【精品达标测试】2013-2014学年高中化学选修四:专题一 化学反应与能量变化 课时检测+综合检测(7份,含解析,苏教)

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名称 【精品达标测试】2013-2014学年高中化学选修四:专题一 化学反应与能量变化 课时检测+综合检测(7份,含解析,苏教)
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资源类型 教案
版本资源 苏教版
科目 化学
更新时间 2013-10-31 14:10:16

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专题一 化学反应与能量变化
第一单元 化学反应中的热效应
第1课时 化学反应的焓变

(时间:30分钟)
考查点一 化学反应过程中能量的转换
1.下列有关能量转换的说法正确的是 (  )。
A.煤燃烧是化学能全部转化为热能的过程
B.化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能
C.动物体内葡萄糖被氧化成CO2是热能转变成化学能的过程
D.植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是太阳能转变成热能的过程
解析 煤燃烧时也转化为光能,A错;葡萄糖氧化放出热量,化学能转化为热能,C错;
选项D应该太阳能转化为化学能,D错。
答案 B
考查点二 反应热的求算
2.已知298 K时,H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1,推测含1 mol HCl的稀溶液与含1 mol NH3的稀溶液反应放出的热量 (  )。
A.大于57.3 kJ B.等于57.3 kJ
C.小于57.3 kJ D.无法确定
解析 由于NH3·H2O是弱碱,一部分电离,电离要吸热,故1 mol NH3与1 mol HCl在
稀溶液中反应时放出的热量小于57.3 kJ。
答案 C
3.SF6是一种优良的绝缘气体,分子结构中只存在S-F键。已知:1 mol S(s)转化为气态硫原子吸收能量280 kJ,断裂1 mol F-F、S-F键需吸收的能量分别为160 kJ、330 kJ。则S(s)+3F2(g)===SF6(g)的反应热ΔH为 (  )。
A.-1 780 kJ·mol-1 B.-1 220 kJ·mol-1
C.-450 kJ·mol-1 D.+430 kJ·mol-1
解析 本题考查的是化学键与化学反应中的能量变化。断裂1 mol化学键吸收的能量等
于生成1 mol该化学键释放的能量。ΔH=-(生成物成 键释放的总能量-反应物断键
吸收的总能量)=-(6×330-3×160-1×280) kJ·mol-1=-1 220 kJ·mol-1。
答案 B
4.氢气与氧气的混合气体遇火星即发生爆炸生成水;水在1 000 ℃以上持续加热分解为氢气和氧气;水电解生成氢气和氧气。
(1)H2和O2化合生成H2O的反应是______(填“放热”或“吸热”)反应,H2和O2的总能
量______(填“大于”“小于”或“等于”)水的总能量,此反应中化学能部分转化为
______能。
(2)水在高温下分解的反应为________反应,反应中热能转化为________能。
答案 (1)放热 大于 热 (2)吸热 化学
考查点三 热化学方程式的书写
5.火箭推进器中盛有液态肼(N2H4)和液态双氧水,当它们混合时,立即产生氮气和水蒸气,并放出大量的热。已知6.4 g液态肼与足量的液态双氧水反应生成氮气和水蒸气时,放出128.326 kJ的热量。下列热化学方程式正确的是 (  )。
A.N2H4(l)+2H2O2(l)== =N2(g)+4H2O(g) ΔH=128.326 kJ·mol-1
B.N2H4(l)+2H2O2(l)===N2(g)+4H2O(g) ΔH=-128.326 kJ·mol-1
C.N2H4(l)+2H2O2(l)=== N2(g)+4H2O(g) ΔH=-641.63 kJ·mol-1
D.N2H4(l)+2H2O2(l)===N2(g)+4H2O(g) ΔH=-256.625 kJ·mol-1
解析 放热反应ΔH<0, A错;B项6.4 g液态肼不是1 mol;D项ΔH数值计算错误。
答案 C
6.写出下列反应的热化学方程式:
(1)1 mol C2H5OH(l)完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l),放出1 366.8 kJ热量:
________________________________________________________________________。
(2)1.7 g NH3(g)发生催化氧化反应生成气态产物,放出22.67 kJ的热量:
________________________________________________________________________。
解析 (1)C2H5OH燃烧的化学方程式为C2H5OH+3O22CO2+3H2O,那么,相应的
热化学方程式为C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 366.8 kJ·mol-1。
(2)1.7 g NH3的物质的量为0.1 mol,则1 mol NH3完全反应放出的热量为226.7 kJ,那么
相应的热化学方程式为NH3(g)+O2(g)===NO(g)+H2O(g) ΔH=-226.7 kJ·mol-1。
答案 (1)C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 366.8 kJ·mol-1
(2)NH3(g)+O2(g)===NO(g)+H2O(g) ΔH=-226.7 kJ·mol-1
7.化学反应N2+3H22NH3的能量变化如图所示,该反应的热化学方程式是
(  )。
A.N2(g)+3H2(g)??2NH3(l) ΔH=2(a-b-c)kJ·mol-1
B.N2(g)+3H2(g)??2NH3(g) ΔH=2(b-a)kJ·mol-1
C.N2(g)+H2(g)??NH3(l) ΔH=(b+c-a)kJ·mol-1
D.N2(g)+H2(g)??NH3(g) ΔH=(a+b)kJ·mol-1
解析 通过图分析起点mol N2(g)+mol H2(g),变化三阶段为①吸收能量a kJ;②放出
能量b kJ;③放出能量c kJ到1 mol NH3(l)。故可得热化学方程式:
N2(g)+H2(g)??NH3(l) ΔH=(a-b-c)kJ·mol-1,扩大系数后得到A。
答案 A
考查点四 焓变的相关计算
8.下列各图中,表示反应是吸热反应的是 (  )。
答案 A
9.下列反应中,生成物的总焓大于反应物的总焓的是 (  )。
A.氢气在氧气中燃烧
B.铁丝在氧气中燃烧
C.硫在氧气中燃烧
D.焦炭在高温下与水蒸气反应
解析 生成物的总焓大于反应物的总焓,该反应为吸热反应,故D项正确。
答案 D
10.热化学方程式C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3 kJ·mol-1表示 (  )。
A.碳和水反应吸收131.3 kJ能量
B.1 mol碳和1 mol水反应生成一氧化碳和氢气并吸收131.3 kJ热量
C.1 mol固态碳和1 mol水蒸气反应生成一氧化碳气体和氢气,并吸热131.3 kJ
D.1个固态碳原子和1分子水蒸气反应吸收131.3 kJ热量
答案 C
11.下列各组热化学方程式中,化学反应的ΔH前者大于后者的是 (  )。
①C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1
C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH2
②S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH3
S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH4
③H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH5
2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH6
④CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g) ΔH7
CaO(s)+H2O(l)===Ca(OH)2(s) ΔH8
A.① B.④ C.②③④ D.①②③
解析 本题主要考查对“ΔH”的理解,明确“ΔH”既有“+”“-”,又有数值大小。
碳与氧气反应放热,即ΔH1<0,ΔH2<0,CO再与O2作用时又放热,所以ΔH1<ΔH2;
等量的固态硫变为气态硫蒸气时吸收热量,故在与O2作用产生同样多的SO2时,气态硫
放出的热量多,即ΔH3>ΔH4;发生同样的燃烧反应,物质的量越多,放出的热量越多,
故ΔH5>ΔH6;碳酸钙分解吸收热量,ΔH7>0,CaO与H2O反应放出热量,ΔH8<0,显
然ΔH7>ΔH8。故本题答案为C。
答案 C
12.氮是地球上含量丰富的一种元素,氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。请回答下列问题:
(1)右图是N2和H2反应生成2 mol NH3过程中能量变
化示意图,写出生成NH3的热化学方程式:
_____________________________________________
___________________________。
(2)由气态基态原子形成1 mol化学键释放的最低能量叫键能。从化学键的角度分析,化
学反应的过程就是反应物的化学键的破坏和生成物的化学键的形成过程。在化学反应过
程中,拆开化学键需要消耗能量,形成化学键又会释放能量。
已知反应N2(g)+3H2(g)??2NH3(g) ΔH=a kJ·mol-1。
试根据表中所列键能数据估算a的数值:________。
化学键
H—H
N—H
N≡N
键能kJ·mol-1
436
391
945
解析  (1)根据能量关系图,该反应的ΔH=E1-E2=(335-427.2)kJ·mol-1=-92.2
kJ·mol-1。
(2)ΔH=吸收的能量-释放的能量=(945+3×436-6×391)kJ·mol-1=-93 kJ·mol-1。
答案 (1)N2(g)+3H2(g)??2NH3(g)
ΔH=-92.2 kJ·mol-1 (2)-93
第2课时 反应热的测量与计算  能源的充分利用
(时间:30分钟)
考查点一 盖斯定律的含义
1.已知反应:H2S(g)+aO2(g)===X+cH2O(l) ΔH,若ΔH表示该反应的标准燃烧热,则X为 (  )。
A.S(s) B.SO2(g) C. SO3(g) D.SO3(l)
解析 根据标准燃烧热的定义可知,X必须是稳定的氧化物。
答案 B
考查点二 盖斯定律的理解
2.强酸与强碱在稀溶液中发生中和反应的热化学方程式为H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1,向3份同体积0.2 mol ·L-1的NaOH溶液中分别加入适量的稀醋酸、浓硫酸、稀硝酸,恰好完全反应的热效应ΔH1、ΔH2、ΔH3的关系正确的是 (  )。
A.ΔH1>ΔH2>ΔH3
B.ΔH2>ΔH3>ΔH1
C.ΔH2>ΔH1>ΔH3
D.ΔH1>ΔH3>ΔH2
解析 稀醋酸电离要吸热,浓硫酸溶于水要放热。稀醋酸、浓硫酸和稀硝酸与NaOH溶
液反应生成等量水时浓硫酸放热最多,醋酸放热最小。
答案 D
3.下列热化学方程式中,ΔH能正确表示物质的标准燃烧热的是 (  )。
A.CO(g)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-283.0 kJ·mol-1
B.C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH=-110.5 kJ·mol-1
C.H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH=-241.8 kJ·mol-1
D.2C8H18(l)+25O2(g)===16CO2(g)+18H2O(l) ΔH=-11 036 kJ·mol-1
解析 根据标准燃烧热的概念“25 ℃,101 kPa下,1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧
化物时所放出的热量”知,CO(g)和气态水均不是稳定的氧化物,故B、C错误,而D
项中C8H18(l)的化学计量数为2,不符合标准燃烧热的概念。
答案 A
4.下列说法或表示方法中正确的是 (  )。
A.等质量的硫蒸气和硫黄分别完全燃烧,后者放出的热量多
B.氢气的标准燃烧热为285.8 kJ·mol-1,则氢气燃烧的热化学方程式为2H2(g)+
O2(g)===2H2O(l) ΔH=+285.8 kJ·mol-1
C.Ba(OH)2·8H2O(s)+2NH4Cl(s)===BaCl2(s)+2NH3(g)+10H2O(l) ΔH<0
D.已知中和反应的反应热ΔH=-57.3 kJ·mol-1,若将含0.5 mol H2SO4的浓溶液与含
1 mol NaOH的溶液混合,放出的热量要大于57.3 kJ
解析 因浓硫酸溶于水要放热,因此0.5 mol H2SO4的浓溶液与1 mol NaOH溶液混合,
放出的热量大于57.3 kJ。
答案 D
5.已知25 ℃、101 kPa条件下:
①4Al(s)+3O2(g)===2Al2O3(s) ΔH=-2 834.9 kJ·mol-1
②4Al(s)+2O3(g)===2Al2O3(s) ΔH=-3 119.1 kJ·mol-1
由此得出的正确结论是 (  )。
A.等质量的O2比O3能量低,由O2变O3为吸热反应
B.等质量的O2比O3能量低,由O2变O3为放热反应
C.O3比O2稳定,由O2变O3为吸热反应
D.O2比O3稳定,由O2变O3为放热反应
解析 据盖斯定律,①式-②式得:3O2(g)===2O3(g) ΔH=+284.2 kJ·mol-1即等质量
的O2比O3能量低,O2比O3稳定,O2变O3为吸热反应。
答案 A
6.灰锡(以粉末状存在)和白锡是锡的两种同素异形体。
已知:①Sn(s,白)+2HCl(aq)===SnCl2(aq)+H2(g) ΔH1
②Sn(s,灰)+2HCl(aq)===SnCl2(aq)+H2(g) ΔH2
③Sn(s,灰)Sn(s,白) ΔH3=+2.1 kJ·mol-1
下列说法正确的是 (  )。
A.ΔH1>ΔH2
B.锡在常温下以灰锡状态存在
C.灰锡转化为白锡的反应是放热反应
D.锡制器皿长期处在低于13.2 ℃的环境中,会自行毁坏
解析 由③知Sn(灰)转化为Sn(白)是吸热的,当温度低于13.2 ℃时Sn(白)自动转化为
Sn(灰),所以A、B、C都错,只能选D。
答案 D
7.根据下图所示图像,写出反应的热化学方程式并回答下列问题:
(1)反应过程①的热化学方程式为:____________________________________________。
(2)反应过程②的热化学方程式为:____________________________________________。
(3)Q2与Q1的关系:Q2________Q1(填“大于”“小于”或“等于”)。
解析 本题考查的是热化学方程式的书写。图中已清楚地标明两个反应的反应物、生成
物和反应热,按照书写热化学方程式的规则,不难写出相应的热化学方程式。因为两个
反应方向相反,因此其反应热数值的绝对值相等,符号相反。
答案 (1)A2(g)+B2(g)===C(g) ΔH=-Q1 kJ·mol-1
(2)C(g)===A2(g)+B2(g) ΔH=+Q2kJ·mol-1 (3)等于
考查点三 运用盖斯定律进行相关计算
8.已知下列热化学方程式:
Zn(s)+O2(g)===ZnO(s) ΔH1=-351.1 kJ·mol-1
Hg(l)+O2(g)===HgO(s) ΔH2=-90.7 kJ·mol-1
由此可知Zn(s)+HgO(s)===ZnO(s)+Hg(l) ΔH3,其中ΔH3的值是 (  )。
A.-441.8 kJ·mol-1 B.-254.6 kJ·mol-1
C.-438.9 kJ·mol-1 D.-260.4 kJ·mol-1
解析 利用加和法①-②可得热化学方程式,ΔH3=ΔH1-ΔH2。
答案 D
9.已知A(g)+B(g)===C(g) ΔH1,D(g)+B(g)===E(g) ΔH2,且ΔH1<ΔH2,若A和D的混合气体1 mol完全与B反应,反应热为ΔH3,则A和D的物质的量之比为 (  )。
A. B.
C. D.
解析 设A的物质的量为x,则D的物质的量为(1-x),由反应的热化学方程式:
A(g) ~ ΔH1
1 mol ΔH1
x ΔH1x    
D(g) ~ ΔH2
1 mol   ΔH2
(1-x)  ΔH2(1-x)
所以ΔH1x+ΔH2(1-x)=ΔH3,x=,
所以==。
答案 B
10.根据下列热化学方程式:
(1)C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1
(2)H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH2=-285.8 kJ·mol-1
(3)CH3COOH(l)+2O2(g)===2CO2(g)+2H2O(l) ΔH3=-870.3 kJ·mol-1
可以计算出2C(s)+2H2(g)+O2(g)===CH3COOH(l)的反应热为 (  )。
A.ΔH=+244.1 kJ·mol-1
B.ΔH=-488.3 kJ·mol-1
C.ΔH=-996.6 kJ·mol-1
D.ΔH=+996.6 kJ·mol-1
解析 2×(1)+2×(2)-(3)可得反应式
2C(s)+2H(g)+O2(g)===CH3COOH(l)
反应热ΔH=2ΔH1+2ΔH2-ΔH3=-488.3 kJ·mol-1。
答案 B
11.将0.3 mol的气态高能燃料乙硼烷(B2H6)在氧气中燃烧,生成固态三氧化二硼和液态水,放出649.5 kJ热量,该反应的热化学方程式为__________________________________。
又已知:H2O(l)===H2O(g) ΔH=+44 kJ·mol-1,则11.2 L(标准状况)乙硼烷完全燃烧生
成气态水时放出的热量是________kJ。
解析 0.3 mol的气态高能燃料乙硼烷完全燃烧放出649.5 kJ的热量,则1 mol乙硼烷燃
烧放出 kJ=2 165 kJ的热量,再根据热化学方程式的书写注意事项,则该反应的热
化学方程式为:B2H6(g)+3O2(g)===B2O3(s)+3H2O(l) ΔH=-2 165 kJ·mol-1。11.2 L(标
准状况)乙硼烷的物质的量为0.5 mol,且H2O(l)===H2O(g) ΔH=+44 kJ·mol-1。
故11.2 L乙硼烷燃烧放出的热量为(2 165-3×44)×=1 016.5 kJ。
