专题测试(五) 化学反应与能量
1.反应A+B―→C(ΔH<0)分两步进行:①A+B―→X(ΔH>0),②X―→C(ΔH<0)。下列示意图中,能正确表示总反应过程中能量变化的是( )
答案 D
解析 因总反应为放热反应,反应①为吸热反应,反应②为放热反应,所以反应②放出的热量比反应①吸收的热量多。选项A,图中反应①为放热反应,反应②为吸热反应,且总反应为吸热反应,A错误;选项B,图中反应①和反应②均为吸热反应,B错误;选项C,图中反应①和反应②均为放热反应,C错误。
2.[2017·东北师大附中月考]下列电化学实验装置能达到实验目的的是( )
答案 A
解析 电解饱和NaCl溶液时铁棒应作阴极,碳棒作阳极,B错误;在电解镀铜时,铜片作阳极,待镀金属作阴极,C错误;构成原电池时,Fe棒作负极,FeCl3溶液应在右侧烧杯中,发生还原反应,D错误。
3.下列各组热化学方程式中,化学反应的ΔH前者大于后者的是( )
①C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1;C(s)+
②S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH3;S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH4
③H2(g)+
④CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g) ΔH7;CaO(s)+H2O(l)=== Ca(OH)2(s) ΔH8
A.① B.④
C.②③④ D.①②③
答案 C
解析 ①中两反应都为放热反应,ΔH<0,前者完全反应,放出的热量多,ΔH1<ΔH2,①错误;②中两反应都为放热反应,ΔH<0,由于S(s)→S(g)吸热,则前者放出的热量少,ΔH3>ΔH4,②正确;③中两反应都为放热反应,ΔH<0,且均为H2(g)与O2(g)反应生成H2O(l)的反应,故消耗反应物的量越多,放出的热量越多,则ΔH5>ΔH6,③正确;④中前者为吸热反应,ΔH7>0,后者为放热反应,ΔH8<0,则ΔH7>ΔH8,④正确。
4.制取H2和CO通常采用:C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) ΔH=+131.4 kJ·mol-1,下列判断不正确的是( )
A.该反应的反应物总能量小于生成物总能量
B.标准状况下,上述反应生成1 L H2气体时吸收131.4 kJ的热量
C.若CO(g)+H2(g) C(s)+H2O(l) ΔH=-Q kJ·mol-1,则Q>131.4
D.若C(s)+CO2(g) 2CO(g) ΔH1;CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g) ΔH2,则ΔH1+ΔH2=+131.4 kJ·mol-1
答案 B
解析 题给反应是吸热反应,A正确;B项,热化学方程式的计量数表示物质的量,每生成1 mol H2放热131.4 kJ,错误;C项,水由气体变为液体时放出热量,所以Q>131.4,正确;由盖斯定律,可知D正确。
5.强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的热效应为:H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1。醋酸溶液、浓硫酸、稀硝酸分别与0.1 mol·L-1的NaOH溶液恰好完全反应放出的热量关系图如下。则下列有关说法正确的是( )
A.Ⅰ是稀硝酸与NaOH反应
B.Ⅱ是醋酸溶液与NaOH反应
C.b是5.73
D.Ⅲ是浓硫酸与NaOH反应
答案 C
解析 醋酸电离吸收热量,浓硫酸稀释并电离放出热量,所以三种酸中和NaOH稀溶液都生成0.1 mol水,浓硫酸放出热量最多,大于5.73 kJ,稀硝酸放出热量为5.73 kJ,醋酸放出热量小于5.73 kJ。
6.高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池可长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应:3Zn+2K2FeO4+8H2O
A.放电时负极反应:Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2
B.充电时阳极反应:Fe(OH)3-3e-+5OH-===FeO
C.放电时每转移3 mol电子,正极有1 mol K2FeO4被氧化
D.放电时正极附近溶液的碱性增强
答案 C
解析 高铁电池放电时,负极发生氧化反应:3Zn-6e-+6OH-===3Zn(OH)2,正极发生还原反应:2FeO
7.标准状况下,用惰性电极电解200 mL NaCl、CuSO4的混合溶液,阴、阳两极所得气体的体积随时间变化如图所示,则原溶液c(CuSO4)为( )
A.0.10 mol/L B.0.15 mol/L
