1、专题1 化学反应与能量变化一、选择题(本题共15小题,每小题3分,共45分)1.(2020江苏盐城中学高二下期中)目前,我国正在大力培育新能源汽车产业,氢能是一种既高效又干净的新能源,发展前景良好,用氢作为能源的燃料电池汽车是研究的重点方向之一。下列说法正确的是()A.氢燃料电池是基于电解原理设计的B.理论上氢能源汽车使用时不会产生污染物C.氢燃料电池可以将化学能完全转化为电能D.水分解产生氢气的同时放出热量供汽车使用2.(2021江苏如皋中学高二上阶段性检测)表示下列变化的化学用语中,正确的是()A.钢铁吸氧腐蚀的正极反应式:4OH-4e- O2+2H2OB.NaOH(aq)+HCl(aq)
2、 NaCl(aq)+H2O(l)H=+57.3 kJ/molC.氯气和水反应的离子方程式:Cl2+H2O 2H+Cl-+ClO-D.电解硫酸钠溶液的阴极反应式:2H2O+2e- H2+2OH-3.(2020江苏盐城中学高二下期中)下列事实可以用电化学理论解释的是()A.白磷固体在空气中易自燃B.实验室中镁不需要保存在煤油中C.实验室配制CuCl2溶液时常加入适量盐酸D.电工规范上,铜、铝电线不能直接铰接在一起4.(2021山东泰安肥城高二上期中)将V1 mL 1.00 molL-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,实验结果如图所示(实验中始终保持V1+
3、V2=50)。下列叙述正确的是()A.该实验在甲图装置中完成B.做该实验时环境温度为22 C.该实验可分多次把NaOH溶液倒入盛有盐酸的小烧杯中D.NaOH溶液的浓度约为1.50 molL-15.(2021江苏启东中学高二上月考)下列说法不正确的是()A.H2(g)+12O2(g) H2O(l)H=-286 kJmol-1,则该反应每生成1 mol H2O(l)放热286 kJB.天然气的主要成分甲烷是高效、较洁净的燃料C.天然气是不可再生能源D.使用催化剂,可以改变反应的反应热6.(2021北京丰台高二上期中)海港、码头的钢制管桩会受到海水的长期侵蚀,常用外加电流的阴极保护法对其进行保护,如
4、图所示,其中高硅铸铁为辅助阳极。下列说法不正确的是()A.钢制管桩应与电源的负极相连B.通电后外电路的电子被强制流向钢制管桩C.高硅铸铁及钢制管桩周边没有电极反应发生D.保护电流应该根据环境条件变化进行调整7.(2020浙江衢州四校高二上期中)由O2、NO2和熔融NaNO3组成的燃料电池如图所示,在该电池工作过程中石墨电极产生一种气态氧化物Y。下列说法正确的是()A.电子由负载流向石墨B.Y可能为NOC.石墨上发生还原反应D.石墨上的电极反应:O2+2N2O5+4e- 4NO3-8.(2020江苏苏州高二下学业质量检测)下列电化学装置正确且能达到目的的是()A.用装置甲在铁制品表面镀铜B.用装
5、置乙电解精炼铜C.用装置丙制备NaOH和氯气D.用装置丁保护钢闸门9.(2021广西柳州高三一模)一种固定CO2的电化学装置如图,该电化学装置放电时可将CO2转化为Li2CO3和C,充电时选用合适催化剂,只有Li2CO3发生氧化反应,释放出CO2和O2。下列说法不正确的是()A.放电时,电极X是原电池负极B.充电时,电极Y应与外接电源的正极相连C.充电时阳极的电极反应式为2Li2CO3-4e- 2CO2+O2+4Li+D.经过充、放电,理论上该电池可以完全恢复组成,从而能够无限次使用10.(2020江苏徐州高二下期末)根据能量变化示意图,下列说法不正确的是()A.相同质量的N2H4(g)和N2
6、H4(l),前者具有的能量较高B.相同质量的NO2(g)和N2O4(g),后者含有的总键能较高C.H5=H1+H2+H3+H4D.N2H4(l)+NO2(g) 32N2(g)+2H2O(l)H,则HH411.(2020天津南开高二上期末)已知:2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)H=-483.6 kJmol-1下列说法不正确的是(深度解析)A.该反应可作为氢氧燃料电池的反应原理B.破坏1 mol HO键需要的能量是463.4 kJC.H2的燃烧热H-241.8 kJmol-1D.H2(g)中的HH键比H2O(g)中的HO键牢固12.(双选)(2021江苏如皋高二上教学质量调研)利用如图所示
