第一节 化学能与热能
(时间:40分钟)
选题表
知识点
题号
能源
3
吸(放)热反应
4,7,8
化学反应与能量关系
1,2,6,12
综合
5,9,10,11,13,14
基础过关
1.(2016·山东德州期末)在研究物质变化时,人们可以从不同的角度、不同的层面来认识物质变化时所引起的化学键及其能量变化,据此判断以下叙述中错误的是( C )
A.化学反应中物质变化的实质是旧化学键断裂和新化学键形成
B.燃烧可看成“储存”在物质内部的能量转化为热能、光能等释放 出来
C.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
D.在化学反应中,破坏旧化学键吸收的能量大于形成新化学键释放的能量时,该反应是吸热反应
解析:化学反应的实质就是旧化学键的断裂,新化学键的形成,A正确; 物质燃烧放热,化学能转化为热能、光能等,B正确;如合成氨需要在高温下进行,但它却是释放能量的反应,反应条件与反应的热效应无关,C错误;若反应时形成新化学键释放的能量小于破坏旧化学键所吸收的能量,则化学反应为吸收能量的反应,D正确。
2.(2017·广东东莞四校联考)下列反应过程中的能量变化情况符合如图的是( A )
A.石灰石高温分解反应 B.镁和盐酸的反应
C.酸与碱的中和反应 D.氧化钙和水的反应
解析:图示中反应物的总能量小于生成物的总能量,故图示反应为吸热反应。石灰石高温分解生成氧化钙和二氧化碳,该反应是吸热反应,A正确;镁和盐酸反应生成氯化镁和氢气,该反应是放热反应,B错误;酸与碱的中和反应是放热反应,不符合条件,C错误;氧化钙和水反应生成氢氧化钙,该反应是放热反应,D错误。
3.下列对能源的看法不合理的是( D )
A.化石能源属于不可再生能源,只会越用越少
B.生物质能是一种可再生能源,有广泛的应用前景
C.太阳能、氢能、核能、地热能都属于新能源
D.化石燃料与人类生活密切相关,要多开采,多使用
解析:化石燃料的贮量有限,是不可再生能源,故要节约、高效使用,避免资源枯竭。
4.(2017·山西太原高一期中)自热食品已成为现代生活的时尚。自热食品包装中有两包发热剂,在这两包发热剂中最适合盛放的物质是( B )
A.熟石灰和水 B.生石灰和水
C.氯化钠和水 D.氯化铵和氢氧化钡晶体
解析:熟石灰溶于水放出热量较小,不太适合盛放,A错误;生石灰溶于水反应生成熟石灰同时放出大量的热量,温度升高,适合盛放,B正确;氯化钠溶于水既不吸热也不放热,温度基本保持不变,不适合盛放,C错误;氯化铵和氢氧化钡晶体反应吸热,温度降低,不适合盛放, D 错误。
5.(2017·山西太原高一期中)复印机工作时,空气中的氧气可以转化为臭氧:3O22O3,下列有关说法正确的是( B )
A.该变化属于物理变化
B.1 mol臭氧比1 mol氧气的能量高
C.空气中臭氧比氧气更稳定
D.氧分子中的化学键断裂会放出能量
解析:有新物质生成的变化为化学变化,此反应有新物质生成,故为化学变化,A错误;常温下,氧气很难转化为臭氧,而在复印机工作时,氧气可以转化为臭氧,说明复印机工作时为O2转化为O3提供能量,故此反应为吸热反应,即1 mol臭氧的能量高于1 mol氧气的能量,B正确;臭氧易分解为氧气,即氧气比臭氧稳定,C错误;化学键的断裂要吸收能量,故氧分子中的化学键断裂要吸收能量,D错误。
6.(2017·浙江绍兴月考)化学反应中通常伴随着能量变化,下列说法中错误的是( B )
A.TNT爆炸时将部分化学能转化为动能
B.电解熔融Al2O3时将部分化学能转化为电能
C.镁条燃烧时将部分化学能转化为光能
D.煤燃烧时将部分化学能转化为热能
解析:炸药爆炸时部分化学能转化为动能,A正确;电解熔融Al2O3时,是消耗电能,因此该过程化学能不可能转化为电能,B错误;镁条燃烧放出耀眼的白光是由于部分化学能转化为光能,C正确;煤燃烧时将部分化学能转化为热能,D正确。
7.(2017·山东德州一模)下列图示变化过程吸热的是( A )
解析:反应物的总能量小于生成物的总能量,故A为吸热反应;N2和H2必须先吸收能量断裂旧化学键,再放出能量形成新化学键,由于放出的能量大于吸收的能量,故B为放热反应;浓硫酸溶于水是放热过程,C不属于化学反应;D中锌与稀盐酸的反应是放热反应。
8.(2016·山西大同期末)某化学反应中产物的总能量为60 kJ,如果该反应是放热反应,那么反应物总能量可能是( C )
A.50 kJ B.30 kJ C.80 kJ D.20 kJ
解析:因放热反应中,反应物的总能量高于产物的总能量,产物的总能量为60 kJ,所以反应物总能量大于60 kJ。
9.(2016·河北邢台月考)(1)下列过程中不一定释放能量的是 (填编号)。?
A.化合反应 B.分解反应 C.形成化学键 D.燃料燃烧 E.酸碱中和 F.炸药爆炸
(2)等质量的下列物质分别完全燃烧,放出热量较多的是 (填编号)。?
A.硫蒸气 B.硫固体
(3)已知:通常条件下,酸碱稀溶液中和生成1 mol水放出的热量为中和热。稀溶液中1 mol H2SO4和NaOH恰好反应时放出Q kJ热量,则其中和热为 kJ/mol。?
(4)已知H2和O2反应放热,且断开1 mol H—H、1 mol、1 mol O—H键需吸收的能量分别为Q1、Q2、Q3 kJ。由此可以推知下列关系正确的是 (填编号)。?
A.Q1>Q3 B.Q2>Q3
C.2Q1+Q2<2Q3 D.2Q1+Q2<4Q3
E.Q1+Q2>Q3 F.Q1+Q2解析:(1)化学键的形成过程中一定会放出能量,燃料的燃烧、酸碱中和反应都是放热反应,炸药爆炸过程中会放出热量,而化合反应、分解反应不一定是放热反应。
(2)硫固体变为硫蒸气需要吸收热量,所以硫蒸气燃烧放出的热量 较多。
(3)1 mol硫酸与氢氧化钠完全反应生成2 mol水,中和热是指强酸与强碱稀溶液发生中和反应生成1 mol水时放出的热量,所以中和热为 kJ/mol。
(4)氢气与氧气的反应是放热反应,根据反应热与键能的关系,则2Q1+Q2-4Q3<0,即2Q1+Q2<4Q3,三种键能之间的大小关系不能判断。
答案:(1)AB (2)A (3) (4)D
能力提升
10.(2017·湖南娄底模拟)下列反应中,属于氧化还原反应且反应前后能量变化如图所示的是( B )
A.氧化钠溶于水
B.高温条件下铝与氧化铁的反应
C.高温条件下炭粉与二氧化碳的反应
D.Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl固体的反应
解析:氧化钠溶于水是放热反应,但是没有元素化合价的变化,为非氧化还原反应,A错误;高温条件下铝与氧化铁的反应产生氧化铝和铁,是氧化还原反应,同时也是放热反应,B正确;高温条件下炭粉与二氧化碳的反应是氧化还原反应,同时属于吸热反应,C错误;Ba(OH)2·
8H2O晶体与NH4Cl固体的反应是复分解反应,属于非氧化还原反应,同时是吸热反应,D错误。
11.(2016·山西怀仁月考)用浓氯化铵溶液处理过的舞台幕布不容易着火。其原因是( B )
①幕布的着火点升高 ②幕布的质量增加 ③氯化铵分解吸收热量,降低了温度 ④氯化铵分解产生的气体隔绝了空气
A.①② B.③④ C.①③ D.②④
解析:物质着火点在一定压强下是一定的,不发生变化,①不正确;幕布的质量增加不能影响环境温度与氧气的浓度,②不正确;氯化铵分解吸热,能降低环境温度到物质着火点以下,起到防火作用,③正确;氯化铵分解产生的两种产物均不支持燃烧,气体隔绝了空气,起到防火的作用,④正确。
12.(2016·北京门头沟区一模)化学反应常常伴随能量的变化,以下是H2与Cl2反应的能量变化示意图:
根据H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)反应的能量变化示意图,则下列说法正确的是( B )
A.氯化氢分子的电子式:H+]-
B.该反应是工业制取盐酸的化学反应原理
C.形成1 mol H—Cl键要吸收431 kJ的能量
D.该反应中反应物总能量小于生成物总能量
解析:HCl为共价化合物,A错误;形成1 mol H—Cl键要释放431 kJ的能量,C错误;1 mol H2(g)和1 mol Cl2(g)断键吸收的总能量小于
2 mol HCl(g)形成时释放的总能量,故反应放热,D错误。
13.(2016·广西桂林期末)化学反应的过程都是旧键断裂、新键形成的过程。对于反应:H2+I22HI,已知断开1 mol H—H键、1 mol I—I键分别需要吸收的能量是436 kJ和151 kJ,形成1 mol H—I键需要放出的能量是299 kJ。
(1)1 mol H2和1 mol I2完全反应,反应物断键吸收的总能量是 kJ,生成物成键放出的总能量为 kJ,反应共 (填“放出”或“吸收”)能量 kJ。?
