專題六化學反應與能量A組基礎鞏固練1.(2024四川涼山檢測)下圖是CO和O在釕催化劑的表面形成化學鍵的過程。下列說法正確的是()A.CO2和CO都能與堿反應生成鹽和水B.該過程中,CO先斷鍵成C和OC.CO與O形成化學鍵的過程中放出能量D.釕催化劑降低了該反應的焓變2.(2024湖北省名校聯盟聯考)某Li-CuO二次電池以含Li+的有機溶液為電解質溶液,放電時的工作原理為2Li+CuOLi2O+Cu。下列說法正確的是()A.放電時電子的流向:Li→電解質溶液→CuOB.放電時,正極的電極反應式為CuO-2e-Cu+O2-C.充電時,Li與直流電源正極相連D.充電時,陽極的質量減輕3.(2024陜西渭南二模)如圖分別代表溴甲烷與(CH3)3CBr發生水解反應的過程。下列說法不正確的是()Ⅰ.CH3Br+NaOHCH3OH+NaBrⅡ.(CH3)3CBr+NaOH(CH3)3COH+NaBrA.反應Ⅰ的ΔH<0B.反應Ⅰ有一個過渡態,反應Ⅱ有兩個過渡態C.反應Ⅰ中C—Br鍵未斷裂,反應Ⅱ有C—Br鍵的斷裂和C—O鍵的形成D.增加NaOH的濃度,反應Ⅰ速率增大,反應Ⅱ速率不變4.(2024四川涼山檢測)以下是中學化學常見的四個裝置,下列關于這些裝置說法正確的是 ()A.裝置甲在運用過程中,電池內部電子從Ag2O極通過隔板移向鋅粉B.裝置乙在運用過程中,電池外殼會漸漸變薄,簡單出現漏液C.裝置丙在運用過程中,電解質溶液的pH不會發生變更D.裝置丁電極b上發生的電極反應為O2+2H2O+4e-4OH-5.(2024新疆烏魯木齊第一次診斷)已知正丁烷、異丁烷燃燒的熱化學方程式分別為:CH3CH2CH2CH3(g)+132O2(g)4CO2(g)+5H2O(l)ΔH=-2878kJ·mol-1(CH3)2CHCH3(g)+132O2(g)4CO2(g)+5H2O(l)ΔH=-2869kJ·mol-1下列說法不正確的是()A.正丁烷分子儲存的能量大于異丁烷分子B.正丁烷的穩定性大于異丁烷C.異丁烷轉化為正丁烷的過程是一個吸熱過程D.異丁烷和正丁烷互為同分異構體6.(2024貴州貴陽一模)一種基于酸性燃料電池原理設計的酒精檢測儀的結構簡圖如圖所示。下列說法正確的是()A.呼出氣體的流速越快檢測結果越精確B.內電路中電流方向:Pt2→質子交換膜→Pt1C.電路中流過2mol電子時,有11.2LO2被氧化D.負極的電極反應為CH3CH2OH-4e-+H2OCH3COOH+4H+7.(2024廣東廣州一模)我國科學家研發了一種室溫下可充電的Na-CO2電池,示意圖如圖所示。放電時,Na2CO3與C均沉積在碳納米管中,下列說法錯誤的是()A.充電時,陰極的電極反應式:Na++e-NaB.充電時,電源b極為正極,Na+向鈉箔電極移動C.放電時,轉移0.4mol電子,碳納米管電極增重21.2gD.放電時,電池的總反應為3CO2+4Na2Na2CO3+C8.(2024浙江6月選考卷)通過電解廢舊鋰電池中的LiMn2O4可獲得難溶性的Li2CO3和MnO2,電解示意圖如圖(其中濾布的作用是阻擋固體顆粒,但離子可自由通過。電解過程中溶液的體積變更忽視不計)。下列說法不正確的是()A.電極A為陰極,發生還原反應B.電極B的電極反應:2H2O+Mn2+-2e-MnO2+4H+C.電解一段時間后溶液中Mn2+濃度保持不變D.電解結束,可通過調整pH除去Mn2+,再加入Na2CO3溶液以獲得Li2CO39.(2024福建泉州二模)發展碳捕集與利用的技術,將CO2轉化為高附加值的化學品,實現CO2資源化利用,是一項重要的碳減排技術。(1)CO2電還原反應機理如圖1所示,由圖可知,催化劑選擇納米Au55(納米Au55指的是含55個原子的Au納米顆粒),理由是