7、装置可模拟电解原理在工业上的应用。下列说法正确的是()A.外加电流的阴极保护法,Y是待保护金属B.铁制品表面镀锌,X为锌、Y为铁、Z为FeSO4C.铜的精炼,X是纯铜,Y是粗铜,Z是CuSO4D.氯碱工业,X为石墨、Y为铁,Z溶液为精制饱和食盐水13.(2020江苏扬州高二上期末)结合图、判断,下列叙述正确的是()A.和中正极材料均未被腐蚀B.和中负极反应均是Fe-2e- Fe2+C.和中正极反应均是O2+2H2O+4e- 4OH-D.和电解质溶液中的阳离子均向负极做定向移动14.(双选)(2020山东菏泽高二上期末)NCl3是一种黄色黏稠状液体,常用于杀菌消毒,工业上通过惰性电极电解氯化铵和
8、盐酸的方法制备NCl3,其原理如图所示。下列说法正确的是()A.在b极区产生的气体是H2B.a极的电极反应式为NH4+-6e-+4OH-+3Cl- NCl3+4H2OC.溶液中的Cl-移向a极区D.若将阴离子交换膜改为阳离子交换膜,NH4Cl的利用率不变15.(2020江苏扬州高三下调研)电解含ClO2的NaCl溶液可以获得消毒剂NaClO2,该工艺尾气吸收时的反应为2ClO2+2NaOH+H2O2 2NaClO2+O2+2H2O。下列有关说法正确的是()A.电解时,化学能会转化为电能和热能B.电解时,ClO2转化为ClO2-的反应发生在阳极C.生成11.2 L O2时,H2O2失去1 mol
9、电子D.2H2O2(aq) 2H2O(l)+O2(g)H0过程中的能量变化如图所示二、非选择题(本题共5小题,共55分)16.(10分)(2021山东德州第一中学高二上期中)(1)中和反应的反应热的理论数值为H=-57.3 kJmol-1,下列操作中,可能使测得的数值的绝对值偏小的是(填序号)。室温低于10 时进行实验在量取NaOH溶液的体积时仰视读数分多次把NaOH溶液倒入盛有盐酸的小烧杯中实验时用环形铜质搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒(2)若含有8.0 g NaOH的稀溶液与1 L 0.21 molL-1的盐酸反应放出11.46 kJ的热量,则表示中和反应的热化学方程式为(填字母)。A.NaOH
10、(aq)+HCl(aq) NaCl(aq)+H2O(l)H=+57.3 kJmol-1B.NaOH(s)+HCl(l) NaCl(s)+H2O(l)H=-57.3 kJmol-1C.NaOH(aq)+HCl(aq) NaCl(aq)+H2O(l)H=-11.46 kJmol-1D.NaOH(aq)+HCl(aq) NaCl(aq)+H2O(l)H=-57.3 kJmol-1(3)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:CH3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g)H=+49.0 kJmol-1CH3OH(g)+12O2(g) CO2(g)+2H2(g)H=-1
11、92.9 kJmol-1又知H2O(g) H2O(l)H=-44 kJmol-1。则甲醇燃烧生成液态水的热化学方程式为。(4)汽车发动机工作时会引发N2和O2反应,其能量变化示意图如下。写出该反应的热化学方程式:。17.(10分)(2021山东滕州一中高二上月考)(1)为了探究化学能与热能的转化,某实验小组设计了如下三套实验装置。上述装置中,不能用来证明“锌和稀硫酸反应是吸热反应还是放热反应”的是(填序号)。某同学选用装置进行实验(实验前U形管里液面左右相平),在甲试管里加入适量氢氧化钡晶体与氯化铵固体搅拌反应,U形管中可观察到的现象是。取适量超氧化钾粉末用脱脂棉包裹并放在石棉网上,向脱脂棉上
