专题　化学反应与能量--能力提升练(共30张PPT)

(共30张PPT)
专题　化学反应与能量
--能力提升练
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1.(2023·辽宁抚顺六校联考)298 K、101 kPa时,根据6C(石墨,s)+3H2(g) ══ C6H6(l)(苯)设计的反应路径如下:
上述条件下石墨、氢气、苯的燃烧热
依次为ΔH(石墨)、ΔH(H2)、ΔH(C6H6),下列说法正确的是(　　)
A.6×ΔH(石墨)+3×ΔH(H2)=ΔH2
B.C6H6的能量一定高于CO2和H2O的能量
C.1 mol C6H6(g)完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)的ΔH>ΔH3
D.ΔH1=ΔH2+ΔH3
A
6CO2(g)+3H2O(l)　ΔH2,则ΔH2=6×ΔH(石墨)+3×ΔH(H2),A正确;C6H6与氧气反应生成CO2和H2O是放热反应,说明反应物的总能量高于生成物的总能量,反应物还有O2,故不能判断C6H6的能量与CO2和H2O的能量高低,B错误;C6H6(g)的能量要高于C6H6(l),1 mol C6H6(g)燃烧时放出的能量更多,但是相应的ΔH要更小,故1 mol C6H6(g)完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)的ΔH<ΔH3,C错误;根据盖斯定律可得,ΔH2=ΔH1+ΔH3,D错误。
2.(2023·安徽皖优联盟联考)已知[ΔH2、ΔH3、ΔH5对应的反应中O2(g)已省略,且ΔH2>ΔH5]:
下列说法正确的是(　　)
A.ΔH1>0
B.ΔH3的值是CH3CH2CH2CH3(g)的燃烧热
C.ΔH1+ΔH2=ΔH3+ΔH4
D.稳定性:正丁烷>异丁烷
C
解析 ΔH2、ΔH5分别表示异丁烷与正丁烷的燃烧热,且ΔH2>ΔH5,则燃烧1 mol两种物质时,前者释放的热量较后者少,据此可知正丁烷转化为异丁烷是放热反应,A错误;根据燃烧热的定义可知,ΔH3的值不是正丁烷的燃烧热,B错误;由盖斯定律可知,ΔH1+ΔH2=ΔH3+ΔH4,C正确;相同条件下,物质的能量越低越稳定,则稳定性:正丁烷<异丁烷,D错误。
3.(2023·辽宁丹东一模)我国科学家研究出一种新型水系Zn-C2H2电池(结构如图),发电的同时可实现乙炔加氢,已知放电时Zn转化为ZnO。下列说法正确的是(　　)
A.b极为电池的正极
B.右侧电极室中c(KOH)增大
C.a极的电极反应为C2H2+2e-+2H2O ══ C2H4+2OH-
D.外电路中每转移0.2 mol e-时,有0.1 mol OH-通过阴离子交换膜
答案 C　
解析 放电时Zn转化为ZnO,发生氧化反应,则b极为电池的负极,电极反应为Zn-2e-+2OH- ══ ZnO+H2O,反应消耗OH-,则c(KOH)减小,A、B均错误。a极为正极,a极上C2H2得电子产生C2H4,电极反应为C2H2+2e-+2H2O ══ C2H4+2OH-,C正确。根据a极反应C2H2+2e-+2H2O ══ C2H4+2OH-可知,每转移0.2 mol e-时,有0.2 mol OH-通过阴离子交换膜,D错误。
4.(2023·湖北七市州联考)一种新型AC/LiMn2O4体系,在快速启动、电动车等领域具有广阔的应用前景,其采用尖晶石结构的LiMn2O4作正极(可由Li2CO3和MnO2按物质的量比1∶2反应合成),高比表面积活性炭AC(石墨颗粒组成)作负极,Li2SO4溶液作电解质溶液,充电、放电的过程如图所示:
下列说法正确的是(　　)
A.合成LiMn2O4的过程中可能有O2产生
B.放电时正极的电极反应为LiMn2O4+xe- ══ Li(1-x)Mn2O4+xLi+
C.充电时AC极应与电源正极相连
D.可以用Na2SO4溶液代替Li2SO4溶液作电解质溶液
A
解析 Li2CO3和MnO2按物质的量比1∶2反应合成LiMn2O4,Mn元素化合价降低,根据得失电子守恒,氧元素化合价可升高,可能有O2产生,A正确;放电时,锂离子向正极移动,正极的电极反应为Li(1-x)Mn2O4+xLi++xe- ══ LiMn2O4,B错误;放电时AC极作负极,则充电时AC极作阴极,应与电源负极相连,C错误;放电时,需要Li+参与正极反应,故不能用Na2SO4代替Li2SO4,D错误。
5.(2023·湖南衡阳一模)某种含二价铜微粒[CuⅡ(OH)(NH3)]+的催化剂可用于汽车尾气脱硝,催化机理如图1,反应过程中不同价态物质体系所含的能量如图2。下列说法正确的是(　　)
图1
图2
A.催化机理中的五步反应均为氧化还原反应
