2021_2022学年高中化学第6章化学反应与能量章末测评含解析人教版必修第二册

化学反应与能量

(建议用时：90分钟)

一、选择题

1．“盐水动力”玩具车的电池以镁片、活性炭为电极，向极板上滴加食盐水后电池便可工作，电池反应为2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2。下列关于该电池的说法错误的是(　　)

A．镁片作为正极

B．食盐水作为电解质溶液

C．电池工作时镁片逐渐被消耗

D．电池工作时实现了化学能向电能的转化

[答案]　A

2．下列说法正确的是(　　)

A．化学键的变化必然会引起能量变化，所以能量变化也一定会引起化学变化

B．所有化学变化的能量都可以通过原电池转化为电能

C．所有化学变化一定遵循质量守恒和能量守恒

D．化学变化一定会引起物质种类的变化，所以反应体系内物质种类变化一定是发生化学变化

C　[能量变化不一定会引起化学变化，如物质的三态变化是物理变化，A错误；只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池，B错误；物质种类发生变化不一定是发生了化学变化，D错误。]

3．某反应由两步反应ABC构成，它的反应能量曲线如图，下列叙述正确的是(　　)

A．三种化合物中C最稳定

B．两步反应均为吸热反应

C．A与C的能量差为E4

D．AB反应，反应时一定要加热

A　[能量越低物质越稳定，三种化合物中C的能量最低，则C最稳定，故A正确；由图像可知，第一步反应为吸热反应，第二步反应为放热反应，故B错误；A与C的能量差ΔH＝E1＋E3－E2－E4，故C错误；AB的反应是吸热反应，与反应发生的条件无关，即吸热反应不一定要加热，故D错误。]

4．某学生将电流表用导线与两个电极连接在一起，再将两个电极同时插入某种电解质溶液中，能观察到有电流产生的是(　　)

A．用铜片、铅笔芯作电极插入稀硫酸中

B．用两个铜片作电极插入硝酸银溶液中

C．用锌片、铜片作电极插入番茄中

D．用铜片、铁片作电极插入酒精中

C　[要构成原电池，除要形成闭合回路外，还需要有两个活动性不同的电极，其中一个电极要能与电解质溶液发生自发的氧化还原反应。A项，铜、石墨与稀硫酸均不反应；B项，电极材料相同；D项，酒精是非电解质；C项，一些水果中含有有机酸，其汁液可作电解质溶液。]

5．对于放热反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，下列判断正确的是(　　)

A．2 mol SO2和足量的O2反应，必定生成2 mol SO3

B．当v(正)>v(逆)时，随着反应的进行，反应物的物质的量逐渐减小

C．正反应速率之比为v(SO2)∶v(O2)∶v(SO3)＝2∶1∶2时，反应达到平衡

D．反应达到平衡后，升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小

B　[该反应为可逆反应，不论条件怎样改变，反应不可能进行完全，A项错误；v(正)>v(逆)表示反应正向进行，随着反应的进行，反应物的物质的量逐渐减小，B项正确；在可逆反应里，各物质表示的反应速率之比等于其化学计量数之比，此时反应不一定达到平衡，C项错误；升高温度，正、逆反应速率均增大，D项错误。]

6．金属(M)­空气电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A．金属M作电池负极

B．电解质是熔融的MO

C．正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－

D．电池总反应式为2M＋O2＋2H2O===2M(OH)2

B　[根据题图可知金属M失电子转化为M2＋，则金属M为负极，通入空气的电极为正极，故A正确；电解质是熔融的M(OH)2，故B错误；正极发生还原反应，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故C正确；M失去电子生成M2＋，结合C中分析，电池总反应式为2M＋O2＋2H2O===2M(OH)2，故D正确。]

7．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是(　　)

