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2024苏教版高中化学必修第二册同步
专题6 化学反应与能量变化
注意事项 1.本试卷满分100分,考试用时90分钟。
2.可能用到的相对原子质量:H 1 C 12 N 14 O 16 Na 23 S 32 Cl 35.5 Fe 56 Cu 64。
一、选择题(本题共15小题,每小题3分,共45分。每小题只有一个选项符合题意)
1.下列说法正确的是 ( )
A.将肉类食品进行低温冷藏,能使其永远不会腐败变质
B.化学工业都必须使用催化剂
C.夏天面粉的发酵速率与冬天面粉的发酵速率相差不大
D.茶叶使用真空包装,能显著延长茶叶的储存时间
2.下列关于化学反应中能量变化的说法正确的是 ( )
A.断开化学键会释放能量
B.化学反应过程中一定伴随能量变化
C.常温下进行的反应一定是放热反应
D.氧化还原反应均为放热反应
3.斯坦福大学的研究人员提出一种基于CH3OH的碳循环(如图所示),下列说法不正确的是 ( )
A.图中的能量转化方式超过2种
B.CO2属于无机化合物,CH3OH属于有机化合物
C.制取CH3OH的反应:CO2+3H2 CH3OH+H2O,原子利用率为100%
D.利用CO2合成CH3OH燃料,有利于减少对化石燃料的依赖并减少碳排放
4.一定温度下,将3 mol SO2和1 mol O2充入一定容积的密闭容器中,在催化剂存在下进行下列反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-197 kJ·mol-1,当反应达到平衡状态时,下列说法中正确的是 ( )
A.生成SO3的物质的量为2 mol
B.反应放出的热量为197 kJ
C.SO2、O2、SO3的分子数之比一定为2∶1∶2
D.SO2的消耗速率必定等于SO3的消耗速率
5.下列说法不正确的是 ( )
A.对于吸热反应,升温反应速率增大;对于放热反应,升温反应速率减小
B.实验室用H2O2分解制备O2,加入MnO2后,反应速率明显加快
C.反应2SO2+O2 2SO3中,每反应1 mol SO2,生成1 mol SO3
D.实验室用碳酸钙和盐酸反应制取CO2,其他条件相同时,相同质量的粉末状碳酸钙比块状碳酸钙反应要快
6.一定温度、压强下,在一定容积的密闭容器内发生反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-197 kJ· mol-1。下列说法正确的是 ( )
A.增大O2的浓度能加快反应速率
B.增大容器容积能加快反应速率
C.若将18O2投入反应容器参与反应,反应达平衡时,18O仅存在于18O2和S18O3中
D.该温度、压强下,1 mol SO2(g)与0.5 mol O2(g)充分反应放热98.5 kJ
7.下列图像能准确表示氢气燃烧的热量变化的是 ( )
A. B.
C. D.
8.一定温度下,恒容密闭容器中发生反应A(g)+2B(g) 2C(g),下列能说明反应达到平衡状态的是 ( )
A.B、C的浓度相等
B.单位时间内生成a mol A的同时生成2a mol B
C.气体的密度保持不变
D.体系的压强保持不变
9.在2 L恒温密闭容器中通入气体X并发生反应:2X(g)Y(g)(正反应放热),X的物质的量n(X)随时间t变化的曲线如图所示(图中的两条曲线分别代表有、无催化剂的情形),下列叙述正确的是 ( )
A.反应进行到a点时放出的热量多于反应进行到b
点时放出的热量
B.实线表示有催化剂的情形
C.b、c两点表明反应在相应的条件下达到了最大限度
D.反应从开始到a点的平均反应速率可表示为v(Y)=0.01 mol·L-1·min-1
10.将一张滤纸剪成四等份,用铜片、锌片、电流表、导线在玻璃片上连接成如图所示的装置,在滤纸上滴入稀硫酸直至全部润湿。下列叙述正确的是 ( )
A.锌片上发生还原反应
B.若用碳棒代替铜,电路中无电流通过
C.电子都是从铜片经外电路流向锌片
D.该装置的能量转换方式至少有2种
