1、化学反应与能量(时间90分钟，满分100分)一、选择题(本题包括18小题，每小题3分，共54分)1下列选项描述的过程能实现化学能转化为电能的是()答案D2化学能可与热能、电能等相互转化。下列表述不正确的是()图图A.有能量变化是化学反应的基本特征之一B图所示的装置能将化学能转变为电能C图所示的反应为放热反应D化学反应中能量变化的主要原因是化学键的断裂与形成B化学反应过程中，除了有新物质生成，一定伴随能量的变化，所以有能量变化是化学反应的基本特征之一，A项正确；图所示的装置不能形成闭合回路，不能构成原电池，化学能不能转变为电能，B项错误；根据图像知，反应物总能量大于生成物总能量，则该反应是放热反
2、应，C项正确；化学反应总是伴随着能量变化，断键需要吸收能量，成键需要放出能量，所以化学反应中能量变化的主要原因是化学键的断裂与形成，D项正确。3下列说法正确的是()A化学键的变化必然会引起能量变化，所以能量变化也一定会引起化学变化B所有化学变化的能量都可以通过原电池转化为电能C所有化学变化一定遵循质量守恒和能量守恒D化学变化一定会引起物质种类的变化，所以反应体系内物质种类变化一定是发生化学变化C能量变化不一定会引起化学变化，如物质的三态变化是物理变化，A错误；只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池，B错误；物质种类发生变化不一定是发生了化学变化，D错误。4某反应由两步反应ABC构成，它的反
3、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CA与C的能量差为E4DAB反应，反应时一定要加热A能量越低物质越稳定，三种化合物中C的能量最低，则C最稳定，故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，故B错误；A与C的能量差HE1E3E2E4，故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，故D错误。5生产液晶显示器的过程中使用的化学清洗剂NF3是一种温室气体，其储存能量的能力是CO2的12 00020 000 倍，在大气中的寿命可长达740年之久，已知键能是指断开1 mol化学键变为气态原子时所放出的能量，
4、以下是几种化学键的键能：化学键NNFFNF键能/(kJmol1)941.7154.8283.0下列说法中正确的是()A过程N2(g)2N(g)放出能量B过程N(g)3F(g)NF3(g)放出能量C反应N2(g)3F2(g)=2NF3(g)是吸热反应DNF3吸收能量后如果没有化学键的断裂与形成，仍可能发生化学反应BA项，由N2(g)2N(g)破坏化学键需吸收能量；B项，N(g)3F(g)NF3(g)是形成化学键，放出能量；C项，H(941.7154.83283.06)kJmol1291.9 kJmol1；D项，化学反应的实质是化学键的断裂和形成。6对于在一定条件下的密闭容器中进行的反应C(s)C
5、O2(g)2CO(g)，下列说法不正确的是()A将木炭磨成粉末可以加快反应速率B升高温度可以加快反应速率C容器体积不变时，向其中充入N2，反应速率不变D增加木炭的量可以加快反应速率D改变固体的量，不能加快反应速率，D错误。7如图所示的装置中，M为金属活动性顺序表中位于氢之前的金属，N为石墨棒，下列关于此装置的叙述中不正确的是()AN上有气体放出BM为负极，N为正极C是化学能转变为电能的装置D导线中有电流通过，电流方向是由M到ND原电池中活泼金属为负极，失去电子，即M为负极；溶液中的氢离子在正极得到电子被还原为H2，则N为正极。电流方向应由正极(N)流向负极(M)。8化学电源在日常生活和高科技领
6、域中都有广泛应用。下列说法不正确的是()A图甲：Zn2向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H浓度增大B图乙：正极的电极反应式为Ag2O2eH2O=2Ag2OHC图丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄D图丁：电池放电过程中，硫酸浓度不断减小A图甲为Zn、Cu、H2SO4溶液构成的原电池，锌为负极，铜为正极，锌失去电子生成锌离子，Zn2向Cu电极方向移动，在铜电极上氢离子得到电子生成氢气，故Cu电极附近溶液中H浓度减小，A错误；锌为负极，电解质溶液为碱性溶液，所以正极的电极反应式为Ag2O2eH2O=2Ag2OH，B正确；锌筒作负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为Zn2e=Zn2，锌溶
7、解，锌筒会变薄，C正确；电池放电过程中，电池总反应为PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，消耗硫酸，硫酸浓度不断减小，D正确。9肼(N2H4)暴露在空气中容易爆炸，但利用其制作的燃料电池是一种理想的电池，具有容量大、能量转化率高、产物无污染等特点，其工作原理如图所示，下列叙述正确的是 ()A电池工作时，正极附近的pH降低B当消耗1 mol O2时，有2 mol Na由甲槽向乙槽迁移C负极反应为4OHN2H44e=N24H2OD若去掉阳离子交换膜，电池也能正常工作C碱性环境中，氧气在正极发生还原反应生成氢氧根离子，正极附近的pH增大，故A项错误；消耗1 mol O2时，有4 mol N
8、a由甲槽向乙槽迁移，故B项错误；燃料电池的负极发生氧化反应，即肼在负极发生反应，肼中N的化合价从2升高到0，碱性电池中，其电极反应式应为N2H44OH4e=N24H2O，故C项正确；若去掉阳离子交换膜，肼会与水中溶解的氧气直接接触，发生爆炸，无法工作，故D项错误。10一定条件下，将3 mol A气体和1 mol B气体混合于固定容积为2 L的密闭容器中，发生反应：3A(g)B(g)C(g)2D(s)。2 min末该反应达到平衡，生成D的物质的量随时间的变化情况如图所示。下列判断正确的是()A若混合气体的密度不再改变时，该反应不一定达到平衡状态B2 min后，加压会使正反应速率加快，逆反应速率变
9、慢C反应过程中A和B的转化率之比为31D从开始到平衡，用A表示的化学反应速率为0.3 molL1min1D产物D为固体，因此容器容积恒定时，若混合气体的密度不再改变，则混合气体的质量一定不再改变，反应一定达到平衡状态，A项错误。缩小容积增大压强，正、逆反应速率均加快；容器容积不变，充入与体系无关的气体，虽然容器总压强增大，但体系内各物质浓度不变，正、逆反应速率均不变，B项错误。 3A(g)B(g)C(g)2D(s)起始/mol 3 1 0 0转化/mol 1.2 0.4 0.4 0.8平衡/mol 1.8 0.6 0.4 0.8A的转化率为100%40%，B的转化率为100%40%，二者转化率
10、之比为11，C项错误。v(A)0.3 molL1min1，D项正确。11在一密闭容器中加入A、B、C三种气体，保持一定温度，在t1t4 s测得各物质的浓度如表所示。下列结论正确的是()测定时刻/st1t2t3t4c(A)/(molL1)6322c(B)/(molL1)53.533c(C)/(molL1)12.533At3 s时反应已经停止Bt3t4 s内正、逆反应速率不相等C在容器中发生的反应为ABCDt2t3 s内A的平均反应速率为 molL1s1Dt3 s时反应处于化学平衡状态，它是一个动态平衡，v正v逆0，A、B项错误；化学计量数之比等于相同条件下各物质的浓度变化量之比，t1t2 s内A
11、、B、C的浓度变化量分别为3 molL1、1.5 molL1和1.5 molL1，故其化学计量数之比为31.51.5211，反应方程式为2ABC，C项错误；t2t3 s内，c(A)1 molL1，故用A表示的该阶段的化学反应速率为 molL1s1，D项正确。12在一个绝热恒容的密闭容器中发生可逆反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，当m、n、p、q为任意整数(不为零)时，一定能说明该反应达到平衡状态的是()A体系的压强不再改变B混合气体的密度不再改变Cv(A)v(B)v(C)v(D)mnpqD体系的温度不再变化D选项A，由于无法判断mn与pq是否相等，所以无法根据压强是否改变来判断反
12、应是否达到平衡。选项B，由于反应前后混合气体体积、质量都不变，所以任何时刻混合气体的密度都不变。选项C，任何时刻都满足化学反应速率之比等于对应物质的化学计量数之比。13熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池(600700 )，具有效率高、噪声低、无污染等优点。熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是()A电池工作时，熔融碳酸盐只起到导电的作用B负极反应式为H22eCO=CO2H2OC电子流向：电极a负载电极b熔融碳酸盐电极aD电池工作时，外电路中通过0.2 mol电子，消耗3.2 g O2B电池工作时，负极反应式：H22eCO=CO2H2O，正极反应式：O24e2CO2=2CO，故熔融
13、碳酸盐不仅起到导电的作用，还参与了电极反应，A项错误，B项正确；电子只能在电极和外电路中移动，不会通过熔融碳酸盐，C项错误；根据正极的反应式可知，外电路中通过0.2 mol电子，消耗氧气的物质的量为0.05 mol，质量为1.6 g，D项错误。14锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li通过电解质迁移至MnO2晶格中，生成LiMnO2。以下表述不正确的是()Aa电极电势比b电极电势低B混合有机溶剂可用浓NaOH溶液替代C电池工作时负极反应式为Lie=LiD外电路未接通时，电解质溶液中离子不会定向移动B根据Li通过电解质
14、迁移至MnO2晶格中，可知b为正极，a为负极，故a电极电势比b电极电势低，A项正确；由于金属Li能与水反应，故混合有机溶剂不能用浓NaOH溶液替代，B项错误；a为负极，电池工作时负极上Li发生氧化反应：Lie=Li，C项正确；外电路未接通时，电解质溶液中离子自由移动，不会定向移动，D项正确。15如图所示为800 时A、B、C三种气体在密闭容器中反应时浓度的变化，只从图上分析不能得出的结论是()A.发生的反应可表示为2A(g)2B(g)C(g)B前2 min A的分解速率为0.1 molL1min1C开始时，正、逆反应同时开始D2 min时，A、B、C的浓度之比为231C根据图像，反应过程中A的
15、浓度减小，B、C浓度增大，因此A为反应物，B、C为生成物，根据浓度的变化量可以确定反应为2A(g)2B(g)C(g)，A正确；前2 min，v(A)0.1 molL1min1，B正确；开始时加入的物质为A和B，没有C，C错误；根据图像，2 min时，A、B、C的浓度分别为0.2 molL1、0.3 molL1、0.1 molL1, D正确。16在2.0 L恒温恒容密闭容器中充入1.0 mol HCl和0.3 mol O2，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()At2时，v(正)v(逆)B加入催
16、化剂反应速率不变Ct1时容器内气体的总压强比t2时的大Dt3时，容器中c(Cl2)c(H2O)0.4 molL1Ct2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正确；t3时，O2的物质的量为0.1 mol，减少了0.2 mol，故生成Cl2、H2O的物质的量均为0.4 mol，容器中c(Cl2)c(H2O)0.2 molL1，选项D错误。1
17、7金属(M)空气电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是()A金属M作电池负极B电解质是熔融的MOC正极的电极反应式为O24e2H2O=4OHD电池总反应式为2MO22H2O=2M(OH)2B根据题图可知金属M失电子转化为M2，则金属M为负极，通入空气的电极为正极，故A正确；电解质是熔融的M(OH)2，故B错误；正极发生还原反应，电极反应式为O24e2H2O=4OH，故C正确；M失去电子生成M2，结合C中分析，电池总反应式为2MO22H2O=2M(OH)2，故D正确。18在4 L密闭容器中充入6 mol A气体和5 mol B气体，一定条件下发生反应：3A(g)B(g)2C(g)xD(g)，
18、达到平衡时，生成了2 mol C，经测定，D的浓度为0.5 molL1，下列判断正确的是()AB的转化率为20%B平衡时A的浓度为1.50 molL1Cx1D达到平衡时，在相同温度下容器内混合气体的压强是反应前的85%A达到平衡时，生成了2 mol C，D的物质的量为4 L0.5 molL12 mol，3A(g) B(g) 2C(g) xD(g)起始： 6 mol 5 mol 0 0转化： 3 mol 1 mol 2 mol x mol平衡： 3 mol 4 mol 2 mol 2 molB的转化率为100%20%，A对；平衡时A 浓度为0.75 molL1，B错；由以上分析可知x2，C错；反
19、应前后气体的物质的量不变，则压强不变，D错。二、非选择题(本题包括5小题，共46分)19(8分)反应FeH2SO4=FeSO4H2的能量变化如图所示，请回答下列问题：(1)该反应为_反应选(填“吸热”或“放热”)。(2)若要使该反应的反应速率加快，下列措施可行的是_(填字母)。A改铁片为铁粉B改稀硫酸为98%的浓硫酸C升高温度D将2.4 molL1的稀硫酸改为4.8 molL1稀盐酸(3)若将上述反应设计成原电池，铜为原电池某一极材料，则铜极上发生的电极反应为_，外电路中电子由_极(选填“正”或“负”，下同)向_极移动。解析(1)从题中图像可知，反应物总能量高于生成物总能量，所以该反应为放热反
20、应。(2)改铁片为铁粉，增大了接触面积，反应速率增大，A可行；常温下铁在浓硫酸中会钝化不能继续发生反应，B错误；升高温度，反应速率增大，C可行；将2.4 molL1的稀硫酸改为4.8 molL1稀盐酸，氢离子浓度不变，反应速率几乎不变，D错误。(3)铜、铁、稀硫酸构成的原电池中，铁易失电子发生氧化反应而作负极，负极上电极反应式为Fe2e=Fe2；铜作正极，正极上氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为2H2e=H2，电子由负极向正极移动。答案(1)放热(2)AC(3)2H2e=H2负正20(10分)现用如图装置来测定某原电池工作时在某段时间内通过导线的电子的物质的量。量筒的规格为1 000 mL
21、，供选择的电极材料有纯铜片和纯锌片。请回答下列问题：(1)b电极材料为_，其电极反应式为_。(2)当量筒中收集到672 mL(标准状况下)气体时，通过导线的电子的物质的量为_mol，此时a电极质量_(填“增加”或“减少”)_g。(3)如果将a、b两电极的电极材料对调，U形管中将出现的现象是_。解析(1)纯铜片和纯锌片、稀硫酸组成原电池，由图可知b电极处有氢气生成，则b为铜，为正极；a为锌，为负极；b电极上氢离子得电子生成氢气，其电极反应式为2H2e=H2。(2)当量筒中收集到672 mL(标准状况下)气体时，n(H2)0.03 mol，已知b电极上的电极反应式为2H2e=H2，则通过导线的电子
22、的物质的量为0.06 mol，a电极上的反应为Zn2e=Zn2，则溶解的Zn的物质的量为0.03 mol，则减少的Zn的质量为65 gmol10.03 mol1.95 g。(3)如果将a、b两电极的电极材料对调，则右边为锌，失电子作负极，左边为铜，作正极，氢离子得电子生成氢气，所以U形管中左端液面下降，右端液面上升。答案(1)铜2H2e=H2(2)0.06减少195 (3)左端液面下降，右端液面上升21(12分)化学反应速率和限度与生产、生活密切相关。(1)某学生为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化，在400 mL稀盐酸中加入足量的锌粉，用排水集气法收集反应放出的氢气，实验记录如表(累计值)：
23、时间/min12345氢气体积/mL(标准状况)100240464576620哪一时间段反应速率最大_min(填01、12、23、34、45)，原因是_。求34分钟时间段以盐酸的浓度变化来表示的该反应速率_(设溶液体积不变)。(2)另一学生为控制反应速率防止反应过快难以测量氢气体积，他事先在盐酸中加入等体积的下列溶液以减慢反应速率，你认为不可行的是_(选填字母)。A蒸馏水BKCl溶液CKNO3溶液 DCuSO4溶液(3)某温度下在4 L密闭容器中，X、Y、Z三种气态物质的物质的量随时间变化曲线如图该反应的化学方程式是_。2 min内X的转化率为_。平衡时，混合气体中X的体积分数为_。解析(1)
24、在01、12、23、34、45 min时间段中，产生气体的体积分别为100 mL、140 mL、224 mL、112 mL、44 mL，由此可知反应速率最大的时间段为23 min；原因是该反应是放热反应，温度越高，反应速率越大。在34 min时间段内，n(H2)0.112 L22.4 Lmol10.005 mol，根据2HClH2，计算消耗盐酸的物质的量为0.01 mol，则v(HCl)0.01 mol0.4 L1 min0.025 mol(Lmin)1。(2)A可行：加入蒸馏水，H浓度减小，反应速率减小且不减少产生氢气的量；B可行：加入KCl溶液，H浓度减小，反应速率减小且不减少产生氢气的量
25、；C不可行：因酸性溶液中有NO，具有强氧化性，与Zn反应无氢气生成；D不可行：加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，构成原电池，反应速度增大，且影响生成氢气的量。(3)由图像可以看出，反应中X、Y的物质的量减少，应为反应物，Z的物质的量增多，应为生成物，当反应进行到5 min时，n(Y)0.2 mol、n(Z)0.4 mol、n(X)0.6 mol，则n(Y)n(Z)n(X)123，参加反应的物质的物质的量之比等于化学计量数之比，则反应的方程式为3X(g)Y(g)2Z(g)。2 min内X的转化率100%100%30%。X的体积分数X的物质的量分数100%23.5%。答案(1)23 min因该反
26、应是放热反应，此时温度高且盐酸浓度较大，所以反应速率较快0.025 mol(Lmin)1(2)CD(3)3X(g)Y(g)2Z(g)30%23.5%22(7分)将质量相等的锌片和铜片用导线相连，并浸入500 mL硫酸铜溶液中构成如图所示的装置。(1)该装置中总反应的离子方程式为_，铜片周围溶液会出现_的现象。(2)若2 min后测得锌片质量减少1.3 g，则导线中流过的电子为_mol。(3)若将该装置中的电解质溶液改为FeCl3溶液，其正极反应为_。解析(1)用CuSO4溶液作电解质溶液时，Zn为原电池的负极，Cu为原电池的正极，其总反应式为ZnCu2=Zn2Cu。由于铜片周围的溶液中Cu2被
27、消耗，其浓度减小，所以溶液颜色变浅。(2)根据1 mol Zn2 mol e可知，溶解1.3 g(0.02 mol)Zn，导线中流过的电子为0.04 mol。(3)将CuSO4溶液改为FeCl3溶液时，Fe3在Cu极上获得电子：Fe3e=Fe2。答案(1)ZnCu2=Zn2Cu颜色变浅(2)0.04(3)Fe3e=Fe223(9分)近年来甲醇用途日益广泛，越来越引起商家的关注。工业上甲醇的合成途径多种多样。现在实验室中模拟甲醇合成反应，在2 L密闭容器内，400 时发生反应CO(g)2H2(g)CH3OH(g)，体系中n(CO)随时间的变化如表：时间/s01235n(CO)/mol0.0200
28、.0110.0080.0070.007(1)图甲中表示CH3OH的变化的曲线是_(填序号)。图甲(2)下列措施不能提高反应速率的有_(填序号)。a升高温度b加入催化剂c增大压强d及时分离出CH3OH(3)下列叙述能说明反应达到平衡状态的是_(填序号)。aCO和H2的浓度保持不变bv(H2)2v(CO)cCO的物质的量分数保持不变d容器内气体密度保持不变e每生成1 mol CH3OH的同时有2 mol HH键断裂(4)CH3OH与O2的反应可将化学能转化为电能，其工作原理如图乙所示，图中CH3OH从_(填“A”或“B”)处通入，b极的电极反应式是_。图乙解析(1)由表中数据可知3 s后反应达到平
29、衡，从反应开始到达到平衡时CO的物质的量变化量为0.020 mol0.007 mol0.013 mol，根据反应方程式可知，平衡时CH3OH的物质的量为0.013 mol，浓度为0.006 5 molL1，b符合。(2)升高温度、增大压强和使用催化剂都能使化学反应速率增大，及时分离出CH3OH，生成物浓度减小，反应速率减小。(3)CO和H2的浓度保持不变，说明反应达到平衡状态，故a正确；未指明正、逆反应速率，不能判断是否达到平衡，故b错误；反应从开始到平衡的建立过程中CO的物质的量的分数在不断改变，当CO的物质的量分数保持不变时，说明反应达到平衡状态，故c正确；根据质量守恒定律知，混合物质量始终不变，容器的容积不变，则容器内混合气体的密度始终不变，所以不能据此判断是否达到平衡状态，故d错误；每生成1 mol CH3OH的同时有2 mol HH键断裂均表示正反应速率，所以不能据此判断是否达到平衡状态，故e错误。(4)电子由a极流向b极，说明a为负极，b为正极，CH3OH与O2的反应可将化学能转化为电能，甲醇失电子发生氧化反应，所以CH3OH从A处通入，B处通入氧气，b电极发生的电极反应为氧气得到电子生成氢氧根离子，电极反应式为O24e2H2O=4OH。答案(1)b(2)d(3)ac(4)AO24e2H2O=4OH
