高考化学一轮复习 专题检测（四）化学反应与能量变化（含解析）-人教版高三化学试题

专题检测（四）化学反应与能量变化一、选择题(每小题有1～2个选项符合题意)1．下列电池工作时，O2在正极放电的是()A.锌锰电池B.氢燃料电池C.铅蓄电池D.镍镉电池解析：选BA中正极放电的是MnO2，B中正极放电的是O2，C中正极放电的是PbO2，D中正极放电的是NiOOH。2．物质(t－BuNO)2在正庚烷溶剂中发生如下反应：(t－BuNO)22(t－BuNO)ΔH＝＋50.5kJ·mol－1，Ea＝90.4kJ·mol－1。下列图像合理的是()解析：选DΔH>0，此反应为吸热反应，生成物的总能量大于反应物的总能量，B、C项错误；再根据Ea和ΔH的比例关系可知D项正确。3．(2019·常州一中模拟)用H2O2和H2SO4的混合溶液可溶出印刷电路板中的铜，其热化学方程式为Cu(s)＋H2O2(l)＋2H＋(aq)=Cu2＋(aq)＋2H2O(l)ΔH。已知：①Cu(s)＋2H＋(aq)=Cu2＋(aq)＋H2(g) ΔH1＝＋64kJ·mol－1②2H2O2(l)=2H2O(l)＋O2(g) ΔH2＝－196kJ·mol－1③H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l) ΔH3＝－286kJ·mol－1下列说法不正确的是()A．反应①可通过铜作电极电解稀H2SO4的方法实现B．反应②在任何条件下都能自发进行C．若H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g)ΔH4，则ΔH4<ΔH3D．ΔH＝－320kJ·mol－1解析：选C用铜作电极电解稀H2SO4时，两个电极的反应分别为Cu－2e－=Cu2＋、2H＋＋2e－=H2↑，总反应为Cu＋2H＋eq\o(=,\s\up7(电解))Cu2＋＋H2，A项正确；反应②的ΔH<0，ΔS>0，则在任何条件下均能自发进行，B项正确；因为H2O(g)所具有的能量较H2O(l)高，则反应H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g)放出的热量较少，ΔH4>ΔH3，C项错误；由盖斯定律可得ΔH＝ΔH1＋eq\f(1,2)ΔH2＋ΔH3＝－320kJ·mol－1，D项正确。4．镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，且镁电池放电时电压高而平稳。其中一种镁电池的反应为xMg＋Mo3S4eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))MgxMo3S4，下列说法错误的是()A．放电时Mg2＋向正极迁移B．放电时正极反应为Mo3S4＋2xe－=Mo3Seq\o\al(2x－,4)C．充电时Mo3S4发生氧化反应D．充电时阴极反应为Mg2＋＋2e－=Mg解析：选C电池放电时，相当于原电池，电解质溶液中阳离子(Mg2＋)向正极迁移，A正确；放电时，正极上Mo3S4发生还原反应，B正确；充电时是电解池，Mo3S4是产物，C错误；充电时，阴极为阳离子(Mg2＋)发生还原反应，D正确。5．某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H＋，其基本结构如图所示，电池总反应可表示为2H2＋O2=2H2O，下列有关说法正确的是()A．电子通过外电路从b极流向a极B．b极上的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．每转移0.1mol电子，消耗1.12L的H2D．H＋由a极通过固体酸电解质传递到b极解析：选D由电极反应式可知，H2通入的一极为负极，O2通入的一极为正极，故a为负极、b为正极，电子应该是通过外电路由a极流向b极，A错误；b极上的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋=2H2O，B错误；没有明确此时是否处于标准状况，故无法计算消耗H2的体积，C错误。6．在固态金属氧化物电解池中，高温共电解H2O­CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式，基本原理如图所示。下列说法不正确的是()A．X是电源的负极B．阴极的反应式：H2O＋2e－=H2↑＋O2－，CO2＋2e－=CO＋O2－C．总反应可表示为H2O＋CO2eq\o(=,\s\up7(电解),\s\do5())H2＋CO＋O2D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶1解析：选DA．从图示可看出，与X相连的电极发生H2O→H2、CO2→CO的转化，均得电子，应为电解池的阴极，则X为电源的负极，A正确；B.阴极H2O→H2、CO2→CO均得电子发生还原反应，电极反应式分别为H2O＋2e－=H2↑＋O2－、CO2＋2e－=CO＋O2－，B正确；C.从图示可知，阴极生成H2和CO的同时，阳极有O2生成，所以总反应可表示为H2O＋CO2eq\o(=,\s\up7(电解),\s\do5())H2＋CO＋O2，C正确；D.从总反应方程式可知，阴极生成2mol气体(H2、CO各1mol)、阳极生成1mol气体(氧气)，所以阴、阳两极生成的气体物质的量之比为2∶1，D错误。7．(2019·连云港模拟)用如图装置电解硫酸钾溶液制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。从开始通电时，收集B和C逸出的气体。1min后测得B口的气体体积为C口处的一半，下列说法不正确的是()A．电源左侧为正极B．