（新）2022届高考化学训练专题5 化学反应与能量

　　专题5　化学反应与能量微专题201920182017考情透析ⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢ热化学方程式与盖斯定律T28(3)T27(1)T28(2)T28(2)T27(1)T28(2)T28(2)T27(1)T28(3)考向:反应热,主要考查盖斯定律的运用、热化学方程式的书写;电化学,主要考查电极反应、电解质溶液中离子移动、充放电电池的工作原理分析、电化学腐蚀与防护题型:选择题、综合题分值:6+4电化学T12T28(4)T13T28(4)T13T27(3)T12T26(4)T11T27(3)T11T1110　热化学方程式与盖斯定律　　1.反应热、中和热、燃烧热的区别和联系 反应热中和热燃烧热含义化学反应过程中放出或吸收的热量在稀溶液中,强酸和强碱发生中和反应生成1molH2O(l)时所放出的热量在101kPa时,1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量反应特点任何反应中和反应燃烧反应物质状态物质的状态要确定稀溶液生成物在常温下为稳定状态方程式配平标准任意物质的量以生成1molH2O(l)为标准以燃烧1mol可燃物为标准ΔH符号放热反应取负值,吸热反应取正值负值负值能量数值的描述必须指出是放热还是吸热或使用正负值或用ΔH表示直接描述热量的变化时不必再指明是放出的热量,可用ΔH表示说明①用键能计算:ΔH=反应物的键能之和-生成物的键能之和②ΔH值与书写形式有关,单位一般是“kJ·mol-1”①电离吸热,溶解时吸热或放热②稀强酸与稀强碱反应的中和热ΔH为-57.3kJ·mol-1生成物为稳定的氧化物,如CO2、SO2、H2O(l)、P2O5等①在中学阶段,如果不指明条件就默认为通常状态,比较ΔH的相对大小时要考虑其数值的“+”“-”②用弱酸或弱碱的稀溶液进行中和反应时,每生成1molH2O(l)放出的热量小于57.3kJ　　2.热化学方程式的书写步骤3.四种计算化学反应热的方法　　(1)从宏观角度计算ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量(2)从微观角度计算ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和(3)从活化能角度计算ΔH=正反应活化能-逆反应活化能(4)利用盖斯定律计算:先书写目标热化学方程式,再计算反应热 　　两点说明:①不要把反应热与键能的关系和反应热与物质的总能量的关系混淆。②利用键能计算反应热时要准确把握各物质分子中化学键的数目。考点1▶　反应进程与能量变化1.(2019年北京海淀区高三二模)汽车尾气处理存在反应NO2(g)+CO(g)NO(g)+CO2(g),该反应过程及能量变化如图所示:下列说法正确的是(　　)。A.升高温度,平衡正向移动B.该反应生成了具有非极性共价键的CO2C.使用催化剂可以有效提高反应物的平衡转化率D.反应物转化为活化络合物需要吸收能量解析▶　由图像可知,该反应是一个放热反应,升高温度,平衡逆向移动,A项错误;CO2分子中含有的碳氧共价键为极性共价键,B项错误;催化剂能改变反应速率,但对化学平衡无影响,所以使用催化剂不能提高反应物的平衡转化率,C项错误;由图像可知,反应物的总能量小于活化络合物的总能量,所以由反应物转化为活化络合物需要吸收能量,D项正确。答案▶　D 1.(2019年四川攀枝花高三第三次统考)我国科学家使用双功能催化剂(能吸附不同粒子)催化水煤气变换反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔHFe3+>Cu2+>H+>……(2)阴离子在阳极上的放电顺序:S2->I->Br->Cl->OH->……4.电解池中的三个易误点(1)只有水被电解时,不要误认为溶液的pH不变或一定变化。若电解NaOH溶液,pH增大;电解H2SO4溶液,pH减小;电解Na2SO4溶液,pH不变。(2)在电解食盐水的过程中,刚开始阴极区显碱性。不要错误地认为阴极上产生的OH-因带负电荷,移向阳极,使阳极区显碱性。(3)电解MgCl2和AlCl3溶液时,虽然放电离子和电解NaCl溶液一样,但总的电解离子方程式不同。5.金属的电化学保护考点1▶　原电池的分析及电极反应式的书写 1.(2019年天津高三一模)在混合导体透氧膜反应器中只需一步就可同时制备氨合成气(N2、H2)和液体燃料合成气(CO、H2),其工作原理如图所示,下列说法错误的是(　　)。