2020届高考化学一轮复习化学反应与能量变化作业1 9页

化学反应与能量 (建议用时：50 分钟) (对应考点集训第 245 页) 一、选择题(每小题 6 分，共 10 小题，60 分) 1．已知：①2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH1＝－483.6 kJ·mol－1；②H2(g)＋S(g)===H2S(g) ΔH2＝－20.1 kJ·mol－1。下列判断一定正确的是( ) A．由①可知，氢气的燃烧热为 241.8 kJ·mol－1 B．由①、②知，2H2S(g)＋O2(g)===2S(g)＋2H2O(g) ΔH＝－443.4 kJ·mol－1 C．反应②中的能量变化可用如图表示 D．若反应②中改用固态硫，则放热大于 20.1 kJ B [反应①中生成 H2O(g)，而根据氢气的燃烧热定义应生成 H2O(l)，故氢气的燃烧热 大于 241.8 kJ·mol－1，A 错误；根据盖斯定律，由①－②×2 可得 2H2S(g)＋O2(g)===2S(g)＋ 2H2O(g) ΔH＝ΔH1－2ΔH2＝(－483.6 kJ·mol－1)－(－20.1 kJ·mol－1)×2＝－443.4 kJ·mol－1， B 正确；反应②为放热反应，反应物具有的总能量高于生成物具有的总能量，C 错误；等质 量的 S(g)具有的能量高于 S(s)具有的能量，则反应②中改用固态硫，放热小于 20.1 kJ，D 错 误。] 2．(2019·新疆一模)选择性催化还原法(SCR)烟气脱硝技术是一种成熟的 NOx 控制处理 方法，主要反应如下： ①4NH3(g)＋4NO(g)＋O2(g) 4N2(g)＋6H2O(g) ΔH1＝a kJ·mol－1 ②4NH3(g)＋2NO2(g)＋O2(g) 3N2(g)＋6H2O(g) ΔH2＝b kJ·mol－1 副反应 4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(g) ΔH3＝c kJ·mol－1 可以计算出反应 2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)的ΔH 为( ) A.（4b－3a＋c） 4 kJ·mol－1 B.（4a－3b＋c） 4 kJ·mol－1 C.（3b－4a＋c） 4 kJ·mol－1 D.（3a－4b＋c） 4 kJ·mol－1 D [①4NH3(g)＋4NO(g)＋O2(g) 4N2(g)＋6H2O(g) ΔH1＝a kJ·mol－1，②4NH3(g)＋2NO2(g)＋O2(g) 3N2(g)＋6H2O(g) ΔH2＝b kJ·mol －1，③4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(g) ΔH3＝c kJ·mol－1，根据盖斯定律，由①×3 4 －②＋③×1 4 即得反应 2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g) ΔH＝a×3 4 －b＋c×1 4 ＝3a－4b＋c 4 kJ·mol－1，故选 D。] 3．(2018·武汉模拟)某同学做了如下实验： 装置 现象 电流计指针未发生偏转 电流计指针发生偏转 下列说法中正确的是( ) A．加热铁片Ⅰ所在的烧杯，电流计指针会发生偏转 B．用 KSCN 溶液检验铁片Ⅲ、Ⅳ附近溶液，可判断电池的正、负极 C．铁片Ⅰ、Ⅲ的腐蚀速率相等 D．“电流计指针未发生偏转”，说明铁片Ⅰ、铁片Ⅱ均未被腐蚀 A [铁片作负极失去电子发生氧化反应，生成 Fe2＋，Fe2＋与 KSCN 溶液不反应，故不 能用 KSCN 溶液判断电池的正、负极，B 项错误；由题给现象知，左图装置未构成原电池， 右图装置构成原电池，且铁片Ⅲ作负极，故铁片Ⅰ、Ⅲ的腐蚀速率一定不相等，C 项错误； “电流计指针未发生偏转”，说明铁片Ⅰ、铁片Ⅱ未构成原电池，但两铁片表面均会发生吸 氧腐蚀，D 项错误。] 4．我国科研人员以 Zn 和尖晶石型锰酸锌(ZnMn2O4)为电极材料，研制出一种水系锌离 子电池。该电池的总反应式：xZn＋Zn1－xMn2O4 放电 充电 ZnMn2O4。下列说法正确的是( ) A．充电时，Zn2＋向 ZnMn2O4 电极迁移 B．充电时，阳极反应式：ZnMn2O4－2xe－===Zn1－xMn2O4＋xZn2＋ C．放电时，每转移 1 mol e－，ZnMn2O4 电极质量增加 65 g D．充电或放电过程中，只有 Zn 元素的化合价发生变化 B [充电时，ZnMn2O4 作阳极，Zn 作阴极，Zn2＋向阴极(Zn 电极)移动，A 项错误；充 电时，阳极上 ZnMn2O4 发生氧化反应，转化为 Zn1－xMn2O4，B 项正确；放电时，ZnMn2O4 电极上发生还原反应：Zn1－xMn2O4＋xZn2＋＋2xe－===ZnMn2O4，故每转移 1 mol e－，ZnMn2O4 电极质量增加 32.5 g，C 项错误；充电或放电过程中，Zn、Mn 元素的化合价均发生变化， D 项错误。] 5．如图是某酸性酒精检测仪的工作示意图。下列有关分析正确的是( ) A．该检测仪利用了电解原理 B．