阶段质量检测(二)　化学反应与能量（含解析）高中化学人教版（2019）必修 第二册

阶段质量检测(二)　化学反应与能量
(本试卷满分100分)
一、选择题:本题共15小题,每小题3分,共45分。
1.下列应用中涉及到氧化还原反应的是 (　　)
A.使用明矾对水进行净化
B.雪天道路上撒盐融雪
C.暖贴中的铁粉遇空气放热
D.荧光指示牌被照发光
2.近年来,我国新能源产业得到了蓬勃发展,下列说法错误的是 (　　)
A.理想的新能源应具有资源丰富、可再生、对环境无污染等特点
B.氢氧燃料电池具有能量转化率高、清洁等优点
C.锂离子电池放电时锂离子从负极脱嵌,充电时锂离子从正极脱嵌
D.太阳能电池是一种将化学能转化为电能的装置
3.反应H2+Cl22HCl的总能量变化如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.过程1释放能量
B.过程2吸收能量
C.该反应是放热反应
D.过程1的能量变化大于过程2
4.元末陶宗仪《辍耕录》中记载:“杭人削松木为小片,其薄为纸,熔硫黄涂木片顶端分许,名曰发烛……,盖以发火及代灯烛用也。”下列有关说法错误的是 (　　)
A.将松木削薄为纸片状有助于发火和燃烧
B.“发烛”发火和燃烧利用了物质的可燃性
C.“发烛”发火和燃烧伴随不同形式的能量转化
D.硫黄是“发烛”发火和燃烧反应的催化剂
5.将盛有NH4HCO3粉末的小烧杯放入盛有少量醋酸的大烧杯中。然后向小烧杯中加入盐酸,反应剧烈,醋酸逐渐凝固。下列说法正确的是 (　　)
A.该反应中,热能转化为生成物的内部能量
B.反应物的总能量高于生成物的总能量
C.由实验现象可知反应:NH4HCO3(aq)+HCl(aq)NH4Cl(aq)+CO2(g)+H2O(l)一定为吸热反应
D.该反应可以设计成原电池装置
6.如图所示,某兴趣小组模拟纸电池进行实验,下列有关说法正确的是 (　　)
A.Zn为正极
B.工作时Cu电极发生氧化反应
C.工作时电子由Cu电极经外电路流向Zn电极
D.工作一段时间后Cu电极的质量增加
7.将X、Y两根金属棒插入Z(电解质)溶液中构成如图所示的装置,实验中观察到电流表指针发生偏转,同时X棒变粗,Y棒变细。下列组合符合上述实验的是 (　　)
选项 X Y Z溶液
A Zn Cu 稀硫酸
B Ag Zn 硝酸银溶液
C Cu Ag 硫酸铜溶液
D Cu Zn 稀硫酸
8.铅酸蓄电池是二次电池,其构造示意图及工作原理示意图分别如图1、2所示。下列说法正确的是 (　　)
A.负极的电极反应式为PbO2+S+4H++2e-PbSO4+2H2O
B.该电池工作时,两极的质量均增加
C.正极的电极反应式为PbSO4+2e-Pb+S
D.该电池工作时,溶液的pH保持不变
9.微型纽扣电池在现代生活中受到广泛应用。一种银锌纽扣电池的电极分别为Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH溶液,电极反应式分别为Zn+2OH--2e-ZnO+H2O和Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-。下列说法错误的是 (　　)
A.该电池在使用过程中,负极区溶液的碱性逐渐减弱
B.该电池在使用过程中,电子由Zn极流向Ag2O极
C.电池总反应为Ag2O+Zn2Ag+ZnO
D.Zn作负极,发生还原反应,Ag2O作正极,发生氧化反应
10.已知反应:4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g),下列叙述正确的是 (　　)
A.若保持温度和容器容积不变,充入少量N2使压强增大,反应速率加快
B.单位时间内生成x mol NO,同时消耗x mol NH3时,说明反应达到化学平衡状态
C.反应达到化学平衡状态时,若升高温度,则正反应速率减小,逆反应速率增大
D.任意时刻均存在3v正(NH3)=2v正(H2O)
11.(2022·湖南卷)海水电池在海洋能源领域备受关注,一种锂 海水电池构造示意图如图,下列说法错误的是 (　　)
A.海水起电解质溶液作用
B.N极仅发生的电极反应:2H2O+2e-2OH-+H2↑
