專(zhuān)題強(qiáng)化練(四)　化學(xué)反應(yīng)與能量變化1．(2019·全國(guó)卷Ⅰ)利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時(shí)MV2＋/MV＋在電極與酶之間傳遞電子，示意圖如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)A．相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨，該方法條件溫和，同時(shí)還可提供電能B．陰極區(qū)，在氫化酶作用下發(fā)生反應(yīng)：H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋C．正極區(qū)，固氮酶為催化劑，N2發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3D．電池工作時(shí)質(zhì)子通過(guò)交換膜由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動(dòng)解析：由題圖和題意知，電池總反應(yīng)是3H2＋N2===2NH3。該合成氨反應(yīng)在常溫下進(jìn)行，并形成原電池產(chǎn)生電能，反應(yīng)不需要高溫、高壓和催化劑，A項(xiàng)正確；觀察題圖知，左邊電極發(fā)生氧化反應(yīng)MV＋－e－===MV2＋，為負(fù)極，不是陰極，B項(xiàng)錯(cuò)誤；正極區(qū)N2在固氮酶作用下發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3，C項(xiàng)正確；電池工作時(shí)，H＋通過(guò)交換膜，由左側(cè)(負(fù)極區(qū))向右側(cè)(正極區(qū))遷移，D項(xiàng)正確。故選B。答案：B2．一種基于酸性燃料電池原理設(shè)計(jì)的酒精檢測(cè)儀，負(fù)極上的反應(yīng)為CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(　　)A．檢測(cè)時(shí)，電解質(zhì)溶液中的H＋向負(fù)極移動(dòng)B．若有0.4 mol電子轉(zhuǎn)移，則在標(biāo)準(zhǔn)狀況下消耗4.48 L氧氣C．電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2OD．正極上發(fā)生的反應(yīng)為O2＋4e－＋2H2O===4OH－解析：解答本題時(shí)審題是關(guān)鍵，反應(yīng)是在酸性電解質(zhì)溶液中進(jìn)行的。在原電池中，陽(yáng)離子要向正極移動(dòng)，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；因電解質(zhì)溶液是酸性的，不可能存在OH－，故正極的反應(yīng)式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O，轉(zhuǎn)移4 mol電子時(shí)消耗1 mol O2，則在標(biāo)準(zhǔn)狀況下轉(zhuǎn)移0.4 mol電子時(shí)消耗2.24 L O2，故B項(xiàng)、D項(xiàng)錯(cuò)誤；電池反應(yīng)式即正極、負(fù)極反應(yīng)式之和，將兩極的反應(yīng)式相加可知C項(xiàng)正確。答案：C3．為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性，科學(xué)家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3DZn)可以高效沉積ZnO的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了采用強(qiáng)堿性電解質(zhì)的3DZnNiOOH二次電池，結(jié)構(gòu)如圖所示。電池反應(yīng)為Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)A．三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積，所沉積的ZnO分散度高B．充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)C．放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)D．放電過(guò)程中OH－通過(guò)隔膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)解析：該電池采用的三維多孔海綿狀Zn具有較大的表面積，可以高效沉積ZnO，且所沉積的ZnO分散度高，A項(xiàng)正確；根據(jù)題干中總反應(yīng)可知該電池充電時(shí)，Ni(OH)2在陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)生成NiOOH，其電極反應(yīng)式為Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，B項(xiàng)正確；放電時(shí)Zn在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)生成ZnO，電極反應(yīng)式為Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－=== ZnO(s)＋H2O(l)，C項(xiàng)正確；電池放電過(guò)程中，OH－等陰離子通過(guò)隔膜從正極區(qū)移向負(fù)極區(qū)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：D4．如圖是模擬電化學(xué)反應(yīng)的裝置圖。下列說(shuō)法正確的是(　　)A．開(kāi)關(guān)K置于N處，則鐵電極的電極反應(yīng)式為：Fe－2e－===Fe2＋B．開(kāi)關(guān)K置于N處，可以減緩鐵的腐蝕C．開(kāi)關(guān)K置于M處，則鐵電極的電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－===Cl2↑D．