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高中化学（苏教2019）选择性必修1 专题1 化学反应与能量变化 测评 （含解析）
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这是一份2023秋高中化学（苏教2019）选择性必修1 专题1 化学反应与能量变化 测评 （含解析），共14页。
专题1 化学反应与能量变化 测评
一、选择题(本题包括14小题,每小题3分,共42分。每小题只有一个选项符合题意)
1.表示下列变化的化学用语正确的是( )
A.钢铁吸氧腐蚀的正极反应式:4OH--4e-O2↑+2H2O
B.NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=57.3 kJ·mol-1
C.氯气和水反应的离子方程式:Cl2+H2O2H++Cl-+ClO-
D.电解硫酸钠溶液的阴极反应式:2H2O+2e-H2↑+2OH-
2.(2023河北张家口高二期中)近年来随着中国科技的崛起,中国电动汽车也随之获得迅猛发展。下列说法错误的是( )
A.电动汽车行驶时电池将化学能转化为电能
B.电动汽车行驶时电池的正极发生氧化反应
C.电动汽车充电时电池将电能转化为化学能
D.电动汽车充电时电池的阴极发生还原反应
3.下列关于反应能量的说法正确的是( )
A.Zn(s)+CuSO4(aq)ZnSO4(aq)+Cu(s) ΔH=-216 kJ·mol-1,则反应物总能量小于生成物总能量
B.相同条件下,如果1 mol氢原子所具有的能量为E1,1 mol氢分子所具有的能量为E2,则2E1>E2
C.101 kPa时,2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1,则H2的标准燃烧热ΔH=-571.6 kJ·mol-1
D.氧化还原反应一定是放热反应
4.(2023河北邢台一中期末)下列说法正确的是( )
A.1 mol H2在氯气中完全燃烧生成HCl(g)放出的热量也叫H2的标准燃烧热
B.若用醋酸代替盐酸与NaOH溶液反应测定中和反应的反应热,则测定的焓变偏大
C.已知S(s)+32O2(g)SO3(g) ΔH=-269.8 kJ·mol-1,则硫的标准燃烧热为269.8 kJ·mol-1
D.鼓励煤电、光伏、风电、水电、核电等能源的发展利于实现碳中和
5.下列叙述正确的是( )
A.电解精炼铜时,若阳极质量减小64 g,则电解时转移的电子数为2NA(设NA表示阿伏加德罗常数的值)
B.甲烷碱性燃料电池的负极反应式:CH4-8e-+8OH-CO2+6H2O
C.钢铁发生吸氧腐蚀的正极反应:O2-4e-+2H2O4OH-
D.工业上电解饱和食盐水的阳极反应:2Cl--2e-Cl2↑
6.关于热化学方程式S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH=-296 kJ·mol-1,下列分析正确的是( )
A.1 mol S(s)与1 mol O2(g)的总能量比1 mol SO2(g)的能量低296 kJ
B.1 mol S(g)与1 mol O2(g)生成1 mol SO2(g)放出296 kJ的热量
C.反应S(g)+O2(g)SO2(g)的ΔH<-296 kJ·mol-1
D.反应物的总键能大于生成物的总键能
7.如图分别表示有关反应的反应过程与能量变化的关系。据此判断下列说法正确的是( )
A.石墨转变为金刚石是吸热反应
B.白磷比红磷稳定
C.S(g)+O2(g)SO2(g) ΔH1 S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH2,则ΔH1>ΔH2
D.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH>0
8.已知CH4的标准燃烧热ΔH=-a kJ·mol-1(a>0),由CH4、H2按体积比3∶1组成的混合物2 mol,完全燃烧并恢复到常温时,放出的热量为b kJ,则H2的标准燃烧热ΔH=( )
A.-(2b-3a) kJ·mol-1
B.-(3a-2b) kJ·mol-1
C.-13(2b-3a) kJ·mol-1
D.-13(a-2b) kJ·mol-1
9.一种熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是( )
A.电极B是该电池的负极
B.电池工作时,CO32-向电极A移动
C.电极B上发生的电极反应为O2-4e-2O2-
D.H2参与的电极反应为H2+2OH--2e-2H2O
10.已知下列热化学方程式:2Al2O3(s)4Al(s)+3O2(g) ΔH1=3 351 kJ·mol-1
2C(s)+O2(g)2CO(g)
ΔH2=-221 kJ·mol-1
2Al(s)+N2(g)2AlN(s)
ΔH3=-318 kJ·mol-1
则反应3C(s)+Al2O3(s)+N2(g)2AlN(s)+3CO(g)的ΔH等于( )
A.342 kJ·mol-1 B.-342 kJ·mol-1
C.-1 026 kJ·mol-1 D.1 026 kJ·mol-1
11.(2023河北邯郸魏县五中高二期中)镍-镉可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍-镉电池的电解质溶液为KOH溶液,其充、放电按下式进行:Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2。有关该电池的说法正确的是( )
A.充电时的阳极反应:Ni(OH)2-e-+OH-NiOOH+H2O
B.充电过程是化学能转化为电能的过程
C.放电时负极附近溶液的碱性不变
