专题03 化学反应中的能量变化-【好题汇编】备战2024-2025学年高二化学下学期期末真题分类汇编（上海专用）

专题03 化学反应中的能量变化 内容概览 考向1 探讨反应机理问题是化学研究的重要内容 考向2 化学电源 考向3 汽车尾气的净化和利用 考向4 环境保护——废水的处理 考向5 乙烷脱氢制备乙烯 考向6 CO2的综合利用 考向7 氢——未来清洁能源 考向1 探讨反应机理问题是化学研究的重要内容 (上海市延安中学2023-2024学年第二学期期末考试)用乙苯为原料，通过直接脱氢法或氧化脱氢法均可制备苯乙烯。反应原理表示如下： 反应①(直接脱氢)：C8H10(g)=C8H8(g)＋H2(g) ΔH1＝+118kJ·mol−1 反应②(氧化脱氢)：2C8H10(g)＋O2(g)2C8H8(g)＋2H2O(g) ΔH2＝-247.6kJ·mol−1 已知：H2O(g)=H2O(l) ΔH3＝-44kJ·mol−1 (1)写出表示氢气燃烧热的热化学方程式：___________。 关于反应①，中国化学家提出了在某催化剂表面反应①的机理(代表苯基，代表吸附态)： (2)虚线框内反应历程共包含___________步反应，其中化学反应速率最慢的一步活化能的值为___________ kJ·mol−1。 (3)关于上述反应历程说法不正确的是___________。 A．状态ⅱ状态ⅲ过程吸收热量 B．使用催化剂后，有效提升了乙苯的平衡转化率 C．状态ⅲ状态ⅳ的能量变化说明形成键是吸热过程 D．物质吸附在催化剂表面时通常比其形成的过渡态稳定 (4)判断反应②能否自发进行：___________，说明理由___________。 某温度下，向容器中通入2 mol气态乙苯与2 molO2发生反应②，5 min后反应达到平衡，此时混合气体中乙苯和苯乙烯的物质的量相等。 (5)可以判断反应②达到化学平衡状态的标志是___________。 A．气体密度不再改变 B．n(C8H10)与n(C8H8)之和保持不变 C．v正(O2)=2v逆(C8H8) D．气体平均摩尔质量不再改变 (6)从开始反应至达到平衡时间段内平均反应速率v(O2)=___________，升温值___________(填增大、减小或不变)。 【答案】(1) (2)①2 ②63.5 (3)AB (4)①能 ②反应②为熵增的放热反应，任何条件下都可自发 (5)D (6)①0.1 mol·L－1·min－1 ②减小 【解析】(1)反应②×+③-①得到反应，-285.8kJ/mol； (2)由图可知，该反应为：i→ii→iii，共2步反应，活化能越大，反应速率越慢，则虚线框内化学反应速率最慢的一步为i变为过渡态1，其活化能为(86.6-23.1) kJ·mol-1=63.5 kJ·mol-1； (3)A项，由图可知，状态ⅱ→状态ⅲ过程放出热量，A错误；B项，使用催化剂，化学平衡不移动，不能改变乙苯的平衡转化率，B错误；C项，由图可知，状态ⅲ→状态ⅳ形成H-H键，物质总能量升高，说明形成H-H键是吸热过程，C正确；D项，由图可知，物质吸附在催化剂表面时通常比其形成的过渡态稳定，能量更低，D正确；故选AB。 (4)反应②为熵增的放热反应，任何条件下都可自发； (5)A项，反应前后都为气体且容器体积不变，所以气体密度不再改变不能说明达到平衡状态，A错误；B项，根据碳原子守恒，n(C8H10)与n(C8H8)之和为定值，保持不变不能说明达到平衡状态，B错误；C项，v正(O2)=2v逆(C8H8)，正逆反应速率之比不等于化学计量数之比，不能说明达到平衡状态，C错误；D项，反应前后都为气体，但是气体的物质的量增大，当气体平均摩尔质量不再改变可以说明达到化学平衡状态，D正确；故选D。 (6)假设转化的C8H10为2xmol，则转化的氧气为xmol，生成的C8H8与水的物质的量均为2xmol，根据题目信息可知，2x=2-2x，则x=0.5mol，v(O2)=；该反应为放热反应，升高温度，K值减小。 考向2 化学电源 (上海市华东师范大学第二附属中学张江分校2023~2024学年高二下学期期末)2024年4月25日20时59分，神舟十八号载人飞船在长征二号F运载火箭的托举下，搭乘着三名航天员，从酒泉卫星发射中心点火升空。相较于神舟十六号和神舟十七号载人飞船，神舟十八号的电池容量更大、系统可靠性更高，将更好地支持载人飞行任务。在神舟十八号载人飞船上，主电源储能电池由镉镍电池更改为锂离子电池，电池扩容达30%。 1．下列关于常见的化学电源说法错误的是__________。 A．铅酸蓄电池放电时，负极质量减轻 B．碱性锌锰电池正极反应式为：MnO2+H2O+e−=MnO(OH)+OH− C．锂离子电池具有质量小、体积小、储存和输出能量大等特点 D．氢氧燃料电池中，若把H2改为等物质的量的甲醇进行充分反应，O2的用量增加 【答案】A 【解析】A项，铅酸蓄电池放电时，负极反应为Pb+SO42--2e-=PbSO4，负极质量增大，A错误；B项，碱性锌锰电池正极反应式为：MnO2+H2O+e−=MnO(OH)+OH−，B正确；C项，锂离子电池具有质量小、体积小、储存和输出能量大等特点，C正确；D项，氢氧燃料电池中，若把H2改为等物质的量的甲醇进行充分反应，甲醇燃烧消耗的氧气比等物质的量的氢气多，O2的用量增加，D正确；故选A。 2．氢氧燃料电池(如图所示)反应生成的水可作为航天员的饮用水，由图示的电子转移方向判断Y气体是___________，向___________(填“正”或“负”)极作定向移动，负极的电极反应式为___________。 【答案】①O2 ②负 ③H2－2e-＋2OH-=2H2O 【解析】电子由负极流向正极，X电极为电子流出的一极，Y电极为电子流入的一极，所以X极为负极，电极反应为：H2－2e-＋2OH-=2H2O，Y极为正极，正极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-；由分析可知气体Y为O2，原电池中阴离子向负极移动。 3．硫酸镍(NiSO4)在强碱溶液中用NaClO氧化，可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的NiOOH。写出该反应的离子方程式_______。 【答案】2Ni2++ClO-+4OH-=2NiOOH↓+Cl-+ H2O 【解析】根据已知反应过程中有NiOOH的生成，则ClO-被还原为Cl-，根据电子转移守恒、电荷守恒、原子守恒可得离子方程式为：2Ni2++ClO-+4OH-=2NiOOH↓+Cl-+ H2O。 4．CdCO3可用于冶炼镉，产生的粗镉可利用电解精炼的方法进行提纯，在电解池的___________(填“阳极”或“阴极”)产生纯镉。 【答案】阴极 【解析】根据电解原理可知，电解精炼镉时，镉化合价降低发生还原反应，故在电解池的阴极产生纯镉。 5．镉镍蓄电池的工作原理为：。若以镉镍蓄电池为飞船供电，有关该电池的说法正确的是__________。 A．放电时电子由Cd电极出发经由电解质溶液转移到镍电极 B．放电时负极附近溶液的碱性减小 C．充电时化学能转化为电能 D．充电时阳极发生还原反应：Ni(OH)2 +OH--e-=NiOOH+H2O 【答案】B 【解析】放电时为原电池，Cd失电子、化合价升高，Cd为负极，反应式为Cd +2OH--2e-=Cd(OH)2，正极上NiOOH发生的电极反应式为NiOOH+H2O +e-= Ni(OH)2 +OH-，工作时阳离子移向正极、阴离子移向负极；充电时为电解池，与电源正极相接的为阳极，与电源负极相接的为阴极，阴阳极反应与原电池负正极反应相反。A项，放电时该装置为原电池，电子由Cd电极(负极)出发经由外电路转移到NiOOH电极，故A错误；B项，放电时该装置为原电池，Cd为负极，反应式为Cd +2OH--2e-=Cd(OH)2，该反应消耗氢氧根，碱性减小，故B正确；C项，充电时该装置为电解池，电能转化成化学能，故C错误；D项，充电时阳极发生失去电子的氧化反应，故D错误；故选B。 