C.0.20 mol/L D.0.25 mol/L
答案 A
解析 溶液中的阳离子在阴极上的放电顺序为Cu2+、H+、Na+,溶液中的阴离子在阳极上的放电顺序为Cl-、OH-、SO
8.[2016·安徽六校联考]半导体工业用石英砂作原料通过三个重要反应生产单质硅:
SiO2(s)(石英砂)+2C(s)===Si(s)(粗硅)+2CO(g)
ΔH1=+682.44 kJ/mol
Si(s)(粗硅)+2Cl2(g)===SiCl4(l)ΔH2=-657.01 kJ/mol
SiCl4(l)+2Mg(s)===2MgCl2(s)+Si(s)(纯硅)
ΔH3=-625.63 kJ/mol
生产1.00 kg纯硅放出的热量为( )
A.21.44 kJ B.600.20 kJ
C.21435.71 kJ D.1965.10 kJ
答案 C
解析 首先将由石英砂制纯硅的不同途径图示如下:
根据盖斯定律:ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3=-600.20 kJ/mol,生成1.00 kg纯硅放出热量为
9.[2016·安徽泗县二中月考]下列说法正确的是( )
A.任何酸与碱发生中和反应生成1 mol H2O的过程中,能量变化均相同
B.对于反应SO2(g)+
C.已知:①2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)
ΔH=-a kJ·mol-1,
②2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)
ΔH=-b kJ·mol-1,则a>b
D.已知:①C(s,石墨)+O2(g)===CO2(g)
ΔH=-393.5 kJ·mol-1,
②C(s,金刚石)+O2(g)===CO2(g)
ΔH=-395.0 kJ·mol-1,
则C(s,石墨)===C(s,金刚石)
ΔH=+1.5 kJ·mol-1
答案 D
解析 强酸和强碱发生中和反应与弱酸和弱碱发生中和反应生成1 mol H2O时,因弱酸或弱碱电离吸热,故能量变化不同,A错误;反应热ΔH的数值与化学平衡的移动无关,B错误;H2O(g)→H2O(l)放热,2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)放热多,故a<b,C错误;将D项中两个反应相减得:C(s,石墨)===C(s,金刚石) ΔH=+1.5 kJ·mol-1,D正确。
10.3H2(g)+N2(g) 2NH3(g)反应过程中的能量变化如图所示。有关说法错误的是( )
A.图中C表示生成物NH3(g)的总能量
B.断裂3 mol H—H键和1 mol N≡N键所吸收的总能量大于形成6 mol N—H键所释放的总能量
C.逆反应的活化能E(逆)=E+|ΔH|
D.3H2(g)+N2(g) 2NH3(g) ΔH<0
答案 B
解析 根据题图可知,C表示生成物NH3(g)的总能量,A正确;该反应为放热反应,所以断裂3 mol H—H键和1 mol N≡N键所吸收的总能量小于形成6 mol N—H键所释放的总能量,B错误;根据题图逆反应的活化能E(逆)=E+|ΔH|,C正确;该反应为放热反应,故3H2(g)+N2(g) 2NH3(g) ΔH<0,D正确。
11.镁电池毒性低、污染小,电压高而平稳,它逐渐成为人们研制绿色电池的关注焦点。其中一种镁电池的反应原理为:
xMg+Mo3S4
下列说法不正确的是( )
A.放电时,Mo3S4发生氧化反应
B.放电时,正极反应式:Mo3S4+2xe-===Mo3S
C.充电时,Mg2+向阴极迁移
D.充电时,阴极反应式:xMg2++2xe-===xMg
答案 A
解析 由题意可知,放电时发生原电池反应,Mg由0价变为+2价,被氧化,发生氧化反应,作原电池的负极;Mo3S4为正极,正极反应式为Mo3S4+2xe-===Mo3S
12.[2017·皖北高三模拟]如图所示装置Ⅰ是一种可充电电池,装置Ⅱ为NaCl和酚酞的混合溶液浸湿的滤纸,离子交换膜只允许Na+通过,电池充电、放电的化学方程式为2Na2S2+NaBr3
闭合开关K时,b电极附近先变红色。下列说法正确的是( )
A.电池充电时,电极B连接直流电源的正极
B.电池放电过程中Na+从左到右通过离子交换膜
C.闭合开关K后,b电极附近的pH变小
D.当b电极上析出气体1120 mL(标准状况)时,有0.1 mol Na+通过离子交换膜
答案 D
解析 闭合开关K时,b极附近变红,则说明b为阴极,电极B为负极,电池充电时,B接电源负极,A错误;电池放电时,A为正极,B为负极,Na+移向正极,B项错误;闭合K后,b极H+放电,电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,pH变大,C项错误;b电极上析出的气体为H2,其物质的量为0.05 mol,则需要电子的物质的量为0.1 mol,故有0.1 mol Na+通过离子交换膜,D正确。
