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第二章达标检测-2022版化学必修第二册 鲁教版（2019） 同步练习 （Word含解析）
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这是一份第二章达标检测-2022版化学必修第二册 鲁教版（2019） 同步练习 （Word含解析），共18页。
第2章 化学键 化学反应规律
本章达标检测
(满分:100分;时间:90分钟)
一、选择题(本题共10小题,每小题2分,共20分,每题只有一个选项符合题意)
1.(2020天津六校联考高二上期中)为了应对能源危机,满足不断增大的能源需求,当今国际能源研究的一个热点就是寻找新能源,下列有关新能源的叙述不正确的是 ( )
A.氢能燃烧热值高,资源丰富,无毒,无污染
B.风能是太阳能的一种转化形式,能量巨大
C.太阳能能量巨大,而且清洁、无污染,但需要开采、运输
D.物质的化学能可以在不同的条件下转化为热能、电能被人类利用
2.(2020山东泰安一中高一下期中)下列物质中,化学键类型完全相同的是 ( )
A.H2O和Na2O B.NaOH和NaCl
C.H2O2和Na2O2 D.CCl4和HCl
3.(2020江苏泰州中学高二期中)实验室用锌和2 mol·L-1硫酸制取氢气,下列措施不能增大该化学反应速率的是( )
A.用锌粉代替锌粒
B.用浓硫酸代替2 mol·L-1硫酸
C.给硫酸溶液加热
D.滴加几滴2 mol·L-1CuSO4溶液
4.(2021安徽合肥高二期末)反应A(g)+3B(g)2C(g)+2D(g)在不同情况下测得反应速率,其中反应最快的是 ( )
A.v(A)=0.5 mol/(L·min)
B.v(B)=1.2 mol/(L·min)
C.v(C)=0.9 mol/(L·min)
D.v(D)=0.8 mol/(L·min)
5.一定条件下,a L密闭容器中放入1 mol N2和3 mol H2发生反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),下列选项中能说明反应已达到平衡状态的是 ( )
A.c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2
B.2v(H2)=3v(NH3)
C.单位时间内1个键断裂的同时,有6个N—H键断裂
D.单位时间消耗0.1 mol N2的同时,生成0.2 mol NH3
6.(2020湖南常德淮阳中学高一上学期期中)一定温度下,在2 L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示,下列叙述正确的是 ( )
A.反应的化学方程式为2X(g)+Y(g)2Z(g)
B.10 s后,该反应停止进行
C.反应开始到10 s,用Z表示的反应速率为0.158 mol·L-1·s-1
D.0~10 s的时间段内的平均反应速率:v(X)=v(Y)=0.039 5 mol·L-1·s-1
7.(2020北京人大附中高一下期末)在2 L密闭容器中充入一定量的SO2和O2,发生反应:2SO2+O22SO3。经测定反应开始后3 s内O2的物质的量减小了1.5 mol,则前3 s内SO2的平均反应速率为 ( )
A.0.25 mol·L-1·s-1 B.0.5 mol·L-1·s-1
C.0.75 mol·L-1·s-1 D.0.83 mol·L-1·s-1
8.(2020山东泰安一中高一下期中)2018年5月美国研究人员成功实现在常温常压下用氮气和水生产氨气,原理如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.图中能量转化方式只有2种
B.b极发生的电极反应为N2+6H++6e- 2NH3
C.H+向a极区移动
D.a极上每产生22.4 L O2,流过导线的电子数为2NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)
9.(2020湖南名师联盟一模)利用反应6NO2+8NH37N2+12H2O设计的电池装置如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.电池工作时,OH-从左向右迁移
B.电极A上发生氧化反应,电极A为正极
C.当有0.1 mol NO2被处理时,外电路中通过电子0.4 mol
D.电极B的电极反应为2NO2+8e-+8H+ N2+4H2O
10.(2020辽宁沈阳东北育才学校高一下期末)在一定条件下,把a mol X、b mol Y 混合,发生反应:X(g)+3Y(g)2Z(g),达到平衡时,Z 的体积分数是40%。则ab的范围是 ( )
A.15
11.(2020安徽马鞍山二中高三一诊)在恒容密闭容器中通入2 mol CH4和2 mol O2,下列不能判断反应2CH4(g)+2O2(g) CH2CO(g)+3H2O(l)处于化学平衡状态的是 ( )
A.体系内压强保持不变
B.体系内气体密度保持不变
C.单位时间每消耗2 mol CH4,同时生成1 mol O2
D.通入等物质的量的反应物,一段时间后反应物浓度之比不变
12.有一种瓦斯分析仪(下图甲)能够在煤矿巷道中的甲烷达到一定浓度时,通过传感器显示出来。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理,其装置如下图乙所示,其中的固体电解质是Y2O3-Na2O,O2-可以在其中自由移动。下列有关叙述正确的是( )
A.瓦斯分析仪工作时,电池内电路中电子由电极b移向电极a
B.电极a的电极反应式为CH4+5O2--8e- CO32-+2H2O
C.电极b是正极,O2-由电极a移向电极b
D.当固体电解质中有1 mol O2-通过时,电子转移4 mol
13.(2020山东枣庄高二上期末)恒容密闭容器中,对于可逆反应X(g)+3Y(g) 2Z(g),若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零),反应达到平衡时,X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.08 mol·L-1。下列判断正确的是 ( )
A.c1∶c2=3∶1
B.平衡时Y和Z的生成速率之比为2∶3
C.X、Y的转化率相等
D.c1的范围为0
A.电子由m极转移到n极
B.H+可通过质子交换膜移向左侧极室
C.m电极反应式为2NO3-+6H2O+10e- N2↑+12OH-
D.每生成1 mol CO2转移e-的物质的量为4 mol