6．飞船配备有应急电池，在紧急状况下会自动启动，工作原理为，工作时，当消耗32.5 gZn时，理论上外电路转移的电子数目为___________。 【答案】NA 【解析】根据总反应可知，消耗1molZn时转移2mol电子，32.5 gZn的物质的量为0.5mol，外电路转移的电子为1mol，数目为NA。 7．利用电化学原理，还可对金属腐蚀进行防护，下列装置中，铁腐蚀速率由小到大的顺序是___________。 【答案】③①②④ 【解析】④装置是电解池，金属铁为阳极，阳极金属被腐蚀速率最快，②和③都是原电池，②中铁是负极，已被腐蚀，③中铁是正极，得到保护；根据电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞受到保护的腐蚀；所以铁腐蚀由小到大的顺序是：③①②④。 考向3 汽车尾气的净化和利用 (上海市华师大附属天山学校2023-2024学年高二下学期期末考试)汽车尾气中的氮氧化物(NOx)对环境有危害，可利用化学方法实现氮的转化，从而减少氮氧化物排放。 1．化学在生产和日常生活中有着重要的应用。下列说法不正确的是__________。 A．明矾水解形成的Al(OH)3胶体能吸附水中的悬浮物，可用于水的净化 B．在海轮外壳上镶入锌块，可减缓船体的腐蚀速率 C．电解NaCl饱和溶液，可制得金属钠 D．2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的△H<0 【答案】C 【解析】A项，明矾即KAl(SO4)2·12H2O其电离出的Al3+水解形成的Al(OH)3胶体能吸附水中的悬浮物，可用于水的净化，A正确；B项，由于Zn比Fe活泼，则在海轮外壳上镶入锌块，可以形成牺牲阳极的阴极保护法，从而可减缓船体的腐蚀速率，B正确；C项，电解NaCl饱和溶液，反应为：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，则得不到金属钠，应该电解熔融的氯化钠才可制得金属钠，C错误；D项，2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)在常温下能自发进行，由于该反应是一个气体体积减小的反应即熵减的反应，则该反应的△H<0，D正确；故选C。 2．测量大气中氨氧化物(NO、NO2)含量的一种方法如图所示： (1)通过测量荧光强度可获知的浓度，二者成正比，下列说法正确的是___________。 A．可能为O2 B．城市大气中氮氧化物主要来自雷电作用 C．NO2转化为NO2(激发态)为氧化反应 D．荧光强度越大，大气中NO含量越高 (2)在氮氧化物的转化过程中体现了___________性。 (3)、碳氢化合物和NH3等均可在催化剂作用下，将NOx转化为N2，NH3和NO反应的化学方程式为___________。 【答案】(1)A (2)还原 (3)4NH3+6NO5N2+6H2O 【解析】由题给流程可知，钼转化炉中发生的反应为催化剂作用下二氧化氮与一氧化碳或碳氢化合物和氨气反应生成一氧化氮，一氧化氮与臭氧反应生成氧气和激发态二氧化氮，激发态二氧化氮转化为基态二氧化氮时释放能量产生荧光。 (1)A项，由分析可知，生成气体X的反应为一氧化氮与臭氧反应生成氧气和激发态二氧化氮，则X为氧气，故正确；B项，城市大气中氮氧化物主要来自汽车尾气等，故错误；C项，激发态二氧化氮转化为基态二氧化氮时，没有新物质生成，属于物理变化，故错误；D项，荧光强度越大说明激发态二氧化氮的转化率越高，一氧化氮浓度越小，故错误；故选A； (2)由分析可知，钼转化炉中发生的反应为催化剂作用下二氧化氮与一氧化碳反应生成一氧化氮和二氧化碳，反应中碳元素的化合价升高被氧化，一氧化碳是反应的还原剂，表现还原性，故答案为：还原； (3)由图可知，氨气与一氧化氮的反应为催化剂作用下氨气和一氧化氮反应生成氮气和水，反应的化学方程式为4NH3+6NO5N2+6H2O。 3．利用电解装置可以将尾气中转化为尿素[CO(NH2)2]，其中碳元素的化合价为价，属于非电解质，工作原理如图。 (1)装置中离子交换膜是___________(“阴离子”或“阳离子”)交换膜反应一段时间后，阳极区的pH基本不变，结合化学用语解释原因为___________。 (2)有人设想以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图所示，电池正极的电极反应式是___________，A是___________。 (3)利用原电池工作原理测定汽车尾气中CO的浓度，其装置如图所示。该电池中O2-可以在固体介质NASICON (固溶体)内自由移动，工作时O2-的移动方向___________(填“从a到b”或“从b到a”)，负极发生的电极反应式为___________。 【答案】(1)①阳离子 ②阳极反应式为H2-2e-=2H+，内外电路转移电荷数相等，电路中转移的电子的物质的量等于阳极生成的氢离子的物质的量，等于通过阳离子交换膜从阳极移向阴极的氢离子的物质的量 (2)①N2+6e-+8H+=24+ ②. NH4Cl (3)①从b到a ②O+O2--2e-=CO2 【解析】(1)根据装置图，NO中氮元素化合价降低生成CO(NH2)2，所以通NO的电极为阴极，阴极反应式为CO2+2NO+10e-=CO(NH2)2+3H2O，则通H2的电极为阳极，阳极氢气失电子生成氢离子，阳极反应式为H2-2e-=2H+，阴极消耗氢离子、阴极正电荷减少，阳极生成氢离子、阳极正电荷增多，所以装置中离子交换膜是阳离子交换膜；阳极反应式为H2-2e-=2H+，内外电路转移电荷数相等，电路中转移的电子的物质的量等于阳极生成的氢离子的物质的量，等于通过阳离子交换膜从阳极移向阴极的氢离子的物质的量，所以反应一段时间后，阳极区的pH基本不变； (2)该装置中氢气失去电子，在负极发生氧化反应，氮气得到电子，在正极发生还原反应，则正极的电极反应为：N2+6e-+8H+=24+，正极生成铵根离子，电解质中有HCl，因此A是NH4Cl； (3)该电池中通空气的电极为正极，电解质溶液中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，因此O2−由电极b向电极a移动；该装置中CO为燃料，在负极(即a极)通入，失电子发生氧化反应，电极反应为：O+O2--2e-=CO2。 4．一定条件下，CH4和CO2都能与H2O形成笼状结构的水合物晶体(如图)，相关参数如下表所示。 分子直径/nm 分子与H2O的结合能E /kJ·mol⁻l CH4 0.436 16.40 CO2 0.512 29.91 (1)“可燃冰”中分子间存在的作用有______。 (2)为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知上图中笼状结构的空腔直径为0.586 nm，根据上述图表，从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是_______。 【答案】(1)分子间作用力、氢键 (2)CH4和CO2都能与H2O形成笼状结构，在笼状结构内部含有CO2或CH4分子，由于分子直径较大的CO2分子直径为0.512 nm，故图中笼状结构的空腔直径要大于，可以为0.586 nm。 【解析】 (1)CO2分子间存在分子间作用力、水分子之间存在氢键和分子间作用力，所以CO2水合物分子间存在的作用力是分子间作用力和氢键； (2)CH4和CO2都能与H2O形成笼状结构，在笼状结构内部含有CO2或CH4分子，由于分子直径：CO2：0.512 nm，CH4：0.436 nm，所以笼状结构的空腔直径要大于CO2分子的直径，故空腔直径可以为0.586 nm。 5．在Ni基催化剂作用下，可将含碳温室气体转化为CO。 (1)Ni能与CO 形成正四面体形的配位分子 Ni(CO)4， 该分子属于____。 A．极性分子 B．非极性分子 (2)1molNi(CO)4中含有____molσ键。 (3)已知CO 的燃烧热为-283kJ·mol−1， H2的燃烧热为-286kJ·mol−1用 CH4和CO2反应所得的合成气(CO与H2的混合气体)的热值(单位：MJ·m-3)为_______。(写出计算过程，体积按标准状况计算， 【答案】(1)B (2)8NA (3)12.7 【解析】(1)Ni能与CO 形成正四面体形的配位分子 Ni(CO)4，正四面体形分子正负电荷中心重合，属于非极性分子，故选B； (2)Ni能与CO 形成正四面体形的配位分子 Ni(CO)4，该分子中存在4个配位键、每个CO分子中含有1个σ键和2个π键，配位键也属于σ键，该分子中含有8个σ键，1mol Ni(CO)4含σ键数目为8NA； (3)用 CH4和CO2反应得到CO与H2的混合气体，反应方程式为：CH4+CO2=2CO+2H2，生成的CO和H2物质的量相等，假设产生1molCO和1molH2，1molCO完全燃烧放热283kJ，1molH2完全燃烧放热286kJ，共放热283kJ+286kJ=569kJ，标准状况下，1molCO和1molH2总体积是44.8L，故热值为。 考向4 环境保护——废水的处理 (上海市延安中学2023-2024学年第二学期期末考试)水体中氮元素过多则会引起水体富营养化，使水生动物缺氧死亡。 1．某氮肥厂氨氮废水中的氮元素多以NH3·H2O的形式存在，该废水的处理流程如图： (1)过程Ⅱ可通过电解法实现，则低浓度氨氮废水应通往___________。 A．正极 B．负极 C．阴极 D．阳极 (2)过程Ⅲ中，向废水中加入CH3OH，将HNO3还原成N2。若该反应消耗32g CH3OH转移6mol电子，书写上述过程的化学方程式并用单线桥标明电子转移的数目和方向：___________；其中还原半反应的方程式为：___________。 【答案】(1)D (2)① ②2NO3-+12H++10e-=N2＋6H2O 【解析】(1)过程Ⅱ为低浓度氨氮废水转化为含硝酸废水，化合价升高，失电子，在阳极反应，故低浓度氨氮废水应通往阳极，故选D； (2)过程Ⅲ中，向废水中加入CH3OH，将HNO3还原成N2，反应方程式为：5CH3OH+6HNO3=3N2↑+5CO2↑+13H2O，消耗32g 即1molCH3OH转移6mol电子，故消耗5molCH3OH转移30mol电子，单线桥标明电子转移的数目和方向：；其中还原半反应为硝酸转化为N2，方程式为：2NO3-+12H++10e-=N2＋6H2O。 2．废液中的重金属离子浓度可以用浓差电池进行测得：工作时，电池的“浓差”会逐渐减小。如图是某浓差电池的示意图： (1)电极为___________。 A．正极 B．负极 C．阴极 D．阳极 (2)膜为___________交换膜。 A．阳离子 B．阴离子 C．质子 D．双极膜 【答案】(1)A (2)B 【解析】Cu2+浓度越大、其氧化性越强，a侧硫酸铜溶液浓度较大，Cu电极a为正极，溶液中Cu2+得电子、发生还原反应，电极反应式为Cu2++2e-═Cu；Cu电极b为负极，Cu失去电子、发生氧化反应，电极反应式为Cu-2e-═Cu2+，原电池工作时，溶液中阳离子移向正极，阴离子移向负极，工作一段时间后，两室硫酸铜溶液浓度相等，由于左室Cu2+得电子生成Cu；硫酸根离子浓度相对较大，右室Cu电极失去电子生成Cu2+，Cu2+浓度相对较大，所以硫酸根离子通过离子交换膜由左室移向右室，即离子交换膜c为阴离子交换膜。 (1)Cu2+浓度越大、其氧化性越强，a侧硫酸铜溶液浓度较大，Cu电极a为正极，故选A； (2)硫酸根离子通过离子交换膜由左室移向右室，即离子交换膜c为阴离子交换膜，故选B。 3．锂离子电池更是近些年来应用非常广泛的一种电池，当前市场上常用(简称NCM)或LiFePO4 (简称LEP)做正极，用石墨做负极，石墨层中镶嵌有Li+和电子，其放电时的结构示意图如图所示。 已知锂电池充、放电时总反应为：(Li元素化合价不发生变化)，下列叙述正确的是__________。 A．锂离子电池放电时，Li+从正极迁移到负极 B．锂离子电池放电时，正极电极方程式为Li1- xFePO4+ xLi++xe-= LiFePO4 C．给锂离子电池充电时，石墨(C)做阴极 D．给锂离子电池充电时，当外电路转移NA个电子，通过隔膜的Li+质量为7xg 【答案】BC 【解析】由图可知，放电时，Li+向LiFePO4 (简称LEP)，则LiFePO4 (简称LEP)为正极，石墨为负极。A项，锂离子电池放电时石墨(C)作负极，阳离子移向正极，即Li+从负极迁移到正极，故A错误；B项，锂离子电池放电时，正极上Li1- xFePO4得电子生成LiFePO4，正极反应式为Li1- xFePO4+ xLi++xe-= LiFePO4，故B正确；C项，给锂离子电池充电时，石墨(C)与电源负极相接，作阴极，故C正确；D项，Li+和电子所带电荷数相等，给锂离子电池充电时，当外电路转移NA个电子，即转移1mol电子，通过隔膜的Li+为1mol，质量为，故D错误；故选BC。 4．海水资源可以有效利用，有时也会给生产、生活带来困扰，阅读如图，回答问题： (1)氯碱工业能耗大，通过如图Ⅰ改进设计，可大幅度降低能耗，下列说法正确的是：___________。 A．电极A接电源负极，发生还原反应 B．电极B的电极反应式为：2H2O+2e-=H2↑＋2OH- C．应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的溶液 D．改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗 (2)图Ⅱ中铁棒浸入一段时间之后发现，越靠近烧杯底部发生电化学腐蚀就越轻微，则发生该腐蚀时，正极的电极反应式为：___________。 (3)图Ⅲ所示方案可以降低铁闸门的腐蚀速率。下列判断正确的是：___________。 A．若为导线，可以是铜 B．若为导线，铁闸门上的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+ C．若为直流电源，铁闸门做负极 D．若为直流电源，极上发生氧化反应 【答案】(1)CD (2)O2+2H2O+4e-=4OH- (3)D 【解析】(1)A项，电极A为Cl-转化为Cl2，失电子，为阳极，故电极A接电源正极，A错误；B．电极B为阴极，通入氧气，氧气得到电子，其电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，B错误；C项，右室生成氢氧根，应选用阳离子交换膜，左边的钠离子进入到右边，在右室获得浓度较高的NaOH溶液，故C正确；D项，改进设计中增大了氧气的量，提高了电极B处的氧化性，通过提高反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗，故D正确；故选CD。 (2)为吸氧腐蚀，正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-； (3)A项，X为导线，装置为原电池，降低铁闸门的腐蚀速率，Fe应做正极，故Y活动性应强于Fe，A错误；B项，X为导线，装置为原电池，降低铁闸门的腐蚀速率，Fe应做正极，电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，B错误；C项，若X为直流电源，装置为电解池，降低铁闸门的腐蚀速率，Fe应做阴极，C错误；D项，若X为直流电源，装置为电解池，降低铁闸门的腐蚀速率，Y极作阳极，发生氧化反应，D正确；故选D。 考向5 乙烷脱氢制备乙烯 (上海市金山中学2023-2024学年高二下学期期末)将CO2作为弱氧化剂用于乙烷脱氢制备乙烯，具有避免乙烷深度氧化、CO2资源化利用等显著优势。 1．关于CO2、乙烯、乙烷的下列说法中不正确的是__________。 A．CO2属于非极性分子 B．乙烯分子所有原子共平面 C．乙烷分子中含有6根σ键 D．等物质的量的乙烯和乙烷完全燃烧耗氧量相同 【答案】CD 【解析】 【解析】A项，二氧化碳为直线型分子，正负电荷中心重合，为非极性分子，A正确；B项，碳碳双键两端的碳原子以及直接与其相连的原子共平面，所以乙烯分子所有原子共平面，B正确；C项，乙烷分子中有6个C-H键和1个C-C键，共含7个σ键，C错误；D项，根据和可知，等物质的量的乙烯和乙烷完全燃烧耗氧量不相同，D错误；故选CD； 2．查阅资料，计算CO2氧化C2H6脱氢反应的反应热。 查阅__________的燃烧热数据(填化学式) 查阅水的汽化热：H2O(l) = H2O(g) ΔH1 = +44.0 kJ/mol 利用上述数据，得如下热化学方程式： C2H6(g)+CO2(g) =C2H4(g) + CO(g) + H2O(g) ΔH2 = +178.2 kJ/mol 【答案】C2H6、C2H4、CO 【解析】根据题中热化学方程式可知需要查阅C2H6、C2H4、CO的燃烧热数据。 3．将CO2作为弱氧化剂用于乙烷脱氢制备乙烯，具有避免乙烷深度氧化、CO2资源化利用等显著优势。检验产物有乙烯生成的操作和现象 操作：____________________ 现象：____________________。 【答案】①将反应得到的气体通入溴水或酸性高锰酸钾溶液中 ②溶液褪色 【解析】将反应得到的气体通入溴水或酸性高锰酸钾溶液中，溶液褪色，说明有乙烯生成。 4．结合键能数据分析CO2氧化C2H6脱氢反应挑战和难点： 键 C-C C-H C=O 键能(kJ/mol ) 347.7 413.4 745 挑战(从化学键断裂难易程度方面说明)：____________________。 难点(从化学键选择性难易程度方面说明)：____________________。 【答案】①二氧化碳分子中碳氧双键的键能较高，破坏共价键需要较高能量 ②合适的催化剂使反应中碳氢键优先活化断裂而碳碳键不断裂的条件下形成碳碳双键 【解析】由表格数据可知，二氧化碳氧化乙烷脱氢反应挑战是二氧化碳分子中碳氧双键的键能较高，破坏共价键需要较高能量；碳氢键的键能大于碳碳键的键能，所以反应的难点是选择合适的催化剂使反应中碳氢键优先活化断裂而碳碳键不断裂的条件下形成碳碳双键。 5．推测Cr3+催化CO2氧化C2H6脱氢反应过程示意图如下，补全示意图中画框部分(示意图中未使用键线式)____________。 【答案】 【解析】根据原子守恒，与乙烷反应生成。 6．分析投料体积比对反应的影响(650 ℃，0.1 MPa，Cr/SiO2催化剂) C2H4选择性：生成乙烯的乙烷在全部乙烷反应物中所占的比例 CH4选择性：生成甲烷的乙烷在全部乙烷反应物中所占的比例 说明：体积比为3和4时乙烷转化率基本相同。 V(CO2)/V(C2H6)从1提高到5，C2H6转化率从33.3%增加到50.5%；简述： (1)V(CO2)/V(C2H6)从1提高到3，乙烯选择性增加的原因是：__________。 (2)V(CO2)/V(C2H6)从4提高到5，CH4选择性增加的原因是：__________。 (3)V(CO2)/V(C2H6)从4提高到5，副反应的化学方程式可能是：__________。 【答案】(1)反应中更多的二氧化碳和乙烷反应生成乙烯导致乙烷的转化率增大 (2)更多的二氧化碳和乙烷反应生成甲烷导致乙烷的转化率增大 (3) 【解析】(1)V(CO2)/V(C2H6)从1提高到3时，乙烯的选择性增大，甲烷的选择性减小说明反应中更多的二氧化碳和乙烷反应生成乙烯导致乙烷的转化率增大； (2)V(CO2)/V(C2H6)从4提高到5时，甲烷的选择性增大，乙烯的选择性减小说明更多的二氧化碳和乙烷反应生成甲烷导致乙烷的转化率增大； (3)V(CO2)/V(C2H6)从4提高到5时，甲烷的选择性增大，乙烯的选择性减小说明更多的二氧化碳和乙烷反应生成甲烷，则副反应的化学方程式：。 7．乙烯在一定条件下可形成聚乙烯，实验测得某种聚乙烯的平均分子量为56000，则此聚乙烯的聚合度n的平均值为__________。 【答案】2000 【解析】聚乙烯的链节为-CH2CH2-，则此聚乙烯的聚合度n的平均值为=2000。 考向6 CO2的综合利用 (上海市第八中学2023~2024学年第二学期期终考试高二化学(等级考))CO2的综合利用与工业合成氨：综合利用CO2、CO对实现“零排放”有重要意义。 1．CH4-CO2催化重整是CO2利用的研究热点之一、其主要反应原理为：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)。 已知：①C(s)＋2H2(g)CH4(g) ΔH＝-75kJ·mol−1。 ②C(s)＋O2(g)CO2(g) ΔH＝-394kJ·mol−1。 ③C(s)＋1/2O2(g)CO(g) ΔH＝-111kJ·mol−1。 (1)固态CO2属于_______晶体，当它升华时，其中_______作用力发生了变化_______。 A．分子 共价键 B．分子 范德华力 C．共价 共价键 (2)根据盖斯定律，该催化重整反应的_______ kJ·mol−1。写出该催化重整反应的平衡常数表达式_______。 A．+247 B．-247 C．+358 D．-358 (3)请判断反应②常温下是否可自发进行？_______(填可或不可)自发进行，并写出判断依据：_______。 (4)某温度下，在体积为2L的容器中加入1molCH4、2molCO2以及催化剂进行重整反应，10min时测得生成的CO是0.5mol。则0~10min内的平均反应速率v(CH4)=_______。 (5)若要加快CO的生成速率同时有利于提高CH4平衡转化率的条件是_______。 A．高温 B．高压 C．使用催化剂 D．增大CO2浓度 【答案】(1)B (2)① A ② (3)①可 ②正反应是一个放热反应，若该反应的ΔS＞0，则该反应任何温均可自发，若该反应的ΔS＜0，则该反应低温自发， (4)0.0125mol/(L·min) (5)AD 【解析】(1)CO2常温下为气态，熔沸点低，则固态CO2属于分子晶体，当它升华时，即分离CO2和CO2，需克服分子间作用力，即其中范德华力作用力发生了变化，故答案为：B； (2)由题干信息，已知：①C(s)＋2H2(g)CH4(g) ΔH＝-75kJ·mol−1，②C(s)＋O2(g)CO2(g) ΔH＝-394kJ·mol−1，③C(s)＋1/2O2(g)CO(g) ΔH＝-111kJ·mol−1，3③-①-②可得CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)，根据盖斯定律，该催化重整反应的=2×(-111)-(-75)-(-394)=+247 kJ·mol−1，根据平衡常数定义可知，该催化重整反应的平衡常数表达式，故答案为：A；； (3)由题干信息可知，反应②C(s)＋O2(g)CO2(g) ΔH＝-394kJ·mol−1正反应是一个放热反应，若该反应的ΔS＞0，则该反应任何温均可自发，若该反应的ΔS＜0，则该反应低温自发，综上分析可知，该反应常温下可自发进行； (4)某温度下，在体积为2L的容器中加入1molCH4、2molCO2以及催化剂进行重整反应CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)根据反应速率之比等于化学计量系数之比可知，10min时测得生成的CO是0.5mol，则0~10min内的平均反应速率=0.0125mol/(L·min)，故答案为：0.0125mol/(L·min)； (5)由(1)分析可知，CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH =+247kJ/mol即该反应正反应是一个气体体积增大的吸热反应，据此分析解题：A项，升高温度反应速率加快，化学平衡正向移动，即CO的生成速率加快，CH4的转化率增大，A符合题意；B项，增大压强，反应速率加快，但平衡逆向移动，CH4的转化率减小，B不合题意；C项，使用催化剂不能是平衡发生移动，即不能改变CH4的转化率，C不合题意；D项，增大CO2浓度，正反应速率突然增大，即CO的生成速率加快，平衡正向移动，CH4的转化率增大，D符合题意；故选AD。 2．二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，该反应一般认为通过如下步骤来实现： ①CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH1=41kJ/mol ②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH2=-90kJ/mol (1)若反应①为慢反应，如图示意图中能体现上述反应能量变化的是__________。 A． B． C． D． (2)某化学研究性学习小组参考反应②用CO和H2模拟工业合成甲醇。学习小组考查了其他条件不变的情况下，温度和压强对反应的影响，实验结果如图所示。下列说法正确的是__________。 A． T2＞T1，P2＜P1 B．CO的平衡转化率T1＞T2，P1＜P2 C．化学反应速率B＞A，D＜C D．化学平衡常数KA＞KB，KC＞KD 【答案】(1)A (2)B 【解析】(1)由题干信息可知，反应①CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH1=41kJ/mol，反应②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH2=-90kJ/mol则反应①+②得到该总反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，则ΔH=ΔH1+ΔH2=41kJ/mol+(-90kJ/mol)=-49kJ/mol，是放热反应，反应物的总能量高于生成物的总能量，BD错误；第一步是吸热且慢反应，第一步的活化能大于第二步的活化能，A符合；故选A； (2)A．图象分析可知，先拐先平温度高，压强大，则T2＞T1，P2＞P1，A错误；B项，已知CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH=-905kJ•mol-1，升高温度，平衡逆向进行，则CO的平衡转化率减小，得到CO的平衡转化率T1＞T2，反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡平衡进行，一氧化碳转化率增大，CO的平衡转化率P1＜P2，B正确；C项，温度、压强越大，反应速率越大，化学反应速率vB＞vA，vD＞vC，C错误；D项，平衡常数随温度变化，温度越高平衡逆向进行，平衡常数减小，化学平衡常数KA＞KB，C、D温度不变，平衡常数KC=KD，D错误；故选B。 3．合成氨是目前转化空气中氮最有效的工业方法。 (1)恒容条件下，不能说明合成氨反应已经达到平衡状态的是___________。 A．氢气含量不再变化 B．混合气体密度不发生变化 C．容器内压强不再变化 D．混合气体物质量不再变化 (2)若改变某一条件，使合成氨的化学反应速率加快，下列解释正确的是___________。 A．升高温度，使单位体积内活化分子百分数增加 B．增加反应物的浓度，使单位体积内活化分子百分数增加 C．催化剂不改变反应焓变，但能增大正、逆反应的活化能 D．增大压强，能降低反应的活化能，使单位体积内活化分子数增加 【答案】(1)B (2)A 【解析】(1)A项，化学平衡的特征之一为反应体系各组分的浓度、百分含量保持不变，故氢气含量不再变化，说明反应达到化学平衡，A不合题意；B项，已知合成氨的反应中反应物和生成物均为气体，即混合气体的质量保持不变，体积不变，则混合气体密度从未改变，故混合气体密度不发生变化，不能说明反应达到化学平衡，B符合题意；C项，已知合成氨的反应中正反应为一个气体体积减小的反应，即反应前后气体的物质的量一直在改变，则容器压强也在改变，故容器内压强不再变化能说明反应达到化学平衡，C不合题意；D项，由C项分析可知，反应前后气体的物质的量一直在改变，则混合气体物质的量不再变化，说明反应达到化学平衡，D不合题意；故选B。 (2)A项，升高温度，单位体积内活化分子百分数增加，使得反应速率加快，A正确；B项，增大反应物浓度，活化分子百分数不变，但可以增加单位体积内的有效碰撞的次数，使得反应速率加快，B错误；C项，催化剂能降低分子活化时所需能量，使单位体积内活化分子百分数大大增加，使得反应速率加快，但不能改变反应焓变ΔH，C错误；D项，增大压强，能降低反应的活化能，单位体积内活化分子数不变，只有引起浓度的增大，才会使活化分子总数增大，反应速率才会增大，D错误；故选A。 考向7 氢——未来清洁能源 (上海市二中学2023~2024学年第二学期高二化学等级期末)氢能是一种绿色清洁的能源，现代化的制氢和储氢技术时氢能的发展至关重要。 1．已知25℃，下，2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)的ΔH为-571.7kJ·mol−1。下列说法正确的是__________。 A．该条件下H2的燃烧热为-571.7kJ·mol−1 B．如生成气态水， C．生成物的总键能大于反应物的总键能 D．1 molH2质量很小，所以氢气热值很低 【答案】C 【解析】A项，氢气燃烧热是指1mol氢气完全燃烧生成液态水所放出的热量，已知2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l) ΔH＝-571.7kJ·mol−1，则氢气的燃烧热ΔH＝-285.85kJ·mol−1，故A错误；B项，由于，可知生成气态水时放出的热量减少，因此，故B错误；C项，由于2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l) ΔH＜0，可知为放热反应，因此反应物的总键能小于生成物的总键能，即生成物的总键能大于反应物的总键能，故C正确；D项，氢气可只作为氢能源，是由于尽管1 molH2质量很小，但放出的热量较大，产物无污染，故D错误；故选C。 2．天然气CH4可作为制氢的原料，反应可表示为： CH4(g)＋H2O(g)=CO(g)＋3H2(g) ΔH1＝akJ·mol−1 CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝bkJ·mol−1 又知：2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g) ΔH3＝ckJ·mol−1 则2CH4(g)＋3O2(g)=2CO(g)＋4H2O(g)的ΔH＝_______ kJ·mol−1。(用a、b、c代数式表示) 【答案】 【解析】已知①CH4(g)＋H2O(g)=CO(g)＋3H2(g) ΔH1＝akJ·mol−1 ；②CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝bkJ·mol−1；③2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g) ΔH3＝ckJ·mol−1；由盖斯定律可知，(①-②×3)×2+③×3可得2CH4(g)＋3O2(g)=2CO(g)＋4H2O(g) 。 以水为原料，通过铁氧化物进行循环制氢，示意图如图。 3．反应Ⅰ的化学方程式为：_______。若反应Ⅰ生成了标准状况下的H2，则反应中转移的电子数目为_______mol。 4．科学家用钴氧化物进行循环制氢，制氢过程中涉及Co3O4→CoO的化学反应，该反应的ΔH-TΔS值与温度(K)的关系如图所示。下列判断正确的是_______。 A．ΔH＞0，ΔS＞0 B．ΔH＞0，ΔS＜0 C．ΔH＜0，ΔS＞0 D．ΔH＜0，ΔS＜0 【答案】3．①3FeO+H2OFe3O4+H2 ②0.5 4．A 【解析】3．反应Ⅰ中反应物是FeO、H2O(g)，生成物是Fe3O4和H2，反应条件是1000K，反应方程式为3FeO+H2OFe3O4+H2；该反应中生成1mol氢气，转移2mol电子，n(H2)==0.25mol，据此计算生成0.25mol氢气转移电子的物质的量为0.5mol； 4．由图可知，该反应在高温下ΔH-TΔS＜0，能自发进行，在低温下不能自发进行，故ΔH＞0，ΔS＞0；A符合题意；故选A。 氨是一种优良的储氢载体，通过氨的热分解法制氢：2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)。 5．据下表数据，写出氨热分解法制氢的热化学力程式：_______。 化学键 N≡N H—H N—H 键能/ kJ·mol−1 946 436 391 6．在恒容容器中充入一定量NH3，发生氨的热分解，能说明反应达到平衡的是_______。 A．气体的密度不再变化 B．cN2：cH2的值不再变化 C．气体的平均摩尔质量不再变化 D．2v正(NH3)=3v逆(H2) 7．在进行氨的热分解时，选择合理的催化剂很重要，下列说法正确的是_______。 A．催化剂的加入改变了反应的热效应，加快了反应速率 B．催化剂使分子的能量提升，提高了活化分子百分数，从而增加了有效碰撞的频率 C．催化剂会改变反应的途径 D．催化剂只加快氨的分解速率，不会加快同条件下N2和H2化合为NH3的速率 8．一定条件下，将0.1molNH3充入2L密闭容器中，反应开始前容器总压强为200kPa。随着反应的进行，容器内各物质的分压随时间变化的图像如图所示。 已知：a.密闭容器中所有组分的分压之和等于容器总压。 b.分压之比等于各组分物质的量之比。 (1)如达到平衡所耗费时间为20 s，计算从0~20 s的化学反应速率v(H2)=_______。 (2)如达到平衡后，将容器体积迅速膨胀为4L，达到新平衡的过程中，N2分压的变化过程是_______。 【答案】5．2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) ΔH=+92kJ/mol 6．C 7． C 8． ①0.0015mol/(L·min) ②先减小后增大，最后还是比原平衡小 【解析】5．2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)， ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和=(391×2×3-946-3×436)kJ/mol=+92kJ/mol； 6．A项，根据质量守恒，混合气体的质量始终不变，容器体积不变，则气体的密度始终不变，当气体的密度不再改变，不能表明反应已达到平衡状态，故A不选；B项，cN2：cH2的值始终是1：3，不能说明达到平衡，故B不选；C项，该反应是气体物质的量不等的反应，气体的平均摩尔质量不再变化可以说明达到平衡，故C选；D项，2v正(NH3)=3v逆(H2)，此时正逆反应速率是不相等的，不能说明达到平衡，故D不选；故选C； 7．A项，催化剂对反应热效应无影响，故A错误；B项，催化剂不能提升分子能量，是通过降低反应的活化能来提高活化分子百分数，从而增加了有效碰撞的频率，故B错误；C项，催化剂会改变反应的途径，故C正确；D．催化剂能同等程度的改变正逆反应速率，催化剂会加快氨的分解速率，也会加快同条件下N2和H2化合为NH3的速率，故D错误；故选C； 8．由图像可知，分压降低的是NH3，到平衡的时候NH3的分压和H2的分压都是变为120 kPa，根据方程式则N2的分压为40kPa；由数据列三段式如下： 有，解得x=0.02； (1)如达到平衡所耗费时间为20 s，从0~20 s的化学反应速率=0.0015mol/(L·min)； (2)根据如达到平衡后，将容器体积迅速膨胀为4L，压强减小，平衡向正反应方向移动，N2分压的变化过程是先减小后增大，最后还是比原平衡小。 10 / 23 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题03 化学反应中的能量变化 内容概览 考向1 探讨反应机理问题是化学研究的重要内容 考向2 化学电源 考向3 汽车尾气的净化和利用 考向4 环境保护——废水的处理 考向5 乙烷脱氢制备乙烯 考向6 CO2的综合利用 考向7 氢——未来清洁能源 考向1 探讨反应机理问题是化学研究的重要内容 (上海市延安中学2023-2024学年第二学期期末考试)用乙苯为原料，通过直接脱氢法或氧化脱氢法均可制备苯乙烯。反应原理表示如下： 反应①(直接脱氢)：C8H10(g)=C8H8(g)＋H2(g) ΔH1＝+118kJ·mol−1 反应②(氧化脱氢)：2C8H10(g)＋O2(g)2C8H8(g)＋2H2O(g) ΔH2＝-247.6kJ·mol−1 已知：H2O(g)=H2O(l) ΔH3＝-44kJ·mol−1 (1)写出表示氢气燃烧热的热化学方程式：___________。 关于反应①，中国化学家提出了在某催化剂表面反应①的机理(代表苯基，代表吸附态)： (2)虚线框内反应历程共包含___________步反应，其中化学反应速率最慢的一步活化能的值为___________ kJ·mol−1。 (3)关于上述反应历程说法不正确的是___________。 A．状态ⅱ状态ⅲ过程吸收热量 B．使用催化剂后，有效提升了乙苯的平衡转化率 C．状态ⅲ状态ⅳ的能量变化说明形成键是吸热过程 D．物质吸附在催化剂表面时通常比其形成的过渡态稳定 (4)判断反应②能否自发进行：___________，说明理由___________。 某温度下，向容器中通入2 mol气态乙苯与2 molO2发生反应②，5 min后反应达到平衡，此时混合气体中乙苯和苯乙烯的物质的量相等。 (5)可以判断反应②达到化学平衡状态的标志是___________。 A．气体密度不再改变 B．n(C8H10)与n(C8H8)之和保持不变 C．v正(O2)=2v逆(C8H8) D．气体平均摩尔质量不再改变 (6)从开始反应至达到平衡时间段内平均反应速率v(O2)=___________，升温值___________(填增大、减小或不变)。 考向2 化学电源 (上海市华东师范大学第二附属中学张江分校2023~2024学年高二下学期期末)2024年4月25日20时59分，神舟十八号载人飞船在长征二号F运载火箭的托举下，搭乘着三名航天员，从酒泉卫星发射中心点火升空。相较于神舟十六号和神舟十七号载人飞船，神舟十八号的电池容量更大、系统可靠性更高，将更好地支持载人飞行任务。在神舟十八号载人飞船上，主电源储能电池由镉镍电池更改为锂离子电池，电池扩容达30%。 1．下列关于常见的化学电源说法错误的是__________。 A．铅酸蓄电池放电时，负极质量减轻 B．碱性锌锰电池正极反应式为：MnO2+H2O+e−=MnO(OH)+OH− C．锂离子电池具有质量小、体积小、储存和输出能量大等特点 D．氢氧燃料电池中，若把H2改为等物质的量的甲醇进行充分反应，O2的用量增加 2．氢氧燃料电池(如图所示)反应生成的水可作为航天员的饮用水，由图示的电子转移方向判断Y气体是___________，向___________(填“正”或“负”)极作定向移动，负极的电极反应式为___________。 3．硫酸镍(NiSO4)在强碱溶液中用NaClO氧化，可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的NiOOH。写出该反应的离子方程式_______。 4．CdCO3可用于冶炼镉，产生的粗镉可利用电解精炼的方法进行提纯，在电解池的___________(填“阳极”或“阴极”)产生纯镉。 5．镉镍蓄电池的工作原理为：。若以镉镍蓄电池为飞船供电，有关该电池的说法正确的是__________。 A．放电时电子由Cd电极出发经由电解质溶液转移到镍电极 B．放电时负极附近溶液的碱性减小 C．充电时化学能转化为电能 D．充电时阳极发生还原反应：Ni(OH)2 +OH--e-=NiOOH+H2O 6．飞船配备有应急电池，在紧急状况下会自动启动，工作原理为，工作时，当消耗32.5 gZn时，理论上外电路转移的电子数目为___________。 7．利用电化学原理，还可对金属腐蚀进行防护，下列装置中，铁腐蚀速率由小到大的顺序是___________。 考向3 汽车尾气的净化和利用 (上海市华师大附属天山学校2023-2024学年高二下学期期末考试)汽车尾气中的氮氧化物(NOx)对环境有危害，可利用化学方法实现氮的转化，从而减少氮氧化物排放。 1．化学在生产和日常生活中有着重要的应用。下列说法不正确的是__________。 A．明矾水解形成的Al(OH)3胶体能吸附水中的悬浮物，可用于水的净化 B．在海轮外壳上镶入锌块，可减缓船体的腐蚀速率 C．电解NaCl饱和溶液，可制得金属钠 D．2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的△H<0 2．测量大气中氨氧化物(NO、NO2)含量的一种方法如图所示： (1)通过测量荧光强度可获知的浓度，二者成正比，下列说法正确的是___________。 A．可能为O2 B．城市大气中氮氧化物主要来自雷电作用 C．NO2转化为NO2(激发态)为氧化反应 D．荧光强度越大，大气中NO含量越高 (2)在氮氧化物的转化过程中体现了___________性。 (3)、碳氢化合物和NH3等均可在催化剂作用下，将NOx转化为N2，NH3和NO反应的化学方程式为___________。 3．利用电解装置可以将尾气中转化为尿素[CO(NH2)2]，其中碳元素的化合价为价，属于非电解质，工作原理如图。 (1)装置中离子交换膜是___________(“阴离子”或“阳离子”)交换膜反应一段时间后，阳极区的pH基本不变，结合化学用语解释原因为___________。 (2)有人设想以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图所示，电池正极的电极反应式是___________，A是___________。 (3)利用原电池工作原理测定汽车尾气中CO的浓度，其装置如图所示。该电池中O2-可以在固体介质NASICON (固溶体)内自由移动，工作时O2-的移动方向___________(填“从a到b”或“从b到a”)，负极发生的电极反应式为___________。 4．一定条件下，CH4和CO2都能与H2O形成笼状结构的水合物晶体(如图)，相关参数如下表所示。 分子直径/nm 分子与H2O的结合能E /kJ·mol⁻l CH4 0.436 16.40 CO2 0.512 29.91 (1)“可燃冰”中分子间存在的作用有______。 (2)为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知上图中笼状结构的空腔直径为0.586 nm，根据上述图表，从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是_______。 5．在Ni基催化剂作用下，可将含碳温室气体转化为CO。 (1)Ni能与CO 形成正四面体形的配位分子 Ni(CO)4， 该分子属于____。 A．极性分子 B．非极性分子 (2)1molNi(CO)4中含有____molσ键。 (3)已知CO 的燃烧热为-283kJ·mol−1， H2的燃烧热为-286kJ·mol−1用 CH4和CO2反应所得的合成气(CO与H2的混合气体)的热值(单位：MJ·m-3)为_______。(写出计算过程，体积按标准状况计算， 考向4 环境保护——废水的处理 (上海市延安中学2023-2024学年第二学期期末考试)水体中氮元素过多则会引起水体富营养化，使水生动物缺氧死亡。 1．某氮肥厂氨氮废水中的氮元素多以NH3·H2O的形式存在，该废水的处理流程如图： (1)过程Ⅱ可通过电解法实现，则低浓度氨氮废水应通往___________。 A．正极 B．负极 C．阴极 D．阳极 (2)过程Ⅲ中，向废水中加入CH3OH，将HNO3还原成N2。若该反应消耗32g CH3OH转移6mol电子，书写上述过程的化学方程式并用单线桥标明电子转移的数目和方向：___________；其中还原半反应的方程式为：___________。 2．废液中的重金属离子浓度可以用浓差电池进行测得：工作时，电池的“浓差”会逐渐减小。如图是某浓差电池的示意图： (1)电极为___________。 A．正极 B．负极 C．阴极 D．阳极 (2)膜为___________交换膜。 A．阳离子 B．阴离子 C．质子 D．双极膜 3．锂离子电池更是近些年来应用非常广泛的一种电池，当前市场上常用(简称NCM)或LiFePO4 (简称LEP)做正极，用石墨做负极，石墨层中镶嵌有Li+和电子，其放电时的结构示意图如图所示。 已知锂电池充、放电时总反应为：(Li元素化合价不发生变化)，下列叙述正确的是__________。 A．锂离子电池放电时，Li+从正极迁移到负极 B．锂离子电池放电时，正极电极方程式为Li1- xFePO4+ xLi++xe-= LiFePO4 C．给锂离子电池充电时，石墨(C)做阴极 D．给锂离子电池充电时，当外电路转移NA个电子，通过隔膜的Li+质量为7xg 4．海水资源可以有效利用，有时也会给生产、生活带来困扰，阅读如图，回答问题： (1)氯碱工业能耗大，通过如图Ⅰ改进设计，可大幅度降低能耗，下列说法正确的是：___________。 A．电极A接电源负极，发生还原反应 B．电极B的电极反应式为：2H2O+2e-=H2↑＋2OH- C．应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的溶液 D．改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗 (2)图Ⅱ中铁棒浸入一段时间之后发现，越靠近烧杯底部发生电化学腐蚀就越轻微，则发生该腐蚀时，正极的电极反应式为：___________。 (3)图Ⅲ所示方案可以降低铁闸门的腐蚀速率。下列判断正确的是：___________。 A．若为导线，可以是铜 B．若为导线，铁闸门上的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+ C．若为直流电源，铁闸门做负极 D．若为直流电源，极上发生氧化反应 考向5 乙烷脱氢制备乙烯 (上海市金山中学2023-2024学年高二下学期期末)将CO2作为弱氧化剂用于乙烷脱氢制备乙烯，具有避免乙烷深度氧化、CO2资源化利用等显著优势。 1．关于CO2、乙烯、乙烷的下列说法中不正确的是__________。 A．CO2属于非极性分子 B．乙烯分子所有原子共平面 C．乙烷分子中含有6根σ键 D．等物质的量的乙烯和乙烷完全燃烧耗氧量相同 2．查阅资料，计算CO2氧化C2H6脱氢反应的反应热。 查阅__________的燃烧热数据(填化学式) 查阅水的汽化热：H2O(l) = H2O(g) ΔH1 = +44.0 kJ/mol 利用上述数据，得如下热化学方程式： C2H6(g)+CO2(g) =C2H4(g) + CO(g) + H2O(g) ΔH2 = +178.2 kJ/mol 3．将CO2作为弱氧化剂用于乙烷脱氢制备乙烯，具有避免乙烷深度氧化、CO2资源化利用等显著优势。检验产物有乙烯生成的操作和现象 操作：____________________ 现象：____________________。 4．