甲　　　　　　　　乙

丙　　　　　　　　丁

A．图甲：Zn2＋向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H＋浓度增大

B．图乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－

C．图丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄

D．图丁：电池放电过程中，硫酸浓度不断减小

A　[图甲为Zn、Cu、H2SO4溶液构成的原电池，锌为负极，铜为正极，锌失去电子生成锌离子，Zn2＋向Cu电极方向移动，在铜电极上氢离子得到电子生成氢气，故Cu电极附近溶液中H＋浓度减小，A错误；锌为负极，电解质溶液为碱性溶液，所以正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，B正确；锌筒作负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，锌溶解，锌筒会变薄，C正确；电池放电过程中，电池总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，消耗硫酸，硫酸浓度不断减小，D正确。]

8．已知：①1 mol H2分子中化学键断裂时需要吸收436 kJ的能量；②1 mol I2蒸气中化学键断裂时需要吸收151 kJ的能量；③由H原子和I原子形成1 mol HI分子时释放299 kJ的能量。下列判断不正确的是(　　)

A．I2分子比H2分子稳定

B．2 mol HI(g)发生分解反应吸收11 kJ热量

C．HI与NaOH的反应属于放热反应

D．0.5 mol H2(g)与0.5 mol I2(g)完全反应释放出5.5 kJ热量

A　[选项A，H2分子共价键断裂时吸收的热量比I2分子共价键断裂时吸收的热量多，H2分子比I2分子稳定，A选项错误。选项B,2 mol HI(g)发生反应2HI(g)===H2(g)＋I2(g)，吸收的热量＝2E(H—I)－E(H—H)－E(I—I)＝2 mol×299 kJ·mol－1－1 mol×436 kJ·mol－1－1 mol×151 kJ·mol－1＝11 kJ。选项C，中和反应是放热反应。选项D，根据选项B计算可知正确。]

9．用4 g单质锌与5 mL 2 mol·L－1的稀硫酸作用制备氢气时，下列四种情况下生成氢气速率的大小顺序为(　　)

①锌粒＋稀硫酸　 ②锌粉＋稀硫酸　③锌粉＋稀硫酸＋少量CuSO4粉末　④锌粒＋稀硫酸＋少量3 mol·L－1盐酸

A．②>③>④>①    B．①>②>③>④

C．③>②＞①>④    D．②＞①＞③＞④

C　[用4 g单质锌与5 mL 2 mol·L－1的稀硫酸作用制备氢气时，锌的表面积越大，反应速率越快，则反应速率：②＞①；该反应的实质是锌与氢离子反应，氢离子浓度越大，反应速率越快，①中氢离子浓度为4 mol·L－1，④中加入少量3 mol·L－1盐酸，溶液中氢离子浓度小于4 mol·L－1，则反应速率：①＞④；③中锌与CuSO4反应置换出铜，构成原电池，反应速率加快，则反应速率：③＞②；因此生成氢气速率的大小顺序为③＞②＞①＞④，故选C。]

10．在恒温恒容的密闭容器中进行反应2SO2＋O22SO3，若反应物浓度由0.1 mol·L－1降到0.06 mol·L－1需20 s，那么由0.06  mol·L－1降到0.024  mol·L－1需要的反应时间为(　　)

A．等于18 s   B．等于12 s

C．大于18 s    D．小于18 s

[答案]　C

11．熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池(600～700 ℃)，具有效率高、噪声低、无污染等优点。熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．电池工作时，熔融碳酸盐只起到导电的作用

B．负极反应式为H2－2e－＋CO===CO2＋H2O

C．电子流向：电极a→负载→电极b→熔融碳酸盐→电极a

D．电池工作时，外电路中通过0.2 mol电子，消耗3.2 g O2

B　[电池工作时，负极反应式：H2－2e－＋CO===CO2＋H2O，正极反应式：O2＋4e－＋2CO2===2CO，故熔融碳酸盐不仅起到导电的作用，还参与了电极反应，A项错误，B项正确；电子只能在电极和外电路中移动，不会通过熔融碳酸盐，C项错误；根据正极的反应式可知，外电路中通过0.2 mol电子，消耗氧气的物质的量为0.05 mol，质量为1.6 g，D项错误。]