15.资料显示:自催化作用是指反应产物之一使该反应的反应速率加快。用稀硫酸酸化的KMnO4溶液进行下列三组实验,一段时间后溶液均褪色(0.01 mol/L可以记作0.01 M)。
实验①
实验②
实验③
1 mL 0.01 M的KMnO4溶液和1 mL 0.1 M的H2C2O4溶液混合
1 mL 0.01 M的KMnO4溶液和1 mL 0.1 M的H2C2O4溶液混合
1 mL 0.01 M的KMnO4溶液和1 mL 0.1 M的H2C2O4溶液混合
褪色
比实验①褪色快
比实验①褪色快
下列说法不正确的是 ( )
A.实验①中发生氧化还原反应,H2C2O4是还原剂,产物MnSO4能起自催化作用
B.实验②褪色比实验①快,是因为MnSO4的催化作用加快了反应速率
C.实验③褪色比实验①快,是因为Cl-的催化作用加快了反应速率
D.若改用1 mL 0.2 M的H2C2O4溶液做实验①,推测比原实验①褪色快
三、非选择题(本题共5小题,共60分)
16.(8分)某同学做如下实验,以探究反应中的能量变化。
(1)在实验中发现反应后(a)中温度升高,由此可以判断(a)中反应是 热反应;(b)中温度降低,由此可以判断(b)中反应是 热反应。
(2)写出铝与盐酸反应的离子方程式: 。
(3)根据能量守恒定律,(b)中反应物的总能量应该 生成物的总能量。
17.(12分)(2020吉林辽源东辽一中高一下期中)请将符合题意的下列变化的序号填在对应的横线上。
①碘的升华;②氧气溶于水;③氯化钠溶于水;④烧碱熔化;⑤氯化氢溶于水;⑥氯化铵受热分解。
(1)化学键没有被破坏的是 ;仅离子键被破坏的是 。
(2)既破坏离子键又破坏共价键的是 。
(3)N2的电子式为 ;Na2O2的电子式为 ;CO2的电子式为 。
(4)用电子式表示MgCl2的形成过程: 。
(5)已知拆开1 mol H—H键、1 mol键、1 mol N—H键分别需要吸收的能量为436 kJ、946 kJ、391 kJ。则由N2(g)和H2(g)反应生成1 mol NH3(g)需要放出 的热量。
18.(12分)Ⅰ.在恒温恒容的密闭容器中,当下列物理量不再发生变化时:①混合气体的压强,②混合气体的密度,③混合气体的总物质的量,④混合气体的平均相对分子质量,⑤混合气体的颜色。
(1)一定能证明2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)达到平衡状态的是 (填序号,下同)。
(2)一定能证明A(s)+2B(g) C(g)+D(g)达到平衡状态的是 。(注:B、C、D均为无色物质)
Ⅱ.在一个1 L的恒容密闭容器中,X、Y、Z均为气体,三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。
根据图中数据填空:
(1)从反应开始至2 min时,以气体Y表示的平均反应速率为 。
(2)该反应的化学方程式为 。
(3)a mol X与b mol Y的混合气体发生上述反应,到某时刻各物质的物质的量恰好满足:n(X)=n(Y)=2n(Z),则原混合气体中a∶b= 。
Ⅲ.电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量,其工作原理示意图如下。则该电池工作时负极反应为 。
19.(12分)(2020山东青岛胶州高一下期中)氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。下图电池电极表面镀有一层细小的铂粉,铂吸附气体能力强,性质稳定。已知该电池的外电路电流方向为a→b。
回答下列问题:
(1)该装置能量转化形式是 。
(2)通 (填“X”或“Y”)气体的电极是负极,电极反应式为 。
(3)H2SO4溶液作为离子导体,H+向通 (填“X”或“Y”)气体的电极移动。
(4)若导线中通过0.04 mol电子,理论上需要通入标准状况下 L X气体。
(5)与氢气类似,甲烷、CO、醇类等均可作为燃料电池的燃料,与直接燃烧相比,燃料电池有许多优点,其中主要有两点:首先是燃料电池的能量转化率高,其次是 。
20.(16分)(2020江苏江阴高级中学高一期中)Ⅰ.已知锌与稀盐酸反应放热,某学生为了探究反应过程中的速率变化,用排水集气法收集反应放出的氢气。每次实验稀盐酸的用量均为25.00 mL,锌的用量均为6.50 g。
(1)在实验目的一栏中填出对应的实验编号:
编号
T/K
锌规格
盐酸浓度/
mol·L-1
实验目的
①
298
粗颗粒
2.00
(Ⅰ)实验①和②探究盐酸浓度对该反应速率的影响;
(Ⅱ)实验①和 探究温度对该反应速率的影响;
(Ⅲ)实验①和 探究锌规格(粗、细)对该反应速率的影响。
②
298
粗颗粒
1.00
③
308
粗颗粒
2.00
④
298
细颗粒
2.00
(2)实验①记录如下(换算成标准状况):
时间
(s)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
氢气
体积
(mL)
16.8
39.2
67.2
224
420
492.8
520.8
543.2
554.4
560
①计算在30~40 s范围内盐酸的平均反应速率v(HCl)= (忽略溶液体积变化)。
②反应速率最大的时间段(如0~10 s)为 ,可能原因是 。
③反应速率最小的时间段为 ,可能原因是 。
(3)另一学生也做同样的实验,由于反应太快,测量氢气的体积时不好控制,他就事先在盐酸中分别加入等体积的下列物质以减慢反应速率,在不影响产生H2总量的情况下,你认为可行的是 (填相应字母)。
A.蒸馏水
B.NaNO3溶液
C.NaCl溶液
D.CuSO4溶液
E.Na2CO3溶液
Ⅱ.某化学研究小组的同学为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果,分别设计了如图甲、乙所示的实验。请回答相关问题:
(1)定性分析:如图甲可通过观察 ,定性比较得出结论。甲同学提出将FeCl3改为Fe2(SO4)3更为合理,其理由是 。受甲同学的启发乙同学提出了另一种方案,你猜想乙同学的方案是 。
(2)定量分析:如图乙所示,实验时均以生成40 mL气体为准,其他可能影响实验的因素均已忽略,实验中需要测量的数据是 。
答案全解全析
第2章 化学键 化学反应规律
本章达标检测
1.C 氢气的燃烧产物是水,不污染环境,氢气的燃烧热值高,能从水中制取氢气,说明氢能资源丰富,故A正确;地面各处受太阳辐射后气温变化不同,空气中水蒸气的含量不同,因而引起各地气压的差异,从而形成风,所以风能是太阳能的一种转化形式,B正确;太阳能可以直接利用,无需开采、运输,故C不正确;物质燃烧释放热量,有些物质也能参与形成原电池,所以物质的化学能可以在不同的条件下转化为热能、电能被人类利用,D正确。
