苏教版高中化学必修第二册专题6化学反应与能量变化课时学案

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专题整合



一、化学反应速率的计算与比较
(1)根据已知数据,找出某一时间段内指定物质的浓度的改变值,然后根据Δc和Δt的比值计算得出反应速率。
(2)已知具体反应方程式和某一物质的反应速率,根据“化学计量数之比等于对应物质的化学反应速率之比,也等于对应物质的变化量之比”求解其他物质的反应速率。
(3)用不同物质表示的反应速率来判断反应进行的快慢时,不能认为其反应速率数值大,反应速率就快,一定要先转化为同一物质的反应速率再进行比较。
(4)在进行化学反应速率的计算与比较时要注意时间单位的转化。
[典例1] 一定温度下,10 mL 0.40 mol/L H2O2溶液发生催化分解。不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准标况)如下表。
t/min
0
2
4
6
8
10
V(O2)/mL
0.0
9.9
17.2
22.4
26.5
29.9
下列叙述不正确的是(溶液体积变化忽略不计)(　　)
A.0～6 min的平均反应速率:
v(H2O2)≈3.3×10-2 mol/(L·min)
B.6～10 min的平均反应速率:
v(H2O2)<3.3×10-2 mol/(L·min)
C.反应至6 min时,c(H2O2)=0.30 mol/L
D.反应至6 min时,H2O2分解了50%
解析:根据题目信息可知,0～6 min,生成22.4 mL(标准状况)氧气,消耗0.002 mol H2O2,则v(H2O2)≈3.3×10-2 mol/(L·min),A项正确;随反应物浓度的减小,反应速率逐渐降低,B项正确;反应至6 min时,剩余 0.002 mol H2O2,此时c(H2O2)=0.20 mol/L,C项错误;反应至6 min时,消耗0.002 mol H2O2,转化率为50%,D项正确。
答案:C
[跟踪训练1] 将等量的N2和H2的混合气体分别充入甲、乙、丙三个容器中,进行反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),经过相同的时间后,测得反应速率分别为甲v(H2)=1 mol·L-1·min-1,乙v(N2)=2 mol·L-1·min-1,丙v(NH3)=3 mol·L-1·min-1。则三个容器中合成氨的反应速率大小关系为(　B　)
A.v(甲)>v(乙)>v(丙)
B.v(乙)>v(丙)>v(甲)
C.v(丙)>v(甲)>v(乙)
D.v(乙)>v(甲)>v(丙)
解析:以氢气的化学反应速率为标准进行判断,甲v(H2)=1 mol·L-1·min-1,乙v(N2)=2 mol·L-1·min-1,根据化学反应速率之比等于化学方程式中对应物质的化学计量数之比可知,v(H2)=3v(N2)=3×2 mol·L-1·min-1=6 mol·L-1·min-1;丙v(NH3)=3 mol·L-1·min-1,同理可得v(H2)=1.5v(NH3)=1.5×3 mol·L-1·min-1=4.5 mol·L-1·min-1。综上所述,反应速率:v(乙)>v(丙)>v(甲),B正确。
二、控制变量法探究影响化学反应速率的因素
(1)确定变量:解答这类题目时首先要认真审题,找出影响实验探究结果的因素。
(2)定多变一:在探究时,应先控制其他的因素不变,只改变一种因素,探究这种因素与题给问题的关系,然后按此方法依次分析其他因素与所探究问题的关系。
(3)数据有效:解答时注意选择的数据(或设置实验)要有效,且变量统一,否则无法做出正确判断。
[典例2] 碘在科研与生活中有重要作用。某兴趣小组用0.50 mol·L-1 KI、0.2%淀粉溶液、0.20 mol·L-1 K2S2O8、0.10 mol·L-1 Na2S2O3等试剂,探究反应条件对化学反应速率的影响。
已知:S2O82-+2I-2SO42-+I2(慢)　I2+2S2O32-2I-+S4O62-(快)
为探究反应物浓度对化学反应速率的影响,设计的实验方案如下表:
实验
序号
体积V/mL
K2S2O8溶液
水
KI溶液
Na2S2O3溶液
淀粉溶液
①
10.0
0.0
4.0
4.0
2.0
②
9.0
1.0
4.0
4.0
2.0
③
8.0
Vx
4.0
4.0
2.0
表中Vx=　　　 　mL,理由是　  　。
解析:由表格可知溶液的总体积V是定值,所以三次实验的总体积都应该是20.0 mL,所以Vx应为2 mL。
答案:2　为完成实验目的,①②③三组实验中总体积都应该是20.0 mL
[跟踪训练2] 某化学兴趣小组的同学用相同质量的锌和相同浓度的足量稀盐酸反应得到的实验数据如下表所示:
实验编号
锌的状态
温度/℃
收集100 mL
氢气所需时间/s
①
薄片
15
180
②
薄片
25
70
③
粉末
25
15
(1)该实验的目的是探究　　　　　　　　 　　　　　　　　对锌和稀盐酸反应速率的影响。
(2)实验①和②表明　　　　　 　,化学反应速率越快。
(3)能表明反应物接触面积对反应速率有影响的实验是　　　 　和　　　　(填实验编号)。
