专题六 化学反应与能量变化（单元测试）-高一化学同步课堂（苏教版2019必修第二册）（解析版）

第第页专题六化学反应与能量变化（满分：100分时间：75分）一、选择题(本题共13小题，每小题3分，共39分。每小题只有一个选项符合题意)1．化学反应中的能量变化是由化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时放出的能量不同引起的。如图为N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化：下列说法中正确的是()A．1molN2(g)和1molO2(g)完全反应放出的能量为180kJB．通常情况下，N2(g)和O2(g)混合能直接生成NOC．1molN2(g)和1molO2(g)具有的总能量小于2molNO(g)具有的总能量D．NO是一种酸性氧化物，能与NaOH溶液反应生成盐和水【答案】C【解析】A项，1molN2(g)和1molO2(g)完全反应，产生2mol气态NO时，断键吸收能量Q吸＝946kJ＋498kJ＝1444kJ，成键放出能量Q放＝2×632kJ＝1264kJ，Q吸>Q放，反应吸收能量，吸收的能量为Q吸－Q放＝180kJ，错误；B项，通常情况下，N2(g)和O2(g)混合不能直接生成NO，错误；C项，由于反应吸热，所以反应物1molN2(g)和1molO2(g)具有的总能量小于2molNO(g)具有的总能量，正确；D项，NO是一种不成盐氧化物，不能与NaOH溶液反应生成盐和水，错误。2.火星大气中含有大量CO2,一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极,碳纳米管为正极,放电时()A.负极上发生还原反应B.将电能转化为化学能C.阳离子由正极移向负极D.CO2在正极上得电子【答案】D【解析】该装置为原电池,将化学能转变为电能,A错误;Al为活泼金属,作负极,通入CO2的一极为正极,CO2得电子生成C2O42−,电极反应为2CO2+2e-C2O42−,B错误;1mol草酸铝含2molAl3+,由2molAl单质失去6mol电子生成,C错误;该装置中CO2最后生成C2O3．某反应由两步反应ABC构成，它的反应能量曲线如图。下列叙述正确的是()A．三种化合物中C最稳定B．两步反应均为吸热反应C．A与C的能量差为E4D．对于AB反应，反应条件一定要加热【答案】A【解析】根据能量越低越稳定的原则，C最稳定，A正确；由图像可知，第一步反应为吸热反应，第二步反应为放热反应，B错误；A与C的能量差为ΔH＝(E1－E2)＋(E3－E4)＝(E1＋E3－E2－E4)(kJ/mol),C错误；AB的反应是吸热反应，与反应发生的条件无关，即吸热反应不一定要加热，D错误。4.某原电池的工作原理如图所示，总反应为Zn＋2NH4＋Zn2＋＋2NHA.石墨为电池的正极B.电池工作时Zn逐渐被消耗C.电子由石墨电极经外电路流向Zn电极D.反应2NH4＋＋2e－2NH3【答案】C【解析】由总反应Zn＋2NH4＋Zn2＋＋2NH3↑＋H2↑知，锌元素的化合价升高失去电子被氧化，作负极，逐渐被消耗，石墨是正极，故A正确，B正确；电子由负极经外电路流向正极，即电子由锌经外电路流向石墨，故C错误；在原电池中，正极发生还原反应，则反应2NH4＋＋2e－5．在2.0L恒温恒容密闭容器中充入1.0molHCl和0.3molO2，加入催化剂发生反应4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)，HCl、O2的物质的量随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是()A．t2时，v正＝v逆B．加入催化剂反应速率不变C．t1时，容器内气体的总压强比t2时的小D．