专题六 化学反应与能量变化
（满分：100 分 时间：75 分）
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 ．化学反应中的能量变化是由化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时放出
的能量不同引起的。如图为 N2(g)和 O2(g)反应生成 NO(g)过程中的能量变化：
下列说法中正确的是( )
A ．1 mol N2(g)和 1 mol O2(g)完全反应放出的能量为 180 kJ
B ．通常情况下， N2(g)和 O2(g)混合能直接生成 NO
C ．1 mol N2(g)和 1 mol O2(g)具有的总能量小于 2 mol NO(g)具有的总能量
D ．NO 是一种酸性氧化物，能与 NaOH 溶液反应生成盐和水
2.火星大气中含有大量 CO2,一种有 CO2 参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。
该电池以金属钠为负极,碳纳米管为正极,放电时( )
A.负极上发生还原反应
B.将电能转化为化学能
C. 阳离子由正极移向负极
D.CO2 在正极上得电子
3．某反应由两步反应 A B C 构成， 它的反应能量曲线如图。下列叙述正确的是( )
A ．三种化合物中 C 最稳定
B ．两步反应均为吸热反应
C ．A 与 C 的能量差为 E4
D ．对于 A B 反应，反应条件一定要加热
4.某原电池的工作原理如图所示，总反应为 Zn＋2NH4 (＋) Zn2＋＋2NH3 ↑+H2 ↑, 下列说法不
正确的是( )
A.石墨为电池的正极
B. 电池工作时 Zn 逐渐被消耗
C. 电子由石墨电极经外电路流向 Zn 电极
D.反应 2NH4 (＋)＋2e－ 2NH3 ↑+H2 ↑在正极上发生
5．在 2.0 L 恒温恒容密闭容器中充入 1.0 mol HCl 和 0.3 mol O2，加入催化剂发生反应 4HCl(g) +O2(g) 2Cl 2(g)＋2H2O(g) ，HCl 、O2 的物质的量随时间的变化曲线如图所示。下列说法正
确的是( )
A ．t2 时， v 正 ＝v 逆
B ．加入催化剂反应速率不变
C ．t1 时，容器内气体的总压强比 t2 时的小
D ．t3 时，容器中 c(Cl2) ＝c(H2O) ＝0.2 mol·L－1
6 ．一定条件下，Cu2＋ 、Mn2＋ 、Fe3＋ 的浓度对乙酸在光照条件下的催化降解率的影响如图所示，
其降解产物为无污染物质。下列判断错误的是( )
A ．温度越高， Cu2＋ 、Mn2＋ 、Fe3＋ 的催化降解率越大
B ．离子浓度相同时， Cu2＋ 的催化效果最好
C ．Fe3＋ 的浓度对乙酸降解率的影响不大
D ．乙酸的降解产物可能是 CO2 和 H2O
7.一定温度下， 恒容密闭容器中， 发生反应： 2HI（g） H2（g）＋I2（g，紫色），下列选项中
不能说明已达平衡状态的是( )
A.各物质的浓度不再变化
B.混合气体颜色不再变化
C.HI 、H2 、I2 的物质的量浓度之比为 2：1：1
D.HI 的质量不再变化
8.反应 X 2Z 经历两步 :①X Y;② Y 2Z。反应体系中 X 、Y 、Z 的浓度 c 随时间 t
的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是( )
A.a 为 c(X)随 t 的变化曲线
B.t1 时,c(X)=c(Y)=c(Z)
C.t2 时,Y 的消耗速率大于生成速率
D.t3 后,c(Z)=2c0-c(Y)
9.硫化氢与甲醇合成甲硫醇(CH3SH)的催化过程如图。下列说法中错误的是( )
A.过程① 、②均需要吸收能量
B.总反应方程式可以表示为 H2S+CH3OH H 2O+CH3SH
C.过程④中,只形成了 O—H 键
D.反应前后催化剂的质量和化学性质没有改变
10.N2H4 是一种高效清洁的火箭燃料。0.25 mol N2H4（g）完全燃烧生成氮气和气态水时， 放出 133.5 kJ 热量。则下列热化学方程式中正确的是( )
A.N2H4（g）＋O2（g） N2（g）＋H2O（g）ΔH＝＋267 kJ·mol－1
B.N2H4（g）＋O2（g） N2（g）＋2H2O（g）ΔH＝－ 133.5 kJ·mol－1
C.N2H4（g）＋O2（g） N2（g）＋2H2O（g）ΔH＝＋534 kJ·mol－1
D.N2H4（g）＋O2（g） N2（g）＋2H2O（g）ΔH＝－534 kJ·mol－1
11.一定温度下,在 N2O5 的四氯化碳溶液(100 mL)中发生分解反应:2N2O54NO2+O2。在不同
时刻测量放出的 O2 体积,换算成 N2O5 浓度如下表:
t/s 0 600 1 200 1 710 2 220 2 820 x
c(N2O5)/ (mol·L-1) 1.40 0.96 0.66 0.48 0.35 0.24 0.12
下列说法正确的是( )
A.600~1 200 s,生成 NO2 的平均速率为 5.0×10-4 mol·L-1 ·s-1
B.反应 2 220 s 时,放出的 O2 体积为 11.8 L(标准状况)
C.反应达到平衡时,v 正(N2O5)=2v 逆(NO2)
D.推测上表中的 x 为 3 930
12.凭借清洁、储量大、能量转换率高、运行稳定等优势，氢能被现代工业视为最理想、潜力 最大的新能源。氢燃料电池被誉为氢能源汽车的心脏。某种氢燃料电池的内部结构如图所示，
下列说法正确的是（设 NA 为阿伏加德罗常数的值）( )
A. 电池每消耗 11.2 L 氢气，电路中通过的电子数目为 NA
B.a 处通入的是氧气
C.右侧电极上发生的反应为 O2＋4e－＋2H2O 4OH-
D. 电池的总反应式： 2H2＋O2 2H2O
13．科学家最新研究表明， 一种糖生物电池可以完全将糖中的化学能转变为电能， 它使用酶代
替贵金属催化剂，利用空气氧化糖类产生电流。下列有关判断正确的是( )
A ．该电池不宜在高温下工作
B ．放电过程中，电池内阳离子向负极迁移
C ．若该电池为酸性介质，则正极反应为 O2＋2H2O＋4e－===4OH-
D．若该电池为碱性介质， 且以葡萄糖为原料， 则电池总反应为 C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O
二、非选择题(本题共 4 小题，共 61 分)
14 ．（13 分）化学反应中不仅有物质变化而且伴随着能量变化。
（1）以下实验中属于吸热反应的是 （填序号）。
（2）下图中，表示放热反应能量变化的是 （填字母）。
（3）从微观角度分析化学反应中能量变化的原因：
图中①和②分别为 、 （填“ 吸收”或“释放” ）能量。氢气与氧气反应生 成 1 mol 水蒸气时，释放 kJ 能量。
(4)如图 1 所示是 NO2 和 CO 反应生成 CO2 和 NO 过程中能量变化示意图，请写出 NO2 和 CO
反应的热化学方程式： 。
(5)化学反应的焓变与反应物和生成物的键能有关。
①已知： H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－ 185 kJ·mol－1。
请填空：
共价键 H—H Cl—Cl H—Cl
键能/kJ·mol－1 436 247
。图 2 中表示氧族元素中氧、硫、硒、碲生成氢化物时的焓变数据，根据焓变数据可确定 a、 b 、c 、d 分别代表哪种元素， 试写出硒化氢在热力学标准状态下， 发生分解反应的热化学方程
式： 。
15.(14 分)能源是现代文明的原动力,通过化学方法可以使能量按人们所期望的形式转化,从而开
辟新能源和提高能源的利用率。
(1)氢气在 O2 中燃烧的反应是 热反应(填“ 放” 或“ 吸”),这是由于反应物的总能量
生成物的总能量(填“大于”“ 小于”或“等于”)。
(2)从化学反应的本质角度来看,氢气燃烧断裂反应物中的化学键吸收的总能量 形成产 物中的化学键放出的总能量(填“大于”“ 小于”或“等于”)。已知破坏 1 mol H—H 键、1 mol O O 键、1 mol H—O 键时分别需要吸收 x kJ 、y kJ 、z kJ 的能量。则 1 mol H2(g)和 0.5 mol O2(g)转
化为 1 mol H2O(g)时放出的热量为 kJ。
(3)通过 CO 的燃烧反应,可以把 CO 中蕴含的化学能转化为热能,如果将该氧化还原反应设计成 原电池装置,就可以把 CO 中蕴含的化学能转化为电能,如图就是能够实现该转化的装置(其中电 解质溶液为 KOH 溶液),被称为 CO 燃料电池。该电池的正极是 (填“a”或“b”),负极反应
式为 。
(4)若将图中的 CO 燃料电池用固体金属氧化物陶瓷作电解质(能够传导 O2-),已知正极上发生的
电极反应式为 O2+4e-2O2-, 则负极上发生的电极反应式为 ;电子从
极(填“a”或“b”)流出。
16.（18 分）为了探究化学反应速率和化学反应限度的有关问题， 某研究小组进行了以下实验： Ⅰ.以 H2O2 的分解反应为研究对象，实验方案与数据记录如下表，t 表示收集 a mL O2 所需的时
间。
序号 反应温度/℃ c（H2O2）/（mol·L－1） V（H2O2 ）/mL m（MnO2） /g t/min
1 20 2 10 0 t1
2 20 2 10 0.1 t2
3 20 4 10 0.1 t3
4 40 2 10 0.1 t4
（1）设计实验 2 和实验 3 的目的是研究 对化学反应速率的影响。