(2)如图两个图像中,能够正确反映该反应能量变化的图像是 (填“A”或“B”)。?
解析:(1)1 mol H2和1 mol I2完全反应生成2 mol HI,旧键断裂吸收能量的值为436 kJ+151 kJ=587 kJ,新键生成释放能量为299 kJ×
2=598 kJ,旧键断裂吸收的能量小于新键生成释放的能量,反应为放热反应,放出的热量为598 kJ-587 kJ=11 kJ。
(2)由(1)的分析该反应为放热反应,则反应物总能量大于生成物总能量,故B正确。
答案:(1)587 598 放出 11 (2)B
14.(2017·湖南株洲联考)某实验小组同学进行如图1实验,以检验化学反应中的能量变化。
请回答下列问题:
(1)实验中发现,反应后①中的温度升高;②中的温度降低。由此判断铝条与盐酸的反应是 热反应,Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应是 热反应。反应过程 (填“①”或“②”)的能量变化可用图2表示。?
(2)一定量的氢气在氧气中充分燃烧并放出热量。若生成气态水放出的热量为Q1;生成液态水放出的热量为Q2。那么Q1 Q2(填“大于”“小于”或“等于”)。?
(3)已知:4HCl+O22Cl2+2H2O,该反应中,4 mol HCl被氧化,放出115.6 kJ的热量。则断开1 mol H—O键与断开1 mol H—Cl键所需能量相差约为 kJ。?
解析:(1)Al与稀盐酸反应后,温度升高,则说明反应放热,Ba(OH)2·
8H2O与NH4Cl的反应温度降低,说明反应为吸热反应;反应①为放热反应,反应物的总能量大于生成物的总能量,所以①的能量变化可用图2表示。
(2)由于气态水转化为液态水还要放出热量,故Q1(3)E(H—O)、E(H—Cl)分别表示H—O键能、H—Cl键能,反应中,4 mol HCl被氧化,放出115.6 kJ的热量,故 4×E(H—Cl)+498 kJ/mol- [2×243 kJ/mol+4×E(H—O)]=-115.6 kJ/mol,整理得,4E(H—Cl)- 4E(H—O)=-127.6 kJ/mol,即E(H—O)-E(HCl)=31.9 kJ/mol,故断开
1 mol H—O键与断开1 mol H—Cl键所需能量相差约为31.9 kJ/
mol×1 mol=31.9 kJ。
答案:(1)放 吸 ① (2)小于 (3)31.9
第三节 化学反应的速率和限度
第1课时 化学反应的速率
(时间:40分钟)
选题表
知识点
题号
化学反应速率的概念
1,6
化学反应速率的计算与比较
4,7,8,9,11,12,13
影响化学反应速率的因素
2,3,5,10,14
基础过关
1.(2017·河南洛阳期中)下列说法正确的是( D )
A.化学反应速率通常用单位时间内反应物或生成物的质量变化来
表示
B.化学反应速率的单位由浓度单位决定
C.在反应过程中,反应物的浓度逐渐变小,所以用反应物表示的化学反应速率为负值
D.用不同物质的浓度变化表示同一时间内、同一反应的速率时,其数值之比等于反应方程式中对应物质的化学计量数之比
解析:化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量(均取正值)来表示,A、C错误;化学反应速率的单位由时间单位和物质的量浓度的单位决定,B错误;用不同物质的浓度变化表示同一时间内、同一反应的速率时,其数值之比等于反应方程式中对应物质的化学计量数之比,D正确。
2.(2016·山东德州期末)下列措施对增大反应速率明显有效的是( C )
A.Al在氧气中燃烧生成Al2O3,将Al粉改为Al片
B.Fe与稀硫酸反应制取H2时,改用质量分数为98.3%的浓硫酸
C.Zn与稀硫酸反应时,适当提高溶液的温度
D.Na与水反应时增大水的用量
解析:将Al粉改为Al片,减小了反应物的接触面积,使反应速率减慢,A错误;Fe在浓硫酸中钝化,不能生成氢气,B错误;Zn与稀硫酸反应时,适当提高溶液的温度,能加快化学反应的速率,C正确;水的浓度是常数,钠和水反应的速率与水的多少无关,D错误。
3.(2017·湖北模拟)下列有关化学反应速率的说法中正确的是( D )
A.100 mL 2 mol·L-1的盐酸与锌反应时,加入适量的氯化钠溶液,生成氢气的速率不变
B.用铝片和稀硫酸反应制取氢气时,改用铝片和浓硫酸反应可以加快产生氢气的速率
C.二氧化硫的催化氧化是一个放热反应,所以升高温度,反应速率 减慢
D.汽车尾气中的CO和NO可以缓慢反应生成N2和CO2,减小压强,反应速率减慢
解析:加入氯化钠溶液,相当于对盐酸稀释,盐酸浓度降低,反应速率减慢,A错误;改用铝片和浓硫酸反应时,如常温则发生钝化,得不到氢气,B错误;不论该化学反应是放热反应还是吸热反应,升温化学反应速率必然加快,C错误;对有气体参与的反应,减小压强,气体的浓度降低,反应速率减慢,D正确。
4.(2017·福建龙岩期末)下表为某学生进行的两组实验:
反应物
Na2S2O3溶液
H2SO4溶液
水
甲
0.1 mol·L-1
10 mL
0.1 mol·L-1
10 mL
5 mL
乙
0.2 mol·L-1
5 mL
0.2 mol·L-1
5 mL
20 mL
若其他条件均相同,上述两组实验中,对应反应的反应速率关系为( A )
A.甲>乙 B.甲<乙
C.甲=乙 D.无法判断
解析:甲组溶液的总体积是25 mL,混合溶液中,甲组反应物的浓度c(Na2S2O3)=c(H2SO4)==0.04 mol·L-1;乙组溶液的总体积是30 mL,混合溶液中,乙组反应物的浓度c(Na2S2O3)=c(H2SO4)=≈0.033 mol·L-1。由于甲组中反应物的浓度较大,故在其他条件相同时,其反应速率较大,即甲组的反应速率大于乙组的反应速率,A项正确。
5.(2016·福建泉州期末)下列反应中生成H2的速率最快的是( D )
金属
酸溶液
温度
A
Zn
0.5 mol·L-1 H2SO4
20 ℃
B
Fe
1 mol·L-1HCl
20 ℃
C
Al
2 mol·L-1HCl
30 ℃
D
Mg
2 mol·L-1H2SO4
30 ℃
解析:影响化学反应速率的主要因素是物质的性质,四种金属与酸反应时,金属的活泼性越强,化学反应速率越大,其中Mg最活泼,则Mg与酸反应的速率最大,又因选项D中氢离子的浓度、温度都最高,则D中反应速率最快。
6.对于化学反应:CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O,下列说法正确的是( A )
A.用HCl和CaCl2在单位时间内浓度变化表示的反应速率数据不同,但所表示的意义相同
B.不能用CaCO3的浓度变化来表示反应速率,但可用水来表示
C.用H2O和CO2表示的反应速率相同
D.可用CaCl2浓度的减少表示其反应速率
解析:同一反应用不同物质的浓度变化表示其反应速率时,其数值可能不同,但表达意义相同,A正确;CaCO3是固体,H2O为纯液体,不能用来表示化学反应速率,B、C错误;CaCl2是生成物,应用其浓度的增加来表示反应速率,D错误。
7.反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)经一段时间后,SO3的浓度增加了0.3 mol/L,在这段时间内用O2表示的反应速率为0.03 mol/(L·s),则这段时间为( C )
A.0.1 s B.2.5 s C.5 s D.10 s
解析:v(SO3)=2v(O2)=2×0.03 mol/(L·s)=0.06 mol/(L·s),则 Δt===5 s。
8.(2017·浙江湖州期中)一定温度下,在2 L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示:
(1)反应的化学方程式为 。?
(2)反应0～10 s的化学反应速率v(Z)= 。?
