1、章末综合检测(六)化学反应与能量(时间:90分钟满分:100分)测控导航表考点题号化学能与热能1,3,6,12原电池原理4,8,10,11电解原理2,5,9,14,15综合7,13,16,17,18,19,20,21第卷一、选择题(本题包括16小题,每小题3分,共48分,每小题只有一个选项符合题意)1.(2016河南八市重点高中三模)已知:CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2O(g)H=-a kJ/molCO(g)+O2(g)CO2(g)H=-b kJ/molH2(g)+O2(g)H2O(g)H=-c kJ/molH2(g)+O2(g)H2O(l)H=-d kJ/mol下列叙述不正
2、确的是(D)A.由上述热化学方程式可知dcB.H2的燃烧热为d kJ/molC.CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)H=(b+2c-a) kJ/molD.当CO和H2的物质的量之比为12时,其完全燃烧生成CO2和H2O(l)时,放出Q kJ热量,则混合气中CO的物质的量为 mol解析:气态水转化为液态水会继续放热,所以dc,故A正确;燃烧热应生成稳定氧化物,应该是液态水,燃烧热为d kJ/mol,故B正确;根据盖斯定律,CH3OH(g)CO(g)+2H2(g),由-2得到:CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)H=(b+2c-a) kJ/mol,故C正确;设CO和H2的物质的量分别为n
3、mol、2n mol,则CO放出的热量是 nb kJ,氢气放出的热量是2nd kJ,即nb+2nd=Q,解得n=,则该混合气中CO的物质的量为 mol,故D不正确。2.(2016山西质检)采用电化学法还原CO2是一种使CO2资源化的方法,如图是利用此法制备ZnC2O4的示意图(电解液不参与反应)。下列说法正确的是(C) A.Zn与电源的负极相连B.ZnC2O4在交换膜右侧生成C.电解的总反应为2CO2+ZnZnC2O4D.通入11.2 L CO2时,转移0.5 mol电子解析:采用电化学法还原CO2制备ZnC2O4的过程中,碳元素的化合价降低,所以通入二氧化碳的电极是阴极,即Pb是阴极,和电源
4、的负极相连,Zn是阳极,和电源的正极相连,故A错误;在阴极上,二氧化碳得电子得C2,在阳极上,金属锌失电子成为锌离子,从阳极移向阴极,所以ZnC2O4在交换膜左侧生成,故B错误;在阴极上,二氧化碳得电子得C2,在阳极上,金属锌失电子成为锌离子,电解的总反应为2CO2+ZnZnC2O4,故C正确;电解的总反应为2CO2+ZnZnC2O4,2 mol二氧化碳反应伴随2 mol电子转移,当通入标准状况下的11.2 L CO2时,转移0.5 mol电子,D中未指明标准状况,故D错误。3.(2016北京朝阳区日坛中学质检)已知一定条件下断裂或生成某些化学键的能量关系如下表:断裂或生成的化学键能量数据断裂
5、1 mol H2分子中的化学键吸收能量436 kJ断裂1 mol Cl2分子中的化学键吸收能量243 kJ形成1 mol HCl分子中的化学键释放能量431 kJ对于反应:H2(g)+Cl2(g)2HCl(g),下列说法正确的是(B)A.该反应的反应热H0B.生成1 mol HCl时反应放热91.5 kJC.Cl2中的化学键比H2中的化学键更稳定D.相同条件下,氢气分子具有的能量高于氯气分子具有的能量解析:反应H2(g)+Cl2(g)2HCl(g),需要吸收能量断裂旧的化学键1 mol HH键和1 mol ClCl键,形成新的化学键释放能量。所以该反应的反应热H=436 kJ/mol+243
6、kJ/mol-2431 kJ/mol=-183 kJ/mol0,故A项错误;由A知:H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)H=-183 kJ/mol,H中的mol是指每mol的化学反应,不是某种物质,与化学方程式的化学计量数有关,所以生成1 mol HCl放出的热量为183 kJ=91.5 kJ,故B项正确;断裂1 mol H2分子中的化学键需吸收能量436 kJ,断裂1 mol Cl2分子中的化学键需吸收能量243 kJ,相同条件下,氢气稳定,故C项错误;H2分子中的化学键键能为436 kJ/mol,Cl2分子中的化学键键能为 243 kJ/mol,显然相同条件下,氢气稳定,具有的能量低,故
