2第六章　化学反应与能量

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注意事项
1.全卷满分100分。考试用时90分钟。
2.可能用到的相对原子质量:H 1 C 12 O 16 S 32 Zn 65。
一、选择题(本题共10小题,每小题2分,共20分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)

1.(2020北京中关村中学高一下期末)下列各选项中能将化学能转化为电能的装置是( )
2.(2020安徽黄山高一下期中)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.原电池放电过程中,正极的质量一定增加
C.化学键的断裂和形成是物质在化学反应中能量变化的主要原因
D.有能量变化的过程不是发生吸热反应就是发生放热反应
3.(2020山东日照高一下期中)自热食品无需火电,将水倒在发热包上即可加热食物。发热包的主要成分是铁粉、铝粉、焦炭粉、活性炭、生石灰、碳酸钠、焙烧硅藻土等。下列说法错误的是( )
A.生石灰和水反应放出热量
B.发热包用后所得产物中含有碱
C.发热包用后的产物冷却后要进行回收处理
D.反应过程中有微小原电池形成,负极反应为Fe-3e- Fe3+
4.(2020山东泰安一中高一下期中)工业上由CO2和H2合成甲醇的化学方程式为CO2+3H2 CH3OH+H2O,已知该反应是放热反应。下面表示合成甲醇的反应的能量变化示意图中正确的是( )
5.(2020辽宁辽阳高一下期末)下列措施一定不能增大化学反应速率的是( )
A.降低温度
B.增大反应物的浓度
C.固体反应物由块状改为粉末状
D.压缩容器体积增大压强
6.(2020首都师范大学附中高一下期末)控制变量是科学研究的重要方法。相同质量的锌与足量稀硫酸在下列条件下发生反应,初始阶段反应速率最快的是( )
7.(2020北京理工大学附中高一下期末)已知2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)为放热反应,对该反应的下列说法正确的是( )
A.因该反应为放热反应,故不加热就可发生
B.相同条件下,2 ml H2的能量或1 ml CO的能量一定高于1 ml CH3OH的能量
C.相同条件下,反应物2 ml H2(g)和1 ml CO(g)的总能量一定高于生成物1 ml CH3OH(g)的总能量
D.达到平衡时,CO的浓度与CH3OH的浓度一定相等
8.(2020河北邢台高一下期中)将久置在空气中的锌粒投入稀硫酸中,测得锌粒和硫酸反应产生氢气的速率v(H2)与反应时间t的关系曲线如图所示。下列推论不正确的是( )
A.O→a段发生锌粒表面的氧化物与酸的反应,所以未产生气体
B.b→c段产生氢气的速率增大较快的主要原因是温度升高
C.c时刻反应生成的H2的量最多
D.c时刻之后产生氢气的速率减小的主要原因是溶液中c(H+)减小
9.(2020北京海淀八一学校高一下期末)某兴趣小组按如图实验装置设计原电池,电流表指针偏转。下列说法不正确的是( )
A.该装置中铝箔为负极
B.电子从铝箔流出,经电流表、活性炭、滤纸回到铝箔
C.活性炭表面有气泡产生
D.该原电池的总反应是2Al+6H+ 2Al3++3H2↑
10.(2020山东德州高一下期中)甲醇(CH3OH)燃料电池种类较多,其中一种电池的电极为可导电的碳化钨(WC),电解质溶液为稀硫酸,工作时一个电极加入甲醇,一个电极通入空气。下列判断不正确的是(已知甲醇燃烧时生成CO2和H2O)( )
A.WC为惰性电极,不参与电极反应
B.甲醇在电池负极失电子生成CO2和水
C.正极的电极反应为O2+4H++4e- 2H2O
D.电池工作时,电解质溶液中SO42-向负极移动
二、选择题(本题共5小题,每小题4分,共20分。每小题有一个或两个选项符合题意,全部选对得4分,选对但不全的得1分,有选错的得0分)
11.(2020山东新泰二中高一下期中)某温度下,在一固定容积的密闭容器中进行反应:A2+B2 2AB。该条件下,A2、B2、AB均为气体。下列情况一定能说明该反应已达到化学平衡状态的是( )
