2024鲁科版新教材高中化学选择性必修1
第1章 化学反应与能量转化
注意事项
1.全卷满分100分。考试用时90分钟。
2.可能用到的相对原子质量:H 1 C 12 N 14 O 16 Na 23 Cl 35.5 Fe 56 Ni 59 Cu 64 Zn 65。
一、选择题(本题共10小题,每小题2分,共20分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.下列描述中,符合化学原理或生产实际的是( )
A.电解饱和食盐水时选择阴离子交换膜
B.科学家尝试寻找高效催化剂在常温下分解水制得H2并释放出能量
C.铁上镀铜时,铁作阴极,铜作阳极
D.电解熔融的氧化铝制取金属铝,用铁作阳极
2.碘在不同状态下(固态或气态)与氢气反应的热化学方程式如下:
①H2(g)+I2( ) 2HI(g) ΔH=-9.48 kJ·mol-1
②H2(g)+I2( ) 2HI(g) ΔH=+26.48 kJ·mol-1
下列判断正确的是( )
A.②中反应物的总能量比①中反应物的总能量低
B.①中的I2为固态,②中的I2为气态
C.①的产物比②的产物热稳定性更好
D.1 mol固态碘升华时将吸热17 kJ
3.MOF衍生碳纳米棒封装的氧化铋催化剂对CO2电化学法制取HCOOH具有快速高效的选择性,其原理如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.该方法可有效消除CO2对大气造成的污染
B.该电极应与电源的正极相连
C.该电极反应为CO2-2e-+2H+HCOOH
D.选择使用其他催化剂可能得到HCHO、CH3OH等产物
4.科学工作者研发了一种SUNCAT的系统,借助锂循环可持续合成氨,其原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.过程Ⅰ得到的Li3N是离子化合物
B.过程Ⅱ生成W的反应为Li3N+3H2O 3LiOH+NH3↑
C.反应Ⅲ中能量转化的形式是电能转化为化学能
D.过程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均为氧化还原反应
5.如图装置模拟工业处理污水。使污水pH保持在5~6之间,通过电解产生Fe(OH)3胶体,利用其吸附性将水中的悬浮物沉淀,从而达到净水目的。下列说法错误的是( )
A.通空气的电极同时通入CO2能更好地保证电池正常工作
B.左侧石墨电极上的电极反应:CH4+4C-8e- 5CO2+2H2O
C.Fe电极为阳极,电极反应式为Fe-2e- Fe2+
D.处理污水过程中,溶液中离子浓度减小,可加入适量的稀硫酸增强溶液导电性
6.如图是我国一项电解制备金属锂的新方法发明专利装置示意图。下列说法不正确的是( )
A.电极B的电势比电极C高
B.理论上该装置不需要补充电解质LiCl
C.电极B中氯离子和碳酸根离子放电
D.A区避免熔融碳酸锂对设备的腐蚀且减少了环境污染
7.已知氢气的摩尔燃烧焓为285.8 kJ·mol-1,以太阳能为热源分解Fe3O4,经热化学铁氧化合物循环分解水制H2的历程如图。下列说法错误的是( )
过程Ⅰ:Fe3O4(s) 3FeO(s)+O2(g) ΔH=+156.6 kJ·mol-1
过程Ⅱ:……
A.该过程总反应为2H2O(l) 2H2(g)+O2(g) ΔH=+571.6 kJ·mol-1
B.铁氧化合物循环制H2具有成本低、产物易分离等优点
C.过程Ⅱ热化学方程式为3FeO(s)+H2O(l) H2(g)+Fe3O4(s) ΔH=+129.2 kJ·mol-1
D.该过程能量转化形式是太阳能→化学能→热能
8.吸附了氢气的纳米碳管等材料制作的二次电池原理如图所示,下列说法正确的是( )
A.充电时,阴极的电极反应为Ni(OH)2+OH--e- NiO(OH)+H2O
B.放电时,负极的电极反应为H2-2e-+2OH- 2H2O