(3)反应开始到10 s,X的物质的量浓度减少了 。?
解析:(1)由图像可以看出X、Y的物质的量减小,Z的物质的量增多,则X、Y为反应物,Z为生成物,化学反应中各物质的物质的量变化量与化学计量数呈正比,则有Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)=(1.20 mol- 0.41 mol)∶(1.0 mol-0.21 mol)∶(1.58-0) mol=1∶1∶2,则反应的化学方程式为X(g)+Y(g)2Z(g)。
(2)反应开始到10 s,用Z表示的反应速率为v====0.079 mol/ (L·s)。
(3)反应开始到10 s,X的物质的量浓度减少了=0.395 mol/L。
答案:(1)X(g)+Y(g)2Z(g) (2)0.079 mol/(L·s)
(3)0.395 mol/L
9.一定条件下,H2O2在水溶液中发生分解反应:2H2O22H2O+O2↑。反应过程中,测得不同时间H2O2的物质的量浓度如下表:
t/min
0
20
40
60
80
c(H2O2)/(mol/L)
0.80
0.40
0.20
0.10
0.05
(1)H2O2的分解反应 (填“是”或“不是”)氧化还原反应。?
(2)该分解反应0～20 min的平均反应速率v(H2O2)为 mol/
(L·min)。?
(3)如果反应所用的H2O2溶液为100 mL,则共产生O2 。?
A.0.08 g B.0.16 g C.1.28 g D.2.4 g
解析:(1)过氧化氢分解生成水和氧气,依据氧元素化合价发生变化判断为氧化还原反应。
(2)该分解反应0～20 min的平均反应速率v(H2O2)===0.02 mol/(L·min)。
(3)如果反应所用的H2O2溶液为100 mL,则n(H2O2)=0.1 L×0.80 mol/L=0.08 mol,由化学方程式定量关系可知,共产生O2 0.04 mol,则m(O2)=0.04 mol×32 g/mol=1.28 g。
答案:(1)是 (2)0.02 (3)C
能力提升
10.温度不变恒容的容器中进行反应A(g)B(g),若反应物浓度由0.1 mol/L降到 0.06 mol/L 需 20 s,那么由0.06 mol/L降到 0.036 mol/L所需反应时间应( C )
A.等于10 s B.等于12 s C.大于12 s D.小于12 s
解析:v(A)==0.002 mol/(L·s),若反应速率不变,则Δt==12 s,但随着浓度的减小,反应速率逐渐减小,故所需时间大于12 s。
11.(2017·江西赣中南五校联考)在2 L的密闭容器中,发生以下反应:2A(g)+B(g)2C(g)+D(g)。若最初加入的A和B都是4 mol,在前10秒钟A的平均反应速率为0.12 mol/(L·s),则10秒钟时,容器中B的物质的量是( B )
A.1.6 mol B.2.8 mol
C.2.4 mol D.1.2 mol
解析:根据速率之比等于化学计量数之比,所以v(B)=0.5v(A)=0.5× 0.12 mol/(L·s)=0.06 mol/(L·s),所以Δc(B)=0.06 mol/(L·s)× 10 s=0.6 mol/L,所以Δn(B)=0.6 mol/L×2 L=1.2 mol,故10秒钟时容器中B的物质的量为4 mol-1.2 mol=2.8 mol。
12.(2016·河南周口期末)将等物质的量的A、B混合于2 L的密闭容器中,发生如下反应:3A(g)+B(g)xC(g)+2D(g),经5 min后,测得D的浓度为0.5 mol/L,c(A)∶c(B)=3∶5,C的平均反应速率为0.1 mol/ (L·min)。求:
(1)此时A的浓度c(A)= mol/L,反应开始前容器中的A、B的物质的量:n(A)=n(B)= mol。?
(2)B的平均反应速率v(B)= mol/(L·min)。?
(3)x的值为 。?
解析:(1)5 min后,n(D)=0.5 mol/L×2 L=1 mol,根据3A(g)+B(g) xC(g)+2D(g),生成1 mol D要消耗1.5 mol A和0.5 mol B,设初始时A、B的物质的量均为 n mol,则(n-1.5)∶(n-0.5)=3∶5,即n=3。c(A)==0.75 mol/L。(2)v(B)==0.05 mol/(L·min)。(3)n(C)=0.1 mol/(L·min)×5 min×2 L=1 mol,n(D)=0.5 mol/L× 2 L=1 mol,n(C)∶n(D)=1∶1,根据 3A(g)+B(g)xC(g)+2D(g),因为生成C和D的物质的量之比等于化学计量数之比,所以 x=2。
答案:(1)0.75 3 (2)0.05 (3)2
13.下表是稀硫酸与某金属反应的实验数据:
实验
序号
金属
质量/g
金属
状态
c(H2SO4)/
(mol·L-1)
V(硫酸)/
mL
溶液温度/℃
金属消
失的时
间/s
反应前
反应后
1
0.10
丝
0.5
50
20
34
500
2
0.10
粉末
0.5
50
20
35
50
3
0.10
丝
0.7
50
20
36
250
4
0.10
丝
0.8
50
20
35
200
5
0.10
粉末
0.8
50
20
36
25
6
0.10
丝
1.0
50
20
35
125
7
0.10
丝
1.0
50
35
50
50
8
0.10
丝
1.1
50
20
34
100
9
0.10
丝
1.1
50
30
44
40
分析上述数据,回答下列问题:
(1)由实验可推知,反应物的总能量 (填“<”“>”或“=”)产物的总能量。?
(2)实验4和5表明, 对反应速率有影响, 反应速率越快,能表明同一规律的实验还有 (填实验序号)。?
(3)仅表明反应物浓度对反应速率产生影响的实验有 (填实验序号)。?
(4)本实验中影响反应速率的其他因素还有 ,其实验序号是 。?
解析:(1)根据表中数据知,反应后溶液温度升高,说明该反应是放热反应,则反应物总能量大于产物总能量。(2)实验4和5的不同点为反应物的接触面积,5的反应速率大于4,说明反应物接触面积越大,反应速率越快,能表明同一规律的实验还有1和2。(3)仅表明反应物浓度对反应速率产生影响,说明该实验中只有反应物浓度不同,其他因素完全相同,符合条件的有1、3、4、6、8或2、5。(4)影响反应速率的因素还有溶液的温度,如实验6和7、8和9。
答案:(1)> (2)固体的表面积 固体的表面积越大 1和2 (3)1、3、4、6、8或2、5 (4)溶液的温度 6和7、8和9
14.(2017·浙江温州十五校联考)汽车排放的尾气为大气污染源之一,目前,可利用以下化学原理解决尾气:2NO+2CO2CO2+N2。
(1)写出CO2的结构式: ,N2的电子式: 。?
(2)一定条件下,在容积固定的容器中进行上述反应,CO浓度与时间关系如图所示:
则反应速率v(a)、v(b)、v(c)的大小关系是 。?
(3)为研究如何提高该转化过程反应速率,某课题组进行了以下实验探究。
【资料查阅】
A.不同的催化剂对同一反应的催化效率不同;
B.使用等质量相同的催化剂时,催化剂的比表面积对催化效率有 影响。
【实验设计】课题组为探究某些外界条件对汽车尾气转化反应速率的影响规律,设计了以下对比实验。
实验
编号
实验目的
T/℃
NO初始浓度/
(mol/L)
CO初始浓度/
(mol/L)
同种催化剂的比表面积/
(m2/g)
c(CO)不变时所用的时间/min
Ⅰ
参照实验
280
6.50×
10-3
4.00×
10-3
80
t
Ⅱ
280
6.50×
10-3
4.00×
10-3
120
0.5t
Ⅲ
360
6.50×
10-3
4.00×
10-3
80
0.2t
【结论】①实验编号Ⅱ的实验目的为?
。?
②课题中探究外界条件对汽车尾气转化反应速率的影响的另一因素是 ,且 反应速率将 (填“增大”“减小”或“无影响”)。?