A.气体的密度不再改变时
B.气体的总物质的量不再改变时
C.混合气体中各组分的含量不再改变时
D.每消耗1 ml B2同时有2 ml AB分解时
12.(2020山东菏泽高一下期中)一定温度下,在容积固定的密闭容器中发生可逆反应X(g)+3Y(g) 2Z(g),若X、Y、Z的起始浓度分别为c1 ml·L-1、c2 ml·L-1、c3 ml·L-1(c1、c2、c3均不为零),反应正向进行,达到平衡时,X、Y、Z的浓度分别为0.1 ml·L-1、0.3 ml·L-1、0.08 ml·L-1,则下列判断正确的是( )
A.c1∶c2=1∶3
B.平衡时,Y和Z的生成速率之比为2∶3
C.充入一定量的氦气,反应速率加快
D.c1的取值范围为0.113.(2020江苏扬州学考模拟)锂—海水电池常用在海上浮标等助航设备中,其示意图如图所示。电池反应为2Li+2H2O 2LiOH+H2↑。电池工作时,下列说法不正确的是( )
A.金属锂作负极
B.电子从锂电极经导线流向镍电极
C.电能转化为化学能
D.海水为电解质溶液
14.(2020北京人大附中高一下月考)以TiO2为催化剂的光热化学循环分解CO2反应,为温室气体减排提供了一个新途径,该反应的机理及各分子化学键完全断裂时的能量变化如图所示。
下列说法错误的是( )
A.过程①中吸收能量使钛氧键发生了断裂
B.该反应中,光能和热能转化为化学能
C.使用TiO2作催化剂可以提高化学反应速率
D.2 ml二氧化碳完全分解成2 ml一氧化碳和1 ml氧气需要吸热30 kJ
15.(2020辽宁协作校高一下期中联考)下列有关图像的结论正确的是( )
三、非选择题(本题共5小题,共60分)
16.(2020北京延庆高一下期末)(8分)化学电池的发明,是贮能和供能技术的巨大进步。
(1)如图所示装置中,Zn片是 (填“正极”或“负极”),Cu片上发生的电极反应为 。
(2)该装置是典型的原电池装置,可将氧化还原反应释放的能量直接转变为电能,能证明产生电能的实验现象是 。
(3)2019年诺贝尔化学奖授予对锂离子电池研究做出突出贡献的科学家。某锂离子电池的工作原理如图:
下列说法不正确的是 (填序号)。
①A为电池的正极
②该装置实现了电能转化为化学能
③电池工作时,电池内部的锂离子定向移动
17.(2020山东聊城高一下期末)(16分)原电池原理的发现是化学对人类的一项重大贡献。将锌片和铜片插入相同浓度的稀硫酸中,如图所示:
回答下列问题:
(1)下列说法正确的是 。
a.甲、乙均为将化学能转变为电能的装置
b.甲中锌片是负极,乙中铜片是正极
c.甲、乙溶液中的pH均增大
d.若将稀硫酸换为硫酸铜溶液,则甲、乙中铜片的质量均增加
(2)甲、乙中构成原电池的正极电极反应式为 ,原电池工作过程中,电流由 (填“铜片”或“锌片”)经导线流向 (填“铜片”或“锌片”);溶液中的SO42-向 (填“正极”或“负极”)移动。
(3)当甲中溶液质量增加3.15 g时,外电路中转移电子数目为 ,生成的氢气在标准状况下的体积为 。
(4)对甲、乙装置做如下变化后,可形成原电池的是 (填字母)。
a.甲中铜片换成锌片
b.乙中锌片和铜片相互倾斜至上端接触
c.甲中稀硫酸用乙醇代替
18.(2020安徽师大附中高一下期末)(10分)一定条件下,在容积为2 L的密闭容器中进行如下反应:A(g)+2B(g) C(g)+nD(g),开始时A为4 ml,B为6 ml,5 min末反应达到化学平衡,此时测得A的物质的量为3 ml,用D表示的化学反应速率v(D)为0.2 ml·L-1·min-1。计算:
(1)平衡时A的物质的量浓度为 。
(2)前5 min内用B表示的化学反应速率v(B)为 。
(3)化学方程式中n值为 。
(4)此反应在四种不同情况下的反应速率分别为:
①v(A)=5 ml·L-1·min-1 ②v(B)=6 ml·L-1·min-1 ③v(C)=0.075 ml·L-1·s-1 ④v(D)=0.1 ml·L-1·s-1
其中反应速率最快的是 。
19.(2020北京东城高一下期末)(10分)某课外实验小组利用压强传感器、数据采集器和计算机等数字化实验设备,探究用0.01 g镁条分别与2 mL不同浓度稀盐酸的反应速率。实验结果如图所示。
