苏教版选修四专题1 化学反应与能量变化测试题及答案解析

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可能用到的相对原子质量：H 1 C 12 O 16 Cu 64 Ag 108 I 127
一、选择题(本题共16道小题，每小题3分，共48分。每小题只有一个选项符合题意)
1．化学反应中的能量变化，通常表现为热量变化，如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应需要吸收热量，在化学上叫做吸热反应。其原因是( )
A．反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量
B．反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量
C．该反应不需要加热，不可能是吸热反应
D．在化学反应中需要加热的反应才是吸热反应
解析 对于吸热反应，反应物具有的总能量低于生成物具有的总能量，与反应发生的条件无关。
答案 B
2．下列与化学反应能量变化相关的叙述不正确的是( )
A．化学反应是旧键断裂和新键形成的过程
B．放热反应的反应速率总是大于吸热反应的反应速率
C．应用盖斯定律，可计算某些难以直接测量的反应焓变
D．同温同压下，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH相同
解析 化学反应速率与该反应是放热反应还是吸热反应没有关系。
答案 B
3．根据碘与氢气反应的热化学方程式：
(ⅰ)I2(g)＋H2(g)2HI(g)
ΔH＝－9.48 kJ·ml－1
(ⅱ)I2(s)＋H2(g)2HI(g)
ΔH＝＋26.48 kJ·ml－1
下列判断正确的是( )
A．254 g I2(g)中通入2 g H2(g)，反应放热9.48 kJ
B．1 ml固态碘与1 ml气态碘所含的能量相差17.00 kJ
C．反应(ⅰ)的产物比反应(ⅱ)的产物稳定
D．反应(ⅱ)的反应物总能量比反应(ⅰ)的反应物总能量低
解析 (ⅰ)反应为可逆反应，A中不能完全反应，反应放热应小于9.48 kJ；B中能量相差为26.48 kJ－(－9.48 kJ)＝35.96 kJ；C中两个反应的产物相同，且状态相同，故能量相同；D中由于I2(g)的能量比I2(s)大，故反应(ⅱ)的反应物总能量比反应(ⅰ)的反应物总能量低。
答案 D
4．把锌片和铁片放在盛有稀食盐水和酚酞试液混合溶液的玻璃皿中(如平面图所示)，经过一段时间后，首先观察到溶液变红的区域是( )
A．Ⅰ和Ⅲ附近 B．Ⅰ和Ⅳ附近
C．Ⅱ和Ⅲ附近 D．Ⅱ和Ⅳ附近
解析 左图为电解池，Ⅱ为阳极：Fe－2e－===Fe2＋，Ⅰ为阴极：2H＋＋2e－===H2↑，H＋放电，促进水的电离，c(OH－)>c(H＋)，酚酞变红；右图为原电池，Ⅲ为负极：Zn－2e－===Zn2＋，Ⅳ为正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－(吸氧腐蚀)该区域呈碱性，使酚酞变红。
答案 B
5．下列说法正确的是( )
A．在101 kPa时，1 ml H2完全燃烧生成气态水，放出285.8 kJ热量，H2的燃烧热为－285.8 kJ·ml－1
B．测定HCl和NaOH反应的中和热时，每次实验均应测量3个温度，即盐酸起始温度，NaOH起始温度和反应后终止温度
C．在101 kPa时，1 ml C与适量O2反应生成1 ml CO时，放出110.5 kJ热量，则C的燃烧热为110.5 kJ·ml－1
D．在稀溶液中，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.31 kJ·ml－1。若将含0.5 ml H2SO4的浓硫酸与含1 ml NaOH的溶液混合，放出的热量等于57.3 kJ
解析 燃烧热指1 ml可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物，A项应生成液态水，而C项物质没有完全燃烧，A、C项均错；浓硫酸不是稀溶液，故放出的热量不等于57.3 kJ，D项错。
答案 B
6．25 ℃，101 kPa时，强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的中和热ΔH为－57.3 kJ/ml，辛烷的标准燃烧热为－5 518 kJ/ml。下列热化学方程式书写正确的是( )
A．2H＋(aq)＋SOeq \\al(2－,4)(aq)＋Ba2＋(aq)＋2OH－(aq)===BaSO4(s)＋2H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ/ml
B．KOH(aq)＋eq \f(1,2)H2SO4(aq)===eq \f(1,2)K2SO4(aq)＋H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ/ml
C．C8H18(l)＋eq \f(25,2)O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(g) ΔH＝－5 518 kJ/ml
D．2C8H18(g)＋25O2(g)===16CO2(g)＋18H2O(l) ΔH＝－5 518 kJ/ml