開(kāi)關(guān)K置于M處，電子從炭棒經(jīng)開(kāi)關(guān)K流向鐵棒解析：開(kāi)關(guān)K置于N處，構(gòu)成電解池，鐵電極為陰極，電極反應(yīng)為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，鐵的腐蝕減緩；開(kāi)關(guān)K置于M處，構(gòu)成原電池，鐵電極為負(fù)極，電極反應(yīng)式為Fe－2e－===Fe2＋，電子從鐵棒經(jīng)開(kāi)關(guān)K流向炭棒。答案：B5．如圖為直流電源電解稀Na2SO4水溶液的裝置，通電后在石墨電極a和b附近分別滴加一滴石蕊溶液，下列實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象正確的是(　　)A．逸出氣體的體積：a電極的小于b電極的B．一電極逸出無(wú)味氣體，另一電極逸出刺激性氣味氣體C．a電極附近呈紅色，b電極附近呈藍(lán)色D．a電極附近呈藍(lán)色，b電極附近呈紅色解析：電解Na2SO4溶液時(shí)發(fā)生的反應(yīng)：a為陰極：4H＋＋4e－===2H2↑；b為陽(yáng)極：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。A項(xiàng)、B項(xiàng)不正確。a極周?chē)捎?/span>H＋放電溶液呈堿性，石蕊顯藍(lán)色，b極周?chē)捎?/span>OH－放電溶液呈酸性，石蕊顯紅色。答案：D6．如圖所示裝置分別通電一段時(shí)間后，溶液的質(zhì)量增加的是(　　)解析：分別通電一段時(shí)間后，題圖所示四個(gè)裝置總反應(yīng)及質(zhì)量變化如下：選項(xiàng)總反應(yīng)及質(zhì)量變化A2H2O2H2↑＋O2↑，溶液的質(zhì)量減小BCuCl2Cl2↑＋Cu，溶液的質(zhì)量減小C電鍍銅，溶液的質(zhì)量不變D2Ag＋Cu2＋2Ag＋＋Cu，溶液的質(zhì)量增大答案：D7．如圖所示的裝置，C、D、E、F、X、Y都是惰性電極。將電源接通后，向(乙)中滴入酚酞溶液，在F極附近顯紅色。則以下說(shuō)法不正確的是(　　)A．電源B極是正極B．甲、乙裝置的C、D、E、F電極均有單質(zhì)生成，其物質(zhì)的量比為1∶2∶2∶2C．欲用丙裝置給銅鍍銀，G應(yīng)該是Ag，電鍍液選AgNO3溶液D．裝置丁中X極附近紅褐色變淺，說(shuō)明氫氧化鐵膠粒帶正電荷解析：接通電源后都是電解池。電解NaCl溶液時(shí)陽(yáng)極：2Cl－－2e－===Cl2↑，陰極：2H＋＋2e－===H2↑，由乙中現(xiàn)象可知F為陰極，E為陽(yáng)極，所以B為電源的負(fù)極，A為電源的正極，A項(xiàng)錯(cuò)誤；電解CuSO4溶液，陽(yáng)極(C)反應(yīng)：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，陰極(D)反應(yīng)：2Cu2＋＋4e－===2Cu，由電子守恒可知C、D、E、F電極上生成的單質(zhì)的物質(zhì)的量比為1∶2∶2∶2，B項(xiàng)正確；電鍍時(shí)，鍍層金屬作陽(yáng)極，鍍件作陰極，電解質(zhì)溶液中金屬陽(yáng)離子和陽(yáng)極材料是相同元素，所以欲用丙裝置給銅鍍銀，G應(yīng)該是Ag，電鍍液選AgNO3溶液，C項(xiàng)正確；X極附近紅褐色變淺，說(shuō)明氫氧化鐵膠粒向陰極移動(dòng)，膠粒帶正電荷，D項(xiàng)正確。故選A。答案：A8．近年來(lái)，研究人員提出利用含硫物質(zhì)熱化學(xué)循環(huán)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)。過(guò)程如下：已知：反應(yīng)Ⅰ：2H2SO4(l)===2SO2(g)＋2H2O(g)＋O2(g)ΔH1＝＋551 kJ·mol－1；反應(yīng)Ⅲ：S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH3＝－297 kJ·mol－1。寫(xiě)出反應(yīng)Ⅱ的熱化學(xué)方程式：______________________________________________________________________________________________________________________。解析：由題圖可知，反應(yīng)Ⅱ的化學(xué)方程式為3SO2＋2H2O2H2SO4＋S↓。根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)Ⅱ＝－(反應(yīng)Ⅰ＋反應(yīng)Ⅲ)可得：3SO2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l)＋S(s)　ΔH2＝－254 kJ·mol－1。答案：3SO2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l)＋S(s)　ΔH2＝－254 kJ·mol－19．用水吸收NOx的相關(guān)熱化學(xué)方程式如下：2NO2(g)＋H2O(l)===HNO3(aq)＋HNO2(aq)ΔH＝－116.1 kJ·mol－1；3HNO2(aq)===HNO3(aq)＋2NO(g)＋H2O(l)ΔH＝＋75.9 kJ·mol－1。反應(yīng)3NO2(g)＋H2O(l)===2HNO3(aq)＋NO(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。解析：將題給三個(gè)熱化學(xué)方程式依次編號(hào)為①、②和③，根據(jù)蓋斯定律可知，③＝，則ΔH＝＝－136.2 kJ·mol－1。答案：－136.210．已知：2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)　ΔH1＝－4.4 kJ·mol－1；2NO2(g)===N2O4(g)　ΔH2＝－55.3 kJ·mol－1。則反應(yīng)N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g)的ΔH＝__________kJ·mol－1。