(1)Mg与盐酸反应的离子方程式是 。
(2)该实验是为了探究 (因素)对该反应的化学反应速率的影响。
(3)a 0.5(填“>”或“<”)。
(4)如果用0.5 ml/L硫酸代替上述实验中的0.5 ml/L盐酸,二者的反应速率是否相同? ,请说明原因: 。
20.(2020北京丰台高一下期末)(16分)某小组同学研究影响过氧化氢分解反应速率的因素。实验所用试剂:10% H2O2溶液、蒸馏水、MnO2粉末。
(1)实验1、2的目的是研究 对过氧化氢分解反应速率的影响。
(2)通过对比实验 (填序号),可研究催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响。
(3)为了准确地比较反应速率的快慢,方法是:收集相同体积的气体, 。
(4)利用上述实验试剂,并结合已有实验方案,进一步设计实验研究过氧化氢浓度对其分解反应速率的影响。请将实验方案补全。
答案全解全析
1.D 天然气燃烧过程中化学能转化为热能;硅太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置;太阳能集热器是将太阳能转化为热能的装置;锂离子电池是将化学能转化为电能的装置。
2.C 化学键断裂吸收能量,化学键形成放出能量,故化学键的变化必然会引起能量变化,但能量变化不一定引起化学变化,A错误;原电池放电过程中,正极的质量不一定增加,如铜锌原电池放电过程中,正极质量不变,B错误;化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成,旧化学键断裂吸收能量,新化学键形成放出能量,一个反应是放出能量还是吸收能量取决于旧化学键断裂吸收的能量和新化学键形成放出的能量的相对大小,故化学键的断裂和形成是物质在化学反应中能量变化的主要原因,C正确;有能量变化的过程不一定是化学变化,D错误。
3.D CaO与水反应生成Ca(OH)2,该反应是放热反应,Ca(OH)2属于碱,A、B正确;发热包使用后,仍会有焦炭、碳酸钠、硅藻土以及Fe、Al的化合物等,应回收处理,C正确;加入水后,铁、焦炭与电解质溶液可以形成微小原电池,负极反应为Fe-2e- Fe2+,D错误。
4.A 放热反应的反应物总能量高于生成物总能量,同一物质,由气态变成液态放出热量,所以气态产物能量高于等量的液态产物能量。
5.A 降低温度,则反应速率减小,A正确;增大反应物的浓度,可以增大化学反应速率,B错误;固体反应物由块状改为粉末状,增大了反应物的接触面积,可以加快化学反应速率,C错误;对于有气体参与或生成的反应,压缩容器体积,增大压强,可以加快化学反应速率,D错误。
6.D 一般情况下,增大反应物的接触面积、增大反应物浓度、升高温度都可以加快反应速率,故粉末状的锌与2 ml·L-1的稀硫酸在40 ℃时反应速率最快。
7.C 放热反应、吸热反应与是否加热无关,A错误;相同条件下,反应物2 ml H2和1 ml CO(g)的总能量一定高于生成物1 ml CH3OH(g)的总能量,B错误、C正确;达到平衡时,CO的浓度与CH3OH的浓度都不再发生变化,但不一定相等,D错误。
8.C 久置在空气中的锌粒,表面有氧化物,开始时锌粒表面的氧化物与硫酸反应,不产生气体,A正确;锌与硫酸的反应为放热反应,反应放热使溶液的温度升高,反应速率增大,所以b→c段产生氢气的速率增大较快的主要原因是温度升高,B正确;该图是氢气的速率v(H2)与反应时间t的关系曲线图,c时刻产生H2的速率最快,不是产生H2的量最多,C错误;随着反应的进行,溶液中H+浓度减小,反应速率逐渐减小,所以c时刻后反应速率减小的主要原因是溶液中H+浓度减小,D正确。
9.B 该装置构成原电池,铝易失电子而作负极,活性炭作正极,负极失电子发生氧化反应,正极上H+得电子发生还原反应,电子从负极经外电路流向正极。铝失电子,作负极,A正确;电子从负极铝箔流出,经电流表流向活性炭,B错误;活性炭为正极,氢离子在正极得电子生成氢气,C正确;该原电池的总反应是2Al+6H+ 2Al3++3H2↑,D正确。
10.B 甲醇(CH3OH)燃料电池工作时加入甲醇的电极为负极,通入空气的电极为正极,正极的电极反应为O2+4H++4e- 2H2O,WC不参与电极反应;电池工作时,电解质溶液中阴离子向负极移动。
11.CD 根据质量守恒定律,该反应反应前后气体的总质量不变,体积不变,密度始终保持不变,A错误;该反应为反应前后气体分子数不变的反应,所以反应前后气体的总物质的量始终保持不变,B错误;当正、逆反应速率相等时,混合气体中各组分的含量不再改变,达到了平衡状态,C正确;单位时间内,每消耗1 ml B2同时有2 ml AB分解,说明正、逆反应速率相等,达到了平衡状态,D正确。
12.AD 设转化的X的浓度为a ml·L-1,根据题意可列出三段式:
X(g) + 3Y(g) 2Z(g)
起始浓度/ml·L-1 a+0.1 3a+0.3 0.08-2a
变化浓度/ml·L-1 a 3a 2a
平衡浓度/ml·L-1 0.1 0.3 0.08
c1=a+0.1、c2=3a+0.3、c3=0.08-2a,c1∶c2=1∶3,A正确;当Y和Z的生成速率之比为3∶2时可说明反应达到平衡状态,B错误;该装置容积固定,充入一定量的氦气,反应物和生成物的浓度不会发生变化,故反应速率不变,C错误;c3=0.08-2a,且c3不为0,则a<0.04,又c1=a+0.1,则c1的取值范围为0.113.C 结合电池反应和题图装置可知,金属锂作负极,金属镍作正极,A项正确;电池工作时,电子从负极经导线流向正极,即从锂电极经导线流向镍电极,B项正确;该装置能将化学能转化为电能,C项错误;该电池中海水作电解质溶液,构成闭合回路,D项正确。
14.D 由图可知,过程①中钛氧键发生了断裂,断键吸收能量,A正确;根据图示,该反应中,光能和热能转化为化学能,B正确;使用TiO2作催化剂可以提高化学反应速率,C正确;2 ml二氧化碳完全分解成2 ml一氧化碳和1 ml氧气需要吸收的热量为1 598 kJ×2-1 072 kJ×2-496 kJ=556 kJ,D错误。
15.D 由图可知,未知浓度盐酸和Zn反应速率较大,所以未知浓度盐酸的浓度应高于1 ml/L,A错误;金刚石的能量高于等物质的量的石墨,故金刚石转化为石墨释放能量,石墨更稳定,B错误;电解质溶液为NaOH溶液,Al失电子,作负极,C错误;反应开始时刻逆反应速率不为0,所以生成物的浓度不为0,D正确。
16.答案 (每空2分)(1)负极 2H++2e- H2↑ (2)电流表指针发生偏转 (3)①②
解析 (1)由图可知,活泼金属锌作原电池的负极,不活泼金属铜作原电池的正极,氢离子在正极上得到电子发生还原反应生成氢气,电极反应式为2H++2e- H2↑。
(2)由图可知,该装置为铜、锌与稀硫酸形成的原电池,该装置实现了电能转化为化学能,能证明产生电能的实验现象为电流表指针发生偏转。
(3)由电子和锂离子的移动方向可知,A电极为电池的负极,B为电池的正极,电池工作时,化学能转化为电能,则①②错误。
17.答案 (每空2分)(1)c (2)2H++2e- H2↑ 铜片 锌片 负极
(3)0.1NA 1.12 L (4)b
解析 (1)甲具备了形成原电池的条件,故甲属于原电池;乙没有形成闭合回路,故乙不属于原电池,不能将化学能转变为电能,a、b不正确;甲、乙溶液中H+都参与了反应,生成硫酸锌和氢气,故pH均增大,c正确;若将稀硫酸换为硫酸铜溶液,则甲中铜片作正极,铜离子在其表面得到电子析出铜,故其质量增加,而乙中铜片的质量不变,d不正确。
(2)甲构成原电池,其正极反应式为2H++2e- H2↑。原电池工作过程中,电流由正极经导线流向负极,即由铜片经导线流向锌片;溶液中的SO42-向负极移动。
(3)甲中每溶解1 ml Zn同时生成1 ml H2,溶液的质量增加63 g,转移2 ml e-。因此,当甲中溶液质量增加3.15 g时,电极上转移电子的物质的量为0.1 ml,其数目为0.1NA,生成的氢气的物质的量为0.05 ml,其在标准状况下的体积为0.05 ml´22.4 L/ml=1.12 L。
(4)甲中铜片换成锌片,则两个电极相同,不能形成原电池,a不符合题意;乙中锌片和铜片相互倾斜至上端接触,则可形成闭合回路,可以形成原电池,b符合题意;甲中稀硫酸用乙醇代替,由于乙醇不是电解质,故其不能形成原电池,c不符合题意。
18.答案 (除注明外,每空2分)(1)1.5 ml·L-1(3分) (2)0.2 ml·L-1·min-1(3分) (3)2 (4)①
解析 D表示的化学反应速率v(D)为0.2 ml·L-1·min-1,则生成D的物质的量浓度c(D)=0.2 ml·L-1·min-1×5 min=1 ml·L-1。则:
A(g)+2B(g) C(g)+nD(g)
起始量(ml·L-1) 2 3 00
变化量(ml·L-1)0.5 1 0.51
平衡量(ml·L-1)1.5 2 0.51
(1)由上面分析可知,5 min末A的物质的量浓度为1.5 ml·L-1。
(2)前5 min内用B表示的化学反应速率v(B)=1ml·L-15min=0.2 ml·L-1·min-1。
(3)由浓度的变化量之比等于化学计量数之比,可得出n1=1ml·L-10.5ml·L-1,n=2。
(4)为便于比较,将各物质表示的反应速率都转化为用A物质表示的速率,则有:
①v(A)=5 ml·L-1·min-1;
②v(B)=6 ml·L-1·min-1,v(A)=3 ml·L-1·min-1;
③v(C)=0.075 ml·L-1·s-1,v(A)=0.075 ml·L-1·s-1×60 s·min-1=4.5 ml·L-1·min-1;
④v(D)=0.1 ml·L-1·s-1,v(A)=0.1 ml·L-1·s-1×60 s·min-1×12=3 ml·L-1·min-1;
以上反应速率中,5 ml·L-1·min-1最大,故反应速率最快的是①。
19.答案 (每空2分)(1)Mg+2H+ Mg2++H2↑ (2)浓度 (3)> (4)不相同 用相同浓度硫酸代替实验中盐酸,导致氢离子浓度增大,化学反应速率加快
解析 (1)镁与盐酸反应生成氯化镁和氢气。
(2)实验中其他条件都相同,只有盐酸浓度不同,故该实验是为了探究反应物浓度对该反应的化学反应速率的影响。
(3)从图像分析,a ml/L盐酸反应速率曲线的斜率比0.5 ml/L盐酸大,说明用a ml/L的盐酸反应速率更快,反应物浓度增大,速率加快,说明a大于0.5。
(4)如果用0.5 ml/L的硫酸,由于1 ml硫酸完全电离生成2 ml氢离子,则氢离子的浓度增大,反应速率加快,因此反应速率不同。
20.答案 (每空2分)(1)温度 (2)1、3 (3)用秒表测定需要的时间 (4)10 mL 10 mL 室温 MnO2(0.2 g) 有少量气泡产生(合理即可)
解析 (1)实验1、2只有温度不同,其余实验条件相同,实验的目的是研究温度对过氧化氢分解反应速率的影响。
(2)根据表格数据,实验1、3不同的条件是催化剂,通过对比实验1、3可研究催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响。
(3)为了准确地比较反应速率的快慢,方法是:收集相同体积的气体,用秒表测定需要的时间。
(4)要研究过氧化氢浓度对其分解反应速率的影响,需要保证其他实验条件相同,只有浓度不同,可以根据实验3设计实验,因此实验方案为:取10 mL 10%的H2O2溶液,加入10 mL蒸馏水稀释,保持室温,加入MnO2 0.2 g,可以观察到放出气泡的速率较慢。
A.天然气燃烧
B.硅太阳能电池
C.太阳能集热器
D.锂离子电池
A
B
C
D
锌的状态
块状
块状
粉末
粉末
c(H2SO4)/(ml·L-1)
1
2
1
2
t/℃
20
40
20
40
选项
图像
结论
A
相同质量锌粉分别与1 ml/L盐酸及相同体积未知浓度的盐酸反应,未知浓度盐酸的浓度低于1 ml/L
B
一定条件下,金刚石转化为石墨要释放能量,金刚石要比石墨稳定
C
该装置为化学能转化为电能的装置,且Mg作负极
D
一定条件下,某可逆反应的正反应速率和逆反应速率随时间变化曲线如图,反应开始时刻生成物的浓度不为0
实验
序号
H2O2
浓度
V(H2O2溶液)
温度
催化剂
实验现象
1
10%
20 mL
室温
无
无明显现象
2
10%
20 mL
50 ℃水浴
无
有较多气泡产生
3
10%
20 mL
室温
MnO2(0.2 g)
有较多气泡产生
实验
序号
H2O2
浓度
V(H2O2
溶液)
V(蒸馏水)
温度
催化剂
实验现象
4
10%
①
②
③
④
⑤