11.一定温度下,向2 L密闭容器中充入0.4 mol NH3和0.5 mol O2发生反应:4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)。2 min末,NO的物质的量为0.2 mol。下列有关说法不正确的是 ( )
A.2 min末,NH3的浓度为0.1 mol·L-1
B.0~2 min内,用NH3表示的平均反应速率为0.05 mol·L-1· min-1
C.2 min末,生成的H2O的物质的量为0.3 mol
D.反应达平衡时,NO的浓度为0.2 mol·L-1
12.已知:一定条件下,反应H2(g)+I2(g) 2HI(g)中,每生成2 mol HI(g)时会有a kJ的能量放出,又知有关化学键键能如下,下列说法正确的是 ( )
化学键 H—H I—I
键能/(kJ·mol-1) b c
A.1 mol H2(g)的能量比2 mol HI(g)的能量高
B.将0.5 mol H2(g)与1 mol I2(g)混合,充分反应后放出的热量为0.5a kJ
C.H(g)+I(g) HI(g)是吸热过程
D.H—I键的键能为0.5(a+b+c)kJ·mol-1
13.H2、CO、CH4完全燃烧的热化学方程式可以分别表示为:
①H2(g)+O2(g) H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1
②2CO(g)+O2(g) 2CO2(g) ΔH=-565.2 kJ·mol-1
③CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol-1
下列说法正确的是 ( )
A.热值指一定条件下单位质量的可燃物完全燃烧所放出的热量,H2、CO、CH4中热值最大的是CH4
B.反应①的反应过程可用图表示
C.由反应②可推出:CO2(g) CO(g)+O2(g) ΔH=-282.6 kJ·mol-1
D.反应③表示1 mol CH4(g)和足量O2(g)完全反应生成二氧化碳和气态水放热890.3 kJ
14.镁—过氧化氢电池的电压稳定、容量大、使用寿命长,其结构如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.镁作该电池的正极,电极反应式为Mg-2e- Mg2+
B.放电时,电子从石墨流出,经导线流向镁
C.放电时溶液中的Cl-向正极移动
D.该电池总反应的离子方程式为Mg+H2O2+2H+Mg2++2H2O
15.某化学小组测定酸性条件下KClO3溶液与NaHSO3溶液反应的化学反应速率,所用的试剂为10 mL 0.1 mol·L-1KClO3溶液和10 mL 0.3 mol·L-1NaHSO3溶液,c(Cl-)随时间变化的曲线如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.该反应的离子方程式为Cl+3HS Cl-+3S+3H+
B.该反应在0~4 min内的平均反应速率v(Cl)=2.5×10-3 mol·L-1·min-1
C.在反应过程中,该反应的化学反应速率先增大后减小
D.起初反应速率很小,一段时间后反应速率明显增大,一定是反应放热温度升高的结果
二、非选择题(本题共5小题,共55分)
16.(8分)某温度下,向2.0 L的恒容密闭容器中充入2.0 mol N2和2.0 mol H2,发生反应,一段时间后反应达到平衡状态,实验数据如表所示:
t/s 0 50 150 250 350
n(NH3)/mol 0 0.24 0.36 0.40 0.40
(1)0~50 s内的平均反应速率v(N2)= 。
(2)已知键的键能为946 kJ/mol,H—H键的键能为436 kJ/mol,N—H键的键能为 391 kJ/mol。则生成1 mol NH3(g)的过程中 (填“吸收”或“放出”)的能量为 kJ。
(3)为加快反应速率,可采取的措施是 (填字母)。
a.升高温度 b.增大容器容积
c.恒容时充入He d.加入合适的催化剂