解析:(1)CO2的结构式为OCO,N2的电子式为N。
(2)根据图像可知,c(CO),a>b=c,故:v(a)>v(b)=v(c)。
(3)①实验Ⅰ和实验Ⅱ的反应条件中,除了催化剂比表面积大小不同以外,其他条件完全相同,说明实验目的是探究催化剂比表面积对反应速率的影响。
②根据实验Ⅰ和实验Ⅲ可知,反应在不同温度下进行,其他条件相同,可见是探究温度对速率的影响,且升高温度后,c(CO)不变所需要的时间少,说明升高温度,反应速率增大。
答案:(1)OCON (2)v(a)>v(b)=v(c)
(3)①探究催化剂比表面积对反应速率的影响 ②温度 升高温度 增大
第2课时 化学反应的限度和化学反应条件的控制
(时间:40分钟)
选题表
知识点
题号
可逆反应与化学反应的限度
1,2,4,5,7,10
化学平衡状态的判断
3,8,11,12
化学平衡与反应速率的计算
6,9,13,14
基础过关
1.(2017·山西太原期中)下列反应中,不属于可逆反应的是( D )
A.2NO2N2O4与N2O42NO2
B.H2+I22HI与2HIH2+I2
C.CO2+H2OH2CO3与H2CO3CO2↑+H2O
D.CaO+CO2CaCO3与CaCO3CaO+CO2↑
解析:A、B、C中均为可逆反应,只有D中反应条件不同,两者不是可逆反应。
2.(2017·湖南益阳月考)硫酸是一种重要的化工产品,目前主要采用“接触法”进行生产。下列对于反应2SO2+O22SO3的说法中,正确的是( B )
A.只要选择适宜的条件,SO2和O2就能全部转化为SO3
B.在工业合成SO3时,要同时考虑反应速率和反应能达到的限度两方面的问题
C.该反应达到平衡后,反应就完全停止了,即正、逆反应速率均为零
D.在达到平衡的体系中,充入由18O原子组成的O2后,18O仅存在于O2和SO3中
解析:反应2SO2+O22SO3为可逆反应,故无论什么条件,SO2和O2都不能全部转化为SO3,A错误;在工业合成SO3时,要同时考虑反应速率和反应能达到的限度两方面的问题,B正确;该反应达到平衡后,正、逆反应速率相等,为一个定值,但一定不为0,C错误;在达到平衡的体系中,充入由18O原子组成的O2后,18O存在于SO2、SO3和O2中,D错误。
3.(2016·广东深圳期末)合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)(正反应为放热反应),673 K、30 MPa下,n(NH3)和n(H2)随时间t变化的关系如图所示。下列叙述中正确的是( B )
A.点c处正反应速率和逆反应速率相等
B.点a的正反应速率比点b的大
C.点d(t1时刻)和点e(t2时刻)处n(N2)不同
D.在t2时刻,正反应速率大于逆反应速率
解析:c点反应物和生成物物质的量仍在变化,没有达到平衡状态,正、逆反应速率不相等,A错误;从a点到b点,氢气的物质的量逐渐减少,氢气的物质的量浓度逐渐减少,所以正反应的反应速率逐渐减小,即点a的正反应速率比点b的大,B正确;d点和e点都处于平衡状态, n(N2)不变,即d点和e点n(N2)相等,C错误;在t2时刻,该反应处于化学平衡状态,正、逆反应速率相等,D错误。
4.(2017·河南郑州八校联考)下列关于化学反应限度的叙述错误的是( C )
A.不同的化学反应,限度可能不同
B.可以通过改变反应物浓度来控制化学反应的限度
C.可以通过延长化学反应的时间来改变反应的限度
D.催化剂不能控制化学反应的限度
解析:可逆反应不论反应到什么程度,都会含有所有反应物和所有生成物,即会达到一定的限度,不同的化学反应,限度可能不同,A正确;一个可逆反应达到化学平衡状态后,当反应物浓度改变时,原来的化学平衡状态就会被破坏,并在新的条件下建立新的化学平衡状态,可以通过改变反应物浓度来控制化学反应的限度,B正确;可逆反应达到什么样的限度,与反应时间的长短无关,所以不可以通过延长化学反应的时间来改变化学反应的限度,C错误;催化剂只改变反应速率,不改变反应限度,D正确。
5.(2017·河南天一大联考)一定条件下将1.0 mol N2和1.0 mol H2通入密闭容器中发生合成氨反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),下列图像能正确表示各种组分的物质的量变化的是( C )
解析:N2和H2的化学计量数之比为1∶3,则相同时间内其物质的量变化量之比应为1∶3,A项图像中两者的物质的量变化量之比为0.1∶0.4,与方程式不符;B项图像中N2、NH3的物质的量不变时,H2的物质的量仍在变化,不符合化学平衡时“各物质的浓度均不再变化”的特点;C项图像中N2、H2、NH3的物质的量变化量之比为0.1∶0.3∶0.2=1∶3∶2,正确;D项图像中H2完全反应,不符合可逆反应的特点。
6.(2017·河北唐山期中)在一定温度下,容器内某一反应中M、N(M、N均为气体)的物质的量随反应时间变化的曲线如图,下列表述中正确的是( D )
A.反应的化学方程式为2M(g)N(g)
B.t2时正、逆反应速率相等,达到平衡
C.t3时正反应速率大于逆反应速率
D.t1时N的浓度是M的浓度的2倍
解析:分析图像可知,反应t3时建立化学平衡,M的物质的量的变化为5 mol-2 mol = 3 mol;N的物质的量的变化为 8 mol-2 mol=6 mol,根据“各物质的转化量之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比”知,化学方程式为 2N(g)M(g),故A错误;t2时M和N的物质的量相等,但N的物质的量继续减小,则正、逆反应速率并不相等,因为此时反应并未达到平衡,故B错误;t3时反应已达到平衡,此时正、逆反应速率相等,故C错误;t1时M和N的物质的量分别为3 mol和6 mol,故N的浓度是M的浓度的2倍,D正确。
7.(2016·四川宜宾期末)在一密闭容器中进行反应:2SO2(g)+ O2(g)2SO3(g),已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol·L-1、0.1 mol·L-1、0.2 mol·L-1,当反应达到平衡时,可能存在的数据是( B )
A.SO2为0.4 mol·L-1,O2为0.2 mol·L-1
B.SO2为0.25 mol·L-1
C.SO3为0.4 mol·L-1
D.SO2、SO3均为0.15 mol·L-1
解析:A中,SO2和O2的浓度增大,说明反应向逆反应方向进行建立平衡,SO2和O2的浓度变化分别为0.2 mol·L-1、0.1 mol·L-1,需要消耗三氧化硫的浓度为0.2 mol·L-1,由于该反应为可逆反应,SO3的实际变化浓度应小于其原有浓度 0.2 mol·L-1,所以达到平衡时SO2小于 0.4 mol·L-1,O2小于 0.2 mol·L-1,错误;B中,SO2的浓度增大,说明反应向逆反应方向进行建立平衡,若SO3完全反应,则SO2的浓度变化为0.2 mol·L-1,该题中实际变化为 0.05 mol·L-1,小于0.2 mol·L-1,正确;C中,SO3的浓度增大,说明该反应向正反应方向进行建立平衡,若SO2和O2完全反应,SO3的浓度变化为 0.2 mol·L-1,实际变化应小于该值,错误;D中,反应物、生成物的浓度不可能同时减小,一个浓度减小,另一个浓度一定增大,错误。
8.(2016·河南新乡期末)对于反应2SO2+O22SO3,下列判断正确的是( C )
A.2 mol SO2和足量的O2反应,必生成2 mol SO3
B.平衡时SO2、O2、SO3的分子数之比为2∶1∶2
C.平衡时SO2的消耗速率必定等于O2的生成速率的2倍
D.平衡时SO2的浓度必为O2浓度的2倍
解析:可逆反应中反应物不可能全部转化为生成物,2 mol SO2与O2反应,生成的SO3的物质的量一定小于2 mol,A错误;平衡时SO2、O2、SO3三种物质的分子个数之比与化学计量数没有必然的联系,达到平衡状态,一定满足正、逆反应速率相等,各组分浓度不变,B错误;平衡时,O2的生成速率等于O2的消耗速率,故SO2的消耗速率为O2的生成速率的2倍,C正确;平衡时SO2的浓度与O2的浓度关系与反应起始的投料量有关,题中数据无法判断达到平衡时SO2和O2的浓度关系,D错误。
9.(2017·河南林州一中调研)某可逆反应中三种气体的物质的量随时间的变化情况如下图所示。
回答下列问题:
(1)该反应的反应物是 ,生成物是 ,化学方程式为 。?
(2)反应开始至2 min时,能否用C的浓度变化来计算反应速率?为什么??
。?
(3)2 min后,A、B、C的物质的量不再随时间的变化而变化,说明在这个条件下,反应已达到了 状态。?
