阶段检测六(专题六)
一、选择题(本大题共25小题,每小题2分,共50分。每个小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的,不选、多选、错选均不得分) 1.已知反应:①101 kPa时,2C(s)+O2(g)②稀溶液中,H(aq)+OH(aq)下列结论中正确的是( ) A.碳的燃烧热ΔH<-110.5 kJ/mol B.①的反应热为221 kJ/mol
C.稀硫酸与稀NaOH溶液反应的中和热为-57.3 kJ/mol D.稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol水,放出57.3 kJ热量
答案 A 使用燃烧热时要注意两个关键点:一是反应物用量,可燃物为1 mol;二是充分燃烧生成稳定氧化物[H→H2O(l)、C→CO2(g)、S→SO2(g)等],反应①没有生成稳定氧化物,因此碳的燃烧热大于110.5 kJ/mol,故A正确;①的反应热为-221 kJ/mol,故B错误;稀硫酸与稀NaOH溶液反应的中和热为57.3 kJ/mol,故C错误;CH3COOH为弱电解质,电离过程要吸热,则稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol水,放出的热量小于57.3 kJ,故D错误。
2.油酸甘油酯(相对分子质量884)在体内代谢时可发生如下反应: C57H104O6(s)+80O2(g)
57CO2(g)+52H2O(l)
4
+
-
2CO(g) ΔH=-221 kJ/mol
H2O(l) ΔH=-57.3 kJ/mol
已知燃烧1 kg该化合物释放出热量3.8×10 kJ。油酸甘油酯的燃烧热ΔH为( ) A.3.8×10 kJ· mol B.-3.8×10 kJ· mol C.3.4×10 kJ· mol D.-3.4×10 kJ· mol
答案 D 燃烧1 mol油酸甘油酯释放的热量为ΔH=-3.4×10 kJ·mol。 3.已知:
化学键 键能(kJ·mol)
-1
4
-1
4
-1
4
-1
4
-1
4
-1
3.8×104kJ1 000 g
×884 g≈3.4×10 kJ,则油酸甘油酯的燃烧热
4
C—H 414
C—F 489
H—F 565
F—F 158
CH4(g)+4F2(g)A.-1 928
1
CF4(g)+4HF(g) ΔH=a kJ·mol。则a等于( )
C.+1 838
D.-1 838
-1
B.+1 928
答案 A 由表格数据及反应可知,ΔH=414 kJ·mol×4+158 kJ·mol×4-489 kJ·mol×4-565 kJ·mol×4=a kJ·mol,解得a=-1 928,故选A。 4.已知:①CH4(g)+2O2(g)②2H2(g)+O2(g)③H2O(g)
CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-Q1 kJ/mol;
-1
-1
-1-1-1
2H2O(g) ΔH=-Q2 kJ/mol;
H2O(l) ΔH=-Q3 kJ/mol。
常温下,取体积比为4∶1的甲烷和H2的混合气体112 L(标准状况下),经完全燃烧后恢复到常温,则放出的热量为( )
A.(4Q1+0.5Q2)kJ B.(4Q1+Q2+10Q3)kJ C.(4Q1+2Q2)kJ
D.(4Q1+0.5Q2+9Q3)kJ
112 L22.4 L/mol
答案 D 标准状况下,112 L甲烷和氢气混合气体的物质的量为
4
=5 mol,甲烷和氢气的体积之比为
4∶1,所以甲烷的物质的量为5 mol×5=4 mol,氢气的物质的量为5 mol-4 mol=1 mol,根据盖斯定律①+③×2可得CH4(g)+2O2(g)
2H2O(l)
ΔH=-(Q2+2Q3)kJ/mol,4 mol甲烷完全燃烧放出的热量为4×(Q1+2Q3)kJ,1 mol氢气完全燃烧放出的热量为0.5×(Q2+2Q3)kJ,所以混合气体完全燃烧放出的热量为4×(Q1+2Q3)kJ+0.5×(Q2+2Q3)kJ=(4Q1+0.5Q2+9Q3)kJ。 5.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。该历程示意图如下。
CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-(Q1+2Q3)kJ/mol,根据盖斯定律,②+③×2可得2H2(g)+O2(g)
下列说法不正确的是( )
A.生成CH3COOH总反应的原子利用率为100% B.CH4→CH3COOH过程中,有C—H键发生断裂 C.①→②放出能量并形成了C—C键 D.该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率
