(共31张PPT)
分层作业5 电解的原理
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A 级 必备知识基础练
1.用铂电极(惰性电极)电解下列溶液时,阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2的是( )
A.稀NaOH溶液 B.HCl溶液
C.酸性NaCl溶液 D.酸性AgNO3溶液
A
解析 电解稀NaOH溶液时,阳极:4OH--4e-═O2↑+2H2O,阴极:2H2O+2e-═ H2↑+2OH-,阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2,故A正确;电解HCl溶液、NaCl溶液时,阳极:2Cl--2e-═Cl2↑,阴极:2H++2e-═H2↑、2H2O+2e-═ H2↑+2OH-,阴极和阳极上的主要产物分别是H2和Cl2,故B、C错误;电解AgNO3溶液时,阳极:2H2O-4e-═O2↑+4H+,阴极:Ag++e-═Ag,阴极和阳极上的主要产物分别是Ag和O2,故D错误。
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2.用石墨棒作为阳极、铁棒作为阴极电解熔融的氯化钠,下列说法正确的是( )
A.石墨棒周围有大量的Na+
B.铁棒质量增加
C.电子通过熔融电解质由石墨棒流向铁棒
D.阴极发生氧化反应
B
解析 阴离子移向阳极(石墨棒),发生氧化反应:2Cl--2e-═Cl2↑,阳离子移向阴极,发生还原反应:2Na++2e-═2Na,A、D项错误,B项正确;电子不能通过熔融电解质,熔融的电解质是由于其内部自由移动的离子定向移动而导电的,C项错误。
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3.如图是氯碱工业中的电解装置,下列说法不正确的是( )
A.电解总反应式:2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑
B.阳极电极反应:2Cl--2e-═Cl2↑
C.离子膜可以防止OH-移向阳极
D.e处加入饱和食盐水,d处加入纯水
D
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解析 电解饱和食盐水,在阳极上Cl-失去电子变为Cl2,在阴极上H+得到电子变为H2,溶液中产生的OH-与Na+结合为NaOH,故电解的总反应方程式: 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑,A正确;由于阴离子的放电能力:Cl->OH-,所以阳极上发生的电极反应为2Cl--2e-═Cl2↑,B正确;OH-是阴极反应产生的微粒,离子膜可以防止OH-移向阳极,与阳极产生的Cl2发生反应,C正确;电解时阳极Cl-放电产生Cl2,阴极产生NaOH溶液,为提高电解质溶液的导电能力,在d处加入精制食盐水,在e处加入稀NaOH溶液,D错误。
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4.如图所示,a、b、c、d均为石墨电极,通电进行电解,下列说法正确的是
( )
A.电路中电子流向:负极→d→c→b→a→正极
B.a、c两极产生气体的物质的量相等
C. 向b电极移动,Cl-向c电极移动
D.通电后向乙烧杯滴入酚酞溶液d电极附近会变红
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解析 电子不能通过电解质溶液,故A错误;a电极产生O2,c电极产生Cl2,根据电子守恒O2~2Cl2~4e-,O2和Cl2的物质的量之比为1∶2,故B错误;阴离子向阳极移动,a电极和c电极是阳极,所以 向a电极移动,Cl-向c电极移动,故C错误;d电极是阴极,电极反应为2H2O+2e-═H2↑+2OH-,所以滴入酚酞溶液d电极附近会变红,故D正确。
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5.用铂作电极电解某种溶液,通电一段时间后,溶液的pH变小,并且在阳极得到0.56 L气体,阴极得到1.12 L气体(两种气体均在相同条件下测定)。由此可知溶液可能是( )
A.稀盐酸 B.KNO3溶液
C.CuSO4溶液 D.稀硫酸
D
解析 阳极与阴极产生的气体体积之比为 ,相当于电解水,pH变小说明电解了含氧酸的水溶液,故答案选D。
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6.用电解熔融氢氧化钠的方法制得钠(方法1)的反应为4NaOH(熔融) 4Na+O2↑+2H2O;用铁与熔融氢氧化钠在通电条件下制得钠(方法2)的反应原理为3Fe+4NaOH Fe3O4+2H2↑+4Na↑。下列有关说法正确的是( )
A.方法1电解熔融氢氧化钠制钠,阳极发生电极反应为2OH--2e-═H2↑+O2↑
B.方法1用电解熔融氢氧化钠法制钠(如上图),电解槽中可以用石墨为阳极,铁为阴极
C.方法2制钠的原理是利用铁的还原性比钠强
D.上述两种方法制得等量的钠,则两反应中转移的电子总数也相同
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解析 方法1电解熔融氢氧化钠制钠,阳极发生的电极反应为4OH--4e-═ O2↑+2H2O;方法2制钠的原理不是利用铁的还原性比钠强,实际上铁的还原性比钠弱,反应之所以能发生实质上是利用了钠的沸点较低。由题中所给电解总反应可知,两种方法制得等量的钠,转移的电子总数不相同。
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7.将下图所示实验装置的开关K闭合,下列判断正确的是( )
A.Cu电极上发生还原反应
B.电子沿Zn→a→b→Cu路径流动
C.片刻后甲池中c( )增大
D.片刻后可观察到滤纸b处变红色
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解析 将装置中K闭合,该装置构成原电池,其中Zn电极上发生氧化反应,Cu电极上发生还原反应,故A正确;电子沿导线由Zn→a,在a上溶液中的H+得到电子,在b上溶液中的OH-失去电子,电子不能直接由a→b,故B错误;该装置工作过程中,甲、乙两烧杯中的 的浓度都不改变,只是盐桥中的Cl-和K+分别向甲、乙两烧杯中移动,故C错误;在b处溶液中的OH-失去电子,溶液呈酸性,b处滤纸不可能变红色,故D错误。
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8.如图为以惰性电极进行电解的装置:
(1)写出A、B、C、D各电极上的电极反应和总反应方程式:
A:_________________________________________,
B:_________________________________________,
总反应方程式:_________________________________________;
C:_________________________________________,
D:_________________________________________,
总反应方程式:_________________________________________;
(2)在A、B、C、D各电极上析出生成物的物质的量之比为___________。
Cu2++2e-═Cu
2Cl--2e-═Cl2↑
4Ag++4e-═4Ag
2H2O-4e-═O2↑+4H+
2∶2∶4∶1
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解析 A、B、C、D各电极上分别发生如下反应:Cu2++2e-═Cu,2Cl--2e-═ Cl2↑,4Ag++4e-═4Ag,2H2O-4e-═O2↑+4H+;由电子守恒可知,在四个电极依次析出物质的物质的量之比为n(Cu)∶n(Cl2)∶n(Ag)∶n(O2)=2∶2∶4∶1。
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B 级 关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
9.化学在环境保护中起着十分重要的作用,电化学降解 的原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.A为电源的正极
B.溶液中H+从阳极向阴极迁移
C.Ag-Pt电极的电极反应为
D.电解过程中,每转移2 mol电子,则左侧电极就产生32 g O2
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10.用惰性电极电解下列溶液,有关说法正确的是( )
①稀硫酸 ②Cu(NO3)2溶液 ③KOH溶液 ④NaCl溶液
A.电解进行一段时间后四种溶液的pH均增大
B.②中电解一段时间后,向溶液中加入适量的CuO固体可使溶液恢复到电解前的状态
C.③中阳极消耗OH-,故溶液浓度变小
D.④中阴、阳两极上产物的物质的量之比为2∶1
B
解析 依据电解规律可知①为电解水型,②为放氧生酸型,③为电解水型,④为放氢生碱型,A、C项错误;②中电解产物为Cu和O2,所以一段时间后加适量氧化铜固体可使溶液恢复到电解前的状态,B项正确;④中阳极产生Cl2,阴极产生H2,二者物质的量之比为1∶1,D项错误。
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11.碱性镍锌(Ni Zn)电池是一种可以替代镍氢电池的新型电池,其总反应为2NiOOH+2H2O+Zn 2Ni(OH)2+Zn(OH)2。则下列说法中错误的是
( )
A.电池工作时,OH-向负极移动
B.放电时负极反应:Zn-2e-+2OH-═Zn(OH)2
C.充电时,与外电源正极相连的电极上电极反应为
Ni(OH)2-e-+OH-═NiOOH+H2O
D.该电池电解1 L 0.3 mol·L-1 AgNO3溶液,若产生1.12 L气体(标准状况),溶液pH变为2
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解析 原电池中阴离子向负极移动,则电池工作时,OH-向负极移动,A正确;锌是活泼的金属,放电时锌是负极,则根据总反应可知负极反应:Zn-2e-+2OH-═Zn(OH)2,B正确;充电时相当于是电解池,与外电源正极相连的电极是阳极,发生失去电子的氧化反应,则根据总反应可知电极上电极反应为Ni(OH)2-e-+OH-═NiOOH+H2O,C正确;该电池电解1 L 0.3 mol·L-1 AgNO3溶液,阴极Ag+放电得到Ag,阳极OH-放电生成O2,若产生1.12 L气体(标准状况),即氧气的物质的量为0.05 mol,所以产生H+的物质的量是0.05 mol×4= 0.2 mol,则溶液中H+浓度是0.2 mol·L-1(不考虑溶液体积变化),所以溶液pH不等于2,D错误。
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12.取一张用饱和NaCl溶液浸湿的pH试纸,两根铅笔芯作为电极,接通直流电源,一段时间后,发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆,内圆为白色,外圆呈浅红色。下列说法错误的是( )
A.b电极是阴极
B.a电极与电源的正极相连接
C.电解过程中,水是氧化剂
D.b电极附近溶液的pH变小
D
解析 a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆,内圆为白色,外圆呈浅红色,说明a极附近产生了Cl2,所以a极与电源的正极相连,即a极为阳极,电极反应为2Cl--2e-═Cl2↑,b极为阴极,电极反应为2H2O+2e-═H2↑+2OH-,所以水是氧化剂,b电极附近溶液的pH增大。
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13.如图所示,下列叙述不正确的是( )
A.X为阳极,发生氧化反应
B.电子沿Zn→Y→X→Cu路径流动
C.Na+移向Y,X与滤纸接触处有氧气生成
D.Y与滤纸接触处变红
BC
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解析 该装置中,左边装置是原电池,Zn易失电子作为负极、Cu作为正极,右边装置是电解池,X为阳极、Y为阴极,阳极上电极反应为Cu-2e-═Cu2+,阴极反应为2H2O+2e-═2OH-+H2↑。X与原电池的正极相连为阳极,阳极失电子发生氧化反应,故A正确;电子从原电池负极锌流出经导线流向阴极Y,电子又从阳极X流出经导线流向正极铜,电子不能通过X与Y之间的电解质溶液,故B错误;通过以上分析知,Y是阴极,阳离子钠离子与氢离子都向阴极移动,X电极是Cu,Cu失电子生成Cu2+,故C错误;Y为阴极,电极反应为2H2O+2e-═2OH-+H2↑,生成了碱,所以Y与滤纸接触处变红,故D正确。
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14.500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中 的浓度为0.6 mol·L-1,用石墨作为电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到2.24 L气体(标准状况下),假定电解后溶液的体积仍为500 mL,下列说法正确的是( )
A.原混合溶液中K+的浓度为0.2 mol·L-1
B.上述电解过程中共转移0.2 mol电子
C.电解得到Cu的物质的量为0.05 mol
D.电解后溶液中H+的浓度为0.4 mol·L-1
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解析 用石墨作为电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液,阳极反应为2H2O-4e-═O2↑+4H+,阴极先后发生两个反应:Cu2++2e-═Cu,2H++2e-═H2↑。从收集到O2标准状况下为2.24 L可推知上述电解过程中共转移0.4 mol电子,而在生成标准状况下2.24 L H2的过程中转移0.2 mol电子,所以Cu2+共得到0.4 mol-0.2 mol=0.2 mol电子,电解前Cu2+的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关系:c(K+)+2c(Cu2+)=c( ), c(K+)+c(H+)=c( ),不难算出电解前c(K+)=0.2 mol·L-1,电解后溶液中c(H+) =0.4 mol·L-1。
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15.整合有效信息书写电极反应。
(1)硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。由硫化氢获得硫单质有多种方法。将用烧碱溶液吸收H2S后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应:S2--2e-═S、(n-1)S+S2-═ 。
①写出电解时阴极的电极反应: ____________________________。
②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质,该反应的离子方程式为_____________________________________。
2H2O+2e-═H2↑+2OH-
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解析 ①电解时,阴极区溶液中的阳离子放电,即水溶液中的H+放电生成H2。②由题给反应可知,阳极区生成了 可以理解为(n-1)S+S2-,加入稀硫酸可生成S单质和H2S气体。
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(2)电解NO制备NH4NO3,其工作原理如图所示,为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充物质A,A是______________,说明理由:________________。
NH3
根据电解总反应:8NO+7H2O 3NH4NO3+2HNO3,电解产生的HNO3多,应补充NH3
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C 级 学科素养拔高练
16.重铬酸钾又名红矾钾,是化学实验室中的一种重要分析试剂。工业上以铬酸钾(K2CrO4)为原料,采用电化学法制备重铬酸钾(K2Cr2O7)。制备装置如图所示(阳离子交换膜只允许阳离子透过):
