1、专题1化学反应与能量变化 测评(A)(时间:90分钟满分:100分)一、选择题(本题包括10小题,每小题2分,共20分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)1.中国科学家曾在陕西进行了中国首次页岩气超临界二氧化碳压裂现场实验,并取得圆满成功,这标志着中国在自主探索陆相页岩气高效开发方面取得了重要的理论和技术突破。页岩气的主要成分为甲烷(CH4),下列说法正确的是()。A.页岩气属于二次能源B.处理后的页岩气作为能源比煤作为能源对环境影响更小C.甲烷完全燃烧过程中,CH键断裂时释放出热能D.页岩气取之不尽,可供人类长久开采使用答案:B解析:页岩气的主要成分为甲烷,因此页岩气属于一
2、次能源,A项错误。甲烷是清洁能源,因此处理后的页岩气作为能源比煤作为能源对环境影响更小,B项正确。甲烷完全燃烧过程中,CH键断裂时吸收能量,C项错误。页岩气的蕴藏量是有限的,不可能取之不尽,D项错误。2.一种生产和利用氢能的途径如图所示。下列说法中错误的是()。A.氢能属于二次能源B.图中能量转化的方式至少有6种C.太阳能电池的供电原理与燃料电池相同D.太阳能、风能、氢能都属于新能源答案:C解析:氢能属于二次能源,A项正确。图中涉及的能量转化方式有太阳能、风能、水能转化为电能,电能与化学能的相互转化,电能与光能、热能的转化等,B项正确。太阳能电池的供电原理是将太阳能转化为电能,而燃料电池的供电
3、原理是将化学能转化为电能,所以二者的供电原理不相同,C项错误。太阳能、风能、氢能都属于新能源,D项正确。3.下列热化学方程式中H代表标准燃烧热的是()。A.CH4(g)+32O2(g)2H2O(l)+CO(g)H1B.S(s)+32O2(g)SO3(g)H2C.C6H12O6(s)+6O2(g)6CO2(g)+6H2O(l)H3D.2CO(g)+O2(g)2CO2(g)H4答案:C解析:标准燃烧热是指1mol纯物质完全燃烧的反应热,A项中CO应为CO2;B项中S的稳定氧化物应为SO2;D项中CO应为1mol。4.已知:1 mol晶体硅中含有2 mol SiSi键。Si(s)+O2(g)SiO2
4、(s)H,其反应过程与能量变化如图所示。化学键SiOOOSiSi断开1mol共价键所需能量/kJ460500176下列说法中正确的是()。A.晶体硅光伏发电是将化学能转化为电能B.二氧化硅的稳定性小于硅的稳定性C.H=-988 kJmol-1D.H=a-c答案:C解析:晶体硅光伏发电是将太阳能转化为电能,A项错误。根据化学键的键能判断,断裂1mol二氧化硅中的SiO键需要的能量为4460kJ=1840kJ,断裂1mol晶体硅中的SiSi键需要的能量为2176kJ=352kJ,故二氧化硅的稳定性大于硅的稳定性,B项错误。Si(s)+O2(g)SiO2(s)H=(1762+500-4604)kJm
5、ol-1=-988kJmol-1,C项正确。根据图中信息可知,H=-c,D项错误。5.化学用语是学习化学的重要工具。下列用来表示物质变化的化学用语中,正确的是()。A.电解饱和食盐水时,阳极的电极反应式为2Cl-2e- Cl2B.氢氧燃料电池的负极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-C.粗铜精炼时,与电源正极相连的是纯铜,电极反应式为Cu-2e- Cu2+D.钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式为Fe-2e-Fe2+答案:A解析:氢氧燃料电池的正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-;粗铜精炼时,与电源负极相连的是纯铜;钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe-2e-Fe2+。6.下列各组热化学方
6、程式中,化学反应的H前者小于后者的有()。H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)H1H2(g)+Br2(g)2HBr(g)H2S(g)+O2(g)SO2(g)H3S(s)+O2(g)SO2(g)H4N2O4(g)2NO2(g)H52NO2(g)N2O4(g)H6CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)H7CaO(s)+H2O(l)Ca(OH)2(s)H812H2SO4(浓,aq)+NaOH(aq)12Na2SO4(aq)+H2O(l)H9HCl(aq)+NaOH(aq)NaCl(aq)+H2O(l)H10C(s)+12O2(g)CO(g)H11C(s)+O2(g)CO2(g)H12A.2项B
