人教版高中化学必修第二册能力课时落实3反应中能量的计算和新型电池的分析含答案

能力课时落实(三)　反应中能量的计算和新型电池的分析

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1．石墨和金刚石都能在一定条件下转化为CO2，其能量变化如图所示，ΔE1＝393.5 kJ，ΔE2＝395.4 kJ，下列说法正确的是(　　)

A．1 mol石墨完全转化为金刚石需吸收1.9 kJ的能量

B．石墨转化为金刚石属于物理变化

C．金刚石的稳定性大于石墨

D．1 mol金刚石与1 mol O2(g)的能量之和小于1 mol CO2(g)的能量

A　[石墨转化为金刚石需吸收的能量为ΔE2－ΔE1＝395.4 kJ－393.5 kJ＝1.9 kJ，A项正确；石墨转化为金刚石的过程中有旧化学键的断裂和有新化学键的形成，属于化学变化，B项错误；根据题图可知，1 mol石墨和1 mol O2(g)的总能量小于1 mol金刚石和1 mol O2(g)的总能量，可推知1 mol石墨的能量小于1 mol金刚石的能量，则石墨比金刚石稳定，C项错误；1 mol金刚石和1 mol O2(g)的总能量大于1 mol CO2(g)的能量，D项错误。]

2．已知化学反应A2(g)＋B2(g)===2AB(g)的能量变化如图所示，下列叙述正确的是(　　)

A．每生成2分子AB(g)吸收b kJ能量

B．该反应属于吸热反应

C．该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量

D．断裂1 mol A—A和1 mol B—B，放出a kJ能量

B　[题图中各物质的计量单位为摩尔(mol)，则表明每生成2 mol AB(g)吸收(a－b)kJ能量，A项错误；题图表明反应物的总能量低于生成物的总能量，所以该反应属于吸热反应，B项正确，C项错误；题图表明断裂1 mol A—A和1 mol B—B吸收a kJ能量，D项错误。]

3．利用含碳化合物合成新燃料是发展低碳经济的重要方法，已知：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)是合成甲醇(CH3OH)的反应，该反应过程的能量变化如图所示，下列判断不正确的是(　　)

A．CO(g)与H2(g)反应生成1 mol CH3OH(g)释放出91 kJ的能量

B．用碳制备原料气CO、H2的反应属于吸热反应

C．反应物的总键能低于生成物的总键能

D．若该反应生成液态CH3OH，则放出的能量更少

D　[由题图可知，生成1 mol CH3OH(g)放出510 kJ－419 kJ＝91 kJ的能量，A项正确；碳与水蒸气反应制备CO和H2的反应属于吸热反应，B项正确；该反应是放热反应，则反应物的总键能低于生成物的总键能，C项正确；同种物质气态时比液态时的能量高，则如果生成液态CH3OH，则放出的能量更多，D项错误。]

4．已知H＋Cl―→HCl并放出a kJ的热量，下列叙述中正确的是(　　)

A．HCl分子内每个原子都达到了8电子稳定结构

B．HCl分子的能量比H、Cl原子的能量之和低

C．1 mol HCl断键成1 mol H、1 mol Cl要释放出a kJ热量

D．氢原子和氯原子靠电子得失形成共价键

B　[A中HCl分子内H原子核外达到2电子稳定结构；C中断裂化学键要吸收能量；D中氢原子和氯原子是靠共用电子对形成共价键。]

5．如图是某课外活动小组设计的用化学电源使耳机发声的装置。下列说法错误的是(　　)

A．铜片表面有气泡生成

B．装置中存在化学能→电能→声能的能量转化关系

C．如果将铜片换成铁片，电路中的电流方向将改变

D．如果将锌片换成铁片，耳机还能发声

C　[锌为负极，铜片上的反应为2H＋＋2e－===H2↑，A项正确；耳机中存在着电能转化为声能的能量转化关系，B项正确；铜片换为铁片后，锌片仍为负极，电流方向不变，C项错误；锌片换为铁片后，铁片也可作为原电池的负极，D项正确。]

6．如图所示，杠杆A、B两端分别挂有体积相同、质量相同的空心铜球和空心铁球，调节杠杆使其在水中保持平衡，然后小心地向烧杯中央滴入浓CuSO4溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中不考虑铁丝反应及两边浮力的变化)(　　)

A．杠杆不论为导体还是绝缘体，均为A端高B端低

B．杠杆不论为导体还是绝缘体，均为A端低B端高

C．当杠杆为绝缘体时，A端低B端高；为导体时，A端高B端低

D．当杠杆为绝缘体时，A端高B端低；为导体时，A端低B端高

D　[根据题意，若杠杆为绝缘体，滴入CuSO4溶液后，在铁球表面析出Cu，铁球质量增大，B端下沉；若杠杆为导体，滴入CuSO4溶液后，形成原电池，在铜球表面析出Cu，A端下沉。]

7．一种直接铁燃料电池(电池反应：3Fe＋2O2===Fe3O4)的装置如图所示，下列说法正确的是(　　)

A．Fe极作正极

B．KOH溶液为电池的电解质溶液

C．电子由多孔碳极沿导线流向Fe极

D．5.6 g Fe参与反应时，导线中流过1.204×1023个电子

B　[铁燃料电池中铁失去电子，发生氧化反应，作负极，A错误；KOH溶液为电解质溶液，B正确；电子由负极(Fe极)沿导线流向正极(多孔碳极)，C错误；根据电池反应：3Fe＋2O2===Fe3O4可知，3 mol铁参与反应时转移8 mol e－，故5.6 g Fe参与反应时，导线中流过约1.605×1023个电子，D错误。]

8．固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)公司研制开发的。它以固体氧化锆­氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是(　　)

