃的条件下,将体积都为10 mL,pH都等于3的醋酸和盐酸,加水稀释到a mL和b mL,测得稀释后溶液的pH均为5,则稀释时加入水的体积为(　　)
A.a=b=10 mL B.a=b>10 mL
C.ab
解析:在溶液中,盐酸电离是不可逆的,而CH3COOH的电离是可逆的,存在电离平衡,在加水稀释的过程中,盐酸溶液里c(H+)的主要变化只有一个,即减小;CH3COOH溶液里c(H+)的主要变化有两个,即减小和增大。若a=b,稀释后的CH3COOH溶液pH<5,若使CH3COOH溶液pH=5,就必须继续加水稀释,即a>b。
答案:D
12.常温下0.1 mol·L-1醋酸溶液的pH=a,下列能使溶液pH=(a+1)的措施是(　　)
A.将溶液稀释到原体积的10倍
B.加入适量的醋酸钠固体
C.加入等体积0.2 mol·L-1盐酸
D.不考虑醋酸的挥发提高溶液的温度
解析:醋酸是弱酸,将题述溶液稀释到原体积的10倍的同时促进了醋酸的电离,溶液的pH小于(a+1),A项错误;醋酸根离子水解显碱性,向酸溶液中加入适量碱性溶液可以使pH增大1,B项正确;盐酸完全电离,加入盐酸后溶液的pH小于(a+1),C项错误;若不考虑醋酸的挥发,升高温度促进醋酸的电离,溶液的pH小于a,D项错误。
答案:B
(建议用时:30分钟)
1.下列说法正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
A.pH=0的溶液不存在
B.使用广泛pH试纸测得某溶液的pH=3.5
C.中性溶液的pH不一定等于7
D.酸或碱溶液稀释时,溶液的pH均减小
解析:由pH=-lg c(H+)知,pH=0时,c(H+)=1 mol·L-1,A项错误;广泛pH试纸测得溶液的pH只能取整数,B项错误;100 ℃时,中性溶液的pH<7,C项正确;酸溶液稀释时,溶液的pH增大,D项错误。
答案:C
2.25 ℃时的下列溶液中,碱性最强的是(　　)
A.pH=11的溶液
B.c(OH-)=0.12 mol·L-1的溶液
C.1 L含有4 g NaOH的溶液
D.c(H+)=1×10-10 mol·L-1的溶液
解析:c(OH-)越大,溶液的碱性越强。A项中c(OH-)=1.0×10-3 mol·L-1,B项中c(OH-)=0.12 mol·L-1,C项中c(OH-)=0.1 mol·L-1,D项中为1.0×10-4 mol·L-1,故B项中溶液的碱性最强。
答案:B
3.把pOH定义为pOH=-lgc(OH-),则弱碱溶液中c(OH-)可表示为(　　)
A. B.10pH C.10-pH D.10pH-14
解析:因为KW=c(H+)·c(OH-)=1×10-14,pOH=-lgc(OH-)=-lg=14-pH,故c(OH-)=10pH-14。
答案:D
4.常温下,在pH=12的某碱溶液中,由水电离出的c(OH-)为(　　)
A.1.0×10-7 mol·L-1
B.1.0×10-6 mol·L-1
C.1.0×10-3 mol·L-1
D.1.0×10-12 mol·L-1
解析:由水电离的c(H+)=1×10-pH=1.0×10-12 mol·L-1,由水电离出的c(OH-)等于由水电离出的c(H+),所以,c(OH-)也等于1.0×10-12 mol·L-1。
答案:D
5.将体积为10 mL、pH为3的乙酸和盐酸分别加水稀释至a mL和b mL,测得稀释后pH为5,则稀释后溶液的体积(　　)
A.a=b=100 mL B.a>b
C.a=b=1 000 mL D.a解析:稀释后,弱酸中n(H+)增加,强酸中n(H+)不变,要使稀释后两溶液中c(H+)仍相同,则需弱酸的体积大于强酸的,即a>b。
答案:B
6.将pH=8的NaOH溶液与pH=10的NaOH溶液等体积混合后,溶液中的c(H+)最接近于 (　　)
A.(10-8+10-10) mol·L-1
B.(10-8+10-10) mol·L-1
C.(1×10-14+5×10-5) mol·L-1
D.2×10-10 mol·L-1
解析:c(OH-)= mol·L-1=5.05×10-5 mol·L-1
c(H+)= mol·L-1≈2×10-10 mol·L-1。
答案:D
7.常温下,将0.1 mol·L-1 NaOH溶液与0.06 mol·L-1 H2SO4溶液等体积混合,该混合溶液的pH等于(　　)
A.1.7 B.2.0 C.12.0 D.12.4
解析:混合后,酸过量,c(H+)= mol·L-1=0.01 mol·L-1
pH=-lg c(H+)=-lg0.01=2.0。
答案:B
8.水的电离平衡曲线如下图所示,下列说法不正确的是(　　)
A.图中五点KW间的关系:B>C>A=D=E
B.若从A点到D点,可采用:温度不变在水中加入少量的酸
C.若从A点到C点,可采用:温度不变在水中加入适量的NH4Cl固体
D.若处在B点时,将pH=2的H2SO4溶液与pH=10的KOH溶液等体积混合后,溶液显中性
解析:B项,加酸后,c(H+)变大,c(OH-)变小,但温度不变,KW不变,正确;C项,加入NH4Cl后,温度不变,KW不变,错误;D项,温度为T时,KW=1×10-12,pH=2的H2SO4溶液,c(H+)=1.0×10-2 mol·L-1,pH=10的KOH溶液,c(OH-)=1.0×10-2 mol·L-1,等体积混合后,恰好完全反应,所以溶液应该呈中性,正确。
答案:C
9.下列叙述正确的是(　　)
A.100 ℃纯水的pH=6,所以水在100 ℃时呈酸性
B.pH=3的盐酸,稀释至10倍后pH>4
C.0.2 mol·L-1的醋酸,与等体积水混合后pH=1
D.pH=3的盐酸与pH=11的氢氧化钠等体积混合后pH=7
解析:A选项中因为是纯水,不管其pH为多少都呈中性;B选项中盐酸是强酸,所以每稀释10倍pH增大1,故pH=4;C选项中将0.2 mol·L-1的醋酸,与等体积水混合后,溶液的浓度变为0.1 mol·L-1,但由于醋酸是弱酸,所以pH大于1;D选项中盐酸与氢氧化钠恰好完全反应,所以溶液呈中性。
答案:D
10.一定温度下,有a.盐酸、b.硫酸、c.醋酸三种酸(用a、b、c回答)。
(1)当其物质的量浓度相同时。c(H+)由大到小的顺序是　　　　　,pH由大到小的顺序是?　。?
(2)同体积、同物质的量浓度的三种酸溶液,中和NaOH的能力由大到小的顺序是　　　　　　　　　　　。?
(3)当c(H+)相同时,物质的量浓度由大到小的顺序为　　　　　　。?
(4)当pH相同、体积相同时,分别加入足量锌,相同状况下产生的气体体积由大到小的顺序为　　　　　　　。?
解析:(1)盐酸和硫酸是强酸,完全电离,硫酸又是二元酸,而醋酸是一元弱酸,不完全电离,所以物质的量浓度相同时,c(H+)大小关系为:b>a>c。
(2)酸中和碱的能力是依据酸与碱反应的方程式系数来决定的,所以同体积、同物质的量浓度的盐酸、醋酸中和NaOH的能力相等,且小于硫酸。
(3)c(H+)相等,因醋酸为弱酸,其物质的量浓度远大于溶液中的c(H+),盐酸是一元强酸,硫酸是二元强酸,所以物质的量浓度:c>a>b。
(4)锌足量,产生氢气的体积由n(H+)决定,所以c>a=b。
答案:(1)b>a>c　c>a>b
(2)b>a=c
(3)c>a>b
(4)c>a=b
11.已知水在25 ℃和100 ℃时,其电离平衡曲线如右图所示:
(1)25 ℃时,将pH=9的NaOH溶液与pH=4的H2SO4溶液混合,若所得混合溶液的pH=7,则NaOH溶液与H2SO4溶液的体积比为　。?
(2)100 ℃时,若100体积pH1=a的某强酸溶液与1体积pH2=b的某强碱溶液混合后溶液呈中性,则混合前,该强酸的pH1与强碱的pH2之间应满足的关系是　。?
(3)曲线B对应温度下,pH=2的某HA溶液和pH=10的NaOH溶液等体积混合后,混合溶液的pH=5。请分析其原因:??????　。?
答案:(1)10∶1
(2)a+b=14或pH1+pH2=14
(3)曲线B对应100 ℃,此时水的离子积为1×10-12,若HA为强酸,HA与NaOH溶液等体积混合后溶液应呈中性,pH=6,现混合溶液pH=5,即混合后溶液显酸性,则HA为弱酸,HA中和NaOH后,混合溶液中还剩余较多的HA分子,可继续电离出H+,使溶液pH=5
课时训练14　pH的应用
一、滴定所用的仪器
1.有一支50 mL的酸式滴定管,其中盛有溶液,液面恰好在10 mL刻线处,把管中的溶液全部排出承接在量筒中,量筒内溶液体积是(　　)
　　　　　 　　　　　 　　　　
A.大于40 mL B.小于40 mL
C.等于40 mL D.10 mL
解析:此题考查滴定管的构造。因该滴定管50 mL刻度线以下还有液体,因此管中的溶液全部排出承接在量筒中,量筒内溶液体积将大于40 mL。
答案:A
2.下列某种仪器中盛有一定量的高锰酸钾溶液,甲同学平视读数为n mL,乙同学仰视读数为x mL,丙同学俯视读数为y mL。若x>n>y,则该仪器是 (　　)
A.酸式滴定管 B.量筒
C.容量瓶 D.碱式滴定管
解析:仰视读数时数值偏大,俯视读数时数值偏小,即小刻度在上,大刻度在下,因此该仪器是滴定管。又因为盛放的高锰酸钾溶液具有氧化性,故应是酸式滴定管。
答案:A
3.准确量取25.00 mL高锰酸钾溶液,可选用的仪器是(　　)
A.500 mL量筒 B.25 mL量筒
C.25 mL酸式滴定管 D.25 mL碱式滴定管
解析:因为量筒的精确度为0.1 mL,准确量取25.00 mL液体,要用滴定管,而高锰酸钾溶液具有强氧化性,应用酸式滴定管。
答案:C
4.如下图是常见仪器的部分结构。
(1)写出仪器名称:A　　　　　,B　　　　　,?
C　　　 　,D　　　　。?
(2)使用前需检查是否漏水的仪器有　　　　。?
解析:(1)A没有0刻度,刻度自下而上由小到大,是量筒。B中只有一刻度,上部有塞子为容量瓶。C的刻度自上而下由小到大为滴定管。D中有0刻度且在中间,有负值,为温度计。(2)是在第(1)题判断的基础上考查对容量瓶和滴定管使用前检漏的问题。
答案:(1)量筒　容量瓶　滴定管　温度计
(2)BC
二、滴定操作
5.下面是一段关于酸碱中和实验操作的叙述:①取一锥形瓶,用待测NaOH溶液润洗两次　②在锥形瓶中加入25.00 mL待测NaOH溶液　③加入几滴石蕊溶液作指示剂　④取一支酸式滴定管,洗涤干净　⑤直接往酸式滴定管中注入标准酸溶液,进行滴定　⑥左手旋转滴定管的玻璃活塞,右手不停摇动锥形瓶　⑦两眼注视着滴定管内盐酸液面下降,直至滴定终点。文中所述操作有错误的序号为(　　)
A.③④⑥⑦ B.①②⑥⑦
C.③⑤⑦ D.①③⑤⑦
解析:锥形瓶不用待测液润洗,①错;石蕊变色不明显,不易观察颜色,在酸碱中和滴定时不用石蕊作指示剂,③错;滴定管使用前要润洗,⑤错;滴定过程中眼睛观察锥形瓶中溶液颜色变化,⑦错。
答案:D
6.用0.102 6 mol·L-1的盐酸滴定25.00 mL未知浓度的氢氧化钠溶液,滴定达终点时,滴定管中的液面如右图所示,正确的读数为(　　)
A.22.30 mL
B.22.35 mL
C.23.65 mL
D.23.70 mL
解析:图中液面在22~23 mL之间,分刻度有10个,因而每刻度是0.1 mL,液体的凹面读数约为22.35 mL。
答案:B
三、滴定误差分析
7.下列几种情况,对中和滴定结果无影响的是(　　)
A.滴定管用水冲洗后即注入标准液
B.锥形瓶里有少量水
C.滴定前标准液在“0”刻度以上
D.滴定管尖嘴部分未充满液体
解析:A项,滴定管水洗后应润洗,否则所盛溶液被稀释;锥形瓶里有少量水对滴定结果无影响;滴定前标准液应调节至“0”刻度或“0”刻度以下,否则无法记录溶液体积;滴定管尖嘴部分应充满液体,不能留有气泡,故选B。
答案:B
8.用标准盐酸滴定未知浓度的NaOH溶液,下列各操作中,会引起实验误差的是(　　)
A.取干燥洁净的酸式滴定管立即装入标准盐酸
B.用蒸馏水洗净锥形瓶后,立即装入一定体积的NaOH溶液后进行滴定
C.往盛有20.00 mL NaOH溶液的锥形瓶中,滴入几滴酚酞指示剂后进行滴定
D.用蒸馏水洗净锥形瓶后,再用NaOH溶液润洗,然后装入一定体积的NaOH溶液
解析:滴定管若干燥洁净,不必用水洗涤,故也不需用标准液润洗,A项中操作不会引起误差;锥形瓶内存有少量蒸馏水,但待测液的物质的量不变,消耗标准液的体积不变,B项中操作不会引起误差;锥形瓶不能用待测液润洗,否则会使测定结果偏高。
答案:D
9.某学生用0.200 0 mol·L-1的标准NaOH溶液滴定未知浓度的盐酸,其操作为如下几步:
①用蒸馏水洗涤碱式滴定管,并立即注入NaOH溶液至“0”刻度线以上
②固定好滴定管并使滴定管尖嘴部分充满液体
③调节液面至“0”或“0”刻度线稍下,并记下读数
④移取20.00 mL待测液注入洁净的锥形瓶中,并加入3滴酚酞溶液
⑤用标准液滴定至终点,记下滴定管液面读数。请回答:
(1)以上步骤有错误的是　　　　(填编号),该错误操作会导致测定结果　　　　(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。?
(2)步骤⑤中,在记下滴定管液面读数时,滴定管尖嘴有气泡,测定结果　　　　(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。?
(3)判断滴定终点的现象是?
　。?
解析:(1)碱式滴定管必须用待装液润洗。若不润洗则相当于稀释NaOH溶液,则会使测定结果偏大。
(2)末读数时滴定管尖嘴有气泡,则所读取的氢氧化钠溶液的体积比实际消耗的体积偏小,故计算所得盐酸的浓度偏小。
(3)滴定终点时混合液由无色变为粉红色且半分钟内不变色。
答案:(1)①　偏大　(2)偏小
(3)滴入最后一滴NaOH溶液,混合液由无色变为粉红色且半分钟内不变色
(建议用时:30分钟)
1.酸碱恰好完全中和时(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
A.酸与碱的物质的量一定相等
B.溶液呈现中性
C.酸与碱的物质的量浓度相等
D.酸所能提供的H+与碱所能提供的OH-的物质的量相等
解析:根据酸碱中和反应的实质可知酸碱恰好完全中和时,酸所能提供的H+与碱所能提供的OH-的物质的量相等。
答案:D
2.下列说法不正确的是(　　)
A.使用滴定管时,滴定管水洗后,必须用待装液润洗2~3次
B.滴定操作中,若用待测液润洗锥形瓶,将导致测定结果偏高
C.用10 mL的量筒量取8.58 mL 0.10 mol·L-1的稀盐酸
D.稀释浓硫酸时,将浓硫酸缓缓加入水中,并不断用玻璃棒搅拌
解析:量筒只能精确到0.1 mL,故不能量取8.58 mL的稀盐酸。
答案:C
3.已知乙酸钠溶液呈碱性。以下是几种酸碱指示剂变色时的pH范围:①甲基橙3.1~4.4　②甲基红4.4~6.2　③酚酞8.2~10。现用0.100 0 mol·L-1氢氧化钠溶液滴定浓度相近的乙酸时,上述指示剂 (　　)
A.都可以用 B.只能用③
C.可以用①或② D.可以用②或③
解析:氢氧化钠溶液与乙酸等物质的量反应时,生成的乙酸钠溶液呈碱性,选用在碱性条件下变色的指示剂酚酞为宜。
答案:B
4.某学生用碱式滴定管量取0.1 mol·L-1的NaOH溶液,开始时仰视液面读数为1.00 mL,取出部分溶液后,俯视液面,读数为11.00 mL,该同学在操作中实际取出的液体体积为(　　)
A.大于10.00 mL
B.小于10.00 mL
C.等于10.00 mL
D.等于11.00 mL
解析:滴定管的“0”刻度在上,量取NaOH溶液,开始时仰视液面使读数偏大,取出部分溶液后,俯视液面使读数偏小,滴定前后刻度差为10.00 mL,但实际取出的液体体积偏大。
答案:A
5.下列有关实验操作中,合理的是(　　)
A.用托盘天平称取11.05 g食盐
B.用量筒量取12.40 mL盐酸
C.用酸式滴定管量取20.20 mL某浓度的H2SO4溶液
D.用pH试纸测得某溶液的pH为4.2
解析:托盘天平只能精确到0.1 g,A项错误;量筒的精确度为0.1 mL,B项错误;用pH试纸测得溶液的pH只能是整数,D项错误。
答案:C
6.用0.1 mol·L-1 NaOH溶液滴定0.1 mol·L-1盐酸,如达到滴定终点时不慎多加了1滴NaOH溶液(1滴溶液的体积约为0.05 mL),继续加水至50 mL,所得溶液的pH是(　　)
A.4 B.7.2 C.10 D.11.3
解析:运用化学反应进行中和反应计算
c(OH-)==1×10-4 mol·L-1,pH=10。
答案:C
7.下图是向100 mL的盐酸中逐渐加入NaOH溶液时,溶液的pH变化图像,根据如图所得结论正确的是(　　)
A.原来盐酸的物质的量浓度为0.1 mol·L-1
B.X为0.1 mol·L-1的NaOH溶液
C.原来盐酸的物质的量浓度为1 mol·L-1
D.X为0.01 mol·L-1的NaOH溶液
解析:原盐酸的pH=1,则c(HCl)=0.1 mol·L-1,A项正确。滴定终点时加入的NaOH溶液中NaOH的物质的量为0.01 mol,但浓度与体积都无法计算。
答案:A
8.用滴定法测定NaOH(含NaCl杂质)的质量分数,下列操作会引起测定值偏高的是(　　)
A.试样中加入酚酞作指示剂,用标准酸液进行滴定
B.锥形瓶用蒸馏水洗涤后,直接加入待测溶液进行滴定
C.滴定管用蒸馏水洗涤后,直接注入标准酸液进行滴定
D.滴定管用蒸馏水洗涤后,直接注入待测液,取20.00 mL进行滴定
解析:A项,用标准酸液滴定NaOH溶液,选用酚酞作指示剂对实验结果无影响;B项,锥形瓶用蒸馏水洗涤后,直接加入待测液进行滴定,对实验结果无影响;C项中的操作会使V(HCl)偏大,所测NaOH的质量分数偏高;D项中的操作会使V(HCl)偏小,所测NaOH的质量分数偏低。
答案:C
9.如图为对10.00 mL一定物质的量浓度的盐酸X用一定物质的量浓度的NaOH溶液Y滴定的图像,依据图像推出X和Y的物质的量浓度是下表内各组中的(　　)
A
B
C
D
X/(mol·L-1)
0.120 0
0.040 00
0.030 00
0.090 00
Y/(mol·L-1)
0.040 00
0.120 0
0.090 00
0.030 00
解析:由图知,30.00 mL NaOH溶液恰好中和10.00 mL盐酸,即3Y=X,表中A、D属此种情况,但A组中X=0.120 0 mol·L-1,c(H+)=0.120 0 mol·L-1,pH<1,不符合图像,D组中X=0.090 00 mol·L-1,pH>1,加入20.00 mL NaOH溶液后溶液的c(H+)=
=0.010 00 mol·L-1,pH=-lg(1×10-2)=2,正好符合题意。
答案:D
10.某学生用0.100 mol·L-1的KOH标准溶液滴定未知浓度的盐酸,其操作可分解为如下几步:
A.移取20.00 mL待测盐酸注入洁净的锥形瓶,并加入2~3滴酚酞;
B.用标准溶液润洗滴定管2~3次;
C.把盛有标准溶液的碱式滴定管固定好,调节滴定管使尖嘴部分充满溶液;
D.取标准KOH溶液注入碱式滴定管至刻度“0”以上2~3 mL;
E.调节液面至“0”或“0”以下刻度,记下读数;
F.把锥形瓶放在滴定管的下面,用标准KOH溶液滴定至终点并记下滴定管液面的刻度。
就此实验完成填空:
(1)正确操作步骤的顺序是(用字母序号填写)　。?
(2)上述B步骤操作的目的是?　。?
(3)上述A步骤操作之前,若先用待测溶液润洗锥形瓶,则滴定结果　　　　　(填“偏高”“偏低”或“不变”)。?
(4)判断到达滴定终点的实验现象是?　。?
解析:(2)无论是盛放标准液还是待测液的滴定管均应润洗,因为滴定管的内壁上附着的蒸馏水会将放入的溶液稀释而引起测定误差。(3)A步骤操作之前,先用待测液洗涤锥形瓶,会使待测液的体积大于20.00 mL,消耗标准液多,则测定结果偏高。(4)由于用酚酞作指示剂,故当溶液由无色变为浅红色,且半分钟内不褪色,即达到了滴定终点。
答案:(1)B、D、C、E、A、F
(2)洗去附在滴定管内壁上的水,防止将标准溶液稀释而产生误差
(3)偏高
(4)当滴入最后一滴标准液后,溶液由无色变为浅红色,且半分钟内不褪色
11.某学生欲用已知物质的量浓度的盐酸来测定未知物质的量浓度的NaOH溶液时,选择甲基橙作指示剂。请填写下列空白:
(1)用标准盐酸滴定待测的NaOH溶液时,左手握酸式滴定管的活塞,右手摇动锥形瓶,眼睛注视　　　　　　　　　　　。直到加入一滴盐酸后,溶液由黄色变为橙色,并　　　　　　　　　　为止。?
(2)下列操作中可能使所测NaOH溶液的浓度数值偏低的是　　　　。?
A.酸式滴定管未用标准盐酸润洗就直接注入标准盐酸
B.滴定前盛放NaOH溶液的锥形瓶用蒸馏水洗净后没有干燥
C.酸式滴定管在滴定前有气泡,滴定后气泡消失
D.读取盐酸体积时,开始仰视读数,滴定结束时俯视读数
(3)若滴定开始和结束时,酸式滴定管中的液面如图所示,则起始读数为　　　　　 mL,终点读数为　　　　 mL;所用盐酸的体积为　　　　 mL。?
(4)某同学根据3次实验分别记录有关数据如下表:
滴定
次数
待测
NaOH
溶液的
体积/mL
0.100 0 mol·L-1盐酸的
体积/mL
滴定前
刻度/mL
滴定后
刻度/mL
溶液体
积/mL
第一次
25.00
0.00
26.11
26.11
第二次
25.00
1.56
30.30
28.74
第三次
25.00
0.22
26.31
26.09
依据上表数据列式计算该NaOH溶液的物质的量浓度。
解析:(2)滴定管未用标准盐酸润洗,内壁附着一层水,可将加入的盐酸冲稀,消耗相同量的碱,所需盐酸的体积偏大,结果偏高;用碱式滴定管取出的待测NaOH溶液的物质的量一旦确定,倒入锥形瓶后,水的加入不影响OH-的物质的量,也就不影响结果;若排出气泡,液面会下降,故读取的V酸偏大,结果偏高;“前俯后仰”会使V酸偏小,结果偏低。(3)读数时,以凹液面的最低点为基准。(4)先算出耗用标准酸液的平均值: mL=26.10 mL(第二次偏差太大,舍去)。
答案:(1)锥形瓶内颜色变化　半分钟内不变色
(2)D
(3)0.00　26.10　26.10
(4) mL=26.10 mL,c(NaOH)==0.104 4 mol·L-1
课时训练15　盐类水解的原理
一、盐溶液酸碱性的判断
1.下列物质的水溶液,由于水解而呈酸性的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
A.NaHSO4 B.Na2CO3
C.HCl D.CuCl2
解析:NaHSO4、HCl在溶液中发生电离:NaHSO4Na++H++S,HClH++Cl-,使溶液呈酸性;Na2CO3为强碱弱酸盐,溶液为碱性;CuCl2为强酸弱碱盐,其溶液由于水解而呈酸性,D项符合题意。
答案:D
2.下列说法正确的是(　　)
A.盐溶液都是中性的
B.盐溶液的酸碱性与盐的类型无关
C.NaHCO3溶液显酸性
D.Na2CO3溶液显碱性,是因为溶液中c(OH-)>c(H+)
解析:B项,盐溶液的酸碱性与盐的类型有关,如Na2CO3溶液呈碱性,NH4Cl溶液呈酸性。
答案:D
3.(1)向饱和FeCl3溶液中加入CaCO3粉末,发现碳酸钙逐渐溶解,同时还产生的现象为　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　。用离子方程式表示产生上述现象的原因:?
?
　。?
(2)在饱和FeCl3溶液中加入一种单质,也会产生类似上述现象的反应,这种单质是　　(填序号)。?
A.铁 B.铜 C.镁 D.硫
解析:Fe3+水解使溶液显酸性,且溶液的酸性较强,可使CaCO3逐渐溶解,由于CaCO3溶解消耗了H+,从而促进了Fe3+的水解。
答案:(1)有气泡冒出　产生红褐色沉淀　3H2O+2Fe3++3CaCO33Ca2++3CO2↑+2Fe(OH)3↓
(2)C
二、盐类水解规律
4.有关盐类水解的说法中不正确的是(　　)
　　　　　 　　　　　 　　　　
A.盐类的水解过程破坏了纯水的电离平衡
B.盐类的水解可看作酸碱中和反应的逆反应
C.存在盐类水解的盐溶液也可以呈中性
D.Na2CO3溶液中,c(Na+)是c(C)的两倍
解析:盐类水解的实质是破坏了水的电离平衡,使溶液呈现一定的酸碱性;盐类的水解生成了酸和碱,因此可看作酸碱中和反应的逆反应;若盐水解生成的酸和碱相对强弱相当时溶液呈中性,即“同强显中性”,因此A、B、C三项均正确。Na2CO3溶液中,由于C发生水解,使c(Na+)不再是c(C)的两倍,故D项不正确。
答案:D
5.能使0.1 mol·L-1CH3COONa溶液的pH增大的方法是(　　)
A.加水 B.加盐酸
C.加热 D.加氯化铵晶体
解析:CH3COONa溶液中CH3COO-可以发生水解反应:CH3COO-+H2OCH3COOH+OH-,加水稀释,虽然促进了水解,但c(OH-)是减小的,故pH减小,故A不合题意;加盐酸,消耗OH-,虽然促进了水解,但c(OH-)是减小的,故pH减小,故B不合题意;加热促进水解平衡右移,使c(OH-)增大,故pH增大,故C符合题意;加氯化铵晶体,N会与OH-结合,使c(OH-)减小,故pH减小,故D不合题意。
答案:C
6.物质的量浓度相同的下列溶液,含微粒种类最多的是(　　)
A.CaCl2 B.CH3COONa
C.KOH D.K2S
解析:D中S2-分两步水解,因此K2S中含K+、H+、OH-、S2-、HS-、H2S、H2O;A中含Ca2+、Cl-、H+、OH-、H2O;B中含CH3COO-、H+、OH-、CH3COOH、Na+、H2O;C中含K+、OH-、H+、H2O。
答案:D
7.盐MN溶于水存在如图所示的过程。下列有关说法中不正确的是(　　)
　MNM++N-
　　　　　　　　　　　+
H2OOH-+H+
　　　　　　　　　　　HN
A.MN是强电解质
B.N-结合H+的能力一定比OH-强
C.该过程使溶液中的c(OH-)>c(H+)
D.溶液中存在c(HN)=c(OH-)-c(H+)
解析:由图示看出,MN完全电离,MN是强电解质,A项正确;图示只能说明HN为弱电解质,并不能说明结合H+的能力N-比OH-强,B项错误;由图知,N-与H+结合成HN,使水的电离平衡向右移动,c(OH-)>c(H+),C项正确;根据质子守恒,c(OH-)=c(HN)+c(H+),即c(HN)=c(OH-)-c(H+),D项正确。
答案:B
三、盐类水解离子方程式的书写
8.在一定条件下发生下列反应,其中属于盐类水解反应的是(　　)
A.Cl2+H2OH++Cl-+HClO
B.N+2H2ONH3·H2O+H3O+
C.HS-+H+H2S
D.HC+H2OH3O++C
解析:A项是氯气与水反应的离子方程式;C项是硫氢化物与酸反应生成硫化氢的离子方程式;B项是铵根离子水解的离子方程式;D项是碳酸氢根的电离方程式。
答案:B
9.(1)在S、N、HS、Na+、HC五种离子中,既不能电离又不能水解的离子是　　　　,只能水解不能电离的离子是　　　　,只能电离不能水解的离子是　　　　,既能电离又能水解的离子是　　　　。?
(2)写出下列物质水解的离子方程式:
①NH4Cl:　;?
②CuCl2:　;?
③K2CO3:　;?
④AlCl3溶液与NaHCO3溶液混合:?
　;?
⑤Fe(NO3)3溶液与Na2CO3溶液混合:?
　。?
答案:(1)Na+、S　N　HS　HC
(2)①N+H2ONH3·H2O+H+
②Cu2++2H2OCu(OH)2+2H+
③C+H2OHC+OH-,HC+H2OH2CO3+OH-
④Al3++3HCAl(OH)3↓+3CO2↑
⑤2Fe3++3C+3H2O2Fe(OH)3↓+3CO2↑
四、影响盐水解的因素
10.向三份0.1 mol·L-1 CH3COONa溶液中分别加入少量NH4NO3、Na2SO3、FeCl3固体(忽略溶液体积变化),则CH3COO-浓度的变化依次为 (　　)
A.减小、增大、减小 B.增大、减小、减小
C.减小、增大、增大 D.增大、减小、增大
解析:N、Fe3+水解使溶液呈酸性,对CH3COO-的水解有促进作用,而S水解对CH3COO-的水解有抑制作用,故在CH3COONa溶液中加入NH4NO3、FeCl3固体时CH3COO-浓度减小,加入Na2SO3固体时CH3COO-浓度增大。
答案:A
11.室温下,将碳酸钠溶液加热至70 ℃,其结果是 (　　)
A.溶液中c(C)增大 B.水的电离程度不变
C.KW将变小 D.溶液的碱性增强
解析:水的电离过程和盐的水解过程都是吸热的,加热将促进水解和水的电离,故只有D项正确。
答案:D
12.在纯碱溶液中加入酚酞溶液,溶液呈　　　　　　　,加热后　　　　　　　　　。若在该溶液中再滴加过量的氯化钡溶液,观察到的现象是　　　　　　　　　　　　　　　,原因:　?
?
?
?
?
　(用离子方程式和简要文字说明)。?
答案:红色　红色加深　产生白色沉淀,且红色褪去　在纯碱溶液中C水解:C+H2OHC+OH-,加热时水解平衡右移,OH-浓度增大,红色加深,加入BaCl2后,C+Ba2+BaCO3↓,使C浓度减小,水解平衡左移,OH-浓度减小,最终红色褪去
(建议用时:30分钟)
1.关于盐类水解的实质,下列叙述正确的是(　　)
　　　　　 　　　　　 　　　　
A.盐的电离平衡被破坏
B.水的电离平衡被破坏
C.没有中和反应发生
D.溶液的pH一定变大
解析:盐类水解的实质是盐电离生成的离子与水电离生成的H+或OH-结合生成弱电解质,破坏了水的电离平衡。
答案:B
2.将0.1 mol下列物质置于1 L水中充分搅拌后,溶液中阴离子数最多的是(　　)
A.KCl B.Mg(OH)2
C.Na2CO3 D.MgSO4
解析:C因水解而使C浓度减小,但由于C+H2OHC+OH-,一个C发生水解,会产生两个阴离子,故阴离子个数增多。
答案:C
3.下列离子方程式中,属于水解反应的是(　　)
A.HCOOH+H2OHCOO-+H3O+
B.CO2+H2OHC+H+
C.C+H2OHC+OH-
D.HS-+H2OS2-+H3O+
解析:A、B、D项显然属于电离过程,C项碳酸根离子结合水电离的氢离子生成碳酸氢根离子,属于水解反应。
答案:C
4.向浓度为0.1 mol·L-1的K2CO3溶液中分别加入下列物质,能使c(C)增大的是(　　)
A.H2O B.CO2
C.KHSO4固体 D.KOH固体
解析:C+H2OHC+OH-。A项,稀释时c(C)减小;B项,CO2与OH-反应,使平衡正向移动,c(C)减小;C项,KHSO4K++H++S,产生H+,可与C反应,使c(C)减小;D项,c(OH-)增大,平衡逆向移动,使c(C)增大。
答案:D
5.下列关于酸性溶液的叙述中正确的是(　　)
A.可能是盐的水溶液
B.一定是酸的水溶液
C.溶液中c(H+)D.不含有OH-的溶液
解析:强酸弱碱的水溶液显酸性。
答案:A
6.关于浓度均为0.1 mol·L-1的三种溶液:①氨水、②盐酸、③氯化铵溶液,下列说法不正确的是(　　)
A.c(N):③>①
B.水电离出的c(H+):②>①
C.①和②等体积混合后的溶液:c(H+)=c(OH-)+c(NH3·H2O)
D.①和③等体积混合后的溶液:c(N)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+)
答案:B
7.要求设计实验证明某种盐的水解是吸热的,有四位学生分别作出如下回答,其中正确的是(　　)
A.丁学生:在醋酸钠溶液中滴入酚酞溶液,加热后若红色加深,说明盐类水解是吸热的
B.甲学生:将硝酸铵晶体溶于水,若水温下降,说明硝酸铵水解是吸热的
C.乙学生:在盐酸中加入同温度的氨水,若混合液温度下降,说明盐类水解是吸热的
D.丙学生:在醋酸钠溶液中加入醋酸钠晶体,若溶液温度下降,说明盐类水解是吸热的
解析:晶体溶解过程伴有热效应,无法判断温度降低是由什么原因引起的,故无法证明盐类水解是吸热反应,B、C、D三项不正确;A项,将滴有酚酞的醋酸钠溶液加热,红色加深,说明溶液碱性增强,即升高温度促进盐类的水解,可证明盐类水解为吸热反应。
答案:A
8.25 ℃时,浓度均为0.2 mol·L-1的NaHCO3溶液和Na2CO3溶液中,下列判断不正确的是(　　)
A.均存在电离平衡和水解平衡
B.存在的粒子种类不同
C.c(OH-)前者小于后者
D.分别加入NaOH固体,恢复到原温度,c(C)均增大
答案:B
9.相同物质的量浓度的NaCN和NaClO相比,NaCN溶液的pH较大,则下列关于同温、同体积、同浓度的HCN溶液和HClO溶液的说法中正确的是(　　)
A.酸的强弱:HCN>HClO
B.pH:HClO>HCN
C.与NaOH恰好完全反应时,消耗NaOH的物质的量:HClO>HCN
D.酸根离子浓度:c(CN-)解析:强碱弱酸盐的水溶液呈碱性,相应酸的酸性越弱,其强碱盐溶液的碱性越强。NaCN溶液的pH比NaClO大,说明HCN的酸性比HClO弱。
答案:D
10.由一价离子组成的四种盐(AC、BD、AD、BC)溶液的浓度为1 mol·L-1,在室温下前两种溶液的pH=7,第三种溶液pH>7,最后一种溶液pH<7,则(　　)
A
B
C
D
碱性
AOH>BOH
AOHAOH>BOH
AOH酸性
HC>HD
HC>HD
HCHC解析:由AD溶液的pH>7,可知AOH的电离程度大于HD。由BC溶液的pH<7,可知BOH的电离程度小于HC。同理由AC、BD溶液的pH=7,可知AOH与HC、BOH与HD的电离程度相同。故有电离程度:HC=AOH>HD=BOH,即HC的酸性大于HD,AOH的碱性大于BOH。
答案:A
11.(1)常温下pH=9的NaOH溶液和pH=9的CH3COONa溶液,设由水电离产生的OH-的物质的量浓度分别为A和B,则A和B的关系为　。?