答案 B2H6(g)+3O2(g)===B2O3(s)+3H2O(l) ΔH=-2 165 kJ·mol-1 1 016.5
12.红磷P(s)和Cl2(g)发生反应生成PCl3(g)和PCl5(g)。反应过程和能量关系如下图所示(图中的ΔH表示生成1 mol产物的数据)。
根据上图回答下列问题:
(1)P和Cl2反应生成PCl3的热化学方程式是_______________________________________
___________________________________________________________________________。
(2)PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式是_____________________________________
___________________________________________________________________________。
(3)P和Cl2分两步反应生成1 mol PCl5的ΔH3=______________,P和Cl2一步反应生成
1 mol PCl5的ΔH4____ΔH3(填“大于”“小于”或“等于”)。
解析 (1)产物的总能量减去反应物的总能量就等于反应热,结合图像可知,PCl3和反应
物P和Cl2的能量差值为306 kJ,因此该热化学反应方程式为:
P(s)+Cl2(g)===PCl3(g) ΔH=-306 kJ·mol-1。
(2)根据图像可知PCl5和PCl3之间的能量差值为93 kJ,因此PCl5分解成PCl3和Cl2的热
化学方程式为:PCl5(g)===PCl3(g)+Cl2(g) ΔH=+93 kJ·mol-1。
(3)根据盖斯定律求得:ΔH3=-399 kJ·mol-1,且ΔH3=ΔH4,反应热与反应的途径无关,
只与反应体系的始态与终态有关。
答案 (1)Cl2(g)+P(s)===PCl3(g)
ΔH=-306 kJ·mol-1
(2)PCl5(g)===PCl3(g)+Cl2(g) ΔH=+93 kJ·mol-1
(3)-399 kJ·mol-1 等于
专题一 化学反应与能量变化
第二单元 化学能与电能的转化
第1课时 原电池的工作原理
(时间:30分钟)
考查点一 关于原电池的叙述
1.下列关于原电池的叙述正确的是 (  )。
A.构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属
B.原电池是将化学能转化为电能的装置
C.在原电池中,电子流出的一极是负极,该电极被还原
D.原电池放电时,电流的方向是从负极到正极
解析 构成原电池的正、负极可以用金属电极与非金属,如碳作电极,原电池中电子流出的一极发生氧化反应,电流的方向是从正极经外电路流向负极,与电子流动的方向是相反的。
答案 B
2.下列叙述正确的是 (  )。
①原电池是把化学能转化成电能的一种装置 ②原电池的正极发生氧化反应,负极发生还原反应 ③不能自发进行的氧化还原反应,通过原电池的装置均可实现 ④碳棒不能用来作原电池的正极 ⑤反应Cu+2Ag+===2Ag+Cu2+,能以原电池的形式来实现
A.①⑤ B.①④⑤
C.②③④ D.②⑤
解析 ②原电池负极发生氧化反应;③不能实现;④碳棒可以作原电池的正极。
答案 A
3.下列装置中,属于原电池的是 (  )。
解析 利用组成原电池的条件分析,A项两电极相同;B项酒精为非电解质;C项缺少盐桥;只有D项符合。
答案 D
考查点二 原电池的工作原理
4.有关电化学知识的描述正确的是 (  )。
A.CaO+H2O===Ca(OH)2,可以放出大量的热,故可把该反应设计成原电池,把其中的化学能转化为电能
B.某原电池反应为Cu+2AgNO3===Cu(NO3)2+2Ag,装置中的盐桥中可以是由KCl饱和溶液制得的琼脂
C.因为铁的活动性强于铜,所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中,若能组成原电池,必是铁作负极,铜作正极
D.理论上说,任何能自发进行的氧化还原反应都可被设计成原电池
解析 CaO+H2O===Ca(OH)2不是氧化还原反应,不能设计成原电池,A项错;B项中会发生反应:KCl+AgNO3===AgCl↓+KNO3,生成的AgCl会使盐桥的导电性减弱,所以盐桥中不能使用KCl,可换成KNO3,B项错;由于铁遇到浓硝酸会发生钝化,而铜可与之发生反应:Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,Cu失电子被氧化,作原电池的负极,所以C项错。
答案 D
5.有关如下图所示原电池的叙述,正确的是(盐桥中装有含琼脂的KCl饱和溶液) (  )。
A.反应中,盐桥中的K+会移向CuSO4溶液
B.取出盐桥后,电流计依然发生偏转
C.铜片上有气泡逸出
D.反应前后铜片质量不改变
解析 原电池中阳离子移向正极,A对;取出盐桥构不成原电池,电流计指针不偏转,B错;Cu片为正极,有Cu析出,C、D错。
答案 A
6.某原电池的总反应的离子方程式为:Zn+Cu2+===Zn2++Cu,则该原电池的正确组成可以是下列的 (  )。
解析 由电池反应可知,该原电池的负极为锌,电解质溶液为含Cu2+的溶液,结合原电池的构成条件,A项符合题意。
答案 A
考查点三 原电池的应用
7.将等质量的A、B两份锌粉装入试管中,分别加入过量的稀硫酸,同时向装A的试管中加入少量CuSO4溶液。下图表示产生氢气的体积V与时间t的关系,其中正确的是 (  )。
解析 A中滴加CuSO4溶液:Zn+CuSO4===Cu+ZnSO4,置换出的Cu附着在Zn上构成原电池,加快产生H2的速率。A中的Zn有少量与CuSO4反应,则与稀硫酸反应的Zn比B中小,产生的H2体积比B中小。
答案 D
8.将甲、乙两种金属的性质相比较,已知①甲跟水反应比乙跟水反应剧烈;②甲单质能从乙的盐溶液中置换出乙单质;③甲的最高价氧化物对应水化物的碱性比乙的最高价氧化物对应水化物的碱性强;④与某金属反应时甲原子得电子数目比乙的多;⑤以甲、乙两金属为电极构成原电池,甲作负极。能说明甲的金属性比乙强的是 (  )。
A.①②③ B.③⑤
C.①②③⑤ D.①②③④⑤
解析 金属性即金属的还原性,金属的还原性越强,则金属在反应时越易失去电子。而④中的表述指的是甲原子的氧化性,则甲原子不属于金属原子,不符合要求。⑤中两种金属作电极,一般是较活泼的金属作负极,但也要具体问题具体分析,如Mg比Al活泼,Mg、Al、NaOH溶液组成原电池时,Al作负极。
答案 A
9.有X、Y、Z、W四种金属。已知X(OH)3的碱性大于Y(OH)3,X3+可使Z氧化,W可与热水反应产生H2,X不能与热水反应,把X的金属片插入稀H2SO4中,让金属丝Z与X接触,X的溶解速率加快,则这四种金属活动性强弱的关系一定是 (  )。
A.X>Y B.Z>Y C.W>Z D.Z>X
解析 X(OH)3的碱性大于Y(OH)3,没有提到主族元素最高价氧化物对应的水化物,所以不能确定X、Y活动性的大小,X3+可使Z氧化不能确定X、Z的金属性大小,如:
Mg+2Fe3+===2Fe2++Mg2+,Cu+2Fe3+===2Fe2++Cu2+,但X与Z组成原电池时,X作负极,则X>Z;W可与热水反应产生H2而X不能,可判断W>X,另外X>Z,因此W>Z。
答案 C
考查点四 原电池正、负极的判断
10.下图是锌、铜和稀硫酸形成的原电池,某实验兴趣小组同学做完实验后,在读书卡片上记录如下:
 
卡片上的描述合理的是 (  )。
A.①②③ B.③④⑤ C.①⑤⑥ D.②③④
解析 构成原电池的正极是Cu,负极是Zn,故①错误;电子从负极Zn流出,流向正极Cu,H+向正极移动,在Cu上得电子:2H++2e-===H2↑,故②错误,③、④正确;原电池负极上发生的反应是Zn-2e-===Zn2+,⑥错误;电池总反应:Zn+2H+===Zn2++H2↑,当有1 mol e-通过时,产生H2为0.5 mol,故⑤正确。
答案 B
11.A、B、C、D四种金属按下表中的装置图进行实验。
装置
现象
二价金属A不断溶解
C的质量增加
A上有气泡产生
根据实验现象回答下列问题:
(1)装置甲中负极的电极反应是_______________________________________________。
(2)装置乙中正极的电极反应是_______________________________________________。
(3)装置丙中溶液的pH________(填“变大”、“变小”或“不变”)。
(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是_________________________________________。
解析 甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理,甲中A不断溶解,则A为负极、B为正极,活动性A>B;乙中C极质量增加,即析出Cu,则B为负极,活动性B>C;丙中A上有气体即H2产生,则A为正极,活动性D>A,随着H+的消耗,溶液pH逐渐变大。
答案 (1)A-2e-===A2+ (2)Cu2++2e-===Cu
(3)变大 (4)D>A>B>C
12.已知反应:AsO43-+2I-+2H+??AsO33-+I2+H2O,现设计了如图所示的实验装置,并进行下列操作:
(Ⅰ)向B烧杯中逐滴加入浓盐酸,发现微安表的指针偏转。
(Ⅱ)若改向B烧杯中滴加40%NaOH溶液,则发现微安表的指针向(Ⅰ)操作相反的方向偏转。
请回答下列问题:
(1)两次操作中指针为什么会发生偏转?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)两次操作过程中指针偏转的方向为什么相反?试用化学平衡移动原理解释。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)操作(Ⅰ)的过程中C1棒上发生的反应为____________________________________。
(4)操作(Ⅱ)的过程中C2棒上发生的反应为____________________________________。
解析 “AsO43-+2I-+2H+??AsO33-+I2+H2O”既是氧化还原反应,又是可逆反应,解题时应将氧化还原反应的规律与原电池反应相联系,并将可逆反应与平衡移动原理相联系。加酸时按正反应方向进行,C1棒上发生氧化反应:2I--2e-===I2;加碱时按逆反应方向进行,C2棒上发生氧化反应;AsO33--2e-+H2O===AsO43-+2H+。两次操作过程中电流计偏转方向相反。
答案 (1)两次操作中均能形成原电池,都是把化学能转化成电能。
(2)操作(Ⅰ)加酸,c(H+)增大,平衡向正反应方向移动,AsO43-得电子,I-失电子,所以C1极是负极,C2极是正极;操作(Ⅱ)加碱,c(OH-)增大,平衡向逆反应方向移动,AsO33-失电子,I2得电子,此时,C1极是正极,C2极是负极。故两次操作过程中,化学平衡向不同的方向移动,发生不同方向的反应,电子转移的方向就不同,即微安表的指针偏转的方向不同。
(3)2I--2e-===I2
(4)AsO33-+H2O-2e-===AsO43-+2H+
专题一 化学反应与能量变化
第二单元 化学能与电能的转化
第2课时 化学电源
(时间:30分钟)
考查点一 电池的工作原理
1.下列说法错误的是 (  )。
A.依据原电池的原理设计出了化学电源
B.原电池是化学电源的雏形
C.判断一种电池的优劣主要是看其负极的活泼性
D.氧化还原反应所释放的化学能是化学电源的能量来源
解析 判断一种电池的优劣主要是看这种电池的比能量或者比功率的大小,以及可储存 时间的长短。
答案 C
2.下列说法不正确的是 (  )。
A.铅蓄电池在放电过程中,负极质量减小,正极质量增加
B.常温下,反应C(s)+CO2(g)===2CO(g)不能自发进行,则该反应的ΔH>0
C.一定条件下,使用催化剂能加快反应速率并提高反应物的平衡转化率
D.相同条件下,溶液中Fe3+、Cu2+、Zn2+的氧化性依次减弱
解析 本题主要考查的是相关的反应原理。A项,铅蓄电池在放电过程中,负极反应为Pb-2e-+SO42-===PbSO4,其质量增加;B项,该反应是典型的吸热反应,在常温下不能自发进行;C项,催化剂能改变反应速率,但它不能改变转化率;D项,Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+,可知Fe3+的氧化性大于Cu2+,综上分析可知,本题选A、C。
答案 AC
考查点二 电池的分类
3.下列说法错误的是 (  )。
A.碱性锌锰电池是二次电池
B.铅蓄电池是二次电池
C.二次电池又叫蓄电池,它放电后可以再充电使活性物质获得再生
D.燃料电池的活性物质没有储存在电池内部
解析 碱性锌锰电池是一次性电池,铅蓄电池是二次性电池。
答案 A
考查点三 电池的正极、负极及电解质溶液的相关判断
4.已知空气—锌电池的电极反应为
锌片:Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O
石墨:O2+H2O+2e-===2OH-
据此判断锌片是 (  )。
A.负极,并被氧化 B.负极,并被还原
C.正极,并被氧化 D.正极,并被还原
解析 负极发生失电子的氧化反应。
答案 A
5.TiO2在光照射下可使水分解:2H2O2H2↑+O2↑,该过程类似植物的光合作用。下图是光照射下TiO2分解水的装置示意图。下列叙述正确的是 (  )。
A.该装置可以将光能转化为电能,同时也能将其转化为化学能
B.TiO2电极上发生的反应为:2H++2e-===H2↑
C.该装置工作时,电流由TiO2电极经R流向铂电极
D.该装置工作时,TiO2电极附近溶液的pH变大
解析 该装置光分解水是将光能转化为化学能,发生氧化还原反应生成氢气和氧气,电子的转移经过R,又将化学能转化为电能;铂电极上生成氢气的反应为2H++2e-===H2↑;TiO2电极上生成氧气的反应为:4OH--4e-===2H2O+O2↑,所以TiO2电极附近溶液的pH减小;电子由TiO2电极经R流向铂电极,电流流动方向相反。
答案 A
6.锌锰干电池在放电时,总反应方程式可以表示为:Zn(s)+2MnO2+2NH4+===Zn2++Mn2O3(s)+2NH3+H2O,在此电池放电时正极(碳棒)上发生反应的物质是(  )。
A.Zn B.碳
C.MnO2和NH4+ D.Zn2+和NH3
解析 Zn在负极上被氧化,剩余的物质将在正极上反应得到Mn2O3、NH3和H2O。
答案 C
7.以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如下图所示。关于该电池的叙述正确的是
(  )。
质子交换膜
A.该电池能够在高温下工作
B.电池的负极反应为:C6H12O6+6H2O-24e-===6CO2↑+24H+
C.放电过程中,H+从正极区向负极区迁移
D.在电池反应中,每消耗1 mol 氧气,理论上能生成标准状况下CO2气体 L
解析 该燃料电池的原理为C6H12O6+6O2===6CO2+6H2O,根据总反应方程式可书写出电极反应方程式,负极为C6H12O6+6H2O-24e-===6CO2↑+24H+,正极为6O2+24e-+24H+===12H2O,从电极反应方程式易知:H+应从负极区移向正极区,从总反应方程式可知每生成1 mol CO2消耗1 mol O2。
答案 B
8.根据下图,可判断出下列离子方程式中错误的是(  )。
A.2Ag(s)+Cd2+(aq)===2Ag+(aq)+Cd(s)
B.Co2+(aq)+Cd(s)===Co(s)+Cd2+(aq)
C.2Ag+(aq)+Cd(s)===2Ag(s)+Cd2+(aq)
D.2Ag+(aq)+Co(s)===2Ag(s)+Co2+(aq)
解析 由原电池的正负极材料可知,金属活动性有:Cd>Co>Ag,则A中原理错误。
答案 A
9.(2011·泉州高二质检)化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。
(1)目前常用的镍—镉(Ni—Cd)电池,其电池总反应可以表示为:
Cd+2NiO(OH)+2H2O2Ni(OH)2+Cd(OH)2
已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水但能溶于酸,以下说法中正确的是 (  )。
①以上反应是可逆反应 ②以上反应不是可逆反应 ③充电时化学能转变为电能 ④放电时化学能转变为电能
A.①③ B.②④ C.①④ D.②③
(2)废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物,有资料表明一节废镍镉电池可以使一平方米面积的耕地失去使用价值。在酸性土壤中这种污染尤为严重。这是因为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析 (1)Ni—Cd电池的充、放电条件不相同,因此电池的充、放电反应不属于可逆反应。
(2)Ni(OH)2和Cd(OH)2在酸性土壤中溶解,生成重金属离子Ni2+和Cd2+,污染土壤。
答案 (1)B (2)Ni(OH)2和Cd(OH)2能溶于酸性溶液
10.氯铝电池是一种新型的燃料电池,电解质溶液是KOH溶液,试回答下列问题:
(1)通入氯气的电极是________极(填“正”或“负”),电极反应式为:________________________________________________________________________。
(2)加入铝的电极是________极(填“正”或“负”),电极反应式为:________________________________________________________________________。
(3)电子从________极流向________极(填“Al”或“Cl2”)。
解析 根据Cl2和Al的反应方程式:3Cl2+2Al===2AlCl3可知,铝易失电子被氧化,为负极,但电解液为KOH溶液,故负极反应为:2Al-6e-+8OH-===2AlO2-+4H2O,Cl2易得电子被还原,为正极,电极反应为3Cl2+6e-===6Cl-。在外电路中电子从负极(铝极)流出沿导线流向正极(Cl2极)。
答案 (1)正 3Cl2+6e-===6Cl-
(2)负 2Al-6e-+8OH-===2AlO2-+4H2O
(3)Al Cl2
11.科学家预言,燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径,美国已计划将甲醇燃料电池用于军事。一种甲醇燃料电池采用铂或碳化钨作为电极催化剂,在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇,同时向另一个电极通入空气。
回答下列问题:
(1)这种电池放电时发生的化学反应方程式是____________________________________。
(2)此电池正极发生的电极反应式是____________________________________________,
