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鲁科版 (2019)选择性必修1微项目 设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案——化学反应中能量及物质的转化利用当堂检测题
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这是一份鲁科版 (2019)选择性必修1微项目 设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案——化学反应中能量及物质的转化利用当堂检测题，共16页。试卷主要包含了单选题，共15小题，非选择题，共5小题等内容，欢迎下载使用。
化学反应中能量及物质的转化利用（二）
一、单选题，共15小题
1．关于如图所示①、②两个装置的评价正确的是（ ）
选择
叙 述
评价
A
能量转换:①把化学能转变成电能, ②把电能转变成化学能
正确
B
硫酸浓度变化:①增大, ②减小
错误
C
电极名称及电极反应式:①正极:4OH-—4e-====2H2O+O2↑
②阴极:Zn—2e-====Zn2+
正确
D
离子移动方向:①H+向阴极移动 ②H+向负极移动
正确
A．A B．B C．C D．D
2．下列各组变化中，前者是放热反应，后者是吸热反应的是
A．生石灰溶于水；锌粒和稀硫酸反应
B．稀释浓硫酸；金属或金属氧化物熔化
C．氨水和醋酸反应；二氧化碳与碳反应
D．工业煅烧石灰石；化石燃料燃烧
3．由U形管、质量为mg的铁棒、质量为mg的碳棒和1L0.2mol·L-1CuCl2溶液组成如图所示装置，下列说法不正确的是
A．打开K,铁棒上有紫红色物质析出
B．闭合K,碳棒上有紫红色固体析出
C．闭合K,碳棒表面发生的电极反应为Cu2++2e-=Cu
D．闭合K,当电路中有0.3NA个电子通过时，理论上碳棒与铁棒的质量差为9.6g
4．已知CH4的燃烧热是akJ/mol，由CH4、H2按3︰1比例组成的混合物2mol，完全燃烧并恢复到常温时，放出的热量为bkJ，则H2的燃烧热为（kJ/mol）为（）
A．2b-3a B．3a-2b C．（2b-3a） D．（a-2b）
5．已知下列热化学方程式，且b＞a。Hg(l)+1/2O2(g)===HgO(s) △H=－a kJ·mol－1; Zn(s)+1/2O2(g)===ZnO(s) △H=－b kJ·mol－1由此可知反应Zn(s)＋HgO(s) ZnO(s)＋Hg(l)的焓变为
A．－(b－a) kJ·mol－1 B．+(b－a) kJ·mol－1
C．(b－a) kJ·mol－1 D．(b+a)kJ·mol－1
6．下列实验装置图正确且能达到相应实验目的的是
A
B
C
D
蒸馏水的制备
氢氧化铁胶体的制备
铁钥匙上镀铜
中和热的测定
A．A B．B C．C D．D
7．一种用于驱动潜艇的液氨－液氧燃料电池原理示意如图，下列有关该电池说法正确的是
A．电池工作时，OH－向电极A移动
B．电子由电极B经外电路流向电极A
C．该电池工作时，每消耗22.4 L NH3转移3 mol电子
D．电极B上发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－＝2H2O
8．钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠(Na2Sx)分别作为两个电极的反应物，固体Al2O3陶瓷(可传导Na＋)为电解质，其原理如图所示。下列说法正确的是
A．放电时，电极A为正极
B．充电时，Na+ 从电极A向电极B迁移
C．充电时，电极B反应式为S22-- 2e- === xS
D．该电池工作的适宜温度应控制在25 ℃左右
9．关于如右图所示装置中的叙述正确的是
A．这是电解NaOH溶液的装置
B．电子由Fe流向Pt
C．Pt为正极，其电极反应为：2H++2e-=H2↑
D．Fe为负极，其电极反应为：4OH-4e-=2H2O+O2↑
10．下列说法中一定正确的是（ ）
A．Na2O2固体中阳离子与阴离子的个数比为1∶1
B．将Na投入饱和Na2CO3溶液中，会导致溶液质量增加
C．金属Na失火，可用CO2灭火
D．从试剂瓶中取出并切下的未使用的钠可放回原试剂瓶中
11．原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中正确的是（ ）
A．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，负极反应式为：Cu-2e-=Cu2+
B．由Al、Cu、稀硫酸组成原电池，负极反应式为：Cu-2e-=Cu2+
C．由Al、Mg、NaOH溶液组成原电池，负极反应式为：Al+4OH--3e-=AlO2-+2H2O
D．由Al、Cu、浓硝酸组成的原电池中，负极反应式为：Al-3e-=Al3+
12．现有容积固定且相同的甲、乙、丙三个容器，均存在如下反应：；。在一定条件下分别向三个容器中充入的气体量和如下表所示：
容器
甲
2
1
0
乙
1
0.5
0
丙
1
0.5
1
根据以上数据，下列选项正确的是
A． B．
C． D．
13．下列关于热化学反应的描述中正确的是
A．CO(g)的燃烧热是283.0 kJ/mol，则表示CO燃烧热的热化学方程式为2CO(g)＋O2(g)===2CO2 (g)；△H＝－566.0 kJ/mol
B．由石墨比金刚石稳定可知：C（金刚石,s）= C(石墨,s)；△H＜0
C．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
D．已知：2SO2 (g) + O2 (g)2SO3 (g)；△H =－98.3 kJ/mol。将1 mol SO2和0.5 mol O2充入一密闭容器中反应，放出49.15 kJ的热量
14．根据热化学方程式，正确的是
（1）CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(g)； △H1＝－Q1kJ·mol－1
（2）CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l)； △H2＝－Q2kJ·mol－1
A．Q1＞Q2 B．△H1＞△H2 C．Q1=Q2 D．△H1＜△H2
15．化学反应常常伴随能量的变化，以下是H2与Cl2反应的能量变化示意图，下列说法正确的是
A．氯化氢分子的电子式：
B．该反应既是氧化还原反应又是放热反应
C．形成1 mol H—Cl键要吸收431 kJ的能量
D．反应物断键时吸收的能量大于产物形成化学键时释放的能量
二、非选择题，共5小题
16．（1）肼（N2H4）又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。已知在101kPa时，32.0g N2H4 在氧气中完全燃烧生成氮气，放出热量624kJ（25℃时），N2H4完全燃烧反应的热化学方程式是__________________________________。