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(1)通电后阳极室产生的现象为______________________________;
其电极反应是_______________________。
(2)该制备过程总反应的离子方程式可表示为
,若实验开始时在右室中加入38.8 g K2CrO4,t min后测得右室中K原子与Cr原子的物质的量之比为3∶2,则溶液中K2CrO4和K2Cr2O7的物质的量之比为______________;此时电路中转移电子的物质的量为______________。
阳极产生无色气体,溶液由黄色逐渐变为橙色
4OH--4e-═O2↑+2H2O
2∶1
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解析 (1)阳极发生氧化反应,溶液中水电离产生的OH-失去电子生成氧气。
(2)设K2CrO4和K2Cr2O7的物质的量分别为x、y,则钾原子的物质的量为2x+2y,铬原子物质的量为x+2y,依据两原子的物质的量之比为3∶2,可求出n(K2CrO4)∶n(K2Cr2O7)=2∶1。
根据铬酸钾的质量可求出铬原子总物质的量为0.2 mol,又t min后两物质的物质的量之比为2∶1,则铬酸钾的物质的量为0.1 mol,重铬酸钾的物质的量为0.05 mol,根据化学方程式可知,生成0.05 mol的重铬酸钾,反应中转移电子的物质的量为0.05×2 mol=0.1 mol。分层作业4 化学电源
A级必备知识基础练
1.下列说法正确的是( )
A.碱性锌锰电池是二次电池
B.铅蓄电池是一次电池
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大量储存在电池内部
2.下列有关电池的说法不正确的是( )
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.铜锌原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D.锌锰干电池中,锌电极是负极
3.在超市里经常会看到一种外壳为纸层包装的电池,印有如图所示的文字。下列有关说法错误的是( )
A.该电池是一次电池
B.该电池工作时,电子由负极通过外电路流入正极
C.该电池含有的金属元素中毒性最大的是Hg
D.该电池工作时,外电路中每通过0.2 mol电子,锌的质量理论上减少3.25 g
4.生产铅蓄电池时,在两极板上的铅锑合金棚架上均匀涂上膏状的PbSO4,干燥后再安装,充电后即可使用,发生的反应是2PbSO4+2H2OPbO2+Pb+2H2SO4。下列对铅蓄电池的说法错误的是( )
A.理论上需要定期补充硫酸
B.电池工作时铅是负极,PbO2是正极
C.电池工作时负极上发生的反应是Pb-2e-+SPbSO4
D.电池工作时电解质的密度减小
5.下面是四种燃料电池的工作原理示意图,其中正极的反应产物为水的是( )
6.如图所示是两种常见的化学电源示意图,下列说法不正确的是( )
甲
乙
A.甲电池属于一次电池
B.甲电池放电时,电子从锌筒经外电路到石墨电极
C.乙电池的负极反应为Pb-2e-═Pb2+
D.乙电池充电时将电能转化为化学能
7.如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图,以稀硫酸为电解质溶液。下列有关说法不正确的是( )
A.a极为负极,电子由a极经外电路流向b极
B.a极的电极反应:H2-2e-═2H+
C.电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)增大
D.若将H2改为CH4,消耗等物质的量的CH4时,O2的用量增多
8.某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构如图所示,电池总反应可表示为2H2+O2═2H2O。下列有关说法正确的是( )
A.电子通过外电路从b极流向a极
B.b极上的电极反应为O2+2H2O+4e-═4OH-
C.每转移0.1 mol电子,消耗1.12 L的H2
D.H+由a极通过固体电解质传递到b极
9.经过长时间的研发和多次展示后,科技工作者开发出了甲醇燃料电池,该电池反应为2CH3OH+3O2+4KOH═2K2CO3+6H2O。请回答下列问题:
(1)该燃料电池的电解质是________________。
(2)由电池反应可知,放电时该电池的负极反应物为________________,该物质发生________________反应,负极的电极反应式为________________________________。
(3)电池使用过程中,当有0.5 mol电子转移时,消耗甲醇的质量是________________ (结果保留两位小数)g。
(4)放电一段时间后,通入O2的电极附近溶液的pH________________ (填“升高”“不变”或“降低”)。
B级关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
10.如图是一种酸性燃料电池酒精检测仪,具有自动吹气流量监测与控制的功能,下列有关说法正确的是( )
A.电流由呼气所在的铂电极流出
B.H+通过质子交换膜流向氧气所在的铂电极
C.电路中流过2 mol电子时,消耗标准状况下O2 22.4 L
D.该电池的负极反应为CH3CH2OH+3H2O-12e-═2CO2↑+12H+
11.以N2和H2为反应物、溶有A的稀盐酸为电解质溶液,可制成能固氮的新型燃料电池,原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.b电极为负极,发生氧化反应
B.a电极的电极反应为N2+8H++6e-═2N
C.A溶液中所含溶质为NH4Cl
D.当反应消耗1 mol N2时,则消耗的H2为67.2 L
12.热激活电池可应用于特殊环境。一种热激活电池的工作原理如图所示,该电池的总反应为2Li+FeS2Fe+Li2S2。下列说法正确的是( )
A.放电时Li+向a极移动
B.正极的电极反应为FeS2+2e-═Fe+
C.电子由a电极经熔融介质流向b电极
D.放电时,若有0.2 mol e-转移,则正极质量增加6.4 g
13.一种熔融碳酸盐燃料电池原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是( )
A.反应CH4+H2O3H2+CO,每消耗1 mol CH4转移6 mol电子
B.电极A上H2参与的电极反应为H2+2OH--2e-2H2O
C.电池工作时,C向电极B移动
D.电极B上发生的电极反应为O2+2CO2+4e-2C
14.(2022湖南化学,8)海水电池在海洋能源领域备受关注,一种锂—海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是( )
A.海水起电解质溶液作用
B.N极仅发生的电极反应:2H2O+2e-═2OH-+H2↑
C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D.该锂 海水电池属于一次电池
15.某蓄电池放电、充电时的反应为:
Fe+Ni2O3+3H2OFe(OH)2+2Ni(OH)2
下列推断中正确的是( )
①放电时,Fe为正极,Ni2O3为负极 ②放电时,负极电极反应为Fe+2OH--2e-═Fe(OH)2 ③放电时,Ni2O3在正极反应 ④该蓄电池的电极必须是浸在某种碱性电解质溶液中
A.①②③ B.①②④
C.①③④ D.②③④
16.科学家设计出质子膜H2S燃料电池,实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如下。下列说法错误的是( )
A.电极a为电池的负极
B.电极b上发生的电极反应:O2+4H++4e-═2H2O
C.电路中每通过4 mol电子,在正极消耗44.8 L H2S
D.每17 g H2S参与反应,有1 mol H+经质子膜进入正极区
17.某新型可充电电池能长时间保持稳定的放电电压,该电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,电解质溶液为强碱溶液。
(1)放电时负极反应为________________。
(2)放电时K2FeO4发生________________ (填“氧化”或“还原”)反应。
(3)放电时电子由________________ (填“正”或“负”,下同)极流向________________极。
(4)放电时1 mol K2FeO4发生反应,转移电子的物质的量为________________。
C级学科素养拔高练
18.(1)二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池可以利用大气中所含的SO2快速启动,其装置示意图如图:
①质子的流动方向为________________ (填“从A到B”或“从B到A”)。
②负极的电极反应式为________________________________。
(2)NH3—O2燃料电池的结构如图所示:
a极为电池的________________ (填“正”或“负”)极。
②当生成1 mol N2时 ,电路中流过电子的物质的量为________________。
分层作业4 化学电源
1.C 解析 碱性锌锰电池是一次电池,铅蓄电池是二次电池,A、B错误;燃料电池的活性物质不需要储存在电池内部,D错误。
2.B 解析 铜锌原电池中,电子从负极锌沿外电路流向正极铜。
3.D 解析 锌锰干电池工作时,锌失去电子,电极反应为Zn-2e-Zn2+,所以外电路中每通过0.2mol电子,锌的质量理论上应减少6.5g,所以D项错误。
4.A 解析 铅蓄电池放电时相当于原电池,Pb是负极,PbO2是正极,负极发生的反应是Pb失去电子生成Pb2+,Pb2+与溶液中的S生成PbSO4沉淀;放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸相等,在制备电池时,PbSO4的量是一定的,制成膏状,干燥后再安装,则理论上H2SO4不用补充;放电时,H2SO4被消耗,溶液中H2SO4的物质的量浓度减小,所以溶液的密度也随之减小。
5.C 解析 A中通空气的一极为正极,电极反应为O2+4e-2O2-。B中通O2的一极为正极,电极反应为2H2O+O2+4e-4OH-。C中通空气的一极为正极,电极反应为4H++O2+4e-2H2O。D中通CO2和O2的一极为正极,电极反应为2CO2+O2+4e-2C。
6.C 解析 甲电池是锌锰干电池,属于一次电池,A正确;甲电池中,锌作负极,放电时失去电子,电子从锌筒经外电路到石墨电极,B正确;乙电池的负极反应为Pb-2e-+SPbSO4,C错误;乙电池充电时是电解池装置,将电能转化为化学能,D正确。
7.C 解析 a极通入的H2发生氧化反应,则a极为负极,电子由a极经外电路流向b极,以稀硫酸为电解质溶液时,负极上H2被氧化为H+,A、B正确;电池总反应为2H2+O22H2O,则电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)减小,则C错误;根据电池总反应:2H2+O22H2O和CH4+2O2CO2+2H2O可知,消耗等物质的量的H2和CH4时,CH4消耗O2较多,D正确。
8.D 解析 由电池总反应及原电池原理可知,充入H2的一极即a极是负极,充入O2的一极即b极是正极;电子由负极经外电路流向正极;电池内部H+移向正极,正极的电极反应为O2+4H++4e-2H2O,故A项、B项错误,D项正确。C项没有指明标准状况,错误。
9.答案 (1)KOH
(2)CH3OH(或甲醇) 氧化 CH3OH+8OH--6e-C+6H2O
(3)2.67
(4)升高
解析 (1)由电池反应可知,该电池的电解质是KOH。
(2)放电时负极上CH3OH发生氧化反应,正极上O2发生还原反应。正极的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,负极的电极反应为CH3OH+8OH--6e-C+6H2O。
(3)根据负极的电极反应可得CH3OH~6e-,因此转移0.5mol 电子时,消耗甲醇的质量约2.67g。
(4)根据放电时正极的电极反应可知,放电一段时间后,通入氧气的电极附近溶液的碱性增强,pH升高。
10.B 解析 呼气所在电极发生乙醇转化为醋酸的反应,故此电极为负极,而电流由正极流出,A项错误;H+通过质子交换膜流向正极(通入氧气的铂电极),B项正确;正极反应为O2+4e-+4H+2H2O,电路中流过2mol电子时,消耗0.5molO2,在标准状况下体积为11.2L,C项错误;该电池的负极反应为CH3CH2OH+H2O-4e-CH3COOH+4H+,D项错误。
11.D 解析 N2+3H22NH3,反应中氢元素的化合价升高,H2失去电子,因此b电极为负极,发生氧化反应,故A项正确;a电极为正极,电解质溶液含盐酸,因此电极反应为N2+8H++6e-2N,故B项正确;A溶液中所含溶质为NH4Cl,故C项正确;未告知温度和压强,不能确定H2的体积,故D项错误。
12.B 解析 电池的总反应为2Li+FeS2Fe+Li2S2,Li发生失电子的反应生成Li+,FeS2发生得电子的反应生成Fe和,则Li作负极,即a极为负极,FeS2为正极,即b极为正极。放电时阳离子移向正极,即Li+向b极移动,故A错误;负极反应为Li-e-Li+,正极反应为FeS2+2e-Fe+,故B正确;放电时电子从负极经过导线流向正极,不能进入熔融介质中,故C错误;正极反应为FeS2+2e-Fe+,正极上FeS2→Fe+Li2S2,若有0.2mole-转移,增加0.2molLi+的质量,则正极质量增加0.2mol×7g·mol-1=1.4g,故D错误。
13.AD 解析 A项,H4→O,则该反应中每消耗1molCH4转移6mol电子,正确;B项,该电池的传导介质为熔融的碳酸盐,所以电极A即负极上H2参与的电极反应为H2-2e-+CCO2+H2O,错误;C项,原电池工作时,阴离子移向负极,而电极B是正极,错误;D项,电极B即正极上O2参与的电极反应为O2+4e-+2CO22C,正确。
14.B 解析 锂—海水电池的总反应为2Li+2H2O2LiOH+H2↑,M极上Li失去电子发生氧化反应,则M电极为负极,电极反应为Li-e-Li+,N极为正极,电极反应为2H2O+2e-2OH-+H2↑,同时氧气也可以在N极得电子,电极反应为O2+4e-+2H2O4OH-,故B错误;海水中含有丰富的电解质,如氯化钠、氯化镁等,可作为电解质溶液,故A正确;Li为活泼金属,易与水反应,玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应,并能传导离子,故C正确;该电池不可充电,属于一次电池,故D正确。
15.D 解析 放电时Fe被氧化,Ni2O3被还原,Fe作为负极,Ni2O3作为正极。放电时负极反应为Fe+2OH--2e-Fe(OH)2,Ni2O3在正极上发生反应。由于放电时的产物均为碱性物质,故应用碱性电解质溶液。
16.C 解析 根据燃料电池的特点分析,通氧气的一极为正极,故电极b为正极,电极a为负极,A正确;电极b为正极,氧气得电子结合H+生成水,B正确;从装置图可以看出,电池总反应为2H2S+O2S2+2H2O,电路中每通过4mol电子,正极应该消耗1molO2,负极应该有2molH2S反应,但是题目中没有说明是标准状况下,所以H2S的体积不一定是44.8L,C错误;17gH2S即0.5molH2S,每0.5molH2S参与反应会消耗0.25molO2,根据正极反应O2+4H++4e-2H2O可知,有1molH+经质子膜进入正极区,D正确。
17.答案 (1)Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2 (2)还原 (3)负 正 (4)3 mol
解析 放电时锌在负极发生氧化反应,因为电解质是强碱,故负极反应是Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2。电子由负极流出,通过外电路流向正极,1molK2FeO4发生反应转移电子3mol,放电时K2FeO4得电子发生还原反应。
18.答案 (1)①从A到B ②SO2-2e-+2H2OS+4H+ (2)①负 ②6 mol
解析 (1)①根据题给图示,A为燃料电池的负极,B为燃料电池的正极,在原电池电解质溶液中,质子(H+)由负极向正极移动,即从A到B。
②负极发生氧化反应,SO2被氧化为S,电极反应为SO2-2e-+2H2OS+4H+。
(2)①a极通入氨气,是负极,b极通入氧气,是正极。
②氨气中N元素的化合价由-3价变成0价,当生成1molN2时,转移电子的物质的量为6mol。分层作业6 电解原理的应用
A级必备知识基础练
1.用石墨作为电极电解CuCl2和KCl的混合溶液,电解初期阴极和阳极析出的物质分别是( )
A.H2、Cl2 B.Cu、Cl2 C.H2、O2 D.Cu、O2
