化学反应与能量变化
一、选择题(本题共13小题，每小题3分，共39分。每小题只有一个选项符合题意)
1．建立清洁低碳、安全高效的能源体系，消除目前燃料燃烧时产生的环境污染，同时缓解能源危机，有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想(如图)。下列说法不正确的是( )
A．电能属于一次能源
B．氢能是一种燃烧无害、十分清洁的能源
C．太阳能能量巨大，取之不尽，用之不竭
D．氢能的广泛使用还有待各位同学不懈努力，加强技术研发
答案：A
2．俄罗斯用“质子 M”号运载火箭成功将“光线”号卫星送入预定轨道。发射用的运载火箭以液氢为燃烧剂，液氧为氧化剂的高能低温推进剂，已知：
(1)H2(g)===H2(l) ΔH1＝－0.92 kJ·mol－1
(2)O2(g)===O2(l) ΔH2＝－6.84 kJ·mol－1
(3)如图：
下列说法正确的是( )
A．2 mol H2(g)与1 mol O2(g)所具有的总能量比2 mol H2O(g)所具有的总能量低
B．氢气的标准燃烧热为ΔH＝－241.8 kJ·mol－1
C．火箭中液氢燃烧的热化学方程式：2H2(l)＋O2(l)===2H2O(g) ΔH＝－474.92 kJ·mol－1
D．H2O(g)变成H2O(l)的过程中，断键吸收的能量小于成键放出的能量
解析：选C 由图像分析，2 mol H2(g)与1 mol O2(g)反应生成2 mol H2O(g)，放出483.6 kJ的热量，故2 mol H2(g)与1 mol O2(g)所具有的总能量比2 mol H2O(g)所具有的总能量高，故A错误；氢气的标准燃烧热是指 1 mol 氢气完全燃烧生成液态水时放出的热量，故氢气的燃烧热为－＝－285.8 kJ·mol－1，故B错误；由图像分析，2H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH1＝－483.6 kJ·mol－1 ①，H2(g)===H2(l) ΔH1＝－0.92 kJ·mol－1 ②，O2(g)===O2(l) ΔH2＝－6.84 kJ·mol－1 ③，将①－②×2－③×2可得2H2(l)＋O2(l)===2H2O(g) ΔH＝－474.92 kJ·mol－1，故C正确；H2O(g)生成H2O(l)为物理变化，不存在化学键的断裂和生成，故D错误。
3．如图是课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置。下列说法错误的是( )
A．铜片表面有气泡生成
B．如果将硫酸换成柠檬汁，导线中不会有电子流动
C．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换
D．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不变
解析：选B 铜片为正极，H＋在其表面得到电子生成H2，故其表面有气泡生成，A说法正确；如果将硫酸换成柠檬汁，因为柠檬汁也有较强的酸性，故仍能形成原电池，导线中也会有电子流动，B说法错误；该装置属于原电池，能将化学能转化为电能，LED灯发光时，电能又转化为光能，故存在“化学能→电能→光能”的转换，C说法正确；如果将锌片换成铁片，铜片仍为正极，故电路中的电流方向不变，D说法正确。
4．某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6(x<1)。下列关于该电池的说法不正确的是( )
A．放电时，Li＋在电解质中由负极向正极迁移
B．放电时，负极的电极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6
C．充电时，若转移1 mol e－，石墨(C6)电极将增重7x g
D．充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋
解析：选C 放电时，负极反应为LixC6－xe－===xLi＋＋C6，正极反应为Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2，A、B正确；充电时，阴极反应为xLi＋＋C6＋xe－===LixC6，转移1 mol e－时，石墨(C6)电极将增重 7 g，C项错误；充电时，阳极反应为放电时正极反应的逆反应：LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，D项正确。
5．电解CuSO4溶液时，若要达到以下三点要求：①阳极质量减少；②阴极质量增加；③电解液中c(Cu2＋)不变，则可选用的电极是( )
A．含Zn、Ag的铜合金作阳极，纯铜作阴极
B．纯铜作阳极，含Zn、Ag的铜合金作阴极
C．用纯铁作阳极，用纯铜作阴极
D．用石墨作阳极，用惰性电极(Pt)作阴极
解析：选B A项，Zn的活泼性比Cu强，则Zn先放电，在Zn放电时，阴极上Cu2＋也放电，导致的结果是溶液中c(Cu2＋)减小，不符合题意；B项，阳极上Cu放电生成Cu2＋，阴极上Cu2＋放电生成Cu，故阳极的质量减少，阴极的质量增加，溶液中c(Cu2＋)不变，符合题意；C项，阳极上Fe放电生成Fe2＋，阴极上Cu2＋放电生成Cu，则溶液中c(Cu2＋)减小，不符合题意；D项，阳极上水电离出的OH－放电生成O2，阴极上水电离出的H＋放电生成H2，相当于电解水，故阳极、阴极的质量不变，溶液中c(Cu2＋)增大，不符合题意。