2.D A项,H2O是共价化合物,只含共价键,Na2O是离子化合物,只含离子键,化学键类型不同;B项,NaOH和NaCl都是离子化合物,NaOH含有离子键和共价键,NaCl只含离子键,化学键类型不完全相同;C项,H2O2是共价化合物,只含共价键,Na2O2是离子化合物,既含共价键又含离子键,化学键类型不完全相同;D项,CCl4和HCl都是共价化合物,都只含共价键,化学键类型完全相同。
3.B 用锌粉代替锌粒,反应物之间的接触面积增大,化学反应速率增大,故A不符合题意;锌与浓硫酸反应生成二氧化硫,不能增大生成氢气的化学反应速率,故B符合题意;给硫酸溶液加热,反应温度升高,化学反应速率增大,故C不符合题意;锌与硫酸铜溶液发生置换反应生成铜,铜与锌在稀硫酸溶液中构成锌铜原电池,加快反应速率,故D不符合题意。
4.A 使用“归一法”,把B、C、D在不同情况下测得的反应速率换算成v(A)再进行比较。B项,v(A)=1.2 mol/(L·min)÷3=0.4 mol/(L·min);C项,v(A)=0.9 mol/(L·min)÷2=0.45 mol/(L·min);D项,v(A)=0.8 mol/(L·min)÷2=0.4 mol/(L·min);则A项符合题意。
5.C c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2,并不能说明各反应物浓度不变,所以不一定是平衡状态,A错误;未标明是正反应还是逆反应,B错误;单位时间内1个键断裂,有6个N—H键形成,同时有6个N—H键断裂,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,C正确;单位时间消耗0.1 mol N2的同时,必定生成0.2 mol NH3,D错误。
6.D 由题图可知该反应的化学方程式为X(g)+Y(g)2Z(g),A错误;10 s后反应达到平衡状态,v(正)=v(逆)≠0,B错误; 10 s内,用Z表示的反应速率为v(Z)=1.58mol2L10s=0.079 moL·L-1·s-1,C错误;0~10 s的时间段内, X、Y均减小了0.79 mol,则v(X)=v(Y)=0.79mol2L10s=0.039 5 mol·L-1·s-1,D正确。
7.B v(O2)=1.5mol2L3s=0.25 mol·L-1·s-1,v(O2)∶v(SO2)=1∶2,故v(SO2)=2v(O2)=2×0.25 mol·L-1·s-1=0.5 mol·L-1·s-1。
8.B 图中能量转化方式有风能转化为电能、太阳能转化为电能、化学能转化为电能等,所以能量转化方式多于2种,A错误;b极氮气转化为氨气,氮元素化合价降低被还原,为原电池的正极,b极发生的电极反应为N2+6H++6e- 2NH3,故B正确;b极为正极,所以H+向b极区移动,C错误;题目没说明气体是标准状况,无法计算,故D错误。
9.C 由反应6NO2+8NH3 7N2+12H2O可知,反应中NO2为氧化剂,NH3为还原剂,则电极A为负极,电极B为正极。电池工作时,OH-从右向左迁移,故A错误;A为负极,发生氧化反应,故B错误;当有0.1 mol NO2被处理时,外电路中通过电子0.4 mol,故C正确;电极B为正极,发生还原反应,电极反应为2NO2+8e-+4H2O N2+8OH-,故D错误。
10.D 设参加反应的X为x mol,Y为3x mol,则列三段式如下:
X(g)+3Y(g)2Z(g)
起始量(mol): a b 0
转化量(mol): x 3x 2x
平衡量(mol): a-x b-3x 2x
平衡时,Z的体积分数是40%,则2xa-x+b-3x+2x×100%=40%,
则x=17(a+b)。
假设X完全反应,即17(a+b)=a,则ab=16;
假设Y完全反应,即17(a+b)×3=b,则ab=43。
所以16
12.B 该电池中a为负极,b为正极,外电路中电子从负极流向正极,A项错误;CH4在负极上失电子发生氧化反应,氧化产物为CO32-,电极反应式为CH4+5O2--8e- CO32-+2H2O,B项正确;正极反应式为O2+4e- 2O2-,阴离子向负极移动,故O2-由电极b移向电极a,C项错误;1 mol O2得4 mol电子生成2 mol O2-,故当固体电解质中有1 mol O2-通过时,电子转移2 mol,D项错误。
13.CD X、Y的转化的物质的量及平衡时的物质的量均为1∶3,开始的物质的量等于转化的物质的量与平衡时的物质的量之和,则c1∶c2=1∶3,故A错误;化学反应速率之比等于化学计量数之比,所以平衡时Y和Z的生成速率之比为3∶2,B错误;转化率=转化的物质的量开始的物质的量×100%,X、Y的转化的物质的量之比和开始的物质的量之比均为1∶3,所以X、Y的转化率相等,C正确;假设Z能完全转化为X,则生成的X的物质的量浓度为0.08 mol·L-1×12=0.04 mol·L-1,所以X的浓度小于0.14 mol·L-1,c1的范围为0
15.C 由题中信息可知,实验①中发生氧化还原反应,H2C2O4作还原剂,生成的MnSO4能起自催化作用,故A正确;实验②加入了MnSO4固体后,褪色比实验①快,说明MnSO4的催化作用加快了反应速率,故B正确;实验③加入了稀盐酸之后,Cl-与KMnO4发生氧化还原反应,所以褪色比实验①快,Cl-是还原剂而不是催化剂,故C错误;若改用1 mL 0.2 M的H2C2O4溶液做实验①,还原剂H2C2O4的浓度增大,反应速率加快,推测比原实验①褪色快,故D正确。
16.答案 (1)放 吸 (2)2Al+6H+ 2Al3++3H2↑ (3)低于
解析 (1)反应后(a)中温度升高,(b)中温度降低,说明(a)中反应为放热反应,(b)中反应为吸热反应。(2)铝与盐酸反应的离子方程式为2Al+6H+ 2Al3++3H2↑。(3)(b)中反应为吸热反应,根据能量守恒定律,反应物的总能量低于生成物的总能量。
17.答案 (1)①② ③④
(2)⑥
(3)··N……N·· Na+[··O······O······]2-Na+ ··O····××C××··O····
(4)
(5)46 kJ
解析 (1)①碘的升华属于物理变化,只是状态发生变化,没有化学键被破坏;②氧气溶于水属于物理变化,没有化学键被破坏;③氯化钠溶于水,在水分子的作用下,氯化钠中的离子键被破坏;④烧碱熔化,离子键被破坏;⑤氯化氢溶于水,在水分子的作用下,氯化氢中的共价键被破坏;⑥氯化铵受热分解,氯化铵是离子化合物,存在的化学键有离子键、共价键,受热分解时破坏的是离子键、共价键。(2)由(1)分析知⑥NH4Cl受热分解生成氨气和氯化氢,既破坏离子键又破坏共价键。(3)氮气的电子式为··N……N··,过氧化钠的电子式为Na+[··O······O······]2-Na+,二氧化碳的电子式为··O····××C××··O····。(4)用电子式表示MgCl2的形成过程为。(5)在反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)中,断裂3 mol H—H键、1 mol 键共吸收的能量为3×436 kJ+946 kJ=2 254 kJ,生成2 mol NH3(g),共形成6 mol N—H键,放出的能量为6×391 kJ=2 346 kJ,所以该反应为放热反应,生成2 mol NH3(g)放出的热量为2 346 kJ-2 254 kJ=92 kJ,则生成1 mol NH3(g)放出的热量为46 kJ。
18.答案 Ⅰ.(1)①③④ (2)②④
Ⅱ.(1)0.05 mol·L-1·min-1 (2)3X+Y 2Z (3)7∶5
Ⅲ.2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O
解析 Ⅰ.(1)①恒温恒容时,反应物的化学计量数之和与生成物的化学计量数不同,压强不变说明反应达到平衡状态;②恒容的密闭容器中,对于反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)混合气体的密度始终不变,故气体密度不变不能用作判定该反应已达到平衡的依据;③对于反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)混合气体的总物质的量是个变量,当总物质的量不变时说明该反应达到平衡;④反应未达平衡时,对于反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)混合气体的平均相对分子质量是个变量,当平均相对分子质量不变时说明该反应达到平衡;⑤对于反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)混合气体始终无色,所以不能根据混合气体的颜色不变判定该反应达到平衡。(2)①A是固体,气态反应物的化学计量数之和与生成物中气体的化学计量数之和相等,则混合气体的压强始终不变,故混合气体的压强不变不能判定该反应已达到平衡状态;②反应过程中有固体参与,对于该反应混合气体的密度会发生改变,当密度不变时说明该反应达到平衡;③反应物与生成物中的气体分子总数相同,则混合气体的总物质的量始终不变,故混合气体的总物质的量不变不能用作判定该反应达到平衡状态;④反应物中有固体,则当混合气体的平均相对分子质量不变时反应达到平衡;⑤B、C、D均为无色气体,则不能根据混合气体的颜色不变来判断该反应是否达到平衡。
Ⅱ.(1)气体Y的浓度从1 mol·L-1变成0.9 mol·L-1,用时2 min,则平均反应速率为0.1 mol·L-1÷2 min=0.05 mol·L-1·min-1。
(2)由题图可得出反应物为X和Y,生成物为Z,且X、Y、Z的物质的量的变化量之比为3∶1∶2,所以其化学计量数之比也为3∶1∶2,该可逆反应的化学方程式为3X+Y 2Z。
(3)由题意,设在某时刻各物质的物质的量分别为n mol、n mol、n2 mol:
3X + Y 2Z
初始物质的量(mol) a b 0
物质的量的变化(mol) a-n b-n n2
某时刻的物质的量(mol) n n n2
根据物质的量的变化量之比等于化学计量数之比可得a-nn2=32,解得a=74n;同理b-nn2=12,解得b=54n,所以a∶b=7∶5。
Ⅲ.该装置是原电池,通入氨气的一极发生了氧化反应,为原电池的负极,负极反应为2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O。
19.答案 (1)化学能转化为电能 (2)Y H2-2e- 2H+ (3)X (4)0.224 (5)产物对环境无污染
解析 (1)该装置为原电池,其能量转化形式为化学能转化为电能。
(2)外电路电流方向为a→b,所以通Y气体的电极为负极,即H2失电子发生氧化反应,电极反应为H2-2e- 2H+。
(3)原电池中阳离子移向正极,则H+向正极即通X气体的电极移动。
(4)X为氧气,电极反应为O2+4H++4e- 2H2O,所以导线中通过0.04 mol电子,理论上需要通入标准状况下X气体的体积为0.01 mol×22.4 L/mol=0.224 L。
(5)燃料电池的能量转化率高,其反应产物对环境无污染。
20.答案 Ⅰ.(1)③ ④
(2)①0.056 mol·L-1·s-1 ②40~50 s 该反应是放热反应,该段时间内温度较高 ③90~100 s 盐酸浓度降低,反应速率减小
(3)AC
Ⅱ.(1)反应产生气泡快慢或反应完成的先后或试管壁的冷热程度 使阴离子相同,排除阴离子不同造成的干扰 通过活塞的移动观察,相同时间内产生气体量的多少 (2)收集40 mL气体所需要的时间
解析 Ⅰ.(1)探究温度对该反应速率的影响,则锌规格以及盐酸的浓度应该是一样的,所以实验①和③作为对照;探究锌规格(粗、细)对该反应速率的影响,要求实验温度以及盐酸的浓度是相等的,所以实验①和④作为对照。(2)①在30~40 s范围内生成氢气的物质的量为(224-67.2)×10-3L22.4L·mol-1=0.007 mol,则消耗HCl的物质的量是0.014 mol,其浓度是0.014 mol÷0.025 L=0.56 mol·L-1,所以在30~40 s范围内盐酸的平均反应速率v(HCl)=0.56 mol·L-1÷10 s=0.056 mol·L-1·s-1。②相同时间段内,产生的氢气的体积越大,反应速率越快,所以反应速率最大的时间段是40~50 s,可能原因是反应放热,温度高,反应速率快。③相同时间段内,产生的氢气的体积越小,反应速率越慢,所以反应速率最小的时间段是90~100 s,可能原因是反应进行过程中,盐酸浓度减小,反应速率变慢。(3)在盐酸中加入蒸馏水,氢离子浓度降低,反应速率减小,但产生的氢气量不变,A正确;在盐酸中加入NaNO3溶液,溶液中相当于有了硝酸,硝酸与锌反应生成NO,B错误;加入NaCl溶液相当于将盐酸稀释,盐酸中氢离子浓度减小,所以速率减慢,C正确;在反应中加入硫酸铜溶液,则金属锌会置换出金属铜,形成原电池,会加快反应速率,D错误;在盐酸中加入碳酸钠溶液,碳酸钠与盐酸发生反应,氢离子浓度降低,反应速率减小,且产生的氢气体积也减小,E错误。Ⅱ.(1)定性分析:该反应中产生气体,所以可根据生成气泡的快慢判断。由于阴离子也可能会对反应速率产生影响,所以将FeCl3改为Fe2(SO4)3可以控制阴离子相同,排除阴离子不同造成的干扰;同时,如利用乙图装置,通过测量相同时间内产生气体的量也可判断催化效果。(2)定量分析:实验中需要测量的数据是收集40 mL气体所需要的时间。
第2章 化学键 化学反应规律
本章达标检测
(满分:100分;时间:90分钟)
一、选择题(本题共10小题,每小题2分,共20分,每题只有一个选项符合题意)
1.(2020天津六校联考高二上期中)为了应对能源危机,满足不断增大的能源需求,当今国际能源研究的一个热点就是寻找新能源,下列有关新能源的叙述不正确的是 ( )
A.氢能燃烧热值高,资源丰富,无毒,无污染
B.风能是太阳能的一种转化形式,能量巨大
C.太阳能能量巨大,而且清洁、无污染,但需要开采、运输
D.物质的化学能可以在不同的条件下转化为热能、电能被人类利用
2.(2020山东泰安一中高一下期中)下列物质中,化学键类型完全相同的是 ( )
A.H2O和Na2O B.NaOH和NaCl
C.H2O2和Na2O2 D.CCl4和HCl
3.(2020江苏泰州中学高二期中)实验室用锌和2 mol·L-1硫酸制取氢气,下列措施不能增大该化学反应速率的是( )
A.用锌粉代替锌粒
B.用浓硫酸代替2 mol·L-1硫酸
C.给硫酸溶液加热
D.滴加几滴2 mol·L-1CuSO4溶液
4.(2021安徽合肥高二期末)反应A(g)+3B(g)2C(g)+2D(g)在不同情况下测得反应速率,其中反应最快的是 ( )
A.v(A)=0.5 mol/(L·min)
B.v(B)=1.2 mol/(L·min)
C.v(C)=0.9 mol/(L·min)
D.v(D)=0.8 mol/(L·min)
5.一定条件下,a L密闭容器中放入1 mol N2和3 mol H2发生反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),下列选项中能说明反应已达到平衡状态的是 ( )
A.c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2
B.2v(H2)=3v(NH3)
C.单位时间内1个键断裂的同时,有6个N—H键断裂
D.单位时间消耗0.1 mol N2的同时,生成0.2 mol NH3
6.(2020湖南常德淮阳中学高一上学期期中)一定温度下,在2 L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示,下列叙述正确的是 ( )
A.反应的化学方程式为2X(g)+Y(g)2Z(g)
B.10 s后,该反应停止进行
C.反应开始到10 s,用Z表示的反应速率为0.158 mol·L-1·s-1
D.0~10 s的时间段内的平均反应速率:v(X)=v(Y)=0.039 5 mol·L-1·s-1
7.(2020北京人大附中高一下期末)在2 L密闭容器中充入一定量的SO2和O2,发生反应:2SO2+O22SO3。经测定反应开始后3 s内O2的物质的量减小了1.5 mol,则前3 s内SO2的平均反应速率为 ( )
A.0.25 mol·L-1·s-1 B.0.5 mol·L-1·s-1
C.0.75 mol·L-1·s-1 D.0.83 mol·L-1·s-1
8.(2020山东泰安一中高一下期中)2018年5月美国研究人员成功实现在常温常压下用氮气和水生产氨气,原理如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.图中能量转化方式只有2种
B.b极发生的电极反应为N2+6H++6e- 2NH3
C.H+向a极区移动
D.a极上每产生22.4 L O2,流过导线的电子数为2NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)
9.(2020湖南名师联盟一模)利用反应6NO2+8NH37N2+12H2O设计的电池装置如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.电池工作时,OH-从左向右迁移
B.电极A上发生氧化反应,电极A为正极
C.当有0.1 mol NO2被处理时,外电路中通过电子0.4 mol
D.电极B的电极反应为2NO2+8e-+8H+ N2+4H2O
10.(2020辽宁沈阳东北育才学校高一下期末)在一定条件下,把a mol X、b mol Y 混合,发生反应:X(g)+3Y(g)2Z(g),达到平衡时,Z 的体积分数是40%。则ab的范围是 ( )
A.15
11.(2020安徽马鞍山二中高三一诊)在恒容密闭容器中通入2 mol CH4和2 mol O2,下列不能判断反应2CH4(g)+2O2(g) CH2CO(g)+3H2O(l)处于化学平衡状态的是 ( )
A.体系内压强保持不变
B.体系内气体密度保持不变
C.单位时间每消耗2 mol CH4,同时生成1 mol O2
D.通入等物质的量的反应物,一段时间后反应物浓度之比不变
12.有一种瓦斯分析仪(下图甲)能够在煤矿巷道中的甲烷达到一定浓度时,通过传感器显示出来。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理,其装置如下图乙所示,其中的固体电解质是Y2O3-Na2O,O2-可以在其中自由移动。下列有关叙述正确的是( )
A.瓦斯分析仪工作时,电池内电路中电子由电极b移向电极a
B.电极a的电极反应式为CH4+5O2--8e- CO32-+2H2O
C.电极b是正极,O2-由电极a移向电极b
D.当固体电解质中有1 mol O2-通过时,电子转移4 mol
13.(2020山东枣庄高二上期末)恒容密闭容器中,对于可逆反应X(g)+3Y(g) 2Z(g),若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零),反应达到平衡时,X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.08 mol·L-1。下列判断正确的是 ( )
A.c1∶c2=3∶1
B.平衡时Y和Z的生成速率之比为2∶3
C.X、Y的转化率相等
D.c1的范围为0
A.电子由m极转移到n极
B.H+可通过质子交换膜移向左侧极室
C.m电极反应式为2NO3-+6H2O+10e- N2↑+12OH-
D.每生成1 mol CO2转移e-的物质的量为4 mol
15.资料显示:自催化作用是指反应产物之一使该反应的反应速率加快。用稀硫酸酸化的KMnO4溶液进行下列三组实验,一段时间后溶液均褪色(0.01 mol/L可以记作0.01 M)。
实验①
实验②
实验③
1 mL 0.01 M的KMnO4溶液和1 mL 0.1 M的H2C2O4溶液混合