C.放电时,OH-移向镍电极
D.充电时,将电池的碳电极与外电源的正极相连
9.生产硝酸钙的工业废水常含有NH4NO3,可用电解法净化。其工作原理如图所示(阳膜、阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。下列有关说法正确的是( )
A.a极为电源正极,b极为电源负极
B.装置工作时电子由b极流出,经导线、电解槽流入a极
C.Ⅰ室和Ⅲ室最终均能得到副产品NH4NO3
D.阴极电极反应为2N+12H++10e- N2↑+6H2O
10.某新型电池的工作原理如图所示,已知电池放电时的反应为Na1-xMnO2+NaxCn NaMnO2+nC(反应前后C的化合价不变)。下列说法错误的是( )
A.电极M是电池的正极
B.电池的负极发生反应Na-e- Na+
C.电池工作时,Na+移向电极M
D.电池工作时,电流由电极M经负载流向电极N
二、选择题(本题共5小题,每小题4分,共20分。每小题有一个或两个选项符合题意,全部选对得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
11.设NA为阿伏加德罗常数的值。已知反应:
①CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-a kJ·mol-1
②CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(g) ΔH2=-b kJ·mol-1
其他数据如下表:
化学键 CO OO C—H O—H
键能(kJ·mol-1) 798 x 413 463
下列说法正确的是( )
A.a>b
B.上表中x=
C.H2O(g) H2O(l) ΔH=-(a-b)kJ·mol-1
D.当有4NA个C—H键断裂时,该反应放出的热量一定为b kJ
12.铋基催化剂对CO2电化学还原制取HCOOH具有高效的选择性,其反应历程与能量变化如图所示:
下列说法错误的是( )
A.使用Bi催化剂更有利于CO2的吸附
B.使用不同铋基催化剂,最大能垒(活化能)不相等
C.CO2电化学还原制取HCOOH反应的ΔH<0
D.*C生成*HCOO-的反应为*C+HC+e- *C+*HCOO-
13.漂白粉和漂粉精是常用的消毒清洁用品,有效成分均为Ca(ClO)2,相应的生产流程如图:
下列说法不正确的是( )
A.①中阴极的电极反应为2Cl--2e- Cl2↑
B.②中反应的化学方程式为2Cl2+2Ca(OH)2 Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O
C.上述过程涉及氧化还原反应、化合反应、复分解反应
D.制备漂粉精过程中,Cl2转化为Ca(ClO)2时,Cl的原子利用率为100%
14.由于锂电池的需求急剧增长,全球陷入锂资源“争夺战”。而海水是一个巨大的资源宝库,科研人员利用电解原理富集海水中的锂离子,其原理如图所示(a、b均为惰性电极),下列有关说法正确的是( )
A.a电极为阴极,发生氧化反应
B.b电极反应式为2H++2e- H2↑
C.一段时间后,b电极附近溶液的pH降低
D.当有1 mol Li+通过锂离子交换膜,b电极产生35.5 g气体
15.某废水中含有一定浓度的Ni2+和Cl-,图甲是双膜三室电沉积法回收废水中Ni2+的示意图(阴、阳极为惰性电极),图乙是阴极液(废水)的pH与镍回收率之间的关系。下列说法错误的是( )
甲
乙
A.阳极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+
B.通电后阳极区域的H+通过交换膜a向浓缩室迁移
C.交换膜b为阳离子交换膜
D.浓缩室得到1 L 0.5 mol/L盐酸时,阴极得到的Ni的质量为11.8 g
三、非选择题(本题共5小题,共60分)
