2024人教版高中化学必修第二册同步练习题--第一节　化学反应与能量变化（含解析）

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2024人教版高中化学必修第二册同步
第六章　化学反应与能量
第一节　化学反应与能量变化
第1课时　化学反应与热能
基础过关练
题组一　吸热反应与放热反应
1.生活中每时每刻都发生着各种化学反应,下列反应不一定属于放热反应的是(　　)
A.H2SO4与Ba(OH)2溶液的反应
B.燃烧反应
C.复分解反应
D.中和反应
2.(2023广东深圳期末)下列诗句中包含吸热反应的是(　　)
A.开窗尽见千山雪,雪未消时月正明
B.千锤万凿出深山,烈火焚烧若等闲
C.日照香炉生紫烟,遥看瀑布挂前川
D.爆竹声中一岁除,春风送暖入屠苏
3.(教材习题改编)关于化学反应,下列说法正确的是(　　)
A.化学反应除了生成新物质外,还伴随着能量的变化,且均表现为吸热
B.能量守恒定律说明,必须从外界吸收能量后才表现出放热
C.石墨完全转化为金刚石时,要吸收热量,说明金刚石比石墨更稳定
D.化学反应是吸热还是放热取决于生成物具有的总能量和反应物具有的总能量的相对大小
4.(2022河南南阳六校期中联考)如图所示,在锥形瓶中放入一支试管,试管中加入下列物质中的一种:①NaOH固体、②生石灰、③NH4NO3晶体、④Na2O2固体、⑤SiO2粉末。玻璃管中盛有品红溶液,开始时溶液两端高度一致,用胶头滴管向试管中加入适量水,玻璃管中的品红溶液呈现如图状态,判断试管中加入的物质可能是(　　)
A.①②④　　　　　B.③　
C.③⑤　　　　　 D.①②③④⑤
题组二　化学反应中存在能量变化的原因
5.(2023江苏南京联考)SO3+H2OH2SO4为放热反应,下列说法正确的是(　　)
A.断开H—O键放出热量
B.吸热反应都需要加热
C.放热反应都不需要加热
D.反应物的总能量大于生成物的总能量
6.(2023黑龙江哈尔滨月考)NH3是制造氮肥和硝酸的原料。工业上可通过合成氨反应N2+3H2 2NH3制取氨气,该反应为放热反应。关于合成氨反应,下列说法正确的是(　　)
A.可以用如图表示反应中的能量变化
B.反应时将化学能转化为热能
C.断裂H—H键会放出能量
D.形成N—H键会吸收能量
7.(2022福建三明期中)氢气与氯气反应时,破坏1 mol H2中的化学键消耗的能量为Q1 kJ,破坏1 mol Cl2中的化学键消耗的能量为Q2 kJ,形成1 mol HCl中的化学键释放的能量为Q3 kJ。下列说法正确的是(　　)
A.Q1、Q2、Q3满足关系式:Q1+Q2<2Q3
B.反应物所具有的总能量小于产物所具有的总能量
C.该反应中,化学能全部转变为热能
D.反应时产生黄色火焰,化学方程式为H2+Cl2 2HCl
8.(2022广东名校联盟4月联考)反应A+B C(吸热)分两步进行:①A+B X(放热);②X C(吸热)。下列示意图中,能正确表示总反应过程中能量变化的是(　　)
9.(2023福建龙岩期中)H2与Cl2在一定条件下反应生成HCl的微观示意图如图所示。
注:示意图中的能量表示断裂或形成1 mol共价键吸收或放出的热量。
下列说法不正确的是(　　)
A.2 mol气态氢原子结合生成1 mol氢气时,放出436 kJ能量
B.由图可知,由假想中间物质H、Cl原子形成1 mol H—Cl键吸收431 kJ的能量
C.由图中能量数据可知,H—H键比Cl—Cl键更难断裂
D.该条件下,1 mol H2与足量Cl2反应放出的热量是183 kJ
题组三　热能的利用与能源
10.(2023浙江嘉兴联考)下列说法不正确的是(　　)
A.节能就是要减少能源的使用
B.人类获得热能的主要途径是通过物质的燃烧
C.节能的途径之一是提高现有燃料的燃烧效率
D.氢能是理想的新能源之一
11.为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。下列说法正确的是　(　　)
A.H2O的分解反应是放热反应
B.氢能源已被普遍使用
C.氢气不易贮存和运输,无开发利用价值
D.2 mol H2O(l)具有的总能量低于2 mol H2(g)和1 mol O2(g)具有的总能量
能力提升练
题组一　化学反应中能量变化的分析与判断
1.(2023河南信阳月考)下列反应中既属于氧化还原反应,又属于放热反应的是(　　)
A.灼热的炭与二氧化碳的反应
B.氢气与氯气的反应
C.烧碱与硫酸的反应
D.碳酸氢钠与盐酸的反应
2.(2023浙江杭州联考)科学家发明了用空气中的氧气来氧化氯化氢气体制取氯气的方法:4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)。化学反应与能量变化的关系如图所示,下列说法不正确的是(　　)
A.该过程断开旧化学键吸收的总能量大于形成新化学键所释放的总能量
B.若H2O为液态,则生成物总能量将变小
C.4HCl(g)和O2(g)的总能量高于2Cl2(g)和2H2O(g)的总能量,反应释放能量
D.该反应为放热反应
3.(2023山西临汾期中)分析下图,下列说法正确的是(　　)
A.HCl分解为H2与Cl2时放出热量
B.断开1 mol HCl中化学键时吸收431 kJ热量