质子交换膜具有类似盐桥的平衡电荷作用 C．Pt(Ⅰ)电极的电极反应为：CH3CH2OH＋3H2O－8e－===CH3COOH＋8H＋ D．工作中电子由 Pt(Ⅰ)电极经过质子交换膜流向 Pt(Ⅱ)电极 B [由题图可知，该装置为原电池，A 项错误；质子交换膜具有类似盐桥的平衡电荷作 用，B 项正确；由题图可知，CH3CH2OH 在 Pt(Ⅰ)电极上被氧化成 CH3COOH，所以 Pt(Ⅰ) 电极的电极反应为 CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋，C 项错误；原电池工作中， 电子不通过电解质溶液，D 项错误。] 6．我国科研人员研制出一种室温“可呼吸”Na－CO2 电池。放电时该电池“吸入”CO2， 充电时“呼出”CO2。吸入 CO2 时，其工作原理如图所示。吸收的全部 CO2 中，有2 3 转化为 Na2CO3 固体沉积在多壁碳纳米管(MWCNT)电极表面，下列说法不正确的是( ) A．每“呼出”22.4 L CO2，转移电子4 3 mol B．“吸入”CO2 时的正极反应：4Na＋＋3CO2＋4e－===2Na2CO3＋C C．“呼出”CO2 时钠箔电极反应式是 Na＋＋e－===Na D．放电时电池总反应式为 4Na＋3CO2===2Na2CO3＋C A [未指明气体是在标准状况下，A 项错误；放电时“吸入”CO2，正极上发生还原反 应：4Na＋＋3CO2＋4e－===2Na2CO3＋C，B 项正确；充电时“呼出”CO2，钠箔电极上发生 还原反应：Na＋＋e－===Na，C 项正确；放电时负极反应为 Na－e－===Na＋，故电池总反应为 4Na＋3CO2===2Na2CO3＋C，D 项正确。] 7．(2019·宣城模拟)如图所示，实验开始时先闭合 K1，断开 K2。一段时间后，再断开 K1，闭合 K2，电流表指针偏转，同时 A 极质量减轻。下列说法不正确的是( ) A．闭合 K1，断开 K2 后，B 极：Ag－e－===Ag＋ B．闭合 K1，断开 K2 后，乙池溶液浓度上升 C．断开 K1，闭合 K2 后，A 电极发生氧化反应 D．断开 K1，闭合 K2 后，NO － 3 从甲池进入乙池 D [A.闭合 K1，断开 K2，则形成电解池，乙池中的银溶解，Ag－e－===Ag＋，故 A 正 确；B.闭合 K1，断开 K2 后，B 是阳极，Ag－e－===Ag＋，硝酸根离子透过离子交换膜由甲池 进入乙池，所以乙池溶液浓度上升，故 B 正确；C.断开 K1，闭合 K2 后，形成原电池，其中 乙池中 Ag＋浓度大，乙池中的 Ag 作正极，甲池中的 Ag 作负极，A 电极溶解、发生氧化反 应，故 C 正确；D.断开 K1，闭合 K2 后，形成原电池，乙池中的 Ag 作正极，甲池中的 Ag 作负极，Ag 被氧化为 Ag＋，NO － 3 由乙池向甲池移动，故 D 错误。] 8．(2019·衡阳八中月考)如图甲是一种利用微生物将废水中的尿素(H2NCONH2)的化学 能直接转化为电能，并生成环境友好物质的装置，同时利用此装置的电能在铁上镀铜，下列 说法中正确的是( ) A．乙装置中溶液颜色会变浅 B．铁电极应与 Y 相连接 C．M 电极反应式：H2NCONH2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋ D．当 N 电极消耗 0.25 mol 气体时，铜电极质量减少 16 g C [乙装置为电镀装置，电镀液的浓度不变，因此溶液颜色不变，A 项错误；电镀时， 待镀金属作阴极，与电源负极相连，而 N 电极上 O2 转化为 H2O，发生还原反应，N 电极为 正极，B 项错误；根据 N 电极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O、铜电极反应式：Cu－2e－===Cu2 ＋，由各电极上转移电子数相等，可得关系式：O2～2Cu，则 N 电极消耗 0.25 mol O2 时，铜 电极质量减少 0.25 mol×2×64 g·mol－1＝32 g，D 项错误。] 9．由 N2O(g)和 NO(g)反应生成 N2(g)和 NO2(g)的能量变化如图所示。下列说法正确的 是( ) A．当反应生成 1 mol N2 时，转移电子的物质的量为 4 mol B．该反应的活化能为 384 kJ·mol－1 C．N2O(g)＋NO(g)===N2(g)＋NO2(g) ΔH＝＋139 kJ·mol－1 D．使用催化剂能使该反应的活化能减小 D [N2O(g)和 NO(g)反应生成N2(g)和NO2(g)的反应为N2O(g)＋NO(g)===N2(g)＋NO2(g)， 根据氧化还原反应中价态转化规律可知，N2O 被还原生成 N2(g)，NO(g)被氧化生成 NO2(g)， 故生成1 mol N2时转移2 mol电子，A错误；由图可知，该反应的正反应的活化能为209 kJ·mol －1，逆反应的活化能为 348 kJ·mol－1，B 错误；反应 N2O(g)＋NO(g)===N2(g)＋NO2(g)的ΔH ＝(209 kJ·mol－1－348 kJ·mol－1)＝－139 kJ·mol－1，C 错误；使用催化剂能降低反应的活化能， 从而加快反应速率，D 正确。] 