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单元检测五　化学反应与能量
一、选择题(本题包括15小题，每小题3分，共45分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)
1.已知：
CH3CH2CH2·+HClCH3CH2CH3+Cl··CH(CH3)2+HCl
CH3CH2CH2·+HBrCH3CH2CH3+Br··CH(CH3)2+HBr
[以上微粒均为气体状态；稳定性：·CH(CH3)2>CH3CH2CH2·]
下列说法正确的是(　　)
A.ΔH1=ΔH2+ΔH3-ΔH4
B.E(H—Cl)-E(H—Br)可以表示为ΔH1-ΔH3
C.ΔH2>ΔH1
D.升高温度，活化能降低，化学反应速率增大
2.(2026·湖南邵阳高三上阶段练习)用下列装置进行相应实验，操作规范且能达到实验目的的是(　　)
A.水热法制备TiO2·xH2O B.对氨气进行尾气吸收
C.用纯碱和稀硫酸制备二氧化碳 D.准确测定中和反应的反应热
3.在无氧环境下，CH4经催化脱氢芳构化可以直接转化为高附加值的芳烃产品。一定温度下，CH4芳构化时同时存在如下反应：
ⅰ.CH4(g)C(s)+2H2(g)　ΔH1=+74.6 kJ·mol-1　ΔS=+80.84 J· mol-1·K-1
ⅱ.6CH4(g)C6H6(l)+9H2(g)　ΔH2
已知25 ℃时有关物质的燃烧热数据如表：
物质 CH4(g) C6H6(l) H2(g)
ΔH/(kJ·mol-1) a b c
下列说法不正确的是(　　)
A.受反应ⅰ影响，随着反应进行，单位时间内甲烷转化率和芳烃产率逐渐降低
B.反应ⅱ的ΔH2=(6a-b-9c) kJ·mol-1
C.反应ⅰ在1 000 K时能自发进行
D.分离产物C6H6，可提高H2在混合气体中的体积分数
4.(2025·四川南充模拟)臭氧分解反应以及氯自由基(Cl·)催化臭氧分解反应过程中的能量变化如图，存在Cl·时先后发生反应O3+Cl·O2+ClO·和ClO·+O·Cl·+O2。下列说法正确的是(　　)
A.Cl·既可加快臭氧分解反应速率，也可改变该反应的反应热
B.图示所呈现总反应为O3+O·2O2
C.Ea=Ea1+Ea2
D.Cl·催化臭氧分解的反应速率由第二步反应决定
5.(2025·安徽高三学业考试)锌溴液流电池具有高能量密度和长循环寿命的特点，适用于储能系统，其电池反应的化学方程式为Zn+Br2ZnBr2。装置如图所示，其中溴的配位剂Q·Br-能与单质溴结合生成Q·B。下列说法不正确的是(　　)
A.正、负极电解液均含溴化锌溶液
B.理论上，转移0.2 mol电子溶解6.5 g锌
C.充电时，阴极的电极反应为2Br-+Q·Br-+2e-Q·
D.若无隔膜，Q·B在电场的作用下会向负极扩散，与锌发生反应造成自放电
6.已知反应：①2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH1
②N2(g)+2O2(g)2NO2(g)　ΔH2
③N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH3
则反应4NH3(g)+7O2(g)4NO2(g)+6H2O(g)的ΔH为(　　)
A.2ΔH1+2ΔH2-2ΔH3
B.ΔH1+ΔH2-ΔH3
C.3ΔH1+2ΔH2-2ΔH3
D.3ΔH1+2ΔH2+2ΔH3
7.Diels-Alder反应是一步完成的协同反应，也是立体专一的顺式加成反应。如图所示加成反应，生成两种主产物M、N，反应过程中的能量变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.反应过程中，只有π键断裂，无π键生成
B.产物M比N更稳定
C.升高温度，生成N的速率会增大，生成M的正反应速率会减小
D.升高温度，M可能转化为N
8.如图是某一电化学腐蚀过程的原理图，下列有关说法正确的是(　　)
A.左侧电势高于右侧
B.浸金过程中的催化剂只有NH3
C.整个反应过程中，氧化剂为O2
D.负极区发生的反应为O2+2H2O+4e-4OH-
9.2-甲基丙烯与HCl的加成反应有两种产物，这两种加成反应过程与其相应的能量变化曲线关系如图所示。在恒容绝热密闭容器中通入一定量的2-甲基丙烯与HCl的混合物进行有关反应。下列说法正确的是(　　)
A.反应焓变大小：反应Ⅰ>反应Ⅱ
B.产物稳定性的强弱：产物1>产物2
C.改变催化剂，反应Ⅰ、Ⅱ的活化能和反应热均发生改变
D.2-甲基丙烯与H2O的加成反应产物中更稳定
10.下列说法正确的是(　　)
A.利用甲装置作电源电解熔融氯化钠，若制得1 mol Cl2，消耗1 mol H2SO4
B.乙装置中b极的电极反应式为MnO2+e-+Li+LiMnO2
C.丙装置中A溶液中所含溶质为NH3·H2O
D.丁装置中若生成0.2 mol Cu2(OH)3Cl，则消耗的O2体积为2.24 L(标准状况)