D.放电时电解质溶液中的OH-向正极移动
12.我国科研工作者研发了电解熔融甲硫醇钠(CH3SNa)制备杀虫剂(CH3—S—S—CH3)的方法,消除了常规合成法造成的污染,并大幅度提高了原料转化率。基本原理如图所示,A、B为惰性电极,CH3—S—S—CH3在A电极产生,下列说法错误的是( )
A.M极为电源的正极,B极为电解池的阴极
B.A极的电极反应为2CH3S-+2e-
CH3—S—S—CH3
C.装置中的特制离子交换膜为阳离子交换膜
D.该装置工作一段时间,右侧电极室中NaOH溶液的浓度增大
13.某钠—空气水电池的充、放电过程原理示意图如图所示,下列说法正确的是( )
A.放电时,Na+向正极移动
B.放电时,电子由钠箔经非水系溶液流向碳纸
C.充电时,当有0.1 mol e-通过导线时,则钠箔质量减少2.3 g
D.充电时,碳纸与电源负极相连,电极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑
14.(2023河北邢台高二期末)甲烷燃料电池采用铂作电极材料,两个电极上分别通入CH4和O2,电解质溶液为KOH溶液。某研究小组将上述甲烷燃料电池作为电源,进行电解饱和食盐水和电镀的实验。如图所示,其中乙装置中X为离子交换膜。下列说法错误的是( )
A.甲烷燃料电池负极电极反应式是CH4-8e-+10OH-CO32-+7H2O
B.乙中X为阳离子交换膜
C.用丙装置给铜镀银,b应是Ag
D.当电路中通过0.4 mol e-时,乙中Fe电极上产生氯气4.48 L(标准状况)
二、非选择题(本题包括4小题,共58分)
15.(17分)(1)为了探究化学能与热能的转化,某实验小组设计了如图三套实验装置:
①上述装置中,不能用来证明“锌和稀硫酸的反应是吸热反应还是放热反应”的是 (填序号)。
②某同学选用装置Ⅰ进行实验(实验前U形管里液面左右相平),在甲试管里加入适量氢氧化钡晶体与氯化铵固体搅拌反应,U形管中可观察到的现象是 。
③除了图示某些装置,还有其他方法能证明超氧化钾粉末与水的反应(4KO2+2H2O4KOH+3O2↑)是放热反应还是吸热反应:取适量超氧化钾粉末用脱脂棉包裹并放在石棉网上,向脱脂棉上滴加几滴蒸馏水,片刻后,若观察到棉花燃烧,则说明该反应是 (填“放热”或“吸热”)反应。
(2)化学反应的焓变通常用实验进行测定,也可进行理论推算。
①实验测得,标准状况下11.2 L甲烷在氧气中充分燃烧生成液态水和二氧化碳气体时释放出a kJ的热量,试写出表示甲烷标准燃烧热的热化学方程式: 。
②已知反应CH3—CH3(g)CH2CH2(g)+H2(g) ΔH,有关化学键的键能如下:
化学键
C—H
CC
C—C
H—H
键能/(kJ·mol-1)
414.4
615.3
347.3
435.3
通过计算得出该反应的焓变ΔH= 。
(3)研究NO2、SO2、CO等大气污染气体的处理有重要意义。
如图为1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反应生成NO(g)和CO2(g)过程中的能量变化示意图。已知E1=134 kJ·mol-1,E2=368 kJ·mol-1(E1、E2为反应的活化能)。
若在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,则E1、ΔH的变化分别是 、 (填“增大”“减小”或“不变”);1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反应生成1 mol NO(g)和1 mol CO2(g)放出的热量为 kJ。
16.(16分)硝酸厂的烟气中含有一定量的氮氧化物(NOx),通常要将烟气中的氮氧化物转化为无毒无害的物质即脱硝。
(1)用空气—水脱硝的方法是最经济的方法。
已知:①2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH1=-123.4 kJ·mol-1
②3NO2(g)+H2O(l)2HNO3(aq)+NO(g) ΔH2=-73.6 kJ·mol-1
写出NO(g)、O2(g)和液体水反应生成HNO3(aq)的热化学方程式: 。
(2)吸收电解法是脱硝的一种重要方法。先用稀硝酸吸收NOx反应生成HNO2(一元弱酸),再将吸收液加入电解槽中进行电解,使之转化为硝酸,其电解装置如图所示。
①图中a应连接电源的 (填“正极”或“负极”),其电极反应式为 。
②电解过程中总反应的化学方程式是 。有10 mol HNO2参加反应,氧化产物的物质的量是 。
③阴极区产生1 mol氮气时,理论上阳极区减少H+的物质的量约为 。
17.(9分)按要求写出电极反应式。
(1)用电解法可将CO2转化为多种燃料,原理如图1所示。铜电极上产生HCOOH的电极反应式为 。
图1
(2)高温电解技术能高效实现如下反应:CO2+H2OCO+H2+O2,其可将CO2转化为具有工业利用价值的产品。工作原理如图2所示:
图2
图3
电极a的电极反应式为 。
(3)用铝制作的快速放电铝离子二次电池的原理如图3所示。该电池充电时,阴极的电极反应式为 。
18.(16分)如图所示为相互串联的甲、乙两个电解池,请回答下列问题:
(1)甲池为用电解原理精炼铜的装置,A极材料是 ,电极反应式为 ,
B极材料是 ,电解质溶液为 。
(2)向乙池中滴入少量酚酞溶液,开始一段时间后, 极附近呈红色,电极反应式为 。
(3)反应中甲池的阴极增重12.8 g,则乙池中阳极放出的气体在标准状况下的体积为 。此时乙池剩余溶液为400 mL,则电解后得到的溶液中c(OH-)为 。
(4)若将乙中的石墨电极改为银电极,NaCl溶液改为AgNO3溶液,则乙池为 装置,电解一段时间后,溶液的浓度 (填“增大”“减小”或“不变”),现象是 。
参考答案