7、.3项C.4项D.5项答案:B解析:通过比较氢气与氯气、溴蒸气反应的条件及现象可知,氢气与氯气反应放出的热量多,则H1H2,符合;固态硫变为气态硫的过程中吸热,所以气态硫燃烧放出的热量多,则H30,2NO2(g)N2O4(g)H6H6,不符合;CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)为吸热反应,H70,CaO(s)+H2O(l)Ca(OH)2(s)为放热反应,H8H8,不符合;浓硫酸稀释要放出热量,H9H12,不符合。7.某火力发电厂利用SO2传感器监测发电厂周围大气中SO2的含量,其工作原理如图所示,在V2O5电极上将SO2转化为SO3。下列说法正确的是()。A.传感器在工作时O2-向正极
8、移动B.传感器在工作时,V2O5电极上的电极反应式为SO2-2e-+O2-SO3C.固体电解质可以用稀硫酸代替D.外电路中电子由Pt电极流向V2O5电极答案:B解析:传感器工作时为原电池,原电池中阴离子移向负极,A项错误。V2O5电极上SO2失电子结合迁移到负极的氧离子生成SO3,电极反应式为SO2-2e-+O2-SO3,B项正确。氧离子无法在水溶液中进行传导,负极无法生成SO3,C项错误。Pt电极为正极,V2O5电极为负极,外电路中电子由负极流向正极,D项错误。8.深埋在潮湿土壤中的铁管道,在硫酸盐还原菌作用下,能被硫酸根腐蚀,其电化学腐蚀原理如图所示,下列与此原理有关的说法正确的是()。A
9、.输送暖气的管道更容易发生此类腐蚀B.正极反应:SO42-+9H+8e-HS-+4H2OC.这种情况下,Fe被腐蚀的最终产物为Fe2O3xH2OD.管道上刷富锌油漆可以延缓管道的腐蚀答案:D解析:硫酸盐还原菌中的蛋白质在高温下易变性,失去催化效率,则输送暖气的管道不易发生此类腐蚀,A项不符合题意。原电池的正极上发生还原反应,由图示可知发生的电极反应为SO42-+5H2O+8e-HS-+9OH-,B项不符合题意。由图示可知,Fe被腐蚀的最终产物为FeO,C项不符合题意。管道上刷富锌油漆,形成Zn-Fe原电池,Fe变为正极,可以延缓管道的腐蚀,D项符合题意。9.NO2、O2、熔融盐NaNO3组成的
10、燃料电池如图所示,在使用过程中石墨电极上反应生成一种氧化物Y,下列有关说法正确的是()。A.石墨电极为正极,石墨电极为负极B.Y的化学式可能为NOC.石墨电极的电极反应式为NO2+NO3-e-N2O5D.石墨电极上发生氧化反应答案:C解析:解本题的关键是要分析出示意图中的Y。氧气在反应中被还原,所以石墨电极是正极,石墨电极是负极,A项不正确。Y是NO2被氧化后的产物,则为N2O5,B项不正确。二氧化氮失去电子,氮元素的化合价升高,熔融电解质NaNO3中的NO3-向负极移动,故负极反应式为NO2+NO3-e-N2O5,C项正确。石墨电极上发生的是还原反应,D项不正确。10.我国科学家成功实现了电
11、解气态HCl制备Cl2,其工作原理如图所示。下列说法错误的是()。A.a为外接直流电源的负极B.阳极的电极反应为2HCl-2e-Cl2+2H+C.通电后H+从左室迁移至右室D.左室中发生的反应为4Fe2+O2+4H+4Fe3+2H2O,实现了Fe3+的再生答案:C解析:右侧氯化氢失去电子转化为氯气,因此右侧电极是阳极,则a为外接直流电源的负极,b为外接直流电源的正极,A项正确。阳极上发生失去电子的氧化反应,电极反应为2HCl-2e-Cl2+2H+,B项正确。电解池中阳离子向阴极移动,因此通电后H+从右室迁移至左室,C项错误。根据装置图可判断左室中发生反应为4Fe2+O2+4H+4Fe3+2H2
12、O,实现了Fe3+的再生,D项正确。二、选择题(本题包括5小题,每小题4分,共计20分。每小题只有一个或两个选项符合题意。若正确答案只包括一个选项,多选时,该小题得0分;若正确答案包括两个选项,只选一个且正确的得2分,选两个且都正确的得4分,但只要选错一个,该小题就得0分)11.已知:2H2O(l)2H2(g)+O2(g)H=571.0 kJmol-1。以太阳能为热源分解Fe3O4,经热化学铁氧化合物循环分解水制H2的过程如下:过程:2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g)H=313.2 kJmol-1过程:下列说法不正确的是()。A.过程中每消耗232 g Fe3O4转移2 mol电子B
13、.过程的热化学方程式为3FeO(s)+H2O(l)H2(g)+Fe3O4(s)H=-128.9 kJmol-1C.过程、中能量转化的形式依次是:太阳能化学能热能D.铁氧化合物循环制H2具有成本低、产物易分离等优点答案:BC解析:首先根据n=mM=232g232gmol-1=1mol算出Fe3O4的物质的量,再来看题目给出的过程,2molFe3O4在反应中一共转移了4mol电子,则每消耗1molFe3O4时转移2mol电子,A项正确。过程吸收的能量小于总反应吸收的能量,则过程也一定是吸热的,即H0,B项错误。过程将太阳能转化为热能,热能转化为化学能,过程是热能转化为化学能,C项错误。该过程使用太