11.近期我国科技工作者设计了一套高效光电化学燃料电池，其工作原理如图所示(忽略溶液体积的变化)。光照时，“光催化电极a”会产生e-和空穴(h+)，下列说法错误的是(　　)
A.该装置实现了光能和化学能到电能的转化
B.负极反应式为+10h++2H2O4CO2↑+10H+
C.电池工作时，光催化电极a的电势高于电极b的电势
D.电池工作时，溶液中的H+会从左向右迁移
12.我国科技工作者设计工作原理如图所示的方案，实现对废水中有机物的无害化处理。下列说法错误的是(　　)
A.工作时将化学能转化为电能
B.N极上的电极反应为Cr+3e-+4H2OCr(OH)3↓+5OH-
C.工作中Ⅰ区电解质溶液pH会增大
D.工作时，Ⅱ区溶液中n(Na+)、n(Cl-)会减小
13.某有色金属工业的高盐废水中主要含有H+、Cu2+、Zn2+、S、F-和Cl-，利用如图电解装置可回收ZnSO4、CuSO4并尽可能除去F-和Cl-，其中双极膜(BP)中间层的H2O被解离为H+和OH-，并在直流电场作用下分别向两极迁移，M膜、N膜需在一价阴离子交换膜和阳离子交换膜中选择。下列说法正确的是(　　)
A.电解过程中，不需要控制高盐废水的pH
B.BP膜中H+均向右侧溶液迁移，M膜为一价阴离子交换膜
C.溶液a的溶质主要为HF和HCl，溶液b的溶质主要为ZnSO4和CuSO4
D.当阳极产生22.4 L气体(标准状况)时，理论上有2 mol离子通过N膜
14.一种环保的水激活“纸基”电池(如图所示)主要由1个平方厘米的电池单元组成，还包含3种印在长方形纸带上的油墨，纸带上分布着NaCl固体。一种油墨含有石墨薄片印制在纸的一面上；纸的反面印有含锌粉的油墨；在纸的两面，在以上两种油墨之上，都印上了含石墨薄片和炭黑的油墨(作导体)。下列说法错误的是(　　)
A.印有含石墨薄片的油墨的一面为正极
B.滴水激活“纸基”电池一段时间后，该电池的质量会减小
C.当有3.25×10-3g锌粉溶解时，理论上转移的电子数为1×10-4NA
D.该电池能够减少低功率废弃电子器件带来的环境影响
15.(2025·安徽高三学业考试)乙基叔丁基醚(以ETBE表示)是一种性能优良的高辛烷值汽油调和剂。用乙醇与异丁烯(以IB表示)在催化剂HZSM-5(结构如图1所示)催化下合成ETBE的反应历程如图2所示，C1、C2、C3表示反应物在催化剂上的不同吸附状态(吸附其中一种或两种)，反应的化学方程式：C2H5OH(g)+IB(g)ETBE(g)　ΔH。下列说法正确的是(　　)
A.催化剂HZSM-5中Si和Al的杂化方式不同
B.从氢键考虑，C1表示的是乙醇在催化剂HZSM-5上的吸附状态
C.三种过渡态中，过渡态2最稳定
D.反应历程的最优途径是C1
二、非选择题(本题包括4小题，共55分)
16.(12分)碳是形成化合物种类最多的元素，其单质及化合物是人类生产生活中主要的能源物质。
请回答下列问题：
(1)有机物M经过太阳光光照可转化成N，转化过程如图，ΔH=+88.6 kJ·mol-1，则M、N相比，较稳定的是　　　　。
(2)已知CH3OH(l)的燃烧热ΔH=-726.5 kJ·mol-1，CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2(g)　ΔH=-a kJ·mol-1，则a　　　(填“>”“<”或“=”)726.5。
(3)将Cl2和H2O(g)通过灼热的炭层，生成HCl和CO2，当有1 mol Cl2参与反应时释放出145.0 kJ热量，写出该反应的热化学方程式：　　　　　　　。
(4)(3分)已知：①C(s)+O2(g)CO2(g)　ΔH1=-393.5 kJ·mol-1
②2CO(g)+O2(g)2CO2(g)　ΔH2=-566 kJ·mol-1
③TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(s)+O2(g)　ΔH3=+141 kJ·mol-1
则TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)TiCl4(s)+2CO(g)的ΔH=　　　　　。
(5)(3分)已知断开1 mol H—H、1 mol N—H、1 mol N≡N分别需要的能量是436 kJ、391 kJ、946 kJ，则N2(g)与H2(g)反应生成NH3(g)的热化学方程式为　　　　　　　。
17.(13分)煤是我国第一能源，研究其综合利用及污染物处理具有重要意义。
(1)(3分)几种物质的燃烧热见下表(298 K，101 kPa)：
化学式 C(s，石墨) H2(g) CO(g) CH4(g)
ΔH/(kJ·mol-1) -393.5 -285.8 -283.0 -890.3
已知：298 K、101 kPa时，H2O(l)H2O(g)　ΔH=+44 kJ·mol-1；煤的燃烧热可用石墨的燃烧热粗略估算。煤的气化反应为C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)　ΔH=　　　　　 kJ·mol-1。
