化學反應與能量(45分鐘，100分)第Ⅰ卷(選擇題共42分)一、選擇題：本題共7小題，每小題6分，共42分。每小題只有一個選項符合題意。1．(2020·北京朝陽區(qū)檢測)如圖為氟利昂(如圖CFCl3)破壞臭氧層的反應過程示意圖，下列說法不正確的是(C)A．過程Ⅰ中斷裂C—Cl極性鍵B．過程Ⅱ可表示為O3＋Cl=ClO＋O2C．過程Ⅲ中O＋O=O2是吸熱過程D．上述過程說明氟利昂中氯原子是破壞O3的催化劑[解析]由圖可知，過程Ⅰ中CFCl3在紫外輻射下生成CFCl2和Cl原子，故該過程斷裂C—Cl極性鍵，A正確；過程Ⅱ中Cl原子與O3反應生成O2、ClO，可表示為O3＋Cl=ClO＋O2，B正確；過程Ⅲ中O與O原子結合生成O2，成鍵過程放出熱量，C錯誤；綜合過程Ⅰ～Ⅲ可知，O3被氟利昂中氯原子破壞的過程可表示為2O3eq\o(=,\s\up7([Cl]))3O2，該過程中氯原子起到催化劑作用，D正確。2．(2020·黑龍江鶴崗第一中學高三月考)已知反應A＋B=C＋D的能量變化如圖所示(E1、E2均為正值)，下列說法正確的是(D)A．破壞反應物中的化學鍵所吸收的能量小于形成生成物中化學鍵所放出的能量B．該反應只有在加熱條件下才能進行C．A和B的總能量一定高于C和D的總能量D．該反應吸收的能量為(E1－E2)[解析]根據圖象，反應物能量低于生成物，說明該反應是吸熱反應，所以破壞反應物中的化學鍵所吸收的能量大于形成生成物中化學鍵所放出的能量，故A項錯誤；某些吸熱反應不需要加熱也可以發(fā)生，如氫氧化鋇晶體和銨鹽發(fā)生的吸熱反應，故B項錯誤；根據A的分析可知，該反應是吸熱反應，反應物能量低于生成物能量，故C項錯誤；ΔH＝斷鍵吸收的能量－成鍵放出的能量＝E1－E2，故D項正確。3．(2020·泰州模擬)已知：①C6H12O6(s)=2C2H5OH(l)＋2CO2(g)ΔH1②6CO2(g)＋6H2O(g)=C6H12O6(s)＋6O2(g)ΔH2③2H2O(g)=2H2(g)＋O2(g)ΔH3④2CO2(g)＋6H2(g)=C2H5OH(l)＋3H2O(g)ΔH4下列有關說法正確的是(D)A．H2的燃燒熱為eq\f(ΔH3,2)B．反應①使用催化劑，ΔH1將減小C．標準狀況下，反應②生成1.12LO2，轉移的電子數為0.1×6.02×1023D．2ΔH4＝ΔH1＋ΔH2－6ΔH3[解析]根據③2H2O(g)=2H2(g)＋O2(g)ΔH3，則2molH2完全燃燒生成液態(tài)水放出的熱量大于ΔH3，所以氫氣的燃燒熱大于eq\f(ΔH3,2)，選項A錯誤；催化劑不能改變反應的焓變，選項B錯誤；反應②每生成6molO2轉移24mol電子，則標準狀況下，反應②生成1.12LO2，轉移的電子數為0.2×6.02×1023，選項C錯誤；根據蓋斯定律，由①＋②－6×③得反應4CO2(g)＋12H2(g)=2C2H5OH(l)＋6H2O(g)，則2ΔH4＝ΔH1＋ΔH2－6ΔH3，選項D正確。4．(2019·北京順義區(qū)二模)某實驗小組探究鋁片作電極材料時的原電池反應，實驗如表所示：①②③電流計指針向右偏轉，鎂片、鋁片表面產生無色氣泡電流計指針迅速向右偏轉，逐漸恢復至零，經零刻度后繼續(xù)向左偏轉；鎂片表面開始時無明顯現象，一段時間后有少量氣泡逸出；鋁片表面持續(xù)有氣泡逸出電流計指針向左偏轉。