（2）肼－空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20% ~30%的KOH溶液。肼－空气燃料电池放电时：
正极的电极反应式是__________________________________________；
负极的电极反应式是__________________________________________；
（3）传统制备肼的方法，是以NaClO氧化NH3，制得肼的稀溶液。该反应的离子方程式为_____________________________________________________________________
17．人们应用原电池原理制作了多种电池，以满足不同的需要。以下各种电池广泛使用于日常生活、生产和科学技术等方面，请根据题中提供的信息填空：
(1)铅蓄电池在放电时起原电池作用，放电时发生的电池反应式为：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。负极反应式为___。
(2)铁、铜、铝是生活中使用广泛的金属，FeCl3溶液常用于腐蚀印刷电路铜板，其反应过程的离子方程式为___，若将此反应设计成原电池，则负极所用电极材料为___。
(3)将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入烧碱溶液中，分别形成了原电池，在这两个原电池中，负极分别为___。
A．铝片、铜片 B．铜片、铝片 C．铝片、铝片 D．铜片、铜片
(4)写出插入烧碱溶液中形成原电池的负极反应式：___。
18．为了验证化学反应是放热反应，某同学设计了如图所示装置。向盛有Na2O(s)的试管中滴加稀盐酸。回答下列问题：
(1)图中能说明该反应是放热反应的现象是_______。
(2)图中能正确表示该反应过程中能量变化的是_______(填“A”或“B”)。
(3)下列过程的能量变化与上述反应一致的是_______(填序号)。
①将胆矾加热至其变为白色粉末②浓硫酸稀释③乙醇燃烧④碳和二氧化碳在高温下反应生成一氧化碳⑤向硝酸中滴加氢氧化钠溶液⑥干冰的升华
(4)已知：△H=-151.2 kJ/mol，△H=-57.3 kJ/mol。写出题干中反应的热化学方程式：_______。
19．(1) 已知: CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H1 = akJ/mol；
CO(g) + H2O (g)=CO2(g) + H2 (g) △H2 = bkJ/mol；
2CO(g) + O2(g)= 2CO2(g) △H3 = ckJ/mol；
反应CO2(g)+ CH4(g)=2CO(g) + 2H2(g) 的△H = _____kJ/mol；
(2) 科学家用氮化镓材料与铜组装如图10的人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO2和H2O合成CH4。
①写出铜电极表面的电极反应式_____________。
②为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量_______ (选填“盐酸”或“硫酸”)。
(3) 天然气中的H2S 杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS。一定条件下向NH4HS 溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式___________。
(4) 将甲烷和硫反应可以制备CS2，其流程如图11所示:
①写出发生反应1的化学反应方程式___________。
②反应1产生两种含硫的物质，为了提高CS2的产率，设计反应2和3实现硫单质循环利用，实验时需对反应1出来的气体分流，则进入反应2 和反应3 的气体物质的量之比为___________。
③当反应1中每有1molCS2生成时，反应2中需要消耗O2的物质的量为___________。
20．据《参考消息》报道，有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点。
（1）晶体硅在氧气中燃烧的热化学方程式为Si(s)＋O2(g)=SiO2(s) ΔH＝－989.2 kJ·mol－1，有关键能数据如下表：
化学键
Si—O
O=O
Si—Si
键能/kJ·mol－1
x
498.8
176
已知1 mol Si中含2 mol Si—Si键，1 mol SiO2中含4 mol Si—O键，则x的值为____________。
（2）硅光电池作为电源已广泛应用于人造卫星、灯塔和无人气象站等。硅光电池是一种把________能转化为________能的装置。
（3）假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，关于其有利因素的下列说法中，你认为不妥当的是_________________________________________。
A．硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料
B．硅的来源丰富，易于开采，且可再生
C．硅燃烧放出的热量大，且燃烧产物对环境污染程度低，容易有效控制
D．寻找高效新催化剂，使硅的生产耗能很低，是硅能源开发利用的关键技术
（4）工业制备纯硅的反应为2H2(g)＋SiCl4(g)=Si(s)＋4HCl(g) ΔH＝＋240.4 kJ·mol－1，生成的HCl通入100 mL 1 mol·L－1的NaOH溶液恰好反应，则反应过程中________(填“吸收”或“释放”)的热量为________kJ。
参考答案
1．B
【解析】
试题分析：A. :①是电解池，把电能转变成化学能；②是原电池，把化学能转变成电能，错误；B.①是电解池，阳极4OH－-4e- = 2H2O＋Ｏ２↑，阴极2H++2ｅ－= H2↑，相当于电解水，硫酸浓度增大；②是原电池，负极上锌失电子生成锌离子进入溶液，正极上氢离子得电子生成氢气，硫酸浓度减小；C. ①是电解池，两极是阴极和阳极，②是原电池，两极是正极和负极，错误；D. ①H+向阳极极移动，②H+向正极移动，错误。
考点：考查原电池、电解池原理。
2．C
【解析】A项中，CaO与H2O反应放热；锌粒和硫酸反应放热。B项中，稀释浓硫酸是放热过程，但不是化学反应；金属或金属氧化物熔化为吸热过程，也不是化学反应。C项中，氨水与醋酸反应放热；CO2与C的反应为吸热反应。D项中，煅烧石灰石发生的为吸热反应；化石燃料的燃烧为放热反应。
3．D
【详解】
A. 打开K，Fe直接与CuCl2溶液反应生成Cu，所以铁棒上有紫红色物质析出，故A正确；
B. 闭合K，形成原电池，Fe作负极、碳棒作正极，溶液中的Cu2+在正极上得电子生成Cu，所以碳棒表面发生的电极反应为Cu2++2e-=Cu，碳棒上有紫红色固体析出，故B正确；
C. 闭合K，溶液中的Cu2+在正极上得电子生成Cu，所以碳棒表面发生的电极反应为Cu2++2e-=Cu，故C正确；
