化学反应与能量 电化学基础.docx
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化学反应与能量电化学基础
质量检测（四）
（化学反应与能量 电化学基础）
测试时间：
90分钟 满分：
100分
一、选择题（本题包括14小题，每小题3分，共42分）
1．下列过程通电后才能进行的是（ ）
①电离 ②电解 ③电镀 ④电泳 ⑤电化学腐蚀
A．①②③ B．①②④
C．②③④ D．全部
解析：
电解质溶于水或在熔融状态下即可电离，①不需要通电；电化学腐蚀是自发进行的过程，⑤不需要通电；②③④通电后才能进行，故选项C正确。
答案：
C
2．（2012年辽宁六校联考）下列说法错误的是（ ）
A．化学反应中的能量变化都表现为热量变化
B．需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应
C．向醋酸钠溶液中滴入酚酞试液，加热后若溶液红色加深，则说明盐类水解是吸热的
D．反应物和生成物所具有的总能量决定了反应是放热还是吸热
解析：
化学反应中的能量变化也可以表现为电能和光能的变化。
答案：
A
3.氯原子对O3分解有催化作用：
O3＋Cl===ClO＋O2 ΔH1，ClO＋O===Cl＋O2 ΔH2。
大气臭氧层的分解反应：
O3＋O===2O2 ΔH，该反应的能量变化示意图如图所示，下列叙述中正确的是（ ）
A．反应O3＋O===2O2的ΔH＝E1－E3
B．反应O3＋O===2O2的ΔH＝E2－E3
C．O3＋O===2O2是吸热反应
D．ΔH＝ΔH1＋ΔH2
解析：
从能量关系图来看，ΔH＝E3－E2，故A、B项错；从图中还可以看出反应物的总能量大于生成物的总能量，因此该反应是一个放热反应，故C项错。
答案：
D
4．（2012年九江模考）氢气的制取、储存和利用一直是化学领域研究的热点。
H2O热分解可以得到H2，高温下水分解体系中主要气体的体积分数与温度的关系如图所示。
下列有关说法正确的是（ ）
A．图中A、B表示的粒子依次是O和H
B．图中A、B表示的粒子依次是H＋和O2－
C．图中A、B重新生成水时的活化能等于0
D．图中A、B重新生成水时的活化能大于0
解析：
水分解时首先断裂化学键形成氢原子和氧原子，然后原子再重新组合生成氧气和氢气，由于生成氢原子的物质的量是氧原子的两倍，所以A是氢原子，B是氧原子，氢原子与氧原子组合成水，不需断裂化学键，即活化能为0。
答案：
C
5．（2013年东北三市联考）已知在25℃下，101kPa下，1g辛烷C8H18燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40kJ热量。
表示上述反应的热化学方程式正确的是（ ）
A．C8H18（l）＋
O2（g）===8CO2（g）＋9H2O（g） ΔH＝－48.40kJ·mol－1
B．2C8H18（l）＋25O2（g）===16CO2（g）＋18H2O（g） ΔH＝＋11035.2kJ·mol－1
C．C8H18（l）＋
O2（g）===8CO2（g）＋9H2O（l） ΔH＝＋5517.6kJ·mol－1
D．C8H18（l）＋
O2（g）===8CO2（g）＋9H2O（l） ΔH＝－5517.6kJ·mol－1
解析：
1mol辛烷燃烧应放热5517.6kJ，因此1mol辛烷燃烧时的焓变为－5517.6kJ·mol－1，只有D正确。
答案：
D
6．钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢铁占世界钢铁年产量的四分之一。
因而金属的防护工作特别重要。
下列对几种常见金属防腐方法的描述错误的是（ ）
选项
方法
对相应方法的描述
A
改变金属内部的组成结构
此法实际上是将金属制成合金，增强抗腐蚀能力
B
在金属表面覆盖保护层
保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用
C
外加电源的阴极保护法
接外加直流电源构成电解池，被保护的金属作阴极
D
牺牲阳极的阴极保护法
构成原电池，被保护的金属作正极
解析：
如果镀层金属比保护的金属活泼，破损后，仍然能在一定程度上保护金属，就像D项所述方法一样。
因而B是错误的。
答案：
B
7．（2012年西安八校联考）以铝合金、Pt－Fe合金网为电极材料制成海水电池。
下列关于这种电池的说法：
①铝合金是阳极、②铝合金是负极、③海水是电解液、④铝合金电极发生还原反应，其中正确的是（ ）
A．②③ B．②④
C．①② D．①④
解析：
电池电极名称一般称为正、负极，故①错；其中活泼的一极为负极，即为铝合金，②对；海水电池用海水作电解质溶液，③对；铝合金为负极，发生氧化反应，④错。
故选项A正确。
答案：
A
8．有下列4种燃料电池的工作原理示意图，其中正极反应的产物为水的是
（ ）
解析：
燃料电池通入燃料的电极为负极，通入氧气或空气的电极为正极。
4种燃料电池的正、负极反应分别为
正极反应
负极反应
A
O2＋4e－===2O2－
2H2－4e－＋2O2－===2H2O
B
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
C
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
2H2－4e－===4H＋
D
O2＋4e－＋2CO2===2CO
2H2－4e－＋2CO
===2HO2＋2CO2↑或2CO－4e－＋2CO
===4CO2↑
答案：
C
9．（2012年保定质检）原电池正、负电极的极性不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。
下列由不同材料组成的原电池，电极反应正确的是
（ ）
A．由Fe、Cu与稀硫酸组成的原电池，其负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋
B．由Al、Mg与氢氧化钠溶液组成的原电池，其负极反应式为Mg－2e－＋2OH－===Mg（OH）2
C．由Pb、Cu与氯化铁溶液组成的原电池，其正极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
D．由Al、Cu与浓硝酸组成的原电池，其负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
解析：
由Fe、Cu与稀硫酸组成的原电池，Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，A错；由Al、Mg与氢氧化钠溶液组成的原电池，电池总反应为2Al＋2H2O＋2NaOH===2NaAlO2＋3H2↑，Al作负极，电极反应式为Al－3e－＋4OH－===AlO
＋2H2O，B错；由Pb、Cu与氯化铁溶液组成的原电池，正极为Pb，电极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋，C错；由Al、Cu与浓硝酸组成的原电池，Al遇浓硝酸钝化，Cu作负极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，D对。
答案：
D
10．铁镍蓄电池放电时的总反应式为Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe（OH）2＋2Ni（OH）2，下列有关该电池的说法正确的是（ ）
A．电池的负极为Ni2O3，正极为Fe
B．电池的电解液可能是碱性溶液，也可能是酸性溶液
C．电池放电时，正极反应式为Ni2O3＋3H2O＋2e－===2Ni（OH）2＋2OH－
D．电池充电时，阳极附近溶液的pH升高
解析：
由化合价的变化知Fe失去电子，应作负极，Ni2O3作正极，A项错误；由放电时的总反应方程式知生成物均为氢氧化物，所以电池的电解液应为碱性溶液，B项错误；充电时阳极为Ni（OH）2失电子，其电极反应式为2Ni（OH）2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O，所以阳极附近溶液的pH降低，D项错误。
答案：
C
11．（2012唐山二模）物质A在一定条件下可发生一系列转化，由图判断下列关系错误的是（ ）
A．A→F，ΔH＝－ΔH6
B．ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＋ΔH6＝1