(4)设计一个实验方案证明盐酸的浓度对该反应的反应速率的影响: 　 。
解析:(1)根据表格中涉及的相关条件可以看出,该实验是探究反应物接触面积、温度对反应速率的影响。
(2)实验①和②温度不同,其他影响因素都完全相同,而收集100 mL氢气所需时间不同,说明温度对化学反应速率有影响,而且温度越高,反应速率越快。
(3)实验②和③锌的状态不同,其他影响因素都完全相同,而收集100 mL氢气所需时间不同,说明反应物接触面积对化学反应速率有影响。
(4)要证明盐酸的浓度对该反应的反应速率的影响,应在其他影响因素都完全相同时,让锌和不同浓度的盐酸反应,测量收集100 mL氢气所需的时间。
答案:(1)反应物接触面积、温度
(2)温度越高　(3)②　③
(4)在25 ℃时,取相同质量的薄锌片与不同浓度的盐酸反应,测量收集100 mL氢气所需的时间(其他合理答案均可)
三、化学平衡状态的判断
1.直接标志
(1)v正=v逆≠0(化学平衡的本质)
①同一种物质的生成速率等于消耗速率。
②在化学方程式同一边的不同物质的生成速率与消耗速率之比等于相应物质的化学计量数之比。
③化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等于相应物质的化学计量数之比。
(2)各组分的浓度保持一定(化学平衡的特征)
①各组分的浓度不随时间的改变而改变。
②各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变。
2.间接标志——“变量不变”
(1)反应体系中的总压强不随时间的改变而变化(适用于有气体参与且反应前后气体的体积不等的可逆反应)。
(2)混合气体的密度不随时间的改变而变化(适用于①恒压且反应前后气体的体积不等的可逆反应;②恒容且有固体、液体参与或生成的可逆反应)。
(3)对于反应混合物中存在有颜色物质的可逆反应,若体系的颜色不再改变,则反应达到平衡状态。
(4)体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而变化。
3.不能作为标志的条件——定量不能作为判据
(1)恒容容器中,对于全部是气体的反应体系,密度不变不能作为反应达到化学平衡状态的标志。
(2)恒容容器中,对于化学方程式两边气态物质的化学计量数之和相等的反应,压强不变不能作为反应达到化学平衡状态的标志。
(3)对于全部是气体的反应体系,若反应物和生成物的化学计量数之和相等,则气体的平均相对分子质量不变不能作为反应达到化学平衡状态的标志。
[典例3] (双选题)在恒定温度下使 NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)达到平衡,可以判断该反应达到化学平衡的是(　　)
A.2v(NH3)=v(CO2)
B.密闭容器中总压强不变
C.密闭容器中混合气体的密度不变
D.密闭容器中氨气的体积分数不变
解析:反应达到平衡状态的标志有两个:一是正、逆反应速率相等;二是各物质的质量、浓度、物质的量分数等均恒定不变。A项没有指明正、逆反应这一属性,并且应为v(NH3)=2v(CO2),不符合题意;B、C两项都体现了混合气体的质量、浓度等恒定不变,即正、逆反应速率相等,符合题意;D项NH3与CO2都是生成物,按比例生成,故无论平衡与否,氨气体积分数均不变,不符合题意。
答案:BC
[跟踪训练3] 在一定温度下,容积固定的密闭容器中发生可逆反应4HCl(g)+O2(g)2H2O(g)+2Cl2(g),下列能说明反应已经达到平衡状态的是(　B　)
A.混合气体的密度保持不变
B.混合气体的平均相对分子质量保持不变
C.断开4 mol H—Cl键的同时,生成4 mol H—O 键
D.HCl、O2、H2O、Cl2四种气体的物质的量之比为4∶1∶2∶2
解析:反应过程中气体总质量、容器容积为定值,则气体密度始终不变,不能根据混合气体的密度判断平衡状态,A项错误;该反应中气体总质量为定值,气体的总物质的量为变量,根据公式M=mn可知,气体的平均摩尔质量数值上等于气体的平均相对分子质量,混合气体的平均相对分子质量为变量,当混合气体的平均相对分子质量保持不变时,表明正、逆反应速率相等,该反应达到平衡状态,B项正确;断开4 mol H—Cl键的同时,生成4 mol H—O键,表示的都是正反应速率,无法判断是否达到平衡状态,C项错误;HCl、O2、H2O、Cl2四种气体的物质的量之比为4∶1∶2∶2,无法判断各组分的物质的量是否继续变化,无法判断是否达到平衡状态,D项错误。
四、吸热反应与放热反应的判断
(1)根据反应物和生成物的总能量大小判断
反应物的总能量大于生成物的总能量的反应为放热反应,反之为吸热反应。
(2)根据化学键断裂和形成时能量变化大小的关系推断
破坏反应物中化学键吸收的能量大于形成生成物中化学键放出的能量的反应为吸热反应,反之为放热反应。
(3)根据经验规律判断
用常见吸热和放热的反应类型来判断。
(4)根据生成物和反应物的相对稳定性判断
由稳定的物质生成不稳定的物质的反应为吸热反应,反之为放热反应。
(5)根据反应条件判断
需要持续加热才能进行的反应是吸热反应。反之,一般为放热反应。
[典例4] 下列图示变化为吸热反应的是(　　)