解析:由图可知,A和B物质的量减少,为反应物,C的物质的量增加,为生成物,A、B、C变化的物质的量之比为2∶1∶2,化学方程式为2A(g)+B(g)2C(g)。因为体积未知,不能计算反应物或生成物的浓度,故无法用浓度的变化来表示其反应速率;在2 min后,A、B、C物质的量不再随时间而变化,达到化学平衡状态。
答案:(1)A和B C 2A(g)+B(g)2C(g)
(2)不能。体积未知,无法求出浓度变化值
(3)化学平衡
能力提升
10.(2017·浙江湖州期中)将0.1 mol·L-1的FeCl3溶液与0.1 mol·
L-1的KI溶液等体积混合充分反应:2FeCl3+2KI2FeCl2+2KCl+I2,下列能证明该反应存在一定的反应限度的是( C )
A.溶液中能检测到Fe2+ B.溶液中能检测到I2
C.溶液中能检测到Fe3+ D.溶液中能检测到Cl-
解析:将0.1 mol·L-1的FeCl3溶液与0.1 mol·L-1的KI溶液等体积混合充分反应:2FeCl3+2KI2FeCl2+2KCl+I2,则两种反应物按1∶1投入,又按1∶1反应,所以只要能检验出Fe3+或者I-剩余,即可证明该反应存在一定的反应限度,故选C。
11.(2017·河北唐山开滦一中期中)在373 K时,密闭容器中充入一定量的NO2和SO2,发生如下反应:NO2+SO2NO+SO3,平衡时,下列叙述正确的是( C )
①NO和SO3的物质的量一定相等
②NO2和SO2的物质的量一定相等
③体系中的总物质的量一定等于反应开始时总物质的量
④SO2、NO2、NO、SO3的物质的量一定相等
A.①和② B.②和③
C.①和③ D.③和④
解析:①根据方程式,因为NO和SO3的物质的量之比为1∶1,所以NO和SO3的物质的量一直相等,正确;②平衡时NO2和SO2的物质的量不变,不一定相等,其平衡时NO2和SO2的物质的量与起始投料量有关,错误;③两边气体的计量数相等,所以体系中的总物质的量一定等于反应开始时总物质的量,正确;④SO2、NO2、NO、SO3的物质的量不变,但不一定相等,错误。
12.一定温度下,反应N2O4(g)2NO2(g)的焓变为ΔH。现将1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中,下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是( D )
A.①② B.②④ C.③④ D.①④
解析:因反应容器保持恒压,所以容器体积随反应进行而不断变化,结合ρ气=可知,气体密度不再变化,说明容器体积不再变化,即气体的物质的量不再变化,反应达到平衡状态,①符合题意;无论是否达平衡状态,反应的ΔH都不变,②不符合题意;反应开始时,加入1 mol N2O4,随着反应的进行,N2O4的浓度逐渐变小,故v正(N2O4)逐渐变小,直至达到平衡,③不符合题意;N2O4的转化率不再变化,说明N2O4的浓度不再变化,反应达到平衡状态,④符合题意。
13.(2017·河南郑州八校联考)按要求填写下列空白:
(1)将10 mol A和S mol B充入S L密闭容器中,某温度下发生反应:3A+B2C(A、B、C均为气体),在最初2 s内,v(A)为0.6 mol/ (L·s)。则在2 s时,B的物质的量浓度为 ,C的体积分数为 。?
(2)某同学为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化,他在100 mL 1.0 mol/L盐酸中加入足量的锌粉,用排水集气法收集反应放出的氢气(气体体积已折算为标准状况),实验记录如表(累计值)
时间/min
1
2
3
4
5
氢气体积/mL
50
120
232
290
310
①哪一时间段(0～1 min、1～2 min、2～3 min、3～4 min、4～5 min)反应速率最慢? ,原因是 。?
②求2～3 min时间段内以盐酸的浓度变化表示的该反应的反应速率
(忽略溶液体积的变化)。?
③为了减缓反应速率而又不减少产生氢气的量,该同学在盐酸中分别加入等体积的下列溶液:
A.蒸馏水 B.NaCl溶液 C.0.5 mol/L盐酸
你认为可行的是 (填序号)。?
解析:(1)依据化学平衡三段式列式计算,在最初2 s内,v(A)为 0.6 mol/(L·s)。则在2 s时,消耗A的物质的量=0.6 mol/(L·s)× S L×2 s=1.2S mol
3A(g) + B(g) 2C(g)
起始量(mol) 10 S 0
变化量(mol) 1.2S 0.4S 0.8S
2s量(mol) 10-1.2S 0.6S 0.8S
B的物质的量浓度c(B)==mol/L=0.6 mol/L,
相同条件下,体积之比等于物质的量之比,C的体积分数=×
100%=×100%=×100%。
(2)①0～1 min、1～2 min、2～3 min、3～4 min、4～5 min,各时间段的气体体积分别为50 mL、70 mL、112 mL、58 mL、20 mL,由此看出2～3 min收集的氢气比其他时间段多,虽然反应中c(H+)下降,但Zn置换H2的反应是放热反应,温度升高,4～5 min收集的氢气最少,虽然反应中放热,但主要原因是c(H+)下降,反应物浓度越低,反应速率越小。
②在2～3 min时间段内,气体体积为112 mL,n(H2)==0.005 mol,由2HCl～H2得,消耗盐酸的物质的量为0.01 mol,
则v(HCl)==0.1 mol/(L·min)。
③加入蒸馏水,盐的浓度减小,反应速率减小,H+的物质的量不变,氢气的量也不变,A正确;加入氯化钠溶液,减小盐酸的浓度,反应速率减小,H+的物质的量不变,氢气的量也不变,B正确;加入0.5 mol/L盐酸,浓度小于1.0 mol/L盐酸,相当于稀释,反应速率减小,增加氢离子,增加氢气的量,即不减少产生氢气的量,C正确。
答案:(1)0.6 mol/L ×100%
(2)①4～5 min 4～5 min时H+浓度小(或酸的浓度小)
②0.1 mol/(L·min) ③ABC
14.(2017·湖北荆州中学月考)在一定温度下,体积为2 L的密闭容器中,NO2和N2O4之间发生反应:
2NO2(g)(红棕色)N2O4(g)(无色),如图所示。
(1)曲线 (填“X”或“Y”)表示NO2的物质的量随时间的变化曲线。?
(2)若降低温度,则v(正) ,v(逆) (填“加快”“减慢”或“不变”)。?
(3)若上述反应在甲、乙两个相同容器内同时进行,分别测得甲中v(NO2)=0.3 mol/(L·s),乙中v(N2O4)=6 mol/(L·min),则 中反应更快。?
(4)在0到3 min内N2O4的反应速率为 。?
(5)下列叙述能说明该反应已达到化学平衡状态的是(填标号) 。?