A．有O2放电的a极为电池的负极

B．O2－移向电池的正极

C．b极对应的电极反应式为2H2－4e－＋2O2－===2H2O

D．a极对应的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C　[在该燃料电池中，有O2放电的a极为原电池的正极，A错误；在该燃料电池中，O2－移向电池的负极，B错误；在该燃料电池中，有H2放电的b极为电池的负极，电极反应式为2H2－4e－＋2O2－===2H2O，C正确；a极是正极，氧气在正极得电子，则对应的电极反应式为O2＋4e－===2O2－，D错误。]

9．电子计算机所用纽扣电池的两极材料为锌和氧化银，电解质溶液为KOH溶液，其电极反应式：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。下列判断正确的是(　　)

A．锌为正极，Ag2O为负极

B．锌为负极，Ag2O为正极

C．该电池工作时，将电能转化成化学能

D．该电池工作时，负极区溶液的pH增大

B　[根据化合价变化可知Zn被氧化，应为电池的负极，则正极为Ag2O，故A错误，B正确；原电池是将化学能转化为电能的装置，故C错误；原电池工作时，负极发生反应：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，OH－浓度减小，溶液的pH减小，故D错误。]

10．鱼雷是一种水中兵器。它可从舰艇、飞机上发射，它发射后可自己控制航行方向和深度，遇到舰船，只要一接触就可以爆炸。用于攻击敌方水面舰船和潜艇，也可以用于封锁港口和狭窄水道。鱼雷采用Al­Ag2O动力电池，以溶有氢氧化钾的流动海水为电解液，电池反应为2Al＋3Ag2O＋2KOH===6Ag＋2KAlO2＋H2O，下列说法错误的是(　　)

A．Ag2O为电池的正极

B．Al在电池反应中被氧化

C．电子由Ag2O极经外电路流向Al极

D．溶液中的OH－向Al极迁移

C　[A项，根据原电池工作原理，化合价升高，失电子的作负极，即铝单质作负极，则Ag2O作电池的正极，正确；B项，根据电池总反应，铝的化合价升高，被氧化，正确；C项，根据原电池工作原理，外电路电子从负极流向正极，由铝流向氧化银，错误；D项，根据原电池工作原理，阳离子移向正极，阴离子移向负极，即OH－移向Al极，正确。]

11．(素养题)人类将在未来几十年内逐渐由“碳素燃料文明时代”过渡至“太阳能文明时代”(包括风能、生物质能等太阳能的转换形态)，人们将适应“低碳经济”和“低碳生活”。下列说法不正确的是(　　)

A．研究菠菜蛋白质“发电”不属于“太阳能文明”

B．发展太阳能经济有助于减缓温室效应

C．太阳能电池可将太阳能直接转化为电能

D．石油和天然气都属于碳素燃料

A　[菠菜蛋白质“发电”属于“太阳能文明”，A错误；发展太阳能经济有助于减缓温室效应，B正确；太阳能电池可将太阳能直接转化为电能，C正确；石油和天然气都属于碳素燃料，D正确。]

12．等质量并且均过量的两份锌粉a和b(粉末表面积可视为相同)，分别加入等体积等物质的量浓度的稀硫酸中，同时向a中加入少量硫酸铜，下列表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系正确的是(　　)

A　[等质量并且均过量的两份锌粉a和b，分别加入等体积等物质的量浓度的稀硫酸中，同时向a中加入少量的CuSO4，发生的反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，形成铜­稀硫酸­锌原电池，反应速率加快，反应用时：a＜b；由于锌粉过量，故硫酸反应完全，生成氢气的体积：a＝b，A项正确。]

13．已知反应NO2(g)＋CO(g)===NO(g)＋CO2(g)的能量变化如图所示，下列说法正确的是(　　)

A．图中A→B的过程为放热过程

B．1 mol NO2和1 mol CO的键能总和大于1 mol NO和1 mol CO2的键能总和

C．该反应为氧化还原反应

D．1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)的总能量低于1 mol NO(g)和1 mol CO2(g)的总能量

C　[A状态的能量低于B状态，则图中A→B的过程为吸热过程，A错误；反应物总能量高于生成物总能量，反应为放热反应，即断键吸收的能量低于成键放出的能量，则1 mol NO2和1 mol CO的键能总和小于1 mol NO和1 mol CO2的键能总和，B错误；反应中C和N元素化合价发生变化，则该反应为氧化还原反应，C正确；由题图可知，反应物总能量高于生成物总能量，则1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)的总能量高于1 mol NO(g)和1 mol CO2(g)的总能量，D错误。]

14．(素养题)(1)科研人员设想用如图所示装置生产硫酸。

①上述生产硫酸的总反应式为___________________，b极是________(填“正”或“负”)极，b极反应为___________________，a极发生___________(填“氧化反应”或“还原反应”)。

②生产过程中H＋向________(填“a”或“b”)极区域移动。

(2)将两个铂电极插入氢氧化钾溶液中，向两极分别通入甲烷和氧气，可构成甲烷燃料电池，其反应为CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O。通入甲烷的一极的电极反应式为___________________。

电池在放电过程中溶液的pH将________(填“下降”“上升”或“不变”)。

[解析]　(1)①根据题图装置可知，总反应为二氧化硫与氧气和水反应生成硫酸：2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4，b极为原电池的正极，电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，a极为负极，失电子，被氧化，发生氧化反应。②原电池工作时，内电路中阳离子向正极移动，则H＋向b极区域移动。(2)甲烷燃料电池中甲烷为电池的负极，甲烷失去电子与溶液中的OH－反应生成CO和H2O，电极反应为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O，放电过程中c(OH－)减小，pH下降。

[答案]　(1)①2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4　正　O2＋4e－＋4H＋===2H2O　氧化反应　②b　(2)CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O　下降