化学人教版高中必修二（2019年新编）-第六章 化学反应与能量（综合提升）（解析版）.docx

1、 第六章 化学反应与能量综合提升一、选择题(本题共15小题,每小题3分,共45分。在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求)1.可再生能源是我国重要的能源资源,在满足能源需求、改善能源结构、减少环境污染、促进经济发展等方面具有重要作用。应用太阳能光伏发电技术是实现节能减排的一项重要措施。下列有关分析不正确的是()。A.上图是太阳能光伏发电原理图,图中A极为正极B.风能、太阳能、生物质能等属于可再生能源C.推广可再生能源有利于经济可持续发展D.光伏发电能量转化方式是太阳能直接转变为电能答案:A解析:在原电池的外电路中,电流由正极流向负极,由图中的电流方向可判断A极为负极,A错误;风能、太阳

2、能、生物质能在短时间内能形成,属于可再生能源,B正确;推广可再生能源有利于经济可持续发展,C正确;光伏电池发电是将太阳能直接转化为电能,D正确。2.如图所示,E1=393.5 kJ,E2=395.4 kJ,下列说法正确的是()。A.1 mol石墨完全转化为金刚石需吸收1.9 kJ热量B.石墨和金刚石之间的转化是物理变化C.金刚石的稳定性强于石墨D.1 mol金刚石具有的总能量高于1 mol CO2的总能量答案:A解析:石墨转化为金刚石的过程中有旧化学键的断裂也有新化学键的生成,属于化学变化,B项错误;根据图示可知,1mol石墨和1molO2(g)具有的总能量低于1mol金刚石和1molO2(g

3、)具有的总能量,可见1mol石墨的能量低于1mol金刚石的能量,故石墨比金刚石稳定,C项错误;石墨转化为金刚石需吸收的热量=E2-E1=395.4kJ-393.5kJ=1.9kJ,A项正确;由图可知,1mol金刚石和1molO2(g)的总能量高于1molCO2(g)的总能量,D项错误。3.已知密闭容器中进行的合成氨反应为N2+3H22NH3,该反应为放热反应。下列判断正确的是()。A.1 mol N2和3 mol H2的能量之和与2 mol NH3具有的能量相等B.反应过程中同时有1.5 mol HH、3 mol NH断裂时,N2的浓度维持不变C.降低NH3的浓度,正反应速率增大,逆反应速率减

4、小D.当反应速率满足v(N2)v(H2)=13时,反应达到最大限度答案:B解析:合成氨反应为放热反应,反应物总能量高于生成物总能量,A项错误;反应过程中有1.5molHH、3molNH同时断裂时,反应达到平衡,N2的浓度不变,B项正确;降低NH3的浓度,正反应速率不会增大,C项错误;任何时刻都满足v(N2)v(H2)=13,D项错误。4.二氧化碳用不同催化剂催化生成一氧化碳的历程中能量的转化如图所示(吸附在催化剂表面的用“”表示),下列说法错误的是()。A.使用催化剂NiPc需要的条件更高B.COOH经过还原反应得到COC.反应过程中存在极性键的断裂和生成D.相同粒子吸附在不同的催化剂时能量相

5、同答案:D解析:由图可知,使用催化剂NiPc的相对能量更高,需要的条件更高,A项正确;整个过程中,C的化合价下降,故COOH是经过还原反应得到CO,B项正确;CO2转变为COOH存在极性键的生成,COOH转变为CO存在极性键的断裂,C项正确;由图可知,COOH、CO吸附在不同的催化剂时,能量不相同,D项错误。5. 某反应由两步反应ABC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CA与C的能量差为E4DAB反应，反应时一定要加热答案A解析能量越低物质越稳定，三种化合物中C的能量最低，则C最稳定，故A正确；由图像可知，第一步反应为吸热反应，第二步反

6、应为放热反应，故B错误；A与C的能量差HE1E3E2E4，故C错误；AB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，故D错误。6.我国首创的海洋电池以铝板为负极,铂网为正极,海水为电解质溶液,电池总反应为4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3。下列说法不正确的是()。A.正极反应为O2+2H2O+4e-4OH-B.电池工作时,电流由铝电极沿导线流向铂电极C.以网状的铂为正极,可增大其与氧气的接触面积D.该电池通常只需要更换铝板就可继续使用答案:B解析:根据电池总反应可知,铝板作负极,电极反应式为Al+3OH-3e-Al(OH)3,铂网作正极,氧气在正极上发生反应,电极反应

7、式为2H2O+O2+4e-4OH-,故A项正确;原电池工作时,电流由正极铂电极沿导线流向负极铝电极,故B项错误;网状的铂可以增大其与氧气的接触面积,增大反应速率,C项正确;Al作负极,工作时失电子而损耗,故该电池只需更换铝板便可继续使用,D项正确。7.如图是氢氧燃料电池驱动LED发光的装置。下列有关叙述正确的是()。A.氢氧燃料电池中OH-向b极移动B.该装置中只涉及两种形式的能量转化C.电池正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-D.P型半导体连接的是电池负极答案:C解析:由图中电子移动方向可判断a为负极,b为正极,在燃料电池中,阴离子移向负极,故OH-向a极移动,A项错误;该装置中涉及化

8、学能电能光能等形式的能量转化,B项错误;P型半导体连接的是电池正极,D项错误。8.为了探究影响化学反应速率的因素,甲、乙、丙、丁四位学生分别设计了如下四个实验,下列叙述不正确的是()。A.将质量相同、形状相同的镁条和铝条分别与相同浓度的盐酸反应,两者反应速率相等B.在相同条件下,等质量的大理石块和大理石粉分别与相同浓度的盐酸反应,大理石粉反应更快C.将浓硝酸分别放在冷暗处和强光下,发现光照可以加快浓硝酸的分解D.两支试管中分别加入相同质量的氯酸钾,其中一支试管中再加入少量二氧化锰,同时加热两支试管,产生氧气的速率不同答案:A解析:影响化学反应速率的因素有很多,外界因素中除浓度、压强、温度、催化

9、剂等因素外,光、固体颗粒大小、超声波等因素也能影响化学反应速率。A项中由于镁的活动性比铝强,故镁与盐酸反应比铝与盐酸反应要快得多。9.下列描述的化学反应状态,不一定是平衡状态的是()。A.H2(g)+Br2(g)2HBr(g)恒温、恒容下,反应体系中气体的颜色保持不变B.2NO2(g)N2O4(g)恒温、恒容下,反应体系中气体的压强保持不变C.CaCO3(s)CO2(g)+CaO(s)恒温、恒容下,反应体系中气体的密度保持不变D.3H2(g)+N2(g)2NH3(g)反应体系中H2与N2的物质的量之比保持31答案:D解析:A项,该反应体系在恒温、恒容下气体的颜色保持不变,即Br2的百分含量保持

10、不变,反应处于平衡状态;B项,该反应在恒温、恒容下气体的压强保持不变,说明NO2和N2O4的物质的量保持不变,反应处于平衡状态;C项,该反应在恒温、恒容下气体的密度保持不变,说明CO2的质量保持不变,反应处于平衡状态;D项,对于化学反应3H2(g)+N2(g)2NH3(g),如果开始时加入的物质的物质的量之比是n(H2)n(N2)=31的混合气体,或加入的是纯NH3,在反应从开始到化学平衡状态,始终是n(H2)n(N2)=31,因此,n(H2)n(N2)=31的状态不一定是平衡状态。10.Mg-H2O2以NaCl溶液为电解质溶液可以形成高效的原电池,下列说法错误的是()。A.该电池中Na+向负

11、极移动B.该反应正极反应式为H2O2+2e-2OH-C.随着反应的进行,溶液中可以看到白色浑浊D.当电路中转移4 mol的e-时,负极消耗Mg的质量为48 g答案:A解析:在原电池中阳离子移向正极,则Na+应向正极移动,故A错误;中性环境中,正极H2O2得电子发生还原反应,正极反应式为H2O2+2e-2OH-,故B正确;Mg在负极失去电子生成Mg2+,正极H2O2得电子生成OH-,Mg2+结合OH-生成Mg(OH)2白色沉淀,所以随着反应的进行,溶液中可以看到白色浑浊,故C正确;镁作负极失去电子生成Mg2+,正极反应式为Mg-2e-Mg2+,所以当电路中转移4mol的e-时,负极消耗Mg的质量

12、为2mol24gmol-1=48g,故D正确。11. X、Y、Z为三种气体，把a mol X和b mol Y充入一密闭容器中，发生反应X2Y2Z。达到平衡时，若它们的物质的量满足n(X)n(Y)n(Z)，则Y的转化率为()A100% B100%C100% D100%答案B解析设反应达到平衡时消耗Y的物质的量为x mol。则： X2Y2Z起始量/mol a b 0转化量/mol x x平衡量/mol a bx x依题意可得(bx)x，解得x。Y的转化率为100%100%。12.已知分解1 mol H2O2放出热量98 kJ。在含少量I-的溶液中,H2O2分解的机理为:H2O2+I-H2O+IO-

13、慢H2O2+IO-H2O+O2+I-快下列有关该反应的说法正确的是()。A.反应速率与I-浓度有关B.IO-也是该反应的催化剂C.1 mol H2O2中化学键断裂吸收的热量大于98 kJD.v(H2O2)=v(H2O)=v(O2)答案:A解析:H2O2的分解反应主要是由第一个反应决定的,I-浓度越大,反应速率越大,A项正确;根据分解机理可确定该反应的催化剂为I-,而IO-为中间产物,B项错误;根据所给信息无法确定1molH2O2中化学键断裂吸收的能量,C项错误;反应速率关系为v(H2O2)=v(H2O)=2v(O2),D项错误。13.燃料电池是一种新型电池,它主要是利用燃料在燃烧过程中把化学能

14、直接转化为电能,氢氧燃料电池的电极反应如下:X极:O2+2H2O+4e-4OH-Y极:2H2+4OH-4e-4H2O下列判断正确的是()。A.X是正极,X极上发生氧化反应B.该电池可用稀硫酸作为电解质溶液C.供电时Y极附近的酸性减弱D.使用时若生成1 mol H2O则转移2 mol电子答案:D解析:X极上发生还原反应,A不正确;由Y极电极反应式可知,电池应用碱液作电解质溶液,OH-被消耗,酸性增强,B、C都不正确;X、Y两极反应式加和为2H2+O22H2O,每生成1molH2O转移2mol电子,D正确。14.根据反应:2Ag+CuCu2+2Ag,设计如图所示原电池,下列说法错误的是()。A.X

15、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极上的电极反应式为Ag+e-Ag答案:B解析:由题给反应可知Cu为负极,比Cu活动性差的金属或导电的非金属作正极;含Ag+的盐(AgNO3)溶液为电解质溶液。15.将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间,以下叙述正确的是()。两烧杯中铜片表面均无气泡产生甲中铜片是正极,乙中铜片是负极两烧杯中溶液的c(H+)均减小产生气泡的速率甲比乙小甲中SO42-向Zn片移动,H+向Cu片移动乙中电流从Cu片流向Zn片甲、乙两烧杯中Cu片的质量均不变A.B.C.D.答案:B解析:装置甲构成锌铜原电池,装置乙未形成闭合回路,

16、不能构成原电池,只发生Zn与稀硫酸的反应,不能产生电流。甲中Zn为负极,Cu为正极,H+向正极移动,在Cu片表面得电子被还原为H2逸出,SO42-向负极移动。甲、乙两烧杯中都发生反应:Zn+2H+Zn2+H2,故c(H+)减小,铜片均不发生反应,故质量不变。三、非选择题(本题共5小题,共55分)16.(8分)氢气是一种理想的新能源,发展氢能汽车的关键是氢气的制备及储存技术。制备氢气通常有下列方法:电解水制氢2H2O2H2+O2;高温使水分解制氢2H2O2H2+O2;太阳能催化分解水制氢2H2O2H2+O2;天然气制氢CH4+H2OCO+3H2。(1)你认为最为节能的方法是(填序号)。(2)破坏

17、1 mol氢气中的化学键需要吸收436 kJ能量,破坏12 mol氧气中的化学键需要吸收249 kJ的能量,形成水分子(气态)中1 mol HO能够释放463 kJ能量,则由氢气与氧气生成27 g水蒸气放出的热量为 kJ。(3)利用CH4制H2产生的CO可设计燃料电池,其电解质溶液为KOH溶液,电池总反应的离子方程式为2CO+O2+4OH-2CO32-+2H2O,电池负极的电极反应式为,电池工作时,电池正极附近溶液的pH(填“增大”“减小”或“不变”)。答案:(1)(2)361.5(3)CO-2e-+4OH-CO32-+2H2O增大解析:(1)电解、高温获取H2都需要很高能量,而在催化剂作用下

18、利用取之不尽的太阳能来分解H2O获取H2是最为节能的方法。(2)2molH2(g)、1molO2(g)生成H、O原子吸收的总能量=2436kJ+2249kJ=1370kJ,H、O原子生成2molH2O(g)释放的能量=4463kJ=1852kJ,故2molH2与1molO2完全反应生成2molH2O(g)所释放的能量=1852kJ-1370kJ=482kJ,而生成27g(1.5mol)水蒸气释放的能量=1.5mol2mol482kJ=361.5kJ。(3)根据电池反应可知,CO在电池负极失去电子生成CO2,生成的CO2被OH-吸收生成CO32-,故负极的电极反应式为CO+4OH-2e-CO32

19、-+2H2O,O2在正极获得电子生成OH-,电极反应式为12O2+H2O+2e-2OH-,正极产生OH-,所以正极附近溶液的pH增大。17.(10分)经研究知Cu2+对H2O2分解也具有催化作用,为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果,某研究小组的同学分别设计了如图甲、乙所示的实验。回答相关问题。(1)定性分析:如图甲可通过观察,定性比较得出结论。有同学提出将FeCl3改为Fe2(SO4)3更为合理,其理由是,写出H2O2在二氧化锰催化作用下发生反应的化学方程式:。(2)定量分析:如图乙所示,实验时均以生成40 mL气体为准,其他可能影响实验的因素均已忽略。图中仪器A的名称为,实验中

20、需要测量的数据是。答案:(1)反应产生气泡的快慢控制阴离子相同,排除阴离子的干扰2H2O22H2O+O2(2)分液漏斗收集40 mL气体所需要的时间18.(8分)(1)锂空气电池比传统的锂离子电池拥有更强的蓄电能力,是传统锂离子电池容量的10倍,其工作原理示意图如下。放电时,b电极为电源的极,电极反应式为。(2)汽车尾气中CO、NO2在一定条件下可发生反应4CO(g)+2NO2(g)4CO2(g)+N2(g),一定温度下,向容积固定的2 L的密闭容器中充入一定量的CO和NO2,NO2的物质的量随时间的变化曲线如图所示。010 min内该反应的平均速率v(CO)=。恒温恒容条件下,不能说明该反应

