《2025年5年高考3年模拟高中化学全一册人教B版》

13.(2023广东，17，14分)化学反应常伴随热效应。某些反应（如中和反应）的热量变化，其数值$Q$可通过量热装置测量反应前后体系温度变化，用公式$Q = c\rho V_{总}\cdot \Delta T$计算获得。
(1)盐酸浓度的测定：移取$20.00mL$待测液，加入指示剂，用$0.5000mol\cdot L^{-1}NaOH$溶液滴定至终点，消耗$NaOH$溶液$22.00mL$。
①上述滴定操作用到的仪器有________。

②该盐酸浓度为________$mol\cdot L^{-1}$。
(2)热量的测定：取上述$NaOH$溶液和盐酸各$50mL$进行反应，测得反应前后体系的温度值($^{\circ}C$)分别为$T_{0}$、$T_{1}$，则该过程放出的热量为______$J$（$c$和$\rho$分别取$4.18J\cdot g^{-1}\cdot ^{\circ}C^{-1}$和$1.0g\cdot mL^{-1}$，忽略水以外各物质吸收的热量，下同）。
(3)借鉴(2)的方法，甲同学测量放热反应$Fe(s)+CuSO_{4}(aq)\xlongequal{\;\;}FeSO_{4}(aq)+Cu(s)$的焓变$\Delta H$（忽略温度对焓变的影响，下同）。实验结果见下表。
|序号|反应试剂|体系温度/^{\circ}C|
|----|----|----|
| |反应前|反应后|
|ⅰ|$0.20mol\cdot L^{-1}CuSO_{4}$溶液$100mL$，$1.20gFe$粉|$a$|$b$|
|ⅱ|$0.56gFe$粉|$a$|$c$|
①温度：$b$________$c$（填“$＞$”“$＜$”或“$=$”）。
②$\Delta H =$________（选择表中一组数据计算）。结果表明，该方法可行。
(4)乙同学也借鉴(2)的方法，测量反应$A$：$Fe(s)+Fe_{2}(SO_{4})_{3}(aq)\xlongequal{\;\;}3FeSO_{4}(aq)$的焓变。
查阅资料 配制$Fe_{2}(SO_{4})_{3}$溶液时需加入酸。加酸的目的是____________________。
提出猜想 $Fe$粉与$Fe_{2}(SO_{4})_{3}$溶液混合，在反应$A$进行的过程中，可能存在$Fe$粉和酸的反应。
验证猜想 用$pH$试纸测得$Fe_{2}(SO_{4})_{3}$溶液的$pH$不大于$1$；向少量$Fe_{2}(SO_{4})_{3}$溶液中加入$Fe$粉，溶液颜色变浅的同时有气泡冒出，说明存在反应$A$和________（用离子方程式表示）。
实验小结 猜想成立，不能直接测反应$A$的焓变。
教师指导 鉴于以上问题，特别是气体生成带来的干扰，需要设计出实验过程中无气体生成的实验方案。
优化设计 乙同学根据相关原理，重新设计了优化的实验方案，获得了反应$A$的焓变。该方案为____________________。
(5)化学能可转化为热能，写出其在生产或生活中的一种应用____________________。

答案： 答案
(1)①AD ②0.550 0
(2)418(T₁ - T₀)
(3)①＞
②-20.9(b - a)kJ·mol⁻¹[或-41.8(c - a)kJ·mol⁻¹]
(4)抑制Fe³⁺的水解 Fe + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂↑ 将一定量的Cu粉加入一定浓度的Fe₂(SO₄)₃溶液中反应，测量反应的热量变化，计算得到反应Cu(s) + Fe₂(SO₄)₃(aq) = CuSO₄(aq) + 2FeSO₄(aq)的焓变ΔH₁；根据
(3)中实验计算得到反应Fe(s) + CuSO₄(aq) = FeSO₄(aq) + Cu(s)的焓变ΔH₂；根据盖斯定律计算得到反应Fe(s) + Fe₂(SO₄)₃(aq) = 3FeSO₄(aq)的焓变为ΔH₁ + ΔH₂
(5)燃料燃烧、铝热反应焊接铁轨等
解析
(1)①滴定过程中需使用碱式滴定管、锥形瓶、铁架台(带滴定管夹)等仪器，用不到普通漏斗和分液漏斗，故选A、D。②c(盐酸)=c(NaOH)·V(NaOH)/V(盐酸)，代入数据可得c(盐酸)=0.500 0 mol·L⁻¹×22.00×10⁻³ L/20.00×10⁻³ L = 0.550 0 mol·L⁻¹。
(2)该过程放出的热量Q = cρV总·ΔT = 4.18 J·g⁻¹·℃⁻¹×1.0 g·mL⁻¹×(50 + 50)mL×(T₁ - T₀)℃ = 418(T₁ - T₀) J。
(3)[给出所有反应物的量时，注意过量问题]①n(CuSO₄)=0.20 mol·L⁻¹×0.1 L = 0.02 mol，ⅰ中n(Fe)≈0.021 mol，故ⅰ中CuSO₄不足，消耗0.02 mol Fe；ⅱ中n(Fe)=0.01 mol，故ⅱ中CuSO₄过量，消耗0.01 mol Fe。ⅰ中消耗的Fe较多，故ⅰ中放出的热量多于ⅱ，则b ＞ c。②若选择ⅰ进行计算，Q = cρV总·ΔT = 4.18 J·g⁻¹·℃⁻¹×1.0 g·mL⁻¹×100 mL×(b - a)℃ = 418(b - a) J，ΔH = -Q/n = -418(b - a)×10⁻³ kJ/0.02 mol = -20.9(b - a) kJ·mol⁻¹；若选择ⅱ进行计算，Q = cρV总·ΔT = 4.18 J·g⁻¹·℃⁻¹×1.0 g·mL⁻¹×100 mL×(c - a)℃ = 418(c - a) J，ΔH = -Q/n = -418(c - a)×10⁻³ kJ/0.01 mol = -41.8(c - a) kJ·mol⁻¹。
(4)[新考法，运用盖斯定律设计反应]Fe³⁺易水解，故须加入酸以抑制Fe³⁺的水解。有气泡冒出，可知存在反应Fe + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂↑。结合
(3)中实验可知，可利用盖斯定律间接测定反应A的焓变，即先测出反应Cu(s) + Fe₂(SO₄)₃(aq) = CuSO₄(aq) + 2FeSO₄(aq)和Fe(s) + CuSO₄(aq) = FeSO₄(aq) + Cu(s)的焓变，再将两者相加得到Fe(s) + Fe₂(SO₄)₃(aq) = 3FeSO₄(aq)的焓变。
方法技巧
作答主观题中的开放性试题时，若思路受阻，可试着将题目从头再读一遍，思考不同小题设问之间的联系，揣摩出题者的意图，结合所学知识解决问题。