C.甲、乙、丙中物质所具有的总能量大小关系为丙>乙>甲
D.1 mol H2和1 mol Cl2的总能量小于2 mol HCl的能量
题组二　化学反应中能量变化的简单计算
4.SF6是一种优良的绝缘气体,分子结构中只存在S—F键。在反应S(s)+3F2(g)SF6(g)中每生成1 mol SF6(g)释放出1 220 kJ热量,1 mol S(s)转化为气态硫原子吸收能量280 kJ,断裂1 mol F—F键需吸收的能量为160 kJ,则断裂1 mol S—F键需吸收的能量为(　　)
A.500 kJ　　　　B.450 kJ
C.430 kJ　　　　D.330 kJ
5.(2023广东龙川一中期中,)回答下列问题:
(1)①已知断裂或形成1 mol化学键所吸收或放出的能量叫做该化学键的键能,单位为kJ·mol-1。白磷在氧气中燃烧的化学方程式可表示如下:
根据下表中数据计算:0.1 mol P4(白磷)在氧气中充分反应　　　(填“吸收”或“放出”)　　　kJ能量,在此过程中能量的转化形式为　　　　　　　　。
化学键 P—P P—O OO PO
键能/kJ·mol-1 198 360 498 585
②白磷在氧气中燃烧的能量变化可用下图中的　　　(填字母)表示。
ab
③已知在一定条件下,白磷转化为红磷释放能量,故白磷比红磷的稳定性　　　(填“强”或“弱”)。
(2)根据下图所示的转化关系判断,生成16 g CH3OH(l)放出　　　kJ能量。
题组三　化学反应与热能、能源在新情境中的应用
6.N2和H2在催化剂表面合成氨的微观历程及能量变化的示意图如图所示,用、、分别表示N2、H2、NH3,下列说法正确的是　(　　)
A.使用催化剂时,合成氨的反应放出的热量减少
B.在该过程中,N2、H2断键形成N原子和H原子
C.在该过程中,N原子和H原子形成了含有非极性键的NH3
D.合成氨反应中,反应物断键吸收的能量大于生成物形成新键释放的能量
7.(2022广西河池月考)回答下列问题。
(1)为了探究化学能与热能的转化,某实验小组设计了如图所示三套实验装置:
①装置Ⅲ中甲的名称是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
②上述装置中,不能用来证明“锌和稀硫酸反应是吸热反应还是放热反应”的是　　　(填序号)。
③某同学选用装置Ⅰ进行实验(实验前U形管里液面左右相平),在甲试管里加入适量氢氧化钡晶体与氯化铵固体搅拌反应,U形管中可观察到的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)太阳能的开发利用是21世纪的一个重要课题。
①人类利用太阳能常见的两种转化方式是　　　　　　　、　　　　　　　。
②利用储能介质储存太阳能的原理是白天在太阳照射下,某种盐熔化吸收热量;晚间熔盐释放出相应能量,从而使室温得以调节。已知表中数据:
盐 熔点/℃ 熔化吸热/(kJ/mol) 参考价格/(元/kg)
CaCl2·6H2O 29.0 37.3 780~750
Na2SO4·10H2O 32.4 77.0 800~900
Na2HPO4·12H2O 36.1 100.1 1 600~2 000
Na2S2O3·5H2O 48.5 49.7 1 400~1 800
其中最适宜作储能介质的是　　　　　　　　　　　(填字母)。
A.CaCl2·6H2O　　　　　B.Na2SO4·10H2O
C.Na2HPO4·12H2O　　　D.Na2S2O3·5H2O
第2课时　化学反应与电能
基础过关练
题组一　能量的转化
1.(2022浙江台州书生中学月考)下列关于能量转化的认识中不正确的是(　　)
A.氢氧燃料电池反应时,化学能转化为电能
B.绿色植物进行光合作用时,太阳能转化为化学能
C.煤燃烧时,化学能主要转化为热能
D.白炽灯工作时,电能全部转化为光能
2.下列有关火力发电的描述,正确的是(　　)
A.火力发电的能量转换形式为化学能直接转化为电能
B.火力发电的主要燃料为煤,煤炭是可再生能源
C.火力发电不但排放出大量温室气体,还可能导致酸雨
D.火力发电过程中的能量转化,热能转化为机械能是关键
题组二　原电池的构成与工作原理
3.(2023江苏连云港月考)下列图示的装置不能形成原电池的是(　　)
A　　　　B
C　　　　D
4.(教材习题改编)对如图实验现象描述或分析正确的是　(　　)
A.溶液变蓝色
B.Cu片上有气泡产生
C.一段时间后,溶液的pH减小
D.Cu是氧化剂
5.(2023湖南长郡中学期中)如图为某锌铜原电池示意图。下列说法正确的是(　　)
A.电子由铜片通过导线流向锌片
B.溶液中的Cu2+向锌电极移动
C.正极电极反应式为Zn+2e-Zn2+
D.电路中每转移1 mol电子,理论上电解质溶液的质量增加0.5 g
6.(2022安徽皖西南联考)某化学兴趣小组组装的原电池装置如图所示,下列有关说法正确的是(　　)
A.X极上发生的是还原反应
B.外电路电流方向:Y→外电路→X
C.电子流动方向:Y→电解质溶液→X
D.烧杯中一定是稀硫酸
题组三　设计原电池
7.(2023浙江舟山普陀中学期中)下列各反应,不能设计成原电池的是(　　)
A.2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑
B.2FeCl3+2KII2+2FeCl2+2KCl
C.2H2+O22H2O
D.H2SO4+BaCl2BaSO4↓+2HCl
8.理论上讲,任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请利用反应“Cu+2Ag+ 2Ag+Cu2+”设计一个化学电池(正极材料用碳棒),回答下列问题:
(1)该电池的负极材料是　　　　　,发生　　　　(填“氧化”或“还原”)反应,电解质溶液是　　　　　　。
(2)正极上出现的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)若导线上转移电子1 mol,则生成银的质量为　　　　g。
能力提升练
题组一　原电池的工作原理
1.(2022辽宁沈阳月考)某小组为研究电化学原理,设计如图装置。下列叙述不正确的是　(　　)
A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出
B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为Cu2++2e- Cu
C.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色
D.a和b用导线连接后,Fe片上发生还原反应,溶液中的Cu2+向铜电极移动
2.(2023江西宜春灰埠中学期中)普通水泥在固化过程中其自由水分子减少并形成碱性溶液。根据这一物理、化学特点,科学家发明了电动势法测水泥的初凝时间。此法的原理如图所示,反应的总方程式为2Cu+Ag2OCu2O+2Ag。下列有关说法正确的是(　　)
A.负极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-
B.测量原理示意图中,电子从Ag2O/Ag电极经导线流向Cu
C.电池工作时,OH-向Cu电极移动
D.电池工作时,OH-浓度增大
3.(2023江苏连云港期末)某原电池的工作原理如图所示,总反应为Zn+2NZn2++2NH3↑+H2↑。下列说法错误的是(　　)
A.石墨为电池的正极
B.电池工作时Zn逐渐被消耗
C.电子由Zn电极经外电路流向石墨电极
D.反应2N+2e-2NH3↑+H2↑在负极上发生
4.(2022江苏南京金陵中学月考,)如图是某同学设计的铜锌原电池装置,实验时,观察到滤纸上紫色小点向a极移动。下列说法不正确的是(　　)
A.电子由b经导线移向a
B.a为Zn片,发生氧化反应
C.若将Cu片移出滤纸,锌片会继续溶解
D.b极的电极反应式为2H++2e-H2↑
5.(2023吉林长春期末)如图所示装置中观察到电流计指针偏转,M棒变粗,N棒变细,由此判断下表中所列M、N、P物质,其中可以成立的组合是(　　)
M N P
A 锌 铜 稀硫酸
B 铜 铁 稀盐酸
C 银 锌 硝酸银溶液
D 锌 铁 硝酸铁溶液
6.原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关。下列说法中不正确的是(　　)
A.①②中Mg作负极,③④中Fe作负极
B.①中Al作正极,电极反应式为2H++2e- H2↑
C.②中Mg作正极,电极反应式为2H2O+2e- 2OH-+H2↑
D.④中Cu作正极,电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-
题组二　原电池原理的应用
7.(2022广东梅州四校联考)有a、b、c、d四个金属电极,有关的反应装置及部分反应现象如下,由此可判断这四种金属的活动性顺序是(　　)
a极质量减小,b极质量增加 c极有气体产生,b极无变化 d极溶解,c极有气体产生 电流计指示,导线中电流从d极流向a极
A.b>c>d>a　　　　B.a>d>c>b
C.d>a>b>c　　　　D.a>b>d>c
8.(2023福建福州三中期中,)将等量的A、B两份锌粉装入试管中,分别加入足量的等浓度、等体积的稀硫酸,同时向装有A的试管中加入少量CuSO4溶液。如图表示产生氢气的体积V与时间t的关系,其中正确的是　(　　)
A　　　　B
C　　　　D
9.(2023四川成都期中)化学电源在生产生活中有着广泛的应用,请回答下列问题:
(1)根据构成原电池的本质判断,下列化学(或离子)方程式正确且能设计成原电池的是　　　　(填字母)。
A.Ba(OH)2+2NH4ClBaCl2+2NH3↑+2H2O
B.Cu+Ag+Ag+Cu2+
C.Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑
D.CaO+H2OCa(OH)2
(2)为了探究化学反应中的能量变化,某同学设计了如图两个对比实验(除图Ⅱ中增加导线和铜片外,其余条件完全相同)。经过相同时间后,温度计示数:图Ⅰ　　　　图Ⅱ(填“高于”“等于”或“低于”),产生气体的速率:图Ⅰ　　　　图Ⅱ(填“大于”“等于”或“小于”)。
(3)理论上,任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请利用反应“Cu+2Fe3+2Fe2++Cu2+”设计一种化学电池(正极材料用石墨棒),回答下列问题:
①该电池的负极材料是　　　　(填化学式),电解质溶液是　　(填化学式)溶液。
②正极上发生的电极反应为　　　　　　　　　　　　　　。
③若导线上转移的电子为1 mol,则消耗的金属铜的质量为　　　　。
第3课时　化学电池
基础过关练
题组一　常见一次化学电池、二次电池
1.(2023浙江杭州期中)常见的锌锰干电池构造示意图如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.该电池属于二次电池
B.电池工作时,锌筒作负极,电极反应式为Zn-2e-Zn2+
C.电池工作时,Cl-移向石墨棒
D.电池工作时,电能转为化学能
2.(2023北京十三中期中)汽车的启动电源常用铅酸蓄电池。其结构如图所示,放电时的电池反应为PbO2+Pb+2H2SO4 2PbSO4+2H2O。根据此反应判断下列说法正确的是(　　)
A.PbO2是电池的负极
B.Pb是电池的负极
C.PbO2得电子,被氧化
D.电池放电时,溶液的酸性增强
3.(2023湖南名校联考)银锌纽扣电池是一种常见的化学电源,其反应原理为Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag。对该电池使用时叙述不正确的是(　　)
A.Zn是还原剂,在电池工作过程中被还原
B.负极的电极反应式:Zn+2OH--2e-Zn(OH)2
C.正极的电极反应式:Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-
D.每生成1 mol Zn(OH)2,转移2 mol电子
题组二　发展中的燃料电池
4.(2022福建三明期中联考)如图为氢氧燃料电池的装置示意图,下列说法不正确的是(　　)
A.该电池工作时化学能转化为电能
B.该电池的电解质溶液是稀硫酸
C.b电极是负极,O2在该电极发生氧化反应
D.电子移动方向:a电极→导线→b电极
5.氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池工作原理如图所示。
(1)a电极的电极反应式是　　　　　　　　　　　　　　　　　;
(2)一段时间后,需向装置中补充KOH,请依据反应原理解释原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　。
能力提升练
题组一　一次电池、二次电池的应用
1.(2023安徽宿州联考)3D打印机需要稳定的电源保证工作效率,以碳纳米管作电极材料的柔性电池具有稳定性高、工作时间长、发热量小等特点,非常适合3D打印的需要。该电池工作原理如图,其放电时总反应为MnO2+Zn+(1+)H2O+ZnSO4MnOOH+Zn(OH)2+ZnSO4·xH2O。
下列说法错误的是(　　)
A.放电时电子由锌膜经外电路流向MnO2膜
B.碳纳米管可以增大电极反应的接触面积加快电池反应速率
C.当锌膜消耗的Zn为6.5 g时,外电路转移0.2 mol电子
D.放电时的负极反应式为MnO2+e-+H2OMnOOH+OH-
2.(2023福建福安一中月考)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法正确的是(　　)
A.锂—氧气电池放电时,电解质溶液中Li+向锂电极迁移
B.锌锰干电池中,锌筒作正极
C.铅酸蓄电池负极的电极反应式为Pb-2e-Pb2+
D.铅酸蓄电池放电过程中,溶液的pH增大
3.电动汽车以锂电池提供动力,锂电池技术已经成为汽车研究的前沿科技。某锂电池的电池反应为xLi+Li3-xNiCoMnO6Li3NiCoMnO6,下列说法正确的是(　　)
A.该电池的充、放电过程互为可逆反应
B.充电时主要为化学能转化为电能
C.放电过程中,Li+向电池的正极移动
D.该电池的电解液可以用H2SO4溶液增强导电性
题组二　新型燃料电池
4.(2023广东汕头金山中学期中)潜艇中使用的液氨—液氧燃料电池工作原理如图所示,下列有关说法正确的是　(　　)
A.电极b是负极
B.电极a上发生氧化反应
C.电子由电极a经过NaOH溶液流向电极b
D.电极b的电极反应式为O2+2H2O+2e-4OH-
5.如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料,氧气为氧化剂,某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。当该固体氧化物电解质的工作温度高达700~900 ℃时,O2-可在该固体氧化物电解质中自由移动,反应生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是(　　)
A.电极甲发生还原反应
B.电池内的O2-由电极乙移向电极甲
C.电池总反应为N2H4+2O2 2NO+2H2O
D.当电极甲上有1 mol N2H4消耗时,电极乙上有22.4 L O2参与反应
第六章　化学反应与能量
第一节　化学反应与能量变化
第1课时　化学反应与热能
基础过关练
1.C 2.B 3.D 4.B 5.D 6.B 7.A 8.A
9.B 10.A 11.D