12、滴加几滴蒸馏水,片刻后,若观察到棉花燃烧,则反应4KO2+2H2O 4KOH+3O2是(填“放热”或“吸热”)反应。(2)化学反应的焓变通常用实验进行测定,也可进行理论推算。实验测得,标准状况下11.2 L甲烷在氧气中充分燃烧生成液态水和二氧化碳气体时释放出a kJ的热量,试写出表示甲烷燃烧的热化学方程式:。已知反应CH3CH3(g) +H2(g)H,有关化学键的键能如下。化学键CHCCHH键能/kJmol-1414.4615.3347.4435.3通过计算得出该反应的焓变H=。18.(10分)铬是常见的过渡金属之一,研究铬的性质具有重要意义。(1)在如图装置中,观察到装置甲铜电极上产生大量的
13、无色气体;而装置乙中铜电极上无气体产生,铬电极上产生大量红棕色气体。由此可得到的结论是。(2)工业上使用下图装置,采用石墨作为电极电解Na2CrO4溶液,使Na2CrO4转化为Na2Cr2O7,其转化原理为。(3)CrO3和K2Cr2O7均易溶于水,它们是工业废水造成铬污染的主要原因。要将Cr()转化为Cr()常见的处理方法是电解法。将含Cr2O72-的废水通入电解槽内,用铁作为阳极,在酸性环境中,加入适量的NaCl进行电解,使阳极生成的Fe2+和Cr2O72-发生反应,其离子方程式为。阴极上Cr2O72-、H+、Fe3+都可能放电。若Cr2O72-放电,则阴极的电极反应式为;若H+放电,则阴
14、极区形成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀,已知常温下,Cr3+Cr(OH)3CrO2-,则常温下阴极区溶液pH的范围为。19.(13分)(2020山东泰安高二上期末)某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀的类型及腐蚀速率,将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部,塞上瓶塞,如图1所示。从胶头滴管中滴入几滴醋酸,同时测量容器中的压强变化。(1)请完成以下实验设计(完成表中空格)。编号实验目的碳粉/g铁粉/g醋酸/%为以下实验做参照0.52.090.00.536.0碳粉含量的影响0.22.090.0(2).编号实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2时,容器中压强明显小于起始压强,其原因是
15、铁发生了腐蚀。.请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向;此时,碳粉表面发生了(填“氧化”或“还原”)反应,其电极反应式是 。图2图3(3)该小组对图2中0t1 s时压强变大的原因提出了如下假设,请你完成假设二。假设一:发生析氢腐蚀产生了气体。假设二:。20.(12分)(2021江苏如皋高二上教学质量调研)利用太阳能光解水,制备的H2用于还原CO2合成甲醇,可实现资源的再利用。(1)中国科学家研究的复合光催化剂碳纳米点(CQDs)/氮化碳(C3N4)纳米复合物可以利用太阳光高效分解水,其原理如图所示。反应的化学方程式为。(2)H2和CO、CO2在催化剂的作用下合成甲醇的主要反应如下。第一步
16、:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)H1=+41 kJmol-1第二步:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)H2=-99 kJmol-1CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)H=。第二步反应中的相关的化学键键能(E)数据如下表,试计算x=。化学键HHCOC O(CO)HOCHE/kJmol-1436x1 076465413(3)某生成甲醇的原理如图所示。写出A电极生成甲醇的电极反应式:。A极生成1 mol甲醇时,B极生成气体在标准状况下的体积是。答案全解全析1.B氢燃料电池属于原电池,是将化学能转化为电能的装置,是基于原电池原理设计的,A项错误;氢氧燃
