天添资源网 http://www.ttzyw.com/
阶段过关检测(三) 物质结构与能量变化
(时间:90分钟 满分:100分)
可能用到的相对原子质量:H—1 O—16 Cu—64 Ag—108
一、选择题(每小题3分,共48分,每小题只有一个选项符合题意)
1.微粒用 Rn+表示,下列关于该微粒的叙述正确的是( B )
A.所含质子数=A-n B.所含中子数=A-Z
C.所含电子数=Z+n D.质量数=A+Z
2.下列各项表达中正确的是( C )
A.Na2O2的电子式为NNa
B.16O2和18O2互为同素异形体
C.在氮原子中,质子数为7而中子数不一定为7
D.Cl-的结构示意图为
3.用铜片、银片设计成如图所示的原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是( D )
A.电子通过盐桥从乙池流向甲池
B.铜导线替换盐桥,原电池仍继续工作
C.开始时,银片上发生的反应是Ag-e-Ag+
D.将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池总反应相同
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
解析:根据原电池工作原理,电子由负极(Cu)沿导线传递给正极(Ag),电子不能进入溶液,正极(Ag):2Ag++2e-2Ag,负极(Cu):Cu-2e- Cu2+,总反应:Cu+2Ag+Cu2++2Ag,若将Cu片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同,若将盐桥换成铜导线,则右池构成原电池,左池构成电解池。
4.一种锂钒氧化物热电池装置如图所示。其电池总反应为xLi+ LiV3O8Li1+xV3O8,工作时需先引发铁和氯酸钾反应使共晶盐熔化。下列说法正确的是( D )
A.Li-Si合金为该热电池的正极
B.电池放电时Cl-移向LiV3O8电极
C.LiCl-KCl共晶盐可用LiCl和KCl的混合水溶液代替
D.放电时,正极反应式为LiV3O8+xLi++xe-Li1+xV3O8
解析:Li是活泼的金属,Li-Si合金为该热电池的负极,A错误;放电时Cl-移向负极,即移向锂电极,B错误;Li是活泼的金属,能与水反应,则LiCl-KCl共晶盐不能用LiCl和KCl的混合水溶液代替,C错误;放电时正极发生得电子的还原反应,即正极反应式为LiV3O8+xLi++xe-Li1+xV3O8,D正确。
5.常温下,1 mol化学键分解成气态原子所需要的能量用E表示,结合表中信息判断下列说法不正确的是( B )
共价键
H—H
F—F
H—F
H—Cl
H—I
E(kJ·mol-1)
436
157
568
432
298
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
A.表中最稳定的共价键是H—F
B.1 mol H2(g)与1 mol F2(g)生成2 mol HF(g)放出25 kJ 的能量
C.432 kJ·mol-1>E(H—Br)>298 kJ·mol-1
D.1 mol H2(g)分解成2 mol H(g) 需吸收436 kJ的能量
解析:表中键能最大的共价键是H—F,故最稳定的共价键是H—F,A正确;1 mol H2(g)与1 mol F2(g)生成 2 mol HF(g),放出的能量为(568×2-436-157)kJ=543 kJ,B不正确;Br的非金属性介于Cl和I之间,故432 kJ·mol-1>E(H—Br)>298 kJ·mol-1,C正确;由题中信息可知,1 mol H2(g)分解成2 mol H(g)需吸收436 kJ的能量,D正确。
6.X、Y、Z、W均为短周期元素,它们在元素周期表中的位置如图所示。下列说法正确的是( C )
A.Z的原子半径比Y的大
B.Z的氧化物对应水化物为强酸
C.存在多种含X的氢化物
D.X、Y、Z、W四种元素一定是主族元素
解析:Y和Z属于同周期,同周期从左向右原子半径减小,因此Z的原子半径比Y小,故A错误;如果Z是S,S的氧化物是SO2和SO3,其水化物是H2SO3和H2SO4,其中H2SO3不是强酸,故B错误;W可能是Ne,不属于主族元素,故D错误。
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
7.太阳能光电池具有可靠稳定、寿命长、安装维护简便等优点,现已得到广泛应用。氮化镓(GaN)光电池的结构如图所示。下列说法中正确的是( D )
A.该装置系统中只存在光能与电能之间的转化
B.Cu电极:CO2+8H+-8e-CH4+2H2O
C.工作时,产生的O2、CH4体积比为1∶1(同温同压)
D.离子交换膜为质子交换膜,H+从左池移向右池
解析:由氮化镓(GaN)光电池的工作原理装置图可知,该装置系统中存在太阳能转变为化学能、电能,电能又转变为热能、光能等,故A错误;右池Cu电极为正极,发生还原反应,CO2得到电子被还原生成CH4,电极反应式为CO2+8H++8e-CH4+2H2O,故B错误;根据转移电子守恒可知,同温同压产生的O2、CH4体积比为2∶1,故C错误;阳离子向正极移动,所以离子交换膜为质子交换膜,H+从负极(左池)移向正极(右池),故D正确。
8.已知:2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-217 kJ·mol-1
C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=b kJ·mol-1
H—H、O—H和OO键的键能分别为436、462和495(kJ·mol-1),则b为( B )
A.+352 B.+132 C.-120 D.-330
解析:①2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-217 kJ·mol-1
②C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=b kJ·mol-1,
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
根据盖斯定律:②×2-①得:
2H2O(g)O2(g)+2H2(g) ΔH=2b kJ·mol-1-(-217 kJ·mol-1);
而2H2O(g)O2(g)+2H2(g) ΔH=(4×462-495-436×2)kJ·mol-1,
即2b kJ·mol-1-(-217 kJ·mol-1)=(4×462-495-436×2)kJ·mol-1
解得b=+132,故选B。
9.某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3和K2CO3为电解质、以CH4为燃料,该电池的工作原理如图所示,下列说法正确的是( A )
A.电极a为负极,发生氧化反应
B.C向正极移动
C.正极电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-
D.此电池在常温下也能工作
解析:燃料电池中通入燃料的电极是负极、通入氧化剂的电极是正极,根据电子流向知,左边a电极是负极、右边b电极是正极,所以a是CH4,b为O2,负极发生氧化反应,选项A正确;原电池放电时,C向负极移动,选项B错误;正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子,电极反应式为O2+2CO2+4e-2C,选项C错误;电解质为熔融碳酸盐,需要高温条件,选项D错误。
10.黑火药是中国古代的四大发明之一,其爆炸的热化学方程式为S(s)+2KNO3(s)+3C(s)K2S(s)+N2(g)+3CO2(g) ΔH=x kJ·mol-1,已知:①碳的燃烧热ΔH1=a kJ·mol-1;②S(s)+2K(s)K2S(s) ΔH2=
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
b kJ·mol-1;③2K(s)+N2(g)+3O2(g)2KNO3(s) ΔH3=c kJ·mol-1。则x为( A )
A.3a+b-c B.c+3a-b
C.a+b-c D.c+a-b
11.短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,W与X形成的某种化合物可用作水果的催熟剂,Y的氧化物为碱性氧化物,X、Y、Z三种元素的最外层电子数之和为11。下列说法正确的是( C )
A.原子半径:WQ>Z>X>Y
B.元素X的气态氢化物与Q的单质可发生置换反应
C.元素X与Y可以形成5种以上的化合物
D.元素Q的最高价氧化物对应水化物的酸性比W的强
解析:短周期主族元素X、Y、Z、W、Q的原子序数依次增大,X的气态氢化物极易溶于Y的氢化物中,联想NH3极易溶于水,可知X为氮元素,Y为氧元素;常温下,Z的单质能溶于W的最高价氧化物的水化物的稀溶液,却不溶于其浓溶液,说明Z为铝元素,W为硫元素,因为铝在常温下能溶于稀硫酸,在浓硫酸中发生钝化;Q只能为氯元素。同周期自左而右原子半径减小,电子层越多原子半径越大,故原子半径Z(Al)>W(S)>Q(Cl)>X(N)>Y(O),故A不正确;氯气能与氨气反应得到氮气、HCl(或氯化铵),属于置换反应,故B正确;N元素与O元素可以形成N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5,故C正确;非金属性Cl>S,故Cl元素最高价氧化物对应水化物的酸性更强,故D正确。
二、非选择题(共52分)
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
17.(8分)根据元素在周期表中的位置能推测元素的原子结构以及相关物质的性质。下图是元素周期表的一部分,请根据图中字母所示元素的位置回答问题。
(1)元素W在周期表中所处的位置是 ;元素P的原子结构示意图为 ;元素Y的最高价氧化物的电子式为 。
(2)元素M和N的单质中还原性较强的是 (填元素符号,下同);元素Y、Z、W的非金属性由强到弱的顺序为 。
(3)元素Z、N、T形成的简单离子中,半径由大到小的顺序 为 (填离子符号)。
(4)下列说法中,正确的有 。
①元素Y的单质有多种同素异形体
②M2Z中仅含离子键,M2Z2中仅含共价键
③X2T和M2Z都是离子化合物
④X2Z比X2T的沸点更高
(5)X、Z、M、T可形成含Z原子个数不同的两种常见酸式盐(均含四种元素),这两种酸式盐在溶液中相互反应的离子方程式为 。
答案:(1)第三周期第ⅣA族
(2)Na O>C>Si
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
(3)r(S2-)>r(O2-)>r(Al3+)(写S2->O2->Al3+也给分)
(4)①④
(5)HS+H+SO2↑+H2O
18.(8分)X、Y、Z、M、W是原子序数由小到大排列的五种短周期主族元素,其中X、Z、M、W四种元素的原子序数之和为32,在元素周期表中X是原子半径最小的元素,Y原子的最外层电子数是其电子层数的2倍,Z、M左右相邻,M、W位于同主族。回答下列问题:
(1)Y在周期表中的位置是 ,W的阴离子符号是 。
(2)Z的单质的结构式为 。标准状况下,试管中收集满Z的简单氢化物后倒立于水中(假设溶质不向试管外扩散),一段时间后,试管内溶液中溶质的物质的量浓度为 。
(3)由X、Z、M三种元素组成的化合物是酸、碱、盐的化学式分别为 、 、 (各举一例)。
(4)写出加热时Y的单质与W的最高价氧化物的水化物的浓溶液发生反应的化学方程式: 。
答案:(1)第二周期ⅣA族 S2-
(2)N≡N 0.045 mol/L(或 mol/L)
(3)HNO3(或HNO2) NH3·H2O NH4NO3(或NH4NO2)
(4)C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O
19.(12分)为解决能源短缺问题,工业生产中应合理利用化学能。
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
(1)25 ℃、1.01×105 Pa时,实验测得,4 g氢气在O2中完全燃烧生成液态水,放出572 kJ的热量,则表示H2的燃烧热的热化学方程式为
。
(2)如图是某笔记本电脑使用的甲醇燃料电池的结构示意图。放电时甲醇应从 (填“a”或“b”)处通入,电池内部H+向 (填“左”或“右”)移动。写出电池负极的电极反应式:
。
(3)从化学键的角度分析,化学反应的过程就是反应物化学键的破坏和生成物化学键的形成过程。已知:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=
-93 kJ·mol-1,试根据表中所列键能数据计算a的数值 。
化学键
H—H
N—H
N≡N
键能/(kJ·mol-1)
436
a
945
当可逆反应中净生成N—H物质的量为2 mol时,反应放热 。
(4)已知:C(s,石墨)+O2(g)CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1
2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH2=-571.6 kJ·mol-1
2C2H2(g)+5O2(g)4CO2(g)+2H2O(l) ΔH3=-2 599 kJ·mol-1
根据盖斯定律,计算反应2C(s,石墨)+H2(g)C2H2(g) 的ΔH= 。
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
解析:(1)25 ℃、1.01×105 Pa时,实验测得,4 g氢气在O2中完全燃烧生成液态水,放出572 kJ的热量,2 g即 1 mol H2在氧气中燃烧生成液态水,放出286 kJ热量,则表示H2的燃烧热的热化学方程式为H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=-286 kJ·mol-1。
(2)原电池中电子从负极经外电路流向正极,根据电子流向可知,a电极为负极,甲醇在负极上发生氧化反应,氢离子移向正极(右侧),负极电极反应式为2CH3OH+2H2O-12e-2CO2+12H+。
(3)N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=945 kJ·mol-1+436 kJ·mol-1× 3-a kJ·mol-1×6=-93 kJ·mol-1,a=391;当可逆反应中净生成N—H物质的量为2 mol时,即生成 mol NH3,根据反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-93 kJ·mol-1可知,反应放热31 kJ。
(4)①C(s,石墨)+O2(g)CO2(g)
ΔH1=-393.5 kJ·mol-1
②2H2(g)+O2(g)2H2O(l)
ΔH2=-571.6 kJ·mol-1
③2C2H2(g)+5O2(g)4CO2(g)+2H2O(l)
ΔH3=-2 599 kJ·mol-1
利用盖斯定律将①×2+②×-③×可得:
2C(s,石墨)+H2(g)C2H2(g) ΔH=(-393.5 kJ·mol-1)×2+1/2× (-571.6 kJ·mol-1)-1/2×(-2 599 kJ·mol-1)= +226.7 kJ·mol-1。
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
答案:(1)H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=-286 kJ·mol-1
(2)a 右 2CH3OH+2H2O-12e-2CO2+12H+
(3)391 31 kJ (4)+226.7 kJ·mol-1
20.(12分)(1)火箭的第一、二级发动机中,所用的燃料为偏二甲肼和四氧化二氮,偏二甲肼可用肼来制备。
①用肼(N2H4)作燃料,四氧化二氮作氧化剂,两者反应生成氮气和气 态水。
已知:N2(g)+2O2(g)N2O4(g)
ΔH=+10.7 kJ·mol-1
N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)
ΔH=-543 kJ·mol-1
写出气态肼和N2O4反应的热化学方程式:
。
②已知四氧化二氮在大气中或在较高温度下很难稳定存在,它很容易转化为二氧化氮。试推断出二氧化氮制取四氧化二氮的反应条件(或措施):
。
(2)科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池,其效率更高,可用于航空航天。如图1所示装置中,以稀土金属材料作惰性电极,在两极上分别通入CH4和空气,其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体,它在高温下能传导阳极生成的O2-(O2+4e-2)。
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
①c电极的名称为 ,d电极上的电极反应式为
。
②如图2所示为电解100 mL 0.5 mol·L-1CuSO4溶液,a电极上的电极反应式为 。若a电极产生56 mL(标准状况)气体,则所得溶液的pH= (不考虑溶液体积变化),若要使电解质溶液恢复到电解前的状态,可加入 (填序号)。
a.CuO b.Cu(OH)2
c.CuCO3 d.Cu2(OH)2CO3
解析:(1)①a.N2(g)+2O2(g)N2O4(g),b.N2H4(g)+O2(g) N2(g)+2H2O(g),b×2-a得出:2N2H4(g)+N2O4(g)3N2(g)+4H2O(g)
ΔH=[2× (-543)-10.7]kJ·mol-1=-1 096.7 kJ·mol-1;②2NO2(g) N2O4(g),促使平衡向正反应方向进行,可以增大压强,此反应属于放热反应,也可以降低温度。(2)①根据电流的方向,电流从正极流向负极,即c为正极,d为负极,通入的B为CH4,电解质传导O2-,因此负极电极反应式为CH4+4O2--8e-CO2+2H2O;②a连接电源的正极,a为阳极,a电极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑;电解CuSO4溶液总反应方程式为2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+,假设Cu2+全部被电解成Cu,此时产生氧气的物质的量为 mol=0.025
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
mol,体积为0.025×22.4 L= 0.56 L>56 mL,因此Cu2+没有完全电解,因此有n(H+)= mol= 0.01 mol,c(H+)= mol·L-1=0.1 mol·L-1,则pH=1;根据上述分析,从溶液中析出的只是Cu和O2,因此恢复到电解前的状态,应加入CuO或CuCO3,即a、c正确。
答案:(1)①2N2H4(g)+N2O4(g)3N2(g)+4H2O(g) ΔH=
-1 096.7 kJ·mol-1 ②高压、低温(或加压、降温)
(2)①正极 CH4+4O2--8e-CO2+2H2O
②4OH--4e-2H2O+O2↑ 1 ac
21.(12分)某小组同学利用如图所示装置进行铁的电化学腐蚀原理的探究实验:
装置
分别进行的操作
现象
ⅰ.连好装置一段时间后,向烧杯中滴加酚酞
ⅱ.连好装置一段时间后,向烧杯中滴加K3[Fe(CN)6]溶液
铁片表面产生蓝色沉淀
(1)小组同学认为以上两种检验方法,均能证明铁发生了吸氧腐蚀。
①实验ⅰ中的现象是 。
②用化学用语解释实验ⅰ中的现象:
。
(2)查阅资料:K3[Fe(CN)6]具有氧化性。
①据此有同学认为仅通过ⅱ
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
中现象不能证明铁发生了电化学腐蚀,理由是
。
②进行下列实验,在实验几分钟后的记录如下:
实验
滴管
试管
现象
0.5 mol·L-1
K3[Fe(CN)6]溶液
ⅲ.蒸馏水
无明显变化
ⅳ.1.0 mol·L-1
NaCl溶液
铁片表面产生大量蓝色沉淀
Ⅴ.0.5 mol·L-1
Na2SO4溶液
无明显变化
a.以上实验表明:在 条件下,K3[Fe(CN)6]溶液可以与铁片发生反应。
b.为探究Cl-的存在对反应的影响,小组同学将铁片酸洗(用稀硫酸浸泡后洗净)后再进行实验ⅲ,发现铁片表面产生蓝色沉淀。此补充实验表明Cl-的作用是
。
(3)有同学认为上述实验仍不严谨。为进一步探究K3[Fe(CN)6]的氧化性对实验ⅱ结果的影响,又利用(2)中装置继续实验。其中能证实以上影响确实存在的是 (填字母序号)。
实验
试剂
现象
A
酸洗后的铁片、K3[Fe(CN)6]溶液(已除O2)
产生蓝色沉淀
B
酸洗后的铁片、K3[Fe(CN)6]和NaCl混合溶液(未除O2)
产生蓝色沉淀
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
C
铁片、K3[Fe(CN)6]和NaCl混合溶液(已除O2)
产生蓝色沉淀
D
铁片、K3[Fe(CN)6]和盐酸混合溶液(已除O2)
产生蓝色沉淀
(4)综合以上实验分析,利用实验ⅱ中试剂,设计能证实铁发生了电化学腐蚀的实验方案
。
解析:(1)铁—碳—氯化钠组成吸氧腐蚀的原电池,铁为负极,石墨为正极,正极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,所以正极显碱性,滴加酚酞会变红。所以得到:
①实验ⅰ中的现象是碳棒附近溶液变红。
②用化学用语解释实验ⅰ中的现象:O2+2H2O+4e-4OH-。
(2)①仅仅通过加入K3[Fe(CN)6]有蓝色沉淀只能证明溶液中有亚铁离子,问题是K3[Fe(CN)6]具有氧化性,亚铁离子是来自铁的腐蚀还是K3[Fe(CN)6]的氧化,这是无法确定的。
②a:通过实验ⅲ得到K3[Fe(CN)6]不能氧化单质铁,根据实验Ⅴ得到Na+对于这个过程无影响,所以实验ⅳ的结果说明Cl-对于K3[Fe(CN)6]溶液与铁片的反应有贡献。K3[Fe(CN)6]溶液与铁的反应需要有Cl-。
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
b:用硫酸清洗铁的目的是除去表面的氧化膜,酸洗后发生了K3[Fe(CN)6]溶液与铁片的反应,说明K3[Fe(CN)6]溶液可以与铁片发生反应,前面的实验中没有看到沉淀的原因是铁表面有氧化膜,所以前面的实验中Cl-的作用是破坏了氧化膜。
(3)从实验看出,实验的目的是排除氧气可能对实验的影响,即:证明上面的反应不是氧气在氧化单质铁。所以实验中一定要排除氧气,选项B一定错误。而选项D中加入盐酸,一定与单质铁反应生成亚铁离子,不能证明是K3[Fe(CN)6]溶液与铁片发生了反应,选项D错误。选项A的实验证明了K3[Fe(CN)6]溶液可以与铁片发生反应,选项C的实验证明了在Cl-存在下,K3[Fe(CN)6]溶液可以与未除去氧化膜的铁片发生反应,两个实验综合,证明Cl-破坏了铁片表面的氧化膜,所以正确的是选项AC。
(4)前面的(1)的主要问题在于,加入的K3[Fe(CN)6]可以与单质铁接触,有可能是发生了K3[Fe(CN)6]溶液与铁片的反应,所以应该取负极附近溶液,再向其中加入K3[Fe(CN)6]溶液,观察是否有蓝色沉淀,这样就避免了发生K3[Fe(CN)6]溶液与铁片的反应。
答案:(1)①碳棒附近溶液变红 ②O2+2H2O+4e-4OH-
(2)①K3[Fe(CN)6]可能氧化Fe生成Fe2+,会干扰由于电化学腐蚀负极生成Fe2+的检验 ②Cl-存在 破坏了铁片表面的氧化膜
(3)AC
(4)连好装置一段时间后,取铁片(负极)附近溶液于试管中,滴加K3[Fe(CN)6
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
]溶液,若出现蓝色沉淀,则说明负极附近溶液中产生了Fe2+,即发生了电化学腐蚀
天添资源网 http://www.ttzyw.com/