1.C　H2SO4与Ba(OH)2溶液混合,酸与碱发生中和反应,是放热反应;燃烧是指剧烈的发光、放热的反应,因此燃烧反应都是放热反应;复分解反应中有的是放热反应,如酸碱中和反应,有的是吸热反应,如氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应,C项符合题意。
2.B　A项,没有涉及化学变化;B项,碳酸钙受热分解为吸热反应;C项,没有涉及化学变化;D项,涉及物质的爆炸,为放热反应。
3.D　化学反应除了生成新物质外,还伴随着能量的变化,有的反应表现为吸热,也有的反应表现为放热,A错误。并非必须从外界吸收能量后才能表现出放热,比如中和反应,B错误。石墨完全转化为金刚石时,要吸收热量,说明石墨比金刚石更稳定,C错误。化学反应是吸热还是放热取决于生成物具有的总能量和反应物具有的总能量的相对大小;若反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量,该反应为吸热反应;若反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量,该反应为放热反应,D正确。
4.B　根据图示可知向试管中加入适量水后玻璃管中液柱左高右低,说明锥形瓶中气体压强减小,则温度降低,试管中发生吸热反应或吸热过程。向NaOH固体、生石灰中加水均放出热量,向NH4NO3晶体中加水吸收热量,向Na2O2固体中加水放出热量,向SiO2粉末中加水没有明显热量变化,综合上述分析,只有③符合条件,B项正确。
5.D　反应物H2O中的H—O键断裂需吸收热量,A错误;反应中能量变化与反应条件无关,需要加热的反应可能为吸热反应,也可能为放热反应,B、C错误;放热反应中反应物的总能量大于生成物的总能量,D正确。
6.B　题图中信息是反应物总能量低于生成物总能量,是吸热反应,合成氨反应是放热反应,A错误;该反应是放热反应,反应时将化学能转化为热能,B正确;断裂H—H键会吸收能量,C错误;形成N—H键会释放能量,D错误。
7.A　H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g)为放热反应,即反应中断键吸收的总能量<成键放出的总能量,即Q1+Q2<2Q3,A项正确;该反应是放热反应,则反应物所具有的总能量大于产物所具有的总能量,B项错误;该反应伴随着发光、放热,即反应中化学能转化为热能和光能等,C项错误;H2在Cl2中燃烧产生苍白色火焰,D项错误。
8.A　根据①A+B X(放热)可知,A、B总能量大于X;根据②X C(吸热)可知,X的能量小于C;再结合总反应A+B C为吸热反应,即A、B总能量小于C,可知A项正确。
9.B　由微观示意图可知,2 mol气态氢原子结合生成1 mol氢气时,放出436 kJ能量,A正确;形成化学键释放能量,H、Cl原子形成1 mol H—Cl键放出431 kJ的能量,B错误;键能越大,化学键越稳定,越难断裂,根据示意图可知,H—H键的键能比Cl—Cl键的键能大,难断裂,C正确;1 mol H2与足量Cl2反应生成2 mol HCl时放出的热量为(436+243-2×431)kJ=183 kJ,D正确。
10.A　节能并不是要减少能源的使用,而是要提高能源的使用效率,降低能耗,A不正确;人类获得热能的主要途径是通过能源的燃烧,使用最多的常规能源是化石燃料,B正确;提高燃料的燃烧效率能够减少燃料的用量,C正确;氢能来源广,使用中无污染,是理想的新能源之一,D正确。
11.D　水的分解是吸热反应,A错误;氢能源由于受贮存和运输等因素的限制,还未普遍使用,但有巨大的开发利用价值,B、C错误;水的分解是吸热反应,则2 mol H2O(l)具有的总能量低于2 mol H2(g)和1 mol O2(g)具有的总能量,D正确。
能力提升练
1.B 2.A 3.B 4.D 6.B
1.B　灼热的炭与二氧化碳的反应为吸热反应,A错误;氢气与氯气的反应既属于氧化还原反应,又属于放热反应,B正确;烧碱与硫酸的反应、碳酸氢钠与盐酸的反应均不是氧化还原反应,C、D错误。
2.A　从题图中可以看出,反应物的总能量高于生成物的总能量,为放热反应,则断开旧化学键吸收的总能量小于形成新化学键所释放的总能量,A不正确、D正确;水蒸气转化为液态水会释放能量,若H2O为液态,则生成物总能量将变小,B正确;从题图中可以看出,4HCl(g)和O2(g)的总能量高于2Cl2(g)和2H2O(g)的总能量,所以该反应发生后,会释放出能量,C正确。
3.B　根据题图可推知,2 mol HCl断键时吸收862 kJ热量,1 mol H2和1 mol Cl2成键时放出的热量为436 kJ+243 kJ=679 kJ,则HCl分解为H2与Cl2时需要吸收热量,A错误;形成2 mol HCl中的化学键需要放出862 kJ热量,则断开2 mol HCl中的化学键时需要吸收862 kJ热量,故断开1 mol HCl中的化学键时吸收431 kJ热量,B正确;甲到乙吸收热量,乙到丙放出热量,甲到丙放出热量,甲、乙、丙中物质所具有的总能量大小关系为乙>甲>丙,C错误;1 mol H2和1 mol Cl2反应生成2 mol HCl放出能量,则1 mol H2和1 mol Cl2的总能量大于2 mol HCl的能量,D错误。
