1、化学反应与能量(建议用时:90分钟)一、选择题1“盐水动力”玩具车的电池以镁片、活性炭为电极,向极板上滴加食盐水后电池便可工作,电池反应为2MgO22H2O=2Mg(OH)2。下列关于该电池的说法错误的是()A镁片作为正极B食盐水作为电解质溶液C电池工作时镁片逐渐被消耗D电池工作时实现了化学能向电能的转化答案A2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
2、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。 3某反应由两步反应ABC构成,它的反应能量曲线如图,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。4某学生将电流表用导线与两个电极连接在一
3、起,再将两个电极同时插入某种电解质溶液中,能观察到有电流产生的是()A用铜片、铅笔芯作电极插入稀硫酸中B用两个铜片作电极插入硝酸银溶液中C用锌片、铜片作电极插入番茄中D用铜片、铁片作电极插入酒精中C要构成原电池,除要形成闭合回路外,还需要有两个活动性不同的电极,其中一个电极要能与电解质溶液发生自发的氧化还原反应。A项,铜、石墨与稀硫酸均不反应;B项,电极材料相同;D项,酒精是非电解质;C项,一些水果中含有有机酸,其汁液可作电解质溶液。5对于放热反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g),下列判断正确的是()A2 mol SO2和足量的O2反应,必定生成2 mol SO3B当v(正)v(逆)时,
4、随着反应的进行,反应物的物质的量逐渐减小C正反应速率之比为v(SO2)v(O2)v(SO3)212时,反应达到平衡D反应达到平衡后,升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小B该反应为可逆反应,不论条件怎样改变,反应不可能进行完全,A项错误;v(正)v(逆)表示反应正向进行,随着反应的进行,反应物的物质的量逐渐减小,B项正确;在可逆反应里,各物质表示的反应速率之比等于其化学计量数之比,此时反应不一定达到平衡,C项错误;升高温度,正、逆反应速率均增大,D项错误。6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=
5、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。7化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是()甲乙丙丁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
6、,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。8已知:1 mol H2分子中化学键断裂时需要吸收436 kJ的能量;1 mol I2蒸气
7、中化学键断裂时需要吸收151 kJ的能量;由H原子和I原子形成1 mol HI分子时释放299 kJ的能量。下列判断不正确的是()AI2分子比H2分子稳定B2 mol HI(g)发生分解反应吸收11 kJ热量CHI与NaOH的反应属于放热反应D0.5 mol H2(g)与0.5 mol I2(g)完全反应释放出5.5 kJ热量A选项A,H2分子共价键断裂时吸收的热量比I2分子共价键断裂时吸收的热量多,H2分子比I2分子稳定,A选项错误。选项B,2 mol HI(g)发生反应2HI(g)=H2(g)I2(g),吸收的热量2E(HI)E(HH)E(II)2 mol299 kJmol11 mol43
8、6 kJmol11 mol151 kJmol111 kJ。选项C,中和反应是放热反应。选项D,根据选项B计算可知正确。9用4 g单质锌与5 mL 2 molL1的稀硫酸作用制备氢气时,下列四种情况下生成氢气速率的大小顺序为()锌粒稀硫酸 锌粉稀硫酸锌粉稀硫酸少量CuSO4粉末锌粒稀硫酸少量3 molL1盐酸A BC DC用4 g单质锌与5 mL 2 molL1的稀硫酸作用制备氢气时,锌的表面积越大,反应速率越快,则反应速率:;该反应的实质是锌与氢离子反应,氢离子浓度越大,反应速率越快,中氢离子浓度为4 molL1,中加入少量3 molL1盐酸,溶液中氢离子浓度小于4 molL1,则反应速率:;
9、中锌与CuSO4反应置换出铜,构成原电池,反应速率加快,则反应速率:;因此生成氢气速率的大小顺序为,故选C。10在恒温恒容的密闭容器中进行反应2SO2O22SO3,若反应物浓度由0.1 molL1降到0.06 molL1需20 s,那么由0.06 molL1降到0.024 molL1需要的反应时间为()A等于18 s B等于12 sC大于18 s D小于18 s答案C11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
10、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。12X、Y、Z为三种气体,把a mol X和b mol Y充入一密闭容器中,发生反应X2Y2Z。达到平衡时,若它们的物质的量满足n(X)n(Y)n(Z
11、),则Y的转化率为()A100% B100%C100% D100%B设反应达到平衡时消耗Y的物质的量为x mol。则: X2Y2Z起始量/mol a b 0转化量/mol x x平衡量/mol a bx x依题意可得(bx)x,解得x。Y的转化率为100%100%。13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,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
12、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,反应放热;D项,化学反应的实质是化学键的断裂和形成。14下列各组反应(表中物质均为反应物)在反应刚开始时,放出H2的速率最大的是()选项金属(粉末状)及其物质的量/mol酸的浓度及体积 反应温度/AMg0.16
13、molL1硝酸10 mL60BMg0.13 molL1盐酸10 mL60CFe0.13 molL1盐酸10 mL60DMg0.13 molL1硫酸10 mL60D影响化学反应速率的主要因素是反应物的性质,镁的金属活动性强于铁,所以C项放出氢气的速率最小。A项,Mg与HNO3反应不会产生氢气,B、D两项中只需比较c(H)的大小即可,HCl为一元强酸,硫酸为二元强酸,故相同浓度的盐酸与硫酸溶液,硫酸溶液中的c(H)大于盐酸中的c(H),D项符合题意。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
14、)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
