专题6 化学反应与能量变化 阶段重点突破练(2)-【步步高】2023-2024学年高一化学必修第二册学习笔记（苏教版2019）

阶段重点突破练(二) 一、吸热反应和放热反应 1．(2023·成都高一期中)已知N2(g)和O2(g)反应生成2 mol NO(g)吸收180 kJ能量，反应过程中能量变化如图所示。下列说法正确的是(　　) A．该反应中反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量 B．1 mol NO(g)分子中的化学键断裂时要吸收632 kJ能量 C．断裂1 mol O==O键吸收的能量x值为488 D．该反应断键所吸收的能量小于成键所放出的能量 答案　B 解析　该反应为吸热反应，反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量，A错误；由图可知，1 mol NO(g)分子中的化学键断裂时要吸收632 kJ能量，故B正确；根据图示，断裂旧化学键所吸收能量为(x＋946) kJ，形成新化学键所释放能量为2×632 kJ＝1 264 kJ，每生成2 mol NO(g)所吸收能量为180 kJ，因此有180 kJ＝(x＋946) kJ－1 264 kJ，故x为498，C错误；该反应为吸热反应，断键所吸收的能量大于成键所放出的能量，D错误。 2．运载火箭常使用偏二甲肼(C2H8N2)和液态四氧化二氮作推进剂，发生反应：C2H8N2＋2N2O4===3N2↑＋2CO2↑＋4H2O。下列说法正确的是(　　) A．断裂C2H8N2和N2O4中的化学键时放出能量 B．C2H8N2具有的能量高于N2具有的能量 C．反应物具有的总能量高于生成物具有的总能量 D．该反应中，C2H8N2作氧化剂 答案　C 解析　断裂化学键时吸收能量，形成化学键时放出能量，故A错误；C2H8N2＋2N2O4===3N2↑＋2CO2↑＋4H2O为放热反应，说明C2H8N2和N2O4具有的总能量高于N2、CO2和H2O具有的总能量，无法确定C2H8N2具有的能量高于N2具有的能量，故B错误、C正确；反应中，C2H8N2中N元素和碳元素的化合价均升高，发生氧化反应，是还原剂，故D错误。 3．工业上由CO2和H2合成气态甲醇的化学方程式为CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)，已知该反应是放热反应。下列表示合成甲醇的反应的能量变化示意图中正确的是(　　) 答案　A 解析　反应CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)是放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量 ，又因为物质越稳定，其能量越小，所以液态物质的能量小于气态物质，则符合条件的图像是A。 4．在两支试管中分别加入3 mL稀盐酸(均足量)，将两个各装有0.3 g NaHCO3或Na2CO3粉末的小气球分别套在两支试管口(如图)。将气球内的NaHCO3或Na2CO3同时倒入试管中。 (1)①Ⅰ试管和Ⅱ试管中分别发生反应的离子方程式：________________________________；_______________________________________________________________________________。 ②两支试管中的现象为__________________________________________________________。 ③甲同学用手触摸试管，发现盛NaHCO3粉末的试管变冷，而盛Na2CO3粉末的试管变热。由此他得出：不管其状态如何，NaHCO3和盐酸反应为吸热反应，而Na2CO3和盐酸反应为放热反应。甲得出结论的方法是否正确？__________(填“正确”或“不正确”)。 (2)为研究两反应是吸热反应还是放热反应，继续进行了下列实验(每次实验各做3次平行实验，取平均值)： 序号 试剂1 试剂2 混合前温度 混合后最高或最低温度 ① 50 mL水 2.5 g NaHCO3固体 20 ℃ 18.5 ℃ ② 50 mL水 3.2 g Na2CO3固体 20 ℃ 23.3 ℃ ③ 35 mL稀盐酸 含2.5 g NaHCO3的饱和溶液15 mL 20 ℃ 18.8 ℃ ④ 35 mL稀盐酸 含3.2 g Na2CO3的饱和溶液15 mL 20 ℃ 21.2 ℃ 通过上述实验可得出三条结论： a．