2020版《名师导学》高考新课标化学第一轮总复习讲义：章末综合（六）　化学反应与能量


章末综合(六)　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.kJ·mol－1
B.kJ·mol－1
C.kJ·mol－1
D.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×－②＋③×即得反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)　ΔH＝a×－b＋c×＝ 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－xMn2O4ZnMn2O4。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 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% 二、非选择题(共4小题，40分)
11．(10分)(1)在一定条件下，N2与H2反应生成NH3，请回答下列问题：
①若反应物的总能量为E1，生成物的总能量为E2，且E1>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 mol)时，生成O2的物质的量为 mol；据O原子守恒可得：n(CO)＋2n(CO2)＝2× 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)＝mol，n(CO2)＝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↑
② mol　 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＋O2===CO2＋2H2O①，酸性条件下该燃料电池的正极反应式为O2＋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×100%≈96.6%。
[答案]　(1)CD　(2)减小
(3)CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋
O2＋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－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。
(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2S－2e－===S。
[答案]　(1)①NO2＋NO－e－===N2O5
②O2＋2N2O5＋4e－===4NO
(2)CO＋O2－－2e－===CO2　石墨Ⅱ
(3)①2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑
②Ⅱ　2S－2e－===S