17.(10分)为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果,某化学研究小组的同学分别设计了如图甲、乙所示的实验。请回答相关问题:
甲 乙
(1)定性分析:如图甲所示,可通过观察 的快慢,定性比较得出结论。有同学提出将0.1 mol·L-1FeCl3溶液改为 mol·L-1 Fe2(SO4)3溶液更为合理,其理由是 。
(2)定量分析:用图乙所示装置做对照实验,实验时均以生成40 mL气体为准,其他可能影响实验的因素均保持相同。实验中需要测量的数据是 。
(3)查阅资料得知:将作为催化剂的Fe2(SO4)3溶液加入H2O2溶液后,溶液中会发生两个氧化还原反应,且两个反应中H2O2均参加了反应。试从催化剂的角度分析,这两个氧化还原反应的离子方程式分别是2Fe3++H2O2 2Fe2++O2↑+2H+和 。
18.(10分)为了探究化学反应的热效应,某兴趣小组进行了如下实验:
(1)将纯净的固体物质X分别装入有水的锥形瓶里(发生化学反应),立即塞紧带玻璃弯管的塞子,发现管内红墨水的液面高度如图1、图2所示。
①若如图1所示,发生的反应(假设没有气体生成)是 (填“放热”或“吸热”)反应,X可以是 (填化学式,填一种即可)。
②若如图2所示,发生的反应(假设没有气体生成)是 (填“放热”或“吸热”)反应。以下选项中与其能量变化相同的是 (填字母)。
A.CO还原CuO的反应 B.CaCO3的分解反应
C.Al和Fe2O3的反应
(2)如图3所示,把试管放入盛有25 ℃饱和澄清石灰水的烧杯中,试管中放入少量铝片,再滴入5 mL NaOH溶液。
①实验中观察到的现象是铝片逐渐溶解、有大量气泡产生、 。
②产生上述现象的原因是 。
19.(14分)2022年11月,“神舟十五号”载人飞船成功发射,创下了我国在超低温天气成功发射载人飞船的新纪录。肼(N2H4)是火箭常用高能燃料,可与O2发生反应:N2H4(g)+O2(g) N2(g)+2H2O(g)。请回答下列问题:
(1)相关化学键的键能如表所示:
化学键 N—N H—N OO H—O
键能/(kJ·mol-1) 159 391 498 946 465
①O(g)+O(g) O2(g),生成0.5 mol O2(g)会 (填“吸收”或“放出”) kJ能量。
②1 mol N2H4(g)在O2中完全燃烧 (填“吸收”或“放出”) kJ能量。
(2)N2H4(g)+O2(g) N2(g)+2H2O(l)可设计为燃料电池,装置如图所示。
①气体Y为 (填化学式),该装置工作时,S移向电极 (填“Pt1”或“Pt2”)。
②电极Pt1为 (填“负极”或“正极”),发生的电极反应为 。
③该装置工作一段时间后,电解质溶液的酸性 (填“增强”“减弱”或“不变”)。
20.(13分)某研究性学习小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液之间的反应来探究“外界条件改变对化学反应速率的影响”,实验如下:
实 验 序 号 实验 温度/ K 酸性KMnO4 溶液(含硫酸) H2C2O4 溶液 H2O 溶液颜色褪至无色时所需时间/s
V/mL c/(mol·L-1) V/mL c/(mol·L-1) V/mL
① 293 2 0.02 4 0.1 0 t1
② T1 2 0.02 3 0.1 V1 8
③ 313 2 0.02 V2 0.1 1 t2
(1)通过实验①②,可探究 (填外界条件)的改变对化学反应速率的影响,其中V1= ,T1= ;通过实验 可探究温度变化对化学反应速率的影响。
(2)若t1<8,则可以得出的结论是 。
(3)该反应中有无色无味气体产生且Mn被还原为Mn2+,写出相应反应的离子方程式: 。
(4)该小组的一位同学通过查阅资料发现,上述实验过程中n(Mn2+)随时间变化的趋势如图所示,并认为造成此种变化的原因是反应体系中的某种粒子对KMnO4与草酸之间的反应有某种特殊的作用,则该作用是 ,相应的粒子最可能是 。
专题6 化学反应与能量变化
1.D 2.B 3.C 4.D 5.A 6.A 7.C 8.D
9.C 10.D 11.D 12.D 13.B 14.D 15.D