（2）为研究温度对化学反应速率的影响， 可以将实验 和实验 作对比（填
序号）。
（3）将实验 1 和实验 2 作对比， t1 t2 （填“ ＞ < 或“ = )。
Ⅱ.以 KI 和 FeCl3 反应为例（2Fe3＋＋2I- 2Fe2＋＋I2 ）设计实验，探究此反应存在一定的限度 （提示： Fe3＋遇 SCN－ ，溶液呈红色）。可选试剂：
①0.1 mol·L－1 KI 溶液 ②0.1 mol·L－1 FeCl3 溶液 ③0.1 mol·L－1 FeCl2 溶液
④0.1 mol·L－1 盐酸 ⑤0.1 mol·L－1 KSCN 溶液 ⑥CCl4
实验步骤：（1）取 5 mL 0.1 mol·L－1 KI 溶液，再滴加几滴 0.1 mol·L－1 FeCl3 溶液；
（2）充分反应后，将溶液分成三份；
（3）取其中一份，加试剂⑥,振荡， CCl4 层显紫色，说明反应生成碘；
（4）另取一份， 加试剂 （填序号），现象 ，说明此反
应存在一定的限度。
Ⅲ.N2O4 可分解为 NO2。在 100 mL 密闭容器中投入 0.01 mol N2O4 ，利用现代化学实验技术跟
踪测量 c（NO2）。c（NO2 ）随时间变化的数据记录如下图所示。
（1）反应容器中最后剩余的物质有 ，其中 N2O4 的物质的量为 mol。
（2）c N（O2）随时间变化的曲线表明， 实验测得的化学反应速率在逐渐减小， 最后变为 。
17.(16 分)某可逆反应在体积为 5 L 的密闭容器中进行,0~3 min 内各物质的物质的量的变化情况
如图所示(A 、B 、C 均为气体):
(1)该反应的化学方程式为 。
(2)反应开始至 2 min 时,B 的平均反应速率为 。
(3)能说明该反应已达到平衡状态的是 (填字母)。
a.v(A)=2v(B)
b.容器内压强保持不变
c.2v 逆(A)=v 正(B)
d.容器内混合气体的密度保持不变
e.c(A)∶c(B)∶c(C)=2∶1 ∶2
f.混合气体的平均相对分子质量保持不变
(4)在密闭容器里,通入 a mol A(g) 、b mol B(g) 、c mol C(g),发生上述反应, 当改变下列条件时,反
应速率会减小的是 (填字母)。
A. 降低温度 B.加入催化剂
C.增大容器体积 D.恒容下充入 He
(5)将a mol A 与 b mol B 的混合气体通入 5 L 的密闭容器中并发生上述反应,反应到某时刻各物 质的物质的量恰好满足:n(A)=n(B)=3n(C),则原混合气体中 a ∶b= ,此时 A 的物质的量分
数为 。专题六 化学反应与能量变化
（满分：100 分 时间：75 分）
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 ．化学反应中的能量变化是由化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时放出
的能量不同引起的。如图为 N2(g)和 O2(g)反应生成 NO(g)过程中的能量变化：
下列说法中正确的是( )
A ．1 mol N2(g)和 1 mol O2(g)完全反应放出的能量为 180 kJ
B ．通常情况下， N2(g)和 O2(g)混合能直接生成 NO
C ．1 mol N2(g)和 1 mol O2(g)具有的总能量小于 2 mol NO(g)具有的总能量
D ．NO 是一种酸性氧化物，能与 NaOH 溶液反应生成盐和水
【答案】C
【解析】A 项， 1 mol N2(g)和 1 mol O2(g)完全反应， 产生 2 mol 气态 NO 时， 断键吸收能量 Q 吸 ＝946 kJ＋498 kJ ＝1 444 kJ，成键放出能量 Q 放 ＝2×632 kJ ＝1 264 kJ ，Q 吸>Q 放 ，反应吸收能 量，吸收的能量为 Q 吸－Q 放 ＝180 kJ，错误； B 项，通常情况下， N2(g)和 O2(g)混合不能直接 生成 NO，错误； C 项， 由于反应吸热， 所以反应物 1 mol N2(g)和 1 mol O2(g)具有的总能量小 于 2 mol NO(g)具有的总能量，正确； D 项， NO 是一种不成盐氧化物，不能与 NaOH 溶液反
应生成盐和水，错误。
2.火星大气中含有大量 CO2,一种有 CO2 参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。
该电池以金属钠为负极,碳纳米管为正极,放电时( )
A.负极上发生还原反应
B.将电能转化为化学能
C. 阳离子由正极移向负极
D.CO2 在正极上得电子
【答案】D
【解析】该装置为原电池,将化学能转变为电能,A 错误;Al 为活泼金属,作负极,通入 CO2 的一极