电解槽左侧的电极反应方程式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋C．D口导出的溶液为KOH溶液，且浓度比刚加入电解槽右侧时的浓度小D．在标准状况下，若1min后从C口处收集到的气体比B口处收集到的气体多2.24L，则有0.1NA个SOeq\o\al(2－,4)通过阴离子膜解析：选CD根据题意，电极应为惰性电极，左侧电极为阳极，右侧电极为阴极，电极反应式为阳极：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑(或2H2O－4e－=O2↑＋4H＋)；阴极：4H＋＋4e－=2H2↑(或4H2O＋4e－=2H2↑＋4OH－)；A、B均正确；C项，右侧由于H＋放电，产生KOH，所以其浓度比刚加入电解槽右侧时的浓度大；D项，设产生O2为xmol，则产生H2为2xmol,2x－x＝0.1mol，x＝0.1mol，消耗的OH－为0.4mol，则有0.2NA个SOeq\o\al(2－,4)通过阴离子膜。8．用酸性甲醛燃料电池为电源进行电解的实验装置如图所示，下列说法中正确的是()A．当a、b都是铜作电极时，电解的总反应方程式为2CuSO4＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2H2SO4＋2Cu＋O2↑B．燃料电池工作时，正极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．当燃料电池消耗22.4L甲醛气体时，电路中理论上转移2mole－D．燃料电池工作时，负极反应为HCHO＋H2O－2e－=HCOOH＋2H＋解析：选D由题中装置图可知，左边是原电池装置，右边是电解池装置。通入HCHO的一极是负极，通入O2的一极是正极，a是阴极，b是阳极。当a、b都是铜作电极时，a极反应为Cu2＋＋2e－=Cu，b极反应为Cu－2e－=Cu2＋，A项错误；燃料电池工作时，正极是氧气得到电子发生还原反应，电解质为酸性电解质，所以电极反应为O2＋4H＋＋4e－=2H2O，B项错误；没有给出气体所处的温度和压强，甲醛气体的体积为22.4L时其物质的量不一定为1mol，C项错误；燃料电池工作时，甲醛失去电子，发生氧化反应HCHO＋H2O－2e－=HCOOH＋2H＋，D项正确。二、非选择题9．能源是国民经济发展的重要基础，我国目前使用的能源主要是化石燃料。(1)在25℃、101kPa时，16gCH4完全燃烧生成液态水时放出的热量是890.3kJ，则CH4燃烧的热化学方程式为___________________________________________________。(2)已知：C(s)＋O2(g)=CO2(g) ΔH＝－437.3kJ·mol－1H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g) ΔH＝－285.8kJ·mol－1CO(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO2(g) ΔH＝－283.0kJ·mol－1则煤气化反应C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)的焓变ΔH＝______kJ·mol－1。(3)如图所示组成闭合回路，其中，甲装置中CH4为负极，O2和CO2的混合气体为正极，稀土金属材料为电极，以熔融碳酸盐为电解质；乙装置中a、b为石墨，b极上有红色物质析出，CuSO4溶液的体积为200mL。①甲装置中气体A为__________(填“CH4”或“O2和CO2”)，d极上的电极反应式为________________________________________________________________________。②乙装置中a极上的电极反应式为__________________________________________。若在a极产生112mL(标准状况)气体，则甲装置中消耗CH4________mL(标准状况)，乙装置中所得溶液的pH＝________。(忽略电解前后溶液体积变化)③如果乙中电极不变，将溶液换成饱和Na2SO4溶液，当阴极上有amol气体生成时，同时有wgNa2SO4·10H2O晶体析出，若温度不变，剩余溶液中溶质的质量分数应为________(用含w、a的表达式表示，不必化简)。解析：甲装置为原电池，乙装置为电解池，b极上析出的红色物质是Cu，b极为阴极，c极为负极，d极为正极，电极反应式为O2＋4e－＋2CO2=2COeq\o\al(2－,3)；a极为阳极，析出O2，电极反应式为4OH－－4e－=O2↑＋2H2O；a极产生112mLO2，转移电子的物质的量＝eq\f(0.112L,22.4L·mol－1)×4＝0.02mol，消耗V(CH4)＝eq\f(0.02mol,8)×22.4L·mol－1＝0.056L，乙装置中所得c(H＋)＝eq\f(0.02mol,0.2L)＝0.1mol·L－1，pH＝1。电解饱和Na2SO4溶液相当于电解水，当阴极上有amol氢气生成时，阳极生成氧气的物质的量为0.5amol，电解水的质量为amol×2g·mol－1＋0.5amol×32g·mol－1＝18ag，剩余溶液仍然是饱和溶液，则溶质质量分数为eq\f(142w,322w＋18a)×100%。答案：(1)CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－890.3kJ·mol－1(2)131.5(3)①CH4O2＋4e－＋2CO2=2COeq\o\al(2－,3)②4OH－－4e－=O2↑＋2H2O561③eq\f(142w,322w＋18a)×100%10．全钒液流电池是一种活性物质呈循环流动液态的电池，目前钒电池技术已经趋近成熟。