2.图甲为铜锌原电池装置,图乙为电解熔融氯化钠制备金属钠的装置。下列说法正确的是( )
A.甲装置中锌为负极,发生还原反应;铜为正极,发生氧化反应
B.甲装置中盐桥可以使反应过程中溶液保持电中性
C.乙装置中铁极的电极反应:2Na-2e-═2Na+
D.乙装置中B是氯气出口,A是钠出口
3.利用如图所示装置,当X、Y选用不同材料时,可将电解原理广泛应用于工业生产。下列说法正确的是( )
A.铜的精炼中,X是粗铜,Y是纯铜
B.为增强铁的抗腐蚀性,X为Fe
C.若Z为NaCl,电解可获得Na
D.Y上发生氧化反应
4.欲在金属表面镀银,应把金属镀件作为电镀池的阴极。下列各组中,选用的阳极金属和电镀液均正确的是 ( )
A.Ag和AgCl溶液 B.Ag和AgNO3溶液
C.Pt和Ag2CO3溶液 D.Pt和Ag2SO4溶液
5.用下图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为9~10,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是( )
A.用石墨作为阳极,铁作为阴极
B.阳极的电极反应:Cl-+2OH--2e-═ClO-+H2O
C.阴极的电极反应:2H2O+2e-═H2↑+2OH-
D.除去CN-的反应:2CN-+5ClO-+2H+═N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O
6.串联电路中四个电解池分别装有0.5 mol·L-1的下列溶液,用惰性电极电解,连接直流电源一段时间后,溶液pH最小的是( )
A.KNO3溶液 B.NaCl溶液
C.AgNO3溶液 D.CuCl2溶液
7.如图是电解饱和氯化钠溶液(含酚酞)的装置。
收集有毒气体的装置省略没有画出,两电极均是惰性电极。
(1)a电极的名称是_________________。
(2)电解过程中观察到的现象是__________________________________。
(3)鉴定N出口的气体最简单的方法是__________________________________。
(4)电解总反应的离子方程式为__________________________________。
(5)若将b电极换成铁电极,写出在电解过程中U形管底部出现的现象: __________________________________。
B级关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
8.如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图,下列有关说法不正确的是( )
A.装置中出口①处的物质是氯气,出口②处的物质是氢气
B.该离子交换膜只能让阳离子通过,不能让阴离子通过
C.装置中发生反应的离子方程式为Cl-+2H+Cl2↑+H2↑
D.该装置是将电能转化为化学能
9.用含少量银和锌的粗铜作阳极、纯铜作阴极、硫酸铜溶液作电解液,电解一段时间后,阳极质量减少了x g(不考虑进入阳极泥的质量),则下列说法正确的是( )
A.电解质溶液质量增加x g
B.阴极质量增加x g
C.若阴极质量增加a g,则a>x
D.若阴极质量增加b g,则b10.将1 L含0.4 mol CuSO4和0.4 mol NaCl的水溶液用惰性电极电解一段时间后,在一个电极上得到0.3 mol铜,则在另一个电极上析出的气体在标准状况下的体积是( )
A.5.6 L B.6.72 L
C.13.44 L D.11.2 L
11.用惰性电极电解CuSO4和KNO3的混合溶液500 mL,经过一段时间后,两极均得到标准状况下11.2 L的气体,则原混合液中CuSO4的物质的量浓度为( )
A.0.5 mol·L-1 B.0.8 mol·L-1
C.1.0 mol·L-1 D.1.5 mol·L-1
12.高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4,其工作原理如图所示,两端隔室中的离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是( )
A.阳极的电极反应:Fe-6e-+8OH-═Fe+4H2O
B.甲溶液可循环利用
C.离子交换膜a是阴离子交换膜
D.当电路中通过2 mol电子时,会有1 mol H2生成
13.如图所示,其中甲池的总反应为2CH3OH+3O2+4KOH═2K2CO3+6H2O。下列说法正确的是( )
A.甲池是电能转化为化学能的装置,乙、丙池是化学能转化为电能的装置
B.甲池通入CH3OH的电极反应为CH3OH-6e-+8OH-═C+6H2O
C.反应一段时间后,向乙池中加入一定量Cu(OH)2固体能使CuSO4溶液恢复到原浓度
D.甲池中消耗280 mL(标准状况下)O2,此时丙池中理论上最多产生1.45 g固体
14.下图装置中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极,电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后,在c、d两电极上共收集到336 mL(标准状况)气体。请回答下列问题。
(1)直流电源中,M为_________________极。
(2)Pt电极上生成的物质是 ,其质量为 g。
(3)电源输出电子的物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为4∶___________∶___________∶___________。
(4)AgNO3溶液的浓度_________________(填“增大”“减小”或“不变”,下同),硫酸的浓度_________________。
(5)若硫酸的质量分数由5.00%变为5.02%,则原有5.00%的硫酸_____________g。
C级学科素养拔高练
15.钴酸锂等正极材料的发现助推了锂离子电池商业化的进程,对电池的性能起着决定性的作用。钴酸锂电池是目前用量最大的锂离子电池,用它作电源按如图装置进行电解。通电后,a电极上一直有气泡产生;d电极附近先出现白色沉淀(CuCl),后白色沉淀逐渐转变成橙黄色沉淀(CuOH)。下列有关叙述正确的是 ( )
A.已知钴酸锂电池放电时总反应为LCoO2+LixC6═LiCoO2+6C,则LCoO2在负极反应,失电子
B.当外电路中转移0.2 mol电子时,电极b处有2.24 L Cl2生成
C.电极d为阴极,电解开始时的电极反应为Cu+Cl--e-═CuCl
D.随着电解的进行,U形管Ⅱ中发生了如下转化CuCl+OH-═CuOH+Cl-
16.如图装置所示,C、D、E、F、X、Y都是惰性电极,甲、乙装置中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前、后溶液体积不变),A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后,F电极附近呈红色。
请回答:
(1)B极是电源的_________________,一段时间后,甲装置中溶液颜色_________________,丁装置中X电极附近的颜色逐渐变浅,Y电极附近的颜色逐渐变深,这表明_________________,在电场作用下向Y电极移动。
(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时,对应单质的物质的量之比为_________________。
(3)现用丙装置给铜件镀银,则H应该是_________________ (填“镀层金属”或“镀件”),电镀液是_________________溶液。常温下,当乙装置中溶液的pH是13时(此时乙溶液体积为500 mL),丙装置中镀件上析出银的质量为_______________,甲装置中溶液的pH______________ (填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)若将C电极换为铁,其他装置都不变,则甲装置中发生的总反应的离子方程式是___________________________________________________。
分层作业6 电解原理的应用
1.B 解析 溶液中的离子有Cu2+、K+、H+、Cl-及OH-五种离子,得电子能力:Cu2+>H+>K+,失电子能力:Cl->OH-,所以电解初期,阴极反应为Cu2++2e-Cu,阳极反应为2Cl--2e-Cl2↑,故选B。
2.B 解析 在原电池中活泼金属作为负极,发生氧化反应,A项错误;盐桥的作用是调节电荷,使溶液中电荷守恒,B项正确;乙装置中铁作为阴极,电极反应为2Na++2e-2Na,C项错误;根据图示可知A是氯气出口,B是钠出口,D项错误。
3.A 解析 铜的精炼中粗铜为阳极、纯铜为阴极,X是粗铜,Y是纯铜,A正确;为增强铁的抗腐蚀性,铁应该为阴极,Y为Fe,B错误;若Z为NaCl,电解氯化钠溶液可获得氢氧化钠、氯气、氢气,C错误;Y为阴极,发生还原反应,D错误。
4.B 解析 电镀槽中,要求镀件作为阴极,可用镀层金属作为阳极,电镀液通常采用含有镀层金属离子的盐溶液,由于A、C、D项中AgCl、Ag2CO3和Ag2SO4均为沉淀,只有B项符合要求。
5.D 解析 若铁作为阳极,则铁失电子生成Fe2+,则无法除去CN-,故铁只能作为阴极,A项正确;Cl-要生成ClO-,Cl元素的化合价升高,故Cl-在阳极发生氧化反应,又已知该溶液为碱性条件,B项正确;阳离子在电解池的阴极得电子发生还原反应,碱性条件下,H2O提供阳离子H+,C项正确;由于溶液是碱性条件,故除去CN-发生的反应为2CN-+5ClO-+H2ON2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-,D项错误。
6.C 解析 电解KNO3溶液一段时间后,溶液仍呈中性;电解NaCl溶液一段时间后,由于产生了NaOH,溶液呈碱性;电解AgNO3溶液一段时间后,由于产生了HNO3,溶液呈酸性;电解CuCl2溶液生成Cu和Cl2,Cl2溶于水生成HCl和HClO使溶液酸性增强,但其溶液酸性弱于HNO3溶液,因此pH最小的为C。
7.答案 (1)阴极
(2)两极均有气泡产生;a极区溶液变成红色;b极液面上气体为黄绿色;b极区溶液变为浅黄绿色
(3)用湿润的淀粉碘化钾试纸靠近N出口,试纸变蓝则说明是Cl2
(4)2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-
(5)底部有白色沉淀产生,迅速变为灰绿色,最终变为红褐色
解析 根据电子的流向可知,a电极连接的是直流电源电子流出的一极,因此a电极是电解池的阴极,b电极为电解池的阳极,b电极产物为Cl2,检验Cl2的方法是用湿润的淀粉碘化钾试纸靠近N出口,试纸变蓝即说明是Cl2。当将b极改为铁电极时,铁失去电子变成阳离子进入溶液,与阴极放出H2后剩余的OH-结合生成Fe(OH)2沉淀,Fe(OH)2不稳定,迅速变为灰绿色,最终转化为红褐色的Fe(OH)3沉淀。
8.C 解析 由题图看出①处为电解池阳极产生氯气,②处为电解池阴极产生氢气,A正确;该离子交换膜只能让阳离子通过,不能让阴离子通过,能防止氯气与碱反应,且在阴极区得到浓度较高的烧碱溶液,B正确;电解饱和食盐水的离子方程式应为2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-,C错误;电解装置是将电能转化为化学能的装置,D正确。
9.D 解析 由题意可知,阳极上先发生反应Zn-2e-Zn2+,阴极电极反应为Cu2++2e-Cu,当阳极上Zn失电子生成Zn2+时,阴极上Cu2+得电子生成Cu,则阴极上增加的质量小于阳极上减少的质量。
10.A 解析 根据题意可知,阴极上0.3molCu2+得到0.6mol电子,则阳极失去电子的物质的量也应为0.6mol,根据阳极的电极反应:
2Cl- - 2e- Cl2↑
0.4mol 0.4mol 0.2mol
4OH--4e-2H2O+O2↑
0.2mol 0.05mol
则得到Cl2和O2共0.25mol,在标准状况下的体积为5.6L。
11.C 解析 用惰性电极电解CuSO4和KNO3的混合溶液,在两极均生成标准状况下11.2L的气体,气体的物质的量为n==0.5mol,溶液中阳离子放电顺序Cu2+>H+,阳极电极反应为溶液中阴离子(氢氧根离子)失电子生成氧气4OH--4e-2H2O+O2↑,生成0.5molO2,失去电子4×0.5mol=2mol;阴极电极反应为Cu2++2e-Cu、2H++2e-H2↑,生成0.5molH2,得到0.5mol×2=1mol 电子,依据电子守恒,铜离子得到1mol电子,反应的铜离子的物质的量为0.5mol,所以Cu2+的物质的量浓度c==1.0mol·L-1,则原混合液中CuSO4的物质的量浓度为1.0mol·L-1。
12.C 解析 A项,阳极发生氧化反应,电极反应为Fe-6e-+8OH-Fe+4H2O,正确;B项,阴极发生还原反应,水电离出的H+放电生成H2,剩余OH-,甲溶液为浓的氢氧化钠溶液,可循环利用,正确;C项,电解池中阳离子向阴极移动,通过离子交换膜a的是Na+,故a为阳离子交换膜,错误;D项,阴极发生还原反应,电极反应为2H++2e-H2↑,当电路中通过2mol电子时,会有1molH2生成,正确。
13.BD 解析 甲池是燃料电池,是化学能转化为电能的装置,乙池、丙池是电解池,是将电能转化为化学能的装置,A项错误;在燃料电池中,在负极甲醇发生失电子的氧化反应,碱性条件下的电极反应为CH3OH-6e-+8OH-C+6H2O,B项正确;电解池乙池中,电解后生成H2SO4、Cu和O2,要使溶液复原可加入CuO,C项错误;甲池中根据电极反应:O2+2H2O+4e-4OH-,消耗280mLO2(标准状况下),则转移电子0.05mol,丙装置中,电池总反应为MgCl2+2H2OMg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑,理论上最多产生Mg(OH)2的质量为0.025mol×58g·mol-1=1.45g,D项正确。
14.答案 (1)正 (2)Ag 2.16
(3)4 1 2
(4)不变 增大
(5)45.18
解析 (1)电解5.00%的稀硫酸,实际上是电解其中的水。因此在该电解池中发生反应:2H2O2H2↑+O2↑,V(H2)∶V(O2)=2∶1。由题图可知d极与c极产生的气体体积之比约为2∶1,据此可确定d极为阴极,则电源的N极为负极,M极为正极。
(2)在336mL气体中,V(H2)=×336mL=224mL,则n(H2)=0.01mol;V(O2)=×336mL=112mL,则n(O2)=0.005mol。说明电路中转移了0.02mol电子,因此在b极产生Ag的质量为0.02mol×108g·mol-1=2.16g。
(3)根据前面的分析可知n(e-)∶n(Ag)∶n(O2)∶n(H2)=0.02∶0.02∶0.005∶0.01=4∶4∶1∶2。
(4)由Ag(阳)电极、Pt(阴)电极和AgNO3溶液组成的电镀池,在通电一定时间后,在Pt电极上放电所消耗溶液中Ag+的物质的量等于Ag电极失电子给溶液补充的Ag+的物质的量,因此AgNO3溶液的浓度不变。电解5.00%的硫酸溶液,由于其中的水发生电解,水的量减少,因此硫酸浓度增大。
(5)设原5.00%的硫酸的质量为x,电解时消耗水的质量为0.01mol×18g·mol-1=0.18g,则5.00%x=5.02%(x-0.18g),解得x=45.18g。
15.D 解析 LixC6中C元素为负价,根据电池总反应可知,LixC6在负极反应,则LCoO2在正极反应,得电子,故A错误;没有说明是否为标准状况,因此无法直接计算生成氯气的体积,故B错误;d电极发生的变化Cu→CuCl是氧化反应,故d极为阳极,d极反应为Cu+Cl--e-CuCl,故C错误;d电极先产生白色沉淀(CuCl),白色沉淀逐渐转变成橙黄色沉淀(CuOH),发生的反应为CuCl+OH-CuOH+Cl-,故D正确。
16.答案 (1)负极 逐渐变浅 氢氧化铁胶体粒子带正电荷
(2)1∶2∶2∶2
(3)镀件 AgNO3(合理即可) 5.4 g 变小
(4)Fe+Cu2+Cu+Fe2+
解析 (1)将直流电源接通后,F电极附近呈红色,说明F电极是阴极,E电极是阳极,则A为电源正极,B为电源负极。甲装置中因Cu2+放电使溶液颜色变浅。丁装置中Y电极附近颜色变深,说明Fe(OH)3胶体粒子向阴极移动,即Fe(OH)3胶体粒子带正电荷。
(2)C、D、E、F的电极产物分别为O2、Cu、Cl2、H2,由于电路中通过的电量相等,因此其物质的量之比为1∶2∶2∶2。
(3)乙装置中溶液pH=13,生成的n(NaOH)=0.1mol·L-1×0.5L=0.05mol,电路中通过的电子的物质的量为0.05mol,所以丙装置中镀件上析出银的质量为0.05mol×108g·mol-1=5.4g。
(4)当活泼金属为阳极时,金属先于溶液中的阴离子放电而溶解,故甲装置中发生的总反应的离子方程式为Fe+Cu2+Fe2++Cu。分层作业5 电解的原理
A级必备知识基础练