17、料电池的生成物是水,环保无污染,B项正确;氢燃料电池可以将化学能转化为电能,但不能完全转化,C项错误;水分解产生氢气要吸收能量,D项错误。2.D钢铁吸氧腐蚀时,正极氧气得到电子发生还原反应,正极反应式:O2+2H2O+4e- 4OH-,A项错误;中和反应是放热反应,NaOH(aq)+HCl(aq) NaCl(aq)+H2O(l)H=-57.3 kJ/mol,B项错误;次氯酸是弱酸,氯气和水反应的离子方程式:Cl2+H2O H+Cl-+HClO,C项错误;电解硫酸钠溶液时,在阴极水电离产生的氢离子放电,发生还原反应得到氢气,阴极电极反应式为2H2O+2e- H2+2OH-,D项正确。3.D白磷固
18、体在空气中易自燃是因为白磷的着火点低,和电化学理论无关,A项错误;镁的表面被氧化后,形成一层氧化膜,阻止进一步氧化,所以实验室中镁不需要保存在煤油中,和电化学理论无关,B项错误;实验室配制CuCl2溶液时常加入适量盐酸,为了抑制水解,和电化学理论无关,C项错误;铜、铝电线直接铰接在一起,会形成原电池,加速被锈蚀的速率,可以用电化学理论解释,D项正确。4.D甲图装置中缺少环形玻璃搅拌棒,A项错误;从图示观察起始温度即实验时环境温度,因此该实验开始时温度低于21 ,B项错误;该实验如果分多次把NaOH溶液倒入盛有盐酸的小烧杯中,会导致热量损失较多,C项错误;恰好反应时参加反应的盐酸体积为30 mL
19、,则碱溶液的体积为20 mL,c(NaOH)=0.03 L1.00molL-10.02 L=1.50 molL-1,D项正确。5.D使用催化剂,只能改变反应途径,而不能改变反应物、生成物的能量,因此不能改变反应的反应热,D项错误。6.C被保护的钢制管桩应作为阴极,钢制管桩应与电源的负极相连,A项正确;通电后,高硅铸铁作为阳极,海水中的氯离子等在阳极失电子发生氧化反应,电子经导线流向电源正极,再从电源负极流出经导线流向钢制管桩,B项正确,C项错误;通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整,D项正确。7.D由题图分析可知石墨为原电池的负极,电极反应式为NO2+NO3-e- N2O5,石墨作原电池
20、的正极,电极反应式为O2+2N2O5+4e- 4NO3-,故D项正确;电子由石墨流向负载,故A项错误;Y为N2O5,故B项错误;石墨上发生氧化反应,故C项错误。8.B用装置甲在铁制品表面镀铜时,要用铜作为电镀池的阳极,与直流电源的正极相连,不能用铁作为电镀池的阳极,A项错误;用装置乙电解精炼铜时,粗铜作为精炼池的阳极,与直流电源的正极相连,B项正确;用装置丙制备NaOH和氯气时,应选择阳离子交换膜,以有利于钠离子向阴极迁移,防止氢氧根离子向阳极迁移,C项错误;用装置丁保护钢闸门时,应选用比铁活泼的锌与钢闸门相连,丁中钢闸门会因原电池反应加快腐蚀,D项错误。9.D放电时,X极上Li放电失电子,则
21、电极X是原电池的负极,A项正确;X为负极,则Y为正极,故充电时,电极Y应与外接电源的正极相连,B项正确;充电时,阳极上电极反应式为2Li2CO3-4e- 2CO2+O2+4Li+,C项正确;充电电池不可能无限次充、放电,因此也不能无限次使用,D项错误。10.DN2H4(l)变为N2H4(g)要吸收热量,故相同质量的N2H4(g)和N2H4(l),N2H4(g)的能量高于N2H4(l),A项正确;H=反应物的键能之和-生成物的键能之和,NO2(g) 12N2O4(g)H30,故N2O4(g)的键能大,B项正确;由盖斯定律可知,H5=H1+H2+H3+H4,C项正确;N2H4(l)+NO2(g)
22、32N2(g)+2H2O(l)H,H=H4+H3,因H3H,D项错误。11.D氧化还原反应可设计成原电池,因此该反应可作为氢氧燃料电池的反应原理,A项正确;焓变等于断裂化学键吸收的能量减去形成化学键释放的能量,则2436 kJmol-1+498 kJmol-1-4E(HO)=-483.6 kJmol-1,解得E(HO)=463.4 kJmol-1,B项正确;H2(g)+12O2(g) H2O(g)H=-241.8 kJmol-1,燃烧热是在1个标准大气压下,1 mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量,生成的水要为液态,但以上反应中生成的水为气态,若转化为液态还要放出热量,即H2的燃烧
