高考化学二轮复习专题六化学反应与能量含答案

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专题六　化学反应与能量
A组　基础巩固练
1.(2022北京丰台区一模)依据图示关系,下列说法不正确的是(　　)

A.ΔH2>0
B.1 mol S(g)完全燃烧释放的能量小于2 968 kJ
C.ΔH2=ΔH1-ΔH3
D.16 g S(s)完全燃烧释放的能量为1 484 kJ
2.(2022湖北省名校联盟联考)某Li-CuO二次电池以含Li+的有机溶液为电解质溶液,放电时的工作原理为2Li+CuOLi2O+Cu。下列说法正确的是(　　)

A.放电时电子的流向:Li→电解质溶液→CuO
B.放电时,正极的电极反应式为CuO-2e-Cu+O2-
C.充电时,Li与直流电源正极相连
D.充电时,阳极的质量减轻
3.(2022广东广州一模)某学生设计了一种家用消毒液发生器,装置如图所示。下列说法错误的是(　　)

A.该消毒液的有效成分是NaClO
B.通电时Cl-发生氧化反应
C.通电时电子从阳极经食盐溶液流向阴极
D.该装置的优点是现用现配
4.(2022吉林长春一模)下列关于如图所示转化关系(X代表卤素),说法正确的是(　　)

A.H2(g)+X2(g)2H(g)+2X(g)　
ΔH2<0
B.生成HX(g)的反应热与途径有关,所以ΔH1≠ΔH2+ΔH3
C.若X分别表示Cl、Br、I,则过程Ⅲ吸收的热量依次增多
D.Cl2(g)、I2(g)分别发生反应Ⅰ,同一温度下的平衡常数分别为K1、K3,则K1>K3
5.(2022山东烟台一模)电解法处理含有Cl-、NO3-的酸性废水,其工作原理及电极b中铁的化合物的催化机理如图所示,H表示氢原子。下列说法错误的是(　　)

A.电极b接电源负极
B.处理1 mol NO3-,电路中转移5 mol e-
C.HClO在阳极生成,电极反应式为Cl-+H2O-2e-HClO+H+
D.H与NO3-反应的离子方程式为8H+NO3-+2H+NH4++3H2O
6.(双选)(2022湖南衡阳二模)自由基是化学键断裂时产生的含未成对电子的中间体,活泼自由基与氧气的反应一直是科研人员的关注点。HNO自由基与O2反应过程的能量变化如图所示,下列说法正确的是(　　)

A.反应物的键能总和小于生成物的键能总和
B.产物P1与P2的分子式、氧元素的化合价均相同
C.该过程中最大正反应的活化能E正=+186.19 kJ
D.相同条件下,Z转化为产物的速率:v(P1)>v(P2)
7.(2022广东广州一模)我国科学家研发了一种室温下可充电的Na-CO2电池,示意图如图所示。放电时,Na2CO3与C均沉积在碳纳米管中,下列说法错误的是(　　)

A.充电时,阴极的电极反应式:Na++e-Na
B.充电时,电源b极为正极,Na+向钠箔电极移动
C.放电时,转移0.4 mol电子,碳纳米管电极增重21.2 g
D.放电时,电池的总反应为3CO2+4Na2Na2CO3+C
8.(2022浙江6月选考卷)通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2,电解示意图如图(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒,但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是(　　)

A.电极A为阴极,发生还原反应
B.电极B的电极反应:2H2O+Mn2+-2e-MnO2+4H+
C.电解一段时间后溶液中Mn2+浓度保持不变
D.电解结束,可通过调节pH除去Mn2+,再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3
9.(2022福建泉州二模)发展碳捕集与利用的技术,将CO2转化为高附加值的化学品,实现CO2资源化利用,是一项重要的碳减排技术。
(1)CO2电还原反应机理如图1所示,由图可知,催化剂选择纳米Au55(纳米Au55指的是含55个原子的Au纳米颗粒),理由是  　。 
表示物种从催化剂表面解吸的是过程　　　　　(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。 