7、D项错误。4.(2016江西赣州调研)被称为“软电池”的纸质电池,采用一个薄层纸片(在其一边镀锌,在其另一边镀二氧化锰)作为传导体。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。电池总反应为Zn+2MnO2+H2OZnO+2MnO(OH),下列说法正确的是(D)A.该电池的正极为锌B.该电池反应中二氧化锰起催化作用C.当0.1 mol Zn完全溶解时,流经电解液的电子个数为1.2041023D.电池正极反应式为MnO2+e-+H2OMnO(OH)+OH-解析:由电池总反应Zn+2MnO2+H2OZnO+2MnO(OH)可知,Zn被氧化,为原电池的负极,电极反应式为Zn-2e-+2OH-ZnO+H
8、2O,MnO2被还原,为原电池的正极,电极反应式为MnO2+H2O+e-MnO(OH)+OH-。由电池反应式知,Zn元素化合价由0价变为+2价,所以Zn失电子作负极,故A项错误;该原电池中二氧化锰参加反应且作氧化剂,故B项错误;电子不进入电解质溶液,电解质溶液是通过离子定向移动形成电流,故C项错误;正极上二氧化锰得电子发生还原反应,电极反应式为MnO2+e-+H2OMnO(OH)+OH-,故D项正确。5.(2016山东滨州博兴一中质检)如图所示,a、b是石墨电极,通电一段时间后,b极附近溶液显红色。下列说法正确的是(C)A.X极是电源负极,Y极是电源正极B.Pt极上有6.4 g Cu析出时,b
9、极产生2.24 L(标准状况)气体C.a极的电极反应式为2Cl-2e-Cl2D.电解过程中CuSO4溶液的pH逐渐增大解析:a、b是石墨电极,通电一段时间后,b极附近溶液显红色,依据电解质溶液为氯化钠的酚酞溶液,故在b极H+得电子生成H2,同时产生OH-,判断b电极是阴极,Y为电源负极,X为电源正极,故A项错误;由Y为电源负极,X为电源正极,则Pt极为阳极没有Cu析出,故B项错误;a电极是氯离子失电子发生氧化反应,电极反应式为2Cl-2e-Cl2,故C项正确;电解过程中CuSO4溶液中的氢氧根离子在阳极Pt电极失电子生成氧气,溶液中铜离子在Cu电极得到电子析出铜,溶液中氢离子浓度增大,溶液的p
10、H逐渐减小,故D项错误。6.(2016河南南阳质检)黑火药是中国古代的四大发明之一,其爆炸的热化学方程式为S(s)+2KNO3(s)+3C(s)K2S(s)+N2(g)+3CO2(g)H=x kJmol-1已知:碳的燃烧热H1=a kJmol-1S(s)+2K(s)K2S(s)H2=b kJmol-12K(s)+N2(g)+3O2(g)2KNO3(s)H3=c kJmol-1则x为(A)A.3a+b-c B.c-3a-b C.a+b-c D.c-a-b解析:碳的燃烧热H1=a kJmol-1,其热化学方程式为C(s)+O2(g)CO2(g)H1=a kJmol-1S(s)+2K(s)K2S(s
11、)H2=b kJmol-12K(s)+N2(g)+3O2(g)2KNO3(s)H3=c kJmol-1将方程式3+-得S(s)+2KNO3(s)+3C(s)K2S(s)+N2(g)+3CO2(g),则H=x kJmol-1=(3a+b-c) kJmol-1,所以x=3a+b-c,故选A。7.(2016山东新泰新汶中学质检)某小组为了研究电化学原理设计了如图所示的装置,下列说法中错误的是(B) A.X和Y不连接时,铜棒上会有金属银析出B.X和Y用导线连接时,银棒是正极,发生氧化反应C.若X接直流电源的正极,Y接负极,Ag+向铜电极移动D.无论X和Y是否用导线连接,铜棒均会溶解,溶液都从无色逐渐变
12、成蓝色解析:X和Y不连接时,Cu与硝酸银溶液发生置换反应,所以铜棒上会有金属银析出,故A项正确;X和Y用导线连接时,形成原电池,Cu作负极,Ag作正极,正极上反应方程式为Ag+e-Ag,发生还原反应,故B项错误;若X接直流电源的正极,Y接负极,则Ag为阳极,则Ag+向Cu电极移动,故C项正确;无论X和Y是否连接,都发生Cu+2Ag+Cu2+2Ag,则溶液都从无色逐渐变成蓝色,故D项正确。8.(2016河南八市重点高中质检)液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小,无须气体存储装置等优点。某科研人员设计了以液态肼(N2H4)为燃料,氧气为氧化剂,某固体氧化物为电解质的新型燃料电池(如图所示)。该