14、阳能,因此成本低,且产物容易分离,D项正确。12.一种三室微生物电池污水处理系统原理如下图所示,图中有机废水中有机物可用C6H10O5表示。下列有关说法正确的是()。A.该装置为原电池,b是原电池的负极B.中间室:Na+移向右室,Cl-移向左室,a极区溶液的pH减小C.b极反应式为2NO3-10e-+12H+N2+6H2OD.当左室有4.48 L CO2(标准状况下)生成时,右室产生N2的物质的量为0.8 mol答案:B解析:根据图示信息,装置左侧碳元素化合价升高,所以a为负极,b为正极,A项错误。阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,a极反应式为C6H10O5-24e-+7H2O6CO2+24
15、H+,溶液的pH减小,B项正确。b极反应式为2NO3-+10e-+12H+N2+6H2O,C项错误。当左室有4.48LCO2(标准状况下)生成时,转移0.8mole-,根据得失电子守恒,右室产生N2的物质的量为0.810mol=0.08mol,D项错误。13.支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是()。A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整答案:C解析:依题意,钢
16、管桩为阴极,电子流向阴极,阴极被保护,钢管桩表面腐蚀电流是指铁失去电子形成的电流,接近于0,则表明此条件下铁不容易失去电子,A项正确;阳极上发生氧化反应,失去电子,电子经外电路流向阴极,B项正确;高硅铸铁作阳极,阳极上发生氧化反应,阳极上主要是海水中的水被氧化生成氧气,惰性辅助阳极不被损耗,C项错误;根据海水对钢管桩的腐蚀情况,增大或减小电流,D项正确。14.用CH4催化还原NO2可以消除氮氧化物的污染,例如:CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)H=-574 kJmol-1CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)H=-1 160 k
17、Jmol-1下列说法不正确的是()。A.由反应可知CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(l)H-574 kJmol-1B.反应转移的电子数相同C.若用标准状况下4.48 L CH4还原NO2至N2,放出的热量为173.4 kJD.若用标准状况下4.48 L CH4还原NO2至N2,整个过程中转移的电子的总物质的量为1.6 mol答案:A解析:由于水由气态转化为液态时放热,所以生成液态水放出的热量更多,放热越多,焓变越小,A项错误。物质的量相等的甲烷分别参加反应,C元素的化合价均是从-4价升高到+4价,所以转移的电子数相同,B项正确。根据盖斯定律,反应+2可得CH4(
18、g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)H=12(-574)+(-1160)kJmol-1=-867kJmol-1,标准状况下,4.48LCH4的物质的量为0.2mol,还原NO2至N2,放出的热量为867kJmol-10.2mol=173.4kJ,C项正确。0.2molCH4还原NO2至N2,C元素的化合价从-4价升高到+4价,所以转移电子总数是0.2mol8=1.6mol,D项正确。15.已知NaOH+H2O2H2O+NaHO2,现用H2O2-Al燃料电池电解尿素CO(NH2)2和KOH的混合溶液制备氢气(c、d均为惰性电极,电解池中的隔膜仅阻止气体通过)。下列说法不正
19、确的是()。A.该燃料电池的总反应为3HO2-+2AlOH-+2AlO2-+H2OB.b电极是正极,且反应后该电极区溶液的pH增大C.每消耗27 g Al,理论上产生11.2 L(标准状况下)氮气D.反应过程中电子的流向为abcd答案:D解析:该燃料电池中铝作负极失去电子,2Al-6e-+8OH-2AlO2-+4H2O;因为NaOH+H2O2H2O+NaHO2,HO2-在正极得到电子,使-1价的氧转化为-2价,电极反应为3HO2-+6e-+3H2O9OH-,由此可以写出燃料电池的总反应为3HO2-+2AlOH-+2AlO2-+H2O,A项正确。根据电解池中d电极上发生还原反应有氢气生成,可推出
