2.2 化学反应与能量转化 同步练习 2024-2025学年高一下学期化学鲁科版（2019）必修第二册

2024—2025学年高中化学鲁科版必修第二册2.2 化学反应与能量转化 一、单选题 1．某同学设计的番茄电池如图，下列说法正确的是 A．将左侧锌片换成铜片也会产生电流 B．该电池工作时，铜片逐渐溶解 C．番茄中的液体物质作电解质溶液 D．该电池工作时，锌电极被还原 2．叔丁基氯与碱溶液经两步反应得到叔丁基醇，反应(CH3)3CCl+OH-→(CH3)3COH+Cl-的能量与反应进程如图所示。下列说法正确的是 A．该反应为吸热反应 B．(CH3)3C+比(CH3)3CCl稳定 C．反应物的总能量小于生成物的总能量 D．增大碱的浓度和升高温度均可加快反应速率 3．下列叙述正确的是 A．在碱性介质中氢氧燃料电池负极的电极反应式为 B．用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极的电极反应式为 C．精炼铜时，与电源正极相连的是纯铜，电极反应式为 D．钢铁发生电化学腐蚀时正极的电极反应式为 4．反应A2(g)+B2(g)=2AB(g)的能量变化如图所示，下列叙述正确的是（    ） A．该反应是放热反应 B．由图可知，1molA2(g)和1molB2(g)反应生成2molAB(g)放出bkJ热量 C．由图可知，1molA2(g)和1molB2(g)反应生成2molAB(g)吸收bkJ热量 D．由图可知，1molA2(g)和1molB2(g)反应生成2molAB(g)吸收(a-b)kJ热量 5．锌~空气燃料电池可用作电动车动力电源， 电池的电解质溶液为KOH溶液，电池总反应为2Zn + O2+ 4OH- + 2H2O = 2。下列说法正确的是 A．锌极发生还原反应 B．电子从锌极经KOH溶液移向充空气的电极 C．锌极需定期更换 D．该电池是电能转化为化学能的装置 6．燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是（    ） A．负极反应式：O2+2H2O+4e-=4OH- B．负极反应式：CH4+8OH--8e-=CO2+6H2O C．随着放电的进行，溶液的氢氧根浓度不变 D．放电时溶液中的阴离子向负极移动 7．某兴趣小组学生设计水果电池：把锌片和铜片用导线连接好，然后将锌片和铜片平行插入新鲜西红柿中，再在导线中接一个灵敏电流计,指针发生偏转，将西红柿换成橘子后重新做实验，发现电流计指针没有发生偏转。下列针对该组实验的说法正确的是(　　) A．通过对比实验说明西红柿汁是电解质溶液而橘子汁是非电解质溶液 B．通过对比实验得出西红柿汁pH＜7,橘子汁pH＞7 C．用橘子探究原电池工作原理的实验不可能获的成功 D．通过对比实验说明构成原电池条件之一是：两极要和电解质溶液接触并形成闭合回路 8．如图为铜、银和溶液构成的原电池的示意图，下列说法错误的是 A．铜片为负极，且铜片逐渐溶解 B．银片为正极，且银片的质量增加 C．电子由银片通过导线流向铜片 D．该装置能将化学能转化为电能 9．化学电池的研发与生产、生活和军事等领域的发展密切相关。目前研发成熟并广泛使用的二次电池镍镉(碱性)电池，该电池的总反应为：，以下说法正确的是 A．放电时负极反应为： B．放电时作正极 C．放电时发生氧化反应 D．充电时将化学能转化为电能 10．植物秸秆乱堆放腐烂后会释放出难闻的气味，为实现变废为宝，有人提出电化学降解法，利用微生物将有机物［主要化学成分是］的化学能转化为电能的装置，下列说法正确的是    A．M电极是正极 B．M电极反应式为 C．物质X是 D．N电极反应式为 11．锌—空气电池是一种适宜用作城市电动车的动力电源。锌—空气电池原理如图，放电时Zn转化为ZnO。下列说法正确的是 A．空气中的氧气在石墨电极上发生氧化反应 B．该电池的负极反应为Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O C．该电池放电时溶液中的OH-向石墨电极移动 D．该电池放电时电子由Zn电极经电解质溶液流向石墨电极 12．下列四个常用电化学装置的叙述错误的是 A水果电池图 B干电池 C铅蓄电池 D氢氧燃料电池 A．