13.[2016·南京、淮安二模]利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2,并用阴极排出的溶液吸收NO2。下列说法正确的是( )
A.a为直流电源的负极
B.阴极的电极反应式为2HSO
C.阳极的电极反应式为SO2+2H2O-2e-===SO
D.电解时,H+由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室
答案 C
解析 A项,从反应物和产物化合价判断,左边硫的化合价从+4到+6,化合价升高失去电子,电极为阳极,a为正极,错误;B项,电极反应式为2HSO
14.[2016·长沙四县联考]关于如图所示各装置的叙述中,正确的是( )
①
②
③
A.装置①是原电池,总反应是Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+
B.装置①中,铁作负极,电极反应式为Fe3++e-===Fe2+
C.装置②通电一段时间后石墨Ⅱ电极附近溶液红褐色加深
D.若用装置③精炼铜,则d极为粗铜,c极为纯铜,电解质溶液为CuSO4溶液
答案 C
解析 装置①中Fe比Cu活泼,Fe为负极,电极方程式为Fe-2e-===Fe2+,总反应为2Fe3++Fe===3Fe2+,A、B错误;装置②为胶体的电泳实验,Fe(OH)3胶体粒子带正电,在电场中向阴极移动,石墨Ⅱ是阴极,C项正确;装置③由电流方向可知c为阳极、d为阴极,精炼铜时阳极为粗铜、阴极为纯铜,电解液含Cu2+,D项错误。
15.[2016·乌鲁木齐质检]关于下列装置的说法正确的是( )
A.装置①中盐桥内的K+移向CuSO4溶液
B.①是将电能转变成化学能的装置
C.若装置②用于铁棒镀铜,则N极为铁棒
D.若装置②用于电解精炼铜,溶液中Cu2+浓度保持不变
答案 A
解析 装置①为原电池,将化学能转化为电能,Cu为正极,溶液中的Cu2+得电子生成Cu,c(Cu2+)减小,盐桥内的K+移向CuSO4溶液补充电荷,A正确,B错误;C项,若铁棒镀铜,铁作阴极(M),铜作阳极(N),错误;D项,精炼铜,阳极除铜外还有比铜活泼的金属如Zn、Fe放电,而阴极只有Cu2+放电,所以Cu2+浓度会减小,错误。
16.[2016·石家庄模拟]快速充电电池的电解液为LiAlCl4SOCl2,电池的总反应为4LiCl+S+SO2
A.该电池的电解质可为LiCl水溶液
B.该电池放电时,负极发生还原反应
C.充电时阳极反应式为4Cl-+S+SO2-4e-===2SOCl2
D.放电时电子从负极经外电路流向正极,再从正极经电解质溶液流向负极
答案 C
解析 A项,该电池的电解质溶液不能是LiCl的水溶液,因为Li能和水发生反应,错误;B项,电池放电时,负极发生氧化反应,错误;D项,放电时,电子从负极经外电路流向正极,电解质溶液中移动的是阴、阳离子而不是电子,错误。
17.对于图Ⅰ、图Ⅱ所示装置,下列叙述正确的是( )
A.装置Ⅰ和装置Ⅱ中石墨电极产生的气体相同
B.装置Ⅰ通电一段时间后铁电极周围溶液pH降低
C.装置 Ⅰ 中两电极产生气体体积比为2∶1(同温、同压下)
D.实验中,可观察到装置Ⅱ中U形管左端铁电极表面析出白色物质
答案 D
解析 装置Ⅰ为电解池,铁为阴极,水电离出的H+放电生成H2,pH增大,石墨为阳极,溶液中的Cl-放电生成氯气,B、C错误;装置Ⅱ为原电池,铁为负极,发生反应:Fe-2e-===Fe2+,石墨为正极,发生反应:O2+4e-+2H2O===4OH-,因此在铁电极表面有Fe(OH)2沉淀生成,A错误,D正确。
18.钠离子电池具有资源广泛、价格低廉、环境友好、安全可靠的特点,特别适合于固定式大规模储能应用的需求。一种以Na2SO4水溶液为电解液的钠离子电池的总反应为NaTi2(PO4)3+2Na2NiFeⅡ(CN)6
A.放电时NaTi2(PO4)3在正极发生还原反应
B.放电时负极材料中的Na+脱离电极进入溶液,同时溶液中的Na+嵌入到正极材料中
C.该电池在较长时间的使用过程中电解质溶液中Na+的浓度基本保持不变
D.充电过程中阳极反应式为2NaNiFeⅢ(CN)6+2Na++2e-===2Na2NiFeⅡ(CN)6
答案 D
解析 由题给反应可知放电时,FeⅡ转化为FeⅢ,发生氧化反应,负极的电极反应式为2Na2NiFeⅡ(CN)6-2e-===2NaNiFeⅢ(CN)6+2Na+(该反应为充电时阴极的逆反应),正极为NaTi2(PO4)3发生还原反应:NaTi2(PO4)3+2e-+2Na+===Na3Ti2(PO4)3(该反应为充电时阳极的逆反应)。
19.(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101 kPa时,32.0 g N2H4在氧气中完全燃烧生成氮气和水,放出热量624 kJ(25 ℃时),N2H4完全燃烧的热化学方程式为