负极反应：Fe-2e-=Fe2+，正极反应：Cu2++2e-=Cu，当电路中有0.3NA个(0.3mol)电子通过时，负极减少0.15molFe(质量为8.4g)，正极增加0.15molCu(质量为9.6g)，所以理论上碳棒与铁棒的质量差为18g，故D错误。
4．A
【详解】
H2、CO按3︰1比例组成的混合物2mol，则氢气是1.5mol，CO是0.5mol。其中氢气燃烧放出的热量是1.5akJ，所以0.5molCO燃烧放出的热量是bkJ－1.5akJ，则CO的燃烧热是(2b-3a)kJ/mol，答案选A。
5．A
【分析】
据盖斯定律，热化学方程式可进行加减运算。
【详解】
将“已知”和“所求”热化学方程式编号：
①Hg(l)+1/2O2(g)===HgO(s) △H1=－a kJ·mol－1
②Zn(s)+1/2O2(g)===ZnO(s) △H2=－b kJ·mol－1
③Zn(s)＋HgO(s) ZnO(s)＋Hg(l) △H3
因③=②－①，则△H3=△H2－△H1=(－b kJ·mol－1)－(－a kJ·mol－1)=－(b－a) kJ·mol－1。
本题选A。
6．B
【详解】
A．在制备蒸馏水的过程中，冷凝水应该从下方进入从上方排出，故A错误；
B．在制备氢氧化铁胶体时，将饱和氯化铁溶液滴入沸水中，继续加热至溶液呈红褐色，不能搅拌，故B正确；
C．电镀过程中，铁钥匙应该作阴极，即连接电源的负极，故C错误；
D．在用简易装置进行中和热测定时，需要用环形玻璃棒进行搅拌，故D错误。
故选B。
7．A
【详解】
A．电池工作时，电极A是氨气中氮化合价升高变为氮气，失去电子，为负极，根据原电池离子“同性相吸”，得出OH－向负极即电极A移动，故A正确；
B．根据前面分析，A为负极，B为正极，因此电子由电极A经外电路流向电极B，故B错误；
C．该电池工作时，1个NH3变为氮气，失去3个电子，在标注状况下，每消耗22.4 L NH3即1mol转移3 mol电子，故C错误；
D．电极B上发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－＝4 OH－，故D错误。
综上所述，答案为A。
8．C
【详解】
A. 放电时，熔融Na发生氧化反应，电极A为负极，A项错误；
B. 充电时，电极A为阴极，电极B为阳极，电解池中阳离子从阳极向阴极迁移，B项错误；
C. 充电时，阳极上Sx2-失电子，发生氧化反应，电极反应式为Sx2-－2e－=xS，C项正确；
D. 该电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠分别作为两个电极的反应物，因此该电池工作时应保证Na、S均为熔融状态，而25 ℃左右时Na、S均为固态，D项错误；
正确答案是C。
9．B
【解析】
试题分析：铁的金属性强于Pt的，所以铁是负极，Pt是正极。又因为溶液显碱性，所以属于铁的吸氧腐蚀，因此选项B正确，其余都是错误的，答案选B。
考点：考查原电池的有关判断
点评：在判断原电池的正负极时，一般主要是依据金属性的强弱，即较活泼的金属作负极，不活泼的金属作正极，据此可以判断。而电极反应式的书写还需要依据电解质溶液。
10．D
【详解】
A．Na2O2固体在阳离子为钠离子，阴离子为过氧根离子，则Na2O2固体中阳离子与阴离子的个数比为2:1，故A错误；
B．Na投入饱和Na2CO3溶液，钠与水反应，溶剂减少，则碳酸钠析出，溶液质量可减少，故B错误；
C．钠燃烧生成过氧化钠,过氧化钠与二氧化碳反应生成氧气,则不能用CO2灭火，应选沙土扑灭，故C错误；
D．未使用的钠应放回原瓶，因钠与水、氧气均反应，且放热，存在安全隐患，一般剩余的药品不能放回原瓶，故D正确；
答案选D。
11．C
【详解】
A. 由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，Fe作负极，负极反应式为：Fe-2e-=Fe2+，错误；
B. 由Al、Cu、稀硫酸组成原电池，Al为负极，负极反应式为：Al-3e-=Al3+，错误；
C. 由Al、Mg、NaOH溶液组成原电池，Al作负极，负极反应式为：Al+4OH--3e-=AlO2-+2H2O，正确；
D. 由Al、Cu、浓硝酸组成的原电池中，Cu作负极，负极反应式为：Cu-2e-=Cu2+，错误。
故选C。
【点睛】
判断原电池的正负极时，我们通常比较两电极材料的活动性，确定相对活泼的金属电极作负极。如果我们仅从金属的活动性进行判断，容易得出错误的结论。如C、D选项中，我们会错误地认为C中Mg作负极，D中Al作负极。
实际上，我们判断正负电极时，不是看金属的活动性，而是首先看哪个电极材料能与电解质溶液发生反应，若只有一个电极能与电解质溶液发生反应，则该电极为负极；若两电极材料都能与电解质发生反应，则相对活泼的电极为负极。
12．B
【详解】
A.；，由于反应可逆，甲容器中反应实际放出的热量小于197 kJ，故 ，故A错误；
B.在体积不变的情况下，加入氦气对平衡移动没有影响，乙和丙容器中平衡状态相同，故 ，故B正确；
C.甲和乙装置相比，甲的投料增加，相当于在乙的基础上增大压强，平衡正向移动，SO2的转化率甲大于乙，故，故C错误；
D.乙和丙容器中平衡状态相同，能量变化相同，，由C项知，，则△H1<2△H3，该反应为放热反应，焓变为负值，所以△H1<△H3，故D错误；
故选B。
13．B
【解析】
试题分析：A、燃烧热是指1摩尔可燃物完全燃烧放出的热量，方程式中一氧化碳为2摩尔，故错误；B、石墨比金刚石稳定，说明石墨的能量低，则金刚石变石墨为放热的，故正确；C、有些放热反应也需要加热，故错误；D、反应为可逆的，1摩尔二氧化硫不能完全反应，故错误。
考点：燃烧热的定义，物质的能量与稳定性的关系，反应热和条件的关系
14．B
【解析】试题分析：物质在气态时含有的能量比液态时多，所以等物质的量的甲烷燃烧产生气体水放出的热量少，所以Q1
15．B
【详解】
A．HCl是共价化合物，其电子式为。故A说法错误；
B．根据提供的数据，化学键断裂吸收的能量为679kJ，形成化学键放出的能量为862kJ,吸收热量小于放出热量，故该反应为放热反应，另外该反应是有单质参加的化合反应，属于氧化还原反应，则B说法正确；
C．形成1 mol H—Cl键要放出431 kJ的能量，则C说法错误；
D．化学键断裂吸收的能量为679kJ，形成化学键放出的能量为862kJ,吸收热量小于放出热量，则D说法错误；
本题答案B。
16．N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) △H =－624 kJ/mol O2+2H2O+4e－=4OH－ N2H4+4OH－－4e－=4H2O+N2↑ ClO－+2NH3=N2H4+Cl－+H2O
【详解】
（1）32.0g N2H4 的物质的量为1mol，1mol N2H4(l)在氧气中完全燃烧生成氮气，放出热量624kJ（25℃时），热化学方程式是N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) △H =－624 kJ/mol；正确答案：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) △H =－624 kJ/mol。