。表示物種從催化劑表面解吸的是過程(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。

圖1(2)電催化CO2還原制甲酸(HCOOH)圖2為電催化CO2還原生產HCOOH的示意圖,陽極的電極反應式為。標準狀況下,每處理22.4L的CO2氣體,可生成HCOOH的物質的量為mol。

圖2B組實力提升練1.(2024新疆昌吉第一次診斷)下列說法正確的是()A.反應1實現了氮的固定B.反應2沒有發生電子的轉移C.催化劑a表面只發生了非極性共價鍵的斷裂和形成D.在催化劑b表面形成氮氧鍵的過程是吸熱過程2.(2024新疆二模)天津高校研制了一種納米Cu-SiO2反應器用于催化草酸二甲酯(DMO)和氫氣反應獲得EG,反應過程示意圖如下,下列說法正確的是()A.DMO分子中全部原子可能在同一平面上B.EG的分子式為C2H6O2C.反應過程中H2分子中的極性鍵發生了斷裂D.反應前后DMO分子中只有碳氧單鍵發生了斷裂3.(2024貴州遵義二模)鎳鎘電池是一種新型的封閉式體積小的充電電池。其工作原理如圖所示,下列說法錯誤的是()A.放電時b極為正極B.放電時a極的反應為Cd+2e-+2OH-Cd(OH)2C.充電時電流的方向:外電源正極→b極→電解質溶液→a極→外電源負極D.用該電池供應的電能電解飽和食鹽水,電路中通過0.2mole-,陰極生成0.2gH24.(2024河南許昌階段性測試)高電壓水系鋅-有機混合液流電池的裝置如圖所示。下列說法錯誤的是()A.充電時,中性電解質NaCl的濃度增大B.放電時,負極反應式為Zn-2e-+4OH-[Zn(OH)4]2-C.充電時,1molFQH2轉化為FQ轉移2mol電子D.放電時,正極區溶液的pH增大5.雙極膜(BP)是陰、陽復合膜,在直流電的作用下,陰、陽膜復合層間的H2O解離成H+和OH-,作為離子源。利用雙極膜電滲析法處理含NaA的廢水,工作原理如圖,圖中“→”和“←”表示離子通過交換膜的方向。下列說法錯誤的是()A.R電極與電源正極相連,發生的電極反應為2H2O-4e-O2↑+4H+B.交換膜Ⅰ、Ⅲ為陽離子交換膜,交換膜Ⅱ為陰離子交換膜C.“雙極膜”電滲析法可應用于從鹽溶液(MX)制備相應的酸(HX)和堿(MOH)D.若去掉雙極膜(BP),電路中每轉移1mol電子,兩極共得到0.5mol氣體6.(2024陜西咸陽檢測)自由基是化學鍵斷裂時產生的含未成對電子的中間體,活潑自由基與氧氣的反應始終是科研人員的關注點。HNO自由基與O2反應歷程的能量變更如圖所示,下列說法正確的是()A.反應物的鍵能總和大于生成物的鍵能總和B.產物P1與P2的分子式、氧元素的化合價均相同C.該歷程中最大正反應的活化能E正=186.19kJD.相同條件下,Z轉化為產物的速率:v(P1)>v(P2)7.(2024湖北武漢二模)甲酸脫氫可以生成二氧化碳,甲酸在催化劑Pd表面脫氫的反應歷程與相對能量的變更關系如圖所示。下列說法正確的是()A.在Ⅰ~Ⅳ中,Ⅲ生成Ⅳ的反應為決速步B.用HCOOD代替HCOOH反應,產物可能含有HD、D2和H2C.