江苏省2020高考化学二轮复习专题九化学反应与能量训练含解析

江苏省2020高考化学二轮复习专题九化学反应与能量训练含解析

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)　ΔH＞0，则金刚石比石墨稳定 C．Ba(OH)2·8H2O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)　ΔH＝－57.4 kJ·mol－1‎ 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)　ΔH>0，可知金刚石的能量比石墨的能量高，能量越高，越不稳定，所以石墨比金刚石稳定，B项错误；Ba(OH)2·8H2O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)　ΔH＝－57.4 kJ·mol－1，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H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋‎ C．正极区，固氮酶为催化剂，N2 发生还原反应生成NH3‎ D．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3H2＋N2===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MV＋－e－===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。‎ - 9 -‎ ‎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2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn(OH)。下列说法正确的是(　　)‎ 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Zn＋4OH－－2e－===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Zn＋4OH－－2e－===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·徐州高三考前模拟)联氨(N2H4)常温下为无色液体，可用作火箭燃料。已知：‎ ‎①2O2(g)＋N2(g)===N2O4(l)　ΔH1‎ ‎②N2(g)＋2H2(g)===N2H4(l)　ΔH2‎ ‎③O2(g)＋2H2(g)===2H2O(g)　ΔH3‎ ‎④2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)　ΔH4＝－1048.9 kJ·mol－1‎ 下列说法不正确的是(　　)‎ A．O2(g)＋2H2(g)===2H2O(l)　ΔH5，ΔH5＞ΔH3‎ B．ΔH4＝2ΔH3－2ΔH2－ΔH1‎ C．1 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)　ΔH3；O2(g)＋2H2(g)===2H2O(l)　ΔH5；两个反应均为放热反应，ΔH均为负值，放热越多ΔH越小，由于生成液态水放热更多，所以ΔH5＜ΔH3，A错误；B.根据盖斯定律，③×2－②×2－①得，2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)，所以ΔH4＝2ΔH3－2ΔH2－ΔH1，B正确；C.O2(g)＋2H2(g)===2H2O(g)　ΔH3，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ΔH4＝－1 048.9 kJ·mol－1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5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，如图以“水”电池为电源电解酸性FeCl2溶液，X电极附近溶液先变黄，下列有关分析不正确的是(　　)‎ - 9 -‎ 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．Ⅱ为负极，其电极反应式为Ag＋Cl－－e－===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Ⅰ、Ⅱ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Cl－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，Ⅱ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Ag＋Cl－－e－===AgCl，D项正确。‎ ‎6．一定条件下，在水溶液中1 mol Cl－、ClO(x＝1，2，3，4)的能量(kJ)相对大小如图所示。下列有关说法正确的是(　　)‎ A．e是ClO B．b→a＋c反应的活化能为60 kJ/mol C．a、b、c、d、e中c最稳定 D．b→a＋d反应的热化学方程式为3ClO－(aq)===ClO(aq)＋2Cl－(aq)　ΔH＝－116 kJ/mol 解析：选D。 A．e中Cl元素化合价为＋7价，而ClO中Cl元素化合价为＋5价，‎ - 9 -‎ 故A错误；B.根据图中数据无法判断b→a＋c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.b→a＋d，根据得失电子守恒得该反应方程式为3ClO－===ClO＋2Cl－，反应热＝(64 kJ/mol＋2×0 kJ/mol)－3×60 kJ/mol＝－116 kJ/mol，所以该反应的热化学方程式为3ClO－(aq)===ClO(aq)＋2Cl－(aq)　ΔH＝－116 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：‎ ‎①CO(g)＋1/2O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝a kJ/mol；‎ ‎②H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(g)　ΔH2＝b kJ/mol；‎ ‎③C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g)　ΔH3＝c kJ/mol。‎ 下列说法正确的是(　　)‎ A．ΔH1<0‎ B．2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH3＝－2b kJ/mol C．CO与H2合成C2H5OH反应的原子利用率为100%‎ D．2CO(g)＋4H2(g)===H2O(g)＋C2H5OH(l)　ΔH＝(2a＋4b－c) kJ/mol 解析：选AD。反应①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②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2CO(g)＋4H2(g)===H2O(g)＋C2H5OH(l)，显然原子利用率小于100%，选项C错误。①×2＋②×4－③得到：2CO(g)＋4H2(g)===H2O(g)＋C2H5OH(l) 　ΔH＝(2a＋4b－c) 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(2Li＋S8===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：Li2S8－2e－===2Li＋＋S8‎ D．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物质的量越多，则放出的电能越大，‎ - 9 -‎ 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2Li＋＋S8＋2e－===Li2S8，则充电时B电极反应为Li2S8－2e－===2Li＋＋S8，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)，下列说法不正确的是(　　)‎ A．N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 C．c为阳离子交换膜，e为阴离子交拘膜 D．