（2）肼－空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20% ~30%的KOH溶液。肼－空气燃料电池放电时：肼在负极失电子发生氧化反应，极反应为：N2H4+4OH－－4e－=4H2O+N2↑；氧气在正极得电子，发生还原反应，极反应为：O2+2H2O+4e－=4OH－；正确答案：O2+2H2O+4e－=4OH－ ；N2H4+4OH－－4e－=4H2O+N2↑。
（3）NaClO具有氧化性，能够把NH3氧化为肼，NaClO本身被还原为氯化钠，离子反应方程式：ClO－+2NH3=N2H4+Cl－+H2O；正确答案：ClO－+2NH3=N2H4+Cl－+H2O。
17．Pb+SO-2e-=PbSO4 2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+ Cu B Al+4OH--3e-=AlO+2H2O
【详解】
(1) 依据反应的总电池反应，反应中Pb元素化合价升高的在负极失电子发生氧化反应，其电极反应为：Pb+ SO-2e-=PbSO4；
(2) Fe3+有强氧化性，能把金属铜氧化成铜离子，自身被还原成 Fe2+，反应方程式为2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+，设计成原电池时，Cu在负极上发生氧化反应；
(3) 将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，铝钝化，所以Cu失电子作负极，Cu-2e-=Cu2+，一组插入烧碱溶液中，Cu与氢氧化钠不反应，Al失电子作负极，故选：B；
(4)碱性条件下，Al失电子生成偏铝酸根离子，其电极反应为：Al+4OH--3e-= AlO+2H2O。
18．U形管甲处液面下降，乙处液面上升 B ②③⑤ △H=-265.8 kJ/mol。
【详解】
(1)图中若能说明反应是放热反应的，可通过广口瓶中盛有一定量的气体，气体体积受热膨胀，会将U形管中的液体向外压，则U形管现象是：甲处液面下降，乙处液面上升；
(2)A图表示反应物的能量比生成物低，相应反应是吸热反应，与该反应是放热反应不符合；而B图中反应物的能量比生成物的高，发生反应放出热量，反应是放热反应，与该反应的热效应相吻合，故图中能正确表示该反应过程中能量变化的是B；
①将胆矾加热至其变为白色粉末，发生变化吸收热量，与上述能量变化不符合，①不符合题意；
②浓硫酸稀释放出大量热量，与上述能量变化不符合，②符合题意；
③乙醇燃烧放出大量的热量，与上述能量变化相符合，③符合题意；
④碳和二氧化碳在高温下反应生成一氧化碳，发生反应吸收热量，与上述能量变化不符合，④不符合题意；
⑤向硝酸中滴加氢氧化钠溶液，发生中和反应放出大量的热量，与上述能量变化相符合，⑤符合题意；
⑥干冰的升华需吸收大量热量，与上述能量变化不符合，⑥不符合题意；
综上所述可知：变化过程与上述能量吻合的是②③⑤；
(4)已知：①△H=-151.2 kJ/mol，
②△H=-57.3 kJ/mol
根据盖斯定律，将①+②×2，整理可得热化学方程式：△H=-265.8 kJ/mol。
19． a+2b-2c CO2 +8e-+8H+=CH4+2H2O 硫酸 2NH4HS+O2=2S↓+2NH3·H2O CH4+4S=CS2+2H2S 1:2 1mol
【解析】试题分析：本题考查盖斯定律的应用，电极反应式的书写，指定情境下方程式的书写，含S化合物之间的转化，物质的量应用于化学方程式的计算。
（1）将反应编号，CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H1 = akJ/mol（①式）
CO(g) + H2O (g)=CO2(g) + H2 (g) △H2 = bkJ/mol（②式）
2CO(g) + O2(g)= 2CO2(g) △H3 = ckJ/mol（③式）
应用盖斯定律，将①式+②式2-③式2，得CO2(g)+ CH4(g)=2CO(g) + 2H2(g) △H = （a+2b-2c）kJ/mol。
（2）①根据装置图中电子的流向和物质的流向，Cu电极表面上CO2得电子被还原成CH4，CO2中C元素的化合价为+4价，CH4中C元素的化合价为-4价，1molCO2得8mol电子生成1molCH4，结合质子交换膜，Cu电极表面的电极反应式为：CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O。
②GaN材料上的电极反应式为：4OH--4e-=O2↑+2H2O。为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量硫酸，不能加入盐酸，若加入盐酸，放电能力：Cl-OH-，GaN表面Cl-优先放电产生Cl2。
（3）根据题意，一定条件下向NH4HS 溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，即NH4HS溶液与空气作用生成S和氨水，再生反应的化学方程式为：2NH4HS+O2=2S↓+2NH3·H2O。
（4）由流程知，反应1的反应物为CH4和S，反应1产生两种含硫的物质，生成物为CS2和H2S；生成的H2S一部分与过量O2作用发生反应2生成SO2，反应2生成的SO2与另一部分H2S发生反应3生成S，S循环利用。
①反应1的化学方程式为：CH4+4S=CS2+2H2S。
②反应2的化学方程式为：2H2S+3O2=2SO2+2H2O；反应3的化学方程式为：2H2S+SO2=3S↓+2H2O；为了充分利用S，进入反应2 和反应3 的气体物质的量之比为1:2。
③根据反应，反应1中每有1molCS2生成，同时生成2molH2S，2molH2S中进入反应2的为2mol=mol，则反应2消耗的O2为n（H2S）=1mol。
20．460 光(或太阳) 电 D 吸收 6.01
【详解】
(1)、1mol晶体硅中含有2molSi−Si，1molSiO2中含有4molSi−O，1molO2中含有1molO=O，根据Si(s)+O2(g)=SiO2(s)△H=−989.2kJ⋅mol−1，则反应焓变△H=2×176 kJ⋅mol−1+498.8 kJ⋅mol−1−4x=−989.2 kJ⋅mol−1，解得x=460 kJ⋅mol−1，故答案为460；
（2）、硅光电池把太阳能转化为电能，故答案是：光(或太阳能)； 电。
（3）、A.硅常温下为固体，性质较稳定，便于贮存，较为安全，故A正确；
B. 硅在自然界中含量丰富，主要以硅酸盐和二氧化硅的形式存在，且可再生，故B正确；
C. 硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用说明燃烧放出的热量大，硅燃烧生成二氧化硅，二氧化硅是固体，容易得到有效控制，故C正确；
D. 催化剂只能加快化学反应的速率，不改变反应热，所以不能使硅的生产耗能降低，故D错误。
故答案为D；