21、已经达到平衡状态的是(填字母)。A.容器内混合气体颜色不再变化B.容器内的压强保持不变C.容器内混合气体密度保持不变答案:(1)正O2+2H2O+4e-4OH-(2)0.03 molL-1min-1C解析:(1)电池放电时属于原电池,电极a为Li电极,为负极,发生氧化反应,b为正极,发生还原反应,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-。(2)v(CO)=42v(NO2)=20.6mol-0.3mol2L10min=0.03molL-1min-1。容器内混合气体颜色不再变化,说明二氧化氮的浓度不变,即反应达到平衡状态,A项正确;因反应前后的气体分子数不一样,所以容器内的压强保持不变,说明气体

22、的物质的量不变,反应达到平衡状态,B项正确;容器内混合气体密度始终保持不变,C项错误。19.(14分)反应Fe+H2SO4FeSO4+H2的能量变化趋势,如图所示:(1)该反应为(填“吸热”或“放热”)反应。(2)若要使该反应的反应速率增大,下列措施可行的是(填字母)。A.改铁片为铁粉B.改稀硫酸为98%的浓硫酸C.升高温度(3)若将上述反应设计成原电池,铜为原电池某一极材料,则铜为(填“正”或“负”)极。铜片上产生的现象为,该极上发生的电极反应为,外电路中电子由(填“正”或“负”,下同)极向极移动。答案:(1)放热(2)A、C(3)正产生无色气泡2H+2e-H2负正解析:(1)据能量变化图像

23、可知该反应是放热反应。(2)增大固体的表面积或升高温度,反应速率增大;适当增大反应物浓度反应速率也增大,但常温下98%的浓硫酸能使铁钝化。(3)该反应中铁是还原剂,作负极,比铁活动性差的铜应作正极。铜片上,氢离子得到电子,电极反应式为2H+2e-H2,外电路电子由负极流向正极。20.(15分)工业合成氨的反应:N2+3H22NH3是一个放热的可逆反应,反应条件是高温、高压,并且需要合适的催化剂。已知形成1 mol HH、1 mol NH、1 mol放出的能量分别为436 kJ、391 kJ、946 kJ。则:(1)工业上合成2 mol NH3共放出能量 kJ。(2)如果将1 mol N2和3

24、mol H2混合,使之充分反应,反应放出的热量总小于上述数值,为什么?。(3)实验室模拟工业合成氨时,在容积为2 L的密闭容器内,开始投入N2 20 mol、H2 30 mol,反应经过10 min后,生成10 mol NH3,则用N2表示的化学反应速率是 molL-1min-1;H2的转化率为。(4)一定条件下,当合成氨的反应达到化学平衡时,下列说法正确的是。A.正反应速率和逆反应速率相等B.正反应速率最大,逆反应速率为0C.N2和H2的浓度相等D.反应达到最大限度(5)根据题目所给条件,判断影响该反应速率的因素有、。答案:(1)92(2)合成氨的反应为可逆反应,反应物不能完全转化(3)0.

25、2550%(4)AD(5)温度压强催化剂解析:(1)1molN2和3molH2断键吸收的能量为946kJ+3436kJ=2254kJ,2molNH3成键释放的能量为6391kJ=2346kJ,反应共放出的热量为2346kJ-2254kJ=92kJ。(2)将1molN2和3molH2混合,使之充分反应,反应放出的热量总小于上述数值,因为合成氨的反应为可逆反应,反应物不能完全转化。(3)反应经过10min后,生成10molNH3,由反应可知,参加反应的氮气为5mol,氢气为15mol,用N2表示的化学反应速率是5mol2L10min=0.25molL-1min-1,H2的转化率为15mol30mol100%=50%。(4)正反应速率和逆反应速率相等,为平衡状态的特征,故A正确;平衡时正反应速率达到最小,逆反应速率达到最大,均不为0,故B错误;N2和H2的浓度不一定相等,与起始量、转化率有关,故C错误;化学平衡为该条件下反应达到的限度,故D正确。(5)反应条件是高温、高压,并且需要合适的催化剂,可知影响该反应速率的因素有温度、压强、催化剂。