水果电池中电流从铜片流出 B．干电池中锌皮作负极 C．铅蓄电池放电过程中硫酸溶液浓度减小 D．燃料电池正极反应：O2+2H2O+4e-=4OH- 13．如图是金属牺牲阳极法的实验装置，下列有关说法正确的是（   ） A．该装置为电解池 B．本实验牺牲了金属Fe来保护金属Zn C．若加入K3[Fe(CN)6]溶液，Fe电极附近不会产生带有特征蓝色的沉淀 D．远洋货轮上镶嵌的金属Zn不需要更换 14．我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程。该反应历程示意如下： 下列说法不正确的是 A．该反应遵循质量守恒定律 B．CH4→CH3COOH过程中，有C—H键发生断裂 C．①→②吸收能量并形成了C—C键 D．生成CH3COOH总反应的原子利用率为100％ 15．一些烷烃的燃烧热如下表： 化合物 燃烧热/kJ·mol－1 化合物 燃烧热/kJ·mol－1 甲烷 890.3 正丁烷 2878.0 乙烷 1560.8 异丁烷 2869.6 丙烷 2221.5 2－甲基丁烷 3531.3 下列表达正确的是 A．乙烷燃烧的热化学方程式为：2C2H6（g）＋7O2（g）＝4CO2（g）＋6H2O（g）ΔH＝－1560.8kJ·mol－1 B．稳定性：正丁烷＞异丁烷 C．正戊烷的燃烧热大于3531.3kJ·mol－1 D．相同质量的烷烃，碳的质量分数越大，燃烧放出的热量越多 二、填空题 16．原电池是一种可将 直接转化为 的装置，其中发生的化学反应属于 。原电池的必要组成部分有 。 17．从能量的角度看，断开化学键要 ，形成化学键要 。一个化学反应是释放能量还是吸收能量取决于 。 18．减排是各个国家都在努力为之的事，和的处理是许多科学家都在着力研究的重点。有学者想以如图所示装置利用原电池原理将、转化为重要的化工原料。 （1）若A为，B为，C为，电池总反应方程式为，则正极的电极反应式为 。 （2）若A为，B为，C为，则负极的电极反应式为 ，电池的总反应方程式为 。 19．二甲醚(CH3OCH3)被称为21世纪的新型能源，它清洁、高效、具有优良的环保性能。 Ⅰ.工业制备二甲醚的生产流程如下： 催化反应室中(压强2.0～10.0 MPa，温度230～280℃)进行下列反应： CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH＝－90.7 kJ/mol ① 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH＝－23.5 kJ/mol ② CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH＝－41.2 kJ/mol ③ (1)甲烷氧化可制得合成气，反应如下：CH4(g)＋O2(g)CO(g)＋2H2(g) ΔH＝－35.6 kJ/mol。该反应是 反应(填“自发”或“非自发”)。 (2)催化反应室中总反应3CO(g)＋3H2(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)的ΔH＝ 。830℃时反应③的K＝1.0，则在催化反应室中反应③的K 1.0(填“>”、“<”或“＝”)。 (3)上述反应中，可以循环使用的物质有 。 Ⅱ.如图为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图。b电极是 极。 三、计算题 20．如图所示，N4分子结构与白磷分子相似，呈正四面体结构。已知断裂1molN—N键吸收193 kJ热量，断裂1molN≡N键吸收941 kJ热量，则1mol N4气体转化为N2时要 填“吸收”或“放出”)热量 kJ。 21．(1)已知完全分解吸收热量，1 mol H2 (g)、1 mol I2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收、的能量，则分子中化学键断裂时需吸收的能量为 。 (2)用生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl。利用反应A可实现氯元素的循环使用。 反应A： 已知：i．反应A中被氧化，放出的热量。 ii． 断开键与断开键所需能量相差为 kJ。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《2025年2月10日高中化学作业》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C D B D C D D C A D 题号 11 12 13 14 15 答案 B D C C C 1．C 【详解】A．左侧锌片换成铜片，则两电极相同，不能构成原电池，不会产生电流，故A错误； B．该电池中，锌比铜活泼，锌作负极，铜作正极，铜片不溶解，故B错误； C．该电池中锌、铜作电极，番茄中的液体作电解质，原理为锌与番茄中的酸性物质反应，故C正确； D．该电池工作时，锌为负极失电子被氧化，故D错误； 故选：C。 2．D 【详解】A．反应物的总能量大于生成物的总能量，为放热反应，A错误； B．由图可知：(CH3)3C+能量比(CH3)3CCl高，所以更活泼，B错误； C．由图可知：反应物的总能量大于生成物的总能量，C错误； D．增大反应物浓度和升高温度均可加快反应速率，D正确。 答案选D。 3．B 【详解】A. 负极失去电子，电极反应式应为，故A错误； B. 在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，故B正确； C. 精炼铜时，粗铜作阳极与电源的正极相连，故C错误； D. 钢铁发生电化学腐蚀时，铁作负极，铁失去电子转化为亚铁离子，则负极的电极反应式为，故D错误； 答案选B。 4．D 【详解】A．依据图象可知，反应物总能量小于生成物总能量，所以为吸热反应，故A错误； B．依据图象可知，1molA2(g)和1molB2(g)反应生成2molAB(g)要吸收热量，故B错误； C．依据图象可知，1molA2(g)和1molB2(g)反应生成2molAB(g)要吸收热量，故C错误； D．依据图象可知，1molA2(g)和1molB2(g)反应生成2molAB(g)要吸收热量，故D正确； 故答案为D。 5．C 【详解】A.根据电池总反应可知，锌化合价升高，锌极作负极发生氧化反应，A错误； B.电子经导线从负极向正极移动，故电子应从锌极经导线移向充空气的电极，B错误； C.锌作负极发生电极反应Zn -2e-+ 4OH-=，锌不断被消耗需定期更换，C正确； D.电池是将化学能转化为电能的装置，D错误； 答案选C。 6．D 【分析】甲烷在负极失电子，发生氧化反应，结合电解质溶液、得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒可写出负极反应为：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O；氧气在正极得电子，发生还原反应，结合电解质溶液、得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒可写出正极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-；总反应为：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O，据此解答。 【详解】A．由分析可知，负极反应为：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O，A错误； B．由分析可知，负极反应为：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O，B错误； C．总反应为：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O，故随着放电的进行，溶液的氢氧根浓度减小，C错误； D．放电时，阴离子向负极移动，D正确。 答案选D。 【点睛】燃料电池中，燃料在负极失电子，发生氧化反应，氧气在正极得电子，发生还原反应。 7．D 【分析】 【详解】A．