10．H3BO3 可以通过电解 NaB(OH)4 溶液的方法制备，其工作原理如图，下列叙述错误 的是( ) A．M 室发生的电极反应为 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ B．N 室中：a%＜b% C．b 膜为阴膜，产品室发生反应的化学原理为强酸制弱酸 D．理论上每生成 1 mol 产品，阴极室可生成标准状况下 5.6 L 气体 D [M 室为阳极室，发生氧化反应，电极反应式为 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，故 A 正 确；N 室为阴极室，溶液中水电离的 H＋得电子发生还原反应生成 H2，促进水的电离，溶液 中 OH－浓度增大，即 a%E2，则该反应为__________(填 “吸热”或“放热”)反应。 ②已知拆开 1 mol H—H 键、1 mol N—H 键、1 mol N≡N 键需要的能量分别为 436 kJ、 391 kJ 和 946 kJ ， 则 N2 与 H2 反 应 生 成 NH3 的 热 化 学 方 程 式 为 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)N2H4 和 H2O2 混合可作火箭推进剂。已知：16 g 液态 N2H4 和足量氧气反应生成 N2(g) 和 H2O(l)，放出 310.6 kJ 的热量，且已知：2H2O2(l)===O2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－196.4 kJ·mol － 1 。反应 N2H4(l)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(l)的ΔH＝__________ kJ·mol － 1 。 N2H4 和 H2O2 反 应 生 成 N2(g) 和 H2O(l) 的 热 化 学 方 程 式 为 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)实验室用 50 mL 0.50 mol·L－1 盐酸与 50 mL 某浓度的 NaOH 溶液在如图所示装置中反 应，通过测定混合液温度升高的情况计算中和反应的反应热。 该装置有两处明显的错误，其中一处是缺少一种玻璃仪器，该仪器的名称为__________； 实验室提供了 0.50 mol·L－1 和 0.55 mol·L－1 两种浓度的 NaOH 溶液，应选择__________mol·L －1 的溶液进行实验。 [解析] (1)①若反应物的总能量为 E1，生成物的总能量为 E2，且 E1＞E2，即反应物具 有的总能量高于生成物具有的总能量，则该反应为放热反应。 ②N2 与 H2 反应生成 NH3 的反应为 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，则反应热ΔH＝(946 kJ·mol－1＋3×436 kJ·mol－1)－(6×391 kJ·mol－1)＝－92 kJ·mol－1。 (2)16 g 液态 N2H4 的物质的量为 0.5 mol，与足量氧气反应生成 N2(g)和 H2O(l)，放出 310.6 kJ 的热量，据此写出热化学方程式：①N2H4(l)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－621.2 kJ·mol－1。又知：②2H2O2(l)===O2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－196.4 kJ·mol－1，根据盖斯定律， 由①＋②可得：N2H4(l)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(l) ΔH＝(－621.2 kJ·mol－1)＋(－196.4 kJ·mol－1)＝－817.6 kJ·mol－1。 (3)图中装置缺少环形玻璃搅拌棒；为使盐酸完全反应，要加入稍过量的 NaOH 溶液， 50 mL 0.50 mol·L－1 盐酸与 50 mL NaOH 溶液反应时，应选择 0.55 mol·L－1NaOH 溶液。 [答案] (1)①放热 ②N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92 kJ·mol－1 (2)－621.2 N2H4(l)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－817.6 kJ·mol－1 (3)环形玻璃搅拌棒 0.55 12．(10 分)金属铝在现代生产和日常生活中应用广泛。 (1)工业上用电解熔融氧化铝的方法来制取金属铝。纯净氧化铝的熔点很高(约 2 045 ℃)， 在实际生产中，通过加入助熔剂冰晶石(Na3AlF6)得到熔融体，反应方程式为 2Al2O34Al＋3O2 ↑。 ① 在 电 解 过 程 中 阴 极 反 应 式 为 ________________________________________________________________________； 阳 极 反 应 式 为 ________________________________________________________________________。 ②由于电解产生的氧气全部与石墨电极反应生成 CO 和 CO2 气体，因此在电解过程中石 墨电极需要不断补充。若生产中每生成 a g Al，损失石墨 b g，则理论上产生 CO 和 CO2 的 物质的量分别是__________、________。 (2)对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。如图所示，以铝材为阳极，在 H2SO4 溶液中电解，可使铝材表面形成氧化膜，则阳极电极反应式为__________________。 (3)“863”计划和中科院“百人计划”支持的环境友好型铝碘电池已研制成功，电解质为 AlI3 溶 液 ， 已 知 电 池 总 反 应 式 为 2Al ＋ 3I2===2AlI3 。 该 电 池 负 极 的 电 极 反 应 式 为 ________________________________________________________________________， 当负极质量减少 27 g 时，在导线中有__________个电子通过。 [解析] (1)①分析电解熔融 Al2O3 的反应方程式可知，Al3＋在阴极发生还原反应生成 Al， 电极反应式为 Al3＋＋3e－===Al；O2－在阳极发生氧化反应生成 O2，电极反应式为 2O2－－4e－ ===O2↑。 ②根据电解总反应式可知，生成 a g Al(即 a 27 mol)时，生成 O2 的物质的量为 a 36 mol；据 O 原子守恒可得：n(CO)＋2n(CO2)＝2× a 36 mol；据 C 原子守恒可得：[n(CO)＋n(CO2)]×12 g·mol－1＝b g，联立两式可得 n(CO)＝3b－a 18 mol，n(CO2)＝2a－3b 36 mol。 (2)用铝材为阳极，电解 H2SO4 溶液使铝材表面形成氧化膜，即生成 Al2O3，则阳极反应 式为 2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋。 (3)分析铝碘电池总反应可知，Al 失去电子被氧化成 Al3＋，则 Al 作负极，电极反应式为 Al－3e－===Al3＋。负极质量减少 27 g 时，负极上消耗 1 mol Al，结合负极反应式可知导线中 转移电子的物质的量为 3 mol，即 1.806×1024(或 3NA)个电子。 [答案] (1)①Al3＋＋3e－===Al 2O2－－4e－===O2↑ ②3b－a 18 mol 2a－3b 36 mol (2)2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋ (3)Al－3e－===Al3＋ 1.806×1024(或 3NA) 13．(10 分)氢氧燃料电池能量转化率高，具有广阔的发展前景。现用氢氧燃料电池进行 如图所示的实验(图中所用电极均为惰性电极)： (1) 对 于 氢 氧 燃 料 电 池 ， 下 列 叙 述 不 正 确 的 是 ________________________________________________________________________。 A．a 电极是负极，OH－移向负极 B．b 电极的电极反应为 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．电池总反应式为 2H2＋O22H2O D．电解质溶液的 pH 保持不变 E．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置 (2)如上图右边装置中盛有 AgNO3 溶液，当氢氧燃料电池工作一段时间后，AgNO3 溶液 的 pH__________(填“增大”“减小”或“不变”)。(3)已知甲醇的燃烧热ΔH＝－726.5 kJ/mol， 在 直 接 以 甲 醇 为 燃 料 的 电 池 中 ， 电 解 质 溶 液 为 酸 性 ， 负 极 的 反 应 式 为 ________________________________________________________________________， 正 极 的 反 应 式 为 ________________________________________________________________________。 理想状态下，该燃料电池消耗 1 mol 甲醇所能产生的最大电能为 702.1 kJ，则该燃料电 池的理论效率为__________(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反 应所能释放的全部能量之比)。 [解析] (1)a 电极通入氢气，发生氧化反应，应是负极，原电池工作时 OH－移向负极， 故 A 项正确；通入氧气的电极为正极，发生还原反应，电极反应式为 O2＋2H2O＋4e－===4OH －，故 B 项正确；电池总反应式为 2H2＋O2===2H2O，不是在点燃的条件下反应，故 C 项不 正确；电池反应中生成 H2O，c(KOH)减小，pH 减小，故 D 项不正确；氢氧燃料电池可分别 在两极上通入氢气和氧气，是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装 置，故 E 项正确。 (2)电解硝酸银溶液，阴极发生 4Ag＋＋4e－===4Ag，阳极发生 4OH－－4e－===2H2O＋O2 ↑，总反应式为 4AgNO3＋2H2O4HNO3＋O2↑＋4Ag，所以电解一段时间后溶液 pH 减小。 (3)酸性条件下甲醇燃料电池的总反应式为 CH3OH＋3 2O2===CO2＋2H2O①，酸性条件下 该燃料电池的正极反应式为 3 2O2＋6H＋＋6e－===3H2O②，①－②得电池负极反应式为 CH3OH ＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋；该燃料电池的理论效率为702.1 kJ 726.5 kJ ×100%≈96.6%。 [答案] (1)CD (2)减小 (3)CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋ 3 2O2＋6H＋＋6e－===3H2O 96.6% 14．(10 分)运用电化学原理研究碳、氮、氯及其化合物的性质有重要的意义。 (1)NO2、O2 和熔融 NaNO3 可制作燃料电池，其装置如图甲所示，该电池在工作过程中， 石墨Ⅰ电极上生成氧化物 X。 ① 石 墨 Ⅰ 电 极 的 电 极 反 应 式 为 ________________________________________________________________________。 ② 石 墨 Ⅱ 电 极 的 电 极 反 应 式 为 ________________________________________________________________________。 (2)CO 在工业上有重要的应用，现以 CO、H2O、熔融 Na2O 组成的电池装置如图乙所示。 写 出 石 墨 Ⅰ 电 极 上 发 生 反 应 的 电 极 反 应 式 ： ________________________________________________________________________， Na＋向__________(填“石墨Ⅰ”或“石墨Ⅱ”)电极移动。 (3)工业上利用如图丙所示装置制备氯气。已知左侧原电池的工作原理为 2Na2S2＋ NaBr3Na2S4＋3NaBr。 ①用惰性电极电解饱和食盐水的离子方程式为 ________________________________________________________________________。 ②如图丙所示原电池放电时，原电池中的 Na＋向惰性电极__________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”) 移 动 ， 惰 性 电 极 Ⅰ 上 发 生 反 应 的 电 极 反 应 式 为 ________________________________________________________________________。 [解析] (1)NO2、O2 和熔融 NaNO3 组成的燃料电池中，石墨Ⅰ电极上生成氧化物 X， O2 通入石墨Ⅱ电极上，则石墨Ⅰ电极为负极，石墨Ⅱ电极为正极。①石墨Ⅰ电极上通入 NO2， 发生氧化反应，则电极反应式为 NO2＋NO－ 3 －e－===N2O5，则 X 为 N2O5。②由图可知，X(N2O5) 和 O2 进入石墨Ⅱ电极，发生还原反应，则电极反应式为 O2＋2N2O5＋4e－===4NO－ 3 。 (2)由图可知，CO 通入石墨Ⅰ电极，发生氧化反应生成 CO2，则电极反应式为 CO＋O2 －－2e－===CO2。石墨Ⅰ电极为负极，石墨Ⅱ电极为正极，原电池中阳离子向正极移动，则 Na＋向石墨Ⅱ电极移动。 (3)①用惰性电极电解饱和食盐水时，Cl－在阳极放电生成 Cl2，H＋在阴极放电生成 H2， 则电解饱和食盐水总反应的离子方程式为 2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑。 ②由左侧原电池的反应原理可知，Na2S2 发生氧化反应，NaBr3 发生还原反应，则惰性 电极Ⅰ为负极，惰性电极Ⅱ为正极，而原电池中的阳离子向正极移动，故 Na＋向惰性电极Ⅱ 移动。惰性电极Ⅰ上 Na2S2 发生氧化反应生成 Na2S4，则电极反应式为 2S2－ 2 －2e－===S2－ 4 。 [答案] (1)①NO2＋NO－ 3 －e－===N2O5 ②O2＋2N2O5＋4e－===4NO－ 3 (2)CO＋O2－－2e－===CO2 石墨Ⅱ (3)①2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑ ②Ⅱ 2S2－ 2 －2e－===S2－ 4