6．如图所示，电化学原理与微生物工艺相组合的电解脱硝法可除去引起水华的NO，原理是将NO还原为N2。下列说法正确的是( )
A．若加入的是NaNO3溶液，则导出的溶液呈碱性
B．镍电极上的电极反应式为Ni－2e－===Ni2＋
C．电子由石墨电极流出，经溶液流向镍电极
D．若阳极生成0.1 mol气体，理论上可除去0.04 mol NO
解析：选A 镍电极是阴极，阴极上发生的电极反应为2NO＋6H2O＋10e－===N2↑＋12OH－，所以导出的溶液呈碱性，故A正确， B错误；电子不能经过溶液，C错误；由电极反应2NO＋6H2O＋10e－===N2↑＋12OH－可知，生成1 mol氮气消耗 2 mol 的硝酸根离子，所以若阳极生成0.1 mol气体，理论上可除去0.2 mol NO，D错误。
7．若要在铁钉上镀铜，下列设计正确的是( )
选项 接电源正极 接电源负极 电解质溶液
A Cu Fe CuSO4溶液
B Cu Fe FeSO4溶液
C Fe Cu CuSO4溶液
D Fe Cu FeSO4溶液
解析：选A 根据要求在铁钉上镀铜，Cu接电源的正极，Fe接电源负极，CuSO4溶液为电解质溶液，故选A。
8．利用含双膜(阴离子交换膜和过滤膜)的电解装置将普通电解精炼铜所制备的精铜(仍含微量杂质)提纯为高纯度铜。下列有关叙述中正确的是( )
A．电极a为精铜，电极b为高纯度铜
B．电极a上发生的反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
C．甲膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区
D．当电路中通过0.1 mol电子时，溶解3.2 g精铜
解析：选C A项，制备高纯度铜时，电极b为精铜，错误；B项，a极上发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu，错误；C项，根据图示知甲膜为阴离子交换膜；D项，当电路中通过0.1 mol电子时，溶解的铜为0.05 mol即3.2 g，但由于精铜中含有杂质，故溶解的精铜大于3.2 g。
9．光电池在光照条件下可产生电压，如图所示装置可实现光能的充分利用。双极膜复合层间的H2O能解离为H＋和OH－，且双极膜能实现H＋和OH－的定向通过。下列说法正确的是( )
A．该装置将光能最终转化为电能
B．再生池中的反应为2V2＋＋2H2O===2V3＋＋2OH－＋H2↑
C．当阳极生成33.6 L O2时，电路中转移电子数为6NA
D．光照过程中阳极区溶液中的n(OH－)基本不变
解析：选D 由图可知，该装置将光能转化为电能，然后分解水，则能量的转化形式：光能转化为电能，然后转化为化学能，故A错误；据图分析，再生池中的反应为2V2＋＋2H＋===2V3＋＋H2↑，故B错误；没有给出所处状况，无法进行具体的计算，故C错误；双极膜可将水解离为H＋和OH－，且双极膜能实现H＋和OH－的定向通过，右侧阳极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，根据溶液呈电中性可知，阳极放电消耗的OH－与从双极膜中进入右侧的OH－数目相等，即溶液中的n(OH－)基本不变，故D正确。
10．用如图装置进行实验(A为电流计)：
观察到现象：
装置图1：Cu电极上产生大量的无色气泡
装置图2：Cu电极上无气泡产生，而Cr电极上产生大量气泡
则下列说法正确的是( )
A．图1是电解池，图2是原电池
B．两个电池中，电子均由Cr电极流向Cu电极
C．图2中Cr电极可能被浓HNO3钝化成惰性电极
D．由实验现象可知金属活动性：Cu>Cr
解析：选C 图1与图2均没有外加电源，所以均为原电池装置，故A错误；图1中Cr为负极，铜为正极，电子由Cr电极流向Cu电极，图2中Cr为正极，铜为负极，电子由Cu电极流向Cr电极，故B错误；图2中Cr电极可能由于被浓HNO3钝化成惰性电极而作正极，铜失电子作负极，故C正确；由图1根据原电池原理可知金属活动性： Cr>Cu，故D错误。
11．如下图所示的装置，C、D、F、X、Y都是惰性电极，E为铁棒。将电源接通后，向(乙)中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色。则以下说法不正确的是( )
A．电源B极是负极
B．欲用丙装置给铜镀银，H应该是Cu，电镀液是AgNO3 溶液
C．甲、乙装置的C、D、E、F电极均有单质生成，其物质的量之比为1∶2 ∶2∶2
D．装置丁中Y极附近红褐色变深，说明氢氧化铁胶粒带正电荷
解析：选C 电解滴入酚酞的氯化钠溶液时，阴极上氢离子放电，导致阴极附近溶液显碱性，所以阴极附近溶液显红色，由于F极附近显红色，所以F极是阴极，则B极是负极，A正确；电镀时，镀层金属作阳极，镀件作阴极，电解质溶液中金属阳离子和阳极材料含相同元素，所以欲用丙装置给铜镀银，H应该是Cu，电镀液是AgNO3溶液，B正确；电解饱和NaCl溶液时，E为阳极且Fe作电极，故发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋，无单质生成，C错误； 电解池工作时，溶液中的阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，装置丁中，X极是阳极，Y极是阴极，Y极附近红褐色变深，说明氢氧化铁胶粒向阴极移动，由此证明氢氧化铁胶粒带正电荷，D正确。
