专题1 化学反应与能量变化 整体教学设计与阶段验收评价(Word教参)-【新课程学案】2025-2026学年高中化学选择性必修1（苏教版）

一、主干知识——在微点判断中澄清 1.判断下列有关反应热叙述的正误 (1)反应热是化学反应在一定条件下所释放或吸收的热量 (√) (2)化学反应的反应热就是该反应的焓变 (×) (3)反应热常用符号ΔH来表示,它的单位是kJ·mol-1 (√) (4)放热反应的ΔH>0,吸热反应的ΔH<0 (×) (5)断裂化学键放出能量,形成化学键吸收能量 (×) (6)吸热反应均需要加热才能进行 (×) (7)在一个化学反应中,当反应物总焓小于生成物的总焓时,反应吸热, ΔH为正值 (√) (8)NaOH固体溶于水时,体系的温度升高,该过程属于放热反应 (×) 2.判断下列有关原电池原理叙述的正误 (1)原电池工作时,溶液中的阳离子向负极移动,盐桥中的阳离子向正极移动 (×) (2)一般来说,带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高 (√) (3)只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池 (×) (4)若将2Fe3++Fe==3Fe2+设计成原电池,可用锌、铁作电极材料 (×) (5)足量的Zn与稀H2SO4反应时,滴入CuSO4溶液可以加快反应速率,因为c(S)增大 (×) (6)增大电解质溶液的浓度,能加快原电池的反应速率 (×) 3.判断下列有关化学电源叙述的正误 (1)Zn具有还原性和导电性,可作锌锰干电池的正极材料 (×) (2)铅蓄电池属于二次电池 (√) (3)碱性锌锰电池比能量高,能提供较大电流并连续放电 (√) (4)银锌纽扣电池使用过程中,负极区pH逐渐增大 (×) (5)铅蓄电池充电时,正极接直流电源正极,发生还原反应 (×) (6)锂离子电池放电时,Li+移向负极区 (×) (7)燃料电池中通入燃料的一极为正极 (×) (8)氢氧燃料电池(酸性电解质)中O2通入正极,电极反应为O2+4H++4e-==2H2O (√) 4.判断下列有关电解池原理叙述的正误 (1)电解池的两个电极必须是活泼性不同的电极 (×) (2)电解质溶液导电的过程为物理过程 (×) (3)电解池的阴极是指和直流电源负极相连的电极 (√) (4)某些不能自发的氧化还原反应,可以通过电解来实现 (√) (5)电解饱和食盐水时,阳极发生氧化反应:2Cl--2e-==Cl2↑ (√) (6)氯碱工业电解槽中滴入酚酞溶液,变红色的为阴极区 (√) (7)电解饱和食盐水时,阳极和阴极都可以选择金属材料(如铁) (×) 5.判断下列有关金属的腐蚀与防护叙述的正误 (1)无论化学腐蚀还是电化学腐蚀,金属的腐蚀都是失电子被氧化的过程 (√) (2)钢铁在潮湿的空气中易发生化学腐蚀 (×) (3)菜刀放于食盐水中主要发生析氢腐蚀 (×) (4)铁锌合金发生吸氧腐蚀时,负极反应为Fe-2e-==Fe2+ (×) (5)牺牲阳极的阴极保护法利用的是原电池原理 (√) (6)在铁制品表面镀锌,是为了防止铁制品的腐蚀,而且镀层有损坏仍可对铁制品起到保护作用 (√) (7)铁制品涂油脂、喷油漆是为了隔绝铁与氧气的接触,起到保护铁制品的作用 (√) (8)钢闸门可与外加电源的负极相连,起到保护作用 (√) 二、综合思维——在知识融会中贯通 (一)化学反应的热效应 　　[融会提能] 1.CO(g)与H2O(g)反应的能量变化如图所示,下列有关两者反应的说法正确的是 (　　) A.该反应为吸热反应 B.1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)具有的总能量大于1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)具有的总能量 C.该反应不需要加热就能进行 D.1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)反应生成1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)要放出41 kJ热量 解析:选B　由能量变化示意图可知,生成物的总能量比反应物的总能量低,该反应为放热反应,但并不是不需要加热;当1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)反应生成1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)时,要吸收41 kJ热量。 2.下列热化学方程式书写正确的是 (　　) A.C2H5OH(l)+3O2(g)==2CO2(g)+3H2O(g) ΔH=-1 367.0 B.NaOH(aq)+HCl(aq)==NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=+57.3 kJ·mol-1 C.S(s)+O2(g)==SO2(g) ΔH=-296.8 kJ·mol-1 D.2NO2==O2+2NO ΔH=+116.2 kJ·mol-1 解析:选C　热化学方程式中反应热缺少单位,A错误;酸碱中和反应为放热反应,反应的ΔH<0,B错误;未标明各物质的聚集状态,不符合热化学方程式的书写要求,D错误。 3.