解析 A项中生成的是2 ml H2O及BaSO4沉淀所以错；C项中应生成液态水，所以C项错；D项中辛烷应为1 ml。
答案 B
7．已知1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ，且氧气中1 ml O===O键完全断裂时吸收热量496 kJ，水蒸气中1 ml H—O键形成时放出热量463 kJ，则氢气中1 ml H—H键断裂时吸收热量为( )
A．920 kJ B．557 kJ
C．436 kJ D．188 kJ
解析 根据题意可得，H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g) ΔH＝－242 kJ·ml－1。则断裂1 ml H—H吸收的热量为：2×463 kJ－242 kJ－eq \f(1,2)×496 kJ＝436 kJ。
答案 C
8．一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为：CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。下列有关说法正确的是( )
A．检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动
B．若有0.4 ml电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气
C．电池反应的化学方程式为：CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O
D．正极上发生的反应为：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
解析 电解质溶液中阳离子应向正极移动，A项错误；酸性溶液中，正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，D项错误；结合正极反应式，转移0.4 ml电子时，消耗O2 0.1 ml，其在标准状况下的体积为2.24 L，B项错误。
答案 C
9．铅蓄电池的工作原理为：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，研读右图，下列判断不正确的是( )
A．K闭合时，d电极反应式为：
PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)
B．当电路中转移0.2 ml电子时，Ⅰ中消耗的H2SO4为0.2 ml
C．K闭合时，Ⅱ中SOeq \\al(2－,4)向c电极迁移
D．K闭合一段时间后，Ⅱ可单独作为原电池，d电极为正极
解析 根据图示，Ⅰ为原电池，a为正极，b为负极，Ⅱ为电解池，c为阴极，d为阳极。K闭合时，d为阳极，发生氧化反应：PbSO4－2e－＋2H2O===PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)，A项正确；根据铅蓄电池的总反应知该反应中转移电子数为2e－，则电路中转移0.2 ml电子时，Ⅰ中消耗0.2 ml H2SO4，B项正确；K闭合时，Ⅱ中SOeq \\al(2－,4)向阳极(d极)迁移，C项错误；K闭合一段时间后，c电极析出Pb，d电极析出PbO2，电解质溶液为H2SO4，此时可以形成铅蓄电池，d电极作正极，D项正确。
答案 C
10．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＝＋49.0 kJ·ml－1
②CH3OH(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO2(g)＋2H2(g) ΔH＝－192.9 kJ·ml－1
下列说法正确的是( )
A．CH3OH的标准燃烧热为－192.9 kJ·ml－1
B．反应①中的能量变化如图所示
C．CH3OH转变成H2的过程一定要吸收能量
D．根据②推知反应CH3OH(l)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO2(g)＋2H2(g)的ΔH>－192.9 kJ·ml－1
解析 A项，标准燃烧热指在101 kPa时，1 ml物质完全燃烧，生成稳定氧化物时放出的热量，A项错误；B项，反应①是吸热反应，而图中所示是放热反应，B项错误；C项，由题意知，转变过程也可以放热；D项，由反应②中CH3OH为气态时改为液态，CH3OH的自身能量降低生成相同状态下的相同物质放出的热量少。
答案 D
11．某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是( )
A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出
B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu
C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色
D．a和b分别连接直流电源正、负极，电压足够大时，Cu2＋向铜电极移动