b极电极反应式：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 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2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，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4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，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 L＝12.6 L，B错误，D正确；阴极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：①CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH1＝ a kJ·mol－1‎ - 9 -‎ ‎②CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH2＝ b kJ·mol－1‎ ‎③CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g)　ΔH3‎ 请计算反应③的反应热ΔH3＝________(用a、b表示)kJ·mol－1。‎ ‎(2)已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH1‎ ‎2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH2‎ C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH3‎ C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH 则ΔH＝________(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3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(ΔH)。常温常压下，相关物质的生成热如下表所示：‎ 物质 NH3(g)‎ H2O(l)‎ ΔH/(kJ·mol－1)‎ ‎－46‎ ‎－242‎ 上述合成氨反应的热化学方程式为_________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)已知：①COS(g)＋H2(g)H2S(g)＋CO(g)　ΔH1＝－17 kJ·mol－1‎ ‎②COS(g)＋H2O(g)H2S(g)＋CO2(g)　ΔH2＝－35 kJ·mol－1‎ ‎③CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)　ΔH3‎ 则ΔH3＝____________。‎ ‎(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)　ΔH＝＋180.5 kJ·mol－1‎ ‎2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221.0 kJ·mol－1‎ CO2(g)===C(s)＋O2(g)　ΔH＝＋393.5 kJ·mol－1‎ 则反应2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)的　ΔH＝________ kJ·mol－1。‎ 解析：(1)根据盖斯定律可得③＝①×2－②，所以ΔH3＝2ΔH1－ΔH2＝(2a－b) kJ·mol－1。‎ ‎(2)已知：①2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH1；‎ ‎②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH2；‎ ‎③C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH3；‎ - 9 -‎ 根据盖斯定律，由③－×①－×②得反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH＝ΔH3－ΔH1－ΔH2。‎ ‎(3)由题意知①式：N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)　ΔH1＝(－46×2) kJ·mol－1，②式：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH2＝(－242×2) kJ·mol－1，2×①－3×②得方程式为2N2(g)＋6H2O(l)===3O2(g)＋4NH3(g)　ΔH＝2ΔH1－3ΔH2＝＋1 268 kJ·mol－1。‎ ‎(4)根据盖斯定律由②－①＝③可得ΔH3＝ΔH2－ΔH1＝－35 kJ·mol－1－(－17 kJ·mol－1)＝－18 kJ·mol－1。‎ ‎(5)将已知热化学方程式依次编号为①②③，根据盖斯定律，由①＋②＋③×2得N2(g)＋2CO2(g)===2NO(g)＋2CO(g)　ΔH＝(＋180.5 kJ·mol－1)＋(－221.0 kJ·mol－1)＋(＋393.5 kJ·mol－1)×2＝＋746.5 kJ·mol－1，则反应2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)的ΔH＝－746.5 kJ·mol－1。‎ 答案：(1)2a－b　(2)ΔH3－ΔH1－ΔH2　(3)2N2(g)＋6H2O(l)===3O2(g)＋4NH3(g)　ΔH＝＋1 268 kJ·mol－1　(4)－18 kJ·mol－1　(5)－746.5‎ ‎11．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(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：‎ - 9 -‎ ‎①M极的电极反应式为______________________________________________________。‎ ‎②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。‎ ‎①写出电解时阴极的电极反应式：___________________________________________。‎ ‎②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SO2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。‎ - 9 -‎ 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N2＋6H＋＋6e－===2NH3。(2)①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SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋。②正极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，当外电路通过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 g－0.2 g＝6.2 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CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O；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 L×20%÷22.4 L·mol－1，根据得失电子守恒可知，消耗CH4的体积为1 000 L×20%÷22.4 L·mol－1××22.4 L·mol－1＝100 L＝0.1 m3。(4)①电解法制备KIO3时，H2O在阴极得到电子，发生还原反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。②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：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，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)Q　N2＋6H＋＋6e－===2NH3‎ ‎(2)①SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋　②增大　6.2‎ ‎(3)CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O　0.1‎ ‎(4)①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑　②K＋　由a到b ‎(5)2H2O－4e－===4H＋＋O2↑　a - 9 -‎