15、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,反应还在向正反应方向进行,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
16、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。17一定条件下,在体积为10 L的固定容器中发生反应:N2(g)3H2(g)2NH3(g),反应过程如图:下列说法正确的是()At1 min时正、逆反应速率相等BX曲线表示NH3的物质的量随时间变化的关系C08 min,H2的平均反应速率v(H2)0.75 molL1min1D1012 min,N2的平均反应速率v(N2)0.25molL1min1Bt1 min时,只是X和Y的物质的量相等,反应没有达到平衡状态,说明正、逆反应速率不相等;
17、根据图像,Y表示H2的物质的量随时间的变化关系,X表示NH3的物质的量随时间的变化关系;08 min,H2的平均反应速率v(H2)0.011 25 molL1min1,根据H2的变化量可计算出1012 min内N2的平均反应速率v(N2)0.002 5 molL1min1。18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,
18、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 Na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。19糖生物电池是一种酶催化燃料电池(EFC),它使用便宜的酶代替贵金属催化剂,利用空气氧化糖类产生电流。下列有关判断不合理的是()A该电池不宜在高温下工作B若该电池为酸性介质,正极反应式为O24e
19、4H=2H2OC放电过程中,电池内阳离子向正极迁移D若该电池为碱性介质,以葡萄糖为原料并完全氧化,负极反应式为C6H12O624e6H2O=6CO224HD因为酶在高温下发生变性,所以该电池不宜在高温下工作,A正确;该电池为酸性介质,正极为氧气得电子结合氢离子生成水,反应为O24e4H=2H2O,B正确;放电过程中,电池内阳离子移向正极,阴离子移向负极,C正确;该电池为碱性介质,会生成CO和H2O,D错误。二、非选择题20反应FeH2SO4=FeSO4H2的能量变化趋势如图所示:(1)该反应为_(填“吸热”或“放热”)反应。(2)若要使该反应的反应速率增大,下列措施可行的是_(填字母)。A改铁
20、片为铁粉B改稀硫酸为98%的浓硫酸C升高温度D减小压强(3)若将上述反应设计成原电池,铜为原电池某一极材料,则铜为_(填“正”或“负”)极。铜片上产生的现象为_,该极上发生的电极反应为_,外电路中电子由_(填“正”或“负”,下同)极向_极移动。解析(1)据能量变化图像可知该反应是放热反应。(2)增大固体的表面积或升高温度,反应速率增大;适当增大反应物浓度,反应速率也增大,但98%的浓硫酸能使铁钝化。(3)该反应中铁是还原剂,作负极,比铁活动性差的铜应作正极。铜片上,氢离子得到电子,电极反应为2H2e=H2,外电路电子由负极流向正极。答案(1)放热(2)AC(3)正产生无色气泡2H2e=H2负正
21、21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):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 min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 DC
22、uSO4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)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 m
23、ol0.4 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;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
24、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因该反应是放热反应,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.
25、0200.0110.0080.0070.007(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
26、达到平衡,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
27、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=4OH23已知Fe3具有氧化性,I具有较强的还原性,二者可自发进行氧化还
28、原反应。通过如下实验对此反应进行探究。(1)写出Fe3和I发生反应的离子方程式:_。(2)实验一(已知CCl4不溶于水且密度大于水,I2极易溶于CCl4,此实验中的其他物质不溶于CCl4)操作现象结论取5 mL 0.1 molL1KI溶液,加入0.1 molL1FeCl3溶液56滴,继续加2 mL CCl4;充分振荡溶液分层,下层呈_色取上层清液,加入2滴KSCN溶液溶液呈红色思考由反应方程式知,上述实验中KI过量很多,如何解释实验中的结论?_。(3)实验二根据实验一对Fe3和I反应探究的结论,设计如图所示装置。反应开始时,电流表指针发生偏转,该装置中能量转化形式为_。反应开始时,石墨(a)作
29、_极,石墨(b)上发生_反应。反应开始时,电子沿导线移动方向为_(填“ab”或“ba”)。反应开始时,石墨(a)的电极反应式为_。反应进行一段时间后,电流表读数为0,说明了_。解析(1)根据氧化还原反应离子方程式的书写方法可写出:2Fe32I=2Fe2I2。(2)根据信息,溶液分层,I2易溶于CCl4,则下层呈紫红色,说明Fe3与I发生了反应,生成I2。取上层清液加入2滴KSCN溶液呈红色,说明有Fe3剩余。根据离子方程式及反应物用量知,I过量很多时,Fe3剩余,说明Fe3与I的反应不能进行到底,有限度,属于可逆反应。(3)Fe3与I的反应是自发的、可逆的氧化还原反应,因此此实验装置是原电池。石墨(a)是正极,电极反应式为2Fe32e=2Fe2,发生还原反应;石墨(b)是负极,电极反应式为2I2e=I2,发生氧化反应。电子由负极石墨(b)正极石墨(a)。反应进行一段时间后,电流表读数为0,证明此可逆反应达到平衡状态。答案(1)2Fe32I=2Fe2I2(2)实验一紫红有I2生成有Fe3剩余思考Fe3和I的反应不能进行到底,有限度,属于可逆反应(3)实验二化学能电能 正氧化baFe3e=Fe2此可逆反应达到平衡状态