专题1测评
1.D 解析 钢铁发生吸氧腐蚀时,正极氧气得到电子发生还原反应,正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,A项错误;中和反应是放热反应,NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1,B项错误;次氯酸是弱酸,氯气和水反应的离子方程式为Cl2+H2OH++Cl-+HClO,C项错误;电解硫酸钠溶液时,阴极水电离产生的氢离子放电发生还原反应得到氢气,阴极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,D项正确。
2.B 解析 电动汽车行驶时电池将化学能转化为电能,A项正确;电动汽车行驶时电池的正极发生还原反应,B项错误;电动汽车充电时电池将电能转化为化学能,C项正确;电动汽车充电时电池的阴极发生还原反应,D项正确。
3.B 解析 因为所给反应为放热反应,所以反应物总能量高于生成物总能量,A项错误;因为分子变成原子要破坏化学键,需要吸收能量,相同条件下,如果1 mol 氢原子所具有的能量为E1,1 mol氢分子所具有的能量为E2,则2E1>E2,B项正确;H2的标准燃烧热是1 mol氢气充分燃烧生成液态水时放出的热量,101 kPa时,2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1,则H2的标准燃烧热ΔH=-285.8 kJ·mol-1,C项错误;氧化还原反应不一定是放热反应,如C+CO22CO,此反应是氧化还原反应,但是属于吸热反应,D项错误。
4.B 解析 1 mol H2(g)燃烧生成H2O(l)时的焓变叫H2的标准燃烧热,A错误;S(s)与O2(g)反应不能生成SO3(g),C错误;燃煤发电过程会产生大量的CO2,不利于实现碳中和,D错误。
5.D 解析 粗铜中含有杂质铁、锌等,所以阳极质量减小64 g时,电路中转移的电子数不一定为2NA,A项错误;燃料电池中,通入燃料的一极为负极,甲烷失电子生成二氧化碳和水,二氧化碳能和碱反应生成碳酸盐和水,所以负极的电极反应式为CH4+10OH--8e-CO32-+7H2O,B项错误;钢铁发生吸氧腐蚀的正极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-,C项错误。
6.C 解析 S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH=-296 kJ·mol-1,1 mol SO2(g)的能量比1 mol S(s)和1 mol O2(g)的总能量低296 kJ,A项错误;由于S(g)S(s) ΔH<0,所以1 mol S(g)与1 mol O2(g)反应生成1 mol SO2(g)放出的热量大于296 kJ,所以S(g)+O2(g)SO2(g)的ΔH<-296 kJ·mol-1,B项错误,C项正确;S(s)+O2(g)SO2(g)的ΔH=-296 kJ·mol-1,即1 mol S(s)与1 mol O2(g)的总键能比1 mol SO2(g)的键能低,D项错误。
7.A 解析 从图像Ⅰ可知,金刚石所具有的能量高于石墨,所以石墨转变为金刚石是吸热反应,A项正确;白磷能量高于红磷,所以红磷比白磷稳定,B项错误;气态硫的能量高于固态硫,所以气态硫与氧气反应放出的热量大于固态硫,由于反应放热,ΔH<0,故ΔH1<ΔH2,C项错误;由图Ⅳ可以看出,CO2(g)和H2(g)具有的总能量小于CO(g)和H2O(g)具有的总能量,则CO(g)和H2O(g)反应生成CO2(g)和H2(g)为放热反应,ΔH<0,D项错误。
8.A 解析 CH4、H2按体积比3∶1组成的混合物2 mol,则CH4是1.5 mol,H2是0.5 mol。其中1.5 mol CH4完全燃烧放出的热量是1.5a kJ,所以0.5 mol H2完全燃烧放出的热量是b kJ-1.5a kJ,则H2的标准燃烧热ΔH=-(2b-3a) kJ·mol-1。
9.B 解析 A项,通入O2的一极为正极,则电极A为负极,错误;B项,原电池中,CO32-向负极(A极)移动,正确;C项,电极B处通入O2、CO2,电极反应式为O2+2CO2+4e-2CO32-,错误;D项,电解质为熔融碳酸盐,没有OH-,错误。
10.D 解析 令①2Al2O3(s)4Al(s)+3O2(g)
ΔH1=3 351 kJ·mol-1,②2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH2=-221 kJ·mol-1,③2Al(s)+N2(g)2AlN(s) ΔH3=-318 kJ·mol-1,根据盖斯定律,由①+3×②+2×③2得:3C(s)+Al2O3(s)+N2(g)2AlN(s)+3CO(g)的ΔH=ΔH1+3ΔH2+2ΔH32=1 026 kJ·mol-1。
11.A 解析 充电时,镍元素失电子,化合价升高,Ni(OH)2作阳极,阳极反应式为Ni(OH)2-e-+OH-NiOOH+H2O,故A项正确;充电过程实质是电解反应,电能转化为化学能,故B项错误;放电时负极Cd失去电子生成Cd(OH)2,消耗OH-使负极附近溶液pH减小,故C项错误;放电时Cd在负极消耗OH-,OH-向负极移动,故D项错误。
12.B 解析 根据化合价分析可知,M极为电源的正极,B极为电解池的阴极,A项正确;A极为电解池的阳极,熔融甲硫醇钠失电子发生氧化反应生成
CH3—S—S—CH3,电极反应式为2CH3S--2e-CH3—S—S—CH3,B项错误;电解过程中阳极区的钠离子通过特制离子交换膜移向阴极,所以装置中的特制离子交换膜为阳离子交换膜,C项正确;该装置工作一段时间,右侧电极室中水电离出的氢离子得电子发生还原反应,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,钠离子通过特制离子交换膜移向阴极,所以NaOH溶液的浓度增大,D项正确。