12．下列用来表示物质变化的化学用语中，正确的是( )
A．钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式：Fe－2e－===Fe2＋
B．氢氧燃料电池的负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
D．电解饱和食盐水时，阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
解析：选D 钢铁发生电化学腐蚀时，负极上Fe失电子发生氧化反应，所以负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，故A错误； 氢氧燃料电池中，负极上氢气失电子发生氧化反应，正极上氧气得电子发生还原反应，如果是氢氧燃料碱性电池，则正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故B错误； 粗铜精炼时，粗铜连接电源正极、纯铜连接电源负极，则阳极上的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋、阴极上的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，故C错误； 电解饱和食盐水时，阳极上氯离子放电、阴极上氢离子放电，则阳极、阴极反应式分别为2Cl－－2e－===Cl2↑、2H＋＋2e－===H2↑，故D正确。
13．某火力发电厂利用SO2传感器监测发电厂周围大气中SO2的含量，其工作原理如图所示，在V2O5电极上将SO2转化为SO3。下列说法正确的是( )
A.传感器在工作时O2－向正极移动
B．传感器在工作时，V2O5电极上的电极反应式为SO2－2e－＋O2－===SO3
C．固体电解质可以用稀硫酸代替
D．外电路中电子由Pt电极流向V2O5电极
解析：选B V2O5电极上SO2转化为SO3，发生氧化反应，所以V2O5电极为负极，Pt电极为正极。传感器工作时为原电池，原电池中阴离子流向负极，故A错误；V2O5电极上SO2失电子结合迁移到负极的氧离子生成SO3，电极反应式为SO2－2e－＋O2－===SO3，故B正确；氧离子无法在水溶液中进行传导，负极无法生成SO3，故C错误；Pt电极为正极，V2O5电极为负极，外电路中电子由负极流向正极，故D错误。
二、非选择题(本题共4小题，共61分)
14．(15分)请根据所学知识回答下列问题：
(1)同温同压下，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)，在光照和点燃条件下的ΔH(化学计量数相同)分别为ΔH1、ΔH2，ΔH1 ________ΔH2(填“＞”“＜”或“＝”，下同)。
(2)相同条件下，2 mol氢原子所具有的能量_________1 mol 氢分子所具有的能量。
(3)已知常温时红磷比白磷稳定，比较下列反应中ΔH的大小：ΔH1________ΔH2。
①P4(白磷，s)＋5O2(g)===2P2O5(s) ΔH1
②4P(红磷，s)＋5O2(g)===2P2O5(s) ΔH2
(4)已知：稀溶液中，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，则浓硫酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1 mol水，放出的热量________57.3 kJ。
(5)已知：0.5 mol CH4(g)与0.5 mol水蒸气在t ℃、p kPa 时，完全反应生成CO和H2的混合气体，吸收了a kJ热量，该反应的热化学方程式是____________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)反应热与反应物的总能量和生成物的总能量有关系，与反应条件无关，则光照和点燃条件下的ΔH相同，即ΔH1＝ΔH2。
(2)氢气分子生成氢原子要破坏化学键，断键需要吸热，则2 mol氢原子所具有的能量大于1 mol氢分子所具有的能量。
(3)已知常温时红磷比白磷稳定，说明白磷能量高，反应放出的热量较多，由于ΔH＜0，放出的能量越多反应热越小，因此ΔH1＜ΔH2。
(4)由于浓硫酸溶于水放热，所以浓硫酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1 mol水，放出的热量＞57.3 kJ。
(5)已知0.5 mol CH4(g)与0.5 mol水蒸气在t ℃、p kPa 时，完全反应生成CO和H2的混合气体，吸收了a kJ热量，所以1 mol CH4(g)与1 mol水蒸气在t ℃、p kPa，完全反应生成CO和H2的混合气体时，吸收2a kJ 热量，所以该反应的热化学方程式是CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH＝2a kJ·mol－1。
答案：(1)＝ (2)＞ (3)＜ (4)＞ (5)CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH＝2a kJ·mol－1