答案 D 催化剂只影响化学反应速率,不会使化学平衡发生移动,故不会提高反应物的平衡转化率,D不正确。 6.HBr被O2氧化依次由如下Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三步反应组成,1 mol HBr被氧化为Br2放出12.67 kJ热量,其能量与反应过程曲线如图所示。 (Ⅰ)HBr(g)+O2(g)
HOOBr(g)
2HOBr(g) H2O(g)+Br2(g)
(Ⅱ)HOOBr(g)+HBr(g)(Ⅲ)HOBr(g)+HBr(g)
2
下列说法中正确的是( ) A.三步反应均为放热反应 B.步骤(Ⅰ)的反应速率最慢 C.HOOBr比HBr和O2稳定 D.热化学方程式为4HBr(g)+O2(g)
2H2O(g)+2Br2(g) ΔH=-12.675 kJ·mol
-1
答案 B 放热反应的反应物总能量高于生成物的总能量,根据题图可知,第一步反应为吸热反应,A项错误;步骤(Ⅰ)为吸热反应,导致体系温度降低,反应速率减慢,其余反应为放热反应,反应温度升高,反应速率加快,B项正确;HOOBr的总能量比HBr和O2的总能量高,能量越高,物质越不稳定,C项错误;根据题意,1 mol HBr被氧化为Br2放出12.67 kJ热量,则热化学方程式为4HBr(g)+O2(g)kJ·mol,D项错误。
7.最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置,实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下图所示,其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生反应为: ①EDTA-Fe-e
3+2+
--1
2H2O(g)+2Br2(g) ΔH=-50.68
EDTA-Fe
2H+S+2EDTA-Fe
+
2+
3+
②2EDTA-Fe+H2S
该装置工作时,下列叙述错误的是( ) A.阴极的电极反应:CO2+2H+2eB.协同转化总反应:CO2+H2S
+
-
CO+H2O
CO+H2O+S
C.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D.若采用Fe/Fe取代EDTA-Fe/EDTA-Fe,溶液需为酸性
3
3+
2+
3+
2+
答案 C 本题考查电解原理的应用。由石墨烯电极区反应①可知该极发生氧化反应,为阳极,则ZnO@石墨烯为阴极。阴极的电极反应为:CO2+2H+2e
+
-
CO+H2O,A正确;装置工作时涉及三个反应,Fe与Fe的转化循环
CO+H2O+S,B正确;石墨烯与
2+
3+
2+3+
进行,总反应为CO2与H2S之间的反应,根据得失电子守恒可知总反应为:CO2+H2S
电源正极相连,ZnO@石墨烯与电源负极相连,故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高,C错误;Fe、Fe均在酸性环境中稳定存在,D正确。
8.我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为:3CO2+4Na
2Na2CO3+C。下列说法错误的是( )
A.放电时,ClO-4向负极移动 B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2 C.放电时,正极反应为:3CO2+4eD.充电时,正极反应为:Na+e
+
--
-2CO23+C
Na
-
答案 D 放电时,负极反应为:4Na-4e4Na,正极反应为3CO2+4e
+-
-2-C+2CO2ClO-3;Na移向正极,CO3、4移向
+-
-负极,A、C正确;充电过程与放电过程相反,B正确;充电时,阳极反应为2CO23+C-4e
+
3CO2↑,D错误。
9.一种可充电锂—空气电池如图所示。当电池放电时,O2与Li在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。下列说法正确的是( )
A.放电时,多孔碳材料电极为负极
B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极 C.充电时,电解质溶液中Li向多孔碳材料区迁移 D.充电时,电池总反应为Li2O2-x
2Li+(1-2)O2↑
𝑥+
答案 D A项,依据题意和可充电电池装置图判断出,放电时锂电极作负极,多孔碳材料电极作正极,错误;B项,在原电池中,外电路电子由负极流向正极,即放电时,外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极,错误;C项,
4