16.(10分)化学反应伴随能量变化,获取反应能量变化有多条途径。
(1)下列反应中,属于放热反应的是 (填字母)。
A.碳与水蒸气反应 B.铝和氧化铁反应
C.CaCO3受热分解 D.锌与盐酸反应
(2)获取能量变化的途径:
①通过化学键的键能计算。已知:
化学键 H—H键 OO键 O—H键
键能(kJ·mol-1) 436 496 463.4
计算可得:2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) ΔH= 。
②通过物质所含能量计算。已知反应M+N P+Q中M、N、P、Q所含能量依次可表示为EM、EN、EP、EQ,则该反应的ΔH= 。
③通过盖斯定律计算。已知在25 ℃、101 kPa时:
Ⅰ.2Na(s)+O2(g) Na2O(s) ΔH=-412 kJ·mol-1
Ⅱ.2Na(s)+O2(g) Na2O2(s) ΔH=-511 kJ·mol-1
写出Na2O2与Na反应生成Na2O的热化学方程式:
。
④利用实验装置测量盐酸与NaOH溶液反应的反应热的过程中,若取50 mL 0.50 mol·L-1的盐酸,则还需加入 (填字母)。
A.1.0 g NaOH固体
B.50 mL 0.50 mol·L-1NaOH溶液
C.50 mL 0.55 mol·L-1NaOH溶液
17.(12分)钠硫电池作为一种新型储能电池,其应用逐渐得到重视和发展。钠硫电池以熔融金属钠和熔融硫、多硫化钠(Na2Sx)分别作为两个电极的反应物,固体Al2O3陶瓷(可传导Na+)为电解质,其反应原理如图所示:
(1)根据下表数据,请你判断该电池工作的适宜温度应控制在 (填字母)范围内。
物质 Na S Al2O3
熔点/℃ 97.8 115 2 050
沸点/℃ 892 444.6 2 980
A.100 ℃以下 B.100~300 ℃
C.300~350 ℃ D.350~2 050 ℃
(2)放电时,电极A为 极,电极B上发生 (填“氧化”或“还原”)反应。
(3)充电时,总反应为Na2Sx 2Na+xS,则阳极的电极反应式为 。
(4)若把钠硫电池作为电源,电解槽内装有KI-淀粉溶液,如图所示,槽内中间用阴离子交换膜隔开。通电一段时间后,发现左侧溶液变蓝色,一段时间后,蓝色逐渐变浅。则右侧发生的电极反应为
;
试分析左侧溶液蓝色逐渐变浅的可能原因:
。
18.(10分)甲醇(CH3OH)的合成与应用具有广阔的发展前景。合成甲醇的部分工艺流程如下:原料气→预热装置→合成反应器→甲醇。
(1)甲烷与水蒸气反应制备合成甲醇的原料气CO、CO2和H2。
①CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) ΔH=+206.2 kJ·mol-1
②CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.0 kJ·mol-1
甲烷与水蒸气反应生成CO2和H2的热化学方程式为
。
(2)在催化剂的作用下,200~300 ℃时,合成反应器内发生反应:
ⅰ.CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH<0
ⅱ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0
①一段时间内,记录合成反应器出、入口样品的温度,数据如图所示。曲线 表示合成反应器出口样品的温度变化。
②在催化剂的作用下,200~300 ℃时,合成反应器中有少量的副反应,会生成二甲醚(CH3OCH3)、甲酸甲酯等。CO和H2反应生成二甲醚的化学方程式是 。
(3)如图为甲醇燃料电池的示意图。
负极的电极反应为 ;
正极的电极反应为 。
19.(14分)Ⅰ.高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛的用途。高铁酸钾(K2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂,而且在高铁电池的研制中也有应用。如图1是高铁电池的模拟实验装置:
图1
(1)该电池放电时正极的电极反应式为
;若电池工作过程中通过电子的物质的量为0.01 mol,理论上消耗Zn的质量为 g(计算结果保留一位小数)。
(2)盐桥中含有KCl,此盐桥中的氯离子向 (填“左”或“右”,下同)侧烧杯移动;若用阳离子交换膜代替盐桥,则钾离子向 侧烧杯移动。
(3)图2为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线,由此可得出高铁电池的优点有 。
图2
Ⅱ.第三代混合动力车,可以用电动机、内燃机或二者结合推动车辆。汽车上坡或加速时,电动机提供推动力,降低汽油的消耗;在刹车或下坡时,电池处于充电状态。
(4)混合动力车的内燃机以汽油为燃料,在25 ℃、101 kPa条件下,汽油[以辛烷C8H18(l)计]和氧气充分反应,生成1 mol水蒸气放热550 kJ,若1 g水蒸气转化为液态水放热2.5 kJ,则表示辛烷摩尔燃烧焓的热化学方程式为 。
(5)混合动力车目前一般使用镍氢电池,该电池中镍的化合物为正极,储氢金属(以M表示)为负极,碱(主要为KOH)液为电解质溶液。镍氢电池充放电原理示意图如下,其总反应式为H2+2NiOOH 2Ni(OH)2。
根据所给信息判断,混合动力车上坡或加速时,乙电极周围溶液的
pH (填“增大”“减小”或“不变”),该电极的电极反应式为 。
20.(14分)从“铁器时代”开始,铁单质及其化合物一直备受青睐。
Ⅰ.古代铁质文物的腐蚀研究
(1)古代兵器中铜质部件修饰铁质兵刃反倒使兵刃更易生锈,其主要原因为 。
(2)已知:ⅰ.铁质文物在潮湿的土壤中主要发生吸氧腐蚀,表面生成疏松的FeOOH;
ⅱ.铁质文物在干燥的土壤中表面会生成致密的Fe2O3,过程如下:
FeFeOFe3O4Fe2O3
①写出ⅰ中O2参与的电极反应为 。
②若ⅱ中每一步反应转化的铁元素质量相等,则Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三步反应中转移电子数之比为 。
Ⅱ.铁的冶炼
(3)工业上采用高炉炼铁法冶炼铁单质,其反应的热化学方程式为Fe2O3(g) ΔH。
已知:①Fe2O3(s)+3C(石墨,s) 2Fe(s)+3CO(g) ΔH1=+489.0 kJ·mol-1;
②C(石墨,s)+CO2(g) 2CO(g) ΔH2=+172.5 kJ·mol-1。
则ΔH= 。
Ⅲ.现代对含铁化合物的应用
(4)电子工业中常常用FeCl3溶液作“腐蚀液”与覆铜板反应用于制备印刷电路板,其反应的离子方程式为 。
(5)高铁酸钾(K2FeO4)是一种强氧化剂,可用作水处理剂和高容量电池材料。
①将FeCl3加入KClO与KOH的混合液中可以制得K2FeO4溶液,其反应的离子方程式为 。
②已知K2FeO4-Zn碱性锌电池的电池反应为2K2FeO4+3Zn Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2。写出其正极的电极反应: 。
答案全解全析
1.C 2.A 3.D 4.D 5.D 6.C 7.D 8.B
9.A 10.B 11.AB 12.A 13.AD 14.B 15.CD
1.C 电解饱和食盐水时选择阳离子交换膜,若采用阴离子交换膜,阴极区产生的OH-将进入阳极区与阳极区产物Cl2发生反应,A不符合题意;H2O分解反应是一个吸热反应,催化剂不能改变反应的反应热,故不能释放出能量,B不符合题意;铁上镀铜时,铁作阴极,铜作阳极,C符合题意;电解熔融的氧化铝制取金属铝,铁不能作阳极,若铁作阳极,发生的电极反应为Fe-2e- Fe2+,D不符合题意。