4.D　每生成1 mol SF6(g)释放出1 220 kJ热量,说明生成SF6(g)的反应中生成物形成化学键释放的能量比反应物中断裂化学键吸收的总能量多1220 kJ,设断裂1 mol S—F键吸收的能量为x kJ,则有6x kJ-1 220 kJ=280 kJ+3×160 kJ,解得x=330。
5.答案　(1)①放出　298.2　化学能转化成热能　②a　③弱
(2)45.5
解析　(1)①1 mol白磷在氧气中燃烧断键吸收的总能量为198 kJ×6+498 kJ×5=3 678 kJ,成键放出的总能量为585 kJ×4+360 kJ×12=6 660 kJ,0.1 mol P4(白磷)在氧气中充分反应放出(6 660 kJ-3 678 kJ)×0.1=298.2 kJ能量,在此过程中能量的转化形式为化学能转化为热能;②白磷在氧气中燃烧是放热反应,能量变化可用图a表示;③能量越低越稳定,白磷转化为红磷释放能量,红磷能量低,白磷比红磷的稳定性弱。
(2)16 g CH3OH(l)的物质的量为0.5 mol,根据图示的转化关系可知,生成1 mol CH3OH(l)放出91 kJ的能量,则生成0.5 mol CH3OH(l)放出91 kJ×0.5=45.5 kJ能量。
反思升华　化学反应中能量变化大小的计算方法
(1)根据反应物总能量和生成物总能量计算
ΔE=|反应物总能量-生成物总能量|。
(2)根据化学键断裂吸收的能量和化学键形成释放的能量计算
ΔE=|断键时吸收能量之和-成键时释放能量之和|。
6.B　使用催化剂不能改变反应放出的热量,A错误;在②→③过程中,存在H—H键、键的断裂,形成N原子和H原子,B正确;NH3中含有N—H键,为极性键,C错误;合成氨为放热反应,则反应物断键吸收的能量小于生成物形成新键释放的能量,D错误。
7.答案　(1)①长颈漏斗　②Ⅲ　③U形管中红墨水左面升高
(2)①光—热转换　光—电转换　②B
解析　(1)①装置Ⅲ中甲为长颈漏斗。②反应放热,使气体膨胀,Ⅰ中U形管中红墨水左面下降,Ⅱ中烧杯中有气泡冒出,均可说明反应是放热的;Ⅲ中没有形成密闭体系,无法证明该反应为放热反应。③氢氧化钡晶体与氯化铵固体搅拌,反应吸热,导致装置Ⅰ的锥形瓶中气体压强减小,U形管中红墨水左面升高。(2)①人类直接利用太阳能的两种形式是光—热转换、光—电转换。②作为储能介质应综合考虑下列因素才有应用价值:熔点比常温略高;熔化时吸热值较大,应考虑单位质量的固体盐在熔化时吸热越多越好;价格低廉;结合表格中数据可知Na2SO4·10H2O最适宜作储能介质,故选B。
第2课时　化学反应与电能
基础过关练
1.D 2.C 3.D 4.B 5.D 6.B 7.D
1.D　燃料电池工作时,能将化学能转化为电能,A项正确;光合作用过程中太阳能转化为化学能,B项正确;煤燃烧放热,其化学能主要转化为热能,C项正确;白炽灯工作时,电能主要转化为光能,还有部分转化为热能,D项错误。
2.C　火力发电过程是化学能→热能→机械能→电能,是化学能间接转化为电能,A错误;煤炭为不可再生能源,B错误;在燃煤过程中,会产生大量CO2和SO2,可导致温室效应及酸雨,C正确;火力发电过程中,燃烧是关键,D错误。
3.D　构成原电池一般要满足以下条件:(1)有能自发进行的氧化还原反应;(2)有两个活泼性不同的电极;(3)有电解质溶液;(4)形成闭合回路。D项两个电极材料相同,不能构成原电池。
4.B　该装置为铜锌原电池,锌作负极,发生氧化反应,负极反应为Zn-2e- Zn2+,铜作正极,发生还原反应,正极反应为2H++2e- H2↑。铜作正极,不参与电极反应,无铜离子产生,溶液不变蓝色,A、D错误;电解质溶液中的氢离子在铜电极上得到电子转化为氢气,铜电极上有气泡产生,B正确;正极上氢离子得到电子,c(H+)降低,溶液的pH增大,C错误。
5.D　Zn为负极,电子由锌片通过导线流向铜片,A错误;原电池中,溶液中的阳离子向正极移动,则Cu2+向铜电极移动,B错误;正极上Cu2+得电子生成Cu,电极反应式为Cu2++2e- Cu,C错误;电路中每转移1 mol电子,负极区域电解质溶液中生成0.5 mol Zn2+,正极区域电解质溶液中失去0.5 mol Cu2+,则理论上电解质溶液的质量增加0.5 g,D正确。
6.B　根据图示电子移动方向可知,X为负极,Y为正极。X为负极,发生氧化反应,A项错误;原电池工作时,外电路中电流从正极流向负极,即Y→外电路→X,B项正确;电路中电子从负极沿着导线流向正极,即X→外电路→Y,C项错误;题中未告知原电池的构成,即烧杯中不一定是稀硫酸,D项错误。
7.D　原电池的原理反应一定是能自发进行的氧化还原反应。D项反应不是氧化还原反应,不能设计成原电池。
8.答案　(1)铜棒　氧化　AgNO3溶液
(2)有银白色物质析出
(3)108
解析　(1)根据总反应,以及原电池工作原理,负极材料为铜棒,碳棒为正极,电解质溶液为AgNO3溶液,负极上电极反应式为Cu-2e- Cu2+,发生氧化反应。
(2)正极反应式为Ag++e- Ag,现象是有银白色物质析出。
(3)正极反应式为Ag++e- Ag,转移1 mol电子,生成Ag的质量为1 mol×108 g·mol-1=108 g。
能力提升练
1.D 2.C 3.D 4.A 5.C 6.A 7.B 8.D
1.D　a和b不连接时,不能构成原电池,但由于金属活动性:Fe>Cu,铁片上直接发生反应Fe+Cu2+ Fe2++Cu,即在铁片上会析出Cu,A项正确;a和b用导线连接时,构成原电池,Cu作原电池的正极,其电极反应式为Cu2++2e- Cu,B项正确;无论a和b是否连接,Fe都会溶解生成Fe2+,而Cu2+得到电子生成Cu,使溶液从蓝色逐渐变成浅绿色,C项正确;a和b用导线连接后,Fe为负极,Cu为正极,Fe片上发生氧化反应,溶液中Cu2+向正极Cu移动,D项错误。
2.C　第一步,分析情境,提取信息:根据信息“科学家发明了电动势法测水泥的初凝时间”推知题给装置为原电池装置;第二步,结合反应总方程式,分析装置:Cu作负极,发生氧化反应,电极反应式为2Cu-2e-+2OH- Cu2O+H2O,Ag2O/Ag电极作正极,发生还原反应,电极反应式为Ag2O+2e-+H2O 2Ag+2OH-;第三步,结合原电池工作原理分析选项。Cu作负极,发生氧化反应,A错误;电子由Cu电极经导线流向Ag2O/Ag电极,B错误;电池工作时,阴离子移向负极,则OH-向Cu电极移动,C正确;反应的总方程式为2Cu+Ag2O Cu2O+2Ag,电池工作时,OH-浓度基本不变,D错误。
3.D　根据总反应,锌失电子发生氧化反应,锌为负极,所以石墨为电池的正极,A正确;锌失电子发生氧化反应,电池工作时Zn逐渐被消耗,B正确;锌为负极,石墨为正极,电子由Zn电极经外电路流向石墨电极,C正确;反应2N+2e- 2NH3↑+H2↑为还原反应,在正极上发生,D错误。
4.A　原电池中阴离子向负极移动,滤纸上紫色小点向a极移动,说明Mn向a极移动,则a是负极、b是正极。a是负极、b是正极,电子由a经导线移向b,A错误;锌的活泼性大于铜,所以a为Zn片,发生氧化反应,B正确;若将Cu片移出滤纸,不再构成原电池,锌是活泼金属,锌能与稀硫酸反应,锌片会继续溶解,C正确;b是正极,正极氢离子得电子生成氢气,b极的电极反应式为2H++2e- H2↑,D正确。
5.C　电流计指针偏转,M棒变粗,N棒变细,说明M、N与池中液体构成了原电池。N棒变细,作负极,M棒变粗,说明溶液中的金属阳离子在M极上得到电子,生成金属单质,M为原电池的正极。如果是锌、铜、稀硫酸构成原电池,则电池总反应为Zn+2H+ Zn2++H2↑,Zn作负极,M极变细,A项错误;如果是铜、铁、稀盐酸构成原电池,电池总反应为Fe+2H+ Fe2++H2↑,则铁是负极,N棒变细,但铜棒(M棒)不会变粗,B项错误;如果是银、锌、硝酸银溶液构成原电池,电池总反应为Zn+2Ag+ Zn2++2Ag,则锌是负极,N棒变细,析出的银附着在银棒上,M棒变粗,C项正确;如果是锌、铁、硝酸铁溶液构成原电池,Zn作负极,M棒变细,D项错误。
6.A　②中的氧化还原反应发生在金属铝和氢氧化钠溶液之间,失电子的是金属铝,为负极,③中金属铁在常温下遇浓硝酸发生钝化,铁不作负极,A错误;Mg比Al活泼,①中Al作正极,H+在正极上得到电子发生还原反应:2H++2e- H2↑,B正确;②中镁作正极,发生还原反应,电极反应式为2H2O+2e- 2OH-+H2↑,C正确;铁、铜、氯化钠溶液构成的原电池中,金属铁为负极,金属铜为正极,铁发生的是吸氧腐蚀,正极上是氧气得电子的过程,电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-,D正确。
易错警示　原电池中一般是活泼金属作负极,但应具体情况具体分析。既要考虑金属活动性强弱,也要考虑电解质溶液性质。如Mg—Al—HCl溶液构成的原电池中,负极为Mg;但是Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中,负极为Al,正极为Mg。
7.B　a极质量减小,b极质量增加,则表明a极金属失电子作负极,溶液中的Cu2+在b极得电子生成Cu附着在b极,金属活动性a>b;c极有气体产生,b极无变化,则表明c极金属能与H2SO4发生置换反应,而b极不能,金属活动性c>b;d极溶解,c极有气体产生,则d极为负极,c极为正极,金属活动性d>c;电流计指示,导线中电流从d极流向a极,则a极为负极,d极为正极,金属活动性a>d;综合以上分析,金属活动性a>d>c>b,B项正确。
8.D　向装有A的试管中加入少量CuSO4溶液,锌置换出铜可形成铜锌原电池,使反应速率增大,硫酸足量,A中部分锌与CuSO4反应,则A中产生的氢气的量少,故D正确。
9.答案　(1)C　(2)高于　小于
(3)①Cu　Fe2(SO4)3或FeCl3　②Fe3+-e- Fe2+　③32 g
解析　(1)原电池构成的条件之一是有能自发进行的氧化还原反应,A项为非氧化还原反应,不能设计成原电池;B项离子方程式中电荷不守恒;C项为氧化还原反应,且在常温下就能自发发生,可以设计成原电池,C符合题意;D项为非氧化还原反应,不能设计成原电池。
(2)图Ⅰ中锌与稀硫酸直接反应,化学能转化为热能,图Ⅱ中发生电化学反应,化学能主要转化为电能,所以温度计的示数图Ⅰ高于图Ⅱ;图Ⅱ中形成原电池,反应速率加快,则产生气体的速率比图Ⅰ快。
(3)①反应Cu+2Fe3+ 2Fe2++Cu2+中,Cu元素化合价升高,发生氧化反应,Cu作负极;正极上,Fe3+得电子生成Fe2+,电解质溶液需要提供Fe3+,故该电池的负极材料是Cu,电解质溶液是Fe2(SO4)3溶液或FeCl3溶液。③根据反应Cu+2Fe3+ 2Fe2++Cu2+可知,Cu~2e-,所以若导线上转移的电子为1 mol,则消耗的金属铜的质量为×64 g/mol=32 g。
