专题6 化学能与热能 电化学.docx
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专题6化学能与热能电化学
专题6 化学能与热能 电化学
1.(2017·辽宁联考)已知反应H2(g)+
O2(g)===H2O(g)的能量变化如图所示,a、b、c表示能量变化,为正值,单位为kJ,下列说法正确的是( )
A.H2(g)+
O2(g)===H2O(g) ΔH=ckJ·mol-1
B.2H2O(g)===2H2(g)+O2(g) ΔH=-2(a-b)kJ·mol-1
C.1mol氢气与0.5mol氧气总能量为akJ
D.2mol氢气与1mol氧气完全反应生成2mol液态水放出的热量小于2(b-a)kJ
答案 B
解析 反应物的能量比生成物的能量高,该反应为放热反应,ΔH=-ckJ·mol-1,A项错误。
2molH2O逆向分解时,共吸收2bkJ能量,又释放2akJ能量得到产物,ΔH=-2(a-b)kJ·mol-1,B项正确。
图中标示了1mol氢气与0.5mol氧气总能量,但是在纵坐标中没有具体的读数,akJ是由此变化到气态原子时的能量变化,C项错误。
如果反应生成液态水,释放的能量更大,所以2mol氢气与1mol氧气完全反应生成2mol液态水放出的热量大于2(b-a)kJ,D项错误。
2.(2017·镇江一模)我国利用合成气直接制烯烃获重大突破,其原理是
反应①:
C(s)+1/2O2(g)===CO(g) ΔH1
反应②:
C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH2
反应③:
CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g) ΔH3=-90.1kJ·mol-1
反应④:
2CH3OH(g)―→CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH4,能量变化如图所示
反应⑤:
3CH3OH(g)―→CH3CH===CH2(g)+3H2O(g) ΔH5=-31.0kJ·mol-1
下列说法正确的是( )
A.反应③使用催化剂,ΔH3减小
B.反应④中正反应的活化能大于逆反应的活化能
C.ΔH1-ΔH2<0
D.3CO(g)+6H2(g)→CH3CH===CH2(g)+3H2O(g) ΔH=-121.1kJ·mol-1
答案 C
解析 催化剂不能改变焓变,A项错误。
反应④是放热反应,其中正反应的活化能小于逆反应的活化能,B项错误。
根据盖斯定律:
①-②即得到氢气燃烧的热化学方程式,氢气燃烧放热,所以ΔH1-ΔH2<0,C项正确。
根据盖斯定律:
③×3+⑤得3CO(g)+6H2(g)→CH3CH===CH2(g)+3H2O(g) ΔH=-301.3kJ·mol-1,D项错误。
3.(2017·江西五校模拟)H2与ICl的反应分①②两步进行,且两步都为可逆反应,其能量曲线如图所示,下列有关说法错误的是( )
①H2+IClHI+HCl 慢反应
②HI+IClI2+HCl 快反应
A.反应①、反应②均为放热反应
B.降低温度有利于提高HCl的产率
C.总反应速率的快慢主要由反应①决定
D.H2(g)+2ICl(g)I2(g)+2HCl(g) ΔH=-218kJ·mol-1,加入催化剂可使该反应的焓变增大
答案 D
解析 根据题图可知,反应①和反应②中反应物总能量都大于生成物,则反应①、反应②均为放热反应,A项正确;反应①、反应②和总反应都是放热反应,降低温度,平衡正向移动,B项正确;慢反应决定总反应速率,则总反应速率的快慢主要由反应①决定,C项正确;加入催化剂可改变反应的活化能,但不能改变焓变,D项错误。
4.(2017·北京押题卷)根据如图,下列判断正确的是( )
A.电子从Zn极流出,流入Fe极,经盐桥回到Zn极
B.烧杯b中发生的电极反应为Zn-2e-===Zn2+
C.烧杯a中发生反应O2+4H++4e-===2H2O,溶液pH降低
D.向烧杯a中加入少量K3[Fe(CN)6]溶液,有蓝色沉淀生成
答案 B