A.膜Ⅰ侧发生的反应为H2O+2e-H2↑+O2-、O2+4e-2O2-B.膜Ⅱ侧相当于原电池的负极C.膜Ⅱ侧发生的反应为CH4+O2--2e-2H2+COD.膜Ⅱ侧每消耗1molCH4,膜Ⅰ侧一定生成1molH2解析▶　膜Ⅰ侧,H2O和O2在正极均发生还原反应,结合题图可写出其电极反应式为H2O+2e-H2↑+O2-、O2+4e-2O2-,A项正确;原电池中阴离子由正极向负极移动,结合题图中O2-的移动方向可知,膜Ⅰ侧相当于原电池的正极,膜Ⅱ侧相当于原电池的负极,B项正确;膜Ⅱ侧CH4发生氧化反应,其电极反应式为CH4+O2--2e-2H2+CO,C项正确;膜Ⅰ侧发生的反应为H2O+2e-H2↑+O2-、O2+4e-2O2-,膜Ⅱ侧发生的反应为CH4+O2--2e-2H2+CO,则膜Ⅱ侧每消耗1molCH4,膜Ⅰ侧生成的H2小于1mol,D项错误。答案▶　D1.(2019年江西七校高三第一次联考)微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示,下列说法正确的是(　　)。A.HS-在硫氧化菌作用下转化为SO42-的电极反应为HS-+4H2O-8e-SO42-+9H+B.电子从b极流出,经外电路流向a极C.如果将反应物直接燃烧,能量的利用率不会变化D.若该电池电路中有0.4mol电子发生转移,则有0.45molH+通过质子交换膜 解析▶　负极上HS-在硫氧化菌作用下转化为SO42-,失电子发生氧化反应,电极反应式是HS-+4H2O-8e-SO42-+9H+,A项正确;b极是电池的正极,a极是负极,所以电子从a极流出,经外电路流向b极,B项错误;如果将反应物直接燃烧,会有部分化学能转化为光能,因此能量的利用率会有变化,C项错误;根据电子守恒,若该电池有0.4mol电子发生转移,则有0.4molH+通过质子交换膜,D项错误。答案▶　A1.有关原电池解题的思维路径2.书写原电池电极反应式的三个步骤(1)列物质标得失:按照负极发生氧化反应,正极发生还原反应,判断出电极反应物和产物,找出得失电子的数量。(2)看环境配守恒:电极产物在电解质溶液的环境中,应能稳定存在,如碱性介质中生成的H+应让其结合OH-生成水。电极反应式要遵守电荷守恒、质量守恒和得失电子守恒等,并加以配平。(3)两式加验总式:两电极反应式相加,与总反应式对照验证。考点2▶　电解池原理及应用2.(2019年山东济南外国语学校高三模拟)以H2、O2、熔融盐Na2CO3组成燃料电池,采用电解法制备Fe(OH)2,装置如图所示,其中电解池两极材料分别为铁和石墨,通电一段时间后,右侧玻璃管中产生大量的白色沉淀。则下列说法正确的是(　　)。A.石墨电极Ⅱ处的电极反应式为O2+4e-2O2-B.X是铁电极C.电解池中每有1molFe溶解,石墨Ⅰ处消耗H222.4LD.若将电池两极所通气体互换,X、Y两极材料也互换,实验方案更合理解析▶　左边装置是原电池,通入氢气的石墨Ⅰ是负极,通入氧气的石墨Ⅱ是正极,负极反应式为H2-2e-+CO32-CO2+H2O,正极反应式为O2+4e-+2CO22CO32-,A项错误;X与电源负极连接,作阴极,Y 与电源正极连接,作阳极,要制取Fe(OH)2,阳极Y必须是铁电极,X为石墨电极,B项错误;未指明气体所处的状态,因此不能确定氢气的体积,C项错误;若将电池两极所通气体互换,则石墨Ⅰ是正极,X是阳极,X电极材料是Fe,该电极产生的Fe2+和碱反应得到Fe(OH)2白色沉淀,Y电极产生H2,可以将沉淀和氧气隔绝,实验方案更合理,D项正确。答案▶　D2.(2019年陕西高三模拟)人工肾脏可用电化学方法除去代谢产物中的尿素[CO(NH2)2]。下列有关说法正确的是(　　)。A.a极为电源的负极B.电解结束后,阴极室溶液的pH与电解前相比将升高C.除去尿素的反应为CO(NH2)2+2Cl2+H2ON2+CO2+4HClD.