1.用铂电极(惰性电极)电解下列溶液时,阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2的是( )
A.稀NaOH溶液
B.HCl溶液
C.酸性NaCl溶液
D.酸性AgNO3溶液
2.用石墨棒作为阳极、铁棒作为阴极电解熔融的氯化钠,下列说法正确的是( )
A.石墨棒周围有大量的Na+
B.铁棒质量增加
C.电子通过熔融电解质由石墨棒流向铁棒
D.阴极发生氧化反应
3.如图是氯碱工业中的电解装置,下列说法不正确的是 ( )
A.电解总反应式:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
B.阳极电极反应:2Cl--2e-═Cl2↑
C.离子膜可以防止OH-移向阳极
D.e处加入饱和食盐水,d处加入纯水
4.如图所示,a、b、c、d均为石墨电极,通电进行电解,下列说法正确的是( )
A.电路中电子流向:负极→d→c→b→a→正极
B.a、c两极产生气体的物质的量相等
C.S向b电极移动,Cl-向c电极移动
D.通电后向乙烧杯滴入酚酞溶液d电极附近会变红
5.用铂作电极电解某种溶液,通电一段时间后,溶液的pH变小,并且在阳极得到0.56 L气体,阴极得到1.12 L气体(两种气体均在相同条件下测定)。由此可知溶液可能是( )
A.稀盐酸
B.KNO3溶液
C.CuSO4溶液
D.稀硫酸
6.用电解熔融氢氧化钠的方法制得钠(方法1)的反应为4NaOH(熔融)4Na+O2↑+2H2O;用铁与熔融氢氧化钠在通电条件下制得钠(方法2)的反应原理为3Fe+4NaOHFe3O4+2H2↑+4Na↑。下列有关说法正确的是( )
A.方法1电解熔融氢氧化钠制钠,阳极发生电极反应为2OH--2e-═H2↑+O2↑
B.方法1用电解熔融氢氧化钠法制钠(如上图),电解槽中可以用石墨为阳极,铁为阴极
C.方法2制钠的原理是利用铁的还原性比钠强
D.上述两种方法制得等量的钠,则两反应中转移的电子总数也相同
7.将下图所示实验装置的开关K闭合,下列判断正确的是( )
A.Cu电极上发生还原反应
B.电子沿Zn→a→b→Cu路径流动
C.片刻后甲池中c(S)增大
D.片刻后可观察到滤纸b处变红色
8.如图为以惰性电极进行电解的装置:
(1)写出A、B、C、D各电极上的电极反应和总反应方程式:
A:_________________________________________,
B:_________________________________________,
总反应方程式:_________________________________________;
C:_________________________________________,
D:_________________________________________,
总反应方程式:_________________________________________;
(2)在A、B、C、D各电极上析出生成物的物质的量之比为______________。
B级关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
9.化学在环境保护中起着十分重要的作用,电化学降解N的原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.A为电源的正极
B.溶液中H+从阳极向阴极迁移
C.Ag-Pt电极的电极反应为2N+12H++10e-═N2↑+6H2O
D.电解过程中,每转移2 mol电子,则左侧电极就产生32 g O2
10.用惰性电极电解下列溶液,有关说法正确的是( )
①稀硫酸 ②Cu(NO3)2溶液 ③KOH溶液
④NaCl溶液
A.电解进行一段时间后四种溶液的pH均增大
B.②中电解一段时间后,向溶液中加入适量的CuO固体可使溶液恢复到电解前的状态
C.③中阳极消耗OH-,故溶液浓度变小
D.④中阴、阳两极上产物的物质的量之比为2∶1
11.碱性镍锌(Ni Zn)电池是一种可以替代镍氢电池的新型电池,其总反应为2NiOOH+2H2O+Zn2Ni(OH)2+Zn(OH)2。则下列说法中错误的是 ( )
A.电池工作时,OH-向负极移动
B.放电时负极反应:Zn-2e-+2OH-═Zn(OH)2
C.充电时,与外电源正极相连的电极上电极反应为Ni(OH)2-e-+OH-═NiOOH+H2O
D.该电池电解1 L 0.3 mol·L-1 AgNO3溶液,若产生1.12 L气体(标准状况),溶液pH变为2
12.取一张用饱和NaCl溶液浸湿的pH试纸,两根铅笔芯作为电极,接通直流电源,一段时间后,发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆,内圆为白色,外圆呈浅红色。下列说法错误的是( )
A.b电极是阴极
B.a电极与电源的正极相连接
C.电解过程中,水是氧化剂
D.b电极附近溶液的pH变小
13.如图所示,下列叙述不正确的是( )
A.X为阳极,发生氧化反应
B.电子沿Zn→Y→X→Cu路径流动
C.Na+移向Y,X与滤纸接触处有氧气生成
D.Y与滤纸接触处变红
14.500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中N的浓度为0.6 mol·L-1,用石墨作为电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到2.24 L气体(标准状况下),假定电解后溶液的体积仍为500 mL,下列说法正确的是( )
A.原混合溶液中K+的浓度为0.2 mol·L-1
B.上述电解过程中共转移0.2 mol电子
C.电解得到Cu的物质的量为0.05 mol
D.电解后溶液中H+的浓度为0.4 mol·L-1
15.整合有效信息书写电极反应。
(1)硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。由硫化氢获得硫单质有多种方法。将用烧碱溶液吸收H2S后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应:S2--2e-═S、(n-1)S+S2-═。
①写出电解时阴极的电极反应: ____________________________。
②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质,该反应的离子方程式为________________________________________________________。
(2)电解NO制备NH4NO3,其工作原理如图所示,为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充物质A,A是______________,说明理由:__________________________________________。
C级学科素养拔高练
16.重铬酸钾又名红矾钾,是化学实验室中的一种重要分析试剂。工业上以铬酸钾(K2CrO4)为原料,采用电化学法制备重铬酸钾(K2Cr2O7)。制备装置如图所示(阳离子交换膜只允许阳离子透过):
制备原理:2Cr(黄色)+2H+═Cr2(橙色)+H2O。
(1)通电后阳极室产生的现象为__________________________________________;
其电极反应是__________________________________________。
(2)该制备过程总反应的离子方程式可表示为4Cr+4H2O═2Cr2+4OH-+2H2↑+O2↑,若实验开始时在右室中加入38.8 g K2CrO4,t min后测得右室中K原子与Cr原子的物质的量之比为3∶2,则溶液中K2CrO4和K2Cr2O7的物质的量之比为______________;此时电路中转移电子的物质的量为______________。
分层作业5 电解的原理
1.A 解析 电解稀NaOH溶液时,阳极:4OH--4e-O2↑+2H2O,阴极:2H2O+2e-H2↑+2OH-,阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2,故A正确;电解HCl溶液、NaCl溶液时,阳极:2Cl--2e-Cl2↑,阴极:2H++2e-H2↑、2H2O+2e-H2↑+2OH-,阴极和阳极上的主要产物分别是H2和Cl2,故B、C错误;电解AgNO3溶液时,阳极:2H2O-4e-O2↑+4H+,阴极:Ag++e-Ag,阴极和阳极上的主要产物分别是Ag和O2,故D错误。
2.B 解析 阴离子移向阳极(石墨棒),发生氧化反应:2Cl--2e-Cl2↑,阳离子移向阴极,发生还原反应:2Na++2e-2Na,A、D项错误,B项正确;电子不能通过熔融电解质,熔融的电解质是由于其内部自由移动的离子定向移动而导电的,C项错误。
3.D 解析 电解饱和食盐水,在阳极上Cl-失去电子变为Cl2,在阴极上H+得到电子变为H2,溶液中产生的OH-与Na+结合为NaOH,故电解的总反应方程式:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,A正确;由于阴离子的放电能力:Cl->OH-,所以阳极上发生的电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,B正确;OH-是阴极反应产生的微粒,离子膜可以防止OH-移向阳极,与阳极产生的Cl2发生反应,C正确;电解时阳极Cl-放电产生Cl2,阴极产生NaOH溶液,为提高电解质溶液的导电能力,在d处加入精制食盐水,在e处加入稀NaOH溶液,D错误。
4.D 解析 电子不能通过电解质溶液,故A错误;a电极产生O2,c电极产生Cl2,根据电子守恒O2~2Cl2~4e-,O2和Cl2的物质的量之比为1∶2,故B错误;阴离子向阳极移动,a电极和c电极是阳极,所以S向a电极移动,Cl-向c电极移动,故C错误;d电极是阴极,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,所以滴入酚酞溶液d电极附近会变红,故D正确。
5.D 解析 阳极与阴极产生的气体体积之比为,相当于电解水,pH变小说明电解了含氧酸的水溶液,故答案选D。
6.B 解析 方法1电解熔融氢氧化钠制钠,阳极发生的电极反应为4OH--4e-O2↑+2H2O;方法2制钠的原理不是利用铁的还原性比钠强,实际上铁的还原性比钠弱,反应之所以能发生实质上是利用了钠的沸点较低。由题中所给电解总反应可知,两种方法制得等量的钠,转移的电子总数不相同。
7.A 解析 将装置中K闭合,该装置构成原电池,其中Zn电极上发生氧化反应,Cu电极上发生还原反应,故A正确;电子沿导线由Zn→a,在a上溶液中的H+得到电子,在b上溶液中的OH-失去电子,电子不能直接由a→b,故B错误;该装置工作过程中,甲、乙两烧杯中的S的浓度都不改变,只是盐桥中的Cl-和K+分别向甲、乙两烧杯中移动,故C错误;在b处溶液中的OH-失去电子,溶液呈酸性,b处滤纸不可能变红色,故D错误。
8.答案 (1)Cu2++2e-Cu 2Cl--2e-Cl2↑ CuCl2Cu+Cl2↑
4Ag++4e-4Ag 2H2O-4e-O2↑+4H+ 4AgNO3+2H2O4Ag+4HNO3+O2↑
(2)2∶2∶4∶1
解析 A、B、C、D各电极上分别发生如下反应:Cu2++2e-Cu,2Cl--2e-Cl2↑,4Ag++4e-4Ag,2H2O-4e-O2↑+4H+;由电子守恒可知,在四个电极依次析出物质的物质的量之比为n(Cu)∶n(Cl2)∶n(Ag)∶n(O2)=2∶2∶4∶1。
9.D 解析 根据题给电解装置图可知,Ag-Pt电极上N转化为N2,发生还原反应:2N+12H++10e-N2↑+6H2O,则Ag-Pt电极为阴极,B为电源的负极,故A为电源的正极,A、C项正确;在电解池中阳离子向阴极移动,所以溶液中H+从阳极向阴极迁移,B项正确;左侧电极为阳极,电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,则每转移2mol电子,左侧电极产生16gO2,D项错误。
10.B 解析 依据电解规律可知①为电解水型,②为放氧生酸型,③为电解水型,④为放氢生碱型,A、C项错误;②中电解产物为Cu和O2,所以一段时间后加适量氧化铜固体可使溶液恢复到电解前的状态,B项正确;④中阳极产生Cl2,阴极产生H2,二者物质的量之比为1∶1,D项错误。
11.D 解析 原电池中阴离子向负极移动,则电池工作时,OH-向负极移动,A正确;锌是活泼的金属,放电时锌是负极,则根据总反应可知负极反应:Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2,B正确;充电时相当于是电解池,与外电源正极相连的电极是阳极,发生失去电子的氧化反应,则根据总反应可知电极上电极反应为Ni(OH)2-e-+OH-NiOOH+H2O,C正确;该电池电解1L0.3mol·L-1AgNO3溶液,阴极Ag+放电得到Ag,阳极OH-放电生成O2,若产生1.12L气体(标准状况),即氧气的物质的量为0.05mol,所以产生H+的物质的量是0.05mol×4=0.2mol,则溶液中H+浓度是0.2mol·L-1(不考虑溶液体积变化),所以溶液pH不等于2,D错误。
12.D 解析 a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆,内圆为白色,外圆呈浅红色,说明a极附近产生了Cl2,所以a极与电源的正极相连,即a极为阳极,电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,b极为阴极,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,所以水是氧化剂,b电极附近溶液的pH增大。
13.BC 解析 该装置中,左边装置是原电池,Zn易失电子作为负极、Cu作为正极,右边装置是电解池,X为阳极、Y为阴极,阳极上电极反应为Cu-2e-Cu2+,阴极反应为2H2O+2e-2OH-+H2↑。X与原电池的正极相连为阳极,阳极失电子发生氧化反应,故A正确;电子从原电池负极锌流出经导线流向阴极Y,电子又从阳极X流出经导线流向正极铜,电子不能通过X与Y之间的电解质溶液,故B错误;通过以上分析知,Y是阴极,阳离子钠离子与氢离子都向阴极移动,X电极是Cu,Cu失电子生成Cu2+,故C错误;Y为阴极,电极反应为2H2O+2e-2OH-+H2↑,生成了碱,所以Y与滤纸接触处变红,故D正确。
14.AD 解析 用石墨作为电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液,阳极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,阴极先后发生两个反应:Cu2++2e-Cu,2H++2e-H2↑。从收集到O2标准状况下为2.24L可推知上述电解过程中共转移0.4mol电子,而在生成标准状况下2.24LH2的过程中转移0.2mol电子,所以Cu2+共得到0.4mol-0.2mol=0.2mol电子,电解前Cu2+的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1mol。电解前后分别有以下守恒关系:c(K+)+2c(Cu2+)=c(N),c(K+)+c(H+)=c(N),不难算出电解前c(K+)=0.2mol·L-1,电解后溶液中c(H+)=0.4mol·L-1。
15.答案 (1)①2H2O+2e-H2↑+2OH-
②+2H+(n-1)S↓+H2S↑
(2)NH3 根据电解总反应:8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3,电解产生的HNO3多,应补充NH3
解析 (1)①电解时,阴极区溶液中的阳离子放电,即水溶液中的H+放电生成H2。②由题给反应可知,阳极区生成了可以理解为(n-1)S+S2-,加入稀硫酸可生成S单质和H2S气体。
(2)根据电解NO制备NH4NO3的工作原理示意图知,阴极反应为3NO+15e-+18H+3N+3H2O,阳极反应为5NO-15e-+10H2O5N+20H+,电解总反应为8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3,为了使电解产生的HNO3全部转化为NH4NO3,应补充NH3。
16.答案 (1)阳极产生无色气体,溶液由黄色逐渐变为橙色 4OH--4e-O2↑+2H2O
(2)2∶1 0.1 mol
解析 (1)阳极发生氧化反应,溶液中水电离产生的OH-失去电子生成氧气。
(2)设K2CrO4和K2Cr2O7的物质的量分别为x、y,则钾原子的物质的量为2x+2y,铬原子物质的量为x+2y,依据两原子的物质的量之比为3∶2,可求出n(K2CrO4)∶n(K2Cr2O7)=2∶1。
根据铬酸钾的质量可求出铬原子总物质的量为0.2mol,又tmin后两物质的物质的量之比为2∶1,则铬酸钾的物质的量为0.1mol,重铬酸钾的物质的量为0.05mol,根据化学方程式可知,生成0.05mol的重铬酸钾,反应中转移电子的物质的量为0.05×2mol=0.1mol。分层作业2 热化学方程式 反应焓变的计算
