2021高考真题汇编-化学反应中的能量变化

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2021高考真题汇编-化学反应中的能量变化
一、单选题（共8题；共16分）
1. ( 2分 ) （2021·湖南）KIO3 常用作食盐中的补碘剂，可用“氯酸钾氧化法”制备，该方法的第一步反应为 6I2+11KCIO3+3H2OΔ__6KH(IO3)2+5KCl+3Cl2↑ 。下列说法错误的是（   ）
A. 产生22.4L(标准状况) Cl2 时，反应中转移 10mole−
B. 反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为11：6
C. 可用石灰乳吸收反应产生的 Cl2 制备漂白粉
D. 可用酸化的淀粉碘化钾溶液检验食盐中 IO3− 的存在
2. ( 2分 ) （2021·湖南）锌溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌溴液流电池工作原理如图所：

下列说法错误的是（   ）
A. 放电时，N极为正极                                            B. 放电时，左侧贮液器中 ZnBr2 的浓度不断减小
C. 充电时，M极的电极反应式为 Zn2++2e−=Zn  D. 隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
3. ( 2分 ) （2021·河北）关于非金属含氧酸及其盐的性质，下列说法正确的是（   ）
A. 浓H2SO4具有强吸水性，能吸收糖类化合物中的水分并使其炭化
B. NaClO、KClO3等氯的含氧酸盐的氧化性会随溶液的pH减小而增强
C. 加热NaI与浓H3PO4混合物可制备HI，说明H3PO4比HI酸性强
D. 浓HNO3和稀HNO3与Cu反应的还原产物分别为NO2和NO，故稀HNO3氧化性更强
4. ( 2分 ) （2021·河北）K—O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是（   ）

A. 隔膜允许K+通过，不允许O2通过
B. 放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极
C. 产生1Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22
D. 用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9g水
5. ( 2分 ) （2021·全国乙卷）沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排故并 降低冷却效率。为解决这一问题，通常在管道口设置一对情性电极（如图所示），通入一定的电流。
下列叙述错误的是（   ）

A. 阳极发生将海水中的 Cl− 氧化生成 Cl2 的反应
B. 管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO
C. 阴极生成的 H2 应及时通风稀释安全地排入大气
D. 阳极表面形成的Mg (OH)2 等积垢需要定期清理
6. ( 2分 ) （2021·浙江）已知共价键的键能与热化学方程式信息如下表：
共价键
H- H
H-O
键能/(kJ·mol-1)
436
463
热化学方程式
2H2(g) + O2 (g)=2H2O(g)  ΔH= -482kJ·mol-1
则2O(g)=O2(g)的ΔH为（   ）
A. 428 kJ·mol-1                 B. -428 kJ·mol-1                 C. 498 kJ·mol-1                 D. -498 kJ·mol-1
7. ( 2分 ) （2021·浙江）关于反应8NH3+6NO2=7N2+12H2O，下列说法正确的是（   ）
A. NH3中H元素被氧化
B. NO2在反应过程中失去电子
C. 还原剂与氧化剂的物质的量之比为3：4
D. 氧化产物与还原产物的质量之比为4：3
8. ( 2分 ) （2021·浙江）镍镉电池是二次电池，其工作原理示意图如下(L 为小灯泡，K1、K2为开关，a、b为直流电源的两极)。

下列说法错误的是（   ）
A. 断开K2、合上K1 ， 镍镉电池能量转化形式：化学能→电能
B. 断开K1、合上K2 ， 电极A为阴极，发生还原反应
C. 电极B发生氧化反应过程中，溶液中KOH浓度不变
D. 镍镉二次电池的总反应式：Cd+ 2NiOOH+2H2O ⇌放电充电 Cd(OH)2+2Ni(OH)2
二、综合题（共8题；共64分）
9. ( 10分 ) （2021·湖南）氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面两种方法由氨气得到氢气。
方法I：氨热分解法制氢气
相关化学键的键能数据
化学键
N≡N
H−H
N−H
键能 E/(kJ·mol-1)
946
436.0
390.8
一定温度下，利用催化剂将 NH3 分解为 N2 和 H2 。回答下列问题：
（1）反应 2NH3(g)⇌N2(g)+3H2(g) ΔH= ________ kJ⋅mol−1 ；
（2）已知该反应的 ΔS=198.9J⋅mol−1⋅K−1 ，在下列哪些温度下反应能自发进行？_______(填标号)
A.25℃
B.125℃
C.225℃
D.325℃
（3）某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下，将 0.1molNH3 通入3L的密闭容器中进行反应(此时容器内总压为200kPa)，各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。