鋁片表面有氣泡逸出，銅片表面沒有明顯現象；約3分鐘后，銅片表面有少量氣泡產生，鋁片表面氣泡略有減少注：電流計指針的偏轉方向為電子的流動方向。下列說法不正確的是(C)A．實驗①中，鎂片作原電池的負極B．實驗②中，初始時的實驗現象對應的原電池反應為2Mg＋O2＋2H2O=2Mg(OH)2C．實驗②中，一段時間后，鋁片發(fā)生的電極反應式為Al－3e－=Al3＋D．鋁片作電極材料時的原電池反應與另一個電極的電極材料、溶液的酸堿性、溶液中溶解的O2等有關[解析]鎂比鋁活潑，故鎂片作原電池負極，A正確。初始時活潑金屬鎂作負極被氧化，生成的氫氧化鎂附著在電極上阻止鎂繼續(xù)反應，使鎂“鈍化”，電流計指針回到零后，鋁作負極，“鈍化”的鎂作正極，電流計指針向著與初始時相反的方向偏轉，B正確。強堿性溶液中，一段時間后鋁片失去電子被氧化為AlOeq\o\al(－,2)：Al－3e－＋4OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O，C錯誤。根據實驗①和②可知，電池反應與溶液酸堿性有關，根據實驗②和③可知，電池反應與電極材料、溶液中溶解的O2有關，溶液中溶解的氧氣較多時，O2在正極發(fā)生反應，煮沸冷卻后的強堿性溶液中不含溶解的氧氣且鋁作負極時溶液中的水在正極發(fā)生反應產生H2，D正確。5．(2020·石家莊模擬)全釩液流儲能電池利用不同價態(tài)離子對的氧化還原反應來實現化學能和電能的相互轉化，充電時，惰性電極M、N分別連接電源的正極和負極。電池工作原理如圖所示，下列說法不正確的是(A)A．充電過程中，N電極附近酸性減弱B．充電過程中，N電極上V3＋被還原為V2＋C．放電過程中，H＋由N電極向M電極移動D．放電過程中，M電極反應為：VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋＋e－=VO2＋＋H2O[解析]充電過程中，N電極是陰極，氫離子移向陰極，故附近酸性增強，A項錯誤；充電過程中，N電極是陰極，發(fā)生反應：V3＋＋e－=V2＋，B項正確；放電過程中，N極是負極，H＋由N電極向M電極移動，C項正確；放電過程中，M電極為正極，反應為VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋＋e－=VO2＋＋H2O，D項正確。6．(2020·河北衡水模擬)科學家研發(fā)出一種新型水溶液鋰電池，采用復合膜包裹的金屬鋰作負極，錳酸鋰(LiMn2O4)作正極，以0.5mol·L－1Li2SO4水溶液作電解質溶液。電池充、放電時，LiMn2O4與Li2Mn2O4可以相互轉化。下列有關該電池的說法正確的是(D)A．該電池放電時，溶液中的SOeq\o\al(2－,4)向電極b移動B．該電池負極的電極反應式為2Li＋2H2O=2LiOH＋H2↑C．電池充電時，外加直流電源的正極與電極a相連D．電池充電時，陽極的電極反應式為Li2Mn2O4－e－=LiMn2O4＋Li＋[解析]根據圖示可知，電極a為金屬Li作負極，電極b為正極，所以電池放電時，溶液中的SOeq\o\al(2－,4)向電池負極a移動，即A錯誤；該電池負極的電極反應式為Li－e－=Li＋，故B錯誤；在給電池充電時，遵循正接正、負接負的原則，所以外加直流電源的正極與該電池的正極b相連，故C錯誤；根據放電、充電時電子轉移的規(guī)律可知，充電時的陽極反應式為放電時正極反應的逆反應，即Li2Mn2O4－e－=LiMn2O4＋Li＋，即D正確。