如將催化劑換成Rh,反應的焓變及平衡產率增大D.HCOOH在催化劑Pd表面脫氫反應的焓變為14.1akJ·mol-18.(2024四川遂寧其次次診斷)太陽能發電和陽光分解水是清潔能源探討的主攻方向。染料敏化的TiO2納米晶薄膜半導體光解水的基本原理如圖,下列對該裝置的相關說法錯誤的是 ()A.SO4B.甲電極反應為2SO42--2e-SC.電池總反應為2H2O2H2↑+O2↑D.實現了光能→電能→化學能的轉換9.(2024四川宜賓二模)“容和一號”鐵—鉻液流電池的總反應為Fe3++Cr2+Fe2++Cr3+。閉合K1,斷開K2時,工作原理如下圖所示,其中a電極上涂有固態氫化鉍(BiHx)。下列說法錯誤的是()A.充電時,a電極連接電源的負極B.放電時,正極反應式為Fe3++e-Fe2+C.放電時,H+從a極區移向b極區D.充電時,BiHx只起導電的作用10.(2024四川綿陽第三次診斷)某課題組利用鹽度梯度和氧化還原工藝,勝利地設計了下圖所示的電池裝置,將酸性廢水中存在的高毒性Cr2O72-A.該電池利用溶液鹽度梯度產生電動勢,C2表示高濃度鹽溶液B.依據圖中所示,AM為陰離子交換膜,CM為陽離子交換膜C.電池正極的電極反應式為Cr2O72-+6e-+14H+2Cr3++7HD.負極產生標準狀況下6.72L氧氣時,理論上轉化0.2molCr2O11.(2024福建泉州三模)CO2加氫制化工原料對實現“碳中和”有重大意義。部分CO2加氫反應的熱化學方程式如下:反應Ⅰ:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)ΔH1=+35.2kJ·mol-1反應Ⅱ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH2=-24.7kJ·mol-1反應Ⅲ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH3反應Ⅳ:CO2(g)+3H2(g)12CH3OCH3(g)+32H2O(g)ΔH回答下列問題:(1)已知:2H2(g)+O2(g)2H2O(g)ΔH5=-483.6kJ·mol-1。CH3OH(g)+O2(g)HCOOH(g)+H2O(g)ΔH6=kJ·mol-1。

(2)我國科學家以Bi為電極在酸性水溶液中可實現電催化還原CO2,兩種途徑的反應機理如下圖所示,其中,TS表示過渡態、數字表示微粒的相對總能量。①途徑一,CO2電還原經兩步反應生成HCOOH:第一步為CO2+e-+H+HCOO*(*表示微粒與Bi的接觸位點);其次步為。

②CO2電還原的選擇性以途徑一為主,理由是。

(3)目前,科研人員在探討CO2光電催化還原為甲醇的領域也取得了肯定的進展,其原理如圖所示,則生成甲醇的電極反應式為

。

參考答案專題六化學反應與能量A組基礎鞏固練1.C解析CO為不成鹽氧化物,不能與堿發生反應,A錯誤;依據形成化學鍵的過程圖示可知,該過程中CO未斷鍵,B錯誤;形成化學鍵時會釋放能量,C正確;催化劑只是降低了反應的活化能,不會變更反應的焓變,D錯誤。2.D解析放電時,Li為負極,CuO為正極,電子的流向:Li→負載→CuO,A錯誤;放電時,正極的電極反應式為CuO+2e-+2Li+Cu+Li2O,B錯誤;放電時,Li為負極,充電時,Li與直流電源負極相連,為陰極,C錯誤;充電時,陽極的電極反應式為Cu-2e-+Li2OCuO+2Li+,Li+向陰極移動,陽極質量減輕,D正確。