(2)电解脱硫的基本原理如图1所示，利用电极反应将Mn2+转化成Mn3+，Mn3+再将煤中的含硫物质(主要是FeS2)氧化为Fe3+和S。
图1
①脱硫反应的离子方程式为　　　　　。
②电解过程中，混合溶液的pH将　　　　　(填“变大”“变小”或“不变”)，理由是　　　　　。
(3)如图2所示装置可回收利用工业废气中的CO2和SO2。装置工作时，溶液中质子的移动方向是　　　　　(填“甲→乙”或“乙→甲”)，乙室中电极反应式为　　　　　。
图2
18.(14分)尿素[CO(NH2)2]合成的发展体现了化学科学与技术的不断进步。回答下列问题：
(1)十九世纪初，用氰酸银(AgOCN)与NH4Cl在一定条件下反应制得CO(NH2)2，实现了由无机物到有机物的合成。该反应的化学方程式是　　　　。
(2)二十世纪初，工业上以CO2和NH3为原料，在一定温度和压强下合成尿素。反应分两步进行，反应过程能量变化如图1。总反应为CO2(l)+2NH3(l)CO(NH2)2(l)+H2O(l)　ΔH=　　　　kJ·mol-1(用E1、E2、E3、E4表示)；快反应的化学方程式为　　　　　　　　。
图1
(3)(8分)研究发现，电催化CO2和含氮物质(N等)在常温、常压下合成尿素，有助于实现碳中和及解决含氮废水污染问题，电解原理如图2所示。电极b接电源的　　　　极；生成尿素的电极反应为　　　　，若生成1 mol CO(NH2)2，经过质子交换膜的H+的物质的量为　　　　mol。
图2
19.(16分)回答下列问题。
(1)已知完全燃烧a g乙炔(C2H2)气体时生成1 mol CO2和H2O(l)，同时放出热量b kJ，则表示乙炔燃烧热的热化学方程式：　　　　　　　。
(2)某课外科学兴趣小组的同学用如图1所示装置研究有关电化学的问题。图中是两个串联的甲烷燃料电池做电源对乙池、丙池进行电解实验(各溶液溶质均足量)，当闭合该装置的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转。
①A电极上发生的电极反应为　　　　　　　　　　　　　　　　。
②电解过程中丙池中发生的总反应为　　　　　　　　　　　　　　　　。
③当两个燃料电池共消耗甲烷2 240 mL(标准状况)，乙池中某极上析出Ag的质量为　　　　g。
(3)如图2所示是一种可实现氢气循环利用的新型电池的放电工作原理。
若以此新型电池为电源，用惰性电极电解制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]，其工作原理如图3所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。
①新型电池放电时，负极电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　。
②两池工作时，电池的电极M应与电解池的　　　　(填“a”或“b”)极相连接；1、2、3膜为阳膜的是　　　　　　。
③产品室中发生的离子反应为　　　　。
单元检测五　化学反应与能量
一、选择题(本题包括15小题，每小题3分，共45分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)
1.已知：
CH3CH2CH2·+HClCH3CH2CH3+Cl··CH(CH3)2+HCl
CH3CH2CH2·+HBrCH3CH2CH3+Br··CH(CH3)2+HBr
[以上微粒均为气体状态；稳定性：·CH(CH3)2>CH3CH2CH2·]
下列说法正确的是(　　)
A.ΔH1=ΔH2+ΔH3-ΔH4
B.E(H—Cl)-E(H—Br)可以表示为ΔH1-ΔH3
C.ΔH2>ΔH1
D.升高温度，活化能降低，化学反应速率增大
答案　A
解析　由盖斯定律可知，①-③=②-④，则ΔH1=ΔH2+ΔH3-ΔH4，A正确；由盖斯定律可知，③-①可得HCl+ Br·HBr+ Cl·，ΔH=ΔH3-ΔH1，则E(H—Cl)-E(H—Br)可以表示为ΔH3-ΔH1，B不正确；升高温度，活化分子百分数增大，单位时间内的有效碰撞次数增大，化学反应速率增大，但是活化能不变，D不正确。
2.(2026·湖南邵阳高三上阶段练习)用下列装置进行相应实验，操作规范且能达到实验目的的是(　　)
A.水热法制备TiO2·xH2O B.对氨气进行尾气吸收
C.用纯碱和稀硫酸制备二氧化碳 D.准确测定中和反应的反应热
答案　A
解析　TiCl4可以水解生成TiO2·xH2O，加热可以促进水解，从而制备TiO2·xH2O，A正确；氨气极易溶于水，导管直接插入水层会倒吸，B错误；纯碱(碳酸钠)为粉末状固体，会通过多孔隔板的小孔漏入液体中，无法控制反应的发生与停止，C错误；测定中和反应的反应热的装置中缺少环形玻璃搅拌器，不能使酸、碱完全混合，无法准确测定中和反应的反应热，D错误。