NaHCO3的溶解是________(填“吸热”或“放热”，下同)过程。 b．Na2CO3的饱和溶液和盐酸的反应是______反应。 c．NaHCO3的饱和溶液和盐酸的反应是________反应。 答案　(1)①HCO＋H＋===CO2↑＋H2O　CO＋2H＋===CO2↑＋H2O　②两支试管中都产生大量气泡，但加入NaHCO3的试管中产生气泡的速率要快得多　③不正确　(2)吸热　放热　吸热 解析　(1)②与同浓度盐酸反应时，NaHCO3比Na2CO3反应剧烈，产生气泡的速率快。③甲得出结论的方法不正确，因为两种粉末与盐酸的反应包括两个过程：一是粉末的溶解过程，二是在溶液中与盐酸的反应过程。(2)由表中数据①②可知，NaHCO3固体的溶解是吸热的，Na2CO3固体的溶解是放热的。分析③④两组数据可知NaHCO3饱和溶液与盐酸反应是吸热的，Na2CO3饱和溶液与盐酸反应是放热的。 二、吸热反应和放热反应的计算 5．(2023·扬州高一期中)如图所示，曲线a和b代表N2和H2在不同条件下反应的能量变化，下列有关说法中正确的是(　　) A．a放出的热量比b多 B．断开1 mol N2和3 mol H2的化学键需要放出2 250.9 kJ的热量 C．1 mol N2和3 mol H2的总键能比2 mol NH3的总键能大 D．1 mol NH3(g)完全分解需要吸收46.0 kJ的热量 答案　D 解析　曲线a和b的反应物总能量和生成物总能量均相同，则a和b放出的热量相等，A错误；旧键断裂吸收热量，则断开1 mol N2和3 mol H2的化学键需要吸收2 250.9 kJ的热量，B错误；该反应是放热反应，反应物的总键能低于生成物的总键能，即1 mol N2和3 mol H2的总键能小于2 mol NH3的总键能，C错误；该反应生成2 mol NH3放出(2 342.9－2 250.9) kJ＝92 kJ热量，则1 mol NH3(g)完全分解需要吸收46.0 kJ的热量，D正确。 6．(2022·上海高一期末)白磷与氧气在一定条件下可以发生反应：P4＋3O2===P4O6。已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为P—P键198 kJ·mol－1，P—O键360 kJ·mol－1，O==O键 498 kJ·mol－1。 根据上图所示的分子结构和有关数据，计算1 mol P4与3 mol O2发生该反应的能量变化，正确的是(　　) A．释放1 638 kJ的能量 B．吸收1 638 kJ的能量 C．释放126 kJ的能量 D．吸收126 kJ的能量 答案　A 解析　断裂反应物的化学键需要吸收的能量为(198×6＋498×3) kJ＝2 682 kJ，形成生成物的化学键释放的能量为(360×12) kJ＝4 320 kJ，二者之差为释放的能量：4 320 kJ－2 682 kJ＝1 638 kJ。 7．H2与O2、F2均能发生反应，如图为H2与F2发生反应生成HF过程中的能量变化示意图。请回答下列问题： (1)完成转化Ⅰ、Ⅱ________(填“吸收”或“放出”，下同)能量，完成转化Ⅲ________能量。 (2)H2和F2反应的能量变化图可用________(填“A”或“B”)表示。 (3)H2在O2中燃烧的过程主要是________能转化为________能的过程。 答案　(1)吸收　放出　(2)A　(3)化学　热 解析　(1)断开化学键吸收能量，形成化学键释放能量。转化Ⅰ、Ⅱ是断开化学键的过程，吸收能量；转化Ⅲ是形成化学键的过程，放出能量。(2)由图可知，H2和F2反应生成HF的能量变化为154 kJ·mol－1＋436 kJ·mol－1－2×565 kJ·mol－1＝－540 kJ·mol－1，是放热反应，则反应物的总能量大于生成物的总能量，A图符合。(3)氢气在氧气中燃烧是放热反应，主要是化学能转化为热能的过程。 三、能源的利用 8．“碳中和”是指CO2的排放总量和减少总量相当。下列措施不利于实现“碳中和”的是(　　) A．大力推广燃煤发电 B．植树造林增加绿色植被 C．加大风能、太阳能的利用 D．推动新能源汽车代替燃油车 答案　A 解析　大力推广燃煤发电，煤燃烧过程中会产生二氧化碳，不利于实现碳中和，故A选；植树造林，吸收CO2，可以减少二氧化碳的总量，利于实现碳中和，故B不选；加大风能、太阳能的利用，可以减少化石能源的使用，利于实现碳中和，故C不选；推动新能源汽车代替燃油车，可以减少化石能源的使用，利于实现碳中和，故D不选。 