15．(15分)某实验小组用0.50 mol·L－1 NaOH溶液和0.50 mol·L－1 硫酸溶液进行中和热的测定。
Ⅰ.配制0.50 mol·L－1 NaOH溶液。
(1)若实验中大约要使用245 mL NaOH溶液，至少需要称量NaOH固体________g。
(2)从下图中选择称量NaOH固体所需要的仪器(填字母)：________。
名称 托盘天平(带砝码) 小烧杯 坩埚钳 玻璃棒 药匙 量筒
仪器
序号 a b c d e f
Ⅱ.测定稀硫酸和稀NaOH中和热的实验装置如下图所示。
(1)写出该反应的热化学方程式(中和热ΔH＝－57.3 kJ·mol－1)：________________
________________________________________________________________________。
(2)取50 mL NaOH溶液和30 mL硫酸溶液进行实验，实验数据如下表。
①请填写下表中的空白：
温度 实验编号 起始温度t1/℃ 终止温度t2/℃ 温度差平均值(t2－t1)/℃
H2SO4 NaOH 平均值
1 26.2 26.0 26.1 30.1
2 25.0 25.2 25.1 31.2
3 25.9 25.9 25.9 29.8
4 26.4 26.2 26.3 30.4
②近似认为0.50 mol·L－1NaOH溶液和0.50 mol·L－1硫酸溶液的密度都是1 g·cm－3，中和后生成溶液的比热容c＝4.18 J·g－1·℃－1。则中和热ΔH＝______(取小数点后一位)。
③上述实验数值结果与57.3 kJ·mol－1有偏差，产生偏差的原因可能是________(填字母)。
a．实验装置保温、隔热效果差
b．量取NaOH溶液的体积时仰视读数
c．分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中
d．用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度
解析：Ⅰ.(1)配制245 mL 0.50 mol·L－1 NaOH溶液，实验室无245 mL容量瓶，需选用略大规格的250 mL容量瓶，则m(NaOH)＝n(NaOH)×M(NaOH)＝c(NaOH)×V(NaOH)×M(NaOH)＝250×10－3 L×0.50 mol·L－1×40 g·mol－1＝5.0 g。
(2)NaOH固体易吸湿，称量时需要的仪器为托盘天平、小烧杯、药匙， a、b、e正确。
Ⅱ.(1)根据热化学反应方程式的书写原则，可得H2SO4(aq)＋2NaOH(aq)===Na2SO4(aq)＋2H2O(l) ΔH＝－114.6 kJ·mol－1或用H2SO4(aq)＋NaOH(aq)===Na2SO4(aq)＋H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·mol－1。
(2)①1、2、3、4次实验的终止温度与初始温度的差值分别为4.0 ℃、6.1 ℃、3.9 ℃、4.1 ℃。②第2组数据与其他三组数据相比，悬殊较大，舍去。其余三次温度差的平均值为4.0 ℃。由于0.50 mol·L－1 H2SO4(aq)和0.50 mol·L－1 NaOH(aq)的密度均为1 g·cm－3，故m[H2SO4(aq)]＝ρ[H2SO4(aq)] ×V[H2SO4(aq)]＝1 g·mL－1×30 mL＝30 g，m[NaOH(aq)]＝ρ[NaOH(aq)]×V[NaOH(aq)]＝1 g·mL－1×50 mL＝50 g，混合后溶液总质量为80 g。中和后的反应热＝[m(NaOH)＋m(H2SO4)]×c×(t2－t1)。由于中和热为生成1 mol H2O(l)时放出的热量，ΔH＝－×10－3 kJ·mol－1≈－53.5 kJ·mol－1。③测定结果数值偏小可能的原因是保温差，热量有损失，如多次加入溶液、温度计测完碱溶液后直接测酸的温度，造成起始温度数值偏高等原因，选项a、c、d正确。
答案：Ⅰ.(1)5.0 (2)abe
Ⅱ.(1)H2SO4(aq)＋2NaOH(aq)===Na2SO4(aq)＋2H2O(l) ΔH＝－114.6 kJ·mol－1
(2)①4.0 6.1 3.9 4.1 ②－53.5 kJ·mol－1 ③acd
16．(15分)利用所学电化学反应原理，解决以下问题：
(1)如图是电解未知浓度的硝酸银溶液的示意图，请根据要求答题。
①Fe电极作________极，C电极的电极反应式为_______________________________
____________________。
②当某电极的固体质量增重21.6 g时，整个装置共产生气体(标准状况下)体积2.24 L，推断该气体的组成为________。
(2)图中甲池的总反应式为N2H4＋O2===N2＋2H2O。
①甲池中负极上的电极反应式为___________________________________
________________________________________________________________________。
②乙池中石墨电极上发生的反应为__________________________________________