C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D.该锂-海水电池属于一次电池
12.向某恒容密闭容器中充入一定量的气体A和气体B,发生反应:A(g)+B(g)C(g)+D(g),正反应速率随时间变化的曲线如图所示。下列说法错误的是 (　　)
A.t1时刻反应物的浓度大于t2时刻反应物的浓度
B.逆反应速率在t3时刻达到最大
C.反应在t4时刻后处于化学平衡状态
D.逆反应速率在t4时刻最大
13.某化学小组欲测定酸性条件下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-1 NaHSO3溶液,所得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+3HSCl-+3S+3H+
B.该反应在0~4 min的平均反应速率v()=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变化趋势为先增大后减小
D.起初反应很慢,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
14. [双选]在一定条件下,容积为2 L的密闭容器中,将2 mol M气体和3 mol N气体混合,发生下列反应:2M(g)+3N(g)xQ(g) +3R(g),该反应达到平衡时生成2.4 mol R,并测得Q浓度为0.4 mol·L-1,下列叙述正确的是 (　　)
A.x值为1
B.容器内压强不变
C.平衡时N的浓度为0.6 mol·L-1
D.N的转化率为80%
15. [双选]磷酸铁锂电池放电时正极的电极反应式为FePO4+Li++e-LiFePO4,该电池放电时的工作原理如图所示。下列叙述正确的是 (　　)
A.铝箔为正极
B.放电时,电子由铜箔经导线流向铝箔
C.放电时,负极上Cu放电生成Cu2+
D.该电池放电过程中Fe、P元素的化合价发生了变化
二、非选择题:本题共4小题,共55分。
16. (13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)如图a所示,室温下,观察到甲处液面上升,乙处液面下降,则该反应是　　　　　(填“放热”或“吸热”)反应,写出该反应的化学方程式: 　。
(2)如图b所示,室温下,把装有固体A的试管放入盛有饱和澄清石灰水的烧杯中,向该试管中滴入一定量的液体B,观察到烧杯中的饱和澄清石灰水变浑浊,则该反应是　　　　(填“放热”或“吸热”)反应,写出一个符合该条件的反应的化学方程式: 　
　。
(3)如图c所示,室温下,通过仪器丙向仪器丁中的一定浓度的盐酸中加入一定浓度的氢氧化钠溶液,仪器丙的名称为　　　　　。仪器丁的底部有温热感,　　　　(填“能”或“不能”)说明该反应是放热反应,该反应的离子方程式为 　。
17.(14分)汽车尾气中含有CO、NO等有害气体。
(1)汽车尾气中NO生成过程的能量变化如图1所示。1 mol N2和1 mol O2完全反应生成NO会　　　　　(填“吸收”或“放出”)　　　　kJ能量。
(2)通过NO传感器可监测汽车尾气中NO的含量,其工作原理如图2所示。已知:O2-可在固体电解质中自由移动。
①NiO电极上发生的是　　　(填“氧化”或“还原”)反应。
②外电路中,电子是从　　　　(填“NiO”或“Pt”)电极流出。
③Pt电极上的电极反应式为 　。
(3)在容积固定的绝热容器中发生反应2NO+2CO2CO2+N2,不能说明该反应已达到平衡状态的是　　　　(填标号)。
A.容器内温度不再变化
B.容器内的气体压强保持不变
C.2v逆(NO)=v正(N2)
D.容器内混合气体的密度保持不变
18. (14分)研究化学反应的速率与限度对促进生产具有重要的意义。
(1)在新型RuO2催化剂作用下,使HCl转化为Cl2的反应2HCl(g)+O2(g)H2O(g)+Cl2(g)具有更好的催化活性。一定条件下测得反应过程中n(Cl2)的数据如下:
t/min 0 2.0 4.0 6.0 8.0
n(Cl2)/(10-3 mol) 0 1.8 3.7 5.4 7.2
计算2.0~6.0 min内以HCl的物质的量变化表示的反应速率是　　　　mol·min-1。
(2)一定条件下铁可以和CO2发生反应:Fe(s)+CO2(g) FeO(s)+CO(g)(该反应为放热反应)。一定温度下,向某密闭容器中加入足量铁粉并充入
一定量的CO2气体,反应过程中CO2气体和CO气体的浓度与时间的关系如图所示。
①平衡时CO2的转化率为　　　　　。
②下列条件的改变能减慢其反应速率的是　　　(填字母,下同)。
a.降低温度
b.减少铁粉的质量
c.保持压强不变,充入He使容器的体积增大
d.保持体积不变,充入He使体系压强增大
③下列描述能说明上述反应已达平衡的是　　　　。
a.v(CO2)=v(CO)
b.单位时间内生成n mol CO2的同时生成n mol CO
c.容器中气体压强不随时间而变化
d.容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化
19.(14分)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(N)已成为环境修复研究的热点之一。
(1)Fe还原水体中N的反应原理如图所示。
①作负极的物质是　　　　。
②正极的电极反应式是 　。
(2)将足量铁粉投入水体中,经24小时测定N的去除率和pH,结果如下:
初始pH pH=2.5 pH=4.5
N的去除率 接近100% <50%
24小时pH 接近中性 接近中性
铁的最终 物质形态
pH=4.5时,N的去除率低,其原因是 　。
(3)实验发现:在初始pH=4.5的水体中投入足量铁粉的同时,补充一定量的Fe2+可以明显提高N的去除率。对Fe2+的作用提出两种假设:
Ⅰ.Fe2+直接还原N;
Ⅱ.Fe2+破坏FeO(OH)氧化层。
①做对比实验,结果如图所示。可得到的结论是　 。
②同位素示踪法证实Fe2+能与FeO(OH)反应生成Fe3O4。结合该反应的离子方程式,解释加入Fe2+提高N去除率的原因: 　。
阶段质量检测(二)
1.选C　明矾水解产生的Al(OH)3胶体能吸附水中的悬浮物,从而达到净水的目的,与氧化还原反应无关,A错误;撒盐可降低雪的熔点,使雪融化,未发生化学变化,与氧化还原反应无关,B错误;使用暖贴时,铁粉与空气中的O2发生氧化还原反应,C正确;荧光指示牌被照发光是由于电子的跃迁,与氧化还原反应无关,D错误。
2.选D　理想的新能源应具有可再生、无污染等特点,A正确;氢氧燃料电池利用原电池将化学能转化为电能,对氢气与氧气反应的能量进行利用,减小了直接燃烧的热量散失,产物无污染,故具有能量转化率高、清洁等优点,B正确;脱嵌是锂从电极材料中出来的过程,放电时,负极材料产生锂离子,则锂离子在负极脱嵌,则充电时,锂离子在阳极脱嵌,C正确;太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置,D错误。
3.选C　过程1为化学键断裂的过程,吸收能量,故A错误;过程2为形成化学键的过程,释放能量,故B错误;反应物的总能量高于生成物的总能量,则该反应是放热反应,故C正确;由题图可知,过程1的能量变化小于过程2,故D错误。
4.选D　将松木削薄为纸片状可增大可燃物与空气的接触面积,有助于发火和燃烧,A项正确;“发烛”具有可燃性,“发烛”发火和燃烧利用了物质的可燃性,B项正确;“发烛”发火和燃烧时化学能转化为光能、热能等,即伴随着不同形式的能量转化,C项正确;硫黄也能燃烧,不是催化剂,D项错误。
5.选A　根据现象可知NH4HCO3粉末与盐酸反应吸热,没有向外界释放能量,所以该反应中,热能转化为生成物的内部能量,A正确;该反应吸热,所以反应物的总能量低于生成物的总能量,B错误;NH4HCO3固体与盐酸反应吸热,但NH4HCO3溶液与盐酸反应不一定吸热,C错误;该反应不是氧化还原反应,不能设计成原电池,D错误。
6.选D　由于Zn比Cu活泼,故Zn作负极,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,Cu作正极,发生还原反应,电极反应式为Cu2++2e-Cu,A、B项错误;原电池中电子由负极经外电路流向正极,C项错误;工作一段时间后Cu电极的质量增加,D项正确。
