1、专题六化学反应与能量A组基础巩固练1.(2022湖南长沙一中二模)在一定条件下A2和B2可发生反应:A2(g)+3B2(g)2AB3(g)。图1表示在一定温度下反应过程中的能量变化,图2表示在固定容积为2 L的密闭容器中反应时A2的物质的量随时间变化的关系,图3表示在其他条件不变的情况下,改变反应物B2的起始物质的量对此反应平衡的影响。下列说法正确的是()图1图2图3A.该反应属于高温自发进行的反应B.10 min内该反应的平均速率v(B2)=0.09 molL-1min-1C.11 min时,其他条件不变,压缩容器容积至1 L,n(A2)的变化趋势如图2中曲线d所示D.图3中T1T2,b点对
2、应状态下A2的转化率最高2.(2022湖北省名校联盟联考)某Li-CuO二次电池以含Li+的有机溶液为电解质溶液,放电时的工作原理为2Li+CuOLi2O+Cu。下列说法正确的是()A.放电时电子的流向:Li电解质溶液CuOB.放电时,正极的电极反应式为CuO-2e-Cu+O2-C.充电时,Li与直流电源正极相连D.充电时,阳极的质量减轻3.(2022湖南长沙明德中学二模)已知反应2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g)H=-620.9 kJmol-1。一定条件下该反应经历三个基元反应阶段,反应过程如图所示(TS表示过渡态)。下列说法正确的是()A.图中E=306.6 kJmol-
3、1B.三个基元反应中只有是放热反应C.该化学反应的速率主要由反应决定D.使用合适的催化剂,可以降低反应的活化能和反应热4.(2022吉林长春一模)下列关于如图所示转化关系(X代表卤素),说法正确的是()A.H2(g)+X2(g)2H(g)+2X(g)H2K35.(2022湖南长沙雅礼中学二模)甲硫醇是一种重要的化工原料,硫化氢与甲醇合成甲硫醇的催化过程如图。下列说法错误的是()A.上述过程的总反应是取代反应B.反应前后碳原子的成键数目发生了变化C.若CD3OD和H2S参与,则可能生成CHD2SH和D2OD.过程都是吸热的过程(不考虑催化剂吸附引起的热效应)6.(双选)(2022湖南衡阳二模)自
4、由基是化学键断裂时产生的含未成对电子的中间体,活泼自由基与氧气的反应一直是科研人员的关注点。HNO自由基与O2反应过程的能量变化如图所示,下列说法正确的是()A.反应物的键能总和小于生成物的键能总和B.产物P1与P2的分子式、氧元素的化合价均相同C.该过程中最大正反应的活化能E正=+186.19 kJD.相同条件下,Z转化为产物的速率:v(P1)v(P2)7.(双选)(2022湖南长沙明德中学二模)近年来,国家相继出台一系列政策,扶持光伏发电项目建设。如图1是太阳能电池工作示意图,与图2装置联合可实现能量的转化和储存。下列有关说法错误的是()A.Y接太阳能电池的P电极B.工作一段时间后,图2左
5、池pH不变C.每转移1 mol电子,图2右池溶液中n(H+)的变化量为2 molD.图2总反应:VO2+V3+H2OV2+VO2+2H+8.(2022福建泉州二模)发展碳捕集与利用的技术,将CO2转化为高附加值的化学品,实现CO2资源化利用,是一项重要的碳减排技术。(1)CO2电还原反应机理如图1所示,由图可知,催化剂选择纳米Au55(纳米Au55指的是含55个原子的Au纳米颗粒),理由是。表示物种从催化剂表面解吸的是过程(填“”“”或“”)。图1(2)电催化CO2还原制甲酸(HCOOH)图2为电催化CO2还原生产HCOOH的示意图,阳极的电极反应式为。标准状况下,每处理22.4 L的CO2气
6、体,可生成HCOOH的物质的量为 mol。图2B组能力提升练1.(2022湖南长沙雅礼中学一模)环己烷(C6H12)有椅型、半椅型、船型、扭船型等多种结构,不同结构的势能不同,它们的相对势能如图所示。下列说法错误的是()A.上述四种结构中,椅型结构最稳定B.C6H12(椅型)C6H12(船型)H=+28.9 kJmol-1C.相同条件下,椅型转化成扭船型的速率比逆向转化的快D.升温有利于椅型转化成扭船型2.(2022湖南常德桃源一中二模)某科研人员提出HCHO与O2在羟基磷灰石(HAP)表面催化氧化生成CO2、H2O的历程,该历程示意图如图(图中只画出了HAP的部分结构)。下列说法不正确的是(