①若保持容器体积不变， t1 时反应达到平衡，用 H2 的浓度变化表示 0~t1 时间内的反应速率 v(H2)= ________ mol⋅L−1⋅min−1 (用含 t1 的代数式表示)
② t2 时将容器体积迅速缩小至原来的一半并保持不变，图中能正确表示压缩后 N2 分压变化趋势的曲线是________(用图中a、b、c、d表示)，理由是________；
③在该温度下，反应的标准平衡常数 KΘ= ________。(已知：分压=总压×该组分物质的量分数，对于反应 dD(g)+eE(g)⇌gG(g)+hH(g) ， KΘ=(pGpΘ)g⋅(pHpΘ)ℎ(pDpΘ)d⋅(pEpΘ)e ，其中 pΘ=100kPa ， pG 、 pH 、 pD 、 pE 为各组分的平衡分压)。
方法Ⅱ：氨电解法制氢气
利用电解原理，将氮转化为高纯氢气，其装置如图所示。

（4）电解过程中 OH− 的移动方向为________(填“从左往右”或“从右往左”)；
（5）阳极的电极反应式为________。
KOH溶液KOH溶液
10. ( 7分 ) （2021·河北）当今，世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点。因此，研发二氧化碳利用技术，降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。
（1）大气中的二氧化碳主要来自于煤、石油及其他含碳化合物的燃烧。已知25℃时，相关物质的燃烧热数据如表：
物质
H2(g)
C(石墨，s)
C6H6(l)
燃烧热△H(kJ•mol-1)
-285.8
-393.5
-3267.5
则25℃时H2(g)和C(石墨，s)生成C6H6(l)的热化学方程式为________。
（2）雨水中含有来自大气的CO2 ， 溶于水中的CO2进一步和水反应，发生电离：
①CO2(g)=CO2(aq)
②CO2(aq)+H2O(l)=H+(aq)+HCO 3− (aq)
25℃时，反应②的平衡常数为K2。
溶液中CO2的浓度与其在空气中的分压成正比(分压=总压×物质的量分数)，比例系数为ymol•L-1•kPa-1 ， 当大气压强为pkPa，大气中CO2(g)的物质的量分数为x时，溶液中H+浓度为________mol•L-1(写出表达式，考虑水的电离，忽略HCO 3− 的电离)
（3）105℃时，将足量的某碳酸氢盐(MHCO3)固体置于真空恒容容器中，存在如下平衡：2MHCO3(s) ⇌Δ M2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)。上述反应达平衡时体系的总压为46kPa。
保持温度不变，开始时在体系中先通入一定量的CO2(g)，再加入足量MHCO3(s)，欲使平衡时体系中水蒸气的分压小于5kPa，CO2(g)的初始压强应大于________kPa。
（4）我国科学家研究Li—CO2电池，取得了重大科研成果，回答下列问题：
①Li—CO2电池中，Li为单质锂片，则该电池中的CO2在________(填“正”或“负”)极发生电化学反应。研究表明，该电池反应产物为碳酸锂和单质碳，且CO2电还原后与锂离子结合形成碳酸锂按以下4个步骤进行，写出步骤Ⅲ的离子方程式。
Ⅰ.2CO2+2e-=C2O 42− Ⅱ.C2O 42− =CO2+CO 22−
Ⅲ.________         Ⅳ.CO 32− +2Li+=Li2CO3
②研究表明，在电解质水溶液中，CO2气体可被电化学还原。
Ⅰ.CO2在碱性介质中电还原为正丙醇(CH3CH2CH2OH)的电极反应方程式为________。
Ⅱ.在电解质水溶液中，三种不同催化剂(a、b、c)上CO2电还原为CO的反应进程中(H+被还原为H2的反应可同时发生)，相对能量变化如图.由此判断，CO2电还原为CO从易到难的顺序为________(用a、b、c字母排序)。

11. ( 7分 ) （2021·全国乙卷）氧化石墨烯具有稳定的网状结构，在能源、材料等领域有着重要的应用前景，通过氧化剥离石墨制备氧化石墨烯的一种方法如下（装置如图所示）：

I.将浓H2SO4、NaNO3、石墨粉末在c中混合，置于冰水浴中。剧烈搅拌下，分批缓慢加入KMnO4粉末，塞好瓶口。
II.转至油浴中，35℃搅拌1小时，缓慢滴加一定量的蒸馏水。升温至98℃并保持1小时。
III.转移至大烧杯中，静置冷却至室温。加入大量蒸馏水，而后滴加H2O2至悬浊液由紫色变为土黄色。
IV.离心分离，稀盐酸洗涤沉淀。
V.蒸馏水洗涤沉淀。
VI.冷冻干燥，得到土黄色的氧化石墨烯。
回答下列问题：
（1）装置图中，仪器a、c的名称分别是________、________,仪器b的进水口是（填字母）。
（2）步骤I中，需分批缓慢加入KMnO4粉末并使用冰水浴，原因是________.
（3）步骤II中的加热方式采用油浴，不使用热水浴，原因是＿________.
（4）步骤III中，H2O2的作用是________（以离子方程式表示）.
（5）步骤IV中，洗涤是否完成，可通过检测洗出液中是否存在SO42-来判断。检测的方法是________.
（6）步骤V可用pH试纸检测来判断Cl-是否洗净，其理由是________.
12. ( 8分 ) （2021·全国乙卷）磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有 TiO2 、 SiO2 、 Al2O3 、MgO、CaO以及少量的 Fe2O3 ，为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。