20、d电极为阴极,因此a电极为负极,b电极为正极,由电极反应可知b电极区溶液的pH增大,B项正确。每消耗27gAl转移的电子为3mol,每生成1molN2转移的电子为6mol,由电子守恒可知每消耗27gAl生成11.2L(标准状况下)氮气,C项正确。电子只在导线中移动,D项错误。三、非选择题(本题包括5小题,共60分)16.(12分)有科学家预言,氢能将成为21世纪的主要能源,而且是一种理想的绿色能源。(1)氢能被称为绿色能源的原因是(任答一点)。(2)在101 kPa下,1 g氢气完全燃烧生成液态水放出142.9 kJ的热量。该反应中反应物总能量(填“大于”“小于”或“等于”)生成物总能量。氢气
21、的燃烧热H=。该反应的热化学方程式为。若1 mol氢气完全燃烧生成1 mol气态水放出241 kJ的热量,已知HO键的键能为463 kJmol-1,OO键的键能为498 kJmol-1,计算HH键的键能为 kJmol-1。(3)氢能的储存是氢能利用的前提,科学家研究出一种储氢合金Mg2Ni,已知:Mg(s)+H2(g)MgH2(s)H1=-74.5 kJmol-1;Mg2Ni(s)+2H2(g)Mg2NiH4(s)H2=-64.4 kJmol-1;Mg2Ni(s)+2MgH2(s)2Mg(s)+Mg2NiH4(s)H3。则H3= kJmol-1。答案:(1)无污染(其他合理答案均可)(2)大于
22、-285.8 kJmol-12H2(g)+O2(g)2H2O(l)H=-571.6 kJmol-1(或其他合理答案)436(3)84.6解析:(1)氢气燃烧生成水,无污染,为清洁能源。(2)为放热反应,则生成物的总能量小于反应物总能量。2g氢气为1mol,完全燃烧生成液态水放出285.8kJ的热量,可知燃烧热H=-285.8kJmol-1;氢气的燃烧热为H=-285.8kJmol-1,反应的热化学方程式为2H2(g)+O2(g)2H2O(l)H=-571.6kJmol-1;根据1mol氢气完全燃烧生成1mol气态水放出241kJ的热量,可写出燃烧的热化学方程式:2H2(g)+O2(g)2H2O
23、(g)H=-482kJmol-1。设1molHH键完全断裂时吸收的热量为xkJ,则2xkJ+498kJ-4463kJ=-482kJ,解得x=436。(3)根据盖斯定律,由-2得到Mg2Ni(s)+2MgH2(s)2Mg(s)+Mg2NiH4(s)H3=-64.4kJmol-1-2(-74.5kJmol-1)=84.6kJmol-1,则H3=84.6kJmol-1。17.(10分)科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池,其效率更高,可用于航空航天。如图1所示装置中,以稀土金属材料作惰性电极,在电极上分别通入CH4和空气,其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体,它在高温下能传导O2-(O2
24、+4e-2O2-)。图1图2(1)c电极作极,d电极上的电极反应式为。(2)如图2所示用惰性电极电解100 mL 0.5 molL-1 CuSO4溶液,a电极上的电极反应式为,若a电极产生56 mL(标准状况)气体,则所得溶液的pH=(不考虑溶液体积变化),若要使电解质溶液恢复到电解前的状态,可加入(填字母)。A.CuOB.Cu(OH)2C.CuCO3D.Cu2(OH)2CO3答案:(1)正CH4+4O2-8e-CO2+2H2O(2)4OH-4e-2H2O+O21AC解析:(1)原电池中电流的方向是从正极流向负极,故c电极为正极;d电极为负极,通入的气体为甲烷,d电极反应式为CH4+4O2-8
25、e-CO2+2H2O。(2)用惰性电极电解CuSO4溶液时,阳极(a电极)反应式为4OH-4e-2H2O+O2,阴极反应式为2Cu2+4e-2Cu。n(O2)=0.056L22.4Lmol-1=2.510-3mol,线路中转移电子的物质的量为2.510-3mol4=0.01mol,溶液中c(H+)=0.01mol0.1L=0.1molL-1,pH=-lg0.1=1。此时反应的n(Cu2+)=0.005mol0.05mol,故加入CuO或CuCO3与溶液中的H+反应,可使电解质溶液恢复到电解前的状态。18.(12分)(1)利用反应Cu+2FeCl3CuCl2+2FeCl2设计成如下图所示的原电池