(2)对于盐AmBn的溶液:①若为强酸弱碱盐,其水解的离子方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;②若为弱酸强碱盐,其水解的离子方程式是　。?
解析:(1)在pH=9的NaOH溶液中,c(H+)=1×10-9 mol·L-1,其H+全部是水电离产生的,因为=c(OH-)水,即A=1×10-9 mol·L-1。在CH3COONa溶液中,由于CH3COO-结合了水中的H+,水的电离平衡向正反应方向移动,c(OH-)增大;在pH=9的CH3COONa溶液中,c(OH-)=1×10-5 mol·L-1,其OH-全部是水电离产生的,即B=1×10-5 mol·L-1,所以,A∶B=1×10-9 mol·L-1∶1×10-5 mol·L-1=10-4∶1。(2)正确地表示An+、Bm-符号及Bm-水解产物HB(m-1)-至关重要。
答案:(1)A∶B=10-4∶1
(2)①An++nH2OA(OH)n+nH+
②Bm-+H2OHB(m-1)-+OH-
12.25 ℃时,将0.01 mol CH3COONa和0.002 mol HCl溶于水,形成1 L混合溶液。
(1)该溶液中存在着三个平衡体系,用电离方程式或离子方程式表示:
①　;?
②　;?
③　。?
(2)溶液中共有　　　种不同的粒子(指分子和离子)。?
(3)在这些粒子中,浓度为0.01 mol·L-1的是　　　,浓度为0.002 mol·L-1的是　。?
(4)　　　　和　　　　两种粒子物质的量之和等于0.01 mol。?
解析:溶液中存在CH3COO-,则有水解平衡:CH3COO-+H2OCH3COOH+OH-;溶液中含有CH3COONa与HCl生成的弱电解质CH3COOH,则有CH3COOH的电离平衡:CH3COOHCH3COO-+H+;溶液中还存在水的电离平衡:H2OH++OH-。溶液中存在的离子有:Cl-、Na+、CH3COO-、H+、OH-,分子有H2O、CH3COOH;能够水解的离子及电离(微弱)产生的离子随外界条件的变化浓度发生变化,故浓度为定值的是强酸、强碱对应的阴、阳离子,即c(Na+)=0.01 mol·L-1,c(Cl-)为0.002 mol·L-1。而由物料守恒c(CH3COO-)+c(CH3COOH)=0.01 mol·L-1,故CH3COO-和CH3COOH的物质的量之和为0.01 mol。
答案:(1)①CH3COO-+H2OCH3COOH+OH-　②CH3COOHCH3COO-+H+
③H2OH++OH-　(2)7　(3)Na+　Cl-
(4)CH3COOH　CH3COO-
课时训练16　盐类水解反应的利用
一、利用水解平衡移动解决实际问题
1.下列与盐的水解有关的是(　　)
①NH4Cl与ZnCl2溶液可作焊接金属时的除锈剂
②用NaHCO3与Al2(SO4)3两种溶液可作泡沫灭火剂
③草木灰与铵态氮肥不能混合施用
④实验室盛放Na2CO3溶液的试剂瓶不能用磨口玻璃塞
　　　　　 　　　　　 　　　　
A.①②③ B.②③④
C.①④ D.①②③④
解析:①中NH4Cl、ZnCl2水解使溶液呈酸性,可与铁锈的主要成分Fe2O3反应而除去;②中NaHCO3与Al2(SO4)3发生水解,相互促进产生大量CO2气体且生成Al(OH)3沉淀覆盖在可燃物表面,达到灭火的目的;③草木灰的主要成分K2CO3与N相互促进水解放出NH3使肥效降低;④中盛放的Na2CO3溶液水解产生的OH-与玻璃的成分SiO2反应生成的Na2SiO3有黏性,易把瓶塞和瓶体黏在一起。
答案:D
2.下列过程或现象与盐类水解无关的是(　　)
A.泡沫灭火器中的Al2(SO4)3溶液不能装在铁筒里
B.饱和食盐水使甲基橙显黄色
C.加热氯化铁溶液颜色变深
D.浓硫化钠溶液有臭味
解析:Al2(SO4)3溶液因水解呈酸性,会与铁反应;加热氯化铁溶液时使FeCl3水解为红褐色Fe(OH)3胶体,颜色加深;浓硫化钠溶液有臭味是因Na2S水解产生少量的H2S气体;而饱和食盐水呈中性,所以能使甲基橙显黄色,与盐类水解无关。
答案:B
3.普通泡沫灭火器内的玻璃筒里盛Al2(SO4)3溶液,铁筒中盛NaHCO3溶液,其反应的离子方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。不用溶解度较大的Na2CO3代替NaHCO3的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
解析:Al2(SO4)3溶液与NaHCO3溶液的反应是相互促进的水解反应,且进行得很彻底,写方程式时用“”,气体、沉淀都要标箭头。比较Al2(SO4)3分别与Na2CO3、NaHCO3反应的方程式可知,消耗等物质的量的Al2(SO4)3时,Na2CO3产生CO2的量较少,且反应的速率较慢。
答案:Al3++3HCAl(OH)3↓+3CO2↑　与等物质的量的Al2(SO4)3参加反应时,Na2CO3产生CO2的量较少,且反应的速率较慢
二、盐溶液蒸干所得产物的判断
4.将下列固体物质溶于水,再将其溶液加热,蒸发结晶、再灼烧,得到化学组成与原固体物质相同的是 (　　)
①胆矾　②氯化铝　③硫酸铝　④氯化铜
A.③ B.①④
C.①②③④ D.全部
解析:胆矾CuSO4·5H2O溶于水得CuSO4溶液,因硫酸难挥发、蒸发结晶、再灼烧得CuSO4;AlCl3、CuCl2均发生水解,AlCl3+3H2OAl(OH)3+3HCl,CuCl2+2H2OCu(OH)2+2HCl,加热时HCl不断挥发,平衡右移,不断生成Al(OH)3、Cu(OH)2沉淀,灼烧得Al2O3、CuO;Al2(SO4)3+6H2O2Al(OH)3+3H2SO4,硫酸难挥发,最终仍得Al2(SO4)3。故选A。
答案:A
三、有关盐溶液的配制与保存
5.下列实验操作不能达到目的的是(　　)
A.用Na2S溶液和Al2(SO4)3溶液反应制取Al2S3固体
B.用加热蒸发K2CO3溶液的方法获得K2CO3晶体
C.用Na2S溶液和CuSO4溶液反应制取CuS固体
D.加热MgSO4溶液制取MgSO4固体
解析:在溶液中Al3+与S2-反应生成Al(OH)3和H2S。
答案:A
6.配制下列溶液时常需加入少量括号内的物质,其中不是为了抑制离子水解的是(　　)
A.FeSO4(Fe) B.SnCl2(HCl)
C.FeCl3(HCl) D.NaAlO2(NaOH)
解析:A项加入铁屑是防止Fe2+被氧化。
答案:A
四、与水解有关的离子共存问题
7.无色透明溶液中能大量共存的离子组是(　　)
A.Na+、Al3+、HC、N
B.Al、Cl-、Mg2+、K+
C.N、Na+、CH3COO-、N
D.Na+、N、ClO-、I-
解析:A项,Al3+因与HC发生相互促进的水解反应而不能大量共存;B项,Al与Mg2+反应生成Mg(OH)2和Al(OH)3沉淀而不能大量共存;C项,N与CH3COO-虽能发生相互促进的水解反应,但能大量共存;D项,ClO-与I-能发生氧化还原反应不能大量共存。
答案:C
8.水溶液中能大量共存的一组离子是(　　)
A.Na+、Al3+、Cl-、C
B.H+、Na+、Fe2+、Mn
C.K+、Ca2+、Cl-、N
D.K+、N、OH-、S
解析:充分运用离子反应发生的条件解决离子共存问题。A项,Al3+和C因发生相互促进的水解反应而不能大量共存;B项,Fe2+和Mn在酸性条件下发生氧化还原反应而不能大量共存;C项,四种离子能大量共存;D项,N和OH-易结合为弱电解质NH3·H2O而不能大量共存。
答案:C
五、离子浓度的大小比较
9.常温下,盐酸与氨水混合,所得溶液pH=7,则此溶液中的关系正确的是(　　)
A.c(N)B.c(N)=c(Cl-)
C.c(N)>c(Cl-)
D.无法确定c(N)与c(Cl-)
解析:根据溶液显电中性,则NH4Cl溶液中c(Cl-)+c(OH-)=c(N)+c(H+),当c(H+)=c(OH-)时,必有c(N)=c(Cl-)。
答案:B
10.在一定浓度的Na2S溶液中,下列关系不正确的是(　　)
A.c(Na+)=2c(S2-)+2c(HS-)+2c(H2S)
B.c(Na+)+c(H+)=c(S2-)+c(HS-)+c(OH-)
C.c(OH-)=c(H+)+c(HS-)+2c(H2S)
D.c(Na+)>c(S2-)>c(OH-)>c(HS-)
解析:A项为物料守恒式,在Na2S中,n(Na)=2n(S),而S的存在形态有S2-、HS-、H2S,故c(Na+)=2c(S2-)+2c(HS-)+2c(H2S),A项正确;B项为电荷守恒的形式,但是S2-带2个单位负电荷,所以应乘以2,即c(Na+)+c(H+)=2c(S2-)+c(HS-)+c(OH-),B项错误;C项也是溶液中一个常用的守恒式,通常称为质子守恒式,它可以由前面两个守恒得出,将物料守恒中c(Na+)代入电荷守恒式,就可以得出c(OH-)=c(H+)+c(HS-)+2c(H2S),C项正确;由S2-水解方程式分析可知D项也正确。
答案:B
11.已知某溶液中存在OH-、H+、N、Cl-四种离子,某同学推测其离子浓度大小顺序有如下四种关系:
①c(Cl-)>c(N)>c(H+)>c(OH-)
②c(Cl-)>c(N)>c(OH-)>c(H+)
③c(N)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+)
④c(Cl-)>c(H+)>c(N)>c(OH-)
填写下列空白:
(1)若溶液中只溶解了一种溶质,则该溶质是　　　　,上述四种离子浓度的大小顺序为　　　(填序号)。?
(2)若上述关系中③是正确的,则溶液中的溶质为　　　　　　　　　　　;若上述关系中④是正确的,则溶液中的溶质为　　　　　　　。?
(3)若该溶液是由体积相等的稀盐酸和氨水混合而成,且恰好呈中性,则混合前c(HCl)　　　c(NH3·H2O)(填“大于”“小于”或“等于”,下同),混合前酸中c(H+)和碱中c(OH-)的关系为c(H+)　　　c(OH-)。?
解析:(1)若溶液只有一种溶质,该溶质为NH4Cl,因N水解溶液呈酸性,离子浓度的大小关系为c(Cl-)>c(N)>c(H+)>c(OH-)。
(2)因为c(OH-)>c(H+)、c(N)>c(Cl-),所以溶液中除含有NH4Cl外,还必须含有NH3·H2O。若c(Cl-)>c(H+)>c(N)>c(OH-),则说明溶液中含有NH4Cl和HCl。
(3)NH4Cl水解溶液呈酸性,若等体积稀盐酸与氨水混合后呈中性,说明氨水过量,故c(HCl)答案:(1)NH4Cl　①
(2)NH4Cl和NH3·H2O　NH4Cl和HCl
(3)小于　大于
(建议用时:30分钟)
1.下列关于盐类水解反应的应用说法正确的是 (　　)
A.可以把FeCl3固体直接溶于水制FeCl3溶液
B.热的纯碱溶液去油污效果好
C.Al(NO3)3溶液与K2S溶液混合后无明显现象
D.Mg粉投入到饱和NH4Cl溶液中无明显现象
解析:A项,把FeCl3固体直接溶于水时,易发生水解:FeCl3+3H2OFe(OH)3+3HCl,配制溶液时,为抑制水解应加少量盐酸,A项错误;B项,因C+H2OHC+OH-,温度升高,c(OH-)增大,故去油污效果好,故B项正确;C项,发生2Al3++3S2-+6H2O2Al(OH)3↓+3H2S↑,故C项错误;D项,由于N+H2ONH3·H2O+H+,NH4Cl溶液显酸性,故Mg粉投入到NH4Cl溶液中产生气体H2,故D项错误。
答案:B
2.实验室有下列试剂:①NaOH溶液、②水玻璃、③Na2S溶液、④Na2CO3溶液、⑤NH4Cl溶液、⑥澄清石灰水、⑦浓硝酸、⑧浓硫酸。其中必须用带橡胶塞的试剂瓶保存的是(　　)
　　　　　 　　　　　 　　　　
A.①⑥⑦ B.①②③④⑥
C.①②③⑥⑦⑧ D.⑤⑦⑧
解析:碱溶液及水解显碱性的盐溶液,因溶液中的OH-与玻璃中的SiO2反应生成硅酸盐,使试剂瓶与玻璃塞黏结,因而不能用带玻璃塞的试剂瓶贮存,必须用带橡胶塞的试剂瓶保存,酸性及强氧化性的物质不能用带橡胶塞的试剂瓶盛放,故正确答案为B。
答案:B
3.实验室配制硫酸铁溶液时,先把硫酸铁晶体溶解在稀硫酸中,再加水稀释至所需浓度,如此操作的目的是(　　)
A.防止硫酸铁分解
B.抑制硫酸铁的水解
C.提高溶液的pH
D.提高硫酸铁的溶解度
解析:水解可以抑制,但不可以防止。
答案:B
4.下列各组离子因发生水解反应而不能大量共存的是(　　)
A.Ba2+、Cl-、Na+、S
B.Al3+、K+、HC、Cl-
C.H+、Fe2+、N、S
D.H+、Na+、Cl-、C
解析:A项Ba2+与S生成BaSO4沉淀而不能大量共存;B项Al3+与HC因发生相互促进的水解反应而生成沉淀和气体,不能大量共存;C项酸性条件下,N与Fe2+因发生氧化还原反应而不能大量共存;D项H+与C因生成挥发性气体而不能大量共存。
答案:B
5.下列各步制取物质,最终无法达到目的的是(　　)
A.AlAl2O3Al(NO3)3Al2O3
B.CuCuOCuSO4溶液
CuSO4·5H2O
C.FeFeCl3Fe(OH)3Fe2O3
D.FeSO4溶液FeSFeS
解析:由于HNO3挥发,Al3+的水解平衡右移,最后蒸干灼烧可得到Al2O3,所以A项正确;同理B、C两项正确。由于FeSO4与H2S不反应,故D项实验设计原理不正确,从而得不到FeS,所以D项错误。
答案:D
6.表示下列用途或变化的离子方程式不正确的是 (　　)
A.泡沫灭火器灭火原理:Al3++3HC3CO2↑+Al(OH)3↓
B.纯碱代替洗涤剂洗涤餐具:C+H2OHC+OH-
C.明矾净水原理:Al3++3H2OAl(OH)3(胶体)+3H+
D.NaHCO3的HC+H2OH3O++C
解析:泡沫灭火器灭火原理利用铝盐与碳酸氢盐的双水解反应:Al3++3HC3CO2↑+Al(OH)3↓,A项正确;纯碱水解呈碱性可促进油脂的水解,能代替洗涤剂洗涤餐具:C+H2OHC+OH-,B项正确;明矾净水原理利用铝盐的水解生成氢氧化铝胶体:A+3H2OAl(OH)3(胶体)+3H+,C项正确;HC+H2OH3O++C表示HC的电离而不是水解,D项错误。
答案:D
7.在氯化铵溶液中,下列关系式正确的是(　　)
A.c(Cl-)>c(N)>c(H+)>c(OH-)
B.c(N)>c(Cl-)>c(H+)>c(OH-)
C.c(Cl-)=c(N)>c(H+)=c(OH-)
D.c(N)=c(Cl-)>c(H+)>c(OH-)
解析:NH4Cl溶液中存在:
NH4ClN+Cl-
H2OH++OH-
N+H2ONH3·H2O+H+三个过程。
因水解是微弱的,c(N)>c(H+)。
答案:A
8.已知0.1 mol·L-1的二元酸H2A溶液的pH=4,则下列说法中正确的是(　　)
A.在Na2A、NaHA两溶液中,离子种类不相同
B.在溶质物质的量相等的Na2A、NaHA两溶液中,阴离子总数相等
C.在NaHA溶液中一定有:c(Na+)+c(H+)=c(HA-)+c(OH-)+2c(A2-)
D.在Na2A溶液中一定有:c(Na+)>c(A2-)>c(H+)>c(OH-)
解析:在Na2A、NaHA两溶液中,都含Na+、A2-、HA-、OH-、H+,离子种类相同,所以A项错误;B项在溶质物质的量相等的Na2A、NaHA两溶液中,A2-和HA-总数相等,但由于水解反应A2-+H2OHA-+OH-发生,1 mol A2-水解得到2 mol阴离子,所以造成Na2A、NaHA两溶液中,阴离子总数不相等,所以B项错误;C项根据电荷守恒即可列出,关系式正确;D项Na2A溶液显碱性,所以离子浓度大小顺序为c(Na+)>c(A2-)>c(OH-)>c(H+),故D项错误。
答案:C
9.50 ℃时,下列各溶液中,离子的物质的量浓度关系正确的是(　　)
A.pH=4的醋酸中:c(H+)=4.0 mol·L-1
B.饱和小苏打溶液中:c(Na+)=c(HC)
C.饱和食盐水中:c(Na+)+c(H+)=c(Cl-)+c(OH-)
D.pH=12的纯碱溶液中:c(OH-)=1.0×10-2 mol·L-1
解析:A项,pH=4的醋酸中c(H+)=1.0×10-4 mol·L-1;B项,饱和小苏打溶液中由于HC水解,c(Na+)>c(HC);C项,饱和食盐水中,根据电荷守恒有c(Na+)+c(H+)=c(Cl-)+c(OH-);D项,pH=12的纯碱溶液中c(H+)=1.0×10-12 mol·L-1,由于50 ℃时水的电离程度变大,水的离子积KW>1.0×10-14,故c(OH-)>1.0×10-2 mol·L-1。
答案:C
10.25 ℃时,在20 mL 0.1 mol·L-1 NaOH溶液中逐滴加入0.2 mol·L-1醋酸溶液,曲线如图所示,有关粒子浓度关系的比较中,不正确的是 (　　)
A.在A点:c(Na+)>c(OH-)>c(CH3COO-)>c(H+)
B.在B点:c(OH-)=c(H+),c(Na+)=c(CH3COO-)
C.在C点:c(CH3COO-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)
D.在C点:c(CH3COO-)+c(CH3COOH)=2c(Na+)
解析:在A点是20 mL 0.1 mol·L-1 NaOH溶液和10 mL 0.2 mol·L-1醋酸溶液恰好反应完全,生成的醋酸钠中的醋酸根离子水解使溶液呈碱性,离子浓度的关系应该为c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+),故A项错误;B点时溶液为中性,c(OH-)=c(H+),由电荷守恒可得c(CH3COO-)=c(Na+),B项正确;在C点,CH3COOH过量,以CH3COOH电离为主,溶液呈酸性,故c(CH3COO-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-),C项正确;在C点由物料守恒可得c(CH3COO-)+c(CH3COOH)=2c(Na+),故D项正确。
答案:A
11.(1)25 ℃时,0.1 mol·L-1 NaOH溶液的pH为　　　。?
(2)25 ℃时,0.1 mol·L-1 NH4Cl溶液的pH　　　　7(填“<”“=”或“>”),其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　(用离子方程式表示)。?
(3)将上述两种溶液等体积混合后,离子浓度大小次序正确的是　　　　(填序号)。?
A.c(Na+)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+)
B.c(Na+)=c(Cl-)>c(H+)>c(OH-)
C.c(Na+)=c(Cl-)>c(OH-)>c(H+)
D.c(Cl-)>c(Na+)>c(OH-)>c(H+)
解析:0.1 mol·L-1 NaOH溶液中c(OH-)=0.1 mol·L-1,c(H+)= mol·L-1=1×10-13 mol·L-1,pH=-lg[c(H+)]=13;由于N能结合水电离出来的OH-生成弱电解质NH3·H2O,破坏了水的电离平衡,使溶液显酸性;将两种溶液等体积混合,发生反应:NaOH+NH4ClNaCl+NH3·H2O,Na+和Cl-均不水解,浓度相等,NH3·H2O能电离出OH-,使c(OH-)>c(H+)。
答案:(1)13
(2)<　N+H2ONH3·H2O+H+
(3)C
12.取0.1 mol·L-1 HA溶液与0.1 mol·L-1 NaOH溶液等体积混合(混合后溶液体积的变化不计),测得混合溶液的pH=8。试回答以下问题:
(1)混合溶液的pH=8的原因是?
　(用离子方程式表示)。?
(2)混合溶液中由水电离出的c(H+)　　　　(填“>”“<”或“=”)0.1 mol·L-1的NaOH溶液中由水电离出的c(H+)。?
(3)求出混合溶液中下列算式的精确计算结果(填具体数字):
c(Na+)-c(A-)=　　　　mol·L-1;?
c(OH-)-c(HA)=　　　　mol·L-1。?
(4)已知NH4A溶液为中性,又知将HA溶液加到Na2CO3溶液中有气体放出,试推断室温下(NH4)2CO3溶液的pH　　　　(填“>”“<”或“=”)7。?
(5)将相同温度下相同浓度的以下四种盐溶液:A.NH4HCO3;B.NH4A;C.(NH4)2SO4;D.NH4Cl,按pH由大到小的顺序排列?
　(填序号)。?
解析:(1)若HA是强酸,则恰好生成强酸强碱盐,溶液显中性。而溶液pH=8,说明溶液显碱性,生成的是强碱弱酸盐,A-水解使溶液显碱性,HA是弱酸。
(2)盐类水解可促进水的电离,酸、碱都能抑制水的电离,所以混合溶液中由水电离出的c(H+)>0.1 mol·L-1 NaOH溶液中由水电离出的c(H+)。
(3)混合溶液中c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(A-),所以c(Na+)-c(A-)=c(OH-)-c(H+)=1×10-6 mol·L-1-1×10-8 mol·L-1=9.9×10-7 mol·L-1。据质子守恒:c(OH-)=c(H+)+c(HA),c(OH-)-c(HA)=c(H+)=1×10-8 mol·L-1。
(4)已知将HA溶液加到Na2CO3溶液中有气体放出,说明HA比H2CO3的酸性强,HA比H2CO3的电离程度大,又由NH4A溶液为中性,说明HA的电离程度与NH3·H2O的电离程度相当,所以NH3·H2O的电离程度比H2CO3的电离程度大,N的水解程度比C的水解程度小,故(NH4)2CO3溶液pH>7。
(5)根据水解规律,NH4HCO3溶液显碱性,NH4A溶液显中性,C、D均显酸性,但(NH4)2SO4溶液中c(N)大,故酸性比NH4Cl溶液强,pH比NH4Cl溶液小。
答案:(1)A-+H2OHA+OH-
(2)>
(3)9.9×10-7　1×10-8
(4)>
(5)A>B>D>C
课时训练17　难溶电解质的溶解平衡与溶度积
一、沉淀溶解平衡
1.对“AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)”的理解正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
①说明AgCl没有完全电离,AgCl是弱电解质
②说明溶解的AgCl已完全电离,是强电解质
③说明Cl-与Ag+的反应不能完全进行到底
④说明Cl-与Ag+的反应可以完全进行到底
A.③④ B.③ C.①③ D.②④
解析:关于沉淀平衡的表达式,其完整的书写形式为AgCl(s)AgCl(aq)Ag+(aq)+Cl-(aq),故对于难溶物质来说,是先溶解,再电离。
答案:B
2.下列说法中正确的是(　　)
A.只有易溶电解质在溶液中才存在溶解平衡
B.难溶电解质在溶液中只存在溶解平衡,不存在电离平衡
C.溶解平衡只能通过电解质溶解于水时建立
D.溶解平衡时,电解质表面上的离子或分子脱离电解质的速率与溶液中的离子或分子回到电解质表面的速率相等
解析:认真理解溶解平衡的内涵是解题的关键。溶解平衡发生在固体表面,是在一定条件下离子向溶剂中扩散和溶剂中离子向固体表面析出建立的平衡。达到溶解平衡时以上两种速率相等。
答案:D
3.将一定量的硫酸钡放入水中,对此有关的叙述正确的是(　　)
A.硫酸钡不溶于水,硫酸钡固体质量不会改变
B.最终会得到BaSO4的极稀的饱和溶液
C.因为Ba2++SBaSO4↓很容易发生,所以不存在BaSO4(s)Ba2+(aq)+S(aq)的反应
D.因为BaSO4难溶于水,所以改变外界条件也不会改变BaSO4的溶解性
解析:BaSO4不溶于水并不是绝对不溶,它存在溶解平衡,当沉淀溶解和生成的速率相等时,得到了BaSO4的饱和溶液即建立了动态平衡BaSO4(s)Ba2+(aq)+S(aq),A、C两项错误,B项正确;升高温度,BaSO4的溶解度增大,D项错误。
答案:B
二、影响沉淀溶解平衡的因素
4.CaCO3在下列哪种液体中的溶解度最大(　　)
A.H2O B.Na2CO3溶液
C.乙醇 D.CaCl2溶液
解析:CaCO3(s)Ca2++C,A项中H2O使溶解平衡右移;B、D两项中分别由于c(C)、c(Ca2+)增大,使溶解平衡左移,溶解度减小;在有机溶剂中CaCO3溶解度很小,故选A。
答案:A
5.现将足量的AgCl分别放入下列物质中,AgCl的溶解度由大到小的排列顺序是　　　。?
①20 mL 0.01 mol·L-1 KCl溶液
②30 mL 0.02 mol·L-1 CaCl2溶液
③40 mL 0.03 mol·L-1 HCl溶液
④10 mL蒸馏水
⑤50 mL 0.05 mol·L-1 AgNO3溶液
解析:AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq),由于c(Ag+)·c(Cl-)=Ksp,c(Cl-)或c(Ag+)越大,越能抑制AgCl的溶解,AgCl的溶解度就越小。注意AgCl的溶解度大小只与溶液中Ag+或Cl-的浓度有关,而与溶液体积无关。①中c(Cl-)=0.01 mol·L-1,②中c(Cl-)=0.04 mol·L-1,③中c(Cl-)=0.03 mol·L-1,④中c(Cl-)=0 mol·L-1,⑤中c(Ag+)=0.05 mol·L-1。Ag+或Cl-浓度由小到大的顺序为④<①<③<②<⑤,故AgCl的溶解度由大到小的排列顺序为④>①>③>②>⑤。
答案:④>①>③>②>⑤
6.Fe(OH)3难溶于水,在Fe(OH)3悬浊液中加入少量下列物质后,可使溶液中的Fe3+浓度增大的是 (　　)
A.NaOH溶液 B.稀盐酸
C.稀氢碘酸 D.水
解析:A项增大了OH-浓度,使平衡逆向移动,Fe3+浓度减小;B项消耗OH-,使平衡正向移动,Fe3+浓度增大;C项虽消耗OH-,使平衡正向移动,但Fe3+与I-能发生氧化还原反应,使Fe3+浓度减小;D项平衡尽管正向移动,但溶液被稀释,Fe3+浓度减小。
答案:B
7.向含有AgI的饱和溶液中:
(1)加入AgCl固体,则c(I-)　　　　(填“变大”“变小”或“不变”,下同)。?
(2)若改加更多的AgI,则c(Ag+)将　　　　。?
(3)若改加AgBr固体,则c(I-)　　　　　　　,而c(Ag+)　　　　　　。?
解析:含有AgI的饱和溶液中存在如下平衡:AgI(s)Ag+(aq)+I-(aq)
(1)加入固体AgCl时,c(Ag+)增大,平衡左移,c(I-)减小。
(2)加入AgI时,对平衡无影响,c(Ag+)不变。
(3)加入AgBr时,c(Ag+)增大,平衡左移,则c(I-)减小。
答案:(1)变小　(2)不变　(3)变小　变大
三、溶度积及应用
8.向AgCl饱和溶液中加水,下列叙述正确的是 (　　)
A.AgCl的溶解度增大
B.AgCl的溶解度、Ksp均不变
C.AgCl的Ksp增大
D.AgCl的溶解度、Ksp均增大
解析:在一定温度和指定的溶剂条件下,难溶物质的溶解度和溶度积都为常数。
答案:B
9.下列说法正确的是(　　)
A.溶度积就是溶解平衡时难溶电解质在溶液中的各离子浓度的乘积
B.溶度积常数是不受任何条件影响的常数,简称溶度积
C.可用离子积Qc与溶度积Ksp的比较来判断沉淀溶解平衡进行的方向
D.所有物质的溶度积都是随温度的升高而增大的
解析:溶度积应是沉淀溶解平衡时难溶电解质在溶液中各离子浓度幂的乘积,A项错误。溶度积与温度有关,B项错误。Ca(OH)2的Ksp随温度升高而减小,D项错误。
答案:C
10.某温度下,下列难溶化合物所形成的饱和溶液的物质的量浓度最大的是(　　)
A.CaCO3(Ksp=5.0×10-9)
B.PbSO4(Ksp=2.530×10-8)
C.CuCl(Ksp=1.72×10-7)
D.BaSO4(Ksp=1.10×10-10)
解析:本题要求比较难溶电解质在水中的溶解能力。用溶度积直接比较时,物质的类型(如AB型、A2B型、AB2型等)必须相同。对于同类物质,Ksp数值越大,难溶电解质在水中的溶解能力越强。
答案:C
11.在溶液中有浓度均为0.01 mol·L-1的Fe3+、Cr3+、Zn2+、Mg2+等离子,已知Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39;Ksp[Cr(OH)3]=7.0×10-31;Ksp[Zn(OH)2]=1.0×10-17;Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11。当氢氧化物开始沉淀时,下列哪一种离子所需要的pH最小(　　)
A.Fe3+ B.Cr3+ C.Zn2+ D.Mg2+
解析:欲要所需的pH最小,则氢离子浓度最大,即氢氧根离子浓度最小。列式计算比较得铁离子开始沉淀时所需的pH最小。
答案:A
12.(1)在25 ℃下,向浓度均为0.1 mol·L-1的MgCl2和CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水,先生成　　　沉淀(填化学式),生成该沉淀的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。已知25 ℃时Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11,Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20。?
(2)向BaCl2溶液中加入AgNO3和KBr,当两种沉淀共存时,=　。?
