2020高考化学二轮复习专题八化学反应与能量专题强化训练

专题八 化学反应与能量

(建议用时：40分钟)

一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。

1．下列说法正确的是(　　)

A．等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，后者放出热量多

B．已知C(石墨，s)===C(金刚石，s)　ΔH＞0，则金刚石比石墨稳定

C．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应是氧化还原反应，且反应的焓变大于零

D．含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和，放出28.7 kJ的热量，则表示该反应中和热的热化学方程式为NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)　ΔH＝－57.4 kJ·mol－1

解析：选D。等量的硫蒸气和硫固体，硫蒸气的能量高，能量越高，燃烧放出的热量越多，A项错误；由C(石墨，s)===C(金刚石，s)　ΔH>0可知，金刚石的能量比石墨的能量高，能量越高，越不稳定，所以石墨比金刚石稳定，B项错误；Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应中无元素化合价变化，属于非氧化还原反应，反应吸热，焓变大于零，C项错误；含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和生成0.5 mol水，放出28.7 kJ的热量，则中和热的热化学方程式可表示为NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)　ΔH＝－57.4 kJ·mol－1，D项正确。

2．已知2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)，1 mol H2完全燃烧放出热量241.8 kJ，有关键能数据如下：

则H—H键键能为(　　)

A．413 kJ·mol－1　　　 B．557 kJ·mol－1

C．221.6 kJ·mol－1  D．436 kJ·mol－1

解析：选D。设H—H键键能为x kJ·mol－1，根据反应热和键能关系可知，ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和＝(2x＋498－4×463.4) kJ·mol－1＝(－241.8×2) kJ·mol－1，解得 x＝436。

3．一定条件下，在水溶液中1 mol Cl－、ClO(x＝1，2，3，4)的能量(kJ)相对大小如图所示。下列有关说法正确的是(　　)

A．e是ClO

B．b→a＋c反应的活化能为60 kJ/mol

C．a、b、c、d、e中c最稳定

D．b→a＋d反应的热化学方程式为3ClO－(aq)===ClO(aq)＋2Cl－(aq)　ΔH＝－116 kJ/mol

解析：选D。 A．e中Cl元素化合价为＋7价，而ClO中Cl元素化合价为＋5价，故A错误；B.根据图中数据无法判断b→a＋c反应的活化能，故B错误；C.a、b、c、d、e中a能量最低，所以a最稳定，故C错误；D.b→a＋d，根据得失电子守恒得该反应方程式为3ClO－===ClO＋2Cl－，反应热＝(64＋2×0)－3×60＝－116 (kJ/mol)，所以该反应的热化学方程式为3ClO－(aq)===ClO(aq)＋2Cl－(aq)　ΔH＝－116 kJ/mol，故D正确。

4．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＝d kJ·mol－1

则反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的ΔH(kJ·mol－1)为(　　)

A．(4b－3a＋d)/4  B．(4a－3b＋d)/4

C．(3b－4a＋d)/4  D．(3a－4b＋d)/4

解析：选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＝d kJ·mol－1，根据盖斯定律可知，将①×－②＋③×即得反应：2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)　ΔH＝a kJ·mol－1×－b kJ·mol－1＋d kJ·mol－1×＝ kJ·mol－1，故选D。

5．NO2、O2 和熔融KNO3 可制作燃料电池，其原理如图，该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，Y可循环使用。下列说法正确的是(　　)

A．O2 在石墨Ⅱ附近发生氧化反应

B．该电池放电时NO向石墨Ⅱ电极迁移

C．石墨 Ⅰ 附近发生的反应：3NO2 ＋2e－===NO＋2NO

D．相同条件下，放电过程中消耗的NO2 和O2 的体积比为4∶1

解析：选D。石墨Ⅱ通入氧气，发生还原反应，为原电池的正极，电极反应式为O2＋2N2O5＋4e－===4NO，A错误；原电池中阴离子移向负极，NO向石墨Ⅰ电极迁移，B错误；石墨Ⅰ为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为NO2＋NO－e－===N2O5，C错误；由电极反应式知，相同条件下，放电过程中消耗的NO2 和O2 的体积比为4∶1，D正确。

二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。

6．载人空间站中为循环利用人体呼出的CO2 并提供氧气，我国科学家设计了一种装置(如图所示)，实现“太阳能→电能→化学能”转化，总反应为2CO2===2CO＋O2。下列有关说法不正确的是(　　)

