题型03 化学反应与热能和电能综合应用题（期末真题汇编，北京专用）高一化学下学期

**基本信息** 高一下期末化学反应与能量综合应用题汇编，精选北京多区县期末真题，聚焦原电池、反应热及化学平衡等核心知识，注重理论与实际应用结合。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |非选择题|大题13道|原电池原理（锌铜电池电极反应）、反应热计算（H₂与O₂反应能量）、化学平衡（CO₂加氢速率与平衡）、燃料电池（甲醇电池离子迁移）|结合新能源（氢氧燃料电池）、环境保护（碳中和）情境，设计实验探究（不同电解质对原电池影响）及图表分析（浓度-时间曲线），体现科学思维与探究实践|

题型03 化学反应与热能和电能综合应用题 1．（24-25高一下·北京·期末）一种简单的原电池装置如图所示。据图回答下列问题。 (1)锌是该电池的_______(填“正”或“负”)极，发生的电极反应为_______。 (2)装置中稀硫酸的作用是_______。 a．电极材料    b．电极反应物    c．电子导体    d．离子导体 (3)该原电池外电路中电流方向为_______(填“Zn→Cu”或者“Cu→Zn”)。从化学的角度分析，原电池产生电流的原因是：_______。 (4)若将稀硫酸换成硫酸铜，电池总反应方程式为_______。 (5)下列反应通过原电池装置，可实现化学能直接转化为电能的是_______。 a．   b．   c． 2．（23-24高一下·北京东城·期末）分析原电池的工作原理，制作简易电池。下图所示的装置中，电流表指针均发生了偏转。 (1)图1中铜片上有气泡产生。写出铜片上发生的电极反应：___________。 (2)两组装置实现的能量转化形式均为___________。 (3)下列关于图1和图2的说法正确的是___________。 a．锌和铁均失去电子发生了氧化反应 b．稀硫酸苹果汁中均含有自由移动的离子 c．电子的移动方向是锌片(铁片)→导线→电流计→导线→铜片 (4)用氯化钠溶液替换图1的稀硫酸后，电流计指针偏转，且偏转方向与图1相同，铜片上无气泡产生。则在铜片上得电子的粒子是___________。 3．（24-25高一下·北京顺义·期末）化学反应在发生物质变化的同时伴随有能量变化，是人类获取能量的重要途径。 (1)氢气和氧气反应生成水蒸气的能量变化示意图如下。 ①反应的能量变化可以用图______（填“A”或“B”）表示。 ②与完全反应生成水蒸气时，______（填“吸收”或“放出”）______kJ能量。 (2)简易氢氧燃料电池的实验装置示意图如下。 ①利用该装置可实现______能转化为______能。 ②通氢气的一极是______极，工作时电极反应为______。 ③该电池工作时，向石墨电极______（填“a”或“b”）迁移。 4．（23-24高一下·北京朝阳·期末）汽油是一种重要的车用燃料。 (1)汽油的主要成分为的烃类混合物，如等。 ①中各碳原子之间的成键方式为___________。 ②写出一种同分异构体的结构简式：___________。 (2)辛烷燃烧时的能量变化可用图___________(填“A”或“B”)表示。 (3)汽油燃烧时，气缸中还会发生和的反应，其能量变化示意图如下。 ①由于氮分子内两个氮原子间以___________结合，过程i需要的能量比较多。 ②比较常温时的稳定性：___________(填“”或“”)。 ③为___________(填“放热”或“吸热”)反应。 5．（24-25高一下·北京朝阳·期末）经一系列反应可以得到，过程如下图所示。 (1)过程Ⅰ，工业合成氨对于农业发展的重要作用体现在：______。 (2)过程Ⅱ，和在催化剂并加热条件下反应，其化学方程式是_________。 (3)过程Ⅲ，降低温度，将转化为，再制备浓硝酸。转化反应的能量变化示意图如下。 ①为______（填“放热”或“吸热”）反应。 ②与、化合的化学方程式是_________。 (4)在通风橱中进行下列实验： 步骤 现象 Fe表面产生少量红棕色气泡后，迅速停止 Fe、Cu接触后，其表面均产生红棕色气泡 ①解释ⅰ中反应迅速停止的原因：_________。 ②解释ⅱ中Fe表面又产生红棕色气泡的原因：________。 6．（24-25高一下·北京东城·期末）是重要的化工原料，主要用于制备硫酸。其中，的氧化是制备硫酸的关键环节。 Ⅰ．硝化法 (1)②中反应的化学方程式是_______。 (2)在阶段ⅱ过程中的作用是_______。 Ⅱ．接触法 接触法是采用固体催化剂促进与生成的一种工业生产方法。 (3)五氧化二钒()是接触法中最常见的催化剂，其催化过程可能如下： ①_______； ②； ③。 过程①中涉及的物质均为氧化物，则其化学方程式是_______。 (4)一定条件下，将10mol和5mol投入1L恒容密闭容器中。下图是部分物质的浓度随时间的变化曲线。 ⅰ．在图中补全随时间的变化曲线_______。 ⅱ．下列说法中，能说明和的反应达到平衡状态的是_______(填序号)。 A．各组分浓度不再发生变化 B．容器中、的浓度比是2：1 C．的生成速率与的生成速率相等 Ⅲ．溶液(酸性)能催化与反应生成。 (5)用2个离子方程式表示催化过程：_______、_______。 7．（24-25高一下·北京大兴·期末）碳中和(的排放总量和减少总量相当)对于改善环境，实现绿色发展至关重要。 (1)以为催化剂的光热化学循环分解反应为碳中和提供了一条新途径，涉及主要反应的化学方程式为：。 已知：反应中各分子化学键完全断裂时的能量变化如图所示： 依据图示数据分析，完全分解生成和时需要_____(填“吸收”或“放出”)_____能量。 (2)为发展低碳经济，科学家提出用氧化锆锌作催化剂，将转化为有机原料甲醇()，该反应的化学方程式：。 Ⅰ．在容积为的恒温密闭容器中，充入和后，和的物质的量随时间变化的曲线如下图所示。 ①用的浓度变化表示内，该反应的平均速率_____；时，正反应速率_____逆反应速率(填“>”“<”或“=”)；若将容器的容积变为，此时化学反应速率_____(填“增大”“减小”或“不变”)。 ②对于上述反应，下列叙述正确的是_____(填序号)。 a．内，正反应速率先减小后保持不变 b．恒温恒容条件下，气体的密度保持不变 c．其它条件不变，若起始时通入适量的(不参与反应)，化学反应速率增大 Ⅱ．甲醇()是优质的清洁燃料，利用与的反应可设计燃料电池，装置如图所示： ①该装置可将_____能转化为_____能。 ②通入的一端是电池的_____(填“正”或“负”)极，当电路中通过电子时，消耗的物质的量为_____。 8．（24-25高一下·北京东城·期末）某小组同学对原电池的工作原理及能量转化进行如下探究。 【实验1】 (1)①、②两个装置中发生的反应相同，均为_______(用离子方程式表示)。 (2)①中铜片上发生的电极反应式是_______。 (3)其他条件相同时，实验过程中，装置①和②中温度计示数均上升。当产生相同物质的量的时所需时间和温度计示数均是①＜②。分析温度计示数不同的原因：_______。 【实验2】 实验装置如图所示，反应缓慢，装置内温度变化可忽略不计。实验开始时，U形管内红墨水液面a、b齐平；实验过程中，电流表指针发生偏转，Al片表面覆盖一层白色沉淀物，经验证为。…… (4)ⅰ．小组同学推测在石墨电极上得电子的粒子可能是_______、。 ⅱ．实验过程中观察到_______(填现象)，证明一定参与了电极反应。 【实验3】 氢氧燃料电池装置如图所示。实验过程中，电流表指针发生偏转。 (5)氢氧燃料电池工作时，导线中电子的移动方向是_______(填“a”或“b”)。 【反思】 (6)结合实验1、2和3，下列关于原电池的说法中，不正确的是_______(填序号)。 A．原电池中两个电极材料必须不同 B．原电池能将化学能100%地转化为电能 C．原电池中两个电极上分别发生了氧化和还原反应 D．电解质溶液中的离子一定发生了氧化或还原反应 9．（24-25高一下·北京西城·期末）汽车是一种常见的交通工具，给人们的生活带来了便利。 (1)传统汽油车的尾气中含有等有害气体，利用催化技术在高温下发生可逆反应，可将汽车尾气中的转化为无毒气体。 ①该可逆反应的化学方程式是___________。 ②实验表明，上述反应过程的能量变化如图所示，则该反应属于___________(填“放热”或“吸热”)反应。其能量变化的原因是：断开反应物的化学键吸收的总能量___________(填“>”或“<”)形成生成物的化学键释放的总能量。 ③T℃时，将0.1molNO和0.1molCO充入容积为2L的密闭容器中，模拟尾气转化，反应开始至10min时，容器中NO物质的量为0.02mol，则___________。 ④下列关于上述可逆反应的说法正确的是___________(填字母)。 a．容器中NO的浓度不再改变，则该可逆反应在该反应条件下已达平衡状态 b．相同时间内，反应消耗2molNO同时生成2molCO，则该可逆反应在该反应条件下已达平衡状态 c．若将NO中的氧原子标记为，则反应到达平衡状态时，体系中存在 (2)氢能汽车具有零排放等优点。利用与的反应设计氢氧燃料电池，装置如图所示。 ①铂电极b是电池的___________(填“正”或“负”)极。 ②铂电极a的电极反应式是___________。 ③KOH溶液中，向电极___________(填“a”或“b”)移动。 ④随着该燃料电池的使用，每消耗标准状况下，电路中转移___________mol电子。 10．（24-25高一下·北京房山·期末）我国科学家研发的通过太阳能发电电解水制氢，再将二氧化碳催化加氢合成甲醇()的项目为实现“双碳”目标做出了贡献。请回答下列问题： I.一定温度下，在2L容积不变的密闭容器中，充入和，发生反应：测得的物质的量随时间变化如下表所示。 0 2 5 10 15 1 0.75 0.5 0.25 0.25 (1)从反应开始到5min末，的平均反应速率_______。 (2)对比表中数据，从0min到的物质的量变化比反应5min到的物质的量变化更大，可能的原因是_______。 (3)二氧化碳催化加氢合成甲醇为放热反应，能合理表示该过程能量变化的示意图是_______。 a.　　b.　　c.　　d. (4)下列能作为该反应达到平衡状态的标志的是_______(填字母)。 A．断裂的同时形成 B．气体的压强不再变化 C．混合气体中氢气的浓度不再变化 Ⅱ.甲醇燃料电池具有能量转化高、绿色无污染等特点，工作原理如图所示。 (5)电极A是电池的_______极。 (6)稀硫酸溶液中，的移动方向为_______(填“”或“”)。 (7)写出电极B上发生的电极反应式：_______。 11．（24-25高一下·北京通州·期末）甲醇是一种重要的清洁能源，也是重要的化工原料。可通过CO2加氢法制备甲醇：。 (1)CO2的结构式是______。 (2)反应中1molCO2和3molH2化学键断裂共需约2798kJ能量，而形成1molCH3OH和1molH2O要释放约2981kJ能量，下图中能正确表示该反应能量变化的是______（填序号）。 a．    b． (3)工业上制备CH3OH。一定条件下，将CO2与H2以体积比1：2置于密闭容器中发生上述反应，测定甲醇时空收率随温度的变化曲线如图所示。 已知：甲醇时空收率表示在单时间内，单位体积（或质量）催化剂能获得CH3OH的产量。 ①该反应的最佳条件是______。 ②请解释在催化剂Y作用下，200~240℃过程中甲醇时空收率随温度逐渐升高的原因是______。 (4)燃料电池的能量密度通常以单位体积内可提供的能量来衡量，CH3OH燃料电池是一种高能量密度燃料电池的代表之一，其工作原理如下图所示。已知：甲醇的沸点为64.7℃。 ①请在图中虚线框内用箭头标出H＋的运动方向______。 ②产物CO2来自电池的______极（填“正”或负”），每消耗3.2gCH3OH转移电子______mol。 ③甲醇燃料电池与氢氧燃料电池均为清洁能源装置，在实际应用中，相较于氢氧燃料电池，甲醇燃料电池的优势有______（写两条）。 12．（24-25高一下·北京丰台·期末）天然气既是高效洁净的能源，又是重要的化工原料，天然气的主要成分为甲烷。 (1)甲烷在空气中发生燃烧反应的能量变化示意图为_______(填序号)。 A．　　B． (2)甲烷可直接应用于燃料电池，其工作原理如图所示。 ①负极反应物是_______。 ②正极发生_______反应(填“氧化”或“还原”)。 ③KOH溶液中OH⁻迁移的方向为_______(填“从a到b”或“从b到a”)． (3)甲烷、水蒸气催化重整是制备高纯氢的方法之一，其反应为： 已知：i．该反应为吸热反应 ii．断裂1mol化学键所吸收的能量如下 化学键 C-H O-H H-H C=O 吸收能量kJ a b c d ①当1molCH4参与反应时吸收的能量为_______kJ(用字母表示)。 ②一定温度下，向体积为2L的恒容密闭容器中充入1molCH4(g)和2molH2O(g)，反应过程中测得CH4的物质的量与反应时间的关系如下表。 时间/s 1 2 3 4 5 n(CH4)/mol 0.9 0.82 0.76 0.72 0.70 0~5s时间段内平均反应速率v(CH4)=_______。 ③恒容时，写出2条能使该反应速率增大的措施_______、_______。 ④下列说法中能充分说明该反应已达化学平衡状态的是_______(填序号)。 a．CH4浓度不再变化        　b．正、逆反应速率相等 c．生成0.1molCO2同时消耗0.2molH2O    　d．容器中气体的总质量不变 13．（23-24高一下·北京丰台·期末）实验室以与的反应为对象研究化学反应的限度与速率，实验设计如图所示： (1)实验观测到的现象是___________。 (2)为探究该反应是否为可逆反应，进行如下实验：取少量反应后的溶液于试管中，加入___________(填化学式)，观测到___________，证明该反应为可逆反应。 (3)为探究温度和对该反应速率的影响，进行如下实验。 实验所用试剂：溶液、溶液、蒸馏水、淀粉溶液 ①将实验方案补全。 序号 温度 (碘化钾) (碘化钾) (硫酸铁) (硫酸铁) 淀粉溶液/滴 (水) 1 0.1 5 0.05 5 2 0 2 ______ ______ ______ ______ ______ ______ 3 ______ _____ ______ ______ ______ ______ ②实验表明反应速率：实验2实验1实验3，观测到的实验现象是___________。 2 / 23 学科网（北京）股份有限公司 $ 题型03 化学反应与热能和电能综合应用题 1．(1) 负 (2)bd (3) Cu→Zn 原电池将氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行，并通过能导电的物质形成闭合回路，产生电流 (4) (5)ab 2．(1) (2)化学能转化为电能 (3)abc (4) 3．(1) A 放出 245 (2) 化学 电 负 4．(1) 单键 或 (2)A (3) 氮氮三键 吸热 5．(1)合成氮肥等，为农作物的生长提供必需的氮元素 (2) (3) 放热 (4) 铁表面生成了一层致密的氧化物薄膜 形成原电池，铜失电子，电子转移至覆盖致密氧化膜的铁表面，得电子生成 6．(1) (2)作催化剂 (3) (4) AC (5) 7．(1) 吸收 556 (2) > 减小 ab 化学 电 负 0.25 8．(1) (2) (3)装置①、②中，当产生相同物质的量的时，释放的能量相等。①中化学能转化为电能和热能，②中化学能转化为热能 (4) U形管液面高度：a>b (5)a (6)ABD 9．(1) 放热 < 0.004 abc (2) 正 b 1 10．(1)0.05 (2)时反应物的浓度比时反应物的浓度更大，反应速率更快 (3)d (4)BC (5)负 (6) (7) 11．(1)O=C=O (2)a (3) 选择催化剂Y，温度控制在240℃ 随着温度升高，反应速率加快，甲醇的时空收率增大 (4) 负 0.6 甲醇是液体，储运成本低且安全性高于氢气（氢气需高压或低温储存）；单位体积甲醇蕴含能量高于同体积氢气（能量密度高） 12．(1)A (2) CH4 还原 从b到a (3) (4a＋4b)-(4c＋2d) 0.03 加热 再充入水蒸气 ab 13．(1)溶液由无色变为黄色 (2) KSCN 溶液由黄色变为红色 (3) 0.1 5 0.05 5 2滴 0 0.1 5 0.05 4 2滴 1 溶液出现蓝色所需的时间：实验3实验1实验2 1 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $ 题型03 化学反应与热能和电能综合应用题 1．（24-25高一下·北京·期末）一种简单的原电池装置如图所示。据图回答下列问题。 (1)锌是该电池的_______(填“正”或“负”)极，发生的电极反应为_______。 (2)装置中稀硫酸的作用是_______。 a．电极材料    b．电极反应物    c．电子导体    d．离子导体 (3)该原电池外电路中电流方向为_______(填“Zn→Cu”或者“Cu→Zn”)。从化学的角度分析，原电池产生电流的原因是：_______。 (4)若将稀硫酸换成硫酸铜，电池总反应方程式为_______。 (5)下列反应通过原电池装置，可实现化学能直接转化为电能的是_______。 a．   b．   c． 【答案】(1) 负 (2)bd (3) Cu→Zn 原电池将氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行，并通过能导电的物质形成闭合回路，产生电流 (4) (5)ab 【分析】小问1：根据原电池中活泼金属作负极，负极发生氧化反应失电子，直接写出电极反应式。 小问2：结合电极材料定义、电解质作用（参与反应、传导离子），排除错误选项。 小问3：依据电流方向与电子流向相反的规律，结合正负极反应解释电流产生原因。 小问4：判断正负极不变，总反应为锌与铜离子的反应，写出离子方程式。 小问5：根据原电池反应需为自发的氧化还原反应这一条件，筛选符合的选项。 【详解】（1）在原电池中，锌比铜活泼，活泼金属作负极。锌失去电子发生氧化反应，电极反应为； （2）a．稀硫酸不是电极材料，电极材料是锌和铜，a错误； b．选项：稀硫酸中的H+在正极得到电子发生反应，是电极反应物，b正确； c．选项：电子在导线中传导，稀硫酸不是电子导体，c错误； d．选项：稀硫酸在溶液中电离出离子，能够传导离子，是离子导体 ，d正确； （3）外电路中电流方向与电子流动方向相反，在原电池中，电子从负极（锌）流出经导线流向正极（铜），所以电流方向为Cu→Zn。原电池产生电流的原因是原电池将氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行，并通过能导电的物质形成闭合回路，产生电流； （4）若将稀硫酸换成硫酸铜，锌依然作负极，碳棒作正极，电池总反应是锌与硫酸铜的反应，方程式为； （5）原电池反应必须是自发进行的氧化还原反应。 a．是氧化还原反应，且能自发进行，可以通过原电池装置实现化学能直接转化为电能，a正确； b．是氧化还原反应，且能自发进行，可以通过原电池装置实现化学能直接转化为电能，b正确； c．不是氧化还原反应，不能通过原电池装置实现化学能直接转化为电能，c错误。 故选ab。 2．（23-24高一下·北京东城·期末）分析原电池的工作原理，制作简易电池。下图所示的装置中，电流表指针均发生了偏转。 (1)图1中铜片上有气泡产生。写出铜片上发生的电极反应：___________。 (2)两组装置实现的能量转化形式均为___________。 (3)下列关于图1和图2的说法正确的是___________。 a．锌和铁均失去电子发生了氧化反应 b．稀硫酸苹果汁中均含有自由移动的离子 c．电子的移动方向是锌片(铁片)→导线→电流计→导线→铜片 (4)用氯化钠溶液替换图1的稀硫酸后，电流计指针偏转，且偏转方向与图1相同，铜片上无气泡产生。则在铜片上得电子的粒子是___________。 【答案】(1) (2)化学能转化为电能 (3)abc (4) 【详解】（1）图1中锌为负极，失电子发生氧化反应，铜为正极，溶液中移向正极，得电子发生还原反应，故铜电极的电极反应式为； 故答案为：； （2）两组装置均为原电池原理，均为将化学能转化为电能； 故答案为：化学能转化为电能； （3）a．两装置中的锌和铁均比铜活泼，均为负极，铜电极均为正极，负极发生失去电子、氧化反应，a项正确； b．稀硫酸、苹果汁均为电解质溶液，能导电，故均含有自由移动的离子，b项正确； c．原电池中电子通过外电路导线由负极流向正极，故电子的移动方向是锌片(铁片)→导线→电流计→导线→铜片，c项正确； 故答案为：abc； （4）用氯化钠溶液替换图1的稀硫酸后，电流计指针偏转，且偏转方向与图1相同，说明铜电极仍为正极，正极发生得电子、还原反应，说明溶解的得电子生成； 故答案为：。 3．（24-25高一下·北京顺义·期末）化学反应在发生物质变化的同时伴随有能量变化，是人类获取能量的重要途径。 (1)氢气和氧气反应生成水蒸气的能量变化示意图如下。 ①反应的能量变化可以用图______（填“A”或“B”）表示。 ②与完全反应生成水蒸气时，______（填“吸收”或“放出”）______kJ能量。 (2)简易氢氧燃料电池的实验装置示意图如下。 ①利用该装置可实现______能转化为______能。 ②通氢气的一极是______极，工作时电极反应为______。 ③该电池工作时，向石墨电极______（填“a”或“b”）迁移。 【答案】(1) A 放出 245 (2) 化学 电 负 【详解】（1）①由图，生成1mol水蒸气，反应放出热量930kJ-436kJ-249kJ=245kJ，反应放热则生成物能量低于反应物，反应的能量变化可以用图A表示。 ②由①分析，与完全反应生成水蒸气时，放出245kJ能量。 （2）氢氧燃料电池中氢气一极为负极、氧气一极为正极，氢气失去电子发生氧化反应：，氧气得到电子发生还原反应：； ①该装置为原电池装置，可实现化学能转化为电能。 ②由分析，通氢气的一极是负极，工作时电极反应为。 ③该电池工作时，阳离子向正极移动，则向石墨电极b迁移。 4．（23-24高一下·北京朝阳·期末）汽油是一种重要的车用燃料。 (1)汽油的主要成分为的烃类混合物，如等。 ①中各碳原子之间的成键方式为___________。 ②写出一种同分异构体的结构简式：___________。 (2)辛烷燃烧时的能量变化可用图___________(填“A”或“B”)表示。 (3)汽油燃烧时，气缸中还会发生和的反应，其能量变化示意图如下。 ①由于氮分子内两个氮原子间以___________结合，过程i需要的能量比较多。 ②比较常温时的稳定性：___________(填“”或“”)。 ③为___________(填“放热”或“吸热”)反应。 【答案】(1) 单键 或 (2)A (3) 氮氮三键 吸热 【详解】（1）①为戊烷，烷烃中各碳原子之间的成键方式为碳碳单键。 ②同分异构体为分子式相同，结构不同的化合物，的同分异构体有或； （2）辛烷燃烧为放热反应，反应物总能量高于生成物，能量变化可用图A表示； （3）①根据能量变化示意图，由于氮分子内两个氮原子间以氮氮三键结合，所以过程i需要的能量比较多。 ②比较常温时的稳定性：断裂化学键吸收能量形成，的能量高于，能量越低越稳定，故常温时的稳定性：的稳定性； ③1molN2和1molO2断键反应物吸收的总能量为=945+498=1443kJ。而形成2molNO放出的能量为2×630=1260kJ，吸收的总能量大于放出的总能量，所以该反应为吸热反应。 5．（24-25高一下·北京朝阳·期末）经一系列反应可以得到，过程如下图所示。 (1)过程Ⅰ，工业合成氨对于农业发展的重要作用体现在：______。 (2)过程Ⅱ，和在催化剂并加热条件下反应，其化学方程式是_________。 (3)过程Ⅲ，降低温度，将转化为，再制备浓硝酸。转化反应的能量变化示意图如下。 ①为______（填“放热”或“吸热”）反应。 ②与、化合的化学方程式是_________。 (4)在通风橱中进行下列实验： 步骤 现象 Fe表面产生少量红棕色气泡后，迅速停止 Fe、Cu接触后，其表面均产生红棕色气泡 ①解释ⅰ中反应迅速停止的原因：_________。 ②解释ⅱ中Fe表面又产生红棕色气泡的原因：________。 【答案】(1)合成氮肥等，为农作物的生长提供必需的氮元素 (2) (3) 放热 (4) 铁表面生成了一层致密的氧化物薄膜 形成原电池，铜失电子，电子转移至覆盖致密氧化膜的铁表面，得电子生成 【分析】反应Ⅰ是工业合成氨的反应，反应Ⅱ是氨的催化氧化反应，化学方程式：，生成的NO被氧化为NO2，反应Ⅲ是将二氧化氮转化为硝酸，据此解答。 【详解】（1）过程Ⅰ是合成氨的反应，对于农业发展的重要作用体现在：合成氮肥等，为农作物的生长提供必需的氮元素； （2）反应Ⅱ是氨的催化氧化反应，化学方程式：； （3）①由图可知，反应物总能量高于生成物，是吸热反应； ②N2O4与O2、H2O化合生成硝酸，反应的化学方程式是2N2O4+O2+2H2O=4HNO3； （4）①常温下，铁表面生成了一层致密的氧化物薄膜，阻止反应继续发生； ②ⅱ中形成原电池，铜失电子，电子转移至覆盖致密氧化膜的铁表面，得电子生成。 6．（24-25高一下·北京东城·期末）是重要的化工原料，主要用于制备硫酸。其中，的氧化是制备硫酸的关键环节。 Ⅰ．硝化法 (1)②中反应的化学方程式是_______。 (2)在阶段ⅱ过程中的作用是_______。 Ⅱ．接触法 接触法是采用固体催化剂促进与生成的一种工业生产方法。 (3)五氧化二钒()是接触法中最常见的催化剂，其催化过程可能如下： ①_______； ②； ③。 过程①中涉及的物质均为氧化物，则其化学方程式是_______。 (4)一定条件下，将10mol和5mol投入1L恒容密闭容器中。下图是部分物质的浓度随时间的变化曲线。 ⅰ．在图中补全随时间的变化曲线_______。 ⅱ．下列说法中，能说明和的反应达到平衡状态的是_______(填序号)。 A．各组分浓度不再发生变化 B．容器中、的浓度比是2：1 C．的生成速率与的生成速率相等 Ⅲ．溶液(酸性)能催化与反应生成。 (5)用2个离子方程式表示催化过程：_______、_______。 【答案】(1) (2)作催化剂 (3) (4) AC (5) 【详解】（1）根据图中制备方法可知，②为NO与O2反应产生NO2，因此反应为：。 （2）阶段ⅱ的总反应是SO2与O2反应产生SO3，而在阶段ⅱ过程中NO2将SO2氧化为SO3，自身被还原为NO，而后NO再与O2反应产生NO2，因此NO2的作用是：作催化剂。 （3）五氧化二钒()催化SO2与O2反应产生SO3，总反应为：，且过程①中涉及的物质均为氧化物，结合②、③反应可知，过程①的化学方程式是：。 （4）ⅰ．根据题意可知，初始时投入10mol和5mol，SO2、O2浓度随着反应进行减小，SO3浓度随着反应进行增大，因此图中在增加的曲线代表的是SO3浓度的变化，可知50min时，SO2浓度的为1mol/L，SO3浓度的为9mol/L，列出三段式： 由此可知50min时，O2浓度的为0.5mol/L，在图中补全随时间的变化曲线为：； ⅱ．A．该反应均为气体参与的反应，因此各组分浓度不再发生变化时说明反应达到平衡，故A正确； B．反应初始时投入的、的浓度比是2：1，反应过程中、转化的浓度比也是2：1，那么容器中、的浓度比一直是2：1，并非是变量，不能说明反应达到平衡，故B错误； C．不同物质正逆反应速率之比等于化学计量数之比时说明反应达到平衡，因此的生成速率与的生成速率相等时说明反应达到平衡，故C正确； 故答案选AC。 （5）根据题意可知，酸性溶液能催化与反应生成，为催化剂，因此首先酸性溶液中Fe3+氧化为硫酸根，自身还原为Fe2+，而后Fe2+与反应生成Fe3+，因此用2个离子方程式表示催化过程为：；。 7．（24-25高一下·北京大兴·期末）碳中和(的排放总量和减少总量相当)对于改善环境，实现绿色发展至关重要。 (1)以为催化剂的光热化学循环分解反应为碳中和提供了一条新途径，涉及主要反应的化学方程式为：。 已知：反应中各分子化学键完全断裂时的能量变化如图所示： 依据图示数据分析，完全分解生成和时需要_____(填“吸收”或“放出”)_____能量。 (2)为发展低碳经济，科学家提出用氧化锆锌作催化剂，将转化为有机原料甲醇()，该反应的化学方程式：。 Ⅰ．在容积为的恒温密闭容器中，充入和后，和的物质的量随时间变化的曲线如下图所示。 ①用的浓度变化表示内，该反应的平均速率_____；时，正反应速率_____逆反应速率(填“>”“<”或“=”)；若将容器的容积变为，此时化学反应速率_____(填“增大”“减小”或“不变”)。 ②对于上述反应，下列叙述正确的是_____(填序号)。 a．内，正反应速率先减小后保持不变 b．恒温恒容条件下，气体的密度保持不变 c．其它条件不变，若起始时通入适量的(不参与反应)，化学反应速率增大 Ⅱ．甲醇()是优质的清洁燃料，利用与的反应可设计燃料电池，装置如图所示： ①该装置可将_____能转化为_____能。 ②通入的一端是电池的_____(填“正”或“负”)极，当电路中通过电子时，消耗的物质的量为_____。 【答案】(1) 吸收 556 (2) > 减小 ab 化学 电 负 0.25 【详解】（1）由图可知，2molCO2断键吸收的能量为1598×2=3196 kJ，形成2molCO和1molO2则要放出的能量为1072kJ×2+496kJ =2640kJ，则说明反应物断键所需要吸收的能量大于生成物形成化学键所需要放出的能量，故完全分解生成和时需要吸收556能量。 （2）①由图可知，在0∼2min内CO2的物质的量变化量为△n=0.50mol，则； 2min后CO2物质的量减小、CH3OH物质的量增大，反应仍在正向进行，故正反应速率＞逆反应速率；将容器的容积变为4L，即容积增大，则反应物和生成物的浓度减少，反应速率减小； ②a．内，反应不断正向进行，物质浓度减小，正反应速率减小，6min时达到平衡状态，正反应速率保持不变，正确； b．恒温恒容条件下，容器体积和气体总质量始终不变，则混合气体的密度始终不变，正确； c．其它条件不变，若起始时通入适量的(不参与反应)，不影响反应中各物质浓度，化学反应速率不变，错误； 故选ab； ①该装置为燃料电池，可将化学能转化为电能。 ②燃料电池中，通入氧气一极为正极：，通入的一端是电池的负极：，当电路中通过电子时，消耗的物质的量为0.25。 8．（24-25高一下·北京东城·期末）某小组同学对原电池的工作原理及能量转化进行如下探究。 【实验1】 (1)①、②两个装置中发生的反应相同，均为_______(用离子方程式表示)。 (2)①中铜片上发生的电极反应式是_______。 (3)其他条件相同时，实验过程中，装置①和②中温度计示数均上升。当产生相同物质的量的时所需时间和温度计示数均是①＜②。分析温度计示数不同的原因：_______。 【实验2】 实验装置如图所示，反应缓慢，装置内温度变化可忽略不计。实验开始时，U形管内红墨水液面a、b齐平；实验过程中，电流表指针发生偏转，Al片表面覆盖一层白色沉淀物，经验证为。…… (4)ⅰ．小组同学推测在石墨电极上得电子的粒子可能是_______、。 ⅱ．实验过程中观察到_______(填现象)，证明一定参与了电极反应。 【实验3】 氢氧燃料电池装置如图所示。实验过程中，电流表指针发生偏转。 (5)氢氧燃料电池工作时，导线中电子的移动方向是_______(填“a”或“b”)。 【反思】 (6)结合实验1、2和3，下列关于原电池的说法中，不正确的是_______(填序号)。 A．原电池中两个电极材料必须不同 B．原电池能将化学能100%地转化为电能 C．原电池中两个电极上分别发生了氧化和还原反应 D．电解质溶液中的离子一定发生了氧化或还原反应 【答案】(1) (2) (3)装置①、②中，当产生相同物质的量的时，释放的能量相等。①中化学能转化为电能和热能，②中化学能转化为热能 (4) U形管液面高度：a>b (5)a (6)ABD 【分析】①中形成原电池装置，锌较活泼为负极、铜为正极；②中没有形成闭合电路，没有形成原电池，两个装置中发生的反应相同，总反应均为锌和稀硫酸生成硫酸锌和氢气； 【详解】（1）由分析，①、②两个装置中发生的反应相同，总反应均为锌和稀硫酸生成硫酸锌和氢气； （2）①中铜片为正极，发生的电极反应为氢离子得到电子发生还原反应生成氢气：； （3）装置①、②中，当产生相同物质的量的时，释放的能量相等，①中化学能转化为电能和热能，而②中化学能转化为热能，导致产生相同物质的量的时所需时间和温度计示数均是①＜②； （4）ⅰ．Al片表面覆盖一层白色沉淀物，经验证为，则铝失去电子发生氧化反应为负极，则石墨电极为正极，正极上得电子的粒子可能是水得到电子被还原为氢气和氢氧根离子或空气中得到电子被还原为氢氧根离子。 ⅱ．装置中氧气被消耗，压强减小，在实验过程中观察到U形管液面高度：a>b，此时证明一定参与了电极反应。 （5）氢氧燃料电池工作时，氧气一极为正极、氢气一极为负极，则导线中电子的移动方向是负极到正极，故为a； （6）A．原电池中两个电极材料可以相同，例如氢氧燃料电池中电极均为惰性电极，错误； B．原电池能将化学能部分转化为电能，部分转化为热能，错误； C．原电池中两个电极上分别发生了氧化和还原反应，正极发生还原反应、负极发生氧化反应，正确； D．电解质溶液中的离子不一定发生了氧化或还原反应，有可能仅仅起到形成内电路的作用，错误； 故选ABD。 9．（24-25高一下·北京西城·期末）汽车是一种常见的交通工具，给人们的生活带来了便利。 (1)传统汽油车的尾气中含有等有害气体，利用催化技术在高温下发生可逆反应，可将汽车尾气中的转化为无毒气体。 ①该可逆反应的化学方程式是___________。 ②实验表明，上述反应过程的能量变化如图所示，则该反应属于___________(填“放热”或“吸热”)反应。其能量变化的原因是：断开反应物的化学键吸收的总能量___________(填“>”或“<”)形成生成物的化学键释放的总能量。 ③T℃时，将0.1molNO和0.1molCO充入容积为2L的密闭容器中，模拟尾气转化，反应开始至10min时，容器中NO物质的量为0.02mol，则___________。 ④下列关于上述可逆反应的说法正确的是___________(填字母)。 a．容器中NO的浓度不再改变，则该可逆反应在该反应条件下已达平衡状态 b．相同时间内，反应消耗2molNO同时生成2molCO，则该可逆反应在该反应条件下已达平衡状态 c．若将NO中的氧原子标记为，则反应到达平衡状态时，体系中存在 (2)氢能汽车具有零排放等优点。利用与的反应设计氢氧燃料电池，装置如图所示。 ①铂电极b是电池的___________(填“正”或“负”)极。 ②铂电极a的电极反应式是___________。 ③KOH溶液中，向电极___________(填“a”或“b”)移动。 ④随着该燃料电池的使用，每消耗标准状况下，电路中转移___________mol电子。 【答案】(1) 放热 < 0.004 abc (2) 正 b 1 【分析】（2）由装置图可知，左侧通入氢气，失电子，发生氧化反应，作负极，右侧通入氧气，得电子，发生还原反应，作正极。 【详解】（1）①汽车尾气中的CO、NO有毒，转化为无毒气体则为CO2、N2，故答案为：； ②该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量，则为放热反应；对于放热反应来讲，断开反应物的化学键吸收的总能量小于形成生成物的化学键释放的总能量，答案为：放热；＜； ③化学反应速率为单位时间内浓度的变化量，化学反应速率之比等于化学计量数之比，v(NO）==0.004，故答案为：0.004； ④a．容器中NO的浓度不再改变，则该可逆反应在该反应条件下已达平衡状态，a正确； b．相同时间内，反应消耗2molNO同时生成2molCO，说明正逆反应速率相等，则该可逆反应在该反应条件下已达平衡状态，b正确 c．若将NO中的氧原子标记为，则标记的会出现在二氧化碳中，随着反应逆向进行，又会出现在一氧化碳和一氧化氮中，则反应到达平衡状态时，体系中存在，c正确； 故答案为：abc； （2）①由分析可知，铂电极b通入氧气，得电子，发生还原反应，作正极，故答案为：正； ②铂电极a通入氢气，失电子，发生氧化反应，电解质溶液为碱性，所以电极反应式为，故答案为：； ③在原电池中阳离子向正极移动，所以向电极b移动，故答案为：b； ④的物质的量为0.5mol，根据电极反应式：，当负极有0.5mol氢气参与反应时，转移电子1mol，故答案为：1。 10．（24-25高一下·北京房山·期末）我国科学家研发的通过太阳能发电电解水制氢，再将二氧化碳催化加氢合成甲醇()的项目为实现“双碳”目标做出了贡献。请回答下列问题： I.一定温度下，在2L容积不变的密闭容器中，充入和，发生反应：测得的物质的量随时间变化如下表所示。 0 2 5 10 15 1 0.75 0.5 0.25 0.25 (1)从反应开始到5min末，的平均反应速率_______。 (2)对比表中数据，从0min到的物质的量变化比反应5min到的物质的量变化更大，可能的原因是_______。 (3)二氧化碳催化加氢合成甲醇为放热反应，能合理表示该过程能量变化的示意图是_______。 a.　　b.　　c.　　d. (4)下列能作为该反应达到平衡状态的标志的是_______(填字母)。 A．断裂的同时形成 B．气体的压强不再变化 C．混合气体中氢气的浓度不再变化 Ⅱ.甲醇燃料电池具有能量转化高、绿色无污染等特点，工作原理如图所示。 (5)电极A是电池的_______极。 (6)稀硫酸溶液中，的移动方向为_______(填“”或“”)。 (7)写出电极B上发生的电极反应式：_______。 【答案】(1)0.05 (2)时反应物的浓度比时反应物的浓度更大，反应速率更快 (3)d (4)BC (5)负 (6) (7) 【分析】甲醇燃料电池，用硫酸作电解质溶液，负极甲醇失电子生成二氧化碳和氢离子，正极氧气得电子生成水，则A为负极、B为正极。 【详解】（1）从反应开始到5min末，的平均反应速率。 （2）随着反应进行，反应物浓度减小，反应速率减小，故从0min到的物质的量变化比反应5min到的物质的量变化更大，可能的原因是：时反应物的浓度比时反应物的浓度更大，反应速率更快； （3）二氧化碳催化加氢合成甲醇为放热反应，则生成物能量低于反应物，反应过程中断键吸收能量、成键释放能量，二氧化碳、氢气分子分解得到原子的能量更高，故选d； （4）A．断裂的同时形成，描述的都是正反应，不确定反应是否平衡； B．反应是气体分子数改变的化学反应，物质的量与压强成正比，则混合气体的压强不随时间的变化而变化，达到平衡状态； C．混合气体中氢气的浓度不再变化，则说明平衡不再移动，反应达到平衡； 故选BC； （5）由分析，电极A是电池的负极。 （6）原电池中阴离子向负极移动，故稀硫酸溶液中，的移动方向为：； （7）正极B极上，氧气得到电子发生还原反应生成水：。 11．（24-25高一下·北京通州·期末）甲醇是一种重要的清洁能源，也是重要的化工原料。可通过CO2加氢法制备甲醇：。 (1)CO2的结构式是______。 (2)反应中1molCO2和3molH2化学键断裂共需约2798kJ能量，而形成1molCH3OH和1molH2O要释放约2981kJ能量，下图中能正确表示该反应能量变化的是______（填序号）。 a．    b． (3)工业上制备CH3OH。一定条件下，将CO2与H2以体积比1：2置于密闭容器中发生上述反应，测定甲醇时空收率随温度的变化曲线如图所示。 已知：甲醇时空收率表示在单时间内，单位体积（或质量）催化剂能获得CH3OH的产量。 ①该反应的最佳条件是______。 ②请解释在催化剂Y作用下，200~240℃过程中甲醇时空收率随温度逐渐升高的原因是______。 (4)燃料电池的能量密度通常以单位体积内可提供的能量来衡量，CH3OH燃料电池是一种高能量密度燃料电池的代表之一，其工作原理如下图所示。已知：甲醇的沸点为64.7℃。 ①请在图中虚线框内用箭头标出H＋的运动方向______。 ②产物CO2来自电池的______极（填“正”或负”），每消耗3.2gCH3OH转移电子______mol。 ③甲醇燃料电池与氢氧燃料电池均为清洁能源装置，在实际应用中，相较于氢氧燃料电池，甲醇燃料电池的优势有______（写两条）。 【答案】(1)O=C=O (2)a (3) 选择催化剂Y，温度控制在240℃ 随着温度升高，反应速率加快，甲醇的时空收率增大 (4) 负 0.6 甲醇是液体，储运成本低且安全性高于氢气（氢气需高压或低温储存）；单位体积甲醇蕴含能量高于同体积氢气（能量密度高） 【详解】（1）CO2的结构式是O=C=O。 （2）反应中1molCO2和3molH2化学键断裂共需约2798kJ能量，而形成1molCH3OH和1molH2O要释放约2981kJ能量，该反应为放热反应，图a中反应物总能量高于生成物总能量，为放热反应；所以选a。 （3）①相同温度下，催化剂Y得到的甲醇时空收率高，以Y为催化剂，不同温度下，240℃得到的甲醇时空收率最高，所以该反应的最佳条件是选择催化剂Y，温度控制在240℃。 ②在催化剂Y作用下，200~240℃过程中反应未达平衡，随着温度升高，反应速率加快，甲醇的时空收率增大。 （4）：① a极通入的是甲醇，发生失去电子的氧化反应，是电池的负极，b极通入氧气，是正极，H+移向正极，向右移动。 ②a极通入甲醇，生成的是二氧化碳，所以二氧化碳是负极产物，则负极电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+。每消耗3.2gCH3OH即0.1mol甲醇时转移电子0.6mol。 ③相较于氢氧燃料电池，甲醇燃料电池的优势有：甲醇是液体，储运成本低且安全性高于氢气（氢气需高压或低温储存）；单位体积甲醇蕴含能量高于同体积氢气（能量密度高） 12．（24-25高一下·北京丰台·期末）天然气既是高效洁净的能源，又是重要的化工原料，天然气的主要成分为甲烷。 (1)甲烷在空气中发生燃烧反应的能量变化示意图为_______(填序号)。 A．　　B． (2)甲烷可直接应用于燃料电池，其工作原理如图所示。 ①负极反应物是_______。 ②正极发生_______反应(填“氧化”或“还原”)。 ③KOH溶液中OH⁻迁移的方向为_______(填“从a到b”或“从b到a”)． (3)甲烷、水蒸气催化重整是制备高纯氢的方法之一，其反应为： 已知：i．该反应为吸热反应 ii．断裂1mol化学键所吸收的能量如下 化学键 C-H O-H H-H C=O 吸收能量kJ a b c d ①当1molCH4参与反应时吸收的能量为_______kJ(用字母表示)。 ②一定温度下，向体积为2L的恒容密闭容器中充入1molCH4(g)和2molH2O(g)，反应过程中测得CH4的物质的量与反应时间的关系如下表。 时间/s 1 2 3 4 5 n(CH4)/mol 0.9 0.82 0.76 0.72 0.70 0~5s时间段内平均反应速率v(CH4)=_______。 ③恒容时，写出2条能使该反应速率增大的措施_______、_______。 ④下列说法中能充分说明该反应已达化学平衡状态的是_______(填序号)。 a．CH4浓度不再变化        　b．正、逆反应速率相等 c．生成0.1molCO2同时消耗0.2molH2O    　d．容器中气体的总质量不变 【答案】(1)A (2) CH4 还原 从b到a (3) (4a＋4b)-(4c＋2d) 0.03 加热 再充入水蒸气 ab 【详解】（1）甲烷在空气中燃烧是放热反应，故其能量变化示意图为A； （2）①甲烷氧气燃料电池中甲烷失去电子发生氧化反应，作负极，故负极反应物是CH4； ②正极氧气得到电子，O的化合价降低，发生还原反应； ③在原电池中阴离子向负极移动，故KOH溶液中OH⁻迁移的方向为从b到a； （3）①结合题意当1molCH4参与反应时吸收的能量=应物总键能-生成物总键能=； ②0~5s时间段内平均反应速率v(CH4)=； ③从反应速率的影响因素考虑，能使该反应速率增大的措施有加热、再充入水蒸气； ④a．CH4浓度不再变化，说明正、逆反应速率相等，反应平衡，a正确； 　 b．正、逆反应速率相等，则各种物质浓度不变，反应平衡，b正确； c．生成0.1molCO2同时消耗0.2molH2O，都是正反应，不能证明正、逆反应速率相等，反应不平衡，c错误； 　 d．该反应中所有的反应物和产物都是气体，根据质量守恒可知，容器中气体的总质量不变，不能证明反应达到平衡，d错误； 故选ab。 13．（23-24高一下·北京丰台·期末）实验室以与的反应为对象研究化学反应的限度与速率，实验设计如图所示： (1)实验观测到的现象是___________。 (2)为探究该反应是否为可逆反应，进行如下实验：取少量反应后的溶液于试管中，加入___________(填化学式)，观测到___________，证明该反应为可逆反应。 (3)为探究温度和对该反应速率的影响，进行如下实验。 实验所用试剂：溶液、溶液、蒸馏水、淀粉溶液 ①将实验方案补全。 序号 温度 (碘化钾) (碘化钾) (硫酸铁) (硫酸铁) 淀粉溶液/滴 (水) 1 0.1 5 0.05 5 2 0 2 ______ ______ ______ ______ ______ ______ 3 ______ _____ ______ ______ ______ ______ ②实验表明反应速率：实验2实验1实验3，观测到的实验现象是___________。 【答案】(1)溶液由无色变为黄色 (2) KSCN 溶液由黄色变为红色 (3) 0.1 5 0.05 5 2滴 0 0.1 5 0.05 4 2滴 1 溶液出现蓝色所需的时间：实验3实验1实验2 【分析】“控制变量法，”探究影响反应速率的因素，控制要研究的因素不同，其它因素必须相同。探究对该反应速率的影响，变量为，取用的体积不同，要控制溶液总体积相等。 【详解】（1）与反应生成Fe2+、I2，实验观测到的现象是溶液由无色变为黄色； （2）不足，取少量反应后的溶液于试管中，加入KSCN溶液，观测到溶液由黄色变为红色，说明溶液中含有，证明该反应为可逆反应。 （3）实验1、实验2探究温度对反应速率的影响，根据控制变量法，其它条件相同，所以实验2取5mL、5mL、2滴淀粉溶液、蒸馏水的体积为0； 实验1、实验3探究对该反应速率的影响，实验1实验3，则实验1中的浓度大于实验3，实验1取用的体积大于实验3，根据控制变量法，其它条件相同，应可知混合后溶于总体积相等，所以实验3取5mL、4mL、2滴淀粉溶液、1mL蒸馏水； ②实验2实验1实验3，观测到的实验现象是溶液出现蓝色所需的时间：实验3实验1实验2。 2 / 23 学科网（北京）股份有限公司 $