解析 a、b不连接，未形成原电池，Cu2＋与Fe在接触面上直接反应，A项正确；a、b用导线连接，铜片作正极，Cu2＋在该电极上得电子，B项正确；a、b连接与否，溶液中的Cu2＋均得电子发生还原反应生成Cu，Fe均失电子发生氧化反应生成Fe2＋，故溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色，C项正确；a与电源正极相连时，Cu片作阳极，Cu2＋向Fe电极移动，D项错误。
答案 D
12．为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示装置，下列有关说法中错误的是( )
A．正极的电极方程式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．将石墨电极改成Mg电极，难以观察到铁锈生成
C．若向自来水中加入少量NaCl(s)，可较快地看到铁锈
D．分别向铁、石墨电极附近吹入O2，前者铁锈出现得快
解析 铁是负极，失电子被氧化为Fe2＋，在正极氧气得电子：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故将O2吹向石墨极的腐蚀速率比吹向铁电极快；D项错向自来水中加入NaCl(s)，可使电解质溶液的导电能力增强，加快腐蚀速率；若将石墨电极换成Mg电极，则负极为镁，Fe被保护，难以看到生锈。
答案 D
13．灰锡(以粉末状存在)和白锡是锡的两种同素异形体。已知：
①Sn(s，白)＋2HCl(aq)===SnCl2(aq)＋H2(g) ΔH1
②Sn(s，灰)＋2HCl(aq)===SnCl2(aq)＋H2(g) ΔH2
③Sn(s，灰)eq \(,\s\up7(>13.2°C),\s\d5(<13.2°C))Sn(s，白) ΔH3＝＋2.1 kJ·ml－1
下列说法正确的是( )
A．ΔH1>ΔH2
B．锡在常温下以灰锡状态存在
C．灰锡转化为白锡的反应是放热反应
D．锡制器皿长期处在低于13.2 °C的环境下，会自行毁坏
解析 根据盖斯定律ΔH3＝＋2.1 kJ·ml－1＝ΔH2－ΔH1，故ΔH2>ΔH1；当环境温度高于13.2 ℃时，灰锡变为白锡，故常温下锡以白锡状态存在；锡制器皿长期处在低于13.2 ℃的环境下，将变为灰锡，而灰锡以粉末状存在，故容器会自行毁坏。
答案 D
14．按图①装置进行实验，若图中横坐标x表示通过电极的电子的物质的量。下列叙述正确的是( )
A．F表示反应生成Cu的物质的量
B．E表示反应实际消耗H2O的物质的量
C．E表示反应生成O2的物质的量
D．F表示反应生成H2SO4的物质的量
解析 由电解CuSO4溶液的化学方程式：
2CuSO4＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(通电))2Cu＋O2↑＋2H2SO4，电路中每转移4 ml电子，消耗2 ml CuSO4、2 ml H2O，生成2 ml Cu、2 ml H2SO4和1 ml O2，只有B项正确。
答案 B
15．下列关于如图所示装置的说法，正确的是( )
A．①装置中阴极处产生的气体能够使湿润KI淀粉试纸变蓝
B．②装置中待镀铁制品应与电源正极相连
C．③装置中电子由b极流向a极
D．④装置中的离子交换膜可以避免生成的Cl2与NaOH溶液反应
解析 A项中电解CuCl2溶液，Cl2在阳极生成，A项错；B项为电镀池，待镀铁制品作阴极，与电源负极相连，B项错；C项中电子由a极(负极)流向b极(正极)，C项错。
答案 D
16．人工光合作用能够借助太阳能，用CO2和H2O制备化学原料。如图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图，下列说法不正确的是( )
A．该过程是将太阳能转化为化学能的过程
B．催化剂a表面发生氧化反应，有O2产生
C．催化剂a附近酸性减弱，催化剂b附近酸性增强
D．催化剂b表面的反应是CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH
解析 人工光合作用是借助太阳能由二氧化碳和水生成甲酸，将太阳能贮存在化学物质中，A项正确；由图示知，电子由催化剂a表面流向催化剂b表面，说明催化剂a为负极，催化剂b为正极，在原电池中，负极发生氧化反应，即水在催化剂a表面发生氧化反应，二氧化碳在催化剂b表面发生还原反应，催化剂a表面的反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，有氧气生成，B项正确；由图示知，催化剂a表面发生氧化反应生成H＋，溶液酸性增强，C项不正确；二氧化碳在催化剂b表面发生还原反应结合H＋生成HCOOH，电极反应为CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH，D项正确。
答案 C
二、非选择题(本题包括6道题，共52分)
17．(8分)能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，常规能源的合理利用和新能源的开发是当今社会人类面临的严峻课题。回答下列问题：
(1)我国是世界上少数以煤为主要燃料的国家，下列关于煤作燃料的论点正确的是( )
A．煤是重要的化工原料，把煤作燃料简单燃烧掉太可惜，应该综合利用
B．煤是发热很高的固体燃料，我国煤炭资源相对集中，开采成本低，用煤作燃料合算
C．煤燃烧时产生大量二氧化硫和烟尘，对环境污染严重
D．通过洁净煤技术，如煤的气化和液化以及烟气脱硫，不仅减轻了燃煤污染，还能提高煤燃烧的热利用率