3.在无氧环境下，CH4经催化脱氢芳构化可以直接转化为高附加值的芳烃产品。一定温度下，CH4芳构化时同时存在如下反应：
ⅰ.CH4(g)C(s)+2H2(g)　ΔH1=+74.6 kJ·mol-1　ΔS=+80.84 J· mol-1·K-1
ⅱ.6CH4(g)C6H6(l)+9H2(g)　ΔH2
已知25 ℃时有关物质的燃烧热数据如表：
物质 CH4(g) C6H6(l) H2(g)
ΔH/(kJ·mol-1) a b c
下列说法不正确的是(　　)
A.受反应ⅰ影响，随着反应进行，单位时间内甲烷转化率和芳烃产率逐渐降低
B.反应ⅱ的ΔH2=(6a-b-9c) kJ·mol-1
C.反应ⅰ在1 000 K时能自发进行
D.分离产物C6H6，可提高H2在混合气体中的体积分数
答案　D
解析　反应ⅰ有积炭生成，随着反应的进行，生成的积炭越多，覆盖在催化剂表面，使催化剂活性逐渐降低，化学反应速率逐渐减小，所以单位时间内甲烷转化率和芳烃产率逐渐降低，A正确；由题中所给数据可得以下热化学方程式：③CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=a kJ·mol-1，④C6H6(l)+O2(g)6CO2(g)+3H2O(l)　ΔH=b kJ·mol-1，⑤H2(g)+O2(g)H2O(l)　ΔH=c kJ·mol-1，根据盖斯定律，反应ⅱ的ΔH2=(6a-b-9c) kJ·mol-1，B正确；在1 000 K时，ΔG=ΔH-TΔS=+74.6 kJ·mol-1-1 000 K×80.84×10-3 kJ·mol-1·K-1=-6.24 kJ·mol-1<0，故反应ⅰ在1 000 K时能自发进行，C正确；苯为液体，分离出部分苯，平衡不移动，H2在混合气体中的体积分数不变，D错误。
4.(2025·四川南充模拟)臭氧分解反应以及氯自由基(Cl·)催化臭氧分解反应过程中的能量变化如图，存在Cl·时先后发生反应O3+Cl·O2+ClO·和ClO·+O·Cl·+O2。下列说法正确的是(　　)
A.Cl·既可加快臭氧分解反应速率，也可改变该反应的反应热
B.图示所呈现总反应为O3+O·2O2
C.Ea=Ea1+Ea2
D.Cl·催化臭氧分解的反应速率由第二步反应决定
答案　B
解析　根据题给基元反应的方程式可知，Cl·在反应中作催化剂，可加快臭氧分解反应速率，但不改变该反应的反应热，A错误；能量变化图中，曲线的起止状态的物质分别对应反应物和反应产物，故图示所呈现的总反应为O3+O·2O2，B正确；催化剂可降低反应的活化能，Ea>Ea1、Ea>Ea2，但Ea≠Ea1+Ea2，C错误；活化能越大，反应速率越慢，反应进程中，活化能最大的基元反应速率最慢，为反应的决速步骤，Cl·催化臭氧分解的反应中，Ea1>Ea2，故速率由第一步反应决定，D错误。
5.(2025·安徽高三学业考试)锌溴液流电池具有高能量密度和长循环寿命的特点，适用于储能系统，其电池反应的化学方程式为Zn+Br2ZnBr2。装置如图所示，其中溴的配位剂Q·Br-能与单质溴结合生成Q·B。下列说法不正确的是(　　)
A.正、负极电解液均含溴化锌溶液
B.理论上，转移0.2 mol电子溶解6.5 g锌
C.充电时，阴极的电极反应为2Br-+Q·Br-+2e-Q·
D.若无隔膜，Q·B在电场的作用下会向负极扩散，与锌发生反应造成自放电
答案　C
解析　根据电池反应的化学方程式：Zn+Br2ZnBr2可知，正、负极电解液均含溴化锌溶液，A项正确；根据电极总反应可知，理论上转移0.2 mol电子溶解0.1 mol锌，即溶解6.5 g锌，B项正确；充电时，Br-在阳极放电，再与配位剂结合，电极反应为2Br-+Q·Br- -2e-Q·，C项错误；充电时，生成的Q·在电场的作用下会向负极扩散，与负极的锌发生反应造成自放电，隔膜为阳离子交换膜，可防止Q·的移动，D项正确。
6.已知反应：①2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH1
②N2(g)+2O2(g)2NO2(g)　ΔH2
③N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH3
则反应4NH3(g)+7O2(g)4NO2(g)+6H2O(g)的ΔH为(　　)
A.2ΔH1+2ΔH2-2ΔH3
B.ΔH1+ΔH2-ΔH3
C.3ΔH1+2ΔH2-2ΔH3
D.3ΔH1+2ΔH2+2ΔH3
答案　C
解析　根据盖斯定律，将反应①×3+②×2-③×2可得反应4NH3(g)+7O2(g)4NO2(g)+6H2O(g)　ΔH，则ΔH=3ΔH1+2ΔH2-2ΔH3，即C符合题意。
7.Diels-Alder反应是一步完成的协同反应，也是立体专一的顺式加成反应。如图所示加成反应，生成两种主产物M、N，反应过程中的能量变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.反应过程中，只有π键断裂，无π键生成
B.产物M比N更稳定