A级必备知识基础练
1.下列热化学方程式中,正确的是( )
A.已知P(白磷,s)═P(红磷,s) ΔH=-17.6 kJ·mol-1,由此推知红磷更稳定
B.甲烷的摩尔燃烧焓为890.3 kJ·mol-1,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.3 kJ·mol-1
C.500 ℃、30 MPa下,将0.5 mol N2(g)和1.5 mol H2(g)置于密闭容器中充分反应生成NH3(g)放热19.3 kJ,其热化学方程式为3H2+N22NH3 ΔH=-38.6 kJ·mol-1
D.用CH3COOH溶液和NaOH溶液反应测定中和热:CH3COOH(aq)+NaOH(aq)═CH3COONa(aq)+H2O(l) ΔH<-57.3 kJ·mol-1
2.下列关于2C4H10(g)+13O2(g)═8CO2(g)+10H2O(l) ΔH=-5 800 kJ·mol-1的叙述错误的是( )
A.该反应的反应热ΔH=-5 800 kJ·mol-1,是放热反应
B.该反应的ΔH与各物质的状态有关,与化学计量数也有关
C.该热化学方程式表示在25 ℃、101 kPa下,2 mol C4H10气体完全燃烧生成CO2气体和液态水时放出5 800 kJ热量
D.该反应表明2 mol丁烷燃烧时一定会放出5 800 kJ的热量
3.下列热化学方程式书写正确的是(ΔH的绝对值均正确)( )
A.2SO2+O22SO3 ΔH=-196.6 kJ·mol-1
B.H2(g)+O2(g)═H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1
C.2H2(g)+O2(g)═ 2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ
D.C(s)+O2(g)═CO2(g) ΔH=+393.5 kJ·mol-1
4.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
5.25 ℃、101 kPa下,
①H2O(l)H2(g)+O2(g) ΔH1=+285.8 kJ·mol-1
②H2O(l)H2O(g) ΔH2=+44.0 kJ·mol-1
下列说法不正确的是( )
A.液态水变为水蒸气破坏的是分子间作用力
B.水分解为氢气和氧气,断键吸收的总能量大于成键放出的总能量
C.标准状况下,11.2 L水中含共用电子对总数约为6.02×1023
D.25 ℃、101 kPa下,H2O(g)H2(g)+O2(g) ΔH=+241.8 kJ·mol-1
6.2021年10月16日0时23分,我国长征二号F火箭将神舟十三号载人飞船送入太空。火箭发射时用肼(N2H4,液态)作燃料,NO2(g)为氧化剂,二者反应生成N2(g)和水蒸气。已知在此条件下1 mol液态肼完全反应放出567.2 kJ的热量,下列关于该反应的热化学方程式书写正确的是( )
A.N2H4+NO2═N2+H2O ΔH=+567.2 kJ
B.2N2H4(l)+2NO2(g)═3N2(g)+4H2O(g)ΔH=-567.2 kJ·mol-1
C.2N2H4(l)+2NO2(g)═3N2(g)+4H2O(l)ΔH=+1 134.4 kJ·mol-1
D.2N2H4(l)+2NO2(g)═3N2(g)+4H2O(g)ΔH=-1 134.4 kJ·mol-1
7.能源问题是人类社会面临的重大课题,H2、CO、CH3OH(l)都是重要的能源物质,它们的摩尔燃烧焓(ΔH)依次为-285.8 kJ·mol-1、-283.0 kJ·mol-1、-726.7 kJ·mol-1。已知CO和H2在一定条件下可以合成甲醇CO(g)+2H2(g)═CH3OH(l)。则CO与H2反应合成甲醇的热化学方程式为( )
A.CO(g)+2H2(g)═CH3OH(l) ΔH=-127.9 kJ·mol-1
B.CO(g)+2H2(g)═ CH3OH(l) ΔH=+127.9 kJ·mol-1
C.CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g) ΔH=-127.9 kJ·mol-1
D.CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g) ΔH=+127.9 kJ·mol-1
8.(1)甲硅烷(SiH4)是一种无色气体,遇到空气能发生爆炸性自燃,生成SiO2和水蒸气。已知室温下1 g 甲硅烷自燃放出热量44.6 kJ,写出此反应的热化学方程式:_______________________________________。
(2)使Cl2(g)和H2O(g)通过灼热的炭层生成HCl(g)和CO2(g)的反应是放热反应,当1 mol Cl2(g)参与反应时释放145 kJ的热量,写出此反应的热化学方程式: ______________________________________。
(3)家用液化气中的主要成分之一是丁烷,当10 kg丁烷完全燃烧并生成CO2和液态水时,放出的热量是5×105 kJ,试写出丁烷燃烧的热化学方程式: ______________________________________。
B级关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
9.已知:C(s)+H2O(g)═CO(g)+H2(g) ΔH=a kJ·mol-1,2C(s)+O2(g)═2CO(g) ΔH=-220 kJ·mol-1。H—H键、O=O键和O—H键的键能分别为436 kJ·mol-1、496 kJ·mol-1和462 kJ·mol-1,则a为( )
A.-332 B.-118
C.+350 D.+130
10.已知下列热化学方程式:
Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) ΔH=-24.8 kJ·mol-1
Fe2O3(s)+ CO(g)Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH=-15.73 kJ·mol-1
Fe3O4(s)+CO(g)3FeO(s)+CO2(g) ΔH=+640.4 kJ·mol-1
则14 g CO气体还原足量FeO固体得到单质Fe和CO2气体时对应的ΔH约为( )
A.-218 kJ·mol-1 B.-109 kJ·mol-1
C.+218 kJ·mol-1 D.+109 kJ·mol-1
11.已知化学反应A2(g)+B2(g)═2AB(g)的能量变化如图所示,判断下列叙述中正确的是( )
A.该反应的反应热ΔH=+(a-b) kJ·mol-1
B.每生成2 mol AB(g)吸收b kJ能量
C.该反应中反应物的总能量高于反应产物的总能量
D.断裂1 mol A—A键和1 mol B—B键,吸收a kJ能量
12.已知:C(s)+O2(g)═CO2(g) ΔH1,CO2(g)+C(s)═2CO(g) ΔH2,2CO(g)+O2(g)═2CO2(g) ΔH3,4Fe(s)+3O2(g)═2Fe2O3(s) ΔH4,3CO(g)+Fe2O3(s)═3CO2(g)+2Fe(s) ΔH5
下列关于上述反应焓变的判断正确的是( )
A.ΔH1>0,ΔH3<0 B.ΔH2>0,ΔH4<0
C.ΔH1=ΔH2+ΔH3 D.ΔH3=ΔH4+ΔH5
13.已知热化学方程式:
①C2H2(g)+O2(g)2CO2(g)+H2O(l)ΔH1=-1 301.0 kJ·mol-1
②C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH2=-393.5 kJ·mol-1
③H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH3=-285.8 kJ·mol-1
则反应④2C(s)+H2(g)═C2H2(g)的ΔH为( )
A.+228.2 kJ·mol-1
B.-228.2 kJ·mol-1
C.+1 301.0 kJ·mol-1
D.+621.7 kJ·mol-1
14.已知:①CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l) ΔH1,②2H2(g)+O2(g)═2H2O(g) ΔH2,③2H2(g)+O2(g)═2H2O(l) ΔH3。
常温下取体积比为4∶1的甲烷和氢气的混合气体0.5 mol,经完全燃烧恢复至室温,放出的热量为 ( )
A.-(0.4 mol×ΔH1+0.05 mol×ΔH3)
B.-(0.4 mol×ΔH1+0.05 mol×ΔH2)
C.-(0.4 mol×ΔH1+0.1 mol×ΔH3)
D.-(0.4 mol×ΔH1+0.1 mol×ΔH2)
15.已知胆矾溶解于水时温度降低,室温时将1 mol无水硫酸铜制成溶液时放出的热量为Q1 kJ,又知胆矾分解的热化学方程式为CuSO4·5H2O(s)═CuSO4(s)+5H2O(l)ΔH=Q2 kJ·mol-1,则Q1和Q2的关系为( )
A.Q1B.Q1>Q2
C.Q1=Q2
D.无法确定
16.化学反应中的能量变化,是由化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时放出的能量不同所致。
(1)键能也可以用于估算化学反应的反应热(ΔH),下表是部分化学键的键能数据:
化学键 P—P键 P—O键 O=O键 P=O键
172 335 498 X
已知白磷的摩尔燃烧焓为2 378.0 kJ·mol-1,白磷完全燃烧的产物结构如图所示,则上表中X=______________。
(2)1840年,俄国化学家盖斯在分析了许多化学反应热效应的基础上,总结出一条规律:“一个化学反应,不论是一步完成,还是分几步完成,其总的热效应是完全相同的。”这个规律被称为盖斯定律。有些反应的反应热虽然无法直接测得,但可以利用盖斯定律间接计算求得。
①已知:Ⅰ.C(石墨,s)+O2(g)═CO2(g)ΔH1=-393.5 kJ·mol-1
Ⅱ.2H2(g)+O2(g)═2H2O(l) ΔH2=-571.6 kJ·mol-1
Ⅲ.2C2H2(g)+5O2(g)═4CO2(g)+2H2O(l) ΔH3=-2 599.2 kJ·mol-1
则由C(石墨,s)和H2(g)反应生成1 mol C2H2(g)的热化学方程式为________________________________________________________。
②已知3.6 g碳在6.4 g的氧气中燃烧,至反应物耗尽,放出x kJ热量。已知单质碳的摩尔燃烧焓ΔH=-y kJ·mol-1,则1 mol C与O2反应生成CO的反应热ΔH为________________________________________________________。
C级学科素养拔高练
17.“西气东输”是西部开发的重点工程,这里的“气”是指天然气,其主要成分是甲烷。工业上将C与水在高温下反应制得水煤气,水煤气的主要成分是CO和H2,两者的体积比约为1∶1。
已知:1 mol CO气体完全燃烧生成CO2气体放出283 kJ 热量;1 mol H2完全燃烧生成液态水放出285.8 kJ 热量;1 mol CH4气体完全燃烧生成CO2气体和液态水放出890 kJ热量。
(1)写出H2完全燃烧生成液态水的热化学方程式: _________________________;若1 mol CH4气体完全燃烧生成CO2气体和水蒸气,放出的热量______________ (填“>”“=”或“<”)890 kJ。
(2)忽略水煤气中的其他成分,相同状况下(生成CO2和液态水)若得到相等的热量,所需水煤气与甲烷的体积比约为______________;燃烧生成的CO2的质量比约为______________。
(3)以上数据和计算说明,以天然气代替水煤气作民用燃料,突出的优点是________________________________________________________。
分层作业2 热化学方程式 反应焓变的计算
1.A 解析 P(白磷,s)P(红磷,s) ΔH=-17.6kJ·mol-1,该反应放热,则红磷的能量更低,由此推知红磷更稳定,A项正确;根据题意可知,甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3kJ·mol-1,B项错误;将0.5molN2(g)和1.5molH2(g)置于密闭容器中充分反应生成NH3(g)放热19.3kJ,因反应为可逆反应,则热化学方程式中的反应热的绝对值大于38.6,而且热化学方程式中没有注明物质的状态,C项错误;醋酸为弱酸,电离时吸热,则用CH3COOH溶液和NaOH溶液反应测定中和热:ΔH>-57.3kJ·mol-1,D项错误。
2.D 解析 由热化学方程式表示的意义可知,A、B项正确;在热化学方程式没有标明温度、压强的情况下,对应的温度、压强为常温、常压,C项正确;2mol丁烷在常温、常压下完全燃烧生成CO2气体和液态水时放出的热量才是5800kJ,D项错误。
3.B 解析 没标明物质的聚集状态,A项错误;符合书写要求,B项正确;ΔH的单位是kJ·mol-1,C项错误;C燃烧反应为放热反应,ΔH为“-”,D项错误。
4.A 解析 由图像知molN2(g)和molH2(g)变为氮原子和氢原子吸收akJ热量,而1mol 氮原子和3mol氢原子结合成气态氨放出bkJ的热量,1mol气态氨液化为液态氨又放出ckJ热量,则由N2(g)和H2(g)生成液态NH3的热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(l) ΔH=-2(b+c-a)kJ·mol-1=2(a-b-c)kJ·mol-1或N2(g)+H2(g)NH3(l)
ΔH=(a-b-c)kJ·mol-1;生成气态氨的热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=2(a-b)kJ·mol-1或N2(g)+H2(g)NH3(g) ΔH=(a-b)kJ·mol-1。
5.C 解析 液态水变为水蒸气是汽化,破坏的是分子间作用力,A正确;水分解是吸热反应,断键吸收的总能量大于成键放出的总能量,B正确;标准状况下,水是液态,不适用气体摩尔体积相关计算,C错误;根据盖斯定律,H2O(g)H2(g)+O2(g) 可由①-②合并而成,其ΔH=(+285.8kJ·mol-1)-(+44.0kJ·mol-1)=+241.8kJ·mol-1,D正确。
6.D 解析 A中热化学方程式未配平,且未注明物质的存在状态,放热反应的反应热ΔH<0,A错误;2molN2H4(l)反应放出的热量应为567.2kJ×2=1134.4kJ,B错误,D正确;该反应是放热反应,ΔH<0,且反应产生的是水蒸气,不是液态水,物质的状态不同,反应过程的能量变化不同,C错误。
7.A 解析 根据题给三种物质的摩尔燃烧焓可以写出:
H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH1=-285.8kJ·mol-1①
CO(g)+O2(g)CO2(g) ΔH2=-283.0kJ·mol-1②
CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH3=-726.7kJ·mol-1③
运用盖斯定律进行计算,由①×2+②-③可得:CO(g)+2H2(g)CH3OH(l) ΔH=2ΔH1+ΔH2-ΔH3=2×(-285.8kJ·mol-1)+(-283.0kJ·mol-1)-
(-726.7kJ·mol-1)=-127.9kJ·mol-1。
8.答案 (1)SiH4(g)+2O2(g)SiO2(s)+2H2O(g)
ΔH=-1 427.2 kJ· mol-1
(2)2Cl2(g)+2H2O(g)+C(s)4HCl(g)+CO2(g) ΔH=-290 kJ· mol-1
(3)C4H10(g)+O2(g)4CO2(g)+5H2O(l)
ΔH=-2 900 kJ· mol-1
解析 (1)1molSiH4完全燃烧生成SiO2(s)和H2O(g)时,放出热量为32×44.6kJ=1427.2kJ,故该反应的热化学方程式为SiH4(g)+2O2(g)SiO2(s)+2H2O(g) ΔH=
-1427.2kJ·mol-1。
(2)由题意可知Cl2、H2O和C发生反应的化学方程式为2Cl2+2H2O+C4HCl+CO2,2molCl2参加反应释放出的热量为2×145kJ=290kJ,故其热化学方程式为2Cl2(g)+2H2O(g)+C(s)4HCl(g)+CO2(g) ΔH=-290kJ·mol-1。
(3)1mol丁烷完全燃烧生成CO2(g)和液态水时,放出的热量为58g×=2900kJ,故丁烷燃烧的热化学方程式为C4H10(g)+O2(g)4CO2(g)+5H2O(l) ΔH=-2900kJ·mol-1。
9.D 解析 根据盖斯定律,由第一个反应×2-第二个反应可得2H2O(g)O2(g)+2H2(g) ΔH=(2a+220)kJ·mol-1。根据反应焓变与键能的关系计算,则2a+220=4×462-(436×2+496),解得a=+130。
