第四章剖析物质变化中的能量变化知识点题库

下图装置(Ⅰ)是一种可充电电池，装置(Ⅱ)为电解池。装置(Ⅰ)的离子交换膜只允许Na^＋通过，已知电池充、放电的化学方程式为2Na₂S₂＋NaBr₃ $\text{[math]}$ Na₂S₄＋3NaBr，当闭合开关K时，X电极附近溶液变红。下列说法正确的是( )

A . 闭合开关K时，Na^＋从右到左通过离子交换膜 B . 闭合开关K时，负极反应式为3NaBr－2e^－=NaBr₃＋2Na^＋ C . 闭合开关K时，当有0.1 mol Na^＋通过离子交换膜时，X电极上放出标准状况下气体1.12 L D . 闭合开关K时，X电极反应式为2Cl^－－2e^－=Cl₂↑

工业上用废弃固体(含有Cu₂S、Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂ 等)制取粗铜、绿矾(FeSO₄·7H₂O)和明矾[KAl(SO₄)₂·12H₂O]，操作流程如下：

（1）气体a是(写化学式，下同)，试剂X是(已知X是一种盐)，固体C是。
（2）明矾可以净水，明矾净水的原理是(用离子方程式表示)。
（3）利用反应2Cu+O₂+2H₂SO₄ 2CuSO₄+2H₂O可制备CuSO₄ ，若将该反应设计成原电池，该电池的正极反应式为。
（4）取少量产品绿矾，加水溶解后再滴入几滴KSCN溶液，若产品绿矾中不含有Fe³⁺ ，观察到的现象为；若在产品绿矾的水溶液中滴加酸性高锰酸钾溶液，观察到的现象为，原因是 (用离子方程式表示)。
（5）已知绿矾受热分解的化学方程式为2FeSO₄·7H₂O Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑+14H₂O。称取3.5g产品绿矾，加热分解至恒重后(杂质受热不分解)，将反应所得的气体缓缓通入盛有足量蒸馏水的锥形瓶中，再用0.1000 mol·L^-1的酸性KMnO₄溶液滴定，滴定到终点时消耗酸性KMnO₄溶液的体积为25.00mL，则产品绿矾的纯度为 (保留三位有效数字)。

根据下列有关天然气的研究和应用回答问题：

（1）在一定温度和压强下，由最稳定单质生成1mol化合物的焓变称为该物质的摩尔生成焓。根据此定义，稳定单质的摩尔生成焓为0，某些化合物的摩尔生成焓如下表所示：

化合物

CO₂

CH₄

CO

摩尔生成焓（kJ·mol^-1）

-395

-74.9

-110.4

CH₄(g)与CO₂(g)反应生成CO(g)和H₂(g)的热化学方程式为
（2）若上述反应分Ⅰ、Ⅱ两步进行，其能量曲线如图所示。则总反应的反应速率取决于反应（填“I”或“Ⅱ”）。
（3）一定温度下反应：CO₂(g)+CH₄（g) $\text{[math]}$ 2CO(g)+2H₂(g）的平衡常数表达式Kp= （用平衡分压p代替平衡浓度表示）
（4）在压强为p₁、p₂、p₃的三个恒压密闭容器中分别通入1.0molCH₄(g)与1.0mol CO₂(g )，发生反应：CO₂(g)+CH₄(g) $\text{[math]}$ 2CO(g)+2H₂(g).测得平衡时CH₄的体积分数与温度、压强的关系如图所示。

① a点时CH ₄的转化率为

② 压强p ₁、p ₂、p ₃由大到小的顺序为，判断理由是。温度为T _l℃、压强为P ₃时，b点处v(正) v(逆）（填“<”、“>”或“="”)
（5）某种燃料电池以熔融碳酸钠、碳酸钾为电解质，其工作原理如图所示，该电池负极的电极反应式为.若电极B附近通入1m ³空气（假设空气中O ₂的体积分数为20% ）并完全反应，理论上可消耗相同条件下CH ₄的体积为m³