解析 在电解质溶液中不存在电子的流动,A项错误。
氯化钠溶液中,氧气得到电子生成氢氧根离子,C项错误。
a中铁没参与反应,无亚铁离子生成,加入少量K3[Fe(CN)6]溶液,无蓝色沉淀生成,D项错误。
5.(2017·河南百校联盟联考)一种锂铜可充电电池的结构如图所示,下列说法正确的是( )
A.放电时,正极上有金属锂析出
B.充电时,阳极区溶液中c(Cu2+)增大
C.放电时,负极区溶液中c(OH-)增大
D.充电时,阴极的电极反应式为Cu2++2e-===Cu
答案 B
解析 放电时,正极上水溶液中的Cu2+得电子发生还原反应,析出Cu,A项错误。
充电时,阳极材料为Cu,电极本身被氧化,使得阳极区溶液中c(Cu2+)增大,B项正确。
放电时,负极为Li失电子被氧化,生成Li+,负极区无水溶液,C项错误;充电时,阴极发生还原反应,只有Li+通过交换膜进入阴极区,电极反应是2Li++2e-===2Li,D项错误。
6.(2017·揭阳一模)有人设想以N2和H2为反应物,以溶有A的稀盐酸为电解质溶液,制造出新型燃料电池,装置如图所示,下列有关说法正确的是( )
A.通入N2的一极为负极
B.通入H2的电极反应为H2+2e-===2H+
C.物质A是NH4Cl
D.反应过程中左边区域溶液pH逐渐减小
答案 C
解析 正极发生还原反应,即氮气被还原生成NH
,电极反应式为N2+6e-+8H+===2NH
,通入N2的一极为正极,A项错误。
放电过程中,负极失去电子,电极反应为H2-2e-===2H+,B项错误。
根据负极和正极电极反应可得到总反应式为N2+3H2+2H+===2NH
,因此A为NH4Cl,C项正确。
正极电极反应N2+6e-+8H+===2NH
,反应中消耗氢离子,则反应过程中左边区域溶液pH逐渐升高,D项错误。
7.(2017·石家庄质检二)以铅蓄电池为电源将CO2转化为乙烯的装置如图所示,电解所用电极材料均为惰性电极。
下列说法不正确的是( )
A.b为铅蓄电池的正极
B.电解过程中,阳极区溶液中c(H+)逐渐减小
C.阴极反应式:
2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O
D.每生成1mol乙烯,理论上铅蓄电池中消耗12mol硫酸
答案 B
解析 电解酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯,二氧化碳得电子生成乙烯,电极反应式为2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O,为阴极反应,则a为电池的负极,b为电池的正极,阳极水失电子放出氧气,电极反应为2H2O-4e-===O2+4H+。
由二氧化碳得电子生成乙烯,则为阴极反应,所以a为电池的负极,b为电池的正极,A项正确。
阳极的电极反应为2H2O-4e-===O2+4H+,阳极区溶液中c(H+)逐渐增大,B项错误。
由二氧化碳得电子生成乙烯,则为阴极反应,电极反应式为2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O,C项正确。
每生成1mol乙烯,转移12mol电子,根据Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O,转移12mol电子,消耗12mol硫酸,D项正确。
8.(2017·湖北七市一调)用NaOH溶液吸收尾气中的SO2,将所得的Na2SO3溶液进行电解再生循环脱硫,其原理如图,a、b离子交换膜将电解槽分成为三个区域,电极材料均为石墨。
甲~戊分别代表生产中的原料或产品,其中丙为硫酸溶液。
下列说法错误的是( )
A.图中a表示阳离子交换膜
B.当电路中通过1mol电子的电量时,会有0.25mol的O2生成
C.甲为NaOH溶液
D.阳极的电极反应式为SO
+H2O-2e-===SO
+2H+
答案 B
解析 从丙为硫酸可知,硫酸根来源于亚硫酸根放电,故a为阳离子交换膜,b为阴离子交换膜,在阴极区应为水放电生成氢气和氢氧根离子,故甲为氢氧化钠;阳极应为亚硫酸根放电生成硫酸根,反应的电极反应式为SO
