高中化学鲁科版 (2019)选择性必修1微项目 设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案——化学反应中能量及物质的转化利用达标测试

这是一份高中化学鲁科版 (2019)选择性必修1微项目 设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案——化学反应中能量及物质的转化利用达标测试，共13页。试卷主要包含了单选题，共15小题，非选择题，共5小题等内容，欢迎下载使用。
1．已知某锂离子电池的总反应为LixC+Li1-xCO2C+LiCO2，锂硫电池的总反应为2Li+SLi2S。其装置图如图所示：
有关上述两种电池说法正确的是（ ）
A．锂离子电池放电时，Li+向负极迁移
B．锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应
C．两种电池的负极材料相同
D．锂离子电池充电时，碳电极做阳极
2．按下图装置实验，若x轴表示负极流出的电子的物质的量，则y轴应表示( )
①c(Ag＋) ②c(NO3-) ③a棒的质量 ④b棒的质量 ⑤溶液的质量
A．①③B．③④C．①②④D．②
3．已知(1)Zn(s)＋O2(g)===ZnO(s)ΔH＝－348.3kJ·ml－1
(2)2Ag(s)＋O2(g)===Ag2O(s)ΔH＝－31.0kJ·ml－1
则Zn(s)＋Ag2O(s)===ZnO(s)＋2Ag(s)的ΔH等于
A．－317.3kJ·ml－1B．－379.3kJ·ml－1
C．－332.8kJ·ml－1D．317.3kJ·ml－1
4．某同学欲在铜钥匙上镀锌，下列有关说法正确的是
A．用铜钥匙作阳极，碳棒作阴极，溶液作电解质溶液
B．Zn与铜钥匙用导线相连插入溶液中
C．Zn作阳极，铜钥匙作阴极，溶液作电镀液
D．在电镀过程中，溶液中的浓度减小，浓度增大
5．科技工作者利用催化剂和电化学原理还原，使其转化为可被利用的燃料。如图所示装置就可以将转化为燃料CO。下列有关判断正确的是
A．该装置的电化学原理为电解原理，M电极发生氧化反应
B．该装置工作时，N电极的电极反应为
C．质子由N电极区通过质子交换膜移向M电极区
D．外电路中流过10ml电子，理论上可收集70g燃料
6．如图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是（ ）
A．二氧化硅是太阳能电池的光电转换材料
B．装置X能实现氢气和氧气再生
C．若装置Y中电解质溶液呈碱性，则正极的电极反应式为
D．装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化
7．以下是某同学设计的四种锂-空气电池的工作原理示意图，固体电解质膜只允许通过，其中不正确的是
A．B．
C．D．
8．化学反应N2(g)+H2(g)===NH3(l)的能量变化如图所示，则该反应的ΔH等于
A．+(a-b-c) kJ·ml-1B．+(b-a) kJ·ml-1C．+(b+c-a) kJ·ml-1D．+(a+b) kJ·ml-1
9．“神舟”号载人航天器中，宇航员所在的轨道舱和返回舱都是密封的，宇航员吸入氧气，呼出二氧化碳，如果二氧化碳浓度过高，会使宇航员困乏，呼吸频率加快，严重的甚至会窒息，为使二氧化碳浓度降低而保持舱内氧气含量的相对稳定，可以在航天舱内放入
A．B．C．D．
10．碱性氢氧燃料电池以溶液为电解质溶液，可用于航天飞机。下列说法错误的是
A．负极反应为
B．供电时的总反应为，随着反应的进行，溶液的pH降低
C．产物为无污染的水，属于环境友好型
D．燃料的能量利用效率可达100%
11．如图所示，，下列说法或表达式正确的是
A．
B．石墨和金刚石之间的转化是物理变化
C．石墨的稳定性强于金刚石
D．石墨的总键能比金刚石的总键能小
12．已知热化学方程式，。当水蒸气变为液态水时，其焓变为
A．B．
C．D．
13．已知：
①
②
③
④
下列叙述正确的是
A．由上述热化学方程式可知
B．的摩尔燃烧焓为
C．
D．
14．黑火药是中国古代的四大发明之一，其爆炸的热化学方程式为：S(s)+2KNO3(s)+3C(s)= K2S(s)+ N2(g)+3CO2 (g) ΔH =x kJ·ml-1
已知：碳的燃烧热ΔH1=a kJ·ml-1；
S(s)+2K(s)=K2S(s) △H2=b kJ·ml-1
2K(s)+N2 (g)+3O2(g)=2KNO3(s) △H3= c kJ·ml-1；则x为( )
A．3a+b-cB．c-3a-bC．a+b-cD．c-a-b