t3时，容器中c(Cl2)＝c(H2O)＝0.2mol·L－1【答案】D【解析】t2时，反应物的量还在减少，反应还在向正方向进行，v(正)>v(逆)，选项A错误；加入催化剂可改变化学反应速率，选项B错误；反应4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)是气体体积减小的反应，随着反应的进行，气体的总物质的量减小，恒容容器内压强减小，故t1时容器内气体的总压强比t2时的大，选项C错误；t3时，O2的物质的量为0.1mol，减少了0.2mol，故生成Cl2、H2O的物质的量均为0.4mol，容器中c(Cl2)＝c(H2O)＝0.2mol·L－1，选项D正确。6．一定条件下，Cu2＋、Mn2＋、Fe3＋的浓度对乙酸在光照条件下的催化降解率的影响如图所示，其降解产物为无污染物质。下列判断错误的是()A．温度越高，Cu2＋、Mn2＋、Fe3＋的催化降解率越大B．离子浓度相同时，Cu2＋的催化效果最好C．Fe3＋的浓度对乙酸降解率的影响不大D．乙酸的降解产物可能是CO2和H2O【答案】A【解析】Cu2＋、Mn2＋、Fe3＋均可作乙酸降解的催化剂，要使催化剂达到最佳催化效果，需在一定温度下进行，并不是温度越高越好，A项错误；根据图示可知，相同浓度下，a线(Cu2＋)表示的降解率最大，B项正确；根据图示可知，Fe3＋的浓度增加，乙酸的降解率变化不是很大，所以Fe3＋的浓度对乙酸降解率的影响不大，C项正确；乙酸的降解产物为无污染物质，其产物可能为CO2、H2O，D项正确。7.一定温度下，恒容密闭容器中，发生反应：2HI（g）⇌H2（g）＋I2（g，紫色），下列选项中不能说明已达平衡状态的是（）A.各物质的浓度不再变化B.混合气体颜色不再变化C.HI、H2、I2的物质的量浓度之比为2∶1∶1D.HI的质量不再变化【答案】C【解析】A项，各物质的浓度不再变化是化学平衡状态的特征，说明反应处于平衡状态；B项，混合气体中只有I2是紫色气体，其余气体均无色，若混合气体颜色不再变化，说明各物质的浓度不再变化，反应处于平衡状态；C项，HI、H2、I2的物质的量浓度之比为2∶1∶1，未说明保持这个比值不变，故反应可能处于平衡状态，也可能未达到平衡状态，这与反应开始时加入的物质的多少及反应条件有关，因此不能据此判断反应是否处于平衡状态；D项，HI的质量不再变化，说明其浓度不变，反应处于平衡状态。8.反应X2Z经历两步:①XY;②Y2Z。反应体系中X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是()A.a为c(X)随t的变化曲线B.t1时,c(X)=c(Y)=c(Z)C.t2时,Y的消耗速率大于生成速率D.t3后,c(Z)=2c0-c(Y)【答案】D【解析】由于反应X2Z分①XY和②Y2Z两步进行,随着不断反应,X的浓度逐渐减小,Y的浓度先增大后减小,Z的浓度逐渐增大,由此可判断如下图:结合上述分析可知a表示c(X)随t的变化曲线,A项正确;t1时,三条曲线交于一点,则此时三种物质的物质的量浓度相等,B项正确;t2时Y的物质的量浓度在减小,说明Y的消耗速率大于生成速率,C项正确;由题图可知,t3后X的浓度为0,若全生成Z,则c(Z)=2c0,体系中存在一定量的Y,由②可知,体系中c(Z)=2c0-2c(Y),D项错误。9.硫化氢与甲醇合成甲硫醇(CH3SH)的催化过程如图。下列说法中错误的是()A.过程①、②均需要吸收能量B.总反应方程式可以表示为H2S+CH3OHH2O+CH3SHC.过程④中,只形成了O—H键D.反应前后催化剂的质量和化学性质没有改变【答案】C【解析】由题图可知,过程①、②均为断键过程,需要吸收能量,A项正确;总反应为硫化氢和甲醇生成水和甲硫醇,化学方程式可以表示为H2S+CH3OHH2O+CH3SH,B项正确;由题图可知,过程④中也形成了C—S键,C项错误;催化剂可以改变反应速率,且反应前后催化剂的质量和化学性质没有改变,D项正确。10.N2H4是一种高效清洁的火箭燃料。0.25molN2H4（g）完全燃烧生成氮气和气态水时，放出133.5kJ热量。