根据要求填空：

（1） FeSO₄可转化为FeCO₃ ， FeCO₃在空气中加热可制得铁系氧化物材料。已知25℃，101kPa时：4Fe(s)+3O₂(g)
=2Fe₂O₃(s)ΔH=-1648kJ/mol，C(s)+O₂(g)=CO₂(g) ΔH=-393kJ/mol，2Fe(s)+2C(s)+3O₂(g)=2FeCO₃(s) ΔH=-1480kJ/mol，FeCO₃在空气中加热反应生成Fe₂O₃的热化学方程式为。
（2）一定条件下，向容积可变的密闭容器中通入N₂和H₂ ，发生反应：N₂(g)+3H₂(g) $\text{[math]}$ 2NH₃(g) ΔH<0达到平衡后，试回答下列问题：
①达到平衡后，若其它条件不变，把容器体积缩小一半，平衡将(填“向逆反应方向”、“向正反应方向”或“不”)移动，平衡常数K将 (填“增大”、“减小”或“不变”)。

②达到平衡后，在恒压条件下，向容器中通入氦气(He)，氮气的转化率将（填“增大”、“减小”或“不变”)。
（3） AlCl₃溶液加热蒸干并灼烧最终得到物质是(填化学式)，将NaHCO₃与Al₂(SO₄)₃溶液混合后可做泡沫灭火剂，其原理是(用离子方程式表示)。

根据如下能量关系示意图，下列说法正确的是( )

A . 1 mol C(g)与1 mol O₂(g)的能量之和为393.5 kJ B . 反应2CO(g)+O₂(g) =2CO₂(g)中，生成物的总能量大于反应物的总能量 C . 由C→CO的热化学方程式为：2C(s)+O₂(g) =2CO(g) ΔH= −221.2 kJ∙mol⁻¹ D . 热值指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出热量，则CO热值ΔH= −10.1 kJ∙mol⁻¹

全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置(如图)。

已知：

①溶液呈酸性且阴离子为SO₄^2-；

②溶液中颜色：V³⁺绿色，V²⁺紫色，VO₂⁺黄色，VO²⁺蓝色；

③放电过程中，右槽溶液的颜色由紫色变成绿色。

下列说法不正确的是（）

A . 放电时B极为负极 B . 放电时若转移的电子数为3.01×10²³个，则左槽中H⁺增加0.5 mol C . 充电过程中左槽的电极反应式为：VO²⁺+H₂O-e^-=VO₂⁺+2H⁺ D . 充电过程中H⁺通过质子交换膜向右槽移动

下列变化过程对应的能量转化关系错误的是（）

A . 燃料电池：化学能→电能 B . 太阳能热水器：太阳能→电能 C . 植物光合作用：光能→生物质能 D . 电解水制氢气：电能→化学能

为探究NaHCO₃、Na₂CO₃与1 mol/L盐酸反应（设两反应分别是反应Ⅰ、反应Ⅱ）过程中的热效应，进行实验并测得如下数据：

序号	液体	固体	混合前温度	混合后最高温度
①	35 mL水	2.5 g NaHCO₃	20 ℃	18.5 ℃
②	35 mL水	3.2 g Na₂CO₃	20 ℃	24.3 ℃
③	35 mL盐酸	2.5 g NaHCO₃	20 ℃	16.2 ℃
④	35 mL盐酸	3.2 g Na₂CO₃	20 ℃	25.1 ℃

下列有关说法正确的是（）

A . 仅通过实验③即可判断反应Ⅰ是吸热反应 B . 仅通过实验④即可判断反应Ⅱ是放热反应 C . 通过实验可判断出反应Ⅰ、Ⅱ分别是吸热反应、放热反应 D . 通过实验可判断出反应Ⅰ、Ⅱ分别是放热反应、吸热反应

如图是一种利用锂电池“固定CO₂”的电化学装置，在催化剂的作用下，该电化学装置放电时可将CO₂转化为C和Li₂CO₃ ，充电时选用合适催化剂，仅使Li₂CO₃发生氧化反应释放出CO₂和O₂。下列说法中正确的是（）

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A . 该电池放电时，Li⁺向电极X方向移动 B . 该电池充电时，电极Y与外接直流电源的负极相连 C . 该电池放电时，每转移4 mol电子，理论上生成1mol C D . 该电池充电时，阳极反应式为：C+2Li₂CO₃-4e^-=3CO₂↑+4Li

CH₃OH是一种无色有刺激性气味的液体，在生产生活中有重要用途，同时也是一种重要的化工原料。

（1）已知：反应CH₃OH（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂（g）的能量变化如图所示，下列说法正确的是（填字母）。

a CH₃OH转变成H₂的过程是一个吸收能量的过程

b H₂的生成速率与CH₃OH的消耗速率之比为1：2

c 化学变化不仅有新物质生成，同时也一定有能量变化

d 1molH-O键断裂的同时2molC=O键断裂，则反应达最大限度
（2）某温度下；将5molCH₃OH和2molO₂充入2L的密闭容器中，经过4 min反应达到平衡，测得c（O）=0.2mol·L^-1 ， 4 min内平均反应速率v（ H₂）= .则CH₃OH的转化率为
（3）已知CO₂分子中所有原子的最外层均满足8电子稳定结构，请写出CO₂的电子式
（4） CH₃OH燃料电池是目前开发最成功的燃料电池之一，这种燃料电池由甲醇、空气（氧气）、KOH（电解质溶液）构成。其中负极反应式为CH₃OH+ 8OH^--6e^-=CO $\text{[math]}$ +6H₂O。则下列说法正确的是（填序号）。
①电池放电时通入空气的电极为负极

②电池放电时，电解质溶液的碱性逐渐减弱

③电池放电时每消耗6.4 g CH₃OH转移1.2 mol电子

氯碱工业是最基本的化学工业，它以电解精制饱和食盐水的方法生产氢气、氯气、烧碱等，其产品具有十分广泛的用途。

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（1）粗盐中含有 $\text{[math]}$ 等杂质离子，欲用 $\text{[math]}$ 、盐酸进行精制，则这些试剂的加入顺序依次为 $\text{[math]}$ 、、、。
（2）工业中制取漂白粉时是将氯气通入（填“澄清石灰水”或“石灰乳”）中，理由是。
（3）图2为离子交换膜法电解食盐水的示意图，离子交换膜的作用为、。
（4）某化学课外小组用图3所示的简易装置制取“84”消毒液，则a为电源的极，阳极上的电极反应式为，生成次氯酸钠的离子方程式为。

某小组对Fe²⁺和Ag⁺的反应进行了如下探究实验：

	操作	现象	Ag⁺浓度变化曲线
实验Ⅰ	向1 mL 0.1 mol/L FeSO₄溶液中加入1 mL 0.1 mol/LAgNO₃溶液	几分钟后，出现大量灰黑色浑浊
实验Ⅱ	先向试管中加入几滴Fe₂(SO₄)₃溶液，然后重复实验Ⅰ的操作	现象与实验Ⅰ相同

(已知：Ag₂SO₄为白色微溶物；反应过程中测得温度几乎无变化)

下列说法正确的是( ）

A . 实验Ⅰ只发生反应：Fe²⁺＋Ag⁺⇌Fe³⁺＋Ag，灰黑色浑浊是Ag B . 图中c(Ag⁺)由a→b急速变化的可能原因是反应放热 C . 图中c(Ag⁺)由a→b急速变化的可能原因是生成的Ag起催化作用 D . 图中c(Ag⁺)由a→b急速变化的可能原因是生成的Fe³⁺起催化作用

中科院董绍俊课题组将二氧化锰和生物质置于一个由滤纸制成的折纸通道内，形成电池如图，该电池可将可乐(pH=2.5)中的葡萄糖作为燃料获得能量。下列说法正确的是（）

A . 该电池是将生物能转化成电能的装置 B . 随着反应不断进行，负极区的pH不断增大 C . b极的电极反应式为MnO₂+2H₂O+2e^-=Mn²⁺+4OH^- D . 每消耗0.01mol葡萄糖，外电路中转移0.02mole^-

二氧化氯(ClO₂)是一种高效的饮用水消毒剂，易溶于水而不与水反应。

（1）某ClO₂泡腾片的有效成分为NaClO₂ ， NaHSO₄ ， NaHCO₃ ，其溶于水时，NaClO₂和NaHSO₄反应生成ClO₂和Cl^- ，并逸出大量气体，逸出气体的主要成分是(填化学式)。
（2）测定某水样中ClO $\text{[math]}$ 浓度可采用氧化还原滴定法：量取25.00mL水样于碘量瓶中，加水稀释至50.00mL，加入过量KI，再滴入适量稀硫酸，充分反应后，滴加1mL淀粉溶液，用0.01000mol·L^-1Na₂S₂O₃标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液20.00mL。
已知：ClO $\text{[math]}$ +4I⁻+4H⁺=2H₂O+2I₂+Cl⁻ ， I₂+2S₂O $\text{[math]}$ =2I⁻+S₄O $\text{[math]}$
①滴定终点的现象是：。
②下列关于滴定分析的操作，不正确的是。
A．用量筒量取25.00mL水样
B．滴定时要适当控制滴定速度
C．装标准溶液的滴定管，滴定前尖嘴处有气泡，滴定后气泡消失，造成测定结果偏低
D．终点读数时俯视滴定管液面，会造成测定结果偏低
E．再次滴定时，须重新装液并调节液面至“0”刻度或“0”刻度以下
③计算水样中ClO $\text{[math]}$ 的浓度
（3） ClO₂可用隔膜电解NaClO₃制备，装置如图所示。制备时先在NaClO₃溶液中通入少量ClO₂气体，写出阴极上的电极反应式：。

我国某科研机构设计如图装置，利用K₂Cr₂O₇实现含苯酚废水的有效处理，处理后的废水毒性降低且不引入其它杂质。一段时间后，中间室中NaCl溶液的浓度减小。下列说法中不正确的是（）

A . 工作时，N极附近溶液pH升高 B . 工作时，每转移3mol电子，N极室和M极室质量变化相差65g C . a为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜 D . N电极反应式为 $\text{[math]}$

K₂Cr₂O₇是实验室中重要的试剂。请回答：

（1）基态Cr原子的核外电子排布式为。
（2） CrO $\text{[math]}$ (黄色)和Cr₂O $\text{[math]}$ (橙色)在溶液中可相互转化。
①用离子方程式表示Na₂CrO₄溶液加酸的转化反应。

②随着溶液pH降低，CrO $\text{[math]}$ 的平衡转化率(填“增大”“减小”或“不变”)。

③加水稀释Na₂CrO₄溶液，下列说法正确的是(选填序号)。

A．c(CrO $\text{[math]}$ )+2c(Cr₂O $\text{[math]}$ )=c(Na⁺) B．比值 $\text{[math]}$ 逐渐增大

C．溶液中所有离子的浓度均减小 D．平衡常数K保持不变
（3） Cr³⁺、双氧水与Pb²⁺作用可合成颜料铬黄(PbCrO₄)。控制其他条件不变，反应温度对Cr³⁺转化率的影响如图所示.温度超过70℃时，Cr³⁺转化率下降的原因是。
（4）控制Na₂CrO₄初始浓度为1.0mol·L^-1 ，测定在室温下c(Cr₂O $\text{[math]}$ )随c(H⁺)的等温变化曲线、在H⁺恒定下c(Cr₂O $\text{[math]}$ )随温度T的等pH变化曲线，结果如图所示。