15．已知：2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H1
3H2(g)+Fe2O3(s)═2Fe(s)+3H2O(g)△H2
2Fe(s)+O2(g)═Fe2O3(s)△H3
2Al(s)+O2(g)═Al2O3(s)△H4
2Al(s)+Fe2O3(s)═Al2O3(s)+2Fe(s)△H5
下列关于上述反应焓变的判断正确的是( )
A．△H1＜0，△H3＞0B．△H5＜0，△H4＜△H3
C．△H1＝△H2+△H3D．△H3＝△H4+△H5
二、非选择题，共5小题
16．一般在火箭推进器中装有还原剂肼()和强氧化剂，当它们混合时，即产生大量的氮气和水蒸气，并放出大量的热。已知液态肼和足量反应生成氮气和水蒸气时放出的热量。
(1)写出液态肼和反应生成氮气和水蒸气的热化学方程式：_________。
(2)已知则液态肼与足量反应生成氮气和液态水时，放出的热量是____________。
(3)上述反应应用于火箭推进器时，除释放出大量热量和快速产生大量气体外，还有一个很突出的优点是__________。
(4)向次氯酸钠溶液中通入一定物质的量的氨气可生成肼，写出该反应的离子方程式：________，该反应的还原产物是________________。
17．水是生命之源。请结合如图所示的空间站水、气整合循环系统，回答下列问题：
(1)“萨巴蒂尔反应器”内发生反应的化学方程式为_________________________________________。
(2)通过“萨巴蒂尔反应器”生成的水可以电解，实现氧气的再生，电解水的化学方程式为__________________________________________。
18．甲醛是一种重要的化工产品，可利用甲醇催化脱氢制备。气态甲醛与气态甲醇转化的能量关系如图所示。
(1) 甲醇催化脱氢转化为甲醛的反应是________(填“吸热”或“放热”)反应。
(2) 过程Ⅰ与过程Ⅱ的反应热是否相同？_________，原因是_______________________。
(3) 写出甲醇催化脱氢转化为甲醛的热化学反应方程式___________________________。
19．载人航天器中，利用萨巴蒂尔反应将航天员呼出的转化为，再通过电解获得，实现的再生。已知：
① △H= -252.9kJ/ml
② △H=
请回答下列问题：
(1)反应①属于______(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)反应①消耗时，热量变化为______。
(3)反应②的热量变化为吸热时，生成的质量是_______g。
(4)反应，△H=______。
20．“神舟九号”飞船的电源系统共有3种，分别是太阳能电池帆板、镉镍蓄电池和应急电池。
(1)飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板将______能转化为______能，除供给飞船使用外，多余部分用镉镍蓄电池储存起来。其工作原理为Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2，充电时，阳极的电极反应式为_______；当飞船运行到地影区时，镉镍蓄电池开始为飞船供电，此时负极附近溶液的碱性________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(2)紧急状况下，应急电池会自动启动，工作原理为Zn+Ag2O+H2O2Ag+Zn(OH)2，其负极的电极反应式为_________。
参考答案
1．B
【详解】
A．锂离子电池放电时，Li+向正极迁移发生还原反应，故A错误；
B．锂硫电池充电时，Li2S在锂电极被还原得到Li，故锂电极此时发生还原反应，故B正确；
C．锂离子电池的总反应为LixC+Li1-xCO2C+LiCO2，则LixC为负极，锂硫电池的总反应为2Li+SLi2S则Li为负极，所以两种电池的负极材料不同，故C错误；
D．锂离子电池放电时，C电解为负极，充电时与负极相连做阴极，故D错误；
故选B。
2．D
【分析】
Fe、Ag、AgNO3构成的原电池中，活泼金属Fe为负极，Ag为正极，Fe和硝酸银之间发生氧化还原反应，在负极上质量减轻，正极上析出金属银。
【详解】
根据图中装置实验，Fe、Ag、AgNO3构成的原电池中，活泼金属Fe为负极，Ag为正极，Fe和硝酸银之间发生氧化还原反应，在负极上金属铁本身失电子，即a棒质量减轻，正极Ag上析出金属银，银离子得电子析出金属Ag，所以正极质量增加，银离子浓度减小，①错误；硝酸根离子浓度不变，②正确；a棒为铁电极，做负极，失电子，质量减轻，③错误；b棒上有银析出，质量增加，④错误；在转移电子相等情况下，析出金属多，所以溶液质量减轻，⑤错误，所以y轴只能表示②，故选：D。