13.A 解析 A项,放电时,阳离子向正极迁移,阴离子向负极迁移,故Na+向正极移动,正确;B项,电池放电时,钠箔作为负极,碳纸作为正极,电子经过外电路从负极流向正极,错误;C项,充电时,钠箔发生的电极反应为Na++e-Na,所以若有0.1 mol e-通过导线,钠箔处就会析出0.1 mol 的钠单质,质量增加2.3 g,错误;D项,碳纸在电池放电时作为正极,所以充电时应与电源的正极相连,错误。
14.D 解析 根据装置图分析可知,乙中Fe电极为阴极,电解饱和食盐水时阴极上产生的是H2,故D项错误。
15.答案 (1)①Ⅲ
②左端液面升高,右端液面降低
③放热
(2)①CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-2a kJ·mol-1
②125.5 kJ·mol-1
(3)减小 不变 234
解析 (1)①装置Ⅰ可通过U形管中红墨水液面的变化判断锌和稀硫酸的反应是放热还是吸热;装置Ⅱ可通过烧杯中是否产生气泡判断锌和稀硫酸的反应放热还是吸热;装置Ⅲ是锌和稀硫酸反应并将生成的气体通入水的装置,不能证明该反应是放热反应还是吸热反应,故选Ⅲ。
②氢氧化钡晶体与氯化铵固体的反应属于吸热反应,所以锥形瓶中气体遇冷体积缩小,导致U形管左端液面升高,右端液面降低。
③棉花燃烧说明温度达到棉花的着火点,即温度升高,所以该反应放热。
(2)①11.2 L甲烷的物质的量为11.2 L22.4 L·mol-1=0.5 mol,则1 mol CH4充分燃烧生成液态水和二氧化碳气体时放出的热量为2a kJ,表示甲烷标准燃烧热的热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-2a kJ·mol-1。
②反应CH3—CH3(g)CH2CH2(g)+H2(g)的ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能=6×414.4 kJ·mol-1+347.3 kJ·mol-1-(4×414.4 kJ·mol-1+615.3 kJ·mol-1+435.3 kJ·mol-1)=125.5 kJ·mol-1。
(3)加入催化剂能降低反应所需的活化能,则E1和E2都减小,催化剂不能改变反应物的总能量和生成物的总能量之差,即反应热不改变;由题图可知,1 mol NO2和1 mol CO反应生成CO2和NO放出的热量为1 mol×(E2-E1)=1 mol×(368 kJ·mol-1-134 kJ·mol-1)=234 kJ。
16.答案 (1)4NO(g)+3O2(g)+2H2O(l)4HNO3(aq) ΔH=-517.4 kJ·mol-1
(2)①正极 HNO2+H2O-2e-NO3-+3H+
②5HNO23HNO3+N2↑+H2O 6 mol
③10 mol
解析 (1)根据盖斯定律可知,将2×②+3×①,可得4NO(g)+3O2(g)+2H2O(l)4HNO3(aq),ΔH=2×ΔH2+3×ΔH1=(-73.6 kJ·mol-1)×2+(-123.4 kJ·mol-1)×3=-517.4 kJ·mol-1。
(2)①a电极上亚硝酸失电子生成硝酸,所以a为阳极,b为阴极,则a与电源的正极相连;阳极上亚硝酸失电子生成硝酸,其电极反应式为H2O+HNO2-2e-NO3-+3H+。
②阴极生成氮气,电极反应式为2NO3-+10e-+12H+N2↑+6H2O,两式相加得电解过程中总反应的化学方程式为5HNO23HNO3+N2↑+H2O,化合价升高的产物即硝酸为氧化产物,根据总反应的化学方程式的比例关系可知,有10 mol HNO2参加反应时,氧化产物的物质的量是6 mol。
③阴极的电极反应式为2NO3-+10e-+12H+N2↑+6H2O,所以阴极区产生1 mol氮气时,转移电子为10 mol,则有10 mol H+从阳极室进入阴极室,即理论上阳极区减少H+的物质的量约为10 mol。
17.答案(1)CO2+2H++2e-HCOOH
(2)CO2+H2O+4e-CO+H2+2O2-
(3)4Al2Cl7-+3e-Al+7AlCl4-
解析 (1)根据原理图可知,Cu作阴极,在阴极上CO2得电子和氢离子反应生成HCOOH,电极反应式为CO2+2H++2e-HCOOH。
(2)电极a上发生还原反应,因此电极a的电极反应式为CO2+H2O+4e-CO+H2+2O2-。
(3)电池充电时,阴极上Al2Cl7-得电子产生铝和AlCl4-,电极反应式为4Al2Cl7-+3e-Al+7AlCl4-。
18.答案(1)纯铜 Cu2++2e-Cu 粗铜 硫酸铜溶液(合理即可)
(2)Fe 2H2O+2e-H2↑+2OH-
(3)4.48 L 1 mol· L-1
(4)电镀 不变 铁表面附着一层光亮的金属
解析 (1)电解精炼铜时阴极是纯铜,发生的电极反应为Cu2++2e-Cu;阳极是粗铜,发生的电极反应为Cu-2e-Cu2+等,电解质溶液是含Cu2+的盐溶液。
(2)乙池中Fe作为阴极,发生的电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-。
(3)甲池中阴极发生的电极反应为Cu2++2e-Cu,当阴极增重12.8 g时,电路中通过了0.4 mol电子,乙池中阳极发生的电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,产生0.2 mol Cl2。乙池中发生的总反应为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,当转移0.4 mol电子时,产生的n(OH-)=0.4 mol,则c(OH-)=nV=0.4mol0.4 L=1 mol· L-1。
(4)此时该装置为电镀池,阳极为镀层金属,阴极为镀件,电镀液含镀层金属离子。
专题1 化学反应与能量变化 测评
一、选择题(本题包括14小题,每小题3分,共42分。每小题只有一个选项符合题意)
1.表示下列变化的化学用语正确的是( )
A.钢铁吸氧腐蚀的正极反应式:4OH--4e-O2↑+2H2O
B.NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=57.3 kJ·mol-1
C.氯气和水反应的离子方程式:Cl2+H2O2H++Cl-+ClO-
D.电解硫酸钠溶液的阴极反应式:2H2O+2e-H2↑+2OH-
2.(2023河北张家口高二期中)近年来随着中国科技的崛起,中国电动汽车也随之获得迅猛发展。下列说法错误的是( )
A.电动汽车行驶时电池将化学能转化为电能
B.电动汽车行驶时电池的正极发生氧化反应
C.电动汽车充电时电池将电能转化为化学能
D.电动汽车充电时电池的阴极发生还原反应
3.下列关于反应能量的说法正确的是( )
A.Zn(s)+CuSO4(aq)ZnSO4(aq)+Cu(s) ΔH=-216 kJ·mol-1,则反应物总能量小于生成物总能量
B.相同条件下,如果1 mol氢原子所具有的能量为E1,1 mol氢分子所具有的能量为E2,则2E1>E2
C.101 kPa时,2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1,则H2的标准燃烧热ΔH=-571.6 kJ·mol-1
D.氧化还原反应一定是放热反应
4.(2023河北邢台一中期末)下列说法正确的是( )
A.1 mol H2在氯气中完全燃烧生成HCl(g)放出的热量也叫H2的标准燃烧热
B.若用醋酸代替盐酸与NaOH溶液反应测定中和反应的反应热,则测定的焓变偏大
C.已知S(s)+32O2(g)SO3(g) ΔH=-269.8 kJ·mol-1,则硫的标准燃烧热为269.8 kJ·mol-1
D.鼓励煤电、光伏、风电、水电、核电等能源的发展利于实现碳中和
5.下列叙述正确的是( )
A.电解精炼铜时,若阳极质量减小64 g,则电解时转移的电子数为2NA(设NA表示阿伏加德罗常数的值)
B.甲烷碱性燃料电池的负极反应式:CH4-8e-+8OH-CO2+6H2O
C.钢铁发生吸氧腐蚀的正极反应:O2-4e-+2H2O4OH-
D.工业上电解饱和食盐水的阳极反应:2Cl--2e-Cl2↑
6.关于热化学方程式S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH=-296 kJ·mol-1,下列分析正确的是( )
A.1 mol S(s)与1 mol O2(g)的总能量比1 mol SO2(g)的能量低296 kJ
B.1 mol S(g)与1 mol O2(g)生成1 mol SO2(g)放出296 kJ的热量
C.反应S(g)+O2(g)SO2(g)的ΔH<-296 kJ·mol-1
D.反应物的总键能大于生成物的总键能
7.如图分别表示有关反应的反应过程与能量变化的关系。据此判断下列说法正确的是( )
A.石墨转变为金刚石是吸热反应
B.白磷比红磷稳定
C.S(g)+O2(g)SO2(g) ΔH1 S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH2,则ΔH1>ΔH2
D.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH>0
8.已知CH4的标准燃烧热ΔH=-a kJ·mol-1(a>0),由CH4、H2按体积比3∶1组成的混合物2 mol,完全燃烧并恢复到常温时,放出的热量为b kJ,则H2的标准燃烧热ΔH=( )
A.-(2b-3a) kJ·mol-1
B.-(3a-2b) kJ·mol-1
C.-13(2b-3a) kJ·mol-1
D.-13(a-2b) kJ·mol-1
9.一种熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是( )
A.电极B是该电池的负极
B.电池工作时,CO32-向电极A移动
C.电极B上发生的电极反应为O2-4e-2O2-
D.H2参与的电极反应为H2+2OH--2e-2H2O
10.已知下列热化学方程式:2Al2O3(s)4Al(s)+3O2(g) ΔH1=3 351 kJ·mol-1
2C(s)+O2(g)2CO(g)
ΔH2=-221 kJ·mol-1
2Al(s)+N2(g)2AlN(s)
ΔH3=-318 kJ·mol-1
则反应3C(s)+Al2O3(s)+N2(g)2AlN(s)+3CO(g)的ΔH等于( )
A.342 kJ·mol-1 B.-342 kJ·mol-1
C.-1 026 kJ·mol-1 D.1 026 kJ·mol-1
11.(2023河北邯郸魏县五中高二期中)镍-镉可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍-镉电池的电解质溶液为KOH溶液,其充、放电按下式进行:Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2。有关该电池的说法正确的是( )
A.充电时的阳极反应:Ni(OH)2-e-+OH-NiOOH+H2O
B.充电过程是化学能转化为电能的过程
C.放电时负极附近溶液的碱性不变
D.放电时电解质溶液中的OH-向正极移动
12.我国科研工作者研发了电解熔融甲硫醇钠(CH3SNa)制备杀虫剂(CH3—S—S—CH3)的方法,消除了常规合成法造成的污染,并大幅度提高了原料转化率。基本原理如图所示,A、B为惰性电极,CH3—S—S—CH3在A电极产生,下列说法错误的是( )