________________________________________________________________________。
③要使乙池恢复到电解前的状态，应向溶液中加入适量的________(填字母)。
A．CuO B．Cu(OH)2
C．CuCO3 D．CuSO4
(3)某科研小组用SO2为原料制取硫酸。
①利用原电池原理，用SO2、O2和H2O来制备硫酸，该电池用多孔材料作电极，它能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触。请写出该电池负极的电极反应式：________________________________________________________________________。
②用Na2SO3溶液充分吸收SO2得NaHSO3溶液，然后电解该溶液可制得硫酸。电解原理示意图如下。请写出开始时阳极的电极反应式：_________________________。
解析：(1)①Fe电极连接的是电源的负极，因此Fe电极为电解池的阴极，C电极为阳极，阳极上是水中的氢氧根离子失去电子生成O2，其电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。②当某电极的固体质量增重21.6 g时，则为铁电极上生成银单质，物质的量为0.2 mol，阳极生成氧气，则根据得失电子守恒和4Ag～O2，则生成银时得到的氧气的物质的量为＝0.05 mol，而整个装置共产生气体(标准状况下)体积2.24 L即0.1 mol，则说明阴极银离子反应完全后，氢离子开始反应，因此该气体的组成为H2和O2。
(2)①根据甲池总反应得知甲池为原电池，N2H4中氮元素化合价升高，在原电池负极发生氧化反应，因此甲池中负极上的电极反应式为N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O；②乙池中石墨连接电源的正极，则石墨为阳极，其电极上发生的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋或4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；③乙池电解得到铜和氧气，只需将生成的物质两者反应即得到氧化铜，再加入到反应后的溶液中就能使乙池恢复到电解前的状态，应向溶液中加入适量的氧化铜，而碳酸铜加入后释放出二氧化碳，相当于加入的也是氧化铜，因此选A、C。
(3)①利用原电池原理，用SO2、O2和H2O来制备硫酸，SO2中S元素的化合价升高，在原电池负极发生氧化反应，因此电池负极的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋；②用Na2SO3溶液充分吸收SO2得NaHSO3溶液，然后电解该溶液可制得硫酸，HSO失去电子得到硫酸，为电解池的阳极，因此开始时阳极的电极反应式：HSO＋H2O－2e－===SO＋3H＋。
答案：(1)①阴极 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
②H2和O2
(2)①N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O
②2H2O－4e－===O2↑＋4H＋或4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ ③AC (3)①SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋ ②HSO＋H2O－2e－===SO＋3H＋
17．(16分)A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示：
阳离子 Na＋、K＋、Cu2＋
阴离子 SO、OH－
在如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A、B、C三种溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得乙烧杯中c电极质量增加了16.0 g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图所示。据此回答下列问题：
(1)b电极上的电极反应式为_______________________________________。
(2)计算电极e上生成的气体在标况下的体积为_______。
(3)写出乙烧杯中的电解反应方程式：_______________________________
________________________________________________________________________。
(4)要使乙烧杯中的B溶液恢复到原来的浓度，需要向乙烧杯中加入________，__________(填加入物质的名称和质量)。
(5)酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物，该电池放电产生MnOOH。电池反应的离子方程式为______________________________________；维持电流强度为0.5 A，电池工作5 min，理论上消耗锌________g(已知F＝96 500 C·mol－1)。
解析：根据电解时溶液pH的变化及乙烧杯中c电极质量增加了16.0 g，铜离子与氢氧根离子不能共存，可知溶液乙为硫酸铜溶液；溶液甲显碱性，含有氢氧根离子；溶液丙显中性，含有硫酸根离子。乙烧杯中c电极质量增加了16.0 g，溶液中铜离子得电子生成单质铜，则c电极为阴极，则M为负极。
(1)分析可知，溶液甲为碱性溶液，b电极为阳极，溶液中的氢氧根离子失电子生成氧气和水，电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。
(2)溶液丙为中性溶液，电解时产生氢气和氧气，乙烧杯中c电极质量增加了16.0 g，转移电子的物质的量为×2＝0.5 mol，e电极为阴极，生成的气体为氢气，物质的量为0.25 mol，标况下的体积为5.6 L。
(3)乙烧杯中的电解质为硫酸铜，阴极上铜离子得电子生成单质铜，阳极上水失电子生成氧气和氢离子，总反应式为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋。
(4)根据方程式可知，析出的物质为铜、氧气，要还原到原来的浓度应加入CuO，生成的Cu为16.0 g，即0.25 mol，则需加入的氧化铜的质量为20 g。
(5)Zn失电子生成锌离子，MnO2得电子与氢离子反应生成MnOOH，电池反应的离子方程式为Zn＋2MnO2＋2H＋===Zn2＋＋2MnOOH；维持电流强度为0.5 A，电池工作5 min，Q＝It＝0.5 A×300 s＝150 C，m(Zn)＝×0.5×65 g·mol－1≈0.05 g。
答案：(1)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
(2)5.6 L
(3)2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋
(4)CuO 20 g
(5)Zn＋2MnO2＋2H＋===Zn2＋＋2MnOOH 0.05
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13化学反应与能量变化
一、选择题(本题共13小题，每小题3分，共39分。每小题只有一个选项符合题意)
1．建立清洁低碳、安全高效的能源体系，消除目前燃料燃烧时产生的环境污染，同时缓解能源危机，有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想(如图)。下列说法不正确的是( )
A．电能属于一次能源
B．氢能是一种燃烧无害、十分清洁的能源
C．太阳能能量巨大，取之不尽，用之不竭
D．氢能的广泛使用还有待各位同学不懈努力，加强技术研发
2．俄罗斯用“质子 M”号运载火箭成功将“光线”号卫星送入预定轨道。发射用的运载火箭以液氢为燃烧剂，液氧为氧化剂的高能低温推进剂，已知：
(1)H2(g)===H2(l) ΔH1＝－0.92 kJ·mol－1
(2)O2(g)===O2(l) ΔH2＝－6.84 kJ·mol－1
(3)如图：
下列说法正确的是( )
A．2 mol H2(g)与1 mol O2(g)所具有的总能量比2 mol H2O(g)所具有的总能量低
B．氢气的标准燃烧热为ΔH＝－241.8 kJ·mol－1
C．火箭中液氢燃烧的热化学方程式：2H2(l)＋O2(l)===2H2O(g) ΔH＝－474.92 kJ·mol－1
D．H2O(g)变成H2O(l)的过程中，断键吸收的能量小于成键放出的能量
3．如图是课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置。下列说法错误的是( )
A．铜片表面有气泡生成
B．如果将硫酸换成柠檬汁，导线中不会有电子流动
C．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换
D．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不变
4．某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6(x<1)。下列关于该电池的说法不正确的是( )
A．放电时，Li＋在电解质中由负极向正极迁移
B．放电时，负极的电极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6
C．充电时，若转移1 mol e－，石墨(C6)电极将增重7x g
D．充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋
5．电解CuSO4溶液时，若要达到以下三点要求：①阳极质量减少；②阴极质量增加；③电解液中c(Cu2＋)不变，则可选用的电极是( )
A．含Zn、Ag的铜合金作阳极，纯铜作阴极
B．纯铜作阳极，含Zn、Ag的铜合金作阴极
C．用纯铁作阳极，用纯铜作阴极
D．用石墨作阳极，用惰性电极(Pt)作阴极
6．如图所示，电化学原理与微生物工艺相组合的电解脱硝法可除去引起水华的NO，原理是将NO还原为N2。下列说法正确的是( )
A．若加入的是NaNO3溶液，则导出的溶液呈碱性
B．镍电极上的电极反应式为Ni－2e－===Ni2＋
