专题1　化学反应与能量变化 综合拔高练习 （含解析）高中化学苏教版（2019）选择性必修一

专题1　化学反应与能量变化 综合拔高练
五年高考练
考点1　反应热、焓变、盖斯定律
1.(2024重庆,13)二氧化碳—甲烷重整是CO2资源化利用的重要研究方向,涉及的主要热化学方程式有:
①CO2(g)+CH4(g) 2CO(g)+2H2(g)　ΔH1=+247 kJ/mol
②CO(g)+H2(g) C(s)+H2O(g)　ΔH2=-131 kJ/mol
③CO2(g)+2H2(g) C(s)+2H2O(g)　ΔH3=-90 kJ/mol
已知H—H键能为a kJ/mol,O—H键能为b kJ/mol,C—H键能为c kJ/mol,则CO(g)中的碳氧键键能①(单位:kJ/mol)为(　　) 　
A.-206+3a-2b-4c　　　　　B.-206-3a+2b+4c
C.206+3a-2b-4c　　　　　D.206-3a+2b+4c
①“化”繁为简利用盖斯定律构建目标反应;对点突破P197定点3
2.(2023海南,7)各相关物质的燃烧热数据如下表。下列热化学方程式正确的是(　　)
物质 C2H6(g) C2H4(g) H2(g)
ΔH/(kJ·mol-1) -1 559.8 -1 411 -285.8
A.C2H4(g)+3O2(g) 2CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-1 411 kJ·mol-1
B.C2H6(g) C2H4(g)+H2(g)　ΔH=-137 kJ·mol-1
C.H2O(l) O2(g)+H2(g)　ΔH=+285.8 kJ·mol-1
D.C2H6(g)+O2(g) 2CO2(g)+3H2O(l)　ΔH=-1 559.8 kJ·mol-1
3.(2022全国乙,28节选)已知下列反应的热化学方程式:
①2H2S(g)+3O2(g) 2SO2(g)+2H2O(g)　ΔH1=-1 036 kJ·mol-1
②4H2S(g)+2SO2(g) 3S2(g)+4H2O(g)　ΔH2=94 kJ·mol-1
③2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)　ΔH3=-484 kJ·mol-1
计算H2S热分解反应④2H2S(g) S2(g)+2H2(g)的ΔH4=　　　　　kJ·mol-1。
考点2　化学电源
4.(2023辽宁,11)某低成本储能电池原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.放电时负极质量减小①
B.储能过程中电能转变为化学能
C.放电时右侧H+通过质子交换膜移向左侧
D.充电总反应:Pb+S+2Fe3+ PbSO4+2Fe2+②
①辅助设问放电时,如何确定电池的负极
②看图说“化”铅酸蓄电池工作原理;对点突破P198知识点3
5.(2024安徽,11,改编)我国学者研发出一种新型水系锌电池,其示意图如下。该电池分别以Zn-TCPP(局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极,以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说法错误的是(　　)
A.标注框内所示结构中存在共价键
B.电池总反应为+Zn Zn2++3I-
C.充电时,阴极被还原的Zn2+主要来自Zn-TCPP
D.放电时,消耗0.65 g Zn,理论上转移0.02 mol电子
6.(2023新课标,10)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质溶液的电池,其示意图如下所示。放电时,Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是　(　　)
A.放电时V2O5为正极
B.放电时Zn2+由负极向正极迁移
C.充电总反应:xZn+V2O5+nH2O ZnxV2O5·nH2O
D.充电阳极反应:ZnxV2O5·nH2O-2xe- xZn2++V2O5+nH2O
考点3　电解原理的应用
7.(2024广东,16)一种基于氯碱工艺的新型电解池(如图),可用于湿法冶铁①的研究。电解过程中,下列说法不正确的是(　　)
A.阳极反应:2Cl--2e- Cl2↑
B.阴极区溶液中OH-浓度逐渐升高
C.理论上每消耗1 mol Fe2O3,阳极室溶液减少213 g
D.理论上每消耗1 mol Fe2O3,阴极室物质最多增加138 g
①辅助设问a.湿法冶铁时,铁元素化合价如何变化 b.消耗1 mol Fe2O3,阳极室中的微粒如何变化