7、)A.HAP能提高HCHO与O2的反应速率B.在整个反应历程中,有极性键和非极性键的断裂C.根据图示信息,CO2分子中的氧原子全部来自O2D.该反应可表示为HCHO+O2CO2+H2O3.(2022湖南衡阳二模)乙烯在酸催化下水合制乙醇的反应机理及能量与反应过程的关系如图所示。下列叙述正确的是()A.、三步均属于加成反应B.总反应速率由第步反应决定C.第步反应的中间体比第步反应的中间体稳定D.总反应不需要加热就能发生4.(2022湖南常德二模)如图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪,具有自动吹气流量检测与控制的功能,适合进行现场酒精检测,下列说法不正确的是()A.该电池的负极反应式:CH3CH2
8、OH+3H2O-12e-2CO2+12H+B.该电池的正极反应式:O2+4e-+4H+2H2OC.电流由O2所在的铂电极经外电路流向另一电极D.微处理器通过检测电流大小而计算出被测气体中酒精的含量5.(2022全国乙卷,12)Li-O2电池比能量高,在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来,科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时,光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+),驱动阴极反应(Li+e-Li)和阳极反应(Li2O2+2h+2Li+O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是()A.充电时,电池的总反应Li2O22Li+O2B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关C.放
9、电时,Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移D.放电时,正极发生反应O2+2Li+2e-Li2O26.(双选)(2022湖南邵阳一模)甲醇通过催化氧化制取甲醛时,在无催化剂(图中实线)和加入特定催化剂(图中虚线)时均会产生甲醛,其反应中相关物质的相对能量如图所示。下列说法错误的是()A.无催化剂时,温度升高,生成甲醛的正反应速率增大的程度比逆反应速率增大的程度大B.无催化剂时,生成CO比生成甲醛的活化能小C.该条件下CO2比CO的稳定性强D.加入该催化剂可提高图中各反应的速率,但不能改变反应的焓变7.(2022湖南长沙雅礼中学二模)双极膜电渗析法固碳技术是将捕集的CO2转化为CaCO3而矿化封存
10、,其工作原理如图所示。双极膜中间层中的H2O解离成H+和OH-,并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法不正确的是()A.两个双极膜中间层中的H+均向左侧迁移B.若碱室中c(HCO3-)c(CO32-)比值增大,则有利于CO2的矿化封存C.电解一段时间后,酸室中盐酸的浓度增大D.该技术中电解固碳总反应的离子方程式:2Ca2+2CO2+4H2O2CaCO3+2H2+O2+4H+8.(双选)(2022湖南长沙雅礼一模)某研究团队以KOH溶液为电解质,CoP和Ni2P纳米片为催化电极材料,电催化合成偶氮化合物()的装置如图所示(R代表烃基)。下列说法不正确的是()A.若用铅酸蓄电池作为电源,CoP
11、极连接铅酸蓄电池的铅电极B.Ni2P电极反应式为RCH2NH2-4e-RCN+4H+C.合成1 mol偶氮化合物,需转移4 mol电子D.离子交换膜是阴离子交换膜9.(2022湖南常德桃源一中二模)我国科研工作者提出通过电解原理联合制备环氧乙烷同时处理酸性含铬废水,其工作原理示意图如图所示。其中双极膜由阳离子交换膜和阴离子交换膜组成,工作时内层H2O解离为H+和OH-,并分别向两极迁移,下列说法正确的是()A.电极a为电源正极B.膜q为阳离子交换膜C.工作时,NaOH溶液浓度保持不变D.N极的电极反应式为Cr2O72-+14H+6e-2Cr3+7H2O10.(2022福建泉州三模)CO2加氢制
12、化工原料对实现“碳中和”有重大意义。部分CO2加氢反应的热化学方程式如下:反应:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)H1=+35.2 kJmol-1反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H2=-24.7 kJmol-1反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H3反应:CO2(g)+3H2(g)12CH3OCH3(g)+32H2O(g)H4回答下列问题:(1)已知:2H2(g)+O2(g)2H2O(g)H5=-483.6 kJmol-1。CH3OH(g)+O2(g)HCOOH(g)+H2O(g)H6= kJmol-1。(2)我国科学家以Bi为电极在酸性水
13、溶液中可实现电催化还原CO2,两种途径的反应机理如下图所示,其中,TS表示过渡态、数字表示微粒的相对总能量。途径一,CO2电还原经两步反应生成HCOOH:第一步为CO2+e-+H+HCOO*(*表示微粒与Bi的接触位点);第二步为。CO2电还原的选择性以途径一为主,理由是。(3)目前,科研人员在研究CO2光电催化还原为甲醇的领域也取得了一定的进展,其原理如图所示,则生成甲醇的电极反应式为。参考答案专题六化学反应与能量A组基础巩固练1.C解析 体系的自由能G=H-TS,根据题给图示可知,该反应为放热反应,H0,由于该反应的正反应是气体体积减小的反应,所以S0,反应不能自发进行,A错误;10 mi
14、n内该反应的平均速率v(A2)=ct=0.3mol2 L10min=0.015 molL-1 min-1,根据化学方程式可知v(B2)=3v(A2)=0.045 molL-1min-1,B错误;11 min时,其他条件不变,压缩容器容积至1 L,由于物质的浓度增大,化学平衡正向移动,不断消耗A2,所以n(A2)的物质的量会进一步减少,n(A2)变化趋势如题图2中曲线d所示,C正确;在温度不变时,增大某种反应物的浓度,化学平衡正向移动,可以使其他反应物的转化率提高,故当T10,A错误;反应焓变与起始物质和终态物质有关,与变化途径无关,则有H1=H2+H3,B错误;途径是形成化学键的过程,是放热过
15、程,Cl、Br、I的非金属性逐渐减弱,和氢气反应越来越微弱,故形成HCl、HBr、HI化学键所放出的能量逐渐减小,C错误;途径生成HCl放出的热量比生成HI的多,氯气和氢气化合更容易,两反应的平衡常数分别为K1、K3,则K1K3,D正确。5.B解析 由催化过程图可知,反应为HS取代了甲醇中OH的反应,属于取代反应,A正确;甲醇通过反应生成CH3SH,反应前后碳原子的成键数目没有发生变化,B错误;反应中甲醇中羟基被SH取代生成CH3SH,且甲基中有1个氢可能被H2S中的氢代替,羟基断裂后分解为氢氧原子,羟基中氢和甲基中被代替的氢生成水分子,故若CD3OD和H2S参与,则可能生成CHD2SH和D2
16、O,C正确;过程中和均只有化学键的断裂,需要吸热,D正确。6.AD解析 由题图可知,反应物总能量大于生成物总能量,该反应为放热反应,则参与反应的反应物总键能小于生成物的总键能,A正确;产物P1与P2的分子式均为HNO3,但产物P1结构中存在“OO”,则产物P1中部分氧元素的化合价为-1价,而产物P2中氧元素的化合价为-2价,两者氧元素的化合价不同,B错误;最大的正反应的活化能出现在由中间产物Z到过渡态时,即最大正反应的活化能E正=-18.92 kJmol-1-(-205.11 kJmol-1)=+186.19 kJmol-1,C错误;相同条件下,反应所需的活化能越小,则反应的速率越快,由于到产