10.B 解析 14gCO气体的物质的量为mol。该问题可以转化为求反应CO(g)+FeO(s)Fe(s)+CO2(g)的焓变。把已知给出的3个热化学方程式按照顺序依次编号为①、②、③,根据盖斯定律,由[(①-②)×-③]×可得,CO(g)+FeO(s)Fe(s)+CO2(g)
ΔH≈-109kJ·mol-1。
11.AD 解析 由题图可知,该反应为吸热反应,反应热ΔH=+(a-b)kJ·mol-1,故A正确;反应中每生成2molAB(g)吸收(a-b)kJ能量,故B错误;根据题图分析可知,该反应中反应物的总能量低于反应产物的总能量,故C错误;断裂1molA—A键和1molB—B键,吸收akJ能量,故D正确。
12.BC 解析 C、CO的燃烧都是放热反应,故ΔH1<0、
ΔH3<0,A错误;CO2与C生成CO的反应为吸热反应,则ΔH2>0,铁的氧化反应为放热反应,则ΔH4<0,B正确;将第二、第三两个热化学方程式相加可得第一个热化学方程式,C正确;将第五个热化学方程式乘2后与第四个热化学方程式相加,再除以3可得第三个热化学方程式,故ΔH3=,D错误。
13.A 解析 热化学方程式①②③和④之间存在如下关系:
2×②+③-①=④。
所以2ΔH2+ΔH3-ΔH1=ΔH=-2×393.5kJ·mol-1-285.8kJ·mol-1+1301.0kJ·mol-1=+228.2kJ·mol-1。
14.A 解析 CH4的物质的量为0.5mol×=0.4mol,H2的物质的量为0.5mol×=0.1mol,混合气体完全燃烧放出的热量为-(0.4mol×ΔH1+0.05mol×ΔH3)。
15.A 解析 根据题意,可把胆矾溶于水看成两个过程:
过程①吸收热量,1molCuSO4·5H2O(s)分解吸收的热量为Q2kJ;过程②放出热量,1mol无水硫酸铜制成溶液时放出热量Q1kJ,但整个过程要使溶液温度降低,说明ΔH>0,则Q2-Q1=ΔH>0,因此Q2>Q1,故答案选A。
16.答案 (1)470
(2)①2C(石墨,s)+H2(g)C2H2(g) ΔH=+226.8 kJ·mol-1 ②-(5x-0.5y)kJ·mol-1
解析 (1)白磷燃烧的化学方程式为P4+5O2P4O10,1molP4完全燃烧需断裂6molP—P键、5molOO键,形成12molP—O键、4molPO键,所以(6mol×172kJ·mol-1+5mol×498kJ·mol-1)-(12mol×335kJ·mol-1+4mol×XkJ·mol-1)=-2378.0kJ,解得X=470。
(2)①由C(石墨,s)和H2(g)反应生成1molC2H2(g)的化学方程式为2C(石墨,s)+H2(g)C2H2(g),该反应可以根据盖斯定律,由Ⅰ×2+Ⅱ×-Ⅲ×得到,所以反应焓变ΔH=2×(-393.5kJ·mol-1)+(-571.6kJ·mol-1)×-(-2599.2kJ·mol-1)×=+226.8kJ·mol-1,则热化学方程式为2C(石墨,s)+H2(g)C2H2(g) ΔH=+226.8kJ·mol-1 。
②碳在氧气中燃烧,氧气不足时发生的反应为2C+O22CO,氧气足量时发生的反应为C+O2CO2;3.6g碳的物质的量为=0.3mol,6.4g氧气的物质的量为=0.2mol,n(C)∶n(O2)=3∶2,介于2∶1与1∶1之间,所以上述反应都发生。
设生成的CO的物质的量为amol,CO2的物质的量为bmol。根据碳元素守恒有a+b=0.3,根据氧元素守恒有a+2b=0.2×2,联立方程,解得a=0.2,b=0.1;单质碳的摩尔燃烧焓为ykJ·mol-1,所以生成0.1molCO2放出的热量为0.1mol×ykJ·mol-1=0.1ykJ,因此生成0.2molCO放出的热量为xkJ-0.1ykJ。由于碳燃烧为放热反应,所以反应热ΔH的符号为“-”,故1molC与O2反应生成CO的反应热ΔH=-=-(5x-0.5y)kJ·mol-1 。
17.答案 (1)2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1 <
(2)3∶1 3∶2
(3)燃烧放出的热量多,减少了CO2的排放量,有利于保护环境
解析 (1)1molH2完全燃烧生成液态水放出285.8kJ热量,根据热化学方程式的书写要求,则2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=-571.6kJ·mol-1。因气态水变为液态水要放热,故1molCH4完全燃烧生成CO2和水蒸气,放出的热量小于890kJ。
(2)设放出的热量为890kJ,所需CH4的体积为Vm,则所需水煤气的体积为×2Vm≈3Vm,故。由CO~CO2、CH4~CO2可知,3体积水煤气得1.5体积CO2,1体积甲烷可得1体积CO2,故燃烧生成的CO2质量比为。
(3)由(2)中结论可知,使用天然气作为燃料,相同条件下比水煤气燃烧放出的热量多,且减少了CO2的排放,有利于保护环境。(共32张PPT)
分层作业2 热化学方程式 反应焓变的计算
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A 级 必备知识基础练
1.下列热化学方程式中,正确的是( )
A.已知P(白磷,s)═P(红磷,s) ΔH=-17.6 kJ·mol-1,由此推知红磷更稳定
B.甲烷的摩尔燃烧焓为890.3 kJ·mol-1,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.3 kJ·mol-1
C.500 ℃、30 MPa下,将0.5 mol N2(g)和1.5 mol H2(g)置于密闭容器中充分反应生成NH3(g)放热19.3 kJ,其热化学方程式为3H2+N2 2NH3
ΔH=-38.6 kJ·mol-1
D.用CH3COOH溶液和NaOH溶液反应测定中和热: CH3COOH(aq)+NaOH(aq)═CH3COONa(aq)+H2O(l) ΔH<-57.3 kJ·mol-1
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解析 P(白磷,s)═P(红磷,s) ΔH=-17.6 kJ·mol-1,该反应放热,则红磷的能量更低,由此推知红磷更稳定,A项正确;根据题意可知,甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol-1,B项错误;将0.5 mol N2(g)和1.5 mol H2(g)置于密闭容器中充分反应生成NH3(g)放热19.3 kJ,因反应为可逆反应,则热化学方程式中的反应热的绝对值大于38.6,而且热化学方程式中没有注明物质的状态,C项错误;醋酸为弱酸,电离时吸热,则用CH3COOH溶液和NaOH溶液反应测定中和热:ΔH>-57.3 kJ·mol-1,D项错误。
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2.下列关于2C4H10(g)+13O2(g)═8CO2(g)+10H2O(l) ΔH=-5 800 kJ·mol-1的叙述错误的是( )
A.该反应的反应热ΔH=-5 800 kJ·mol-1,是放热反应
B.该反应的ΔH与各物质的状态有关,与化学计量数也有关
C.该热化学方程式表示在25 ℃、101 kPa下,2 mol C4H10气体完全燃烧生成CO2气体和液态水时放出5 800 kJ热量
D.该反应表明2 mol丁烷燃烧时一定会放出5 800 kJ的热量
D
解析 由热化学方程式表示的意义可知,A、B项正确;在热化学方程式没有标明温度、压强的情况下,对应的温度、压强为常温、常压,C项正确;2 mol丁烷在常温、常压下完全燃烧生成CO2气体和液态水时放出的热量才是5 800 kJ,D项错误。
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3.下列热化学方程式书写正确的是(ΔH的绝对值均正确)( )
A.2SO2+O2 2SO3 ΔH=-196.6 kJ·mol-1
B.H2(g)+ O2(g)═H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1
C.2H2(g)+O2(g)═ 2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ
D.C(s)+O2(g)═CO2(g) ΔH=+393.5 kJ·mol-1
B
解析 没标明物质的聚集状态,A项错误;符合书写要求,B项正确;ΔH的单位是kJ·mol-1,C项错误;C燃烧反应为放热反应,ΔH为“-”,D项错误。
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4.化学反应N2+3H2 2NH3的能量变化如图所示,该反应的热化学方程式是( )
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5.25 ℃、101 kPa下,
①H2O(l)═H2(g)+ O2(g) ΔH1=+285.8 kJ·mol-1
②H2O(l)═H2O(g) ΔH2=+44.0 kJ·mol-1
下列说法不正确的是( )
A.液态水变为水蒸气破坏的是分子间作用力
B.水分解为氢气和氧气,断键吸收的总能量大于成键放出的总能量
C.标准状况下,11.2 L水中含共用电子对总数约为6.02×1023
D.25 ℃、101 kPa下,H2O(g)═H2(g)+ O2(g) ΔH=+241.8 kJ·mol-1
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解析 液态水变为水蒸气是汽化,破坏的是分子间作用力,A正确;水分解是吸热反应,断键吸收的总能量大于成键放出的总能量,B正确;标准状况下,水是液态,不适用气体摩尔体积相关计算,C错误;根据盖斯定律, H2O(g)═H2(g)+ O2(g) 可由①-②合并而成,其ΔH=(+285.8 kJ·mol-1)-(+44.0 kJ·mol-1)=+241.8 kJ·mol-1,D正确。
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6.2021年10月16日0时23分,我国长征二号F火箭将神舟十三号载人飞船送入太空。火箭发射时用肼(N2H4,液态)作燃料,NO2(g)为氧化剂,二者反应生成N2(g)和水蒸气。已知在此条件下1 mol液态肼完全反应放出567.2 kJ的热量,下列关于该反应的热化学方程式书写正确的是( )
A.N2H4+NO2═N2+H2O ΔH=+567.2 kJ
B.2N2H4(l)+2NO2(g)═3N2(g)+4H2O(g) ΔH=-567.2 kJ·mol-1
C.2N2H4(l)+2NO2(g)═3N2(g)+4H2O(l) ΔH=+1 134.4 kJ·mol-1
D.2N2H4(l)+2NO2(g)═3N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1 134.4 kJ·mol-1
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解析 A中热化学方程式未配平,且未注明物质的存在状态,放热反应的反应热ΔH<0,A错误;2 mol N2H4(l)反应放出的热量应为567.2 kJ×2=1 134.4 kJ,B错误,D正确;该反应是放热反应,ΔH<0,且反应产生的是水蒸气,不是液态水,物质的状态不同,反应过程的能量变化不同,C错误。
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7.能源问题是人类社会面临的重大课题,H2、CO、CH3OH(l)都是重要的能源物质,它们的摩尔燃烧焓(ΔH)依次为-285.8 kJ·mol-1、-283.0 kJ·mol-1、
-726.7 kJ·mol-1。已知CO和H2在一定条件下可以合成甲醇CO(g)+2H2(g)═ CH3OH(l)。则CO与H2反应合成甲醇的热化学方程式为( )
A.CO(g)+2H2(g)═CH3OH(l) ΔH=-127.9 kJ·mol-1
B.CO(g)+2H2(g)═ CH3OH(l) ΔH=+127.9 kJ·mol-1
C.CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g) ΔH=-127.9 kJ·mol-1
D.CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g) ΔH=+127.9 kJ·mol-1
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解析 根据题给三种物质的摩尔燃烧焓可以写出:
运用盖斯定律进行计算,由①×2+②-③可得:CO(g)+2H2(g)═ CH3OH(1) ΔH=2ΔH1+ΔH2-ΔH3=2×(-285.8 kJ· mol-1)+(-283.0 kJ· mol-1)-(-726.7 kJ· mol-1)=-127.9 kJ· mol-1。
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8.(1)甲硅烷(SiH4)是一种无色气体,遇到空气能发生爆炸性自燃,生成SiO2和水蒸气。已知室温下1 g 甲硅烷自燃放出热量44.6 kJ,写出此反应的热化学方程式:_________________________________________________。
(2)使Cl2(g)和H2O(g)通过灼热的炭层生成HCl(g)和CO2(g)的反应是放热反应,当1 mol Cl2(g)参与反应时释放145 kJ的热量,写出此反应的热化学方程式:_________________________________________________________。
(3)家用液化气中的主要成分之一是丁烷,当10 kg丁烷完全燃烧并生成CO2和液态水时,放出的热量是5×105 kJ,试写出丁烷燃烧的热化学方程式: ____________________________________________________________。
SiH4(g)+2O2(g)═SiO2(s)+2H2O(g) ΔH=-1 427.2 kJ· mol-1
2Cl2(g)+2H2O(g)+C(s)═4HCl(g)+CO2(g) ΔH=-290 kJ· mol-1
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解析 (1)1 mol SiH4完全燃烧生成SiO2(s)和H2O(g)时,放出热量为32×44.6 kJ=1 427.2 kJ,故该反应的热化学方程式为SiH4(g)+2O2(g)═SiO2(s)+2H2O(g) ΔH=-1 427.2 kJ· mol-1。
(2)由题意可知Cl2、H2O和C发生反应的化学方程式为2Cl2+2H2O+C 4HCl+CO2,2 mol Cl2参加反应释放出的热量为2×145 kJ=290 kJ,故其热化学方程式为2Cl2(g)+2H2O(g)+C(s)═4HCl(g)+CO2(g) ΔH=-290 kJ· mol-1。
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B 级 关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
9.已知:C(s)+H2O(g)═CO(g)+H2(g) ΔH=a kJ·mol-1,2C(s)+O2(g)═2CO(g) ΔH=-220 kJ·mol-1。H—H键、O=O键和O—H键的键能分别为436 kJ·mol-1、496 kJ·mol-1和462 kJ·mol-1,则a为( )
A.-332 B.-118
C.+350 D.+130
D
解析 根据盖斯定律,由第一个反应×2-第二个反应可得2H2O(g)═O2(g)+2H2(g) ΔH=(2a+220) kJ· mol-1。根据反应焓变与键能的关系计算,则2a+220=4×462-(436×2+496),解得a=+130。
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10.已知下列热化学方程式:
则14 g CO气体还原足量FeO固体得到单质Fe和CO2气体时对应的ΔH约为
( )
A.-218 kJ·mol-1 B.-109 kJ·mol-1
C.+218 kJ·mol-1 D.+109 kJ·mol-1
B
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11.已知化学反应A2(g)+B2(g)═2AB(g)的能量变化如图所示,判断下列叙述中正确的是( )
A.该反应的反应热ΔH=+(a-b) kJ·mol-1
B.每生成2 mol AB(g)吸收b kJ能量
C.该反应中反应物的总能量高于反应产物的总能量