充电时,电解质溶液中的阳离子向阴极区迁移,即Li向锂电极区迁移,错误;D项,充电时,Li在阴极区得到电子生成Li,阳极区生成O2,即电池总反应为Li2O2-x
2Li+(1-)O2↑,正确。
2
++
𝑥10.利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。可用电解LiCl溶液制备LiOH,装置如下图所示。下列说法中正确的是( )
A.电极B连接电源正极 B.A极区电解液为LiCl溶液 C.阳极反应式为2H2O+2e
-
H2↑+2OH
+
-
D.每生成1 mol H2,有1 mol Li通过该离子交换膜
答案 B 由题意知,电解LiCl溶液制备LiOH,由于B电极生成氢气,A与B用阳离子交换膜隔开,所以B为阴极,B极区为LiOH溶液,A极区为LiCl溶液。电极B上产生氢气,所以B为阴极,B连接电源负极,A项错误;A极区电解液为LiCl溶液,B项正确;阳极反应式为2Cl+2e通过该离子交换膜,D项错误。
11.已知1 mol CH4气体完全燃烧生成气态CO2和液态H2O,放出890.3 kJ热量,下列表示该反应的热化学方程式正确的是( ) A.CH4(g)+2O2(g)B.CH4(g)+2O2(g)C.CH4(g)+2O2(g)D.CH4(g)+2O2(g)
CO2(g)+2H2O(g) ΔH=+890.3 kJ·mol CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol CO2(g)+2H2O(l) ΔH=+890.3 kJ·mol CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.3 kJ·mol
-1-1-1-1
--
Cl2↑,C项错误;每生成1 mol H2,有2 mol Li
+
答案 B 1 mol CH4气体完全燃烧生成气态CO2和液态H2O,放出890.3 kJ热量,表示该反应的热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)
CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol,故选B。
-1
12.下列关于反应能量的说法正确的是( ) A.Zn(s)+CuSO4(aq)
ZnSO4(aq)+Cu(s) ΔH=-216 kJ·mol,则反应物总能量>生成物总能量
-1
B.相同条件下,如果1 mol氢原子所具有的能量为E1,1 mol氢分子所具有的能量为E2,则2E1=E2 C.101 kPa时,2H2(g)+O2(g)D.H(aq)+OH(aq)
+
-
2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol,则H2的标准燃烧热为-571.6 kJ·mol
-1
-1-1
H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol,则1 mol的氢氧化钠固体与含0.5 mol H2SO4的溶液混合
后放出57.3 kJ的热量
5
答案 A Zn(s)+CuSO4(aq) ZnSO4(aq)+Cu(s) ΔH=-216 kJ·mol,为放热反应,则反应物总能量>生成物
-1
总能量,故A正确;形成化学键释放能量,则2E1>E2,故B错误;H2的燃烧热为标准状况下1 mol氢气完全燃烧放出的能量,故C错误;氢氧化钠固体溶于水放出热量,1 mol NaOH固体与含0.5 mol H2SO4的稀硫酸混合后放出的热量大于57.3 kJ,故D错误。
13.已知通过乙醇制取氢气通常有如下两条途径: a.CH3CH2OH(g)+H2O(g)b.2CH3CH2OH(g)+O2(g)
4H2(g)+2CO(g) ΔH1=+256.6 kJ·mol 6H2(g)+4CO(g) ΔH2=+27.6 kJ·mol
-1-1
则下列说法正确的是( )
A.升高a的反应温度,乙醇的转化率增大 B.由反应b可知乙醇的燃烧热为13.8 kJ·mol C.对反应b来说,增大O2浓度可使ΔH2的值增大 D.由以上两种途径制取等量的氢气,消耗的能量相同
答案 A 反应a为吸热反应,升高温度,乙醇的转化率增大,A项正确。
14.随着各地治霾力度的加大,大力发展高性能燃料电池汽车成为研究课题。如图是某课题组设计的液体燃料电池示意图。下列有关叙述不正确的是( )
-1
A.该电池的优点是不产生污染气体,且液体燃料便于携带 B.电池内部使用的是阴离子交换膜,OH经交换膜移向负极
C.该燃料电池的电极材料采用多孔纳米碳材料,目的是增大接触面积,增加吸附量 D.该电池中通入N2H4的电极为正极,发生的电极反应式为N2H4+4OH-4e
---
N2↑+4H2O