C．电子由石墨电极流出，经溶液流向镍电极
D．若阳极生成0.1 mol气体，理论上可除去0.04 mol NO
7．若要在铁钉上镀铜，下列设计正确的是( )
选项 接电源正极 接电源负极 电解质溶液
A Cu Fe CuSO4溶液
B Cu Fe FeSO4溶液
C Fe Cu CuSO4溶液
D Fe Cu FeSO4溶液
8．利用含双膜(阴离子交换膜和过滤膜)的电解装置将普通电解精炼铜所制备的精铜(仍含微量杂质)提纯为高纯度铜。下列有关叙述中正确的是( )
A．电极a为精铜，电极b为高纯度铜
B．电极a上发生的反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
C．甲膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区
D．当电路中通过0.1 mol电子时，溶解3.2 g精铜
9．光电池在光照条件下可产生电压，如图所示装置可实现光能的充分利用。双极膜复合层间的H2O能解离为H＋和OH－，且双极膜能实现H＋和OH－的定向通过。下列说法正确的是( )
A．该装置将光能最终转化为电能
B．再生池中的反应为2V2＋＋2H2O===2V3＋＋2OH－＋H2↑
C．当阳极生成33.6 L O2时，电路中转移电子数为6NA
D．光照过程中阳极区溶液中的n(OH－)基本不变
10．用如图装置进行实验(A为电流计)：
观察到现象：
装置图1：Cu电极上产生大量的无色气泡
装置图2：Cu电极上无气泡产生，而Cr电极上产生大量气泡
则下列说法正确的是( )
A．图1是电解池，图2是原电池
B．两个电池中，电子均由Cr电极流向Cu电极
C．图2中Cr电极可能被浓HNO3钝化成惰性电极
D．由实验现象可知金属活动性：Cu>Cr
11．如下图所示的装置，C、D、F、X、Y都是惰性电极，E为铁棒。将电源接通后，向(乙)中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色。则以下说法不正确的是( )
A．电源B极是负极
B．欲用丙装置给铜镀银，H应该是Cu，电镀液是AgNO3 溶液
C．甲、乙装置的C、D、E、F电极均有单质生成，其物质的量之比为1∶2 ∶2∶2
D．装置丁中Y极附近红褐色变深，说明氢氧化铁胶粒带正电荷
12．下列用来表示物质变化的化学用语中，正确的是( )
A．钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式：Fe－2e－===Fe2＋
B．氢氧燃料电池的负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
D．电解饱和食盐水时，阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
13．某火力发电厂利用SO2传感器监测发电厂周围大气中SO2的含量，其工作原理如图所示，在V2O5电极上将SO2转化为SO3。下列说法正确的是( )
A.传感器在工作时O2－向正极移动
B．传感器在工作时，V2O5电极上的电极反应式为SO2－2e－＋O2－===SO3
C．固体电解质可以用稀硫酸代替
D．外电路中电子由Pt电极流向V2O5电极
二、非选择题(本题共4小题，共61分)
14．(15分)请根据所学知识回答下列问题：
(1)同温同压下，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)，在光照和点燃条件下的ΔH(化学计量数相同)分别为ΔH1、ΔH2，ΔH1 ________ΔH2(填“＞”“＜”或“＝”，下同)。
(2)相同条件下，2 mol氢原子所具有的能量_________1 mol 氢分子所具有的能量。
(3)已知常温时红磷比白磷稳定，比较下列反应中ΔH的大小：ΔH1________ΔH2。
①P4(白磷，s)＋5O2(g)===2P2O5(s) ΔH1
②4P(红磷，s)＋5O2(g)===2P2O5(s) ΔH2
(4)已知：稀溶液中，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，则浓硫酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1 mol水，放出的热量________57.3 kJ。
(5)已知：0.5 mol CH4(g)与0.5 mol水蒸气在t ℃、p kPa 时，完全反应生成CO和H2的混合气体，吸收了a kJ热量，该反应的热化学方程式是____________________________
________________________________________________________________________。
15．(15分)某实验小组用0.50 mol·L－1 NaOH溶液和0.50 mol·L－1 硫酸溶液进行中和热的测定。
Ⅰ.配制0.50 mol·L－1 NaOH溶液。
(1)若实验中大约要使用245 mL NaOH溶液，至少需要称量NaOH固体________g。
(2)从下图中选择称量NaOH固体所需要的仪器(填字母)：________。
名称 托盘天平(带砝码) 小烧杯 坩埚钳 玻璃棒 药匙 量筒
仪器
序号 a b c d e f
Ⅱ.测定稀硫酸和稀NaOH中和热的实验装置如下图所示。
