6.3化学能与电能的转化——提升训练（word版 含解析）

6.3化学能与电能的转化
一、选择题（共16题）
1．下列装置工作时，将化学能转化为电能的是
A．煤气灶 B．铅蓄电池
C．风力发电 D．光伏发电
2．在原电池和电解池的电极上所发生的反应，属于氧化反应的是
A．原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应
B．原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应
C．原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应
D．原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应
3．电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样的电池的发明是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述正确的是
A．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅
B．氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能
C．铅蓄电池充电时也发生了氧化还原反应
D．氢氧燃料电池工作时，H2在负极上得到电子
4．如图所示装置中，电流表A发生偏转，a极逐渐变粗，同时b极逐渐变细，c为电解质溶液，则a、b、c应是下列各组中的
A．a是Zn、b是Cu、c为稀H2SO4
B．a是Ag、b是Fe、c为AgNO3溶液
C．a是Fe、b是Ag、c为AgNO3溶液
D．a是Cu、b是Zn、c为稀H2SO4
5．为探究锌与稀硫酸的反应速率[以v(H2)表示]。向反应混合物中加入某些物质，下列判断正确的是(　　)
A．加入NH4HSO4固体，v(H2)不变 B．加入少量锌，v(H2)增大
C．加入CH3COONa固体，v(H2)减小 D．滴加少量CuSO4溶液，v(H2)减小
6．金属(M)—空气电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是
A．金属M作电池正极，发生氧化反应
B．工作时电子通过负载向负极移动
C．正极的电极反应O2+4H++4e =2H2O
D．电池反应为2M+O2+2H2O=2M(OH)2
7．，电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应。下列有关电池的说法正确的是（ ）
A．该电池可用溶液作电解质溶液
B．该电池放电时，电池内部的Li+向负极移动
C．该电池中Li作负极
D．在该电池的放电过程中，电池正极的质量逐渐减少
8．某原电池装置的总反应为，下列说法正确的是
A．正极上发生氧化反应
B．装置工作时，溶液中的向负极移动
C．可改用Fe做电极材料
D．装置工作时每转移1mol电子，将消耗64gCu
9．锂空气电池放电时的工作原理如图所示。下列叙述正确的
A．放电时Li＋由B极向A极移动
B．电池放电反应为4Li＋O2 ＋2H2O===4LiOH
C．正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
D．电解液a可以为LiCl水溶液
10．下图是新型镁-锂双离子二次电池,下列关于该电池的说法不正确的是
A．放电时, Li+由左向右移动
B．放电时, 正极的电极反应式为Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4
C．充电时, 外加电源的正极与Y相连
D．充电时, 导线上每通过1mole-, 左室溶液质量减轻12g
11．生物体中细胞内的葡萄糖与细胞膜外富氧液体及细胞膜构成微型的生物原电池，下列有关电极反应及产物的判断正确的是（ ）
A．负极反应可能是O2+2H2O+4e-=4OH-
B．负极反应产物主要是C6H12O6被氧化生成CO32-、HCO3-、H2O
C．正极反应可能是C6H12O6－24e-+24OH-=6CO2+18H2O
D．正极反应的产物主要是C6H12O6生成的CO32-、CO2、H2O
12．下列离子方程式正确的是
A．高级脂肪酸与氢氧化钠溶液反应：H++OH-=H2O
B．FeI2溶液中通入过量Cl2：2Fe2++2I-+2Cl2=2Fe3+I2+4Cl-
C．向次氯酸钙溶液中通入少量SO2：Ca2++3ClO-+SO2+H2O=CaSO4↓+Cl-+2HClO
D．用惰性电极电解CuCl2水溶液：Cu2++2Cl-+2H2O=Cl2↑+Cu(OH)2↑+H2↑
13．下列有关实验说法中，不正确的是
A．利用纸层析法分离Fe3+、Cu2+时，氨熏显色后上方出现红棕色斑点，下方出现深蓝色斑点
B．可用AgNO3溶液和稀HNO3区分NaCl、NaNO2和NaNO3
C．在“镀锌铁皮的镀层厚度的测定”实验中，将镀锌铁皮放人稀硫酸，待产生气泡的速率显著减小时，可以判断锌镀层已反应完全
D．溶质的溶解度小，溶液的浓度高，可析出较大晶粒
14．把铝条放入盛有过量稀硫酸的试管中，不影响氢气产生速率的因素是
A．加入水 B．加少量Na2SO4固体
C．铝条的表面积 D．加入少量CuSO4固体
15．液氨-液氧燃料电池曾用于驱动潜艇，其示意图如图所示，下列有关说法不正确的是
A．电极2是正极，发生还原反应
B．该电池工作时，OH-向电极1移动
C．该电池工作时，低消耗22.4 LO2转移4 mol电子
D．电极1发生的电极反应为2NH3+6OH--6e-=N2↑+6H2O
16．下列有关电池的说法中正确的是
A．锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细
B．氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能
C．充电电池可以无限制地反复充电、放电
D．氢氧燃料电池比氢气直接燃烧发电能量利用率高
二、综合题（共6题）
17．在一定温度下，向5L恒容密闭容器中通入N2、H2、NH3，上述三种物质的物质的量随时间的变化关系曲线如图所示。
(1)反应开始至2min时，H2的平均反应速率为___________mol·L-1·min-1。
(2)5min时反应达到平衡，则N2的转化率是___________。
(3)在不改变外界条件的情况下，5min时NH3的生成速率与6min时NH3的生成速率相比较，前者___________(填“大于”“小于”或“等于”)后者。
(4)该反应在三种不同情况下的反应速率如下：
①v(N2)=3mol·L-1·min-1
②v(H2)=6mol·L-1·min-1
③v(NH3)=4.5mol·L-1·min-1
其中表示该反应的反应速率最快的是___________(填标号)。
(5)用NH3和O2组合形成的碱性燃料电池的结构如图所示。
①电极A是___________(填“正极”或“负极”)，电极B的电极反应式为___________。
②若外电路中转移2mol电子，则该燃料电池理论上消耗的O2的体积(在标准状况下)为___________L。
18．人们应用原电池原理制作了多种电池，以满足不同的需要。以下每小题中的电池广泛使用于日常生活、生产和科学技术等方面，请根据题中提供的信息填空。
（1）蓄电池在放电时起原电池作用，在充电时起电解池的作用。铅蓄电池在放电时发生的电池反应式为：Pb+PbO2+2H2SO4＝2PbSO4+2H2O。负极反应式为________________________________；反应一段时间后负极的质量_________（填“增重”或“减少”或“不变”）
（2）燃料电池是一种高效、环境友好的供电装置，如图是甲烷燃料电池原理示意图，该电池极的负电极反应式是：________________________；标准状况下，2.24L的甲烷全部反应后，电子转移________ mol。
（3）将铝片和铜片用导线相连，分别插入浓硝酸中（a组）和插入烧碱溶液中（b组），都形成了原电池，在a组原电池中，负极材料为______；写出b组插入烧碱溶液中形成原电池的负极反应式：_________________________。
19．现代社会生活离不开能量。
I.(1)冷敷袋在日常生活中有降温、保鲜和镇痛等用途。制作冷敷袋可以利用_______(填“放热”或“吸热”)的化学变化或物理变化。
(2)“即热饭盒”给人们生活带来方便，它可利用下面_______(填序号)反应释放的热量加热食物。
A．生石灰和水B．和C．硝酸铵和水
II.某实验小组为了探究化学能与热能的转化，设计了如图所示的三套实验装置。
(1)某同学选用装置I进行实验(实验前U形管里液面左右相平)，在甲试管中加入适量了溶液与稀硫酸，U形管中可观察到的现象是_______。
(2)为探究固体M溶于水的热效应，选择装置II进行实验(反应在丙试管中进行)。
①若观察到烧杯中产生气泡，则说明M溶于水_______(填“一定是放热反应”、“一定是吸热反应”或“可能是放热反应”)。
②若只观察到烧杯中的导管内形成一段水柱，则M可能为_______。
(3)上述3个装置中，能验证“铜与浓硝酸的反应是吸热反应还是放热反应”的装置是_______(填装置序号)
III.天然气的主要成分是甲烷，甲烷是一种重要的燃料和化工原料。
(1)某种甲烷燃料电池工作原理如图1所示。
①电子移动方向为_______(填“a→b“或“b→a“)。
②b电极的电极反应式为_______。
(2)甲烷可催化还原NO，反应历程如图2所示。
①该历程中，反应i为，则反应ii的化学方程式为_______。
②工业上催化还原，理论上需要_______LCH4(标准状况下)。
20．根据题意解答
(1)某实验小组同学进行如下实验，以检验化学反应中的能量变化，据实验现象判断①是_________热反应，②是_________热反应．反应过程___(填“①”或“②”)的能量变化可用图2表示．
(2)为了验证Fe3+与Cu2+氧化性强弱，下列装置能达到实验目的是_________(填序号)．
(3)将H2设计成燃料电池，其利用率更高，装置如图4所示(a、b为多孔碳棒)，负极通入_______其电极反应式为________________电池总反应为______________
(4)如图5是某化学兴趣小组探究不同条件下化学能转变为电能的装置．
①若两个电极分别是锌、铜，电解质溶液是稀硫酸，正极的电极反应式___________；若电极保持不变，将电解质溶液换成硫酸铜，请将该电池设计为双液原电池画入图6中___________；
②当电极a为Al、电极b为Mg、电解质溶液为氢氧化钠时，该原电池的负极为_______；该原电池的电池总反应为_____________________________．
③若电池的总反应是2FeCl3＋Fe3FeCl2，则可以作正极材料的是________，正极反应式是__________若该电池反应消耗了0.1mol FeCl3，则转移电子的数目为_____。
21．按要求回答问题：
（1）以Zn和Cu为电极，稀H2SO4为电解质溶液形成的原电池中：
①H+向___________极移动（填“正”或“负”）。
②若有1mole- 流过导线，则理论上负极质量减少____________g。
③若将稀硫酸换成硫酸铜溶液，电极质量增加的是___________（填“锌极”或“铜极”），原因是______________（用电极方程式表示）。
（2）一定温度下，在容积为2 L的密闭容器中进行反应：aN(g)bM(g)+cP(g)，M、N、P的物质的量随时间变化的曲线如图所示：
①反应化学方程式中各物质的系数比为a∶b∶c=_________。
②下列叙述中能说明上述反应达到平衡状态的是____________________________。
A．反应中当M与N的物质的量相等时
B．混合气体的总物质的量不随时间变化而变化
C．单位时间内每消耗amolN，同时消耗bmolM
D．混合气体的压强不随时间的变化而变化
E．M的物质的量浓度保持不变
22．燃料电池作为安全性能较好的一类化学电源得到了广泛的应用。可作燃料的物质有甲烷、肼(H2N-NH2)等，燃料电池结构如图所示。
(1)在常温下，甲烷的燃烧热△H为-890.31 kJ/mol，写出甲烷燃烧的热化学方程式：_____。