C.升高温度，生成N的速率会增大，生成M的正反应速率会减小
D.升高温度，M可能转化为N
答案　D
解析　反应过程中，有π键的断裂及π键的生成，A错误；能量越低越稳定，由图可知N的能量低，故N更稳定，B错误；不管是吸热反应还是放热反应，升高温度，反应速率均增大，只是增大的程度不同，所以升高温度，生成M、N的反应速率均增大，C错误；由图可知升高温度时，更有利于生成N，导致反应物浓度降低，使得生成M的平衡逆向移动，则M可能转化为N，D正确。
8.如图是某一电化学腐蚀过程的原理图，下列有关说法正确的是(　　)
A.左侧电势高于右侧
B.浸金过程中的催化剂只有NH3
C.整个反应过程中，氧化剂为O2
D.负极区发生的反应为O2+2H2O+4e-4OH-
答案　C
解析　正极电势高于负极，则左侧电势低于右侧，故A错误；依据催化剂在化学反应前后质量和化学性质都不变的特点，浸金过程中的催化剂有NH3和，故B错误；由图可知，O2在正极得到电子生成OH-，作氧化剂，故C正确；负极区发生氧化反应：Au-e-+2NH3[Au(NH3)2]+，故D错误。
9.2-甲基丙烯与HCl的加成反应有两种产物，这两种加成反应过程与其相应的能量变化曲线关系如图所示。在恒容绝热密闭容器中通入一定量的2-甲基丙烯与HCl的混合物进行有关反应。下列说法正确的是(　　)
A.反应焓变大小：反应Ⅰ>反应Ⅱ
B.产物稳定性的强弱：产物1>产物2
C.改变催化剂，反应Ⅰ、Ⅱ的活化能和反应热均发生改变
D.2-甲基丙烯与H2O的加成反应产物中更稳定
答案　A
解析　根据图示，该反应为放热反应，反应Ⅰ放出的能量小于反应Ⅱ，所以反应焓变大小：反应Ⅰ>反应Ⅱ，故A正确；能量越低越稳定，产物1的能量大于产物2，所以产物2的稳定性大于产物1，故B错误；改变催化剂，反应Ⅰ、Ⅱ的反应热不发生改变，故C错误；2-甲基丙烯与H2O的加成反应产物中(CH3)3COH更稳定，故D错误。
10.下列说法正确的是(　　)
A.利用甲装置作电源电解熔融氯化钠，若制得1 mol Cl2，消耗1 mol H2SO4
B.乙装置中b极的电极反应式为MnO2+e-+Li+LiMnO2
C.丙装置中A溶液中所含溶质为NH3·H2O
D.丁装置中若生成0.2 mol Cu2(OH)3Cl，则消耗的O2体积为2.24 L(标准状况)
答案　B
解析　铅酸蓄电池的工作原理为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O，转移2 mol电子消耗2 mol H2SO4，电解熔融氯化钠：2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑，制得1 mol Cl2转移2 mol e-，A错误；MnO2在正极发生还原反应生成LiMnO2，其电极反应式为MnO2+e-+Li+LiMnO2，B正确；A溶液中所含溶质为NH4Cl，C错误；Cu由0价变为+2价，故若生成0.2 mol Cu2(OH)3Cl，转移0.8 mol e-，消耗标准状况下4.48 L氧气，D错误。
11.近期我国科技工作者设计了一套高效光电化学燃料电池，其工作原理如图所示(忽略溶液体积的变化)。光照时，“光催化电极a”会产生e-和空穴(h+)，下列说法错误的是(　　)
A.该装置实现了光能和化学能到电能的转化
B.负极反应式为+10h++2H2O4CO2↑+10H+
C.电池工作时，光催化电极a的电势高于电极b的电势
D.电池工作时，溶液中的H+会从左向右迁移
答案　C
解析　由光照时，“光催化电极a”会产生e-和空穴(h+)可知，电极a为燃料电池的负极，在光照条件下，得到空穴(失去电子)发生氧化反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为+10h++2H2O4CO2↑+10H+，电极b为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成水，电极反应式为O2+4H++4e-2H2O，电池的总反应为2+5O28CO2↑ +6H2O。由分析可知，该装置实现了光能和化学能到电能的转化，故A正确；电极a为燃料电池的负极，电极b为正极，则电池工作时，溶液中的氢离子会从左向右迁移，故D正确。
12.我国科技工作者设计工作原理如图所示的方案，实现对废水中有机物的无害化处理。下列说法错误的是(　　)
A.工作时将化学能转化为电能
B.N极上的电极反应为Cr+3e-+4H2OCr(OH)3↓+5OH-
C.工作中Ⅰ区电解质溶液pH会增大
D.工作时，Ⅱ区溶液中n(Na+)、n(Cl-)会减小
答案　C
解析　分析可知，该装置是原电池，能把化学能转化为电能，故A正确；N极上Cr转化为Cr(OH)3，Cr的化合价从+6价降低为+3价，所以N极是正极，根据电荷守恒原则，还生成OH-，故B正确；Ⅰ区的有机物转化为二氧化碳，碳元素化合价升高，M极是负极，失去电子，生成H+，同时消耗H2O，溶液pH降低，故C错误；工作时，Ⅰ区产生H+，Ⅲ区产生OH-，为平衡两边电荷，Ⅱ区的钠离子和氯离子分别移向Ⅲ区和Ⅰ区，故D正确。