已知:①Fe2O3(s)+C(s)==CO2(g)+2Fe(s) ΔH1=234.1 kJ·mol-1 ②C(s)+O2(g)==CO2(g) ΔH2=-393.5 kJ·mol-1 则2Fe(s)+O2(g)==Fe2O3(s)的ΔH是 (　　) A.-824.35 kJ·mol-1　 B.-627.6 kJ·mol-1 C.-744.7 kJ·mol-1 D.-169.4 kJ·mol-1 解析:选A　根据盖斯定律知:将反应②×-①得该反应,故ΔH=×ΔH2-ΔH1=×(-393.5 kJ·mol-1)-234.1 kJ·mol-1=-824.35 kJ·mol-1。 4.化学反应放出或吸收的能量称为反应热。反应热(ΔH)又因化学反应的分类给予不同的名称。如标准燃烧热(ΔHc)指101 kPa下,1 mol物质完全燃烧的反应热,又如由稳定单质化合生成1 mol纯物质的热效应称为生成热(ΔHf),断裂化学键时,所吸收的能量称为键能(ΔHb)。如图分别表示水与二氧化碳各1 mol时分解能量变化情况(单位:kJ)。下列说法正确的是 (　　) A.H2O(g)的生成热:ΔHf=+243 kJ·mol-1 B.CO(g)的燃烧热:ΔHc=-570 kJ·mol-1 C.O—H键的键能:ΔHb=436 kJ·mol-1 D.CO(g)+H2O(g)==CO2(g)+H2(g) ΔH=-42 kJ·mol-1 解析:选D　氢气、氧气生成水为放热反应,焓变为负值,H2O(g)的生成热:ΔHf=-243 kJ·mol-1,故A错误;CO(g)的燃烧热是1 mol CO完全燃烧生成二氧化碳放出的热量:ΔHc=-285 kJ·mol-1,故B错误;根据图示,H—H键的键能为436 kJ·mol-1、OO键的键能为494 kJ·mol-1,H2O(g)==O2(g)+H2(g)　ΔH=243 kJ·mol-1,焓变=反应物总键能-生成物总键能,O—H键的键能:ΔHb=kJ·mol-1÷2=463 kJ·mol-1,故C错误;①CO(g)+O2(g)==CO2(g)　ΔH=-285 kJ·mol-1;②H2O(g)==O2(g)+H2(g)　ΔH=243 kJ·mol-1,根据盖斯定律由①+②得CO(g)+H2O(g)==CO2(g)+H2(g)　ΔH=-42 kJ·mol-1,故D正确。 (二)化学能与电能的相互转化 　　[融会提能] 5.图甲和图乙均是双液原电池装置。下列说法不正确的是 (　　) A.甲中电池总反应的离子方程式为Cd(s)+Co2+(aq)==Co(s)+Cd2+(aq) B.反应2Ag(s)+Cd2+(aq)==Cd(s)+2Ag+(aq)能够发生 C.盐桥的作用是形成闭合回路,并使两边溶液保持电中性 D.乙中有1 mol电子通过外电路时,正极有108 g Ag析出 解析:选B　由甲可知Cd的活动性强于Co,由乙可知Co的活动性强于Ag,即Cd的活动性强于Ag,故Ag不能置换出Cd,B项错误。 6.为实现碳回收,我国科学家设计的用电化学法还原CO2制备草酸的装置如图所示。下列有关该装置的说法中错误的是 (　　) A.a、b分别为电源的负极、正极 B.电解装置左池发生的电极反应为2CO2+2e-==C2 C.为增强溶液导电性,左池中可加入少量Na2C2O4溶液 D.右池电解质溶液为稀硫酸,发生的电极反应为2H2O-4e-==O2↑+4H+ 解析:选B　左池发生的反应为CO2得电子被还原为H2C2O4,M极作阴极,电解池阴极与电源负极相连,则a为电源的负极,b为电源的正极,A正确;左池发生的电极反应为2CO2+2e-+2H+==H2C2O4,B错误;为增强溶液导电性,同时为减少杂质,左池可加入少量Na2C2O4溶液,C正确;右池为电解池的阳极区,H2O失电子发生氧化反应生成O2和H+,D正确。 7.(2024·江西卷)我国学者发明了一种新型多功能甲醛-硝酸盐电池,可同时处理废水中的甲醛和硝酸根离子(如图)。下列说法正确的是 (　　) A.CuAg电极反应为2HCHO+2H2O-4e-==2HCOO-+H2↑+2OH- B.CuRu电极反应为N+6H2O+8e-==NH3↑+9OH- C.放电过程中,OH-通过质子交换膜从左室传递到右室 D.处理废水过程中溶液pH不变,无需补加KOH 解析:选B　CuAg电极上HCHO转化为HCOO-和H2,电极反应为2HCHO+4OH--2e-==2HCOO-+H2↑+2H2O,A项错误;CuRu电极上N转化为NH3,电极反应为N+6H2O+8e-==NH3↑+9OH-,B项正确;OH-不能通过质子交换膜,C项错误;总反应为8HCHO+N+7OH-==8HCOO-+NH3↑+4H2↑+2H2O,消耗OH-,因此需要补充KOH,D项错误。 8.“容和一号”铁铬液流电池的总反应为Fe3++Cr2+Fe2++Cr3+。闭合K1,断开K2时,工作原理如图所示,其中a电极上涂有固态氢化铋(BiHx)。下列说法错误的是 (　　) A.充电时,a电极连接电源的负极 B.放电时,正极反应式为Fe3++e-==Fe2+ C.放电时,H+从a极区移向b极区 D.充电时,BiHx只起导电的作用 解析:选D　充电时为电解池,根据总反应:Fe3++Cr2+Fe2++Cr3+可知,Cr3+发生得电子的还原反应生成Cr2+,a电极为阴极,应连接电源的负极,A正确;放电时,b电极为正极,Fe3+发生得电子的还原反应生成Fe2+,电极反应为Fe3++e-==Fe2+,B正确;电池放电时,a电极为负极,b电极为正极,则H+从a极区移向b极区,C正确;充电时,Cr3+发生得电子的还原反应生成Cr2+,左侧发生的反应为BiHx + Cr3+==Bi+Cr2++,BiHx起导电和转移电子的作用,D错误。 (三)金属的腐蚀与防护 　　[融会提能] 9.下列有关金属铁的腐蚀与防护说法正确的是 (　　) A.在钢铁表面进行发蓝处理,生成四氧化三铁薄膜保护金属 B.当镀锡铁和镀锌铁镀层破损时,后者更易被腐蚀 C.铁与电源正极连接可实现电化学保护 D.用氧化剂使金属表面生成致密的保护膜属于电化学保护法 解析:选A　A项,四氧化三铁致密保护膜可防止金属的腐蚀,正确;B项,由于金属活动性:Zn>Fe>Sn,所以镀锡铁镀层破损时,Fe作原电池的负极首先被腐蚀,而镀锌铁镀层破损时,由于Fe作正极,被腐蚀的是活动性强的Zn,Fe被保护起来,因此当镀锡铁和镀锌铁镀层破损时,前者更易被腐蚀,错误;C项,铁与电源负极连接可实现电化学保护,错误。 10.如图装置中,U形管内为红墨水,a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液(显酸性),各加入生铁块,放置一段时间。下列有关描述错误的是 (　　) A.生铁块中的碳是原电池的正极 B.红墨水水柱两边的液面变为左低右高 C.两试管中相同的电极反应式是Fe-2e-==Fe2+ D.a试管中发生了吸氧腐蚀,b试管中发生了析氢腐蚀 解析:选B　生铁在NH4Cl溶液中发生析氢腐蚀,在食盐水中发生吸氧腐蚀,故红墨水水柱变为左高右低。 11.下列对生铁片锈蚀对比实验的分析正确的是 (　　) 序号 ① ② ③ 实验 现象 8小时未观察到明显锈蚀 8小时未观察到明显锈蚀 1小时观察到明显锈蚀 A.对比实验①②③,说明苯能隔绝O2 B.实验①中,生铁片未见明显锈蚀的主要原因是缺少O2 C.实验②中,饱和食盐水中溶解的O2不足以使生铁片明显锈蚀 D.实验③中,属于铁的吸氧腐蚀,负极反应:O2+4e-+2H2O==4OH- 解析:选C　对比①②③,说明生铁腐蚀,碳为正极,铁为负极,需足量O2和水,由实验③可知,生铁片明显锈蚀,说明苯不能隔绝O2,故A错误;原电池的形成条件:有两个活泼性不同的电极、电解质溶液、闭合回路,实验①中,苯不是电解质溶液,生铁难以腐蚀,故B错误;实验③中,铁是负极,发生氧化反应,生成Fe2+,电极反应为Fe-2e-==Fe2+,故D错误。 12.(2024·浙江6月选考)金属腐蚀会对设备产生严重危害,腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。如图为两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图: 下列说法正确的是 (　　) A.图1、图2中,阳极材料本身均失去电子 B.图2中,外加电压偏高时,钢闸门表面可发生反应:O2+4e-+2H2O==4OH- C.图2中,外加电压保持恒定不变,有利于提高对钢闸门的防护效果 D.图1、图2中,当钢闸门表面的腐蚀电流为零时,钢闸门、阳极均不发生化学反应 解析:选B　图1为牺牲阳极法,牺牲阳极一般为较活泼金属,其作为原电池的负极,其失去电子被氧化;图2为外加电流法,阳极材料为惰性电极,其本身不失去电子,电解质溶液中的阴离子在其表面失去电子,如海水中的Cl-,A不正确。图2中,外加电压偏高时,钢闸门表面积累的电子很多,除了海水中的H+放电外,海水中溶解的O2也会放电,故可发生O2+4e-+2H2O==4OH-,B正确。图2为外加电流法,理论上只要能对抗钢闸门表面的腐蚀电流即可,当钢闸门表面的腐蚀电流为零时保护效果最好;腐蚀电流会随着环境的变化而变化,若外加电压保持恒定不变,则不能保证抵消腐蚀电流,不利于提高对钢闸门的防护效果,C不正确。图1、图2中,当钢闸门表面的腐蚀电流为零时,说明从牺牲阳极或外加电流传递过来的电子阻止了Fe-2e-==Fe2+的发生,钢闸门不发生化学反应,但是牺牲阳极上发生了氧化反应,辅助阳极上也发生了氧化反应,D不正确。 三、迁移应用——在课题活动中践行 　 　课题活动　探究载人航天器用化学电池与氧气再生方案 　　载人航天工程对科学研究及太空资源开发具有重要意义,其发展水平是衡量一个国家综合国力的重要指标。在航天器中,电源是极其重要的组成部分,它好比人的“心脏”,其工作一刻也不能停歇。 在太空环境中,载人航天器是航天员赖以生存的空间,必须给航天员提供基本的生存条件,其中涉及氧气再生、二氧化碳清除、水处理以及食物供给等。 探究目标(一)　载人航天器用化学电池 　　航天器中经常使用的化学电池有氢氧燃料电池、镍氢电池、镍镉电池等,“神舟”飞船是我国自行研制的,具有自主知识产权的,达到或优于国际第三代载人飞船技术的飞船。“神舟”飞船由返回舱、轨道舱、推进舱和附加段构成。由于任务不同,轨道舱和推进舱使用的电源系统为太阳能电池阵⁃镍镉蓄电池组系统,返回舱使用的是银锌蓄电池组。 1.镍镉蓄电池的总反应为Cd+2NiOOH+2H2O==Cd(OH)2 +2Ni(OH)2。当飞船进入阴影区时,由镍镉电池提供电能,此时的电极反应如何写? 提示:负极:Cd+2OH--2e-==Cd(OH)2; 正极:2NiOOH+2H2O+2e- ==2Ni(OH)2+2OH-。 2.当飞船进入光照区时,太阳能电池为用电设备供电,同时为镍镉电池充电。此时,镍镉电池的电极反应又如何写 ? 提示:阴极: Cd(OH)2+2e-==Cd+2OH-; 阳极:2Ni(OH)2+2OH--2e-==2NiOOH+2H2O。 3.银锌蓄电池的正极板的活性物质是过氧化银(Ag2O2),负极板的活性物质是锌,电解液是以氢氧化钾为主,充、放电的化学反应式为Ag2O2+2Zn+2H2O==2Ag+2Zn(OH)2,试写出放电时的电极反应式和充电时的阳极反应式。 提示:负极:2Zn+4OH-- 4e-==2Zn(OH)2,正极:Ag2O2+2H2O+4e-==2Ag+4OH-。 阳极:2Ag-4e-+4OH-==Ag2O2+2H2O。 探究目标(二)　尝试设计载人航天器的氧气再生方案 　　航天员每人每天大约需要消耗 0.84 kg 氧气。因载人航天器携带的物品有限,利用高压存储氧气、电解携带的水制备氧气等常规方法都难以满足长时间飞行时航天员对持续供氧的要求。在设计氧气的获取方案时,要尽可能地将人体代谢废物中的氧元素转化为氧气,从而保证氧元素的持续循环。萨巴蒂尔(Sabatier)反应可以将二氧化碳转化为甲烷和水,配合水的电解可以实现氧气的再生。该方法可同时解决二氧化碳的清除问题,因此成为一种非常重要的载人航天器中氧气再生方法。 1.载人航天器中,利用萨巴蒂尔反应[CO2(g)+4H2(g)==CH4(g)+2H2O(l)]将航天员呼出的CO2转化为H2O,再通过电解H2O获得O2,实现O2的再生,萨巴蒂尔反应为放热反应还是吸热反应?其反应热为多少? 已知:①H2(g)+O2(g)==H2O(g) ΔH =-241.8 kJ·mol-1 ②CH4(g)+2O2(g)==2H2O(g)+CO2(g) ΔH =-802.3 kJ·mol-1 ③H2O(g)==H2O(l)　ΔH =-44 kJ·mol-1 提示:根据盖斯定律,反应①×4+反应③×2-反应②得:CO2(g)+4H2(g)==CH4(g)+2H2O(l)　ΔH=-252.9 kJ·mol-1,所以为放热反应,反应热ΔH=-252.9 kJ·mol-1。 2.根据以下反应,你能否设计载人航天器中清除二氧化碳,实现O2的再生的反应?若能,写出反应的热化学方程式。 已知:①Na(s)+O2(g)==Na2O2(s) ΔH =-255.4 kJ·mol-1 ②C(s,石墨 )+O2(g)==CO2(g) ΔH =-393.5 kJ·mol-1 ③2Na(s)+C(s,石墨 )+O2(g)==Na2CO3(s) ΔH =-1 130.7 kJ·mol-1 提示:根据盖斯定律,反应③×2-反应①×4-反应②×2得:2Na2O2(s)+2CO2(g)==2Na2CO3(s)+O2(g)　 ΔH=-452.8 kJ·mol-1。 3.我国研究人员研制出一种新型复合光催化剂,利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水,已知:几种物质中化学键的键能如表所示。 化学键 H—O O==O H—H 键能/(kJ·mol-1) 462.8 497.3 436 则2H2O(g)2H2(g)+O2(g)的反应热是多少? 提示:462.8 kJ·mol-1×4-436 kJ·mol-1×2-497.3 kJ·mol-1=481.9 kJ·mol-1。 4.将二氧化碳转化为燃料是目前的研究热点,《科学》杂志报道的一种将CO2转化为烃和醇的装置如图所示: 写出X极上得到CH3OH的电极反应式,若X极生成1 mol C2H4和1 mol CH3OH,电路中流过电子的电子数是多少? 提示:CO2+6H++6e-==CH3OH+H2O;18NA [素养训练] 1.(2023·全国甲卷)用可再生能源电还原CO2时,采用高浓度的K+抑制酸性电解液中的析氢反应可提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率,装置如下图所示。下列说法正确的是 (　　) A.析氢反应发生在IrOx⁃Ti电极上 B.Cl-从Cu电极迁移到IrOx⁃Ti电极 C.阴极发生的反应有:2CO2+12H++12e-==C2H4+4H2O D.每转移1 mol电子,阳极生成11.2 L气体(标准状况) 解析:选C　IrOx⁃Ti电极接电源正极,为阳极,发生失电子的氧化反应,故电极反应为2H2O-4e-==4H++O2↑,A错误;质子交换膜只允许H+通过,故左室H+从IrOx⁃Ti电极向Cu电极迁移,B错误;Cu电极接电源负极,为阴极,发生得电子的还原反应,根据图中物质转化关系知CO2可发生反应2CO2+12H++12e-==C2H4+4H2O,C正确;由A可知每转移1 mol电子,阳极生成0.25 mol即5.6 L(标准状况)O2,D错误。 2.(2023·重庆卷)电化学合成是一种绿色高效的合成方法。如图是在酸性介质中电解合成半胱氨酸和烟酸的示意图。下列叙述错误的是 (　　) A.电极a为阴极 B.H+从电极b移向电极a C.电极b发生的反应为+2H2O-6e-==+6H+ D.生成3 mol半胱氨酸的同时生成1 mol烟酸 解析:选D　有机反应中“加氢去氧”的反应为还原反应,“加氧去氢”的反应为氧化反应,据此分析电解池中各电极类型及电极反应如下:a极发生“加氢”的还原反应(A项), +2H++2e-== b极发生“加氧去氢”的氧化反应,为阳极,+2H2O-6e-==+6H+(C项)。由上述分析知,A、C正确;电解池中阳离子向阴极移动,故H+从电极b移向电极a,B正确;根据阴、阳极反应及得失电子守恒可知,生成3 mol半胱氨酸,转移3 mol电子,同时生成0.5 mol烟酸,D错误。 [阶段质量检测] 一、选择题:本题共15小题,每小题3分,共45分。 1.建立清洁低碳、安全高效的能源体系,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(如图)。下列说法不正确的是 (　　) A.电能属于一次能源 B.