图1
(2)电催化CO2还原制甲酸(HCOOH)
图2为电催化CO2还原生产HCOOH的示意图,阳极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　。标准状况下,每处理22.4 L的CO2气体,可生成HCOOH的物质的量为　　　　　　 mol。 

图2
B组　能力提升练
1.(2022吉林省吉林市二模)由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如图所示。下列说法错误的是(　　)

A.反应生成1 mol N2时转移2 mol e-
B.反应物能量之和大于生成物能量之和
C.N2O与NO反应的化学方程式为N2O+NON2+NO2
D.正反应的活化能大于逆反应的活化能
2.(2022江苏南通中学二模)煤燃烧的反应热可通过以下两个途径来利用:a.先使煤与水蒸气反应得到氢气和一氧化碳,然后得到的氢气和一氧化碳在充足的空气中燃烧;b.利用煤在充足的空气中直接燃烧产生的反应热。这两个过程的热化学方程式如下:
途径a:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)　ΔH1=Q1 kJ·mol-1①
H2(g)+12O2(g)H2O(g)　
ΔH2=Q2 kJ·mol-1②
CO(g)+12O2(g)CO2(g)　
ΔH3=Q3 kJ·mol-1③
途径b:C(s)+O2(g)CO2(g)　
ΔH4=Q4 kJ·mol-1④
下列说法正确的是(　　)
A.ΔH3>0
B.ΔH2+ΔH3>ΔH4
C.Q1<0
D.Q1+Q2+Q3<-Q4
3.(2022福建漳州二模)一种工艺简单、低能耗的氢气制备双氧水的反应原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.反应①②③均为氧化还原反应
B.反应①中有非极性键的断裂和形成
C.[PdCl4]2-能降低反应的活化能
D.反应③中Pd的成键数目发生改变
4.(2022福建厦门二模)我国科学家设计的Mg-Li双盐电池工作原理如图所示,下列说法不正确的是(　　)

A.放电时,正极电极反应式为FeS+2e-+2Li+Fe+Li2S
B.充电时,Mg电极连外接电源负极
C.充电时,每生成1 mol Mg,电解质溶液质量减少24 g
D.电解液含离子迁移速率更快的Li+提高了电流效率
5.(2022全国乙卷,12)Li-O2电池比能量高,在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来,科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时,光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+),驱动阴极反应(Li++e-Li)和阳极反应(Li2O2+2h+2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是(　　)

A.充电时,电池的总反应Li2O22Li+O2↑
B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C.放电时,Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D.放电时,正极发生反应O2+2Li++2e-Li2O2
6.(双选)(2022湖南邵阳一模)甲醇通过催化氧化制取甲醛时,在无催化剂(图中实线)和加入特定催化剂(图中虚线)时均会产生甲醛,其反应中相关物质的相对能量如图所示。下列说法错误的是(　　)

A.无催化剂时,温度升高,生成甲醛的正反应速率增大的程度比逆反应速率增大的程度大
B.无催化剂时,生成CO比生成甲醛的活化能小
C.该条件下CO2比CO的稳定性强
D.加入该催化剂可提高图中各反应的速率,但不能改变反应的焓变
7.(2022湖北武汉二模)甲酸脱氢可以生成二氧化碳,甲酸在催化剂Pd表面脱氢的反应历程与相对能量的变化关系如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.在Ⅰ~Ⅳ中,Ⅲ生成Ⅳ的反应为决速步
B.用HCOOD代替HCOOH反应,产物可能含有HD、D2和H2
C.如将催化剂换成Rh,反应的焓变及平衡产率增大
D.HCOOH在催化剂Pd表面脱氢反应的焓变为14.1a kJ·mol-1
8.(双选)(2022山东潍坊一模)我国科学家研究化合物M(s)催化CO2氢化机理。由化合物M(s)生成化合物N(s)过程的机理和相对能量曲线如图所示(已知1 eV=1.6×10-19 J)。TS1、TS2均为过渡态。下列说法错误的是(　　)