3.C解析反應Ⅰ中反應物的總能量大于生成物的總能量,屬于放熱反應,ΔH<0,A不符合題意;反應Ⅰ有一個過渡態,反應Ⅱ有兩個過渡態,B不符合題意;反應Ⅰ中有C—Br鍵的斷裂,由CH3Br轉化成CH3OH,反應Ⅱ也有C—Br鍵的斷裂,還有C—O鍵的形成,由(CH3)3CBr轉化成(CH3)3COH,C符合題意;反應Ⅱ鹵代烴先自身轉變為過渡態,然后氫氧根與過渡態結合,氫氧化鈉不干脆與鹵代烴一起轉化到活化態,所以增加氫氧化鈉的濃度不能使反應Ⅱ速率增大,D不符合題意。4.B解析裝置甲為銀鋅原電池,電子只在外電路中移動,不會在電池內部移動,A錯誤;裝置乙中鋅筒為負極,Zn失去電子變成Zn2+,Zn不斷反應,即外殼會漸漸變薄,簡單出現漏液,B正確;裝置丙在運用過程中,反應生成了水,KOH溶液的濃度降低,堿性減弱,pH變小,C錯誤;裝置丁電極b上O2得到電子,與H+結合生成水,電極反應式為O2+4e-+4H+2H2O,D錯誤。5.B解析設題給熱化學方程式依次為①②,由①-②可得CH3CH2CH2CH3(g)(CH3)2CHCH3(g)ΔH=-2878kJ·mol-1+2869kJ·mol-1=-9kJ·mol-1,則正丁烷轉化成異丁烷是放熱過程,說明正丁烷分子儲存的能量大于異丁烷分子,A不符合題意;CH3CH2CH2CH3(g)(CH3)2CHCH3(g)ΔH<0,能量越低物質越穩定,因此異丁烷比正丁烷穩定,B符合題意;正丁烷轉化成異丁烷是放熱過程,則異丁烷轉化為正丁烷是一個吸熱過程,C不符合題意;異丁烷和正丁烷互為同分異構體,D不符合題意。6.D解析由酒精檢測儀的結構簡圖可知,乙醇發生氧化反應生成CH3COOH,即Pt1為負極,負極反應為CH3CH2OH-4e-+H2OCH3COOH+4H+,則Pt2為正極,正極上O2發生得電子的還原反應,正極反應式為O2+4e-+4H+2H2O,酒精檢測儀工作時,陽離子移向正極、陰離子移向負極。呼出氣體的流速過快,反應不能充分進行,檢測結果不肯定精確,A錯誤;檢測儀工作時,陽離子移向正極、陰離子移向負極,內電路中電流方向與陽離子移動方向相同,與陰離子移動方向相反,即內電路中電流方向:Pt1→質子交換膜→Pt2,B錯誤;由于O2的存在狀況未知,則不能計算O2的體積,C錯誤;檢測儀工作時,乙醇在負極發生失電子的氧化反應生成CH3COOH,負極反應為CH3CH2OH-4e-+H2OCH3COOH+4H+,D正確。7.C解析依據題圖中變更可知,充電時,鈉離子轉化為鈉單質,化合價降低,鈉箔為陰極,陰極的電極反應式:Na++e-Na,A正確;充電時,碳納米管為陽極,與之相連的電極b為正極,鈉離子向鈉箔電極移動,B正確;放電時,碳納米管發生的電極反應式:3CO2+4e-+4Na+2Na2CO3+C,轉移0.4mol電子時,在碳納米管電極會生成0.2mol的Na2CO3和0.1mol的C,增重質量為m=nM=0.2mol×106g·mol-1+0.1mol×12g·mol-1=22.4g,C錯誤;放電時,依據題圖中實線箭頭變更可知,電池的總反應為3CO2+4Na2Na2CO3+C,D正確。