________________________________________________________________________。
(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,正极的电极反应式为__________________________________________________________,
负极的电极反应式为___________________________________。
(3)下图是一个电化学过程示意图。
①锌片上发生的电极反应为______________________________;
②假设使用肼—空气燃料电池作为本过程中的电源,铜片的质量变化128 g时,则肼—空气燃料电池理论上消耗标准状况下的空气________L(假设空气中氧气体积含量为20%)。
(4)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
____________________________________________________。
答案 (1)N2H4(l)+O2(g)===N2(g)+2H2O(l) ΔH=-624.0 kJ·mol-1
(2)O2+4e-+2H2O===4OH-
N2H4+4OH--4e-===4H2O+N2↑
(3)①Cu2++2e-===Cu ②112
(4)ClO-+2NH3===N2H4+Cl-+H2O
解析 (1)32.0 g N2H4的物质的量是1 mol,1 mol N2H4完全燃烧生成氮气和液态水放出的热量是624 kJ,则N2H4完全燃烧反应的热化学方程式为N2H4(l)+O2(g)===N2(g)+2H2O(l) ΔH=-624.0 kJ·mol-1。
(2)燃料电池中正极发生还原反应,元素的化合价降低,所以是氧气发生还原反应,结合电解质溶液,正极反应的电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-,负极则是燃料发生反应,根据(1)判断N2H4的氧化产物是氮气,所以负极的电极反应式为N2H4+4OH--4e-===4H2O+N2↑。
(3)①该装置是电解池装置,Zn是阴极,发生还原反应,所以是Cu2+得电子发生还原反应,电极反应式为Cu2++2e-===Cu;②铜片作阳极,发生氧化反应,所以Cu片逐渐溶解,质量减少128 g,即Cu的物质的量减少2 mol,失去电子4 mol,根据整个过程满足得失电子守恒规律,所以氧气得电子的物质的量也是4 mol,根据O2+4e-+2H2O===4OH-,得需要氧气的物质的量是1 mol,标准状况下的体积是22.4 L,空气中氧气体积含量为20%,故所需空气的体积=
(4)NaClO氧化NH3,制得肼的稀溶液,则Cl元素被还原为Cl-,根据元素守恒,产物中还有水生成,离子方程式为ClO-+2NH3===N2H4+Cl-+H2O。
20.如图所示,某同学设计一个甲醚(CH3OCH3)燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理,乙装置中X为阳离子交换膜。
根据要求回答下列相关问题:
(1)通入氧气的电极为________(填“正极”或“负极”),写出负极的电极反应:____________________________________。
(2)铁电极为________(填“阳极”或“阴极”),石墨电极的电极反应为__________________________________________________。
(3)反应一段时间后,乙装置中生成的氢氧化钠主要在________________(填“铁极”或“石墨极”)区。
(4)如果粗铜中含有锌、银等杂质,则丙装置中阳极上的电极反应为__________________,反应一段时间,硫酸铜溶液的浓度将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
答案 (1)正极 CH3OCH3-12e-+16OH-===2CO
(2)阴极 2Cl--2e-===Cl2↑ (3)铁极
(4)Zn-2e-===Zn2+、Cu-2e-===Cu2+ 减小
解析 (1)燃料电池是将化学能转化为电能的装置,属于原电池,通入燃料的电极是负极,通入氧气的电极是正极,所以该燃料电池中通入氧气的电极是正极,负极上甲醚失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水,电极反应为CH3OCH3-12e-+16OH-===2CO
(2)乙池属于电解池,铁电极连接原电池的负极,所以铁电极是阴极,则石墨电极是阳极,阳极上氯离子失电子生成氯气,电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑。
(3)乙池中阴极是铁,阳极是石墨,阳极上氯离子放电生成氯气,阴极上氢离子放电,导致阴极附近氢氧根离子浓度大于氢离子浓度使溶液呈碱性,所以乙装置中生成的氢氧化钠主要在铁极区。