氢能是一种燃烧无害、十分清洁的能源 C.太阳能能量巨大,取之不尽,用之不竭 D.H2O的分解需要吸收能量 解析:选A　电能是经过人为加工获得的,故为二次能源,故A不正确。 2.一定条件下发生反应H2(g)+I2(g)⇌2HI(g),其能量变化如图所示。下列说法正确的是 (　　) A.1 mol H2(g)与1 mol I2(g)的总能量比2 mol HI(g)的总能量高13 kJ B.在某密闭容器中充入1 mol H2(g)与1 mol I2(g),充分反应时放出热量13 kJ C.1 mol H2(g)与1 mol I2(g)的键能总和比2 mol HI(g)的键能总和高13 kJ D.2 mol H(g)和2 mol I(g)的总能量为170 kJ 解析:选A　由图可知,1 mol H2(g)与1 mol I2(g)的总能量比2 mol HI(g)的总能量高13 kJ,A项正确;该反应为可逆反应,某密闭容器中充入1 mol H2(g)与1 mol I2(g)充分反应时,不可能完全反应,放出热量小于13 kJ,B项错误;由图可知,该反应放出13 kJ热量,则1 mol H2(g)与1 mol I2(g)的键能总和比2 mol HI(g)的键能总和低13 kJ,C项错误;没有确定的参照系时,无法确定2 mol H(g)和2 mol I(g)的总能量,170 kJ是该体系的活化能,D项错误。 3.下列实验现象或图像信息不能充分说明相应的化学反应是放热反应的是 (　　) A.图①温度计的水银柱上升 B.图②中反应物的总能量大于生成物的总能量 C.图③中反应开始后,针筒活塞向右移动 D.图④中反应开始后,甲处液面低于乙处液面 解析:选C　温度计的水银柱不断上升,则中和反应放出热量,说明相应的化学反应是放热反应,A不符合;由图可知,反应物的总能量大于生成物的总能量,说明相应的化学反应是放热反应,B不符合;Zn 与稀硫酸反应生成氢气,氢气可使针筒活塞向右移动,不能充分说明相应的化学反应是放热反应, C符合;反应开始后,甲处液面低于乙处液面,说明装置内压强增大,温度升高,反应为放热反应, D不符合。 4.根据如图所示的物质转化关系,下列说法错误的是 (　　) A.相同质量的N2H4(g)和N2H4(l),前者具有的能量较高 B.相同质量的NO2(g)和N2O4(g),破坏两种物质中所有的化学键,后者所需的能量高 C.ΔH5=ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4 D.N2H4(l)+NO2(g)==N2(g)+2H2O(l)　ΔH,则ΔH>ΔH4 解析:选D　N2H4(l)变为N2H4(g)需要吸收热量,故相同质量的N2H4(g)和N2H4(l),N2H4(g)的能量高于N2H4(l),A项正确;NO2(g)==N2O4(g)　ΔH3<0,所以破坏1 mol NO2所含的化学键需要吸收的能量比破坏0.5 mol N2O4所含的化学键需要吸收的能量低,B项正确;由盖斯定律可知,ΔH5=ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4,C项正确;N2H4(l)+NO2(g)==N2(g)+2H2O(l)　ΔH,ΔH=ΔH3+ΔH4,因ΔH3<0,故ΔH<ΔH4,D错误。 5.下列选项正确的是 (　　) A.图①可表示Fe2O3(s)+3CO(g)==2Fe(s)+3CO2(g)　ΔH=26.7 kJ·mol-1的能量变化 B.图②中ΔH表示碳的标准燃烧热 C.实验的环境温度为20 ℃,将物质的量浓度相等,体积分别为V1、V2的H2SO4、NaOH溶液混合,测得混合液的最高温度如图③所示(已知V1+V2=60 mL) D.已知稳定性:B<A<C,某反应由两步构成:A→B→C,反应过程中的能量变化曲线如图④所示 解析:选D　已知稳定性顺序为B<A<C,物质的总能量越低越稳定,则物质具有的能量B>A>C,图示中表示的能量变化曲线符合实际。 6.下列用来表示物质变化的化学用语中,正确的是 (　　) A.钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式:Fe-2e-==Fe2+ B.氢氧燃料电池的负极反应式:O2+2H2O+4e-==4OH- C.粗铜精炼时,与电源正极相连的是纯铜,电极反应式为Cu-2e-==Cu2+ D.电解饱和食盐水时,阳极的电极反应式为2Cl--2e-==Cl2↑ 解析:选D　钢铁发生电化学腐蚀时,负极上Fe失电子发生氧化反应,所以负极反应式为Fe-2e-==Fe2+,故A错误; 氢氧燃料电池中,负极上氢气失电子发生氧化反应,正极上氧气得电子发生还原反应,如果是氢氧燃料碱性电池,则正极反应式为O2+2H2O+4e-==4OH-,故B错误; 粗铜精炼时,粗铜连接电源正极,纯铜连接电源负极,则阳极上的电极反应式为Cu-2e-==Cu2+,阴极上的电极反应式为Cu2++2e-==Cu,故C错误; 电解饱和食盐水时,阳极上氯离子放电,阴极上氢离子放电,则阳极、阴极反应式分别为2Cl--2e-==Cl2↑、2H++2e-==H2↑,故D正确。 7.