[Ksp(AgBr)=5.4×10-13,Ksp(AgCl)=2.0×10-10]
解析:(1)由于Ksp[Cu(OH)2](2)所谓沉淀共存,就是AgCl、AgBr都有,=2.7×10-3。
答案:(1)Cu(OH)2　Cu2++2NH3·H2OCu(OH)2↓+2N　(2)2.7×10-3
(建议用时:30分钟)
1.在有固态CaCO3存在的饱和溶液中,存在着如下平衡CaCO3(s)Ca2+(aq)+C(aq),加入下列溶液能使CaCO3质量增加的是(　　)
　　　　　 　　　　　 　　　　
A.CaCl2溶液 B.KNO3溶液
C.NH4Cl溶液 D.NaCl溶液
解析:加入KNO3溶液和NaCl溶液相当于加入了H2O,使平衡向右移动,使CaCO3质量减少;加入NH4Cl溶液,由于N水解显酸性,消耗了C,使平衡向右移动,促进了CaCO3的溶解;而加入CaCl2溶液,增大了钙离子的浓度,使平衡左移,使CaCO3质量增加。
答案:A
2.下列对沉淀溶解平衡的描述正确的是(　　)
A.起始状态时,溶液中各离子浓度相等
B.沉淀溶解达到平衡时,沉淀的速率和溶解的速率相等
C.沉淀溶解达到平衡时,溶液中溶质的离子浓度相等,且保持不变
D.沉淀溶解达到平衡时,如果再加入难溶性的该沉淀物,将促进溶解
解析:本题考查了沉淀溶解平衡的建立与特征。A项起始状态时,各离子浓度没有必然的关系;B项正确;C项沉淀溶解达到平衡时,溶液中溶质的离子浓度保持不变,但不一定相等;D项沉淀溶解达到平衡时,如果再加入难溶性的该沉淀物,由于固体的浓度为常数,故平衡不发生移动,故正确答案为B。
答案:B
3.在一定温度下,一定量的石灰乳悬浊液中存在下列平衡:Ca(OH)2(s)Ca(OH)2(aq)Ca2+(aq)+2OH-(aq)。当向此悬浊液中加入少量生石灰时,下列说法中正确的是(　　)
A.n(Ca2+)增大 B.c(Ca2+)不变
C.c(OH-)增大 D.n(OH-)不变
解析:向悬浊液中加入CaO,CaO+H2OCa(OH)2,因为Ca(OH)2已达饱和,随着水的不断反应,还会有Ca(OH)2析出,溶液中Ca2+和OH-的物质的量会减少,但此时溶液依旧是饱和溶液,所以c(Ca2+)不变,B项正确。
答案:B
4.某温度下,Fe(OH)3(s)、Cu(OH)2(s)分别在溶液中达到沉淀溶解平衡后,改变溶液pH,金属阳离子浓度的变化如图所示,据图分析,下列判断错误的是(　　)
A.Ksp[Fe(OH)3]<
Ksp[Cu(OH)2]
B.加适量NH4Cl固体可使溶液由a点变到b点
C.c、d两点代表的溶液中c(H+)与c(OH-)乘积相等
D.Fe(OH)3、Cu(OH)2分别在b、c两点代表的溶液中达到饱和
解析:b、c两点金属阳离子的浓度相等,都设为x,设该温度为常温,则c(OH-)c=10-9.6 mol·L-1,c(OH-)b=10-12.7 mol·L-1,则Ksp[Fe(OH)3]=x×(10-12.7)3,Ksp[Cu(OH)2]=x×(10-9.6)2,故Ksp[Fe(OH)3]Ksp,沉淀要析出,故D项正确。
答案:B
5.常温下,M(OH)2(s)M2+(aq)+2OH-(aq)
Ksp=a,c(M2+)=b mol·L-1时,溶液的pH等于 (　　)
A.lg() B.lg()
C.14+lg() D.14+lg()
解析:由题知该反应的溶度积常数Ksp=c(M2+)·[c(OH-)]2=a,由此得出c(OH-)=(,则c(H+)=1.0×10-14÷c(OH-),pH=-lgc(H+),经过计算即可得到正确答案为C。
答案:C
6.某温度时,BaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲线如下图所示。下列说法正确的是(　　)
A.加入Na2SO4可以使溶液由a点变到b点
B.通过蒸发可以使溶液由d点变到c点
C.d点无BaSO4沉淀生成
D.a点对应的Ksp大于c点对应的Ksp
解析:A项加入Na2SO4会使Ba2+的浓度减小;B项,蒸发时,Ba2+与S的浓度变化是一致的;D项,温度不变,Ksp不变。
答案:C
7.已知25 ℃时,AgCl的溶度积Ksp=1.8×10-10,则下列说法正确的是(　　)
A.向饱和AgCl水溶液中加入盐酸,Ksp变大
B.AgNO3溶液与NaCl溶液混合后的溶液中,一定有c(Ag+)=c(Cl-)
C.温度一定时,当溶液中c(Ag+)·c(Cl-)=Ksp时,此溶液中必有AgCl的沉淀析出
D.将AgCl加入到较浓的KI溶液中,部分AgCl转化为AgI,因为AgCl的溶解度大于AgI的
解析:A项加入盐酸引起沉淀溶解平衡移动,Ksp不变,故A项错误;B项由于不知道AgNO3和NaCl物质的量情况,不一定具有c(Ag+)=c(Cl-),故B项错误;C项当有c(Ag+)·c(Cl-)=Ksp时,沉淀的溶解处于平衡状态,不一定有AgCl沉淀析出,故C项错误;D项由于AgCl转化为AgI,是因为AgCl的溶解度大于AgI的,故D项正确。
答案:D
8.已知25 ℃时BaSO4饱和溶液中存在BaSO4(s)Ba2+(aq)+S(aq),Ksp=1.102 5×10-10,下列有关BaSO4的溶度积和溶解平衡的叙述正确的是(　　)
A.25 ℃时,向c(S)=1.05×10-5 mol·L-1的BaSO4溶液中,加入BaSO4固体,c(S)增大
B.向该饱和溶液中加入Ba(NO3)2固体,则BaSO4的溶度积常数增大
C.向该饱和溶液中加入Na2SO4固体,则该溶液中c(Ba2+)>c(S)
D.向该饱和溶液中加入BaCl2固体,则该溶液中c(S)减小
解析:BaSO4的溶度积等于c(Ba2+)和c(S)的乘积,故饱和溶液中c(S)=1.05×10-5 mol·L-1,再加入BaSO4固体不溶解,c(S)不变,A项错误;溶度积常数只与温度有关,B项错误;加入Na2SO4固体,溶解平衡向左移动,c(Ba2+)减小,C项错误;加入BaCl2固体,溶解平衡向左移动,c(S)减小,D项正确。
答案:D
9.已知:Cu(OH)2(s)Cu2+(aq)+2OH-(aq),Ksp=c(Cu2+)·[c(OH-)]2=2×10-20。
(1)某CuSO4溶液里c(Cu2+)=0.02 mol·L-1,如要生成Cu(OH)2沉淀,应调整溶液的pH大于　　　　。?
(2)要使0.2 mol·L-1 CuSO4溶液中的Cu2+沉淀较为完全(使Cu2+浓度降低至原来的千分之一),则应向溶液里加入NaOH溶液,使溶液pH等于　　　　。?
解析:(1)依题意,当c(Cu2+)·[c(OH-)]2=2×10-20时开始出现沉淀,则c(OH-)= mol·L-1= mol·L-1=1×10-9 mol·L-1,由c(H+)= mol·L-1= mol·L-1=1×10-5 mol·L-1,pH=5。
(2)由于要生成Cu(OH)2沉淀,应调整溶液pH≥5,要使c(Cu2+)降至=2×10-4 mol·L-1,则c(OH-)= mol·L-1= mol·L-1=1×10-8 mol·L-1,此时溶液pH=6。
答案:(1)5　(2)6
10.某温度时,Ag2SO4在水溶液中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。
请回答下列问题:
(1)A点表示Ag2SO4是　　　　　　　(填“饱和”或“不饱和”)溶液。?
(2)B点对应的Ksp　　　　(填“>”“<”或“=”)C点对应的Ksp。?
(3)现将足量的Ag2SO4分别放入
A.40 mL 0.01 mol·L-1 K2SO4溶液
B.10 mL蒸馏水
C.10 mL 0.02 mol·L-1 H2SO4溶液
则Ag2SO4的溶解程度由大到小的排列顺序为　　　　　　　　(填字母)。?
解析:(1)A点没有达到平衡状态。
(2)Ksp只与温度有关。
(3)c(S)越大,难溶电解质的溶解平衡逆向移动程度越大,Ag2SO4的溶解程度越小。
答案:(1)不饱和　(2)=　(3)B>A>C
课时训练18　沉淀溶解平衡的应用
一、沉淀的溶解与生成
1.为了除去MgCl2溶液中的FeCl3,可在加热搅拌的条件下加入的试剂是(　　)
　　　　　　　　　　　　　
A.NaOH B.Na2CO3
C.NH3·H2O D.MgO
解析:要除去FeCl3实际上就是要除去Fe3+,除去Fe3+的方法是加入某种物质,使之转化为沉淀过滤即可。同时,本题要抓住Fe(OH)3的溶解度小于Mg(OH)2的溶解度,从而可使Fe(OH)3沉淀析出而Mg2+不会生成Mg(OH)2沉淀析出。NaOH、Na2CO3、NH3·H2O能使两种离子同时沉淀,且引入杂质离子,不能使用,只有D项正确。
答案:D
2.已知BaCO3、BaSO4溶度积常数分别为Ksp=5.1×10-9 mol2·L-2,Ksp=1.1×10-10 mol2·L-2,则BaSO4可作钡餐,BaCO3不能作钡餐的主要理由是(　　)
A.BaSO4的溶度积常数比BaCO3的小
B.S没有毒性,C有毒性
C.BaSO4的密度大
D.胃酸能与C结合,生成CO2和H2O,使BaCO3的溶解平衡向右移动,Ba2+浓度增大,造成人体Ba2+中毒
解析:BaSO4可作钡餐是因为硫酸钡不溶于酸。而BaCO3能与酸反应:BaCO3+2H+Ba2++H2O+CO2↑,生成的Ba2+进入人体,会造成重金属盐中毒。所以D项正确。
答案:D
3.要使工业废水中的重金属离子Pb2+沉淀,可用硫酸盐、碳酸盐、硫化物等作沉淀剂,已知Pb2+与这些离子形成的化合物的溶解度如下:
化合物
PbSO4
PbCO3
PbS
溶解度/g
1.03×10-4
1.81×10-7
1.84×10-14
由上述数据可知,选用沉淀剂最好为(　　)
A.硫化物
B.硫酸盐
C.碳酸盐
D.以上沉淀剂均可
解析:要将Pb2+沉淀,就要形成溶解度更小的物质,由表中数据可知,PbS的溶解度最小,故沉淀剂最好为硫化物。
答案:A
4.下列化学原理的应用,主要用沉淀溶解平衡原理来解释的是(　　)
①Al(OH)3具有两性　②误将钡盐[BaCl2、Ba(NO3)2]当作食盐混用后,常用0.5%的Na2SO4溶液解毒　③蛋壳能溶于食醋　④碳酸钡不能作“钡餐”而硫酸钡则能
A.②③④ B.①②③
C.①③④ D.①②③④
解析:①H++Al+H2OAl(OH)3(s)Al3++3OH-,加强酸或强碱分别使上述平衡向碱式电离或酸式电离方向移动;②因能形成更难溶解的BaSO4而解毒,生成BaSO4时也存在沉淀溶解平衡;③CaCO3(s)Ca2++C,加入CH3COOH,消耗C,使上述平衡正向移动;④BaCO3能溶于胃酸,而BaSO4不能。
答案:A
二、沉淀的转化
5.实验:①0.1 mol·L-1 AgNO3溶液和0.1 mol·L-1 NaCl溶液等体积混合得到浊液a,过滤得到滤液b和白色沉淀c;
②向滤液b中滴加0.1 mol·L-1 KI溶液,出现浑浊;
③向沉淀c中滴加0.1 mol·L-1 KI溶液,沉淀变为黄色。
下列分析不正确的是(　　)
A.浊液a中存在沉淀溶解平衡:AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)
B.滤液b中不含有Ag+
C.③中颜色变化说明AgCl转化为AgI
D.实验可以证明AgI比AgCl更难溶
解析:A.向二者恰好反应后的滤液b中滴加0.1 mol·L-1 KI溶液出现碘化银沉淀,则说明浊液a中存在沉淀溶解平衡,A项正确。B.向滤液b中加入0.1 mol·L-1 KI溶液,出现浑浊,则说明b中含有Ag+,B项错误。C.③中颜色变化是沉淀进行了转化,即AgCl转化为AgI,C项正确。D.因AgCl沉淀能转化为AgI沉淀,所以Ksp(AgI)答案:B
6.下表为有关化合物的pKsp,pKsp=-lgKsp。某同学设计实验如下:①向AgNO3溶液中加入适量NaX溶液,得到沉淀AgX;②向①中加NaY,则沉淀转化为AgY;③向②中加入Na2Z,沉淀又转化为Ag2Z。则表中a、b、c的大小关系为(　　)
相关化合物
AgX
AgY
Ag2Z
pKsp
a
b
c
A.a>b>c B.a解析:根据沉淀的转化原理可知,溶解度小的沉淀总是向着溶解度更小的转化,再结合pKsp=-lgKsp可知Ksp越小其pKsp越大,故B项正确。
答案:B
7.已知Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(AgI)=1.0×10-16。下列说法错误的是(　　)
A.AgCl不溶于水,不能转化为AgI
B.在含有浓度均为0.001 mol·L-1的Cl-、I-的溶液中缓慢加入AgNO3稀溶液,首先析出AgI沉淀
C.AgI比AgCl更难溶于水,所以,AgCl可以转化为AgI
D.常温下,AgCl若要在NaI溶液中开始转化为AgI,则NaI的浓度必须不低于×10-11 mol·L-1
解析:组成结构相似的物质,溶度积越小,其溶解度越小,越易先形成沉淀,B项正确;溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现,所以A项错误,C项正确;AgCl溶液中c(Ag+)=×10-5 mol·L-1。要使AgI形成沉淀,则c(Ag+)·c(I-)≥1.0×10-16。则c(I-)≥ mol·L-1=×10-11 mol·L-1,D项正确。
答案:A
三、溶解平衡图像
8.25 ℃时,PbCl2固体在不同浓度盐酸中的溶解度曲线如图。在制备PbCl2的实验中,洗涤PbCl2固体最好选用(　　)
A.蒸馏水
B.1.00 mol·L-1盐酸
C.5.00 mol·L-1盐酸
D.10.00 mol·L-1盐酸
解析:观察题图知,PbCl2固体在浓度为1.00 mol·L-1的盐酸中溶解度最小。
答案:B
(建议用时:30分钟)
1.下列关于沉淀的叙述不正确的是(　　)
A.生产、科研中常利用生成沉淀来达到分离或除杂的目的
B.沉淀的溶解只能通过酸碱中和反应来实现
C.沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动
D.一般来说,沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现
解析:沉淀的溶解就是使平衡向沉淀溶解的方向移动。例如向CaCO3沉淀中加入盐酸就可以实现CaCO3的溶解,并不是通过中和反应来实现的。
答案:B
2.下列说法中不正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
A.在化工生产中除去废水中的Cu2+,可选用Na2S作沉淀剂
B.在氯化银的沉淀溶解平衡体系中,加入蒸馏水,氯化银的Ksp不变
C.为减小洗涤过程中固体的损失,最好选用稀硫酸代替H2O来洗涤BaSO4沉淀
D.Ksp小的物质的溶解能力一定比Ksp大的物质的小
解析:CuS难溶于水,可用Cu2++S2-CuS↓除去废水中的Cu2+,A项正确;Ksp(AgCl)只受温度的影响,因此在氯化银的沉淀溶解平衡体系中,加入蒸馏水,Ksp(AgCl)不变,B项正确;根据沉淀溶解平衡原理,BaSO4在稀硫酸中的溶解度比在H2O中小,因此选用稀硫酸比H2O好,C项正确;类型相同的难溶电解质Ksp越小,溶解能力越小,D项错误。
答案:D
3.化工生产中含Cu2+的废水常用MnS(s)作沉淀剂,其反应原理为Cu2+(aq)+MnS(s)CuS(s)+Mn2+(aq)。一定温度下,下列有关该反应的推理正确的是(　　)
A.该反应达到平衡时,c(Cu2+)=c(Mn2+)
B.平衡体系中加入少量CuS(s)后,c(Mn2+)变小
C.平衡体系中加入少量Cu(NO3)2(s)后,c(Mn2+)变大
D.该反应平衡常数表达式:K=Ksp(CuS)/Ksp(MnS)
解析:根据Cu2+(aq)+MnS(s)CuS(s)+Mn2+(aq)得,Ksp(CuS)1,
即c(Cu2+)答案:C
4.用Ksp表示难溶物的溶度积。下列有关沉淀溶解平衡的说法中,正确的是(　　)
A.在AgCl的沉淀溶解平衡体系中,加入蒸馏水,Ksp(AgCl)增大
B.在CaCO3的沉淀溶解平衡体系中,加入稀盐酸,平衡不移动
C.温度升高,沉淀物的Ksp一定增大
D.25 ℃时,Ksp(AgCl)>Ksp(AgI),向AgCl的悬浊液中加入KI固体,有黄色沉淀生成
解析:Ksp(AgCl)只受温度的影响,故A项错误;加入盐酸,CaCO3(s)Ca2+(aq)+C(aq)向右移动,B项错误;当沉淀溶解平衡的ΔH<0时,温度升高,Ksp减小,C项错误;由于Ksp(AgCl)>Ksp(AgI),所以向AgCl的悬浊液中加入KI固体,AgCl可转化为黄色沉淀AgI,D项正确。
答案:D
5.已知Ksp(AgCl)=1.56×10-10,Ksp(AgBr)=7.7×10-13,Ksp(Ag2CrO4)=9.0×10-12。某溶液中含有Cl-、Br-和Cr,浓度均为0.010 mol·L-1,向该溶液中逐滴加入0.010 mol·L-1的AgNO3溶液时,三种阴离子产生沉淀的先后顺序为(　　)
A.Cl-、Br-、Cr
B.Cr、Br-、Cl-
C.Br-、Cl-、Cr
D.Br-、Cr、Cl-
解析:因为溶液中Cl-、Br-、Cr浓度相同,假设滴加AgNO3溶液的过程中混合液中Cl-、Br-、Cr浓度不变,均为0.010 mol·L-1,则开始生成AgCl、AgBr、Ag2CrO4沉淀时溶液中c(Ag+)浓度分别为1.56×10-8 mol·L-1、7.7×10-11 mol·L-1、3.0×10-5 mol·L-1,所以首先沉淀的是AgBr,最后沉淀的是Ag2CrO4。
答案:C
6.已知:pAg=-lgc(Ag+),Ksp(AgCl)=1×10-12。如图是向10 mL AgNO3溶液中逐渐加入0.1 mol·L-1 NaCl溶液时,溶液的pAg随着加入NaCl溶液的体积变化的图像(实线)。根据图像所得下列结论正确的是(　　)
[提示:Ksp(AgCl)>Ksp(AgI)]
A.原AgNO3溶液的物质的量浓度为0.1 mol·L-1
B.图中x点的坐标为(100,6)
C.图中x点表示溶液中Ag+被恰好完全沉淀
D.把0.1 mol·L-1的NaCl溶液换成0.1 mol·L-1 NaI,则图像在终点后变为虚线部分
解析:A项,加入NaCl之前,pAg=0,所以c(AgNO3)=1 mol·L-1,错误;B项,由于c(Ag+)=1×10-6 mol·L-1,当溶液中离子浓度小于1×10-5 mol·L-1时即可以认为沉淀达到完全,所以Ag+沉淀完全,n(NaCl)=n(AgNO3)=0.01 L×1 mol·L-1=0.01 mol,所以V(NaCl)=100 mL,B项正确,C项错误;若把NaCl换成NaI,由于Ksp(AgI)更小,所以c(Ag+)更小,pAg更大,D项错误。
答案:B
7.对水垢的主要成分是CaCO3和Mg(OH)2而不是CaCO3和MgCO3的原因解释,其中正确的是(　　)
A.Mg(OH)2的溶度积大于MgCO3的溶度积,且在水中发生了沉淀转化
B.Mg(OH)2的溶度积小于MgCO3的溶度积,且在水中发生了沉淀转化
C.MgCO3电离出的C发生水解,使水中OH-浓度增大,对Mg(OH)2的沉淀溶解平衡而言,Qc>Ksp,生成Mg(OH)2沉淀
D.MgCO3电离出的C发生水解,使水中OH-浓度增大,对Mg(OH)2的沉淀溶解平衡而言,Qc解析:由于Mg(OH)2和MgCO3中阴、阳离子个数比不同,所以不能直接根据Ksp的大小比较溶解能力的强弱,A、B两项均不正确;MgCO3溶解平衡生成的C能发生水解,使水中OH-浓度增大,对Mg(OH)2沉淀溶解平衡而言,Qc>Ksp,则生成Mg(OH)2沉淀,C项正确,D项不正确。
答案:C
8.下列说法正确的是(　　)
A.向饱和食盐水中加入少量的浓盐酸,看不到明显的现象
B.将硫酸铜溶液与碳酸钠溶液混合,得到的沉淀是以Cu(OH)2为主,说明了在相同条件下Cu(OH)2的溶解度比CuCO3的更小
C.在0.01 mol·L-1 NaCl溶液中加入少量的AgNO3溶液,有白色沉淀生成,接着向上述溶液中加入足量的浓氨水,白色沉淀不会溶解
D.CaCO3溶液的导电能力很弱,是因为CaCO3是弱电解质,存在如下电离平衡:CaCO3Ca2++C
解析:A项有NaCl晶体析出,A项错误;C项中AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq),加入浓氨水后生成[Ag(NH3)2]+,沉淀溶解平衡右移,白色沉淀会溶解,C项错误;D项中,溶液的导电性只与离子浓度和离子所带电荷有关,CaCO3溶液的导电能力很弱是因为CaCO3的溶解度很小,但CaCO3是强电解质,D项错误。
答案:B
9.在含有Cl-、Br-、I-的溶液中,已知其浓度均为0.1 mol·L-1,而AgCl、AgBr、AgI的溶度积分别为1.6×10-10、4.1×10-15、1.5×10-16。若向混合溶液中逐滴加入AgNO3溶液。
(1)首先析出的沉淀是　　　　　,析出沉淀的离子方程式为　?　,?
从沉淀溶解平衡理论解释首先析出沉淀的原因:?　。?
(2)最后析出的沉淀是　　　　,析出沉淀的离子方程式为　　　　　　　　　　　　。?
解析:(1)由于AgI的Ksp最小,故先析出AgI沉淀。
(2)AgCl的Ksp最大,故加入AgNO3溶液后,先析出AgI,再析出AgBr,最后析出AgCl。
答案:(1)AgI　Ag++I-AgI↓
AgI的Ksp最小使溶解平衡:AgI(s)Ag+(aq)+I-(aq),向左移所需c(Ag+)最小,故首先析出AgI沉淀
(2)AgCl　Ag++Cl-AgCl↓
10.已知在25 ℃的水溶液中,AgX、AgY、AgZ均难溶于水,且Ksp(AgX)=1.8×10-10,Ksp(AgY)=1.0×10-12、Ksp(AgZ)=8.7×10-17。
(1)根据以上信息,判断AgX、AgY、AgZ三者的溶解度(已被溶解的溶质的物质的量/1 L溶液)S(AgX)、S(AgY)、S(AgZ)的大小顺序为　。?
(2)若向AgY的饱和溶液中加入少量的AgX固体,则c(Y-)　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。?
(3)在25 ℃时,若取0.188 g的AgY(相对分子质量188)固体放入100 mL水中(忽略溶液体积的变化),则溶液中Y-的物质的量浓度为　　　　。?
(4)据上述Ksp判断,在上述(3)的体系中,能否实现AgY向AgZ的转化,　　　　(填“能”或“不能”),理由为　?　。?
解析:(1)由于AgX、AgY、AgZ为同一类型的盐,所以其溶解度大小可以根据Ksp大小予以确定,因为Ksp(AgX)>Ksp(AgY)>Ksp(AgZ),所以S(AgX)>S(AgY)>S(AgZ)。
(2)向AgY的饱和溶液中加入少量的AgX固体,由于AgX的溶解度大于AgY,溶液中的c(Ag+)增大,AgY溶解平衡向着生成沉淀的方向移动,c(Y-)减小。
(3)AgY饱和溶液中,c(Ag+)= mol·L-1=1.0×10-6 mol·L-1,AgY固体完全溶解后c(Ag+)=1.0×10-2 mol·L-1,故0.188 g AgY不能完全溶解,其溶液中c(Y-)=1.0×10-6 mol·L-1。
(4)因Ksp(AgY)=1.0×10-12>Ksp(AgZ)=8.7×10-17,所以能够实现AgY向AgZ的转化。
答案:(1)S(AgX)>S(AgY)>S(AgZ)
(2)减小
(3)1.0×10-6 mol·L-1
(4)能　Ksp(AgY)=1.0×10-12>Ksp(AgZ)=8.7×10-17
课时训练19　原电池
一、原电池的构成
1.下图中能组成原电池,且能产生电流的是(　　)
解析:A、D两项中电极与电解质溶液之间不发生反应,不能构成原电池。B项符合原电池的条件,且Zn能与H2SO4溶液反应,两电极发生的反应分别是Zn-2e-Zn2+,2H++2e-H2↑。C项中酒精不是电解质,故不能形成原电池。
答案:B
2.根据原电池的有关知识,下列反应不能用于设计原电池的是(　　)
A.2H2+O22H2O
B.2CH3OH+3O22CO2+4H2O
C.Zn+2HClZnCl2+H2↑
D.NaOH+HClNaCl+H2O
解析:原电池反应必须是自发的氧化还原反应,选项D是非氧化还原反应,故它不可以用于原电池反应。
答案:D
二、原电池原理
3.有关如图所示原电池的叙述,正确的是(盐桥中装有含琼胶的KCl饱和溶液) (　　)
A.铜片上发生氧化反应
B.取出盐桥后,电流计依然发生偏转
C.反应中,盐桥中的K+会移向CuSO4溶液
D.反应前后铜片质量不改变
解析:左侧Cu2+放电,发生还原反应,A项错误;取出盐桥后,未形成闭合回路,无电流,B项错误;盐桥中阳离子向正极迁移,C项正确;左池中有铜析出,铜片质量增加,D项错误。
答案:C
4.将纯锌片和纯铜片按下图所示方式插入相同浓度的稀硫酸中一段时间,以下叙述正确的是(　　)
A.两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B.甲中铜片是正极,乙中铜片是负极
C.两烧杯中溶液的pH均增大
D.产生气泡的速率甲比乙慢
解析:因乙烧杯中锌片和铜片没有接触,故不能构成原电池,A、B两项错误;因甲烧杯中Zn、Cu用导线连接后构成原电池,加快了Zn的溶解,故D项错误;又因两烧杯中的Zn都能与稀硫酸反应产生H2而消耗H+,故C项正确。
答案:C
三、原电池原理的应用
5.M、N、P、E四种金属,①M+N2+N+M2+;②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中,M表面有大量气泡;③N、E用导线连接放入E的H2SO4溶液中,电极反应为E2++2e-E,N-2e-N2+。四种金属的还原性由强到弱的顺序是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
A.P、M、N、E B.E、N、M、P
C.P、N、M、E D.E、P、M、N
解析:由①知,活泼性M>N,M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中,M表面冒气泡,为原电池正极,故活泼性P>M;N、E构成的原电池中N作负极,故活泼性N>E。
答案:A
6.某原电池反应的离子方程式为Fe+2H+Fe2++H2↑,则下列说法中正确的是(　　)
A.用硝酸作电解质溶液
B.用锌作原电池正极
C.用铁作负极,铁的质量不变
D.用铜作原电池正极
解析:由电池反应的离子方程式知,电池的负极为铁,则正极应是比铁不活泼的金属,B项错误,在反应中负极不断被消耗,C项错误,由于反应中放出了氢气并生成了Fe2+,故知电解质溶液不能是硝酸。由以上分析可知D项正确。
答案:D
7.用铁片与稀硫酸反应制氢气时,下列不能使氢气生成速率加快的是(　　)
A.加热
B.不用稀硫酸,改用98%浓硫酸
C.加少量硫酸铜溶液
D.不用铁片,改用铁粉
解析:加热升高温度和增大固体反应物的接触面积都能加快化学反应速率,A、D两项正确;铁在浓硫酸中钝化,不产生氢气,B项错误;加入少量硫酸铜溶液,由于Cu2++FeCu+Fe2+,则构成铜—铁—稀硫酸原电池,加快了铁片与稀硫酸反应制氢气的速率,C项正确。
答案:B
8.下列叙述正确的是(　　)
①原电池是把化学能转化为电能的一种装置
②原电池的正极上发生氧化反应,负极上发生还原反应　③不能自发进行的氧化还原反应,通过原电池的装置均可实现　④石墨棒不能用来作原电池的正极　⑤反应Cu+2Ag+2Ag+Cu2+,能以原电池的形式来实现
A.①⑤ B.①④⑤ C.②③④ D.②⑤
解析:②原电池负极上发生氧化反应,正极上发生还原反应;③原电池的反应必须是能自发进行的氧化还原反应;④石墨棒是导体,可作原电池的正极。
答案:A
9.一个原电池的总反应的离子方程式是Zn+Cu2+Zn2++Cu,该反应的原电池的正确组成是(　　)
A
B
C
D
正极
Zn
Cu
Cu
Mg
负极
Cu
Zn
Zn
Zn
电解质
溶液
CuCl2
溶液
H2SO4
溶液
CuSO4
溶液
CuCl2
溶液
解析:根据Zn+Cu2+Zn2++Cu知,Zn发生氧化反应,Zn-2e-Zn2+,是电池负极;正极反应为Cu2++2e-Cu,故正极材料可以是石墨或Cu等,电解质溶液应是可溶性铜盐溶液,C项符合。
答案:C
(建议用时:30分钟)
1.下列关于原电池的叙述中,不正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　
A.原电池的负极发生的反应是氧化反应
B.原电池的电极只能由两种不同的金属构成
C.原电池能将化学能转变为电能
D.原电池中电子流入的一极是正极
解析:原电池的正极也可以由非金属(例如石墨)构成。
答案:B
2.在组装原电池时,下列各项中不需要的是(　　)
A.电极材料 B.直流电源
C.电解质溶液 D.金属导线
解析:组装原电池时需要电极、导线及电解质溶液,不需要直流电源。
答案:B
3.下列装置可以组成原电池的是(　　)
解析:B项中乙醇不是电解质溶液;C项装置不构成闭合回路;D项两极材料活泼性相同。
答案:A
4.原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关。下列说法中正确的是(　　)
A.(1)(2)中Mg作负极,(3)(4)中Fe作负极
B.(2)中Mg作正极,电极反应式为6H2O+6e-6OH-+3H2↑
C.(3)中Fe作负极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+
D.(4)中Cu作正极,电极反应式为2H++2e-H2↑
答案:B
5.①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时,外电路电流从②流向①;①③相连时,③为正极;②④相连时,②上有气泡逸出;③④相连时,③的质量减少,据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是(　　)
A.①③②④ B.①③④②
C.③④②① D.③①②④
解析:由原电池原理判断金属活动性,外电路电流从②流向①,②为正极,金属活动性①>②;①③相连,③为正极,金属活动性①>③;②④相连,②上有气泡(H2)逸出,②为正极,金属活动性④>②;③④相连,③质量减少,则金属活动性③>④,即金属活动性顺序为①>③>④>②,B项正确。
答案:B
6.按下图装置实验,若x轴表示流出负极的电子的物质的量,则y轴应表示(　　)
①c(Ag+)　②c(N)　③a棒的质量　④b棒的质量　⑤溶液的质量
A.①③ B.③④ C.①②④ D.②
解析:在这个原电池中,负极反应:Fe-2e-Fe2+,正极反应:Ag++e-Ag,使b棒增重,溶液中c(N)不变。
答案:D
7.如下图所示,将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中,再加入含有适量酚酞和NaCl的琼脂热溶液,冷却后形成琼胶(离子在琼胶内可以移动),下列叙述正确的是(　　)
A.a中铁钉附近呈现红色
B.b中铁钉上发生还原反应
C.a中铜丝上发生氧化反应
D.b中铝条附近有气泡产生
解析:a中构成原电池,铁钉作负极,铜丝作正极,故Fe失去电子,在铜丝上O2得电子发生还原反应;b中也构成原电池,铁钉作正极,铝条作负极,所以Al失去电子生成Al3+,在铁钉上O2得电子发生还原反应。
答案:B
8.将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸,同时向a中加少量的CuSO4溶液,如各图中产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系,正确的是 (　　)
解析:若向a中加入少量的CuSO4溶液,则发生反应:Zn+CuSO4Cu+ZnSO4,消耗一部分Zn,生成的Cu附着于Zn上,构成无数微小的Cu-Zn原电池,加快了Zn的反应速率,所以Zn与稀硫酸反应时,加入CuSO4溶液则反应速率加快,生成H2的量a小于b。
答案:A
9.依据氧化还原反应:2Ag++CuCu2++2Ag,设计的原电池如下图所示。
请回答下列问题:
(1)电极X的材料是　　　　;Y是　;?
(2)银电极为电池的　　　　极,发生的电极反应为　　　　　　　　　　;X电极上发生的电极反应为　　　　　　　　　　;?
(3)外电路中的电子是从　　　电极流向　　　　电极。?
解析:(1)由电池反应2Ag++CuCu2++2Ag可知,电极材料X应为Cu,Y为AgNO3溶液;(2)银电极为正极,发生的电极反应为Ag++e-Ag;X电极上发生的电极反应为Cu-2e-Cu2+;(3)外电路上电子是从Cu电极(负极)流向Ag电极(正极)。
答案:(1)Cu　AgNO3溶液
(2)正　Ag++e-Ag　Cu-2e-Cu2+　(3)Cu　Ag
10.铁及铁的化合物应用广泛,如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。
(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式　　　　　　　　　　　　。?
(2)若将(1)中的反应设计成原电池,请画出原电池的装置图,标出正极、负极,并写出电极反应。
正极反应:　;?
负极反应:　。?
解析:(1)Fe3+腐蚀铜板的化学方程式为2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2,然后改为离子方程式。
(2)根据氧化还原反应和原电池的工作原理进行设计,铜作负极,石墨作正极,FeCl3溶液作电解质溶液。
答案:(1)2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+
(2)装置图如图所示
正极反应:2Fe3++2e-2Fe2+
负极反应:Cu-2e-Cu2+
课时训练1　化学反应与能量的变化
一、放热反应和吸热反应
1.下列说法正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
A.反应热是1 mol物质参加反应时的能量变化
B.当反应放热时ΔH>0,当反应吸热时ΔH<0
C.在加热条件下发生的反应均为吸热反应
D.在一个化学反应中,当反应物总能量大于生成物总能量时,反应放热,ΔH<0
解析:反应在恒压条件下吸收或放出的热量为反应的焓变,即反应热,A项错误;反应热与反应物所具有的能量有关,与反应条件没有直接关系,C项错误;在反应中物质所具有的总能量减少,即ΔH<0,反应放热,反之就吸热,B项错误,D项正确。
答案:D
2.下列反应既属于氧化还原反应,又属于吸热反应的是(　　)
A.铝片和稀盐酸反应
B.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应
C.灼热的碳与二氧化碳的反应
D.甲烷在氧气中的燃烧
解析:平常学习中要注意知识的积累,记住常见的吸热反应。B、C两项属于吸热反应,再从化合价变化角度来分析,可知答案为C。
答案:C
二、反应热　焓变
3.关于化学反应的焓变,下列说法正确的是(　　)
A.焓是一个物理量,它描述的是物质所具有的能量
B.焓变是指1 mol物质参加反应时的能量变化
C.反应物总焓大于生成物的总焓时,反应热ΔH>0
D.只有在等压条件下进行的化学反应,反应前后物质的焓变等于该反应的反应热
解析:焓变是与物质内能有关的物理量。焓变与参加反应的物质的物质的量有关,反应物物质的量越大则焓变的绝对值越大;反应物的总焓大于生成物的总焓时,反应放热,ΔH<0。
答案:A
4.断开1 mol AB(g)分子中的化学键使其分别生成气态A原子和气态B原子所吸收的能量称为A—B键的键能。下表列出了一些化学键的键能E:
化学键
H—H
Cl—Cl
OO
C—Cl
C—H
O—H
H—Cl
E/(kJ·mol-1)
436
247
x
330
413
463
431
请回答下列问题:
(1)如图表示某反应的能量变化关系,则此反应为　　　(填“吸热”或“放热”)反应,其中ΔH=　　　(用含有a、b的关系式表示)。?
(2)若图示中表示反应H2(g)+O2(g)H2O(g)
ΔH=-241.8 kJ·mol-1,则b=　　　 kJ·mol-1,x=　　　。?