A．该装置属于电解池

B．X极发生还原反应，Y极发生氧化反应

C．人体呼出的水蒸气参与Y极反应：CO2＋H2O＋2e－===CO＋2OH－

D．X极每产生标准状况下22.4 L气体，有2 mol的OH－从Y极移向X极

解析：选BD。A.该装置实现“太阳能→电能→化学能”转化，将电能转化为化学能的装置为电解池，故A正确；B.根据题图中电子的流向可知，X极为阳极，失电子发生氧化反应，Y极为阴极，得电子发生还原反应，故B错误；C.Y为阴极，根据总反应可知，阴极为CO2得电子，生成CO，电极反应为CO2＋H2O＋2e－===CO＋2OH－，故C正确；D.X极为阳极，OH－放电生成氧气，电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，每产生标准状况下22.4 L O2，即1 mol O2，阳极有4 mol OH－放电，根据溶液电中性原理，X电极区阴离子减少，则会有4 mol OH－从Y极通过阴离子交换膜移向X极，使得溶液保持电中性，故D错误。

7．(2019·济南高三模拟)下图是半导体光电化学电池光解水制氢的反应原理示意图。在光照下，电子由价带跃迁到导带后，然后流向对电极。下列说法不正确的是(　　)

A．对电极的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

B．半导体电极发生还原反应

C．电解质溶液中阳离子向对电极移动

D．整个过程中实现了太阳能→电能→化学能的转化

解析：选B。分析图示可知，在对电极上发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A正确；在光照下，e－由价带跃迁到导带后，然后流向对电极，所以半导体电极为阳极，发生氧化反应，B错误；阳离子向阴极移动，对电极为阴极，因此电解质溶液中阳离子向对电极移动，C正确；该装置是光能转化为电能，电能转化为化学能的过程，整个过程中实现了太阳能→电能→化学能的转化，D正确。

8．高铁酸盐在能源环保领域有广泛用途。用镍(Ni)、铁做电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸钠(Na2FeO4)的装置如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．铁是阳极，电极反应为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O

B．电解一段时间后，镍电极附近溶液的pH减小

C．每制得1 mol Na2FeO4，理论上可以产生67.2 L气体

D．若离子交换膜为阴离子交换膜，则电解结束后左侧溶液中含有FeO

解析：选AD。制备高铁酸钠(Na2FeO4)，铁失电子生成高铁酸根离子，则铁做阳极，电极反应为Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O，故A正确；镍做阴极，镍电极上水放电生成氢氧根离子，溶液的pH增大，故B错误；不能确定温度和压强，生成气体的体积无法确定，故C错误；若离子交换膜为阴离子交换膜，则电解结束后由于浓度差左侧溶液中会含有FeO，故D正确。

三、非选择题

9．按要求回答下列问题：

(1)以天然气为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。

已知：①CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH1＝ a kJ·mol－1　

②CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH2＝ b kJ·mol－1　

③CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g)　ΔH3

请计算反应③的反应热ΔH3＝________(用a、b表示)kJ·mol－1。　

(2)已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH1

2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH2

C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH3

C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH

则ΔH＝________(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的式子表示)。

(3)某课题组实现了在常温常压下，以氮气和液态水为原料制备氨同时有氧气生成。

已知，在一定温度和压强下，由最稳定的单质生成1 mol纯物质的热效应，称为该物质的生成热(ΔH)。常温常压下，相关物质的生成热如下表所示：

上述合成氨反应的热化学方程式为___________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)已知：①COS(g)＋H2(g)H2S(g)＋CO(g)　ΔH1＝－17 kJ·mol－1

②COS(g)＋H2O(g)H2S(g)＋CO2(g)　ΔH2＝－35 kJ·mol－1

③CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)　ΔH3

则ΔH3＝____________。

(5)下图所示为1 mol CH4完全燃烧生成气态水的能量变化和1 mol S(g)燃烧的能量变化。在催化剂作用下，CH4可以还原SO2生成单质S(g)、H2O(g)和CO2，写出该反应的热化学方程式：________________________________________________________________________。

(6)汽车排气管内的催化转化器可实现尾气无毒处理。

已知：N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝＋180.5 kJ·mol－1

2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221.0 kJ·mol－1

CO2(g)===C(s)＋O2(g)　ΔH＝＋393.5 kJ·mol－1

则反应2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)的　ΔH＝________ kJ·mol－1。

解析：(1)根据盖斯定律可得③＝①×2－②，所以ΔH3＝2ΔH1－ΔH2＝(2a－b) kJ·mol－1。

(2)已知：①2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH1；

②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH2；

③C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH3；

根据盖斯定律，由③－×①－×②得反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH＝ΔH3－ΔH1－ΔH2。

(3)由题意知①式：N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)　ΔH1＝(－46×2) kJ·mol－1，②式：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH2＝(－242×2) kJ·mol－1，根据盖斯定律，由2×①－3×②得方程式为2N2(g)＋6H2O(l)===3O2(g)＋4NH3(g)　ΔH＝2ΔH1－3ΔH2＝＋1 268 kJ·mol－1。