8.(2024湖南,10)在KOH水溶液中,电化学方法合成高能物质K4C6N16时,伴随少量O2生成,电解原理如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.电解时,OH-向Ni电极移动
B.生成C6的电极反应:2C3N8H4+8OH--4e- C6+8H2O
C.电解一段时间后,溶液pH升高
D.每生成1 mol H2的同时,生成0.5 mol K4C6N16
9.(2023湖北,10)我国科学家设计如图所示的电解池,实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变,电解生成氢气的速率为x mol·h-1。下列说法错误的是(　　)
A.b电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜
D.海水为电解池补水的速率为2x mol·h-1
三年模拟练
应用实践
1.(2025河北“五个一”名校联考)汞阴极法电解饱和食盐水制取NaOH的原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.电解室中可使用铜棒作阳极
B.电解室中汞阴极的反应为Na++e- Na
C.解汞室中的反应为吸热反应
D.两室联合生产的总反应为2NaCl 2Na+Cl2↑
2.(2024江苏无锡期中)一种浓差电池的放电原理是利用电解质溶液的浓度不同而产生电流。某浓差电池装置示意图如图所示,该电池使用前将开关K先与a连接一段时间后再与b连接。下列说法不正确的是(　　)
A.交换膜应当选择阳离子交换膜
B.K与a连接的目的是形成两电极区溶液的浓度差
C.K与b连接时,电极B上发生的反应为Cu2++2e- Cu
D.K与b连接时,导线中通过2 mol电子,约有1 mol离子通过交换膜
3.(2024江苏前黄高级中学期中)盐酸羟胺(NH3OHCl)是一种常见的还原剂和显像剂,其化学性质类似NH4Cl。工业上主要采用图1所示的方法制备。其电池装置中含Fe的催化电极反应机理如图2所示。不考虑溶液体积变化,下列说法正确的是(　　)
图1 图2
A.电池工作时,Pt电极是正极
B.图2中,A为H+和e-,B为NH3OH+
C.电池工作时,每消耗2.24 L NO(标准状况下),左室溶液质量增加3.3 g
D.电池工作一段时间后,正、负极区溶液的pH均下降
4.(2025陕西师范大学附中月考)回答下列问题:
(1)已知常温时红磷比白磷稳定,在下列反应中:
P4(白磷,s)+5O2(g) P4O10(s)　ΔH=-a kJ·mol-1
4P(红磷,s)+5O2(g) P4O10(s)　ΔH=-b kJ·mol-1
若a、b均大于零,则a和b的关系为　　　　(填字母)。
A.aC.a>b　　　　　D.无法确定
(2)甲醇是一种新型的汽车动力燃料,工业上可通过CO和H2化合来制备甲醇气体(结构简式为CH3OH)。部分化学键的键能数据如下表:
化学键 C—C C—H H—H C—O H—O
键能/(kJ· mol-1) 348 413 436 358 1 072 463
已知CO中的C与O之间为三键连接,则工业制备甲醇的热化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)下图表示的是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:　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)下图表示氧族元素中的氧、硫、硒(Se)、碲(Te)在生成1 mol气态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态下,发生分解反应的热化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程,如图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。该历程中最大能垒E正=　　　　eV,写出该步骤的化学方程式　　　　　　　　　　　　　　　　。
迁移创新
5.(2025山东邹城期末)如图所示装置中,甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100 g 5% NaOH溶液、足量CuSO4溶液和100 g 10% K2SO4溶液,a、b、c、d、e、f电极均为石墨电极。
(1)接通电源一段时间后,测得丙中K2SO4溶液的质量分数为10.47%,乙中c电极质量增加。
①电源的N端为　　　　极;
②电极b上发生的电极反应为　　　　　　;
③电极b上生成的气体在标准状况下的体积为　　　　L;
④电解后丙中溶液的pH　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)乙装置中如果电解过程中铜全部析出,此时电解能否继续进行:　　　　(填“能”或“不能”),原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案与分层梯度式解析
综合拔高练
五年高考练
1.B　真题降维　本题中CO(g)中的碳氧键键能可利用ΔH与键能公式求算,结合题给键能数据,不能直接利用已知热化学方程式求解,根据已知键能可分析出所需热化学方程式中应含H2、H2O、CH4、CO四种物质,利用盖斯定律构建目标反应。
利用盖斯定律求出只含H2、H2O、CH4、CO四种物质的热化学方程式:①+②-③得CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g),该反应的ΔH=ΔH1+ΔH2-ΔH3=[247+(-131)-(-90)] kJ/mol=+206 kJ/mol,设CO(g)中的碳氧键键能为x kJ/mol,根据ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和得4c kJ/mol+2b kJ/mol-3a kJ/mol-x kJ/mol=+206 kJ/mol,x=-206-3a+2b+4c,B正确。
名师点津　解答时,一定要记清焓变的计算公式:ΔH=断裂反应物中化学键所吸收的能量-形成生成物中化学键所释放的能量。解答本题的关键是确定含有已知化学键物质的目标反应和正确找出反应物所含共价键的数目。
2.D　在101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量称为该物质的燃烧热。表示燃烧热的热化学方程式中,可燃物中的碳元素变为CO2(g),氢元素变为H2O(l),A错误;由C2H6(g)的燃烧热为-1 559.8 kJ·mol-1,C2H4(g)的燃烧热为-1 411 kJ·mol-1、H2(g)的燃烧热为-285.8 kJ·mol-1,分别可得到①C2H6(g)+O2(g) 2CO2(g)+3H2O(l)　ΔH=-1 559.8 kJ·mol-1,②C2H4(g)+3O2(g) 2CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-1 411 kJ·mol-1,③O2(g)+H2(g) H2O(l)　ΔH=-285.8 kJ·mol-1,根据盖斯定律,①-②-③得C2H6(g) C2H4(g)+H2(g)　ΔH=+137 kJ·mol-1,B错误、D正确;氢气的燃烧热为285.8 kJ·mol-1,则H2O(l) O2(g)+H2(g)　ΔH=+285.8 kJ·mol-1,C错误。
3.答案　170　
解析　根据盖斯定律可知,反应④可由-③得到,故ΔH4=-(-484 kJ·mol-1)=+170 kJ·mol-1。
4.B
真题降维　①辅助设问答案: 放电时为原电池装置,构成原电池需有自发进行的氧化还原反应,Pb与H2SO4(aq)能自发进行氧化还原反应,所以Pb为负极→快速判断A、C选项。
该储能电池放电时,Pb为负极,失电子生成Pb2+,Pb2+结合S生成PbSO4,负极质量增大破题关键,A错误;储能过程中,该装置为电解池,将电能转化为化学能,B正确;放电时,右侧为正极区,左侧的H+通过质子交换膜移向右侧解题技法,C错误;放电时多孔碳电极为正极,Fe3+得电子转化为Fe2+,充电时,多孔碳电极为阳极,Fe2+失电子生成Fe3+,充电总反应为PbSO4+2Fe2+ Pb+S+2Fe3+,D错误。
考场速决　快速浏览题干信息,联系铅酸蓄电池的工作原理,储能即将能量储存起来,电能转变为化学能。
5.C　标注框内所示结构中,C与C、C与H、C与N原子间通过共价键结合,A正确。由题给电池结构示意图知,放电时,Zn电极为负极,电极反应为Zn-2e- Zn2+;Zn-TCPP形成的稳定超分子材料为正极,电极反应为+2e- 3I-,因此电池总反应为+Zn Zn2++3I-,B正确。充电时,Zn电极与电源负极连接,作电解池的阴极,电极反应为Zn2++2e- Zn,而Zn-TCPP是稳定的超分子材料,所以Zn2+主要来自电解质溶液,C错误。放电时,Zn由0价升高到+2价,每个Zn原子转移2个电子,0.65 g Zn的物质的量为0.01 mol,理论上转移0.02 mol电子,D正确。