答案 D A项,该燃料电池中,联氨和空气中的氧气反应生成氮气和水,不会造成大气污染,同时液态联氨便于携带,正确;B项,该原电池中,正极上氧气结合电子生成氢氧根离子,氢氧根离子移向负极,所以离子交换膜要选取阴离子交换膜,正确;C项,因为电池中正、负极上为气体参与的反应,所以采用多孔导电材料,可以提高反应物质在电极表面的吸附量,并使它们与电解质溶液充分接触,正确;D项,通入N2H4的电极为负极,负极上燃料失电子发生氧化反应,电极反应式为:N2H4+4OH-4e15.乙苯催化脱氢制苯乙烯的热化学方程式为已知:
6
--
N2↑+4H2O,错误。
+H2(g) ΔH
化学键 键能/kJ·mol
-1
C—H 412
C—C 348
CC 612
H—H 436
上述反应的ΔH为( )
A.248 kJ·mol B.240 kJ·mol C.120 kJ·mol D.124 kJ·mol
答案 D ΔH=(348+412×2) kJ·mol-(612+436) kJ·mol=124 kJ·mol。 16.工业生产水煤气的反应为C(s)+H2O(g)A.反应物能量总和大于生成物能量总和 B.CO(g)+H2(g)
C(s)+H2O(l) ΔH=-131.4 kJ/mol
CO(g)+H2(g) ΔH=131.4 kJ/mol,下列判断正确的是( )
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
C.工业生产水煤气的反应中生成1 mol H2(g)吸收131.4 kJ热量 D.工业生产水煤气的反应中生成1体积CO(g)吸收131.4 kJ热量
答案 C 题给反应是吸热反应,故反应物的总能量小于生成物的总能量,A错误;B中H2O的状态为液态,ΔH<-131.4 kJ/mol,错误;由题干反应可知生成1 mol H2(g)吸收的热量为131.4 kJ,C正确,D错误。 17.甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应原理如下: ①CH3OH(g)+H2O(g)②CH3OH(g)+2O2(g)
1
CO2(g)+3H2(g) ΔH=+49.0 kJ·mol CO2(g)+2H2(g) ΔH=-192.9 kJ·mol
-1
-1
下列说法正确的是( )
A.CH3OH(g)的燃烧热为+192.9 kJ·mol B.反应①中的能量变化如图所示
-1
C.CH3OH(g)转变成H2(g)的过程中一定要吸收能量 D.根据反应②推知反应:CH3OH(l)+2O2(g)
1
CO2(g)+2H2(g)的ΔH>-192.9 kJ·mol
-1
答案 D CH3OH(g)的燃烧热为1 mol CH3OH(g)完全燃烧生成CO2和液态水时所放出的热量,A错误;反应①的ΔH>0,而图示的ΔH=生成物总能量-反应物总能量<0,B错误;由题干可知,反应①为吸热反应,而反应②为放
7
热反应,C错误;同物质的量的同种物质,气态能量最高,其次是液态能量,固态能量最低,由反应②推知反应:CH3OH(l)+O2(g)
21
CO2(g)+2H2(g)的ΔH>-192.9 kJ·mol,D正确。
2SO3(g) ΔH反应过程中能量的变化如图所示。已知1 mol SO2(g)与0.5 mol O2(g)反
-1
-1
18.2SO2(g)+O2(g)
应生成1 mol SO3(g)的ΔH=-99 kJ·mol。
下列说法不正确的是( ) ．．．
A.图中A点、C点对应的能量大小分别表示反应物总能量、生成物总能量 B.E的大小对该反应的反应热无影响
C.该反应通常用V2O5作催化剂,加V2O5会使图中B点升高 D.图中ΔH=-198 kJ·mol
答案 C 图中A点、C点对应的能量大小分别表示反应物总能量、生成物总能量,A正确;反应热与活化能E的大小无关,B正确;使用催化剂可使反应的活化能降低,故加V2O5会使图中B点降低,C不正确;因1 mol SO2(g)与0.5 mol O2(g)反应生成1 mol SO3(g)的ΔH=-99 kJ·mol,所以 2 mol SO2(g)与1 mol O2(g)反应生成2 mol SO3(g)的ΔH=-198 kJ·mol,D正确。
19.“类推”是思维的一种形式,下列“类推”中正确的是( )
A.Fe片、Cu片连接插在稀硫酸中形成的原电池,Fe为负极;那么Fe片、Cu片连接插在浓硝酸中形成的原电池,Fe也为负极 B.Cl2+H2O
HCl+HClO是氧化还原反应,则ICl+H2O
HCl+HIO也是氧化还原反应
-1
-1
-1
C.镁比铝活泼,工业上用电解熔融氧化铝制铝,所以工业上也用电解熔融氧化镁的方法制镁
D.硝酸银溶液通常保存在棕色的试剂瓶中,是因为硝酸银见光易分解,那么浓硝酸也要保存在棕色试剂瓶中 答案 D Fe遇浓硝酸会发生钝化,因此Fe片、Cu片连接插在浓硝酸中形成的原电池,Fe为正极,A错误;反应ICl+H2O
HCl+HIO中各元素的化合价没有发生变化,因此不是氧化还原反应,B错误;工业上电解氯化镁制取
镁,C错误;硝酸银溶液通常保存在棕色的试剂瓶中,是因为硝酸银见光易分解,那么浓硝酸也要保存在棕色试剂瓶中,D正确。
20.关于如图所示的实验装置,下列说法不正确的是( ) ．．．
8
A.该装置为铁的吸氧腐蚀
B.一段时间后,向插入铁钉的玻璃筒内滴入NaOH溶液,可观察到铁钉附近的溶液中有沉淀生成 C.向插入石墨棒的玻璃筒内滴入石蕊试液,可观察到石墨棒附近的溶液变红 D.若将装置中的饱和食盐水换成稀硫酸,装置为析氢腐蚀
答案 C 饱和食盐水显中性,题图装置为铁的吸氧腐蚀,A正确;一段时间后,有亚铁离子产生,向插入铁钉的玻璃筒内滴入NaOH溶液,可观察到铁钉附近的溶液中有沉淀生成,B正确;石墨棒是正极,氧气得到电子转化为氢氧根离子,滴入石蕊试液,可观察到石墨棒附近的溶液变蓝,C错误;若将装置中的饱和食盐水换成稀硫酸,装置为析氢腐蚀,D正确。
21.干电池的模拟实验装置如图所示。下列说法不正确的是( )
A.锌片作负极,碳棒作正极
B.电子从锌片流向碳棒,电流方向则相反
C.NH4Cl是电解质,在锌片逐渐被消耗的过程中MnO2不断被氧化 D.该电池是一次电池,该废旧电池中锌可回收
答案 C 锌是活泼金属,则锌片作负极,碳棒作正极,A项正确;原电池中电子从负极沿导线流向正极,电流从正极流向负极,B项正确;用糊状NH4Cl作电解质,其中加入MnO2氧化吸收H2,C项错误;该电池是一次电池,该废旧电池中锌可回收,D项正确。
22.碱性电池因具有容量大,放电电流大的特点而得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解质溶液,电池总反应为Zn+2MnO2+2H2OA.电池工作时锌为负极
B.正极的电极反应式为2MnO2+2H2O+2e
--
Zn(OH)2+2MnO(OH),下列说法不正确的是( )
2MnO(OH)+2OH
-
C.电池工作时,电解质溶液的OH移向正极
D.外电路中每通过0.2 mol电子,理论上锌的质量减少6.5 g
9
答案 C 根据电池总反应可知Zn失去电子被氧化,为原电池的负极,故A正确;正极反应式为2MnO2+2H2O+2e
2MnO(OH)+2OH,故B正确;原电池中,OH由正极移向负极,故C错误;负极反应式为Zn-2e+2OH
----
-
Zn(OH)2,
外电路中每通过0.2 mol电子,消耗Zn的物质的量为0.1 mol,质量为0.1 mol×65 g/mol=6.5 g,所以理论上锌的质量减少6.5 g,故D正确。
23.将纯锌片和纯铜片按图示方式插入相同浓度的稀硫酸中一段时间,以下叙述正确的是( )
A.两烧杯中溶液的pH均增大
B.甲烧杯中铜片是正极,乙烧杯中铜片是负极 C.两烧杯中铜片表面均无气泡产生 D.产生气泡的速率甲比乙慢
答案 A 甲烧杯中可以形成原电池,乙烧杯中不能形成原电池,但是两烧杯中的反应均为Zn+H2SO4
ZnSO4+H2↑,随着H2SO4的消耗,溶液酸性减弱,pH均增大,A正确。甲烧杯中形成的原电池,Zn失去电子作负极,Cu作正极;乙烧杯中不能形成原电池,B错误。甲烧杯中铜片作原电池正极,电极反应式为2H+2e
+
-
H2↑,
所以铜片表面有气泡产生;乙烧杯中Zn直接与稀硫酸反应产生H2,Cu片表面无明显现象,C错误。甲烧杯中形成原电池使反应更迅速,所以产生气泡速率甲比乙快,D错误。
24.锌—空气电池(原理如图)可作为城市电动车的动力电源。该电池放电时Zn转化为ZnO。该电池工作时,下列说法正确的是( )
A.Zn电极是该电池的正极
B.Zn电极的电极反应式为Zn+H2O-2eC.OH向石墨电极移动
D.氧气在石墨电极上发生还原反应
答案 D 放电时Zn转化为ZnO,发生氧化反应,故Zn电极为该电池的负极,A错误;根据题图可知,电解质溶液为KOH溶液,故Zn电极的电极反应式为Zn+2OH-2e
----
ZnO+2H
+
ZnO+H2O,B错误;放电时,阴离子移向负极,即OH向Zn
-
电极移动,C错误;电池工作时,正极发生还原反应,D正确。
10
25.已知甲烷和汽油(可用C8H18表示)燃烧的热化学方程式如下: CH4(g)+2O2(g)C8H18(l)+O2(g)
225
CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890 kJ· mol; 8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=-5 472 kJ·mol。
-1
-1
某学校食堂拟选用天然气作为供热燃料,下列选择依据不正确的是( ) A.等质量的汽油和甲烷燃烧,甲烷产生的热量比汽油多,因此甲烷更高效 B.产生相同热量所生成的二氧化碳,汽油比甲烷多,因此甲烷更低效 C.甲烷含碳量低,燃烧更充分,不易产生CO,因此更环保
D.等物质的量的汽油和甲烷燃烧,汽油产生的热量比甲烷多,因此更环保
答案 D 16 g甲烷燃烧放出的热量是890 kJ,而16 g汽油燃烧放出的热量小于890 kJ,故A正确;燃烧甲烷产生890 kJ热量同时生成的二氧化碳为1 mol,燃烧汽油产生890 kJ热量同时生成的二氧化碳为
890 kJ·mol-15 472 kJ·mol
-1×8 mol≈1.3 mol,故B正确;甲烷含碳量为75%,而汽油的含碳量为8×12+18×100%≈84.2%,因此甲
8×12
烷含碳量低,燃烧更充分,不易产生CO,更环保,故C正确;等物质的量的汽油和甲烷燃烧,汽油产生的热量比甲烷多,但汽油的质量远大于甲烷的质量,生成的CO2更多,不环保,故D错误。 二、非选择题(本大题共7小题,共50分)
26.(6分)CO2是一种廉价的碳资源,其综合利用具有重要意义。回答下列问题: CO2与CH4经催化重整,制得合成气:
CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g)
①已知上述反应中相关的化学键键能数据如下:
化学键 键能/kJ·mol
-1
C—H 413
CO 745
H—H 436
C← O(CO) 1 075
则该反应的ΔH= 。分别在V L恒温密闭容器A(恒容)、B(恒压,容积可变)中,加入CH4和CO2各1 mol的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是 (填“A”或“B”)。
②按一定体积比加入CH4和CO2,在恒压下发生反应,温度对CO和H2产率的影响如图1所示。此反应优选温度为900 ℃的原因是 。
11
图1
答案 ①+120 kJ·mol B
②900 ℃时,合成气产率已经较高,再升高温度产率增幅不大,但能耗升高,经济效益降低
解析 (2)①由已知键能数据知,反应的ΔH=4×413 kJ·mol+2×745 kJ·mol-(2×1 075 kJ·mol+2×436 kJ·mol)=+120 kJ·mol;已知正反应是气体分子数增大的吸热反应,A(恒容)与B(恒压,容积可变)相比,B中压强小于A,减压平衡正向移动,则B容器中反应达到平衡后吸收的热量较多。②观察图像知,900 ℃时,合成气产率已经较高,再升高温度产率增幅不大,但能耗升高,经济效益降低,故此反应优选温度为900 ℃。 27.(4分)CO2是一种廉价的碳资源,其综合利用具有重要意义。回答下列问题:
O2辅助的Al-CO2电池工作原理如图2所示。该电池电容量大,能有效利用CO2,电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。
-1
-1
-1
-1
-1
-1
图2
电池的负极反应式: 。 电池的正极反应式:6O2+6e6CO2+6O-2
- 3C2O24+6O2
-
6O-2
反应过程中O2的作用是 。
该电池的总反应式: 。 答案 Al-3e
-
Al(或2Al-6e
3+-
2Al) 催化剂 2Al+6CO2
3+
Al2(C2O4)3
-
解析 观察原电池工作原理图知,铝电极作负极,多孔碳电极作正极,故负极反应式为Al-3e应式为6O2+6e2Al+6CO2
-
Al;正极反
3+
- 6O-2、6CO2+6O2- 3C2O24+6O2,由此可知反应过程中O2的作用是催化剂;电池总反应式为
Al2(C2O4)3。
28.(6分)某同学设计如图的实验方案来探究NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O反应中的能量变化。
12
(1)小烧杯中发生反应的化学方程式是 。 (2)步骤④溶液中产生的现象是 。
(3)由上述实验现象可知NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O反应为 反应(填“吸热”或“放热”),说明该反应中反应物的总能量 生成物的总能量(填“>”“<”或“=”)。 答案 (1)Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl(2)有白色晶体析出 (3)吸热 <
解析 (1)氯化铵属于铵盐,能和强碱氢氧化钡反应生成氨气、水和氯化钡,化学方程式为Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl
BaCl2+2NH3↑+10H2O;
BaCl2+2NH3↑+10H2O
(2)用稀硫酸吸收氨气以防止污染空气,硝酸钾的溶解度随着温度的降低明显下降,故溶液中应有白色晶体析出;
(3)KNO3溶液中有白色晶体析出,说明氢氧化钡和氯化铵的反应是吸热反应,即反应物的总能量小于生成物的总能量。
29.(4分)二甲醚(DME)是一种清洁的替代燃料,不含硫,不会形成微粒,而且与汽油相比,排放的NO2更少,因此是优良的柴油机替代燃料。工业上利用一步法合成二甲醚的反应如下(复合催化剂为CuO/ZnO/Al2O3):2CO(g)+4H2(g)
CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-204.7 kJ/mol。
(1)600 ℃时,一步法合成二甲醚的过程如下: CO(g)+2H2(g)2CH3OH(g)CO(g)+H2O(g)
CH3OH(g) ΔH1=-100.46 kJ/mol CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2
CO2(g)+H2(g) ΔH3=-38.7 kJ/mol
则ΔH2= 。
(2)以DME为燃料,氧气为氧化剂,在酸性电解质溶液中用惰性电极制成燃料电池,则通入氧气的电极是电源的 (填“正”或“负”)极,通DME的电极反应为 。 答案 (1)-3.78 kJ/mol (2)正 CH3OCH3+3H2O-12e解析 (1)已知: ①CO(g)+2H2(g)②2CO(g)+4H2(g)
13
-
2CO2↑+12H
+
CH3OH(g) ΔH1=-100.46 kJ/mol CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-204.7 kJ/mol
根据盖斯定律:②-①×2得2CH3OH(g)kJ/mol)×2=-3.78 kJ/mol;
CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-204.7 kJ/mol-(-100.46
(2)该燃料电池中,氧气得电子,则通入氧气的电极是电源的正极,负极上二甲醚失电子发生氧化反应生成二氧化碳,则负极反应式为CH3OCH3+3H2O-12e
-
2CO2↑+12H。
+
30.(10分)肼(N2H4)是一种高能燃料,在工业生产中用途广泛。 (1)0.5 mol肼中含有 mol极性共价键。
(2)工业上可用肼(N2H4)与新制Cu(OH)2反应制备纳米级Cu2O,同时放出N2,该反应的化学方程式为 。
(3)发射火箭时,肼为燃料,过氧化氢为氧化剂,两者反应生成氮气与水蒸气。已知1.6 g液态肼在上述反应中放出64.22 kJ的热量,写出该反应的热化学方程式: 。 (4)肼—过氧化氢燃料电池由于其较高的能量密度而备受关注,其工作原理如图所示。该电池正极反应式为 ,电池工作过程中,A极区溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。
答案 (1)2 (2)N2H4+4Cu(OH)2(3)N2H4(l)+2H2O2(l)(4)H2O2+2e
--
2Cu2O↓+N2↑+6H2O
N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1 284.4 kJ/mol
2OH 减小
,0.5 mol肼中含有极性共价键的物质的量为2 mol。
解析 (1)肼的结构式为
(2)工业上可用肼(N2H4)与新制Cu(OH)2反应制备纳米级Cu2O,同时放出N2,该反应的化学方程式为N2H4+4Cu(OH)2
2Cu2O↓+N2↑+6H2O。
(3)肼与过氧化氢反应生成氮气与水蒸气。1.6 g液态肼在反应中放出64.22 kJ的热量,则1 mol肼(32 g)燃烧放出
321.6
×64.22 kJ=1 284.4 kJ热量,反应的热化学方程式为N2H4(l)+2H2O2(l) N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1
284.4 kJ/mol。
(4)肼—过氧化氢燃料电池中正极发生还原反应,正极反应式为H2O2+2e总反应式为N2H4+2H2O2
-
2OH,电池工作过程中,A极为负极,
--
-
N2↑+4H2O,用总反应式减去正极反应式得到负极反应式为N2H4-4e+4OH
N2↑+4H2O,负极区溶液的pH逐渐减小。
14
31.(10分)某混合物浆液含Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4。考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出,某研究小组利用设计的电解分离装置(如图),使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液,并回收利用。回答Ⅰ和Ⅱ中的问题。
Ⅰ.固体混合物的分离和利用(流程图中的部分分离操作和反应条件未标明)
(1)反应①所加试剂NaOH的电子式为 ,B→C的反应条件为 ,C→Al的制备方法称为 。
(2)该小组探究反应②发生的条件。D与浓盐酸混合,不加热,无变化;加热有Cl2生成,当反应停止后,固体有剩余,此时滴加硫酸,又产生Cl2。由此判断影响该反应有效进行的因素有(填序号) 。 a.温度 b.Cl的浓度 c.溶液的酸度
(3)0.1 mol Cl2与焦炭、TiO2完全反应,生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2·xH2O的液态化合物,放热4.28 kJ,该反应的热化学方程式为 。 Ⅱ.含铬元素溶液的分离和利用
-(4)用惰性电极电解时,CrO24能从浆液中分离出来的原因是
-
,分离后含铬元素的粒子是 ;阴极室生成的物质为 (写化学式)。
答案 (1)Na[:O:H] 加热(或煅烧) 电解法
··
+
··
-
(2)ac
(3)2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s)
TiCl4(l)+2CO(g) ΔH=-85.6 kJ·mol
-1
-2-2-(4)在直流电源作用下,CrO24通过阴离子交换膜向阳极室移动,脱离浆液 CrO4和Cr2O7 NaOH和H2
解析 本题考查电子式的书写、热化学方程式的书写、电解原理及其应用等。
(1)NaOH是离子化合物,其电子式为Na[:O:H];固体混合物中含有Al(OH)3和MnO2,加入NaOH溶液,Al(OH)3
··
+
··
-
转化为易溶于水的NaAlO2,MnO2不能溶于NaOH溶液,故固体D为MnO2,溶液A中含有NaAlO2,向溶液A中通入CO2后生成的沉淀B为Al(OH)3,Al(OH)3受热分解生成Al2O3(固体C),工业上常用电解熔融的Al2O3制备金属铝。
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(2)固体D为MnO2。MnO2与浓盐酸混合,不加热无变化,加热有Cl2生成,说明该反应能否有效进行与温度有关;反应停止后,固体有剩余,滴加硫酸又产生Cl2,说明该反应能否有效进行与溶液的酸度有关。
(3)通过分析可知反应生成的还原性气体为CO,易水解成TiO2·xH2O的液态化合物为TiCl4,故反应的热化学方程式为2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s)
TiCl4(l)+2CO(g) ΔH=-85.6 kJ·mol。
-1
-(4)依据离子交换膜的性质和电解池的工作原理知,在直流电场作用下,CrO24通过阴离子交换膜向阳极室移动,
脱离浆液;在电解过程中,OH在阳极室失去电子生成O2,溶液的酸性增强,通过阴离子交换膜移向阳极室的
-2-2-2-CrO24有部分转化为Cr2O7,故分离后含铬元素的粒子是CrO4和Cr2O7;H在阴极室得到电子生成H2,溶液中的
+
-
OH浓度增大,混合物浆液中的Na通过阳离子交换膜移向阴极室,故阴极室生成的物质为NaOH和H2。 32.(10分)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得。
(1)利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为 溶液(填化学式),阳极电极反应式为 ,电解过程中Li向 电极迁移(填“A”或“B”)。
+
-+
(2)利用钴渣[含Co(OH)3、Fe(OH)3等]制备钴氧化物的工艺流程如下:
Co(OH)3溶解还原反应的离子方程式为 。铁渣中铁元素的化合价为 。在空气中煅烧CoC2O4生成钴氧化物和CO2,测得充分煅烧后固体质量为2.41 g,CO2体积为1.344 L(标准状况),则钴氧化物的化学式为 。 答案 (1)LiOH 2Cl-2e
-(2)2Co(OH)3+SO23+4H
+--
Cl2↑ B
2+
- 2Co+SO24+5H2O
3+
3+
[或Co(OH)3+3H
+
- Co+3H2O,2Co+SO23+H2O- 2Co+SO24+2H] +3 Co3O4
2+
+
--
解析 (1)B极区产生H2,则B极区发生还原反应,为阴极;A极电极反应式为2Cl-2e
+
Cl2↑,为阳极。A极
区电解液为LiCl溶液,B极区电解液为LiOH溶液;Li(阳离子)向阴极(B电极)移动。
(2)向浸液中加入了具有氧化性的NaClO3和O2,所以铁渣中的铁元素为+3价。设钴氧化物的化学式为CoxOy,由 xCoC2O4 +
16
𝑥2
O2CoxOy + 2xCO2
(59x+16y) g 2x×22.4 L
则
2.41 g 1.344 L
(59𝑥+16𝑥) g2𝑥×22.4 L
2.41 g
=
1.344 L
,解得x∶y=3∶4,则钴氧化物的化学式为Co3O4。
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