负极发生的电极反应式是____________________________________________________。
(3)电解液中的H+向________极移动;向外电路释放电子的电极是________。
(4)比起直接燃烧燃料产生电力,使用燃料电池有许多优点,其中主要有两点:首先是燃料电池能量转化效率高,其次是_______________________________________________。
解析 甲醇燃料电池实质就是利用CH3OH燃料在氧气中反应来提供电能。CH3OH作负极,发生氧化反应,电极反应为2CH3OH+2H2O-12e-===2CO2+12H+;氧气在正极的电极反应为:3O2+12H++12e-===6H2O,两反应相加得总反应式。在电池中,负极释放电子传到正极上,故H+向正极移动。甲醇与O2的反应产物为CO2和H2O,对环境无污染。
答案 (1)2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O
(2)3O2+12H++12e-===6H2O
2CH3OH+2H2O-12e-===2CO2+12H+
(3)正 负极 (4)对环境无污染
专题一 化学反应与能量变化
第二单元 原电池的工作原理
第3课时 电解池的工作原理及应用
(时间:30分钟)
考查点一 电解原理
1.能用电解原理说明的问题是 (  )。
①电解是把电能转变成化学能 ②电解是化学能转变成电能 ③电解质溶液导电是化学变化,金属导电是物理变化 ④不能自发进行的氧化还原反应,通过电解的原理可以实现 ⑤任何溶液被电解时,必须导致氧化还原反应的发生
A.②③④ B.②③⑤
C.①③④ D.①③④⑤
解析 从能量角度看,电解是把电能转变成化学能的过程,故①对,②错;电解质溶液的导电过程,必将伴随着两个电极上氧化还原反应的发生,同时生成新的物质,故③、⑤对;某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解的原理供给电能也可能实现,故④对。所以D选项符合题意。
答案 D
2.下列关于电解池的叙述中,正确的是 (  )。
A.电解池中的闭合回路仅是由电子的定向移动形成的
B.金属导线中,电子从电源的负极流向电解池的阳极,从电解池的阴极流向电源的正极
C.在电解质溶液中,阴离子向阴极移动,阳离子向阳极移动
D.相同时间内,阳离子在阴极上得到电子与阴离子在阳极上失去电子的总数相等
解析 闭合回路中,导线导电是由电子的定向移动形成的,而溶液中是由阴阳离子定向移动形成的;与电源负极相连的一极是阴极,与正极相连的是阳极,电子从电源负极流出流向电解池的阴极。
答案 D
考查点二 电解原理的应用
3.右图是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极,则下列有关判断正确的是 (  )。
A.a为负极,b为正极
B.a为阳极,b为阴极
C.电解过程中,d电极质量增加
D.电解过程中,氯离子浓度不变
解析 由电流方向可知a为正极,b为负极, c为阳极,d为阴极。利用电解原理可推得答案。
答案 C
4.用惰性电极实现电解,下列说法中正确的是 (  )。
A.电解稀硫酸溶液,实质上是电解水,故溶液pH不变
B.电解稀氢氧化钠溶液,要消耗OH-,故溶液pH减小
C.电解硫酸钠溶液,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2
D.电解氯化铜溶液,阴极和阳极产物的物质的量之比为1∶1
解析 电解释H2SO4,实质上是电解水,硫酸的物质的量不变,但溶液体积减小,浓度增大,故溶液pH减小;电解稀NaOH溶液,阳极消耗OH-,阴极消耗H+,实质也是电解水,NaOH溶液浓度增大,故溶液的pH增大;电解Na2SO4溶液时,在阳极发生反应:4OH--4e-===2H2O+O2↑,在阴极发生反应:2H++2e-===H2↑,由于两电极通过电量相等,故放出H2与O2的物质的量之比为2∶1;电解CuCl2溶液时,阴极反应为Cu2++2e-===Cu,阳极反应为2Cl--2e-===Cl2↑,两极通过电量相等时,Cu和Cl2的物质的量之比为1∶1。
答案 D
5.市场上经常见到的标记为Li—ion的电池称为“锂离子电池”。它的负极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体),电解质为一种能传导Li+的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应为:
Li+2Li0.35NiO22Li0.85NiO2
下列说法中不正确的是 (  )。
A.放电时,负极的电极反应式:Li-e-===Li+
B.充电时,Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应
C.该电池不能用水溶液作为电解质
D.放电过程中Li+向负极移动
解析 Li从零价升至+1价,失去电子,作为负极,A项正确;反应逆向进行时,反应物只有一种,故化合价既有升,又有降,所以既发生氧化反应又发生还原反应,B项正确;由于Li可以与水反应,故应为非水材料,C项正确;原电池中阳离子应向正极移动,故D项错误。
答案 D
6.用石墨作电极电解下列溶液①稀H2SO4 ②K2SO4溶液 ③CuCl2溶液 ④CuSO4溶液 ⑤KOH溶液
(1)阴极、阳极都有气体产生,且体积比(相同条件下)为2∶1的是(填序号)____________,其阳极的电极反应式都是______________________________________________________
__________________,阴极的电极反应式都是__________________,总反应的化学方程式都是____________________________________________________________________。
(2)阴极、阳极都有气体产生,其中溶液酸性增强的是________,碱性增强的是________(填序号)。
(3)一个电极析出金属,一个电极逸出气体,且溶液酸性增强的是________(填序号),其总反应的化学方程式是______________________________________________________。
答案 (1)①②⑤ 4OH--4e-===2H2O+O2↑4H++4e-===2H2↑ 2H2O2H2↑+O2↑ (2)① ⑤ (3)④ 2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑
7.在下图装置中,通电后可观察到Cu极溶解,则下列说法中不正确的是 (  )。
A.直流电源中,A是正极
B.两池内CuSO4溶液浓度均不改变
C.两铁极上最初析出物相同
D.P池内溶液的质量逐渐减小
解析 由题意知:铜电极溶解,发生氧化反应,即铜为阳极,A为正极,B为负极,Pt为阳极,铁均为阴极,则P电解池中的电解反应方程式为2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4,有O2和Cu析出,电解质溶液质量逐渐减小,Q电解池中,阳极:Cu-2e-===Cu2+,阴极:Cu2++2e-===Cu,电解质溶液质量和组分不变,综上分析,推知B项不正确。
答案 B
8.按图甲装置进行实验,若图乙中横坐标x表示通过电极的电子的物质的量。下列叙述正确的是 (  )。
A.F表示反应生成Cu的物质的量
B.E表示反应实际消耗H2O的物质的量
C.E表示反应生成O2的物质的量
D.F表示反应生成H2SO4的物质的量
解析 电解实质为2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4,则每通过4 mol e-,生成2 mol Cu,1 mol O2,耗2 mol H2O,生成2 mol H2SO4。
答案 B
9.从NO3-、SO42-、H+、Cu2+、Ba2+、Ag+、Cl-等离子中选出适当的离子组成电解质,采用惰性电极对其溶液进行电解。
(1)两极分别放出H2和O2时,电解质的化学式可能是________(至少答一种,下同);
(2)若阴极析出金属,阳极放出O2,电解质的化学式可能是________;
(3)两极分别放出气体,且体积比为1∶1,电解质的化学式可能是________。
解析 题中提供的离子其实还包括OH-,这些离子放电的顺序如下:
阳极:Cl->OH->(NO3-、SO42-),
阴极:Ag+>Cu2+>H+>Ba2+。
(1)两极分别放出H2和O2,即H+和OH-放电,实质是电解H2O,水中的溶质应起导电作用而又不改变H+和OH-放电的顺序,它可以是HNO3、H2SO4、Ba(NO3)2中的任意一种,但不是BaSO4。
(2)阴极析出金属,即Ag+或Cu2+放电;阳极放出O2,即OH-放电,水中的溶质可以是AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4中的任意一种,但不是Ag2SO4(微溶)。
(3)两极都生成气体,且气体体积比为1∶1,则放电的离子应是Cl-和H+,水中的溶质可以是HCl、BaCl2中的任意一种。
答案 (1)HNO3、H2SO4、Ba(NO3)2 (2)AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4 (3)HCl、BaCl2
考查点三 电解原理的有关计算
10.用惰性电极电解V mL某二价金属的硫酸盐溶液一段时间,阴极有W g金属析出,溶液的pH从6.5变为2.0(体积变化可忽略不计)。析出金属的相对原子质量为 (  )。
                  
A. B. C. D.
解析 设析出金属的相对原子质量为x,据阴、阳两极得失电子守恒,有
M~2e-~2OH-(放电)~2H+(生成)
x g         2 mol
W g         10-2mol·L-1× L
解得x=。
答案 C
11.冶炼铜矿石所获得的铜通常含有锌、铁、镍、银、金和铂等微量杂质,俗称粗铜。工业上通常通过电解法除去这些杂质制得精铜,以提高铜的使用价值,扩大铜的应用范围。(几种金属的相对原子质量:Fe-56,Ni-59,Cu-64,Zn-65,Ag-108,Au-197。)
请完成下列问题:
(1)一般来说,电解精炼铜的初始电解质溶液里的阳离子是________,写出铜的电解精炼过程中的阴极反应式_________________________________________________________。
(2)如果转移0.020 mol e-,下列说法中一定正确的是______。
①阴极质量增加0.64 g ②阳极质量减少0.64 g ③电解质溶液的质量保持不变 ④电解质溶液的温度保持不变
解析 电解精炼铜的电解质溶液一般为用硫酸酸化了的硫酸铜溶液,其中的阳离子是H+和Cu2+。粗铜中Fe、Zn、Ni均有可能放电转化为Fe2+、Zn2+、Ni2+,Fe2+、Zn2+、Ni2+、H+和Cu2+中放电能力Cu2+最强,所以在阴极上放电的只有Cu2+,当有0.020 mol e-转移时阴极质量增加×64 g·mol-1=0.64 g。
Ag和Au都不能放电,只是以固态单质的形式沉积于电解糟的底部。Fe、Zn、Ni中,有相对原子质量比Cu大的,也有相对原子质量比Cu小的,且Fe、Zn、Ni的放电能力都强于Cu,首先在阳极上被溶解,因此阳极上放电的不只是铜,阳极质量减少量不固定,电解质溶液的质量也不会保持不变。
在电解精炼铜的过程中,能量转化的形式主要是电能转化为化学能,但也有电能转化为热能,电解质溶液的温度肯定会变化。
答案 (1)H+和Cu2+ Cu2++2e-===Cu (2)①
12.如下图所示的装置中,若通入直流电5 min时,铜电极质量增加2.16 g,试回答:
(1)电源电极X的名称为________。
(2)pH变化:A________,B________,C________。(填“增大”“减小”或“不变”)
(3)通电5 min后,B中共收集224 mL气体(标准状况),溶液体积为200 mL,则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。
(4)若A中KCl溶液的体积也是200 mL,电解后,溶液中OH-的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。
解析 (1)C装置的铜电极质量增加,说明铜极上有金属析出,即溶液中的银离子被还原生成银单质,故铜极为阴极,由此可确定X极为负极。(2)A装置是电解KCl溶液,阴极析出氢气,阳极析出氯气,溶液中氢氧根离子浓度增大,B装置中阴极上先析出铜,当铜离子消耗完后将析出氢气,而阳极上析出氧气,溶液中氢离子浓度增大,C装置中阴极析出银单质,阳极上的银失去电子变成银离子,理论上AgNO3溶液的物质的量浓度不变。(3)B装置两极上电子转移的数目与C装置中转移的电子数目相同,C装置中转移的电子为=0.02 mol,经判断,B装置中阴极:Cu2++2e-===Cu,2H++2e-===H2↑,阳极:4OH--4e-===O2↑+2H2O,根据题意可得:2n(H2)+2n(Cu)=4n(O2)=0.02 mol,n(H2)+n(O2)=,解得n(Cu)=0.005 mol,CuSO4溶液物质的量浓度为:=0.025 mol·L-1。(4)A装置的反应为:2KCl+2H2O2KOH+H2↑+Cl2↑,即反应中电子转移的物质的量与生成的氢氧根离子的物质的量相等,为0.02 mol,c(OH-)==0.1 mol·L-1
答案 (1)负极 (2)增大 减小 不变 (3)0.025 mol·L-1
(4)0.1 mol·L-1
专题一 化学反应与能量变化
第三单元 金属的腐蚀与防护
(时间:30分钟)
考查点一 金属腐蚀的原理和分类
1.关于金属的腐蚀的叙述中,正确的是 (  )。
A.金属被腐蚀的本质是M+nH2O===M(OH)n+H2↑
B.马口铁(镀锡铁)镀层破损后被腐蚀时,首先是镀层被氧化
C.金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀
D.常温下,置于空气中的金属主要发生化学腐蚀
解析 金属腐蚀的本质,主要是金属原子失电子被氧化,腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼,外因是金属与空气、水和其他腐蚀性的物质相接触,腐蚀主要有化学腐蚀和电化学腐蚀。无论化学腐蚀还是电化学腐蚀,A中金属腐蚀的本质,均为M-ne-===Mn+;B选项中Sn、Fe构成电化学腐蚀,主要是Fe-2e-===Fe2+,铁先被腐蚀。电化学腐蚀与化学腐蚀的区别在于是否形成原电池,产生微电流。常温下,空气中的金属主要发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀,难以和非金属氧化剂(Cl2、S)等直接反应,发生化学腐蚀。
答案 C
2.钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀,发生的原电池反应为:2Fe+2H2O+O2===2Fe(OH)2。以下说法正确的是 (  )。
A.负极发生的反应为:Fe-2e-===Fe2+
B.正极发生的反应为:2H2O+O2+2e-===4OH-
C.原电池是将电能转变为化学能的装置
D.钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀
解析 由原电池反应式知负极为Fe-2e-===Fe2+,正极为2H2O+O2+4e-===4OH-,所以A项对B项错;原电池是将化学能转化为电能的装置,C项错;根据原电池原理钢柱在空气与水交界处更容易腐蚀,D项错。
答案 A
3.如下各图烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为 (  )。
A.②①③④ B.④③②①
C.④②①③ D.③②④①
解析 ①是化学腐蚀,②③④形成原电池,②④中Fe为负极加快Fe腐蚀,且Fe与Cu活泼性相差更大腐蚀更快,③中Fe被保护。
答案 C
4.如图所示,将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中,再加入含有适量酚酞和NaCl的琼脂热溶液,冷却后形成琼胶(离子在琼胶内可以移动),下列叙述正确的是 (  )。
A.a中铁钉附近呈现红色
B.b中铁钉上发生还原反应
C.a中铜丝上发生氧化反应
D.b中铝条附近有气泡产生
解析 两者都能形成原电池,利用原电池的相关知识即可分析B正确。
答案 B
考查点二 金属的防护
5.以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌,下列说法正确的是 (  )。
A.未通电前上述镀锌装置可构成原电池,电镀过程是该原电池的充电过程
B.因部分电能转化为热能,电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系
C.电镀时保持电流恒定,升高温度不改变电解反应速率
D.镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用
解析 A项,该装置中没有自发的氧化还原反应发生,因此,不能构成原电池;B项,根据能量守恒定律可知,总的能量一定,它等于电镀过程中转化的化学能和转化的热能的和,因此通过的电量与锌的析出量有确定的关系;C项,电流恒定,单位时间内提供给阴极的电量就一定,析出的锌的量也一定;D项,镀锌层破损后形成的Zn?Fe原电池起到牺牲阳极保护阴极的作用。
答案 C
6.下列金属防护的方法不正确的是 (  )。
A.对健身器材涂油漆以防止生锈
B.对某些工具的“机械转动部位”选用刷油漆的方法来防锈
C.用牺牲锌块的方法来保护船身
D.自行车的钢圈上镀上一层铬防锈
解析 B项中应选用润滑油来达到防锈的目的。
答案 B
考查点三 铁生锈的相关反应和防护
7.以下现象与电化学腐蚀无关的是 (  )。
A.黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿
B.生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈
C.铁质器件附有铜质配件,在接触处易生铁锈
D.银质奖牌久置后表面变暗
解析 本题考查了金属腐蚀类型的判断。金属腐蚀的类型主要与金属的形态和接触的环境有关。黄铜(铜锌合金)制作的铜锣在形成原电池时铜作为正极而被保护;生铁中铁与碳作电极发生电化学腐蚀比软铁芯发生化学腐蚀的速度快而容易生锈;铁质器件附有铜质配件,接触处形成原电池,铁作为负极被腐蚀;银质奖牌久置后,银和空气中的氧气接触表面变暗,属化学腐蚀。
答案 D
8.如图装置中,U型管内为红墨水,a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液,各加入生铁块,放置一段时间。下列有关描述错误的是 (  )。
A.生铁块中的碳是原电池的正极
B.红墨水柱两边的液面变为左低右高
C.两试管中相同的电极反应式是Fe-2e-===Fe2+
D.a试管中发生了吸氧腐蚀,b试管中发生了析氢腐蚀
解析 a、b试管中均发生铁的电化学腐蚀,在食盐水中的Fe发生吸氧腐蚀,正极为碳:2H2O+O2+4e-===4OH-,负极为铁:Fe-2e-===Fe2+,由于吸收O2,a管中气压降低;b管中的电解质溶液是酸性较强的NH4Cl溶液,故发生析氢腐蚀,正极:2H++2e-===H2↑,负极:Fe-2e-===Fe2+,由于放出氢气,b管中气压增大,故U型管中的红墨水应是左高右低,B选项错误。
答案 B
9.如图所示水槽中试管内有一枚铁钉,放置数天观察:
(1)铁钉在逐渐生锈,则铁钉的腐蚀属于________(填“化学”或
“电化学”)腐蚀。
(2)若试管内液面上升,则原溶液呈________性,发生________