7．(2019·湖北七市調研)如下圖所示，某同學設計了一個燃料電池并探究氯堿工業(yè)原理和粗銅的精煉原理，其中乙裝置中X為陽離子交換膜。下列有關說法正確的是(A)A．反應一段時間后，乙裝置中生成的氫氧化鈉在鐵電極區(qū)B．乙裝置中鐵電極為陰極，電極反應式為Fe－2e－=Fe2＋C．通入氧氣的一極為正極，發(fā)生的電極反應為O2－4e－＋2H2O=4OH－D．反應一段時間后，丙中硫酸銅溶液濃度保持不變[解析]甲裝置為甲醚燃料電池，充入氧氣的一極發(fā)生還原反應，為電極的正極，充入燃料的一極為電池的負極，C項錯誤；乙裝置為電解飽和氯化鈉溶液的裝置，Fe電極為陰極，C極為陽極，陰極上生成H2，陰極區(qū)c(OH－)增大，Na＋透過陽離子交換膜移向陰極區(qū)，A項正確，B項錯誤；丙裝置為電解精煉銅的裝置，精銅為陰極，粗銅為陽極，由于粗銅中的Zn、Fe雜質失電子，故c(CuSO4)減小，D項錯誤。第Ⅱ卷(非選擇題共58分)二、非選擇題：本題包括4小題，共58分8．(14分)(2020·山東濱州檢測)過渡態(tài)理論認為：化學反應并不是通過簡單的碰撞就能完成的，而是從反應物到生成物的過程中經過一個高能量的過渡態(tài)。如圖1是1molNO2與1molCO恰好反應生成CO2和NO過程中的能量變化示意圖。(1)試寫出NO2和CO反應的熱化學方程式：NO2(g)＋CO(g)=NO(g)＋CO2(g)ΔH＝－234kJ·mol－1，該反應的活化能是134kJ·mol－1。(2)在密閉容器中進行的上述反應是可逆反應，則其逆反應的熱化學方程式為NO(g)＋CO2(g)=NO2(g)＋CO(g)ΔH＝＋234kJ·mol－1，該反應的活化能為368kJ·mol－1。(3)圖2是某同學模仿圖1畫出的NO(g)＋CO2(g)=NO2(g)＋CO(g)的能量變化示意圖。則圖中E3＝368kJ·mol－1，E4＝234kJ·mol－1。[解析](1)圖中E1是正反應的活化能，即該反應的活化能為134kJ·mol－1。正反應的活化能和逆反應的活化能之間的能量差即為反應熱。(2)可逆反應中逆反應的反應熱與正反應的反應熱的數值相等，符號相反。(3)E3即該反應的活化能，與E2相等，E4是反應物與生成物的能量之差，即反應熱。9．(14分)短周期元素A、B、C、D在元素周期表中的位置如圖所示，B、D最外層電子數之和為12。ABCD回答下列問題：(1)與元素B、D處于同一主族的第2～5周期元素單質分別與H2反應生成1mol簡單氣態(tài)氫化物對應的熱量變化如下，其中能表示該主族第4周期元素的單質生成1mol簡單氣態(tài)氫化物所對應的熱量變化是b(填序號)。a．吸收99.7kJb．吸收29.7kJc．放出20.6kJd．放出241.8kJ(2)DB2通過下列工藝流程可制化工業(yè)原料H2DB4和清潔能源H2。①查閱資料可得：化學鍵H—HBr—BrH—Br鍵能/(kJ·mol－1)436194362試寫出通常條件下電解槽中發(fā)生總反應的熱化學方程式：2HBr(aq)=H2(g)＋Br2(g)ΔH＝＋94kJ·mol－1。②根據資料：化學式Ag2SO4AgBr溶解度/g0.7968.4×10－6為檢驗分離器的分離效果，取分離后的H2DB4溶液于試管中，向其中逐滴加入AgNO3溶液至充分反應，若觀察到無淡黃色沉淀產生，最終生成白色沉淀，證明分離效果較好。