1、专题九 化学反应与能量一、单项选择题1下列说法正确的是()A等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，后者放出热量多B已知C(石墨，s)=C(金刚石，s)H0，则金刚石比石墨稳定CBa(OH)28H2O与NH4Cl反应是氧化还原反应，且反应的焓变大于零D含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和，放出28.7 kJ的热量，则表示该反应中和热的热化学方程式为NaOH(aq)HCl(aq)=NaCl(aq)H2O(l)H57.4 kJmol1解析：选D。等量的硫蒸气和硫固体，硫蒸气的能量高，能量越高，燃烧放出的热量越多，A项错误；由C(石墨，s)=C(金刚石，s)H0，可知金刚石的能量比石墨的能量高
2、，能量越高，越不稳定，所以石墨比金刚石稳定，B项错误；Ba(OH)28H2O与NH4Cl反应中无元素化合价变化，属于非氧化还原反应，反应需要吸热，焓变大于零，C项错误；含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和生成0.5 mol水，放出28.7 kJ的热量，则中和热的热化学方程式可表示为NaOH(aq)HCl(aq)=NaCl(aq)H2O(l)H57.4 kJmol1，D项正确。2利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2/MV在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是()A相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能B阴极区，在氢化酶作用下发生反应
3、H22MV2=2H2MVC正极区，固氮酶为催化剂，N2 发生还原反应生成NH3D电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动解析：选B。由题图和题意知，电池总反应是3H2N2=2NH3。该合成氨反应在常温下进行，并形成原电池产生电能，反应不需要高温、高压和催化剂，A项正确；观察题图知，左边电极发生氧化反应MVe=MV2，为负极，不是阴极，B项错误；正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3，C项正确；电池工作时，H通过交换膜，由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移，D项正确。3锌空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2ZnO24OH2H2O=2Zn(OH)。下
4、列说法正确的是()A充电时，电解质溶液中K向阳极移动B充电时，电解质溶液中c(OH)逐渐减小C放电时，负极反应为Zn4OH2e=Zn(OH)D放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L(标准状况)解析：选C。K带正电荷，充电时K应该向阴极移动，A项错误。根据该电池放电的总反应可知，放电时消耗OH，则充电时，OH浓度应增大，B项错误。放电时，Zn为负极，失去电子生成Zn(OH)，其电极反应为Zn4OH2e=Zn(OH)，C项正确。消耗1 mol O2转移4 mol电子，故转移2 mol电子时消耗0.5 mol O2，在标准状况下的体积为11.2 L，D项错误。4(2019徐州高三考前
5、模拟)联氨(N2H4)常温下为无色液体，可用作火箭燃料。已知：2O2(g)N2(g)=N2O4(l)H1N2(g)2H2(g)=N2H4(l)H2O2(g)2H2(g)=2H2O(g)H32N2H4(l)N2O4(l)=3N2(g)4H2O(g)H41048.9 kJmol1下列说法不正确的是()AO2(g)2H2(g)=2H2O(l)H5，H5H3BH42H32H2H1C1 mol O2(g)和2 mol H2(g)具有的总能量高于2 mol H2O(g)D联氨和N2O4做火箭推进剂的原因之一是反应放出大量的热解析：选A。A.O2(g)2H2(g)=2H2O(g)H3；O2(g)2H2(g)