(2)乌克兰科学家将铜和铁混合熔化制成多孔金属，用于制作太空火箭上使用的煤油燃料雾化器，该雾化器的作用是________________________________________________________。
(3)乙醇是未来内燃机的首选环保型液体燃料，它可以由绿色植物的秸秆制取。1.0 g乙醇完全燃烧生成液态水放出29.72 kJ热量，表示乙醇燃烧的热化学方程式为：________________________。
解析 (3)1.0 g乙醇完全燃烧生成液态水放出29.72 kJ的热量，则1 ml乙醇完全燃烧生成液态水放热为29.72 kJ×46＝1 367.12 kJ，据此可以写出乙醇燃烧热的热化学方程式。
答案 (1)ACD
(2)使煤油雾化，增大与助燃剂的接触面积，提高燃烧效率
(3)CH3CH2OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝－1 367.12 kJ·ml－1
18．(7分)依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示。
请回答下列问题：
(1)电极X的材料是________；电解质溶液Y是________。
(2)银电极为电池的________极，发生的电极反应为__________________；X电极上发生的电极反应为________________________________。
(3)外电路中的电子是从________电极流向________电极。
解析 该原电池中Cu作负极：Cu－2e－===Cu2＋，Ag作正极：2Ag＋＋2e－===2Ag；外电路中，电子由负极流向正极。
答案 (1)铜(或Cu) AgNO3(溶液)
(2)正 Ag＋＋e－===Ag Cu－2e－===Cu2＋
(3)负(Cu) 正(Ag)
19．(8分)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。
(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的电极反应式为：__________________________________________________________
_________________________________________________________。
(2)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用图①所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用________。
A．铜 B．钠
C．锌 D．石墨
(3)图②所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的__________极。
解析 (1)发生吸氧腐蚀时，负极上Fe失去电子，正极上O2得到电子。
(2)铁闸门上连接一块比铁活泼的金属如锌，就可由锌失去电子，锌被溶解，而铁被保护，属于牺牲阳极的阴极保护法。
(3)属于外加电流的保护法，需把被保护的铁闸门连接在直流电源的负极上。
答案 (1)负极：2Fe－4e－===2Fe2＋
正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(2)C
(3)负
20．(6分)火力发电厂释放出大量的氮氧化物(NOx)、二氧化硫和二氧化碳等气体会造成环境污染。对燃烧废气进行脱硝、脱碳和脱硫等处理，可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的。
(1)脱硝：利用甲烷催化还原NO2：
CH4(g)＋4NO2(g)===4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－574 kJ·ml－1
CH4(g)＋4NO(g)===2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－1 160 kJ·ml－1
甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为________________
_________________________________________________________。
(2)某一甲醇燃料电池的结构如图所示。其工作时负极的电极反应式可表示为________________。
解析 (1)甲烷直接将NO2还原为N2的反应为：CH4(g)＋2NO2(g)===CO2(g)＋N2(g)＋2H2O(g)，根据盖斯定律，该反应可通过(反应①＋反应②)×eq \f(1,2)得到，所以ΔH＝(－574 kJ·ml－1－1 160 kJ·ml－1)×eq \f(1,2)＝
－867 kJ·ml－1。
(2)甲醇在负极发生氧化反应， 电极反应为：CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋。
答案 (1)CH4(g)＋2NO2(g)===CO2(g)＋N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－867 kJ·ml－1
(2)CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋
21．(11分)如图为相互串联的①、②两电解池。试回答：
(1)若①池利用电解原理在铁上镀银，则A是________、________(填电极材料和电极名称)，电极反应式是__________________；B(要求同A)是________、________，电极反应式是___________________，选用的电解质溶液是________溶液。
(2)②池中若滴入少量酚酞试液，电解一段时间后，铁极附近呈______色，C极附近呈______色。
(3)若①池阴极增重43.2 g，则②池中阳极上放出的气体在标准状况下的体积是________mL。若②池中剩余溶液仍为400 mL，则电解后所得溶液的物质的量浓度为________ml·L－1。
解析 (2)铁极附近H＋放电，促进水的电离c(OH－)>c(H＋)，遇酚酞呈红色，C极附近Cl－放电，酚酞呈无色。
(3)①池析出Ag，n(Ag)＝eq \f(43.2 g,108 g·ml－1)＝0.4 ml，②池阳极放出气体是Cl2，n(Cl2)＝0.2 ml，V(Cl2)＝0.2 ml×22.4 L·ml－1＝4.48 L＝4 480 mL。由2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(通电))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑可知n(NaOH)＝0.2 ml×2＝0.4 ml，c(NaOH)＝eq \f(0.4 ml,0.4 L)＝1 ml·L－1。
答案 (1)铁 阴极 Ag＋＋e－===Ag 银 阳极 Ag－e－===Ag＋ AgNO3
(2)红 无
(3)4 480 1
22．(12分)如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100 g 5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100 g 10.00%的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。
接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4浓度为10.47%，②中c电极质量增加。据此回答问题：
(1)电源的N端为________极；
(2)电极b上发生的电极反应为__________________________；
(3)列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积：_______
_________________________________________________________；
(4)电极c的质量变化是________g；
(5)电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，并简述其原因：
①溶液_______________________________________________；
②溶液_______________________________________________；
③溶液_______________________________________________。
解析 (1)乙中c电极质量增加，则c处发生的反应为：Cu2＋＋2e－===Cu，即c处为阴极，由此可推出b为阳极，a为阴极，M为负极，N为正极。
(2)甲中为NaOH溶液，相当于电解水，OH－在阳极(b)放电，即4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。
(3)丙中为K2SO4溶液，相当于电解水，设电解的水的质量为x g，由电解前后溶质质量相等有：100 g×10%＝(100 g－x g)×10.47%，得x＝4.5 g，即电解的水的物质的量为0.25 ml。由方程式2H2Oeq \(=====,\s\up7(通电))2H2↑＋O2↑可知，电解2 ml H2O，转移4 ml电子，所以整个反应中转移0.5 ml电子，而整个电路是串联的，故每个烧杯中电极上转移的电子数是相等的，即b电极转移0.5 ml电子，生成O2为0.5 ml÷4＝0.125 ml，标况下的体积为0.125 ml×22.4 L·ml－1＝2.8 L。
(4)Cu2＋＋2e－===Cu，转移0.5 ml电子，则生成铜的质量为：0.5 ml÷2×64 g·ml－1＝16 g。
(5)甲中相当于电解水，故NaOH的浓度增大，碱性增大；乙中阴极为Cu2＋放电，阳极为OH－放电，所以H＋增多，酸性增大；丙中为电解水，K2SO4溶液的pH不变。
答案 (1)正
(2)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
(3)水减少的质量：100 g×(1－eq \f(10.00%,10.47%))＝4.5 g
生成O2体积：eq \f(4.5 g,18 g·ml－1)×eq \f(1,2)×22.4 L·ml－1＝2.8 L
(4)16
(5)①碱性增大 因为电解后，水量减少溶液中NaOH浓度增大
②酸性增大 因为在阳极上OH－生成O2，溶液中H＋浓度增大
③酸碱性大小没有变化 因为K2SO4溶液呈中性，浓度增加不影响溶液的酸碱性