13、固体氧化物电解质的工作温度高达700900 时,O2-可在该固体氧化物电解质中自由移动,反应生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是(D) A.电极甲为电池正极B.电池总反应为N2H4+2O22NO+2H2OC.电池正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-D.图示中的O2-由电极乙移向电极甲解析:该燃料电池中,通入氧化剂氧气的电极为正极,通入N2H4的电极为负极,即电极甲为负极,故A错误;反应生成物均为无毒无害的物质,负极上反应生成氮气,则电池总反应为N2H4+O2N2+2H2O,故B错误;正极上氧气得电子发生还原反应,且固体氧化物电解质中O2-可自由移动,电极反应式为O2+4e-2O2-
14、,故C错误;放电时,阴离子向负极移动,即O2-由电极乙移向电极甲,故D正确。9.(2016河南八市重点高中质检)化学在环境保护中起着十分重要的作用,电化学降解N的原理如图所示。则下列判断正确的是(B)A.电源正极为BB.若电解过程中转移了1 mol电子,则膜两侧电解液的质量变化差(|m左|-|m右|)为7.2 gC.Pt电极上产物为H2D.AgPt电极上发生氧化反应解析:该装置中,硝酸根离子得电子发生还原反应,则AgPt电极为阴极、Pt电极为阳极,连接阴极的B电极为负极,A为正极,故A错误;转移1 mol电子时,阳极(阳极反应为H2O失电子氧化为O2和H+)消耗0.5 mol水,产生1 mol
15、 H+进入阴极室,阳极室质量减少9 g;阴极室中放出0.1 mol N2(2.8 g),同时有1 mol H+(1 g)进入阴极室,因此阴极室质量减少1.8 g,故膜两侧电解液的质量变化差(m左-m右)=9 g-1.8 g=7.2 g,故B正确;Pt电极为阳极,发生氧化反应,氢氧根离子放电,产生氧气,故C错误;由图示知在AgPt 电极上N发生还原反应,因此AgPt电极为阴极,阴极上硝酸根离子得电子发生还原反应,故D错误。10.(2016山东日照质检)如图甲是利用一种微生物将废水中的尿素CO(NH2)2的化学能直接转化为电能,并生成环境友好物质的装置,同时利用此装置的电能在铁上镀铜。下列说法中不
16、正确的是(A)A.铜电极应与X相连接B.H+透过质子交换膜由左向右移动C.M电极反应式为CO(NH2)2+H2O-6e-CO2+N2+6H+D.当N电极消耗0.25 mol气体时,则理论上铁电极增重32 g解析:甲图中装置是将化学能转化为电能的原电池,M是负极,N是正极,电解质溶液为酸性溶液,负极上失电子发生氧化反应,正极上得电子发生还原反应,铁上镀铜,则铁为阴极应与负极相连,铜为阳极应与正极Y相连,故A不正确;质子透过离子交换膜由M极移向N极,即由左向右移动,故B正确;CO(NH2)2在负极M上失电子发生氧化反应,生成氮气、二氧化碳和H+,电极反应式为CO(NH2)2+H2O-6e-CO2+
17、N2+6H+,故C正确;当N电极消耗0.25 mol氧气时,则转移0.25 mol4=1 mol电子,所以铁电极增重 mol64 g/mol=32 g,故D正确。11.(2016江西新余质检)以H2、O2、熔融盐Na2CO3组成燃料电池,采用电解法制备Fe(OH)2,装置如图所示,其中P端通入CO2。通电一段时间后,右侧玻璃管中产生大量的白色沉淀,且较长时间不变色。则下列说法中正确的是(C)A.X、Y两端都必须用铁作电极B.不可以用NaOH溶液作为电解液C.阴极发生的反应是2H2O+2e-H2+2OH-D.白色沉淀只能在阳极上产生解析:X、Y两端,阳极Y必须是铁电极,X电极不需要一定用铁作电极
18、,可以用石墨作电极,故A错误;电解过程是阴极上氢离子放电,生成氢氧根离子,阳极Y上铁失电子生成亚铁离子,再与NaOH溶液生成氢氧化亚铁,所以可以用NaOH溶液作为电解液,故B错误;阴极发生的反应是溶液中的氢离子得到电子生成氢气,碱溶液中电极反应是2H2O+2e-H2+2OH-,故C正确;亚铁离子移向阴极也可以在阴极生成氢氧化亚铁沉淀,故D错误。12.(2016黑龙江哈尔滨六中质检)无论化学反应过程是一步完成还是分为数步完成,这个过程的热效应是相同的。已知:H2O(g)H2O(l)H1=-Q1 kJmol-1C2H5OH(g)C2H5OH(l)H2=-Q2 kJmol-1C2H5OH(g)+3O