6、=2H2O(l)H5；两个反应均为放热反应，H均为负值，放热越多H越小，由于生成液态水放热更多，所以H5H3，A错误；B.根据盖斯定律，22得，2N2H4(l)N2O4(l)=3N2(g)4H2O(g)，所以H42H32H2H1，B正确；C.O2(g)2H2(g)=2H2O(g)H3，该反应为放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，C正确；D.由H41 048.9 kJmol1知，反应放出大量的热，所以可以用联氨和N2O4做火箭推进剂，D正确。5“水”电池是一种利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电的电池，其总反应为5MnO22Ag2NaCl=Na2Mn5O102AgCl，如图以“水”电池为
7、电源电解酸性FeCl2溶液，X电极附近溶液先变黄，下列有关分析不正确的是()A该装置只涉及两种能量之间的转化B在线路中安装电压调节装置，可通过现象判断Fe2和Cl的还原性强弱C“水”电池内Na不断向正极移动D为负极，其电极反应式为AgCle=AgCl解析：选A。根据“水”电池总反应可知，Ag在负极发生氧化反应，MnO2在正极发生还原反应；由X电极附近溶液先变黄，可知X电极上Fe2失电子，被氧化为Fe3，即X电极为阳极，Y电极为阴极，则与其相连的、分别为“水”电池的正极和负极。“水”电池工作时化学能转化为电能，同时伴随着热量的变化，A项错误；根据X电极附近溶液先变黄可知，先是Fe2被氧化，后是C
8、l被氧化，若在线路中安装电压调节装置，则可根据电压和现象判断Fe2、Cl的还原性强弱，B项正确；“水”电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C项正确；结合上述分析可知，为“水”电池的负极，负极上Ag失电子发生氧化反应，其电极反应式为AgCle=AgCl，D项正确。6一定条件下，在水溶液中1 mol Cl、ClO(x1，2，3，4)的能量(kJ)相对大小如图所示。下列有关说法正确的是()Ae是ClOBbac反应的活化能为60 kJ/molCa、b、c、d、e中c最稳定Dbad反应的热化学方程式为3ClO(aq)=ClO(aq)2Cl(aq)H116 kJ/mol解析：选D。 Ae中Cl
9、元素化合价为7价，而ClO中Cl元素化合价为5价，故A错误；B.根据图中数据无法判断bac反应的活化能，故B错误；C.a、b、c、d、e中a能量最低，所以a最稳定，故C错误；D.bad，根据得失电子守恒得该反应方程式为3ClO=ClO2Cl，反应热(64 kJ/mol20 kJ/mol)360 kJ/mol116 kJ/mol，所以该反应的热化学方程式为3ClO(aq)=ClO(aq)2Cl(aq)H116 kJ/mol，故D正确。二、不定项选择题7(2019南京高三三模)CO、H2、C2H5OH三种物质燃烧的热化学方程式如下：CO(g)1/2O2(g)=CO2(g)H1a kJ/mol；H2
10、(g)1/2O2(g)=H2O(g)H2b kJ/mol；C2H5OH(l)3O2(g)=2CO2(g)3H2O(g)H3c kJ/mol。下列说法正确的是()AH10B2H2O(l)=2H2(g)O2(g)H32b kJ/molCCO与H2合成C2H5OH反应的原子利用率为100%D2CO(g)4H2(g)=H2O(g)C2H5OH(l)H(2a4bc) kJ/mol解析：选AD。反应为CO的燃烧，一定是放热反应，所以焓变小于0，选项A正确。反应中水的状态为气态，而选项B中热化学方程式里水的状态为液态，显然无法计算选项B中热化学方程式的焓变，选项B错误。CO与H2合成C2H5OH的反应为2C
11、O(g)4H2(g)=H2O(g)C2H5OH(l)，显然原子利用率小于100%，选项C错误。24得到：2CO(g)4H2(g)=H2O(g)C2H5OH(l) H(2a4bc) kJ/mol，选项D正确。8某手机电池采用了石墨烯电池，可充电5 min，通话2 h。一种石墨烯锂硫电池(2LiS8=Li2S8)工作原理示意图如图所示。下列有关该电池的说法不正确的是()A金属锂是比能量相对较高的电极材料B充电时A电极为阴极，发生还原反应C充电时B电极的反应：Li2S82e=2LiS8D手机使用时电子从A电极经过手机电路板流向B电极，再经过电池电解质流回A电极解析：选D。单位质量的电极材料失去电子的