结合键能数据分析CO2氧化C2H6脱氢反应挑战和难点： 键 C-C C-H C=O 键能(kJ/mol ) 347.7 413.4 745 挑战(从化学键断裂难易程度方面说明)：____________________。 难点(从化学键选择性难易程度方面说明)：____________________。 5．推测Cr3+催化CO2氧化C2H6脱氢反应过程示意图如下，补全示意图中画框部分(示意图中未使用键线式)____________。 6．分析投料体积比对反应的影响(650 ℃，0.1 MPa，Cr/SiO2催化剂) C2H4选择性：生成乙烯的乙烷在全部乙烷反应物中所占的比例 CH4选择性：生成甲烷的乙烷在全部乙烷反应物中所占的比例 说明：体积比为3和4时乙烷转化率基本相同。 V(CO2)/V(C2H6)从1提高到5，C2H6转化率从33.3%增加到50.5%；简述： (1)V(CO2)/V(C2H6)从1提高到3，乙烯选择性增加的原因是：__________。 (2)V(CO2)/V(C2H6)从4提高到5，CH4选择性增加的原因是：__________。 (3)V(CO2)/V(C2H6)从4提高到5，副反应的化学方程式可能是：__________。 7．乙烯在一定条件下可形成聚乙烯，实验测得某种聚乙烯的平均分子量为56000，则此聚乙烯的聚合度n的平均值为__________。 考向6 CO2的综合利用 (上海市第八中学2023~2024学年第二学期期终考试高二化学(等级考))CO2的综合利用与工业合成氨：综合利用CO2、CO对实现“零排放”有重要意义。 1．CH4-CO2催化重整是CO2利用的研究热点之一、其主要反应原理为：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)。 已知：①C(s)＋2H2(g)CH4(g) ΔH＝-75kJ·mol−1。 ②C(s)＋O2(g)CO2(g) ΔH＝-394kJ·mol−1。 ③C(s)＋1/2O2(g)CO(g) ΔH＝-111kJ·mol−1。 (1)固态CO2属于_______晶体，当它升华时，其中_______作用力发生了变化_______。 A．分子 共价键 B．分子 范德华力 C．共价 共价键 (2)根据盖斯定律，该催化重整反应的_______ kJ·mol−1。写出该催化重整反应的平衡常数表达式_______。 A．+247 B．-247 C．+358 D．-358 (3)请判断反应②常温下是否可自发进行？_______(填可或不可)自发进行，并写出判断依据：_______。 (4)某温度下，在体积为2L的容器中加入1molCH4、2molCO2以及催化剂进行重整反应，10min时测得生成的CO是0.5mol。则0~10min内的平均反应速率v(CH4)=_______。 (5)若要加快CO的生成速率同时有利于提高CH4平衡转化率的条件是_______。 A．高温 B．高压 C．使用催化剂 D．增大CO2浓度 2．二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，该反应一般认为通过如下步骤来实现： ①CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH1=41kJ/mol ②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH2=-90kJ/mol (1)若反应①为慢反应，如图示意图中能体现上述反应能量变化的是__________。 A． B． C． D． (2)某化学研究性学习小组参考反应②用CO和H2模拟工业合成甲醇。学习小组考查了其他条件不变的情况下，温度和压强对反应的影响，实验结果如图所示。下列说法正确的是__________。 A． T2＞T1，P2＜P1 B．CO的平衡转化率T1＞T2，P1＜P2 C．化学反应速率B＞A，D＜C D．化学平衡常数KA＞KB，KC＞KD 3．合成氨是目前转化空气中氮最有效的工业方法。 (1)恒容条件下，不能说明合成氨反应已经达到平衡状态的是___________。 A．氢气含量不再变化 B．混合气体密度不发生变化 C．容器内压强不再变化 D．混合气体物质量不再变化 (2)若改变某一条件，使合成氨的化学反应速率加快，下列解释正确的是___________。 A．升高温度，使单位体积内活化分子百分数增加 B．增加反应物的浓度，使单位体积内活化分子百分数增加 C．催化剂不改变反应焓变，但能增大正、逆反应的活化能 D．增大压强，能降低反应的活化能，使单位体积内活化分子数增加 考向7 氢——未来清洁能源 (上海市二中学2023~2024学年第二学期高二化学等级期末)氢能是一种绿色清洁的能源，现代化的制氢和储氢技术时氢能的发展至关重要。 1．已知25℃，下，2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)的ΔH为-571.7kJ·mol−1。下列说法正确的是__________。 A．该条件下H2的燃烧热为-571.7kJ·mol−1 B．如生成气态水， C．生成物的总键能大于反应物的总键能 D．1 molH2质量很小，所以氢气热值很低 2．天然气CH4可作为制氢的原料，反应可表示为： CH4(g)＋H2O(g)=CO(g)＋3H2(g) ΔH1＝akJ·mol−1 CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝bkJ·mol−1 又知：2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g) ΔH3＝ckJ·mol−1 则2CH4(g)＋3O2(g)=2CO(g)＋4H2O(g)的ΔH＝_______ kJ·mol−1。(用a、b、c代数式表示) 以水为原料，通过铁氧化物进行循环制氢，示意图如图。 3．反应Ⅰ的化学方程式为：_______。若反应Ⅰ生成了标准状况下的H2，则反应中转移的电子数目为_______mol。 4．科学家用钴氧化物进行循环制氢，制氢过程中涉及Co3O4→CoO的化学反应，该反应的ΔH-TΔS值与温度(K)的关系如图所示。下列判断正确的是_______。 A．ΔH＞0，ΔS＞0 B．ΔH＞0，ΔS＜0 C．ΔH＜0，ΔS＞0 D．ΔH＜0，ΔS＜0 氨是一种优良的储氢载体，通过氨的热分解法制氢：2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)。 5．据下表数据，写出氨热分解法制氢的热化学力程式：_______。 化学键 N≡N H—H N—H 键能/ kJ·mol−1 946 436 391 6．在恒容容器中充入一定量NH3，发生氨的热分解，能说明反应达到平衡的是_______。 A．气体的密度不再变化 B．cN2：cH2的值不再变化 C．气体的平均摩尔质量不再变化 D．2v正(NH3)=3v逆(H2) 7．在进行氨的热分解时，选择合理的催化剂很重要，下列说法正确的是_______。 A．催化剂的加入改变了反应的热效应，加快了反应速率 B．催化剂使分子的能量提升，提高了活化分子百分数，从而增加了有效碰撞的频率 C．催化剂会改变反应的途径 D．催化剂只加快氨的分解速率，不会加快同条件下N2和H2化合为NH3的速率 8．一定条件下，将0.1molNH3充入2L密闭容器中，反应开始前容器总压强为200kPa。随着反应的进行，容器内各物质的分压随时间变化的图像如图所示。 已知：a.密闭容器中所有组分的分压之和等于容器总压。 b.分压之比等于各组分物质的量之比。 (1)如达到平衡所耗费时间为20 s，计算从0~20 s的化学反应速率v(H2)=_______。 (2)如达到平衡后，将容器体积迅速膨胀为4L，达到新平衡的过程中，N2分压的变化过程是_______。 13 / 13 学科网（北京）股份有限公司 $$