解析:A项中生成物的总能量高于反应物的总能量,只能通过吸收能量才能实现;B项则恰好相反;C项中浓硫酸溶于水放出热量,但此过程是物理变化,没有发生化学反应;D项是放热反应。
答案:A
[跟踪训练4] 下列反应符合如图图示的是(　A　)

A.红热的炭与水蒸气反应制取水煤气
B.锌与稀硫酸的反应
C.酸碱中和反应
D.二氧化硫催化氧化反应
解析:由图可知反应物能量低,生成物能量高,为吸热反应。
五、原电池的电极反应及其书写方法
(1)可充电电池电极反应式的书写
在书写可充电电池的电极反应式时,由于电极都参加反应,且正方向、逆方向反应都能进行,所以要明确电池和电极,放电时为原电池,充电时为电解池。原电池的负极反应为放电方向的氧化反应;原电池的正极反应为放电方向的还原反应。
(2)根据给出电极反应式书写总反应式
根据给出的两个电极反应式书写总反应式时,首先要使两个电极反应式的得失电子数相等,再将两式相加,然后消去反应物和生成物中相同的物质即可。注意,若反应式同侧出现不能大量共存的离子,如H+和OH-、Pb2+和SO42-,要写成反应后的物质,即H2O和PbSO4。
(3)燃料电池电极反应式的书写
书写燃料电池的电极反应式时,首先要明确电解质是酸还是碱。在酸性电解质溶液中,电极反应式不要出现OH-;在碱性电解质溶液中,电极反应式不要出现H+。同时还要分清燃料是H2还是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C4H10、C2H5OH……),但无论是哪一种燃料,在碱性条件下,正极反应式都是一样的,即O2+2H2O+4e-4OH-,若是在酸性条件下,则正极反应式为O2+4H++4e-2H2O。如果是含碳燃料时,负极反应式的书写类同甲烷燃料电池的书写,只是需要考虑用电荷守恒来配平不同的化学计量数。
[典例5] 高铁电池是一种新型可充电电池,与普通电池相比,该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。请回答下列问题:
(1)放电时,正极发生　　　 　(填“氧化”或“还原”)反应,则正极反应式为　 　　　　 　　　　。
(2)放电时,　　　　(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。
解析:根据高铁电池放电时总反应方程式可知,Zn为负极,负极电极反应式为Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2,由电池的总反应方程式-负极反应式=正极反应式可知,正极反应式为FeO42-+3e-+4H2OFe(OH)3+5OH-,正极区生成OH-且消耗水,OH-浓度增大,故正极附近溶液的碱性增强。
答案:(1)还原　FeO42-+3e-+4H2OFe(OH)3+5OH-
(2)正
[跟踪训练5] 某研究所研制的氢氧燃料电池,可同时提供电和水。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,则下列推断正确的是(　D　)
A.正极反应为O2+4H++4e-2H2O
B.该电池可在常温或高温时进行工作,对环境具有较强的适应性
C.该电池供应36 g 水,同时转移2 mol电子
D.负极反应为2H2+2CO32--4e-2H2O+2CO2
解析:放电时,负极反应为2H2-4e-+2CO32-2CO2+2H2O,根据总反应式可知,正极反应式为O2+2CO2+4e-2CO32-,A错误,D正确;该电池使用的电解质是熔融的K2CO3,在常温下无法工作,B错误;由反应可知,该电池供应36 g 水,即生成2 mol H2O,转移4 mol电子,C错误。
六、新型化学电源的分析
(1)根据原电池原理判断电池的正、负极及电子(或电流)流动方向。
(2)分别书写正、负极电极反应式并分析两极可能产生的现象。
(3)根据电极反应式判断电解质溶液的pH变化和离子迁移方向。
[典例6] Mg —H2O2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,示意图如图所示。该电池工作时,下列说法正确的是(　　)

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:Mg—H2O2电池,活泼金属(Mg)作负极,发生氧化反应:Mg-2e-Mg2+,H2O2在正极(石墨电极)发生还原反应:H2O2+2e-2OH-(由于电解质为中性溶液,则生成OH-),A项、B项错误,C项正确。由于负极阳离子(Mg2+)增多,则Cl-向负极移动平衡电荷,D项错误。
答案:C
[跟踪训练6] 一种以NaBH4和H2O2为原料的新型电池的工作原理如图所示。下列说法错误的是(　C　)

A.电池的正极反应为H2O2+2e-2OH-
B.电池放电时Na+从a极区移向b极区
C.电子从电极b经外电路流向电极a
D.b极室的输出液经处理后可输入a极室循环利用
解析:A项,正极发生反应:H2O2+2e-2OH-,正确;B项,放电时为原电池,阳离子移向正极,电极b为正极,正确;C项,电子由负极经外电路流向正极,应该由电极a流向电极b,错误;D项,产生的氢氧化钠溶液可以循环使用,正确。
[专题集训]
(以下选择题有1～2个选项符合题意)
1.下列反应或过程中能量的变化符合图像的是(　B　)

A.H+HH—H
B.2NH4Cl+Ba(OH)2·8H2OBaCl2+2NH3↑+10H2O
C.Mg+2HClMgCl2+H2↑
D.H2SO4+2KOHK2SO4+2H2O
解析:根据图像,生成物的总能量大于反应物的总能量,说明反应是吸热反应。A项,形成化学键的过程中会放出能量,错误;B项,属于铵盐和碱的反应,是吸热反应,正确;C项,属于金属与酸的反应,是放热反应,错误;D项,属于酸碱中和反应,是放热反应,错误。
2.一定条件下,在体积为10 L的固定容器中发生反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),反应过程如图。下列说法正确的是(　BD　)

A.t1 min 时正、逆反应速度相等
B.X曲线表示NH3的物质的量随时间的变化关系
C.0～8 min,H2的平均反应速率v(H2)=0.75 mol·L-1·min-1
D.10～12 min,N2的平均反应速率v(N2)=0.002 5 mol·L-1·min-1
解析:t1时刻没有达到平衡状态,正、逆反应速率不相等,A项错误;根据图像,X的物质的量增加,属于生成物,因此X为NH3的曲线,B项正确;0～8 min 时,v(NH3)=0.6mol10 L×8min=0.007 5 mol·L-1·min-1,根据化学反应速率之比等于化学计量数之比得v(H2)=v(NH3)×32=0.011 25 mol·L-1·min-1,C项错误;10～12 min,v(NH3)=(0.7-0.6)mol10 L×2min=0.005 mol·L-1·min-1,则v(N2)=v(NH3)2=0.002 5 mol·L-1·min-1,D项正确。
3.在容积固定的容器中,发生反应2HI(g)H2(g)+I2(g),下列方法中能证明已达到平衡状态的是(　A　)
A.混合气体的颜色不再变化
B.各组分浓度相等
C.v正(H2)=2v逆(HI)
D.混合气体的平均摩尔质量不再变化
解析:B.各组分浓度相等,但相等并不是不变,不能说明反应达到平衡状态,错误;C.反应速率v正(H2)=2v逆(HI),速率之比与化学计量数不成比例,反应没有达到平衡状态,错误;D.混合气体的平均摩尔质量是混合气体的质量和混合气体的总的物质的量的比值,质量和物质的量均不变,所以混合气体的平均摩尔质量不再变化不能说明反应达到平衡状态,错误。
4.在四支试管中,在不同条件下发生反应:Fe+2HClFeCl2+H2↑。判断产生H2的反应速率最快的是(　D　)
试管
盐酸浓度
温度
铁的形态
A
0.5 mol·L-1
20 ℃
块状
B
0.5 mol·L-1
20 ℃
粉末状
C
1 mol·L-1
35 ℃
块状
D
1 mol·L-1
35 ℃
粉末状
解析:反应物的浓度越大,反应速率越快,温度越高,反应速率越快,固体的表面积越大,反应速率越快,根据表中数据可知,选项D中反应速率最快。
5.下列关于下图的说法不正确的是(　D　)