(2)若X溶液为NaOH溶液，Y发生氧化反应，则Y为___(填“甲烷”或“氧气”)，a电极的电极反应式为_____。
(3)若用肼作燃料，负极的电极反应式为N2H4-4e-+4OH-=4H2O+N2↑ 。
①N2的电子式是______。
②根据上述肼的电极反应式，X可能是_____(填“NaOH”或“H2SO4”)。
③每转移2 mol电子时，产生标准状况下N2的体积是_______。
参考答案：
1．B
【详解】
A.煤气燃烧将化学能转化为热能，A不选；
B.铅蓄电池将化学能转化为电能，B选；
C.风力发电将机械能转化为电能，C不选；
D.光伏发电将太阳能转化为电能，D不选。故选B。
2．C
【详解】
原电池负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应；电解池中，阳极上失电子发生氧化反应，阴极上得电子发生还原反应，所以原电池的负极和电解池的阳极发生的是氧化反应；
故选C。
3．C
【详解】
A．太阳能电池的主要材料是高纯度的硅，A错误；
B．氢氧燃料电池可将化学能直接转变为电能，B错误；
C．铅蓄电池在充电、放电时发生的反应中都有元素化合价的变化，因此发生的反应为氧化还原反应，C正确；
D．氢氧燃料电池工作时，H2在负极上失去电子发生氧化反应，D错误；
故合理选项是C。
4．B
【详解】
A．a是Zn、b是Cu、c为稀H2SO4，a的活泼性大于b的活泼性，故A错误；
B．a是Ag、b是Fe、c为AgNO3溶液，a极析出金属Ag，并且b极变细，故B正确；
C．a是Fe、b是Ag、c为AgNO3溶液，a的活泼性大于b的活泼性，故C错误；
D．a是Cu、b是Zn、c为稀H2SO4，虽然a作正极，b作负极，但是析出氢气不是金属，故D错误；
故选B。
5．C
【详解】
A.加入NH4HSO4固体，NH4HSO4溶解，溶液中氢离子浓度增大，反应速率v(H2)增大，故A错误；
B.锌为固体，固体的浓度为定值，增加固体的化学反应速率不变，则加入少量锌，反应速率v(H2)不变，故B错误；
C.加入CH3COONa固体，醋酸钠与稀硫酸反应生成弱酸醋酸，溶液中氢离子浓度减小，反应速率v(H2)减小，故C正确；
D.滴加少量CuSO4溶液，锌与硫酸铜溶液发生置换反应生成铜，构成锌铜原电池，化学反应速率v(H2)增大，故D错误；
故选C。
6．D
【详解】
A．金属M为负极，失电子发生氧化反应，A错误；
B．工作时电子从负极出发，通过负载向正极移动，B错误；
C．正极上氧气得到电子，电解质溶液显碱性，正极的电极反应O2+4e-+2H2O=4OH-，C错误；
D．负极上M失电子生成M2+，正极氧气得电子生成OH-，所以总反应为2M+O2+2H2O=2M(OH)2，D正确；
综上所述答案为D。
7．C
【详解】
A.溶液作电解质溶液时，将会与Li发生反应，故A错误；
B.该电池放电时，阳离子移向正极，故B错误；
C.Li的化合价升高，失去电子，作负极，故C正确；
D.在该电池的放电过程中，正极上不断有生成，正极的质量逐渐增大，故D错误；
故选：C。
8．B
【详解】
A．正极发生还原反应，A项错误；
B．装置工作时，阴离子向负极移动，B项正确；
C．若Fe做电极材料，负极发生反应为，C项错误；
D．由总反应可推测出负极的电极反应式为，转移1mol电子，消耗0.5molCu，其质量为32g，D项错误；
答案选B。
9．B
【详解】
A．在原电池中，A是负极，B是正极，阳离子由A极向B极移动，即放电时Li＋由A极向B极移动，A项错误；
B．原电池放电反应为自发进行的氧化还原反应，即4Li＋O2 ＋2H2O===4LiOH，B项正确；
C．正极上是氧气得电子的还原反应，在碱性电解质下发生的反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，C项错误；
D．金属锂可以和水发生反应，电解质中不能含有水，D项错误；
故选B。
10．D
【详解】
A．放电时，为原电池，原电池中阳离子移向正极，所以Li+由左向右移动，故A正确；
B、放电时，右边为正极得电子发生还原反应，反应式为Li1﹣xFePO4+xLi++xe﹣＝LiFePO4，故B正确；