解析:(1)反应物的能量高于生成物,该反应是放热反应。反应热为反应物与生成物的能量之差,即ΔH=(a-b) kJ·mol-1。
(2)b表示H、O原子结合为气态水时的能量变化,其数值为463×2=926;根据利用键能计算焓变的关系可得436+x-926=-241.8,则x=496.4。
答案:(1)放热　(a-b) kJ·mol-1
(2)926　496.4
三、热化学方程式
5.下列说法正确的是(　　)
A.书写热化学方程式时,只要在化学方程式的右端写上热量的符号和数值即可
B.凡是在加热或点燃条件下进行的反应都是吸热反应
C.表明反应所放出或吸收热量的化学方程式叫做热化学方程式
D.氢气在氧气中燃烧的热化学方程式是2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　ΔH=-483.6 kJ
解析:A项,热化学方程式还应注明各物质的聚集状态;B项,放热反应有时在点燃或加热时才能发生;D项,ΔH的数值和单位均错误。
答案:C
6.已知:H2(g)+F2(g)2HF(g)　ΔH=-270 kJ·mol-1。下列说法正确的是(　　)
A.2 L氟化氢气体分解成1 L氢气与1 L氟气吸收270 kJ热量
B.1 mol氢气与1 mol 氟气反应生成2 mol液态氟化氢放出的热量小于270 kJ
C.在相同条件下,1 mol氢气与1 mol氟气的能量总和大于2 mol氟化氢气体的能量
D.1个氢气分子与1个氟气分子反应生成2个氟化氢气体分子放出270 kJ热量
解析:A项中用L作单位是错误的,因为热化学方程式中各物质的化学计量数表示物质的量;B项中放出热量小于270 kJ是错误的,应大于270 kJ;D项中说几个分子间反应是错误的;C项正确。
答案:C
7.实验测得:101 kPa时,1 mol H2完全燃烧生成液态水,放出285.8 kJ的热量;1 mol CH4完全燃烧生成液态水和CO2,放出890.3 kJ的热量。下列热化学方程式的书写正确的是(　　)
①CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=+890.3 kJ·mol-1
②CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=-890.3 kJ·mol-1
③CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=-890.3 kJ·mol-1
④2H2(g)+O2(g)2H2O(l)
ΔH=-571.6 kJ·mol-1
A.② B.②④
C.②③④ D.①②③④
解析:写热化学方程式时要注意其与普通化学方程式不同的几点:(1)物质的状态要注明且要准确;(2)单位是kJ·mol-1,不是kJ;(3)数值,ΔH的数值要与方程式中化学计量数保持对应;(4)符号,吸热用“+”,放热用“-”。仅②④符合要求。
答案:B
(建议用时:30分钟)
1.右图是一个一次性加热杯的示意图。当水袋破裂时,水与固体碎块混合,杯内食物温度逐渐上升。制造此加热杯可选用的固体碎块是 (　　)
　　 　　　　　 　　　　　 　
A.硝酸铵 B.生石灰 C.氯化镁 D.食盐
解析:生石灰与水反应放出大量的热。
答案:B
2.下列说法正确的是(　　)
A.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
B.化学反应中的能量变化都表现为热量变化
C.任何放热反应在常温下一定能发生
D.反应物和生成物所具有的总能量的高低决定了反应是放热还是吸热
解析:化学反应中的能量变化主要表现为热量变化,也常伴随光能等变化,B项错误;反应是放热还是吸热,主要取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小,与是否需要加热没有直接关系,开始时需要加热的反应可能是吸热反应,也可能是放热反应,A、C两项错误,D项正确。
答案:D
3.已知2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ·mol-1,则关于方程式2H2O(l)2H2(g)+O2(g)的ΔH的说法中正确的是(　　)
A.方程式中的化学计量数表示分子数
B.该反应ΔH>0
C.该反应ΔH=-571.6 kJ·mol-1
D.该反应可表示36 g水分解时的热效应
解析:在书写热化学方程式时,若反应物和生成物交换位置,则ΔH的符号变化,数值不变,故B项正确,C项不正确;D项未注明水的状态。
答案:B
4.热化学方程式C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)　ΔH=+131.3 kJ·mol-1表示(　　)
A.碳和水反应吸收131.3 kJ能量
B.1 mol碳和1 mol水反应生成1 mol一氧化碳和1 mol氢气并吸收131.3 kJ热量
C.1 mol固态碳和1 mol水蒸气反应生成1 mol一氧化碳气体和1 mol氢气并吸收131.3 kJ热量
D.1个固态碳原子和1分子水蒸气反应吸热131.3 kJ
解析:依据反应热的概念,ΔH表示按照热化学方程式计量数的物质的量反应时吸收或放出的热量,单位是 kJ·mol-1,该热化学方程式表示1 mol固态碳和1 mol水蒸气反应生成1 mol一氧化碳气体和1 mol氢气并吸收131.3 kJ的热量,特别要指明水的状态。
答案:C
5.从如图所示的某气体反应的能量变化分析,以下判断错误的是(　　)
A.这是一个放热反应
B.该反应可能需要加热
C.生成物的总能量低于反应物的总能量
D.反应物比生成物更稳定
解析:因反应物的能量高于生成物的能量,故反应放热,且生成物比反应物更稳定,A、C两项说法正确,D项说法不正确;反应是否需要加热与反应吸、放热无必然联系,B项说法正确。
答案:D
6.反应A+B→C(ΔH<0)分两步进行:①A+B→X(ΔH>0),②X→C(ΔH<0)。下列示意图中,能正确表示总反应过程中能量变化的是(　　)
解析:①A+B→X　ΔH>0,X具有的能量大于A、B的能量总和,A、C两项错误;②X→C　ΔH<0,A+B→C　ΔH<0,C具有的能量小于X具有的能量,也小于A、B的能量总和,D项正确,B项错误。
答案:D
7.有如下三个热化学方程式
H2(g)+O2(g)H2O(g)
ΔH1=a kJ·mol-1
H2(g)+O2(g)H2O(l)
ΔH2=b kJ·mol-1
2H2(g)+O2(g)2H2O(l)
ΔH3=c kJ·mol-1
关于它们的下列表述正确的是(　　)
A.它们都是吸热反应
B.a、b、c均为正值
C.a=b
D.2b=c
解析:H2的燃烧是放热反应,a、b、c均为负值,A、B选项错误;生成液态水放出的热量更多,故a>b,生成2 mol液态水放出的热量应是生成1 mol液态水放出热量的2倍,故2b=c,答:选D。
答案:D
8.已知断开1 mol H—H键吸收的能量为436 kJ,断开1 mol H—N键吸收的能量为391 kJ,根据热化学方程式:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
ΔH=-92.4 kJ·mol-1,则断开1 mol N≡N键吸收的能量是(　　)
A.431 kJ·mol-1 B.945.6 kJ·mol-1
C.649 kJ·mol-1 D.869 kJ·mol-1
解析:ΔH=反应物中断键吸收的总能量-生成物中成键释放的总能量。
则-92.4 kJ·mol-1=436 kJ·mol-1×3+E(N≡N)-2×391 kJ·mol-1×3,
故E(N≡N)=945.6 kJ·mol-1。
答案:B
9.根据热化学方程式:S(s)+O2(g)SO2(g)
ΔH=a kJ·mol-1(a=-297.2)。分析下列说法,其中不正确的是(　　)
A.S(s)在O2(g)中燃烧的反应是放热反应
B.S(g)+O2(g)SO2(g)　ΔH=b kJ·mol-1,则a>b
C.1 mol SO2(g)所具有的能量低于1 mol S(s)与1 mol O2(g)所具有的能量之和
D.16 g固体硫在空气中充分燃烧,可吸收148.6 kJ的热量
解析:由题中条件可知:反应的热效应ΔH=a kJ·mol-1=-297.2 kJ·mol-1,可知该反应为放热反应,故D项错误。
答案:D
10.已知:H2(g)+O2(g)H2O(g),反应过程中能量变化如图所示,请回答下列问题。
(1)a、b、c分别代表什么意义?
a:　;?
b:　;?
c:　。?
(2)该反应是　　　(填“放热”或“吸热”)反应,ΔH　　　(填“>”“<”或“=”)0。?
(3)若c=241.8 kJ·mol-1,请写出反应的热化学方程式:?　。?
解析:反应物中旧键断裂吸收的能量,使原子的能量升高,原子重新组合得到生成物,即新键生成放出的能量,两者的差值就是反应热,因为该反应中放出的热量大于吸收的热量,故反应为放热反应,ΔH<0。根据书写热化学方程式的规则结合c的数值,该反应的热化学方程式为H2(g)+O2(g)H2O(g)　ΔH=-241.8 kJ·mol-1。
答案:(1)代表旧键断裂吸收的能量　代表新键生成放出的能量　代表反应热　(2)放热　<
(3)H2(g)+O2(g)H2O(g)　ΔH=-241.8 kJ·mol-1
课时训练20　化学电源
一、化学电源的概念
1.下列有关化学电源的说法中正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
A.化学电源只能将化学能转化为电能
B.燃料电池能将全部化学能转化为电能
C.二次电池又叫蓄电池,它放电后可再充电使活性物获得再生
D.一次电池包括干电池和蓄电池
解析:化学电源工作时也有少量热量产生,故化学能也部分转化为热能,A项错误;任何电池的效率都不能达到100%,燃料电池的能量转化率为80%左右,B项错误;蓄电池并不是一次电池,故D项错误。
答案:C
2.下列有关电池的说法不正确的是(　　)
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.锌银电池工作时,电子沿外电路从银电极流向锌电极
C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D.锌锰电池中,锌电极是负极
解析:化学电池包括一次电池、二次电池和燃料电池等几大类。锂离子电池放电完全后经充电可再次使用,属于二次电池,A项正确;锌银原电池中锌较活泼,作负极,银作正极,故电子由锌流向银,B项错误;所有的化学电池都是将化学能转化成电能,作为燃料电池也不例外,C项正确;在锌锰电池中,较活泼的Zn失去电子生成Zn2+,作负极,D项正确。
答案:B
二、一次电池的原理
3.普通锌锰干电池在放电时总反应方程式可以表示为Zn(s)+2MnO2+2NZn2++Mn2O3(s)+2NH3↑+H2O,在此电池放电时正极(碳棒)上发生反应的物质是(　　)
A.Zn B.碳
C.MnO2和N D.Zn2+和NH3
解析:根据方程式可知:Zn为原电池的负极,碳棒为原电池的正极,负极失电子变成Zn2+,失去的电子被MnO2和N得到,生成了低价态的Mn2O3和不带电的NH3。所以在正极上N和MnO2为反应物。
答案:C
4.微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。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,电极反应为Zn+2OH--2e-Zn(OH)2、Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-。根据上述电极反应,判断下列叙述中正确的是(　　)
A.在使用过程中,电池负极区溶液的pH增大
B.在使用过程中,电子由Ag2O极经外电路流向Zn极
C.Zn电极发生还原反应,Ag2O电极发生氧化反应
D.Zn是负极,Ag2O是正极
解析:根据原电池原理:负极失去电子发生氧化反应,正极得到电子发生还原反应,可以判断该原电池中Zn为负极,Ag2O为正极;根据电极反应可以得知负极区溶液的pH减小,故A、C两项错误;电子是从负极沿导线流入正极,故B项错误。
答案:D
三、二次电池的原理
5.化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。
(1)目前常用的镍镉(Ni-Cd)电池,其电池总反应可以表示为:Cd+2NiO(OH)+2H2O2Ni(OH)2+Cd(OH)2
已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水但能溶于酸,以下说法中正确的是(　　)
①以上反应是可逆反应　
②以上反应不是可逆反应
③充电时化学能转变为电能　
④放电时化学能转变为电能
A.①③ B.②④ C.①④ D.②③
(2)废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物,有资料表明一节废镍镉电池可以使一平方米面积的耕地失去使用价值。在酸性土壤中这种污染尤为严重。这是因为?
　。?
解析:(1)Ni-Cd电池的充、放电条件不相同,因此电池的充、放电反应不属于可逆反应。
(2)Ni(OH)2和Cd(OH)2在酸性土壤中溶解,生成重金属离子Ni2+和Cd2+,污染土壤。
答案:(1)B
(2)Ni(OH)2和Cd(OH)2能溶于酸性溶液
四、新型燃料电池
6.宇宙飞船使用的是氢氧燃料电池,其电池反应为2H2+O22H2O,电解质溶液为KOH溶液,反应保持在较高温度,使H2O蒸发。下列说法正确的是(　　)
A.此电池能发出蓝色的火焰
B.通入H2的一极为正极,通入O2的一极为负极
C.工作时电解质溶液的pH不断减小
D.电极反应:负极,2H2+4OH--4e-4H2O;正极,O2+2H2O+4e-4OH-
解析:燃料电池中的反应不再有燃烧现象,故A项错误;反应中H2被氧化,通入H2的一极为负极,通入O2的一极为正极,B项错误;反应中电解质溶液中KOH的质量不变,而且由题意可知反应产生的水蒸发,故电解质溶液浓度不变,则pH不变,C项错误。
答案:D
7.一种新型燃料电池,一极通入空气,另一极通入丁烷气体;电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体,在熔融状态下能传导O2-。下列对该燃料电池说法正确的是(　　)
A.在熔融电解质中,O2-由负极移向正极
B.电池的总反应是2C4H10+13O28CO2+10H2O
C.通入空气的一极是正极,电极反应为O2+4e-2O2-
D.通入丁烷的一极是正极,电极反应为C4H10+26e-+13O2-4CO2+5H2O
解析:由原电池原理知电子从负极经导线转移到正极,所以正极上富集电子,根据电性关系,O2-不可能移向正极,A项错误;燃料电池不是在点燃的条件下发生的,B项错误;丁烷失电子,发生氧化反应,通入丁烷的一极是负极,D项错误;O2得电子,发生还原反应,通入空气的一极是正极,C项正确。
答案:C
8.(1)今有2H2+O22H2O反应,构成燃料电池,则负极通的应是　　　　,正极通的应是　　　,电极反应式为　??　。?
(2)若把KOH溶液改为用稀硫酸,则电极反应式为　,?　,?
(1)和(2)的电解液不同,反应进行后,其溶液的pH各有何变化??
　。?
(3)若把H2改为CH4,KOH作电解质,则电极反应式为?
　。?
答案:(1)H2　O2　负极:2H2-4e-+4OH-4H2O　正极:O2+4e-+2H2O4OH-
(2)负极:2H2-4e-4H+　正极:O2+4e-+4H+2H2O　(1)中溶液的pH变小,(2)中溶液的pH变大
(3)负极:CH4-8e-+10OH-C+7H2O,正极:2O2+8e-+4H2O8OH-
(建议用时:30分钟)
1.下列化学电源属于绿色电池的是(　　)
　　　　　 　　　　　 　　　　
A.干电池 B.镍镉电池
C.锌锰电池 D.氢氧燃料电池
解析:干电池、镍镉电池、锌锰电池都含有一些毒性很强的重金属,会对土壤、水源造成严重的污染,并通过食物链给人体健康造成威胁和危害,氢氧燃料电池中反应产物是水,无污染。
答案:D
2.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,因而得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解质溶液,电池总反应为Zn+2MnO2+2H2OZn(OH)2+2MnOOH,下列说法错误的是(　　)
A.电池工作时,锌失去电子
B.电池正极的电极反应式为2MnO2+2H2O+2e-2MnOOH+2OH-
C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极
D.外电路中每通过0.2 mol电子,锌的质量理论上减少6.5 g
解析:电池工作时,锌作负极,失去电子,负极的电极反应为Zn-2OH-+2e-Zn(OH)2,正极的电极反应为2MnO2+2H2O+2e-2MnOOH+2OH-。在外电路,电子由负极流向正极。通过0.2 mol电子,锌消耗0.1 mol,其质量减少6.5 g。
答案:C
3.纽扣电池可用于计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池,其电极分别为Zn和Ag2O,以KOH溶液为电解质溶液,电池的总反应为Zn+Ag2O+H2O2Ag+Zn(OH)2。关于该电池的叙述不正确的是(　　)
A.使用时电子由Zn极经外电路流向Ag2O极,Zn是负极
B.使用时电子由Ag2O极经外电路流向Zn极,Ag2O是负极
C.正极的电极反应为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-
D.Zn极发生氧化反应,Ag2O极发生还原反应
解析:由总方程式可以看出,负极为Zn,正极为Ag2O,使用时电子由负极流向正极,A项正确,B项错误;负极发生氧化反应,正极发生还原反应,C项正确,D项也正确。
答案:B
4.被称之为“软电池”的纸质电池,采用一个薄层纸片(在其一边镀锌,而在其另一边镀二氧化锰)作为传导体。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。电池总反应为Zn+2MnO2+H2OZnO+2MnO(OH),下列说法正确的是(　　)
A.该电池的正极为锌
B.该电池反应中二氧化锰起催化剂作用
C.当0.1 mol Zn完全溶解时,转移电子个数为1.204×1024
D.电池正极反应式为2MnO2+2e-+2H2O2MnO(OH)+2OH-
解析:反应中Zn由0价→+2价,Mn由+4价→+3价,故该电池的负极为锌,A项错误;MnO2在正极得电子,B项错误;当0.1 mol Zn溶解时,转移电子数为0.1×2×6.02×1023=1.204×1023,C项错误;据反应中反应物、产物、结合MnO2中Mn元素得电子情况判断,D项正确。
答案:D
5.美国加州Miramar海军航空站安装了一台250 kW的MCFC型燃料电池,该电池可同时供应电和水蒸气,其工作温度为600~700 ℃,所用燃料为H2,电解质为熔融的K2CO3。该电池的总反应为2H2+O22H2O,负极反应为H2+C-2e-H2O+CO2。则下列推断中正确的是(　　)
A.正极反应:4OH--4e-2H2O+O2
B.当电池生成1 mol H2O时,转移4 mol电子
C.放电时C向负极移动
D.放电时C向正极移动
解析:总反应减去负极反应求得正极反应为O2+4e-+2CO22C,故A项错误;由总反应知每生成1 mol水,转移2 mol电子,故B项错误;放电时,C向负极移动,C项正确;D项错误。
答案:C
6.全钒液流电池是一种活性物质呈循环流动液态的电池,目前钒电池技术已经趋近成熟。如图是钒电池基本工作原理示意图:
请回答下列问题:
(1)硫酸在电池技术和实验室中具有广泛的应用,在传统的铜锌原电池中,硫酸是　　　　　　　　,实验室中配制硫酸亚铁时需要加入少量硫酸,硫酸的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
(2)钒电池是以溶解于一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子(V2+、V3+、VO2+、V)为正极和负极电极反应的活性物质,电池总反应为VO2++V3++H2O+V+2H+。放电时的正极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,充电时的阴极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。放电过程中,电解质溶液的pH　　　　(选填“升高”“降低”或“不变”)。?
(3)钒电池基本工作原理示意图中“正极电解质溶液”可能是　　　。?
　　　　　 　　　　　 　　　　
a.V、VO2+混合液 b.V3+、V2+混合液
c.V溶液 d.VO2+溶液
e.V3+溶液 f.V2+溶液
(4)能够通过钒电池基本工作原理示意图中“隔膜”的离子是　　　。?
解析:(1)传统的铜锌原电池中,锌与酸反应生成氢气,故硫酸为电解质溶液;硫酸亚铁容易水解,且水解显酸性,加入少量硫酸,可以抑制其水解变质。(2)正极反应是还原反应,由电池总反应可知放电时的正极反应为V+2H++e-VO2++H2O;充电时,阴极反应为还原反应,故为V3+得电子生成V2+的反应。(3)充电时阳极反应式为VO2++H2O-e-V+2H+,故充电完毕的正极电解质溶液为V溶液,而放电完毕的正极电解质溶液为VO2+溶液,故正极电解质溶液可能是选项acd。(4)充电和放电过程中,正极电解质溶液与负极电解质溶液不能混合,起平衡电荷作用的是加入的酸,故H+可以通过隔膜。
答案:(1)电解质溶液　抑制硫酸亚铁的水解
(2)V+2H++e-VO2++H2O　V3++e-V2+　升高　(3)acd　(4)H+
7.被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池具有无污染、无噪音、高效率的特点。如图为氢氧燃料电池的结构示意图,电解质溶液为KOH溶液,电极材料为疏松多孔石墨棒。当氧气和氢气分别连续不断地从正、负两极通入燃料电池时,便可在闭合回路中不断地产生电流。试回答下列问题:
(1)图中通过负载的电子流动方向　　　　　(填“向左”或“向右”)。?
(2)写出氢氧燃料电池工作时电极反应和总反应。
正极反应:　,?
负极反应:　,?
总反应:　。?
(3)若将此燃料电池改进为直接以甲烷和氧气为原料进行工作时,正极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　;负极反应式为??　。?
解析:H2在负极上被氧化,O2在正极上被还原,电解质溶液为KOH溶液,在书写电极反应时不出现H+,可以出现OH-。写甲烷燃料电池的电极反应时,甲烷被O2氧化的产物是CO2,在碱溶液中继续反应生成C。
答案:(1)向右
(2)2H2O+O2+4e-4OH-　2H2+4OH--4e-4H2O　2H2+O22H2O
(3)2O2+4H2O+8e-8OH-　CH4+10OH--8e-C+7H2O
课时训练21　电解原理
一、电解池的判断
1.如图所示装置中,属于电解池的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
解析:判断某装置是否为电解池,要以构成电解池的三个基本条件为标准。构成电解池的三个条件:①有与直流电源相连的两个电极;②有电解质溶液或熔融态电解质;③能形成闭合回路。
答案:C
2.下列叙述正确的是(　　)
①电解池是将化学能转变成电能的装置　②原电池是将电能转变成化学能的装置　③金属和石墨导电均为物理变化,电解质溶液导电是化学变化　④电解池两个电极材料可以相同
A.①②③④ B.③④
C.②③④ D.③
答案:B
3.下列关于电解池的叙述中正确的是(　　)
A.与电源正极相连的是电解池的阴极
B.与电源负极相连的是电解池的负极
C.电解池的阳极发生还原反应
D.电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极
解析:电解池中,与直流电源正极相连的电极为阳极,与负极相连的为阴极;阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应;电子从电源的负极经导线流入电解池的阴极。
答案:D
二、电解原理
4.如图是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极,则下列有关判断正确的是(　　)
A.a为负极,b为正极
B.a为阳极,b为阴极
C.电解过程中,d电极质量增加
D.电解过程中,氯离子浓度不变
解析:根据图示电流方向,先确定a是电源正极,b是电源负极;则c是电解池的阳极,电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,溶液中氯离子不断减少;d是电解池的阴极,电极反应为Cu2++2e-Cu,d电极质量不断增加。
答案:C
5.用惰性电极电解AgNO3溶液,说法不正确的是 (　　)
A.电解过程中阴极质量不断增加
B.电解过程中溶液的pH不断降低
C.此时向溶液中加入适量的Ag2O固体可使溶液恢复到电解前的状况
D.电解后两极产生的气体体积比为2∶1
解析:解决有关电解问题首先应注意电极材料,在此基础上写出电极反应和总的电解反应式,根据总的电解反应式来分析电解前后的物质变化和溶液浓度变化,分析溶液的pH变化必须注意原溶液的pH情况。用惰性电极电解AgNO3溶液,总的电极反应式为4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3。可知:阴极上析出Ag,阳极上放出O2,故A项正确、D项错误;由于生成HNO3溶液,pH应不断降低,B项正确;要使溶液恢复电解前的状况要看加入的物质在溶液中的反应:2Ag2O+4HNO34AgNO3+2H2O;得到的物质恰好是反应掉的物质,可以使溶液恢复电解前的状况,C项正确。
答案:D
6.用惰性电极电解稀硫酸、Cu(NO3)2、NaCl的混合液,最初一段时间阴极和阳极上分别析出的物质分别是(　　)
A.H2和Cl2 B.Cu和Cl2
C.H2和O2 D.Cu和O2
解析:由题意知,溶液中存在H+、Cu2+、Na+、S、N、Cl-、OH-,根据离子的放电顺序,阳离子:Cu2+>H+>Na+,阴离子:Cl->OH->S、N,则阴极:Cu2++2e-Cu,阳极:2Cl--2e-Cl2↑。
答案:B
7.如图所示,在一U形管中装入含有紫色石蕊的Na2SO4溶液,通直流电,一段时间后U形管内会形成一个倒立的三角“彩虹”,从左到右的颜色顺序是(　　)
A.蓝、紫、红
B.红、蓝、紫
C.红、紫、蓝
D.紫、红、蓝
解析:用惰性电极电解Na2SO4溶液,实际上就是电解水,其两极反应为:
阴极:4H++4e-2H2↑
阳极:4OH--4e-2H2O+O2↑
故阴极区域富集OH-,溶液呈碱性,使石蕊溶液变蓝;阳极区域富集H+,溶液中c(H+)增大,使石蕊溶液变红。
答案:C
8.如图所示,下列叙述中正确的是(　　)
A.Y为阴极,发生还原反应
B.X为正极,发生氧化反应
C.Y与滤纸接触处有氧气生成
D.X与滤纸接触处变红
解析:图中左边装置是以Zn、Cu为电极的原电池装置,该电池中,Zn极为负极,Cu极为正极。而右边为电解池,根据连接情况可以推知,X与Cu极相连为阳极,发生氧化反应;Y与Zn极相连为阴极,发生还原反应。两极的电极反应为X:4OH--4e-2H2O+O2↑;Y:4H++4e-2H2↑,从而可得出答案应为A。
答案:A
9.用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种纯净物(括号内物质),不能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是(　　)
A.AgNO3(Ag2O) B.NaOH(H2O)
C.KCl(盐酸) D.CuSO4(CuO)
解析:A中4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3,脱离反应体系的物质是4Ag+O2,相当于2Ag2O,故应当加入适量Ag2O才能复原,若加入AgNO3,会使N的量增加。
B中2H2O2H2↑+O2↑,脱离反应体系的是2H2+O2,相当于2H2O,故加入适量水可以复原。
C中2KCl+2H2O2KOH+H2↑+Cl2↑,脱离反应体系的是H2+Cl2,相当于2HCl,故应通入适量HCl气体才能复原,若加入盐酸,同时又增加了水。
D中2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑,脱离体系的是2Cu+O2,相当于2CuO,故加入适量CuO可以复原。
答案:C
三、电极反应式的书写
10.用惰性电极电解下列电解质溶液,请你分析下列问题(注意得失电子的顺序)。
(1)CuCl2溶液。阴极:　　　　　　　　　　;阳极:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;总方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
(2)MgCl2溶液。阴极:　　　　　　　　　;阳极:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;总方程式:　?
　。?
(3)CuSO4溶液。阴极:　　　　　　　　　;阳极:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;总方程式:　?
　。?
答案:(1)Cu2++2e-Cu　2Cl--2e-Cl2↑　CuCl2Cu+Cl2↑
(2)2H++2e-H2↑　2Cl--2e-Cl2↑　MgCl2+2H2OMg(OH)2↓+H2↑+Cl2↑
(3)Cu2++2e-Cu　4OH--4e-O2↑+2H2O　2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑
四、关于电解的有关计算
11.用惰性电极电解CuSO4溶液。若阴极上析出Cu的质量为3.2 g,则阳极上产生气体在标准状况下的体积为　　　　;常温下,若将电解后的溶液稀释至1 L,则溶液的pH约为　　　　。?
解析:用惰性电极电解CuSO4溶液时,阳极:4OH--4e-O2↑+2H2O,阴极:Cu2++2e-Cu,根据电子守恒,n(O2)=n(Cu)==0.025 mol,所以标准状况下V(O2)=0.56 L;根据反应2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4,电解后溶液中n(H+)=4n(O2)=0.1 mol,所以c(H+)=0.1 mol·L-1,pH=1。
答案:0.56 L　1
(建议用时:30分钟)
1.下列关于电解池的叙述中正确的是(　　)
　　　　　 　　　　　 　　　　
A.电解池中的闭合回路仅是由电子的定向移动形成的
B.金属导线中,电子从电源的负极流向电解池的阳极,从电解池的阴极流向电源的正极
C.在电解质溶液中,阴离子向阴极运动,阳离子向阳极运动
D.相同时间内,阳离子在阴极上得到的电子与阴离子在阳极上失去的电子数相等
解析:在电解池中,外电路上是靠电子的定向移动形成电流,而电解质溶液中是靠阴、阳离子的定向移动而形成电流,因此A项错误。在电解池中,电子由电源的负极流向电解池的阴极,由电解池的阳极流向电源的正极;在电解质溶液中,阴离子向着阳极移动,阳离子向着阴极移动,因此B、C两项都错误,只有D项正确。
答案:D
2.下列有关电解池的说法正确的是(　　)
A.在电解池中与外接电源负极相连的电极是阳极
B.电解任何物质阳极上失电子数与阴极上得电子数相等
C.电解氯化铜溶液时在阴极上有气体生成
D.电解NaCl、CuCl2两种溶液参加反应的物质是相同的
解析:与负极相连的是阴极;电解氯化铜溶液时阳极上有氯气生成,阴极上有铜析出;电解NaCl溶液时水参加了反应,而电解CuCl2溶液时水没有参加反应。
答案:B
3.右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液,下列实验现象中正确的是(　　)
A.逸出气体的体积,a电极的小于b电极的
B.一电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气味气体
C.a电极附近溶液呈红色,b电极附近溶液呈蓝色
D.a电极附近溶液呈蓝色,b电极附近溶液呈红色
解析:a为阴极:4H++4e-2H2↑,b为阳极:4OH--4e-O2↑+2H2O。对照分析A、B两项不正确;a极附近溶液由于H+放电呈碱性,石蕊溶液显蓝色,b极附近溶液由于OH-放电呈酸性,石蕊溶液显红色,故C项错误,D项正确。
答案:D
4.若某电能与化学能的转化装置(电解池或原电池)中发生的总反应的离子方程式是Cu+2H+Cu2++H2↑,则下列关于该装置的有关说法中正确的是(　　)
A.该装置可能是原电池,也可能是电解池
B.该装置只能是原电池,且电解质溶液为硝酸
C.该装置只能是电解池,且金属铜为该电解池的阳极
D.该装置只能是原电池,电解质溶液不可能是盐酸
解析:原电池是将化学能转化为电能的装置,电解池是将电能转化为化学能的装置。由题给总方程式知,Cu失电子,H+得电子。如果是原电池,Cu是负极,它的金属活动性排在氢之后,不可能发生反应,所以只能是电解池。
答案:C
5.某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿,然后平铺在一块铂片上,接通电源后,用铅笔在滤纸上写字,会出现红色字迹。据此,下列叙述中正确的是(　　)
A.铅笔端作阳极,发生还原反应
B.铂片端作阴极,发生氧化反应
C.铅笔端有少量的氯气产生
D.a点是负极,b点是正极
解析:铅笔在滤纸上写字,出现红色字迹,说明铅笔端产生OH-,则铅笔端为阴极,H+放电发生还原反应生成H2,故A项错误;铂片作阳极发生氧化反应,故B项错误;铅笔端产生H2而不是Cl2,故C项错误。
答案:D
6.用惰性电极分别电解下列各物质的水溶液,一段时间后,向剩余电解质溶液中加入适量水能使溶液恢复到电解前的浓度的是(　　)
A.AgNO3 B.Na2SO4 C.CuCl2 D.HCl
解析:既然电解一段时间后,向剩余溶液中加水,就能使溶液恢复到电解前的浓度,这说明电解过程中消耗的是水,那么,在两个电极上放电的离子分别是H+和OH-,即溶液中阳离子的放电能力只能小于H+;溶液中阴离子的放电能力也只能小于OH-。常见的这样的物质有强碱、含氧酸和强碱对应的最高价含氧酸盐。
答案:B
7.关于下图所示①、②两个装置的叙述,正确的是(　　)
A.装置名称:①是原电池,②是电解池
B.硫酸浓度变化:①增大,②减小
C.电极反应式:①中阳极:4OH--4e-2H2O+O2↑　②中正极:Zn-2e-Zn2+
D.离子移动方向:①中H+向阴极方向移动,②中H+向负极方向移动
解析:①中有外加电源为电解池,②为原电池,A项错误;①中电解水,硫酸浓度增大,②中负极材料消耗硫酸,硫酸浓度减小,B项正确;②中正极反应为2H++2e-H2↑,C项错误;②中H+向正极移动,D项错误。
答案:B
8.电解CuCl2溶液时,如果阴极上有1.6 g铜析出,则阳极上产生气体的体积(标准状况)约为(　　)
A.0.28 L B.0.56 L C.0.14 L D.11.2 L
解析:阴极反应式:Cu2++2e-Cu,阳极反应式:2Cl--2e-Cl2↑,生成Cu的物质的量:=0.025 mol,生成Cl2的体积:0.025 mol×22.4 L·mol-1=0.56 L。
答案:B
9.用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液,若保持温度不变,则一段时间后(　　)
A.溶液的pH变大
B.c(Na+)与c(C)的比值变大
C.溶液浓度变大,有晶体析出
D.溶液浓度不变,有晶体析出
解析:用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液,实际是电解水,故Na2CO3会结晶析出,若保持温度不变,则仍为原温度下的饱和溶液,故溶液浓度不变,pH不变,c(Na+)∶c(C)不变,故选D。
答案:D
10.从N、S、H+、Cu2+、Ba2+、Ag+、Cl-等离子中选出适当的离子组成电解质,采用惰性电极对其溶液进行电解。
(1)若两极分别放出H2和O2,电解质的化学式是　　　　　　　。?
(2)若阴极析出金属,阳极放出氧气,电解质的化学式为　　　　　　　　　　　。?
(3)若两极分别放出气体,且体积比为1∶1,电解质的化学式为　　　　　　　　。?
解析:题中提供的电解质离子有七种,这些离子放电的顺序是:阳极:Cl->OH-(水电离出的)>(N、S),阴极:Ag+>Cu2+>H+>Ba2+。
(1)两极分别放出H2和O2,即H+和OH-放电,实质是电解H2O,水中的溶质应是起导电作用,它可以是HNO3、H2SO4、Ba(NO3)2中的任意一种,但不能是BaSO4。
(2)阴极析出金属,即Ag+或Cu2+放电;阳极放出O2,即OH-放电。水中的溶质可以是AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4中的任意一种。
(3)两极都生成气体,且气体体积比为1∶1,则放电的离子应是Cl-和H+。水中的溶质可以是HCl、BaCl2中的任意一种。
答案:(1)HNO3、H2SO4、Ba(NO3)2中的任意一种　(2)AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4中的任意一种　(3)HCl或BaCl2
11.如图为持续电解含有一定量CaCl2水溶液(含酚酞)的装置(以铂为电极),A为电流表。电解一段时间t1后,将CO2连续通入电解质溶液中。
(1)电解时,F极发生　　　　　　反应,电极反应为　　　　　　　,E极发生　　　　　反应,电极反应为　　　　　　　　　　　,电解总反应为　　　　　　　　　　　　。?
(2)电解池中产生的现象:
①　。?
②　。?
③?
　。?