将西红柿换成橘子后重新做实验，电流计指针没有发生偏转，说明没有形成原电池，其原因是多方面的，因此不能说明西红柿汁是电解质溶液而橘子汁是非电解质溶液，A错误； B．通过对比实验不能得出西红柿汁pH＜7，橘子汁pH＞7，B错误； C．用橘子也可以探究原电池工作原理，C错误； D．通过以上分析和实验现象说明构成原电池条件之一是：两极要和电解质溶液接触并形成闭合回路，D正确； 答案选D。 8．C 【详解】A．该原电池中，铜是负极，负极上铜失电子变成铜离子进入溶液，导致铜逐渐溶解，A正确； B．该原电池中银为正极，正极上银离子得电子生成银单质附着在银电极上，银片的质量增加，B正确； C．铜是负极，银是正极，电子从铜片通过导线流向银片，C错误； D．该装置是原电池，将化学能转化为电能，D正确； 答案选C。 9．A 【详解】A．放电时Cd为负极失去电子，电极反应为：，故A正确； B．放电时Cd为负极失去电子，故B错误； C．放电时中Ni得到电子，发生还原反应，故C错误； D．充电时为电解池，将电能转化为化学能，故D错误； 故选：A。 10．D 【详解】A. 由题可知，M为负极，N为正极，故A错误； B. M电极反应式为，故B错误； C. 电池为酸性电池，物质X是水，故C错误； D. 由N极通，得电子结合质子生成水，N电极反应式为，故D正确； 故答案选D。 11．B 【分析】锌—空气电池中，放电时Zn转化为ZnO，Zn失电子作负极，电极反应式为Zn-2e－+2OH－＝ZnO+H2O，石墨电极为正极，氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O2+4e－+2H2O＝4OH－，据此分析。 【详解】A．氧气得电子发生还原反应，即氧气在石墨电极上发生还原反应，故A错误； B．Zn失电子作负极，电极反应式为Zn-2e－+2OH－＝ZnO+H2O，故B正确； C．原电池工作时，阴离子向负极移动，故OH－向Zn电极移动，故C错误； D．电子只能在电极和导线中移动，电子不能通过溶液，故D错误； 故选B。 12．D 【详解】A．锌的活动性比铜强，锌作负极，铜作正极，水果电池中电流从铜片流出经导线到锌片，A正确； B．锌为金属，石墨为非金属，干电池中锌皮作负极，B正确； C．铅蓄电池中Pb作负极，PbO2作正极，总反应为：PbO2+2H2SO4+Pb=2PbSO4+2H2O，消耗了硫酸，放电过程中硫酸溶液浓度减小，C正确； D．氢氧燃料电池中氢气为负极，氧气为正极，正极氧气得电子结合氢离子生成水，电极反应式为：O2+4e-+4H+=2H2O，D错误； 答案选D。 13．C 【详解】A．该装置没有外接电源，所以是原电池而不是电解池，A说法错误； B．锌比铁活泼，失电子作负极，铁作正极，为牺牲了锌保护了铁，B说法错误； C．铁被保护，所以溶液中不会产生亚铁离子，加入K3[Fe(CN)6]溶液后，Fe电极附近不会产生带有特征蓝色的沉淀，C说法正确； D．远洋货轮船底镶嵌锌块，其中锌与铁构成原电池，锌作负极，失电子发生氧化反应，锌被腐蚀，为保护货轮需定期更换，D说法错误。 答案为C。 14．C 【详解】A．该反应总反应为CH4+CO2CH3COOH，反应遵循质量守恒定律，故A项说法正确； B．图中变化可知，甲烷在催化剂作用下经过选择性活化，其中甲烷分子中碳原子会与催化剂形成一新的共价键，必有C−H键发生断裂，故B项说法正确； C．①→②的焓值降低，过程为放热过程，有C−C键形成，故C项说法错误； D．由图可知，1mol甲烷和1mol二氧化碳反应生成1mol乙酸，生成CH3COOH总反应的原子利用率为100%，故D项说法正确； 综上所述，说法不正确的是C项，故答案为C。 15．C 【详解】A．根据乙烷燃烧热的含义：完全燃烧1mol乙烷生成二氧化碳和液态水时会放出1560.8KJ的热量，所以热化学方程式为2C2H6（g）+7O2（g）=4CO2（g）+6H2O（l）△H=-3121.6kJ/mol，故A错误； B．由表格中的数据可知，异丁烷的燃烧热比正丁烷的燃烧热小，则异丁烷的能量低，即热稳定性为正丁烷＜异丁烷，故B错误； C．正戊烷和2-甲基丁烷互为同分异构体，由表格中正丁烷、异丁烷的燃烧热比较可知，则互为同分异构体的化合物，支链多的燃烧热小，则正丁烷的燃烧热大于2-甲基丁烷，即正戊烷的燃烧热大约在3540KJ/mol左右，且大于3531.3KJ/mol，故C正确； D．