19、2(g)2CO2(g)+3H2O(g)H3=-Q3 kJmol-1若使23 g酒精液体完全燃烧,最后恢复到室温,则放出的热量为(D)A.(Q1+Q2+Q3) kJB.0.5(Q1+Q2+Q3) kJC.(0.5Q1-1.5Q2+0.5Q3) kJD.(1.5Q1-0.5Q2+0.5Q3) kJ解析:依据盖斯定律计算-+3得到:C2H5OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l)H=-(Q3-Q2+3Q1) kJmol-1;23 g C2H5OH的物质的量为0.5 mol,液体完全燃烧,最后恢复到室温生成的水是液体,放热(1.5Q1-0.5Q2+0.5Q3) kJ,故选D。13.导学号
20、 16972159室温钠离子电池具有资源丰富,成本低,能量转换效率高、寿命长等优势。一种用碳基材料(NaxCn)作负极的可充电钠离子电池的原理如下:NaCoO2+CnNa1-xCoO2+NaxCn其电池结构如图所示。下列说法不正确的是(A)A.充电时,Na+向正极移动B.放电时,负极的电极反应式为NaxCn-xe-xNa+CnC.充电时,阴极质量不会减小D.充电时,阳极的电极反应式为NaCoO2-xe-Na1-xCoO2+xNa+解析:充电时,是电解池的工作原理,电解质里的阳离子移向阴极,电池的负极和电源的负极相连,即Na+向负极移动,故A不正确;在阴极上是阳离子发生得电子的还原反应,和负极反
21、应相反,电极质量不会减小,故C正确;在阳极上发生失电子的氧化反应NaCoO2-xe-Na1-xCoO2+xNa+,故D正确;放电时,是原电池工作原理,负极上发生失电子的氧化反应,电极反应式为NaxCn-xe-xNa+Cn,故B正确。14.(2016湖南长沙调研)用惰性电极电解一定量的硫酸铜溶液,电解一段时间后,向电解液加入0.1 mol碱式碳酸铜晶体(不含结晶水),恰好使溶液恢复到电解前的浓度和pH。下列有关叙述不正确的是(B)A.电解过程产生的气体体积(在标准状况下)为5.6 LB.电解过程只发生了2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4C.电解过程转移的电子数为3.6121023个
22、D.加入的碱式碳酸铜的反应是Cu2(OH)2CO3+2H2SO42CuSO4+CO2+3H2O解析:电解硫酸铜溶液后溶液呈酸性,向电解后的溶液中加入碱式碳酸铜能恢复原溶液,碱式碳酸铜和硫酸反应生成硫酸铜、水和二氧化碳,溶液质量增加的量是铜、氢氧根离子,所以实际上电解硫酸铜溶液分两个阶段:第一阶段:2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4,第二阶段:2H2O2H2+O2,将碱式碳酸铜化学式改变为2CuOH2OCO2,所以加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3就相当于加入0.2 mol CuO和0.1 mol水,第一阶段:根据铜原子守恒知,电解硫酸铜溶液析出n(Cu)=n(CuO)=0
23、.2 mol,转移电子的物质的量为0.2 mol2=0.4 mol;第二阶段:电解生成0.1 mol水转移电子的物质的量为0.1 mol2=0.2 mol,所以电解过程中共转移的电子的物质的量为 0.4 mol+0.2 mol=0.6 mol;电解过程转移的电子数为 0.6 mol6.021023 mol-1=3.6121023,故C项正确;电解硫酸铜和水生成氧气0.1 mol,电解0.1 mol水生成0.1 mol氢气和0.05 mol氧气,共生成气体0.15 mol+0.1 mol=0.25 mol,气体标准状况体积为0.25 mol22.4 Lmol-1=5.6 L,故A项正确,B项不正
24、确;加入的碱式碳酸铜的反应是Cu2(OH)2CO3+2H2SO42CuSO4+CO2+3H2O,故D项正确。15.(2016天津和平区质检)用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的N,模拟装置如图所示,下列说法正确的是(C)A.阳极室溶液由无色变成棕黄色B.阴极的电极反应式为4OH-4e-2H2O+O2C.电解一段时间后,阴极室溶液中的pH升高D.电解一段时间后,阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4解析:根据图片知,Fe为阳极,阳极上Fe失电子发生氧化反应生成Fe2+,电极反应式为Fe-2e-Fe2+,所以溶液由无色变为浅绿色,故A错误;阴极上H+放电生成H2,电极反应式为2H2O+
25、2e-2OH-+H2,溶液中c(OH-)增大,溶液中pH升高,故B错误,C正确;电解时,溶液中N向阴极室移动,H+放电生成H2,溶液中OH-和N结合生成电解质NH3H2O,所以阴极室中溶质为NH3H2O和(NH4)3PO4或NH4H2PO4、(NH4)2HPO4,故D错误。16.(2016江西联考)将CH4设计成燃料电池,其利用率更高,装置如图所示(A、B为多孔性碳棒)持续通入甲烷,在标准状况下,消耗甲烷体积V L,则下列说法正确的是(C)A.OH-由A端移向B端B.0V L22.4 L时,电池总反应的化学方程式为CH4+2O2+KOHKHCO3+2H2OC.22.4 Lc(HC)c(OH-)
26、解析:燃料电池中,通入CH4的一端为原电池的负极,通入空气的一端为原电池的正极,OH-移向负极,即从B端移向A端,A错误;当0V L22.4 L时,即0n(CO2)1 mol,结合n(KOH)=2 mol,则生成K2CO3,故电池总反应式为CH4+2O2+2KOHK2CO3+3H2O,B错误;当22.4 LV L44.8 L,即1 molc(C)c(OH-),D错误。第卷二、非选择题(共52分)17.(2016湖南岳阳平江一中质检)(8分)化学在能源开发与利用中起着十分关键的作用。氢气是一种新型的绿色能源,又是一种重要的化工原料。氢氧燃料电池能量转化率高,具有广阔的发展前景。现用氢氧燃料电池进
27、行如图所示的实验(图中所用电极均为惰性电极):(1)对于氢氧燃料电池,下列叙述不正确的是。A.a电极是负极,OH-移向负极B.b电极的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-C.电池总反应式为2H2+O22H2OD.电解质溶液的pH保持不变E.氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置(2)如上图右边装置中盛有AgNO3溶液,当氢氧燃料电池工作一段时间后,AgNO3溶液的pH(填“增大”“减小”或“不变”)。(3)已知甲醇的燃烧热H=-726.5 kJ/mol,在直接以甲醇为燃料的电池中,电解质溶液为酸性,负极的反应式为 ,正极的反应式为 。理想状态下,该燃料电池消
28、耗1 mol甲醇所能产生的最大电能为702.1 kJ,则该燃料电池的理论效率为(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。解析:(1)a电极通入氢气,发生氧化反应,应是负极,原电池工作时OH-移向负极,故A项正确;通入氧气的电极为正极,发生还原反应,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,故B项正确;电池总反应式为2H2+O22H2O,不是在点燃的条件下反应,故C项不正确;电池反应中生成H2O,c(KOH)减小,pH减小,故D项不正确;氢氧燃料电池可分别在两极上通入氢气和氧气,是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置,故E项正确。(
29、2)电解硝酸银溶液,阴极发生4Ag+4e-4Ag,阳极发生4OH4e-2H2O+O2,总反应式为4AgNO3+2H2O4HNO3+O2+4Ag,所以电解一段时间后溶液pH减小。(3)酸性条件下甲醇燃料电池的总反应式为CH3OH+O2CO2+2H2O,酸性条件下该燃料电池的正极反应式为O2+6H+6e-3H2O,-得电池负极反应式为CH3OH+H2O-6e-CO2+6H+;该燃料电池的理论效率为100%96.6%。答案:(1)CD(2)减小(3)CH3OH+H2O-6e-CO2+6H+O2+6H+6e-3H2O96.6%18.(2016山东师大附中调研)(10分)能源是国民经济发展的重要基础,我
30、国目前使用的能源主要是化石燃料。(1)在25 、101 kPa时,16 g CH4完全燃烧生成液态水时放出的热量是890.31 kJ,则CH4燃烧的热化学方程式为 。(2)已知:C(s)+O2(g)CO2(g)H=-437.3 kJmol-1H2(g)+O2(g)H2O(g)H=-285.8 kJmol-1CO(g)+O2(g)CO2(g)H=-283.0 kJmol-1则煤气化反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的焓变H= kJmol-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