解析：將題給兩個(gè)熱化學(xué)方程式依次編號(hào)為①、②。根據(jù)蓋斯定律，①×－②可得N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g)的ΔH＝＋53.1 kJ·mol－1。答案：＋53.111．有一種節(jié)能的氯堿工業(yè)新工藝，將電解池與燃料電池相組合，相關(guān)流程如圖所示(電極未標(biāo)出)：回答下列有關(guān)問(wèn)題：(1)電解池的陰極反應(yīng)式為________________________________________________。(2)通入空氣的電極為________，燃料電池中陽(yáng)離子的移動(dòng)方向__________(“從左向右”或“從右向左”)。(3)電解池中產(chǎn)生2 mol Cl2，理論上燃料電池中消耗________ mol O2。(4)a、b、c的大小關(guān)系為______________。解析：(2)氧氣是氧化劑，在正極被消耗，生成氫氧根離子，所以正極需要陽(yáng)離子補(bǔ)充電荷，所以陽(yáng)離子從左向右移動(dòng)。(3)產(chǎn)生2 mol Cl2，轉(zhuǎn)移4 mol電子，所以消耗氧氣1 mol。(4)陰極產(chǎn)生的a%的氫氧化鈉加入燃料電池的正、負(fù)極，正極生成氫氧化鈉使?jié)舛仍龃?，?fù)極氫氣失電子生成的氫離子消耗氫氧根離子，所以負(fù)極出來(lái)的氫氧化鈉濃度減小，所以c＞a＞b。答案：(1)2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(2)正極　從左向右(3)1(4)c＞a＞b12．A、B、C三種強(qiáng)電解質(zhì)，它們?cè)谒须婋x出的離子如下表所示：陽(yáng)離子Na＋、K＋、Cu2＋陰離子SO、OH－如圖1所示裝置中，甲、乙、丙三個(gè)燒杯分別盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，電極均為石墨電極。接通電源，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，測(cè)得乙中c電極質(zhì)量增加了16 g。常溫下各燒杯中溶液的pH與電解時(shí)間t的關(guān)系如圖2。據(jù)此回答下列問(wèn)題：(1)M為電源的__________(填寫(xiě)“正”或“負(fù)”)極；電極b上發(fā)生的電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。(2)計(jì)算電極e上生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積________。(3)寫(xiě)出乙燒杯中發(fā)生電解的總反應(yīng)式______________________________________________________________________________________________________________。(4)如果電解過(guò)程中B溶液中的金屬離子全部析出，此時(shí)電解能否繼續(xù)進(jìn)行，為什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)此時(shí)要使丙中溶液恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，操作是______________________。解析：乙中c電極質(zhì)量增加，則c電極發(fā)生的反應(yīng)為Cu2＋＋2e－===Cu，即c極為陰極，由此可推出b為陽(yáng)極，a為陰極，M為負(fù)極，N為正極。測(cè)得乙中c電極質(zhì)量增加了16 g，有金屬析出的是含Cu2＋的水溶液，其他的都不可能，而Cu2＋只能和SO結(jié)合，可以確定B為硫酸銅；由常溫下各燒杯中溶液的pH與電解時(shí)間t的關(guān)系圖，可以確定A為KOH或NaOH溶液，C為Na2SO4或K2SO4。甲中為KOH或NaOH溶液，相當(dāng)于電解H2O，陽(yáng)極b處為陰離子OH－放電，即4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。當(dāng)乙中有16 g Cu析出時(shí)，轉(zhuǎn)移的電子為0.5 mol，2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4。而整個(gè)電路是串聯(lián)的，故每個(gè)燒杯中的電極上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)是相等的。丙中為Na2SO4或K2SO4溶液，相當(dāng)于電解水，由化學(xué)方程式2H2O===2H2↑＋O2↑可知，生成2 mol H2，轉(zhuǎn)移4 mol電子，所以當(dāng)整個(gè)反應(yīng)中轉(zhuǎn)移0.5 mol電子時(shí)，生成的H2為0.25 mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.25 mol×22.4 L·mol－1＝5.6 L，銅全部析出后，電解質(zhì)變?yōu)?/span>H2SO4，所以電解反應(yīng)仍能進(jìn)行。甲和丙燒杯中均消耗水0.25 mol，若要恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，應(yīng)向燒杯中加4.5 g水。答案：(1)負(fù)　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(2)5.6 L(3)2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4(4)能，因?yàn)榇藭r(shí)CuSO4溶液已轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>H2SO4溶液，反應(yīng)變?yōu)殡娊馑姆磻?yīng)(5)向丙燒杯中加4.5 g水 

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