解析:溶液中含有:Ca2+、H+、Cl-、OH-,通电时,Ca2+、H+移向阴极,H+放电能力比Ca2+强,在E极上发生反应:2H++2e-H2↑,H2O电离出的H+放电,OH-富集在阴极(E极),则使阴极区溶液变红;Cl-、OH-移向阳极,Cl-在阳极放电,2Cl-Cl2↑+2e- ,总反应方程式:2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-;电解一段时间t1后,溶液中OH-浓度增大,相当于Ca(OH)2、CaCl2的混合溶液,通入CO2:Ca2++2OH-+CO2CaCO3↓+H2O,继续通入CO2:CaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2。
答案:(1)氧化　2Cl--2e-Cl2↑　还原　2H++2e-H2↑　2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑
(2)①通电后E极处溶液呈红色
②通电时,E极、F极均有气体生成
③通入CO2时,溶液中先出现白色沉淀,继续通入CO2沉淀又消失
课时训练22　电解原理的应用
一、氯碱工业
1.如下图所示,能验证氯化钠溶液(含酚酞)电解产物的装置是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
解析:电解NaCl溶液时,阳极反应为2Cl--2e-Cl2↑,阳极产物为Cl2,阴极反应为2H++2e-H2↑,阴极放出H2。Cl2可用KI淀粉溶液检验;因H2密度小,在阴极生成,用向下排空气法收集后再检验,结合e-转移方向知D项正确。
答案:D
2.如下图,电解质溶液是NaCl的水溶液,过一段时间发现d极附近有黄绿色气体产生,以下说法正确的是(　　)
A.a是电源的正极
B.电子流动的方向:d→b
C.c极上发生氧化反应
D.如果将c、d两电极互换,则c极上也会生成黄绿色气体
解析:d极附近有黄绿色气体产生,应该是Cl-放电,说明d极是阳极,所以b是正极,A项错误;电子流向是a→c,d→b,所以B项正确;c极上发生还原反应,C项错误;如果c是活性电极,互换后,c极上不产生黄绿色气体,D项错误。
答案:B
3.某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器,用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液。通电时,为使Cl2被完全吸收,制得有较强杀菌能力的消毒液,设计了如图的装置,则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是(　　)
A.a为正极,b为负极;NaClO和NaCl
B.a为负极,b为正极;NaClO和NaCl
C.a为阳极,b为阴极;HClO和NaCl
D.a为阴极,b为阳极;HClO和NaCl
解析:有关反应有2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O,因阳极生成Cl2,阴极生成NaOH,为使二者充分作用,Cl2应在下端产生,从而推知电源b为正极,a为负极,消毒液的主要成分是NaCl、NaClO。
答案:B
二、电镀原理
4.在铁制品上镀一层一定厚度的锌层,以下方案设计正确的是(　　)
A.锌作阳极,镀件作阴极,溶液中含有锌离子
B.铂作阴极,镀件作阳极,溶液中含有锌离子
C.铁作阳极,镀件作阴极,溶液中含有亚铁离子
D.锌作阴极,镀件作阳极,溶液中含有亚铁离子
解析:本题考查的是电镀的原理。电镀原理是镀层金属作阳极,镀件作阴极,含有镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液。
答案:A
5.按右图中Ⅰ装置进行实验,若Ⅱ的x轴表示流入电极的电子的物质的量,则y轴不可能表示的是(　　)
A.c(Ag+) B.c(N)
C.溶液的pH D.银棒质量
解析:此电解装置为电镀池,则电镀过程中电镀液的浓度、pH均不变,但电极质量发生变化。
答案:D
三、电解精炼
6.利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Au等杂质的粗铜提纯,下列叙述正确的是(　　)
A.电解时以纯铜作阳极
B.电解时阳极上发生还原反应
C.纯铜连接电源负极,其电极反应式是Cu-2e-Cu2+
D.电解后,电解槽底部会形成含少量Ag、Au等金属的阳极泥
解析:电解精炼铜时粗铜作阳极,阳极上发生氧化反应,比铜不活泼的金属不能失电子,形成阳极泥。
答案:D
7.金属镍有广泛的用途。某粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt杂质,可用电解法制备高纯度的镍,下列叙述正确的是(已知氧化性Fe2+A.阳极发生还原反应,其电极反应式:Ni2++2e-Ni
B.电解过程中,阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
C.电解后,溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+
D.电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
解析:阳极上发生氧化反应,电解质溶液中的阳离子主要为Ni2+。根据金属原子的还原性顺序和金属阳离子的氧化性顺序知,阳极反应为:Zn-2e-Zn2+,Fe-2e-Fe2+,Ni-2e-Ni2+,Cu、Pt在该条件下不失电子,形成阳极泥。阴极反应为:Ni2++2e-Ni,Zn2+、Fe2+在该条件下不能得电子。两电极通过的电量相等,但阳极减少的质量与阴极增加的质量不等。
答案:D
四、电冶金
8.海水提镁的最后一步是将氯化镁电解获取金属镁,下列有关该电解过程的叙述中,正确的是(　　)
A.两个电极必须都用惰性电极
B.阳极可以用金属电极,阴极必须是惰性电极
C.电解熔融状态的氯化镁
D.电解氯化镁的水溶液
解析:电解MgCl2获取金属镁,也就是说镁离子需要得电子,如果在水溶液中,水电离的氢离子会优先得电子,因此只能在熔融状态下进行。在阴极发生的是镁离子得到电子的反应,对电极材料没有要求,在阳极上发生失电子的反应,如果使用活性电极时会优先失电子,所以阳极必须用惰性电极。
答案:C
9.金属铝的生产是以Al2O3为原料,在熔融状态下进行电解:2Al2O34Al+3O2↑。
请回答下列问题:
(1)冰晶石(Na3AlF6)的作用是　　　　　　　。?
(2)电解生成的金属铝是在熔融液的　　　　(填“上层”或“下层”)。?
(3)阴极和阳极均由　　　　材料做成;电解时不断消耗的电极是　　　　(填“阳极”或“阴极”)。?
(4)铝是高耗能产品,废旧铝材的回收利用十分重要。在工业上,最能体现节能减排思想的是将回收铝做成　　　　(填代号)。?
a.冰晶石 b.氧化铝
c.铝锭 d.硫酸铝
解析:(1)冰晶石可以降低Al2O3的熔化温度。(2)电解生成的金属铝在熔融液的下层。(3)电解时阴极和阳极可由惰性电极如石墨材料做成,电解时阳极产生氧气,能与电极材料石墨反应,因此阳极不断消耗。(4)废旧铝材可以回收做成铝锭。
答案:(1)降低Al2O3的熔化温度
(2)下层
(3)石墨　阳极
(4)c
五、关于电解的有关计算
10.把两支惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中,通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出,且电解质溶液在电解前后体积变化可以忽略),电极上应析出银的质量是(　　)
A.27 mg B.54 mg C.108 mg D.216 mg
解析:由得失电子守恒知,e-~OH-~H+~Ag,所以n(Ag)=n(H+)。AgNO3溶液电解后产生酸,产生的H+的物质的量可由pH差来计算:pH从6.0变为3.0,即c(H+)≈1×10-3 mol·L-1,所以n(Ag)=n(H+)=1×10-3 mol·L-1×0.5 L=5×10-4 mol,m(Ag)=n(Ag)×M=5×10-4 mol×108 g·mol-1=0.054 g=54 mg。
答案:B
11.在100 mL H2SO4和CuSO4的混合液中,用石墨作电极进行电解,两极上均收集到2.24 L气体(标准状况下),则原混合液中,Cu2+的物质的量浓度为(　　)
A.1 mol·L-1 B.2 mol·L-1
C.3 mol·L-1 D.4 mol·L-1
解析:分析电解H2SO4、CuSO4的混合液时阴、阳两极的电极反应可知,两极产生的气体为H2、O2各0.1 mol,O2是由OH-失去0.4 mol电子而得到,H2是由H+得到0.2 mol电子而生成。由得失电子守恒知,还有0.2 mol电子是Cu2+得到的,故Cu2+的物质的量是0.1 mol,则Cu2+的物质的量浓度为=1 mol·L-1。
答案:A
12.如图,X和Y均为石墨电极:
(1)若电解质溶液为滴有酚酞的饱和食盐水,电解反应的离子方程式为?
　;?
电解过程中　　　　(填“阴”或“阳”)极附近会出现红色。?
(2)若电解质溶液为500 mL含A溶质的某蓝色溶液,电解一段时间,观察到X电极表面有红色的固态物质生成,Y电极有无色气体生成;溶液中原有溶质完全电解后,停止电解,取出X电极,洗涤、干燥、称量,电极增重1.6 g。
电解后溶液的pH为　　　　;要使电解后溶液恢复到电解前的状态,需加入一定量的　　　　　(填加入物质的化学式)。(假设电解前后溶液的体积不变)?
解析:(2)由实验现象可知电解质为可溶性铜盐,X为阴极,Y为阳极,无色气体为O2,电解反应总离子方程式为2Cu2++2H2O2Cu+4H++O2↑,溶液中n(H+)=2×=0.05 mol,c(H+)=0.1 mol·L-1,pH=1;要恢复至电解前的溶液组成,可加入一定量的CuO或CuCO3。
答案:(1)2Cl-+2H2O2OH-+Cl2↑+H2↑　阴　(2)1　CuO(或CuCO3)
(建议用时:30分钟)
1.下列关于铜电极的叙述正确的是(　　)
A.铜锌原电池中铜是负极
B.用电解法精炼粗铜时粗铜作阴极
C.在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极
D.电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极
解析:铜锌原电池中,铜不活泼,应作正极,A项错误。在电镀或电解精炼铜时,需要将溶液中的Cu2+还原成金属铜析出,用作向溶液供给Cu2+的粗铜则必须作阳极,B项错误,C项正确。电解H2SO4溶液时,金属铜如果作阳极,它将以Cu2+的形式被溶解而进入电解质溶液,当电解质溶液内有H+和Cu2+时,后者将在阴极上放电,D项错误。
答案:C
2.下列叙述正确的是(　　)
A.电镀时,通常把待镀的金属制品作阳极
B.氯碱工业是电解熔融的NaCl,在阳极能得到Cl2
C.氢氧燃料电池(酸性电解质)中O2通入正极,电极反应为O2+4H++4e-2H2O
D.下图中电子由Zn极流向Cu,盐桥中的Cl-移向CuSO4溶液
解析:电镀时,镀层金属作阳极,镀件作阴极;氯碱工业电解的是饱和食盐水而不是熔融的NaCl;氢氧燃料电池中O2为氧化剂通入正极;D中的装置为原电池,电子由负极经导线流向正极,盐桥为内电路,阴离子移向负极。
答案:C
3.下面有关电化学的图示,完全正确的是(　　)
解析:A为原电池时锌应为负极;B为电解法精炼铜的装置,粗铜应为阳极;C为电镀池,镀件铁片应该为阴极;D为电解饱和食盐水并检验其产物的装置,电流流入的一极为阳极,阳极析出氯气,可用碘化钾淀粉溶液检验氯气,阴极析出的氢气,可用向下排空气法收集。
答案:D
4.关于电解NaCl水溶液,下列叙述正确的是(　　)
A.电解时在阳极得到氯气,在阴极得到金属钠
B.若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液,溶液呈棕色
C.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液,溶液呈无色
D.电解一段时间后,将全部电解液转移到烧杯中,充分搅拌后溶液呈中性
解析:电解食盐水时发生的反应:
阳极:2Cl--2e-Cl2↑
阴极:2H2O+2e-H2↑+2OH-
总反应:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
对照分析选项,A错误;阳极附近的溶液中会溶有少量的Cl2,滴加KI溶液后发生反应:Cl2+2I-I2+2Cl-,溶液呈棕色,B正确;阴极附近产生大量的OH-,滴加酚酞后变红色,C错误;电解后生成NaOH,溶液呈碱性,D错误。
答案:B
5.关于镀铜和电解精炼铜,下列说法中正确的是 (　　)
A.都用粗铜作阳极、纯铜作阴极
B.电解液的成分都保持不变
C.阳极反应都只有Cu-2e-Cu2+
D.阴极反应都只有Cu2++2e-Cu
解析:A项电镀时镀件作阴极;B项电解精炼铜时电解液成分改变;C项电解精炼铜时,杂质若有比铜活泼的金属(如锌),则还会发生Zn-2e-Zn2+的反应。
答案:D
6.工业上由二氧化锰制备KMnO4可分两步进行:①二氧化锰与氢氧化钾共熔后通入O2:2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O;②电解锰酸钾溶液:2K2MnO4+2H2O2KMnO4+H2↑+2KOH。
下列叙述中正确的是(　　)
A.在反应②中K2MnO4作氧化剂
B.每生成1 mol KMnO4共转移6 mol电子
C.第②步电解时,阴极周围溶液的pH减小
D.第②步电解时,KMnO4在阳极区生成
解析:每生成1 mol KMnO4共转移3 mol电子,故B项错误;②中电解锰酸钾溶液时,在阴极H2O得电子生成H2,同时生成OH-,故pH增大,C项错误;根据氧化还原反应原理,在第②步电解时,在阳极K2MnO4被氧化为KMnO4,因此K2MnO4作还原剂,故A项错,D项正确。
答案:D
7.欲在金属表面镀银,应把镀件挂在电镀池的阴极。下列各组中,选用的阳极金属和电镀液均正确的是 (　　)
　　　　　 　　　　　 　　　　
A.Ag和AgCl溶液 B.Ag和AgNO3溶液
C.Fe和AgNO3溶液 D.Pt和Ag2SO4溶液
解析:电镀槽中,要求镀件作阴极,可用镀层金属作阳极,电镀液通常采用含有镀层金属离子的盐溶液,A、D项中AgCl和Ag2SO4均为沉淀,只有B项符合要求。
答案:B
8.下列图示中关于铜电极的连接错误的是(　　)
解析:铜锌原电池中锌作负极,铜作正极,A正确;电解精炼铜时,粗铜作阳极,精铜作阴极,B正确;镀件上镀铜时,铜作阳极,镀件作阴极,C错误;电解氯化铜溶液时,石墨作阳极,铜作阴极,D正确。
答案:C
9.如图所示的电解池Ⅰ和Ⅱ中,a、b、c和d均为Pt电极。电解过程中,电极b和d上没有气体逸出,但质量均增大,且增重b
选项
X
Y
A
MgSO4
CuSO4
B
AgNO3
Pb(NO3)2
C
FeSO4
Al2(SO4)3
D
CuSO4
AgNO3
解析:A项电解池Ⅰ中相当于电解水,b上有气体生成,电极质量不变;B项,b上产生Ag,d上产生Pb,二者物质的量之比为2∶1,增重b>d;C项,两电解池中都相当于电解水,b、d上都有气体生成,两电极质量不变;D项,b上产生Cu,d上产生Ag,二者物质的量之比为1∶2,增重b答案:D
10.常温时,将500 mL pH=a的CuSO4和K2SO4的混合溶液用石墨电极电解一段时间,测得溶液的pH变为b(假设溶液体积的变化忽略不计),在整个电解过程中发现始终只有一个电极有气体产生。下列说法错误的是(　　)
A.若使溶液恢复到电解前的浓度可以向溶液中加20(10-b-10-a) g CuCO3
B.bC.阳极电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+
D.整个过程中是阳极产生氧气,阴极析出铜单质
解析:本题的关键是在整个电解过程中发现始终只有一个电极有气体产生,则整个过程中是阳极产生氧气,阴极析出铜单质。要恢复到电解前的溶液就要将氧气和铜的质量转化为CuO或CuCO3,需要20(10-b-10-a) g CuO。考虑到Cu2+的水解,a<7,电解过程中生成H+,则b答案:A
11.铝和氢氧化钾都是重要的工业产品。请回答:
(1)工业冶炼铝的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
(2)铝与氢氧化钾溶液反应的离子方程式是?
　。?
(3)工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸杂质,可用离子交换膜法电解提纯。
电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过),其工作原理如图所示。
①该电解槽的阳极反应式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
②通电开始后,阴极附近溶液pH会增大,请简述原因　。?
③除去杂质后的氢氧化钾溶液从溶液出口　　　　(填写“A”或“B”)导出。?
解析:离子交换膜法电解提纯KOH时,阳极反应为:4OH--4e-2H2O+O2↑,阴极反应为:4H2O+4e-4OH-+2H2↑。电解过程中阳极附近的K+通过阳离子交换膜向阴极移动,含氧酸根离子不能通过离子交换膜。一段时间后,阴极附近K+、OH-浓度变大,从B处(阴极区)得到溶液,蒸发结晶后可得较纯净的KOH。
答案:(1)2Al2O34Al+3O2↑
(2)2Al+2OH-+2H2O2Al+3H2↑
(3)①4OH--4e-2H2O+O2↑
②H+放电,促进水的电离,OH-浓度增大
③B
12.硒是制造光电池的一种原料,人体缺少硒就会得“克山病”,从电解精炼铜的阳极泥中提取硒的流程如下:
请回答下列问题:
(1)实验室中电解精炼铜的简易装置如图所示,请在图中标出电极材料和电解液的名称。
(2)阳极泥中硒以Se、Ag2Se、Cu2Se等形式存在,Se与浓硫酸反应的化学方程式为?　。?
(3)SeO2溶于水得H2SeO3(Ka1=3.5×10-3,Ka2=5.0×10-8),亚硒酸溶液与SO2反应制硒的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
电解亚硒酸溶液可制得强酸H2SeO4,则电解时的阳极反应式为?　。?
(4)上述硒的提取过程中存在的主要问题是??　。?
解析:(1)电解精炼铜时粗铜作阳极,精铜作阴极,CuSO4溶液作电解液。(2)根据流程图可知硒的氧化产物为SeO2,浓硫酸的还原产物为SO2,由此可得出化学方程式。(3)根据题中提示H2SeO3是弱酸,在离子方程式中应写化学式。电解亚硒酸溶液时,阳极发生氧化反应生成硒酸。
答案:(1)左侧:粗铜　右侧:精铜　电解液:硫酸铜溶液　(2)Se+2H2SO4(浓)SeO2↑+2SO2↑+2H2O
(3)H2SeO3+2SO2+H2OSe+2S+4H+　H2SeO3-2e-+H2OSe+4H+
(4)浓硫酸的腐蚀性强;焙烧过程中产生大量有毒气体SO2,污染环境(其他合理答案亦可)
课时训练23　金属的电化学腐蚀与防护
一、金属腐蚀的分类
1.下列说法不正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
A.化学腐蚀和电化学腐蚀的实质都是氧化还原反应
B.化学腐蚀只发生在金属的表面
C.金属要发生电化学腐蚀必须先构成原电池且本身充当正极
D.化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生
解析:金属腐蚀都是金属被氧化剂氧化的过程,所以实质都是氧化还原反应,A选项正确;只有金属与氧化剂接触的地方才能发生化学腐蚀,B选项正确;金属的电化学腐蚀都是较活泼的金属充当原电池的负极,C选项错误;化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生,D选项正确。
答案:C
2.下列关于金属腐蚀的说法正确的是(　　)
A.金属在潮湿空气中腐蚀的实质是M+nH2OM(OH)n+H2↑
B.金属的化学腐蚀的实质是M-ne-Mn+,电子直接转移给氧化剂
C.金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行
D.在潮湿的中性环境中,金属的电化学腐蚀主要是析氢腐蚀
解析:金属在潮湿的中性环境中易发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀两种电化学腐蚀,主要发生吸氧腐蚀。其腐蚀的本质都是金属失电子,即M-ne-Mn+,所以A、D不正确,B正确。金属的化学腐蚀是金属直接接触到化学物质如酸、Cl2等发生腐蚀,所以C不正确。
答案:B
3.以下现象与电化学腐蚀无关的是(　　)
A.黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿
B.生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈
C.铁器附有铜质的配件,在接触处易生铁锈
D.银质奖牌久置后表面变暗
解析:电化学腐蚀是指不纯的金属(或合金),接触到电解质溶液时发生了原电池反应,比较活泼的金属原子失去电子而被氧化所引起的腐蚀。选项A中黄铜是铜锌合金,可以构成原电池,但铜没有锌活泼,被腐蚀的是锌而不是铜,所以不易产生铜绿;选项B中生铁是铁碳合金,可以构成原电池而使铁腐蚀生锈,软铁芯几乎是纯铁,不构成原电池;选项C中铁与铜接触则构成原电池,铁比铜活泼,铁被腐蚀生成铁锈,所以,A、B、C三个选项的现象均与电化学腐蚀有关;选项D中银质奖牌是由较纯的银制作的,不构成原电池,久置后表面变暗是跟空气中的多种物质反应造成的。
答案:D
二、析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较
4.铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示:
下列有关说法中,不正确的是(　　)
A.负极电极反应为:Fe-3e-Fe3+
B.此过程中还涉及反应:4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3
C.此过程中铜并不被腐蚀
D.此过程中电子从Fe移向Cu
解析:铜板和铁铆钉构成原电池,发生吸氧腐蚀时铁作负极,其电极反应为Fe-2e-Fe2+,故A错误。
答案:A
5.炒过菜的铁锅未及时洗净(菜的残液中含NaCl),第二天铁锅便出现红棕色锈斑(Fe2O3·xH2O)。请完成下列问题:
(1)该腐蚀属于　　　　　(填“化学”或“电化学”)腐蚀。?
(2)正极的电极反应是　。?
(3)用电极反应、离子反应、化学反应方程式表示铁锈的形成过程。
解析:铁锅中含杂质碳,在NaCl残液中与Fe形成了原电池,发生了电化学腐蚀,Fe失去电子生成了Fe2+,O2得电子生成了OH-,两者生成Fe(OH)2,后被氧化成Fe(OH)3,最后转化为铁锈斑。
答案:(1)电化学
(2)2H2O+O2+4e-4OH-
(3)负极:Fe-2e-Fe2+,正极:2H2O+O2+4e-4OH-;离子反应式:Fe2++2OH-Fe(OH)2;化学方程式:4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,2Fe(OH)3Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O
6.如图所示水槽中试管内有一枚铁钉,放置数天后观察:
(1)铁钉在逐渐生锈,则铁钉的腐蚀属于　　　　腐蚀。?
(2)若试管内液面上升,则原溶液呈　　　　　性,发生　　　　　　腐蚀,正极反应为　。?
(3)若试管内液面下降,则原溶液呈　　　　　性,发生　　　　　　腐蚀,正极反应为　?
　。?
答案:(1)电化学
(2)弱酸性或中　吸氧　O2+2H2O+4e-4OH-
(3)较强的酸　析氢　2H++2e-H2↑
三、金属的防护
7.下列举措不能防止或减缓钢铁腐蚀的是(　　)
A.在钢铁制品表面镀一层金属锌
B.将钢铁制品放置在潮湿处
C.在钢铁中加入锰、铬等金属,以改变钢铁结构
D.将钢铁制品与电源负极相连
解析:铁在潮湿的空气中容易发生电化学腐蚀而生锈。
答案:B
8.下列金属防腐的措施中,使用外加电流的阴极保护法的是(　　)
A.水中的钢闸门连接电源的负极
B.金属护栏表面涂漆
C.汽车底盘喷涂高分子膜
D.地下钢管连接镁块
解析:水中的钢闸门连接电源的负极之后,作电解池的阴极,被保护起来,所以采用的是外加电流的阴极保护法;金属护栏表面涂漆、汽车底盘喷涂高分子膜均使用的是覆盖保护层法的保护措施;地下
钢管连接镁块,镁作负极,被腐蚀从而起到保护钢管的作用,所以使用的是牺牲阳极的阴极保护法。
答案:A
四、金属腐蚀快慢的比较
9.下列表面上镀有金属保护层的铁板,当镀层破损使铁板裸露后,在相同条件下最耐腐蚀的是(　　)
A.镀锌铁板(白铁) B.镀锡铁板(马口铁)
C.镀银铁板 D.镀铜铁板
解析:铁板在镀层破损后最耐腐蚀,应是指镀层破损后仍能对铁板构成有效保护的有镀层的铁板,A中铁板镀锌,镀层破损后发生电化学腐蚀时,锌为负极,铁为正极,铁被保护,B、C、D中锡、银、铜不如铁活泼,镀层破损后发生电化学腐蚀时,铁为负极,铁失去电子被氧化,从而加速了铁的腐蚀。故选A。
答案:A
10.试管中盛放饱和食盐水。讨论下图几种情况下,铁腐蚀由快到慢的顺序是(试管中的液体均为水)
　。?
解析:(1)中铁是吸氧腐蚀;(2)中铁与锌构成原电池,铁作正极受到了保护,腐蚀速度较慢;(3)中形成原电池,铁作负极,腐蚀的速率比(4)慢;(4)构成了电解池并且铁作阳极,铁受到的腐蚀最快;(5)构成了电解池并且铁作阴极,受到了保护,腐蚀最慢。
答案:(4)>(3)>(1)>(2)>(5)
(建议用时:30分钟)
1.下列有关金属腐蚀的说法中正确的是(　　)
A.金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程
B.电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程
C.钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀,负极吸收氧气,产物最终转化为铁锈
D.金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同,但电化学腐蚀伴有电流产生
解析:金属腐蚀的本质,主要是金属原子失电子被氧化,腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼,外因是金属与空气、水和其他腐蚀性的物质接触,腐蚀主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀,所以A错误;电化学腐蚀指不纯金属发生原电池反应而损耗的过程,不需要外加电流,所以B错误;钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀,正极吸收氧气,而不是负极吸收氧气,所以C错误;只有选项D正确。
答案:D
2.下列事实与电化学腐蚀无关的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
A.光亮的自行车钢圈不易生锈
B.黄铜(Cu-Zn合金)制的铜锣不易产生铜绿
C.铜、铝电线一般不连接起来作导线
D.生铁比熟铁(几乎是纯铁)容易生锈
解析:自行车钢圈是由于在钢圈表面镀了一层铬,与电化学无关;黄铜中,锌比铜活泼,二者构成原电池,锌失电子,这样可以保护铜不被氧化;铜、铝导线若连接起来与表面溶液构成原电池,铝比铜活泼,铝失电子被氧化,就会造成断路;生铁中含有杂质碳,碳、铁、水膜构成无数个微小的原电池,使得铁不断被腐蚀。
答案:A
3.下列事实中,不能用电化学理论解释的是(　　)
A.轮船水线以下的船壳上安装一定数量的锌块
B.高温车间中钢铁设备的腐蚀
C.纯锌与稀硫酸反应时,滴入少量CuSO4溶液后,反应速率提高
D.镀锌铁比镀锡铁耐用
解析:高温车间中钢铁设备的腐蚀是发生了一般的化学反应而被腐蚀的过程。其他选项都涉及原电池反应。
答案:B
4.埋在地下的铸铁输油管道,在下列各种情况下,腐蚀最慢的是(　　)
A.在含铁元素较多的酸性土壤中
B.在潮湿疏松透气的土壤中
C.在干燥致密不透气的土壤中
D.在含碳粒较多的潮湿透气的中性土壤中
解析:铸铁要腐蚀得最慢,既要防止化学腐蚀,又要防止电化学腐蚀。故必须防酸(化学腐蚀Fe+2H+Fe2++H2↑)、防水(以防形成电解质溶液)、防气(防止O2参与吸氧腐蚀),故选C。
答案:C
5.相同材质的铁在图中的四种情况下最不易被腐蚀的是(　　)
解析:在A中,食醋提供电解质溶液环境,铁铲和铜盆是相互接触的两个金属极,形成原电池,铁是活泼金属作负极;在B中,食盐水提供电解质溶液环境,炒锅和铁铲都是铁碳合金,符合原电池形成的条件,铁是活泼金属作负极,碳作正极;在C中,铜镀层将铁球覆盖、使铁被保护,所以铁不易被腐蚀;在D中,酸雨提供电解质溶液环境,铁铆钉和铜板分别作负、正极,形成原电池。
答案:C
6.钢铁在腐蚀过程中,下列变化可能发生的是(　　)
①铁元素由+2价转化为+3价　
②氧气被还原　
③产生氢气　
④Fe(OH)3失水生成Fe2O3·xH2O　
⑤杂质碳被氧化而除去
A.①② B.③④
C.①②③④ D.①②③④⑤
解析:钢铁可能发生吸氧腐蚀,也可能发生析氢腐蚀,因此②③正确。同时Fe失电子转化为Fe2+,进一步被氧化为+3价的铁,形成铁锈。
答案:C
7.如下图所示装置中都盛有0.1 mol·L-1的NaCl溶液,放置一定时间后,装置中的四块相同的锌片腐蚀速率由快到慢的正确顺序是(　　)
A.③①④② B.①②④③
C.①②③④ D.②①④③
解析:电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。①为原电池并且Zn作负极,②为电解池,Zn与电源正极相连作阳极被腐蚀,③为电解池,Zn与电源负极相连作阴极,受保护,④为化学腐蚀,故腐蚀由快到慢的顺序为②>①>④>③。
答案:D
8.把锌片和铁片放在盛有稀食盐水和酚酞溶液的表面皿中,如下图所示。最先观察到酚酞变红现象的区域是(　　)
A.Ⅰ和Ⅲ B.Ⅰ和Ⅳ
C.Ⅱ和Ⅲ D.Ⅱ和Ⅳ
解析:图中左边装置为一原电池,Zn为负极,电极反应为2Zn-4e-2Zn2+,Fe为正极,电极反应为2H2O+O2+4e-4OH-,Fe极附近OH-聚积,所以Ⅰ区域先变红色。右边装置为一电解池,Fe为阳极,电极反应为Fe-2e-Fe2+,Zn为阴极,电极反应为2H++2e-H2↑,H+在阴极不断被还原,促使水不断电离,阴极附近有OH-聚积,所以Ⅳ区域首先变红。
答案:B
9.下列叙述中正确的是(　　)
①锌跟稀硫酸反应制H2,加入少量硫酸铜溶液能加快反应速率;
②镀层破损后,白口铁(镀锌的铁)比马口铁(镀锡的铁)更易腐蚀;
③电镀时,应把镀件置于电解槽的阴极;
④冶炼铝时,把氧化铝加入液态冰晶石中熔融后电解;
⑤钢铁表面常易锈蚀生成Fe2O3·nH2O。
A.①②③④⑤ B.①③④⑤
C.①③⑤ D.②④
解析:①对,因为能组成原电池,反应速率加快。②错,因为白口铁(镀锌的铁)镀层破损后,腐蚀锌保护铁;马口铁(镀锡的铁)是腐蚀铁保护锡。③对,因为电镀时,镀件金属作阴极,镀层金属作阳极。④对,因为氧化铝熔点很高,在冰晶石助熔剂的作用下,在较低温度下就能熔融,可节能降耗。⑤对,因为铁锈的主要成分是Fe2O3·nH2O,显红色。
答案:B
10.将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上,一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)已被腐蚀而变暗,在液滴外沿形成棕色铁锈环(b),如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少。下列说法正确的是(　　)
A.液滴中的Cl-由a区向b区迁移
B.液滴边缘是正极区,发生的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-
C.液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀,生成的Fe2+由a区向b区迁移,与b区的OH-形成Fe(OH)2,进一步氧化、脱水形成铁锈
D.若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板,在铜铁接触处滴加NaCl溶液,则负极发生的电极反应为Cu-2e-Cu2+
解析:本题考查原电池、钢铁的吸氧腐蚀等知识。依题意,可判断中心区(a)为原电池的负极,液滴边缘O2含量较大,是原电池的正极,A中Cl-在电池工作时向负极(a)移动,A选项错误,B项显然正确,C中Fe失去电子被氧化而被腐蚀,故C项错误,D中因Fe比Cu活泼,故Fe作负极,负极反应为Fe-2e-Fe2+。故正确答案为B。
答案:B
11.对金属制品进行抗腐蚀处理,可延长其使用寿命。
(1)以下为铝材表面处理的一种方法:
以铝材为阳极,在H2SO4溶液中电解,铝材表面形成氧化膜,阳极电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　。取少量废电解液,加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀,产生沉淀的原因是　?　。?
(2)镀铜可防止铁制品腐蚀,电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是?　。?
(3)利用下图装置,可以模拟铁的电化学防护。
若X为碳棒,为减缓铁的腐蚀,开关K应置于　　　处。若X为锌,开关K置于M处,该电化学防护法称为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
解析:(1)活泼金属作阳极,阳极材料本身失电子被氧化,其氧化产物为Al2O3,由此可得阳极反应式为2Al+3H2O-6e-Al2O3+6H+。加入NaHCO3溶液后,A与HC发生相互促进的水解反应,离子方程式可表示为Al3++3HCAl(OH)3↓+3CO2↑。(3)若X为碳棒,则只能用外加电流的阴极保护法,此时开关K应置于N处。若X为Zn,K置于M处,其保护原理为牺牲阳极的阴极保护法。
答案:(1)2Al+3H2O-6e-Al2O3+6H+　HC与Al3+发生水解相互促进反应,产生Al(OH)3沉淀
(2)补充溶液中消耗的Cu2+,保持溶液中Cu2+浓度恒定
(3)N　牺牲阳极的阴极保护法
课时训练2　中和反应反应热的测定
一、中和热概念的理解
1.下列说法正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
A.中和热一定是强酸跟强碱反应放出的热量
B.1 mol酸与1 mol 碱完全反应放出的热量是中和热
C.在稀溶液中,酸与碱发生中和反应生成1 mol H2O(l)时所释放的热量叫做中和热
D.测定中和热时可用稀硫酸和稀Ba(OH)2溶液反应
解析:中和热是指稀酸、稀碱发生中和反应生成1 mol H2O(l)时所释放的热量,故C项正确。H2SO4和Ba(OH)2反应时,除生成水外,还有BaSO4沉淀生成,所以不能利用二者反应来测量中和热,D项错误。
答案:C
2.已知反应:①101 kPa时,2C(s)+O2(g)2CO(g)　ΔH=-221 kJ·mol-1;②稀溶液中,H+(aq)+OH-(aq)H2O(l)
ΔH=-57.3 kJ·mol-1。
下列结论正确的是(　　)
A.稀硫酸与稀NaOH溶液的中和热为57.3 kJ·mol-1
B.反应①的反应热为221 kJ·mol-1
C.稀硫酸与稀NaOH溶液反应的中和热为-57.3 kJ·mol-1
D.稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol水,放出57.3 kJ热量
解析:B项,未指明“吸”“放”热或“+”“-”号,不正确。C项,中和热的定义中,已指明是放出热量,不用带“-”号,不正确。D项,醋酸为弱酸,电离要吸热,放出的热量应小于57.3 kJ,故正确答案为A。
答案:A
3.已知强酸与强碱在稀溶液里反应的中和热可表示为:
H+(aq)+OH-(aq)H2O(l)
ΔH=-57.3 kJ·mol-1
下列反应均在溶液中进行:CH3COOH(aq)+NaOH(aq)CH3COONa(aq)+H2O(l)
ΔH=-Q1 kJ·mol-1
H2SO4(浓)+NaOH(aq)Na2SO4(aq)+H2O(l)　ΔH=-Q2 kJ·mol-1
HNO3(aq)+NaOH(aq)NaNO3(aq)+H2O(l)
ΔH=-Q3 kJ·mol-1
则下列Q1、Q2、Q3的关系正确的是(　　)
A.Q2>Q3>Q1 B.Q2>Q1>Q3
C.Q1=Q2=Q3 D.Q2=Q3>Q1
解析:由题意知,HNO3和NaOH反应放出的热量为57.3 kJ,醋酸中存在电离平衡,其电离过程要吸收热量,故Q1Q3,故Q1答案:A
4.已知H+(aq)+OH-(aq)H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ·mol-1,回答下列问题。
(1)用含20 g NaOH的稀溶液跟足量稀盐酸反应放出　　　　kJ的热量。?
(2)用含2 mol H2SO4的稀溶液跟足量稀NaOH溶液反应,此反应的中和热为　　　　　　。?