为正极,CO2 得电子生成 C2O4 (2)- , 电极反应为 2CO2+2e- C2O4 (2)-,B 错误;1 mol 草酸铝含 2 mol
Al3+, 由 2 mol Al 单质失去 6 mol 电子生成,C 错误;该装置中 CO2 最后生成 C2O4 (2)- ,利用该技术可
以捕捉大气中的 CO2,D 正确。
3．某反应由两步反应 A B C 构成， 它的反应能量曲线如图。下列叙述正确的是( )
A ．三种化合物中 C 最稳定
B ．两步反应均为吸热反应
C ．A 与 C 的能量差为 E4
D ．对于 A B 反应，反应条件一定要加热
【答案】A
【解析】根据能量越低越稳定的原则， C 最稳定， A 正确； 由图像可知， 第一步反应为吸热反 应，第二步反应为放热反应， B 错误；A 与 C 的能量差为 ΔH＝(E1－E2)＋(E3－E4) ＝(E1＋E3 - E2－E4)(kJ/mol), C 错误； A B 的反应是吸热反应， 与反应发生的条件无关， 即吸热反应不
一定要加热， D 错误。
4.某原电池的工作原理如图所示，总反应为 Zn＋2NH4 (＋) Zn2＋＋2NH3 ↑+H2 ↑, 下列说法不
正确的是( )
A.石墨为电池的正极
B. 电池工作时 Zn 逐渐被消耗
C. 电子由石墨电极经外电路流向 Zn 电极
D.反应 2NH4 (＋)＋2e－ 2NH3 ↑+H2 ↑在正极上发生
【答案】C
【解析】由总反应 Zn＋2NH4 (＋) Zn2＋＋2NH3 ↑+H2 ↑知，锌元素的化合价升高失去电子被氧
化，作负极，逐渐被消耗，石墨是正极，故 A 正确，B 正确；电子由负极经外电路流向正极，
即电子由锌经外电路流向石墨， 故 C 错误； 在原电池中，正极发生还原反应， 则反应 2NH4 (＋)+
2e－ 2NH3 ↑+H2 ↑在正极上发生，故 D 正确。
5．在 2.0 L 恒温恒容密闭容器中充入 1.0 mol HCl 和 0.3 mol O2，加入催化剂发生反应 4HCl(g)+ O2(g) 2Cl 2(g)＋2H2O(g) ，HCl 、O2 的物质的量随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确
的是( )
A ．t2 时， v 正 ＝v 逆
B ．加入催化剂反应速率不变
C ．t1 时，容器内气体的总压强比 t2 时的小
D ．t3 时，容器中 c(Cl2) ＝c(H2O) ＝0.2 mol·L－1
【答案】D
【解析】 t2 时， 反应物的量还在减少， 反应还在向正方向进行， v(正)>v(逆)，选项 A 错误； 加 入催化剂可改变化学反应速率，选项 B 错误；反应 4HCl(g)＋O2(g) 2Cl 2(g)＋2H2O(g)是气 体体积减小的反应， 随着反应的进行， 气体的总物质的量减小， 恒容容器内压强减小， 故 t1 时 容器内气体的总压强比 t2 时的大，选项 C 错误； t3 时， O2 的物质的量为 0.1 mol，减少了 0.2 mol，故生成 Cl2、H2O 的物质的量均为 0.4 mol，容器中 c(Cl2) ＝c(H2O) ＝0.2 mol·L－1，选项 D
正确。
6 ．一定条件下，Cu2＋ 、Mn2＋ 、Fe3＋ 的浓度对乙酸在光照条件下的催化降解率的影响如图所示，
其降解产物为无污染物质。下列判断错误的是( )
A ．温度越高， Cu2＋ 、Mn2＋ 、Fe3＋ 的催化降解率越大
B ．离子浓度相同时， Cu2＋ 的催化效果最好
C ．Fe3＋ 的浓度对乙酸降解率的影响不大
D ．乙酸的降解产物可能是 CO2 和 H2O
【答案】A
【解析】Cu2＋ 、Mn2＋ 、Fe3＋均可作乙酸降解的催化剂，要使催化剂达到最佳催化效果，需在一 定温度下进行，并不是温度越高越好， A 项错误；根据图示可知，相同浓度下， a 线(Cu2＋)表 示的降解率最大，B 项正确；根据图示可知，Fe3＋ 的浓度增加，乙酸的降解率变化不是很大， 所以 Fe3＋ 的浓度对乙酸降解率的影响不大， C 项正确； 乙酸的降解产物为无污染物质， 其产物
可能为 CO2 、H2O ，D 项正确。
7.一定温度下， 恒容密闭容器中， 发生反应： 2HI（g） H2（g）＋I2（g，紫色），下列选项中 不能说明已达平衡状态的是( )
A.各物质的浓度不再变化
B.混合气体颜色不再变化
C.HI 、H2 、I2 的物质的量浓度之比为 2：1：1
D.HI 的质量不再变化
【答案】C
【解析】A 项，各物质的浓度不再变化是化学平衡状态的特征， 说明反应处于平衡状态； B 项， 混合气体中只有 I2 是紫色气体， 其余气体均无色， 若混合气体颜色不再变化， 说明各物质的浓 度不再变化，反应处于平衡状态； C 项， HI 、H2 、I2 的物质的量浓度之比为 2：1：1，未说明保 持这个比值不变， 故反应可能处于平衡状态， 也可能未达到平衡状态， 这与反应开始时加入的 物质的多少及反应条件有关，因此不能据此判断反应是否处于平衡状态； D 项， HI 的质量不