(4)根据盖斯定律由②－①＝③可得ΔH3＝ΔH2－ΔH1＝(－35 kJ·mol－1)－(－17 kJ·mol－1)＝－18 kJ·mol－1。

(5)根据题图可知，

①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝Ea1－Ea2＝126 kJ·mol－1－928 kJ·mol－1＝－802 kJ·mol－1；

②S(g)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－577 kJ·mol－1；

根据盖斯定律，由①－②×2即得到CH4和SO2反应的热化学方程式：CH4(g)＋2SO2(g)===CO2(g)＋2S(g)＋2H2O(g)　ΔH＝＋352 kJ·mol－1。

(6)将已知热化学方程式依次编号为①②③，根据盖斯定律，由①＋②＋③×2得N2(g)＋2CO2(g)===2NO(g)＋2CO(g)　ΔH＝(＋180.5 kJ·mol－1)＋(－221.0 kJ·mol－1)＋(＋393.5 kJ·mol－1)×2＝＋746.5 kJ·mol－1，则反应 2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)的ΔH＝－746.5 kJ·mol－1。

答案：(1)2a－b　(2)ΔH3－ΔH1－ΔH2　(3)2N2(g)＋6H2O(l)===3O2(g)＋4NH3(g)　ΔH＝＋1 268 kJ·mol－1

(4)－18 kJ·mol－1　(5)CH4(g)＋2SO2(g)===2S(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝＋352 kJ·mol－1

(6)－746.5

10．按要求回答下列问题：

(1)《Journal of Energy Chemistry》报道我国科学家设计CO2熔盐捕获与转化的装置如图，电源负极为________(填“a”或“b”)，d极的电极反应式为_____________________________。

(2)利用生物电池，以H2、N2为原料合成氨的装置如图所示。

Q、R均为催化剂，据图示判断，负极反应的催化剂为________(填“Q”或“R”)；正极的电极反应式为___________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)对废水中氮、磷元素的去除已经逐渐引起科研人员的广泛关注。采用两级电解体系对废水中硝态氮和磷进行降解实验取得了良好的去除效果。装置如图所示，由平板电极(除氮时a极为催化电极，b极为钛电极；除磷时a极为铁，b极为钛板)构成二维两级电解反应器。

①a极上的电势比b极上的电势________(填“低”或“高”)。

②除氮时，b极的电极反应式为______________________________________________。

(4)用电化学法模拟工业处理SO2。将硫酸工业尾气中的SO2通入如图装置(电极均为惰性材料)进行实验，可用于制备硫酸，同时获得电能：

①M极的电极反应式为___________________________________________________。

②当外电路通过0.2 mol电子时，质子交换膜左侧的溶液质量________(填“增大”或“减小”)________g。

(5)某种燃料电池以熔融碳酸钠、碳酸钾为电解质，其工作原理如图所示，该电池负极的电极反应式为_________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

若电极B附近通入1 m3空气(假设空气中O2的体积分数为20%)并完全反应，理论上可消耗相同条件下CH4的体积为________m3。

解析：(1)由题图所示，c电极上发生失电子的氧化反应，故c做阳极，则a为电源正极，b为电源负极；d极得电子，电极反应式为CO＋4e－===C＋3O2－。(2)根据原电池工作原理，负极上失去电子，元素化合价升高，所以通氢气的一端为负极，根据装置图判断，Q为负极催化剂；通氮气的一端为正极，根据工作原理，正极反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3。(3)①由电解装置图可知，b极为阴极，a极为阳极，所以a极上的电势比b极上的电势高。②除氮时，因电解质溶液呈酸性，故b极的电极反应式为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O。(4)①反应本质是二氧化硫、氧气与水反应生成硫酸，M极为负极，N极为正极，M极上二氧化硫失去电子被氧化生成SO，根据原子守恒和电荷守恒可知，有水参加反应，有氢离子生成，电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋。②正极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，当外电路通过0.2 mol电子时，负极反应的二氧化硫为0.1 mol，质量为6.4 g，同时有0.2 mol氢离子通过质子交换膜进入右侧，左侧溶液质量增大6.4 g－0.2 g＝6.2 g。(5)燃料电池通O2的电极为正极，通CH4的电极为负极，即电极A为负极，负极上CH4失电子发生氧化反应，生成CO2，电极反应式为CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O；若电极B附近通入1 m3空气(假设空气中O2的体积分数为20%)，则参加反应的O2的物质的量为1 000 L×20%÷22.4 L·mol－1，根据得失电子守恒可知，消耗CH4的体积为1 000 L×20%÷22.4 L·mol－1××22.4 L·mol－1＝100 L＝0.1 m3。

答案：(1)b　CO＋4e－===C＋3O2－

(2)Q　N2＋6H＋＋6e－===2NH3

(3)①高　②2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O

(4)①SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋　②增大　6.2

(5)CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O　0.1