③在原電池中，負極發(fā)生的電極反應式為SO2＋2H2O－2e－=4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)。④在電解過程中，電解槽陰極附近溶液pH變大(填“變大”“變小”或“不變”)。⑤將該工藝流程用總反應的化學方程式表示為：SO2＋2H2O=H2＋H2SO4(不用寫反應條件)。該生產工藝的優(yōu)點有溴被循環(huán)利用(答案合理即可)(答一點即可)。[解析]由短周期元素A、B、C、D在元素周期表中的位置，可知A、B處于第2周期，C、D處于第3周期，B、D同主族，二者原子最外層電子數之和為12，則B為O，D為S，可推知A為N，C為Si。(1)Se與O為同族元素，同主族自上而下元素的非金屬性減弱，單質與氫氣反應的劇烈程度減小，反應熱增大(考慮符號)，故生成1mol硒化氫(H2Se)的反應熱應為＋29.7kJ·mol－1。(2)由工藝流程圖可知，原電池原理為SO2＋Br2＋2H2O=H2SO4＋2HBr，分離出硫酸，再電解HBr的反應為2HBreq\o(=,\s\up7(電解))H2↑＋Br2↑，獲得氫氣，電解得到的溴可循環(huán)利用。①電解槽中電解HBr生成H2與Br2，反應的化學方程式為2HBreq\o(=,\s\up7(電解))H2↑＋Br2↑，由表中數據可知，ΔH＝2×362kJ·mol－1－436kJ·mol－1－194kJ·mol－1＝＋94kJ·mol－1，故熱化學方程式為2HBr(aq)=H2(g)＋Br2(g)ΔH＝＋94kJ·mol－1。②取分離后的硫酸于試管中，向其中逐滴加入AgNO3溶液至充分反應，若觀察到無AgBr淡黃色沉淀產生，最終只生成Ag2SO4白色沉淀，說明分離效果較好。③在原電池中，負極發(fā)生氧化反應，SO2在負極失去電子生成H2SO4，電極反應式為SO2＋2H2O－2e－=4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)。④在電解過程中，電解槽陰極發(fā)生還原反應，電極反應式為2H＋＋2e－=H2↑，H＋濃度降低，溶液pH變大。⑤原電池的總反應為SO2＋Br2＋2H2O=H2SO4＋2HBr，電解池的總反應為2HBreq\o(=,\s\up7(電解))H2↑＋Br2↑，故該工藝流程用總反應的化學方程式表示為SO2＋2H2O=H2SO4＋H2，該生產工藝的優(yōu)點有：溴可以循環(huán)利用，獲得清潔能源氫氣等。10．(14分)(2019·山東日照教學質量聯合檢測)某實驗小組同學利用如圖裝置對電化學原理進行了一系列探究活動。(1)甲池為原電池(填“原電池”或“電解池”)裝置。(2)甲池反應前，兩電極質量相等，一段時間后，兩電極質量相差28g，則導線中通過0.2mol電子。(3)實驗過程中，甲池左側燒杯中NOeq\o\al(－,3)的濃度變大(填“變大”“變小”或“不變”)。(4)其他條件不變，若用U形銅棒代替“鹽橋”，工作一段時間后取出U形銅棒稱量，質量不變(填“變大”“變小”或“不變”)。若乙池中的某鹽溶液是足量AgNO3溶液，則乙池中左側Pt電極的電極反應式為4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，工作一段時間后，若要使乙池溶液恢復到原來的濃度，則可向溶液中加入Ag2O或Ag2CO3(填化學式)。