26、。写出电极反应式:正极;负极。图中X是,Y是。原电池工作时,盐桥中的(填“阳”或“阴”)离子向X溶液方向移动。(2)控制适合的条件,将反应2Fe3+2I-2Fe2+I2设计成如图所示的原电池。反应开始时,乙中石墨电极上发生(填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为。甲中石墨电极上发生(填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为。(3)利用反应2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O可制备CuSO4,若将该反应设计为原电池,其正极反应式为。答案:(1)2Fe3+2e-2Fe2+Cu-2e-Cu2+FeCl3CuCl2阳(2)氧化2I-2e-I2还原2Fe3+2e-2Fe2+(3)O2+4e
27、-+4H+2H2O解析:(1)该原电池中Cu作负极,电极反应式为Cu-2e-Cu2+;C作正极,电极反应式为2Fe3+2e-2Fe2+。X溶液应为FeCl3溶液,Y溶液应为CuCl2溶液。原电池工作时,盐桥中的阳离子向正极移动。(2)根据反应2Fe3+2I-2Fe2+I2,原电池的负极反应为2I-2e-I2,发生氧化反应;正极反应为2Fe3+2e-2Fe2+,发生还原反应。(3)Cu作负极,O2在正极上得电子:O2+4e-+4H+2H2O。19.(12分)(1)某学习小组设计的“电解饱和食盐水”的装置如下(显示的电极均为石墨)。图1图1中,电解一段时间后,气球b中的气体是(填化学式),U形管(
28、填“左”或“右”)边的溶液变红。(2)二氧化氯(ClO2)为一种黄绿色气体,是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。图2是目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺。图2阳极产生ClO2的电极反应式:。当阴极产生标准状况下112 mL气体时,通过阳离子交换膜的离子的物质的量为。答案:(1)H2右(2)Cl-5e-+2H2OClO2+4H+0.01 mol解析:(1)图1中,根据电子流向知,左边电极是电解池阳极,右边电极是电解池阴极,阳极上氯离子放电生成氯气,阴极上水电离出的氢离子放电生成氢气,同时阴极附近产生NaOH。(2)依据题干信息,阳极上Cl-被氧化为ClO2,根据得失电子守恒和
29、电荷守恒,写出电极反应式。阴极上水电离出的H+得电子生成H2,n(H2)=0.112L22.4Lmol-1=0.005mol,电极上得到或失去一个电子,电解质溶液中必然有一个阳离子通过阳离子交换膜,则通过阳离子交换膜的离子的物质的量为0.01mol。20.(14分)铁、铝及其化合物在生产和生活中有着广泛的应用。(1)某研究性学习小组设计了如图所示装置探究钢铁的腐蚀与防护。 为防止金属Fe被腐蚀,可以采用上述(填装置序号)装置原理进行防护;装置中总反应的离子方程式为。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。(2)对铝制品进行抗腐蚀处理,可延长其使用寿命。以下为铝材表面处理的一种
30、方法:碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜,碱洗时常有气泡冒出,原因是(用离子方程式表示)。为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收,最好向槽液中加入下列试剂中的(选填字母)。a.NH3b.CO2c.NaOHd.HNO3用铝制饭盒盛放醋酸,一段时间后,饭盒被腐蚀,该种腐蚀属于,反应的化学方程式为;若用铝饭盒盛放食盐(含水)时,一段时间后,饭盒被腐蚀,这种腐蚀属于,反应原理是(写电极反应式)。答案:(1)乙、丙2Cl-+2H2O2OH-+Cl2+H2补充溶液中的Cu2+,保持溶液中Cu2+浓度恒定(2)2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2b化学腐蚀2Al+6CH3COOH2(CH3COO)3A
31、l+3H2电化学腐蚀负极:Al-3e-Al3+,正极:O2+4e-+2H2O4OH-解析:(1)甲装置为原电池,铁为负极,被腐蚀;乙装置为原电池,锌为负极被腐蚀,铁作正极被保护;丙装置为电解池,铁作阴极被保护。装置丙中铁被保护,实际是电解饱和食盐水,生成氢氧化钠、氢气和氯气,离子方程式为2Cl-+2H2O2OH-+Cl2+H2。保持溶液中Cu2+浓度恒定,使镀层均匀。(2)铝与碱反应可产生H2,离子方程式为2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2;通CO2气体,可以让溶液中的AlO2-全部转化为Al(OH)3沉淀。Al与醋酸直接发生置换反应,所以发生化学腐蚀;食盐水作为电解质溶液,发生电化学腐蚀(吸氧腐蚀),正极反应为O2+4e-+2H2O4OH-,负极反应为Al-3e-Al3+。12