A.过渡态TS2比TS1更稳定
B.过程P→TS2为化合物M生成化合物N的决速步骤
C.化合物M催化CO2氢化反应过程中一定有Fe—O的断裂
D.该过程的热化学方程式为M(s)+CO2(g)N(s)　ΔH=-11.63 kJ·mol-1
9.(2022山东日照一模)相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池。如图所示装置是利用浓差电池电解Na2SO4溶液(a、b电极均为石墨电极),可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列说法错误的是(　　)

A.a为电解池的阴极
B.电池放电过程中,Cu(2)电极上的电极反应式为Cu-2e-Cu2+
C.当电路中转移2 mol电子时,1 mol SO42-通过膜d向右移动
D.电池从开始工作到停止放电,电解池理论上可制得120 g NaOH
10.(2022福建泉州三模)CO2加氢制化工原料对实现“碳中和”有重大意义。部分CO2加氢反应的热化学方程式如下:
反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)　ΔH1=+35.2 kJ·mol-1
反应Ⅱ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH2=-24.7 kJ·mol-1
反应Ⅲ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
ΔH3
反应Ⅳ:CO2(g)+3H2(g)12CH3OCH3(g)+32H2O(g)　ΔH4
回答下列问题:
(1)已知:2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH5=-483.6 kJ·mol-1。
CH3OH(g)+O2(g)HCOOH(g)+H2O(g)
ΔH6=　　　　　　　　　 kJ·mol-1。 
(2)我国科学家以Bi为电极在酸性水溶液中可实现电催化还原CO2,两种途径的反应机理如下图所示,其中,TS表示过渡态、数字表示微粒的相对总能量。

①途径一,CO2电还原经两步反应生成HCOOH:第一步为CO2+e-+H+HCOO*(*表示微粒与Bi的接触位点);第二步为　 。 
②CO2电还原的选择性以途径一为主,理由是　 。 
(3)目前,科研人员在研究CO2光电催化还原为甲醇的领域也取得了一定的进展,其原理如图所示,则生成甲醇的电极反应式为  　。 