23、热HE(HH),则H2O(g)中的HO键更牢固,D项错误。名师点睛物质的能量越低,物质越稳定,物质的键能越大,物质越稳定。12.AD外加电流的阴极保护法,阴极得电子,被保护,所以Y是待保护金属,A项正确;铁制品表面镀锌,阴极应为锌离子得到电子生成锌单质,阳极为锌,所以X为锌、Y为铁、Z为ZnSO4,B项错误;铜的精炼,在阳极铜失去电子,阳极为粗铜,在阴极铜离子得电子生成铜单质,阴极为纯铜,所以X是粗铜,Y是纯铜,Z是CuSO4,C项错误;氯碱工业,阳极失去电子,阳极应为惰性电极或石墨,所以X为石墨、Y为铁,Z溶液为精制饱和食盐水,D项正确。13.A两个装置都是原电池,则和中正极材料均未被腐蚀,
24、A正确;中电解质溶液呈中性,锌作为负极,负极反应是Zn-2e- Zn2+,B错误;中电解质溶液呈酸性,铁作为负极,铜作为正极,正极上氢离子得电子发生还原反应,反应为2H+2e- H2,C错误;两个装置都是原电池,和电解质溶液中的阳离子均向正极做定向移动,D错误。14.ACb电极是阴极,在阴极氢离子得电子发生还原反应,电极反应式为2H+2e- H2,所以在b极区产生的气体是H2,A项正确;a电极是阳极,该电极上发生失电子的氧化反应,反应式为NH4+3Cl-6e- NCl3+4H+,B项错误;溶液中的Cl-移向阳极(a极)区,C项正确;若将阴离子交换膜改为阳离子交换膜,又a电极反应式为NH4+3C
25、l-6e- NCl3+4H+,则生成的氢离子经过阳离子交换膜移向阴极,而氯离子无法通过交换膜进入阳极区,导致产率降低,NH4Cl的利用率降低,D项错误。15.D电解过程将电能转化为化学能,A项错误;电解时,ClO2转化为ClO2-的反应是还原反应,发生在阴极,B项错误;由于没有给出具体的温度和压强,故无法算出11.2 L O2的物质的量,也无法计算H2O2失去电子的物质的量,C项错误;图像中反应物总能量高于生成物的总能量,是放热反应,2H2O2(aq) 2H2O(l)+O2(g)H0,D项正确。16.答案(1)(2)D(3)CH3OH(g)+32O2(g) CO2(g)+2H2O(l)H=-7
26、64.7 kJmol-1(4)N2(g)+O2(g) 2NO(g)H=+183 kJmol-1解析(1)室温低于10 时进行实验,散失热量太快,实验结果的数值的绝对值偏小,正确;在量取NaOH溶液的体积时仰视读数,导致量取的NaOH溶液的体积偏大,实验结果的数值的绝对值偏小,正确;分多次把NaOH溶液倒入盛有盐酸的小烧杯中,散失热量较多,实验结果的数值的绝对值偏小,正确;实验时用环形铜质搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒,散失热量较多,实验结果的数值的绝对值偏小,正确。(3)依据盖斯定律计算3-2+2得到CH3OH(g)+32O2(g) CO2(g)+2H2O(l)H=3(-192.9 kJmol-1)
27、-2(+49.0 kJmol-1)+2(-44 kJmol-1)=-764.7 kJmol-1。(4)由题干信息可知,该反应生成2 mol NO(g)时的反应热=(945+498)kJmol-1-2630 kJmol-1=+183 kJmol-1,所以该反应的热化学方程式为N2(g)+O2(g) 2NO(g)H=+183 kJmol-1。17.答案(1)左端液柱升高,右端液柱降低放热(2)CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l)H=-2a kJ/mol+125.6 kJ/mol解析(1)装置可通过U形管中红墨水液面的变化判断锌和稀硫酸的反应是放热还是吸热;装置可通过烧杯中是否产