再变化，说明其浓度不变，反应处于平衡状态。
8.反应 X 2Z 经历两步 :①X Y;② Y 2Z。反应体系中 X 、Y 、Z 的浓度 c 随时间 t
的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是( )
A.a 为 c(X)随 t 的变化曲线
B.t1 时,c(X)=c(Y)=c(Z)
C.t2 时,Y 的消耗速率大于生成速率
D.t3 后,c(Z)=2c0-c(Y)
【答案】D
【解析】由于反应 X 2Z 分①X Y 和②Y 2Z 两步进行,随着不断反应,X 的浓
度逐渐减小,Y 的浓度先增大后减小,Z 的浓度逐渐增大, 由此可判断如下图:
结合上述分析可知 a 表示 c(X)随 t 的变化曲线,A 项正确;t1 时,三条曲线交于一点,则此时三种物 质的物质的量浓度相等,B 项正确;t2 时 Y 的物质的量浓度在减小,说明 Y 的消耗速率大于生成速 率,C 项正确;由题图可知,t3 后X 的浓度为 0,若全生成Z,则c(Z)=2c0,体系中存在一定量的Y,由②
可知,体系中 c(Z)=2c0-2c(Y),D 项错误。
9.硫化氢与甲醇合成甲硫醇(CH3SH)的催化过程如图。下列说法中错误的是( )
A.过程① 、②均需要吸收能量
B.总反应方程式可以表示为 H2S+CH3OH H 2O+CH3SH
C.过程④中,只形成了 O—H 键
D.反应前后催化剂的质量和化学性质没有改变
【答案】C
【解析】由题图可知,过程① 、②均为断键过程,需要吸收能量,A 项正确;总反应为硫化氢和甲 醇生成水和甲硫醇,化学方程式可以表示为 H2S+CH3OH H 2O+CH3SH,B 项正确;由题图 可知,过程④中也形成了C—S 键,C 项错误;催化剂可以改变反应速率,且反应前后催化剂的质量
和化学性质没有改变,D 项正确。
10.N2H4 是一种高效清洁的火箭燃料。0.25 mol N2H4（g）完全燃烧生成氮气和气态水时， 放出 133.5 kJ 热量。则下列热化学方程式中正确的是( )
A.N2H4（g）＋O2（g） N2（g）＋H2O（g）ΔH＝＋267 kJ·mol－1
B.N2H4（g）＋O2（g） N2（g）＋2H2O（g）ΔH＝－ 133.5 kJ·mol－1
C.N2H4（g）＋O2（g） N2（g）＋2H2O（g）ΔH＝＋534 kJ·mol－1
D.N2H4（g）＋O2（g） N2（g）＋2H2O（g）ΔH＝－534 kJ·mol－1
【答案】D
【解析】因为 N2H4 的燃烧为放热反应， 所以 ΔH＜0 ，A 、C 错误； 0.25 mol N2H4（g）燃烧放
热 133.5 kJ，故 1 mol N2H4 （g）燃烧放热（4×133.5）kJ ＝534 kJ ，D 正确， B 错误。
11.一定温度下,在 N2O5 的四氯化碳溶液(100 mL)中发生分解反应:2N2O54NO2+O2。在不同
时刻测量放出的 O2 体积,换算成 N2O5 浓度如下表:
t/s 0 600 1 200 1 710 2 220 2 820 x
c(N2O5)/ (mol·L-1) 1.40 0.96 0.66 0.48 0.35 0.24 0.12
下列说法正确的是( )
A.600~1 200 s,生成 NO2 的平均速率为 5.0×10-4 mol·L-1 ·s-1
B.反应 2 220 s 时,放出的 O2 体积为 11.8 L(标准状况)
C.反应达到平衡时,v 正(N2O5)=2v 逆(NO2)
D.推测上表中的 x 为 3 930
【答案】D
【解析】600~1 200 s 内平均反应速率 v(N2O5)=(0.96-600 (0.66)) · L-1=5×10-4 mol·L-1 ·s-1, 由化学计量数
可知 v(NO2)=2v(N2O5)=1×10-3 mol·L-1 ·s-1,A 项错误;反应至 2 220 s 时消耗 n(N2O5)=0.1
L×(1.40-0.35) mol·L-1=0.105 mol,放出的 O2 在标准状况下的体积为×0.105 mol×22.4
L·mol-1=1.176 L,B 项错误;反应达到平衡状态时,正向和逆向反应速率相等, 即 2v 正(N2O5)=v 逆
(NO2),C 项错误;观察表格中数据可知从 600 s 开始 c(N2O5)由 0.96 mol·L-1 依次减少至 0.48
mol·L-1 、再减少至 0.24 mol·L-1 均用时 1 110 s,则 c(N2O5)由 0.24 mol·L-1 减少至 0.12 mol·L-1 时