12．X、Y、Z为三种气体，把a mol X和b mol Y充入一密闭容器中，发生反应X＋2Y2Z。达到平衡时，若它们的物质的量满足n(X)＋n(Y)＝n(Z)，则Y的转化率为(　　)

A．×100%   B．×100%

C．×100%   D．×100%

B　[设反应达到平衡时消耗Y的物质的量为x mol。则：

　　　     　X　　＋　　2Y2Z

起始量/mol    a          b　     0

转化量/mol              x       x

平衡量/mol  a－        b－x     x

依题意可得＋(b－x)＝x，解得x＝。Y的转化率为×100%＝×100%。]

13．生产液晶显示器的过程中使用的化学清洗剂NF3是一种温室气体，其储存能量的能力是CO2的12 000～20 000 倍，在大气中的寿命可长达740年之久，已知键能是指断开1 mol化学键变为气态原子时所放出的能量，以下是几种化学键的键能：

下列说法中正确的是(　　)

A．过程N2(g)―→2N(g)放出能量

B．过程N(g)＋3F(g)―→NF3(g)放出能量

C．反应N2(g)＋3F2(g)===2NF3(g)是吸热反应

D．NF3吸收能量后如果没有化学键的断裂与形成，仍可能发生化学反应

B　[A项，由N2(g)―→2N(g)破坏化学键需吸收能量；B项，N(g)＋3F(g)―→NF3(g)是形成化学键，放出能量；C项，ΔH＝(941.7＋154.8×3－283.0×6)kJ·mol－1＝－291.9 kJ·mol－1，反应放热；D项，化学反应的实质是化学键的断裂和形成。]

14．下列各组反应(表中物质均为反应物)在反应刚开始时，放出H2的速率最大的是(　　)

D　[影响化学反应速率的主要因素是反应物的性质，镁的金属活动性强于铁，所以C项放出氢气的速率最小。A项，Mg与HNO3反应不会产生氢气，B、D两项中只需比较c(H＋)的大小即可，HCl为一元强酸，硫酸为二元强酸，故相同浓度的盐酸与硫酸溶液，硫酸溶液中的c(H＋)大于盐酸中的c(H＋)，D项符合题意。]

15．如图所示为800 ℃时A、B、C三种气体在密闭容器中反应时浓度的变化，只从图上分析不能得出的结论是(　　)

A．发生的反应可表示为2A(g)2B(g)＋C(g)

B．前2 min A的分解速率为0.1 mol·L－1·min－1

C．开始时，正、逆反应同时开始

D．2 min时，A、B、C的浓度之比为2∶3∶1

C　[根据图像，反应过程中A的浓度减小，B、C浓度增大，因此A为反应物，B、C为生成物，根据浓度的变化量可以确定反应为2A(g)2B(g)＋C(g)，A正确；前2 min，v(A)＝＝0.1 mol·L－1·min－1，B正确；开始时加入的物质为A和B，没有C，C错误；根据图像，2 min时，A、B、C的浓度分别为0.2 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.1 mol·L－1, D正确。]

16．在2.0 L恒温恒容密闭容器中充入1.0 mol HCl和0.3 mol O2，加入催化剂发生反应4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)，HCl、O2的物质的量随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．t2时，v(正)＝v(逆)

B．加入催化剂反应速率不变

C．t1时容器内气体的总压强比t2时的大

D．t3时，容器中c(Cl2)＝c(H2O)＝0.4 mol·L－1

C　[t2时，反应物的量还在减少，反应还在向正反应方向进行，v(正)＞v(逆)，选项A错误；加入催化剂可改变化学反应速率，选项B错误；反应4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)是气体体积减小的反应，随着反应的进行，气体的总物质的量减小，恒容容器内压强减小，故t1时容器内气体的总压强比t2时的大，选项C正确；t3时，O2的物质的量为0.1 mol，减少了0.2 mol，故生成Cl2、H2O的物质的量均为0.4 mol，容器中c(Cl2)＝c(H2O)＝0.2 mol·L－1，选项D错误。]