若两极共收集到气体0.6mol,则除去的尿素为0.12mol(忽略气体溶解,假设氯气全部参与反应)解析▶　由图可知,左室电解产物为CO2和N2,发生氧化反应,故a极为电源的正极,右室电解产物为H2,发生还原反应,故b极为电源的负极,A项错误;阴极反应式为6H2O+6e-6OH-+3H2↑,阳极反应式为6Cl--6e-3Cl2↑,CO(NH2)2+3Cl2+H2ON2+CO2+6HCl,根据上述反应式可以看出在阴极室、阳极室产生的OH-、H+的数目相等,阳极室中反应产生的H+通过质子交换膜进入阴极室与OH-恰好反应生成水,所以阴极室中电解前后溶液的pH不变,B项错误;由图可知,阳极室首先是氯离子放电生成Cl2,Cl2再氧化尿素生成N2、CO2,同时会生成HCl,阳极室中发生的反应依次为6Cl--6e-3Cl2↑,CO(NH2)2+3Cl2+H2ON2+CO2+6HCl,C项错误;阴极反应式为6H2O+6e-6OH-+3H2↑,阳极反应式为6Cl--6e-3Cl2↑,CO(NH2)2+3Cl2+H2ON2+CO2+6HCl,若两极共收集到气体0.6mol,则n(N2)=n(CO2)=0.6×15mol=0.12mol,由反应CO(NH2)2+3Cl2+H2ON2+CO2+6HCl可知,所消耗的CO(NH2)2的物质的量也为0.12mol,D项正确。答案▶　D 1.惰性电极电解电解质溶液的产物判断方法2.“串联”类电池的解题流程考点3▶　电解池中电极反应式的书写3.(2019年天津红桥区高三一模)化学可以变废为宝,利用电解法处理烟道气中的NO,将其转化为NH4NO3的原理如图所示。下列说法错误的是(　　)。A.该电解池的阳极反应式为NO-3e-+2H2ONO3-+4H+B.该电解池的电极材料为多孔石墨,目的是提高NO的利用率和加快反应速率C.用NH4NO3的稀溶液代替水可以增强导电能力,有利于电解的顺利进行D.为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充的物质A为HNO3解析▶　根据装置图可知,在阳极NO失去电子,被氧化,生成NO3-,电极反应式为NO-3e-+2H2ONO3-+4H+,A项正确。电解池中的电极材料为多孔石墨,由于多孔石墨表面积大,吸附力强,因此可吸附更多的NO参与反应,因而可提高NO的利用率和加快反应速率,B项正确。NH4NO3的稀溶液中自由移动的离子浓度比水大, 因此用NH4NO3的稀溶液代替水可以增强导电能力,有利于电解的顺利进行,C项正确。在阳极NO被氧化为NO3-,电极反应式为NO-3e-+2H2ONO3-+4H+;该电池的总反应式为8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3,为使电解产物全部转化为NH4NO3,要适当补充NH3,D项错误。答案▶　D3.(2019年考前模拟)图甲为一种新型污水处理装置,该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能。图乙为电解氯化铜溶液的实验装置的一部分。下列说法中不正确的是(　　)。A.a极应与X连接B.N极发生还原反应,当N极消耗11.2L(标准状况下)O2时,则a极增重64gC.不论b极为何种电极材料,b极的电极反应式一定为2Cl--2e-Cl2↑D.若有机废水中含有乙醛,则M极的电极反应式为CH3CHO+3H2O-10e-2CO2↑+10H+解析▶　根据题给信息知,甲图是将化学能转化为电能的原电池,N极氧气得电子发生还原反应生成水,N极为原电池的正极,M极废水中的有机物失电子发生氧化反应,M极为原电池的负极。由图乙中Cl-移向b极,Cu2+移向a极可知,a极为阴极,应与负极相连,即a极与X相连,A项正确;N极是正极,氧气得电子发生还原反应,a极为阴极,铜离子得电子发生还原反应,根据得失电子守恒,则当N极消耗11.2L(标准状况下)气体时,则a极增重11.2L÷22.4L·mol-1×4÷2×64g·mol-1=64g,B项正确;b极为阳极,当为惰性电极时,电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,当为活性电极时,电极本身失电子发生氧化反应,C项错误;若有机废水中含有乙醛,图甲中M极为CH3CHO失电子发生氧化反应,电极反应式为CH3CHO+3H2O-10e-2CO2↑+10H+,D项正确。答案▶　C电解池中电极反应式的书写步骤 如果电解过程包括几个阶段,应该弄清楚每个阶段溶液中离子的放电情况,分步书写各个阶段的电极反应式和总反应式。考点4▶　二次电池4.(2019年北京高三模拟)高能LiFePO4电池,多应用于公共交通。电池中间是聚合物的隔膜,主要作用是在反应过程中只让Li+通过。该电池的原理为(1-x)LiFePO4+xFePO4+LixCnLiFePO4+nC,结构如图所示:下列说法不正确的是(　　)。A.放电时,正极的电极反应式为xFePO4+xLi++xe-xLiFePO4B.放电时,电子由负极经导线、用电器、导线到正极C.