6.C　由题意可知,放电时,Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O,则Zn为负极,V2O5为正极,故A项正确;Zn2+为阳离子,放电时阳离子由负极向正极迁移,故B项正确;充电过程为放电过程的逆过程,充电时的总反应为ZnxV2O5·nH2O xZn+V2O5+nH2O,故C项错误;放电时正极反应为xZn2++V2O5+nH2O+2xe- ZnxV2O5·nH2O,则充电时阳极反应为ZnxV2O5·nH2O-2xe- xZn2++V2O5+nH2O,故D项正确。
7.C
真题降维　①辅助设问答案: a.湿法冶铁时Fe2O3→Fe,Fe元素的化合价降低,则本题装置左侧电极为阴极,右侧电极为阳极,阳极Cl-发生氧化反应,转化为Cl2。b.消耗1 mol Fe2O3,电路中转移6 mol电子,阳极消耗6 mol Cl-并有6 mol Na+由阳极室转移至阴极室,可判断C、D项。
该装置为电解池,左侧Fe2O3得电子发生还原反应生成Fe,则左侧电极为阴极,右侧电极为阳极,阳极反应为2Cl--2e- Cl2↑,A正确;阴极反应为Fe2O3+3H2O+6e- 2Fe+6OH-,则溶液中OH-浓度逐渐升高,B正确;消耗1 mol Fe2O3转移6 mol e-,则阳极室有6 mol Cl-放电生成Cl2,同时有6 mol Na+经阳离子交换膜移向阴极室,故阳极室溶液减少6 mol×58.5 g·mol-1=351 g,C错误;消耗1 mol Fe2O3,阴极室产生6 mol OH-,同时有6 mol Na+通过阳离子交换膜进入阴极室,故阴极室物质增加6 mol×23 g·mol-1=138 g,D正确。
名师点津　本题解题的关键是根据题给信息和电解池的工作原理,写出电极反应式,再计算阳极室溶液减少的量和阴极室物质增加的量,需注意的是m(阳极室溶液减少)=m(析出气体)+m(离子迁移)。
8.B　电解时,OH-向Pt电极(阳极)移动,A错误;电解质溶液显碱性,则生成C6的电极反应为2C3N8H4+8OH--4e- C6+8H2O,B正确;阴极的电极反应为2H2O+2e- H2↑+2OH-,电解过程中主要发生的总反应为2C3N8H4+4OH- C6+2H2↑+4H2O,消耗OH-、生成H2O,则溶液的pH降低,C错误;利用转移电子守恒计算,当生成1 mol H2时,转移2 mol电子,若Pt电极只产生K4C6N16,则生成0.5 mol K4C6N16,但Pt电极还产生少量O2,则生成K4C6N16的物质的量少于0.5 mol,D错误。
9.D　由题图可知,该装置为电解水制备氢气的装置,a电极与电源正极相连,为电解池的阳极,b电极与电源负极相连,为电解池的阴极,阴极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-,阳极反应式为4OH--4e-
O2↑+2H2O,总反应为2H2O 2H2↑+O2↑,据此解答。b电极为阴极,发生还原反应,b电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-,故A正确;该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变,阳极发生的电极反应式为4OH--4e- O2↑+2H2O,为保持OH-浓度不变,则阴极产生的OH-要通过离子交换膜进入阳极室,即离子交换膜应为阴离子交换膜,故B正确;PTFE膜可透汽但不透液态水,电解时电解槽中不断有水被消耗,海水中动能高的水分子即气态水可穿过PTFE膜,为电解池补水,使KOH溶液的浓度不变,故C正确;由电解总反应可知,每生成1 mol H2要消耗1 mol H2O,生成H2的速率为x mol·h-1,则补水的速率也应是x mol·h-1,故D错误。
三年模拟练
B　由题给原理图可知,电解室内阳极反应式为2Cl--2e-Cl2↑;解汞室内发生的反应为2Na+2H2O 2NaOH+H2↑。若电解室中使用铜棒作阳极,则阳极反应式为Cu-2e-Cu2+,无Cl2生成,即不可使用铜棒作阳极,A错误;由题给原理图可知,电解室中汞阴极的反应式为Na++e- Na,B正确;解汞室中的钠与水的反应为放热反应,C错误;根据上述分析得两室联合生产的总反应为2NaCl+2H2O 2NaOH+
H2↑+Cl2↑,D错误。
2.A　将开关K与a连接后电极B为阳极,电极反应式为Cu-2e- Cu2+,电极A为阴极,电极反应式为Cu2++2e- Cu,一段时间后右侧溶液中Cu2+浓度增大,而左侧溶液中Cu2+浓度减小,为了保持Cu2+的浓度差必须保证Cu2+不能通过交换膜,故交换膜是阴离子交换膜,A项错误、B项正确;一段时间后K与b连接,电极A为负极,电极反应式为Cu-2e- Cu2+,电极B为正极,电极反应式为Cu2++2e- Cu,C项正确;交换膜为阴离子交换膜,故K与b连接时,导线中通过2 mol电子,约有1 mol S通过交换膜,D项正确。