17．一定条件下，在体积为10 L的固定容器中发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，反应过程如图：

下列说法正确的是(　　)

A．t1 min时正、逆反应速率相等

B．X曲线表示NH3的物质的量随时间变化的关系

C．0～8 min，H2的平均反应速率v(H2)＝0.75 mol·L－1·min－1

D．10～12 min，N2的平均反应速率v(N2)＝0.25mol·L－1·min－1

B　[t1 min时，只是X和Y的物质的量相等，反应没有达到平衡状态，说明正、逆反应速率不相等；根据图像，Y表示H2的物质的量随时间的变化关系，X表示NH3的物质的量随时间的变化关系；0～8 min，H2的平均反应速率v(H2)＝＝0.011 25 mol·L－1·min－1，根据H2的变化量可计算出10～12 min内N2的平均反应速率v(N2)＝×＝0.002 5 mol·L－1·min－1。]

18．肼(N2H4)暴露在空气中容易爆炸，但利用其制作的燃料电池是一种理想的电池，具有容量大、能量转化率高、产物无污染等特点，其工作原理如图所示，下列叙述正确的是 (　　)

A．电池工作时，正极附近的pH降低

B．当消耗1 mol O2时，有2 mol Na＋由甲槽向乙槽迁移

C．负极反应为4OH－＋N2H4－4e－===N2↑＋4H2O

D．若去掉阳离子交换膜，电池也能正常工作

C　[碱性环境中，氧气在正极发生还原反应生成氢氧根离子，正极附近的pH增大，故A项错误；消耗1 mol O2时，有4 mol Na＋由甲槽向乙槽迁移，故B项错误；燃料电池的负极发生氧化反应，即肼在负极发生反应，肼中N的化合价从－2升高到0，碱性电池中，其电极反应式应为N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O，故C项正确；若去掉阳离子交换膜，肼会与水中溶解的氧气直接接触，发生爆炸，无法工作，故D项错误。]

19．糖生物电池是一种酶催化燃料电池(EFC)，它使用便宜的酶代替贵金属催化剂，利用空气氧化糖类产生电流。下列有关判断不合理的是(　　)

A．该电池不宜在高温下工作

B．若该电池为酸性介质，正极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O

C．放电过程中，电池内阳离子向正极迁移

D．若该电池为碱性介质，以葡萄糖为原料并完全氧化，负极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋

D　[因为酶在高温下发生变性，所以该电池不宜在高温下工作，A正确；该电池为酸性介质，正极为氧气得电子结合氢离子生成水，反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，B正确；放电过程中，电池内阳离子移向正极，阴离子移向负极，C正确；该电池为碱性介质，会生成CO和H2O，D错误。]

二、非选择题

20．反应Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑的能量变化趋势如图所示：

(1)该反应为________(填“吸热”或“放热”)反应。

(2)若要使该反应的反应速率增大，下列措施可行的是________(填字母)。

A．改铁片为铁粉

B．改稀硫酸为98%的浓硫酸

C．升高温度

D．减小压强

(3)若将上述反应设计成原电池，铜为原电池某一极材料，则铜为________(填“正”或“负”)极。铜片上产生的现象为________，该极上发生的电极反应为________________________，外电路中电子由________(填“正”或“负”，下同)极向________极移动。

[解析]　(1)据能量变化图像可知该反应是放热反应。

(2)增大固体的表面积或升高温度，反应速率增大；适当增大反应物浓度，反应速率也增大，但98%的浓硫酸能使铁钝化。

(3)该反应中铁是还原剂，作负极，比铁活动性差的铜应作正极。铜片上，氢离子得到电子，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，外电路电子由负极流向正极。