A.1 mol固态碘与1 mol H2化合生成2 mol HI气体时,需要吸收5 kJ的能量
B.2 mol HI气体分解生成1 mol碘蒸气与1 mol H2时需要吸收12 kJ的能量
C.1 mol固态碘变为1 mol碘蒸气时需要吸收17 kJ 的能量
D.碘蒸气与H2化合生成HI气体的反应是吸热反应
解析:由图可知,1 mol I2(s)与1 mol H2(g)化合生成2 mol HI(g)时需要吸收5 kJ的能量,A正确;1 mol I2(g) 与1 mol H2(g)化合生成2 mol HI(g)时放出12 kJ 热量,则2 mol HI气体分解生成1 mol 碘蒸气与1 mol H2时需要吸收12 kJ的能量,B正确;1 mol I2(g)变为1 mol I2(s)时放出17 kJ的热量,则1 mol固态碘变为1 mol 碘蒸气时需要吸收17 kJ的能量,C正确;1 mol I2(g)与1 mol H2(g)化合生成2 mol HI(g)时放出12 kJ热量,该反应为放热反应,D错误。
6.镁-次氯酸盐燃料电池的工作原理如图所示,该电池反应为Mg+ClO-+H2OMg(OH)2+Cl-。下列有关说法正确的是(　B　)

A.电池工作时,c溶液中的溶质是MgCl2
B.电池工作时,正极a附近的pH将不断增大
C.负极反应式:ClO--2e-+H2OCl-+2OH-
D.b电极发生还原反应,每转移0.1 mol电子,理论上生成0.1 mol Cl-
解析:根据电池反应式为Mg+ClO-+H2OMg(OH)2+Cl-,所以c溶液中的溶质不含镁离子,A项错误;放电时正极电极反应式:ClO-+H2O+2e-Cl-+2OH-,所以a电极附近的pH将不断增大,B项正确;根据电池反应式为Mg+ClO-+H2OMg(OH)2+Cl-可知负极电极反应式为Mg-2e-+2OH-Mg(OH)2,C项错误;由图可知a电极为正极,发生还原反应,反应式为ClO-+H2O+2e-Cl-+2OH-,所以每转移0.1 mol电子,理论上生成0.05 mol Cl-,D项错误。
7.下列关于如图所示的锂离子电池体系的叙述错误的是(　AC　)

A.a极为电池的负极
B.放电时,b极的电极反应式为Li-e-Li+
C.放电时,a极锂元素的化合价发生变化
D.放电时,溶液中Li+从b极向a极迁移
解析:Li是活泼金属,作负极,则b极是负极,a极是正极,A错误;Li失去电子,发生氧化反应,b极的电极反应式是Li-e-Li+,B正确;放电时,a极LiMn2O4中的锰元素的化合价发生变化,Li元素的化合价不变,C错误;原电池中阳离子向正极移动,D正确。
8.某化学兴趣小组的同学为了探究铝电极在电池中的作用,设计并进行了以下一系列实验,实验结果记录如下:
编号
电极材料
电解质溶液
电流表指针
偏转方向
1
Mg、Al
稀盐酸
偏向Al
2
Al、Cu
稀盐酸
偏向Cu
3
Al、C(石墨)
稀盐酸
偏向石墨
4
Mg、Al
氢氧化钠溶液
偏向Mg
5
Al、Zn
浓硝酸
偏向Al
试根据表中的实验现象,回答下列问题:
(1)实验1、2中Al所作的电极　　　　(填“相同”或“不相同”)。 
(2)对实验3,完成下列填空:
①铝为　　　　极,电极反应式:　 　。
②石墨为　　　　极,电极反应式:　 　。
③电池总反应方程式: 　。
(3)实验4中铝作　　　　,理由是　 　。
写出铝电极的电极反应式:　。
(4)解释实验5中电流表指针偏向铝的原因: 　。
(5)根据实验结果总结出影响铝在原电池中作正极或负极的因素: 　。
解析:Mg比Al活泼,Mg作原电池的负极,Al作原电池的正极,电流表指针偏向Al;Al比Cu活泼,Al作原电池的负极,Cu作原电池的正极,电流表指针偏向Cu。由此可知,原电池中电流表指针偏向正极。在实验3中电流表指针偏向石墨,由上述规律可知,在该原电池中铝作负极,石墨作正极。铝失去电子被氧化成铝离子,盐酸中的氢离子得到电子被还原为氢气。该实验的设计运用比较法探究铝电极在原电池中的作用。实验1、2、3中电解质溶液相同,电极材料不同;实验1和4中电极材料相同,电解质溶液不同;实验5与其他实验是电极材料和电解质溶液都不同。通过这些结果可以总结出影响铝在原电池中作正极或负极的因素。根据电极材料及电解质溶液的不同以及反应的实验现象做判断,应注意Al可与NaOH溶液反应,Al在浓HNO3中钝化等情况。
答案:(1)不相同
(2)①负　2Al-6e-2Al3+　②正　6H++6e-3H2↑　③2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑
(3)负极　铝可以与氢氧化钠溶液发生氧化还原反应,而镁不与氢氧化钠溶液发生化学反应　Al-3e-+4OH-AlO2-+2H2O
(4)铝在浓硝酸中钝化,锌在浓硝酸中被氧化,即在浓硝酸中Zn作原电池的负极,Al作原电池的正极,所以电流表指针偏向铝
(5)另一个电极材料的活泼性和电解质溶液的性质
专题6　检测试题
选题表
　　　　　　难易度
知识点　　　　　　
易
中
难
化学反应速率
3,5,8
13
18
化学反应限度
7,9
12