C．C→F，|ΔH|＝|ΔH1＋ΔH2＋ΔH6|
D．|ΔH1＋ΔH2＋ΔH3|＝|ΔH4＋ΔH5＋ΔH6|
解析：
由盖斯定律知，ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＋ΔH6＝0，故B错。
答案：
B
12．（2012年西安二检）如图所示，下列说法不正确的是（ ）
A．反应过程
（1）的热化学方程式为A2（g）＋B2（g）===C（g） ΔH1＝－QkJ/mol
B．反应过程
（2）的热化学方程式为C（g）===A2（g）＋B2（g） ΔH2＝＋Q1kJ/mol
C．Q与Q1的关系：
Q>Q1
D．ΔH2>ΔH1
解析：
由图像数据可知，反应过程
（1）的热化学方程式为A2（g）＋B2（g）===C（g） ΔH1＝－QkJ/mol。
反应过程
（2）的热化学方程式为C（g）===A2（g）＋B2（g） ΔH2＝＋Q1kJ/mol，反应过程
（1）与反应过程
（2）中，反应物、生成物所涉及物质及状态均相同，只是过程相反，故反应热的数值相等，符号相反。
注意比较ΔH的大小时，要注意比较其正负号。
答案：
C
13．（2013届山西省高三四校联考Ⅰ）已知：
2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l） ΔH＝－571.6kJ·mol－1
2CH3OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋4H2O（l）
ΔH＝－1452kJ·mol－1
H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l） ΔH＝－57.3kJ·mol－1
下列说法正确的是（ ）
A．H2（g）的燃烧热为571.6kJ·mol－1
B．同质量的H2（g）和CH3OH（l）完全燃烧，H2（g）放出的热量多
C.
H2SO4（aq）＋
Ba（OH）2（aq）===
BaSO4（s）＋H2O（l） ΔH＝－57.3kJ·mol－1
D．3H2（g）＋CO2（g）===CH3OH（l）＋H2O（l） ΔH＝＋135.9kJ·mol－1
解析：
燃烧热是指1mol物质完全燃烧时放出的热量，故A选项错误。
H＋（aq）＋OH－（aq）＝H2O（l） ΔH＝－57.3kJ·mol－1，而选项C中生成了BaSO4沉淀，故放出的热量ΔH<－57.3kJ·mol－1，C选项错误。
答案：
B
14.用铅蓄电池电解甲、乙电解池中的溶液。
已知铅蓄电池的总反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4
2PbSO4＋2H2O，电解一段时间后向c极和d极附近分别滴加酚酞试剂，c极附近溶液变红，下列说法正确的是（ ）
A．d极为阴极
B．放电时铅蓄电池负极的电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO
＋4e－===PbSO4＋2H2O
C．若利用甲池精炼铜，b极应为粗铜
D．若四个电极材料均为石墨，当析出6.4gCu时，两池中共产生标准状况下的气体3.36L
解析：
本题由原电池和电解池的串联装置，综合考查原电池和电解池的基本原理。
c极附近溶液变红，说明c极是阴极，d极为阳极，则a极为阴极，b极为阳极，A项错误；放电时铅蓄电池负极的电极反应式为Pb＋SO
－2e－===PbSO4，B项错误；电解精炼铜时，粗铜应为阳极，C项正确；当析出6.4g（0.1mol）Cu时，甲池中生成Cl2的物质的量为0.1mol，乙池中生成H2、O2的物质的量共0.15mol，则两池中生成气体的物质的量共0.25mol，在标准状况下为5.6L，D项错误。
答案：
C
二、非选择题（本题包括6小题，共58分）
15．（10分）
（1）已知：
①Fe（s）＋
O2（g）===FeO（s）
ΔH1＝－272.0kJ·mol－1；
②2Al（s）＋
O2（g）===Al2O3（s）
ΔH2＝－1675.7kJ·mol－1。
Al和FeO发生铝热反应的热化学方程式是____________________。