[答案]　(1)放热　(2)AC　(3)正　产生无色气泡　2H＋＋2e－===H2↑　负　正

21．化学反应速率和限度与生产、生活密切相关。

(1)某学生为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化，在400 mL稀盐酸中加入足量的锌粉，用排水集气法收集反应放出的氢气，实验记录如表(累计值)：

①哪一时间段反应速率最大________min(填0～1、1～2、2～3、3～4、4～5)，原因是________________________。

②求3～4 min时间段以盐酸的浓度变化来表示的该反应速率___________________________________________ (设溶液体积不变)。

(2)另一学生为控制反应速率防止反应过快难以测量氢气体积，他事先在盐酸中加入等体积的下列溶液以减慢反应速率，你认为不可行的是________(选填字母)。

A．蒸馏水　　 B．KCl溶液

C．KNO3溶液   D．CuSO4溶液

(3)某温度下在4 L密闭容器中，X、Y、Z三种气态物质的物质的量随时间变化曲线如图：

①该反应的化学方程式是____________________________。

②2 min内X的转化率为________。

③平衡时，混合气体中X的体积分数为________。

[解析]　(1)①在0～1、1～2、2～3、3～4、4～5(min)时间段中，产生气体的体积分别为100 mL、140 mL、224 mL、112 mL、44 mL，由此可知反应速率最大的时间段为2～3 min；原因是该反应是放热反应，温度越高，反应速率越大。

②在3～4 min时间段内，n(H2)＝0.112 L÷22.4 L·mol－1＝0.005 mol，根据2HCl～H2，计算消耗盐酸的物质的量为0.01 mol，则v(HCl)＝0.01 mol÷0.4 L÷1 min＝0.025 mol·(L·min)－1。

(2)A可行：加入蒸馏水，H＋浓度减小，反应速率减小且不减少产生氢气的量；

B可行：加入KCl溶液，H＋浓度减小，反应速率减小且不减少产生氢气的量；

C不可行：因酸性溶液中有NO，具有强氧化性，与Zn反应无氢气生成；

D不可行：加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，构成原电池，反应速度增大，且影响生成氢气的量。

(3)①由图像可以看出，反应中X、Y的物质的量减少，应为反应物，Z的物质的量增多，应为生成物，当反应进行到5 min时，Δn(Y)＝0.2 mol、Δn(Z)＝0.4 mol、Δn(X)＝0.6 mol，则Δn(Y)∶Δn(Z)∶Δn(X)＝1∶2∶3，参加反应的物质的物质的量之比等于化学计量数之比，则反应的方程式为3X(g)＋Y(g)2Z(g)。

②2 min内X的转化率＝×100%＝×100%＝30%。

③X的体积分数＝X的物质的量分数＝×100%≈23.5%。

[答案]　(1)①2～3　因该反应是放热反应，此时温度高且盐酸浓度较大，所以反应速率较快　②0.025 mol·(L·min)－1　(2)CD　(3)①3X(g)＋Y(g)2Z(g)　②30%　③23.5%

22．近年来甲醇用途日益广泛，越来越引起商家的关注。工业上甲醇的合成途径多种多样。现在实验室中模拟甲醇合成反应，在2 L密闭容器内，400 ℃时发生反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，体系中n(CO)随时间的变化如表：

(1)图甲中表示CH3OH的变化的曲线是______(填序号)。

图甲

(2)下列措施不能提高反应速率的有________(填序号)。

a．升高温度

b．加入催化剂

c．增大压强

d．及时分离出CH3OH

(3)下列叙述能说明反应达到平衡状态的是________(填序号)。

a．CO和H2的浓度保持不变

b．v(H2)＝2v(CO)

c．CO的物质的量分数保持不变

d．容器内气体密度保持不变

e．每生成1 mol CH3OH的同时有2 mol H—H断裂

(4)CH3OH与O2的反应可将化学能转化为电能，其工作原理如图乙所示，图中CH3OH从________(填“A”或“B”)处通入，b极的电极反应式是_______________________。