7.选B　锌、铜在稀硫酸中构成原电池,X棒为活泼金属锌,作原电池的负极,失去电子发生氧化反应生成锌离子,X棒变细,A项不符合题意;锌、银在硝酸银溶液中构成原电池,X棒为不活泼金属银,作原电池的正极,银离子在正极得到电子发生还原反应生成银,X棒变粗,Y棒为活泼金属锌,作原电池的负极,失去电子发生氧化反应生成锌离子,Y棒变细,B项符合题意;铜、银在硫酸铜溶液中不能构成原电池,C项不符合题意;锌、铜在稀硫酸中构成原电池,X棒为不活泼金属铜,作原电池的正极,氢离子在正极得到电子发生还原反应生成氢气,X棒没有发生变化,D项不符合题意。
8.选B　铅酸蓄电池的总反应为PbO2+2H2SO4+Pb2PbSO4+2H2O,放电时,Pb作负极,发生氧化反应,电极反应式为Pb+S-2e-PbSO4,PbO2作正极,发生还原反应,电极反应式为PbO2+S+4H++2e-PbSO4+2H2O,A、C项错误;该电池工作时,负极Pb转化为PbSO4,正极PbO2转化为PbSO4,两极的质量均增加,B项正确;该电池工作时,消耗H2SO4,生成H2O,溶液中的氢离子浓度减小,溶液的pH增大,D项错误。
9.选D　Zn作负极,发生氧化反应,Ag2O作正极,发生还原反应,D项错误。
10.选D　若保持温度和容器容积不变,充入少量N2,不影响反应物及生成物的浓度,反应速率不变,A项错误;单位时间内生成x mol NO,同时消耗x mol NH3,表示的均是正反应速率,不能判断反应是否达到化学平衡状态,B项错误;升高温度正逆反应速率均增大,C项错误。
11.选B　海水中含有丰富的电解质,故A正确;Li是活泼金属,作负极,则N为正极,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,故B错误;Li易与水反应,玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应,并能传导离子,故C正确;该电池不可充电,属于一次电池,故D正确。
12.选B　t3时刻没有达到平衡,v逆不是最大,B项错误。
13.选D　根据题意,KClO3溶液和NaHSO3溶液反应生成Cl-,Cl元素的化合价降低,KClO3为氧化剂,则NaHSO3为还原剂,被氧化生成Na2SO4,该反应的离子方程式为Cl-+3S+3H+,故A正确;由图中数据可知,该反应在0~4 min的平均反应速率v(Cl-)===2.5×10-3 mol·L-1·min-1,根据速率之比等于化学计量数之比,v(Cl)=v(Cl-)=2.5×10-3 mol·L-1·min-1,故B正确;由图可知,在反应过程中,该反应的化学反应速率变化趋势为先增大后减小,故C正确;起初反应很慢,一段时间后反应速率明显增大,可能温度升高,可能生成的Cl-对反应有催化作用,可能溶液酸性增强,加快了化学反应速率,故D错误。
14.选AD　平衡时生成的Q的物质的量为0.4 mol·L-1×2 L=0.8 mol,生成R的物质的量为2.4 mol,物质的量之比等于化学计量数之比,故0.8 mol∶2.4 mol=x∶3,解得x=1,故A正确;反应体系中各组分都是气体,且反应前后气体分子数改变,故容器内压强发生变化,故B错误;反应达到平衡时,生成2.4 mol R,由已知方程式可知,参加反应的N的物质的量为2.4 mol,故平衡时N的物质的量为3 mol-2.4 mol=0.6 mol,N的平衡浓度为c(N)==0.3 mol·L-1,N的转化率为×100%=80%,故C错误、D正确。
15.选AB　A项,原电池放电时,阳离子移向正极,阴离子移向负极,图中Li+通过隔膜移向铝箔,故铝箔为正极,正确;B项,该电池放电时铝箔电极为正极,铜箔电极为负极,放电时,电子由铜箔经过导线流向铝箔,正确;C项,该电池放电时铜箔电极为负极,负极上LixC6失去电子生成Li+,错误;D项,正极的电极反应式为FePO4+Li++e-LiFePO4,放电过程中P元素的化合价未发生变化,错误。
16.解析:(1)根据图a中甲处液面上升,乙处液面下降,说明瓶内气体发生了冷缩,即该反应是吸热反应,室温下Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl发生复分解反应,其化学方程式为Ba(OH)2·8H2O+2NH4ClBaCl2+2NH3↑+10H2O。