3．A
【详解】
根据盖斯定律可知，(1)-(2)可得Zn(s)＋Ag2O(s)=ZnO(s)＋2Ag(s)，则ΔH=－348.3kJ·ml-1+31.0kJ·ml-1=－317.3kJ·ml-1，答案为A。
4．C
【详解】
根据电镀原理知，用镀层金属作阳极，待金属制品作阴极，含镀层金属离子的溶液作电解质溶液，则欲在铜钥匙上镀锌，应用锌作阳极，铜钥匙作阴极，含锌离子的盐溶液作电解质溶液，在电镀的过程中电解质溶液浓度不变，故A、B、D项错误，C项正确。答案选C。
5．B
【详解】
A.该电化学装置为原电池装置，A项错误；
B.发生氧化反应，发生还原反应，故M电极为负极，N电极为正极，N电极的电极反应为，B项正确；
C.原电池工作时，阳离子从负极移向正极，即质子从M电极区通过质子交换膜移向N电极区，C项错误；
D.由N电极的电极反应式可知，外电路中通过2ml电子时，生成1mlCO，故外电路中通过10ml电子，理论上可生成5mlCO，即140gCO，D项错误；
答案选B。
6．B
【详解】
A．硅是太阳能电池的光电转换材料，二氧化硅是光导纤维的主要成分，故A错误；
B．根据图示可知装置X是电解池，电解水生成氢气和氧气，所以装置X能实现氢气和氧气再生，故B正确；
C．氢氧燃料电池中正极上氧气得电子发生还原反应，装置Y中电解质溶液为碱性，所以正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，故C错误；
D．化学能与电能间不可能完全转化，还有部分能量转化为其他能量形式，所以装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，但不能实现化学能与电能间的完全转化，故D错误；
综上所述答案为B。
7．A
【详解】
金属锂是活泼金属，与水接触时会发生反应，所以锂电极不能与水基电解质直接接触，观察对比会发现，只有A项中金属锂电极与水基电解质直接接触，答案选A。
8．A
【详解】
由题图可得，①N2(g)+H2(g)===N(g)+3H(g) ΔH=+a kJ·ml-1；②NH3(g)===N(g)+3H(g) ΔH=+b kJ·ml-1；③NH3(l)===NH3(g) ΔH=+c kJ·ml-1。
①-②-③得：N2(g)+H2(g)===NH3(l) ΔH=+(a-b-c) kJ·ml-1。
故选A。
9．A
【详解】
因能与二氧化碳反应生成碳酸钠和氧气，产生氧气的同时还能消除呼吸过程中产生的二氧化碳，一举两得；而Na2CO3、NaOH、CaO只能吸收CO2及水蒸气，但不能产生氧气，所以只有A项符合题意。故选A。
10．D
【详解】
A．负极上氢气失电子发生氧化反应生成的与结合生成水，电极反应式为，A正确；
B．负极上氢气失电子，正极上氧气得电子，电池总反应为，随着反应的进行，溶液体积增大，的物质的量不变，导致c(KOH)减小，则溶液的pH降低，B正确；
C．电池产物只有水一种物质，对环境没有污染，属于环境友好型，C正确；
D．放电时，化学能除转化为电能外，还有一部分转化为热能，所以其能量利用效率小于100%，D错误；
故选D。
11．C
【详解】
A.已知，则运用盖斯定律可知，，A错误；
B.石墨和金刚石是不同的物质，二者之间的转化是化学变化，B错误；
C.等物质的量的石墨的总能量低于金刚石，则石墨的稳定性强于金刚石，C正确；
D.物质越稳定，所具有的总键能越大，石墨的总键能比金刚石的总键能大,D错误；
答案选C。
12．C
【详解】
①，②，根据盖斯定律，可得，由该热化学方程式可知，水蒸气变为液态水时放出的热量，则水蒸气变为液态水时放出的热量是，即当水蒸气变为液态水时，其焓变，故C符合题意。
综上所述，答案为C。
13．B
【详解】
A．根据盖斯定律④－③得到，此过程 放热，则有，则，故A错误；
B．表示摩尔燃烧焓的热化学方程式中应生成液态水，故的摩尔燃烧焓为，故B正确；
C．根据盖斯定律，得 ，故C错误；
D．根据盖斯定律可知得到，故D错误；
综上所述，答案为B。
14．A
【详解】
碳的燃烧热△H1=a kJ•ml-1，其热化学方程式为C(s)+O2(g)=CO2(g)△H1=a kJ•ml-1①
S(s)+2K(s)═K2S(s)△H2=b kJ•ml-1②
2K(s)+N2(g)+3O2(g)═2KNO3(s)△H3=c kJ•ml-1③
