6.生产液晶显示器的过程中使用的化学清洗剂NF3是一种温室气体,其存储能量的能力是CO2的12000~20000倍,在大气中的寿命可长达740年之久,以下是几种化学键的键能:
化学键
N≡N
F—F
N—F
键能/kJ·mol-1
941.7
154.8
283.0
下列说法中正确的是( )
A.过程N2(g)―→2N(g)放出能量
B.过程N(g)+3F(g)―→NF3(g)放出能量
C.反应N2(g)+3F2(g)===2NF3(g)的ΔH>0
D.NF3吸收能量后如果没有化学键的断裂与生成,仍可能发生化学反应
答案 B
解析 A项由N2―→2N破坏化学键需吸收能量;B项,N(g)+3F(g)―→NF3是形成化学键,放出能量;C项,ΔH=(941.7+154.8×3-283.0×6)kJ·mol-1=-291.9kJ·mol-1;D项,化学反应的实质是化学键的断裂和形成。
7.有一种新型燃料电池使用两块吸附气体的海绵状金属作电极插入KOH溶液中,然后向两极分别通入CH4和O2,其电极反应为X极:
CH4+10OH--8e-===CO
+7H2O;Y极:
2H2O+O2+4e-===4OH-。
下列说法中,错误的是( )
A.通入甲烷的一极为电池的负极
B.放电一段时间后,电解质溶液中KOH的物质的量浓度不变
C.在标况下,通入5.6L氧气,完全反应后,有1mol电子发生转移
D.放电时,1mol甲烷在X极反应时有2mol氧气在Y极反应
答案 B
解析 由题意知电池总反应为CH4+2O2+2OH-===CO
+3H2O,反应过程中消耗OH-,故KOH的物质的量浓度减小,选B。
8.某原电池装置如图所示,盐桥中装有KCl饱和溶液的琼脂。
下列有关叙述中正确的是( )
A.Fe作正极,发生氧化反应
B.负极反应:
2H++2e-===H2↑
C.工作一段时间后,两烧杯中溶液的pH均不变
D.工作一段时间后,NaCl溶液中c(Cl-)增大
答案 D
解析 A项,Fe作负极,发生氧化反应,不正确;B项,负极反应式为Fe-2e-===Fe2+,不正确;C项,因为正极反应式为2H++2e-===H2↑,故右侧烧杯中溶液的pH增大,不正确;D项,因为在原电池中阴离子向负极移动,盐桥中的Cl-向负极移动,故NaCl溶液中c(Cl-)
增大,正确。
9.关于如图装置的说法正确的是( )
A.银电极是负极
B.铜电极上发生的反应为Cu-2e-===Cu2+
C.外电路中的电子是从银电极流向铜电极
D.该装置能将电能转化为化学能
答案 B
解析 Cu为负极,Ag为正极。
负极:
Cu-2e-===Cu2+
正极:
2Ag++2e-===2Ag
电子从Cu经外电路流向Ag。
10.如图是一种可充电的锂离子电池充放电的工作示意图。
放电时该电池的电极反应式为
负极:
LixC6-xe-===C6+xLi+(LixC6表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料)
正极:
Li1-xMnO2+xLi++xe-===LiMnO2(LiMnO2表示含锂原子的二氧化锰)
下列有关说法不正确的是( )
A.该电池的反应式为Li1-xMnO2+LixC6===LiMnO2+C6
B.K与M相接时,A是阳极,发生氧化反应
C.K与N相接时,Li+由A极区迁移到B极区
D.在整个充、放电过程中至少存在3种形式的能量转化
答案 C
解析 A项,负极反应式和正极反应式相加得总反应式;B项,A与正极相连,作阳极,发生氧化反应;C项,K与N相连,形成原电池,Li+移向正极,根据充电示意图判断,A为正极,B为负极;D项,充电时电能转化为化学能,放电时化学能转化为电能、光能等。
11.如图所示,a、b、c、d均为铂电极,供选择的四组电解质溶液列表中,电解时要求满足的条件是①通电一段时间后,甲、乙两池的pH均减小,②电极a、c上得到电子形成的原子个数比为1∶2,则电解液的编号正确的是( )
甲
乙
A
NaCl
AgNO3
B
AgNO3
CuCl2
C
CuSO4
AgNO3
D
H2SO4
AgNO3
答案 C
解析 A项,甲中pH增大,乙中pH减小;B项,甲中pH减小,乙中pH增大,电极a、c上得电子形成的原子数之比为2∶1;C项,电解CuSO4、AgNO3溶液pH均减小,电极a、c上析出Cu、Ag原子数之比为1∶2,正确;D项,电解H2SO4、AgNO3溶液pH均减小,电极a、c得电子形成原子数之比为1∶1。
12.有A、B、C、D四种金属,做如下实验:
①将A与B用导线连接起来,浸入电解质溶液中,B不易腐蚀;②将A、D分别投入等物质的量浓度的盐酸中,D比A反应剧烈;③将铜浸入B的盐溶液里,无明显变化,如果把铜浸入C的盐溶液里,有金属C析出。
据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是( )
A.A>B>C>DB.C>D>A>B
C.D>A>B>CD.A>B>D>C
答案 C
解析 ①A与B用导线连接后浸入电解质溶液中会构成原电池,B不易腐蚀,说明B为原电池的正极,说明金属活动性:
A>B;②A、D与等物质的量浓度的盐酸反应,D比A反应剧烈,说明金属活动性:
D>A;③根据置换反应规律,Cu不能置换出B,说明金属活动性:
B>Cu;Cu能置换出C,说明金属活动性:
Cu>C。
则四种金属活动性的排列顺序是D>A>B>C。
13.用压强传感器探究生铁在pH=2和pH=4醋酸溶液中发生腐蚀的装置及得到的图像如下:
分析图像,以下结论错误的是( )
A.溶液pH≤2时,生铁发生析氢腐蚀
B.在酸性溶液中生铁可能发生吸氧腐蚀
C.析氢腐蚀和吸氧腐蚀的速率一样快
D.两溶液中负极反应均为Fe-2e-===Fe2+
答案 C
解析 A项,根据pH=2的溶液中压强与时间的关系知,压强随着反应的进行而逐渐增大,说明该装置发生析氢腐蚀,则溶液pH≤2时,生铁发生析氢腐蚀,正确;B项,pH=4的醋酸溶液中压强随着反应的进行而逐渐减小,说明生铁发生吸氧腐蚀,pH=4的醋酸溶液呈酸性,所以在酸性溶液中生铁可能发生吸氧腐蚀,正确;C项,根据压强与时间关系图知,pH=2的溶液和pH=4的溶液中,变化相同的压强时所用时间不同,前者比后者使用时间长,说明吸氧腐蚀速率大于析氢腐蚀速率,错误;D项,两个溶液中都发生电化学腐蚀,铁均作负极,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+,正确。
14.如图所示,其中甲池的总反应式为2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O。
下列说法正确的是( )
A.甲池是电能转化为化学能的装置,乙、丙池是化学能转化电能的装置
B.甲池通入CH3OH的电极反应为CH3OH-6e-+2H2O===CO
+8H+
C.反应一段时间后,向乙池中加入一定量Cu(OH)2固体,能使CuSO4溶液恢复到原浓度
D.甲池中消耗280mL(标准状况下)O2,此时丙池中理论上最多产生1.45g固体
答案 D
解析 A项,甲池是燃料电池,是化学能转化为电能的装置,乙、丙池是电解池,是将电能转化为化学能的装置,错误;B项,在燃料电池中,负极是甲醇发生失电子的氧化反应,在碱性电解质下的电极反应为CH3OH-6e-+2H2O+8OH-===CO
+8H2O,错误;C项,电解池乙池中,电解后生成硫酸、铜和氧气,要想复原,要加入氧化铜,错误;D项,甲池中根据电极反应:
O2+2H2O+4e-===4OH-,所以消耗280mL(标准状况下0.0125mol)O2,则转移电子0.05mol,根据丙装置中,在阴极上是氢离子放电,转移电子0.05mol,减小的氢离子是0.05mol,生成氢氧根离子是0.05mol,镁离子和氢氧根离子之间反应生成氢氧化镁,理论上最多产生氢氧化镁质量应该是0.05mol×
×58g·mol-1=1.45g固体,故D正确。
15.如下图所示,a、b是石墨电极,通电一段时间后,b极附近溶液显红色。
下列说法正确的是( )
A.X极是电源负极,Y极是电源正极
B.Cu电极上增重6.4g时,b极产生1.12L(标准状况)气体
C.电解过程中CuSO4溶液的pH逐渐增大
D.a极的电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑
答案 D
解析 a、b是石墨电极,通电一段时间后,b极附近溶液显红色,依据电解质溶液为氯化钠的酚酞溶液,判断b电极是阴极,Y为电源负极,X为电源正极,故A错误;6.4g的铜的物质的量是0.1mol,转移电子为0.2mol,生成氢气为0.1mol,体积为2.24L,故B错误;电解过程中CuSO4溶液中的氢氧根离子在阳极Pt电极失电子生成氧气,溶液中铜离子在Cu电极得到电子析出铜,溶液中氢离子浓度增大,溶液的pH逐渐减小,故C错误;a电极是氯离子失电子发生的氧化反应,电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑,故D正确;故选D。
第Ⅱ卷(非选择题,共55分)
二、非选择题(本题包括5小题,共55分)
16.(11分)
(1)已知2mol氢气燃烧生成液态水时放出572kJ热量,反应方程式是2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)。
请回答下列问题:
①该反应的生成物能量总和________(填“大于”“小于”或“等于”)反应物能量总和。
②若2mol氢气完全燃烧生成水蒸气,则放出的热量______(填“>”“<”或“=”)572kJ。
③与化石燃料相比,利用氢能源有很多优点,请说出其中一点___________________________。
(2)FeS2焙烧产生的SO2可用于制硫酸。
已知25℃、101kPa时:
2SO2(g)+O2(g)3(g)
ΔH1=-197kJ·mol-1;
H2O(g)===H2O(l) ΔH2=-44kJ·mol-1;
2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g)===2H2SO4(l)
ΔH3=-545kJ·mol-1
则SO3(g)与H2O(l)反应的热化学方程式是___________________________________
________________________________________________________________________。
(3)已知下列反应的热化学方程式:
6C(s)+5H2(g)+3N2(g)+9O2(g)===2C3H5(ONO2)3(l)ΔH1
2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)ΔH2
C(s)+O2(g)===CO2(g)ΔH3
则反应4C3H5(ONO2)3(l)===12CO2(g)+10H2O(g)+O2(g)+6N2(g)的ΔH为________________________________________________________________________。
答案
(1)①小于 ②< ③热值高或无污染
(2)SO3(g)+H2O(l)===H2SO4(l)
ΔH=-130kJ·mol-1
(3)12ΔH3+5ΔH2-2ΔH1
解析
(1)①H2和O2反应生成H2O是放热反应,所以反应物总能量应大于生成物总能量。
②生成水蒸气比生成液态水放出热量要少。
(2)2SO3(g)2(g)+O2(g)
ΔH=197kJ·mol-1
2H2O(l)===2H2O(g) ΔH2=88kJ·mol-1
2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g)===2H2SO4(l)
ΔH=-545kJ·mol-1
三式相加除以2得:
SO3(g)+H2O(l)===H2SO4(l)
ΔH=
kJ·mol-1=-130kJ·mol-1。
(3)4C3H5(ONO2)3(l)===12C(s)+10H2(g)+6N2(g)+18O2(g) -2ΔH1
12C(s)+12O2(g)===12CO2(g) 12ΔH3
10H2(g)+5O2(g)===10H2O(g) 5ΔH2
三式相加得
4C3H5(ONO2)3===12CO2(g)+10H2O(g)+O2(g)+6N2(g) ΔH=12ΔH3+5ΔH2-2ΔH1。
17.(10分)碳及其化合物与人类的生活、生产紧密联系。
(1)已知1g甲烷完全燃烧生成稳定的氧化物时放出QkJ的热量,写出表示甲烷标准燃烧热的热化学方程式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)已知:
C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=130kJ·mol-1,
2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH=-220kJ·mol-1。
断开1molH—H键、O===O键分别需要吸收436kJ、496kJ的热量,则断开1molO—H键需要吸收的热量为________(填字母)。
A.332kJB.118kJ
C.462kJD.360kJ
(3)以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原电池原理如图。
电极a、b表面发生的电极反应式分别为
a:
________________________________________________________________________,
b:
________________________________________________________________________。
答案
(1)CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-16QkJ·mol-1
(2)C
(3)a:
2H2O-4e-===O2↑+4H+ b:
2CO2+4e-+4H+===2HCOOH
解析
(1)在25℃、101kPa下,1g甲烷燃烧生成CO2和液态水时放热QkJ,则16g甲烷完全燃烧生成二氧化碳和液态水放出的热量为16QkJ,则甲烷标准燃烧热的热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-16QkJ·mol-1。
(2)已知①C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=130kJ·mol-1,
②2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH=-220kJ·mol-1
①×2-②得:
2H2O(g)===O2(g)+2H2(g) ΔH=(2×130+220)kJ·mol-1=480kJ·mol-1,
设O—H键能为akJ·mol-1,则4a-496-2×436=480,解得a=462,选项C正确。
(3)由图可知,左室加入水,生成氧气与氢离子,电极a发生氧化反应,为负极,电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+,右室通入二氧化碳,酸性条件下生成HCOOH,电极b发生还原反应,为正极,电极反应式为2CO2+4e-+4H+===2HCOOH。
18.(10分)钢铁工业是国家工业的基础。
请回答钢铁腐蚀、防护过程中的有关问题。
(1)铁在潮湿的空气中容易被腐蚀,写出铁发生电化学腐蚀时负极的电极反应:
________________________________________________________________________。
(2)生产中可用盐酸来除铁锈。
现将一生锈的铁片放入盐酸中,当铁锈被完全除尽后,溶液中继续发生的化合反应的离子方程式为_________________________________________。
(3)下列各个装置中铁棒被腐蚀由难到易的顺序是________(填字母)。
(4)在实际生产中,可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。
装置如图所示,请回答下列问题:
①B电极对应的金属是________,A电极的电极反应式是____________________________
________________________________________________________________________。
②镀层破损后,镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀,请简要说明原因________________________________________________________________________。
答案
(1)Fe-2e-===Fe2+
(2)2Fe3++Fe===3Fe2+
(3)DBCA (4)①铁 Cu-2e-===Cu2+ ②铁比铜活泼,镀层破坏后,在潮湿环境中形成原电池,铁为负极,加速铁的腐蚀
解析
(1)铁发生电化学腐蚀时,负极上Fe失电子发生氧化反应生成亚铁离子,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+。
(2)铁锈和HCl反应生成铁离子,铁离子和Fe发生氧化还原反应生成亚铁离子,离子方程式为2Fe3++Fe===3Fe2+。
(3)在金属腐蚀中,腐蚀快慢顺序是作电解池阳极>作原电池负极>化学腐蚀>作原电池正极>作电解池阴极,根据图像知,A中Fe作负极、B中铁作正极、C中铁发生化学腐蚀、D中铁作阴极,所以铁腐蚀由难到易顺序是DBCA。
(4)①电镀时,镀层Cu作阳极、镀件Fe作阴极,所以B的材料是Fe,阳极电极反应式为Cu-2e-===Cu2+;②Fe、Cu和电解质溶液构成原电池时,铁易失电子作负极加速被腐蚀,Zn、Fe和电解质溶液构成原电池,Zn易失电子作负极,Fe作正极被保护,所以铁比铜活泼,镀层破坏后,在潮湿环境中形成原电池,铁为负极,加速铁的腐蚀。
19.(10分)
(1)能量之间可相互转化:
电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能,而原电池可将化学能转化为电能。
设计两种类型的原电池,探究其能量转化效率。
限选材料:
ZnSO4(aq),FeSO4(aq),CuSO4(aq);铜片,铁片,锌片和导线。
①完成原电池甲的装置示意图(见上图),并作相应标注,要求:
在同一烧杯中,电极与溶液含相同的金属元素。
②以铜片为电极之一,CuSO4(aq)为电解质溶液,只在一个烧杯中组装原电池乙,工作一段时间后,可观察到负极____________________________________。
③甲乙两种原电池可更有效地将化学能转化为电能的是________,其原因是________________________________________________________________________。
(2)根据牺牲阳极的阴极保护法原理,为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀,在上述的材料中应选______作阳极。
答案
(1)①
(或其他合理答案)