1.D 降温只能减缓反应速率,不能使肉类永远不腐败变质,A错误;并不是所有的化工生产都需要催化剂,B错误;夏天温度高,面粉发酵速率快,冬天温度低,面粉发酵速率慢,C错误;茶叶使用真空包装,能隔绝氧气,显著延长茶叶的储存时间,D正确。
2.B 断开化学键会吸收能量,A错误;常温下进行的反应可能是吸热反应,如NH4Cl和Ba(OH)2·8H2O的反应为吸热反应,且在常温下可进行,C错误;氧化还原反应可能为吸热反应,如碳和二氧化碳在高温条件下反应生成CO,该反应是吸热反应,D错误。
3.C 图中能量转化方式有风能转化为电能、电能转化为化学能、太阳能转化为电能等,A正确;二氧化碳属于无机化合物,CH3OH属于有机化合物,B正确;生成物除了CH3OH,还有H2O,因此原子利用率不是100%,C错误;利用CO2合成CH3OH燃料,在给人们提供燃料的同时消耗了CO2,可减少对化石燃料的依赖并减少碳排放,D正确。
4.D 3 mol SO2和1 mol O2发生反应,根据化学方程式可知,若1 mol O2完全反应,则生成 2 mol SO3,而该反应为可逆反应,则生成SO3的物质的量小于2 mol ,A错误;达平衡状态时,参加反应的氧气的物质的量小于1 mol,因此反应放出的热量小于197 kJ,B错误;当达到平衡状态时,SO2、O2、SO3的分子数之比不一定为2∶1∶2,C错误;当达到平衡状态时,正反应速率等于逆反应速率,SO2和SO3的化学计量数相等,因此SO2的消耗速率必定等于SO3的消耗速率,D正确。
5.A 升高温度,无论是吸热反应还是放热反应,反应速率均增大,A错误;二氧化锰在过氧化氢的分解反应中作催化剂,能加快反应速率,B正确;由化学方程式可知,当有1 mol SO2参与反应,会生成1 mol SO3,C正确;其他条件相同时,相同质量的碳酸钙粉末比块状的表面积大,反应物的接触面积更大,反应速率更快,D正确。
6.A O2是反应物,增大O2的浓度能加快反应速率,A正确;增大容器容积,反应体系内各组分浓度减小,反应速率减慢,B错误;若将18O2投入反应容器参与反应,反应达平衡时,18O存在于18O2、S18O3和S18O2中,C错误;该温度、压强下,1 mol SO2(g)与0.5 mol O2(g)充分反应,生成SO3(g)的物质的量小于1 mol,反应放出的热量小于98.5 kJ,D错误。
7.C 氢气在氧气中燃烧生成气态水的反应为放热反应,反应物的总能量大于生成物的总能量,气态水转化为液态水的过程为放热过程,气态水的能量高于液态水,选C。
8.D B、C浓度相等时不一定达到平衡状态,A错误;即使没有达到平衡状态,单位时间内生成a mol A的同时也生成2a mol B,B错误;恒容密闭容器中气体体积和质量不变,气体的密度一直不变,C错误;容器容积不变,反应前后气体总的物质的量不相等,故体系的压强保持不变,说明反应达到平衡状态,D正确。
9.C a点X的物质的量比b点大,说明参与反应的X较少,则反应进行到a点时放出的热量小于反应进行到b点时放出的热量,A项错误;催化剂能加快反应速率,缩短达到平衡的时间,故实线表示无催化剂的情形,B项错误;b、c两点之后,X的物质的量不再变化,说明反应已达到相应条件下的最大限度,C项正确;反应从开始到a点,X的物质的量减小了0.1 mol,浓度减小了=0.05 mol·L-1,所以v(X)==0.01 mol·L-1·min-1,则v(Y)=v(X)= 0.005 mol·L-1·min-1,D项错误。
10.D 该装置为4个原电池的串联电路,锌比铜活泼,锌作负极,铜作正极,原电池工作时,电子由负极经外电路流向正极。锌作负极,失电子,发生氧化反应,A错误;若用碳棒代替铜,碳棒能导电,也能形成原电池,电路中有电流通过,B错误;电子由负极(锌片)经外电路流向正极(铜片),C错误;该装置的能量转换方式有化学能转换为电能,电能转换为热能等,D正确。