腐蚀,电极反应:负极:________________________________
正极:_______________________________________________。
(3)若试管内液面下降,则原溶液呈________性,发生________腐蚀。电极反应式,负极:________________________________________________________________________,
正极:________ __________________________________________________________。
解析 根据原电池的构成条件:有两种不同的材料(Fe为负极,碳为正极),有电解质溶液,形成闭合回路可知铁钉的腐蚀属于电化学腐蚀。根据金属腐蚀的条件原理及结果可知:试管内液面上升,说明试管内压强减小,试管内气体被吸收所致,是铁钉吸氧腐蚀的结果,据此写出电极反应;试管内液面下降,说明试管内气体压强变大,试管内产生了新气体所致,是铁钉的析氢腐蚀的结果,据此写出电极反应。
答案 (1)电化学 (2)弱酸性或中性 吸氧 2Fe-4e-===2Fe2+ O2+2H2O+4e-===4OH- (3)较强的酸 析氢 Fe-2e-===Fe2+ 2H++2e-===H2↑
10.钢铁很容易生锈而被腐蚀,每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。
(1)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率,可以采用图甲所示的方案,其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用________(填字母)。
A.铜 B.钠
C.锌 D.石墨
(2)图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率,其中铁闸门应该连接在直流电源的________极。
解析 (1)铁闸门上连接一块比铁活泼的金属如锌,就可由锌失去电子,锌被溶解而铁被保护,属于牺牲阳极的阴极保护法。(2)属于外加电流的阴极保护法,需把被保护的铁闸门连接在电源的负极上。
答案 (1)C (2)负
11.家用炒菜铁锅用水清洗放置后,出现红棕色的锈斑,某同学拟对其原理及条件进行分析:
(1)该同学准备了下列实验用品:20%NaCl溶液、蒸馏水、酚酞试液、KSCN溶液、新制氯水、纯铁丝、碳棒、U型管、导线等;请你帮他设计一个实验方案来验证钢铁吸氧腐蚀的电极产物,简述操作过程并写出溶液中有关反应的离子方程式。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(2)将一铜棒、碳棒用导线连接后,插入内盛20%氯化钠溶液的U型管中,请根据此装置在下列两项中择一回答:
①若不是原电池,请说明原因:______________________________________________
(如果回答此题,下面的②不用回答)。
②若是原电池,现要求利用此装置(电极材料、溶液浓度均不变),采取适当的措施来提高电池的放电效率,该操作可以是:_________________________________________。
(3)目前我国许多大型铜质文物露天放置腐蚀严重,在不影响观瞻效果的条件下,除用加保护层法保护外,请你再提出一项简单而有效的保护方法并简述其保护原理:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析 (1)为加速腐蚀应选用20%NaCl溶液为电解质溶液,以纯铁丝和碳棒做两极,分别针对两极产物Fe2+和OH-进行检验。
(2)具备构成原电池的基本条件,在正极上发生还原反应的是空气中的O2。
(3)在众多限制下,只能考虑电化学保护法。
答案 (1)用导线连接铁丝和碳棒后插入盛有20%NaCl溶液的U型管中,放置数分钟,向插入铁丝的一端滴入1~2滴KSCN溶液未显色,再滴入氯水显红色,证明负极有Fe2+生成,相关离子方程式为:2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-;Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3。向插入碳棒的一端滴入酚酞溶液,溶液显红色,证明有OH-生成 (2)②向插入碳棒的溶液中通入氧气或空气 (3)将铁块(或锌块)连接文物底座并埋入地下,定期更换;原理是:使文物成为原电池的正极(或使铜文物用导线连接直流电源的负极,正极用导线连接埋入地下的导体。原理是:使文物成为电解池的阴极)
12.铁生锈是比较常见的现象,某实验小组,为研究铁生锈的条件,设计了以下快速、易行的方法:
首先检查制氧装置的气密性,然后按图连接好装置,点燃酒精灯给药品加热,持续3分钟左右,观察到的实验现象为:①直形管中用蒸馏水浸过的光亮铁丝表面颜色变得灰暗,发生锈蚀;②直形管中干燥的铁丝表面依然光亮,没有发生锈蚀;③烧杯中潮湿的铁丝表面依然光亮。
试回答以下问题:
(1)由于与金属接触的介质不同。金属腐蚀分成不同类型,本实验中铁生锈属于________。能表示其原理的反应方程式为_________________________________________________。
(2)仪器A的名称为________,其中装的药品可以是________,其作用是________。
(3)由实验可知,该类铁生锈的条件为_________________________________________,
决定铁生锈快慢的一个重要因素是________。
解析 钢铁在潮湿环境下形成原电池,发生电化学腐蚀。此实验在直形管中的现象说明,潮湿是铁生锈的前提,而没有涉及潮湿程度对生锈快慢的影响,直形管实验与烧杯实验的对比,则说明O2浓度是影响生锈快慢的一个重要因素。
答案 (1)电化学腐蚀 负极:2Fe-4e-===2Fe2+,
正极:2H2O+O2+4e-===4OH-
(2)球形干燥管 碱石灰(或无水CaCl2) 干燥O2
(3)①与O2接触,②与水接触 氧气浓度
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(时间:45分钟 满分:100分)
一、选择题(本题包括8个小题,每题6分,共48分。每个小题只有一个选项符合题意)
1.化学反应中通常伴随着能量变化,下列说法中错误的是 (  )。
A.煤燃烧时将部分化学能转化为热能
B.电解熔融Al2O3时将部分化学能转化为电能
C.炸药爆炸时将部分化学能转化为动能
D.镁条燃烧时将部分化学能转化为光能
解析 煤是重要的能源,燃烧时放出大量的热,但这不是煤中的全部化学能,因为其主要燃烧产物CO2中仍有化学能,A项正确;电解物质时,是将电能转化为化学能,而不是化学能转化为电能,B项错误;TNT(三硝基甲苯)爆炸时,部分化学能转化为动能,C项正确;镁条燃烧时放出大量热,产生耀眼的白光,故镁条的部分化学能转化成了光能,D项正确。
答案 B
2.下列图示中关于铜电极的连接错误的是 (  )。
解析 C项中,铜应作阳极,镀件作阴极。
答案 C
3.对于Zn(s)+H2SO4(aq)===ZnSO4(aq)+H2(g) ΔH<0的化学反应下列叙述不正确的是
(  )。
A.反应过程中能量关系可用上图表示
B.ΔH的值与反应方程式的计量系数有关
C.若将该反应设计成原电池,锌为负极
D.若将其设计为原电池,当有32.5 g锌溶解时,正极放出气体一定为11.2 L
解析 根据题给热化学方程式可知,该反应是放热的氧化还原反应,则反应物的能量和大于生成物的能量和,A项正确;该反应可设计为原电池反应,由于反应中Zn被氧化,故作原电池的负极,C项正确;根据方程式中Zn和H2的计量关系知,当有32.5 g锌溶解时,正极放出气体为0.5 mol,但由于温度和压强不确定,故其体积不一定为11.2 L,D项错误。
答案 D
4.下列关于反应能量的说法正确的是 (  )。
A.Zn(s)+CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)+Cu(s) ΔH=-216 kJ·mol-1,则反应物总能量>生成物总能量
B.相同条件下,如果1 mol氢原子所具有的能量为E1,1 mol 氢分子所具有的能量为E2,则2E1=E2
C.101 kPa时,2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)
ΔH=-571.6 kJ·mol-1,则H2的燃烧热为571.6 kJ·mol-1
D.H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则1 mol的氢氧化钠固体与含0.5 mol H2SO4的溶液混合后放出57.3 kJ的热量
解析 A正确,因为该反应为放热反应;B错误,因为分子变成原子要破坏化学键,吸收能量,2E1>E2;C错误,H2燃烧热是1 mol氢气充分燃烧,生成液态水放出的热量;D错误,因为NaOH固体溶解放热。
答案 A
5.把等物质的量的Na2SO4、NaCl、AgNO3混合物放入足量水中,经充分搅拌后,将所得溶液用石墨电极进行电解,阳极生成的物质是 (  )。
A.H2 B.Ag C.Cl2 D.O2
解析 将等物质的量的NaCl和AgNO3混合物放入水中,发生反应:NaCl+AgNO3===NaNO3+AgCl↓,所得溶液为NaNO3和Na2SO4的混合液,用石墨电极电解时,实质是电解水,阳极上生成的物质是O2。
答案 D
6.25 ℃、101 kPa 下:①2Na(s)+O2(g)===Na2O(s)
ΔH1=-414 kJ·mol-1
②2Na(s)+O2(g)===Na2O2(s) ΔH2=-511 kJ·mol-1
下列说法正确的是 (  )。
A.①和②产物的阴阳离子个数比不相等
B.①和②生成等物质的量的产物,转移电子数不同
C.常温下Na与足量O2反应生成Na2O,随温度升高生成Na2O的速率逐渐加快
D.25 ℃、101 kPa下,Na2O2(s)+2Na(s)===2Na2O(s) ΔH=-317 kJ·mol-1