将方程式3①+②-③得S(s)+2KNO3(s)+3C(s)═K2S(s)+N2(g)+3CO2(g)，则△H=x kJ•ml-1=(3a+b-c)kJ•ml-1，所以x=3a+b-c，故答案为A。
15．B
【详解】
A．物质的燃烧均为放热反应，而放热反应的△H均为负值，故A错误；
B．铝热反应为放热反应，故△H5＜0；而③2Fe(s)+O2(g)＝Fe2O3(s)△H3；④2Al(s)+O2(g)＝Al2O3(s)△H4，将④﹣③可得：2Al(s)+Fe2O3(s)＝A12O3(s)+2Fe(s)△H5＝△H4﹣△H3＜0时，故△H4＜△H3，故B正确；
C．已知：②3H2(g)+Fe2O3(s)＝2Fe(s)+3H2O(g)△H2；③：2Fe(s)+O2(g)＝Fe2O3(s)△H3，将(②+③)×可得：2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g)△H1＝(△H2+△H3)，故C错误；
D．已知：③2Fe(s)+O2(g)＝Fe2O3(s)△H3；④2Al(s)+O2(g)＝Al2O3(s)△H4，将④﹣③可得：2Al(s)+Fe2O3(s)＝A12O3(s)+2Fe(s) 故有：△H5＝△H4﹣△H3，即：△H3＝△H4﹣△H5，故D错误；
综上所述答案为：B。
16． 产物为氮气和水，无污染 NaCl
【详解】
(1)首先根据题意确定反应物和生成物，然后写出化学方程式：。液态肼和足量反应生成氮气和水蒸气时放出的热量，则液态肼和足量反应时放出的热量为，故答案为：；
(2)液态肼的物质的量为，则与足量反应生成和时放出的热，故答案为：；
(3)反应生成的物质是和，无污染，故答案为：产物为氮气和水，无污染产物为氮气和水，无污染；
(4)氨气中氮元素的化合价为-3，阱中氮元素的化合价为-2，则氨气是还原剂，次氯酸钠是氧化剂，还原产物是NaCl，根据得失电子守恒即可写出对应的离子方程式，故答案为：；NaCl。
17．
【详解】
(1)“萨巴蒂尔反应器”内发生反应为氢气和二氧化碳在催化剂的作用下生成甲烷和水，化学方程式为：，故答案为：；
(2)电解水的化学方程式为：，故答案为：。
18．吸热 相同 一个化学反应的反应热仅与反应的起始状态和反应的最终状态有关，而与反应的途径无关 CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g) ΔH＝(E2－E1)kJ/ml
【详解】
（1）通过图像可以看出，反应物的总能量比生成物的总能量低，故为吸热反应，因此，本题正确答案是：吸热；
（2）一个化学反应的热效应仅与反应的起始状态和反应的最终状态有关，与反应的途径无关，仅取决于反应物和生成物的总能量的大小，过程Ⅰ与过程Ⅱ的反应热是相同的，因此，本题正确答案是：相同；一个化学反应的反应热仅与反应的起始状态和反应的最终状态有关，而与反应的途径无关；
（3）从图像可以看出，甲醇催化脱氢转化为甲醛为吸热反应，而且吸收的热量为（E2－E1），故热化学反应方程式为：CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g) ΔH＝(E2－E1)kJ/ml，因此，本题正确答案是：CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g) ΔH＝(E2－E1)kJ/ml。
19．放热 放热252.9 32 -890.3
【分析】
利用已知热化学反应求未知热化学反应方程式时，可利用盖斯定律进行求解；利用热化学方程式回答问题时，需明确热化学方程式表示的意义。
【详解】
(1)反应①的△H= -252.9kJ/ml＜0，属于放热反应。答案为：放热；
(2)依据热化学方程式可知，反应①消耗时，放热252.9kJ。答案为：放热252.9；
(3)由 △H= 可知，反应②的热量变化为吸热时，生成的质量为。答案为：32；
(4)根据盖斯定律可知，由-(①+②×2)得 △H=。答案为：-890.3。
20．太阳 电 Ni(OH)2-e-+OH-=NiOOH+H2O 减小 Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
【详解】
(1)飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板将太阳能转化为电能；充电时阳极失电子发生氧化反应，根据总反应可知阳极为Ni(OH)2，电极反应为Ni(OH)2-e－+OH－=NiOOH+H2O；供电时为原电池，负极反应为Cd－2e－＋2OH－=Cd(OH)2，故溶液碱性减小；
(2)原电池中负极失电子发生氧化反应，根据总反应可知负极的反应为Zn-2e－+2OH－=Zn(OH)2。