用时 1 110 s,即 x=2 820+1 110=3 930,D 项正确。
12.凭借清洁、储量大、能量转换率高、运行稳定等优势，氢能被现代工业视为最理想、潜力 最大的新能源。氢燃料电池被誉为氢能源汽车的心脏。某种氢燃料电池的内部结构如图所示，
下列说法正确的是（设 NA 为阿伏加德罗常数的值）( )
A. 电池每消耗 11.2 L 氢气，电路中通过的电子数目为 NA
B.a 处通入的是氧气
C.右侧电极上发生的反应为 O2＋4e－＋2H2O 4OH-
D. 电池的总反应式： 2H2＋O2 2H2O
【答案】D
【解析】由氢离子及电子的移动方向可知右边电极为正极， 左边电极为负极， 氢气燃料通入负 极， 氧气通入正极。A 项， 未给明氢气所处温度和压强， 无法计算氢气的物质的量和通过的电 子数，错误； B 项，左边电极为负极， a 处应通入氢气，错误； C 项，电解质中有大量氢离子
向右迁移， 则右侧电极上发生的反应为 4H＋＋O2＋4e－ 2H2O，错误； D 项， 氢氧燃料电池
总反应与氢气燃烧类似，总反应式为 2H2＋O2 2H2O，正确。
13．科学家最新研究表明， 一种糖生物电池可以完全将糖中的化学能转变为电能， 它使用酶代
替贵金属催化剂，利用空气氧化糖类产生电流。下列有关判断正确的是( )
A ．该电池不宜在高温下工作
B ．放电过程中，电池内阳离子向负极迁移
C ．若该电池为酸性介质，则正极反应为 O2＋2H2O＋4e－===4OH-
D．若该电池为碱性介质， 且以葡萄糖为原料， 则电池总反应为 C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O
【答案】A
【解析】糖生物电池中的催化剂为生物酶， 高温条件下生物酶催化活性减弱或消失， 糖电池工 作效率降低或不工作，所以糖电池不宜在高温下工作，故 A 正确；原电池放电时，内电路中 阳离子移向正极，阴离子移向负极，故 B 错误；该电池中糖类所在电极为负极，通入氧气的 电极为正极，酸性介质中氧气得电子生成水，电极反应式为 O2＋4e－＋4H＋===2H2O，故 C 错
误；葡萄糖碱性原电池的总反应为 C6H12O6＋6O2＋12OH－===6CO－＋12H2O，故 D 错误。
二、非选择题(本题共 4 小题，共 61 分)
14 ．（13 分）化学反应中不仅有物质变化而且伴随着能量变化。
（1）以下实验中属于吸热反应的是 （填序号）。
（2）下图中，表示放热反应能量变化的是 （填字母）。
（3）从微观角度分析化学反应中能量变化的原因：
图中①和②分别为 、 （填“ 吸收”或“释放” ）能量。氢气与氧气反应生 成 1 mol 水蒸气时，释放 kJ 能量。
(4)如图 1 所示是 NO2 和 CO 反应生成 CO2 和 NO 过程中能量变化示意图，请写出 NO2 和 CO
反应的热化学方程式： 。
(5)化学反应的焓变与反应物和生成物的键能有关。
①已知： H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－ 185 kJ·mol－1。
请填空：
共价键 H—H Cl—Cl H—Cl
键能/kJ·mol－1 436 247
②图 2 中表示氧族元素中氧、硫、硒、碲生成氢化物时的焓变数据，根据焓变数据可确定 a、 b 、c 、d 分别代表哪种元素， 试写出硒化氢在热力学标准状态下， 发生分解反应的热化学方程
式： 。
【答案】（1）② （2）A （3）吸收 释放 245
(4)NO2(g)＋CO(g)===NO(g)＋CO2(g) ΔH＝－234 kJ·mol－1
(5)①434 ②H2Se(g)===Se(s)＋H2(g) ΔH＝－81 kJ·mol－1
【解析】（1）①锌与稀硫酸反应属于放热反应； ②柠檬酸和碳酸氢钠反应属于吸热反应； ③ 所有的燃烧反应都是放热反应。（2）放热反应的反应物的总能量高于生成物的总能量， 因此表 示放热反应的能量变化的是 A。（3）①为断键，断键吸收能量， ②为形成化学键，形成化学
键释放能量； 断裂 1 mol H2 和mol O2 中的化学键吸收的总能量为（436＋249）kJ ＝685 kJ，形
成 1 mol H2O 中的化学键释放的能量为 930 kJ，因此生成 1 mol H2O 时放出的热量为 930 kJ-
685 kJ ＝245 kJ。
(4)根据 NO2 和 CO 反应生成 CO2 和 NO 过程中能量变化示意图可知，反应物能量高于生成
物能量，反应是放热反应，反应焓变＝E1－E2 ＝134 kJ·mol－1－368 kJ·mol－1 =
-234 kJ·mol－1，所以NO2 和CO 反应的热化学方程式为NO2(g)＋CO(g)===NO(g)＋CO2(g) ΔH