31、为石墨,b极上有红色物质析出,CuSO4溶液的体积为200 mL。装置中气体A为(填“CH4”或“O2和CO2”),d极上的电极反应式为 。乙装置中a极上的电极反应式为 。若在a极产生112 mL(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)。如果乙中电极不变,将溶液换成饱和Na2SO4溶液,当阴极上有a mol气体生成时,同时有w g Na2SO410H2O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:(1)16 g即1 mol CH4在氧气中燃烧生成CO2和液态水,放出890.3
32、1 kJ热量,则热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H=-890.31 kJmol-1。(2)已知反应分别编号:C(s)+O2(g)CO2(g)H=-437.3 kJmol-1H2(g)+O2(g)H2O(g)H=-285.8 kJmol-1CO(g)+O2(g)CO2(g)H=-283.0 kJmol-1依据盖斯定律-,得到:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)H=+131.5 kJmol-1。(3)b电极上有红色物质生成,则b是阴极,所以a是阳极,c是负极、d是正极,通入甲烷的电极是负极,所以A是CH4、B是CO2和O2,d电极上氧气得电子和二氧化碳
33、反应生成碳酸根离子,电极反应式为O2+4e-+2CO22C。a是阳极,阳极上氢氧根离子放电生成氧气,电极反应式为4OH-4e-O2+2H2O;a极上生成n(O2)=0.005 mol,生成 0.005 mol 氧气转移电子的物质的量为0.005 mol4=0.02 mol,根据转移电子相等计算消耗甲烷体积为22.4 Lmol-1=0.056 L=56 mL;电池反应式为2Cu2+2H2O4H+O2+2Cu,根据方程式知,n(H+)=4n(O2)=40.005 mol=0.02 mol,c(H+)=0.1 molL-1,则溶液的 pH=1。电解饱和硫酸钠溶液时,阳极上析出氧气、阴极上析出氢气,所
34、以相当于电解水,且生成氢气和氧气的物质的量之比是21,所以当阴极上有a mol气体生成时,阳极上生成氧气的物质的量为0.5a mol,电解水的质量为a mol2 g/mol+0.5a mol32 g/mol=18a g,减少溶液和剩余溶液均是饱和溶液,减少m(Na2SO4)=w g,溶液中溶质质量分数为100%=100%。答案:(1)CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H=-890.31 kJmol-1(2)+131.5(3)CH4O2+4e-+2CO22C4OH-4e-O2+2H2O561100%19.(2016河北邢台南宫一中质检)(12分)二甲醚(CH3OCH3)被称为
35、21世纪的新型燃料,它清洁、高效、具有优良的环保性能,二甲醚是一种无色气体,具有轻微的醚香味,其燃烧热为 1 455 kJmol-1,二甲醚可作燃料电池的燃料。(1)写出二甲醚燃烧的热化学方程式: 。已知H2(g)和C(s)的燃烧热分别是285.8 kJmol-1、393.5 kJmol-1;计算反应4C(s)+6H2(g)+O2(g)2CH3OCH3(g)的反应热为 。(2)工业上利用H2和CO2合成二甲醚的反应如下:6H2(g)+2CO2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)H0一定温度下,在一个固定体积的密闭容器中进行该反应。下列能判断反应达到化学平衡状态的是(填编号)。A.c(H2
36、)与c(H2O)的比值保持不变B.单位时间内有2 mol H2消耗时有1 mol H2O生成C.容器中气体密度不再改变D.容器中气体压强不再改变温度升高,该化学平衡移动后到达新的平衡,CH3OCH3的产率将(填“变大”“变小”或“不变”,下同),混合气体的平均相对分子质量将。(3)以二甲醚、空气、氢氧化钾溶液为原料,石墨为电极可构成燃料电池。该电池的负极反应式为 。(4)用(3)中的燃料电池为电源,以石墨为电极电解500 mL滴有酚酞的NaCl溶液,装置如图所示。请写出电解过程中Y电极附近观察到的现象: 。当燃料电池消耗2.8 L O2(标准状况下)时,计算此时:NaCl溶液的pH=(假设溶液