第3课时　化学电池
基础过关练
1.B 2.B 3.A 4.C
1.B　锌锰干电池属于一次电池,A错误;电池工作时,锌筒作负极,电极反应式为Zn-2e- Zn2+,B正确;电池工作时,阴离子向负极迁移,锌为负极,Cl-移向锌,C错误;电池工作时,化学能转化为电能,D错误。
2.B　由放电时电池反应PbO2+Pb+2H2SO4 2PbSO4+2H2O可知,PbO2在放电时得到电子被还原,为电池的正极,A、C错误;根据放电反应可知,Pb失去电子被氧化,为电池的负极,B正确;由于电池放电过程中消耗了硫酸,溶液中氢离子浓度逐渐减小,溶液的酸性减弱,D错误。
3.A　Zn化合价升高,Zn是还原剂,在电池工作过程中被氧化,A错误;负极为锌失电子发生氧化反应,电极反应式为Zn+2OH--2e- Zn(OH)2,B正确;正极氧化银得电子发生还原反应生成银,正极的电极反应式为Ag2O+H2O+2e- 2Ag+2OH-,C正确;Zn化合价由0升高为+2,每生成1 mol Zn(OH)2,转移2 mol电子,D正确。
4.C　图示装置为氢氧燃料电池,工作时将化学能转化为电能,A项正确。装置中电解质溶液为稀硫酸,B项正确。通入H2的a电极为负极,H2失去电子发生氧化反应;通入O2的b电极为正极,O2得到电子发生还原反应,C项错误。电池工作时,电子从负极流出,经导线流向正极,即电子移动方向为:a电极→导线→b电极,D项正确。
反思升华　燃料电池的解题模板
5.答案　(1)2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O
(2)发生反应4NH3+3O2 2N2+6H2O,有水生成,使得溶液逐渐变稀,为了维持碱的浓度不变,所以要补充KOH
解析　(1)a电极是通入NH3的电极,NH3失去电子,发生氧化反应,所以该电极作负极,电极反应式是2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O。
(2)一段时间后,需向装置中补充KOH,原因是发生反应4NH3+3O2 2N2+6H2O,有水生成,使得溶液逐渐变稀,为了维持碱的浓度不变,所以要补充KOH。
能力提升练
1.D 2.D 3.C 4.B 5.B
1.D　Zn失去电子发生氧化反应,MnO2中Mn得电子发生还原反应,所以锌膜为负极,MnO2膜为正极,放电时电子由锌膜流向MnO2膜,A正确;碳纳米管具有导电性,可以作为电极材料,同时可以增大电极反应的接触面积加快电池反应速率,B正确;当锌膜消耗的Zn为6.5 g即0.1 mol时,失去0.2 mol电子,则外电路转移0.2 mol电子,C正确;该电池的负极为锌膜,电极反应式为Zn+2OH--2e- Zn(OH)2,D错误。
2.D　原电池放电时,阳离子向正极迁移,锂—氧气电池中,锂是负极,所以放电时溶液中Li+不会向锂电极迁移,A错误;Zn易失电子作负极,B错误;PbSO4为难溶于水的盐,铅酸蓄电池负极的电极反应式为Pb+S-2e- PbSO4,C错误;铅酸蓄电池放电时电池总反应为Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l),消耗硫酸且生成水,导致反应后硫酸浓度减小,溶液的pH增大,D正确。
3.C　电池放电与充电的条件不同,二者不互为可逆反应,A错误;充电时,电能转化为化学能,B错误;原电池放电过程中,电池内部的阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,所以Li+向电池的正极移动,C正确;Li为活泼金属单质,能与酸反应,因此不能用H2SO4溶液作电解液,D错误。
4.B　由题图可知,电极a上NH3失电子生成N2,发生了氧化反应,电极a为负极,电极b为正极,发生还原反应,A项错误、B项正确;电子从电极a经导线流向电极b,C项错误;电极b为正极,电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-,D项错误。
5.B　该燃料电池中通入N2H4的电极为负极,通入O2的电极为正极,根据题图可写出电极反应式。负极(电极甲):N2H4-4e-+2O2- N2+2H2O;正极(电极乙):O2+4e- 2O2-;电池总反应:N2H4+O2 N2+2H2O。电极甲为负极,依据原电池的工作原理,电极甲上发生氧化反应,A错误;根据原电池的工作原理,O2-从正极移向负极,B正确;因为反应生成物均为无毒无害的物质,所以电池总反应中不会有NO生成,C错误;题目中没有说明是否为标准状况下,因此参与反应的O2的体积不一定是22.4 L,D错误。
反思升华　这类新型化学电源在高考和各类考试中出现的频率很高,试题结合陌生的情境信息,考查电极反应式的书写、电子或离子移动方向的判断、简单化学计算等,试题具有“高起点、低落点”的特点。解答这类试题,需结合题中信息和图示装置,能正确判断电极名称,根据电解质溶液的酸碱性等写出电极反应式,并能进行简单的化学计算。
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