=-234 kJ·mol－1。
(5)①ΔH＝436 kJ·mol－1＋247 kJ·mol－1－2E(H—Cl) ＝－ 185 kJ·mol－1，解得 E(H—Cl) =
434 kJ·mol－1。
②根据元素周期律，同一主族元素非金属性越强，其气态氢化物越稳定，而能量越低越稳定， 所以 a、b 、c 、d 依次为 H2Te 、H2Se 、H2S 、H2O；b 为硒化氢的生成热数据， 则硒化氢分解放 热， ΔH＝－81 kJ·mol－1，所以 H2Se 发生分解反应的热化学方程式为 H2Se(g)===Se(s)＋H2(g)
ΔH＝－81 kJ·mol－1。
15.(14 分)能源是现代文明的原动力,通过化学方法可以使能量按人们所期望的形式转化,从而开
辟新能源和提高能源的利用率。
(1)氢气在 O2 中燃烧的反应是 热反应(填“ 放” 或“ 吸”),这是由于反应物的总能量
生成物的总能量(填“大于”“ 小于”或“等于”)。
(2)从化学反应的本质角度来看,氢气燃烧断裂反应物中的化学键吸收的总能量 形成产 物中的化学键放出的总能量(填“大于”“ 小于”或“等于”)。已知破坏 1 mol H—H 键、1 mol O O 键、1 mol H—O 键时分别需要吸收 x kJ 、y kJ 、z kJ 的能量。则 1 mol H2(g)和 0.5 mol O2(g)转
化为 1 mol H2O(g)时放出的热量为 kJ。
(3)通过 CO 的燃烧反应,可以把 CO 中蕴含的化学能转化为热能,如果将该氧化还原反应设计成 原电池装置,就可以把 CO 中蕴含的化学能转化为电能,如图就是能够实现该转化的装置(其中电 解质溶液为 KOH 溶液),被称为 CO 燃料电池。该电池的正极是 (填“a”或“b”),负极反应
式为 。
(4)若将图中的 CO 燃料电池用固体金属氧化物陶瓷作电解质(能够传导 O2-),已知正极上发生的 电极反应式为 O2+4e-2O2-, 则负极上发生的电极反应式为 ;电子从
极(填“a”或“b”)流出。
【答案】(1)放 大于
(2)小于 2z-x-0.5y
(3)b CO-2e-+4OH-CO3 (2) +2H2O
(4)CO+O2--2e- CO2 a
【解析】(1)燃烧反应为放热反应。当反应物的总能量大于生成物的总能量时反应为放热反应。
(2)H2 燃烧为放热反应,则反应物断键吸收的总能量应该小于生成物成键放出的总能量;反应放
出的热量为 2z-x-0.5y 。(3)该燃料电池的总反应为 2CO+O2+4OH- 2CO3 (2)― +2H2O 。O2 在正
极发生还原反应,则 b 为正极,CO 在负极发生氧化反应,负极反应为 CO-2e-+4OH- CO3 (2)―
+2H2O 。(4)该电池的总反应为 2CO+O2 2CO2,a 为负极,b 为正极, 电子从负极即 a 极流出。
已知正极反应,则负极反应为 CO+O2--2e- CO2。
16.（18 分）为了探究化学反应速率和化学反应限度的有关问题， 某研究小组进行了以下实验： Ⅰ.以 H2O2 的分解反应为研究对象，实验方案与数据记录如下表，t 表示收集 a mL O2 所需的时
间。
序号 反应温度/℃ c（H2O2）/（mol·L－1） V（H2O2 ）/mL m（MnO2） /g t/min
1 20 2 10 0 t1
2 20 2 10 0.1 t2
3 20 4 10 0.1 t3
4 40 2 10 0.1 t4
（1）设计实验 2 和实验 3 的目的是研究 对化学反应速率的影响。
（2）为研究温度对化学反应速率的影响， 可以将实验 和实验 作对比（填
序号）。
（3）将实验 1 和实验 2 作对比， t1 t2 （填“ ＞ < 或“ = )。
Ⅱ.以 KI 和 FeCl3 反应为例（2Fe3＋＋2I- 2Fe2＋＋I2 ）设计实验，探究此反应存在一定的限度 （提示： Fe3＋遇 SCN－ ，溶液呈红色）。可选试剂：
①0.1 mol·L－1 KI 溶液 ②0.1 mol·L－1 FeCl3 溶液 ③0.1 mol·L－1 FeCl2 溶液
④0.1 mol·L－1 盐酸 ⑤0.1 mol·L－1 KSCN 溶液 ⑥CCl4
实验步骤：（1）取 5 mL 0.1 mol·L－1 KI 溶液，再滴加几滴 0.1 mol·L－1 FeCl3 溶液；
（2）充分反应后，将溶液分成三份；
（3）取其中一份，加试剂⑥,振荡， CCl4 层显紫色，说明反应生成碘；
（4）另取一份， 加试剂 （填序号），现象 ，说明此反
应存在一定的限度。
Ⅲ.N2O4 可分解为 NO2。在 100 mL 密闭容器中投入 0.01 mol N2O4 ，利用现代化学实验技术跟
踪测量 c（NO2）。c（NO2 ）随时间变化的数据记录如下图所示。