[解析]本題考查電化學原理的應用，涉及簡單計算、電極反應式的書寫等，考查的化學核心素養(yǎng)是科學探究與創(chuàng)新意識、證據推理與模型認知。(1)由題圖可知，甲池是一個把化學能轉化為電能的裝置，是原電池；乙池與原電池相連，是電解池。(2)甲池中的總反應為Cu＋2Ag＋=Cu2＋＋2Ag，設兩電極質量相差28g時，導線中通過xmol電子，則有eq\f(108×2＋64g,28g)＝eq\f(2mol,xmol)，解得x＝0.2。(3)實驗過程中，Cu放電生成Cu2＋，為了保持溶液為電中性，鹽橋中的陰離子NOeq\o\al(－,3)向左側燒杯移動，所以左側燒杯中NOeq\o\al(－,3)濃度變大。(4)若用U形銅棒代替“鹽橋”，則甲池右側燒杯中U形銅棒的質量減小，而左側燒杯中U形銅棒的質量增加，因各電極上轉移的電子數相等，所以U形銅棒減小的質量與增加的質量相等，工作一段時間后取出U形銅棒稱量，質量不變。若乙池中的某鹽溶液是足量AgNO3溶液，因乙池中左側Pt電極連接的是原電池的正極，所以為電解池的陽極，其電極反應式為4OH－－4e－=O2↑＋2H2O；兩個電極均為Pt電極，該電解池的總反應為4AgNO3＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))4Ag＋O2↑＋4HNO3，若要使乙池溶液恢復到原來的濃度，則可向溶液中加入Ag2O或Ag2CO3。11．(16分)(2020·河北衡水檢測)某小組模擬化工生產設計多池串聯裝置，如圖所示。已知：①有種電池雖然也經歷了氧化還原過程，但電池的總反應中并沒有反映出這種變化，其凈的作用僅僅是一種物質從高濃度狀態(tài)向低濃度狀態(tài)的轉移，這一類電池被稱為濃差電池。②甲池左側為100mL的5mol·L－1CuSO4溶液，右側為100mL的1mol·L－1CuSO4溶液。③丁池盛裝200mLCuSO4溶液。回答下列問題：(1)甲池中，SOeq\o\al(2－,4)遷移方向是從左側向右側遷移，丙池中粗銅為陽(填“正”“負”“陰”或“陽”)極。(2)乙池中，鐵電極的電極反應式為Ag＋＋e－=Ag，一段時間后，電解質溶液中c(Ag＋)不變(填“增大”“減小”或“不變”)。(3)一段時間后，丙池中純銅電極質量變化量不等于(填“等于”或“不等于”)粗銅電極質量變化量，理由是粗銅中較活潑的鐵、鋅等雜質先溶解。(4)當甲池停止放電時，丁池中兩電極收集的氣體體積恰好相等。寫出丁池中石墨電極的電極反應式：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，開始時c(CuSO4)＝0.5mol·L－1。(5)若丙池中CuSO4溶液換成100mL飽和食鹽水，粗銅換成石墨。上述裝置工作時氯化鈉恰好完全電解。兩電極收集的氣體體積之和為8.96L(標準狀況)，若溶液體積變化忽略不計，溫度恢復至常溫，將電解后的溶液稀釋至4L，此時溶液的pH為13。[解析]根據濃差電池定義，甲池左側CuSO4溶液濃度較大，為正極，Cu(1)電極上析出銅，右側CuSO4溶液濃度較小，Cu(2)電極銅失去電子變?yōu)镃u2＋，為負極，由此推知，乙池中鐵為陰極，銀為陽極；丙池中，純銅為陰極，粗銅為陽極；丁池中，鉑為陰極，石墨為陽極。(1)甲池中，Cu(1)電極的電極反應式為Cu2＋＋2e－=Cu，Cu(2)電