2.A 反应①为放热反应,反应②为吸热反应,则反应①中碘的能量比②高,反应①中的I2为气态,反应②中的I2为固态,所以②中反应物总能量比①中反应物总能量低,故A正确,B错误;反应①、②的产物都是气态碘化氢,热稳定性相同,故C错误;根据盖斯定律,将②-①,得I2(s) I2(g) ΔH=+35.96 kJ·mol-1,故D错误。
3.D 二氧化碳不属于大气污染物,故A错误;根据图示可知,该电极上CO2转化为HCOOH,HCOOH中C元素的化合价为+2价,碳元素化合价由+4价变为+2价,化合价降低,得电子,发生还原反应,若该装置为电解池,该电极为阴极,应与电源的负极相连,故B错误;根据B项分析,在该电极上二氧化碳得电子,发生还原反应转化为HCOOH,故C错误;不同的催化剂对反应的选择性不同,若选择使用其他催化剂可能得到HCHO、CH3OH等产物,故D正确。
4.D Li3N中锂离子与氮离子通过离子键结合,为离子化合物,A正确;反应Ⅱ是Li3N和H2O反应生成LiOH和NH3,化学方程式为Li3N+3H2O 3LiOH+NH3↑,B正确;反应Ⅲ是电解LiOH溶液生成了Li、O2和H2O,能量转化形式是电能转化为化学能,C正确;反应Ⅱ是Li3N和H2O反应生成LiOH和NH3,在该反应中没有元素化合价变化,因此该反应不属于氧化还原反应,D错误。
5.D 通空气的电极为正极,O2得电子生成O2-,O2-与CO2反应生成碳酸根离子,所以通空气的电极同时通入CO2能更好地保证电池正常工作,A正确;左侧石墨电极为负极,电极反应为CH4+4C-8e- 5CO2+2H2O,B正确;通空气的电极为正极,则Fe电极为阳极,电极反应式为Fe-2e- Fe2+,C正确;处理污水过程中,溶液中离子浓度基本不变,若加入适量的稀硫酸,溶液的pH会减小,使溶液pH难以维持在5~6之间,影响Fe(OH)3胶体的产生,D不正确。
6.C 电极C为阴极,电极B为阳极,阳极的电势比阴极的电势高,A正确;阳极上Cl-放电生成Cl2,阴极上Li+放电生成Li,阳极产生的氯气与碳酸锂反应生成氯化锂,故理论上该装置不需要补充电解质LiCl,B正确;电极B上氯离子放电,碳酸根离子不放电,C错误;阳极产生的氯气与碳酸锂反应生成氯化锂、氧气和二氧化碳,避免熔融碳酸锂对设备的腐蚀且减少了环境污染,D正确。
7.D 根据图示可知,该过程总反应为2H2O(l) 2H2(g)+O2(g),已知氢气的摩尔燃烧焓为285.8 kJ·mol-1,热化学方程式为H2(g)+O2(g) H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1,则该过程总反应为2H2O(l) 2H2(g)+O2(g) ΔH=+571.6 kJ·mol-1,A正确;铁氧化合物循环制H2以太阳能为热源,以Fe3O4和水为原料,氢气和氧气分步生成,具有成本低、产物易分离的优点,B正确;由A可知,2H2O(l) 2H2(g)+O2(g) ΔH=+571.6 kJ·mol-1①,过程Ⅰ的热化学方程式为Fe3O4(s) 3FeO(s)+O2(g) ΔH=+156.6 kJ·mol-1②,过程Ⅱ的化学方程式为3FeO(s)+H2O(l) H2(g)+Fe3O4(s),根据盖斯定律,将①×-②,可得过程Ⅱ的热化学方程式为3FeO(s)+H2O(l) H2(g)+Fe3O4(s) ΔH=+129.2 kJ·mol-1,C正确;该过程中能量转化形式是太阳能→热能→化学能,D错误。
8.B 放电时,碳电极为负极,镍电极为正极;充电时,碳电极为阴极,镍电极为阳极。充电时,阴极的电极反应为2H2O+2e- H2↑+2OH-,A错误;放电时,负极的电极反应为H2-2e-+2OH- 2H2O,B正确;放电时,OH-移向负极,即移向碳电极,C错误;充电时,将电池的碳电极(阴极)与外电源的负极相连,D错误。
9.A 由图可知,Ⅱ室中的N通过阴膜进入Ⅰ室,N通过阳膜进入Ⅲ室,则左边石墨电极是阳极,a极为电源正极,右边石墨电极是阴极,b极为电源负极,故A正确;装置工作时电子由b极流出,经导线流向阴极,电子从阳极流出,经导线流向a极,电子不能通过电解质溶液,故B错误;阳极上H2O失去电子生成O2和H+,Ⅰ室得到浓硝酸,阴极上H2O得到电子生成H2和OH-,Ⅲ室得到浓氨水,故C错误;阴极上H2O得到电子生成H2和OH-,故D错误。
10.B 由电池总反应可知,放电时,M电极的电极反应为Na1-xMnO2+xe-+xNa+ NaMnO2,为还原反应,则电极M是电池的正极,故A正确;放电时,N电极为电池的负极,电极反应为NaxCn-xe- xNa++nC,故B错误;电极M是正极,电极N是负极,电池工作时,Na+移向电极M,故C正确;电极M是正极,电极N是负极,电池工作时,电流由电极M经负载流向电极N,故D正确。
11.AB 反应①、②都是放热反应,等量CH4(g)完全燃烧生成H2O(l)比生成H2O(g)放出的热量多,则a>b,A正确;ΔH2=(413 kJ·mol-1×4
+2x kJ·mol-1)-(798 kJ·mol-1×2+463 kJ·mol-1×4)=-b kJ·mol-1,则有x=,B正确;根据盖斯定律,×(①-②)得H2O(g) H2O(l) ΔH=(b-a)kJ·mol-1,C错误;当有4NA个C—H键断裂时,若生成H2O(l),放出a kJ热量,若生成H2O(g),放出b kJ热量,D错误。
12.A 由图可知,CO2 *CO2为铋基催化剂吸附CO2的过程,使用Bi2O3催化剂时,相对能量减小得多,趋于更稳定状态,故使用Bi2O3催化剂比Bi催化剂更有利于吸附CO2,故A错误;由图可知,使用不同铋基催化剂,最大能垒(活化能)不相等,B正确;由图可知,反应物的总能量高于生成物的总能量,则CO2电化学还原制取HCOOH的反应为放热反应,ΔH<0,故C正确;*C生成*HCOO-的反应为*C+HC+e- *C+*HCOO-,故D正确。
13.AD 电解饱和食盐水时,阳极上Cl-失电子发生氧化反应生成Cl2,电极反应为2Cl--2e- Cl2↑,A错误;②中氯气和氢氧化钙反应的化学方程式为2Cl2+2Ca(OH)2 Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O,B正确;①②③均有元素化合价的变化,是氧化还原反应,④是化合反应,⑤是复分解反应,C正确;氯气和氢氧化钙反应生成Ca(ClO)2、CaCl2和水,所以Cl的原子利用率小于100%,D错误。
14.B 该装置为电解池,溶液中的阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,要富集海水中的锂离子,则锂离子应从左室通过锂离子交换膜进入右室,则b电极为阴极,a电极为阳极。由上述分析可知,a电极为阳极,发生氧化反应,A错误;b电极为阴极,氢离子发生得电子的还原反应,电极反应式为2H++2e- H2↑,B正确;b电极上氢离子放电,则b电极附近溶液的pH升高,C错误;当有1 mol Li+通过锂离子交换膜,转移1 mol e-,b电极的电极反应式为2H++2e- H2↑,则生成
0.5 mol H2,质量为0.5 mol×2 g/mol=1 g,D错误。
CD 阳极是惰性电极,发生失电子的氧化反应,电极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+,A正确;电解池中阳离子向阴极移动,故通电后阳极区域的H+通过交换膜a向浓缩室迁移,B正确;阳极的电极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+,H+通过交换膜a向浓缩室移动,浓缩室中盐酸浓度增大,则Cl-通过交换膜b向浓缩室移动,所以a为阳离子交换膜,b为阴离子交换膜,C错误;浓缩室得到1 L 0.5 mol/L盐酸时,则转移0.4 mol氢离子,即转移0.4 mol电子,根据电极反应式Ni2++2e- Ni,可知阴极得到Ni的质量为0.2 mol×59 g/mol=
11.8 g,但是在阴极上氢离子优先得电子产生氢气,所以阴极得到的Ni的质量少于11.8 g,D错误。
16.答案 (每空2分)(1)BD (2)①-485.6 kJ·mol-1 ②EP+EQ-(EM+EN) ③Na2O2(s)+2Na(s) 2Na2O(s) ΔH=-313 kJ·mol-1 ④C
解析 (1)铝和氧化铁反应、锌与盐酸反应均为放热反应,碳与水蒸气反应、CaCO3受热分解均为吸热反应。（2）①2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) ΔH=(2×436+496-463.4×4)kJ·mol-1=-485.6 kJ·mol-1;②反应M+N P+Q中M、N、P、Q所含能量依次可表示为EM、EN、EP、EQ,则该反应的ΔH=EP+EQ-(EM+EN);③已知:Ⅰ.2Na(s)+O2(g) Na2O(s) ΔH=-412 kJ·mol-1
Ⅱ.2Na(s)+O2(g) Na2O2(s) ΔH=-511 kJ·mol-1
根据盖斯定律,Ⅰ×2-Ⅱ得到Na2O2(s)+2Na(s) 2Na2O(s) ΔH=-313 kJ·mol-1;④测定中和反应的反应热,需加稍过量的NaOH,保证盐酸完全反应,且NaOH固体溶解放热,故选C。
17.答案 (除标注外,每空2分)(1)C (2)负(1分) 还原 (3)-2e- xS (4)2H2O+2e- H2↑+2OH- 右侧溶液中生成的OH-通过阴离子交换膜进入左侧溶液,并与左侧溶液中的I2反应(3分)
解析 (1)该电池工作时,控制的温度应满足Na、S为熔融状态,且低于其沸点,则温度应高于115 ℃而低于444.6 ℃,只有C符合。(2)放电时,Na发生氧化反应,电极A为负极,电极B为正极,发生还原反应。(3)由充电时总反应可知,阳极反应式为-2e- xS。(4)根据题给信息可知,左侧溶液变蓝色,生成I2,左侧电极为阳极,电极反应式为2I--2e- I2,右侧电极为阴极,电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-,右侧溶液中生成的OH-通过阴离子交换膜进入左侧溶液,发生反应:3I2+6OH- I+5I-+3H2O,左侧溶液蓝色变浅。
18.答案 (每空2分)(1)CH4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g) ΔH=+165.2 kJ·mol-1 (2)①a ②2CO+4H2CH3OCH3+H2O (3)CH3OH-6e-+H2O CO2↑+6H+ O2+4e-+4H+ 2H2O
解析 (1)①CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) ΔH=+206.2 kJ·
mol-1,②CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.0 kJ·mol-1,根据盖斯定律,将①+②得甲烷与水蒸气反应生成CO2和H2的热化学方程式:CH4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g) ΔH=+165.2 kJ·mol-1。(2)①反应ⅰ、反应ⅱ均为放热反应,出口样品的温度必高于入口样品的温度,故曲线a表示出口样品的温度变化。②CO与H2在催化剂、200~300 ℃条件下反应生成二甲醚,反应的化学方程式为2CO+4H2 CH3OCH3+H2O。(3)甲醇燃料电池的负极上可燃物甲醇失去电子生成二氧化碳,电极反应为CH3OH-6e-+H2O CO2↑+6H+,正极上氧气得到电子生成水,电极反应为O2+4e-+4H+ 2H2O。