13.某有色金属工业的高盐废水中主要含有H+、Cu2+、Zn2+、S、F-和Cl-，利用如图电解装置可回收ZnSO4、CuSO4并尽可能除去F-和Cl-，其中双极膜(BP)中间层的H2O被解离为H+和OH-，并在直流电场作用下分别向两极迁移，M膜、N膜需在一价阴离子交换膜和阳离子交换膜中选择。下列说法正确的是(　　)
A.电解过程中，不需要控制高盐废水的pH
B.BP膜中H+均向右侧溶液迁移，M膜为一价阴离子交换膜
C.溶液a的溶质主要为HF和HCl，溶液b的溶质主要为ZnSO4和CuSO4
D.当阳极产生22.4 L气体(标准状况)时，理论上有2 mol离子通过N膜
答案　B
解析　由图可知，最左侧为阳极室，水放电生成氧气和氢离子；最右侧为阴极室，水放电生成氢气和氢氧根离子；电解过程中，若pH过高则会导致锌离子、铜离子转化为沉淀，故应控制高盐废水的pH不能过高，A错误；电解池中阳离子向阴极移动，BP膜中氢离子均向右侧溶液迁移，氟离子、氯离子通过M膜向左侧迁移，故M膜为一价阴离子交换膜，B正确；氟离子、氯离子通过M膜向左侧迁移，氢离子与右侧双极膜迁移出来的OH-中和，故反应后溶液a的溶质主要为硫酸锌和硫酸铜，溶液b的溶质主要为右侧迁移过来的氟离子、氯离子与左侧双极膜迁移过来的氢离子生成的HF和HCl，C错误；阳极反应为2H2O-4e-4H++O2↑，当阳极产生22.4 L(标准状况下为1 mol)气体时，根据电子守恒可知，有4 mol离子通过N膜，D错误。
14.一种环保的水激活“纸基”电池(如图所示)主要由1个平方厘米的电池单元组成，还包含3种印在长方形纸带上的油墨，纸带上分布着NaCl固体。一种油墨含有石墨薄片印制在纸的一面上；纸的反面印有含锌粉的油墨；在纸的两面，在以上两种油墨之上，都印上了含石墨薄片和炭黑的油墨(作导体)。下列说法错误的是(　　)
A.印有含石墨薄片的油墨的一面为正极
B.滴水激活“纸基”电池一段时间后，该电池的质量会减小
C.当有3.25×10-3g锌粉溶解时，理论上转移的电子数为1×10-4NA
D.该电池能够减少低功率废弃电子器件带来的环境影响
答案　B
解析　由题干信息可知，正面石墨薄片为正极，电极反应为O2+4e-+2H2O4OH-，反面上的锌粉为负极，电极反应为Zn-2e-+4OH-Zn(OH，据此分析解题。正极上氧气发生还原反应生成OH-，石墨是该纸电池的正极，锌作负极，故A正确；“纸基”电池工作时，总反应式为2Zn+ O2+2H2O+4OH-2Zn(OH，氧气参与电池反应，该电池的质量会增加，故B错误；3.25×10-3 g锌粉的物质的量为=5×10-5mol，电极反应为Zn-2e-+4OH-Zn(OH，理论上转移电子1×10-4 mol，即转移的电子数为1×10-4NA，故C正确；该电池有质量小、柔韧性好的优点，不产生污染性的废料，能够减少低功率废弃电子器件带来的环境影响，故D正确。
15.(2025·安徽高三学业考试)乙基叔丁基醚(以ETBE表示)是一种性能优良的高辛烷值汽油调和剂。用乙醇与异丁烯(以IB表示)在催化剂HZSM-5(结构如图1所示)催化下合成ETBE的反应历程如图2所示，C1、C2、C3表示反应物在催化剂上的不同吸附状态(吸附其中一种或两种)，反应的化学方程式：C2H5OH(g)+IB(g)ETBE(g)　ΔH。下列说法正确的是(　　)
A.催化剂HZSM-5中Si和Al的杂化方式不同
B.从氢键考虑，C1表示的是乙醇在催化剂HZSM-5上的吸附状态
C.三种过渡态中，过渡态2最稳定
D.反应历程的最优途径是C1
答案　B
解析　图1中Si、Al均形成了4个σ键，无孤对电子，价层电子对数均为4，所以Si、Al均采用sp3杂化，A错误；乙醇能与催化剂形成氢键，能量状态更稳定，故C1表示的是乙醇在催化剂上的吸附状态、C2表示的是异丁烯在催化剂上的吸附状态、C3表示的是乙醇和异丁烯同时在催化剂上的吸附状态，B正确；能量越低越稳定，则过渡态3最稳定，C错误；过渡态1的活化能E1=6a kJ·mol-1，过渡态2的活化能E2≈5.5a kJ·mol-1，过渡态3的活化能E3=4a kJ·mol-1，所以过渡态3的活化能最低，反应相对容易，则反应历程的最优途径是C3，D错误。
二、非选择题(本题包括4小题，共55分)
16.(12分)碳是形成化合物种类最多的元素，其单质及化合物是人类生产生活中主要的能源物质。
请回答下列问题：
(1)有机物M经过太阳光光照可转化成N，转化过程如图，ΔH=+88.6 kJ·mol-1，则M、N相比，较稳定的是　　　　。
(2)已知CH3OH(l)的燃烧热ΔH=-726.5 kJ·mol-1，CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2(g)　ΔH=-a kJ·mol-1，则a　　　(填“>”“<”或“=”)726.5。
(3)将Cl2和H2O(g)通过灼热的炭层，生成HCl和CO2，当有1 mol Cl2参与反应时释放出145.0 kJ热量，写出该反应的热化学方程式：　　　　　　　。
(4)(3分)已知：①C(s)+O2(g)CO2(g)　ΔH1=-393.5 kJ·mol-1
②2CO(g)+O2(g)2CO2(g)　ΔH2=-566 kJ·mol-1
③TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(s)+O2(g)　ΔH3=+141 kJ·mol-1
则TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)TiCl4(s)+2CO(g)的ΔH=　　　　　。
(5)(3分)已知断开1 mol H—H、1 mol N—H、1 mol N≡N分别需要的能量是436 kJ、391 kJ、946 kJ，则N2(g)与H2(g)反应生成NH3(g)的热化学方程式为　　　　　　　。
答案　(1)M　(2)<
(3)2Cl2(g)+2H2O(g)+C(s)4HCl(g)+CO2(g)　ΔH=-290.0 kJ·mol-1
(4)-80 kJ·mol-1
(5)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.0 kJ·mol-1
解析　(2)甲醇燃烧生成CO2(g)和H2(g)，属于不完全燃烧，放出的热量少，所以a<726.5。
(3)有1 mol Cl2参与反应时释放出145.0 kJ热量，则2 mol 氯气反应放热290.0 kJ，反应的热化学方程式：2Cl2(g)+2H2O(g)+C(s)4HCl(g)+CO2(g)　ΔH=-290.0 kJ·mol-1。
(4)根据盖斯定律，由①×2-②+③得：TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)TiCl4(s)+2CO(g)，其焓变ΔH=ΔH1×2-ΔH2+ΔH3=-80 kJ·mol-1。
(5)在反应N2+3H22NH3中，断裂3 mol H—H、1 mol N≡N共吸收能量：3×436 kJ+946 kJ=2 254 kJ，生成2 mol NH3，共形成6 mol N—H，放出的能量为6×391 kJ=2 346 kJ，该反应为放热反应，放出的热量为2 346 kJ-2 254 kJ=92 kJ，热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.0 kJ·mol-1。
17.(13分)煤是我国第一能源，研究其综合利用及污染物处理具有重要意义。
(1)(3分)几种物质的燃烧热见下表(298 K，101 kPa)：
化学式 C(s，石墨) H2(g) CO(g) CH4(g)
ΔH/(kJ·mol-1) -393.5 -285.8 -283.0 -890.3
已知：298 K、101 kPa时，H2O(l)H2O(g)　ΔH=+44 kJ·mol-1；煤的燃烧热可用石墨的燃烧热粗略估算。煤的气化反应为C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)　ΔH=　　　　　 kJ·mol-1。
(2)电解脱硫的基本原理如图1所示，利用电极反应将Mn2+转化成Mn3+，Mn3+再将煤中的含硫物质(主要是FeS2)氧化为Fe3+和S。
图1
①脱硫反应的离子方程式为　　　　　。
②电解过程中，混合溶液的pH将　　　　　(填“变大”“变小”或“不变”)，理由是　　　　　。
(3)如图2所示装置可回收利用工业废气中的CO2和SO2。装置工作时，溶液中质子的移动方向是　　　　　(填“甲→乙”或“乙→甲”)，乙室中电极反应式为　　　　　。
图2
答案　(1)+131.3
(2)①15Mn3++FeS2+8H2OFe3++15Mn2++2S+16H+　②变小　由脱硫反应的离子方程式可知，电解过程中生成H+且消耗水，pH减小
(3)甲→乙　CO2+2H++2e-HCOOH
解析　(1)根据表格数据：①C(s)+O2(g)CO2(g)　ΔH=-393.5 kJ·mol-1；②H2(g)+O2(g)H2O(l)　ΔH=-285.8 kJ·mol-1；③CO(g)+O2(g)CO2(g)　ΔH=-283.0 kJ·mol-1；④H2O(l)H2O(g)　ΔH=+44 kJ·mol-1；根据盖斯定律：①-②-③-④得反应：C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)　ΔH=[-393.5-(-285.8)-(-283.0)-(+44)] kJ·mol-1=+131.3 kJ·mol-1。(3)甲室为电解池阳极室，乙室为电解池阴极室，溶液中质子通过质子交换膜由甲室移向乙室；乙室中发生电极反应：CO2+2H++2e-HCOOH。
18.(14分)尿素[CO(NH2)2]合成的发展体现了化学科学与技术的不断进步。回答下列问题：
