题目内容

20．某学习小组探究NaHCO3、Na2HCO3和盐酸（盐酸浓度均为1mol．L-1）反应过程中的热效应，实验测得如下数据：
 序号 35mL试剂 固体 混合温度前/℃ 混合温度后/℃
 ① 水 2.5gNaHCO3 20.0 18.5
 ② 水 3.2gNa2CO3 20.0 24.3
 ③ 盐酸 2.5gNaHCO3 20.0 16.2
 ④ 盐酸 3.2gNa2CO3 20.0 25.1
请回答下列问题：
（1）写出NaHCO3和盐酸发生反应的离子方程式HCO3-+H+=CO2↑+H2O
（2）由上述实验得出的结论是：Na2CO3溶液与盐酸的反应是放热（填“吸热”或“放热”下同）反应，NaHCO3溶液与盐酸反应是吸热反应
（3）在如图中画出Na2CO3和盐酸反应前后能量变化曲线（标注“反应物总能量”和“生成物总能量”）

分析 （1）碳酸氢钠与盐酸反应生成氯化钠、二氧化碳气体和水，据此写出反应的离子方程式；
（2）根据实验①③可知，碳酸氢钠与盐酸的反应为吸热反应，根据实验②④可知，碳酸钠与盐酸的反应为放热反应；
（3）碳酸钠与盐酸的反应为放热反应，则反应物总能量大于生成物总能量，据此画出反应前后能量变化曲线．

解答 解：（1）碳酸氢钠与盐酸反应的实质为：碳酸氢根离子与氢离子反应生成二氧化碳气体和水，反应的离子方程式为：HCO3-+H+=CO2↑+H2O，
故答案为：HCO3-+H+=CO2↑+H2O；
（2）根据实验①可知，碳酸氢钠溶于水后混合液温度从20℃降低到18.5℃，而实验③中碳酸氢钠与盐酸反应后混合液温度从20℃降低16.2℃＜18.5℃，通过反应Ⅰ后混合液温度更低，证明反应Ⅰ为吸热反应；
同理，根据实验②碳酸钠溶于水，混合液温度从20℃升高到24.3℃，实验④中碳酸钠与盐酸反应，温度从20℃升高到25.1℃＞24.3℃，碳酸钠与盐酸反应后混合液的温度比碳酸钠溶于水后升高的温度更高，证明碳酸钠与盐酸的反应为放热反应，
故答案为：放热；吸热；
（3）根据（2）的分析可知，碳酸钠与盐酸的反应为放热反应，说明反应物总能量比生成物总能量高，据此可画出的反应前后能量变化曲线为：，故答案为：．

点评 本题考查了探究吸热反应、放热反应的方法，题目难度中等，注意掌握化学反应中的能量变化，明确探究吸热反应、放热反应的方法，试题培养了学生的分析、理解能力及逻辑推理能力．

练习册系列答案
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A．氢化物的沸点：Z一定高于Y
B．最高价氧化物对应水化物的酸性：X强于Y
C．W、X、Y、Z都能分别与氯元素形成共价化合物
D．仅由W、Y、Z三种元素组成的化合物不可能属于盐类
11．CO2和CH4是两种重要的温室气体，通过CH4和CO2反应制造更高价值化学品是目前的研究目标．
（1）250℃时，以镍合金为催化剂，向4L容器中通入6mol CO2、6mol CH4，发生如下反应：
CO2 （g）+CH4（g）?2CO（g）+2H2（g）．平衡体系中各组分体积分数如下表：
物质CH4CO2COH2
体积分数0.10.10.40.4
①此温度下该反应的平衡常数K=64
②已知：CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）△H=-890.3kJ•mol-1
CO（g）+H2O （g）=CO2（g）+H2 （g）△H=+2.8kJ•mol-1
2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-566.0kJ•mol-1
反应CO2（g）+CH4（g）?2CO（g）+2H2（g） 的△H=+247.3 kJ•mol-1
（2）以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸．
①在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图1所示．250～300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低