解析 A项,Na2O2的电子式为Na+[······]2-Na+,两个氧原子形成一个阴离子,所以Na2O2中阴阳离子个数比也为1∶2,与Na2O相同。B项,生成1 mol Na2O、1 mol Na2O2都转移2 mol电子。C项,在较高的温度下产物可能是Na2O2而非Na2O。D项,①×2-②可得Na2O2(s)+2Na(s)===2Na2O(s) ΔH=-317 kJ·mol-1。
答案 D
7.利用生活中常见的材料可以进行很多科学实验,甚至制作出一些有实际应用价值的装置来,如废铝罐和碳棒,食盐水等材料制作可用于驱动玩具的电池。上述电池工作时,有关说法正确的是 (  )。
A.铝罐将逐渐被腐蚀
B.碳棒上发生的反应为:O2+4e-===2O2-
C.碳棒应与玩具电机的负极相连
D.该电池工作一段时间后碳棒的质量会减轻
解析 该原电池中碳棒作正极,铝作负极。电池工作过程中铝罐逐渐被腐蚀,碳棒上发生的反应为:O2+2H2O+4e-===4OH-,碳棒为正极,应与玩具电机的正极相连,该电池工作一段时间后,碳棒的质量不会发生变化。故选A。
答案 A
8.如图甲池和乙池中的四个电极都是惰性材料,请根据图示判断下列说法正确的是(  )。
A.两个装置之间没有盐桥,故不能形成电流
B.a电极的电极反应式C2H5OH+16OH--12e-===2CO32-+11H2O
C.一段时间后,乙池d电极周围的溶液呈现棕褐色
D.乙池在反应前后溶液的pH不变
解析 该图中甲池为原电池,乙池为电解池,不需要盐桥,A错;乙醇是燃料,作还原剂,失电子,B正确;c电极为阳极,产物为单质碘,故c电极周围呈棕褐色,C错;乙池中,阳极反应为2I--2e-===I2,阴极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,故溶液的pH增大,D错。
答案 B
二、非选择题(本题包括4个小题,共52分)
9.(12分)煤燃烧的反应热可通过以下两种途径来利用:
a.利用煤在充足的空气中直接燃烧产生的反应热;
b.先使煤与水蒸气反应得到氢气和一氧化碳,然后使得到的氢气和一氧化碳在充足的空气中燃烧。
这两个过程的热化学方程式为:
a.C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=E1①
b.C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=E2②
H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH=E3③
CO(g)+O2(g)===CO2(g) ΔH=E4④
请回答:
(1)与途径a相比,途径b有较多的优点,即________________________________________
___________________________________________________________________________。
(2)上述四个热化学方程式中的哪个反应ΔH>0?______。
(3)等质量的煤分别通过以上两条不同的途径产生的可利用的总能量关系正确的是________。
A.a比b多
B.a比b少
C.a与b在理论上相同
(4)根据能量守恒定律,E1、E2、E3、E4之间的关系为_________________________________。
解析 本题考查煤的气化,反应热及盖斯定律的应用。(1)C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)是煤的气化过程中发生的主要反应,生成CO和H2燃烧充分,能源利用率高,且运输方便。(2)C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)需吸收热量,ΔH>0。(3)根据盖斯定律,②③④相加可得①,理论上a与b两条途径产生的可利用的能量是相同的。(4)根据能量守恒及(3)的分析可得E1=E2+E3+E4。
答案 (1)煤的利用率高;变成气体后,燃烧充分,运输方便等
(2)反应②
(3)C (4)E1=E2+E3+E4
10.(13分)根据下列叙述写出相应的热化学方程式:
(1)已知16 g固体硫完全燃烧时放出148.4 kJ的热量,该反应的热化学方程式是________________________________________________________________________。
(2)下图是SO2生成SO3反应过程中能量变化的曲线图。该反应的热化学方程式为:________________________________________________________________________。
(3)拆开1 mol H—H键、1 mol N—H键、1 mol N≡N键需要的能量分别是436 kJ、391 kJ、946 kJ,则1 mol N2完全反应生成NH3的反应热为________,1 mol H2完全反应生成NH3所放出的热量为________。
解析 (3)N2(g)+3H2(g)??2NH3(g),因拆开1 mol N—H键吸收的能量和生成1 mol N—H键放出的能量相等,所以此反应放出的热量为2×3×391 kJ·mol-1-946 kJ·mol-1-3×436 kJ·mol-1=92 kJ·mol-1,则此题1 mol N2生成NH3的反应热为ΔH=-92 kJ·mol-1,而1 mol H2只与 mol N2反应,所以反应放出的热量为30.7 kJ。
答案 (1)S(s)+O2(g)===SO2(g)
ΔH=-296.8 kJ·mol-1
(2)2SO2(g)+O2(g)??2SO3(g) ΔH=-198 kJ·mol-1
(3)-92 kJ·mol-1 30.7 kJ
11.(12分)铝和氢氧化钾都是重要的工业产品。请回答:
(1)工业冶炼铝的化学方程式是________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)铝与氢氧化钾溶液反应的离子方程式是_______________________________________
________________________________________________________________________。
(3)工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质,可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过),其工作原理如下图所示。
①该电解槽的阳极反应式是_______________________________________________。
②通电开始后,阴极附近溶液pH会增大,请简述原因_____________________________
___________________________________________________________________________。
③除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口________(填写“A”或“B”)导出。
解析 (1)金属铝的冶炼是电解熔融Al2O3。(2)铝与强碱反应放出氢气生成偏铝酸盐。(3)结合题中给出的信息提示进行解题。①溶液中存在阴离子为OH-和含氧酸根,应是OH-先放电。②溶液中存在阳离子为K+和H+,应是H+先放电。在阴极由于H+放电,H+不断减少,水电离平衡向正方向移动,OH-浓度增大,pH增大。③K+可通过阳离子交换膜流向B口,B口的OH-不断增多,但无法通过阳离子交换膜,由氢氧化钾溶液从B口导出。
答案 (1)2Al2O34Al+3O2↑
(2)2Al+2OH-+2H2O===2AlO2-+3H2↑
(3)①4OH--4e-===2H2O+O2↑ ②H+放电,促进水的电离,OH-浓度增大 ③B
12.(15分)常温下用惰性电极电解200 mL一定浓度的NaCl与CuSO4混合溶液,理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如下图中Ⅰ、Ⅱ所示(以下气体体积已换算成标准状况下的体积),根据图中信息回答下列问题。
(1)通过计算推测:
①原混合溶液中NaCl和CuSO4的物质的量浓度。
c(NaCl)=________mol·L-1,
c(CuSO4)=________mol·L-1。
②t2时所得溶液的pH=________。
(2)若用惰性电极电解NaCl和CuSO4的混合溶液200 mL,经过一段时间后两极均得到224 mL气体,则原混合溶液中氯离子浓度的取值范围为________,铜离子浓度的取值范围为________。
解析 (1)①阳极首先逸出的是Cl2,n(NaCl)=2n(Cl2)=2×=0.02 mol,则c(NaCl)=0.1 mol·L-1。阳极得到的336 mL气体中,含0.01 mol Cl2和0.005 mol O2,转移电子的物质的量为:0.01 mol×2+0.005 mol×4=0.04 mol。此过程中阴极刚好全部析出铜,n(CuSO4)=n(Cu)=0.04 mol÷2=0.02 mol,则c(CuSO4)==0.1 mol·L-1。②t2时溶液 中c(Na+)=0.1 mol·L-1,c(SO42-)=0.1 mol·L-1,根据电荷守恒有:c(H+)=2×0.1 mol·L-1-0.1 mol·L-1=0.1 mol·L-1,即溶液的pH=1。(2)根据极值法可解得:阳极首先逸出的是Cl2,当氯离子放电完毕后,此时逸出的是O2,若阳极得到的224 mL气体全为Cl2时,c(Cl-)最大,其值为0.1 mol·L-1,此时转移电子的物质的量为0.02 mol;若阳极得到的224 mL气体全为O2时 ,c(Cl-)最小,其值为0,此时转移电子的物质的量为0.04 mol,由此可求得电解过程中转移电子的物质的量的范围介于0.02~0.04 mol之间。阴极上首先析出Cu,当铜离子放电完毕后,开始有H2逸出,当阴极产生224 mL H2时,消耗电子的物质的量为0.02 mol,因此铜离子得到电子的物质的量的范围在0~0.02 mol之间,由此可得c(Cu2+)的范围。
答案 (1)①0.1 0.1 ②1
(2)0<c(Cl-)<0.1 mol·L-1  0<c(Cu2+)<0.05 mol·L-1