图乙

[解析]　(1)由表中数据可知3 s后反应达到平衡，从反应开始到达到平衡时CO的物质的量变化量为0.020 mol－0.007 mol＝0.013 mol，根据反应方程式可知，平衡时CH3OH的物质的量为0.013 mol，浓度为0.006 5 mol·L－1，b符合。

(2)升高温度、增大压强和使用催化剂都能使化学反应速率增大，及时分离出CH3OH，生成物浓度减小，反应速率减小。

(3)CO和H2的浓度保持不变，说明反应达到平衡状态，故a正确；未指明正、逆反应速率，不能判断是否达到平衡，故b错误；反应从开始到平衡的建立过程中CO的物质的量的分数在不断改变，当CO的物质的量分数保持不变时，说明反应达到平衡状态，故c正确；根据质量守恒定律知，混合物质量始终不变，容器的容积不变，则容器内混合气体的密度始终不变，所以不能据此判断是否达到平衡状态，故d错误；每生成1 mol CH3OH的同时有2 mol H—H键断裂均表示正反应速率，所以不能据此判断是否达到平衡状态，故e错误。

(4)电子由a极流向b极，说明a为负极，b为正极，CH3OH与O2的反应可将化学能转化为电能，甲醇失电子发生氧化反应，所以CH3OH从A处通入，B处通入氧气，b电极发生的电极反应为氧气得到电子生成氢氧根离子，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。

[答案]　(1)b　(2)d　(3)ac　(4)A　O2＋4e－＋2H2O===4OH－

23．已知Fe3＋具有氧化性，I－具有较强的还原性，二者可自发进行氧化还原反应。通过如下实验对此反应进行探究。

(1)写出Fe3＋和I－发生反应的离子方程式：_________________。

(2)[实验一]

(已知CCl4不溶于水且密度大于水，I2极易溶于CCl4，此实验中的其他物质不溶于CCl4)

[思考]　由反应方程式知，上述实验①中KI过量很多，如何解释实验②中的结论？__________________。

(3)[实验二]根据[实验一]对Fe3＋和I－反应探究的结论，设计如图所示装置。

①反应开始时，电流表指针发生偏转，该装置中能量转化形式为________________。

②反应开始时，石墨(a)作________极，石墨(b)上发生________反应。

③反应开始时，电子沿导线移动方向为________(填“a→b”或“b→a”)。

④反应开始时，石墨(a)的电极反应式为___________________。

⑤反应进行一段时间后，电流表读数为0，说明了________________。

[解析]　(1)根据氧化还原反应离子方程式的书写方法可写出：2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2。(2)根据信息，溶液分层，I2易溶于CCl4，则下层呈紫红色，说明Fe3＋与I－发生了反应，生成I2。取上层清液加入2滴KSCN溶液呈红色，说明有Fe3＋剩余。根据离子方程式及反应物用量知，I－过量很多时，Fe3＋剩余，说明Fe3＋与I－的反应不能进行到底，有限度，属于可逆反应。(3)Fe3＋与I－的反应是自发的、可逆的氧化还原反应，因此此实验装置是原电池。石墨(a)是正极，电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，发生还原反应；石墨(b)是负极，电极反应式为2I－－2e－===I2，发生氧化反应。电子由负极石墨(b)→正极石墨(a)。反应进行一段时间后，电流表读数为0，证明此可逆反应达到平衡状态。

[答案]　(1)2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2　(2)[实验一]①紫红　有I2生成　②有Fe3＋剩余　[思考]Fe3＋和I－的反应不能进行到底，有限度，属于可逆反应　(3)[实验二]①化学能→电能　 ②正　氧化　③b→a　④Fe3＋＋e－===Fe2＋　⑤此可逆反应达到平衡状态