1 mL 0.01 M的KMnO4溶液和1 mL 0.1 M的H2C2O4溶液混合
1 mL 0.01 M的KMnO4溶液和1 mL 0.1 M的H2C2O4溶液混合
褪色
比实验①褪色快
比实验①褪色快
下列说法不正确的是 ( )
A.实验①中发生氧化还原反应,H2C2O4是还原剂,产物MnSO4能起自催化作用
B.实验②褪色比实验①快,是因为MnSO4的催化作用加快了反应速率
C.实验③褪色比实验①快,是因为Cl-的催化作用加快了反应速率
D.若改用1 mL 0.2 M的H2C2O4溶液做实验①,推测比原实验①褪色快
三、非选择题(本题共5小题,共60分)
16.(8分)某同学做如下实验,以探究反应中的能量变化。
(1)在实验中发现反应后(a)中温度升高,由此可以判断(a)中反应是 热反应;(b)中温度降低,由此可以判断(b)中反应是 热反应。
(2)写出铝与盐酸反应的离子方程式: 。
(3)根据能量守恒定律,(b)中反应物的总能量应该 生成物的总能量。
17.(12分)(2020吉林辽源东辽一中高一下期中)请将符合题意的下列变化的序号填在对应的横线上。
①碘的升华;②氧气溶于水;③氯化钠溶于水;④烧碱熔化;⑤氯化氢溶于水;⑥氯化铵受热分解。
(1)化学键没有被破坏的是 ;仅离子键被破坏的是 。
(2)既破坏离子键又破坏共价键的是 。
(3)N2的电子式为 ;Na2O2的电子式为 ;CO2的电子式为 。
(4)用电子式表示MgCl2的形成过程: 。
(5)已知拆开1 mol H—H键、1 mol键、1 mol N—H键分别需要吸收的能量为436 kJ、946 kJ、391 kJ。则由N2(g)和H2(g)反应生成1 mol NH3(g)需要放出 的热量。
18.(12分)Ⅰ.在恒温恒容的密闭容器中,当下列物理量不再发生变化时:①混合气体的压强,②混合气体的密度,③混合气体的总物质的量,④混合气体的平均相对分子质量,⑤混合气体的颜色。
(1)一定能证明2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)达到平衡状态的是 (填序号,下同)。
(2)一定能证明A(s)+2B(g) C(g)+D(g)达到平衡状态的是 。(注:B、C、D均为无色物质)
Ⅱ.在一个1 L的恒容密闭容器中,X、Y、Z均为气体,三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。
根据图中数据填空:
(1)从反应开始至2 min时,以气体Y表示的平均反应速率为 。
(2)该反应的化学方程式为 。
(3)a mol X与b mol Y的混合气体发生上述反应,到某时刻各物质的物质的量恰好满足:n(X)=n(Y)=2n(Z),则原混合气体中a∶b= 。
Ⅲ.电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量,其工作原理示意图如下。则该电池工作时负极反应为 。
19.(12分)(2020山东青岛胶州高一下期中)氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。下图电池电极表面镀有一层细小的铂粉,铂吸附气体能力强,性质稳定。已知该电池的外电路电流方向为a→b。
回答下列问题:
(1)该装置能量转化形式是 。
(2)通 (填“X”或“Y”)气体的电极是负极,电极反应式为 。
(3)H2SO4溶液作为离子导体,H+向通 (填“X”或“Y”)气体的电极移动。
(4)若导线中通过0.04 mol电子,理论上需要通入标准状况下 L X气体。
(5)与氢气类似,甲烷、CO、醇类等均可作为燃料电池的燃料,与直接燃烧相比,燃料电池有许多优点,其中主要有两点:首先是燃料电池的能量转化率高,其次是 。
20.(16分)(2020江苏江阴高级中学高一期中)Ⅰ.已知锌与稀盐酸反应放热,某学生为了探究反应过程中的速率变化,用排水集气法收集反应放出的氢气。每次实验稀盐酸的用量均为25.00 mL,锌的用量均为6.50 g。
(1)在实验目的一栏中填出对应的实验编号:
编号
T/K
锌规格
盐酸浓度/
mol·L-1
实验目的
①
298
粗颗粒
2.00
(Ⅰ)实验①和②探究盐酸浓度对该反应速率的影响;
(Ⅱ)实验①和 探究温度对该反应速率的影响;
(Ⅲ)实验①和 探究锌规格(粗、细)对该反应速率的影响。
②
298
粗颗粒
1.00
③
308
粗颗粒
2.00
④
298
细颗粒
2.00
(2)实验①记录如下(换算成标准状况):
时间
(s)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
氢气
体积
(mL)
16.8
39.2
67.2
224
420
492.8
520.8
543.2
554.4
560
①计算在30~40 s范围内盐酸的平均反应速率v(HCl)= (忽略溶液体积变化)。
②反应速率最大的时间段(如0~10 s)为 ,可能原因是 。
③反应速率最小的时间段为 ,可能原因是 。
(3)另一学生也做同样的实验,由于反应太快,测量氢气的体积时不好控制,他就事先在盐酸中分别加入等体积的下列物质以减慢反应速率,在不影响产生H2总量的情况下,你认为可行的是 (填相应字母)。
A.蒸馏水
B.NaNO3溶液
C.NaCl溶液
D.CuSO4溶液
E.Na2CO3溶液
Ⅱ.某化学研究小组的同学为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果,分别设计了如图甲、乙所示的实验。请回答相关问题:
(1)定性分析:如图甲可通过观察 ,定性比较得出结论。甲同学提出将FeCl3改为Fe2(SO4)3更为合理,其理由是 。受甲同学的启发乙同学提出了另一种方案,你猜想乙同学的方案是 。
(2)定量分析:如图乙所示,实验时均以生成40 mL气体为准,其他可能影响实验的因素均已忽略,实验中需要测量的数据是 。
答案全解全析
第2章 化学键 化学反应规律
本章达标检测
1.C 氢气的燃烧产物是水,不污染环境,氢气的燃烧热值高,能从水中制取氢气,说明氢能资源丰富,故A正确;地面各处受太阳辐射后气温变化不同,空气中水蒸气的含量不同,因而引起各地气压的差异,从而形成风,所以风能是太阳能的一种转化形式,B正确;太阳能可以直接利用,无需开采、运输,故C不正确;物质燃烧释放热量,有些物质也能参与形成原电池,所以物质的化学能可以在不同的条件下转化为热能、电能被人类利用,D正确。
2.D A项,H2O是共价化合物,只含共价键,Na2O是离子化合物,只含离子键,化学键类型不同;B项,NaOH和NaCl都是离子化合物,NaOH含有离子键和共价键,NaCl只含离子键,化学键类型不完全相同;C项,H2O2是共价化合物,只含共价键,Na2O2是离子化合物,既含共价键又含离子键,化学键类型不完全相同;D项,CCl4和HCl都是共价化合物,都只含共价键,化学键类型完全相同。
3.B 用锌粉代替锌粒,反应物之间的接触面积增大,化学反应速率增大,故A不符合题意;锌与浓硫酸反应生成二氧化硫,不能增大生成氢气的化学反应速率,故B符合题意;给硫酸溶液加热,反应温度升高,化学反应速率增大,故C不符合题意;锌与硫酸铜溶液发生置换反应生成铜,铜与锌在稀硫酸溶液中构成锌铜原电池,加快反应速率,故D不符合题意。
4.A 使用“归一法”,把B、C、D在不同情况下测得的反应速率换算成v(A)再进行比较。B项,v(A)=1.2 mol/(L·min)÷3=0.4 mol/(L·min);C项,v(A)=0.9 mol/(L·min)÷2=0.45 mol/(L·min);D项,v(A)=0.8 mol/(L·min)÷2=0.4 mol/(L·min);则A项符合题意。
5.C c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2,并不能说明各反应物浓度不变,所以不一定是平衡状态,A错误;未标明是正反应还是逆反应,B错误;单位时间内1个键断裂,有6个N—H键形成,同时有6个N—H键断裂,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,C正确;单位时间消耗0.1 mol N2的同时,必定生成0.2 mol NH3,D错误。
6.D 由题图可知该反应的化学方程式为X(g)+Y(g)2Z(g),A错误;10 s后反应达到平衡状态,v(正)=v(逆)≠0,B错误; 10 s内,用Z表示的反应速率为v(Z)=1.58mol2L10s=0.079 moL·L-1·s-1,C错误;0~10 s的时间段内, X、Y均减小了0.79 mol,则v(X)=v(Y)=0.79mol2L10s=0.039 5 mol·L-1·s-1,D正确。
7.B v(O2)=1.5mol2L3s=0.25 mol·L-1·s-1,v(O2)∶v(SO2)=1∶2,故v(SO2)=2v(O2)=2×0.25 mol·L-1·s-1=0.5 mol·L-1·s-1。
8.B 图中能量转化方式有风能转化为电能、太阳能转化为电能、化学能转化为电能等,所以能量转化方式多于2种,A错误;b极氮气转化为氨气,氮元素化合价降低被还原,为原电池的正极,b极发生的电极反应为N2+6H++6e- 2NH3,故B正确;b极为正极,所以H+向b极区移动,C错误;题目没说明气体是标准状况,无法计算,故D错误。
9.C 由反应6NO2+8NH3 7N2+12H2O可知,反应中NO2为氧化剂,NH3为还原剂,则电极A为负极,电极B为正极。电池工作时,OH-从右向左迁移,故A错误;A为负极,发生氧化反应,故B错误;当有0.1 mol NO2被处理时,外电路中通过电子0.4 mol,故C正确;电极B为正极,发生还原反应,电极反应为2NO2+8e-+4H2O N2+8OH-,故D错误。
10.D 设参加反应的X为x mol,Y为3x mol,则列三段式如下:
X(g)+3Y(g)2Z(g)
起始量(mol): a b 0
转化量(mol): x 3x 2x
平衡量(mol): a-x b-3x 2x
平衡时,Z的体积分数是40%,则2xa-x+b-3x+2x×100%=40%,
则x=17(a+b)。
假设X完全反应,即17(a+b)=a,则ab=16;
假设Y完全反应,即17(a+b)×3=b,则ab=43。
所以16
12.B 该电池中a为负极,b为正极,外电路中电子从负极流向正极,A项错误;CH4在负极上失电子发生氧化反应,氧化产物为CO32-,电极反应式为CH4+5O2--8e- CO32-+2H2O,B项正确;正极反应式为O2+4e- 2O2-,阴离子向负极移动,故O2-由电极b移向电极a,C项错误;1 mol O2得4 mol电子生成2 mol O2-,故当固体电解质中有1 mol O2-通过时,电子转移2 mol,D项错误。
13.CD X、Y的转化的物质的量及平衡时的物质的量均为1∶3,开始的物质的量等于转化的物质的量与平衡时的物质的量之和,则c1∶c2=1∶3,故A错误;化学反应速率之比等于化学计量数之比,所以平衡时Y和Z的生成速率之比为3∶2,B错误;转化率=转化的物质的量开始的物质的量×100%,X、Y的转化的物质的量之比和开始的物质的量之比均为1∶3,所以X、Y的转化率相等,C正确;假设Z能完全转化为X,则生成的X的物质的量浓度为0.08 mol·L-1×12=0.04 mol·L-1,所以X的浓度小于0.14 mol·L-1,c1的范围为0
15.C 由题中信息可知,实验①中发生氧化还原反应,H2C2O4作还原剂,生成的MnSO4能起自催化作用,故A正确;实验②加入了MnSO4固体后,褪色比实验①快,说明MnSO4的催化作用加快了反应速率,故B正确;实验③加入了稀盐酸之后,Cl-与KMnO4发生氧化还原反应,所以褪色比实验①快,Cl-是还原剂而不是催化剂,故C错误;若改用1 mL 0.2 M的H2C2O4溶液做实验①,还原剂H2C2O4的浓度增大,反应速率加快,推测比原实验①褪色快,故D正确。
16.答案 (1)放 吸 (2)2Al+6H+ 2Al3++3H2↑ (3)低于
解析 (1)反应后(a)中温度升高,(b)中温度降低,说明(a)中反应为放热反应,(b)中反应为吸热反应。(2)铝与盐酸反应的离子方程式为2Al+6H+ 2Al3++3H2↑。(3)(b)中反应为吸热反应,根据能量守恒定律,反应物的总能量低于生成物的总能量。
17.答案 (1)①② ③④
(2)⑥
(3)··N……N·· Na+[··O······O······]2-Na+ ··O····××C××··O····
(4)
(5)46 kJ
解析 (1)①碘的升华属于物理变化,只是状态发生变化,没有化学键被破坏;②氧气溶于水属于物理变化,没有化学键被破坏;③氯化钠溶于水,在水分子的作用下,氯化钠中的离子键被破坏;④烧碱熔化,离子键被破坏;⑤氯化氢溶于水,在水分子的作用下,氯化氢中的共价键被破坏;⑥氯化铵受热分解,氯化铵是离子化合物,存在的化学键有离子键、共价键,受热分解时破坏的是离子键、共价键。(2)由(1)分析知⑥NH4Cl受热分解生成氨气和氯化氢,既破坏离子键又破坏共价键。(3)氮气的电子式为··N……N··,过氧化钠的电子式为Na+[··O······O······]2-Na+,二氧化碳的电子式为··O····××C××··O····。(4)用电子式表示MgCl2的形成过程为。(5)在反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)中,断裂3 mol H—H键、1 mol 键共吸收的能量为3×436 kJ+946 kJ=2 254 kJ,生成2 mol NH3(g),共形成6 mol N—H键,放出的能量为6×391 kJ=2 346 kJ,所以该反应为放热反应,生成2 mol NH3(g)放出的热量为2 346 kJ-2 254 kJ=92 kJ,则生成1 mol NH3(g)放出的热量为46 kJ。
18.答案 Ⅰ.(1)①③④ (2)②④
Ⅱ.(1)0.05 mol·L-1·min-1 (2)3X+Y 2Z (3)7∶5
Ⅲ.2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O
解析 Ⅰ.(1)①恒温恒容时,反应物的化学计量数之和与生成物的化学计量数不同,压强不变说明反应达到平衡状态;②恒容的密闭容器中,对于反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)混合气体的密度始终不变,故气体密度不变不能用作判定该反应已达到平衡的依据;③对于反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)混合气体的总物质的量是个变量,当总物质的量不变时说明该反应达到平衡;④反应未达平衡时,对于反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)混合气体的平均相对分子质量是个变量,当平均相对分子质量不变时说明该反应达到平衡;⑤对于反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)混合气体始终无色,所以不能根据混合气体的颜色不变判定该反应达到平衡。(2)①A是固体,气态反应物的化学计量数之和与生成物中气体的化学计量数之和相等,则混合气体的压强始终不变,故混合气体的压强不变不能判定该反应已达到平衡状态;②反应过程中有固体参与,对于该反应混合气体的密度会发生改变,当密度不变时说明该反应达到平衡;③反应物与生成物中的气体分子总数相同,则混合气体的总物质的量始终不变,故混合气体的总物质的量不变不能用作判定该反应达到平衡状态;④反应物中有固体,则当混合气体的平均相对分子质量不变时反应达到平衡;⑤B、C、D均为无色气体,则不能根据混合气体的颜色不变来判断该反应是否达到平衡。
Ⅱ.(1)气体Y的浓度从1 mol·L-1变成0.9 mol·L-1,用时2 min,则平均反应速率为0.1 mol·L-1÷2 min=0.05 mol·L-1·min-1。
(2)由题图可得出反应物为X和Y,生成物为Z,且X、Y、Z的物质的量的变化量之比为3∶1∶2,所以其化学计量数之比也为3∶1∶2,该可逆反应的化学方程式为3X+Y 2Z。
(3)由题意,设在某时刻各物质的物质的量分别为n mol、n mol、n2 mol:
3X + Y 2Z
初始物质的量(mol) a b 0
物质的量的变化(mol) a-n b-n n2
某时刻的物质的量(mol) n n n2
根据物质的量的变化量之比等于化学计量数之比可得a-nn2=32,解得a=74n;同理b-nn2=12,解得b=54n,所以a∶b=7∶5。
Ⅲ.该装置是原电池,通入氨气的一极发生了氧化反应,为原电池的负极,负极反应为2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O。
19.答案 (1)化学能转化为电能 (2)Y H2-2e- 2H+ (3)X (4)0.224 (5)产物对环境无污染
解析 (1)该装置为原电池,其能量转化形式为化学能转化为电能。
(2)外电路电流方向为a→b,所以通Y气体的电极为负极,即H2失电子发生氧化反应,电极反应为H2-2e- 2H+。
(3)原电池中阳离子移向正极,则H+向正极即通X气体的电极移动。
(4)X为氧气,电极反应为O2+4H++4e- 2H2O,所以导线中通过0.04 mol电子,理论上需要通入标准状况下X气体的体积为0.01 mol×22.4 L/mol=0.224 L。
(5)燃料电池的能量转化率高,其反应产物对环境无污染。
20.答案 Ⅰ.(1)③ ④
(2)①0.056 mol·L-1·s-1 ②40~50 s 该反应是放热反应,该段时间内温度较高 ③90~100 s 盐酸浓度降低,反应速率减小
(3)AC
Ⅱ.(1)反应产生气泡快慢或反应完成的先后或试管壁的冷热程度 使阴离子相同,排除阴离子不同造成的干扰 通过活塞的移动观察,相同时间内产生气体量的多少 (2)收集40 mL气体所需要的时间
解析 Ⅰ.(1)探究温度对该反应速率的影响,则锌规格以及盐酸的浓度应该是一样的,所以实验①和③作为对照;探究锌规格(粗、细)对该反应速率的影响,要求实验温度以及盐酸的浓度是相等的,所以实验①和④作为对照。(2)①在30~40 s范围内生成氢气的物质的量为(224-67.2)×10-3L22.4L·mol-1=0.007 mol,则消耗HCl的物质的量是0.014 mol,其浓度是0.014 mol÷0.025 L=0.56 mol·L-1,所以在30~40 s范围内盐酸的平均反应速率v(HCl)=0.56 mol·L-1÷10 s=0.056 mol·L-1·s-1。②相同时间段内,产生的氢气的体积越大,反应速率越快,所以反应速率最大的时间段是40~50 s,可能原因是反应放热,温度高,反应速率快。③相同时间段内,产生的氢气的体积越小,反应速率越慢,所以反应速率最小的时间段是90~100 s,可能原因是反应进行过程中,盐酸浓度减小,反应速率变慢。(3)在盐酸中加入蒸馏水,氢离子浓度降低,反应速率减小,但产生的氢气量不变,A正确;在盐酸中加入NaNO3溶液,溶液中相当于有了硝酸,硝酸与锌反应生成NO,B错误;加入NaCl溶液相当于将盐酸稀释,盐酸中氢离子浓度减小,所以速率减慢,C正确;在反应中加入硫酸铜溶液,则金属锌会置换出金属铜,形成原电池,会加快反应速率,D错误;在盐酸中加入碳酸钠溶液,碳酸钠与盐酸发生反应,氢离子浓度降低,反应速率减小,且产生的氢气体积也减小,E错误。Ⅱ.(1)定性分析:该反应中产生气体,所以可根据生成气泡的快慢判断。由于阴离子也可能会对反应速率产生影响,所以将FeCl3改为Fe2(SO4)3可以控制阴离子相同,排除阴离子不同造成的干扰;同时,如利用乙图装置,通过测量相同时间内产生气体的量也可判断催化效果。(2)定量分析:实验中需要测量的数据是收集40 mL气体所需要的时间。
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