甲烷是一种高效清洁的新能源,0.25 mol CH4完全燃烧生成液态水时放出222.5 kJ热量,则下列热化学方程式中正确的是 (　　) A.2CH4(g)+4O2(g)==2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=+890 kJ·mol-1 B.CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(l) ΔH=+890 kJ·mol-1 C.CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890 kJ·mol-1 D.2CH4(g)+4O2(g)==2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-890 kJ·mol-1 解析:选C　0.25 mol CH4完全燃烧生成液态水时放出222.5 kJ热量,1 mol甲烷完全燃烧生成液态水时放出890 kJ热量。 8.如图是课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置。 下列说法错误的是 (　　) A.铜片表面有气泡生成 B.如果将硫酸换成柠檬汁,导线中不会有电子流动 C.装置中存在“化学能→电能→光能”的转换 D.如果将锌片换成铁片,电路中的电流方向不变 解析:选B　铜片为正极,H+在其表面得到电子生成H2,故其表面有气泡生成,A说法正确;如果将硫酸换成柠檬汁,因为柠檬汁也有较强的酸性,故仍能形成原电池,导线中也会有电子流动,B说法错误;该装置属于原电池,能将化学能转化为电能,LED灯发光时,电能又转化为光能,故存在“化学能→电能→光能”的转换,C说法正确;如果将锌片换成铁片,铜片仍为正极,故电路中的电流方向不变,D说法正确。 9.若要在铁钉上镀铜,下列设计正确的是 (　　) 选项 接电源正极 接电源负极 电解质溶液 A Cu Fe CuSO4溶液 B Cu Fe FeSO4溶液 C Fe Cu CuSO4溶液 D Fe Cu FeSO4溶液 解析:选A　根据要求在铁钉上镀铜,Cu接电源的正极,Fe接电源负极,CuSO4溶液为电解质溶液。 10.如图,某液态金属储能电池放电时产生金属化合物Li3Bi。下列说法正确的是 (　　) A.放电时,M电极反应为Ni-2e-==Ni2+ B.放电时,Li+由M电极向N电极移动 C.充电时,M电极的质量减小 D.充电时,N电极反应为Li3Bi+3e-==3Li++Bi 解析:选B　放电时,M极为负极,电极反应式为Li-e-==Li+,故A错误;放电时,阳离子向正极(N电极)移动,故B正确;充电时,M电极为阴极,电极反应式为Li++e-==Li,质量增加,故C错误;充电时,N极为阳极,电极反应式为Li3Bi-3e-==3Li++Bi,故D错误。 11.(2025·肇庆高二检测)耗资近500亿的深中通道于2024年6月30日正式开通。这个工程中使用的钢壳沉管,进行了两种防腐处理,第一种是在表面形成一层特殊的防腐漆,第二种是在沉管的外表面铺设锌块,以利用电化学原理延缓其被腐蚀;进而实现“百年不腐”。下列有关说法正确的是 (　　) A.钢壳为正极 B.镶嵌的锌块可以永久使用 C.第一种处理方法属于表面电镀法 D.锌发生的反应:Zn2++2e-==Zn 解析:选A　金属活动性Zn>Fe,即锌块为负极,钢壳为正极,故A正确;锌不断消耗,需要及时补充,不能永久使用,故B错误;第一种处理方法属于涂保护层法,并未进行电镀,故C错误;锌为负极,锌发生的反应:Zn-2e-==Zn2+,故D错误。 12.(2025·潍坊高二期中)我国科学家发现海泥细菌电池在海水/海泥界面产生天然电压。下列关于海泥细菌电池的说法错误的是 (　　) A.电极电势:B<A B.海泥做电池的电子导体 C.负极电极反应式:CH2O-4e-+H2O==CO2+4H+ D.H+由B附近移向A附近 解析:选B　在A极上O2变为H2O,O元素的化合价降低,则A极为原电池的正极,B极为负极,则电极电势:B<A,故A正确;放电时电子不能进入电解质溶液中,则海泥做电池的离子导体,故B错误;由图可知,海泥上方为正极,下方为负极,负极上CH2O失电子生成CO2,则负极反应式为CH2O-4e-+H2O==CO2+4H+,故C正确;A极为原电池的正极,B极为负极,放电时阳离子移向正极,即H+由B附近移向A附近,故D正确。 13.实验发现,298 K时,在氯化铁酸性溶液中加入少量锌粒后,Fe3+立即被还原成Fe2+。某兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示原电池装置。下列有关说法正确的是 (　　) A.该原电池的正极反应是Zn-2e-==Zn2+ B.左烧杯中溶液的红色逐渐褪去 C.该电池铂电极上立即有气泡出现 D.该电池总反应为3Zn+2Fe3+==2Fe+3Zn2+ 解析:选B　该电池总反应为Zn+2Fe3+==2Fe2++Zn2+,所以左烧杯铂电极为正极,电极反应为Fe3++e-==Fe2+,右烧杯锌电极为负极,电极反应为Zn-2e-==Zn2+;由于左烧杯中的Fe3+被还原为Fe2+,所以左烧杯中溶液的红色逐渐褪去。 14.某火力发电厂利用SO2传感器监测发电厂周围大气中SO2的含量,其工作原理如图所示,在V2O5电极上将SO2转化为SO3。下列说法正确的是 (　　) A.传感器在工作时向正极移动 B.传感器在工作时,V2O5电极上的电极反应式为SO2-2e-+==SO3 C.固体电解质可以用稀硫酸代替 D.外电路中电子由Pt电极流向V2O5电极 解析:选B　V2O5电极上SO2转化为SO3,发生氧化反应,所以V2O5电极为负极,Pt电极为正极。