17、物P1所需活化能更小,故反应速率更快,故v(P1)v(P2),D正确。7.BC解析 题图1中为原电池装置,N电极为负极,P电极为正极;题图2为电解池装置,根据电极附近物质的变化,Y接正极(P电极)为阳极,X接负极(N电极)为阴极。根据分析,Y接太阳能电池的P电极,A正确;工作一段时间后,题图2左池发生的电极反应为V3+e-V2+,X为阴极,氢离子通过质子交换膜迁移到阴极区,氢离子浓度增大,pH减小,B错误;右池中发生的电极反应:VO2+-e-+H2OVO2+2H+,每转移1 mol电子,右室生成2 mol H+,同时有1 mol H+通过质子交换膜迁移到左室,题图2右池溶液中n(H+)的变化量
18、为1 mol,C错误;题图2中两个电极反应分别为V3+e-V2+,VO2+-e-+H2OVO2+2H+,总反应:VO2+V3+H2OV2+VO2+2H+,D正确;故选BC。8.答案 (1)纳米Au55活化能降低更多,催化效果更好,反应速率更快(2)CH3OH-4e-+H2OHCOOH+4H+1.5解析 (1)纳米Au55活化能降低更多,催化效果更好,反应速率更快;表示物种从催化剂表面解吸的是过程。(2)催化CO2还原生产HCOOH阴极的电极反应式为CO2+2e-+2H+HCOOH,阳极的电极反应式为CH3OH-4e-+H2OHCOOH+4H+,标准状况下,每处理22.4 L的CO2气体,阴极生
19、成1 mol HCOOH,阳极产生0.5 mol HCOOH,故标准状况下,每处理22.4 L的CO2气体,共产生1.5 mol HCOOH。B组能力提升练1.C解析 物质的能量越低越稳定,由题图可知,四种结构中,椅型结构的能量最低最稳定,故A正确;由题图可知,船型结构比椅型结构的环己烷能量高,椅型结构转化为船型结构的反应为吸热反应,反应的热化学方程式为C6H12(椅型)C6H12(船型)H=+28.9 kJmol-1,故B正确;由题图可知,椅型转化为扭船型的活化能大于扭船型转化为椅型的活化能,则相同条件下,椅型转化成扭船型的速率比逆向转化的慢,故C错误;扭船型结构比椅型结构的环己烷能量高,椅
20、型结构转化为扭船型结构的反应为吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,有利于椅型转化成扭船型,故D正确。2.C解析 由题图可知,HAP是催化剂,能提高HCHO与O2的反应速率,A项正确;在整个反应历程中,有极性键(如CH)和非极性键(如OO)的断裂,B项正确;根据题图知,CO2分子中的氧原子一部分来自O2,另一部分来自甲醛,C项错误;该反应中反应物是甲醛和氧气,生成物是二氧化碳和水,HAP为催化剂,该反应可表示为HCHO+O2CO2+H2O,D项正确。3.B解析 根据乙烯在酸催化下水合制乙醇的反应机理可知只有第步属于加成反应,A错误;活化能越大,反应速率越慢,为总反应的决速步骤,由题图可知,
21、第步反应的活化能最大,总反应速率由第步反应决定,故B正确;由题图可知,第步反应的中间体比第步反应的中间体的能量高,所以第步反应的中间体稳定,故C错误;总反应是否需要加热与反应的能量变化没有关系,故D错误。4.A解析 由题图可知,呼气时进去的是CH3CH2OH,出来的是CH3COOH,负极的电极反应式为CH3CH2OH-4e-+H2OCH3COOH+4H+,A错误;氧气由正极通入,酸性条件下生成H2O,B正确;电流由正极流向负极,C正确;酒精含量越高,转移的电子数越多,电流越大,D正确。5.C解析 本题结合光催化充电过程,考查了Li-O2充电电池的工作原理。根据电子守恒,将阴极反应和阳极反应加和
