1、1专题检测（四） 化学反应与能量变化一、选择题(每小题有 12 个选项符合题意)1下列电池工作时，O 2在正极放电的是( )A.锌锰电池 B.氢燃料电池 C.铅蓄电池 D.镍镉电池解析：选 B A 中正极放电的是 MnO2，B 中正极放电的是 O2，C 中正极放电的是PbO2，D 中正极放电的是 NiOOH。2物质( tBuNO) 2在正庚烷溶剂中发生如下反应：(tBuNO) 22( tBuNO) H50.5 kJmol1 ， Ea90.4 kJmol1 。下列图像合理的是( )解析：选 D H0，此反应为吸热反应，生成物的总能量大于反应物的总能量，B、C项错误；再根据 Ea和 H 的比例关系
2、可知 D 项正确。3(2019常州一中模拟)用 H2O2和 H2SO4的混合溶液可溶出印刷电路板中的铜，其热化学方程式为 Cu(s)H 2O2(l)2H (aq)=Cu2 (aq)2H 2O(l) H。已知：Cu(s)2H (aq)=Cu2 (aq)H 2(g) H164 kJmol 12H 2O2(l)=2H2O(l)O 2(g) H2196 kJmol 1H 2(g) O2(g)=H2O(l) H3286 kJmol 112下列说法不正确的是( )A反应可通过铜作电极电解稀 H2SO4的方法实现B反应在任何条件下都能自发进行2C若 H2(g) O2(g)=H2O(g) H4，则 H40，则
3、在任何条件下均能自发进行，B 项正确；因为 H2O(g)所具有的能量较 H2O(l)高，则反应 H2(g) O2(g)=H2O(g)放出的热量较少， H4 H3，C 项12错误；由盖斯定律可得 H H1 H2 H3320 kJmol 1 ，D 项正确。124镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，且镁电池放电时电压高而平稳。其中一种镁电池的反应为 xMgMo 3S4 MgxMo3S4，下列说法错误的是( ) 放 电 充 电A放电时 Mg2 向正极迁移B放电时正极反应为 Mo3S42 xe =Mo3S2x4C充电时 Mo3S4发生氧化反应D充电时阴极反应为 Mg2 2e =Mg解析：选 C 电池
4、放电时，相当于原电池，电解质溶液中阳离子(Mg 2 )向正极迁移，A正确；放电时，正极上 Mo3S4发生还原反应，B 正确；充电时是电解池，Mo 3S4是产物，C 错误；充电时，阴极为阳离子(Mg 2 )发生还原反应，D 正确。5某固体酸燃料电池以 CsHSO4固体为电解质传递 H ，其基本结构如图所示，电池总反应可表示为 2H2O 2=2H2O，下列有关说法正确的是( )A电子通过外电路从 b 极流向 a 极Bb 极上的电极反应式为 O22H 2O4e =4OHC每转移 0.1 mol 电子，消耗 1.12 L 的 H2DH 由 a 极通过固体酸电解质传递到 b 极解析：选 D 由电极反应式
5、可知，H 2通入的一极为负极，O 2通入的一极为正极，故 a为负极、b 为正极，电子应该是通过外电路由 a 极流向 b 极，A 错误；b 极上的电极反应式为 O24e 4H =2H2O，B 错误；没有明确此时是否处于标准状况，故无法计算消耗 H2的体积，C 错误。6在固态金属氧化物电解池中，高温共电解 H2OCO2混合气体制备 H2和 CO 是一种新3的能源利用方式，基本原理如图所示。下列说法不正确的是( )AX 是电源的负极B阴极的反应式：H 2O2e =H2O 2 ，CO 22e =COO 2C总反应可表示为 H2OCO 2 H2COO 2= = = = =电 解 D阴、阳两极生成的气体的
6、物质的量之比是 11解析：选 D A从图示可看出，与 X 相连的电极发生 H2OH 2、CO 2CO 的转化，均得电子，应为电解池的阴极，则 X 为电源的负极，A 正确；B.阴极 H2OH 2、CO 2CO 均得电子发生还原反应，电极反应式分别为 H2O2e =H2O 2 、CO 22e =COO 2 ，B 正确；C.从图示可知，阴极生成 H2和 CO 的同时，阳极有 O2生成，所以总反应可表示为 H2OCO 2H2COO 2，C 正确；D.从总反应方程式可知，阴极生成 2 mol 气体= = = = =电 解 (H2、CO 各 1 mol)、阳极生成 1 mol 气体(氧气)，所以阴、阳两极
7、生成的气体物质的量之比为 21，D 错误。7(2019连云港模拟)用如图装置电解硫酸钾溶液制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。从开始通电时，收集 B 和 C 逸出的气体。1 min 后测得 B 口的气体体积为 C 口处的一半，下列说法不正确的是( )A电源左侧为正极B电解槽左侧的电极反应方程式为 2H2O4e =O24H CD 口导出的溶液为 KOH 溶液，且浓度比刚加入电解槽右侧时的浓度小D在标准状况下，若 1 min 后从 C 口处收集到的气体比 B 口处收集到的气体多 2.24 L，则有 0.1NA个 SO 通过阴离子膜24解析：选 CD 根据题意，电极应为惰性电极，左侧电极为阳极，右侧电极
8、为阴极，电极反应式为阳极：4OH 4e =2H2OO 2(或 2H2O4e =O24H )；阴极：4H 4e =2H2(或 4H2O 4e =2H24OH )；A、B 均正确；C 项，右侧由于 H 放电，产生 KOH，所以其浓度比刚加入电解槽右侧时的浓度大；D 项，设产生 O2为 x mol，则产生4H2为 2x mol,2x x0.1 mol， x0.1 mol，消耗的 OH 为 0.4 mol，则有 0.2NA个 SO通过阴离子膜。248用酸性甲醛燃料电池为电源进行电解的实验装置如图所示，下列说法中正确的是( )A当 a、b 都是铜作电极时，电解的总反应方程式为2CuSO42H 2O 2H
9、2SO42CuO 2= = = = =电 解 B燃料电池工作时，正极反应为 O22H 2O4e =4OHC当燃料电池消耗 22.4 L 甲醛气体时，电路中理论上转移 2 mol eD燃料电池工作时，负极反应为 HCHOH 2O2e =HCOOH2H 解析：选 D 由题中装置图可知，左边是原电池装置，右边是电解池装置。通入 HCHO的一极是负极，通入 O2的一极是正极，a 是阴极，b 是阳极。当 a、b 都是铜作电极时，a极反应为 Cu2 2e =Cu， b 极反应为 Cu2e =Cu2 ， A 项错误；燃料电池工作时，正极是氧气得到电子发生还原反应，电解质为酸性电解质，所以电极反应为O24H
10、4e =2H2O，B 项错误；没有给出气体所处的温度和压强，甲醛气体的体积为22.4 L 时其物质的量不一定为 1 mol，C 项错误；燃料电池工作时，甲醛失去电子，发生氧化反应 HCHOH 2O2e =HCOOH2H ，D 项正确。二、非选择题9能源是国民经济发展的重要基础，我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 890.3 kJ，则 CH4燃烧的热化学方程式为_。(2)已知：C(s)O 2(g)=CO2(g) H437.3 kJmol 1H2(g) O2(g)=H2O(g) H285.8 kJmol 112
11、CO(g) O2(g)=CO2(g) H283.0 kJmol 112则煤气化反应 C(s)H 2O(g)=CO(g)H 2(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，O 2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 为石墨，b 极上有红色物质析出，CuSO 4溶液的体积为 200 mL。5甲装置中气体 A 为_(填“CH 4”或“O 2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)
12、，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：甲装置为原电池，乙装置为电解池，b 极上析出的红色物质是 Cu，b 极为阴极，c 极为负极，d 极为正极，电极反应式为 O24e 2CO 2=2CO ；a 极为阳极，析出 O2，23电极反应式为 4OH 4e =O22H 2O；a 极产生 112 mL O2，转移电子的物质的量40.02 mol，消耗 V(CH
13、4) 22.4 Lmol1 0.056 L，乙0.112 L22.4 Lmol 1 0.02 mol8装置中所得 c(H ) 0.1 molL 1 ，pH1。电解饱和 Na2SO4溶液相当于电解水，0.02 mol0.2 L当阴极上有 a mol 氢气生成时，阳极生成氧气的物质的量为 0.5a mol，电解水的质量为 a mol2 gmol1 0.5 a mol32 gmol1 18 a g，剩余溶液仍然是饱和溶液，则溶质质量分数为 100%。142w322 w 18a答案：(1)CH 4(g)2O 2(g)=CO2(g)2H 2O(l) H890.3 kJmol 1(2)131.5(3)CH
14、 4 O 24e 2CO 2=2CO234OH 4e =O22H 2O 56 1 100%142w322 w 18a10全钒液流电池是一种活性物质呈循环流动液态的电池，目前钒电池技术已经趋近成熟。如图是钒电池基本工作原理示意图：请回答下列问题：(1)硫酸在电池技术和实验室中具有广泛的应用，在传统的铜锌原电池中，硫酸是_，实验室中配制硫酸亚铁时需要加入少量硫酸，硫6酸的作用是_。(2)钒电池由溶解于一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子(V 2 、V 3 、VO 2 、VO ) 2为正极和负极的活性物质组成，电池总反应为 VO2 V 3 H 2O V2 VO 2H 。 充 电 放 电 2放电时的正