A.M极为电源的正极,B极为电解池的阴极
B.A极的电极反应为2CH3S-+2e-
CH3—S—S—CH3
C.装置中的特制离子交换膜为阳离子交换膜
D.该装置工作一段时间,右侧电极室中NaOH溶液的浓度增大
13.某钠—空气水电池的充、放电过程原理示意图如图所示,下列说法正确的是( )
A.放电时,Na+向正极移动
B.放电时,电子由钠箔经非水系溶液流向碳纸
C.充电时,当有0.1 mol e-通过导线时,则钠箔质量减少2.3 g
D.充电时,碳纸与电源负极相连,电极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑
14.(2023河北邢台高二期末)甲烷燃料电池采用铂作电极材料,两个电极上分别通入CH4和O2,电解质溶液为KOH溶液。某研究小组将上述甲烷燃料电池作为电源,进行电解饱和食盐水和电镀的实验。如图所示,其中乙装置中X为离子交换膜。下列说法错误的是( )
A.甲烷燃料电池负极电极反应式是CH4-8e-+10OH-CO32-+7H2O
B.乙中X为阳离子交换膜
C.用丙装置给铜镀银,b应是Ag
D.当电路中通过0.4 mol e-时,乙中Fe电极上产生氯气4.48 L(标准状况)
二、非选择题(本题包括4小题,共58分)
15.(17分)(1)为了探究化学能与热能的转化,某实验小组设计了如图三套实验装置:
①上述装置中,不能用来证明“锌和稀硫酸的反应是吸热反应还是放热反应”的是 (填序号)。
②某同学选用装置Ⅰ进行实验(实验前U形管里液面左右相平),在甲试管里加入适量氢氧化钡晶体与氯化铵固体搅拌反应,U形管中可观察到的现象是 。
③除了图示某些装置,还有其他方法能证明超氧化钾粉末与水的反应(4KO2+2H2O4KOH+3O2↑)是放热反应还是吸热反应:取适量超氧化钾粉末用脱脂棉包裹并放在石棉网上,向脱脂棉上滴加几滴蒸馏水,片刻后,若观察到棉花燃烧,则说明该反应是 (填“放热”或“吸热”)反应。
(2)化学反应的焓变通常用实验进行测定,也可进行理论推算。
①实验测得,标准状况下11.2 L甲烷在氧气中充分燃烧生成液态水和二氧化碳气体时释放出a kJ的热量,试写出表示甲烷标准燃烧热的热化学方程式: 。
②已知反应CH3—CH3(g)CH2CH2(g)+H2(g) ΔH,有关化学键的键能如下:
化学键
C—H
CC
C—C
H—H
键能/(kJ·mol-1)
414.4
615.3
347.3
435.3
通过计算得出该反应的焓变ΔH= 。
(3)研究NO2、SO2、CO等大气污染气体的处理有重要意义。
如图为1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反应生成NO(g)和CO2(g)过程中的能量变化示意图。已知E1=134 kJ·mol-1,E2=368 kJ·mol-1(E1、E2为反应的活化能)。
若在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,则E1、ΔH的变化分别是 、 (填“增大”“减小”或“不变”);1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反应生成1 mol NO(g)和1 mol CO2(g)放出的热量为 kJ。
16.(16分)硝酸厂的烟气中含有一定量的氮氧化物(NOx),通常要将烟气中的氮氧化物转化为无毒无害的物质即脱硝。
(1)用空气—水脱硝的方法是最经济的方法。
已知:①2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH1=-123.4 kJ·mol-1
②3NO2(g)+H2O(l)2HNO3(aq)+NO(g) ΔH2=-73.6 kJ·mol-1
写出NO(g)、O2(g)和液体水反应生成HNO3(aq)的热化学方程式: 。
(2)吸收电解法是脱硝的一种重要方法。先用稀硝酸吸收NOx反应生成HNO2(一元弱酸),再将吸收液加入电解槽中进行电解,使之转化为硝酸,其电解装置如图所示。
①图中a应连接电源的 (填“正极”或“负极”),其电极反应式为 。
②电解过程中总反应的化学方程式是 。有10 mol HNO2参加反应,氧化产物的物质的量是 。
③阴极区产生1 mol氮气时,理论上阳极区减少H+的物质的量约为 。
17.(9分)按要求写出电极反应式。
(1)用电解法可将CO2转化为多种燃料,原理如图1所示。铜电极上产生HCOOH的电极反应式为 。
图1
(2)高温电解技术能高效实现如下反应:CO2+H2OCO+H2+O2,其可将CO2转化为具有工业利用价值的产品。工作原理如图2所示:
图2
图3
电极a的电极反应式为 。
(3)用铝制作的快速放电铝离子二次电池的原理如图3所示。该电池充电时,阴极的电极反应式为 。
18.(16分)如图所示为相互串联的甲、乙两个电解池,请回答下列问题:
(1)甲池为用电解原理精炼铜的装置,A极材料是 ,电极反应式为 ,
B极材料是 ,电解质溶液为 。
(2)向乙池中滴入少量酚酞溶液,开始一段时间后, 极附近呈红色,电极反应式为 。
(3)反应中甲池的阴极增重12.8 g,则乙池中阳极放出的气体在标准状况下的体积为 。此时乙池剩余溶液为400 mL,则电解后得到的溶液中c(OH-)为 。
(4)若将乙中的石墨电极改为银电极,NaCl溶液改为AgNO3溶液,则乙池为 装置,电解一段时间后,溶液的浓度 (填“增大”“减小”或“不变”),现象是 。
参考答案
专题1测评