-2e-+H2O===2H++SO
。
根据上述分析,图中a表示阳离子交换膜,A项正确。
根据上述分析,阴极生成氢气,阳极生成硫酸,没有氧气放出,B项错误。
根据上述分析,甲为NaOH溶液,C项正确。
根据上述分析,阳极的电极反应式为SO
+H2O-2e-===SO
+2H+,故D项正确。
9.在化学反应中,只有极少数能量比平均能量高得多的反应物分子发生碰撞时才可能发生化学反应,这些分子称为活化分子,使普通分子变成活化分子所需提供的最低限度的能量叫活化能,其单位通常用kJ·mol-1表示。
请认真观察下图,然后回答问题:
(1)图中所示反应是______________(填“吸热”或“放热”)反应,该反应的ΔH=________________(用含E1、E2的代数式表示)。
(2)下列4个反应中符合示意图描述的反应的是_____________(填选项字母)。
A.水蒸气与炭反应
B.用水稀释氢氧化钠溶液
C.铝粉与Fe2O3反应
D.灼热的碳与CO2反应
(3)已知热化学方程式:
H2(g)+1/2O2(g)===H2O(g) ΔH=-241.8kJ·mol-1。
该反应的活化能为167.2kJ·mol-1,则其逆反应的活化能为__________________。
(4)以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。
已知:
CH4(g)+H2O(g)===CO(g)+3H2(g)
ΔH=+206.2kJ·mol-1
CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g)
ΔH=+247.4kJ·mol-1
CH4(g)与H2O(g)反应生成CO2(g)和H2(g)的热化学方程式为_____________________________________________________。
答案
(1)放热 (E2-E1)kJ·mol-1
(2)C
(3)409.0kJ·mol-1
(4)CH4(g)+2H2O(g)===CO2(g)+4H2(g)
ΔH=+165.0kJ·mol-1
解析
(1)依据图象分析反应物的能量大于生成物的能量,反应放热;反应的焓变=生成物的能量-反应物的能量,即ΔH=(E2-E1)kJ·mol-1。
(2)水蒸气与炭反应属于吸热反应,A项错误。
用水稀释氢氧化钠溶液不属于化学反应,B项错误。
铝粉与Fe2O3的反应属于放热反应,C项正确。
灼热的碳与CO2反应属于吸热反应,D项错误。
(3)反应的活化能是使普通分子变成活化分子所需提供的最低限度的能量,依据图象能量关系可知,逆反应的活化能=正反应的活化能+反应的焓变;H2(g)+
O2(g)===H2O(g) ΔH=-241.8kJ·mol-1,该反应的活化能为167.2kJ·mol-1,则其逆反应的活化能=167.2kJ·mol-1+241.8kJ·mol-1=409.0kJ·mol-1;
(4)①CH4(g)+H2O(g)===CO(g)+3H2(g)
ΔH=+206.2kJ·mol-1,
②CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g)
ΔH=+247.4kJ·mol-1,
据盖斯定律,①×2-②得:
CH4(g)+2H2O(g)===CO2(g)+4H2(g) ΔH=+165.0kJ·mol-1。
10.(2017·保定二模)将不可再生的天然气、石油、煤等化石燃料转化利用、变废为宝已成为当务之急。
(1)根据键能数据估算CH4(g)+4F2(g)===CF4(g)+4HF(g)的反应热ΔH=________。
化学键
C—H
C—F
H—F
F—F
键能/(kJ·mol-1)
414
489
565
155
(2)甲醇、二甲醚(CH3OCH3)被称为21世纪的新型燃料,均可利用CO和H2反应合成。
①某燃料电池以二甲醚为原料,
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