①等温变化曲线是(填曲线序号) 。

②结合题给信息，(填“升温”或“降温”)可使溶液橙色变深。

③根据A点数据，计算反应的平衡常数。
（5）电解铬酸钾溶液制备重铬酸钾的装置示意图如图：

①该制备过程总反应的化学方程式为。

②电解一段时间后，阳极区溶液中的K⁺的物质的量由amol变成bmol，则生成的重铬酸钾的物质的量为mol。

下列生活应用或生产活动，没有运用相应化学知识的是（）

选项	生活应用或生产活动	化学知识
A	用二氧化碳跨临界直接制冰	液态二氧化碳汽化时吸热
B	用小苏打焙制糕点	$\text{[math]}$ 受热易分解生成气体
C	用 $\text{[math]}$ 溶液蚀刻电路板上的铜	$\text{[math]}$ 溶液呈酸性
D	丙三醇可用于配制化妆品	丙三醇与水形成氢键，有很强的保湿性

A . A B . B C . C D . D

CH₄-CO₂催化重整合成CO、H₂可有效减少碳排放。其主要反应如下：

反应ⅠCH₄(g)+CO₂(g)=2CO(g)+2H₂(g) △H=247.3kJ•mol^-1

反应ⅡCO₂(g)+2H₂(g)=CO(g)+H₂O(g) △H=41.0kJ•mol^-1

（1）将一定最CH₄与CO₂充入密闭容器中，若仅发生上述两个反应，则反应达到平衡的标志是____(填序号)。

A . 恒温恒容条件下，气体的密度不变 B . 恒温恒容条件下，气体的压强不变 C . 恒温恒容条件下，CO和H₂的浓度相等 D . 绝热恒容条件下，反应体系的温度不变
（2）反应III为CH₄(g)+CO₂(g)=4CO(g)+2H₂O(g)，该反应的△H=kJ•mol^-1 ，平衡常数表达式为K=。
（3）图1为反应温度、进料 $\text{[math]}$ 对反应出口合成气中 $\text{[math]}$ 的影响。
①850℃时，图1中曲线a、b、c所示 $\text{[math]}$ 由大到小的关系是，理由是。
②当温度大于850℃时，曲线c出现如图变化的原因可能是。
（4）固体氧化物燃料电池利用CH₄为原料，直接在电极上氧化合成CO、H₂。其反应原理如图2所示，写出电极m上发生反应的电极方程式；若电极m上通入CH₄的速率过快或过慢均会使CO、H₂产率降低。其原因是。

合理利用温室气体是当前能源与环境研究的热点。 $\text{[math]}$ 催化加氢可缓解 $\text{[math]}$ 对温室效应的影响，其原理为：

Ⅰ． $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

Ⅱ． $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

（1）已知 $\text{[math]}$ 的燃烧热为 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 的燃烧热为 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ，则 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。
（2）反应Ⅱ中，正反应速率 $\text{[math]}$ ，逆反应速率 $\text{[math]}$ ，其中 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 分别为正、逆反应速率常数，仅受温度影响。图1( $\text{[math]}$ ， T表示温度)所示a、b、c、d四条斜线中，有两条分别为 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 随T变化斜线，则表示 $\text{[math]}$ 随T变化关系的斜线是。
（3）在0.1MPa下，将 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 充入2L刚性密闭容器中，反应相同时间，温度对 $\text{[math]}$ 转化率如图2所示，温度对含碳物质的平衡产率的影响如图3所示。
①试解释 $\text{[math]}$ 转化率在高于325℃时，随温度升高先减小后增大的原因。
②当 $\text{[math]}$ 和CO平衡产率均为40％时，该温度下反应Ⅱ的平衡常数 $\text{[math]}$ 为。(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)
（4）在1MPa下，将 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 充入2L刚性密闭容器中，在图3中画出 $\text{[math]}$ 平衡产率的变化趋势。