22、可得充电时总反应方程式:Li2O22Li+O2,A项叙述正确;根据题给信息,充电过程通过光照产生的电子和空穴实现光能转化为电能,B项叙述正确;放电时,带正电的Li+应向电池的正极移动,C项叙述错误;根据图示,放电时正极上O2转化为Li2O2,电极反应为2Li+2e-+O2Li2O2,D项叙述正确。6.AD解析 甲醇催化氧化制取甲醛是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,即生成甲醛的正反应速率增大的程度比逆反应速率增大的程度小,A错误;甲醇生成甲醛的峰值较大,生成CO的峰值较小,即无催化剂时,生成CO比生成甲醛的活化能小,B正确;CO2具有的能量比CO的低,则该条件下CO2比CO的稳定性强,C正确;
23、该催化剂能增大甲醇生成CO的活化能,降低甲醇催化氧化生成甲醛的活化能,因此该催化剂降低了甲醇生成CO的反应速率,增大了甲醇催化氧化生成甲醛的反应速率,D错误。7.B解析 左侧双极膜中的H+向左移动进入左侧硝酸钠溶液中,右侧双极膜中的H+向左移动进入“酸室”,故A正确;若碱室中c(HCO3-)c(CO32-)增大,证明c(HCO3-)增大,而CO2+H2OH2CO3,HCO3-+H2OH2CO3+OH-,由于c(HCO3-)增大,会使碱性增强,c(H2CO3)也增大,会抑制CO2与H2O反应,所以不利于CO2的矿化封存,故B错误;CaCl2溶液中的Cl-通过阴离子交换膜进入“酸室”,右侧双极膜中
24、的H+向左移动进入“酸室”,所以电解一段时间后,酸室中盐酸的浓度增大,故C正确;根据以上分析,该技术中电解固碳总反应的离子方程式:2Ca2+2CO2+4H2O2CaCO3+2H2+O2+4H+,故D正确。8.BC解析 该装置为电解池,Ni2P电极上是RCH2NH2失电子生成RCN,发生氧化反应,Ni2P为阳极,电极反应式:RCH2NH2-4e-+4OH-RCN+4H2O,CoP电极是硝基苯变为偶氮化合物,发生的是还原反应,CoP为阴极,电极反应式:2+8e-+4H2O+8OH-,据此分析解答。根据分析可知,CoP为阴极,接直流电源的负极,即连接铅酸蓄电池的铅电极,故A正确;Ni2P为阳极,发生
25、氧化反应,电极反应式:RCH2NH2-4e-+4OH-RCN+4H2O,故B错误;CoP为阴极,电极反应式:2+8e-+4H2O+8OH-,根据电极反应式可知,合成1 mol偶氮化合物,需转移8 mol电子,故C错误;左侧电极生成OH-,右侧电极消耗OH-,左侧OH-需要迁移到右侧,离子交换膜是阴离子交换膜,故D正确。9.D解析 由信息可知,电极M上乙烯被氧化为环氧乙烷、电极N上Cr2O72-被还原为Cr3+,则电极M为阳极、电极N为阴极,电极a为负极、电极b为正极,A项错误;双极膜中水解离出来的氢氧根离子向阳极区移动,膜q适合选用阴离子交换膜,B项错误;工作时阳极区生成水,NaOH溶液浓度减
26、小,C项错误;Cr元素由+6价降为+3价,N极的电极反应式为Cr2O72-+14H+6e-2Cr3+7H2O,D项正确。10.答案 (1)-423.7(2)HCOO*+H+e-HCOOH途径一的活化能更低(3)CO2+6e-+6H+CH3OH+H2O解析 (1)反应:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)H1=+35.2 kJmol-1反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H2=-24.7 kJmol-12H2(g)+O2(g)2H2O(g)H5=-483.6 kJmol-1。利用盖斯定律,由反应+-可得:CH3OH(g)+O2(g)HCOOH(g)+H2O(g),则有H6=(+35.2+24.7-483.6) kJmol-1=-423.7 kJmol-1。(2)途径一中第二步的反应物HCOO*、H+,获得1个e-后生成HCOOH,则第二步反应为HCOO*+H+e-HCOOH。在一个反应中,正反应的活化能越大,反应越困难,从题图中可以看出,途径一反应的活化能比途径二低,所以CO2电还原的选择性以途径一为主。(3)由题干信息图示可知,CO2得到电子,结合溶液中的H+生成甲醇和H2O,故该电极的电极反应式为CO2+6e-+6H+CH3OH+H2O。