1.D 解析 钢铁发生吸氧腐蚀时,正极氧气得到电子发生还原反应,正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,A项错误;中和反应是放热反应,NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1,B项错误;次氯酸是弱酸,氯气和水反应的离子方程式为Cl2+H2OH++Cl-+HClO,C项错误;电解硫酸钠溶液时,阴极水电离产生的氢离子放电发生还原反应得到氢气,阴极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,D项正确。
2.B 解析 电动汽车行驶时电池将化学能转化为电能,A项正确;电动汽车行驶时电池的正极发生还原反应,B项错误;电动汽车充电时电池将电能转化为化学能,C项正确;电动汽车充电时电池的阴极发生还原反应,D项正确。
3.B 解析 因为所给反应为放热反应,所以反应物总能量高于生成物总能量,A项错误;因为分子变成原子要破坏化学键,需要吸收能量,相同条件下,如果1 mol 氢原子所具有的能量为E1,1 mol氢分子所具有的能量为E2,则2E1>E2,B项正确;H2的标准燃烧热是1 mol氢气充分燃烧生成液态水时放出的热量,101 kPa时,2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1,则H2的标准燃烧热ΔH=-285.8 kJ·mol-1,C项错误;氧化还原反应不一定是放热反应,如C+CO22CO,此反应是氧化还原反应,但是属于吸热反应,D项错误。
4.B 解析 1 mol H2(g)燃烧生成H2O(l)时的焓变叫H2的标准燃烧热,A错误;S(s)与O2(g)反应不能生成SO3(g),C错误;燃煤发电过程会产生大量的CO2,不利于实现碳中和,D错误。
5.D 解析 粗铜中含有杂质铁、锌等,所以阳极质量减小64 g时,电路中转移的电子数不一定为2NA,A项错误;燃料电池中,通入燃料的一极为负极,甲烷失电子生成二氧化碳和水,二氧化碳能和碱反应生成碳酸盐和水,所以负极的电极反应式为CH4+10OH--8e-CO32-+7H2O,B项错误;钢铁发生吸氧腐蚀的正极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-,C项错误。
6.C 解析 S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH=-296 kJ·mol-1,1 mol SO2(g)的能量比1 mol S(s)和1 mol O2(g)的总能量低296 kJ,A项错误;由于S(g)S(s) ΔH<0,所以1 mol S(g)与1 mol O2(g)反应生成1 mol SO2(g)放出的热量大于296 kJ,所以S(g)+O2(g)SO2(g)的ΔH<-296 kJ·mol-1,B项错误,C项正确;S(s)+O2(g)SO2(g)的ΔH=-296 kJ·mol-1,即1 mol S(s)与1 mol O2(g)的总键能比1 mol SO2(g)的键能低,D项错误。
7.A 解析 从图像Ⅰ可知,金刚石所具有的能量高于石墨,所以石墨转变为金刚石是吸热反应,A项正确;白磷能量高于红磷,所以红磷比白磷稳定,B项错误;气态硫的能量高于固态硫,所以气态硫与氧气反应放出的热量大于固态硫,由于反应放热,ΔH<0,故ΔH1<ΔH2,C项错误;由图Ⅳ可以看出,CO2(g)和H2(g)具有的总能量小于CO(g)和H2O(g)具有的总能量,则CO(g)和H2O(g)反应生成CO2(g)和H2(g)为放热反应,ΔH<0,D项错误。
8.A 解析 CH4、H2按体积比3∶1组成的混合物2 mol,则CH4是1.5 mol,H2是0.5 mol。其中1.5 mol CH4完全燃烧放出的热量是1.5a kJ,所以0.5 mol H2完全燃烧放出的热量是b kJ-1.5a kJ,则H2的标准燃烧热ΔH=-(2b-3a) kJ·mol-1。
9.B 解析 A项,通入O2的一极为正极,则电极A为负极,错误;B项,原电池中,CO32-向负极(A极)移动,正确;C项,电极B处通入O2、CO2,电极反应式为O2+2CO2+4e-2CO32-,错误;D项,电解质为熔融碳酸盐,没有OH-,错误。
10.D 解析 令①2Al2O3(s)4Al(s)+3O2(g)
ΔH1=3 351 kJ·mol-1,②2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH2=-221 kJ·mol-1,③2Al(s)+N2(g)2AlN(s) ΔH3=-318 kJ·mol-1,根据盖斯定律,由①+3×②+2×③2得:3C(s)+Al2O3(s)+N2(g)2AlN(s)+3CO(g)的ΔH=ΔH1+3ΔH2+2ΔH32=1 026 kJ·mol-1。
11.A 解析 充电时,镍元素失电子,化合价升高,Ni(OH)2作阳极,阳极反应式为Ni(OH)2-e-+OH-NiOOH+H2O,故A项正确;充电过程实质是电解反应,电能转化为化学能,故B项错误;放电时负极Cd失去电子生成Cd(OH)2,消耗OH-使负极附近溶液pH减小,故C项错误;放电时Cd在负极消耗OH-,OH-向负极移动,故D项错误。
12.B 解析 根据化合价分析可知,M极为电源的正极,B极为电解池的阴极,A项正确;A极为电解池的阳极,熔融甲硫醇钠失电子发生氧化反应生成
CH3—S—S—CH3,电极反应式为2CH3S--2e-CH3—S—S—CH3,B项错误;电解过程中阳极区的钠离子通过特制离子交换膜移向阴极,所以装置中的特制离子交换膜为阳离子交换膜,C项正确;该装置工作一段时间,右侧电极室中水电离出的氢离子得电子发生还原反应,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,钠离子通过特制离子交换膜移向阴极,所以NaOH溶液的浓度增大,D项正确。