8.C解析電極B上Mn2+轉化為MnO2,錳元素化合價上升,失電子,則電極B為陽極,電極A為陰極,得電子,發生還原反應,A正確;電極B上Mn2+失電子轉化為MnO2,電極反應式為2H2O+Mn2+-2e-MnO2+4H+,B正確;電極A為陰極,LiMn2O4得電子,電極反應式為2LiMn2O4+6e-+16H+2Li++4Mn2++8H2O,依據得失電子守恒,電解池總反應為2LiMn2O4+4H+2Li++Mn2++3MnO2+2H2O,反應生成了Mn2+,Mn2+濃度增大,C錯誤;電解池總反應為2LiMn2O4+4H+2Li++Mn2++3MnO2+2H2O,電解結束后,可通過調整溶液pH將Mn2+轉化為沉淀除去,然后再加入碳酸鈉溶液,從而獲得碳酸鋰,D正確。9.答案(1)納米Au55活化能降低更多,催化效果更好,反應速率更快Ⅲ(2)CH3OH-4e-+H2OHCOOH+4H+1.5解析(1)納米Au55活化能降低更多,催化效果更好,反應速率更快;表示物種從催化劑表面解吸的是過程Ⅲ。(2)催化CO2還原生產HCOOH陰極的電極反應式為CO2+2e-+2H+HCOOH,陽極的電極反應式為CH3OH-4e-+H2OHCOOH+4H+,標準狀況下,每處理22.4L的CO2氣體,陰極生成1molHCOOH,陽極產生0.5molHCOOH,故標準狀況下,每處理22.4L的CO2氣體,共產生1.5molHCOOH。B組實力提升練1.A解析氮的固定是指氮由游離態到化合態的過程,反應1中N2轉化成NH3,屬于氮的固定,A正確;反應2為氨氣轉化為一氧化氮,該反應是氧化還原反應,所以涉及電子轉移,B錯誤;催化劑a表面是氫氣和氮氣反應生成氨氣,催化劑a表面發生了非極性共價鍵的斷裂和極性共價鍵的形成,C錯誤;形成化學鍵的過程放出熱量,則在催化劑b表面形成氮氧鍵的過程是放熱過程,D錯誤。2.B解析依據題意并結合圖示可知,草酸二甲酯(DMO)和氫氣發生氧化還原反應生成MG和甲醇,MG再進一步轉化成EG,EG是乙二醇。甲基碳是飽和碳原子,所連原子呈四面體結構,所以DMO分子中全部原子不行能在同一平面上,A錯誤;EG是乙二醇,其分子式為C2H6O2,B正確;反應過程中H2參加反應,且H2分子中是非極性鍵,C錯誤;DMO分子中不只有碳氧單鍵發生了斷裂,碳氧雙鍵也發生了斷裂,D錯誤。3.B解析依據圖中信息,外電路中電子從左邊轉移到右邊,因此放電時a極為負極,b極為正極,A正確;依據圖中負極Cd生成Cd(OH)2,則放電時a極的反應為Cd-2e-+2OH-Cd(OH)2,B錯誤;充電時電流的方向:外電源正極→陽極(b極)→電解質溶液→陰極(a極)→外電源負極,C正確;用該電池供應的電能電解飽和食鹽水,陰極反應式為H2O+2e-H2↑+2OH-,電路中通過0.2mole-,則陰極生成氫氣物質的量為0.1mol,其質量為0.2g,D正確。4.A解析依據題意,充電時,FQH2生成FQ,被氧化,所以充電時右側為陽極,左側為陰極,[Zn(OH)4]2-被還原為Zn;則放電時左側為負極,Zn被氧化為[Zn(OH)4]2-,右側為正極,FQ被還原為FQH2。充電時,左側陰極的電極反應為[Zn(OH)4]2-+2e-Zn+4OH-,陰離子增多,為平衡電荷,中性電解質溶液中的Na+經陽膜遷移至左側,Cl-經陰膜遷移至右側,NaCl的濃度減小,A錯誤;放電時,左側為負極,Zn被氧化為[Zn(OH)4]2-,電極反應為Zn-2e-+4OH-[Zn(OH)4]2-,B正確;充電時,右側FQH2被氧化為FQ,電極反應為FQH2-2e-FQ+2H+,所以1molFQH2轉化為FQ轉移2mol電子,C正確;放電時右側為正極,電極反應為FQ+2H++2e-FQH2,氫離子被消耗,pH增大,D正確。