充电时,阴极的电极反应式为xLi++xe-+nCLixCnD.充电时,Li+向左移动解析▶　放电时,FePO4为正极,得电子发生还原反应,电极反应式为xFePO4+xLi++xe-xLiFePO4,A项正确;放电时,作为原电池,电子由负极经导线、用电器、导线到正极,B项正确;充电时,阴极为C得电子发生还原反应,电极反应式为xLi++xe-+nCLixCn,C项正确;充电时,作为电解池,阳离子向阴极移动,Li+向右移动,D项错误。答案▶　D 4.(2019年四川成都第七中学检测)如图所示的C-NaMO2电池是科学家正在研发的钠离子电池,据悉该电池可以将传统锂电池的续航能力提升7倍。该电池总反应为NaMO2+nCNa(1-x)MO2+NaxCn,下列说法正确的是(　　)。A.充电时,左侧电极为阳极B.电解质可以选用无水乙醇C.放电时,负极反应式为NaMO2-xe-Na(1-x)MO2+xNa+D.充电时,阳极反应式为nC+xNa++xe-NaxCn解析▶　充电时,钠离子移向左侧,左侧电极为阴极,A项错误;无水乙醇为非电解质,不能电离,B项错误;原电池中,负极发生失电子的氧化反应,放电时,负极反应式为NaMO2-xe-Na(1-x)MO2+xNa+,C项正确;电解池中,阳极上发生失电子的氧化反应,电极反应式为NaxCn-xe-nC+xNa+,D项错误。答案▶　C1.放电时为原电池装置,氧化剂一定在正极得电子,还原剂一定在负极失电子,进而得到各个电极的反应。2.充电时为电解池装置,将原电池的正极反应倒过来就是电解池的阳极反应,将原电池的负极反应倒过来就是电解池的阴极反应。3.溶液中离子移动方向的判断:放电时,阴离子移向负极,阳离子移向正极;充电时,阴离子移向阳极,阳离子移向阴极。4.可充电电池充、放电时电池的接法考点5▶　金属腐蚀与防护 5.(2019年四川成都高三第一次诊断)港珠澳大桥设计寿命120年,对桥体钢构件采用了多种防腐方法。下列分析错误的是(　　)。A.防腐原理主要是避免发生反应2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2B.钢构件表面喷涂环氧树脂涂层,是为了隔绝空气、水等防止形成原电池C.采用外加电流的阴极保护法时需外接镁、锌等作辅助阳极D.钢构件可采用不锈钢材料以减缓电化学腐蚀解析▶　铁为活泼金属,在潮湿的空气中容易发生吸氧腐蚀,发生的反应主要有2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2、4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3等,A项正确;钢构件表面喷涂环氧树脂涂层,可以隔绝空气、水等防止形成原电池,防止铁发生电化学腐蚀,B项正确;外接镁、锌等作辅助阳极属于牺牲阳极的阴极保护法,采用外加电流的阴极保护法时需外接电源,C项错误;不锈钢具有较强的耐腐蚀性,采用不锈钢材料作钢构件可以减缓电化学腐蚀,D项正确。答案▶　C5.(2019年北京西城高三第二次模拟)关于研究生铁的锈蚀实验,下列分析不正确的是(　　)。序号①②③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.①中,NaCl溶液中溶解的O2不足以使生铁片明显锈蚀B.②中,生铁片未明显锈蚀的原因之一是缺少H2OC.③中正极反应式:O2+4e-+2H2O4OH-D.对比①②③,说明苯能隔绝O2解析▶　根据实验现象,③中1小时观察到明显锈蚀,说明NaCl溶液中溶解有O2,只是苯不能隔绝空气中的O2进入NaCl溶液,而①中由于是密闭体系,溶解的O2较少,不足以使生铁片明显锈蚀,A项正确;苯属于非电解质,②中无电解质溶液,不满足电化学腐蚀的条件,B项正确;铁在中性环境下发生吸氧腐蚀,正极反应式为O2+4e- +2H2O4OH-,C项正确;③中发生吸氧腐蚀,①③溶液中均溶解有O2,③中观察到明显锈蚀,说明苯不能隔绝O2,D项错误。答案▶　D1.一般来说(可用下列原则判断):电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。2.对同一金属来说,腐蚀的快慢:强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中。3.活动性不同的两种金属,活动性差别越大,腐蚀越快。4.对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,金属腐蚀的速率越快。