11.D 2 min末,NO的物质的量为0.2 mol,则消耗NH3 0.2 mol,2 min末,NH3的物质的量为 0.4 mol-0.2 mol=0.2 mol,容器容积为2 L,则NH3的浓度为0.1 mol·L-1,A正确;0~2 min内,用NH3表示的平均反应速率为=0.05 mol·L-1· min-1,B正确;生成0.2 mol NO的同时生成0.3 mol H2O,C正确;若0.4 mol NH3完全反应,则生成NO 0.4 mol,浓度为0.2 mol·L-1,但该反应是可逆反应,不能进行到底,所以反应达平衡时,NO的浓度小于0.2 mol·L-1,D错误。
12.D 已知反应每生成2 mol HI(g)时会放出a kJ的能量,说明反应是放热反应,即1 mol H2(g)和1 mol I2(g)的总能量比2 mol HI(g)的能量高,但无法判断1 mol H2(g)的能量和2 mol HI(g)的能量大小关系,A错误;生成2 mol HI(g)时会有a kJ的能量放出,该反应为可逆反应,将 0.5 mol H2(g)与1 mol I2(g)混合,充分反应后生成的HI(g)小于1 mol,放出的热量小于0.5a kJ,B错误;H(g)+I(g)HI(g),形成化学键,是放热过程,C错误;设H—I键的键能为x kJ·mol-1,反应放出的热量=生成物成键放出的热量-反应物断键吸收的热量=2x kJ-(b+c)kJ=a kJ,解得x= 0.5(a+b+c),则H—I键的键能为0.5(a+b+c)kJ·mol-1,D正确。
13.B H2、CO、CH4的热值分别为285.8÷2 kJ/g、565.2÷(28×2)kJ/g、890.3÷16 kJ/g,所以热值的大小关系为H2>CH4>CO,A错误;反应①ΔH<0,是放热反应,即反应物的总能量大于生成物的总能量,所以反应①的反应过程可用题图表示,B正确;反应②ΔH<0,是放热反应,则反应②的逆过程为吸热反应,所以由反应②推出的反应的正确热化学方程式为CO2(g) CO(g)+ O2(g) ΔH=+282.6 kJ·mol-1,C错误;反应③表示1 molCH4(g)和足量O2(g)完全反应生成二氧化碳气体和液态水放热890.3 kJ,D错误。
14.D 镁作负极,失去电子,发生氧化反应,电极反应式为Mg-2e-Mg2+,A错误;放电时,电子从负极(镁)经外电路流向正极(石墨),B错误;原电池工作时,阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,C错误;正极的电极反应式为H2O2+2H++2e-2H2O,则该电池总反应的离子方程式为Mg+H2O2+2H+Mg2++2H2O,D正确。
15.D 根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒,可得该反应的离子方程式为Cl+ +3H+,A正确;由题图中数据可知,该反应在0~4 min内的平均反应速率v(Cl-)= =2.5×10-3 mol·L-1·min-1,v(Cl)=v(Cl-)=2.5×10-3 mol·L-1·min-1,B正确;由题图可知,该反应的化学反应速率先增大后减小,C正确;起初反应速率很小,一段时间后反应速率明显增大,可能是因为反应放热使体系温度升高,也可能是因为生成的Cl-对反应有催化作用等,D错误。
16.答案 (每空2分)
(1)1.2×10-3 mol·L-1·s-1
(2)放出 46
(3)ad
解析 (1)根据题表数据可知,在0~50 s内NH3的物质的量增加了0.24 mol,则由N2(g)+ 3H2(g)2NH3(g)可知,消耗N2的物质的量为0.12 mol,则v(N2)==1.2×10-3 mol·L-1·s-1。
(2)根据题中数据可得N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=946 kJ/mol+3×436 kJ/mol-6× 391 kJ/mol=-92 kJ/mol,则生成1 mol NH3(g)的过程中放出的能量为92 kJ×=46 kJ。
(3)升高温度,反应速率加快,a正确;增大容器的容积,导致反应体系中各组分的浓度减小,反应速率减慢,b错误;恒容时充入He,反应体系中各组分的浓度不变,反应速率不变,c错误;加入合适的催化剂,反应速率加快,d正确。