A.v(NO2)=2v(N2O4)
B.容器内压强不再发生变化
C.X的体积分数不再发生变化
D.容器内气体原子总数不再发生变化
E.相同时间内消耗n mol的Y的同时生成2n mol的X
F.相同时间内消耗n mol的Y的同时消耗2n mol的X
解析:(1)由方程式2NO2(g)(红棕色)N2O4(g)(无色),可知反应中NO2的物质的量变化较大,则X表示NO2的物质的量随时间的变化曲线。
(2)温度降低,正、逆反应速率都减慢。
(3)分别测得甲中v(NO2)=0.3 mol/(L·s),乙中v(N2O4)=6 mol/(L·
min),v(NO2)=2v(N2O4)=2×6 mol/(L·min)=0.2 mol/(L·s),则甲反应较快。
(4)v(N2O4)==0.05 mol/(L·min)。
(5)A项,v(NO2)=2v(N2O4),未体现正与逆的关系,错误;B项,容器内压强不再发生变化,说明达到平衡状态,正确;C项,X的体积分数不再发生变化,说明达到平衡状态,正确;D项,从反应发生容器中气体原子总数就不变,所以不能作达到平衡状态的标志,错误;E项,只要反应发生就符合相同时间内消耗n mol的Y的同时生成2n mol的X,所以不一定达到平衡状态,错误;F项,相同时间内消耗n mol的Y的同时消耗2n mol的X,说明达到平衡状态,正确。
答案:(1)X (2)减慢 减慢 (3)甲
(4)0.05 mol/(L·min) (5)BCF
第二节 化学能与电能
第1课时 化学能转化为电能
(时间:40分钟)
选题表
知识点
题号
原电池原理
4,8,9,11,12
原电池的构成与设计
1,2,3,7
原电池的原理应用
5,14
综合
6,10,13
基础过关
1.下列反应能设计成原电池的是( A )
A.Cu与Cl2的燃烧反应
B.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应
C.灼热的炭与CO2反应
D.氢氧化钠溶液与稀盐酸反应
解析:理论上属于放热反应的氧化还原反应都能设计为原电池,B、D不属于氧化还原反应,没有电子转移,C属于吸热反应,没有能量释放。
2.(2016·广西桂林期末)利用化学反应Fe+CuSO4FeSO4+Cu设计原电池,下列有关描述正确的是( D )
A.Fe为正极
B.Cu为负极
C.负极发生还原反应
D.电解质溶液是CuSO4溶液
解析:根据金属活动性顺序表知,铁比铜活泼,结合原电池原理知,铁作负极,铜作正极,负极上电极材料失电子变成离子进入溶液,发生氧化反应,正极上,溶液中铜离子得电子生成铜单质,发生还原反应,电解质溶液是CuSO4溶液,故A、B、C错误,D正确。
3.(2017·广西钦州期中)有甲、乙两位同学,他们一起做了水果电池的实验,测得的数据如下表:
实验序号
电极材料
水果品种
电极间距/cm
电压/mV
1
锌
铜
菠萝
3
900
2
锌
铝
菠萝
3
650
3
锌
铝
苹果
3
450
下列叙述中不正确的是( D )
A.实验1中锌为负极,电子由锌经导线流向铜
B.实验2中铝为负极,铝失去电子,电流由锌经导线流向铝
C.实验3中铝为负极,电极反应为Al-3e-Al3+
D.水果电池的电压只跟水果的品种有关
解析:水果电池的电压跟水果的种类、电极材料有关。
4.(2017·浙江湖州期中)如图是某同学学习原电池后整理的学习笔记,错误的是( B )
A.①电子流动方向 B.②电流方向
C.③电极反应 D.④溶液中离子移动方向
解析:锌为负极,铜为正极,电子由锌片流向铜片,A正确;电流与电子运动方向相反,则电流由铜片经导线流向锌片,B错误;锌失电子生成锌离子,H+在铜片上得电子被还原生成H2逸出,C正确;原电池工作时,阴离子移向负极,阳离子移向正极,D正确。
5.(2016·广东清远期末)如图所示的装置中,金属a能从酸中置换出H2,b为碳棒,关于此装置的各种叙述中不正确的是( B )
A.碳棒上有气体放出,溶液pH变大
B.a是正极,b是负极
C.导线中有电子流动,电子从a极到b极
D.a极上发生了氧化反应
解析:金属a能从酸中置换出H2,b为碳棒,则a属于氢之前的金属,该装置构成原电池,a为负极、b为正极。碳棒上氢离子得电子生成氢气,溶液中氢离子浓度减小,溶液的pH增大,A正确;通过以上分析知,a是负极、b是正极,B不正确;该装置构成原电池,电子从负极a沿导线流向正极b,C正确;a电极上金属失电子发生氧化反应,D正确。
6.(2017·湖南娄底期中)下面是某同学做完铜—锌—硫酸原电池的实验后得出的结论和认识,正确的是( D )
A.构成原电池的正极和负极的材料必须是两种金属
B.在该原电池中,铜作负极
C.电子通过硫酸溶液由锌流向铜,在铜电极上被氢离子得到而放出 氢气
D.铜、锌原电池工作时,若有13 g锌溶解,则电路中就有0.4 mol 电子通过
解析:构成原电池正、负极的材料不一定是两种金属,可能是金属和导电的非金属,如石墨,A错误;锌比铜活泼,锌为负极,铜为正极,B错误;电子只能经过外电路,溶液中由离子定向移动导电,C错误;铜、锌原电池工作时,若有13 g锌被溶解,电路中通过的电子=×2= 0.4 mol,D正确。
7.(2016·福建三明期末)根据反应:2Ag++Cu Cu2++2Ag,设计如图所示原电池,下列说法错误的是( B )
A.X可以是银或石墨
B.Y是硫酸铜溶液
C.电子从铜电极经外电路流向X电极
D.X极发生还原反应
解析:铜为负极,电极X的材料是Ag或石墨,为原电池的正极,A正确;Y为硝酸银溶液,Ag+被还原,为正极反应,B错误;原电池工作时,电子从负极(铜)经外电路流向X电极(银或石墨),C正确;X为正极,发生还原反应生成银,D正确。
8.(2017·河南天一大联考)如图装置中,“→”表示电子的移动方向。则电极材料A、B分别可能是( C )
A.石墨、石墨 B.Cu、Al
C.Mg、石墨 D.Ag、Zn
解析:根据电子的移动方向可知A是原电池的负极,石墨与稀硫酸不反应,A错误;Al比Cu活泼,故Al是负极,与题意不符,B错误;Mg能与稀硫酸发生反应,Mg作负极,失去电子,电子沿导线流向石墨,C正确;Zn比Ag活泼,Zn作负极,与题意不符,D错误。
9.(2017·北京宣武区检测)由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。
装置
现象
二价金属A不断溶解
C的质量增加
A上有气体产生
根据实验现象回答下列问题:
(1)装置甲中负极的电极反应式是 。?
(2)装置乙中正极的电极反应式是 。?
(3)装置丙中溶液的pH (填“变大”“变小”或“不变”)。?
(4)四种金属活泼性由强到弱的顺序是 。?
解析:甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理,甲中A不断溶解,则A为负极、B为正极,活泼性A>B;乙中C极增重,即析出Cu,则B为负极,活泼性B>C;丙中A上有气体即H2产生,则A为正极,活泼性D>A,随着H+的消耗,pH变大。
答案:(1)A-2e-A2+ (2)Cu2++2e-Cu
(3)变大 (4)D>A>B>C
10.给你提供纯锌片、纯铜片和500 mL 0.2 mol/L的H2SO4溶液、导线、1 000 mL量筒。试用如图装置来测定锌和稀硫酸反应时在某段时间内通过导线的电子的物质的量。
(1)如图所示,装置气密性良好,且 1 000 mL 量筒中已充满了水,则开始实验时,首先要 。?
(2)a 电极材料为 ,电极反应式为 ,?
b电极材料为 ,电极反应式为 。?
(3)当量筒中收集672 mL气体时(已折算到标准状况下),通过导线的电子的物质的量为 , 极(填“a”或“b”)质量减少 g。?
解析:(1)根据图示装置,要想求得电子转移的量,需要设计成锌、铜、稀硫酸原电池,量取金属锌和硫酸反应产生氢气的体积,根据原电池的构成条件,首先要用导线把a、b两电极连接起来。
(2)锌、铜、稀硫酸原电池中,纯锌片是负极,电极反应:Zn-2e-Zn2+;纯铜片是正极,该极上电极反应为2H++2e-H2↑。
(3)正极上电极反应为2H++2e-H2↑,当量筒中收集到672 mL即标准状况下0.03 mol氢气时,转移电子是0.06 mol,纯锌片是负极,根据电极反应:Zn-2e-Zn2+,当转移电子0.06 mol时,减少的锌(a)是 0.03 mol,质量是 0.03 mol×65 g/mol=1.95 g。
答案:(1)用导线把a、b两电极连接起来
(2)纯锌片 Zn-2e-Zn2+ 纯铜片 2H++2e-H2↑ (3)0.06 mol a 1.95
能力提升
11.(2017·河南信阳质检)分析如图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是( B )
A.①②中Mg作负极,③④中Fe作负极
B.②中Mg作正极,电极反应式为6H2O+6e-6OH-+3H2↑
C.③中Fe作负极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+
D.④中Cu作正极,电极反应式为2H++2e-H2↑
解析:②中Mg不与NaOH溶液反应,而Al能和NaOH溶液反应失去电子,故Al是负极;③中Fe在浓硝酸中钝化,Cu和浓硝酸反应失去电子作负极,A、C错误;②中电池总反应为2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑,负极反应式为2Al+8OH--6e-2Al+4H2O,两者相减得到正极反应式为6H2O+6e-6OH-+3H2↑,B正确;④中Cu是正极,电极反应式为O2+
2H2O+4e-4OH-,D错误。
12.(2016·湖北随州期末)如图所示是Zn和Cu形成的原电池,某实验兴趣小组做完实验后,在读书卡上的记录如下,则卡片上的描述合理的是( B )
实验后的记录:
①Cu为负极,Zn为正极
②Cu极上有气泡产生,发生还原反应
③S向Cu极移动
④若有0.5 mol电子流经导线,则可产生0.25 mol气体
⑤电子的流向是Cu→Zn
⑥正极反应式:Cu-2e-Cu2+,发生氧化反应
A.①②③ B.②④
C.②③④ D.④⑤⑥
解析:该原电池中,Zn为负极,Cu为正极,电子由Zn电极经导线流向Cu电极,铜电极上电极反应为2H++2e-H2↑,发生还原反应,故①⑤⑥错误,②正确。硫酸根离子向负极锌移动,若有0.5 mol电子流经导线,则可产生气体的物质的量==0.25 mol,故④正确,③错误。
13.(2016·山东聊城期末)有甲、乙两位学生分别利用如图A、B装置的原电池反应检测金属的活动性顺序。
(1)A装置中,正极是 极,负极是 极,B装置中,正极是 极,负极是 极。?
(2)A装置中正极的电极反应式: ;?
A装置中总反应的反应方程式: 。?