13.A 解析 A项,放电时,阳离子向正极迁移,阴离子向负极迁移,故Na+向正极移动,正确;B项,电池放电时,钠箔作为负极,碳纸作为正极,电子经过外电路从负极流向正极,错误;C项,充电时,钠箔发生的电极反应为Na++e-Na,所以若有0.1 mol e-通过导线,钠箔处就会析出0.1 mol 的钠单质,质量增加2.3 g,错误;D项,碳纸在电池放电时作为正极,所以充电时应与电源的正极相连,错误。
14.D 解析 根据装置图分析可知,乙中Fe电极为阴极,电解饱和食盐水时阴极上产生的是H2,故D项错误。
15.答案 (1)①Ⅲ
②左端液面升高,右端液面降低
③放热
(2)①CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-2a kJ·mol-1
②125.5 kJ·mol-1
(3)减小 不变 234
解析 (1)①装置Ⅰ可通过U形管中红墨水液面的变化判断锌和稀硫酸的反应是放热还是吸热;装置Ⅱ可通过烧杯中是否产生气泡判断锌和稀硫酸的反应放热还是吸热;装置Ⅲ是锌和稀硫酸反应并将生成的气体通入水的装置,不能证明该反应是放热反应还是吸热反应,故选Ⅲ。
②氢氧化钡晶体与氯化铵固体的反应属于吸热反应,所以锥形瓶中气体遇冷体积缩小,导致U形管左端液面升高,右端液面降低。
③棉花燃烧说明温度达到棉花的着火点,即温度升高,所以该反应放热。
(2)①11.2 L甲烷的物质的量为11.2 L22.4 L·mol-1=0.5 mol,则1 mol CH4充分燃烧生成液态水和二氧化碳气体时放出的热量为2a kJ,表示甲烷标准燃烧热的热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-2a kJ·mol-1。
②反应CH3—CH3(g)CH2CH2(g)+H2(g)的ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能=6×414.4 kJ·mol-1+347.3 kJ·mol-1-(4×414.4 kJ·mol-1+615.3 kJ·mol-1+435.3 kJ·mol-1)=125.5 kJ·mol-1。
(3)加入催化剂能降低反应所需的活化能,则E1和E2都减小,催化剂不能改变反应物的总能量和生成物的总能量之差,即反应热不改变;由题图可知,1 mol NO2和1 mol CO反应生成CO2和NO放出的热量为1 mol×(E2-E1)=1 mol×(368 kJ·mol-1-134 kJ·mol-1)=234 kJ。
16.答案 (1)4NO(g)+3O2(g)+2H2O(l)4HNO3(aq) ΔH=-517.4 kJ·mol-1
(2)①正极 HNO2+H2O-2e-NO3-+3H+
②5HNO23HNO3+N2↑+H2O 6 mol
③10 mol
解析 (1)根据盖斯定律可知,将2×②+3×①,可得4NO(g)+3O2(g)+2H2O(l)4HNO3(aq),ΔH=2×ΔH2+3×ΔH1=(-73.6 kJ·mol-1)×2+(-123.4 kJ·mol-1)×3=-517.4 kJ·mol-1。
(2)①a电极上亚硝酸失电子生成硝酸,所以a为阳极,b为阴极,则a与电源的正极相连;阳极上亚硝酸失电子生成硝酸,其电极反应式为H2O+HNO2-2e-NO3-+3H+。
②阴极生成氮气,电极反应式为2NO3-+10e-+12H+N2↑+6H2O,两式相加得电解过程中总反应的化学方程式为5HNO23HNO3+N2↑+H2O,化合价升高的产物即硝酸为氧化产物,根据总反应的化学方程式的比例关系可知,有10 mol HNO2参加反应时,氧化产物的物质的量是6 mol。
③阴极的电极反应式为2NO3-+10e-+12H+N2↑+6H2O,所以阴极区产生1 mol氮气时,转移电子为10 mol,则有10 mol H+从阳极室进入阴极室,即理论上阳极区减少H+的物质的量约为10 mol。
17.答案(1)CO2+2H++2e-HCOOH
(2)CO2+H2O+4e-CO+H2+2O2-
(3)4Al2Cl7-+3e-Al+7AlCl4-
解析 (1)根据原理图可知,Cu作阴极,在阴极上CO2得电子和氢离子反应生成HCOOH,电极反应式为CO2+2H++2e-HCOOH。
(2)电极a上发生还原反应,因此电极a的电极反应式为CO2+H2O+4e-CO+H2+2O2-。
(3)电池充电时,阴极上Al2Cl7-得电子产生铝和AlCl4-,电极反应式为4Al2Cl7-+3e-Al+7AlCl4-。
18.答案(1)纯铜 Cu2++2e-Cu 粗铜 硫酸铜溶液(合理即可)
(2)Fe 2H2O+2e-H2↑+2OH-
(3)4.48 L 1 mol· L-1
(4)电镀 不变 铁表面附着一层光亮的金属
解析 (1)电解精炼铜时阴极是纯铜,发生的电极反应为Cu2++2e-Cu;阳极是粗铜,发生的电极反应为Cu-2e-Cu2+等,电解质溶液是含Cu2+的盐溶液。
(2)乙池中Fe作为阴极,发生的电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-。
(3)甲池中阴极发生的电极反应为Cu2++2e-Cu,当阴极增重12.8 g时,电路中通过了0.4 mol电子,乙池中阳极发生的电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,产生0.2 mol Cl2。乙池中发生的总反应为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,当转移0.4 mol电子时,产生的n(OH-)=0.4 mol,则c(OH-)=nV=0.4mol0.4 L=1 mol· L-1。
(4)此时该装置为电镀池,阳极为镀层金属,阴极为镀件,电镀液含镀层金属离子。
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