17.答案 (每空2分)
(1)产生气泡 0.05 消除阴离子不同对实验的干扰
(2)产生40 mL气体所需的时间
(3)2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O
解析 (1)该反应中产生气体,可根据生成气泡的快慢得出结论。氯化铁和硫酸铜中阴、阳离子都不同,会产生干扰,硫酸铁和硫酸铜的阴离子相同,可以消除阴离子不同对实验的干扰,且应该保持Fe3+浓度仍为0.1 mol·L-1,故改为0.05 mol·L-1 Fe2(SO4)3溶液更合理。
(3)已知①2H2O22H2O+O2↑,②2Fe3++H2O22Fe2++O2↑+2H+,由①-②得另一反应为2H++2Fe2++H2O22Fe3++2H2O。
18.答案 (除注明外,每空2分)
(1)①放热(1分) CaO(答案合理即可) ②吸热(1分) B
(2)①饱和澄清石灰水变浑浊 ②铝和NaOH溶液反应生成H2,且该反应是放热反应,Ca(OH)2的溶解度随温度的升高而降低
解析 (1)①若如图1所示,体系内压强大于外界大气压,说明体系内气体膨胀,反应放热,故物质X可以是Na2O、CaO等。
②若如图2所示,体系内压强小于外界大气压,说明体系内气体体积缩小,反应吸热。CO还原CuO的反应为放热反应,CaCO3的分解反应为吸热反应,Al和Fe2O3的反应为放热反应。
(2)把试管放入盛有25 ℃饱和澄清石灰水的烧杯中,向试管中放入少量铝片,再滴入5 mL NaOH溶液,铝和NaOH溶液反应生成H2,且该反应是放热反应,Ca(OH)2的溶解度随温度的升高而降低,烧杯中饱和澄清石灰水变浑浊。
19.答案 (除注明外,每空2分)
(1)①放出(1分) 249 ②放出(1分) 585
(2)①O2(1分) Pt1
②负极(1分) N2H4-4e- N2+4H+
③减弱
解析 (1)①断键吸热,形成化学键放热,则O(g)+O(g)O2(g),生成0.5 mol O2(g)会放出 498 kJ×0.5=249 kJ能量。
②根据化学方程式可知断键吸收的能量是(4×391+159+498)kJ=2 221 kJ,形成化学键放出的能量是(946+4×465)kJ=2 806 kJ,所以1 mol N2H4(g)在O2中完全燃烧放出2 806 kJ-2 221 kJ= 585 kJ能量。
(2)①根据电子流向可知Pt1电极是负极,Pt2电极是正极,所以气体Y为O2,发生得到电子的还原反应,该装置工作时,S移向负极,即Pt1电极。
②电极Pt1为负极,溶液显酸性,发生的电极反应为N2H4-4e- N2+4H+。
③根据反应N2H4(g)+O2(g) N2(g)+2H2O(l)可知反应过程中硫酸的物质的量不变,但溶液体积增加,硫酸浓度减小,所以该装置工作一段时间后,电解质溶液的酸性减弱。
20.答案 (除注明外,每空2分)
(1)浓度(1分) 1(1分) 293(1分) ②③
(2)其他条件相同时,增大反应物浓度,反应速率加快(其他合理答案也可)
(3)2Mn+5H2C2O4+6H+ 2Mn2++10CO2↑+8H2O
(4)催化作用 Mn2+
解析 (1)分析题表中数据知,本实验是探究浓度、温度的变化对化学反应速率产生的影响。实验中,探究浓度(温度)对化学反应速率的影响时,要确保影响化学反应速率的其他因素相同。实验①②可探究草酸浓度对化学反应速率的影响,故温度应相同,T1=293;为使实验①②中KMnO4浓度相同,则溶液总体积均应为6 mL,故V1=1。实验③温度与另外两组不同,加水量与实验②相同,故实验②③是探究温度对化学反应速率的影响,因此V2=3。
(2)由题表中实验①②的数据知,在其他条件相同的情况下,增大反应物浓度可加快化学反应速率。
(4)由题图知,反应中存在反应速率明显增大的过程,这表明反应中生成的某种粒子对该反应有催化作用,结合反应前后溶液成分知,该粒子是Mn2+。
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