（1）反应容器中最后剩余的物质有 ，其中 N2O4 的物质的量为 mol。
（2）c N（O2）随时间变化的曲线表明， 实验测得的化学反应速率在逐渐减小， 最后变为 。
【答案】Ⅰ.（1）H2O2 的浓度 （2）2 4 （3）＞
Ⅱ.（4）⑤ 溶液显红色 Ⅲ.（1）N2O4 和 NO2 0.004 （2）定值
【解析】Ⅰ.（1）由实验 2 和实验 3 可知，其他变量相同， 不同的是 H2O2 的浓度，故研究的是 浓度对化学反应速率的影响。（2）研究温度对化学反应速率的影响， 需要控制除温度外的其他 因素相同，对比实验 1 、2 、3 、4 可知，实验 2 和实验 4 作对比可达到实验目的。（3）对比实 验 1 和 2，实验 2 使用了 MnO2 作催化剂，反应速率加快，收集 a mL O2 所需的时间短。 Ⅱ.探 究化学反应存在限度，即反应不能进行到底，由步骤（1）可知 KI 过量， FeCl3 不足，若 Fe3+ 有剩余说明反应有限度， 步骤（4）是检验 Fe3＋ 的存在。 Ⅲ.（1）发生反应 N2O4 2NO2 ，起始 c（N2O4 ）＝0.1 mol·L－1，若完全分解则生成 c（NO2 ）＝0.2 mol·L－1，而 c（NO2 ）＝0.12 mol·L
-1 后不再变化，说明反应有限度，此时 N2O4 、NO2 均存在。 n（NO2 ）＝0.012 mol，则剩余
N2O4 的物质的量为 0.01 mol－0.012 mol÷2 ＝0.004 mol。（2）最终达到反应限度（平衡），此时
v 正 ＝v 逆≠0，反应速度变为定值， 一定要注意不是 0。
17.(16 分)某可逆反应在体积为 5 L 的密闭容器中进行,0~3 min 内各物质的物质的量的变化情况
如图所示(A 、B 、C 均为气体):
(1)该反应的化学方程式为 。
(2)反应开始至 2 min 时,B 的平均反应速率为 。
(3)能说明该反应已达到平衡状态的是 (填字母)。
a.v(A)=2v(B)
b.容器内压强保持不变
c.2v 逆(A)=v 正(B)
d.容器内混合气体的密度保持不变
e.c(A)∶c(B)∶c(C)=2∶1 ∶2
f.混合气体的平均相对分子质量保持不变
(4)在密闭容器里,通入 a mol A(g) 、b mol B(g) 、c mol C(g),发生上述反应, 当改变下列条件时,反
应速率会减小的是 (填字母)。
A. 降低温度 B.加入催化剂
C.增大容器体积 D.恒容下充入 He
(5)将a mol A 与 b mol B 的混合气体通入 5 L 的密闭容器中并发生上述反应,反应到某时刻各物 质的物质的量恰好满足:n(A)=n(B)=3n(C),则原混合气体中 a ∶b= ,此时 A 的物质的量分
数为 。
【答案】(1)2A(g)+B(g) 2C(g)
(2)0.1 mol·L-1 ·min-1 (3)bf (4)AC (5)8∶7 42.9%
【解析】(1)根据题图可知 2 min 内消耗 2 mol A 和 1 mol B,生成 2 mol C,其物质的量变化量之 比等于化学方程式中化学计量数之比,再结合 2 min 后各物质的物质的量保持不变,说明达到平
衡状态, 即该反应为可逆反应,故该反应的化学方程式为 2A(g)+B(g) 2C(g)。
(2)根据 2 min 内消耗 1 mol B,可知 B 的平均反应速率 v(B)==0.1 mol·L-1 ·min-1。
(3)未说明正、逆反应速率,无法判断反应是否达到平衡,a 错误;该反应为气体体积减小的反应,气
体总的物质的量为变量, 当容器内压强保持不变时, 即气体总的物质的量不再变化,可说明反应
达到平衡状态,b 正确;c 说明正、逆反应速率不相等,反应未达到平衡,c 错误;反应前后气体质量 和容器容积均恒定, 即混合气体的密度为定值,d 错误;e 无法说明正、逆反应速率相等,不能判断 反应是否达到平衡,e 错误;反应前后气体的质量不变,物质的量发生变化, 即混合气体的平均相对
分子质量为变量, 当其保持不变时,说明反应已达到平衡,f 正确。
(4)在其他条件相同时, 降低温度、增大容器体积(即减小反应物浓度),均能使反应速率减小,A、C 均正确;使用催化剂能加快反应速率,B 错误;恒容下充入 He,反应体系中各物质浓度不变,反应速
率不变,D 错误。
(5)设反应到某时刻,消耗 B 的物质的量为x mol,根据三段式法可知:
2A(g)+B(g) 2C(g)
起始(mol): a b 0
变化(mol): 2x x 2x
某时刻(mol): a-2x b-x 2x
由 n(A)=n(B)=3n(C)可得 a-2x=b-x=6x,解得 x=, 故 a ∶b=8∶7;此时 A 的物质的量分数为
×100%≈42.9%。