D.断裂1 mol A—A键和1 mol B—B键,吸收a kJ能量
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解析 由题图可知,该反应为吸热反应,反应热ΔH=+(a-b) kJ·mol-1,故A正确;反应中每生成2 mol AB(g)吸收(a-b) kJ能量,故B错误;根据题图分析可知,该反应中反应物的总能量低于反应产物的总能量,故C错误;断裂1 mol A—A键和1 mol B—B键,吸收a kJ能量,故D正确。
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12.已知:C(s)+O2(g)═CO2(g) ΔH1,CO2(g)+C(s)═2CO(g) ΔH2, 2CO(g)+O2(g)═2CO2(g) ΔH3,4Fe(s)+3O2(g)═2Fe2O3(s) ΔH4, 3CO(g)+Fe2O3(s)═3CO2(g)+2Fe(s) ΔH5
下列关于上述反应焓变的判断正确的是( )
A.ΔH1>0,ΔH3<0 B.ΔH2>0,ΔH4<0
C.ΔH1=ΔH2+ΔH3 D.ΔH3=ΔH4+ΔH5
BC
解析 C、CO的燃烧都是放热反应,故ΔH1<0、ΔH3<0,A错误;CO2与C生成CO的反应为吸热反应,则ΔH2>0,铁的氧化反应为放热反应,则ΔH4<0,B正确;将第二、第三两个热化学方程式相加可得第一个热化学方程式,C正确;将第五个热化学方程式乘2后与第四个热化学方程式相加,再除以3可得第三个热化学方程式,故ΔH3= ,D错误。
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13.已知热化学方程式:
则反应④2C(s)+H2(g)═C2H2(g)的ΔH为( )
A.+228.2 kJ·mol-1 B.-228.2 kJ·mol-1
C.+1 301.0 kJ·mol-1 D.+621.7 kJ·mol-1
A
解析 热化学方程式①②③和④之间存在如下关系:2×②+③-①=④。
所以2ΔH2+ΔH3-ΔH1=ΔH
=-2×393.5 kJ·mol-1-285.8 kJ·mol-1+1 301.0 kJ·mol-1=+228.2 kJ·mol-1。
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14.已知:①CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l) ΔH1,②2H2(g)+O2(g)═2H2O(g) ΔH2,③2H2(g)+O2(g)═2H2O(l) ΔH3。
常温下取体积比为4∶1的甲烷和氢气的混合气体0.5 mol,经完全燃烧恢复至室温,放出的热量为( )
A.-(0.4 mol×ΔH1+0.05 mol×ΔH3)
B.-(0.4 mol×ΔH1+0.05 mol×ΔH2)
C.-(0.4 mol×ΔH1+0.1 mol×ΔH3)
D.-(0.4 mol×ΔH1+0.1 mol×ΔH2)
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15.已知胆矾溶解于水时温度降低,室温时将1 mol无水硫酸铜制成溶液时放出的热量为Q1 kJ,又知胆矾分解的热化学方程式为CuSO4·5H2O(s)═ CuSO4(s)+5H2O(l)ΔH=Q2 kJ·mol-1,则Q1和Q2的关系为( )
A.Q1Q2
C.Q1=Q2 D.无法确定
A
解析 根据题意,可把胆矾溶于水看成两个过程:
过程①吸收热量,1 mol CuSO4·5H2O(s)分解吸收的热量为Q2 kJ;过程②放出热量,1 mol无水硫酸铜制成溶液时放出热量Q1 kJ,但整个过程要使溶液温度降低,说明ΔH>0,则Q2-Q1=ΔH>0,因此Q2>Q1,故答案选A。
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16.化学反应中的能量变化,是由化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时放出的能量不同所致。
(1)键能也可以用于估算化学反应的反应热(ΔH),下表是部分化学键的键能数据:
化学键 P—P键 P—O键 O=O键 P=O键
172 335 498 X
已知白磷的摩尔燃烧焓为2 378.0 kJ·mol-1,白磷完全燃烧的产物结构如图所示,则上表中X=______________。
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解析 白磷燃烧的化学方程式为P4+5O2 P4O10,1 mol P4完全燃烧需断裂6 mol P—P键、5 mol O=O键,形成12 mol P—O键、4 mol P=O键,所以(6 mol×172 kJ·mol-1+5 mol×498 kJ·mol-1)-(12 mol×335 kJ·mol-1+4 mol×X kJ·mol-1)=-2 378.0 kJ,解得X=470。
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(2)1840年,俄国化学家盖斯在分析了许多化学反应热效应的基础上,总结出一条规律:“一个化学反应,不论是一步完成,还是分几步完成,其总的热效应是完全相同的。”这个规律被称为盖斯定律。有些反应的反应热虽然无法直接测得,但可以利用盖斯定律间接计算求得。
①已知:Ⅰ.C(石墨,s)+O2(g)═CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1
Ⅱ.2H2(g)+O2(g)═2H2O(l) ΔH2=-571.6 kJ·mol-1
Ⅲ.2C2H2(g)+5O2(g)═4CO2(g)+2H2O(l) ΔH3=-2 599.2 kJ·mol-1
则由C(石墨,s)和H2(g)反应生成1 mol C2H2(g)的热化学方程式为________________________________________________________。
②已知3.6 g碳在6.4 g的氧气中燃烧,至反应物耗尽,放出x kJ热量。已知单质碳的摩尔燃烧焓ΔH=-y kJ·mol-1,则1 mol C与O2反应生成CO的反应热ΔH为____________________________。
2C(石墨,s)+H2(g)═C2H2(g) ΔH=+226.8 kJ·mol-1
-(5x-0.5y)kJ·mol-1
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设生成的CO的物质的量为a mol,CO2的物质的量为b mol。根据碳元素守恒有a+b=0.3,根据氧元素守恒有a+2b=0.2×2,联立方程,解得a=0.2,b=0.1;单质碳的摩尔燃烧焓为y kJ·mol-1,所以生成0.1 mol CO2放出的热量为0.1 mol×y kJ·mol-1 =0.1y kJ,因此生成0.2 mol CO放出的热量为x kJ-0.1y kJ。由于碳燃烧为放热反应,所以反应热ΔH的符号为“-”,故1 mol C与O2反应生成CO的反应热
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C 级 学科素养拔高练
17.“西气东输”是西部开发的重点工程,这里的“气”是指天然气,其主要成分是甲烷。工业上将C与水在高温下反应制得水煤气,水煤气的主要成分是CO和H2,两者的体积比约为1∶1。
已知:1 mol CO气体完全燃烧生成CO2气体放出283 kJ 热量;1 mol H2完全燃烧生成液态水放出285.8 kJ 热量;1 mol CH4气体完全燃烧生成CO2气体和液态水放出890 kJ热量。
(1)写出H2完全燃烧生成液态水的热化学方程式: _________________________________________;若1 mol CH4气体完全燃烧生成CO2气体和水蒸气,放出的热量_________ (填“>”“=”或“<”)890 kJ。
2H2(g)+O2(g)═2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1
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(2)忽略水煤气中的其他成分,相同状况下(生成CO2和液态水)若得到相等的热量,所需水煤气与甲烷的体积比约为______________;燃烧生成的CO2的质量比约为______________。
(3)以上数据和计算说明,以天然气代替水煤气作民用燃料,突出的优点是________________________________________________________。
3∶1
3∶2
燃烧放出的热量多,减少了CO2的排放量,有利于保护环境
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解析 (1)1 mol H2完全燃烧生成液态水放出285.8 kJ热量,根据热化学方程式的书写要求,则2H2(g)+O2(g)═2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1。因气态水变为液态水要放热,故1 mol CH4完全燃烧生成CO2和水蒸气,放出的热量小于890 kJ。
(3)由(2)中结论可知,使用天然气作为燃料,相同条件下比水煤气燃烧放出的热量多,且减少了CO2的排放,有利于保护环境。分层作业3 原电池的工作原理
A级必备知识基础练
1.对于原电池的电极名称,下列叙述有错误的是( )
A.发生氧化反应的为负极
B.正极为电子流入的一极
C.电解质溶液中阳离子移向负极
D.外电路中电流的方向由正极到负极
2.铜锌原电池工作时,下列叙述不正确的是( )
A.撤掉盐桥不能形成闭合回路,所以不能形成原电池
B.电池总反应为Zn+Cu2+═Zn2++Cu
C.在外电路中,电子从负极流向正极
D.每生成1 mol Cu,通过盐桥的电子为2 mol
3.如图所示装置中,观察到电流计指针发生偏转,M棒变粗,N棒变细。由此判断下表中所列M、N、P物质,其中可以成立的是( )
选项 M N P
A 锌 铜 稀硫酸
B 铜 铁 稀盐酸
C 银 锌 硝酸银溶液
D 锌 铁 硝酸铁溶液
4.茫茫黑夜中,航标灯为航海员指明了方向。航标灯的电源必须长效、稳定。我国科技工作者研制出以铝合金、Pt-Fe合金网为电极材料的海水电池。在这种电池中 ( )
①铝合金是正极
②铝合金是负极
③海水是电解质溶液
④铝合金电极发生还原反应
A.②③ B.②④
C.①③ D.①④
5.如图所示的装置,在铁圈和银圈的焊接处,用一根棉线将其悬吊在盛水的烧杯中,使之平衡。小心地向烧杯中央滴入CuSO4溶液,片刻后可观察到的现象是( )
A.铁圈和银圈左右摇摆不定
B.保持平衡状况
C.铁圈向下倾斜
D.银圈向下倾斜
6.纽扣电池的两极材料分别为锌和氧化银,电解质溶液为KOH溶液。工作时两个电极反应分别为Zn+2OH--2e-═Zn(OH)2、Ag2O+H2O+2e-═2Ag+2OH-,下列说法正确的是( )
A.锌是负极,氧化银是正极
B.锌发生还原反应,氧化银发生氧化反应
C.溶液中OH-向正极移动,K+、H+向负极移动
D.在电池放电过程中,电解质溶液的酸碱性基本保持不变
7.某小组为研究电化学原理,设计如图装置。下列叙述不正确的是( )
A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出
B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为:Cu2++2e-═Cu
C.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色
D.a和b连接时,Cu2+向铁电极移动
8.为了避免锌片与Cu2+直接接触发生反应而影响原电池的放电效率,有人设计了如图装置,按要求回答下列问题:
(1)此装置工作时,可以观察到的现象是___________________________,电池总反应为___________________________。
(2)电池工作时,硫酸锌溶液中S向_________移动,硫酸铜溶液中S向_________移动。
(3)此盐桥内为饱和KCl溶液,盐桥是通过_________的定向移动来导电的。在工作时,Cl-移向_________。
B级关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
9.图1是铜锌原电池示意图。图2中,x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量,y轴表示( )
A.铜棒的质量 B.c(Zn2+)
C.c(H+) D.c(S)
10.如图是一原电池装置,下列有关说法正确的是( )
A.该电池负极反应为Fe2+-e-═Fe3+
B.当有6.02×1023个电子转移时,Fe电极减少56 g
C.石墨电极上发生氧化反应
D.盐桥中K+移向右侧FeCl3溶液
11.图甲和图乙均是双液原电池装置。下列说法不正确的是( )
A.甲中电池总反应的离子方程式为Cd(s)+Co2+(aq)═Co(s)+Cd2+(aq)
B.反应2Ag(s)+Cd2+(aq)═Cd(s)+2Ag+(aq)能够发生
C.盐桥的作用是形成闭合回路,并使两边溶液保持电中性
D.乙中有1 mol Co溶解时,正极析出108 g Ag
12.Mg—AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是( )
A.负极反应为Mg-2e-═Mg2+
B.正极反应为Ag++e-═Ag
C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移
D.负极会发生副反应Mg+2H2O═Mg(OH)2+H2↑
C级学科素养拔高练
13.二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合,原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.该电池放电时质子从电极b移向电极a
B.电极a附近发生的电极反应为SO2+2H2O-2e-═H2SO4+2H+
C.电极b附近发生的电极反应为O2+2H2O+4e-═4OH-
D.相同条件下,放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1
分层作业3 原电池的工作原理
1.C 解析 在原电池中,发生氧化反应的电极为负极,发生还原反应的电极为正极;原电池工作时,其外电路中电子流出的一极为负极,电子流入的一极为正极,电流的方向与电子流动的方向相反;电解质溶液中阳离子移向正极,阴离子移向负极。
2.D 解析 由分析可知,电池工作时,盐桥的作用是构成闭合回路,若撤掉盐桥就不能形成闭合回路,不能形成原电池;原电池总反应为Zn+Cu2+Zn2++Cu;电子从负极沿导线流向正极;电子从负极Zn电极流向正极Cu电极,电子不能通过盐桥。故D错误。
3.C 解析 N棒变细,即N极上发生氧化反应,N棒金属较活泼,A、D不符合题意,由M棒变粗可知,B不符合题意。
4.A 解析 原电池中较活泼的一极为负极,则题给原电池中铝合金为负极,①错,②对。电极在海水中,故海水为电解质溶液,③对。铝合金为负极,发生氧化反应,故④错。
5.D 解析 滴入CuSO4溶液后,形成原电池,Fe作为负极,Ag作为正极,在铁圈上发生反应Fe-2e-Fe2+,使铁圈质量减少;在Ag圈上发生反应Cu2++2e-Cu,生成的Cu附着在银圈上,使银圈质量增加,所以银圈向下倾斜,D正确。
6.A 解析 原电池中,由化合价的变化可知,Zn化合价升高,被氧化,锌作负极,Ag化合价降低,被还原,氧化银作正极,A项正确;原电池中,锌作负极发生氧化反应,氧化银作正极发生还原反应,B项错误;原电池工作时,阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,所以溶液中OH-向负极移动,K+、H+向正极移动,C项错误;将电极反应相加可知总反应为Ag2O+H2O+ZnZn(OH)2+2Ag,反应消耗水,溶液OH-浓度增大,则碱性增强,D项错误。
7.D 解析 a和b不连接时,不能构成原电池。铁与硫酸铜发生置换反应,生成的铜附着在铁片上,A项正确;a和b用导线连接,构成原电池,溶液中的Cu2+得到电子生成铜在铜片上析出,B项正确;无论a和b是否连接,都是铁片不断溶解生成Fe2+,溶液中的Cu2+不断得到电子生成Cu,溶液颜色从蓝色逐渐变成浅绿色,C项正确;a和b连接构成原电池,溶液中铜离子向正极(铜电极)移动,D项错误。
8.答案 (1)锌片逐渐溶解,铜片上有红色物质析出,电流表指针发生偏转 Zn+Cu2+Zn2++Cu
(2)锌电极(或负极) 盐桥
(3)离子 负极区(或ZnSO4溶液)
解析 (1)该装置为铜锌原电池,总反应为Zn+Cu2+Cu+Zn2+,电池工作时,观察到①锌片不断溶解,②铜片上有红色物质析出,③电流表指针发生偏转。
(2)电池工作时,ZnSO4溶液中S向负极或锌电极移动,CuSO4溶液中S向盐桥移动。