(4)、根据题中所给方程式可知，该反应为吸热反应，所以在制备纯硅的过程中吸收热量；通入100mL 1mol⋅L−1的NaOH溶液恰好反应说明生成的氯化氢为0.1mol，设反应吸收的热量为x，
2H2(g)+SiCl4(g)═Si(s)+4HCl(g) △H=+240.4kJ⋅mol−1
4 240.4
0.1 x
解得x=6.01kJ，故答案为吸收；6.01。
化学反应中能量及物质的转化利用（二）
一、单选题，共15小题
1．关于如图所示①、②两个装置的评价正确的是（ ）
选择
叙 述
评价
A
能量转换:①把化学能转变成电能, ②把电能转变成化学能
正确
B
硫酸浓度变化:①增大, ②减小
错误
C
电极名称及电极反应式:①正极:4OH-—4e-====2H2O+O2↑
②阴极:Zn—2e-====Zn2+
正确
D
离子移动方向:①H+向阴极移动 ②H+向负极移动
正确
A．A B．B C．C D．D
2．下列各组变化中，前者是放热反应，后者是吸热反应的是
A．生石灰溶于水；锌粒和稀硫酸反应
B．稀释浓硫酸；金属或金属氧化物熔化
C．氨水和醋酸反应；二氧化碳与碳反应
D．工业煅烧石灰石；化石燃料燃烧
3．由U形管、质量为mg的铁棒、质量为mg的碳棒和1L0.2mol·L-1CuCl2溶液组成如图所示装置，下列说法不正确的是
A．打开K,铁棒上有紫红色物质析出
B．闭合K,碳棒上有紫红色固体析出
C．闭合K,碳棒表面发生的电极反应为Cu2++2e-=Cu
D．闭合K,当电路中有0.3NA个电子通过时，理论上碳棒与铁棒的质量差为9.6g
4．已知CH4的燃烧热是akJ/mol，由CH4、H2按3︰1比例组成的混合物2mol，完全燃烧并恢复到常温时，放出的热量为bkJ，则H2的燃烧热为（kJ/mol）为（）
A．2b-3a B．3a-2b C．（2b-3a） D．（a-2b）
5．已知下列热化学方程式，且b＞a。Hg(l)+1/2O2(g)===HgO(s) △H=－a kJ·mol－1; Zn(s)+1/2O2(g)===ZnO(s) △H=－b kJ·mol－1由此可知反应Zn(s)＋HgO(s) ZnO(s)＋Hg(l)的焓变为
A．－(b－a) kJ·mol－1 B．+(b－a) kJ·mol－1
C．(b－a) kJ·mol－1 D．(b+a)kJ·mol－1
6．下列实验装置图正确且能达到相应实验目的的是
A
B
C
D
蒸馏水的制备
氢氧化铁胶体的制备
铁钥匙上镀铜
中和热的测定
A．A B．B C．C D．D
7．一种用于驱动潜艇的液氨－液氧燃料电池原理示意如图，下列有关该电池说法正确的是
A．电池工作时，OH－向电极A移动
B．电子由电极B经外电路流向电极A
C．该电池工作时，每消耗22.4 L NH3转移3 mol电子
D．电极B上发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－＝2H2O
8．钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠(Na2Sx)分别作为两个电极的反应物，固体Al2O3陶瓷(可传导Na＋)为电解质，其原理如图所示。下列说法正确的是
A．放电时，电极A为正极
B．充电时，Na+ 从电极A向电极B迁移
C．充电时，电极B反应式为S22-- 2e- === xS
D．该电池工作的适宜温度应控制在25 ℃左右
9．关于如右图所示装置中的叙述正确的是
A．这是电解NaOH溶液的装置
B．电子由Fe流向Pt
C．Pt为正极，其电极反应为：2H++2e-=H2↑
D．Fe为负极，其电极反应为：4OH-4e-=2H2O+O2↑
10．下列说法中一定正确的是（ ）
A．Na2O2固体中阳离子与阴离子的个数比为1∶1
B．将Na投入饱和Na2CO3溶液中，会导致溶液质量增加
C．金属Na失火，可用CO2灭火
D．从试剂瓶中取出并切下的未使用的钠可放回原试剂瓶中
11．原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中正确的是（ ）
A．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，负极反应式为：Cu-2e-=Cu2+
B．由Al、Cu、稀硫酸组成原电池，负极反应式为：Cu-2e-=Cu2+
C．由Al、Mg、NaOH溶液组成原电池，负极反应式为：Al+4OH--3e-=AlO2-+2H2O
D．由Al、Cu、浓硝酸组成的原电池中，负极反应式为：Al-3e-=Al3+
12．现有容积固定且相同的甲、乙、丙三个容器，均存在如下反应：；。在一定条件下分别向三个容器中充入的气体量和如下表所示：
容器
甲
2
1
0
乙
1
0.5
0
丙
1
0.5
1
根据以上数据，下列选项正确的是
A． B．
C． D．
13．下列关于热化学反应的描述中正确的是
A．CO(g)的燃烧热是283.0 kJ/mol，则表示CO燃烧热的热化学方程式为2CO(g)＋O2(g)===2CO2 (g)；△H＝－566.0 kJ/mol
B．由石墨比金刚石稳定可知：C（金刚石,s）= C(石墨,s)；△H＜0
C．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
D．已知：2SO2 (g) + O2 (g)2SO3 (g)；△H =－98.3 kJ/mol。将1 mol SO2和0.5 mol O2充入一密闭容器中反应，放出49.15 kJ的热量
14．根据热化学方程式，正确的是
（1）CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(g)； △H1＝－Q1kJ·mol－1
（2）CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l)； △H2＝－Q2kJ·mol－1
A．Q1＞Q2 B．△H1＞△H2 C．Q1=Q2 D．△H1＜△H2
15．化学反应常常伴随能量的变化，以下是H2与Cl2反应的能量变化示意图，下列说法正确的是
A．氯化氢分子的电子式：
B．该反应既是氧化还原反应又是放热反应
C．形成1 mol H—Cl键要吸收431 kJ的能量
D．反应物断键时吸收的能量大于产物形成化学键时释放的能量
二、非选择题，共5小题
16．（1）肼（N2H4）又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。已知在101kPa时，32.0g N2H4 在氧气中完全燃烧生成氮气，放出热量624kJ（25℃时），N2H4完全燃烧反应的热化学方程式是__________________________________。
（2）肼－空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20% ~30%的KOH溶液。肼－空气燃料电池放电时：
正极的电极反应式是__________________________________________；
负极的电极反应式是__________________________________________；