37、的体积不变,气体全部从溶液中逸出)。解析:(1)二甲醚的燃烧热为1 455 kJmol-1,所以CH3OCH3(g)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l)H=-1 455 kJmol-1;已知H2(g)和C(s)的燃烧热分别是285.8 kJmol-1、393.5 kJmol-1;得:2H2(g)+O2(g)2H2O(l)H=-571.6 kJmol-1;C(s)+O2(g)CO2(g)H=-393.5 kJmol-1;根据盖斯定律3+4-2得:4C(s)+6H2(g)+O2(g)2CH3OCH3(g)的反应热为H=-378.8 kJmol-1。(2)A.对于6H2(g)+2CO2(g)
38、CH3OCH3(g)+3H2O(g)H0,c(H2)与c(H2O)的比值保持不变,说明在该条件下反应达到最大限度,能判断反应达到化学平衡状态;B.单位时间内有2 mol H2消耗时有1 mol H2O生成,表达的都是正反应方向的速率,故不能判断反应达到化学平衡状态;C.由于反应物和生成物都是气体,无论是否平衡容器中气体密度都不变,所以不能判断反应达到化学平衡状态;D.根据方程式的化学计量数知,若平衡右移,容器中气体的物质的量减小,压强减小,反之,压强增大,故容器中气体压强不再改变能判断反应达到化学平衡状态;选A、D。温度升高,该化学平衡逆向移动,CH3OCH3的产率将变小,根据M=m/n,m不
39、变,n增大,则混合气体的平均相对分子质量将变小。(3)电池负极二甲醚失电子:CH3OCH3+16OH-12e-2C+11H2O。(4)以石墨为电极电解500 mL滴有酚酞的NaCl溶液,Y电极是阳极,发生2Cl-2e-Cl2,观察到的现象是Y电极附近溶液中有气体产生,上部分呈黄绿色;当燃料电池消耗2.8 L O2(标准状况下)时,即转移4=0.5 mol 电子,电解池溶液中c(OH-)=1 molL-1,pH=14。答案:(1)CH3OCH3(g)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l)H=-1 455 kJmol-1H=-378.8 kJmol-1(2)AD变小变小(3)CH3OCH3+
40、16OH-12e-2C+11H2O(4)Y电极附近溶液中有气体产生,上部分呈黄绿色1420.(2016湖北枣阳一中质检)(10分)甲烷是天然气的主要成分,是生产生活中应用非常广泛的一种化学物质。(1)一定条件下,用甲烷可以消除氮氧化物(NOx)的污染。已知:CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)H1=-1 160 kJ/molCH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)H2=-574 kJ/mol现有一份在相同条件下对H2的相对密度为17的NO与NO2的混合气体该混合气体中NO和NO2的物质的量之比为。在一定条件下NO气体可以分解为NO2
41、气体和N2气体,写出该反应的热化学方程式: 。(2)以甲烷为燃料的新型电池,其成本大大低于以氢气为燃料的传统燃料电池,目前得到广泛的研究。如图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图。回答下列问题:B极为电池极,电极反应式为 。若用该燃料电池作电源,用石墨作电极电解100 mL 1 mol/L 的硫酸铜溶液,写出阳极的电极反应式: ,当两极收集到的气体体积相等时,理论上消耗的甲烷的体积为(标准状况下),实际上消耗的甲烷体积(折算到标准状况)比理论上大,可能原因为 。解析:(1)由“对H2的相对密度为17”可知,平均相对分子质量为34,设NO为x mol,NO2为y mol,则=34
42、,xy=31。由(第一个方程式-第二个方程式)2得4NO(g)2NO2(g)+N2(g)H=-293 kJ/mol。(2)由电池工作原理示意图可知,B极通入的是甲烷,为负极,总反应式为CH4+2O2CO2+2H2O,正极反应式为2O2+8e-4O2-,总反应式减去正极反应式即得负极反应式:CH4+4O2-8e-CO2+2H2O。阳极的电极反应式为2H2O-4e-O2+4H+;阴极首先发生Cu2+2e-Cu,当Cu2+消耗完毕,H+放电:2H+2e-H2,设生成氢气和氧气都是x mol,则转移电子4x mol,0.2+2x=4x,x=0.1,转移0.4 mol电子消耗甲烷0.05 mol,体积为