(3)如果将(2)反应中的稀NaOH溶液换成稀Ba(OH)2溶液,反应放出的热量与原来(2)放出的热量　　　　　(填“相等”或“不相等”)。?
解析:(1)=0.5 mol,所以0.5 mol NaOH与足量稀盐酸反应放出的热量为0.5 mol×57.3 kJ·mol-1=28.65 kJ。
(2)据中和热的定义可知,中和热与强酸、强碱的物质的量的多少无关,中和热为57.3 kJ·mol-1。
(3)H2SO4和Ba(OH)2反应除生成水外还会生成BaSO4沉淀,故反应放出的热量与原来(2)放出的热量不相等。
答案:(1)28.65　(2)57.3 kJ·mol-1　(3)不相等
二、中和热的测定
5.测定稀盐酸和氢氧化钠稀溶液中和热的实验中没有使用的仪器有:①大、小烧杯;②容量瓶;③量筒;④环形玻璃搅拌棒;⑤试管;⑥温度计;⑦蒸发皿;⑧托盘天平中的(　　)
A.①②⑥⑦ B.②⑤⑦⑧
C.②③⑦⑧ D.③④⑤⑦
解析:本题主要考查中和热测定实验中仪器的使用问题,该实验中用到大、小烧杯、温度计、量筒、环形玻璃搅拌棒,没有用到容量瓶、试管、蒸发皿和托盘天平,故B项正确。
答案:B
6.用50 mL 0.50 mol·L-1盐酸和50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液反应,实验中测得起始温度为20.1 ℃,终止温度为23.4 ℃,反应后溶液的比热容为4.18 J·g-1·℃-1,盐酸和NaOH溶液的密度都近似认为是1 g·cm-3,则反应生成1 mol 水时放热 (　　)
A.55.2 kJ B.391 kJ
C.336 kJ D.1.38 kJ
解析:代入公式ΔH=-kJ·mol-1=-55.2 kJ·mol-1。
答案:A
7.中和热测定实验中,下列操作一定会降低实验准确性的是(　　)
A.用滴定管取所用药品
B.NaOH溶液在倒入小烧杯中时,有少量溅出
C.大、小烧杯体积相差较大,夹层间放的碎泡沫塑料较多
D.测量HCl溶液的温度计用水洗净后才用来测NaOH溶液的温度
解析:NaOH溶液在倒入小烧杯中时,有少量溅出,实验中生成水的量减少,放出的热量减小,测得中和热的数值不准。
答案:B
8.试回答下列中和热测定的有关问题。
(1)实验桌上备有烧杯(大、小两个烧杯)、泡沫塑料、泡沫塑料板、环形玻璃搅拌棒、0.50 mol·L-1盐酸、0.55 mol·L-1 NaOH溶液,尚缺少的实验用品是　。?
(2)实验中若用环形铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒会使测得中和热的数值　　　　(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。?
(3)实验时所用盐酸及NaOH溶液的体积均为50 mL,各溶液密度为1 g·cm-3,生成溶液的比热容c=4.18 J·g-1·℃-1,实验起始温度为t1 ℃,终止温度为t2 ℃。试推断中和热的计算式:ΔH=　。?
答案:(1)温度计、量筒(两个)　(2)偏小
(3)- kJ·mol-1或-16.72(t2-t1) kJ·mol-1
(建议用时:30分钟)
1.化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化,下图能表示NaOH溶液与稀硫酸发生中和反应过程中能量变化的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
解析:中和反应是放热反应,NaOH和H2SO4的能量之和比Na2SO4和水的能量之和大,故B项正确。
答案:B
2.已知H+(aq)+OH-(aq)H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ·mol-1。推测含1 mol HCl的稀溶液与通入1 mol NH3的稀溶液反应放出的热量(　　)
A.大于57.3 kJ B.等于57.3 kJ
C.小于57.3 kJ D.无法确定
解析:本题考查的是中和反应的反应热,NH3·H2O是弱碱,电离过程要吸热,使得完全反应放出的热量小于中和热。
答案:C
3.在进行中和热的测定实验中,下列操作错误的是 (　　)
A.反应前酸、碱溶液的温度要相同
B.测量溶液温度的温度计要一直插在溶液中
C.为了使反应均匀进行,可以向酸(碱)中分次加入碱(酸)
D.为了使反应更完全,可以使酸或碱适当过量
解析:本实验的关键是减少热量损失,若分次加入酸(或碱),会使热量损失多而使误差增大。
答案:C
4.在测定中和热的实验中,下列说法正确的是(　　)
A.使用环形玻璃搅拌器是为了加快反应速率,减小实验误差
B.为了准确测定反应混合溶液的温度,实验中温度计水银球应与小烧杯底部接触
C.用0.5 mol·L-1 NaOH溶液分别与0.5 mol·L-1的盐酸、醋酸溶液反应,如所取的溶液体积相等,则测得的中和热数值相同
D.在测定中和热实验中需要使用的仪器有天平、量筒、烧杯、滴定管、温度计
答案:A
5.将V1 mL 1.00 mol·L-1 HCl溶液和V2 mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度,实验结果如右图所示(实验中始终保持V1+V2=50)。下列叙述正确的是 (　　)
A.做该实验时环境温度为22 ℃
B.该实验表明化学能可以转化为热能
C.NaOH溶液的浓度约为1.00 mol·L-1
D.该实验表明有水生成的反应都是放热反应
解析:从图中曲线可以看出,温度为22 ℃时,V1为5,则V2为45,此时已经开始发生反应,所以22 ℃一定不是做该实验时环境的温度,A项错;从曲线随V1增多而升高,随反应的进行,溶液温度升高说明反应放热,化学能转化为热能,B项正确;当V1=30时温度最高,说明此时两者恰好完全反应,则c(NaOH)==
1.50 mol·L-1,C项错;该实验不能证明有水生成的其他反应也是放热的,D项错。
答案:B
6.为了测定酸碱反应的中和热,计算时至少需要的数据是(　　)
①酸溶液的浓度和体积　②碱溶液的浓度和体积
③比热容　④反应后溶液的质量　⑤生成水的物质的量　⑥反应前后温度变化　⑦操作所需的时间
A.①②③⑥ B.①③④⑤
C.③④⑤⑥ D.①②③④⑤⑥⑦
解析:由中和反应的反应热ΔH=-cm(t2-t1)可以看出,计算反应热需要知道③④⑥;然后换算成中和热,也就是需要求算生成1 mol水时的反应热,所以还需要知道⑤,实际操作中可以利用①②计算得出生成水的物质的量。
答案:C
7.下列热化学方程式正确的是(　　)
A.C2H5OH+3O22CO2+3H2O
ΔH=-1 367.0 kJ·mol-1
B.NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l)
ΔH=+57.3 kJ·mol-1
C.S(s)+O2(g)SO2(g)
ΔH=-269.8 kJ·mol-1
D.2NO(g)+O2(g)2NO2(g)
ΔH=-116.2 kJ
解析:A项,未标明各物质的聚集状态;B项,NaOH和HCl的反应为放热反应,ΔH<0;D项中ΔH的单位是“kJ·mol-1”而不是“kJ”。
答案:C
8.将盛有NH4HCO3粉末的小烧杯放入盛有少量醋酸的大烧杯中。然后向小烧杯中加入盐酸,反应剧烈,醋酸逐渐凝固。由此可见(　　)
A.NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应
B.该反应中,热能转化为产物内部的能量
C.反应物的总能量高于生成物的总能量
D.反应的热化学方程式为NH4HCO3+HClNH4Cl+CO2↑+H2O　ΔH>0
解析:根据醋酸逐渐凝固说明该反应是吸热反应,反应物的总能量低于生成物的总能量,热能转化为产物内部的能量,则A、C两项错误,B项正确;热化学方程式的书写要标明物质的状态和ΔH的数值、单位,D项错误。
答案:B
9.下列有关能量的判断或表示方法正确的是(　　)
A.从C(石墨)C(金刚石)　ΔH=+1.9 kJ·mol-1,可知金刚石比石墨更稳定
B.相同条件下,等物质的量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧,前者放出热量更多
C.由H+(aq)+OH-(aq)H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ·mol-1,可知含1 mol CH3COOH的溶液与含1 mol NaOH的溶液混合,放出热量等于57.3 kJ
D.2 g H2完全燃烧生成液态水放出285.8 kJ热量,则氢气燃烧的热化学方程式为2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　ΔH=-285.8 kJ·mol-1
解析:从C(石墨)C(金刚石)　ΔH=+1.9 kJ·mol-1,可知金刚石的能量比石墨的高,则石墨更稳定,A项错误;等物质的量的硫蒸气的能量大于硫固体,相同条件下完全燃烧硫蒸气放出热量更多,B项正确;醋酸是弱酸,电离要吸热,与氢氧化钠反应时放出的热量比强酸少,C项错误;由题意知1 mol氢气完全燃烧生成液态水放出285.8 kJ热量,则氢气燃烧的热化学方程式应为2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ·mol-1,D项错误。
答案:B
10.写出下列反应的热化学方程式。
(1)16 g CH4(g)与适量O2(g)反应生成CO2(g)和H2O(l),放出890.3 kJ热量?　。?
(2)1 L 1 mol·L-1 KOH溶液中和1 L 1 mol·L-1 HNO3溶液,放出57.3 kJ热量?　。?
(3)12 g C(s)与适量O2(g)反应生成CO2(g),放出393.5 kJ热量?　。?
(4)氢气与碘蒸气反应,生成1 mol碘化氢气体时,放出25.59 kJ热量?　。?
(5)1 mol葡萄糖[C6H12O6(s)]在人体中完全氧化,生成CO2(g)和H2O(l)产生2 800 kJ热量?　。?
答案:(1)CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-890.3 kJ·mol-1
(2)KOH(aq)+HNO3(aq)KNO3(aq)+H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ·mol-1
(3)C(s)+O2(g)CO2(g)
ΔH=-393.5 kJ·mol-1
(4)H2(g)+I2(g)2HI(g)
ΔH=-51.18 kJ·mol-1
(5)C6H12O6(s)+6O2(g)6CO2(g)+6H2O(l)　ΔH=-2 800 kJ·mol-1
课时训练3　燃烧热　能源
一、燃烧热的概念
1.下列关于燃烧热的说法中正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
A.1 mol物质燃烧所放出的热量
B.常温下,可燃物燃烧放出的热量
C.在1.01×105 Pa时,1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量
D.燃烧热随化学方程式前的化学计量数的改变而改变
解析:该题考查对燃烧热概念的理解。燃烧热是指在1.01×105 Pa时,1 mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量。
答案:C
2.下列表示可燃物燃烧热的热化学方程式是(　　)
A.CO(g)+O2(g)CO2(g)
ΔH=-283.0 kJ·mol-1
B.CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=-802.3 kJ·mol-1
C.2H2(g)+O2(g)2H2O(l)
ΔH=-571.6 kJ·mol-1
D.C(s)+O2(g)CO(g)
ΔH=-110.5 kJ·mol-1
解析:B项中水为气态;C项中H2为2 mol;D项中生成的CO为不稳定氧化物,故只有A项正确。
答案:A
3.下列说法正确的是(　　)
A.在101 kPa时,1 mol S(s)和2 mol S(s)的燃烧热相等
B.1 mol浓硫酸与1 mol Ba(OH)2完全中和所放出的热量为中和热
C.CO是不稳定的氧化物,它能继续与氧气反应生成稳定的CO2,所以CO的燃烧反应一定是吸热反应
D.101 kPa时,1 mol碳燃烧所放出的热量为碳的燃烧热
解析:由燃烧热的定义可知,燃烧热与物质的量无关,故A项正确;中和热是指在稀溶液里酸与碱发生中和反应生成1 mol水时的反应热,而这里是浓硫酸,而且生成2 mol H2O(l)和BaSO4沉淀,故B项错误;CO的燃烧反应是放热反应,故C项错误;101 kPa时,1 mol碳完全燃烧生成二氧化碳气体所放出的热量才是碳的燃烧热,故D项错误。
答案:A
二、燃烧热的计算
4.已知在一定条件下,CO的燃烧热为283 kJ·mol-1,CH4的燃烧热为890 kJ·mol-1,由1 mol CO和3 mol CH4组成的混合气体在上述条件下充分燃烧,释放的热量为(　　)
A.2 912 kJ B.2 953 kJ
C.3 236 kJ D.3 867 kJ
解析:1 mol CO完全燃烧放出的热量为1 mol×283 kJ·mol-1=283 kJ。3 mol CH4完全燃烧放出的热量为3 mol×890 kJ·mol-1=2 670 kJ。释放的总热量为283 kJ+2 670 kJ=2 953 kJ。
答案:B
5.一些烷烃的燃烧热如下表所示:
化合物
燃烧热/(kJ·mol-1)
化合物
燃烧热/(kJ·mol-1)
甲烷
891.0
正丁烷
2 878.0
乙烷
1 560.8
异丁烷
2 869.6
丙烷
2 221.5
异戊烷
3 531.3
下列表达正确的是(　　)
A.正戊烷的燃烧热大于3 531.3 kJ·mol-1
B.稳定性:正丁烷>异丁烷
C.乙烷燃烧的热化学方程式为2C2H6(g)+7O2(g)4CO2(g)+6H2O(g)
ΔH=-1 560.8 kJ·mol-1
D.相同质量的烷烃,碳的质量分数越大,燃烧放出的热量越多
解析:分析表中数据可得出规律:烷烃分子中所含碳原子数越多,燃烧热的数值越大,所含碳原子数相同时,支链越多,燃烧热数值越小。综合表中数据可知正戊烷的燃烧热大于3 531.3 kJ·mol-1,A项对;稳定性:正丁烷<异丁烷,B项错;乙烷燃烧的热化学方程式应为2C2H6(g)+7O2(g)4CO2(g)+6H2O(l)　ΔH=-3 121.6 kJ·mol-1,C项错;相同质量的烷烃,碳的质量分数越大,燃烧放出的热量越少,D项错。
答案:A
6.(1)已知:H2(g)+O2(g)H2O(g)　ΔH=-241.8 kJ·mol-1。若1 g水蒸气转化成液态水放热2.444 kJ,则反应H2(g)+O2(g)H2O(l)的ΔH=　　　　　　 kJ·mol-1。氢气的燃烧热为　　　　　　 kJ·mol-1。?
(2)乙醇是未来内燃机的首选环保型液体燃料,它可以由绿色植物的秸秆制取,1.0 g乙醇完全燃烧生成液态水放出1.367 kJ热量,表示乙醇燃烧热的热化学方程式为?
　。?
解析:(1)1 mol H2(g)完全燃烧生成1 mol H2O(l)时放出的热量为241.8 kJ+2.444 kJ×18≈285.8 kJ。
(2)1.0 g乙醇完全燃烧生成液态水放出1.367 kJ热量,则1 mol乙醇完全燃烧生成液态水放出的热量为1.367 kJ×46=62.882 kJ。
答案:(1)-285.8　285.8
(2)C2H5OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l)　ΔH=-62.882 kJ·mol-1
三、能源的开发利用
7.煤的气化是实施节能环保的一项重要措施。通常在高温下将煤转化为水煤气,再将水煤气作为气体燃料。有关热化学方程式如下:
①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)
ΔH1=+131.3 kJ·mol-1
②2CO(g)+O2(g)2CO2(g)
ΔH2=-566.0 kJ·mol-1
③2H2(g)+O2(g)2H2O(g)
ΔH3=-483.6 kJ·mol-1
下列有关说法正确的是(　　)
A.水煤气只能用作燃料
B.水煤气是一种二级能源,比煤直接燃烧污染小
C.等质量的CO和H2完全燃烧时,前者放热多
D.由反应③可以确定H2的燃烧热为241.8 kJ·mol-1
解析:水煤气在工业上还可用作还原性气体,故A项错;水煤气属于二级能源,其燃烧产物为CO2和H2O,比煤直接燃烧污染小,故B项正确;通过②、③反应可以计算得出,等质量的H2比CO完全燃烧放热多,故C项错误;H2燃烧生成的稳定的氧化物应为液态水,故D项错误。
答案:B
8.合理利用燃料,减少污染符合“低碳、环保”理念,下列关于燃料的说法中正确的是(　　)
A.“可燃冰”是将水变为油的新型燃料
B.氢气是具有单位质量燃烧放出的热量高、无污染等优点的燃料
C.乙醇是比汽油更环保、不可再生的燃料
D.石油和煤是工厂经常使用的可再生的化石燃料
解析:A项,不符合化学反应原理;C项,乙醇是可再生燃料;D项,石油和煤是不可再生燃料,只有B项正确。
答案:B
(建议用时:30分钟)
1.　 　　　　　　　　　　　　　　
下列对燃烧热的说法正确的是(　　)
A.1 mol纯物质完全燃烧时所放出的热量叫做该物质的燃烧热
B.放热反应的热化学方程式中,ΔH就是该反应物的燃烧热
C.物质的燃烧热不能用仪器由实验测得
D.物质燃烧必然伴随发光发热现象且肯定是氧化还原反应
解析:在燃烧热的定义中有三个要点:①必须是在101 kPa下;②可燃物必须为1 mol;③可燃物必须完全燃烧,生成稳定的氧化物如液态水、二氧化碳气体等。A项,未强调“101 kPa”和“生成稳定的氧化物”;B项,放热反应不一定是燃烧反应;C项,物质的燃烧热可利用仪器由实验测得;D项,燃烧是剧烈的、发光发热的氧化还原反应。
答案:D
2.下列各组物质的燃烧热相等的是(　　)
A.碳和一氧化碳
B.1 mol碳和2 mol碳
C.3 mol乙烯和苯
D.淀粉和纤维素
解析:燃烧热是指在101 kPa时1 mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物所放出的热量,因此燃烧热只与物质有关,与物质的物质的量无关,选B。
答案:B
3.关于能源,以下说法中不正确的是(　　)
A.煤、石油、天然气等燃料属不可再生能源
B.煤、石油、水煤气可从自然界直接获取,属一级能源
C.风能是一级能源、新能源、可再生能源
D.潮汐能来源于月球引力做功
解析:煤、石油、天然气等化石燃料蕴藏量有限,不可再生,最终将会枯竭,A项正确;煤、石油等可从自然界直接获取,属一级能源,但水煤气是由焦炭与H2O(g)在高温下反应制取,属二级能源,B项错误;风能既是一级能源、新能源,还是可再生能源,C项正确;潮汐能来自于月球引力,D项正确。
答案:B
4.充分燃烧一定量的丁烷气体生成液态水放出的热量为Q kJ。完全吸收它生成的CO2气体生成正盐,需5 mol·L-1的KOH溶液100 mL,则丁烷的燃烧热(单位为kJ·mol-1)为(　　)
A.16Q B.8Q C.4Q D.2Q
解析:由题意可得关系式:
C4H10~4CO2~8KOH~4K2CO3
1 8
x　　　　5 mol·L-1×0.1 L=0.5 mol
得x= mol,即得 mol丁烷充分燃烧放出热量Q kJ,则1 mol 丁烷充分燃烧会放出16Q kJ的热量,故选A项。
答案:A
5.下列热化学方程式中的反应热下划线处表示燃烧热的是(　　)
A.NH3(g)+O2(g)NO(g)+H2O(g)　ΔH=-a kJ·mol-1?
B.C6H12O6(s)+6O2(g)6CO2(g)+6H2O(l)　ΔH=-b kJ·mol-1?
C.2CO(g)+O2(g)2CO2(g)
ΔH=-c kJ·mol-1?
D.CH3CH2OH(l)+O2(g)CH3CHO(l)+H2O(l)　ΔH=-d kJ·mol-1?
解析:燃烧热的定义:在101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物所放出的热量,叫该物质的燃烧热。A中水为气态,C中CO为2 mol,D中产物应为CO2和H2O(l),依据定义,B项符合题意。
答案:B
6.甲烷是一种高效清洁的新能源,0.25 mol CH4完全燃烧生成液态水时放出222.5 kJ热量,则下列热化学方程式中正确的是(　　)
A.2CH4(g)+4O2(g)2CO2(g)+4H2O(l)
ΔH=+890 kJ·mol-1
B.CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=+890 kJ·mol-1
C.CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=-890 kJ·mol-1
D.2CH4(g)+4O2(g)2CO2(g)+4H2O(l)
ΔH=-890 kJ·mol-1
解析:甲烷燃烧为放热反应,所以A、B两项错。注意ΔH与热化学方程式中甲烷的物质的量相对应。
答案:C
7.下列说法中不正确的是(　　)
A.化石燃料在任何条件下都能充分燃烧
B.化石燃料在燃烧过程中能产生污染环境的CO、SO2等有害气体
C.直接燃烧煤不如将煤进行深加工后再燃烧的效果好
D.固体煤变为气体燃料后,燃烧效率将提高
解析:化石燃料只有在适当的温度和有氧气存在的情况下才能燃烧。化石燃料不经处理直接燃烧可产生污染物CO、SO2等有害气体。化石燃料(煤)经深加工后变为气体燃料,不仅减少SO2对大气的污染,而且能提高燃烧效率。
答案:A
8.甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应原理是
①CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)
ΔH=+49.0 kJ·mol-1
②CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2(g)
ΔH=-192.9 kJ·mol-1
下列说法正确的是(　　)
A.CH3OH的燃烧热的ΔH=-192.9 kJ·mol-1
B.反应①中的能量变化如上图所示
C.CH3OH转变成H2的过程一定要吸收能量
D.根据②推知反应CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2(g)的ΔH>-192.9 kJ·mol-1
解析:反应②中H2(g)不是稳定的氧化物,A项不正确;反应①为吸热反应,而图示反应为放热反应,B项不正确;据题给反应①、②可知,CH3OH转变成H2的过程可以吸收能量,也可以放出能量,C项不正确;由于CH3OH在气态时比在液态时能量高,可知等量CH3OH(l)比CH3OH(g)反应时放出热量少,即D项正确。
答案:D
9.下列关于热化学反应的描述中正确的是(　　)
A.HCl和NaOH反应的中和热ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则H2SO4和Ca(OH)2反应的中和热ΔH=2×(-57.3) kJ·mol-1
B.吸热反应一定需要加热才能发生
C.1 mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热
D.CO燃烧热的ΔH=-283.0 kJ·mol-1,则2CO2(g)2CO(g)+O2(g)的ΔH=+566.0 kJ·mol-1
解析:中和热是指酸与碱的稀溶液完全反应生成1 mol H2O时所放出的热量,A项错误;吸热反应不一定需要加热才能发生,如氢氧化钡晶体和氯化铵固体的反应等,B项错误;燃烧热是指在101 kPa时1 mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物所放出的热量,C项中甲烷燃烧生成气态水不属于稳定的氧化物,C项错误;D项中CO燃烧是放热反应,则2CO2(g)2CO(g)+O2(g)为吸热反应,且生成2 mol CO,ΔH=2×283.0 kJ· mol-1,D项正确。
答案:D
10.(1)在25 ℃、1.01×105 Pa时,16 g S在足量的氧气中充分燃烧生成二氧化硫,放出148.5 kJ的热量,则S的燃烧热为　　　　　　　　　　　,表示S的燃烧热的热化学方程式为?　。?
(2)已知AX3的熔点和沸点分别为-93.6 ℃和76 ℃,AX5的熔点为167 ℃。室温时AX3与气体X2反应生成1 mol AX5,放出热量123.8 kJ。该反应的热化学方程式为?
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
答案:(1)297 kJ· mol-1　S(s)+O2(g)SO2(g)　ΔH=-297 kJ· mol-1
(2)AX3(l)+X2(g)AX5(s)　ΔH=-123.8 kJ· mol-1
课时训练4　化学反应热的计算
一、盖斯定律及其应用
1.下列说法正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
A.化学反应的反应热与反应过程有密切的关系
B.化学反应的反应热取决于反应体系的始态和终态
C.盖斯定律只是一条简单的自然规律,其实际作用不大
D.有的化学反应过程没有能量变化
解析:反应热与反应体系的始态和终态有关,与反应过程无关,故A项错误,B项正确;盖斯定律的实际作用很大,C项错误;任何化学反应均有能量变化,D项错误。
答案:B
2.在298 K、100 kPa时,已知:2H2O(g)O2(g)+2H2(g)　ΔH1
Cl2(g)+H2(g)2HCl(g)　ΔH2
2Cl2(g)+2H2O(g)4HCl(g)+O2(g)　ΔH3
则ΔH3与ΔH1和ΔH2间的关系正确的是(　　)
A.ΔH3=ΔH1+2ΔH2
B.ΔH3=ΔH1+ΔH2
C.ΔH3=ΔH1-2ΔH2
D.ΔH3=ΔH1-ΔH2
解析:据题意可知,第三个反应可以是第一个反应和第二个反应的两倍之和,故ΔH3=ΔH1+2ΔH2。
答案:A
3.已知:①2C(s)+O2(g)2CO(g)
ΔH=-221.0 kJ·mol-1;
②2H2(g)+O2(g)2H2O(g)
ΔH=-483.6 kJ·mol-1。
则制备水煤气的反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的ΔH为(　　)
A.+262.6 kJ·mol-1 B.-131.3 kJ·mol-1
C.-352.3 kJ·mol-1 D.+131.3 kJ·mol-1
解析:根据盖斯定律,把已知的两个反应的热化学方程式相减,可求得制备水煤气反应的ΔH。
①-②,得2C(s)+O2(g)-2H2(g)-O2(g)2CO(g)-2H2O(g)　ΔH=-221.0 kJ·mol-1-(-483.6 kJ·mol-1),
即2C(s)+2H2O(g)2H2(g)+2CO(g)
ΔH=+262.6 kJ·mol-1
C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的ΔH=+262.6 kJ·mol-1÷2=+131.3 kJ·mol-1。
答案:D
二、反应热的计算
4.已知葡萄糖的燃烧热是2 804 kJ·mol-1,当它氧化生成1 g水时,放出的热量是(　　)
A.26.0 kJ B.51.9 kJ
C.155.8 kJ D.467.3 kJ
解析:由题给条件可写出葡萄糖的燃烧热的热化学方程式:C6H12O6(s)+6O2(g)6CO2(g)+6H2O(l)　ΔH=-2 804 kJ·mol-1。由此可知,生成6 mol×18 g·mol-1=108 g水放出2 804 kJ热量,则生成1 g水时放出的热量为≈26.0 kJ。
答案:A
5.已知1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ,且氧气中1 mol OO键完全断裂时吸收热量496 kJ,水蒸气中1 mol H—O键形成时放出热量463 kJ,则氢气中1 mol H—H键断裂时吸收热量为(　　)
A.920 kJ B.557 kJ C.436 kJ D.188 kJ
解析:设2 mol H2完全反应生成气态水放出的热量为x。
2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH
2 mol x
0.5 mol 121 kJ
解得x=484 kJ,则ΔH=-484 kJ·mol-1
设1 mol H—H键断裂吸收的热量为Q,则2Q+496 kJ-4×463 kJ=-484 kJ,故Q=436 kJ。
答案:C
6.已知:
①CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)
ΔH1
②2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH2
③2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　ΔH3
取体积比为4∶1的甲烷和氢气的混合气体11.2 L(标准状况),经完全燃烧后恢复至室温,放出的热量为(　　)
A.-(0.4 mol×ΔH1+0.05 mol×ΔH3)
B.-(0.4 mol×ΔH1+0.05 mol×ΔH2)
C.-(0.4 mol×ΔH1+0.1 mol×ΔH3)
D.-(0.4 mol×ΔH1+0.1 mol×ΔH2)
解析:n总==0.5 mol,n(CH4)∶n(H2)=4∶1,则n(CH4)=0.4 mol,n(H2)=0.1 mol。燃烧后放出的热量为-(0.4 mol×ΔH1+)。
答案:A
7.通过实验不能直接测出由石墨和氢气生成甲烷反应的ΔH,但可测出CH4、石墨、H2的燃烧热,根据盖斯定律求ΔH4。已知:
CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)
ΔH1=-890.3 kJ·mol-1　①
C(石墨)+O2(g)CO2(g)
ΔH2=-393.5 kJ·mol-1　②
H2(g)+O2(g)H2O(l)
ΔH3=-285.8 kJ·mol-1　③
则C(石墨)+2H2(g)CH4(g)
ΔH4=　　　　④?
解析:利用盖斯定律时,可通过已知反应经过“变形”得到所求反应,以此求算得所求反应的反应热。因为反应式④与①、②、③之间有以下关系:④=②+2×③-①,所以ΔH4=ΔH2+2ΔH3-ΔH1=-393.5 kJ·mol-1+2×(-285.8) kJ·mol-1-(-890.3) kJ·mol-1=-74.8 kJ·mol-1。
答案:-74.8 kJ·mol-1
8.将0.3 mol的气态高能燃料乙硼烷(B2H6)在氧气中燃烧,生成固态三氧化二硼和液态水,放出649.5 kJ热量,该反应的热化学方程式为?
　。?
又已知:H2O(g)H2O(l)　ΔH2=-44.0 kJ·mol-1,则11.2 L(标准状况)乙硼烷完全燃烧生成气态水时放出的热量是　　　kJ。?
解析:0.3 mol乙硼烷完全燃烧生成液态水放出649.5 kJ热量,则1 mol乙硼烷完全燃烧放出的热量为1 mol×=2 165 kJ。因此乙硼烷燃烧的热化学方程式为B2H6(g)+3O2(g)B2O3(s)+3H2O(l)　ΔH=-2 165 kJ·mol-1。由于1 mol水汽化需吸热44.0 kJ,则3 mol液态水全部汽化应吸热3 mol×44.0 kJ·mol-1=132 kJ,所以1 mol乙硼烷完全燃烧生成气态水时放热:2 165 kJ-132 kJ=2 033 kJ,则11.2 L(标准状况)乙硼烷完全燃烧产生气态水放出的热量是0.5 mol×2 033 kJ·mol-1=1 016.5 kJ。
答案:B2H6(g)+3O2(g)B2O3(s)+3H2O(l)　ΔH=-2 165 kJ·mol-1　1 016.5
(建议用时:30分钟)
1.下列关于盖斯定律描述不正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
A.化学反应的反应热不仅与反应体系的始态和终态有关,也与反应的途径有关
B.盖斯定律遵守能量守恒定律
C.利用盖斯定律可间接计算通过实验难测定的反应的反应热
D.利用盖斯定律可以计算有副反应发生的反应的反应热
解析:化学反应的反应热只与反应体系的始态与终态有关,与反应途径无关。
答案:A
2.已知化学反应的热效应只与反应物的初始状态和生成物的最终状态有关,下列各反应热关系中不正确的是(　　)
A.A→F　ΔH=-ΔH6
B.A→D　ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3
C.ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5+ΔH6=0
D.ΔH1+ΔH6=ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5
解析:F→A,ΔH=+ΔH6,A→F,ΔH=-ΔH6,A项正确;其余三项根据盖斯定律易判断出B、C两项正确,D项错误。
答案:D
3.已知3.6 g碳在6.4 g氧气中燃烧,至反应物耗尽,放出X kJ热量。已知单质碳的燃烧热ΔH=-Y kJ· mol-1,则1 mol C与O2反应生成CO的反应热ΔH为(　　)
　　　　　 　　　　　 　　　　
A.-(5X-0.5Y) kJ· mol-1
B.-Y kJ· mol-1
C.-(10X-Y) kJ· mol-1
D.+(10X-Y) kJ· mol-1
解析:由3.6 g C与6.4 g O2完全反应,可知生成CO2与CO的物质的量之比为1∶2。设36 g C按此方式反应,则生成1 mol CO2和2 mol CO,单质碳的燃烧热ΔH=-Y kJ·mol-1,则1 mol C与O2生成CO的反应热为-(10X-Y) kJ·mol-1,即-(5X-0.5Y) kJ·mol-1,A项正确。
答案:A
4.已知热化学方程式:SO2(g)+O2(g)SO3(g)
ΔH=-98.32 kJ·mol-1。在容器中充入2 mol SO2和1 mol O2,充分反应,最终放出的热量(　　)
A.=196.64 kJ B.=98.32 kJ
C.<196.64 kJ D.>196.64 kJ
解析:热化学方程式中的反应热是指反应物按所给形式完全进行时的反应热。2 mol SO2和1 mol O2如果彻底反应则应放出196.64 kJ的热量,而该反应为可逆反应,所以放出的热量小于196.64 kJ。
答案:C
5.已知HCN(aq)与NaOH(aq)反应的ΔH=-12.1 kJ·mol-1;HCl(aq)与NaOH(aq)反应的ΔH=-55.6 kJ·mol-1,则HCN在水溶液中电离的ΔH等于(　　)
A.-67.7 kJ·mol-1
B.-43.5 kJ·mol-1
C.+43.5 kJ·mol-1
D.+67.7 kJ·mol-1
解析:由题意可知,①HCN(aq)+OH-(aq)H2O(l)+CN-(aq)　ΔH=-12.1 kJ·mol-1
②H+(aq)+OH-(aq)H2O(l)　ΔH=-55.6 kJ·mol-1。
对比①、②两个热化学方程式可知,反应①比反应②放热少的原因是HCN是弱酸,电离过程吸热。1 mol HCN比1 mol HCl与NaOH反应时少放出43.5 kJ的热量,故HCN在水溶液中电离的ΔH等于+43.5 kJ·mol-1,所以选C。
答案:C
6.已知H2(g)+Br2(l)2HBr(g)　ΔH=-72 kJ·mol-1,蒸发1 mol Br2(l)需要吸收的能量为30 kJ,其他相关数据如下表:
H2(g)
Br2(g)
HBr(g)
1 mol分子中的化学键断裂时需要吸收的能量/kJ
436
a
369
则下列说法正确的是(　　)
A.2HBr(g)H2(g)+Br2(l)　ΔH<0
B.Br2(l)Br2(g)　ΔH=-30 kJ·mol-1
C.H2(g)+Br2(g)2HBr(g)
ΔH=-42 kJ·mol-1
D.a=200
解析:A项,2HBr(g)H2(g)+Br2(l)应为吸热反应,ΔH>0;B项,液体变成气体,应吸收热量,ΔH>0,故B项错误;已知H2(g)+Br2(l)2HBr(g)　ΔH=-72 kJ·mol-1,蒸发1 mol Br2(l)需要吸收的能量为30 kJ,则有
H2(g)+Br2(g)2HBr(g)　ΔH=-102 kJ·mol-1,C项错误;由436 kJ+a kJ-2×369 kJ=-102 kJ,得a=200,故D项正确。故选D。
答案:D
7.酸性氧化物与碱生成酸式盐的反应很难直接测其反应热。已知常温常压下,将22 g CO2通入750 mL 1 mol·L-1 NaOH溶液中充分反应,测得反应放出x kJ的热量。已知在该条件下,1 mol CO2通入1 L 2 mol·L-1的NaOH溶液充分反应放出y kJ热量,则CO2与NaOH溶液反应生成NaHCO3的热化学方程式为(　　)
A.CO2(g)+NaOH(aq)NaHCO3(aq)
ΔH=-(2y-x) kJ·mol-1
B.CO2(g)+NaOH(aq)NaHCO3(aq)
ΔH=-(2x-y) kJ·mol-1
C.CO2(g)+NaOH(aq)NaHCO3(aq)
ΔH=-(4x-y) kJ·mol-1
D.2CO2(g)+2NaOH(l)2NaHCO3(l)
ΔH=-(8x-2y) kJ·mol-1
解析:0.5 mol CO2与0.75 mol NaOH反应,CO2过量,故反应生成0.25 mol Na2CO3和0.25 mol NaHCO3,放出x kJ的热量,若生成1 mol Na2CO3和1 mol NaHCO3应放出4x kJ的热量。1 mol CO2与2 mol NaOH反应恰好生成1 mol Na2CO3,放出y kJ的热量,由盖斯定律可得:CO2与NaOH生成1 mol NaHCO3时放出热量为(4x-y) kJ,D项中标错了物质的状态。
答案:C
8.(1)已知1.2 g C不完全燃烧生成CO时放出110.5 kJ的热量,要计算该反应的反应热,首先要写出反应的　　　　　　　　,然后按其中的化学计量数用所给的数据计算出相应的热量,写出反应热的数值、　　　和　　　。?