(1)写出该反应的热化学方程式(中和热ΔH＝－57.3 kJ·mol－1)：________________
________________________________________________________________________。
(2)取50 mL NaOH溶液和30 mL硫酸溶液进行实验，实验数据如下表。
①请填写下表中的空白：
温度 实验编号 起始温度t1/℃ 终止温度t2/℃ 温度差平均值(t2－t1)/℃
H2SO4 NaOH 平均值
1 26.2 26.0 26.1 30.1
2 25.0 25.2 25.1 31.2
3 25.9 25.9 25.9 29.8
4 26.4 26.2 26.3 30.4
②近似认为0.50 mol·L－1NaOH溶液和0.50 mol·L－1硫酸溶液的密度都是1 g·cm－3，中和后生成溶液的比热容c＝4.18 J·g－1·℃－1。则中和热ΔH＝______(取小数点后一位)。
③上述实验数值结果与57.3 kJ·mol－1有偏差，产生偏差的原因可能是________(填字母)。
a．实验装置保温、隔热效果差
b．量取NaOH溶液的体积时仰视读数
c．分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中
d．用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度
16．(15分)利用所学电化学反应原理，解决以下问题：
(1)如图是电解未知浓度的硝酸银溶液的示意图，请根据要求答题。
①Fe电极作________极，C电极的电极反应式为_______________________________
____________________。
②当某电极的固体质量增重21.6 g时，整个装置共产生气体(标准状况下)体积2.24 L，推断该气体的组成为________。
(2)图中甲池的总反应式为N2H4＋O2===N2＋2H2O。
①甲池中负极上的电极反应式为___________________________________
________________________________________________________________________。
②乙池中石墨电极上发生的反应为__________________________________________
________________________________________________________________________。
③要使乙池恢复到电解前的状态，应向溶液中加入适量的________(填字母)。
A．CuO B．Cu(OH)2
C．CuCO3 D．CuSO4
(3)某科研小组用SO2为原料制取硫酸。
①利用原电池原理，用SO2、O2和H2O来制备硫酸，该电池用多孔材料作电极，它能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触。请写出该电池负极的电极反应式：________________________________________________________________________。
②用Na2SO3溶液充分吸收SO2得NaHSO3溶液，然后电解该溶液可制得硫酸。电解原理示意图如下。请写出开始时阳极的电极反应式：_________________________。
17．(16分)A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示：
阳离子 Na＋、K＋、Cu2＋
阴离子 SO、OH－
在如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A、B、C三种溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得乙烧杯中c电极质量增加了16.0 g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图所示。据此回答下列问题：
(1)b电极上的电极反应式为_______________________________________。
(2)计算电极e上生成的气体在标况下的体积为_______。
(3)写出乙烧杯中的电解反应方程式：_______________________________
________________________________________________________________________。
(4)要使乙烧杯中的B溶液恢复到原来的浓度，需要向乙烧杯中加入________，__________(填加入物质的名称和质量)。
(5)酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物，该电池放电产生MnOOH。电池反应的离子方程式为______________________________________；维持电流强度为0.5 A，电池工作5 min，理论上消耗锌________g(已知F＝96 500 C·mol－1)。
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