12、物质的量越多，则放出的电能越大，比能量越高，金属锂是比能量较高的电极材料，A正确；原电池中阳离子向正极移动，由题图可知，做电源时，B为正极，A为负极，负极发生失电子的氧化反应，则充电时A为阴极，发生还原反应，B正确；放电时，B电极上S8得电子生成Li2S8，反应为2LiS82e=Li2S8，则充电时B电极反应为Li2S82e=2LiS8，C正确；电子只能在电极和导线中移动，不能在电解质中移动，D错误。9四甲基氢氧化铵(CH3)4NOH常用作电子工业清洗剂，以四甲基氯化铵(CH3)4NCl为原料，采用电渗析法合成(CH3)4NOH，其工作原理如图所示(a、b为石墨电极，c、d、e为离子交换膜)，
13、下列说法不正确的是()AN为电源正极B标准状况下制备0.75 mol (CH3)4NOH，a、b两极共产生16.8 L气体Cc为阳离子交换膜，e为阴离子交拘膜Db极电极反应式：4OH4e=O22H2O解析：选BC。电解后左侧四甲基氢氧化铵(CH3)4NOH稀溶液转化为浓溶液，说明a极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O2e=H22OH，则M为电源负极，N为电源正极，A正确；b为电解池阳极，电极反应为4OH4e=O22H2O，制备0.75 mol(CH3)4NOH，需要阴极产生0.75 mol OH，转移电子0.75 mol，阴、阳极共生成气体()22.4 L12.6 L，B错误，D正确；阴
14、极c(OH)不断增大，中间原料室的四甲基氯化铵(CH3)4NCl电离出的(CH3)4N穿过c膜进入左侧阴极室，c膜为阳离子交换膜；原料室的氯化钠稀溶液转化为浓溶液，表明右侧阳极室的钠离子穿过e膜进入原料室，故e膜为阳离子交换膜，C错误。三、非选择题10按要求回答下列问题：(1)以天然气为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。已知：CH4(g)H2O(g)=CO(g)3H2(g)H1 a kJmol1CH4(g)CO2(g)=2CO(g)2H2(g)H2 b kJmol1CH4(g)2H2O(g)=CO2(g)4H2(g)H3请计算反应的反应热H3_(用a、b表示)kJmol1。(2)已知：2H2
15、(g)O2(g)=2H2O(g)H12CO(g)O2(g)=2CO2(g)H2C(s)O2(g)=CO2(g)H3C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)H则H_(用含H1、H2、H3的式子表示)。(3)某课题组实现了在常温常压下，以氮气和液态水为原料制备氨同时有氧气生成。已知，在一定温度和压强下，由最稳定的单质生成1 mol纯物质的热效应，称为该物质的生成热(H)。常温常压下，相关物质的生成热如下表所示：物质NH3(g)H2O(l)H/(kJmol1)46242上述合成氨反应的热化学方程式为_。(4)已知：COS(g)H2(g)H2S(g)CO(g)H117 kJmol1COS(g)H2O(
16、g)H2S(g)CO2(g)H235 kJmol1CO(g)H2O(g)H2(g)CO2(g)H3则H3_。(5)汽车排气管内的催化转化器可实现尾气无毒处理。已知：N2(g)O2(g)=2NO(g)H180.5 kJmol12C(s)O2(g)=2CO(g)H221.0 kJmol1CO2(g)=C(s)O2(g)H393.5 kJmol1则反应2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)的H_ kJmol1。解析：(1)根据盖斯定律可得2，所以H32H1H2(2ab) kJmol1。(2)已知：2H2(g)O2(g)=2H2O(g)H1；2CO(g)O2(g)=2CO2(g)H2；C(