C、充电时，外加电源的正极与正极相连，所以外加电源的正极与Y相连，故C正确；
D、充电时，导线上每通过1mole﹣，左室得电子发生还原反应，反应式为Mg2++2e﹣＝Mg，但右侧将有1molLi+移向左室，所以溶液质量减轻12﹣7＝5g，故D错误；
答案选D。
11．B
【详解】
根据原电池的工作原理，原电池的工作原理是将氧化还原反应分在正、负两极进行，正极被还原，负极被氧化，所以负极反应为：C6H12O6-24e-+24OH-═6CO2↑+18H2O；CO2+2OH-═CO32-+H2O、CO2+2OH-═2HCO3-故A错误、B正确；正极反应为：O2+4e-+2H2O═4OH-故C、D错误；
所以本题答案：B。
12．C
【详解】
A．高级脂肪酸为弱酸，在离子方程式中应以化学式表示，不能改写成离子，A不正确；
B．过量Cl2能将Fe2+、I-全部氧化，离子方程式为：2Fe2++4I-+3Cl2=2Fe3+2I2+6Cl-，B不正确；
C．向次氯酸钙溶液中通入少量SO2，一方面SO2被全部氧化为硫酸，另一方面，硫酸电离产生的H+全部与ClO-反应生成HClO，离子方程式为：Ca2++3ClO-+SO2+H2O=CaSO4↓+Cl-+2HClO，C正确；
D．用惰性电极电解CuCl2水溶液时，阳极Cl-失电子生成Cl2，阴极Cu2+得电子生成Cu，离子方程式为：Cu2++2Cl-Cl2↑+Cu，D不正确；
故选C。
13．D
【详解】
A．Fe3+是亲脂性强的成分，在流动相中分配的多一些，随流动相移动的速度快一些，而Cu2+是亲水性强的成分，在固定相中分配的多一些，随流动相移动的速度慢一些，从而使Fe3+和Cu2+得到分离，所以氨熏显色后上方出现棕色斑点，下方出现蓝色斑点，故A正确；
B．AgNO3溶液与NaCl、NaNO2溶液发生反应，分别产生白色沉淀AgCl，加稀硝酸不溶解；淡黄色沉淀AgNO2，加稀硝酸溶解；AgNO3溶液与NaNO3不反应，所以可用AgNO3溶液和稀HNO3区分NaCl、NaNO2和NaNO3，故B正确；
C．锌、铁和稀硫酸构成原电池，锌作负极，铁作正极，原电池能加快锌被腐蚀的速率，铁的活泼性小于锌，且只有铁时不能构成原电池，所以生成氢气的速率减小，所以当产生氢气的速率突然减小，可以判断锌镀层已反应完全，故C正确；
D．溶质的溶解度小，溶液的浓度越低，越不容易析出晶粒，故D错误；
故答案：D。
14．B
【详解】
A．加入水，稀硫酸浓度减小，反应速率减慢，故A不选；
B．加少量Na2SO4固体，对反应无影响，则Al与盐酸反应生成氢气的速率不变，故B选；
C．改变接触面积，反应速率加快，故C不选；
D．加入少量CuSO4固体溶于水，Al置换出Cu，形成原电池，加快反应速率，故D不选；
故选：B。
15．C
【详解】
A．电极2为正极，正极上发生得电子的还原反应，A正确；
B．电极1为负极，原电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子移向负极，故OH-向电极1移动，B正确；
C．未指出气体所处的外界条件，因此不能根据电子转移数目确定消耗O2的体积大小，C错误；
D．在燃料电池的负极上发生燃料氨气失电子的氧化反应，由于溶液为碱性，故在碱性环境下电极1发生的电极反应为：2NH3+6OH--6e-=N2↑+6H2O，D正确；
故合理选项是C。
16．D
【详解】
A．锌锰干电池工作时，碳棒不参与正极反应，一段时间后碳棒不变，故A错误；
B．氢氧燃料电池是将化学能直接转变为电能，故B错误；
C．充电电池不可以无限制地反复放电、充电，有其使用寿命，故C错误；
D．燃料电池能量利用率高，氢氧燃料电池比氢气直接燃烧发电能量利用率高，故D正确；
选D。
17． 0.03 20% 等于 ① 负极 O2+2H2O+4e-=4OH- 11.2
【详解】
(1)据图可知反应开始至2min时，Δn(NH3)=0.3mol-0.1mol=0.2mol，根据反应方程式可知Δn(H2)=0.3mol，容器体积为5L，则反应速率为=0.03mol·L-1·min-1；
(2)据图可知5min时Δn(N2)=1.0mol-0.8mol=0.2mol，所以氮气的转化率为×100%=20%；
(3)据图可知5min后各物质的物质的量不再改变，反应达到平衡，所以5min时NH3的生成速率等于6min时NH3的生成速率；
(4)不同物质表示的反应速率之比等于计量数之比；
①v(N2)=3mol·L-1·min-1；
②v(N2)：v(H2)=1:3，所以v(H2)=6mol·L-1·min-1，则v(N2)=2mol·L-1·min-1；
③v(N2)：v(NH3)=1:2，所以v(NH3)=4.5mol·L-1·min-1，则v(N2)=2.25mol·L-1·min-1；
所以表示该反应的反应速率最快的是①；
(5)①据图可知电极A上NH3转化为N2，失电子被氧化，所以电极A为负极；电极B上O2被还原，据图可知电极B上生成OH-，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-；
②根据电极反应可知转移2mol电子时，消耗0.5mol氧气，标况下体积为0.5mol×22.4/L=11.2L。
18． Pb＋SO42-–2e-=PbSO4 增重 CH4＋10OH－–8e－＝CO32—＋7H2O 0.8 Cu Al+4OH-–3e-＝AlO2-+2H2O
【详解】
(1)根据总方程式可知负极是Pb失去电子转化为硫酸铅，反应式为 Pb＋SO42-–2e-=PbSO4，因此反应一段时间后负极的质量增重；
(2)甲烷在负极通入，发生失去电子的氧化反应，电解质溶液显碱性，则该电池极的负电极反应式是CH4＋10OH－–8e－＝CO32-＋7H2O；标准状况下，2.24L的甲烷是0.1mol，全部反应后，电子转移0.8mol。
(3)常温下铝在浓硝酸中钝化，将铝片和铜片用导线相连，插入浓硝酸中铝是正极，铜是负极；铝能与氢氧化钠溶液反应，所以插入烧碱溶液中铝是负极，负极反应式为Al+4OH-–3e-＝AlO2-+2H2O。
19． 吸热 A 左端液柱降低，右端液柱升高 可能是放热反应 硝酸铵 Ⅰ、Ⅱ a→b 4Fe3O4+2NO=6Fe2O3+N2 1.12L
【详解】
I.(1)制作冷敷袋可以利用化学变化或物理变化的吸热降低温度，达到降温、保鲜和镇痛的目的，故答案为：吸热；
(2)即热饭盒应该是利用放热反应放出热量达到升高温度而加热食物目的，生石灰和水的反应是放热反应，能故达到升高温度的目的，和NH4Cl的反应为吸热反应，无法达到升高温度的目的，故答案为：A；
II.(1)酸碱中和反应为放热反应，反应放出的热使锥形瓶中温度升高，气体体积增大，故现象为：左端液柱降低，右端液柱升高；
(2)①若观察到烧杯里产生气泡，说明M溶于水放出热量，由于放热反应一定属于化学变化，而有热量放出不一定为化学变化，所以不一定属于放热反应，如浓硫酸溶于水会放出热量，但是不属于放热反应；
②烧杯中导管产生一段水柱，M溶于水是吸热过程，但不一定是吸热反应，如硝酸铵溶于水也有此现象；
(3)装置Ⅰ可通过U形管中红墨水液面的变化判断铜与浓硝酸的反应是放热还是吸热；装置Ⅱ可通过烧杯中是否产生气泡判断铜与浓硝酸的反应放热还是吸热；装置Ⅲ只是一个铜与浓硝酸反应并将生成的气体用水吸收的装置，不能证明该反应是放热反应还是吸热反应；故选Ⅰ、Ⅱ；
Ⅲ.(1)甲烷燃料电池中甲烷失电子，故a为负极，b为正极①电子移动方向为负极到正极，故为a→b；②氧气得电子得反应为；
(2)①根据反应历程图可知，该历程中，反应i为，反应ii中四氧化三铁与一氧化氮反应生成氮气和氧化铁，化学方程式为4Fe3O4+2NO=6Fe2O3+N2。
②根据化学方程式可知，工业上催化还原=0.2molNO，则需要消耗0.4molFe3O4，则理论上需要CH40.05mol，标准状况下体积为1.12L。
20． 放 吸 ① ② H2 H2-2e-+2OH-=2H2O 2H2+O2=2H2O 2H++2e-=H2 Al 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ 比铁不活泼的金属或石墨 Fe3++e-=Fe2+ 0.1NA
【详解】
（1）Al与HCl反应后，温度升高，则说明反应放热，Ba（OH）2 8H2O与NH4Cl的反应温度降低，说明反应为吸热反应；反应①为放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，所以①的能量变化可用图2表示。
（2）为了验证Fe3+与Cu2+氧化性强弱，可通过氧化还原反应Cu+2Fe3+= 2Fe2++ Cu2+来验证,将该反应设计成原电池,铜作负极,比铜不活泼的金属或石墨作正极,选择含Fe3+的电解质溶液,若电流计指针偏转说明反应能发生,证明Fe3+氧化性强于Cu2+，则装置②符合要求。
（3）氢氧燃料电池中氢气在负极发生反应，电极反应式为H2-2e-+2OH-=2H2O，电池的总反应式为2H2+O2=2H2O。
（4）①若两个电极分别是锌、铜，电解质溶液是稀硫酸，则锌作负极，铜作正极，正极的电极反应式为2H++2e-=H2；若电极保持不变，将电解质溶液换成硫酸铜，将锌棒插入到硫酸锌溶液中，铜棒插入到硫酸铜溶液中，中间用盐桥连接形成双液原电池，装置如图：
。
②当电极a为Al、电极b为Mg、电解质溶液为氢氧化钠时，Al能与氢氧化钠发生氧化还原反应，则Al作原电池的负极；该原电池的电池总反应为2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+
3H2↑。
③根据电池的总反应2FeCl3＋Fe3FeCl2可知，铁作负极，则正极材料应为比铁不活泼的金属或石墨，Fe3+在正极得电子发生还原反应，电极反应式是Fe3++e-=Fe2+；根据电极反应式可知，若该电池反应消耗了0.1mol FeCl3，则转移电子的数目为0.1NA。
21． 正 32.5 铜极 2：1：1 CE
【详解】
（1）①电解质溶液中阳离子向正极移动；②负极反应式为，若有1mole-流过导线，则理论上负极质量减少；③若将稀硫酸换成硫酸铜溶液，则发生金属锌置换金属铜的反应，金属锌是负极，电极质量减小，金属铜在阴极上析出，电极质量增加的是铜极。故答案为：正； 32.5；铜极；；
（2）①参加反应的N的物质的量为8mol-2mol=6mol，生成的M的物质的量是5mol-2mol=3mol，生成的P的物质的量是4mol-1mol=3mol，所以此反应的化学方程式中a：b：c=2:1:1；
②A.平衡时反应混合物各组分的物质的量不变，但各组分的物质的量不一定相等，故A不符合题意；
B. 混合气体的总物质的量始终不变，混合气体总物质的量不变不能说明到达平衡，故B不符合题意；
C. 单位时间内消耗amolN，同时消耗bmolM，表示正逆反应速率相等，能说明到达平衡，故C符合题意；
D. 混合气体的压强始终不变，混合气体压强不变不能说明到达平衡，故D不符合题意；
E. M的物质的量浓度保持不变，达到了平衡，故E符合题意。
故答案为：2：1：1；CE。
22． CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-890.31 kJ/mol 甲烷 CH4+10OH- -8e-=+7H2O NaOH 11.2 L
【详解】
(1)甲烷燃烧得到水和二氧化碳，燃烧热△H为-890.31 kJ/mol，则热化学方程式为：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-890.31 kJ/mol，故答案为：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-890.31 kJ/mol；
(2)X溶液为NaOH溶液，Y发生氧化反应，则Y失去电子，即Y为甲烷；电极反应式CH4+10OH- -8e-=+7H2O，故答案为：甲烷；CH4+10OH- -8e-=+7H2O；
(3)①氮气的电子式为，故答案为：；
②负极的电极反应式为N2H4-4e-+4OH-=4H2O+N2↑ ，则X为碱，故答案为：NaOH；
③负极的电极反应式为N2H4-4e-+4OH-=4H2O+N2↑，则每转移4mol电子时，产生标准状况下N2的体积22.4L，则每转移2 mol电子时，产生标准状况下N2的体积是11.2L，故答案为：11.2。