参考答案

专题六　化学反应与能量
A组　基础巩固练
1.B　解析 硫固体转化为硫蒸气的过程为吸热过程,则焓变ΔH2>0,A正确;硫蒸气的能量高于硫固体,则1 mol硫蒸气完全燃烧释放的能量大于2 968 kJ,B错误;由盖斯定律可知,焓变ΔH2+ΔH3=ΔH1,则焓变ΔH2=ΔH1-ΔH3,C正确;由题图可知,16 g硫固体完全燃烧释放的能量为16 g32 g·mol-1×2 968 kJ·mol-1=1 484 kJ,D正确。
2.D　解析 放电时,Li为负极,CuO为正极,电子的流向:Li→负载→CuO,A错误;放电时,正极的电极反应式为CuO+2e-+2Li+Cu+Li2O,B错误;放电时,Li为负极,充电时,Li与直流电源负极相连,为阴极,C错误;充电时,阳极的电极反应式为Cu-2e-+Li2OCuO+2Li+,Li+向阴极移动,阳极质量减轻,D正确。
3.C　解析 电解食盐溶液会生成氯气、氢气和氢氧化钠,氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠,故该消毒液的有效成分为次氯酸钠,A正确;通电时Cl-发生氧化反应生成氯气,Cl元素的化合价由-1价变为0价,B正确;溶液中只有阴、阳离子,没有电子,电子不能经过电解质溶液,C错误;该装置的优点是现用现配,以防次氯酸钠分解失效,D正确。
4.D　解析 化学键的断裂要吸热,焓变大于0,即H2(g)+X2(g)2H(g)+2X(g)　ΔH2>0,A错误;反应焓变与起始物质和终态物质有关,与变化途径无关,则有ΔH1=ΔH2+ΔH3,B错误;途径Ⅲ是形成化学键的过程,是放热过程,Cl、Br、I的非金属性逐渐减弱,和氢气反应越来越微弱,故形成HCl、HBr、HI化学键所放出的能量逐渐减小,C错误;途径Ⅰ生成HCl放出的热量比生成HI的多,氯气和氢气化合更容易,两反应的平衡常数分别为K1、K3,则K1>K3,D正确。
5.B　解析 电极b上NO3-被还原生成NH4+,则电极b是阴极,接电源的负极,A正确;NO3-→NH4+,N元素化合价由+5价降低到-3价,则处理1 mol NO3-,电路中转移8 mol e-,B错误;电极a是阳极,Cl-放电生成HClO,电极反应式为Cl-+H2O-2e-HClO+H+,C正确;据铁的化合物的催化机理可知,NO3-、H+和H反应生成NH4+,反应的离子方程式为8H+NO3-+2H+NH4++3H2O,D正确。
6.AD　解析 由题图可知,反应物总能量大于生成物总能量,该反应为放热反应,则参与反应的反应物总键能小于生成物的总键能,A正确;产物P1与P2的分子式均为HNO3,但产物P1结构中存在“—O—O—”,则产物P1中部分氧元素的化合价为-1价,而产物P2中氧元素的化合价为-2价,两者氧元素的化合价不同,B错误;最大的正反应的活化能出现在由中间产物Z到过渡态Ⅳ时,即最大正反应的活化能E正=-18.92 kJ·mol-1-(-205.11 kJ·mol-1)=+186.19 kJ·mol-1,C错误;相同条件下,反应所需的活化能越小,则反应的速率越快,由于到产物P1所需活化能更小,故反应速率更快,故v(P1)>v(P2),D正确。
7.C　解析 根据题图中变化可知,充电时,钠离子转化为钠单质,化合价降低,钠箔为阴极,阴极的电极反应式:Na++e-Na,A正确;充电时,碳纳米管为阳极,与之相连的电极b为正极,钠离子向钠箔电极移动,B正确;放电时,碳纳米管发生的电极反应式:3CO2+4e-+4Na+2Na2CO3+C,转移0.4 mol电子时,在碳纳米管电极会生成0.2 mol的Na2CO3和0.1 mol的C,增重质量为m=nM=0.2 mol×106 g·mol-1+0.1 mol×12 g·mol-1=22.4 g,C错误;放电时,根据题图中实线箭头变化可知,电池的总反应为3CO2+4Na2Na2CO3+C,D正确。