(2)Ca(OH)2的溶解度随温度升高而降低,烧杯中饱和澄清石灰水变浑浊,说明固体A和液体B的反应为放热反应,符合条件的反应可能是CaO与水的反应或Zn与稀硫酸的反应等。
(3)图c中仪器丙为长颈漏斗。仪器丁底部有温热感,能说明该反应是放热反应,盐酸与NaOH溶液发生中和反应生成NaCl和水,其离子方程式为H++OH-H2O。
答案:(1)吸热
Ba(OH)2·8H2O+2NH4ClBaCl2+2NH3↑+10H2O
(2)放热　CaO+H2OCa(OH)2(合理即可)
(3)长颈漏斗　能　H++OH-H2O
17.解析:(1)由图可知,1 mol N2(g)和1 mol O2(g)完全反应生成NO(g)时,断裂反应物中化学键吸收的总能量为946 kJ+498 kJ=1 444 kJ,形成生成物中化学键放出的总能量为2×632 kJ=1 264 kJ,则反应时需要吸收180 kJ的热量。(2)①原电池中,NiO为负极,NiO电极上NO失电子发生氧化反应生成NO2。(3)因反应在绝热容器中进行,容器内的温度会变化,当温度不再变化时,说明反应已达到平衡状态;该反应是一个反应前后气体分子数减小的反应,当容器内的气体压强保持不变时,说明正逆反应速率相等,反应已达到平衡状态;v逆(NO)=2v正(N2)时,正逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故2v逆(NO)=v正(N2)时反应没有达到平衡状态,由质量守恒定律可知,反应前后气体质量不变,容器的容积不变,则容器内混合气体的密度一直保持不变,故混合气体的密度不变不能说明反应已达到平衡状态。
答案:(1)吸收　180　(2)①氧化　②NiO
③O2+4e-2O2-　(3)CD
18.解析:(1)据表2.0~6.0 min内Cl2以物质的量变化表示的反应速率是=9×10-4 mol·min-1,根据反应速率之比等于化学计量数之比,则HCl的反应速率=2v(Cl2)=1.8×10-3 mol·min-1。(2)①α(CO2)=×100%≈71.4%;②a.降低温度,反应速率减慢,故正确;b.因为铁粉是固体,减少铁粉的质量不影响化学反应速率,故错误;c.保持压强不变,充入He使容器的体积增大,浓度减小,反应速率减慢,故正确;d.保持体积不变,充入He使体系压强增大,但不影响反应物和生成物的浓度,所以化学反应速率不变,故错误;③a.当v正(CO2)=v逆(CO)时,说明化学反应达到平衡状态,而v(CO2)=v(CO)不代表正、逆反应速率的关系,不能确定化学反应是否达到平衡,故错误;b.单位时间内生成n mol CO2等效于消耗n mol CO,同时生成n mol CO,正、逆反应速率相等,达平衡状态,故正确;c.两边气体化学计量数相等,容器中气体压强始终不随时间而变化,故错误;d.容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化,说明气体的质量不变,反应达平衡状态,故正确。
答案:(1)1.8×10-3
(2)①71.4%　②ac　③bd
19.解析:(1)由图可知,Fe失电子作负极,正极是N得电子变成N。(2)由图知,pH=2.5时,不导电的FeO(OH)零散分布在Fe3O4上,不影响体系导电;而pH=4.5时,FeO(OH)均匀覆盖在Fe3O4上,阻碍电子的转移,从而阻碍反应进行。(3)①由题图可知,pH=4.5时,单独存在的Fe2+很难去除N,而只有铁单质时N的去除率约为50%,二者同时存在时N的去除率显著提高,可达100%,说明假设Ⅱ正确。
答案:(1)①Fe
②N+8e-+10H+N+3H2O
(2)FeO(OH)不导电,阻碍电子转移
(3)①本实验条件下,Fe2+不能直接还原N;在Fe和Fe2+共同作用下能提高N的去除率
②Fe2++2FeO(OH)Fe3O4+2H+,Fe2+将不导电的FeO(OH)转化为可导电的Fe3O4,利于电子转移
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