则下列热化学方程式中正确的是（）A.12N2H4（g）＋12O2（g）12N2（g）＋HB.N2H4（g）＋O2（g）N2（g）＋2H2O（g）ΔH＝－133.5kJ·molC.N2H4（g）＋O2（g）N2（g）＋2H2O（g）ΔH＝＋534kJ·molD.N2H4（g）＋O2（g）N2（g）＋2H2O（g）ΔH＝－534kJ·mol【答案】D【解析】因为N2H4的燃烧为放热反应，所以ΔH＜0，A、C错误；0.25molN2H4（g）燃烧放热133.5kJ，故1molN2H4（g）燃烧放热（4×133.5）kJ＝534kJ，D正确，B错误。11.一定温度下,在N2O5的四氯化碳溶液(100mL)中发生分解反应:2N2O54NO2+O2。在不同时刻测量放出的O2体积,换算成N2O5浓度如下表:t/s06001200171022202820xc(N2O5)/(mol·L-1)1.400.960.660.480.350.240.12下列说法正确的是()A.600~1200s,生成NO2的平均速率为5.0×10-4mol·L-1·s-1B.反应2220s时,放出的O2体积为11.8L(标准状况)C.反应达到平衡时,v正(N2O5)=2v逆(NO2)D.推测上表中的x为3930【答案】D【解析】600~1200s内平均反应速率v(N2O5)=(0.96-0.66)mol·L-1600s=5×10-4mol·L-1·s-1,由化学计量数可知v(NO2)=2v(N2O5)=1×10-3mol·L-1·s-1,A项错误;反应至2220s时消耗n(N2O5)=0.1L×(1.40-0.35)mol·L-1=0.105mol,放出的O2在标准状况下的体积为12×0.105mol×22.4L·mol-1=1.176L,B项错误;反应达到平衡状态时,正向和逆向反应速率相等,即2v正(N2O5)=v逆(NO2),C项错误;观察表格中数据可知从600s开始c(N2O5)由0.96mol·L-1依次减少至0.48mol·L-1、再减少至0.24mol·L-1均用时1110s,则c(N2O5)由0.24mol·L12.凭借清洁、储量大、能量转换率高、运行稳定等优势，氢能被现代工业视为最理想、潜力最大的新能源。氢燃料电池被誉为氢能源汽车的心脏。某种氢燃料电池的内部结构如图所示，下列说法正确的是（设NA为阿伏加德罗常数的值）（）A.电池每消耗11.2L氢气，电路中通过的电子数目为NAB.a处通入的是氧气C.右侧电极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O4OHD.电池的总反应式：2H2＋O22H2【答案】D【解析】由氢离子及电子的移动方向可知右边电极为正极，左边电极为负极，氢气燃料通入负极，氧气通入正极。A项，未给明氢气所处温度和压强，无法计算氢气的物质的量和通过的电子数，错误；B项，左边电极为负极，a处应通入氢气，错误；C项，电解质中有大量氢离子向右迁移，则右侧电极上发生的反应为4H＋＋O2＋4e－2H2O，错误；D项，氢氧燃料电池总反应与氢气燃烧类似，总反应式为2H2＋O22H13．科学家最新研究表明，一种糖生物电池可以完全将糖中的化学能转变为电能，它使用酶代替贵金属催化剂，利用空气氧化糖类产生电流。下列有关判断正确的是()A．该电池不宜在高温下工作B．放电过程中，电池内阳离子向负极迁移C．若该电池为酸性介质，则正极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－D．若该电池为碱性介质，且以葡萄糖为原料，则电池总反应为C6H12O6＋6O2=6CO2＋6H2O【答案】A【解析】糖生物电池中的催化剂为生物酶，高温条件下生物酶催化活性减弱或消失，糖电池工作效率降低或不工作，所以糖电池不宜在高温下工作，故A正确；原电池放电时，内电路中阳离子移向正极，阴离子移向负极，故B错误；该电池中糖类所在电极为负极，通入氧气的电极为正极，酸性介质中氧气得电子生成水，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋=2H2O，故C错误；葡萄糖碱性原电池的总反应为C6H12O6＋6O2＋12OH－=6COeq\o\al(2－,3)＋12H2O，故D错误。二、非选择题(本题共4小题，共61分)14．（13分）化学反应中不仅有物质变化而且伴随着能量变化。（1）以下实验中属于吸热反应的是（填序号）。