8.C　解析 电极B上Mn2+转化为MnO2,锰元素化合价升高,失电子,则电极B为阳极,电极A为阴极,得电子,发生还原反应,A正确;电极B上Mn2+失电子转化为MnO2,电极反应式为2H2O+Mn2+-2e-MnO2+4H+,B正确;电极A为阴极,LiMn2O4得电子,电极反应式为2LiMn2O4+6e-+16H+2Li++4Mn2++8H2O,依据得失电子守恒,电解池总反应为2LiMn2O4+4H+2Li++Mn2++3MnO2+2H2O,反应生成了Mn2+,Mn2+浓度增大,C错误;电解池总反应为2LiMn2O4+4H+2Li++Mn2++3MnO2+2H2O,电解结束后,可通过调节溶液pH将Mn2+转化为沉淀除去,然后再加入碳酸钠溶液,从而获得碳酸锂,D正确。
9.答案 (1)纳米Au55活化能降低更多,催化效果更好,反应速率更快　Ⅲ
(2)CH3OH-4e-+H2OHCOOH+4H+　1.5
解析 (1)纳米Au55活化能降低更多,催化效果更好,反应速率更快;表示物种从催化剂表面解吸的是过程Ⅲ。
(2)催化CO2还原生产HCOOH阴极的电极反应式为CO2+2e-+2H+HCOOH,阳极的电极反应式为CH3OH-4e-+H2OHCOOH+4H+,标准状况下,每处理22.4 L的CO2气体,阴极生成1 mol HCOOH,阳极产生0.5 mol HCOOH,故标准状况下,每处理22.4 L的CO2气体,共产生1.5 mol HCOOH。
B组　能力提升练
1.D　解析 N2O与NO反应的化学方程式为N2O+NON2+NO2,根据得失电子分析,N2O中N元素化合价由+1价转化成0价,NO中N元素化合价由+2价转化成+4价,反应生成1 mol N2,转移电子物质的量为2 mol,A正确;反应物总能量大于生成物总能量,该反应为放热反应,B正确;N2O与NO反应的化学方程式为N2O+NON2+NO2,C正确;209 kJ·mol-1为正反应活化能,348 kJ·mol-1为逆反应活化能,则正反应活化能小于逆反应活化能,D错误。
2.D　解析 反应③CO生成CO2是放热反应,则有ΔH3<0,A错误;反应①是吸热反应,则Q1>0,C错误;据盖斯定律可得:④=①+②+③,则有ΔH4=ΔH1+ΔH2+ΔH3,由于ΔH1>0,推知ΔH4>ΔH2+ΔH3,B错误;Q1、Q2、Q3、Q4之间的关系为Q4=Q1+Q2+Q3,其中Q1>0、Q4<0,而Q2、Q3<0,D正确。
3.C　解析 反应③中没有元素发生化合价变化,属于非氧化还原反应,A错误;反应①中有非极性键的断裂,但没有非极性键的形成,B错误;[PdCl4]2-是反应的催化剂,能降低反应的活化能,C正确;反应③中Pd的成键数目都为4,没有发生改变,D错误。
4.C　解析 放电时Mg转化为Mg2+,右侧电极为负极,左侧电极为正极,FeS得电子生成Fe和Li2S,电极反应式为FeS+2Li++2e-Fe+Li2S,A正确;充电时Mg2+转化为Mg,被还原,为阴极,连接外接电源的负极,B正确;充电时阳极电极反应式为Fe+Li2S-2e-FeS+2Li+,每生成1 mol Mg,消耗1 mol Mg2+,转移2 mol电子,同时生成2 mol Li+,故电解质质量减少24 g-2×7 g=10 g,C错误;电解液中含离子迁移速率更快的Li+,增强了导电性,提高了电流效率,D正确。
5.C　解析 本题结合光催化充电过程,考查了Li-O2充电电池的工作原理。
根据电子守恒,将阴极反应和阳极反应加和可得充电时总反应方程式:Li2O22Li+O2↑,A项叙述正确;根据题给信息,充电过程通过光照产生的电子和空穴实现光能转化为电能,B项叙述正确;放电时,带正电的Li+应向电池的正极移动,C项叙述错误;根据图示,放电时正极上O2转化为Li2O2,电极反应为2Li++2e-+O2Li2O2,D项叙述正确。
6.AD　解析 甲醇催化氧化制取甲醛是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,即生成甲醛的正反应速率增大的程度比逆反应速率增大的程度小,A错误;甲醇生成甲醛的峰值较大,生成CO的峰值较小,即无催化剂时,生成CO比生成甲醛的活化能小,B正确;CO2具有的能量比CO的低,则该条件下CO2比CO的稳定性强,C正确;该催化剂能增大甲醇生成CO的活化能,降低甲醇催化氧化生成甲醛的活化能,因此该催化剂降低了甲醇生成CO的反应速率,增大了甲醇催化氧化生成甲醛的反应速率,D错误。