17、s)O2(g)=CO2(g)H3；根据盖斯定律，由得反应C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)HH3H1H2。(3)由题意知式：N2(g)3H2(g)=2NH3(g)H1(462) kJmol1，式：2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H2(2422) kJmol1，23得方程式为2N2(g)6H2O(l)=3O2(g)4NH3(g)H2H13H21 268 kJmol1。(4)根据盖斯定律由可得H3H2H135 kJmol1(17 kJmol1)18 kJmol1。(5)将已知热化学方程式依次编号为，根据盖斯定律，由2得N2(g)2CO2(g)=2NO(g)2CO(g)H(180.5 k
18、Jmol1)(221.0 kJmol1)(393.5 kJmol1)2746.5 kJmol1，则反应2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)的H746.5 kJmol1。答案：(1)2ab(2)H3H1H2(3)2N2(g)6H2O(l)=3O2(g)4NH3(g)H1 268 kJmol1(4)18 kJmol1(5)746.511按要求回答下列问题：(1)利用生物电池，以H2、N2为原料合成氨的装置如图1所示。Q、R均为催化剂，据图示判断，负极反应的催化剂为_(填“Q”或“R”)；正极的电极反应式为_。(2)用电化学法模拟工业处理SO2。将硫酸工业尾气中的SO2通入如图2装置(
19、电极均为惰性材料)进行实验，可用于制备硫酸，同时获得电能：M极的电极反应式为_。当外电路通过0.2 mol电子时，质子交换膜左侧的溶液质量_(填“增大”或“减小”)_g。(3)某种燃料电池以熔融碳酸钠、碳酸钾为电解质，其工作原理如图3所示，该电池负极的电极反应式为_。若电极B附近通入1 m3空气(假设空气中O2的体积分数为20%)并完全反应，理论上可消耗相同条件下CH4的体积为_m3。(4)KIO3可采用“电解法”制备，装置如图4所示。写出电解时阴极的电极反应式：_。电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为_，其迁移方向是_。(5)制备Na2S2O5可采用三室膜电解技术，装置如图5所示，其中SO
20、2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为_。电解后，_室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。解析：(1)根据原电池工作原理，负极上失去电子，元素化合价升高，所以通氢气的一端为负极，根据装置图判断，Q为负极催化剂；通氮气的一端为正极，根据工作原理，正极反应式为N26H6e=2NH3。(2)反应本质是二氧化硫、氧气与水反应生成硫酸，M电极为负极，N电极为正极，M电极上二氧化硫失去电子被氧化生成SO，根据原子守恒和电荷守恒可知，有水参加反应，有氢离子生成，电极反应式为SO22H2O2e=SO4H。正极反应式为O24e4H=2H2O，当外电路通过
21、0.2 mol电子时，负极反应的二氧化硫为0.1 mol，质量为6.4 g，同时有0.2 mol氢离子通过质子交换膜进入右侧，左侧溶液质量增大6.4 g0.2 g6.2 g。(3)燃料电池通O2的电极为正极，通CH4的电极为负极，即电极A为负极，负极上CH4失电子发生氧化反应，生成CO2，电极反应式为CH44CO8e=5CO22H2O；若电极B附近通入1 m3 空气(假设空气中O2的体积分数为20%)，则参加反应的O2的物质的量为1 000 L20%22.4 Lmol1，根据得失电子守恒可知，消耗CH4的体积为1 000 L20%22.4 Lmol122.4 Lmol1100 L0.1 m3。(4)电解法制备KIO3时，H2O在阴极得到电子，发生还原反应：2H2O2e=2OHH2。电解池中阳离子向阴极移动，即由电极a向电极b迁移，阳离子交换膜只允许阳离子通过，故主要是K通过阳离子交换膜。(5)阳极发生氧化反应：2H2O4e=4HO2，阳极室H向a室迁移，a室中的Na2SO3转化成NaHSO3。阴极发生还原反应，析出H2，OH增多，Na由a室向b室迁移，则b室中Na2SO3浓度增加。答案：(1)QN26H6e=2NH3(2)SO22H2O2e=SO4H增大6.2(3)CH44CO8e=5CO22H2O0.1(4)2H2O2e=2OHH2K由a到b(5)2H2O4e=4HO2a