(2)已知C(s)+O2(g)CO2(g)
ΔH=-393.15 kJ·mol-1
求100 g C完全燃烧放出多少热量,可先计算出100 g C的　　　　　　　　是多少,然后乘碳的燃烧热来求算;也可以直接按热化学方程式来列　　　　　　计算。?
(3)已知2H2(g)+O2(g)2H2O(l)
ΔH=-571.6 kJ·mol-1
求氢气的燃烧热时,要算出　　　 H2完全燃烧放出的热量,这就是氢气的燃烧热。?
(4)已知物质的键能数据,求反应热,要先写出　　　　　　　　,然后按公式　　　　　　　　　　　　　求算。?
(5)由已知相关几个反应的热化学方程式,求某个反应的反应热,要应用　　　定律来求。首先确定　　　　　　　　,明确反应热的加减方向,然后对各个热化学方程式进行适当的调整和组合,就能求算出所求反应的反应热。?
答案:(1)化学方程式　单位　符号　(2)物质的量　比例式　(3)1 mol　(4)反应的化学方程式　反应热=各反应物的键能总和-各生成物的键能总和　(5)盖斯　始态物质和终态物质
9.(1)在101 kPa时,1 mol CH4完全燃烧生成CO2和液态水,放出890 kJ的热量。
①CH4的燃烧热为　　　　　　,表示燃烧热的热化学方程式为　?　;?
②1 000 L CH4(标准状况)燃烧后所产生的热量为　。?
(2)用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。例如:CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-574 kJ·mol-1,CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=-1 160 kJ·mol-1。
写出CH4将NO2还原为N2的热化学方程式:?　。?
解析:(1)①根据题意,CH4的燃烧热为890 kJ·mol-1。②1 000 L CH4(标准状况)的物质的量为n(CH4)==44.6 mol。1 mol CH4完全燃烧放出890 kJ的热量,44.6 mol CH4完全燃烧放出的热量为44.6 mol×890 kJ·mol-1=3.97×104 kJ。
(2)将两个已知的热化学方程式相加再除以2即得热化学方程式:CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-867 kJ·mol-1。
答案:(1)①890 kJ·mol-1
CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=-890 kJ·mol-1　②3.97×104 kJ
(2)CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-867 kJ·mol-1
课时训练5　化学反应速率
一、化学反应速率的概念
1.下列说法正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
A.化学反应速率通常用单位时间内反应物或生成物的质量变化来表示
B.用不同物质的浓度变化表示同一时间内、同一反应的速率时,其数值之比等于反应方程式中对应物质的化学计量数之比
C.化学反应速率的单位由浓度单位决定
D.在反应过程中,反应物的浓度逐渐变小,所以用反应物表示的化学反应速率为负值
答案:B
二、化学反应速率的计算
2.反应4A(s)+3B(g)2C(g)+D(g),经2 min后,B的浓度减少了0.6 mol·L-1。下列叙述正确的是(　　)
A.用A表示的反应速率是0.4 mol·L-1·min-1
B.分别用B、C、D表示反应的速率,其比值是3∶2∶1
C.在2 min末时的反应速率,用反应物B来表示是0.3 mol·L-1·min-1
D.在这2 min内B和C两物质的浓度都减小
解析:A为固体,一般不用固体表示化学反应速率,因为固体的浓度一般视为常数,A项错误;在同一反应中,不同物质表示的化学反应速率之比等于它们的化学计量数之比,B项正确;v(B)=0.3 mol·L-1·min-1为2 min内的平均反应速率,并非2 min末的反应速率,C项错误;B为反应物,C为生成物,在这2 min内两者的浓度不可能同时减小,D项错误。
答案:B
3.在化学反应A(g)+3B(g)2C(g)+D(g)中,各物质的平均反应速率间的关系式中正确的是(　　)
A.v(A)=v(B) B.v(A)=2v(C)
C.3v(B)=v(C) D.v(B)=3v(D)
解析:根据不同物质表示的反应速率之比等于化学计量数之比,得,所以v(B)=3v(D),D项正确。
答案:D
4.将5.6 g铁粉投入100 mL 2 mol·L-1硫酸中,2 min 时铁恰好完全溶解。下列有关这个反应的速率表示正确的是(忽略溶液体积的变化)(　　)
A.用铁表示的反应速率=0.5 mol·L-1·min-1
B.用硫酸表示的反应速率=0.5 mol·L-1·min-1
C.用硫酸亚铁表示的反应速率=0.25 mol·L-1·min-1
D.用氢气表示的反应速率=0.5 mol·L-1·min-1
解析:反应为Fe+H2SO4FeSO4+H2↑,溶液中浓度发生变化的只有反应物硫酸和生成物硫酸亚铁。5.6 g Fe的物质的量为0.1 mol,故反应消耗H2SO4的物质的量=生成FeSO4的物质的量=0.1 mol,v(H2SO4)=v(FeSO4)==0.5 mol·L-1·min-1。
答案:B
三、化学反应速率的大小比较
5.在2A+B3C+4D反应中,表示该反应速率最快的数据是(　　)
A.v(A)=0.5 mol·(L·s)-1
B.v(B)=0.3 mol·(L·s)-1
C.v(C)=0.8 mol·(L·s)-1
D.v(D)=1.0 mol·(L·s)-1
解析:可将四组数据全部转换成用某一物质来表示的速率,发现B项数值最大,反应最快。
答案:B
四、化学反应速率的测定
6.某温度下按如图安装好实验装置,在锥形瓶内盛6.5 g锌粒(颗粒大小基本相同),通过分液漏斗加入40 mL 2.5 mol·L-1的硫酸,将产生的H2收集在一个注射器中,用时10 s时恰好收集到气体的体积为50 mL(若折合成0 ℃、101 kPa条件下的H2体积为44.8 mL),在该温度下,下列说法不正确的是(　　)
A.若用单位时间内锌粒的质量变化来表示该反应的速率,则用锌粒来表示10 s内该反应的速率为0.013 g·s-1
B.忽略锥形瓶内溶液体积的变化,用H+来表示10 s内该反应的速率为0.01 mol·(L·s)-1
C.忽略锥形瓶内溶液体积的变化,用Zn2+来表示10 s内该反应的速率为0.01 mol·(L·s)-1
D.用H2来表示10 s内该反应的速率为
0.000 2 mol·s-1
解析:10 s时产生的H2为0.002 mol。
Zn　　+　H2SO4ZnSO4　+　H2↑
1 1 1 1
0.002 mol 0.002 mol 0.002 mol 0.002 mol
反应掉的m(Zn)=0.002 mol×65 g·mol-1=0.130 g
v(Zn)==0.013 g·s-1,
v(H+)==0.01 mol·(L·s)-1,
v(Zn2+)==0.005 mol·(L·s)-1
v(H2)==0.000 2 mol·s-1。
答案:C
7.化学反应速率可通过实验测定。要测定不同反应时刻反应物或生成物的浓度,可通过观察和测量体系中的某一物质的相关性质,再进行适当的转换和计算。如比较锌粒与不同浓度硫酸反应时的速率,可通过测定收集等体积H2需要的　　　　　来实现;在KMnO4与H2C2O4反应中,可通过观察单位时间内　　　　　　　变化来测定该反应的速率;在Na2S2O3+H2SO4Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O反应中,该反应的速率可通过　　　　　　　　　　　来测定。?
解析:有气体生成的反应可以通过测收集一定体积的气体需要的时间来测反应速率。有颜色变化或沉淀出现的反应可以利用它们出现此现象所需要的时间来确定反应速率。
答案:时间　溶液颜色　出现浑浊所需要的时间
(建议用时:30分钟)
1.在一个密闭容器中,盛有N2和H2,它们的起始浓度分别是1.8 mol·L-1和5.4 mol·L-1,在一定条件下它们反应生成NH3,10 min后测得N2的浓度是0.8 mol·L-1,则在这10 min内NH3的平均反应速率是(　　)
A.0.1 mol·(L·min)-1
B.0.2 mol·(L·min)-1
C.0.3 mol·(L·min)-1
D.0.02 mol·(L·min)-1
解析:v(N2)=(1.8 mol·L-1-0.8 mol·L-1)÷10 min=0.1 mol·(L·min)-1,v(NH3)=2v(N2)=0.2 mol·(L·min)-1。
答案:B
2.对于反应3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,在测量化学反应速率时,以下相关性质不可以利用的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
A.气体的体积和体系的压强
B.溶液颜色的深浅
C.固体物质的体积
D.H+浓度的变化
解析:与化学反应中任何一种化学物质的浓度(或质量)相关的性质在测量反应速率时都可以加以利用,包括能够直接观察的某些性质(如释放出气体的体积和体系压强),也包括必须依靠科学仪器才能测量的性质(如颜色的深浅),故A、B、D三项可以利用。
答案:C
3.在一定条件下,将A2和B2两种气体通入1 L密闭容器中,发生反应:xA2(g)+yB2(g)2C(g)。2 s内的反应速率:v(A2)=0.5 mol·(L·s)-1,v(B2)=1.5 mol·(L·s)-1,v(C)=1 mol·(L·s)-1。则x和y的值分别为(　　)
A.2和3 B.3和2 C.3和1 D.1和3
解析:同一反应中不同物质表示的反应速率之比等于其化学计量数之比,由于v(A2)∶v(B2)∶v(C)=1∶3∶2,因此x∶y∶2=1∶3∶2,则x=1,y=3。
答案:D
4.在2 L的密闭容器中,发生以下反应:2A(g)+B(g)2C(g)+D(g)。若最初加入的A和B都是4 mol,在前10 s A的平均反应速率为0.12 mol·(L·s)-1,则10 s时,容器中B的物质的量是 (　　)
A.2.8 mol B.1.6 mol C.2.4 mol D.1.2 mol
解析:在前10 s B的平均反应速率为=0.06 mol·(L·s)-1,则转化的B的物质的量为0.06 mol·(L·s)-1×2 L×10 s=1.2 mol,则10 s时,容器中B的物质的量是4 mol-1.2 mol=2.8 mol。
答案:A
5.在可逆反应2A(g)+3B(g)xC(g)+D(g)中,已知:反应开始加入的物质只有A、B,起始浓度A为5 mol·L-1,B为3 mol·L-1,前2 min C的平均反应速率为0.5 mol·(L·min)-1。2 min后,测得D的浓度为0.5 mol·L-1。则关于此反应的下列说法中正确的是(　　)
A.2 min末时A和B的浓度之比为5∶3
B.x=1
C.2 min末时B的浓度为1.5 mol·L-1
D.2 min末时A的消耗浓度为0.5 mol·L-1
解析:依题意2 min末c(C)=0.5 mol·(L·min)-1×2 min=1 mol·L-1,而c(D)=0.5 mol·L-1,所以x=2。
　　 　 　2A(g)+3B(g)2C(g)+D(g)
c(起始)(mol·L-1) 5 3 0 0
c(变化)(mol·L-1) 1 1.5 1 0.5
c(2 min末)(mol·L-1) 4 1.5 1 0.5
可知C正确。
答案:C
6.(2017江苏化学,10)H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70 ℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
甲
乙
丙
丁
A.图甲表明,其他条件相同时,H2O2浓度越小,其分解速率越快
B.图乙表明,其他条件相同时,溶液pH越小,H2O2分解速率越快
C.图丙表明,少量Mn2+存在时,溶液碱性越强,H2O2分解速率越快
D.图丙和图丁表明,碱性溶液中,Mn2+对H2O2分解速率的影响大
解析:A项,从图甲看,其他条件相同时,起始时H2O2的浓度越小,对应曲线的斜率越小,则反应速率越慢,错误;B项,从图乙看,其他条件相同时,溶液中OH-的浓度越大,pH越大,对应曲线的斜率越大,则H2O2分解得越快,错误;C项,从图丙看,相同时间内,0.1 mol·L-1 NaOH条件下,H2O2分解速率最快,0 mol·L-1 NaOH的条件下,H2O2分解速率最慢,而1.0 mol·L-1 NaOH的条件下,H2O2分解速率处于二者之间,错误。
答案:D
7.某温度时,在2 L容器中,某一反应中A、B的物质的量随时间变化的曲线如图所示,由图中数据分析得:
(1)在4 min末时,A、B的物质的量浓度c(A)　　　c(B);0~4 min内A、B的物质的量浓度变化量Δc(A)　　　Δc(B)。(以上填“>”“<”或“=”)?
(2)从反应开始至4 min时,A的平均反应速率为　　　　　　　　。?
(3)该反应的化学方程式为　。?
解析:(1)由图可以看出,在4 min末n(A)=n(B)=0.4 mol,又因体积相等,所以c(A)=c(B);0~4 min内Δc(A)==0.2 mol·L-1,Δc(B)==0.1 mol·L-1。
(2)v(A)==
0.05 mol·(L·min)-1。
(3)参加反应的各物质的物质的量之比为n(A)∶n(B)=0.4 mol∶0.2 mol=2∶1。
答案:(1)=　>　(2)0.05 mol·(L·min)-1
(3)2AB
8.在2 L密闭容器中进行反应:mX(g)+nY(g)pZ(g)+qQ(g),式中m、n、p、q为化学计量数。在0~3 min内,各物质物质的量的变化如下表所示:
　　物质
时间　　
X
Y
Z
Q
起始/mol
0.7
1
2 min末/mol
0.8
2.7
0.8
2.7
3 min末/mol
0.8
已知2 min内v(Q)=0.075 mol·(L·min)-1,,
(1)试确定以下物质的相关量:
起始时n(Y)=　　　　,n(Q)=　　　　。?
(2)方程式中m=　　　　　,n=　　　　　,p=　　　　,q=　　　　。?
(3)用Z表示2 min内的反应速率为　　　　。?
解析:本题考查化学反应速率的简单计算。解题时明确化学反应速率与化学计量数的关系以及化学计算的方法。对比X的起始量和2 min末的量,可知反应逆向进行。
Δn(Q)=v(Q)·V·Δt=0.075 mol·(L·min)-1×2 L×2 min=0.3 mol
对反应过程利用“三段式”法分析如下:
　　　mX(g)+ nY(g)pZ(g)+qQ(g)
始/mol 0.7 n(Y) 1 n(Q)
变/mol Δn(X) Δn(Y) Δn(Z) 0.3
2 min末/mol 0.8 2.7 0.8 2.7
故Δn(X)=0.8 mol-0.7 mol=0.1 mol
Δn(Z)=1 mol-0.8 mol=0.2 mol
n(Q)=0.3 mol+2.7 mol=3 mol
(1)因
故,v(Y)=0.075 mol·(L·min)-1×=0.1 mol·(L·min)-1
Δn(Y)=0.1 mol·(L·min)-1×2 min×2 L=0.4 mol
n(Y)=2.7 mol-0.4 mol=2.3 mol
(2)m∶n∶p∶q=Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)∶Δn(Q)=0.1 mol∶0.4 mol∶0.2 mol∶0.3 mol=1∶4∶2∶3
(3),v(Q)=0.075 mol·(L·min)-1,故v(Z)=0.05 mol·(L·min)-1。
答案:(1)2.3 mol　3 mol　(2)1　4　2　3
(3)0.05 mol·(L·min)-1
课时训练6　影响化学反应速率的因素
一、有效碰撞理论
1.仅改变下列一个条件,通过提高活化分子的百分数来提高反应速率的是(　　)
　　　　　 　　　　　 　　　　
A.升高温度 B.增大压强
C.降低温度 D.增大反应物浓度
解析:升高温度能提高活化分子的百分数,但增大反应物浓度、增大体系压强只能增大单位体积内活化分子的数目,活化分子百分数不变。
答案:A
2.下列说法正确的是(　　)
①活化分子间的碰撞一定能发生化学反应
②普通分子有时也能发生有效碰撞
③升高温度会增大反应速率,原因是增加了单位时间内活化分子的有效碰撞次数
④增大反应物浓度会增大反应速率的原因是单位时间内有效碰撞的次数增多
⑤化学反应的实质是活化分子有合适取向时的有效碰撞
A.①②⑤ B.③④⑤
C.①②③ D.②③④
解析:①活化分子间的碰撞不一定为有效碰撞,活化分子间的碰撞不一定能发生化学反应,还与其分子取向有关,故错误;②普通分子不具有反应所需的能量,则普通分子不能发生有效碰撞,故错误;③升高温度,提供了分子需要的能量,活化分子百分数增大,则增加了单位时间内活化分子的有效碰撞次数,反应速率增大,故正确;④增大反应物浓度,活化分子数目增多,单位时间内有效碰撞的次数增多,反应速率增大,故正确;⑤活化分子有合适取向时发生有效碰撞,即发生了化学反应,故正确。
答案:B
二、影响化学反应速率的因素
3.同质量的锌与盐酸反应,欲使反应速率增大,选用的反应条件正确的组合是(　　)
①锌粒　②锌片　③锌粉　④5%的盐酸
⑤10%的盐酸　⑥15%的盐酸　⑦用冷水冷却
⑧不断振荡　⑨迅速混合后静置
A.②⑥⑨ B.①④⑦⑨
C.③⑤⑧ D.③⑥⑧
解析:对于锌的选择,表面积越大,反应越快;对于盐酸的选择,浓度越大反应越快;不断地振荡也可以增加反应物之间的接触面积,从而使反应速率增大。
答案:D
4.用3 g块状大理石与30 mL 3 mol·L-1盐酸反应制取CO2气体,若要增大反应速率,可采取的措施是(　　)
①再加入30 mL 3 mol·L-1盐酸　②改用30 mL 6 mol·L-1盐酸　③改用3 g粉末状大理石
A.①② B.②③ C.①③ D.①②③
解析:对反应CaCO3(s)+2HCl(aq)CaCl2(aq)+CO2(g)+H2O(l)而言,将块状大理石改为粉末状大理石、增大盐酸浓度等均可增大反应速率。
答案:B
5.下列关于催化剂的说法,正确的是(　　)
A.催化剂能使不起反应的物质发生反应
B.催化剂在化学反应前后性质和质量都不变
C.催化剂能改变化学反应速率
D.任何化学反应都需要催化剂
解析:催化剂只能改变化学反应速率,但不能使不起反应的物质发生反应。许多化学反应都需要使用催化剂,但不是所有化学反应都需要催化剂。催化剂在化学反应前后化学性质和质量不变。故答案选C。
答案:C
6.在一密闭容器中充入1 mol H2和1 mol I2,压强为p(Pa),并在一定温度下使其发生反应:H2(g)+I2(g)2HI(g)
(1)保持容器容积不变,向其中充入1 mol H2,反应速率　　　　　。?
(2)升高温度,反应速率　　　　　。?
(3)扩大容器体积,反应速率　　　　　。?
(4)保持容器内气体压强不变,向其中充入1 mol H2(g)和1 mol I2(g),反应速率　　　　　。?
解析:(1)在容器容积不变时,充入1 mol H2,即c(H2)增大,化学反应速率增大。
(2)升高温度,反应速率增大。
(3)扩大容器的体积,各组成成分浓度减小,反应速率减小。
(4)压强不变,充入H2(g)、I2(g)各1 mol,体积增大,压强未变,反应物的浓度也不变,则反应速率不变。
答案:(1)增大　(2)增大　(3)减小　(4)不变
三、化学反应速率的图像
7.将m g块状碳酸钙与足量盐酸反应,固体反应物损失的质量随时间的变化曲线如下图中的实线所示,在相同条件下,将n g(m>n)粉末状碳酸钙与同浓度的盐酸反应,则相应的曲线(图中虚线所示)正确的是(　　)
解析:粉末状碳酸钙比块状碳酸钙与同浓度的盐酸反应快,即单位时间内损失的CaCO3的质量大,由此可排除A、B两项。由于m>n,且粉末状CaCO3的消耗速率大于块状CaCO3,故当粉末状CaCO3完全消耗时,块状CaCO3仍有剩余,故只有C项中的图像符合题意。
答案:C
四、控制变量方法的应用
8.在酸性溶液中,碘酸钾(KIO3)和亚硫酸钠可发生如下反应:
2I+5S+2H+I2+5S+H2O
生成的I2可以用淀粉溶液检验,根据反应溶液出现蓝色所需的时间来衡量该反应的速率。某同学设计实验如下表所示:
0.01 mol·L-1
KIO3酸性溶液(含淀粉)的体积/mL
0.01 mol·L-1
Na2SO3溶液的体积/mL
H2O的体积/mL
实验温度/℃
溶液出现蓝色时所需时间/s
实验1
5
V1
35
25
实验2
5
5
40
25
实验3
5
5
V2
0
该实验的目的是　;?
表中V2=　　　。?
解析:由实验中改变的反应条件有温度、水的体积(引起反应物浓度的变化)知,本实验探究的是反应速率与温度、浓度之间的关系,由实验2、实验3中的反应条件知,二者温度不同,故其他条件应该相同,V2应该是40。
答案:探究该反应的反应速率与温度、浓度的关系(或其他合理答案)　40
(建议用时:30分钟)
1.下列说法正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
A.增大反应物浓度,可增大单位体积内活化分子的百分数,从而使有效碰撞次数增多
B.有气体参加的化学反应,若增大压强(即缩小反应容器的体积),可增大活化分子的百分数,从而使反应速率增大
C.升高温度能使化学反应速率增大的主要原因是减小了反应物分子中活化分子的百分数
D.催化剂能增大单位体积内活化分子的百分数,从而成千上万倍地增大反应速率
解析:浓度和压强的变化是改变单位体积内分子的总数,活化分子的百分数不变,而单位体积内活化分子的数目与单位体积内分子总数成正比,也发生变化;温度、催化剂是改变活化分子的百分数,单位体积内分子总数不变。
答案:D
2.设反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的反应速率为v1;反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的反应速率为v2。对于上述反应,当压强减小时,v1和v2的变化情况为(　　)
A.同时增大 B.同时减小
C.v1增大,v2减小 D.v1减小,v2增大
解析:对于有气体参与的化学反应,增大压强,反应速率增大;减小压强,反应速率减小。
答案:B
3.在一密闭容器中充入一定量的N2和O2,在电火花作用下发生反应N2+O22NO,前3 s用N2表示的反应速率为0.1 mol·(L·s)-1,则6 s末NO的浓度为(　　)
A.1.2 mol·L-1 B.大于1.2 mol·L-1
C.小于1.2 mol·L-1 D.不能确定
解析:前3 s用N2表示的反应速率为0.1 mol·(L·s)-1,则用NO表示的反应速率为0.2 mol·(L·s)-1,如果3~6 s的反应速率仍为0.2 mol·(L·s)-1,则NO的浓度为1.2 mol·L-1,由于随着反应的进行,反应物的浓度减小,反应速率减小,故6 s末NO的浓度小于1.2 mol·L-1,选C。
答案:C
4.下列实验中,反应速率加快是由催化剂引起的是 (　　)
A.在炭粉中加入氯酸钾,点燃时燃烧更为剧烈
B.过氧化氢中加入少量二氧化锰,即可迅速放出气体
C.将炭块粉碎成粉末状,可使燃烧更加充分
D.电解水时,加少量硫酸可使电解速率加快
解析:MnO2对H2O2分解生成H2O和O2的反应具有催化作用。
答案:B
5.向四个体积相同的密闭容器中分别充入一定量的SO2和O2,开始反应时,按正反应速率由大到小顺序排列正确的是(　　)
甲:在500 ℃时,SO2和O2各10 mol反应
乙:在500 ℃时,用V2O5作催化剂,10 mol SO2和5 mol O2反应
丙:在450 ℃时,8 mol SO2和5 mol O2反应
丁:在500 ℃时,8 mol SO2和5 mol O2反应
A.甲、乙、丙、丁 B.乙、甲、丙、丁
C.乙、甲、丁、丙 D.丁、丙、乙、甲
解析:本题综合考查化学反应速率的影响因素,催化剂、温度对化学反应速率影响程度较大,其中催化剂为最大,浓度、压强对化学反应速率的影响程度相对较小,同温时乙中速率最大,同时无催化剂时,甲中反应物浓度大于丁中反应物浓度,故速率甲>丁,丙温度低,故速率为丁>丙,故C项正确。
答案:C
6.设C+CO22CO(正反应为吸热反应),反应速率为v1;N2+3H22NH3(正反应为放热反应),反应速率为v2。当温度升高时,v1和v2的变化情况为(　　)
A.同时增大 B.同时减小
C.v1增大,v2减小 D.v1减小,v2增大
解析:温度升高,无论正反应是放热反应还是吸热反应,反应速率均增大。
答案:A
7.100 mL 6 mol·L-1的H2SO4溶液与过量锌粉反应,一定温度下,为了减缓反应进行的速率,但又不影响生成氢气的总量,可向反应物中加入适量的 (　　)
A.Na2SO4固体 B.NaOH溶液
C.K2SO4溶液 D.CuSO4固体
解析:一定量的H2SO4溶液与过量的Zn粉反应,减慢反应速率的措施一般有:①降低温度,②降低H2SO4溶液浓度。加入Na2SO4(s)时对反应物浓度几乎无影响,反应速率几乎不变,所以A项不符合题意。B项显然不符合题意。加入K2SO4溶液,相当于稀释反应物溶液,反应速率减小,且生成H2的总量不变,所以C项符合题意。加入CuSO4固体,Zn会置换出Cu,构成Zn-Cu原电池,加快反应速率,所以D项不符合题意。
答案:C
8.已知Na2S2O3+H2SO4Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O,下列各组实验中,反应速率最快的是(　　)
组号
反应温
度/℃
Na2S2O3溶液
H2SO4溶液
H2O
体积/mL
A
10
5
0.2
5
0.1
10
B
10
5
0.1
5
0.1
10
C
30
5
0.1
5
0.1
10
D
30
5
0.2
5
0.2
10
解析:本题主要比较温度和浓度对化学反应速率的影响。溶液混合后总体积都相同,从温度方面判断C、D两组的反应速率大于A、B两组的反应速率;从浓度方面判断,A、D两组的反应速率大于B、C两组的反应速率,所以反应速率最快的为D组。
答案:D
9.控制变量法是研究化学变化规律的重要思想方法。请仔细观察下表中50 mL稀盐酸和1 g碳酸钙反应的实验数据:
实验
序号
碳酸钙
状态
溶液温度/℃
碳酸钙消失
所需时间/s
反应前
反应后
1
粒状
0.5
20
39
400
2
粉末
0.5
20
40
60
3
粒状
0.6
20
41
280
4
粒状
0.8
20
40
200
5
粉末
0.8
20
40
30
6
粒状
1.0
20
40
120
7
粒状
1.0
30
50
40
8
粒状
1.2
20
40
90
9
粒状
1.2
25
45
40
分析并回答下列问题:
(1)本反应属于　　　(填“吸热”或“放热”)反应,反应的离子方程式为　?　。?
(2)实验6和7表明,　　　对反应速率有影响,　　　　　　　　反应速率越大,能表明同一规律的实验还有　　　(填实验序号)。?
(3)根据实验1、3、4、6、8可以得出条件对反应速率的影响规律是　。?
(4)本实验中影响反应速率的其他因素还有　　　　　　　　,能表明这一规律的实验序号是1、2与　　　　　　。?
解析:(1)反应后溶液的温度升高,可知该反应属于放热反应。
(2)实验7的温度比实验6的高,碳酸钙消失所需的时间短,表明温度越高反应速率越大;能表明同一规律的实验还有8和9。
(3)根据实验1、3、4、6、8中盐酸的浓度不同,且浓度越大碳酸钙消失所需的时间越短,即反应速率越大。
(4)由实验1和2、4和5中只有碳酸钙的状态不同,且粉末状的碳酸钙消失所需的时间短,即固体的表面积越大反应速率越大。
答案:(1)放热　CaCO3+2H+Ca2++CO2↑+H2O
(2)温度　温度越高　8和9
(3)反应物浓度越大,反应速率越大
(4)接触面积　4和5
课时训练7　化学平衡状态的建立及标志
一、可逆反应
1.下列各组两个反应互为可逆反应的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
①2H2+O22H2O与2H2O2H2↑+O2↑
②H2SO4(浓)+2HBr2H2O+Br2+SO2↑与Br2+SO2+2H2O2HBr+H2SO4
③2NO2N2O4与N2O42NO2
④2SO2+O22SO3与2SO32SO2+O2
A.①② B.②③ C.③④ D.②④
解析:可逆反应必须是在同一条件下,同时向正、逆反应方向进行的反应,①中的反应条件不同,②中H2SO4的浓度不同,性质不同。
答案:C
2.在密闭容器中进行反应:X2(g)+Y2(g)2Z(g)。已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.2 mol·L-1,在一定条件下,当反应达到平衡时,各物质的浓度有可能是(　　)
　　　　　 　　　　　 　　　　
A.Z为0.3 mol·L-1 B.Y2为0.4 mol·L-1
C.X2为0.2 mol·L-1 D.Z为0.4 mol·L-1
解析:可逆反应的重要特征是物质的转化率不可能达到100%。要达到B和C项中物质的浓度,物质Z要全部消耗。而要达到D项中物质的浓度,物质X2要全部消耗。
答案:A
3.向含有2 mol的SO2的容器中通入过量氧气发生2SO2+O22SO3,充分反应后生成SO3的物质的量　　　　(填“<”“>”或“=”,下同)2 mol,SO2的物质的量　　　0,转化率　　　　100%。?
解析:通入的氧气量再多,2 mol的SO2也不可能完全消耗,其转化率不可能达到100%,故生成的SO3的物质的量也达不到2 mol。
答案:<　>　<
二、化学平衡的特征
4.现向一密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2,在一定条件下使该反应N2+3H22NH3发生,下列有关说法中正确的是(　　)
A.达到化学平衡时,N2将完全转化为NH3
B.达到化学平衡时,N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等
C.达到化学平衡时,N2、H2和NH3的物质的量浓度不再变化
D.达到化学平衡时,正反应和逆反应的速率都为0
解析:由于合成氨反应为可逆反应,所以达到化学平衡时,N2不可能完全转化为NH3,因此A项错误;达到化学平衡时,N2、H2和NH3的物质的量浓度不再发生变化,但不一定相等,因此B项不正确,C项正确;达到平衡时正反应速率和逆反应速率相等,但不为0,反应并未停止,因此D项错误。
答案:C
5.对于可逆反应H2(g)+I2(g)2HI(g),在温度一定下由H2(g)和I2(g)开始反应,下列说法正确的是(　　)
A.H2(g)的消耗速率与HI(g)的生成速率之比为2∶1
B.反应进行的净速率是正、逆反应速率之和
C.正、逆反应速率的比值是恒定的
D.达到平衡时,正、逆反应速率相等
解析:A项,用各物质表示的化学反应速率之比等于其化学计量数之比,则有2v(H2,消耗)=v(HI,生成);正、逆反应速率都取正值,反应进行的净速率是正、逆反应速率之差,B项错误;C项,随着反应的进行,v(正)不断减小,v(逆)不断增大,二者的比值也不断变化;D项,达到平衡,正、逆反应速率相等是判断平衡的核心依据。
答案:D
6.在200 ℃时,将a mol H2(g)和b mol I2(g)充入到体积为V L的密闭容器中,发生反应:I2(g)+H2(g)2HI(g)。
(1)反应刚开始时,由于c(H2)=　,?
c(I2)=　　　　　,而c(HI)=　　　　　,所以化学反应速率　　　　最大,而　　　　最小(为0)。?
(2)随着反应的进行,反应混合物中各组分浓度的变化趋势为c(H2)　　　,c(I2)　　　,而c(HI)　　　　,从而化学反应速率v(正)　　　　,而v(逆)　　　　。?
(3)当反应进行到v(正)与v(逆)　　　　时,此可逆反应就达到了最大限度,若保持外界条件不变时,混合物中各组分的物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积分数、反应物的转化率和生成物的产率及体系的总压强(或各组分的分压)都将　　　　。?
答案:(1) mol·L-1　 mol·L-1　0　v(正)　v(逆)
(2)减小　减小　增大　减小　增大
(3)相等　保持不变
三、化学平衡状态的判断
7.在2NO2N2O4的可逆反应中,下列状态说明反应达到化学平衡的是(　　)
A.不变的状态
B.N2O4处于不再分解的状态
C.NO2的分子数与N2O4的分子数之比为2∶1的状态
D.v(NO2)∶v(N2O4)=2∶1的状态
解析:化学平衡的标志主要有两个:正、逆反应速率相等和各组分的浓度不变。A项表述的各组分的浓度不变,A项符合题意;平衡时反应没有停止,B项不符合题意;平衡时物质的分子数与化学计量数之间没有必然联系,C项不符合题意;D项适用于化学反应的任意阶段,不能作为平衡的判断标志,D项不符合题意。
答案:A
8.在恒温下的密闭容器中,有可逆反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)　ΔH<0,不能说明反应已达到平衡状态的是(　　)
A.正反应生成NO2的速率和逆反应生成O2的速率相等
B.反应器中压强不随时间变化而变化
C.混合气体颜色深浅保持不变
D.混合气体平均相对分子质量保持不变
解析:A项中正反应生成NO2的速率和逆反应生成O2的速率相等时,不符合化学式前的化学计量数之比,所以不能说明已达到平衡状态。
答案:A
9.在体积固定的密闭容器中,对于N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0的反应,达到平衡的标志是　　　　　　　　。?
A.生成NH3的速率与NH3的分解速率相等
B.断开一个键的同时有6个N—H键生成
C.N2、H2、NH3百分含量不再变化
D.总压强不变
E.N2、H2、NH3分子数之比为1∶3∶2的状态
F.N2、H2、NH3的浓度相等
G.N2、H2不再起反应
H.v(N2)=v(H2)
I.混合气体密度不变
J.混合气体平均相对分子质量不变
K.反应放出的热量等于反应吸收的热量
解析:审题关键:v(正)是否等于v(逆)。
判断一个可逆反应是否达到平衡状态,要从两个方面来考虑,①v(正)=v(逆)≠0,②混合物各成分浓度不变,只要符合其一,则达平衡状态。B选项只知正反应速率,不知逆反应速率,无法判断是否平衡;E、F也无法判断是否平衡,因N2、H2、NH3分子数之比为1∶3∶2及浓度相等,不能说明各成分浓度不变;G选项违背了化学平衡的特征;H选项正反应速率、逆反应速率都满足这种关系,不能说明v(正)=v(逆);气体总质量不变,体积不变时密度始终不变,混合气体密度不变不能说明是否达到了平衡状态。A、K选项体现了v(正)=v(逆)≠0,C、D、J体现了混合物中各成分浓度不变。
答案:A、C、D、J、K
(建议用时:30分钟)
1.下列反应一般认为是不可逆反应的是(　　)
　 　　　　　 　　　　　 　　
A.SO2溶于水 B.H2与I2反应生成HI
C.Cl2溶于水 D.Na与H2O的反应
答案:B
2.一定条件下,对于可逆反应X(g)+3Y(g)2Z(g),若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为0),达到平衡时,X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.08 mol·L-1,则下列判断正确的是(　　)
　　　　　 　　　　　 　　　　
A.c1∶c2=3∶1
B.平衡时,Y和Z的生成速率之比为2∶3
C.X、Y的转化率不相等
D.c1的取值范围为0解析:平衡浓度之比为1∶3,转化浓度亦为1∶3,故c1∶c2=1∶3,A、C两项不正确;平衡时Y生成表示逆反应,Z生成表示正反应且vY(生成)∶vZ(生成)应为3∶2,B项不正确;由可逆反应的特点可知0答案:D
3.298 K时,合成氨反应的热化学方程式为:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1,在该温度下,取1 mol N2和3 mol H2放在密闭容器内反应。下列说法正确的是(　　)
A.在有催化剂存在的条件下,反应放出的热量为92.4 kJ
B.有无催化剂该反应放出的热量都为92.4 kJ
C.反应放出的热量始终小于92.4 kJ
D.若再充入1 mol H2,到达平衡时放出的热量应为92.4 kJ
解析:该反应为可逆反应,正向不可能进行到底,所以1 mol N2和3 mol H2反应放出的热量始终小于92.4 kJ,C项正确。
答案:C
4.下列说法可以证明反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已达到平衡状态的是(　　)
A.1个N≡N键断裂的同时,有3个H—H键形成
B.1个N≡N键断裂的同时,有3个H—H键断裂
C.N2、H2、NH3的分子数之比为1∶3∶2
D.1个N≡N键断裂的同时,有6个H—N键形成
解析:A项中表示的反应方向相反,且v(正)=v(逆)≠0,符合题意;B、D两项中表示的反应方向相同,故B、D两项不符合题意;C项中N2、H2、NH3的分子数之比为1∶3∶2时未必达到平衡。
答案:A
5.在密闭容器中进行如下反应:X2(g)+3Y2(g)2Z(g),X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.2 mol·L-1、0.6 mol·L-1、0.4 mol·L-1,当平衡时,下列数据肯定不正确的是(　　)
A.X2为0.3 mol·L-1,Y2为0.9 mol·L-1
B.Y2为1.0 mol·L-1
C.X2为0.3 mol·L-1,Z为0.2 mol·L-1
D.Z为1.0 mol·L-1
解析:化学平衡研究的是可逆反应,故解这类题目时要善于利用极值法;另外,此题的易错点是在将选项中所有物质浓度列出来时,易忽略原子是否守恒。此题的解法为:
　　　　X2(g)+3Y2(g)2Z(g)
: 0.2 0.6 0.4
: 0 0 0.8(设反应正向进行彻底)
: 0.4 1.2 0(设反应逆向进行彻底)
据可逆反应的含义知:0答案:D
6.在一定温度下的定容密闭容器中,当下列物理量不再变化时,表明反应A(s)+2B(g)C(g)+D(g)已达平衡的是(　　)
　　　　　 　　　　　 　　　　
A.混合气体的压强 B.混合气体的密度
C.A的物质的量浓度 D.气体的总物质的量
解析:在一定条件下,当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时(但不为0),反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态,称为化学平衡状态。由于该反应是气体物质的量不变的反应,所以,混合气体的压强、混合气体的总的物质的量不变,A、D两项不符合题意。密度是混合气的质量和容器容积的比值,在没达到平衡前,容积始终是不变的,但气体的质量是变化的,所以B项可以说明已达平衡,符合题意,因此答案选B。
答案:B
7.在恒温下的密闭容器中,有可逆反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)　ΔH<0,不能说明反应已达到平衡状态的是(　　)
A.正反应生成NO2的速率和逆反应生成O2的速率相等
B.反应器中压强不随时间变化而变化
C.混合气体颜色深浅保持不变
D.混合气体平均相对分子质量保持不变
解析:A项中正反应生成NO2的速率和逆反应生成O2的速率相等时,不符合化学式前的化学计量数之比,所以不能说明已达到平衡状态。
答案:A
8.对于某一可逆反应,在不同条件下的平衡状态中,正、逆反应速率的关系是(　　)
解析:四个选项中,只有选项A在任意时刻都有v(正)=v(逆),即反应处于平衡状态。
答案:A
9.在2 L密闭容器内,800 ℃时反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)体系中,n(NO)随时间的变化如下表:
时间/s
0
1
2
3
4
5
n(NO)/mol
0.020
0.010
0.008
0.007
0.007
0.007
(1)上图表示NO2的浓度变化的曲线是　　　。用O2表示从0~2 s内该反应的平衡速率v=　　　　　　　　　　。?
(2)能说明该反应已达到平衡状态的是　　　　。?
a.v(NO2)=2v(O2)
b.容器内压强保持不变
c.v逆(NO)=2v正(O2)
d.容器内密度保持不变
解析:该反应达平衡时,n(NO)=0.007 mol,此时n(NO2)=0.013 mol,其浓度变化量为0.006 5 mol·L-1,所以表示NO2变化的曲线是b。在(2)中,a表示的是同一方向的速率,在任何时候都成立,而d中容器的体积及气体的总质量都不变,气体的密度也始终不变。
答案:(1)b　1.5×10-3 mol·(L·s)-1　(2)bc
10.500 ℃时,有如下反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH<0。
(1)把2 mol SO2和1 mol O2放入恒容的密闭容器中,判断该反应达到平衡状态的标志是　　　(填字母)。?
a.SO2和SO3的浓度相等
b.SO2的百分含量保持不变
c.容器中气体的压强不变
d.SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等
e.容器中混合气体的密度保持不变
(2)(1)中所述反应到达平衡后,再向混合气体中充入一定量的18O2,足够长的时间后,18O　　　(填字母)。?
a.只存在于O2中
b.只存在于O2和SO3中
c.只存在于O2和SO2中
d.存在于O2、SO2和SO3中
解析:(1)到达平衡时,各组分百分含量不变,所以b符合题意。这是一个反应前后气体的物质的量不变的反应,压强不变,说明反应已达平衡,c符合题意。
(2)可逆反应表现为正、逆反应均在进行,随着正反应的进行,18O会存在于SO3中,随着逆反应的进行,18O又会存在于SO2中。
答案:(1)bc　(2)d
课时训练8　化学平衡的移动
一、化学平衡移动
1.下列化学平衡一定发生移动的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
A.平衡混合物中各组分的浓度发生改变
B.正、逆反应速率发生改变
C.组分中某物质的转化率发生改变
D.体系的压强增大
解析:对于有气体参加的气体体积不变的化学反应,若改变压强,各组分的浓度,正、逆反应速率,体系的压强均发生变化,但平衡并不发生移动,所以A、B、D三项错误。
答案:C
2.对于任何一个平衡体系,采用以下措施,一定会使平衡移动的是(　　)
A.加入一种反应物
B.升高温度
C.对平衡体系增加压强
D.使用催化剂
解析:化学反应都有能量变化,其ΔH≠0,所以升高温度,化学平衡一定移动。而加入固体物质、使用催化剂不能使化学平衡移动,对气体体积不变的反应改变压强,平衡不移动,故正确答案为B。
答案:B
二、影响化学平衡移动的因素
3.0.1 mol·L-1 FeCl3溶液与0.01 mol·L-1 KSCN溶液等体积混合,发生如下反应FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl,所得溶液显红色,改变下列条件,能使溶液颜色变浅的是(　　)
A.向溶液中加入少量KCl晶体
B.向溶液中加入一定量KCl溶液
C.向溶液中加少量AgNO3固体
D.向溶液中滴加几滴1 mol·L-1 FeCl3溶液
解析:FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl反应的实质为Fe3++3SCN-Fe(SCN)3,因此Cl-的浓度对上述化学平衡无影响,A、C两项不符合题意;滴加几滴1 mol·L-1 FeCl3溶液,则c(Fe3+)增大,题述平衡向右移动,溶液颜色变深,D项不符合题意;向溶液中加入一定量KCl溶液,相当于将溶液稀释,Fe3+、SCN-、Fe(SCN)3的浓度均降低,使平衡向左移动,故溶液的颜色变浅,B项符合题意。
答案:B
4.对于反应2NO2(g)N2O4(g)　ΔH<0,增大压强(体积迅速减小),下列说法正确的是(　　)
A.平衡逆向移动
B.混合气体颜色比原来深
C.混合气体颜色比原来浅
D.混合气体的平均相对分子质量变小
解析:对于2NO2(g)N2O4(g),增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动,即向正反应方向移动,A项错误;加压瞬间,混合气体的颜色变深,之后平衡正向移动,混合气体的颜色变浅,但比原平衡状态混合气体的颜色深,B项正确,C项错误;混合气体的平均分子量,,混合气体的质量不变,平衡正向移动,混合气体的物质的量减少,所以增大,D项错误。
答案:B
5.对于可逆反应:X(s)+2Y(g)2Z(g),下列叙述不正确的是(　　)
A.达到平衡时v正(Y)=v逆(Z)
B.平衡后,若再充入Y,X的转化率增大
C.平衡后,若压缩体积增大压强,Z的体积分数增大
D.平衡后,若保持温度和容器内压强不变,充入氦气,平衡不移动
解析:A项,v正(Y)=v逆(Z),说明单位时间内Y的反应量等于Z的反应量,反应处于平衡状态。B项,再充入Y时,Y的浓度增大,有利于X的转化,X的转化率增大。C项,压缩体积增大压强,平衡不移动,Z的体积分数不变。D项,恒温恒压下,充入He,平衡不移动。
答案:C
6.对于可逆反应2SO2+O22SO3,正反应为放热反应。升高温度产生的影响是(　　)
A.v(正)增大,v(逆)减小
B.v(正)、v(逆)不同程度增大
C.v(正)减小,v(逆)增大
D.v(正)、v(逆)同等程度增大
答案:B
7.在密闭容器中进行下列反应CO2(g)+C(s)2CO(g)　ΔH>0,达到平衡后,若改变下列条件,则平衡及指定物质的浓度如何变化?
(1)增加C,平衡　　　　　　,c(CO)　　　。?
(2)减小密闭容器容积,保持温度不变,则平衡　　　　　　　　,c(CO2)　　　。?
(3)通入N2,保持密闭容器容积和温度不变,则平衡　　　　　　,c(CO2)　　　。?
(4)保持密闭容器容积不变,升高温度,则平衡　　　　　　　　,c(CO)　　　。?
解析:(1)C为固体,增加C,其浓度并不变,平衡不发生移动。(2)减小容器容积,相当于增大压强,反应向气体体积减小的方向移动,但c(CO2)增大。(3)通入的N2不参加反应,并且密闭容器容积和温度不变,各物质的浓度均不变,平衡不发生移动。(4)其他条件相同时,升高温度,平衡向吸热方向移动。
答案:(1)不移动　不变
(2)向逆反应方向移动　增大
(3)不移动　不变
(4)向正反应方向移动　增大
三、化学平衡图像
8.一定条件下,下列反应中水蒸气含量随反应时间的变化趋势符合下图的是(　　)
A.CO2(g)+2NH3(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) 　ΔH<0
B.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
ΔH>0
C.CH3CH2OH(g)CH2CH2(g)+H2O(g)　ΔH>0
D.2C6H5CH2CH3(g)+O2(g)
2C6H5CHCH2(g)+2H2O(g)　ΔH<0
解析:本题考查化学平衡知识,通过分析图像确定可能对应的反应。观察图像可知,达到平衡所用的时间短的反应速率快,T2>T1、p1>p2。升高温度水蒸气的百分含量降低,说明平衡逆向移动,正反应放热,ΔH<0;增大压强水蒸气的百分含量增大,说明平衡正向移动,正反应气体分子数减少,综合分析A选项中反应符合要求。
答案:A
9.一密封体系中发生下列反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0。下图是某一时间段中反应速率与反应时间的曲线关系图,回答下列问题:
(1)处于平衡状态的时间段是　。?
(2)t1、t3、t4时刻体系中外界条件分别发生了什么变化?
　。?
(3)下列各时间段内,氨的百分含量最高的是　　　。?
A.t0~t1 B.t2~t3
C.t3~t4 D.t5~t6
解析:本题是考查化学反应速率与化学平衡内在联系的一道好题。处于平衡状态时,正、逆反应速率必定相等,从图中可看出在t0~t1、t2~t4、t5~t6时间段时反应处于平衡状态。t1时刻,条件变化使v(正)、v(逆)都增大,且v(逆)>v(正),平衡向逆反应方向移动,对照反应式看出条件变化应是升高温度。t3时刻,v(正)、v(逆)都相同程度加快,应是加了催化剂。t4时刻,v(正)、v(逆)都减小,且v(正)答案:(1)t0~t1,t2~t4,t5~t6
(2)t1:升温;t3:使用催化剂;t4:降压
(3)A
(建议用时:30分钟)
1.下列能确认化学平衡发生了移动的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　
A.化学反应速率发生改变
B.有气态物质参加的可逆反应达到平衡后,改变压强
C.由于某一条件的改变,使平衡体系中各组分的浓度发生了不同程度的改变
D.可逆反应达到平衡后,使用催化剂
解析:若正、逆反应同等程度加快或同等程度减慢,化学平衡都不移动;若反应物、生成物气体分子数相等,压强改变平衡不移动;使用催化剂时,正、逆反应速率同等程度变化,平衡不移动,故正确答案为C。
答案:C
2.在密闭容器中进行反应:H2(g)+Br2(g)2HBr(g)
ΔH<0。达到平衡后,欲使颜色加深,应采取的措施是(　　)
A.升高温度 B.降低温度
C.增大H2浓度 D.减小压强
解析:欲使颜色加深,则Br2的浓度应变大。该反应为放热反应,升温平衡向左移动,Br2的浓度变大,因此颜色加深。增大氢气浓度,平衡向右移动,Br2的浓度减小,颜色变浅。减小压强通过增大容器体积实现,平衡不移动,但Br2的浓度减小,颜色变浅。
答案:A
3.合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经多步反应制得,其中的一步反应为:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH<0
反应达到平衡后,为提高CO的转化率,下列措施中正确的是(　　)
A.增加压强 B.降低温度
C.增大CO的浓度 D.更换催化剂
解析:该反应为气体物质的量不变的反应,压强改变平衡不移动,A项错误;ΔH<0,降低温度,平衡正向移动,CO的转化率增大,B项正确;增大CO浓度,CO的转化率减小,C项错误;使用催化剂平衡不移动,D项错误。
答案:B
4.右图是可逆反应A+2B2C+3D的化学反应速率与化学平衡随外界条件改变(先降温后加压)而变化的情况,由此可推断(　　)
A.正反应是吸热反应
B.若A、B是气体,则D是液体或固体
C.逆反应是放热反应
D.A、B、C、D均为气体
解析:通过观察题图可知,降温时平衡向正反应方向移动,故正反应为放热反应,A、C两项错误;加压时平衡向正反应方向移动,正反应为气体物质的量减小的反应,B项正确,D项错误。
答案:B
5.某温度下,密闭容器中发生反应aX(g)bY(g)+cZ(g),达到平衡后,保持温度不变,将容器的容积压缩到原来容积的一半,当达到新平衡时,物质Y和Z的浓度均是原来的1.8倍。则下列叙述正确的是(　　)
A.可逆反应的化学方程式的化学计量数:a>b+c
B.压缩容器的容积时,v(正)增大,v(逆)减小
C.达到新平衡时,物质X的转化率减小
D.达到新平衡时,混合物中Z的质量分数增大
解析:温度不变,体积减小一半,压强增大,若平衡不移动,则物质Y和Z的浓度为原来的2倍,而实际为1.8倍,所以平衡向逆反应方向移动,由此可判断C项正确。
答案:C
6.反应2X(g)+Y(g)2Z(g)+Q,在不同温度(T1和T2)及压强(p1和p2)下,产物Z的物质的量n与反应时间t的关系如右图所示。下列判断正确的是(　　)
A.T1p2
C.T1>T2,p1>p2 D.T1>T2,p1解析:温度越高,速率越快,反应就先达到平衡,因此p2相同时,T1>T2;压强越大,速率越快,反应先达到平衡,因此T2相同时,p1>p2。
答案:C
7.可逆反应mA(s)+nB(g)pC(g)在一定条件下达到平衡后,改变压强,B的体积分数φ(B)与压强的关系如图所示,有关叙述正确的是(　　)
A.m+nB.n>p
C.X点时v(正)>v(逆)
D.X点比Y点的正反应速率大
解析:增大压强,平衡逆向移动,说明nv(逆);X点压强小于Y点的压强,所以X点比Y点的正反应速率小。
答案:C
8.下列事实能用勒夏特列原理解释的是(　　)
A.使用催化剂有利于合成氨的反应
B.由H2(g)、I2(g)和HI(g)组成的平衡体系加压后颜色变深
C.对“N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1”500 ℃时比室温更有利于合成氨的反应
D.将混合气体中的氨液化有利于合成氨反应
解析:使用催化剂不能使化学平衡移动;选项B中体系颜色加深是因为I2的浓度增大,而加压平衡并未移动;由于合成氨反应的正反应是放热反应,故从平衡移动分析低温比高温更有利于合成氨,而采用500 ℃是考虑到反应速率和催化剂的活性问题;将混合气体中的氨液化相当于减小生成物浓度,平衡向正反应方向移动,有利于氨的合成。
答案:D
9.在水溶液中橙红色的Cr2与黄色的Cr有下列平衡关系:Cr2+H2O2Cr+2H+。把重铬酸钾(K2Cr2O7)溶于水配成的稀溶液是橙色的。
(1)向上述溶液中加入NaOH溶液,溶液呈　　　色。因为　?　。?
(2)向已加入NaOH溶液的(1)溶液中再加入过量稀硫酸,则溶液呈　　　色,因为　?　。?
(3)向原溶液中加入Ba(NO3)2溶液(已知BaCrO4为黄色沉淀),则平衡　　　(填“向左移动”或“向右移动”),溶液颜色将　?　。?
解析:加碱中和溶液中的H+,平衡右移,溶液中的c(Cr)增大;加酸使平衡左移,溶液中的c(Cr2)增大。加Ba(NO3)2,发生的反应为Ba2++CrBaCrO4↓(黄色),平衡向右移动,溶液颜色将由橙色逐渐变浅,直至无色。
答案:(1)黄　OH-与H+结合生成水,使平衡向右移动,Cr浓度增大,溶液由橙色变为黄色
(2)橙　c(H+)增大,平衡左移,Cr2浓度增大,溶液由黄色变为橙色
(3)向右移动　逐渐变浅,直至无色
10.将等物质的量的A、B、C、D四种物质混合后,充入一容积为V的密闭容器,此时容器内压强为p。然后在一定条件下发生如下反应:aA(?)+bB(?)cC(g)+dD(?)。当反应进行一段时间后,测得A减少了n mol,B减少了0.5n mol,C增加了n mol,D增加了1.5n mol,此时达到化学平衡。
(1)该化学方程式中,各物质的化学计量数分别为a=　　　　;b=　　　　;c=　　　　;d=　　　　。?
(2)若只改变压强,反应速率发生变化,但平衡不发生移动,则在上述平衡混合物中再加入B物质,上述平衡　　　。?
A.向正反应方向移动
B.向逆反应方向移动
C.不移动
D.条件不够,无法判断
(3)若只升高温度,反应一段时间后,测知四种物质的物质的量又重新相等,则正反应为　　　(填“放热”或“吸热”)反应。?
解析:(1)根据化学反应中化学计量数之比等于参加反应的各物质的物质的量之比可知,a∶b∶c∶d=2∶1∶2∶3。
(2)只改变压强,反应速率发生变化,但平衡不发生移动,说明该反应是气体体积不变的可逆反应,则此反应的聚集状态为:A是气态、B是固态或液态,D是固态或液态;由于固态、液态纯净物的浓度是常数,改变B的量平衡不发生移动。
(3)其他条件不变,只升高温度,四种物质的物质的量相等,说明升温平衡向逆反应方向移动,故该反应的正反应为放热反应。
答案:(1)2　1　2　3　(2)C　(3)放热
课时训练9　化学平衡常数
一、化学平衡常数的概念
1.下列关于平衡常数K的说法中,正确的是(　　)
　　　　　 　　　　　 　　　　
A.平衡常数K只与反应本身及温度有关
B.改变反应物浓度或生成物浓度都会改变平衡常数K
C.加入催化剂可以改变平衡常数K
D.在任何条件下,化学平衡常数是一个恒定值
解析:平衡常数K是一个温度常数,只与反应本身及温度有关,催化剂不能改变化学平衡,故加入催化剂不改变平衡常数K。
答案:A
2.反应3Fe(s)+4H2O(g)Fe3O4(s)+4H2(g)的化学平衡常数表达式为(　　)
A. B.
C. D.
解析:对于有固体或纯液体参加的反应,由于它们的浓度是一个常数,因此它们不列入平衡常数的表达式中;表达式中的指数是不能约掉的。
答案:D
3.在一定条件下,发生如下反应:
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH<0
(1)该反应的化学平衡常数表达式K=　　　　。?
(2)降低温度,该反应K值　　　　,二氧化硫转化率　　　　,化学反应速率　　　　(以上均填“增大”“减小”或“不变”)。?
解析:(1)化学平衡常数是指一定温度下,达到平衡的可逆反应中生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积之比,故K=。(2)降低温度,平衡向正反应方向移动,反应物浓度减小,生成物浓度增大,故K值增大,二氧化硫转化率增大;但化学反应速率随温度降低而减小。
答案:(1)
(2)增大　增大　减小
二、化学平衡常数的应用
4.在一定条件下,有下列分子数之比相同的可逆反应,其平衡常数K值分别是①H2+F22HF
K=1047;②H2+Cl22HCl　K=1017;③H2+Br22HBr　K=109;④H2+I22HI
K=1。比较K值大小,可知各反应的正反应进行的程度由大到小的顺序是(　　)
A.①②③④ B.④②③①
C.①④③② D.无法确定
解析:化学平衡常数越大,表示该反应的正反应进行的程度越大,故A项正确。
答案:A
5.在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度T的关系如下表所示:
T/℃
700
800
830
1 000
1 200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
回答下列问题:
(1)该反应的化学平衡常数表达式为K=　　　　　　　　　　。?
(2)该反应为　　　　(填“吸热”或“放热”)反应。?
(3)某温度下,平衡浓度符合下式:c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O),试判断此时的温度为　　　　　　℃。?
解析:通过表中K和温度T的关系可知,温度越高,K值越大,反应正向进行的程度越大,说明正向反应为吸热反应。当c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O)时,K=1.0,由表中数据可知此时温度为830 ℃。
答案:(1)　(2)吸热　(3)830
6.高炉炼铁中发生的基本反应之一如下:
FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)　ΔH>0。其平衡常数表达式为K=　,?
已知1 100 ℃时,K=0.28。
(1)温度升高,化学平衡移动后达到新的平衡,平衡常数　　　　　。(填“变大”“变小”或“不变”)?
(2)1 100 ℃时测得高炉中c(CO2)=0.013 mol·L-1,c(CO)=0.05 mol·L-1,在这种情况下,该反应是否处于化学平衡状态?　　　(填“是”或“否”)。此时,化学反应速率是v(正)　　v(逆)(填“大于”“小于”或“等于”),其原因　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
解析:(1)反应的正方向是吸热反应,升高温度平衡向正反应方向移动,c(CO2)增大,c(CO)减小,所以平衡常数K变大。(2)K==0.26<0.28,所以此时不是平衡状态,为了使浓度值等于平衡常数,二氧化碳浓度要增大,一氧化碳浓度要减小。所以,平衡向正反应方向进行,正反应速率大于逆反应速率。
答案:　(1)变大
(2)否　大于　=0.26三、有关转化率的理解与计算
7.在可逆反应中,平衡常数与反应物的转化率的关系正确的是(　　)
A.K越大,转化率越大
B.K越大,转化率越小
C.K的大小与转化率无关
D.升高温度,K增大
解析:K越大,表示反应进行的程度越大,转化率也越大。
答案:A
8.一定温度下的密闭容器中存在如下反应:H2(g)+I2(g)2HI(g)。已知c始(H2)=0.4 mol·L-1,c始(I2)=1 mol·L-1,经测定该反应在该温度下的平衡常数K=64,试判断:
(1)当H2转化率为50%时,该反应是否达到平衡状态?　　　　　(填“是”或“否”)。若未达到,正在向哪个方向进行?　　　　　(填“向左”或“向右”)。?
(2)达平衡状态时,H2的转化率应为　　　　　。?
解析:(1)转化率为50%,则转化的H2的浓度为0.4 mol·L-1×50%=0.2 mol·L-1,转化的I2的浓度为0.2 mol·L-1。
则生成的HI的浓度为0.4 mol·L-1,H2的浓度为0.2 mol·L-1,I2的浓度为0.8 mol·L-1。
Qc==1因此反应未达到平衡状态,反应向正反应方向进行,即向右进行。
(2)设达到平衡状态时转化的H2的浓度为x,则
　　　　　　H2(g)　+　I2(g)2HI(g)
起始浓度/(mol·L-1)　 0.4 1 0
平衡浓度/(mol·L-1)　 0.4-x 1-x 2x
K==64,解得x=0.385。
则H2的转化率为×100%=96.3%。
答案:(1)否　向右
(2)96.3%
(建议用时:30分钟)
1.在某温度下,可逆反应的平衡常数为K,下列说法不正确的是(　　)
　 　　　　　　　　　　　　
A.K越大,达到平衡时反应进行的程度越大
B.K越大,达到平衡时反应物的转化率越大
C.K随反应物浓度的改变而改变
D.K随温度的改变而改变
解析:平衡常数K只随温度变化而变化,与反应物浓度的大小无关。K值越大,反应进行的程度越大,反应物的转化率越大。
答案:C
2.对于可逆反应:C(s)+CO2(g)2CO(g),在一定温度下其平衡常数为K,下列条件的变化中能使K发生变化的是(　　)
A.将C(s)的表面积增大
B.增大体系压强
C.升高体系温度
D.使用合适的催化剂
解析:平衡常数K只与温度有关,与浓度、压强、是否使用催化剂无关。
答案:C
3.某温度时,反应SO2(g)+O2(g)SO3(g)的平衡常数K=50,在同一温度下,反应2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)的平衡常数K'应为(　　)
A.2 500 B.100
C.4×10-4 D.2×10-2
解析:SO2(g)+O2(g)SO3(g)
K=
2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)
其平衡常数K'=,
所以K'==4×10-4,
故C项正确。
答案:C
4.下列有关平衡常数的说法中,正确的是(　　)
A.改变条件,反应物的转化率增大,平衡常数也一定增大
B.反应2NO2(g)N2O4(g)　ΔH<0,升高温度,该反应平衡常数增大
C.对于给定可逆反应,温度一定时,其正、逆反应的平衡常数相等
D.平衡常数为K=的反应,化学方程式为CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
解析:若是压强或浓度的改变,使反应物的转化率增大,则平衡常数K不变,A项错误;对2NO2(g)N2O4(g)　ΔH<0,升高温度,平衡常数K减小,B项错误;对于给定的可逆反应,温度一定,其正、逆反应的平衡常数互为倒数,C项错误。
答案:D
5.已知298.15 K时,可逆反应:Pb2+(aq)+Sn(s)Pb(s)+Sn2+(aq)的平衡常数K=2.2,若溶液中Pb2+和Sn2+的浓度均为0.10 mol·L-1,则反应进行的方向是(　　)
A.向右进行 B.向左进行
C.处于平衡状态 D.无法判断
解析:Q==1答案:A
6.将一定体积的SO3(g)充入恒容的密闭容器中,发生反应2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)并达到平衡;保持温度不变,再充入相同体积的SO3(g),达到新平衡后,与原平衡相比,下列值减小的是 (　　)
A.平均相对分子质量
B.SO3(g)的转化率
C.
D.
解析:假设在原容器上增加一个相同的容器(两容器有隔板),保持温度不变,向增加的容器中充入相同体积的SO3(g),则可建立与原平衡一样的平衡,此时A、B、C、D各项的值均不变,然后抽掉隔板,将容器压缩至原容器大小,则压强增大,平衡逆向移动,气体的总物质的量减小,但总质量不变,因此平均相对分子质量增大;SO3(g)的转化率减小;c(SO2)、c(SO3)均增大,但c(SO3)增大的程度比c(SO2)增大的程度大,则增大;可看作该反应的平衡常数的倒数,而平衡常数只与温度有关,则不发生变化。
答案:B
7.反应Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g),700 ℃时平衡常数为1.47,900 ℃时平衡常数为2.15。下列说法正确的是(　　)
A.升高温度该反应的正反应速率增大,逆反应速率减小
B.该反应的化学平衡常数表达式为K=
C.绝热容器中进行该反应,温度不再变化,则达到化学平衡状态
D.该反应的正反应是放热反应
解析:升高温度,v(正)、v(逆)均增大,A项错误;FeO、Fe为固体,不能写入K的表达式中,B项错误;温度升高,K增大,说明该反应的ΔH>0,D项错误;该反应为吸热反应,随着反应的进行,绝热容器中的温度会降低,因此温度不再变化时,说明达到化学平衡状态,C项正确。
答案:C
8.把a mol X和b mol Y充入一密闭容器中,发生反应X+2Y2Z。达到平衡时,若它们的物质的量满足:n(X)+n(Y)=n(Z),则Y的转化率为 (　　)
A.×100% B.×100%
C.×100% D.×100%
解析:
　　　X　+　2Y2Z
起始物质的量/mol a b 0
转化物质的量/mol x 2x 2x
平衡物质的量/mol a-x b-2x 2x
据题意:(a-x)+(b-2x)=2x
解得x=,故Y的转化率为×100%=×100%。
答案:B
9.将固体NH4I置于密闭容器中,在一定温度下发生下列反应:①NH4I(s)NH3(g)+HI(g)
②2HI(g)H2(g)+I2(g)。达到平衡时,c(H2)=0.5 mol·L-1,c(HI)=4 mol·L-1,则此温度下反应①的平衡常数为(　　)
A.9 B.16 C.20 D.25
解析:根据反应②:2HI(g)H2(g)+I2(g)消耗的c(HI)=2c(H2)=1 mol·L-1,再结合反应①:NH4I(s)NH3(g)+HI(g)知c(NH3)=1 mol·L-1+4 mol·L-1=5 mol·L-1,因此该温度下,反应①的平衡常数:K=c(NH3)·c(HI)=5×4=20。
答案:C
10.在25 ℃时,密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表:
物质
X
Y
Z
初始浓度/(mol·L-1)
0.1
0.2
0
平衡浓度/(mol·L-1)
0.05
0.05
0.1
下列说法错误的是(　　)
A.反应达到平衡时,X的转化率为50%
B.反应可表示为X(g)+3Y(g)2Z(g),其平衡常数为1 600
C.增大压强使平衡向生成Z的方向移动,平衡常数增大
D.改变温度可以改变此反应的平衡常数
解析:由　　　　　　　aX + bY cZ
初始浓度/(mol·L-1) 0.1 0.2 0
平衡浓度/(mol·L-1) 0.05 0.05 0.1
转化浓度/(mol·L-1) 0.05 0.15 0.1
利用转化浓度之比等于化学计量数之比可得到化学方程式为:X(g)+3Y(g)2Z(g),这样再利用相关数据可得到A、B两项正确;D项正确,因为平衡常数是温度的函数,C项错误。
答案:C
11.在一定温度下将3 mol CO2和2 mol H2混合于2 L的密闭容器中,发生如下反应:
CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
(1)该反应的化学平衡常数表达式K=　　　。?
(2)已知在700 ℃时,该反应的平衡常数K1=0.6,则该温度下反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数K2=　　　　　,反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)的平衡常数K3=　　　　　。?
(3)已知在1 000 ℃时,该反应的平衡常数K4为1.0,则该反应为　　　　　(填“吸热”或“放热”)反应。?
(4)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是　　　。?
A.容器中压强不变
B.c(CO2)=c(CO)
C.生成a mol CO2的同时消耗a mol H2
D.混合气体的平均相对分子质量不变
(5)在1 000 ℃下,某时刻CO2的物质的量为2.0 mol,则此时v(正)　　　(填“>”“<”或“=”)v(逆)。该温度下反应达到平衡时,CO2的转化率为　　　。?
解析:(2)K2==1.67;K3==0.77。
(3)升温时K增大,说明该反应为吸热反应。
(5)　　　　CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
1.5 1 0 0
0.5 0.5 0.5 0.5
1.0 0.5 0.5 0.5
Q==0.5所以反应向正向进行,v(正)>v(逆)。
设1 000 ℃达平衡时,反应掉CO2的物质的量浓度为x,
　　　　CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
1.5 1 0 0
x x x x
1.5-x 1-x x x
=1.0,解得x=0.6,
α(CO2)=×100%=40%。
答案:(1)
(2)1.67　0.77
(3)吸热
(4)C
(5)>　40%
12.下列反应在210 ℃达到平衡:
①PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)　ΔH=Q1
K=1
②CO(g)+Cl2(g)COCl2(g)　ΔH=-Q2
K'=5×104
③COCl2(g)CO(g)+Cl2(g)　ΔH=Q3　K″
(1)根据反应①的平衡常数K表达式,下列等式必定成立的是　　　。?
A.c(PCl5)=c(PCl3)=c(Cl2)=1
B.c(PCl5)=c(PCl3)·c(Cl2)=1
C.c(PCl5)=c(PCl3)·c(Cl2)
(2)反应②和反应③的平衡常数K'和K″存在的关系为　　　　　　　　　。?
(3)温度不变,降低Cl2的浓度,反应③的K″的值　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。?
(4)要使反应①和反应②的K值相等,应采取的措施是　　　。?
A.反应①、②同时升高温度
B.反应①、②同时降低温度
C.反应①降低温度,反应②维持210 ℃
解析:该题考查了平衡常数的表达式应用及影响因素等。
(1)根据平衡常数表达式K==1,故c(PCl5)=c(PCl3)·c(Cl2),C项正确。
(2)②的平衡常数K'=,
③的平衡常数K″=,故K'=。
(3)温度不变,K不变。
(4)要使反应①②的K值相等,应使反应①平衡正向移动或反应②平衡逆向移动,反应①、②同时升高温度可以实现,A项符合题意。
答案:(1)C
(2)K'=(或K'·K″=1)
(3)不变
(4)A