3.C　含Fe的催化电极上发生转化NO→NH3OHCl,N元素化合价降低,含Fe的催化电极作正极,Pt电极上发生转化H2→H+,H元素化合价升高,Pt电极作负极,A项错误;NH2OH具有类似NH3的弱碱性,可以和盐酸反应生成NH3OHCl,离子方程式为NH2OH+H+ NH3OH+,则题图2中,A为H+,B为NH3OH+,B项错误;含Fe的催化电极为正极,其电极反应式为NO+3e-+4H+ NH3OH+,根据电路中转移电子守恒可知,电路中每转移3 mol e-时,有3 mol H+从右室移入左室,标准状况下2.24 L NO的物质的量为=0.1 mol,则左室溶液增加的质量为0.1 mol NO和0.3 mol H+的质量,即增加质量为3.3 g,C项正确;负极电极反应式为H2-2e- 2H+,生成的H+通过氢离子交换膜进入正极区,负极区pH不变,正极电极反应式为NO+3e-+4H+ NH3OH+,消耗4 mol H+时,只有3 mol H+从负极区进入正极区,正极区H+浓度减小,pH增大,D项错误。
4.答案　(1)C
(2)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH=-116 kJ·mol-1
(3)NO2(g)+CO(g) NO(g)+CO2(g)　ΔH=-234 kJ·mol-1
(4)H2Se(g) Se(s)+H2(g)　ΔH=-81 kJ·mol-1
(5)2.02　COOH*+H*+H2O* COOH*+2H*+OH*或H2O* H*+OH*
解析　(1)常温时红磷比白磷稳定,则红磷能量更低,白磷转化成红磷需要放热,即P4(白磷,s) 4P(红磷,s)　ΔH<0,根据盖斯定律可知,ΔH=-a kJ·mol-1+b kJ·mol-1<0,则a>b,C正确。
ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能,则工业上通过CO和H2化合制备甲醇的热化学方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH=
1 072 kJ·mol-1+2×436 kJ·mol-1-(3×413 kJ·mol-1+358 kJ·
mol-1+463 kJ·mol-1)=-116 kJ·mol-1。
根据题图信息可知,NO2和CO反应的热化学方程式为CO(g)+NO2(g)CO2(g)+NO(g)　ΔH=E1-E2=134 kJ·mol-1-
368 kJ·mol-1=-234 kJ·mol-1。
(4)根据同主族元素从上往下非金属性依次减弱,其气态氢化物的稳定性依次减弱,自身能量依次升高,可确定a、b、c、d分别代表Te、Se、S、O,则Se在生成1 mol H2Se(g)的ΔH=+81 kJ·mol-1,即硒化氢在热力学标准态下,分解反应的热化学方程式为H2Se(g) Se(s)+H2(g)　ΔH=-81 kJ·mol-1。
(5)由题图可知,水煤气的生成过程经过了过渡态1和过渡态2,生成过渡态时均需要吸收能量,结合题图中数据得,该历程中最大能垒E正=1.86 eV-(-0.16 eV)=2.02 eV,对应的化学方程式为COOH*+H*+H2O* COOH*+2H*+OH*或H2O* H*+OH*。
5.答案　(1)①正　②4OH--4e- O2↑+2H2O
③2.8　④不变
(2)能　CuSO4溶液变为H2SO4溶液,可继续电解H2SO4溶液,实质为电解水
解析　(1)①接通电源一段时间后,乙中c电极质量增加,说明c电极表面析出Cu,则该电极为阴极,从而推知M端为电源的负极,N端为电源的正极。②电极b为阳极,用惰性电极电解NaOH溶液相当于电解水,阳极上OH-放电生成O2,电极反应式为4OH--4e- O2↑+2H2O。③用惰性电极电解K2SO4溶液相当于电解水,设电解过程中消耗水的质量为x g,据电解前后溶质的质量不变可得:100 g×10%=(100-x)g×10.47%,解得x≈4.5,则电解过程中消耗水的物质的量为=0.25 mol,转移电子的物质的量为0.5 mol,故电极b上生成的O2在标准状况下的体积为0.5 mol××22.4 L·mol-1=2.8 L。④丙中用惰性电极电解K2SO4溶液相当于电解水,电解过程中c(K2SO4)增大,但溶液的pH不变。
(2)当电解过程中乙装置中的铜全部析出时,CuSO4溶液变为H2SO4溶液,继续电解则为电解H2SO4溶液,相当于电解水。
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