（2）下图中，表示放热反应能量变化的是（填字母）。

（3）从微观角度分析化学反应中能量变化的原因：图中①和②分别为、（填“吸收”或“释放”）能量。氢气与氧气反应生成1mol水蒸气时，释放kJ能量。

(4)如图1所示是NO2和CO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图，请写出NO2和CO反应的热化学方程式：__________________________________________________。(5)化学反应的焓变与反应物和生成物的键能有关。①已知：H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH＝－185kJ·mol－1。请填空：共价键H—HCl—ClH—Cl键能/kJ·mol－1436247②图2中表示氧族元素中氧、硫、硒、碲生成氢化物时的焓变数据，根据焓变数据可确定a、b、c、d分别代表哪种元素，试写出硒化氢在热力学标准状态下，发生分解反应的热化学方程式：_____________________________________。【答案】（1）②（2）A（3）吸收释放245(4)NO2(g)＋CO(g)=NO(g)＋CO2(g)ΔH＝－234kJ·mol－1(5)①434②H2Se(g)=Se(s)＋H2(g)ΔH＝－81kJ·mol－1【解析】（1）①锌与稀硫酸反应属于放热反应；②柠檬酸和碳酸氢钠反应属于吸热反应；③所有的燃烧反应都是放热反应。（2）放热反应的反应物的总能量高于生成物的总能量，因此表示放热反应的能量变化的是A。（3）①为断键，断键吸收能量，②为形成化学键，形成化学键释放能量；断裂1molH2和12molO2中的化学键吸收的总能量为（436＋249）kJ＝685kJ，形成1molH2O中的化学键释放的能量为930kJ，因此生成1molH2(4)根据NO2和CO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图可知，反应物能量高于生成物能量，反应是放热反应，反应焓变＝E1－E2＝134kJ·mol－1－368kJ·mol－1＝－234kJ·mol－1，所以NO2和CO反应的热化学方程式为NO2(g)＋CO(g)=NO(g)＋CO2(g)ΔH＝－234kJ·mol－1。(5)①ΔH＝436kJ·mol－1＋247kJ·mol－1－2E(H—Cl)＝－185kJ·mol－1，解得E(H—Cl)＝434kJ·mol－1。②根据元素周期律，同一主族元素非金属性越强，其气态氢化物越稳定，而能量越低越稳定，所以a、b、c、d依次为H2Te、H2Se、H2S、H2O；b为硒化氢的生成热数据，则硒化氢分解放热，ΔH＝－81kJ·mol－1，所以H2Se发生分解反应的热化学方程式为H2Se(g)=Se(s)＋H2(g)ΔH＝－81kJ·mol－1。15.(14分)能源是现代文明的原动力,通过化学方法可以使能量按人们所期望的形式转化,从而开辟新能源和提高能源的利用率。(1)氢气在O2中燃烧的反应是热反应(填“放”或“吸”),这是由于反应物的总能量生成物的总能量(填“大于”“小于”或“等于”)。

(2)从化学反应的本质角度来看,氢气燃烧断裂反应物中的化学键吸收的总能量形成产物中的化学键放出的总能量(填“大于”“小于”或“等于”)。已知破坏1molH—H键、1molOO键、1molH—O键时分别需要吸收xkJ、ykJ、zkJ的能量。则1molH2(g)和0.5molO2(g)转化为1molH2O(g)时放出的热量为kJ。

(3)通过CO的燃烧反应,可以把CO中蕴含的化学能转化为热能,如果将该氧化还原反应设计成原电池装置,就可以把CO中蕴含的化学能转化为电能,如图就是能够实现该转化的装置(其中电解质溶液为KOH溶液),被称为CO燃料电池。该电池的正极是(填“a”或“b”),负极反应式为。

(4)若将图中的CO燃料电池用固体金属氧化物陶瓷作电解质(能够传导O2-),已知正极上发生的电极反应式为O2+4e-2O2-,则负极上发生的电极反应式为;电子从极(填“a”或“b”)流出。