传感器工作时为原电池,原电池中阴离子流向负极,故A错误;V2O5电极上SO2失电子结合迁移到负极的氧离子生成SO3,电极反应式为SO2-2e-+O2-==SO3,故B正确;氧离子无法在水溶液中进行传导,负极无法生成SO3,故C错误;Pt电极为正极,V2O5电极为负极,外电路中电子由负极流向正极,故D错误。 15.(2024·黑吉辽卷)“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题,科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法,装置如图所示。部分反应机理为+H2。下列说法错误的是 (　　) A.相同电量下H2理论产量是传统电解水的1.5倍 B.阴极反应:2H2O+2e-==2OH-+H2↑ C.电解时OH-通过阴离子交换膜向b极方向移动 D.阳极反应:2HCHO-2e-+4OH-==2HCOO-+2H2O+H2↑ 解析:选A　传统电解水过程中每转移4 mol e-可制得2 mol H2,耦合HCHO高效制H2过程中每转移4 mol e-,阴、阳极均可产生2 mol氢气,则相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍,A错误;由装置图知,b为阳极,a为阴极,在阴极区阳离子放电,则阴极的电极反应为2H2O+2e-==2OH-+H2↑,B正确;综合装置图中的离子交换膜为阴离子交换膜及电解池中阴离子向阳极移动知,OH-通过阴离子交换膜向b极区移动,C正确;由反应机理知,D正确。 二、非选择题:本题共4小题,共55分。 16.(12分)请根据所学知识回答下列问题。 (1)同温同压下,H2(g)+Cl2(g)==2HCl(g),在光照和点燃条件下的ΔH(化学计量数相同)分别为ΔH1、ΔH2,ΔH1　　　　ΔH2(填“>”“<”或“=”,下同)。  (2)相同条件下,2 mol氢原子所具有的能量　　　1 mol 氢分子所具有的能量。  (3)已知常温时红磷比白磷稳定,比较下列反应中ΔH的大小:ΔH1　　　　ΔH2。  ①P4(白磷,s)+5O2(g)==2P2O5(s)　ΔH1 ②4P(红磷,s)+5O2(g)==2P2O5(s)　ΔH2 (4)已知:稀溶液中,H+(aq)+OH-(aq)==H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则浓硫酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1 mol水,放出的热量　　　　57.3 kJ。  (5)已知:0.5 mol CH4(g)与0.5 mol水蒸气在t ℃、p kPa 时,完全反应生成CO和H2的混合气体,吸收了a kJ热量,该反应的热化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  解析:(1)反应热与反应物的总能量和生成物的总能量有关系,与反应条件无关,则光照和点燃条件下的ΔH相同,即ΔH1=ΔH2。(2)氢气分子生成氢原子要破坏化学键,断键需要吸热,则2 mol氢原子所具有的能量大于1 mol氢分子所具有的能量。(3)已知常温时红磷比白磷稳定,说明白磷能量高,反应放出的热量较多,由于ΔH<0,放出的能量越多反应热越小,因此ΔH1<ΔH2。(4)由于浓硫酸溶于水放热,所以浓硫酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1 mol水,放出的热量>57.3 kJ。(5)根据题意,1 mol CH4(g)与1 mol水蒸气在t ℃、p kPa,完全反应生成CO和H2的混合气体时,吸收2a kJ 热量,所以该反应的热化学方程式是CH4(g)+H2O(g)==CO(g)+3H2(g)　ΔH=2a kJ·mol-1。 答案:(1)=　(2)>　(3)<　(4)> (5)CH4(g)+H2O(g)==CO(g)+3H2(g) ΔH=2a kJ·mol-1 17.(13分)2030年前实现碳达峰的承诺,体现了我国的大国风范。天然气的综合利用是各国科学家研究的重要课题。 (1)天然气的主要成分为甲烷,甲烷的结构式是　　　　　　　　,甲烷燃烧反应过程中的能量变化,符合下图中的　　　　(填字母)。  (2)a g CH4燃烧生成二氧化碳气体和液态水,放出热量44.5 kJ。经测定,生成的CO2与足量澄清石灰水反应得到5 g沉淀,则CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=　　　　kJ·mol-1,其中a=　　　　。  (3)甲烷和二氧化碳重整制合成气的研究是实现碳达峰的手段之一,甲烷和二氧化碳重整制合成气的反应为CH4(g)+CO2(g)⇌2CO(g)+2H2(g)　ΔH1 副反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.5 kJ·mol-1 副反应Ⅱ:CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g) ΔH3 已知:部分化学键键能数据如下表(1 mol CO中含有1 mol CO)。 化学键 C—H CO H—H CO 键能/(kJ·mol-1) 413 745 436 1 011 则ΔH1=　　　　kJ·mol-1,ΔH3=　　　　 kJ·mol-1。  解析:(1)甲烷的分子式为CH4,碳原子和四个氢原子形成四个共价键,则甲烷的结构式为;甲烷燃烧放热,反应物的总能量大于生成物的总能量,故反应过程中的能量变化符合a。 (2)生成的碳酸钙沉淀的物质的量为=0.05 mol, CO2+Ca(OH)2==CaCO3↓+H2O 0.05 mol　　　　　　0.05 mol CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(l) 0.05 mol　　　 　　0.05 mol 0.05 mol CH4燃烧放出热量为44.5 kJ,则1 mol CH4燃烧释放的热量为=890 kJ,故CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-890 kJ·mol-1;0.05 mol CH4的质量为0.05 mol×16 g·mol-1=0.8 g。 (3)ΔH1=反应物的总键能-生成物的总键能=4×413 kJ·mol-1+2×745 kJ·mol-1-2×436 kJ·mol-1-2×1 011 kJ·mol-1=+248 kJ·mol-1;根据盖斯定律,ΔH3=ΔH1-ΔH2=+248 kJ·mol-1-41.5 kJ·mol-1=+206.5 kJ·mol-1。 答案:(1)　a　(2)-890　0.8 (3)+248　+206.5 18.(15分)利用电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。 (1)以过渡金属为催化剂电解CO2制CH3OH的原理示意图如图所示。 ①石墨电极1上发生反应的电极反应式为 　。  ②石墨电极2上发生反应的电极反应式为 　。  ③电解总反应式为 　。  (2)电解CO2制HCOOH的原理示意图如图所示。 ①阴极上CO2与HC反应时,CO2还原为HCOO-的电极反应式为 　。  ②阳极室排出气体的化学式为 　。 ③电解一段时间后,阳极区的KHCO3溶液浓度降低,其原因是 　。  解析:(1)由图可知,石墨2上水生成氧气,则石墨2电极为阳极,电极反应式为2H2O-4e-==O2↑+4H+,石墨1电极为阴极,电极反应式为CO2+6e-+6H+==CH3OH+H2O,电解总反应式为2CO2+4H2O2CH3OH+3O2。(2)阴极上CO2得电子还原为HCOO-的电极反应式为CO2+2e-+HC==HCOO-+C,阳极区水失电子发生氧化反应2H2O-4e-==O2↑+4H+,所以阳极室放出的气体为O2,同时剩余氢离子,发生反应H++HC==H2O+CO2↑,阳极附近碳酸氢根离子浓度会降低。 答案:(1)①CO2+6e-+6H+==CH3OH+H2O ②2H2O-4e-==O2↑+4H+ ③2CO2+4H2O2CH3OH+3O2 (2)①CO2+2e-+HC==HCOO-+C　②O2　③阳极室放出的气体为O2,同时剩余氢离子,发生反应H++HC==H2O+CO2↑ 19.(15分)研究电化学原理与应用有非常重要的意义。 (1)与普通(酸性)锌锰电池相比较,碱性锌锰电池的优点是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(回答一条即可)。  (2)铅蓄电池是最常见的二次电池 Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。 ①充电时阴极反应为　　　　　　　　　　　。  ②用铅蓄电池为电源进行电解饱和食盐水实验(阳极为石墨棒,阴极为铁,食盐水500 mL,温度为常温),当电路中有0.05 mol电子转移时,食盐水中c(OH-)为　　　　　　(假设溶液体积不变,产物无损耗)。  (3)二氧化硫⁃空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合,原理如图所示。Pt(Ⅱ)上的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)高铁酸钠(Na2FeO4)易溶于水,是一种新型多功能水处理剂,可以用电解法制取,离子反应为Fe+2H2O+2OH-Fe+3H2↑,工作原理如图所示。 装置通电后,铁电极附近生成紫红色的Fe,镍电极上有气泡产生。电解一段时间后,c(OH-)降低的区域在　　　　　　(填“阴极室”或“阳极室”);铁电极上发生的反应为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  解析:(1)碱性锌锰电池的优点是比能量大、可存储时间长、不易发生电解质的泄漏等。(2)①电解质溶液为硫酸,根据总反应式可知,在阴极区,硫酸铅得电子转化为铅,其电极反应式为PbSO4+2e-==Pb+S;②电解饱和食盐水发生的总反应为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,2NaOH~H2~2e-,则0.05 mol电子转移时,n(OH-) =0.05 mol,故c(OH-)==0.1 mol·L-1。(3)Pt(Ⅱ)电极为电源的正极,结合质子交换膜可知,发生的电极反应式为O2+4H++4e-==2H2O。(4)用铁作阳极电解氢氧化钠制备高铁酸钠,阳极室铁失去电子,发生氧化反应,结合氢氧根离子生成高铁酸根离子和水,则电解一段时间后,c(OH-)降低的区域在阳极室,电极反应式为Fe+8OH--6e-==Fe+4H2O。 答案:(1)比能量大、可存储时间长、不易发生电解质的泄漏等　(2)①PbSO4+2e-==Pb+S ②0.1 mol·L-1　(3)O2+4H++4e-==2H2O (4)阳极室　Fe+8OH--6e-==Fe+4H2O 162 / 162 学科网（北京）股份有限公司 $$