某同学认为，铝热反应可用于工业炼铁，你的判断是________（填“能”或“不能”），你的理由是_________________________________________。
（2）反应物与生成物均为气态的某可逆反应在不同条件下的反应历程分别为A、B，如图所示。
①据图判断该反应是________（填“吸”或“放”）热反应，当反应达到平衡后，其他条件不变，升高温度，反应物的转化率将________（填“增大”、“减小”或“不变”）。
②其中B历程表明此反应采用的条件为________________（填字母）。
A．升高温度 B．增大反应物的浓度
C．降低温度D．使用催化剂
解析：
（1）该铝热反应的化学反应方程式为3FeO（s）＋2Al（s）===Al2O3（s）＋3Fe（s），可由②－①×3得到，故ΔH＝ΔH2－ΔH1×3＝－1675.7－（－272.0）×3＝－859.7（kJ·mol－1）。
铝热反应为引发反应，需消耗大量能量，因此不适合用于工业炼铁。
（2）结合图像，反应物的能量低于产物能量，该反应吸热；升温平衡向正反应方向移动，反应物的转化率增大。
答案：
（1）3FeO（s）＋2Al（s）===Al2O3（s）＋3Fe（s） ΔH＝－859.7kJ·mol－1 不能 该反应为引发反应，需消耗大量能量，成本较高
（2）①吸 增大 ②D
16．（8分）（2013年南昌调研）全钒液流电池是一种活性物质呈循环流动液态的电池，目前钒电池技术已经趋近成熟。
如图是钒电池基本工作原理示意图：
请回答下列问题：
（1）硫酸在电池技术和实验室中具有广泛的应用，在传统的铜锌原电池中，硫酸是________，实验室中配制硫酸亚铁时需要加入少量硫酸，硫酸的作用是____________。
（2）钒电池是以溶解于一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子（V2＋、V3＋、VO2＋、VO
）为正极和负极电极反应的活性物质，电池总反应为VO2＋＋V3＋＋H2O
V2＋＋VO
＋2H＋。
放电时的正极反应式为________________，充电时的阴极反应式为____________________。
放电过程中，电解液的pH________（选填“升高”、“降低”或“不变”）。
（3）钒电池基本工作原理示意图中“正极电解液”可能是________。
a．VO
、VO2＋混合液 b．V3＋、V2＋混合液
c．VO
溶液d．VO2＋溶液
e．V3＋溶液f．V2＋溶液
（4）能够通过钒电池基本工作原理示意图中“隔膜”的离子是________。
解析：
（1）传统的铜锌原电池中，锌与酸反应生成氢气，故硫酸为电解质溶液；硫酸亚铁容易水解，且水解显酸性，加入少量硫酸，可以抑制其水解变质。
（2）正极反应是还原反应，由电池总反应可知放电时的正极反应为VO
＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O；充电时，阴极反应为还原反应，故为V3＋得电子生成V2＋的反应。
（3）充电时阳极反应式为VO2＋＋H2O－e－===VO
＋2H＋，故充电完毕的正极电解液为VO
溶液，而放电完毕的正极电解液为VO2＋溶液，故正极电解液可能是选项acd。
（4）充电和放电过程中，正极电解液与负极电解液不能混合，起平衡电荷作用的是加入的酸，故H＋可以通过隔膜。
答案：
（1）电解质溶液 抑制硫酸亚铁的水解
（2）VO
＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O V3＋＋e－===V2＋ 升高 （3）acd （4）H＋
17．（10分）肼（N2H4）又称联氨，广泛用于火箭推进剂、有机合成及燃料电池，NO2的二聚体N2O4则是火箭中常用的氧化剂，请回答下列问题：
（1）肼燃料电池原理如图所示，左边电极上发生反应的电极反应式为________________________________________________________________。
（2）火箭常用N2O4作氧化剂，肼作燃料，已知：
①N2（g）＋2O2（g）===2NO2（g）
ΔH＝－67.7kJ/mol
②N2H4（g）＋O2（g）===N2（g）＋2H2O（g）