如图是钒电池基本工作原理示意图：请回答下列问题：(1)硫酸在电池技术和实验室中具有广泛的应用，在传统的铜锌原电池中，硫酸是________________，实验室中配制硫酸亚铁时需要加入少量硫酸，硫酸的作用是________________________。(2)钒电池由溶解于一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子(V2＋、V3＋、VO2＋、VOeq\o\al(＋,2))为正极和负极的活性物质组成，电池总反应为VO2＋＋V3＋＋H2Oeq\o(,\s\up7(充电),\s\do5(放电))V2＋＋VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋。放电时的正极反应式为______________________，充电时的阴极反应式为__________________________。放电过程中，电解液的pH________(填“升高”“降低”或“不变”)。(3)钒电池基本工作原理示意图中“正极电解液”可能是________。a．VOeq\o\al(＋,2)、VO2＋混合液 b．V3＋、V2＋混合液c．VOeq\o\al(＋,2)溶液 d．VO2＋溶液e．V3＋溶液f．V2＋溶液(4)能够通过钒电池基本工作原理示意图中“隔膜”的离子是________。解析：(1)传统的铜锌原电池中，锌与酸反应生成氢气，故硫酸为电解质溶液；硫酸亚铁容易水解，且水解显酸性，加入少量硫酸，可以抑制其水解变质。(2)正极反应是还原反应，由电池总反应可知放电时的正极反应为VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋＋e－=VO2＋＋H2O；充电时，阴极反应为还原反应，故为V3＋得电子生成V2＋的反应。(3)充电时阳极反应式为VO2＋＋H2O－e－=VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋，故充电完毕的正极电解液为VOeq\o\al(＋,2)溶液，而放电完毕的正极电解液为VO2＋溶液，故正极电解液可能是选项a、c、d。(4)充电和放电过程中，正极电解液与负极电解液不能混合，起平衡电荷作用的是加入的酸，故H＋可以通过隔膜。答案：(1)电解质溶液抑制硫酸亚铁的水解(2)VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋＋e－=VO2＋＋H2OV3＋＋e－=V2＋升高(3)acd(4)H＋11．甲醇是一种重要的化工原料，又是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景。(1)已知：CH3OH(g)=HCHO(g)＋H2(g)ΔH＝＋84kJ·mol－12H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH＝－484kJ·mol－1①工业上常以甲醇为原料制取甲醛，请写出CH3OH(g)与O2(g)反应生成HCHO(g)和H2O(g)的热化学方程式：______________________________________________。②在上述制备甲醛时，常向反应器中通入适当过量的氧气，其目的________________________________________________________________________。(2)工业上可用如下方法合成甲醇，化学方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，已知某些化学键的键能数据如表所示：化学键C—CC—HH—HC—OC≡OO—H键能/(kJ·mol－1)348413436358x463请回答下列问题：①该反应的ΔS________(填“>”或“<”)0。图1中曲线a到曲线b的措施是_______________。②已知CO中的C与O之间为叁键，其键能为xkJ·mol－1，则x＝________。(3)由甲醇、氧气和NaOH溶液构成的新型手机电池，可使手机连续使用一个月才充一次电。①该电池负极的电极反应式为_____________________________________________。②若以该电池为电源，用石墨作电极电解200mL含有如下离子的溶液。离子Cu2＋H＋Cl－SOeq\o\al(2－,4)c/(mol·L－1)0.5220.5电解一段时间后，当两极收集到相同体积(相同条件下)的气体时(忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象)阳极上收集到氧气的质量为________。(4)电解水蒸气和CO2产生合成气(H2＋CO)。较高温度下(700～1000℃)，在SOEC两侧电极上施加一定的直流电压，H2O和CO2在氢电极发生还原反应产生O2－，O2－穿过致密的固体氧化物电解质层到达氧电极，在氧电极发生氧化反应得到纯O2。由图2可知A为直流电源的________(填“正极”或“负极”)，请写出以H2O为原料生成H2的电极反应式：________________________________________________________________________。解析：(1)①第一个热化学方程式×2＋第二个热化学方程式，即可得到目标反应。②两种反应物，一种稍过量，可以保证另一种充分反应，同时甲醇的催化氧化需要加热，H2与O2化合放热，提供反应所需的能量。(2)①该反应气体分子数减少，ΔS<0；图中曲线a的活化能大，而曲线b的活化能小，所以曲线a到曲线b的措施是加入催化剂。②根据图像，可以写出该反应的热化学方程式为CO(g)＋2H2(g)C