（3）传统制备肼的方法，是以NaClO氧化NH3，制得肼的稀溶液。该反应的离子方程式为_____________________________________________________________________
17．人们应用原电池原理制作了多种电池，以满足不同的需要。以下各种电池广泛使用于日常生活、生产和科学技术等方面，请根据题中提供的信息填空：
(1)铅蓄电池在放电时起原电池作用，放电时发生的电池反应式为：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。负极反应式为___。
(2)铁、铜、铝是生活中使用广泛的金属，FeCl3溶液常用于腐蚀印刷电路铜板，其反应过程的离子方程式为___，若将此反应设计成原电池，则负极所用电极材料为___。
(3)将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入烧碱溶液中，分别形成了原电池，在这两个原电池中，负极分别为___。
A．铝片、铜片 B．铜片、铝片 C．铝片、铝片 D．铜片、铜片
(4)写出插入烧碱溶液中形成原电池的负极反应式：___。
18．为了验证化学反应是放热反应，某同学设计了如图所示装置。向盛有Na2O(s)的试管中滴加稀盐酸。回答下列问题：
(1)图中能说明该反应是放热反应的现象是_______。
(2)图中能正确表示该反应过程中能量变化的是_______(填“A”或“B”)。
(3)下列过程的能量变化与上述反应一致的是_______(填序号)。
①将胆矾加热至其变为白色粉末②浓硫酸稀释③乙醇燃烧④碳和二氧化碳在高温下反应生成一氧化碳⑤向硝酸中滴加氢氧化钠溶液⑥干冰的升华
(4)已知：△H=-151.2 kJ/mol，△H=-57.3 kJ/mol。写出题干中反应的热化学方程式：_______。
19．(1) 已知: CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H1 = akJ/mol；
CO(g) + H2O (g)=CO2(g) + H2 (g) △H2 = bkJ/mol；
2CO(g) + O2(g)= 2CO2(g) △H3 = ckJ/mol；
反应CO2(g)+ CH4(g)=2CO(g) + 2H2(g) 的△H = _____kJ/mol；
(2) 科学家用氮化镓材料与铜组装如图10的人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO2和H2O合成CH4。
①写出铜电极表面的电极反应式_____________。
②为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量_______ (选填“盐酸”或“硫酸”)。
(3) 天然气中的H2S 杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS。一定条件下向NH4HS 溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式___________。
(4) 将甲烷和硫反应可以制备CS2，其流程如图11所示:
①写出发生反应1的化学反应方程式___________。
②反应1产生两种含硫的物质，为了提高CS2的产率，设计反应2和3实现硫单质循环利用，实验时需对反应1出来的气体分流，则进入反应2 和反应3 的气体物质的量之比为___________。
③当反应1中每有1molCS2生成时，反应2中需要消耗O2的物质的量为___________。
20．据《参考消息》报道，有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点。
（1）晶体硅在氧气中燃烧的热化学方程式为Si(s)＋O2(g)=SiO2(s) ΔH＝－989.2 kJ·mol－1，有关键能数据如下表：
化学键
Si—O
O=O
Si—Si
键能/kJ·mol－1
x
498.8
176
已知1 mol Si中含2 mol Si—Si键，1 mol SiO2中含4 mol Si—O键，则x的值为____________。
（2）硅光电池作为电源已广泛应用于人造卫星、灯塔和无人气象站等。硅光电池是一种把________能转化为________能的装置。
（3）假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，关于其有利因素的下列说法中，你认为不妥当的是_________________________________________。
A．硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料
B．硅的来源丰富，易于开采，且可再生
C．硅燃烧放出的热量大，且燃烧产物对环境污染程度低，容易有效控制
D．寻找高效新催化剂，使硅的生产耗能很低，是硅能源开发利用的关键技术
（4）工业制备纯硅的反应为2H2(g)＋SiCl4(g)=Si(s)＋4HCl(g) ΔH＝＋240.4 kJ·mol－1，生成的HCl通入100 mL 1 mol·L－1的NaOH溶液恰好反应，则反应过程中________(填“吸收”或“释放”)的热量为________kJ。
参考答案
1．B
【解析】
试题分析：A. :①是电解池，把电能转变成化学能；②是原电池，把化学能转变成电能，错误；B.①是电解池，阳极4OH－-4e- = 2H2O＋Ｏ２↑，阴极2H++2ｅ－= H2↑，相当于电解水，硫酸浓度增大；②是原电池，负极上锌失电子生成锌离子进入溶液，正极上氢离子得电子生成氢气，硫酸浓度减小；C. ①是电解池，两极是阴极和阳极，②是原电池，两极是正极和负极，错误；D. ①H+向阳极极移动，②H+向正极移动，错误。
考点：考查原电池、电解池原理。
2．C
【解析】A项中，CaO与H2O反应放热；锌粒和硫酸反应放热。B项中，稀释浓硫酸是放热过程，但不是化学反应；金属或金属氧化物熔化为吸热过程，也不是化学反应。C项中，氨水与醋酸反应放热；CO2与C的反应为吸热反应。D项中，煅烧石灰石发生的为吸热反应；化石燃料的燃烧为放热反应。
3．D
【详解】
A. 打开K，Fe直接与CuCl2溶液反应生成Cu，所以铁棒上有紫红色物质析出，故A正确；
B. 闭合K，形成原电池，Fe作负极、碳棒作正极，溶液中的Cu2+在正极上得电子生成Cu，所以碳棒表面发生的电极反应为Cu2++2e-=Cu，碳棒上有紫红色固体析出，故B正确；
C. 闭合K，溶液中的Cu2+在正极上得电子生成Cu，所以碳棒表面发生的电极反应为Cu2++2e-=Cu，故C正确；
负极反应：Fe-2e-=Fe2+，正极反应：Cu2++2e-=Cu，当电路中有0.3NA个(0.3mol)电子通过时，负极减少0.15molFe(质量为8.4g)，正极增加0.15molCu(质量为9.6g)，所以理论上碳棒与铁棒的质量差为18g，故D错误。
4．A
【详解】
H2、CO按3︰1比例组成的混合物2mol，则氢气是1.5mol，CO是0.5mol。其中氢气燃烧放出的热量是1.5akJ，所以0.5molCO燃烧放出的热量是bkJ－1.5akJ，则CO的燃烧热是(2b-3a)kJ/mol，答案选A。
5．A
【分析】
据盖斯定律，热化学方程式可进行加减运算。
【详解】
将“已知”和“所求”热化学方程式编号：
①Hg(l)+1/2O2(g)===HgO(s) △H1=－a kJ·mol－1
②Zn(s)+1/2O2(g)===ZnO(s) △H2=－b kJ·mol－1
③Zn(s)＋HgO(s) ZnO(s)＋Hg(l) △H3
因③=②－①，则△H3=△H2－△H1=(－b kJ·mol－1)－(－a kJ·mol－1)=－(b－a) kJ·mol－1。
本题选A。
6．B
【详解】
A．在制备蒸馏水的过程中，冷凝水应该从下方进入从上方排出，故A错误；
B．在制备氢氧化铁胶体时，将饱和氯化铁溶液滴入沸水中，继续加热至溶液呈红褐色，不能搅拌，故B正确；
C．电镀过程中，铁钥匙应该作阴极，即连接电源的负极，故C错误；
D．在用简易装置进行中和热测定时，需要用环形玻璃棒进行搅拌，故D错误。
故选B。
7．A
【详解】
A．电池工作时，电极A是氨气中氮化合价升高变为氮气，失去电子，为负极，根据原电池离子“同性相吸”，得出OH－向负极即电极A移动，故A正确；
B．根据前面分析，A为负极，B为正极，因此电子由电极A经外电路流向电极B，故B错误；
C．该电池工作时，1个NH3变为氮气，失去3个电子，在标注状况下，每消耗22.4 L NH3即1mol转移3 mol电子，故C错误；
D．电极B上发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－＝4 OH－，故D错误。
综上所述，答案为A。
8．C
【详解】
A. 放电时，熔融Na发生氧化反应，电极A为负极，A项错误；
B. 充电时，电极A为阴极，电极B为阳极，电解池中阳离子从阳极向阴极迁移，B项错误；
C. 充电时，阳极上Sx2-失电子，发生氧化反应，电极反应式为Sx2-－2e－=xS，C项正确；
D. 该电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠分别作为两个电极的反应物，因此该电池工作时应保证Na、S均为熔融状态，而25 ℃左右时Na、S均为固态，D项错误；
正确答案是C。
9．B
【解析】
试题分析：铁的金属性强于Pt的，所以铁是负极，Pt是正极。又因为溶液显碱性，所以属于铁的吸氧腐蚀，因此选项B正确，其余都是错误的，答案选B。
考点：考查原电池的有关判断
点评：在判断原电池的正负极时，一般主要是依据金属性的强弱，即较活泼的金属作负极，不活泼的金属作正极，据此可以判断。而电极反应式的书写还需要依据电解质溶液。
10．D
【详解】
A．Na2O2固体在阳离子为钠离子，阴离子为过氧根离子，则Na2O2固体中阳离子与阴离子的个数比为2:1，故A错误；
B．Na投入饱和Na2CO3溶液，钠与水反应，溶剂减少，则碳酸钠析出，溶液质量可减少，故B错误；
C．钠燃烧生成过氧化钠,过氧化钠与二氧化碳反应生成氧气,则不能用CO2灭火，应选沙土扑灭，故C错误；
D．未使用的钠应放回原瓶，因钠与水、氧气均反应，且放热，存在安全隐患，一般剩余的药品不能放回原瓶，故D正确；
答案选D。
11．C
【详解】
A. 由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，Fe作负极，负极反应式为：Fe-2e-=Fe2+，错误；
B. 由Al、Cu、稀硫酸组成原电池，Al为负极，负极反应式为：Al-3e-=Al3+，错误；
C. 由Al、Mg、NaOH溶液组成原电池，Al作负极，负极反应式为：Al+4OH--3e-=AlO2-+2H2O，正确；
D. 由Al、Cu、浓硝酸组成的原电池中，Cu作负极，负极反应式为：Cu-2e-=Cu2+，错误。
故选C。
【点睛】
判断原电池的正负极时，我们通常比较两电极材料的活动性，确定相对活泼的金属电极作负极。如果我们仅从金属的活动性进行判断，容易得出错误的结论。如C、D选项中，我们会错误地认为C中Mg作负极，D中Al作负极。
实际上，我们判断正负电极时，不是看金属的活动性，而是首先看哪个电极材料能与电解质溶液发生反应，若只有一个电极能与电解质溶液发生反应，则该电极为负极；若两电极材料都能与电解质发生反应，则相对活泼的电极为负极。
12．B
【详解】
A.；，由于反应可逆，甲容器中反应实际放出的热量小于197 kJ，故 ，故A错误；
B.在体积不变的情况下，加入氦气对平衡移动没有影响，乙和丙容器中平衡状态相同，故 ，故B正确；
C.甲和乙装置相比，甲的投料增加，相当于在乙的基础上增大压强，平衡正向移动，SO2的转化率甲大于乙，故，故C错误；
D.乙和丙容器中平衡状态相同，能量变化相同，，由C项知，，则△H1<2△H3，该反应为放热反应，焓变为负值，所以△H1<△H3，故D错误；
故选B。
13．B
【解析】
试题分析：A、燃烧热是指1摩尔可燃物完全燃烧放出的热量，方程式中一氧化碳为2摩尔，故错误；B、石墨比金刚石稳定，说明石墨的能量低，则金刚石变石墨为放热的，故正确；C、有些放热反应也需要加热，故错误；D、反应为可逆的，1摩尔二氧化硫不能完全反应，故错误。
考点：燃烧热的定义，物质的能量与稳定性的关系，反应热和条件的关系
14．B
【解析】试题分析：物质在气态时含有的能量比液态时多，所以等物质的量的甲烷燃烧产生气体水放出的热量少，所以Q1
15．B
【详解】
A．HCl是共价化合物，其电子式为。故A说法错误；
B．根据提供的数据，化学键断裂吸收的能量为679kJ，形成化学键放出的能量为862kJ,吸收热量小于放出热量，故该反应为放热反应，另外该反应是有单质参加的化合反应，属于氧化还原反应，则B说法正确；
C．形成1 mol H—Cl键要放出431 kJ的能量，则C说法错误；
D．化学键断裂吸收的能量为679kJ，形成化学键放出的能量为862kJ,吸收热量小于放出热量，则D说法错误；
本题答案B。
16．N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) △H =－624 kJ/mol O2+2H2O+4e－=4OH－ N2H4+4OH－－4e－=4H2O+N2↑ ClO－+2NH3=N2H4+Cl－+H2O
【详解】
（1）32.0g N2H4 的物质的量为1mol，1mol N2H4(l)在氧气中完全燃烧生成氮气，放出热量624kJ（25℃时），热化学方程式是N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) △H =－624 kJ/mol；正确答案：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) △H =－624 kJ/mol。
（2）肼－空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20% ~30%的KOH溶液。肼－空气燃料电池放电时：肼在负极失电子发生氧化反应，极反应为：N2H4+4OH－－4e－=4H2O+N2↑；氧气在正极得电子，发生还原反应，极反应为：O2+2H2O+4e－=4OH－；正确答案：O2+2H2O+4e－=4OH－ ；N2H4+4OH－－4e－=4H2O+N2↑。