相同质量的烷烃，碳的质量分数越大，燃烧放热越少，即n越大，燃烧放出的热量越少，氢的数目越大燃烧放热越多，故D错误； 故答案为C。 16． 化学能 电能 氧化还原反应 两个活泼性不同的电极、电解质溶液和形成闭合回路 【详解】原电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，原电池反应中存在电子转移，则化学反应属于氧化还原反应；原电池的必要组成部分有两个活泼性不同的电极、电解质溶液和形成闭合回路。 17． 吸收能量 放出能量 反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小 【详解】断开化学键要吸收能量，形成化学键要放出能量，一个化学反应是释放能量还是吸收能量取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。 18． 【分析】根据原电池工作原理进行分析解答。燃料电池的燃料做负极发生氧化反应，氧气做正极发生还原反应，注意电解质溶液对电极反应式的影响。 【详解】(1)在负极失去电子，酸性条件下该电池负极的电极反应式为；在正极得到电子，一分子得到6个电子，转化为，故可得正极的电极反应式为，故答案：； （2）SO2在负极失去电子，可得负极的电极反应式为。在正极获得电子，可得正极的电极反应式为，使正、负极得失电子总数相等并将正、负极电极反应式相加，可得电池的总反应方程式为,故答案：；。 19． 自发 －246.1 kJ/mol > CO、H2、甲醇和水 正 【分析】Ⅰ、（1）依据自发进行的判断依据为△H-T△S＜0，是自发进行的反应；△H-T△S＞0，是非自发进行的反应； （2）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到热化学方程式进行计算应用；催化反应室内的反应条件是压力2.0～10.0Mpa，温度230～280℃；结合化学平衡影响因素分析判断； （3）依据反应过程中的中间产物是可以循环利用的物质； Ⅱ、反应本质是二甲醚的燃烧，原电池负极发生氧化反应，二甲醚在负极放电，正极反应还原反应，b为正极，氧气在正极放电．由图可知，a极为负极，二甲醚放电生成二氧化碳与氢离子。 【详解】Ⅰ.(1)反应后气体的物质的量增大，混乱度增加，熵增大，ΔS>0，由复合判据得该反应能自发进行。 (2)反应3CO(g)＋3H2(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)可利用题给的三个反应，将①×2＋②＋③得到，则ΔH＝－90.7 kJ/mol×2＋(－23.5 kJ/mol)＋(－41.2 kJ/mol)＝－246.1 kJ/mol；因为催化反应室中的温度低于830℃，温度降低，反应③的平衡向正反应方向移动，故K>1.0。 (3)从流程图中可以看出排出的物质CO、H2、甲醇和水在反应①、②、③中可以作为反应物，故均可以循环利用。 Ⅱ.燃料电池中通入O2的一极发生还原反应，即b电极是正极。 20． 放出 724 kJ 【分析】根据原子守恒可知，N4转换为N2的方程式为：N4=2N2，据此分析解答。 【详解】1molN4中N-N键完全断裂需要吸收的能量=193kJ×6=1158kJ，形成2molN≡N需要放出的热量=2×941kJ=1882kJ，1158kJ＜1882kJ，故需要放出(1882-1158)kJ=724kJ热量，故答案为：放出；724 kJ。 21． 299 34 【详解】（1）分子中化学键断裂时需吸收的能量等于分子中化学键形成放出的能量，设分子中化学键形成放出的能量为，由反应吸收的热量=反应物断裂化学键吸收的热量—形成化学键放出的能量可得关系式，解得，故答案为：299； (2)设断开键需要吸收的能量为，断开键需要吸收的能量为，由反应吸收的热量=反应物断裂化学键吸收的热量—形成化学键放出的能量可得关系式，化简得，即断开键与断开键所需能量相差34kJ，故答案为：34。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $$