周测4　化学反应与能量变化（含解析）

周测4　化学反应与能量变化
(时间：60分钟　分值：100分)
一、选择题(本题共15小题，每小题4分，共60分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.(2023·河南洛宁阶段检测)载人飞船发射火箭的燃料常用联氨(N2H4)、液氢，氧化剂有液氧、液态四氧化二氮等。下列叙述错误的是 (　　)
A.液氢和液氧的汽化是吸热反应
B.1 mol H2(g)的能量高于1 mol H2(l)的能量
C.液氢在液氧中燃烧放出热量，产物对环境友好
D.N2H4和N2O4的反应中反应物总能量高于生成物总能量
2.(2023·湖南湘潭高一检测)将盛有NH4HCO3粉末的试管放入盛有少量醋酸的大烧杯中，然后向试管中加入盐酸(如图)，反应剧烈，醋酸逐渐凝固。下列说法正确的是 (　　)
A.NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应
B.该反应中，热能转化为生成物内部的能量
C.反应物的总能量高于生成物的总能量
D.反应物中化学键断裂吸收的能量少于生成物中化学键形成放出的能量
3.下列有关说法正确的是 (　　)
A.一个化学反应的正反应是放热反应，其逆反应不一定是吸热反应
B.太阳能电池是将光能先转化为热能，再转化为电能
C.铅酸蓄电池是二次电池，放电时将化学能转化为电能
D.普通锌锰干电池工作时，电子由石墨棒通过外电路流向锌筒
4.(2024·江苏徐州高一期中)我国研究人员研制出一种新型复合光催化剂，可以利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，主要过程如图所示。下列说法错误的是 (　　)
A.上述过程中，反应物的总能量小于生成物的总能量
B.上述过程中，太阳能转化为化学能
C.过程Ⅰ释放能量，过程Ⅱ吸收能量
D.过程Ⅲ属于氧化还原反应
5.(2023·河南开封高一期中)下列反应属于氧化还原反应，且能量变化如图所示的是 (　　)
A.木炭与高温水蒸气发生置换反应
B.氯化铵受热分解
C.Fe在Cl2中燃烧
D.高温煅烧石灰石
6.(2023·安徽芜湖阶段检测)把X、Y、Z、W四种金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连，均可形成原电池。X、Y相连时，X为负极；Z、W相连时，W上有气泡逸出；X、Z相连时，X质量减少；Y、W相连时，电流从Y经导线流向W。则四种金属的活动性顺序由弱到强排列为 (　　)
A.X、Z、W、Y B.W、Y、Z、X
C.W、Z、Y、X D.Y、W、Z、X
7.(2023·山东济宁高一期中)如图表示的是1 mol N2(g)和1 mol O2(g)反应生成2 mol NO(g)过程中的能量变化情况，已知整个过程中共吸收180 kJ的能量，下列说法正确的是 (　　)
A.2 mol O原子生成1 mol O2(g)时放出498 kJ能量
B.2 mol NO(g)分子中的化学键形成时需要吸收1 264 kJ能量
C.1 mol N2(g)和1 mol O2(g)的总能量大于2 mol NO(g)的能量
D.1 mol N2(g)和1 mol O2(g)在放电条件和高温条件下分别反应生成2 mol NO(g)时吸收的能量不同
8.为将反应2Al+6H+2Al3++3H2↑的化学能转化为电能，下列装置能达到目的的是(铝条均已除去氧化膜) (　　)
9.Fe、Mg与H2SO4反应的实验记录如下：
实验
现象 Fe表面产生大量无色气泡 Fe表面产生少量气泡后迅速停止 Mg表面迅速产生大量气泡 Fe表面有大量气泡，Mg表面有少量气泡
关于上述实验的说法不合理的是 (　　)
A.Ⅰ中产生气体的原因是Fe+2H+Fe2++ H2↑
B.Ⅱ 中产生的气体与Ⅰ中相同
C.Ⅲ 中现象说明Mg在浓H2SO4中没被钝化
D.Ⅳ 中现象说明Mg的金属性比Fe强
10.2020年10月，我国建成全球首套千吨级液态太阳燃料合成示范装置，其原理如图所示。下列说法错误的是 (　　)
A.高纯硅可用于制造太阳能光伏电池
B.反应Ⅰ中电能转化为化学能
C.反应Ⅰ与H2的燃烧反应互为可逆反应
D.反应Ⅱ能够促进CO2资源化利用，有助于实现“碳中和”
11.某反应由两步反应AB、BC构成，反应的能量变化曲线如图所示。下列叙述正确的是 (　　)
A.A B反应一定需要加热
B.两步反应均为吸热反应
C.A与C的能量差为E4
D.三种物质中C最稳定
12.(2023·武汉高一期中)碳纳米点(CQDs)/氮化碳(C3N4)纳米复合物是一种新型光催化剂，可用于光分解水的反应，其原理如图所示。下列说法错误的是 (　　)
A.C3N4是无机非金属材料
B.总反应属于吸热反应
C.阶段Ⅰ和阶段Ⅱ均有非极性键的断裂与形成
D.此过程实现了太阳能向化学能的转化
13.(2023·黑龙江大庆高一期中)关于下列四个常用电化学装置的叙述错误的是 (　　)
A.图Ⅰ所示电池中，电子从锌片流出
B.图Ⅱ所示干电池中锌作负极
C.图Ⅲ所示电池为二次电池，放电时正极的电极反应式为Pb-2e-+SPbSO4
D.图Ⅳ所示电池中通入氧气的电极是正极
14.(2023·泰安高一调研)利用反应6NO2+8NH37N2+12H2O设计的电池装置如图所示，该装置能有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染。下列说法错误的是 (　　)
A.电极B为正极，发生还原反应
B.当有0.5 mol NO2参与反应时，外电路中转移3 mol电子
C.电池工作时，OH-从右向左移动
D.电极B的电极反应式为2NO2+8e-+4H2ON2+8OH-
15.(2023·石家庄高一期中)用零价铁去除酸性水体中的N是地下水修复研究的热点之一，下列有关叙述错误的是 (　　)
铁粉还原水体中N的反应原理(已知：形成了原电池)示意图 足量铁粉还原水体中N后，铁表面最终形态的示意图 初始pH=4.5的水体中，分别加入Fe2+、Fe(足量)、Fe(足量)和Fe2+对N的去除率(%)的对比图像
A.甲图中Fe作原电池的负极
B.甲图中正极上发生的电极反应：N+8e-+10H+N+3H2O
C.零价铁去除N的反应速率会随时间推移而减慢
D.零价铁去除N时加入的适量Fe2+能直接还原N，从而提高N的去除率
二、非选择题(本题共3小题，共40分)
16.(14分)(2023·合肥高一期中)到目前为止，由化学能转变的热能或电能仍然是人类使用的主要能源。
(1)从能量变化角度研究反应：2H2(g)+O2(g)2H2O(g)。如图能正确表示该反应中能量变化的是　　　　(填字母)。
(2)从断键和成键角度分析上述反应中能量的变化，部分化学键的键能如下表：
化学键 H—H OO H—O
键能/(kJ· mol-1) 436 496 463
则生成1 mol H2O(g)放出热量　　　　 kJ。
(3)为了探究化学反应中的能量变化，某兴趣小组设计了如图两个实验(如图所示)。试回答下列问题：
①有关反应一段时间后的实验现象，下列说法正确的是　　　　(填字母)。
A.图Ⅰ中温度计的示数高于图Ⅱ的示数
B.图Ⅰ中锌片是负极，图Ⅱ中铜片是正极
C.图Ⅰ和图Ⅱ的气泡均在锌棒表面产生
D.图Ⅱ中产生气体的速率比图Ⅰ慢
E.图Ⅰ和图Ⅱ中溶液的酸性均增强
F.图Ⅱ的外电路中电流方向为Zn→Cu
②写出图Ⅱ实验中铜片上电极反应式：　　　　　　　　　　　　。
③图Ⅱ中当电路中转移0.25 mol电子时，消耗负极材料的质量为　　　　 g。
(4)某科研团队设计了一种以硅作为基底的微型直接氢气酸性燃料电池，其工作原理如图所示。电池工作时，A电极上的电极反应式为　　　　　　　　　　　　。
(5)根据原电池原理可以制造化学电池。如：电动汽车上用的铅酸蓄电池是由一组海绵状铅板和另一组结构相似的充满二氧化铅的铅板作为两电极，用稀H2SO4作电解质溶液构成。放电时，电池总反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。试写出放电时正极的电极反应式：　　　　　　　　　　　　。
17.(14分)(2023·山西朔州高一期中)Ⅰ.某化学兴趣小组为了探索铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如表，根据表中记录的实验现象，回答下列问题。
编号 电极材料 电解质溶液 电流表指针偏转方向
1 Mg、Al 稀盐酸 偏向Al
2 Al、Cu 稀盐酸 偏向Cu
3 Al、石墨 稀盐酸 偏向石墨
4 Mg、Al NaOH溶液 偏向Mg
(1)(1分)实验1、2中Al电极的作用是否相同？　　　　　。
(2)(1分)实验3中铝为　　　　　极，电极反应式为2Al-6e-2Al3+。
(3)实验4中的铝为　　　　　极，写出铝电极的电极反应式：______________________。
(4)根据以上实验结果，在原电池中相对活泼的金属作正极还是作负极受到哪些因素的影响？______________________。
Ⅱ.某种燃料电池的工作原理如图所示(a、b均为石墨电极)。
(5)假设使用的“燃料”是氢气(H2)，则b极的电极反应式为______________________。
(6)假设使用的“燃料”是甲烷(CH4)，则通入甲烷气体的电极反应式为______________________，
电池工作一段时间后，电解质溶液的碱性将　　　　　(填“增强”“减弱”或“不变”)。
18.(12分)(1)根据构成原电池的本质判断，下列化学(或离子)方程式正确且能设计成原电池的是　　　　(填字母)。
A.KOH+HClKCl+H2O
B.Cu+Fe3+Fe2++Cu2+
C.Na2O+H2O2NaOH
D.Fe+H2SO4FeSO4+H2↑
(2)高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应式为3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。
①放电时，正极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　。
②放电时，　　　　(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。
(3)新型固体燃料电池的电解质是固体氧化锆和氧化钇，高温下允许氧离子(O2-)在其间通过。如图所示，其中多孔电极不参与电极反应。写出该电池的负极反应式：　　　　　　　　　　　　。
(4)一氧化氮 空气质子交换膜燃料电池将化学能转化为电能的同时，实现了制硝酸、发电、环保三位一体的结合，其工作原理如图所示。写出放电过程中负极的电极反应式：　　　　　　　　　　　　，若过程中产生2 mol HNO3，则消耗标准状况下O2的体积为　　　　L。
周测4　化学反应与能量变化
(时间：60分钟　分值：100分)
一、选择题(本题共15小题，每小题4分，共60分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.(2023·河南洛宁阶段检测)载人飞船发射火箭的燃料常用联氨(N2H4)、液氢，氧化剂有液氧、液态四氧化二氮等。下列叙述错误的是 (　　)
A.液氢和液氧的汽化是吸热反应
B.1 mol H2(g)的能量高于1 mol H2(l)的能量
C.液氢在液氧中燃烧放出热量，产物对环境友好
D.N2H4和N2O4的反应中反应物总能量高于生成物总能量
答案　A
解析　液氢、液氧的汽化属于物理变化，不属于吸热反应，A错误；同一物质，气态时的能量高于液态时的能量，所以1 mol H2(g)的能量高于1 mol H2(l)的能量，B正确；液氢在液氧中燃烧发生的反应是放热反应，产物为水，不污染环境，C正确；N2H4和N2O4的反应是放热反应，放热反应的反应物总能量高于生成物总能量，D正确。
2.(2023·湖南湘潭高一检测)将盛有NH4HCO3粉末的试管放入盛有少量醋酸的大烧杯中，然后向试管中加入盐酸(如图)，反应剧烈，醋酸逐渐凝固。下列说法正确的是 (　　)
A.NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应
B.该反应中，热能转化为生成物内部的能量
C.反应物的总能量高于生成物的总能量
D.反应物中化学键断裂吸收的能量少于生成物中化学键形成放出的能量
答案　B
解析　醋酸逐渐凝固，说明NH4HCO3与盐酸反应使醋酸的温度降低，因此该反应为吸热反应，反应物中化学键断裂吸收的能量多于生成物中化学键形成放出的能量，A、D错误；吸热反应中反应物吸收能量，得到的生成物内能增加，B正确；吸热反应中反应物的总能量低于生成物的总能量，C错误。
3.下列有关说法正确的是 (　　)
A.一个化学反应的正反应是放热反应，其逆反应不一定是吸热反应
B.太阳能电池是将光能先转化为热能，再转化为电能
C.铅酸蓄电池是二次电池，放电时将化学能转化为电能
D.普通锌锰干电池工作时，电子由石墨棒通过外电路流向锌筒
答案　C
解析　化学反应中一定伴随着能量变化，若一个化学反应的正反应放热，则其逆反应一定吸热，A错误；太阳能电池可以将太阳能直接转化为电能，B错误；锌锰干电池中锌筒作负极，石墨棒作正极，工作时电子由锌筒通过外电路流向石墨棒，D错误。
4.(2024·江苏徐州高一期中)我国研究人员研制出一种新型复合光催化剂，可以利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，主要过程如图所示。下列说法错误的是 (　　)
A.上述过程中，反应物的总能量小于生成物的总能量
B.上述过程中，太阳能转化为化学能
C.过程Ⅰ释放能量，过程Ⅱ吸收能量
D.过程Ⅲ属于氧化还原反应
答案　C
解析　由题图可知，太阳能使水分解，水分解吸热，反应物的总能量小于生成物的总能量，故A正确；太阳能使水分解，实现了太阳能向化学能的转化，故B正确；过程Ⅰ中水分子断键，吸收能量，过程Ⅱ中生成氢气、过氧化氢，形成化学键，释放能量，故C错误；过程Ⅲ中H2O2转化为H2和O2，有元素化合价的变化，属于氧化还原反应，故D正确。
5.(2023·河南开封高一期中)下列反应属于氧化还原反应，且能量变化如图所示的是 (　　)
A.木炭与高温水蒸气发生置换反应
B.氯化铵受热分解
C.Fe在Cl2中燃烧
D.高温煅烧石灰石
答案　A
解析　木炭与高温水蒸气发生置换反应，是氧化还原反应，是吸热反应，故A符合题意；氯化铵受热分解生成氨气和氯化氢，是非氧化还原反应，故B不符合题意；Fe在Cl2中燃烧是放热反应，故C不符合题意；高温煅烧石灰石生成氧化钙和二氧化碳，不是氧化还原反应，故D不符合题意。
6.(2023·安徽芜湖阶段检测)把X、Y、Z、W四种金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连，均可形成原电池。X、Y相连时，X为负极；Z、W相连时，W上有气泡逸出；X、Z相连时，X质量减少；Y、W相连时，电流从Y经导线流向W。则四种金属的活动性顺序由弱到强排列为 (　　)
A.X、Z、W、Y B.W、Y、Z、X
C.W、Z、Y、X D.Y、W、Z、X
答案　D
解析　X、Y相连时，X为负极，则活泼性：X>Y；Z、W相连时，W上有气泡逸出，则活泼性：Z>W；X、Z相连时，X质量减少，X为负极，则活泼性：X>Z；Y、W相连时，电流从Y经导线流向W，Y为正极，则活泼性：W>Y。综上所述，四种金属的活动性顺序由弱到强排列为Y、W、Z、X。
7.(2023·山东济宁高一期中)如图表示的是1 mol N2(g)和1 mol O2(g)反应生成2 mol NO(g)过程中的能量变化情况，已知整个过程中共吸收180 kJ的能量，下列说法正确的是 (　　)
A.2 mol O原子生成1 mol O2(g)时放出498 kJ能量
B.2 mol NO(g)分子中的化学键形成时需要吸收1 264 kJ能量
C.1 mol N2(g)和1 mol O2(g)的总能量大于2 mol NO(g)的能量
D.1 mol N2(g)和1 mol O2(g)在放电条件和高温条件下分别反应生成2 mol NO(g)时吸收的能量不同
答案　A
解析　已知整个过程中共吸收180 kJ的能量，则946+x-2×632=180，解得x=498，1 mol O2(g)吸收498 kJ能量形成2 mol O原子，原子结合形成分子的过程是放热过程，2 mol O原子结合生成1 mol O2(g)时需要放出498 kJ能量，故A正确；化学键的形成释放能量，2 mol NO(g)分子中的化学键形成时放出1 264 kJ能量，故B错误；已知整个过程中共吸收180 kJ能量，则该反应为吸热反应，反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量，即1 mol N2(g)和1 mol O2(g)的总能量小于2 mol NO(g)的能量，故C错误；反应过程中的能量变化与反应条件无关，在放电条件和高温条件下，1 mol N2(g)和1 mol O2(g)反应生成2 mol NO(g)时吸收的能量相同，故D错误。
8.为将反应2Al+6H+2Al3++3H2↑的化学能转化为电能，下列装置能达到目的的是(铝条均已除去氧化膜) (　　)
答案　B
解析　A、B、C三项中的装置均能将化学能转化为电能。A项，反应为2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑，不能达到目的；B项，Al与H2SO4反应生成铝盐和H2，能达到目的；C项，Al与稀硝酸反应生成NO，不能达到目的；D项，两电极全是Al，不能构成原电池，即不能将化学能转化为电能，不能达到目的。
9.Fe、Mg与H2SO4反应的实验记录如下：
实验
现象 Fe表面产生大量无色气泡 Fe表面产生少量气泡后迅速停止 Mg表面迅速产生大量气泡 Fe表面有大量气泡，Mg表面有少量气泡
关于上述实验的说法不合理的是 (　　)
A.Ⅰ中产生气体的原因是Fe+2H+Fe2++ H2↑
B.Ⅱ 中产生的气体与Ⅰ中相同
C.Ⅲ 中现象说明Mg在浓H2SO4中没被钝化
D.Ⅳ 中现象说明Mg的金属性比Fe强
答案　B
解析　稀硫酸具有酸性，能够与Fe反应生成氢气，反应的离子方程式为Fe+2H+Fe2++H2↑，故A正确；浓硫酸具有强氧化性，常温下，与铁发生钝化，生成致密的氧化膜覆盖在Fe的表面，Fe表面产生少量气泡后迅速停止，该气体主要为二氧化硫，故B错误；Mg与浓硫酸可发生氧化还原反应生成二氧化硫气体，说明Mg在浓H2SO4中没被钝化，故C正确；构成原电池，Fe表面有大量气泡，Mg表面有少量气泡，是因为Mg为负极失去电子，Fe为正极，正极上氢离子得到电子放出氢气，可知Mg的金属性比Fe强，故D正确。
10.2020年10月，我国建成全球首套千吨级液态太阳燃料合成示范装置，其原理如图所示。下列说法错误的是 (　　)
A.高纯硅可用于制造太阳能光伏电池
B.反应Ⅰ中电能转化为化学能
C.反应Ⅰ与H2的燃烧反应互为可逆反应
D.反应Ⅱ能够促进CO2资源化利用，有助于实现“碳中和”
答案　C
解析　高纯硅为良好的半导体，可用于制造太阳能光伏电池，故A正确；反应Ⅰ为太阳能发电进行电解水过程，电能转化为化学能，故B正确；反应Ⅰ为电解水过程，H2与O2在点燃的条件下发生燃烧反应，两个反应条件不相同，不互为可逆反应，故C错误；由图可知，反应Ⅱ能将CO2转化为CH3OH，促进了CO2资源化利用，有助于实现“碳中和”，故D正确。
11.某反应由两步反应AB、BC构成，反应的能量变化曲线如图所示。下列叙述正确的是 (　　)
A.A B反应一定需要加热
B.两步反应均为吸热反应
C.A与C的能量差为E4
D.三种物质中C最稳定
答案　D
解析　AB反应为吸热反应，反应不一定需要加热，A错误；A与C的能量差为E4-E1-E3+E2，C错误；根据题图可知，三种物质中C的能量最低，最稳定，D正确。
12.(2023·武汉高一期中)碳纳米点(CQDs)/氮化碳(C3N4)纳米复合物是一种新型光催化剂，可用于光分解水的反应，其原理如图所示。下列说法错误的是 (　　)
A.C3N4是无机非金属材料
B.总反应属于吸热反应
C.阶段Ⅰ和阶段Ⅱ均有非极性键的断裂与形成
D.此过程实现了太阳能向化学能的转化
答案　C
解析　总反应为水分解为氢气和氧气，属于吸热反应，B项正确；阶段Ⅰ为O—H(极性共价键)的断裂，H—H和O—O(非极性共价键)的形成，没有非极性共价键的断裂，C项错误；该过程利用太阳能光解水，实现了太阳能向化学能的转化，D项正确。
13.(2023·黑龙江大庆高一期中)关于下列四个常用电化学装置的叙述错误的是 (　　)
A.图Ⅰ所示电池中，电子从锌片流出
B.图Ⅱ所示干电池中锌作负极
C.图Ⅲ所示电池为二次电池，放电时正极的电极反应式为Pb-2e-+SPbSO4
D.图Ⅳ所示电池中通入氧气的电极是正极
答案　C
解析　图Ⅰ构成原电池，锌比铜活泼，锌作负极，电子由锌片流出，故A正确；图Ⅱ为锌锰干电池，其中锌作负极，故B正确；图Ⅲ为铅酸蓄电池，放电时正极二氧化铅得电子生成硫酸铅，电极反应式为PbO2+2e-+4H++SPbSO4+2H2O，故C错误；图Ⅳ为氢氧燃料电池，氢气失电子，a电极为负极，氧气在b电极得电子，b电极为正极，故D正确。
14.(2023·泰安高一调研)利用反应6NO2+8NH37N2+12H2O设计的电池装置如图所示，该装置能有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染。下列说法错误的是 (　　)
A.电极B为正极，发生还原反应
B.当有0.5 mol NO2参与反应时，外电路中转移3 mol电子
C.电池工作时，OH-从右向左移动
D.电极B的电极反应式为2NO2+8e-+4H2ON2+8OH-
答案　B
解析　根据电池总反应6NO2+8NH37N2+12H2O可知，NO2得电子发生还原反应，NH3失电子发生氧化反应，故通入NH3的电极A为负极，通入NO2的电极B为正极，A项正确；根据电池总反应可知，当有6 mol NO2参与反应时，外电路中转移24 mol e-，故当有0.5 mol NO2参与反应时，外电路中转移电子的物质的量为0.5 mol×=2 mol，B项错误；原电池工作时，阴离子移向负极，故OH-从右向左移动，C项正确；电极B为正极，发生还原反应，电极反应式为2NO2+8e-+4H2ON2+8OH-，D项正确。
15.(2023·石家庄高一期中)用零价铁去除酸性水体中的N是地下水修复研究的热点之一，下列有关叙述错误的是 (　　)
铁粉还原水体中N的反应原理(已知：形成了原电池)示意图 足量铁粉还原水体中N后，铁表面最终形态的示意图 初始pH=4.5的水体中，分别加入Fe2+、Fe(足量)、Fe(足量)和Fe2+对N的去除率(%)的对比图像
A.甲图中Fe作原电池的负极
B.甲图中正极上发生的电极反应：N+8e-+10H+N+3H2O
C.零价铁去除N的反应速率会随时间推移而减慢
D.零价铁去除N时加入的适量Fe2+能直接还原N，从而提高N的去除率
答案　D
解析　甲图中Fe失电子发生氧化反应，作原电池的负极，故A正确；甲图中硝酸根离子得电子发生还原反应生成铵根离子，正极上发生的电极反应：N+8e-+10H+N+3H2O，故B正确；根据图乙，铁表面形成不能导电的FeO(OH)，所以零价铁去除N的反应速率会随时间推移而减慢，故C正确；根据图丙，Fe2+不能直接还原N，故D错误。
二、非选择题(本题共3小题，共40分)
16.(14分)(2023·合肥高一期中)到目前为止，由化学能转变的热能或电能仍然是人类使用的主要能源。
(1)从能量变化角度研究反应：2H2(g)+O2(g)2H2O(g)。如图能正确表示该反应中能量变化的是　　　　(填字母)。
(2)从断键和成键角度分析上述反应中能量的变化，部分化学键的键能如下表：
化学键 H—H OO H—O
键能/(kJ· mol-1) 436 496 463
则生成1 mol H2O(g)放出热量　　　　 kJ。
(3)为了探究化学反应中的能量变化，某兴趣小组设计了如图两个实验(如图所示)。试回答下列问题：
①有关反应一段时间后的实验现象，下列说法正确的是　　　　(填字母)。
A.图Ⅰ中温度计的示数高于图Ⅱ的示数
B.图Ⅰ中锌片是负极，图Ⅱ中铜片是正极
C.图Ⅰ和图Ⅱ的气泡均在锌棒表面产生
D.图Ⅱ中产生气体的速率比图Ⅰ慢
E.图Ⅰ和图Ⅱ中溶液的酸性均增强
F.图Ⅱ的外电路中电流方向为Zn→Cu
②写出图Ⅱ实验中铜片上电极反应式：　　　　　　　　　　　　。
③图Ⅱ中当电路中转移0.25 mol电子时，消耗负极材料的质量为　　　　 g。
(4)某科研团队设计了一种以硅作为基底的微型直接氢气酸性燃料电池，其工作原理如图所示。电池工作时，A电极上的电极反应式为　　　　　　　　　　　　。
(5)根据原电池原理可以制造化学电池。如：电动汽车上用的铅酸蓄电池是由一组海绵状铅板和另一组结构相似的充满二氧化铅的铅板作为两电极，用稀H2SO4作电解质溶液构成。放电时，电池总反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。试写出放电时正极的电极反应式：　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)A　(2)242　(3)①A　②2H++2e-H2↑　③8.125　(4)O2+4e-+4H+2H2O　(5)PbO2+2e-+S+4H+PbSO4+2H2O
解析　(2)根据方程式2H2(g)+O2(g)2H2O(g)，生成1 mol H2O(g)，要断裂1 mol H—H和0.5 mol OO，同时生成2 mol O—H，化学键断裂要吸收能量，化学键的形成要释放能量，因此放出的能量为463 kJ· mol-1×2 mol-436 kJ· mol-1×1 mol-496 kJ· mol-1×0.5 mol=242 kJ。(3)①图Ⅰ中化学能转化为热能，图Ⅱ中化学能主要转化为电能，所以图Ⅰ中温度计的示数高于图Ⅱ的示数，A正确；图Ⅰ中不能形成原电池，因此没有正、负极，B错误；图Ⅰ中不能形成原电池，气泡在锌棒表面产生，图Ⅱ中形成原电池，锌为负极，铜为正极，气泡在铜棒表面产生，C错误；图Ⅱ中形成原电池，能加快反应速率，因此图Ⅱ中产生气体的速度比图Ⅰ快，D错误；图Ⅰ和图Ⅱ的总反应都是Zn+2H+Zn2++H2↑，因此溶液的酸性均减弱，E错误；图Ⅱ中锌为负极，铜为正极，外电路中电流方向为Cu→Zn，F错误。②图Ⅱ中形成原电池，锌为负极，电极反应式为Zn-2e-Zn2+，铜为正极，电极反应式为2H++2e-H2↑。③当电路中转移0.25 mol电子时，消耗负极材料的质量为×65 g·mol-1=8.125 g。(4)由燃料电池工作原理图可知，A电极为正极，O2得电子结合氢离子生成H2O，其电极反应式为O2+4e-+4H+2H2O。(5)放电时，正极PbO2得电子生成PbSO4，正极的电极反应式为PbO2+2e-+S+4H+PbSO4+2H2O。
17.(14分)(2023·山西朔州高一期中)Ⅰ.某化学兴趣小组为了探索铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如表，根据表中记录的实验现象，回答下列问题。
编号 电极材料 电解质溶液 电流表指针偏转方向
1 Mg、Al 稀盐酸 偏向Al
2 Al、Cu 稀盐酸 偏向Cu
3 Al、石墨 稀盐酸 偏向石墨
4 Mg、Al NaOH溶液 偏向Mg
(1)(1分)实验1、2中Al电极的作用是否相同？　　　　　。
(2)(1分)实验3中铝为　　　　　极，电极反应式为2Al-6e-2Al3+。
(3)实验4中的铝为　　　　　极，写出铝电极的电极反应式：______________________。
(4)根据以上实验结果，在原电池中相对活泼的金属作正极还是作负极受到哪些因素的影响？______________________。
Ⅱ.某种燃料电池的工作原理如图所示(a、b均为石墨电极)。
(5)假设使用的“燃料”是氢气(H2)，则b极的电极反应式为______________________。
(6)假设使用的“燃料”是甲烷(CH4)，则通入甲烷气体的电极反应式为______________________，
电池工作一段时间后，电解质溶液的碱性将　　　　　(填“增强”“减弱”或“不变”)。
答案　(1)不相同　(2)负　(3)负　Al-3e-+4OH-[Al(OH)4]-　(4)电极活泼性强弱、电解质溶液种类　(5)O2+2H2O+4e-4OH-　(6)CH4-8e-+10OH-C+7H2O　减弱
解析　(1)实验1中电流表偏向Al，则说明Al为正极，实验2中电流表偏向Cu，则说明Cu为正极，Al为负极，因此实验1、2中Al电极的作用不相同。(2)根据实验1、2分析电流表偏向正极，因此实验3中石墨为正极，铝为负极，Al失去电子变为铝离子。(3)实验4中Mg为正极，Al为负极。(4)根据以上实验结果，通过实验1、2、3说明在原电池中相对活泼的金属作正极还是作负极与电极活泼性强弱有关，通过实验1、4说明在原电池中相对活泼的金属作正极还是作负极与电解质溶液种类有关。(5)假设使用的“燃料”是氢气(H2)，根据图中信息得到a为负极，b为正极，b电极氧气得到电子变为氢氧根离子，则b极的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-。(6)假设使用的“燃料”是甲烷(CH4)，甲烷在负极失去电子，和氢氧根离子结合得到碳酸根离子，则通入甲烷气体的电极反应式为CH4-8e-+10OH-C+7H2O，电池工作一段时间后，根据总反应的反应式CH4+2O2+2OH-C+3H2O，则电解质溶液的碱性将减弱。
18.(12分)(1)根据构成原电池的本质判断，下列化学(或离子)方程式正确且能设计成原电池的是　　　　(填字母)。
A.KOH+HClKCl+H2O
B.Cu+Fe3+Fe2++Cu2+
C.Na2O+H2O2NaOH
D.Fe+H2SO4FeSO4+H2↑
(2)高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应式为3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。
①放电时，正极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　。
②放电时，　　　　(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。
(3)新型固体燃料电池的电解质是固体氧化锆和氧化钇，高温下允许氧离子(O2-)在其间通过。如图所示，其中多孔电极不参与电极反应。写出该电池的负极反应式：　　　　　　　　　　　　。
(4)一氧化氮 空气质子交换膜燃料电池将化学能转化为电能的同时，实现了制硝酸、发电、环保三位一体的结合，其工作原理如图所示。写出放电过程中负极的电极反应式：　　　　　　　　　　　　，若过程中产生2 mol HNO3，则消耗标准状况下O2的体积为　　　　L。
答案　(1)D　(2)①Fe+3e-+4H2O Fe(OH)3+5OH-　②正　(3)CH3OH-6e-+3O2-CO2+2H2O　(4)NO-3e-+2H2OHNO3+3H+　33.6
解析　(1)KOH+HClKCl+H2O属于非氧化还原反应，没有电子转移，不能设计成原电池，A不符合题意；Cu+Fe3+Fe2++Cu2+没有配平，正确的离子方程式为Cu+2Fe3+2Fe2++Cu2+，B不符合题意；Na2O+H2O2NaOH属于非氧化还原反应，没有电子转移，不能设计成原电池，C不符合题意；Fe+H2SO4FeSO4+H2↑属于氧化还原反应，有电子转移，能设计成原电池，D符合题意。(2)①放电时，正极上发生还原反应，正极反应式为Fe+3e-+4H2OFe(OH)3+5OH-。②放电时，正极上有OH-生成，所以正极附近溶液的碱性增强。(3)该电池的负极上CH3OH失电子生成二氧化碳和水，且高温下O2-可在电解质间通过，则负极反应式为CH3OH-6e-+3O2-CO2+2H2O。(4)放电过程中，NO在负极失电子生成硝酸，负极的电极反应式为NO-3e-+2H2O HNO3+3H+；若过程中产生2 mol HNO3，则电路中转移6 mol电子，根据得失电子守恒，正极消耗1.5 mol O2，其在标准状况下的体积为1.5 mol×22.4 L·mol-1=33.6 L。