43、1.12 L(标准状况下),消耗甲烷体积比理论上大,有可能是甲烷不完全被氧化生成C或CO或电池能量转化率达不到100%等。答案:(1)314NO(g)2NO2(g)+N2(g)H=-293 kJ/mol(2)负CH4+4O2-8e-CO2+2H2O2H2O-4e-O2+4H+1.12 L甲烷不完全被氧化,生成C或CO或电池能量转化率达不到100%(其他合理答案都可以)21.(2016黑龙江大庆实验中学质检)(12分)高纯晶体硅是信息技术的关键材料。(1)工业上用石英砂和焦炭可制得粗硅。已知图1、图2,请将以下反应的热化学方程式补充完整:SiO2(s)+2C(s)Si(s)+2CO(g)H=。(
44、2)粗硅经系列反应可生成硅烷(SiH4),硅烷分解生成高纯硅。已知硅烷的分解温度远低于甲烷,用原子结构解释其原因: 。(3)将粗硅转化成三氯氢硅(SiHCl3),进一步反应也可制得高纯硅。SiHCl3中含有的SiCl4、AsCl3等杂质对晶体硅的质量有影响。根据下表数据,可用方法提纯SiHCl3。物质SiHCl3SiCl4AsCl3沸点/32.057.5131.6用SiHCl3制备高纯硅的反应为SiHCl3(g)+H2(g)Si(s)+3HCl(g),不同温度下,SiHCl3的平衡转化率随反应物的投料比(反应初始时,各反应物的物质的量之比)的变化关系如图3所示。下列说法正确的是(填字母序号)。
45、A.该反应的平衡常数随温度升高而增大B.横坐标表示的投料比应该是n(SiHCl3)/n(H2)C.实际生产中为提高SiHCl3的利用率,应适当升高温度上述生产过程所需氯气和氢气均由氯碱厂提供,氯碱厂的基本设备是离子交换膜电解槽(如图4所示),其中进入阳极室的溶液是,b电极上的电极反应式是 。(4)二氧化硅大量用于生产玻璃。工业上用SiO2、Na2CO3和CaCO3共283 kg在高温下完全反应时放出CO2 44 kg,生产出的玻璃可用化学式Na2SiO3CaSiO3xSiO2表示,则其中x=。解析:(1)根据两个反应过程能量变化图像可知:Si(s)+O2(g)SiO2(s)H=-859.4 k
46、Jmol-12C(s)+O2(g)2CO(g)H=-221.0 kJmol-1,用第二个方程式减去第一个方程式得出所需反应:SiO2(s)+2C(s)Si(s)+2CO(g),得到H=+638.4 kJmol-1。(2)硅烷的分解温度远低于甲烷,是因为C和Si最外层电子数相同,C原子半径小于Si,Si元素的非金属性弱于C元素,硅烷的热稳定性弱于甲烷。(3)根据各物质沸点的不同分离提纯物质,可用蒸馏(或分馏)法。因为随着温度的升高,SiHCl3的转化率增大,平衡右移,则该反应的平衡常数随温度升高而增大,故A正确;增大一种反应物的浓度,能提高其他反应物的转化率,而本身的转化率反而降低,故横坐标表示
47、的投料比应该是,故B错误;因为随着温度的升高,SiHCl3的转化率增大,平衡右移,故实际生产中为提高SiHCl3的利用率,应适当升高温度,故C正确。阳极室是氯离子放电,所以阳极式应加入饱和氯化钠溶液,b电极是阴极,氢离子在该极放电,所以电极反应式是2H+2e-H2。(4)玻璃的化学组成可根据反应原理得到,Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2;CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2;由化学式Na2SiO3CaSiO3xSiO2知,反应的Na2CO3和CaCO3的物质的量相等,n(CO2)=n(Na2CO3)+n(CaCO3)=n(SiO2反应)=1 000 mol;n(Na2CO3)=n(CaCO3)=500 mol,500 mol Na2CO3的质量是53103 g,500 mol CaCO3的质量是50103 g,1 000 mol SiO2的质量是60103 g,n(SiO2过量)=2 000 mol,即剩余的二氧化硅和生成的硅酸钙、硅酸钠的物质的量之比为 2 000500500=411,所以x=4。答案:(1)+638.4 kJmol-1(2)C和Si最外层电子数相同,C原子半径小于Si(3)蒸馏(或分馏)AC精制的饱和食盐水2H+2e-H2(4)4