19.答案 (除标注外,每空2分)(1)Fe+4H2O+3e- Fe(OH)3+5OH- 0.3 (2)右(1分) 左(1分) (3)使用时间长、工作电压稳定 (4)C8H18(l)+O2(g) 8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=-5 355 kJ/mol(3分) (5)增大(1分) NiOOH+H2O+e- Ni(OH)2+OH-
解析 (1)C为正极,正极上高铁酸钾发生还原反应生成Fe(OH)3,正极的电极反应式为Fe+4H2O+3e- Fe(OH)3+5OH-;若通过电子的物质的量为0.01 mol,则理论上消耗Zn的质量为0.01 mol××
65 g/mol≈0.3 g。(2)盐桥中阴离子向负极移动,则放电时盐桥中的氯离子向右侧烧杯移动;用阳离子交换膜代替盐桥,阳离子向正极移动,则钾离子向左侧烧杯移动。(3)由题图可知高铁电池的优点有使用时间长、工作电压稳定。(4)在25 ℃、101 kPa条件下,辛烷C8H18(l)完全燃烧生成1 mol水蒸气放热550 kJ,所以1 mol辛烷完全燃烧生成9 mol水蒸气放热4 950 kJ,1 g水蒸气转化为液态水放热2.5 kJ,则9 mol水蒸气转化为液态水放热405 kJ,所以1 mol辛烷完全燃烧生成9 mol液态水放出的热量为5 355 kJ,表示辛烷摩尔燃烧焓的热化学方程式为C8H18(l)+O2(g) 8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=-5 355 kJ/mol。(5)镍氢电池的总反应式为H2+2NiOOH 2Ni(OH)2,混合动力车上坡或加速时,电池处于放电状态,乙电极是正极,电极反应式为NiOOH+H2O+e- Ni(OH)2+OH-,故乙电极周围溶液的碱性增强,pH增大。
答案 (每空2分)(1)铜与铁及周围的空气中的水构成原电池,Fe为负极,加快了铁的腐蚀速率 (2)①O2+4e-+2H2O 4OH- ②6∶2∶1 (3)-28.5 kJ·mol-1 (4)Cu+2Fe3+ 2Fe2++Cu2+ (5)①2Fe3++3ClO-+10OH- 2Fe+5H2O+3Cl- ②2Fe+6e-+5H2O
Fe2O3+10OH-
解析 (1)古代兵器中铜质部件修饰铁质兵刃反倒使兵刃更易生锈,是因为铜与铁及周围的空气中的水构成原电池,Fe为负极,从而加快了铁的腐蚀速率。(2)①铁质文物在潮湿的土壤中主要发生吸氧腐蚀,O2在正极得电子发生还原反应,电极反应为O2+4e-+2H2O 4OH-。②假设反应过程中有3 mol Fe发生反应,过程Ⅰ中Fe由0价变为+2价,3 mol Fe转移6 mol电子;过程Ⅱ中3 mol FeO转变为Fe3O4转移2 mol电子;过程Ⅲ中1 mol Fe3O4转变为Fe2O3转移1 mol电子,则Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三步反应中转移电子数之比为6∶2∶1。(3)根据盖斯定律,将①-②×3,得Fe2O3(s)+3CO(g) 2Fe(s)+3CO2(g),则ΔH=ΔH1-3ΔH2=-28.5 kJ·mol-1。(4)FeCl3溶液与覆铜板制备印刷电路板的反应的离子方程式为Cu+2Fe3+ 2Fe2++Cu2+。(5)①FeCl3和KClO、KOH的混合液发生反应,Fe3+被氧化生成Fe,ClO-被还原为Cl-,根据得失电子守恒、电荷守恒及原子守恒配平,可得该反应的离子方程式为2Fe3++3ClO-+10OH- 2Fe+5H2O+3Cl-。②K2FeO4-Zn碱性电池总反应方程式为2K2FeO4+3Zn Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2,在正极上Fe得到电子,发生还原反应生成Fe2O3,故正极的电极反应为2Fe+6e-+5H2O Fe2O3+10OH-。
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