5.A解析極室Ⅱ加入NaCl溶液,鈉離子通過交換膜Ⅲ進入產品室Ⅱ,故交換膜Ⅲ為陽離子交換膜,R電極應與電源正極相連,發生的反應為2Cl--2e-Cl2↑,依此可推出交換膜Ⅱ為陰離子交換膜。依據圖中陽離子(Na+、H+)移動方向可知,R為陽極,Q為陰極。R電極與電源正極相連,電極反應為2Cl--2e-Cl2↑,A錯誤;依據上述分析可知,交換膜Ⅰ、Ⅲ為陽離子交換膜,交換膜Ⅱ為陰離子交換膜,B正確;“雙極膜”電滲析法利用陰、陽離子的定向移動,可應用于從鹽溶液(MX)制備相應的酸(HX)和堿(MOH),C正確;若去掉雙極膜(BP),電路中每轉移1mol電子,兩極可產生0.5mol氯氣和0.5mol氫氣,共得到1mol氣體,D正確。6.D解析反應物總能量大于生成物總能量,該反應為放熱反應,則參加反應的反應物的總鍵能小于生成物的總鍵能,A錯誤;產物P1與P2的分子式均為HNO3,但產物P1結構中存在“—O—O—”,則產物P1中部分氧元素的化合價為-1價,而產物P2中氧元素的化合價為-2價,兩者氧元素的化合價不同,B錯誤;最大的正反應的活化能出現在由中間產物Z到過渡態Ⅳ時,即最大正反應的活化能E正=-18.92kJ·mol-1-(-205.11kJ·mol-1)=186.19kJ·mol-1,C錯誤;相同條件下,反應所需的活化能越小,則反應的速率越快,由于到產物P1所需活化能更小,故反應速率更快,即v(P1)>v(P2),D正確。7.B解析由題干反應歷程圖可知,Ⅰ轉化為Ⅱ,Ⅱ轉化為Ⅲ,Ⅲ轉化為Ⅳ的活化能分別為:44.7akJ·mol-1,14.2akJ·mol-1和27.8akJ·mol-1,活化能越大反應速率越慢,故在Ⅰ~Ⅳ中,Ⅰ生成Ⅱ的反應為決速步,A錯誤;依據HCOOH在Pd催化劑表面脫氫的反應歷程圖可知HCOOH中的兩個H原子被解離出來形成H2,則用HCOOD代替HCOOH,得到的產物為HD,也可能是兩個HCOOD分子一起被解離出來H和D重新結合為H2和D2,故還可能含有D2和H2,B正確;催化劑只能變更反應的活化能,從而變更反應速率,不影響化學平衡,即如將催化劑換成Rh,反應的焓變及平衡產率不變,C錯誤;由題干反應歷程圖可知,HCOOH在催化劑Pd表面脫氫反應的焓變為-14.1akJ·mol-1,D錯誤。8.A解析SO42-沒有從甲電極向乙電極定向移動,在甲電極發生的反應為2SO42--2e-S2O82-,然后發生反應2S2O82-+2H2OO2↑+4H++4S9.D解析鐵-鉻液流電池總反應為Fe3++Cr2+Fe2++Cr3+,放電時,Cr2+發生氧化反應生成Cr3+,a電極為負極,電極反應為Cr2+-e-Cr3+,Fe3+發生得電子的還原反應生成Fe2+,b電極為正極,電極反應為Fe3++e-Fe2+,放電時,陽離子移向正極,陰離子移向負極;充電和放電過程互為逆反應,即b電極為陽極,a電極為陰極,充電時在陽極上Fe2+失去電子發生氧化反應生成Fe3+,電極反應為Fe2+-e-Fe3+,陰極上Cr3+發生得電子的還原反應生成Cr2+,電極反應為Cr3++e-Cr2+。充電時為電解池,Cr3+發生得電子的還原反應生成Cr2+,a電極為陰極,陰極連接電源的負極,A正確;放電時,b電極為正極,Fe3+發生得電子的還原反應生成Fe2+,電極反應為Fe3++e-Fe2+,B正確;電池放電時,陽離子移向正極,陰