(3)B装置中负极的电极反应式: ; ?
B装置中总反应的反应方程式: 。?
(4)由此实验,可得到关于三种金属的活动性强弱的顺序是 。?
解析:(1)A装置中,铝比铁活泼,所以正极是铁,负极是铝;B装置中,镁比铝活泼,所以正极是铝,负极是镁。
(2)A装置中,铁为正极,正极是H+得电子发生还原反应,电极反应式为2H++2e-H2↑,负极是铝失电子发生氧化反应,电极反应式为Al- 3e-Al3+,总反应为2Al+6H+2Al3++3H2↑。
(3)B装置中,镁比铝活泼,所以正极是铝,得电子发生还原反应,电极反应式为2H++2e-H2↑,负极是镁失电子发生氧化反应,电极反应式为Mg-2e-Mg2+,总反应为Mg+2H+Mg2++H2↑。
(4)由此实验,可得到关于三种金属的活动性强弱的顺序是Mg>Al>Fe。
答案:(1)铁 铝 铝 镁 (2)2H++2e-H2↑
2Al+6H+2Al3++3H2↑ (3)Mg-2e-Mg2+ Mg+2H+Mg2++H2↑ (4)Mg>Al>Fe
14.(2017·广西钦州期中)如图所示,组成一种原电池。试回答下列问题(灯泡功率合适):
(1)电解质溶液为稀硫酸时,灯泡 (填“亮”或“不亮”,填“亮”做a题,填“不亮”做b题)。?
a.若灯泡亮,则Mg电极上发生的反应为?
;Al电极上发生的反应为 。?
b.若灯泡不亮,其理由为 。?
(2)电解质溶液为NaOH溶液时,灯泡 (填“亮”或“不亮”,填“亮”做a题,填“不亮”做b题)。?
a.若灯泡亮,Al电极上发生的反应为?
。?
b.若灯泡不亮,其理由为?
。?
解析:(1)因为两电极金属的活泼性不同且相连,Mg与稀硫酸反应,符合原电池的形成条件,所以灯泡发亮。
(2)Al与NaOH溶液反应:2Al+2OH-+2H2O2Al+3H2↑,所以也符合原电池的条件,负极为Al,失电子,由方程式可知2 mol Al失6 mol 电子,生成2 mol Al,因为是碱性溶液,所以用OH-、H2O配平即可。
答案:(1)亮 a.Mg-2e-M 2H++2e-H2↑
(2)亮 a.Al+4OH--3e-Al+2H2O
第2课时 发展中的化学电源
(时间:40分钟)
选题表
知识点
题号
常见化学电源
1,2,4,7
新型化学电源
3,5,6
原电池原理及反应式书写
8,9,11,12
综合
10,13,14
基础过关
1.(2017·河南信阳期中)电子计算器所用纽扣电池的两极材料为锌和氧化银,电解质溶液为KOH溶液,其电极反应是Zn+2OH--2e- Zn(OH)2、Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-,下列判断正确的是( B )
A.锌为正极,Ag2O为负极
B.锌为负极,Ag2O为正极
C.原电池工作时,溶液中OH-移向正极
D.原电池工作时,溶液中电子由负极流向正极
解析:根据化合价变化可知Zn被氧化,应为原电池的负极,则正极为Ag2O,A错误,B正确;原电池工作时,溶液中的阴离子向负极移动,C错误;原电池工作时,电子从负极流出经导线流向正极,不能进入溶液,D错误。
2.(2016·北大附中月考)如图是氢氧燃料电池构造示意图。关于该电池的说法不正确的是( B )
A.a极是负极
B.正极的电极反应是O2+2H2O+4e-4OH-
C.电流由b通过灯泡流向a
D.氢氧燃料电池是环保电池
解析:氢氧燃料电池中,H2在负极a上被氧化,O2在正极b上被还原,电流由正极通过灯泡流向a,故A、C正确;由于电解质溶液为酸性,故正极的电极反应为O2+4H++4e-2H2O,B不正确;该电池的总反应为2H2+ O22H2O,属于环保电池,D正确。
3.2016年10月17日“神舟十一号”飞船发射成功,宇宙飞船的能量部分来自太阳能电池,另外内部还配有高效的燃料电池,该电池可同时供应电和水蒸气,所用燃料为氢气,电解质为熔融的碳酸钾,已知该电池的总反应为2H2+O22H2O,负极反应为H2+C-2e-CO2+H2O,则下列推断中,正确的是( A )
A.电池工作时,C向负极移动
B.电池放电时,外电路电子由通氧气的正极流向通氢气的负极
C.正极的电极反应:4OH--4e-O2↑+2H2O
D.通氧气的电极为阳极,发生氧化反应
解析:电池放电时,电解质中阴离子向负极移动、阳离子向正极移动,所以C向负极移动,A正确;原电池放电时,电子从负极沿导线流向正极,即电子从通入氢气的负极沿导线流向通入氧气的正极,B错误;正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子,电极反应式为O2+2CO2+4e-2C,C错误;通入氧气的电极是正极,正极上得电子发生还原反应,D错误。
4.(2017·广东东莞四校联考)燃料电池是一种新型电池,它主要是利用燃料燃烧原理把化学能直接转化为电能,当以30%KOH溶液为电解质溶液,电极反应如下:2H2+4OH--4e-4H2O,O2+2H2O+4e-4OH-。据此作出判断,下列说法中不正确的是( A )
A.反应时负极附近pH增大
B.电池总反应为2H2+O22H2O
C.O2在正极发生还原反应
D.工作时OH-向负极移动
解析:根据负极反应:2H2+4OH--4e-4H2O,消耗氢氧根离子,所以反应时负极附近pH减小,A不正确;电池总反应为2H2+O22H2O,B正确;由电极反应式可知,通入氧气的一极为电池的正极,发生还原反应,C正确;原电池中阴离子向负极移动,所以工作时OH-向负极移动,D正确。
5.(2016·河南濮阳期末)MgH2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器,该电池以海水为电解质溶液,示意图如下。该电池工作时,下列说法正确的是( C )
A.Mg电极是该电池的正极
B.H2O2在石墨电极上发生氧化反应
C.石墨电极附近溶液的pH增大
D.溶液中Cl-向正极移动
解析:原电池的负极被氧化,Mg为负极,A错误;H2O2作为氧化剂,在石墨上被还原为OH-,发生还原反应,石墨电极附近溶液碱性增强,pH增大,B错误,C正确;溶液中Cl-应向负极移动,D错误。
6.(2017·江西赣州十四县市联考)为体现节能减排的理念,中国研制出了新型固态氧化物燃料电池,该电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是( A )
A.电子从b极经导线流向a极
B.正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-
C.还可以选用NaOH固体作固态电解质
D.若反应中转移1 mol电子,则生成22.4 L(标准状况)CO2
解析:根据电池的工作原理可知b极为负极,a极为正极,故电子应从b极经导线流向a极,故A正确;该电池中没有H2O、OH-,故B、C错误;由CO+O2--2e-CO2知,转移1 mol电子,生成0.5 mol CO2,其体积为11.2 L(标准状况),D错误。
7.下列关于化学能转化为电能的四种装置的说法正确的是( D )
A.电池Ⅰ中锌是正极
B.电池Ⅱ是一次电池
C.电池Ⅲ工作时,氢气发生还原反应
D.电池Ⅳ工作时,电子由锌通过导线流向碳棒
解析:A项,电池Ⅰ中锌的活泼性大于铜,所以锌作负极;B项,铅蓄电池是可充、放电电池,所以为二次电池;C项,在氢氧燃料电池中,H2失去电子发生氧化反应。
8.燃料电池是目前电池研究的热点之一。现有某课外小组自制的甲烷燃料电池,如图所示,a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是( B )
A.a极是负极,该电极上发生氧化反应
B.b极反应是O2+4OH--4e-2H2O
C.总反应方程式为CH4+2O2+2KOHK2CO3+3H2O
D.甲烷燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
解析:a极通CH4为负极,电极反应为CH4+10OH--8e-C+7H2O,发生氧化反应,A正确;B项,b极通O2为正极,电极反应为2O2+4H2O+8e- 8OH-,B不正确;正、负极电极反应式相加得总反应为CH4+2O2+2KOHK2CO3+3H2O,C正确;D项,甲烷燃料电池的能量高,且产物为水和盐,对环境无污染,故是具有应用前景的绿色电源。
9.(2016·江西樟树模拟)MgAgCl电池是一种用海水激活的一次电池,在军事上用作电动鱼雷的电源。电池的总反应可表示为Mg+2AgCl MgCl2+2Ag。下列关于该电池的说法错误的是( C )
A.该电池工作时,正极反应为2AgCl+2e-2Cl-+2Ag
B.镁电极作该电池负极,负极反应为Mg-2e-Mg2+
C.有24 g Mg被氧化时,可还原得到108 g Ag
D.装备该电池的鱼雷在水中行进时,海水作为电解质溶液
解析:由电池反应方程式看出,Mg是还原剂、AgCl是氧化剂,故金属Mg作负极,正极反应为2AgCl+2e-2Cl-+2Ag,故A正确;金属Mg作负极,其电极反应式为Mg-2e-Mg2+,故B正确;电极反应式Mg-2e- Mg2+,24 g Mg即1 mol被氧化时,转移电子是2 mol,正极反应为2AgCl+2e-2Cl-+2Ag,可还原得到216 g Ag,故C错误;因为该电池能被海水激活,海水可以作为电解质溶液,故D正确。
10.(2017·山西太原期中)英国一家公司正在研发全球首款“充一次电,用七天”的碱性氢氧燃料手机电池。如图为碱性氢氧燃料电池结构示意图。
请回答下列问题。
(1)电池是将化学能直接转化为 能的装置。?