(1)十九世纪初，用氰酸银(AgOCN)与NH4Cl在一定条件下反应制得CO(NH2)2，实现了由无机物到有机物的合成。该反应的化学方程式是　　　　。
(2)二十世纪初，工业上以CO2和NH3为原料，在一定温度和压强下合成尿素。反应分两步进行，反应过程能量变化如图1。总反应为CO2(l)+2NH3(l)CO(NH2)2(l)+H2O(l)　ΔH=　　　　kJ·mol-1(用E1、E2、E3、E4表示)；快反应的化学方程式为　　　　　　　　。
图1
(3)(8分)研究发现，电催化CO2和含氮物质(N等)在常温、常压下合成尿素，有助于实现碳中和及解决含氮废水污染问题，电解原理如图2所示。电极b接电源的　　　　极；生成尿素的电极反应为　　　　，若生成1 mol CO(NH2)2，经过质子交换膜的H+的物质的量为　　　　mol。
图2
答案　(1)AgOCN+NH4ClCO(NH2)2+AgCl　(2)E1-E2+E3-E4　CO2(l)+2NH3(l)NH2COONH4(l)　(3)正　2N+16e-+CO2+18H+CO(NH2)2+7H2O　16
解析　(2)正反应的活化能越小反应速率越快，E1最小，该步骤是快反应，则快反应的化学方程式为CO2(l)+2NH3(l)NH2COONH4(l)。(3)电解池中阳离子移向阴极，由图可知，H+移向a极，即a极为阴极，b极是阳极，接电源正极，电解过程中阴极上N得到电子与CO2反应生成尿素，电极反应式是2N+16e-+CO2+18H+CO(NH2)2+7H2O；生成1 mol CO(NH2)2，转移16 mol电子，因此经过质子交换膜的H+的物质的量为16 mol。
19.(16分)回答下列问题。
(1)已知完全燃烧a g乙炔(C2H2)气体时生成1 mol CO2和H2O(l)，同时放出热量b kJ，则表示乙炔燃烧热的热化学方程式：　　　　　　　。
(2)某课外科学兴趣小组的同学用如图1所示装置研究有关电化学的问题。图中是两个串联的甲烷燃料电池做电源对乙池、丙池进行电解实验(各溶液溶质均足量)，当闭合该装置的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转。
①A电极上发生的电极反应为　　　　　　　　　　　　　　　　。
②电解过程中丙池中发生的总反应为　　　　　　　　　　　　　　　　。
③当两个燃料电池共消耗甲烷2 240 mL(标准状况)，乙池中某极上析出Ag的质量为　　　　g。
(3)如图2所示是一种可实现氢气循环利用的新型电池的放电工作原理。
若以此新型电池为电源，用惰性电极电解制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]，其工作原理如图3所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。
①新型电池放电时，负极电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　。
②两池工作时，电池的电极M应与电解池的　　　　(填“a”或“b”)极相连接；1、2、3膜为阳膜的是　　　　　　。
③产品室中发生的离子反应为　　　　。
答案　(1)C2H2(g)+O2(g)2CO2(g)+H2O(l)　ΔH=-2b kJ·mol-1
(2)①CH4+10OH--8e-C+7H2O　②Fe+2H2OFe(OH)2+H2↑　③43.2
(3)①H2+2OH--2e-2H2O　②b　1膜、3膜　③B(OH+H+H3BO3+H2O
解析　(1)a g乙炔燃烧生成1 mol CO2放出热量b kJ，则1 mol乙炔燃烧生成2 mol CO2放出热量2b kJ，故表示乙炔燃烧热的热化学方程式为C2H2(g)+O2(g)2CO2(g)+H2O(l)　ΔH=-2b kJ·mol-1。(2)①向A电极上通入甲烷，甲烷失去电子发生氧化反应，故此电极为负极，电极反应式为CH4+10OH--8e-C+ 7H2O。②丙池中铁在阳极失去电子，水电离的氢离子在铂电极得到电子生成氢气，同时生成OH-，阳极生成的Fe2+会和OH-反应生成Fe(OH)2，总反应为Fe+2H2OFe(OH)2+H2↑。③体积为2 240 mL(标准状况)的甲烷其物质的量为0.1 mol，每个燃料电池消耗0.05 mol甲烷，共失去电子0.4 mol，则乙池中某电极上析出Ag也为0.4 mol，其质量为43.2 g。(3)①由图可知，电极N为负极，电极反应为H2+2OH--2e-2H2O。②电极M为正极，通过图3可知，原料室中的钠离子向左移动，b极附近的氢离子向左移动，则a极为阴极，b极为阳极，则电极M应该与b极连接；同时1、3膜为阳膜。③在产品室中应该是原料室中的B(OH向右进入产品室，和从b极区迁移进入产品室中的氢离子反应生成产品H3BO3，发生的离子反应为B(OH+H+H3BO3+H2O。
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