（3）NaClO具有氧化性，能够把NH3氧化为肼，NaClO本身被还原为氯化钠，离子反应方程式：ClO－+2NH3=N2H4+Cl－+H2O；正确答案：ClO－+2NH3=N2H4+Cl－+H2O。
17．Pb+SO-2e-=PbSO4 2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+ Cu B Al+4OH--3e-=AlO+2H2O
【详解】
(1) 依据反应的总电池反应，反应中Pb元素化合价升高的在负极失电子发生氧化反应，其电极反应为：Pb+ SO-2e-=PbSO4；
(2) Fe3+有强氧化性，能把金属铜氧化成铜离子，自身被还原成 Fe2+，反应方程式为2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+，设计成原电池时，Cu在负极上发生氧化反应；
(3) 将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，铝钝化，所以Cu失电子作负极，Cu-2e-=Cu2+，一组插入烧碱溶液中，Cu与氢氧化钠不反应，Al失电子作负极，故选：B；
(4)碱性条件下，Al失电子生成偏铝酸根离子，其电极反应为：Al+4OH--3e-= AlO+2H2O。
18．U形管甲处液面下降，乙处液面上升 B ②③⑤ △H=-265.8 kJ/mol。
【详解】
(1)图中若能说明反应是放热反应的，可通过广口瓶中盛有一定量的气体，气体体积受热膨胀，会将U形管中的液体向外压，则U形管现象是：甲处液面下降，乙处液面上升；
(2)A图表示反应物的能量比生成物低，相应反应是吸热反应，与该反应是放热反应不符合；而B图中反应物的能量比生成物的高，发生反应放出热量，反应是放热反应，与该反应的热效应相吻合，故图中能正确表示该反应过程中能量变化的是B；
①将胆矾加热至其变为白色粉末，发生变化吸收热量，与上述能量变化不符合，①不符合题意；
②浓硫酸稀释放出大量热量，与上述能量变化不符合，②符合题意；
③乙醇燃烧放出大量的热量，与上述能量变化相符合，③符合题意；
④碳和二氧化碳在高温下反应生成一氧化碳，发生反应吸收热量，与上述能量变化不符合，④不符合题意；
⑤向硝酸中滴加氢氧化钠溶液，发生中和反应放出大量的热量，与上述能量变化相符合，⑤符合题意；
⑥干冰的升华需吸收大量热量，与上述能量变化不符合，⑥不符合题意；
综上所述可知：变化过程与上述能量吻合的是②③⑤；
(4)已知：①△H=-151.2 kJ/mol，
②△H=-57.3 kJ/mol
根据盖斯定律，将①+②×2，整理可得热化学方程式：△H=-265.8 kJ/mol。
19． a+2b-2c CO2 +8e-+8H+=CH4+2H2O 硫酸 2NH4HS+O2=2S↓+2NH3·H2O CH4+4S=CS2+2H2S 1:2 1mol
【解析】试题分析：本题考查盖斯定律的应用，电极反应式的书写，指定情境下方程式的书写，含S化合物之间的转化，物质的量应用于化学方程式的计算。
（1）将反应编号，CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H1 = akJ/mol（①式）
CO(g) + H2O (g)=CO2(g) + H2 (g) △H2 = bkJ/mol（②式）
2CO(g) + O2(g)= 2CO2(g) △H3 = ckJ/mol（③式）
应用盖斯定律，将①式+②式2-③式2，得CO2(g)+ CH4(g)=2CO(g) + 2H2(g) △H = （a+2b-2c）kJ/mol。
（2）①根据装置图中电子的流向和物质的流向，Cu电极表面上CO2得电子被还原成CH4，CO2中C元素的化合价为+4价，CH4中C元素的化合价为-4价，1molCO2得8mol电子生成1molCH4，结合质子交换膜，Cu电极表面的电极反应式为：CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O。
②GaN材料上的电极反应式为：4OH--4e-=O2↑+2H2O。为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量硫酸，不能加入盐酸，若加入盐酸，放电能力：Cl-OH-，GaN表面Cl-优先放电产生Cl2。
（3）根据题意，一定条件下向NH4HS 溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，即NH4HS溶液与空气作用生成S和氨水，再生反应的化学方程式为：2NH4HS+O2=2S↓+2NH3·H2O。
（4）由流程知，反应1的反应物为CH4和S，反应1产生两种含硫的物质，生成物为CS2和H2S；生成的H2S一部分与过量O2作用发生反应2生成SO2，反应2生成的SO2与另一部分H2S发生反应3生成S，S循环利用。
①反应1的化学方程式为：CH4+4S=CS2+2H2S。
②反应2的化学方程式为：2H2S+3O2=2SO2+2H2O；反应3的化学方程式为：2H2S+SO2=3S↓+2H2O；为了充分利用S，进入反应2 和反应3 的气体物质的量之比为1:2。
③根据反应，反应1中每有1molCS2生成，同时生成2molH2S，2molH2S中进入反应2的为2mol=mol，则反应2消耗的O2为n（H2S）=1mol。
20．460 光(或太阳) 电 D 吸收 6.01
【详解】
(1)、1mol晶体硅中含有2molSi−Si，1molSiO2中含有4molSi−O，1molO2中含有1molO=O，根据Si(s)+O2(g)=SiO2(s)△H=−989.2kJ⋅mol−1，则反应焓变△H=2×176 kJ⋅mol−1+498.8 kJ⋅mol−1−4x=−989.2 kJ⋅mol−1，解得x=460 kJ⋅mol−1，故答案为460；
（2）、硅光电池把太阳能转化为电能，故答案是：光(或太阳能)； 电。
（3）、A.硅常温下为固体，性质较稳定，便于贮存，较为安全，故A正确；
B. 硅在自然界中含量丰富，主要以硅酸盐和二氧化硅的形式存在，且可再生，故B正确；
C. 硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用说明燃烧放出的热量大，硅燃烧生成二氧化硅，二氧化硅是固体，容易得到有效控制，故C正确；
D. 催化剂只能加快化学反应的速率，不改变反应热，所以不能使硅的生产耗能降低，故D错误。
故答案为D；
(4)、根据题中所给方程式可知，该反应为吸热反应，所以在制备纯硅的过程中吸收热量；通入100mL 1mol⋅L−1的NaOH溶液恰好反应说明生成的氯化氢为0.1mol，设反应吸收的热量为x，
2H2(g)+SiCl4(g)═Si(s)+4HCl(g) △H=+240.4kJ⋅mol−1
4 240.4
0.1 x
解得x=6.01kJ，故答案为吸收；6.01。
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