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專題檢測（四） 化學反應與能量變化 一、選擇題(每小題有1～2個選項符合題意) 1．下列電池工作時，O2在正極放電的是(　　) A.鋅錳電池 B.氫燃料電池 C.鉛蓄電池 D.鎳鎘電池 解析：選B　A中正極放電的是MnO2，B中正極放電的是O2，C中正極放電的是PbO2，D中正極放電的是NiOOH。 2．物質(zhì)(t－BuNO)2在正庚烷溶劑中發(fā)生如下反應： (t－BuNO)22(t－BuNO)　ΔH＝＋50.5 kJmol－1，Ea＝90.4 kJmol－1。下列圖像合理的是(　　) 解析：選D　ΔH>0，此反應為吸熱反應，生成物的總能量大于反應物的總能量，B、C項錯誤；再根據(jù)Ea和ΔH的比例關系可知D項正確。 3．(2019常州一中模擬)用H2O2和H2SO4的混合溶液可溶出印刷電路板中的銅，其熱化學方程式為Cu(s)＋H2O2(l)＋2H＋(aq)===Cu2＋(aq)＋2H2O(l)　ΔH。已知： ①Cu(s)＋2H＋(aq)===Cu2＋(aq)＋H2(g) ΔH1＝＋64 kJmol－1 ②2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g)　 ΔH2＝－196 kJmol－1 ③H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　 ΔH3＝－286 kJmol－1 下列說法不正確的是(　　) A．反應①可通過銅作電極電解稀H2SO4的方法實現(xiàn) B．反應②在任何條件下都能自發(fā)進行 C．若H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH4，則ΔH4<ΔH3 D．ΔH＝－320 kJmol－1 解析：選C　用銅作電極電解稀H2SO4時，兩個電極的反應分別為Cu－2e－===Cu2＋、2H＋＋2e－===H2↑，總反應為Cu＋2H＋Cu2＋＋H2，A項正確；反應②的ΔH<0，ΔS>0，則在任何條件下均能自發(fā)進行，B項正確；因為H2O(g)所具有的能量較H2O(l)高，則反應H2(g)＋O2(g)===H2O(g)放出的熱量較少，ΔH4>ΔH3，C項錯誤；由蓋斯定律可得ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝－320 kJmol－1，D項正確。 4．鎂及其化合物一般無毒(或低毒)、無污染，且鎂電池放電時電壓高而平穩(wěn)。其中一種鎂電池的反應為xMg＋Mo3S4MgxMo3S4，下列說法錯誤的是(　　) A．放電時Mg2＋向正極遷移 B．放電時正極反應為Mo3S4＋2xe－===Mo3S C．充電時Mo3S4發(fā)生氧化反應 D．充電時陰極反應為Mg2＋＋2e－===Mg 解析：選C　電池放電時，相當于原電池，電解質(zhì)溶液中陽離子(Mg2＋)向正極遷移，A正確；放電時，正極上Mo3S4發(fā)生還原反應，B正確；充電時是電解池，Mo3S4是產(chǎn)物，C錯誤；充電時，陰極為陽離子(Mg2＋)發(fā)生還原反應，D正確。 5．某固體酸燃料電池以CsHSO4固體為電解質(zhì)傳遞H＋，其基本結(jié)構(gòu)如圖所示，電池總反應可表示為2H2＋O2===2H2O，下列有關說法正確的是(　　) A．電子通過外電路從b極流向a極 B．b極上的電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．每轉(zhuǎn)移0.1 mol電子，消耗1.12 L的H2 D．H＋由a極通過固體酸電解質(zhì)傳遞到b極 解析：選D　由電極反應式可知，H2通入的一極為負極，O2通入的一極為正極，故a為負極、b為正極，電子應該是通過外電路由a極流向b極，A錯誤；b極上的電極反應式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，B錯誤；沒有明確此時是否處于標準狀況，故無法計算消耗H2的體積，C錯誤。 6．在固態(tài)金屬氧化物電解池中，高溫共電解H2OCO2混合氣體制備H2和CO是一種新的能源利用方式，基本原理如圖所示。下列說法不正確的是(　　) A．X是電源的負極 B．陰極的反應式：H2O＋2e－===H2↑＋O2－，CO2＋2e－===CO＋O2－ C．總反應可表示為H2O＋CO2H2＋CO＋O2 D．陰、陽兩極生成的氣體的物質(zhì)的量之比是1∶1 解析：選D　A．從圖示可看出，與X相連的電極發(fā)生H2O→H2、CO2→CO的轉(zhuǎn)化，均得電子，應為電解池的陰極，則X為電源的負極，A正確；B.陰極H2O→H2、CO2→CO均得電子發(fā)生還原反應，電極反應式分別為H2O＋2e－===H2↑＋O2－、CO2＋2e－===CO＋O2－，B正確；C.