1、1题型五 化学反应与能量1.研究表明 N2O 与 CO 在 Fe+作用下发生反应的能量变化及反应历程如图所示,下列说法错误的是( )A.反应总过程 H0, H20B. H30, H40C. H2= H4+ H5D. H3= H1-2 H2答案 D解析 2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)属于放热反应, H10;H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g)属于放热反应, H20;N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)属于放热反应, H40,A、B 错误;根据盖斯定律, H2=( H4+ H5) ,C 错误;根据盖斯定律 , H3= H1-2 H2,D 正确。137.近几年科学家发明的一种新型可
2、控电池锂水电池,工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是( )A.石墨极发生的反应是 2H2O+2e- H2+2OH -B.有机电解质和水溶液不可以互换区域C.标准状况下产生 22.4 L 的氢气时,正极消耗锂的质量为 14 g4D.该装置不仅可提供电能,还可得到清洁的氢气答案 C解析根据图示信息可知,石墨电极上产生氢气,应该是正极,该电极上发生得电子的还原反应:2H2O+2e- H2+2OH -,A 正确。由于金属 Li 可以与水反应生成氢氧化锂和氢气,但是与有机电解质不反应,所以有机电解质和水溶液不可以互换区域,B 正确。金属 Li 与水发生反应2Li+2H2O 2LiOH+H2,标准状况
3、下产生 22.4 L 的氢气时,金属锂是负极,负极消耗锂的质量为 14 g,C 错误。该装置是将化学能转化为电能的装置,装置不仅可提供电能,并且反应产物是氢气,能提供能源,D 正确。8.已知反应:H 2(g)+ O2(g) H2O(g) H112 N2(g)+O2(g) NO2(g) H212 N2(g)+ H2(g) NH3(g) H312 32则反应 2NH3(g)+ O2(g) 2NO2(g)+3H2O(g)的 H 为( )72A.2 H1+2 H2-2 H3B. H1+ H2- H3C.3 H1+2 H2+2 H3D.3 H1+2 H2-2 H3答案 D解析根据盖斯定律,3+2-2 得
4、 2NH3(g)+ O2(g) 2NO2(g)+3H2O(g) H=3 H1+2 H2-722 H3。9.瓦斯爆炸是煤矿开采中的重大危害,一种瓦斯分析仪(图甲)能够在煤矿巷道中的甲烷达到一定浓度时,可以通过传感器显示。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理,其装置如图乙所示,其中的固体电解质是 Y2O3-Na2O,O2-可以在其中自由移动。下列有关叙述正确的是( )A.瓦斯分析仪工作时,电池内电路中电子由电极 b 流向电极 aB.电极 b 是正极,O 2-由电极 a 流向电极 bC.电极 a 的反应式为 CH4+4O2-8e- CO2+2H2OD.当固体电解质中有 1 mol O2-通过时
5、,电子转移 4 mol答案 C5解析电子不能在电池内电路流动,只能在外电路中流动,A 错误。O 2-是阴离子,应向负极移动,即 O2-由正极(电极 b)流向负极(电极 a),B 错误。甲烷所在电极 a 为负极,电极反应式为 CH4+4O2-8e-CO2+2H2O,C 正确。1 mol O 2得 4 mol 电子生成 2 mol O2-,故当固体电解质中有 1 mol O2-通过时,电子转移 2 mol,D 错误。10.LiOH 和钴氧化物可用于制备锂离子电池正极材料。利用如图装置电解制备 LiOH,两电极区电解液分别为 LiOH 溶液和 LiCl 溶液。下列说法不正确的是( )A.B 极区电解
6、液为 LiOH 溶液B.每产生标准状况下 2.24 L 氢气,就有 0.1 mol 阳离子通过交换膜进入阴极区C.电解过程中 Li+向 B 电极迁移D.阳极电极反应式为 2Cl-2e- Cl2答案 B解析根据图知,B 电极上有氢气生成,则 B 为电解池阴极,A 为阳极。B 电极反应式为 2H2O+2e-2OH-+H2,有氢氧根离子生成,所以 B 极区电解液为 LiOH 溶液,A 极区电解液为 LiCl 溶液,A 正确。每产生标准状况下 2.24 L 氢气,有 0.2 mol 电子转移,根据电荷守恒知,有 0.2 mol 阳离子通过交换膜进入阴极区,B 错误。电解池工作时,电解质溶液中的阳离子向
7、阴极移动,即电解过程中 Li+向 B 电极迁移,C 正确。A 电极为阳极,电极上氯离子放电,电极反应式为 2Cl-2e- Cl2,D 正确。11.(1)氢气是一种清洁能源,氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。已知:CH 4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) H=+206.2 kJmol-1 CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) H=+247.4 kJmol-1 以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。CH 4(g)与 H2O(g)反应生成 CO2(g)和 H2(g)的热化学方程式为 。 (2)科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应
8、生成甲醇,并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知表示 H2(g)、CO(g)和 CH3OH(l)燃烧热的 H 分别为-285.8 kJmol-1、-283.0 kJmol -1和-726.5 kJmol -1。请回答下列问题:用太阳能分解 10 mol 水消耗的能量是 kJ。 甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为 。 答案(1)CH 4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g)6 H=+165.0 kJmol-1(2)2 858CH 3OH(l)+O2(g) CO(g)+2H2O(l) H=-443.5 kJmol-1解析(1)CH 4(g)+2H2O(g) CO2(g
9、)+4H2(g)可通过式2-式得到,故 H=+165.0 kJmol-1。(2)因为 1 mol 氢气燃烧生成 1 mol 水放出的热量是 285.8 kJ,则 1 mol 水分解需要吸收285.8 kJ 的能量,所以用太阳能分解 10 mol 水需要的能量是 2 858 kJ。根据题意写出如下热化学方程式:.CO(g)+ O2(g) CO2(g) H=-283.0 kJmol-1,.CH 3OH(l)+ O2(g) CO2(g)12 32+2H2O(l) H=-726.5 kJmol-1,应用盖斯定律,由式-式得 CH3OH(l)+O2(g) CO(g)+2H2O(l) H=(-726.5+
10、283.0) kJmol-1=-443.5 kJmol-1。12.利用电化学原理,将 NO2、O 2和熔融 KNO3制成燃料电池,模拟工业电解法来处理含 Cr2 废水,2-7如下图所示;电解过程中溶液发生反应:Cr 2 +6Fe2+14H+ 2Cr3+6Fe3+7H2O。2-7(1)甲池工作时,NO 2转变成绿色硝化剂 Y,Y 是 N2O5,可循环使用。则石墨是电池的 极;石墨附近发生的电极反应式为 。 (2)工作时,甲池内的 N 向 极移动(填“石墨”或“石墨”);在相同条件下,消耗的-3O2和 NO2的体积比为 。 (3)乙池中 Fe()棒上发生的电极反应为 。 (4)若溶液中减少了 0.
11、01 mol Cr2 ,则电路中至少转移了 mol 电子。 2-7(5)向完全还原为 Cr3+的乙池工业废水中滴加 NaOH 溶液,可将铬以 Cr(OH)3沉淀的形式除去,已知Cr(OH)3存在以下溶解平衡:Cr(OH) 3(s) Cr3+(aq)+3OH-(aq),常温下 Cr(OH)3的溶度积Ksp=c(Cr3+)c3(OH-)=1.010-32,要使 c(Cr3+)降至 1.010-5 molL-1,溶液的 pH 应调至 。答案(1)正 NO 2+N -e- N2O5-3(2)石墨 14(3)Fe-2e- Fe2+(4)0.12(5)5解析(1)根据图示知甲池为燃料电池,电池工作时,石墨
12、附近 NO2转变成 N2O5,发生氧化反应,电极反应式为 NO2+N -e- N2O5;石墨是电池的正极,O 2得电子发生还原反应,电极反应式为-3O2+2N2O5+4e- 4N 。(2)电池工作时,电解质溶液中的阴离子移向负极,即甲池内的 N 向石墨-3 -3极移动;根据两极的电极反应式结合得失电子守恒知,在相同条件下,消耗 O2和 NO2的体积比为714。(3)乙池为电解池,Fe()棒为电解池的阳极,发生的电极反应为 Fe-2e- Fe2+。(4)根据反应 Cr2 +6Fe2+14H+ 2Cr3+6Fe3+7H2O 知,若溶液中减少了 0.01 mol Cr2 ,则参加反应的2-7 2-7Fe2+为 0.06 mol,根据电极反应:Fe-2e - Fe2+知电路中至少转移了 0.12 mol 电子。(5)常温下Cr(OH)3的溶度积 Ksp=c(Cr3+)c3(OH-)=1.010-32,c(Cr3+)=10-5 molL-1,则 c3(OH-)=1.010-27,c(OH-)=1.010-9 molL-1,c(H+)=10-5 molL-1,溶液的 pH 应调至 5。