(2)氢氧燃料电池中发生反应的化学方程式是 。?
作为碱性氢氧燃料电池,该电池的电解质溶液可以是 。?
(3)b电极上的反应为 ,?
则该电极为电池的 极,从氧化还原角度分析,该反应属于 反应。?
(4)氢氧燃料电池与普通电池相比,其优点是 ?
(答出一点即可)。但作为手机电池,长时间使用时,会感觉手机发烫,这是因为有一部分能量转化为 能,所以它还需要解决一些问题,如:手机壳必须多开一个排气孔,可能的原因是 。?
解析:(1)燃料电池是将化学能转化成电能的装置。
(2)碱性氢氧燃料电池中的电解质溶液一般是KOH溶液,电池总反应是氢气与氧气反应生成水,反应方程式为2H2+O22H2O。
(3)正极充入氧气,则b电极上氧气得电子发生还原反应,电极反应式:2H2O+O2+4e-4OH-。
(4)氢氧燃料电池的产物是水,与普通电池相比,无污染,还能循环再利用;手机电池长时间使用时会感觉手机发烫,是因为有一部分能量转化为热能,因此手机壳必须多开一个排气孔,可能的原因是有利于水蒸气的散发。
答案:(1)电
(2)2H2+O22H2O KOH溶液
(3)2H2O+O2+4e-4OH- 正 还原
(4)无污染 热 有利于水蒸气的散发
能力提升
11.(2016·河南周口期末)微生物燃料电池因具有原料广泛、操作条件温和、清洁高效和资源利用率高、无污染等特点而被人们所重视。以用葡萄糖作底物的燃料电池为例,其正、负极反应式如下:
正极反应:6O2+24H++24e-12H2O
负极反应:C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+
则有关该电池的下列说法正确的是( D )
A.该电池的工作环境是高温条件
B.作为负极的葡萄糖(C6H12O6)在变化中失去电子,被还原
C.该电池的电解质溶液是强酸性溶液,如浓硫酸或硝酸等
D.该电池的总反应为C6H12O6+6O26CO2+6H2O
解析:该电池是微生物燃料电池,反应条件温和,所以不需高温条件,A错误;C元素的化合价升高,则葡萄糖在反应中失去电子被氧化,B错误;浓硫酸能和有机物发生脱水反应,电池的电解质溶液不能是浓硫酸,C错误;将正、负极反应式相加即可得总反应方程式:C6H12O6+ 6O26CO2+6H2O,D正确。
12.(2017·山西怀仁一中月考)由NO2、O2,熔融盐组成的燃料电池如图所示,在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y,下列有关说法正确的是( C )
A.石墨Ⅰ极为正极,石墨Ⅱ极为负极
B.Y的化学式为NO
C.石墨Ⅰ极的电极反应式为NO2+N-e-N2O5
D.石墨Ⅱ极上发生氧化反应
解析:燃料电池中通氧气的为正极,通燃料的为负极,则石墨Ⅰ极为负极,石墨Ⅱ极为正极,A错误;NO2中氮元素的化合价为+4价,反应后化合价升高,所以Y的化学式为N2O5,B错误;负极上NO2失电子生成N2O5,则石墨Ⅰ极的电极反应式为NO2+N-e-N2O5,C正确;石墨Ⅱ极为氧气得电子发生还原反应,D错误。
13.(2017·浙江湖州期中)有X、Y、Z、W四种短周期元素,它们的核电荷数依次增大。只有Z是金属元素,X最外层只有一个电子,Y和W元素原子的最外层电子数相同,且Y元素原子L层电子数是K层电子数的3倍,Z元素原子的最外层电子数是W元素原子最外层电子数的一半。请回答:
(1)Z是 (填元素符号),W的原子结构示意图为 。?
(2)写出两种仅由X、Y两种元素的原子形成的10电子微粒的符号: 。?
(3)将X的单质气体与Y的单质气体间的反应设计成原电池反应,简易装置如图所示。A处通入的气体为 ,B处气体发生反应的电极反应式为 。?
解析:(1)有X、Y、Z、W四种短周期元素,它们的核电荷数依次增大,X最外层只有一个电子,X不是金属元素,X为H,Y元素原子L层电子数是K层电子数的3倍,则Y为O元素;W和Y元素原子的最外层电子数相同,则W为S;Z元素原子的最外层电子数是W元素原子最外层电子数的一半,则Z为B或Al,又Z是金属元素且核电荷数大于O,则Z只能为Al,W为S,核外电子分三层排布,分别为2、8、6,原子结构示意图为。
(2)X、Y分别为H、O,形成的氢化物H2O含有10个电子,形成的OH-含有10个电子。
(3)根据电子的流向,A处电子流出,为负极,发生氧化反应,所以A处通入的气体为H2,氧气具有氧化性,通入氧气的一极为原电池的正极,正极发生还原反应,电极方程式为O2+4e-+4H+2H2O。
答案:(1)Al (2)H2O、OH-
(3)H2 O2+4e-+4H+2H2O
14.化学电池在通信、交通及日常生活中有着广泛的应用。
Ⅰ.(1)锌锰干电池的基本构造如图。锌锰干电池工作时,电路中每通过0.2 mol e-,负极质量减少 g;工作时N在正极放电产生两种气体,其中一种气体分子是含10e-的微粒,正极的电极反应式是 。?
(2)关于该电池的使用和性能,说法正确的是 。?
A.该电池可充电后反复使用
B.该电池可用于闹钟、收音机、照相机等
C.该电池使用后能投入火中,也可投入池塘中
D.该电池长时间连续工作后,糊状物可能流出,腐蚀用电器
Ⅱ.(3)目前常用的镍(Ni)镉(Cd)电池,其电池总反应可表示为Cd+2NiO(OH)+2H2O2Ni(OH)2+Cd(OH)2,已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水但能溶于酸。以下说法正确的是 。?
A.以上反应是可逆反应
B.反应环境为碱性
C.电池放电时Cd作负极
D.是一种二次电池
Ⅲ.(4)锂电池锂的摩尔质量小而比容量特别大,但是锂电池中的电解质溶液需用非水溶剂配制,为什么这种电池不能使用电解质的水溶液?请用化学方程式表示其原因:?
。?
解析:(1)锌锰干电池的负极是锌,正极为石墨棒,电解质为氯化铵,负极发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,根据电极反应式可知,电路中每通过0.2 mol e-,消耗0.1 mol Zn,质量为0.1 mol×65 g/ mol=6.5 g。正极发生还原反应,工作时N在正极放电,产生两种气体,其中一种气体分子是含10e-的微粒,应为NH3,电极反应式为2N+ 2e-2NH3+H2。
(2)该电池是一次性电池,不能反复使用,故A错误;该电池可将化学能转化为电能,能用于闹钟、收音机、照相机等,故B正确;该电池使用后不能投入火中、池塘中,因为电池中的重金属会污染环境,故C错误;该电池长时间连续工作后,糊状物可能流出,腐蚀用电器,故D 正确。
(3)可逆反应的正、逆反应条件是相同的,但充电和放电的条件是不一样的,即以上反应不是可逆反应,故A错误;根据电池产物是氢氧化物,知道反应环境为碱性,故B正确;电池放电时是原电池的工作原理,失电子的一极是负极,即Cd作负极,故C正确;该电池是能连续充放电使用的电池,是一种二次电池,故D正确。
(4)金属锂可以和水之间发生化学反应生成氢氧化锂和氢气:2Li+ 2H2O2LiOH+H2↑,所以不能用含有水的电解质溶液。
答案:(1)6.5 2N+2e-2NH3+H2
(2)BD (3)BCD (4)2Li+2H2O2LiOH+H2↑