ΔH＝－534.0kJ/mol
③2NO2（g）N2O4（g） ΔH＝－52.7kJ/mol
试写出气态肼在气态四氧化二氮中燃烧生成氮气和气态水的热化学方程式：
__________________________________________________________。
（3）联氨的工业生产常用氨和次氯酸钠为原料获得，也可在高锰酸钾催化下，用尿素[CO（NH2）2]和次氯酸钠－氢氧化钠溶液反应获得，尿素法反应的离子方程式为______________________________________________________。
解析：
（1）左侧电极的反应物是N2H4（其中N为－2价），生成物为N2，故1molN2H4失去4mole－，根据其所处碱性环境，可写出电极反应式：
N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O。
（2）气态肼在气态四氧化二氮中燃烧生成氮气和气态水的方程式为2N2H4＋N2O4===3N2＋4H2O，由盖斯定律可知，将②×2－③－①得：
2N2H4（g）＋N2O4（g）===3N2（g）＋4H2O（g） ΔH＝－947.6kJ/mol。
（3）根据元素守恒、得失电子守恒和电荷守恒可配平方程式：
CO（NH2）2＋ClO－＋2OH－
N2H4＋CO
＋Cl－＋H2O。
答案：
（1）N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O
（2）2N2H4（g）＋N2O4（g）===3N2（g）＋4H2O（g） ΔH＝－947.6kJ/mol
（3）CO（NH2）2＋ClO－＋2OH－
N2H4＋CO
＋Cl－＋H2O
18．（12分）新华网拉巴特2012年6月22日电，世界上最大的太阳能飞机——瑞士“太阳驱动”号于当地时间22日凌晨飞抵摩洛哥南部沙漠城市瓦尔扎扎特市，最终抵达了本次2500公里洲际首航的目的地。
“太阳驱动”号能昼夜飞行，它由超轻碳纤维材料制成，翼展达63.4米，与空客A340型飞机翼展相仿，其重量只有1600公斤，相当于一辆普通小汽车。
其机翼上装有1.2万块太阳能电池板，可为机上4台电动机供电。
太阳能是一种具有开发利用潜力的新型能源。
根据下列要求回答问题：
（1）图1是一种航天器能量储存系统原理示意图。
X装置实现________能转化为________能。
X、Y装置________（填“能”或“不能”，下同）实现能量100%转化，________实现污染零排放。
（2）利用太阳能电池电解K2CrO4溶液制备重铬酸钾（K2Cr2O7），其装置如图2所示：
已知：
2CrO
（aq，黄色）＋2H＋Cr2O
（aq，橙红色）＋H2O
①写出阴极室发生的电极反应式：
____________；电解总反应方程式为__________________。
②通电一段时间，阳极室里溶液现象：
___________________________。
③测定阳极液中钾、铬含量，若
＝x，则K2CrO4的转化率α＝________，x的取值范围：
________。
（3）目前太阳能还没有得到广泛的应用，其主要原因是太阳能发电板（太阳能电池板）需在投资庞大的装配工厂里和高度真空的环境下生产。
①生产太阳能电池板的主要材料是________。
②工业上制取①中材料的粗产品的化学方程式为________________。
③将②得到的粗产品制高纯产品，需要将粗产品与氯气反应得到一种四氯化合物，再与氢气反应将该材料还原出来。
上述生产过程中涉及的化学方程式为____________________。
④美国“纳米太阳能”公司采用纳米结构的“墨水”直接在可弯曲的材料上印制半导体太阳能发电板，请你猜测纳米结构的“墨水”中可能含有的胶体粒子的成分是________________。
解析：
（1）该系统存在的能量转化形式有太阳能转化为电能、电能转化为化学能、化学能转化为电能、电能转化为机械能（工作马达）等，装置Y是原电池，负极发生氧化反应：
H2－2e－===2H＋，装置X为电解装置，电解水生成氢气（燃料）和氧气（氧化剂），H2O可循环再生；电能转化成化学能或化学能转化成电能过程中，有一部分能量转化成其他形式的能量，如光能、机械能等，这样化学能与电能之间不可能完全转化。