化学反应中的热量
4,6
14

原电池原理及应用
2,10
11,15
19
综合应用
1

16,17,20
一、单项选择题(共10小题,每小题2分,共20分,每小题只有一个正确选项)
1.下列变化一定为放热的化学反应的是(　D　)
A.H2O(g)H2O(l)放出44 kJ热量
B.ΔH>0的化学反应
C.形成化学键时共放出862 kJ能量的化学反应
D.能量变化如图所示的化学反应

解析:H2O(g)→H2O(l)的变化属于物理变化,不属于化学变化,所以不是放热反应,A错误;ΔH>0的反应是吸热反应,B错误;形成化学键时共放出862 kJ能量的化学反应,不一定是放热反应,因为反应的能量变化由断裂化学键吸收的能量和形成化学键放出的能量的相对大小决定,C错误;根据图中能量变化可知,反应物总能量大于生成物总能量,为放热反应,D正确。
2.暖贴采用的是铁的“氧化放热”原理,使其发生原电池反应,铁粉在原电池中充当(　A　)
A.负极 B.正极 C.阴极 D.阳极
解析:铁被氧化,负极发生氧化反应,铁粉在原电池中充当负极,故A正确。
3.反应3Fe(s)+4H2O(g)Fe3O4(s)+4H2(g)在一容积可变的密闭容器中进行,下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是(　C　)
①增加铁的量　②将容器的容积缩小一半　③保持容积不变,充入N2使体系压强增大　④压强不变,充入N2使容器容积增大
A.①② B.③④ C.①③ D.②④
解析:铁为固态物质,增加用量并不影响其浓度,因此增加铁的量对反应速率几乎无影响;将容器容积缩小一半,则压强增大,H2O(g)和H2的浓度都增大,正、逆反应速率均增大;容积不变,充入N2,体系总压强增大,但N2不参与反应,体系内H2、H2O(g)的浓度并没有增加或减小,因此正、逆反应速率不变;充入N2使容器容积增大,总压强虽然不变,但体系内H2O(g)、H2浓度会减小,正、逆反应速率都减小。
4.对于化学反应C(s)+O2(g)CO2(g)来说,下列有关说法不正确的是(　A　)
A.增加木炭的物质的量,化学反应速率会加快
B.升高温度,化学反应速率会加快
C.将反应容器的体积缩小,化学反应速率会加快
D.将木炭粉碎成粉末状,化学反应速率会加快
解析:木炭是固体,增加木炭的量,浓度不变,所以增加木炭的物质的量,化学反应速率不变,A错误;升高温度,化学反应速率加快,B正确;若将反应容器的体积缩小,O2、CO2的浓度增大,化学反应速率加快,
C正确;将木炭粉碎成粉末状,增大了与O2的接触面积,化学反应速率会加快,D正确。
5.化学反应速率的研究对于工农业生产和日常生活有着十分重要的意义,下列说法正确的是(　D　)
A.将肉类食品进行低温冷藏,能使其永远不会腐败变质
B.在化学工业中,选用合适的催化剂一定能提高经济效益
C.夏天面粉的发酵速度与冬天面粉的发酵速度相差不大
D.茶叶的包装袋中加入的还原性铁粉,能显著延长茶叶的储存时间
解析:A项,低温冷藏只能降低肉类食品的变质速度。B项,催化剂的使用只能提高单位时间内的产量,而不能确保经济效益的提高。C项,夏天温度高,面粉的发酵速度更快。D项,还原性铁粉能与茶叶包装袋中的氧气反应,降低氧气浓度,从而显著延长茶叶的储存时间。
6.N2H4是一种高效清洁的火箭燃料。0.25 mol N2H4(g)完全燃烧生成氮气和气态水时,放出133.5 kJ 热量。则下列热化学方程式中正确的是(　D　)
A.12N2H4(g)+12O2(g)12N2(g)+H2O(g) ΔH=267 kJ· mol-1
B.N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH=-133.5 kJ· mol-1
C.N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH=534 kJ· mol-1
D.N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534 kJ· mol-1
解析:在热化学方程式中,ΔH>0表示吸热,ΔH<0表示放热,A、C错误;热化学方程式中的化学计量数仅表示物质的量,0.25 mol N2H4(g)完全燃烧放热 133.5 kJ,故 1 mol N2H4(g)完全燃烧放热(4×133.5) kJ,即534 kJ,D正确,B错误。
7.对可逆反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g),下列叙述正确的是(　A　)
A.平衡时,v正(O2)=v逆(O2)必成立
B.关系式5v正(O2)=4v正(NO)总成立
C.用上述四种物质NH3、O2、NO、H2O表示的正反应速率的数值中,
v正(H2O)最小
D.若投入4 mol NH3和5 mol O2,通过控制外界条件,必能生成4 mol NO
解析:根据化学平衡状态的定义,A项正确;B项,两物质反应速率之比不等于其化学计量数之比,故错误;C项,根据反应速率之比等于相应的化学计量数之比,可知H2O的反应速率是最大的,故错误;D项,可逆反应不能进行到底,故错误。
8.酸性高锰酸钾溶液与草酸能发生反应:2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O。下列各组实验中混合溶液最先褪色的是(　D　)
实验
反应温度/℃
KMnO4溶液
H2C2O4溶液
H2O
V/
mL
c/
(mol·L-1)
V/
mL
c/
(mol·L-1)
V/
mL
A
25
5
0.01
10
0.1
5
B
25
5
0.01
5
0.3
10
C
35
5
0.01
10
0.1
5
D
35
5
0.01
5
0.3
10
解析:A、B组相比较,B组中反应物H2C2O4的浓度大,反应速率快;C、D组相比较,D组中反应物H2C2O4的浓度大,反应速率快;B、D组相比较,两组中反应物浓度一样,但D组中反应温度高,故反应速率快。故D组实验中KMnO4最先消耗完,混合溶液最先褪色。
9.在一体积不变的密闭容器中,CO和H2在一定条件下反应合成乙醇:
2CO(g)+4H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g)。下列叙述能说明上述反应在一定条件下,已达到化学平衡状态的是(　D　)
A.CO全部转化为乙醇
B.CO和H2的正反应速率之比为v(CO)∶v(H2)=1∶2
C.该密闭容器中气体的密度不再发生变化
D.反应体系中乙醇的物质的量浓度不再发生变化
解析:该反应是可逆反应,反应物不能全部转化为生成物,A错误;反应过程中,正反应方向的v(CO)∶v(H2)始终为1∶2,B错误;该反应体系中,气体的质量不变,体积不变,混合气体的密度始终不发生变化,C错误;反应达到平衡时,正反应速率等于逆反应速率,反应体系中各物质的物质的量浓度不再发生变化,D正确。
10.利用“Na—CO2”电池将CO2变废为宝。我国科研人员研制出的可充电“Na—CO2”电池,以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料,放电反应方程式为 4Na+3CO22Na2CO3+C。放电时该电池“吸入”CO2,其工作原理如图所示。下列说法中错误的是(　C　)

A.电流流向为MWCNT→导线→钠箔
B.放电时,正极的电极反应式为3CO2+4e-2CO32-+C
C.原两电极质量相等,若生成的Na2CO3和C全部沉积在电极表面,当转移 0.2 mol e-时,两极的质量差为11.2 g
D.选用高氯酸钠四甘醇二甲醚作电解液的优点是导电性好,与金属钠不反应,难挥发
解析:金属钠失电子,作负极,电子由负极经导线流向正极,电流流向相反,由MWCNT→导线→钠箔,A正确;放电时,正极发生还原反应,CO2被还原为碳,电极反应式为3CO2+4e-2CO32-+C,B正确;正极发生电极反应为3CO2+4e-2CO32-+C,根据反应关系可知,当转移 0.2 mol e-时,生成碳酸钠的量为0.1 mol,碳的量为 0.05 mol,正极质量增重为0.1 mol×106 g·mol-1+0.05 mol×12 g·mol-1=11.2 g,负极发生反应:2Na-2e-2Na+,根据反应关系可知,当转移0.2 mol e-时,消耗金属钠的量 0.2 mol,质量为0.2 mol×23 g·mol-1=4.6 g,所以两极的质量差为11.2 g+4.6 g=15.8 g,C错误;选用高氯酸钠四甘醇二甲醚作电解液的优点是导电性好,与金属钠不反应,难挥发,D正确。
二、不定项选择题(共5小题,每小题4分,共20分,每小题有1～2个选项符合题意)
11.下列各项中电极反应式与相关描述不对应的是　　(　D　)
选项
电极反应式
相关描述
A
O2+2H2O+4e-4OH-
碱性环境中氢氧燃料电池的正极反应
B
2Cl--2e-Cl2↑
电解NaCl溶液时的阳极反应
C
2H++2e-H2↑
铜、锌、稀硫酸构成原电池的正极反应
D
Fe-3e-Fe3+
铁发生电化学腐蚀时的负极反应
解析:铁发生电化学腐蚀时的负极反应式为Fe-2e-Fe2+,D错误。
12.下列说法中,可以充分说明反应P(g)+Q(g)R(g)+T(g)在恒温下已经达到平衡的是(　CD　)
A.反应容器内的压强不随时间变化
B.反应容器内P、Q、R、T四者共存
C.P和T的生成速率相等
D.反应容器内T的物质的量不随时间变化
解析:因该反应是气体分子总数不变的可逆反应,因而反应无论进行到什么程度,其容器内气体的压强都将不变,因而选项A不能作为反应已达平衡的标志,A错误;只要反应开始,容器内P、Q、R、T必共存,无法说明反应是否已达平衡,B错误;由选项C可推出v(正)=v(逆),这表明反应已达平衡,反应达平衡时,各组分的物质的量保持不变,
C、D正确。
13.某小组探究2X(g)Y(g)+Z(g)反应速率的影响因素,在不同条件下进行4组实验,Y、Z起始浓度为0,反应物X的浓度(mol·L-1)随反应时间(min)的变化情况如图所示。

下列说法不正确的是(　D　)
A.比较实验②④得出:升高温度,化学反应速率加快
B.比较实验①②得出:增大反应物浓度,化学反应速率加快
C.若实验②③只有一个条件不同,则实验③使用了催化剂
D.0～10 min,实验②的平均反应速率v(Y)=0.04 mol·L-1·min-1
解析:②④两组实验,X的起始浓度相等,温度由第②组实验的800 ℃升高到820 ℃,反应速率明显加快,说明温度升高,化学反应速率加快,A正确;从图像可以看出①②两组实验温度相同,随着反应物X的浓度增大,化学反应速率加快,B正确;②③两组实验,X的起始浓度相等,温度相同,平衡状态也相同,但是实验③反应速率快,到达平衡所需的时间短,说明实验③使用了催化剂,C正确;0～10 min,实验②的平均反应速率:v(X)=1.00-0.8010 mol·L-1·min-1=0.02 mol·L-1·min-1,则v(Y)=0.01 mol·L-1·min-1,D错误。
14.为探究NaHCO3、Na2CO3分别与1 mol/L盐酸反应(设两反应分别是反应Ⅰ、反应Ⅱ)过程中的热效应,进行实验并测得如下数据:
序号
液体
固体
混合前
温度
混合后
最高温度
①
35 mL水
2.5 g NaHCO3
20 ℃
18.5 ℃
②
35 mL水
3.2 g Na2CO3
20 ℃
24.3 ℃
③
35 mL盐酸
2.5 g NaHCO3
20 ℃
16.2 ℃
④
35 mL盐酸
3.2 g Na2CO3
20 ℃
25.1 ℃
下列有关说法正确的是(　C　)
A.仅通过实验③即可判断反应Ⅰ是吸热反应
B.仅通过实验④即可判断反应Ⅱ是放热反应
C.通过实验可判断出反应Ⅰ、Ⅱ分别是吸热反应、放热反应
D.通过实验可判断出反应Ⅰ、Ⅱ分别是放热反应、吸热反应
解析:仅通过实验①可判断出NaHCO3溶于水吸热;通过实验①③可判断出NaHCO3与盐酸反应是吸热反应;仅通过实验②可判断出Na2CO3溶于水放热;通过实验②④可判断出Na2CO3与盐酸反应是放热反应。综上所述,可判断出反应Ⅰ、Ⅱ分别是吸热反应、放热反应,C正确。
15.锂空气电池放电时的工作原理如图所示。下列叙述正确的是(　B　)

A.放电时Li+由B极向A极移动
B.电池放电时的总反应式为4Li+O2+2H2O4LiOH
C.B电极反应式为O2+4H++4e-2H2O
D.电解液a可以为氯化锂溶液
解析:在该电池中,A极是负极,B极是正极,阳离子由A极向B极移动,即放电时Li+由A极向B极移动,A错误;该电池放电时的总反应式为4Li+O2+2H2O4LiOH,B正确;正极上是氧气得电子发生还原反应,在碱性电解质中发生的反应为O2+4e-+2H2O4OH-,C错误;金属锂可以和水反应,电解液a中不能含有水,D错误。
三、非选择题(共5小题,共60分)
16.(10分)一定温度下,在容积为V L的密闭容器中进行反应:
aN(g)bM(g),M、N的物质的量随时间的变化曲线如图所示:

(1)此反应的化学方程式中a∶b=　　 　　。
(2)t1到t2时刻,以M的浓度变化表示的平均反应速率为　　　　　　。
(3)下列叙述中能说明上述反应达到平衡状态的是　 　　(填字母)。
A.反应中M与N的物质的量之比为1∶1
B.混合气体的总质量不随时间的变化而变化
C.混合气体的总物质的量不随时间的变化而变化
D.单位时间内消耗a mol N,同时生成b mol M
E.混合气体的压强不随时间的变化而变化
F.N的转化率达到最大,且保持不变
解析:(1)由图像中0～t2时间内N、M变化的物质的量,即可求出
Δn(N)∶Δn(M)=(8 mol-4 mol)∶(4 mol-2 mol)=2∶1,即a∶b=2∶1。
(2)v(M)=4mol-3molVL×(t2-t1) min=1V·(t2-t1) mol/(L·min)。
(3)因为a≠b,所以当混合气体总物质的量不随时间变化而变化时,容器内气体压强也不变,均可判断反应达到平衡状态,F中反应物的转化率达到最大,且保持不变,意味着各组分浓度不再改变。
答案:(1)2∶1
(2)1V·(t2-t1) mol/(L·min)
(3)CEF
17.(12分)利用NO2平衡混合气体遇热颜色加深、遇冷颜色变浅来指示放热过程和吸热过程。
①按如图所示连接实验装置。
②向甲烧杯中加入一定量的CaO固体,此时烧杯中NO2平衡混合气体的红棕色变深;向乙烧杯中加入NH4NO3晶体,此时烧杯中NO2平衡混合气体的颜色变浅。

回答下列问题:
(1)CaO与水的反应为　　　　(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)NH4NO3晶体溶于水时,乙烧杯内温度　 　　(填“升高”或“降低”)。NH4NO3溶于水　　　 　(填“是”或“不是”)吸热反应。 
(3)查阅资料知NO2的平衡混合气体中存在可逆反应2NO2(g)N2O4(g),已知NO2为红棕色,N2O4为无色。结合实验知,当温度升高时,平衡　　　 　(填“未被破坏”或“发生移动”),此时反应速率　　　 　(填“增大”“减小”或“不变化”)。混合气体的颜色不变　　　 　(填“能”或“不能”)证明反应已达到平衡状态。 
解析:(1)根据题给信息可知,NO2平衡混合气体遇热颜色加深,遇冷颜色变浅,所以甲烧杯中颜色加深说明CaO溶于水时发生的反应
CaO+H2OCa(OH)2为放热反应。
(2)乙烧杯中NO2平衡混合气体颜色变浅说明NH4NO3晶体溶于水时吸热,乙烧杯内温度降低,但不是吸热反应,因为NH4NO3晶体溶于水无新物质生成。
(3)两烧杯中的现象说明温度能影响可逆反应2NO2(g)N2O4(g)的化学平衡,因此升温或降温时,该平衡会发生移动。升高温度,反应速率增大。当混合气体颜色不变时,说明NO2的浓度不再变化,能证明反应已达到平衡状态。
答案:(1)放热　(2)降低　不是
(3)发生移动　增大　能
18.(12分)化学反应速率和限度与生产、生活密切相关。
(1)某学生为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化,在400 mL稀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,实验记录如下(累计值):
时间/min
1
2
3
4
5
氢气体积/mL
(标准状况)
100
240
464
576
620
①哪一时间段反应速率最大?　　　 　　min(填“0～1”“1～2”“2～3”“3～4”或“4～5”),原因是　 。
②求3～4 min时间段以盐酸的浓度变化来表示的该反应速率　　
(设溶液体积不变)。 
(2)另一学生为控制反应速率防止反应过快难以测量氢气体积,他预先在盐酸中加入等体积的下列溶液以减慢反应速率,你认为不可行的是　　　 　(填字母)。 
A.蒸馏水 B.KCl溶液
C.CuSO4溶液
(3)某温度下在4 L密闭容器中,X、Y、Z三种气态物质的物质的量随时间变化曲线如图。

①该反应的化学方程式是　 。
②该反应达到平衡状态的标志是　　　　 　(填字母)。 
A.Y的体积分数在混合气体中保持不变
B.X、Y的反应速率比为3∶1
C.容器内气体压强保持不变
D.容器内气体的总质量保持不变
E.生成1 mol Y的同时消耗2 mol Z
解析:(2)C项,加入CuSO4溶液,Zn和Cu2+反应生成Cu,Zn、Cu与稀盐酸构成原电池而加快反应速率,故选C。
(3)①根据图知:
Δn(X)=(1.0-0.4)mol=0.6 mol
Δn(Y)=(1.0-0.8)mol=0.2 mol
Δn(Z)=(0.5-0.1)mol=0.4 mol
依据物质的物质的量变化量之比等于其计量数之比,则X、Y、Z的计量数之比=0.6 mol∶0.2 mol∶0.4 mol=3∶1∶2。该反应方程式为3X(g)+Y(g)2Z(g)。
答案:(1)①2～3　因该反应是放热反应,此时温度高且盐酸浓度较大,所以反应速率较快
②0.025 mol·L-1·min-1
(2)C
(3)①3X(g)+Y(g)2Z(g)　②AC
19.(12分)(1)A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的
稀硫酸。

①B中Sn极的电极反应式为　　　　 　　　　　　,Sn极附近溶液的pH　　　 　(填“增大”“减小”或“不变”)。 
②C中总反应方程式为　 。
比较A、B、C中铁被腐蚀的速率,由快到慢的顺序是　　　　　　。 
(2)如图是甲烷燃料电池工作原理示意图,回答下列问题:

①电池的负极是　　 　　(填“a”或“b”)极,该极的电极反应式是　 。 
②电池工作一段时间后,电解质溶液的pH　　 　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 
解析:(1)①B中Sn极为正极,电极反应式为2H++2e-H2↑,c(H+)减小,pH增大。②C中Zn极为负极,电池总反应方程式为Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑。A、B、C中Fe被腐蚀的速率由快到慢的顺序是B>A>C。
(2)①通入CH4的一极(a极)为负极,电极反应式为CH4+10OH--8e-CO32-+7H2O。②电池总反应的离子方程式为CH4+2O2+2OH-CO32-+
3H2O,OH-被消耗且生成水,pH减小。
答案:(1)①2H++2e-H2↑　增大
②Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑　B>A>C
(2)①a　CH4+10OH--8e-CO32-+7H2O　
②减小
20.(14分)汽车尾气中含有CO、NO等有害气体。
(1)通过NO传感器可监测汽车尾气中NO的含量,其工作原理如图1所示。已知:O2-可在固体电解质中自由移动。

①NiO电极上发生的是　　　　(填“氧化”或“还原”)反应。 
②外电路中,电子是从　　　　(填“NiO”或“Pt”)电极流出。 
③Pt电极上的电极反应式为　　　　　　　　。 
(2)一种新型催化剂用于NO和CO的反应:2NO+2CO2CO2+N2。已知增大催化剂的比表面积可提高该反应的速率,为了验证温度、催化剂的比表面积对化学反应速率的影响,某同学设计了三组实验,如表所示。
实验
编号
t/℃
NO初
始浓度/
(mol/L)
CO初
始浓度/
(mol/L)
催化剂的
比表面积/
(m2/g)
Ⅰ
280
1.2×10-3
5.80×10-3
82
Ⅱ
280
1.2×10-3
5.80×10-3
124
Ⅲ
350
a
5.80×10-3
82
①表中a=　　 　　。
②能验证温度对化学反应速率影响的是实验　　　(填实验序号)。
③实验Ⅰ和实验Ⅱ中,NO的物质的量浓度c(NO)随时间t的变化曲线如图2所示,其中表示实验Ⅱ的是曲线　　　　(填“甲”或“乙”)。 

解析:(1)①原电池中,NiO电极上NO失电子发生氧化反应生成二氧化氮,则NiO电极为负极。②外电路中,电子由负极NiO极流出,经导线流入正极Pt极。③原电池中,Pt电极为正极,O2在正极上发生还原反应生成O2-,电极反应式为O2+4e-2O2-。
(2)①②由表格数据可知,实验Ⅰ、Ⅱ温度相同,催化剂的比表面积不同,实验目的是验证催化剂的比表面积对反应速率的影响,则温度和反应物的初始浓度要相同,实验Ⅰ、Ⅲ催化剂的比表面积相同、温度不同,实验目的是验证温度对反应速率的影响,则反应物的初始浓度要相同,则a为1.2×10-3。③因实验Ⅱ催化剂的比表面积大于实验Ⅰ,温度、反应物的初始浓度相同,则实验Ⅱ的反应速率大,先达到化学平衡,故曲线乙表示实验Ⅱ。
答案:(1)①氧化　②NiO　③O2+4e-2O2-
(2)①1.2×10-3　②Ⅰ和Ⅲ　③乙