9.为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染，同时缓解能源危机，有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。 下列说法正确的是(　　) A．H2O的分解反应是放热反应 B．氢能源已被普遍使用 C．2 mol H2O具有的总能量低于2 mol H2和1 mol O2具有的总能量 D．氢气不易贮存和运输，无开发利用价值 答案　C 解析　2H2O===2H2↑＋O2↑是吸热反应，说明2 mol H2O的能量低于2 mol H2和1 mol O2的能量之和。因由水制取H2耗能多且H2不易贮存和运输，所以氢能源利用并未普及，但发展前景广阔。 10．分析下图，回答以下问题： (1)电解水生成H2，首先要解决的问题是____________________________________________。 (2)标准状况下，11.2 L H2燃烧生成液态的水，放出Q kJ的热量，写出该反应的热化学方程式：____________________________________________________________________________。 (3)氢气作为理想的“绿色能源”的主要理由是______________________________________。 (4)氢氧燃料电池是氢能源利用的一个重要方向。氢气在________极上发生________反应，氧气在________极上发生________反应。 若电解质溶液为KOH溶液，写出正、负极上的电极反应式： 负极：________________________________________________________________________， 正极：________________________________________________________________________。 答案　(1)需大量电能　(2)2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－4Q kJ·mol－1　 (3)来源丰富(H2O)、热值高、产物无污染　 (4)负　氧化　正　还原　2H2－4e－＋4OH－===4H2O　O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 解析　(2)标准状况下，11.2 L H2的物质的量为＝0.5 mol，故2 mol H2燃烧生成液态水放出的热量为×2 mol＝4Q kJ，故该反应的热化学方程式为2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－4Q kJ·mol－1。 (3)H2作为“绿色能源”的优点有来源丰富、热值高、无污染。 (4)在氢氧燃料电池中，H2在负极失电子发生氧化反应，O2在正极得电子发生还原反应。若电解质溶液为KOH溶液，则负极反应为2H2－4e－＋4OH－===4H2O，正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。 四、原电池的工作原理和应用 11.如图所示，电流计的指针发生偏转，同时A极的质量减小，B极上有气泡产生，C为电解质溶液，下列说法错误的是(　　) A．B极为原电池的正极 B．A、B、C分别可能为Zn、Cu和稀盐酸 C．C中阳离子向A极移动 D．A极发生氧化反应 答案　C 解析　原电池中，负极金属失去电子，发生氧化反应而溶解，质量减小，故A极为负极，B极为正极，A、D项正确；A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸时，可以构成原电池，且现象符合题意，B项正确；电解质溶液中阳离子移向正极，C项错误。 12．把a、b、c、d四种金属片浸泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，c为负极；a、c相连时，c为正极；b、d相连时，b为正极，则这四种金属活动性顺序由大到小为(　　) A．a＞b＞c＞d B．a＞c＞d＞b C．c＞a＞b＞d D．