15、极反应式为_，充电时的阴极反应式为_。放电过程中，电解液的 pH_(填“升高” “降低”或“不变”)。(3)钒电池基本工作原理示意图中“正极电解液”可能是_。aVO 、VO 2 混合液 bV 3 、V 2 混合液 2cVO 溶液 dVO 2 溶液 2eV 3 溶液 fV 2 溶液(4)能够通过钒电池基本工作原理示意图中“隔膜”的离子是_。解析：(1)传统的铜锌原电池中，锌与酸反应生成氢气，故硫酸为电解质溶液；硫酸亚铁容易水解，且水解显酸性，加入少量硫酸，可以抑制其水解变质。(2)正极反应是还原反应，由电池总反应可知放电时的正极反应为 VO 2H e =VO2 H 2O；充电时，阴极 2反应为还
16、原反应，故为 V3 得电子生成 V2 的反应。(3)充电时阳极反应式为VO2 H 2Oe =VO 2H ，故充电完毕的正极电解液为 VO 溶液，而放电完毕的正极 2 2电解液为 VO2 溶液，故正极电解液可能是选项 a、c、d。(4)充电和放电过程中，正极电解液与负极电解液不能混合，起平衡电荷作用的是加入的酸，故 H 可以通过隔膜。答案：(1)电解质溶液 抑制硫酸亚铁的水解(2)VO 2H e =VO2 H 2O 2V3 e =V2 升高(3)acd (4)H 11甲醇是一种重要的化工原料，又是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景。(1)已知：CH 3OH(g)=HCHO(g)H 2(g)
17、 H84 kJmol 12H2(g)O 2(g)=2H2O(g) H484 kJmol 1工业上常以甲醇为原料制取甲醛，请写出 CH3OH(g)与 O2(g)反应生成 HCHO(g)和H2O(g)的热化学方程式：_。 在上述制备甲醛时，常向反应器中通入适当过量的氧气，其目的_。(2)工业上可用如下方法合成甲醇，化学方程式为 CO(g)2H 2(g)CH 3OH(g)，已知某些化学键的键能数据如表所示：化学键 CC CH HH CO CO OH7键能/(kJmol 1 ) 348 413 436 358 x 463请回答下列问题：该反应的 S_(填“”或“”)0。图 1 中曲线 a 到曲线 b
18、的措施是_。 已知 CO 中的 C 与 O 之间为叁键，其键能为 x kJmol1 ，则 x_。 (3)由甲醇、氧气和 NaOH 溶液构成的新型手机电池，可使手机连续使用一个月才充一次电。该电池负极的电极反应式为_。若以该电池为电源，用石墨作电极电解 200 mL 含有如下离子的溶液。离子 Cu2 H Cl SO24c/(molL1)0.5 2 2 0.5电解一段时间后，当两极收集到相同体积(相同条件下)的气体时(忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象)阳极上收集到氧气的质量为_。 (4)电解水蒸气和 CO2产生合成气(H 2CO)。较高温度下(7001 000 )，在 SOEC 两侧
19、电极上施加一定的直流电压，H 2O 和 CO2在氢电极发生还原反应产生 O2 ，O 2 穿过致密的固体氧化物电解质层到达氧电极，在氧电极发生氧化反应得到纯 O2。由图 2 可知 A 为直流电源的_(填“正极”或“负极”)，请写出以 H2O 为原料生成 H2的电极反应式：_。解析：(1)第一个热化学方程式2第二个热化学方程式，即可得到目标反应。两种反应物，一种稍过量，可以保证另一种充分反应，同时甲醇的催化氧化需要加热，H 2与 O2化合放热，提供反应所需的能量。(2)该反应气体分子数减少， S0；图中曲线 a的活化能大，而曲线 b 的活化能小，所以曲线 a 到曲线 b 的措施是加入催化剂。根据图
20、8像，可以写出该反应的热化学方程式为 CO(g)2H 2(g)CH 3OH(g) H91 kJmol1 ，根据反应的 H 等于反应物键能之和减去生成物键能之和，x2436(3413358463)91，解得 x1 097。(3)由甲醇、氧气和 NaOH 溶液构成的燃料电池，通入甲醇的一极发生氧化反应生成碳酸根离子和水，作原电池的负极，电极反应式为 CH3OH6e 8OH =CO 6H 2O。根据题意知，阳极电极反应为232Cl 2e =Cl2、4OH 4e =2H2OO 2，阴极电极反应为Cu2 2e =Cu、2H 2e =H2；设阳极生成氧气的物质的量为 x mol，则阳极 0.4 mol C
21、l 先失去 0.4 mol e 生成 0.2 mol Cl2，OH 再失去 4x mol e 生成 x mol O2，阴极0.1 mol Cu2 先得到 0.2 mol e ，根据得失电子守恒，H 再得到0.44 x0.2(0.24 x) mol e ，生成(0.12 x) mol H2，阴、阳两极产生气体体积相同，则 0.2 x0.12 x，解得 x0.1，阳极上收集到氧气的物质的量为 0.1 mol，质量为 3.2 g。(4)根据 O2 的移动方向可知氧电极是阳极，所以 B 是正极，A 是负极；根据介质环境，H 2O 得到电子生成 H2，O 以O2 形式存在。答案：(1)2CH 3OH(g)O 2(g)=2HCHO(g)2H 2O(g) H316 kJmol1 提高甲醇的转化率，且氧气与氢气化合放热，为制备甲醛提供能量(2) 加入催化剂 1 097(3)CH 3OH6e 8OH =CO2 6H 2O 3.2 g 3(4)负极 H 2O2e =H2O 29