從圖示可知，陰極生成H2和CO的同時，陽極有O2生成，所以總反應可表示為H2O＋CO2H2＋CO＋O2，C正確；D.從總反應方程式可知，陰極生成2 mol氣體(H2、CO各1 mol)、陽極生成1 mol氣體(氧氣)，所以陰、陽兩極生成的氣體物質(zhì)的量之比為2∶1，D錯誤。 7．(2019連云港模擬)用如圖裝置電解硫酸鉀溶液制取氫氣、氧氣、硫酸和氫氧化鉀。從開始通電時，收集B和C逸出的氣體。1 min后測得B口的氣體體積為C口處的一半，下列說法不正確的是(　　) A．電源左側(cè)為正極 B．電解槽左側(cè)的電極反應方程式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ C．D口導出的溶液為KOH溶液，且濃度比剛加入電解槽右側(cè)時的濃度小 D．在標準狀況下，若1 min后從C口處收集到的氣體比B口處收集到的氣體多2.24 L，則有0.1NA個SO通過陰離子膜 解析：選CD　根據(jù)題意，電極應為惰性電極，左側(cè)電極為陽極，右側(cè)電極為陰極，電極反應式為陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(或2H2O－4e－===O2↑＋4H＋)；陰極：4H＋＋4e－===2H2↑(或4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－)；A、B均正確；C項，右側(cè)由于H＋放電，產(chǎn)生KOH，所以其濃度比剛加入電解槽右側(cè)時的濃度大；D項，設產(chǎn)生O2為x mol，則產(chǎn)生H2為2x mol,2x－x＝0.1 mol，x＝0.1 mol，消耗的OH－為0.4 mol，則有0.2NA個SO通過陰離子膜。 8．用酸性甲醛燃料電池為電源進行電解的實驗裝置如圖所示，下列說法中正確的是(　　) A．當a、b都是銅作電極時，電解的總反應方程式為2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑ B．燃料電池工作時，正極反應為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．當燃料電池消耗22.4 L甲醛氣體時，電路中理論上轉(zhuǎn)移2 mol e－ D．燃料電池工作時，負極反應為HCHO＋H2O－2e－===HCOOH＋2H＋ 解析：選D　由題中裝置圖可知，左邊是原電池裝置，右邊是電解池裝置。通入HCHO的一極是負極，通入O2的一極是正極，a是陰極，b是陽極。當a、b都是銅作電極時，a極反應為Cu2＋＋2e－===Cu，b極反應為Cu－2e－===Cu2＋，A項錯誤；燃料電池工作時，正極是氧氣得到電子發(fā)生還原反應，電解質(zhì)為酸性電解質(zhì)，所以電極反應為O2＋4H＋＋4e－===2H2O，B項錯誤；沒有給出氣體所處的溫度和壓強，甲醛氣體的體積為22.4 L時其物質(zhì)的量不一定為1 mol，C項錯誤；燃料電池工作時，甲醛失去電子，發(fā)生氧化反應HCHO＋H2O－2e－===HCOOH＋2H＋，D項正確。 二、非選擇題 9．能源是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎，我國目前使用的能源主要是化石燃料。 (1)在25 ℃、101 kPa時，16 g CH4完全燃燒生成液態(tài)水時放出的熱量是890.3 kJ，則CH4燃燒的熱化學方程式為___________________________________________________。 (2)已知：C(s)＋O2(g)===CO2(g)　 ΔH＝－437.3 kJmol－1 H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　 ΔH＝－285.8 kJmol－1 CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　 ΔH＝－283.0 kJmol－1 則煤氣化反應C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)的焓變ΔH＝______kJmol－1。 (3)如圖所示組成閉合回路，其中，甲裝置中CH4為負極，O2和CO2的混合氣體為正極，稀土金屬材料為電極，以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)；乙裝置中a、b為石墨，b極上有紅色物質(zhì)析出，CuSO4溶液的體積為200 mL。 ①甲裝置中氣體A為__________(填“CH4”或“O2和CO2”)，d極上的電極反應式為________________________________________________________________________。 ②乙裝置中a極上的電極反應式為__________________________________________。 若在a極產(chǎn)生112 mL(標準狀況)氣體，則甲裝置中消耗CH4________mL(標準狀況)，乙裝置中所得溶液的pH＝________。(忽略電解前后溶液體積變化) ③如果乙中電極不變，將溶液換成飽和Na2SO4溶液，當陰極上有a mol氣體生成時，同時有w g Na2SO410H2O晶體析出，若溫度不變，剩余溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)應為________(用含w、a的表達式表示，不必化簡)。 解析：甲裝置為原電池，乙裝置為電解池，b極上析出的紅色物質(zhì)是Cu，b極為陰極，c極為負極，d極為正極，電極反應式為O2＋4e－＋2CO2===2CO；a極為陽極，析出O2，電極反應式為4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；a極產(chǎn)生112 mL O2，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量＝4＝0.02 mol，消耗V(CH4)＝22.4 Lmol－1＝0.056 L，乙裝置中所得c(H＋)＝＝0.1 molL－1，pH＝1。電解飽和Na2SO4溶液相當于電解水，當陰極上有a mol氫氣生成時，陽極生成氧氣的物質(zhì)的量為0.5a mol，電解水的質(zhì)量為a mol2 gmol－1＋0.5a mol32 gmol－1＝18a g，剩余溶液仍然是飽和溶液，則溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為100%。 答案：(1)CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－890.3 kJmol－1 (2)131.5 (3)①CH4　O2＋4e－＋2CO2===2CO ②4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　56　1 ③100% 10．全釩液流電池是一種活性物質(zhì)呈循環(huán)流動液態(tài)的電池，目前釩電池技術已經(jīng)趨近成熟。如圖是釩電池基本工作原理示意圖： 請回答下列問題： (1)硫酸在電池技術和實驗室中具有廣泛的應用，在傳統(tǒng)的銅鋅原電池中，硫酸是________________，實驗室中配制硫酸亞鐵時需要加入少量硫酸，硫酸的作用是________________________。 (2)釩電池由溶解于一定濃度硫酸溶液中的不同價態(tài)的釩離子(V2＋、V3＋、VO2＋、VO)為正極和負極的活性物質(zhì)組成，電池總反應為VO2＋＋V3＋＋H2OV2＋＋VO＋2H＋。放電時的正極反應式為______________________，充電時的陰極反應式為__________________________。放電過程中，電解液的pH________(填“升高”“降低”或“不變”)。 (3)釩電池基本工作原理示意圖中“正極電解液”可能是________。 a．VO、VO2＋混合液　　 b．V3＋、V2＋混合液 c．VO溶液 d．VO2＋溶液 e．V3＋溶液 f．V2＋溶液 (4)能夠通過釩電池基本工作原理示意圖中“隔膜”的離子是________。 解析：(1)傳統(tǒng)的銅鋅原電池中，鋅與酸反應生成氫氣，故硫酸為電解質(zhì)溶液；硫酸亞鐵容易水解，且水解顯酸性，加入少量硫酸，可以抑制其水解變質(zhì)。(2)正極反應是還原反應，由電池總反應可知放電時的正極反應為VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O；充電時，陰極反應為還原反應，故為V3＋得電子生成V2＋的反應。(3)充電時陽極反應式為VO2＋＋H2O－e－===VO＋2H＋，故充電完畢的正極電解液為VO溶液，而放電完畢的正極電解液為VO2＋溶液，故正極電解液可能是選項a、c、d。(4)充電和放電過程中，正極電解液與負極電解液不能混合，起平衡電荷作用的是加入的酸，故H＋可以通過隔膜。 答案：(1)電解質(zhì)溶液　抑制硫酸亞鐵的水解 (2)VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O V3＋＋e－===V2＋　升高 (3)acd　(4)H＋ 11．甲醇是一種重要的化工原料，又是一種可再生能源，具有開發(fā)和應用的廣闊前景。 (1)已知：CH3OH(g)===HCHO(g)＋H2(g)ΔH＝＋84 kJmol－1 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)ΔH＝－484 kJmol－1 ①工業(yè)上常以甲醇為原料制取甲醛，請寫出CH3OH(g)與O2(g)反應生成HCHO(g)和H2O(g)的熱化學方程式：______________________________________________。 ②在上述制備甲醛時，常向反應器中通入適當過量的氧氣，其目的________________________________________________________________________。 (2)工業(yè)上可用如下方法合成甲醇，化學方程式為CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，已知某些化學鍵的鍵能數(shù)據(jù)如表所示： 化學鍵 C—C C—H H—H C—O C≡O O—H 鍵能/(kJmol－1) 348 413 436 358 x 463 請回答下列問題： ①該反應的ΔS________(填“>”或“<”)0。圖1中曲線a到曲線b的措施是_______________。 ②已知CO中的C與O之間為叁鍵，其鍵能為x kJmol－1，則x＝________。 (3)由甲醇、氧氣和NaOH溶液構(gòu)成的新型手機電池，可使手機連續(xù)使用一個月才充一次電。 ①該電池負極的電極反應式為_____________________________________________。 ②若以該電池為電源，用石墨作電極電解200 mL含有如下離子的溶液。 離子 Cu2＋ H＋ Cl－ SO c/(molL－1) 0.5 2 2 0.5 電解一段時間后，當兩極收集到相同體積(相同條件下)的氣體時(忽略溶液體積的變化及電極產(chǎn)物可能存在的溶解現(xiàn)象)陽極上收集到氧氣的質(zhì)量為________。 (4)電解水蒸氣和CO2產(chǎn)生合成氣(H2＋CO)。較高溫度下(700～1 000 ℃)，在SOEC兩側(cè)電極上施加一定的直流電壓，H2O和CO2在氫電極發(fā)生還原反應產(chǎn)生O2－，O2－穿過致密的固體氧化物電解質(zhì)層到達氧電極，在氧電極發(fā)生氧化反應得到純O2。由圖2可知A為直流電源的________(填“正極”或“負極”)，請寫出以H2O為原料生成H2的電極反應式：________________________________________________________________________。 解析：(1)①第一個熱化學方程式2＋第二個熱化學方程式，即可得到目標反應。②兩種反應物，一種稍過量，可以保證另一種充分反應，同時甲醇的催化氧化需要加熱，H2與O2化合放熱，提供反應所需的能量。(2)①該反應氣體分子數(shù)減少，ΔS<0；圖中曲線a的活化能大，而曲線b的活化能小，所以曲線a到曲線b的措施是加入催化劑。②根據(jù)圖像，可以寫出該反應的熱化學方程式為CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH＝－91 kJmol－1，根據(jù)反應的ΔH等于反應物鍵能之和減去生成物鍵能之和，x＋2436－(3413＋358＋463)＝－91，解得x＝1 097。(3)①由甲醇、氧氣和NaOH溶液構(gòu)成的燃料電池，通入甲醇的一極發(fā)生氧化反應生成碳酸根離子和水，作原電池的負極，電極反應式為CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O。②根據(jù)題意知，陽極電極反應為2Cl－－2e－===Cl2↑、4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，陰極電極反應為Cu2＋＋2e－===Cu、2H＋＋2e－===H2↑；設陽極生成氧氣的物質(zhì)的量為x mol，則陽極0.4 mol Cl－先失去0.4 mol e－生成0.2 mol Cl2，OH－再失去4x mol e－生成x mol O2，陰極0.1 mol Cu2＋先得到0.2 mol e－，根據(jù)得失電子守恒，H＋再得到0.4＋4x－0.2＝(0.2＋4x) mol e－，生成(0.1＋2x) mol H2，陰、陽兩極產(chǎn)生氣體體積相同，則0.2＋x＝0.1＋2x，解得x＝0.1，陽極上收集到氧氣的物質(zhì)的量為0.1 mol，質(zhì)量為3.2 g。(4)根據(jù)O2－的移動方向可知氧電極是陽極，所以B是正極，A是負極；根據(jù)介質(zhì)環(huán)境，H2O得到電子生成H2，O以 O2－形式存在。 答案：(1)①2CH3OH(g)＋O2(g)===2HCHO(g)＋2H2O(g) ΔH＝－316 kJmol－1?、谔岣呒状嫉霓D(zhuǎn)化率，且氧氣與氫氣化合放熱，為制備甲醛提供能量 (2)①<　加入催化劑?、? 097 (3)①CH3OH－6e－＋8OH－===CO2＋6H2O　②3.2 g (4)負極　H2O＋2e－===H2↑＋O2－