【答案】(1)放大于(2)小于2z-x-0.5y(3)bCO-2e-+4OH-CO32−+2H2(4)CO+O2--2e-CO2a【解析】(1)燃烧反应为放热反应。当反应物的总能量大于生成物的总能量时反应为放热反应。(2)H2燃烧为放热反应,则反应物断键吸收的总能量应该小于生成物成键放出的总能量;反应放出的热量为2z-x-0.5y。(3)该燃料电池的总反应为2CO+O2+4OH-2CO32−+2H2O。O2在正极发生还原反应,则b为正极,CO在负极发生氧化反应,负极反应为CO-2e-+4OH-CO32−+2H2O。(4)该电池的总反应为2CO+O22CO2,a为负极,b为正极,电子从负极即a极流出。已知正极反应,则负极反应为CO+O2--2e-CO2。16.（18分）为了探究化学反应速率和化学反应限度的有关问题，某研究小组进行了以下实验：Ⅰ.以H2O2的分解反应为研究对象，实验方案与数据记录如下表，t表示收集amLO2所需的时间。序号反应温度/℃c（H2O2）/（mol·L－1）V（H2O2）/mLm（MnO2）/gt/min1202100t12202100.1t23204100.1t34402100.1t4（1）设计实验2和实验3的目的是研究对化学反应速率的影响。

（2）为研究温度对化学反应速率的影响，可以将实验和实验作对比（填序号）。

（3）将实验1和实验2作对比，t1t2（填“＞”“＜”或“＝”）。

Ⅱ.以KI和FeCl3反应为例（2Fe3＋＋2I－⇌2Fe2＋＋I2）设计实验，探究此反应存在一定的限度（提示：Fe3＋遇SCN－，溶液呈红色）。可选试剂：①0.1mol·L－1KI溶液②0.1mol·L－1FeCl3溶液③0.1mol·L－1FeCl2溶液④0.1mol·L－1盐酸⑤0.1mol·L－1KSCN溶液⑥CCl4实验步骤：（1）取5mL0.1mol·L－1KI溶液，再滴加几滴0.1mol·L－1FeCl3溶液；（2）充分反应后，将溶液分成三份；（3）取其中一份，加试剂⑥，振荡，CCl4层显紫色，说明反应生成碘；（4）另取一份，加试剂（填序号），现象，说明此反应存在一定的限度。

Ⅲ.N2O4可分解为NO2。在100mL密闭容器中投入0.01molN2O4，利用现代化学实验技术跟踪测量c（NO2）。c（NO2）随时间变化的数据记录如下图所示。（1）反应容器中最后剩余的物质有，其中N2O4的物质的量为mol。

（2）c（NO2）随时间变化的曲线表明，实验测得的化学反应速率在逐渐减小，最后变为。

【答案】Ⅰ.（1）H2O2的浓度（2）24（3）＞Ⅱ.（4）⑤溶液显红色Ⅲ.（1）N2O4和NO20.004（2）定值【解析】Ⅰ.（1）由实验2和实验3可知，其他变量相同，不同的是H2O2的浓度，故研究的是浓度对化学反应速率的影响。（2）研究温度对化学反应速率的影响，需要控制除温度外的其他因素相同，对比实验1、2、3、4可知，实验2和实验4作对比可达到实验目的。（3）对比实验1和2，实验2使用了MnO2作催化剂，反应速率加快，收集amLO2所需的时间短。Ⅱ.探究化学反应存在限度，即反应不能进行到底，由步骤（1）可知KI过量，FeCl3不足，若Fe3＋有剩余说明反应有限度，步骤（4）是检验Fe3＋的存在。Ⅲ.（1）发生反应N2O4⇌2NO2，起始c（N2O4）＝0.1mol·L－1，若完全分解则生成c（NO2）＝0.2mol·L－1，而c（NO2）＝0.12mol·L－1后不再变化，说明反应有限度，此时N2O4、NO2均存在。n（NO2）＝0.012mol，则剩余N2O4的物质的量为0.01mol－0.012mol÷2＝0.004mol。（2）最终达到反应限度（平衡），此时v正＝v逆≠0，反应速度变为定值，一定要注意不是0。17.(16分)某可逆反应在体积为5L的密闭容器中进行,0~3min内各物质的物质的量的变化情况如图所示(A、B、C均为气体):(1)该反应的化学方程式为。

(2)反应开始至2min时,B的平均反应速率为。

(3)能说明该反应已达到平衡状态的是(填字母)。

a.v(A)=2v(B)b.容器内压强保持不变c.2v逆(A)=v正(B)d.容器内混合气体的密度保持不变e.c(A)∶c(B)∶c(C)=2∶1∶2f.混合气体的平均相对分子质量保持不变(4)在密闭容器里,通入amolA(g)、bmolB(g)、cmolC(g),发生上述反应,当改变下列条件时,反应速率会减小的是(填字母)。

A.降低温度