1.(2019年北京通州高三第三次模拟)CO2和CH4催化重整可制备合成气,对减缓燃料危机具有重要的意义,其反应历程示意图如下:下列说法不正确的是(　　)。A.合成气的主要成分为CO和H2B.①→②既有碳氧键的断裂,又有碳氧键的形成C.①→②的过程吸收能量D.Ni在该反应中作催化剂解析▶　由图示可知CO2和CH4在Ni催化作用下,最终生成CO和H2,A项正确;化学反应的过程中存在反应物中键的断裂和生成物中键的形成,由图示可知①→②过程中既有碳氧键的断裂,又有碳氧键的形成,B项正确;①的能量总和大于②的能量总和,则①→②的过程放出能量,C项错误;由图示可知CO2和CH4催化重整生成CO和H2的过程中Ni的质量和化学性质没有发生变化,则Ni为催化剂,D项正确。答案▶　C2.(2019年山东德州高三期末)已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH=-198kJ·mol-1,在V2O5存在时反应过程中的能量变化如图所示。下列叙述正确的是(　　)。 A.ΔH=E4-E3+E2-E1B.加入V2O5后反应经过两步完成,其中第一步决定反应速率C.加入V2O5,ΔH不变,但反应速率改变D.向密闭容器中充入2molSO2和1molO2,发生上述反应达平衡时,反应放热198kJ解析▶　根据图示可知,反应的焓变为吸收能量与放出能量的差值,ΔHE=1E-2E+3E-4,A项错误;多步反应的反应速率由速率较慢的反应决定,加入V2O5后第二步反应发生需要的能量高,反应速率慢,所以反应速率由第二步反应决定,B项错误;催化剂不能改变反应物、生成物的能量,所以ΔH不变,但催化剂能改变反应途径,所以使用催化剂后反应速率改变,C项正确;该反应是可逆反应,反应物不能完全转化为生成物,所以反应达到平衡时,放出的热量小于198kJ,D项错误。答案▶　C3.(2019年山东临沂高三教学质量检测)Li/Li2O体系的能量循环图如下所示。下列说法正确的是(　　)。A.ΔH3ΔH5D.ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5+ΔH6=0解析▶　O2由气态分子变为气态原子,需要断裂分子中的化学键,因此要吸收能量,HΔ3>0,A项错误;根据盖斯定律可知,反应的能量变化只与物质的始态与终态有关,与反应途径无关,根据物质转化关系图可知,HΔ1+HΔ2+HΔ3+HΔ4+HΔ5=HΔ6,B、D两项错误;根据物质转化关系图可知,HΔ1+HΔ2+HΔ3+HΔ4+HΔ5=HΔ6,HΔ1>0,HΔ2>0,HΔ3>0,HΔ4>0,所以HΔ6>HΔ5,C项正确。答案▶　C4.(2019年山东实验中学高三模拟考试)我国科学家在天然气脱硫研究方面取得了新进展,利用如图所示装置可发生反应H2S+O2H2O2+S↓。已知甲池中发生的反应如下: 下列说法不正确的是(　　)。A.该装置中存在光能向电能的转化B.H+从乙池移向甲池C.乙池溶液中发生的反应为H2S+I3-3I-+S↓+2H+D.甲池中碳棒上发生的电极反应为AQ+2H+-2e-H2AQ解析▶　该装置中有光照,所以是光能转化为电能,A项正确;H+在甲池中消耗,在乙池中生成,因此H+从乙池移向甲池,B项正确;由图可知乙池中H2S转化为S,S元素化合价降低,同时生成H+,根据得失电子守恒可知离子方程式为H2S+I3-3I-+S↓+2H+,C项正确;碳棒上发生的电极反应是一个转移溶液中H+的反应,电极反应式为AQ+2H++2e-H2AQ,D项错误。答案▶　D5.(2019年湖南高三月考)煤的液化可以合成甲醇。下列有关说法正确的是(　　)。①气化:C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g)　　　　　　　　　　　ΔH1=+90.1kJ·mol-1②催化液化Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH2=-49.0kJ·mol-1③催化液化Ⅱ:CO2(g)+2H2(g)CH3OH(g)+12O2(g)　ΔH3=akJ·mol-1A.催化液化Ⅰ的反应在高温下更容易自发进行B.C(s)+H2O(g)+H2(g)CH3OH(g)　ΔH=+41.1kJ·mol-1C.ΔH2>ΔH3D.如图所示为甲醇燃料电池的工作原理示意图,负极的电极反应式为CH3OH-6e-+6OH-CO2↑+5H2O　　解析▶　催化液化Ⅰ的反应的ΔH