（2）由图示知，甲装置为太阳能电池，电子由负极流出，所以右室为阴极室，左室为阳极室。
电极均为惰性电极，在阴极室，发生还原反应，水得电子变成H2和OH－，阳极室OH－失去电子，破坏水电离平衡，使阳极区氢离子浓度增大，对于反应2CrO
（aq，黄色）＋2H＋Cr2O
（aq，橙红色）＋H2O，平衡右移，溶液由黄色变为橙红色；阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，4CrO
＋4H＋2Cr2O
＋2H2O，阴极反应式为4H2O＋4e－===4OH－＋2H2↑，将阴极、阳极反应式加合得到电解方程式，4K2CrO4＋4H2O
2K2Cr2O7＋4KOH＋2H2↑＋O2↑，阴极上H＋得电子，OH－增多，为了维持电荷平衡，K＋由阳极室向阴极室迁移，假设投入K2CrO4的物质的量为1mol，参与反应的K2CrO4的物质的量为amol，则生成KOH的物质的量为amol，阳极室中铬元素包括K2CrO4和K2Cr2O7中的铬元素。
＝
＝x，a＝2－x，即K2CrO4的转化率α＝2－x。
若铬酸钾没有反应，则n（K）/n（Cr）＝2∶1；若铬酸钾完全反应生成K2Cr2O7，则n（K）/n（Cr）＝1∶1，即1≤x<2。
（3）工业上，用焦炭、二氧化硅为原料冶炼粗硅，另一种产物为一氧化碳。
在高温下硅与氯气反应生成四氯化硅，蒸馏得到纯净的四氯化硅，以此除去粗硅中杂质。
再在高温下，用氢气还原四氯化硅得到高纯度硅。
“纳米太阳能”公司制造太阳能发电板所用的墨水成分是“纳米硅粒子”。
答案：
（1）电 化学 不能 能
（2）①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
4K2CrO4＋4H2O
2K2Cr2O7＋4KOH＋2H2↑＋O2↑ ②由黄色变为橙红色 ③2－x 1≤x<2 （3）①晶体硅 ②SiO2＋2C
Si＋2CO↑ ③Si＋2Cl2
SiCl4、SiCl4＋2H2
Si＋4HCl ④纳米硅粒子
19．（8分）（2013年沈阳四校联考）Ⅰ.利用化学原理可以对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。
用乙烯作为还原剂将氮的氧化物还原为N2是燃煤烟气的一种脱硝（除NOx）技术。
其脱硝机理如图所示。
写出该脱硝过程中乙烯和NO2反应的化学方程式：
_________________________________。
Ⅱ.
（1）如图是1molNO2（g）和1molCO（g）反应生成CO2和NO过程中的能量变化示意图，若在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E1的变化是________，ΔH的变化是________（填“增大”、“减小”或“不变”）。
（2）甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应原理是
①CH3OH（g）＋H2O（g）===CO2（g）＋3H2（g）
ΔH＝＋49.0kJ·mol－1；
②CH3OH（g）＋
O2（g）===CO2（g）＋2H2（g）
ΔH＝－192.9kJ·mol－1。
又知③H2O（g）===H2O（l） ΔH＝－44kJ·mol－1。
则甲醇蒸气完全燃烧生成液态水的热化学方程式为_____________。
解析：
Ⅰ.观察题图可知，C2H4与NO2反应生成CO2、N2、H2O。
Ⅱ.
（1）催化剂可降低反应的活化能，但不能改变反应热，故E1减小、ΔH不变。
（2）根据盖斯定律，由②×3－①×2＋③×2得CH3OH（g）＋
O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l） ΔH＝－764.7kJ·mol－1。
答案：
Ⅰ.2C2H4＋6NO2===4CO2＋3N2＋4H2O（或2CH2===CH2＋6NO2―→4CO2＋3N2＋4H2O）
Ⅱ.
（1）减小 不变
（2）CH3OH（g）＋
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