28、生气泡判断锌和稀硫酸的反应是放热还是吸热;装置不能判断该反应是放热反应还是吸热反应,故选。氢氧化钡晶体与氯化铵反应属于吸热反应,所以具支锥形瓶中气体遇冷压强减小,导致U形管左端液柱升高,右端液柱降低。棉花燃烧说明温度达到棉花的着火点,即温度升高,所以可判断该反应放热。(2)标准状况下11.2 L甲烷的物质的量为11.2 L22.4 L/mol=0.5 mol,则1 mol CH4完全燃烧放出的热量为2a kJ,甲烷燃烧的热化学方程式为CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l)H=-2a kJ/mol。反应CH3CH3(g) +H2(g)H,H=反应物的总键能-生成物的总键能=64
29、14.4 kJ/mol+347.4 kJ/mol-(4414.4 kJ/mol+615.3 kJ/mol+435.3 kJ/mol)=+125.6 kJ/mol。18.答案(1)由装置甲知铬的金属活动性比铜强;由装置乙知常温下铬在浓硝酸中钝化(2)阳极反应为2H2O-4e- O2+4H+,使c(H+)增大,从而导致反应2CrO42-+2H+ Cr2O72-+H2O发生(3)Cr2O72-+6Fe2+14H+ 2Cr3+6Fe3+7H2OCr2O72-+6e-+14H+ 2Cr3+7H2O8pH10解析(1)(2)略(3)酸性环境中阳极生成的Fe2+和Cr2O72-发生反应,其离子方程式为Cr2
30、O72-+6Fe2+14H+ 2Cr3+6Fe3+7H2O。阴极上若Cr2O72-放电,则阴极的电极反应式为Cr2O72-+6e-+14H+ 2Cr3+7H2O;阴极上若H+放电,则阴极区形成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀,根据题意,若生成Cr(OH)3,则10-6 molL-1c(OH-)10-4 molL-1,则阴极区溶液pH的范围为8pH10。19.答案(1)醋酸浓度的影响2.0(2).吸氧.还原4H+O2+4e- 2H2O(3)反应放热,温度升高使气体压强增大解析(1)作为对照实验,中醋酸百分含量与中不同,则中铁粉的质量也为2.0 g,即为探究醋酸浓度的影响。(2)t2时,容器中压
31、强明显小于起始压强,说明锥形瓶中气体体积减小,说明发生了吸氧腐蚀,电子从负极流向正极,发生吸氧腐蚀时电子移动方向如图;碳作为正极,铁作为负极,碳电极上氧气得到电子发生还原反应,电极反应式为4H+O2+4e- 2H2O。(3)图2中0t1 s时压强变大的原因可能为:铁发生了析氢腐蚀;铁与醋酸的反应为放热反应,温度升高时锥形瓶中压强增大。所以假设二为反应放热使锥形瓶内温度升高。20.答案(1)2H2O H2+H2O2(2)-58 kJmol-1343(3)CO2+6H+6e- CH3OH+H2O33.6 L解析(1)根据图示,反应是水在催化剂存在的条件下生成氢气和过氧化氢,反应的化学方程式为2H2
32、O H2+H2O2。(2)a.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)H1=+41 kJmol-1b.CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)H2=-99 kJmol-1根据盖斯定律a+b得CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)H=+41 kJmol-1-99 kJmol-1=-58 kJmol-1。反应物的总键能-生成物总键能=焓变,即1 076+4362-4133-x-465=-99,解得x=343。(3)在A电极二氧化碳得电子生成甲醇,电极反应式为CO2+6H+6e- CH3OH+H2O,则每生成1 mol CH3OH转移6 mol e-,B极电极反应式为3H2O-6e- 32O2+6H+,则每生成1 mol CH3OH在B极生成1.5 mol O2,在标准状况下的体积为1.5 mol22.4 Lmol-1=33.6 L。