(4)如果粗铜中含有锌、银等杂质,则阳极上铜、锌失电子进入溶液,阳极反应为Zn-2e-===Zn2+、Cu-2e-===Cu2+,根据得失电子数相等知,阳极上溶解的铜少于阴极上析出的铜,所以丙装置中反应一段时间后,硫酸铜溶液的浓度将减小。
21.钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属,我国四川攀枝花和西昌地区的钒钛磁铁矿储量十分丰富。如图所示,将钛厂、氯碱厂和甲醇厂组成产业链可以大大提高资源利用率,减少环境污染。
请回答下列问题:
(1)电解饱和食盐水时,总反应的离子方程式是
_________________________________。
(2)写出钛铁矿经氯化法得到四氯化钛的化学方程式:
________________________________。
(3)已知:①Mg(s)+Cl2(g)===MgCl2(s)ΔH=-641 kJ/mol
②Ti(s)+2Cl2(g)===TiCl4(s)ΔH=-770 kJ/mol
下列说法正确的是________(填字母)。
a.Mg的燃烧热为641 kJ/mol
b.Ti的能量一定比TiCl4的高
c.等质量的Mg(s)、Ti(s)与足量的氯气反应,前者放出的热量多
d.Mg还原TiCl4的热化学方程式为2Mg(s)+TiCl4(s)===2MgCl2(s)+Ti(s)ΔH=-512 kJ/mol
(4)在上述产业链中,合成192 t甲醇理论上需额外补充H2________t。(不考虑生产过程中物质的任何损失)
(5)以甲醇、空气、氢氧化钾溶液为原料,石墨为电极可构成燃料电池。该电池中负极上的电极反应式是____________________。
答案 (1)2Cl-+2H2O
(2)2FeTiO3+6C+7Cl2===2FeCl3+2TiCl4+6CO (3)cd (4)10
(5)CH3OH+8OH--6e-===CO
解析 本题以工业生产钛为载体,综合考查了电化学、反应热和元素及其化合物的知识,重点考查考生运用所学知识解决实际问题的能力。
(1)电解饱和食盐水的化学方程式是2NaCl+2H2O
(2)根据题中工艺流程图可以看出反应物有FeTiO3、C和Cl2,反应产物有FeCl3、TiCl4和CO,然后通过观察法配平方程式。
(3)燃烧热是指1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量,a错误;Ti与Cl2的反应是放热反应,1 mol Ti(s)和2 mol Cl2(g)的总能量大于1 mol TiCl4(s)的能量,无法直接比较Ti和TiCl4的能量大小,b错误;1 g Mg(s)和1 g Ti(s)与Cl2(g)反应放出的热量分别是
(4)CO+2H2―→CH3OH CO~
得出CH3OH ~
32
192 t 10 t
(5)碱性介质环境中,燃料电池总的反应式为CH3OH+
22.硫酸盐在生产、生活中有广泛应用。
Ⅰ.工业上以重晶石(主要成分BaSO4)为原料制备BaCl2,其工艺流程示意图如下:
某研究小组查阅资料得:
BaSO4(s)+4C(s)===4CO(g)+BaS(s)
ΔH1=+571.2 kJ·mol-1 ①
BaSO4(s)+2C(s)===2CO2(g)+BaS(s)
ΔH2=+226.2 kJ·mol-1 ②
(1)用过量NaOH溶液吸收气体,得到硫化钠。该反应的离子方程式是
_______________________________________。
(2)反应C(s)+CO2(g)===2CO(g)的ΔH=________。
(3)实际生产中必须加入过量的碳,同时还要通入空气,其目的有两个:
①从原料角度看,_____________________________________;
②从能量角度看,①②为吸热反应,碳和氧气反应放热维持反应所需高温。
Ⅱ.某燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构如下图所示,电池总反应可表示为2H2+O2===2H2O。
请回答:
(4)H+由__________极通过固体酸电解质传递到另一极(填a或者b)。
(5)b极上发生的电极反应是____________________________。
答案 Ⅰ.(1)H2S+2OH-===S2-+2H2O
(2)+172.5 kJ·mol-1
(3)①使BaSO4(s)得到充分的还原,提高BaS的产量
Ⅱ.(4)a (5)O2+4e-+4H+===2H2O
解析 Ⅰ.(2)由盖斯定律得ΔH=(ΔH1-ΔH2)/2=+172.5 kJ·mol-1。
Ⅱ.(4)a极为负极,H+在电池内部由负极流向正极。
本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/f14042688ad63186bceb19e8b8f67c1cfbd6ee62.html
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