②为了提高该反应中CH4的转化率，可以采取的措施是增大体积减小压强或增大CO2的浓度
③将Cu2Al2O4溶解在稀硝酸中的离子方程式为3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O
（3）Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2．①如果寻找吸收CO2的其他物质，下列建议合理的是ab
a．可在碱性氧化物中寻找
b．可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中寻找
c．可在具有强氧化性的物质中寻找
（4）利用反应A可将释放的CO2转化为具有工业利用价值的产品．
反应A：CO2+H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{高温}$CO+H2+O2高温电解技术能高效实现反应A，工作原理示意图2如下：CO2在电极a放电的反应式是CO2+2e-═CO+O2-．
8．氮化硅是一种新型无机非金属材料，主要有α-氮化硅和β-氮化硅两种晶型，它们都是由[SiN4]正四面体共用顶角原子构成的三维空间网络结构，β-氮化硅的结构如图所示：
用甘氨酸（H2NCH2COOH）或尿素[CO（NH2）2]作为燃料，硝酸铵（NH4NO3）为氧化剂，原硅酸为硅源，蔗糖为碳源，进行反应制备氮化硅．回答下列问题：
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（3）NH4NO3中阴离子的空间构型为平面三角形，由第1、2周期元素能成的与该阴离子互为等电子体的离子是CO32-．
（4）原硅酸的结构为，若去掉氢原子后的剩余部分即Si44-（原硅酸根）为硅氧四面体结构，顶角上的4个氧原子称作“角氧”．3个硅氧四面体彼此用3个角氧相连后，形成离子的化学式为Si3O96-．n个硅氧四面体彼此用4个角氧连接后形成的物质的化学式是SiO2．
（5）β-氮化硅晶体类型为原子晶体，判断的理由是硅和氮以共价键结合的空间网状结构．
15．水处理技术在生产、生活中应用广泛．
（1）根据水中Ca2+、Mg2+的多少，把天然水分为硬水和软水，硬水必须经过软化才能使用．
①硬水软化的方法通常有热煮沸法、药剂法和离子交换法．离子交换树脂使用了一段时间后，逐渐由NaR型变为CaR2（或MgR2）型，而失去交换能力，把CaR2（或MgR2）型树脂置于5%-8%的食盐水中浸泡一段时间，便可再生．
②当洗涤用水硬度较大时，洗衣粉与肥皂相比，洗衣粉洗涤效果较好，原因是肥皂易与Ca2+，Mg2+生成沉淀．
（2）下列试剂能够用来对自来水进行杀菌消毒，且不会造成二次污染的是c（填字母）．
a．福尔马林    b．漂白粉    c．臭氧    d．氯气
（3）Na2FeO4是一种新型水处理剂，工业上可用FeSO4制备Na2FeO4，其工艺流程如下：

①工业上常用硫酸亚铁作混凝剂除去天然水中含有的悬浮物，为了达到更好的效果，要将待处理水的pH调到9左右，再加入绿矾．请解释这一做法的原因Fe2+在碱性条件下易被氧化成Fe3+，进而水解生成Fe（OH）3胶体，起到较好的混凝作用，4Fe2++O2+2H2O+8OH-═4Fe（OH）3（胶体）．（用必要的离子方程式和文字描述）
②设每步反应均是完全的，若制取3molNa2FeO4，需要NaClO固体335.25g．
③写出第一步在酸性环境下加入H2O2的离子反应方程式2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O．
（4）若生活污水中含大量含氮化合物，通常用生物膜脱氮工艺进行处理．首先在消化细菌作用下将NH4+氧化为NO3-，然后加入甲醇与NO3-反应生成N2．请写出加入甲醇后反应的离子方程式6NO3-+5CH3OH═3N2+5CO2+7H2O+6OH-．
5．（1）氨催化氧化法是工业制硝酸的主要方法，可进行连续生产．
已知：N2（g）+O2（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H=-92.4kJ/mol
2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）△H=-483.6kJ/mol
写出氨气经催化氧化生成一氧化氮气体和水蒸气的热化学方程式：4NH3（g）+5O2（g）═4NO（g）+6H2O（g）△H=-905.0kJ/mol．
（2）恒容密闭容器中进行的合成氨反应，其化学平衡常数K与温度t的关系如下表：
t/K298398498…
K4.1×106K1K2…
①写出合成氨反应N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）的平衡常数表达式：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{3}）}$
②上表中K1＞K2（填“＞”、“=”或“＜”）．
（3）如果向氨合成塔中充入10molN2和40molH2进行氨的合成，图A和图B为一定温度下平衡混合物中氨气的体积分数与压强（p）的关系图． 　
①下列说法正确的是ABD（填序号）．

A．图中曲线表明增大体系压强（p），有利于提高氨气在混合气体中体积分数
B．如果图B中T=500℃，则温度为450℃时对应的曲线是b
C．工业上采用500℃温度可有效提高反应速率和氮气的转化率
D．当 2v正（H2）=3v逆（NH3）时，反应达到平衡状态
E．容器内混合气体密度保持不变时，反应达到平衡状态
②图A中氨气的体积分数为15%时，N2的转化率为32.61%．
（4）在1998年希腊亚里斯多德大学的Marmellos和Stoukides采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H+），实现了高温常压下高转化率的电化学合成氨，其实验装置如图C，则正极的电极反应式N2+6e-+6H+=2NH3．
（5）25℃时，Ksp[Mg（OH）2]=5.61×10-12，Ksp[MgF2]=7.42×10-11．下列说法正确的是BD．
A．25℃时，饱和Mg（OH）2溶液中c（OH-）大于饱和MgF2溶液中c（F-）
B．25℃时，某饱和Mg（OH）2溶液中c（Mg2+）=0.0561 mol•L-1，则溶液的pH=9
C． 25℃时，在Mg（OH）2的悬浊液中加入少量的NH4Cl固体，溶液变澄清，Ksp[Mg（OH）2]增大
D．25℃时，在Mg（OH）2悬浊液中加入NaF溶液后，Mg（OH）2可能转化为MgF2．
12．氯水既可以用来杀菌消毒，又可作漂白剂，其中起作用的物质是（　　）
A．Cl2B．HClC．HClOD．H2O
9．实验室用含有杂质（FeO、Fe2O3）的废CuO制备胆矾晶体，经历了下列过程（已知 Fe3+在 pH=5时沉淀完全）．其中分析错误的是（　　）
A．步骤②发生的主要反应为：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O
B．步骤②可用氯水、硝酸等强氧化剂代替H2O2
C．步骤③用 CuCO3代替CuO也可调节溶液的pH
D．步骤⑤的操作为：向漏斗中加人少量冷的蒸馏水至浸没晶体，待水自然流下，重复操作 2～3次
10．运用化学原理知识研究化学对于人类的生产生活、科研意义重大．
（1）工业上以黄铜矿（主要成分：CuFeS2，其中S为-2价）为原料，采用火法熔炼工艺生产粗铜．CuFeS2中Fe的化合价为+2，熔炼过程中所得炉渣的主要成分有FeO、Fe2O3、SiO2，Al2O3等，若要利用炉渣制取铁红，下列实验操作不需要的是C（填写字母代号）．
A．溶解    B．过滤    C．蒸发结晶    D．灼烧
（2）Mg（OH）2是水垢的主要成分之一，用氯化铵溶液浸泡：可以溶解Mg（OH）2，请结合平衡移动原理解释其原因溶液中存在Mg（OH）2（s）?Mg2+（aq）+2OH-（aq），加入氯化铵溶液浸泡时，发生NH4++OH-=NH3•H2O，平衡右移，促进Mg（OH）2的溶解．
（3）研究发现CuCl2溶液中铜、氯元素的存在形式为Cu（H2O）42+、CuCl42-，电解CuCl2溶液一段时间，阳极产生2.24L（标准状况）黄绿色气体，阴极析出红色物质，试计算该过程中共转移电子0.2mol，若要使电解质溶液恢复至原浓度，应向电解后的溶液中加入13.5gCuCl2．
（4）以硼氢化合物NaBH4（B元素的化合价为+3价）和H2O2作原料的燃料电池，负极材料采用Pt/C，正极材料采用MnO2．其工作原理如图丙所示．电池放电时Na+由a（填写“a”或“b”，下同）极区移向b极区，该电池的负极反应式为BH4-+8OH--8e-=BO2-+6H2O．

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