B.状态⑤到状态①的变化过程中有极性键和非极性键的形成
C.状态③到状态④过程的ΔH最小,放热最多,反应速率最快
D.脱硝过程的本质是4NH3+6NO ══ 5N2+6H2O
答案 B　
解析 状态①到状态②过程中无元素化合价发生变化,不属于氧化还原反应,A错误;状态⑤到状态①的变化过程中有H2O和N2生成,有极性键O—H和非极性键N≡N的形成,B正确;状态③到状态④过程活化能最大,反应速率最慢,C错误;该脱硝过程中参与反应的是NH3、NO、O2,则脱硝的本质是4NH3+4NO+O2 ══ 6H2O+4N2,D错误。
6.(2023·河南湘豫名校联考)科学家发明了一种Mg-PbO2电池,电解质为Na2SO4、H2SO4、NaOH,通过M和N两种离子交换膜将电解质溶液隔开,形成A、B、C三个电解质溶液区域(已知:a>b),装置如图,下列说法不正确的是(　　)
A.Na+通过M膜移向B区,离子交换膜N为阴离子交换膜
B.B区的电解质的浓度逐渐减小
C.放电时,Mg电极反应为Mg+2OH--2e- ══ Mg(OH)2
D.消耗2.4 g Mg时,C区域电解质溶液减少16.0 g
B
解析 镁电极为原电池的负极,电极反应为Mg+2OH--2e- ══ Mg(OH)2,A区溶液中c(OH-)减小,A区钠离子通过阳离子交换膜M进入B区;PbO2为正极,电极反应为PbO2+4H++ +2e- ══ PbSO4+2H2O。原电池工作时,A区Na+通过阳离子交换膜M进入B区,C区溶液中 通过阴离子交换膜进入B区,A正确。原电池工作时,A区钠离子通过阳离子交换膜M进入B区,C区溶液中硫酸根离子通过阴离子交换膜进入B区,则B区中硫酸钠溶液的浓度增大,B错误。根据上述分析可知,C正确。原电池消耗2.4 g镁时,放电转移电子为 ×2=0.2 mol,C区放
电消耗0.4 mol H+、0.1 mol ,同时有0.1 mol 移向B区,相当于溶液中减少0.2 mol H2SO4,同时生成0.2 mol水,则C区实际减少的质量为0.2 mol×98 g· mol-1-0.2 mol×18 g· mol-1=16.0 g,D正确。
7.(2023·四川巴中一模)锂离子电池应用广泛,我国科学家使用纳米Si-C复合颗粒直接与锂接触,形成LixSi,将锂盐溶于三乙二醇二甲醚(TEGDME)作为电解质溶液,与O2/C电极匹配组成如图所示原电池。该电池的总反应为xO2+2LixSi xLi2O2+2Si,下列说法错误的是(　　)
A.该电池放电时,a为负极
B.放电时,当负极质量减少14 g时,电解质溶液中转移1 mol Li+
C.充电和放电过程,电解质溶液中Li+浓度都不会改变
D.电池充电时,阳极的电极反应为Li2O2-2e- ══ O2↑+2Li+
B
解析 该电池放电时,Li+向b电极移动,则a为负极,A正确;放电时,LixSi在负极失电子,电极反应为2LixSi-2xe- ══ 2xLi++2Si,负极质量减少14 g时,电解质溶液中转移2 mol Li+,B错误;充电和放电过程中,Li+从一个电极转移到另一个电极,电解质溶液中Li+的浓度不变,C正确;电池充电时,Li2O2在阳极失电子,电极反应为Li2O2-2e- ══ 2Li++O2↑,D正确。
8.(2023·黑龙江哈尔滨一模)一种电化学“大气固碳”电池工作原理如图所示。该电池在充电时,通过催化剂的选择性控制,只有Li2CO3发生氧化,可释放出CO2和O2。下列说法正确的是(　　)
A.该电池放电时的正极反应为
2Li-2e-+ ══ Li2CO3
B.该电池既可选用含水电解质溶液,
也可选用无水电解质溶液
C.该电池每放电、充电各4 mol电子完成一次循环,理论上能固定1 mol CO2
D.充电时阳极反应为C+2Li2CO3-4e- ══ 3CO2↑+4Li+
C
解析 由电池工作原理可知,放电时Li为负极,电极反应为2Li-2e-+ ══ Li2CO3,A错误。Li为活泼金属,能与水发生反应,该电池不能用含水电解质溶液,B错误。根据放电时正极反应为3CO2+4 Li++4e- ══ C+2 Li2CO3可知,转移4 mol电子时可以吸收3 mol CO2,根据充电时阳极反应2Li2CO3-4e- ══ 2CO2↑+4Li++O2↑可知,转移4 mol电子,释放2 mol CO2,故每放、充4 mol电子一次,理论上能固定1 mol CO2,C正确。充电时,阳极只有Li2CO3发生氧化,释放出CO2和O2,则电极反应为2Li2CO3-4e- ══ 2CO2↑+4Li++O2↑,D错误。
9.(2023·湖北八市3月联考)如图为电解法处理含有Cl-、 的酸性废水的工作示意图。已知在铁的化合物的催化机理中,H+吸附到b电极表面获得电子形成活性H再参与反应。下列说法错误的是(　　)
A.起催化作用的是Fe(Ⅲ)
C.阳极附近的pH变小
D.处理废水过程中Cl-浓度基本不变
答案 D　
10.(2023·辽宁教研联盟一模改编)有一种两相无膜电池,其放电时的工作原理如图所示( 在水系/非水系电解质溶液界面上来回穿梭,可维持电荷守恒)。
已知:CH2Cl2的密度为
1.33 g·cm-3,难溶于水。下列说法错误的是(　　)
A.电池使用时不能倒置
B.充电时,石墨毡上的电极反应为PTZ-e- ══ PTZ+
C.放电时, 由CH2Cl2层移向水层
D.放电时,Zn板每减轻6.5 g,水层增重29 g
D
解析 放电时,Zn失电子发生氧化反应,故Zn作负极,石墨毡作正极。水和二氯甲烷互不相溶,且密度差能够将正极与负极分隔开,故不能倒置,A正确;充电时,石墨毡作阳极,电极反应为PTZ-e- ══ PTZ+,B正确;放电时,阴离子移向负极,故阴离子移向水层,C正确;放电时,Zn板每减轻6.5 g,同时水层增重6.5 g,转移电子的物质的量为0.2 mol,有0.2 mol 移动到水层,故水层增重为0.2 mol×145 g·mol-1+6.5 g=35.5 g,D错误。
11.(2023·福建七地市联考)应用电化学方法对水体消毒并去除余氯,其装置如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.闭合K1后,可对池中的水杀菌消毒
B.断开K1,闭合K2时,e-由M极流出
C.断开K1,闭合K2后,N极金属Na
不断累积
D.钠离子交换膜可用质子交换膜代替
A
解析 闭合K1后,构成电解池装置,M极为阳极,电极反应为2Cl--2e- ══ Cl2↑,氯气进入水池消毒,A正确;断开K1,闭合K2时,构成原电池装置,M极为正极,N极为负极,e-由N极流出,B错误;断开K1,闭合K2后,构成原电池装置,N极为负极,电极反应为Na-e- ══ Na+,N极金属Na不断减少,C错误;钠离子交换膜换成质子交换膜后,H+会穿过膜与N极的Na反应,故不可换为质子交换膜,D错误。
12.(2023·天津河西区一模)我国空间站氧循环系统中涉及电解水,还有碳中和反应CO2(g)+4H2(g) 2H2O(g)+CH4(g)。按要求回答下列问题。
(1)电解液态水制备1 mol H2(g)的反应中ΔH=+286 kJ·mol-1。写出表示H2(g)燃烧热的热化学方程式: 　　　　　　　　　 。
(2)系统碳中和反应的平衡常数(K)与反应温度(T)之间的关系如图1所示。
图1
①由图1可推知,该反应正反应的ΔH　　　(填“>”或“<”)0;
②若系统碳中和反应为基元反应,且反应的ΔH与活化能(Ea)的关系为|ΔH|>Ea。请在图2中补充完成该反应过程的能量变化示意图。
图2
<
(3)甲烷燃料电池工作的原理如图所示,甲烷燃料电池采用铂作电极催化剂,电池中的质子交换膜只允许质子(H+)和水分子通过,其工作原理如图3所示:
图3
①Pt(a)电极反应为
　　　　　　　　 　;
电解质溶液中的H+向
　　　(填“a”或“b”)电极移动。
②该电池工作时消耗11.2 L CH4(标准状况下),假设电池
的能量转化率为80%,则电路中通过　　 mol电子。
CH4+2H2O-8e-══CO2+8H+
b
3.2
解析 (1)由题意可知,1 mol H2(g)完全燃烧生成液态水放出的热量为286 kJ,则表示H2(g)燃烧热的热化学方程式为H2(g)+ O2(g) ══ H2O(l)　
ΔH=-286 kJ·mol-1。
(2)①由反应CO2(g)+4H2(g) 2H2O(g)+CH4(g)的平衡常数(K)与反应温度(T)之间的关系图可知,K随着温度升高而减小,故升高温度时平衡逆向移动,正反应为放热反应;②若反应为基元反应,则反应为一步完成,由于反应的ΔH与活化能(Ea)的关系为|ΔH|>Ea,由图2信息可知Ea=a kJ·mol-1,则|ΔH|>a kJ·mol-1,该反应为放热反应,生成物的总能量小于反应物的总能量,据此可画出该反应过程的能量变化示意图。
(3)①该燃料电池中,通入燃料的a电极为负极,通入空气(O2)的b电极为正极,负极上甲烷失电子,电解质溶液为酸性,则电极反应为CH4+2H2O-8e- ══CO2+8H+。a电极为负极,b电极为正极,电解质溶液中的H+向b电极移动。②电池工作时消耗11.2 L CH4(标准状况下),则参加反应的CH4的物质的量为0.5 mol,根据电极反应CH4+2H2O-8e- ══ CO2+8H+可知,理论上转移电子的物质的量为0.5 mol×8=4 mol,电池的能量转化率为80%,则电路中通过电子的物质的量为4 mol×80%=3.2 mol。