7.B　解析 由题干反应历程图可知,Ⅰ转化为Ⅱ,Ⅱ转化为Ⅲ,Ⅲ转化为Ⅳ的活化能分别为:44.7a kJ·mol-1,14.2a kJ·mol-1和27.8a kJ·mol-1,活化能越大反应速率越慢,故在Ⅰ~Ⅳ中,Ⅰ生成Ⅱ的反应为决速步,A错误;根据HCOOH在Pd催化剂表面脱氢的反应历程图可知HCOOH中的两个H原子被解离出来形成H2,则用HCOOD代替HCOOH,得到的产物为HD,也可能是两个HCOOD分子一起被解离出来H和D重新结合为H2和D2,故还可能含有D2和H2,B正确;催化剂只能改变反应的活化能,从而改变反应速率,不影响化学平衡,即如将催化剂换成Rh,反应的焓变及平衡产率不变,C错误;由题干反应历程图可知,HCOOH在催化剂Pd表面脱氢反应的焓变为-14.1a kJ·mol-1,D错误。
8.AD　解析 据题图可知TS1的能量比TS2的能量低,则TS1更稳定,A错误;过程P→TS2为两步反应中活化能较大的反应,为慢反应,为化合物M生成化合物N的决速步骤,B正确;M为催化剂,整个反应前后M的结构不会发生改变,对比M和N的结构特点可知,当N中Fe—O断裂,重新连接H原子才能生成M,化合物M催化CO2氢化反应过程中一定有Fe—O的断裂,C正确;题图示为一个CO2分子反应的历程,据题图可知该过程能量变化ΔE=-11.63 eV,当1 mol CO2参与反应时能量变化为-11.63×1.6×10-19 J×6.02×1023≈-1.12×106 J=-1 120 kJ,该反应的焓变ΔH=-1 120 kJ·mol-1,D错误。
9.D　解析 电解池可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH,根据电解池分析左边得到NaOH和H2,右边得到O2、H2SO4,则a为阴极,b为阳极,则Cu(2)为负极,Cu(1)为正极,A正确;电池放电过程中,Cu(2)为负极,则负极上的电极反应式为Cu-2e-Cu2+,B正确;当电路中转移2 mol电子时,阳极区剩余2 mol H+,要使溶液呈电中性,则1 mol SO42-通过膜d向右移动,C正确;电池放电过程中,Cu(2)的电极反应式为Cu-2e-Cu2+,Cu(1)的电极反应式为Cu2++2e-Cu,反应前原电池左边硫酸铜物质的量为5 mol,右边硫酸铜物质的量为1 mol,电池从开始工作到停止放电,则左右硫酸铜物质的量均为3 mol,右侧有2 mol Cu2+生成,根据电子守恒有Cu~2e-~2NaOH,电池从开始工作到停止放电,电解池理论上可制得160 g NaOH,D错误。
10.答案 (1)-423.7　(2)①HCOO*+H++e-HCOOH　②途径一的活化能更低　(3)CO2+6e-+6H+CH3OH+H2O
解析 (1)①反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)　
ΔH1=+35.2 kJ·mol-1
②反应Ⅱ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH2=-24.7 kJ·mol-1
③2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH5=-483.6 kJ·mol-1。
利用盖斯定律,由反应①+③-②可得:CH3OH(g)+O2(g)HCOOH(g)+H2O(g),则有ΔH6=(+35.2+24.7-483.6) kJ·mol-1=-423.7 kJ·mol-1。
(2)①途径一中第二步的反应物HCOO*、H+,获得1个e-后生成HCOOH,则第二步反应为HCOO*+H++e-HCOOH。②在一个反应中,正反应的活化能越大,反应越困难,从题图中可以看出,途径一反应的活化能比途径二低,所以CO2电还原的选择性以途径一为主。
(3)由题干信息图示可知,CO2得到电子,结合溶液中的H+生成甲醇和H2O,故该电极的电极反应式为CO2+6e-+6H+CH3OH+H2O。