该工艺下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表：
金属离子
Fe3+
Al3+
Mg2+
Ca2+
开始沉淀的pH
2.2
3.5
9.5
12.4
沉淀完全(c=1.0×10*mol-L')的pH
3.2
4.7
11.1
13.8
回答下列问题：
（1）“焙烧”中， TiO2 、 SiO2 几乎不发生反应， Al2O3 、MgO、CaO、 Fe2O3 转化为相应的硫酸盐，写出 Al2O3 转化为 NH4Al(SO4)2 的化学方程式________。
（2）“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”氨水逐步调节pH至11.6，依次析出的金属离子是________。
（3）“母液①”中 Mg2+ 浓度为________mol· L−1
（4）”水浸渣”在160℃“酸溶”，最适合的酸是________。“酸溶渣”的成分是________、________。
（5）“酸溶”后，将溶液适当稀释并加热， TiO2+ 水解析出 TiO2·xH2O 沉淀，该反应的离子方程式是________。
（6）将“母液①”和“母液②”混合，吸收尾气，经处理得________，循环利用。
13. ( 8分 ) （2021·全国乙卷）一氯化碘（ICl)是一种卤素互化物，具有强氧化性，可与金属直接反应，也可用作有机合成中的碘化剂。回答下列问题：
（1）历史上海藻提碘中得到一种红棕色液体，由于性质相似，Liebig误认为是ICl,从而错过了一种新元素的发现。该元素是________.
（2）氯铂酸钡（BaPtCl4)固体加热时部分分解为BaCl2、Pt和Cl2,376.8℃时平衡常数K‘p=1.0x104Pa2。在一硬质玻璃烧瓶中加入过量BaPtCl4,抽真空后，通过一支管通入碘蒸气（然后将支管封闭）。在376.8℃,碘蒸气初始压强为20.0kPa.376.8℃平衡时，测得烧瓶中压强为32.5kPa,则PICl=________kPa,反应2ICl(g)=Cl2(g)+I2(g)的平衡常数K=________（列出计算式即可）.
（3）McMorris 测定和计算了在136-180℃范围内下列反应的平衡常数KP ：
2NO(g)+2ICl(g) ⇌ 2NOCl(g)+I2(g)  KP1
2NOCl(g) ⇌ 2NO(g)+Cl2(g)   KP2
得到lgKP1 ∼ 1T 和lgKP2 ∼ 1T 均为线性关系，如下图所示：

①由图可知，NOCl分解为NO和Cl2反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”）.
②反应2ICl(g)=Cl2(g)+I2(g)的K=________（用KP1、KP2表示）：该反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”)，写出推理过程________.
（4）Kistiakowsky曾研究了NOCl光化学分解反应，在一定频率(v)光的照射下机理为：
NOCl+hv→NOC*
NOCl+NOCl*→2NO+Cl2
其中hv表示一个光子能量，NOCl*表示NOCl的激发态。可知，分解1mol的NOCl需要吸收________mol的光子。
14. ( 10分 ) （2021·浙江）“氯碱工业”以电解饱和食盐水为基础制取氯气等产品， 氯气是实验室和工业上的常用气体。请回答：
（1）电解饱和食盐水制取氯气的化学方程式是________。
（2）下列说法错误的是______。
A.可采用碱石灰干燥氯气
B.可通过排饱和食盐水法收集氯气
C.常温下，可通过加压使氯气液化而储存于钢瓶中
D.工业上，常用氢气和氯气反应生成的氯化氢溶于水制取盐酸
（3）在一定温度下，氯气溶于水的过程及其平衡常数为：
Cl2(g)⇌Cl2(aq)   K1=c(Cl2)/p
Cl2(aq) + H2O(l)⇌H+ (aq)+Cl- (aq) + HClO(aq)   K2
其中p为Cl2(g)的平衡压强，c(Cl2)为Cl2在水溶液中的平衡浓度。
①Cl2(g)⇌Cl2(aq)的焓变ΔH1________0。(填”>”、“=”或“