b＞d＞c＞a 答案　B 解析　若a、b相连时，a为负极，根据原电池的工作原理，金属活动性强的作原电池的负极，故金属的活动性顺序为a＞b；c、d相连时，c为负极，所以金属的活动性顺序为c＞d；a、c相连时，c为正极，所以金属的活动性顺序为a＞c；b、d相连时，b是正极，所以金属的活动性顺序为d＞b；则这四种金属活动性顺序为a＞c＞d＞b。 五、化学电源和电极反应式的书写 13．锌­空气电池具有蓄电量大、循环次数多等优点。下列说法正确的是(　　) A．电池放电时，Zn电极逐渐溶解 B．电池放电时，石墨为负极 C．电池放电时，电子由石墨电极经导线流向Zn电极 D．电池放电时，实现了电能向化学能的转化 答案　A 解析　电池放电时，锌为负极，碱性条件下被氧化而溶解，故A正确；电池放电时，石墨为正极，正极上氧气得电子被还原，故B错误；电池放电时，锌为负极，石墨为正极，电子由锌电极经导线流向石墨电极，故C错误；电池放电时为原电池反应，实现了化学能向电能的转化，故D错误。 14．纸电池是近年来电池研发领域的新成果，纸电池基本构造如图所示。有关纸电池的说法正确的是(　　) A．a、b电极必须使用金属材料 B．若a极为铜、b极为锌，c中含蔗糖溶液时，电流计指针会偏转 C．若a极为铁、b极为铜，c中含稀硫酸时，铜为负极 D．若a极为铝、b极为镁，c中含氢氧化钠溶液时，铝为负极 答案　D 解析　原电池的两个电极材料不一定都是金属材料，还可以是金属和导电非金属材料(如石墨等)，故A错误；铜片、锌片、蔗糖溶液不能构成原电池，其中蔗糖不能作电解质，故B错误；铁片、铜片、稀硫酸构成的原电池中，Fe比Cu活泼，所以Fe是负极，Cu是正极，故C错误；镁与氢氧化钠不反应，故铝为负极。总反应：2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，故D正确。 15．(2023·连云港高一期中)化学电源在生产、生活中有着广泛的应用。请回答下列问题： (1)根据构成原电池的本质判断，下列化学(或离子)方程式正确且能设计成原电池的是________(填字母，下同)。 A．KOH＋HCl===KCl＋H2O B．Cu＋Fe3＋===Fe2＋＋Cu2＋ C．Na2O＋H2O===2NaOH D．Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑ (2)为了探究化学反应中的能量变化，某同学设计了如下两个实验(如图)。有关反应一段时间后的实验现象，下列说法正确的是________。 A．图Ⅰ中温度计的示数高于图Ⅱ的示数 B．图Ⅰ和图Ⅱ中温度计的示数相等，且均高于室温 C．图Ⅰ和图Ⅱ的气泡均产生于锌棒表面 D．图Ⅱ中产生气体的速率比Ⅰ慢 (3)电动汽车上用的铅蓄电池是以一组海绵状铅板和另一组结构相似的充满二氧化铅的铅板组成，用稀H2SO4作电解质溶液。放电时总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。 ①写出放电时正极的电极反应式：________________________________________________。 ②铅蓄电池放电时，负极质量将___________(填“增大”“减小”或“不变”)。当外电路上有2 mol电子通过时，溶液中消耗H2SO4的物质的量为________。 答案　(1)D　(2)A　(3)①PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O　②增大　2 mol 解析　(1)自发进行的氧化还原反应在理论上可以设计成原电池。A是复分解反应，不是氧化还原反应，故错误；B中的电荷不守恒，离子方程式不正确，故错误；C不是氧化还原反应，故错误；D是自发进行的氧化还原反应，可以设计成原电池，故正确。(2)图Ⅰ中发生的是锌的化学腐蚀，图Ⅱ形成铜锌原电池。图Ⅰ主要将化学能转化为热能，而图Ⅱ主要将化学能转化为电能，则图Ⅰ中温度计的示数高于图Ⅱ的示数，故A正确；由A中分析可知，图Ⅰ和图Ⅱ中温度计的示数不相等，但均高于室温，故B错误；图Ⅱ中铜为正极，铜棒的表面有气泡产生，故C错误；利用原电池反应可以使金属与酸的反应速率加快，故图Ⅱ中产生气体的速率比Ⅰ快，故D错误。(3)①依据放电时总反应，正极上PbO2得电子发生还原反应，生成难溶于水的PbSO4，故正极反应式为PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O。②依据放电时总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，负极上Pb失电子发生氧化反应，产生的Pb2＋结合SO生成难溶于水的PbSO4，故负极质量将增大；根据总反应，当外电路上有2 mol电子通过时，溶液中消耗H2SO4的物质的量为2 mol。 六、原电池的综合 16．(2023·重庆高一期中)回答下列问题： (1)下列过程中属于吸热反应的是____________(填序号，下同)，属于放热反应的是____________。 ①灼热的木炭中通入CO2　②碘升华　③石灰石受热分解　④水蒸气液化　⑤Na2CO3·10H2O与NH4NO3反应制作冷敷袋　⑥HCl＋NaHCO3===NaCl＋H2O＋CO2↑　⑦CH4＋2O2CO2＋2H2O　⑧金属的锈蚀 (2)汽车发动机工作时会引发N2和O2反应，生成NOx等污染大气，其中生成NO的能量变化如图甲所示，则图中三种分子最稳定的是______________(写化学式)。若反应生成2 mol NO气体________(选“吸收”或“放出”)____________kJ能量。 (3)燃料电池是目前电池研究的热点之一，某课外小组自制的氢氧燃料电池如图乙所示，a、b均为惰性电极。 ①b极发生的电极反应式是__________________________，随着反应的进行，KOH溶液浓度________(填“增大”“减小”或“不变”)。 ②标准状况下，消耗11.2 L H2时，转移的电子数目为______________。 答案　(1)①③⑤⑥　⑦⑧ (2)N2　吸收　180 (3)①O2＋4e－＋2H2O===4OH－　减小　②NA 解析　(1)①C与CO2反应生成CO是吸热反应，②碘升华不是化学变化，不属于吸热反应或放热反应，③石灰石受热分解为吸热反应，④水蒸气液化不是化学变化，不属于吸热反应或放热反应，⑤碳酸钠晶体和硝酸铵反应为吸热反应，⑥碳酸氢钠和盐酸反应是吸热反应， ⑦甲烷燃烧是放热反应，⑧金属的锈蚀是放热反应。(2)物质的键能越大，越稳定，从图中可以看出，三种物质中N2的键能最大，因此最稳定的为N2。从图中可知，断开化学键需要吸收能量，形成化学键放出能量，1 mol N2和1 mol O2反应生成2 mol NO吸收的能量为(946＋498－632×2) kJ＝180 kJ。 (3)①燃料电池中通入燃料气体的一极为负极，通入氧气的一极为正极，则b电极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，该反应的总反应为2H2＋O2===2H2O，随着反应进行，KOH溶液被稀释，KOH溶液的浓度减小。②负极的电极反应为2H2－4e－＋4OH－===4H2O，消耗标准状况下11.2 L H2即0.5 mol，转移的电子数目为NA。 17．某实验的实验装置如图所示，回答下列问题。 (1)该实验所用的石墨棒须经过预处理：先经高温火焰灼烧到红热，再迅速浸入冷水中。这种预处理的目的是_________________________________________________________________。 (2)要使发光二极管发亮，实验时的操作顺序是先接通S1，断开S2，电解一段时间后，再断开S1，接通S2，请写出整个实验过程中的能量转化形式：__________________________________。 (3)写出下列操作时的电极反应式，并注明电极名称： ①按下开关S1：C1附近发生电极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－； ②断开开关S1，迅速按下开关S2：(提示：此时C1附近溶液显碱性，C2附近溶液显酸性)C2：________________________________，___________________________________。 答案　(1)使石墨棒表面变得粗糙，有利于吸附气体 (2)电能→化学能→电能→光能 (3)O2＋4H＋＋4e－===2H2O　正极 解析　(1)经高温火焰灼烧到红热，再迅速浸入冷水中，可以使石墨棒表面变得粗糙，有利于吸附气体。(2)根据以上分析，接通S1，断开S2，构成电解池，电能转化为化学能；断开S1，接通S2时，构成氢氧燃料电池，化学能转化为电能；所以整个实验过程中的能量转化形式为电能→化学能→电能→光能。(3)断开开关S1，迅速按下开关S2构成氢氧燃料电池，C2附近有氧气，是电池正极，且附近溶液显酸性，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 学科网（北京）股份有限公司 $$