(3)盐桥中,K+向正极区或CuSO4溶液移动,Cl-向负极区或ZnSO4溶液移动,这样依靠离子的定向移动形成闭合回路而导电。
9.C 解析 题给装置构成原电池,Zn是负极,Cu是正极。在正极Cu上溶液中的H+获得电子变为氢气,Cu棒的质量不变,A项错误;由于Zn是负极,不断发生反应Zn-2e-Zn2+,所以溶液中c(Zn2+)增大,B项错误;由于反应不断消耗H+,所以溶液的c(H+)逐渐降低,C项正确;S不参加反应,其浓度不变,D项错误。
10.D 解析 根据题意可知,活泼金属Fe为负极,负极电极反应为Fe-2e-Fe2+,发生氧化反应,A、C错误;根据负极电极反应可知,当转移1mol电子时,参与反应的Fe有0.5mol,其质量为28g,B错误;石墨电极为正极,正极反应为Fe3++e-Fe2+,溶液中Fe3+减少,为使FeCl3溶液保持电中性,盐桥中的K+移向右侧FeCl3溶液,D正确。
11.BD 解析 由甲可知Cd的活动性强于Co,由乙可知Co的活动性强于Ag,即Cd的活动性强于Ag,故Ag不能置换出Cd,B项错误;乙中有1molCo发生溶解时,电路中转移2mol 电子,则正极析出2molAg,质量为216g,D项错误。
12.B 解析 分析Mg—AgCl电池可知,负极反应为Mg-2e-Mg2+,正极反应为2AgCl+2e-2Ag+2Cl-,A项正确,B项错误;在原电池的电解质溶液中,阳离子移向正极,阴离子移向负极,C项正确;Mg是活泼金属,能和H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2,D项正确。
13.D 解析 原电池放电时,质子向正极移动,根据题意分析可知电极a为负极,则该电池放电时质子从电极a移向电极b,A项错误;电极a为负极,发生氧化反应,电极反应为SO2+2H2O-2e-S+4H+,硫酸应当拆为离子形式,B项错误;酸性条件下,氧气得电子与氢离子反应生成水,电极b附近发生的电极反应为O2+4H++4e-2H2O,C项错误;电池总反应为2SO2+O2+2H2O2S+4H+,则放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1,D项正确。(共29张PPT)
分层作业6 电解原理的应用
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A 级 必备知识基础练
1.用石墨作为电极电解CuCl2和KCl的混合溶液,电解初期阴极和阳极析出的物质分别是( )
A.H2、Cl2 B.Cu、Cl2 C.H2、O2 D.Cu、O2
B
解析 溶液中的离子有Cu2+、K+、H+、Cl-及OH-五种离子,得电子能力: Cu2+>H+>K+,失电子能力:Cl->OH-,所以电解初期,阴极反应为Cu2++2e-═Cu,阳极反应为2Cl--2e-═Cl2↑,故选B。
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2.图甲为铜锌原电池装置,图乙为电解熔融氯化钠制备金属钠的装置。下列说法正确的是( )
A.甲装置中锌为负极,发生还原反应;铜为正极,发生氧化反应
B.甲装置中盐桥可以使反应过程中溶液保持电中性
C.乙装置中铁极的电极反应:2Na-2e-═2Na+
D.乙装置中B是氯气出口,A是钠出口
B
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解析 在原电池中活泼金属作为负极,发生氧化反应,A项错误;盐桥的作用是调节电荷,使溶液中电荷守恒,B项正确;乙装置中铁作为阴极,电极反应为2Na++2e-═2Na,C项错误;根据图示可知A是氯气出口,B是钠出口,D项错误。
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3.利用如图所示装置,当X、Y选用不同材料时,可将电解原理广泛应用于工业生产。下列说法正确的是( )
A.铜的精炼中,X是粗铜,Y是纯铜
B.为增强铁的抗腐蚀性,X为Fe
C.若Z为NaCl,电解可获得Na
D.Y上发生氧化反应
A
解析 铜的精炼中粗铜为阳极、纯铜为阴极,X是粗铜,Y是纯铜,A正确;为增强铁的抗腐蚀性,铁应该为阴极,Y为Fe,B错误;若Z为NaCl,电解氯化钠溶液可获得氢氧化钠、氯气、氢气,C错误;Y为阴极,发生还原反应,D错误。
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4.欲在金属表面镀银,应把金属镀件作为电镀池的阴极。下列各组中,选用的阳极金属和电镀液均正确的是( )
A.Ag和AgCl溶液 B.Ag和AgNO3溶液
C.Pt和Ag2CO3溶液 D.Pt和Ag2SO4溶液
B
解析 电镀槽中,要求镀件作为阴极,可用镀层金属作为阳极,电镀液通常采用含有镀层金属离子的盐溶液,由于A、C、D项中AgCl、Ag2CO3和Ag2SO4均为沉淀,只有B项符合要求。
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5.用下图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为9~10,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是
( )
A.用石墨作为阳极,铁作为阴极
B.阳极的电极反应:Cl-+2OH--2e-═ClO-+H2O
C.阴极的电极反应:2H2O+2e-═H2↑+2OH-
D.除去CN-的反应:2CN-+5ClO-+2H+═N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O
D
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解析 若铁作为阳极,则铁失电子生成Fe2+,则无法除去CN-,故铁只能作为阴极,A项正确;Cl-要生成ClO-,Cl元素的化合价升高,故Cl-在阳极发生氧化反应,又已知该溶液为碱性条件,B项正确;阳离子在电解池的阴极得电子发生还原反应,碱性条件下,H2O提供阳离子H+,C项正确;由于溶液是碱性条件,故除去CN-发生的反应为2CN-+5ClO-+H2O═N2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-,D项错误。
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6.串联电路中四个电解池分别装有0.5 mol·L-1的下列溶液,用惰性电极电解,连接直流电源一段时间后,溶液pH最小的是( )
A.KNO3溶液 B.NaCl溶液
C.AgNO3溶液 D.CuCl2溶液
C
解析 电解KNO3溶液一段时间后,溶液仍呈中性;电解NaCl溶液一段时间后,由于产生了NaOH,溶液呈碱性;电解AgNO3溶液一段时间后,由于产生了HNO3,溶液呈酸性;电解CuCl2溶液生成Cu和Cl2,Cl2溶于水生成HCl和HClO使溶液酸性增强,但其溶液酸性弱于HNO3溶液,因此pH最小的为C。
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7.如图是电解饱和氯化钠溶液(含酚酞)的装置。
收集有毒气体的装置省略没有画出,两电极均是惰性电极。
(1)a电极的名称是_________________。
(2)电解过程中观察到的现象是__________________________________。
(3)鉴定N出口的气体最简单的方法是____________________________。
(4)电解总反应的离子方程式为__________________________________。
(5)若将b电极换成铁电极,写出在电解过程中U形管底部出现的现象: __________________________________________________________。
阴极
两极均有气泡产生;a极区溶液变成红色;b极液面上气体为黄绿色;b极区溶液变为浅黄绿色
用湿润的淀粉碘化钾试纸靠近N出口,试纸变蓝则说明是Cl2
底部有白色沉淀产生,迅速变为灰绿色,最终变为红褐色
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解析 根据电子的流向可知,a电极连接的是直流电源电子流出的一极,因此a电极是电解池的阴极,b电极为电解池的阳极,b电极产物为Cl2,检验Cl2的方法是用湿润的淀粉碘化钾试纸靠近N出口,试纸变蓝即说明是Cl2。当将b极改为铁电极时,铁失去电子变成阳离子进入溶液,与阴极放出H2后剩余的OH-结合生成Fe(OH)2沉淀,Fe(OH)2不稳定,迅速变为灰绿色,最终转化为红褐色的Fe(OH)3沉淀。
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B 级 关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
8.如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图,下列有关说法不正确的是
( )
A.装置中出口①处的物质是氯气,出口②处的物质是氢气
B.该离子交换膜只能让阳离子通过,不能让阴离子通过
C.装置中发生反应的离子方程式为Cl-+2H+ Cl2↑+H2↑
D.该装置是将电能转化为化学能
C
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解析 由题图看出①处为电解池阳极产生氯气,②处为电解池阴极产生氢气, A正确;该离子交换膜只能让阳离子通过,不能让阴离子通过,能防止氯气与碱反应,且在阴极区得到浓度较高的烧碱溶液,B正确;电解饱和食盐水的离子方程式应为2Cl-+2H2O H2↑+Cl2↑+2OH-,C错误;电解装置是将电能转化为化学能的装置,D正确。
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9.用含少量银和锌的粗铜作阳极、纯铜作阴极、硫酸铜溶液作电解液,电解一段时间后,阳极质量减少了x g(不考虑进入阳极泥的质量),则下列说法正确的是( )
A.电解质溶液质量增加x g
B.阴极质量增加x g
C.若阴极质量增加a g,则a>x
D.若阴极质量增加b g,则bD
解析 由题意可知,阳极上先发生反应Zn-2e-═Zn2+,阴极电极反应为Cu2++2e-═Cu,当阳极上Zn失电子生成Zn2+时,阴极上Cu2+得电子生成Cu,则阴极上增加的质量小于阳极上减少的质量。
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10.将1 L含0.4 mol CuSO4和0.4 mol NaCl的水溶液用惰性电极电解一段时间后,在一个电极上得到0.3 mol铜,则在另一个电极上析出的气体在标准状况下的体积是( )
A.5.6 L B.6.72 L C.13.44 L D.11.2 L
A
解析 根据题意可知,阴极上0.3 mol Cu2+得到0.6 mol电子,则阳极失去电子的物质的量也应为0.6 mol,根据阳极的电极反应:
2Cl- - 2e-═ Cl2↑
0.4 mol 0.4 mol 0.2 mol
4OH--4e-═2H2O+O2↑
0.2 mol 0.05 mol
则得到Cl2和O2共0.25 mol,在标准状况下的体积为5.6 L。
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11.用惰性电极电解CuSO4和KNO3的混合溶液500 mL,经过一段时间后,两极均得到标准状况下11.2 L的气体,则原混合液中CuSO4的物质的量浓度为
( )
A.0.5 mol·L-1 B.0.8 mol·L-1
C.1.0 mol·L-1 D.1.5 mol·L-1
C
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12.高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4,其工作原理如图所示,两端隔室中的离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是( )
A.阳极的电极反应:
B.甲溶液可循环利用
C.离子交换膜a是阴离子交换膜
D.当电路中通过2 mol电子时,会有1 mol H2生成
C
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解析 A项,阳极发生氧化反应,电极反应为 ,正确; B项,阴极发生还原反应,水电离出的H+放电生成H2,剩余OH-,甲溶液为浓的氢氧化钠溶液,可循环利用,正确;C项,电解池中阳离子向阴极移动,通过离子交换膜a的是Na+,故a为阳离子交换膜,错误;D项,阴极发生还原反应,电极反应为2H++2e-═H2↑,当电路中通过2 mol电子时,会有1 mol H2生成,正确。
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13.如图所示,其中甲池的总反应为2CH3OH+3O2+4KOH═2K2CO3+6H2O。下列说法正确的是( )
A.甲池是电能转化为化学能的装置,乙、丙池是化学能转化为电能的装置
B.甲池通入CH3OH的电极反应为
C.反应一段时间后,向乙池中加入一定量Cu(OH)2固体能使CuSO4溶液恢复到原浓度
D.甲池中消耗280 mL(标准状况下)O2,此时丙池中理论上最多产生1.45 g固体
BD
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14.下图装置中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极,电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后,在c、d两电极上共收集到336 mL(标准状况)气体。请回答下列问题。
(1)直流电源中,M为_______极。
(2)Pt电极上生成的物质是___________,其质量为___________g。
(3)电源输出电子的物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为4∶___________∶___________∶___________。
(4)AgNO3溶液的浓度___________(填“增大”“减小”或“不变”,下同),硫酸的浓度___________。
(5)若硫酸的质量分数由5.00%变为5.02%,则原有5.00%的硫酸________g。
正
Ag
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不变
增大
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解析 (1)电解5.00%的稀硫酸,实际上是电解其中的水。因此在该电解池中发生反应:2H2O 2H2↑+O2↑,V(H2)∶V(O2)=2∶1。由题图可知d极与c极产生的气体体积之比约为2∶1,据此可确定d极为阴极,则电源的N极为负极,M极为正极。
(2)在336 mL气体中,V(H2)= ×336 mL=224 mL,则n(H2)=0.01 mol;V(O2)= ×336 mL=112 mL,则n(O2)=0.005 mol。说明电路中转移了0.02 mol电子,因此在b极产生Ag的质量为0.02 mol×108 g·mol-1=2.16 g。
(3)根据前面的分析可知n(e-)∶n(Ag)∶n(O2)∶n(H2)= 0.02∶0.02∶0.005∶0.01=4∶4∶1∶2。
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(4)由Ag(阳)电极、Pt(阴)电极和AgNO3溶液组成的电镀池,在通电一定时间后,在Pt电极上放电所消耗溶液中Ag+的物质的量等于Ag电极失电子给溶液补充的Ag+的物质的量,因此AgNO3溶液的浓度不变。电解5.00%的硫酸溶液,由于其中的水发生电解,水的量减少,因此硫酸浓度增大。
(5)设原5.00%的硫酸的质量为x,电解时消耗水的质量为0.01 mol×18 g·mol-1=0.18 g,则5.00%x=5.02%(x-0.18 g),解得x=45.18 g。
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C 级 学科素养拔高练
15.钴酸锂等正极材料的发现助推了锂离子电池商业化的进程,对电池的性能起着决定性的作用。钴酸锂电池是目前用量最大的锂离子电池,用它作电源按如图装置进行电解。通电后,a电极上一直有气泡产生;d电极附近先出现白色沉淀(CuCl),后白色沉淀逐渐转变成橙黄色沉淀(CuOH)。下列有关叙述正确的是( )
A.已知钴酸锂电池放电时总反应为Li1-xCoO2+LixC6═LiCoO2+6C,则LCoO2在负极反应,失电子
B.当外电路中转移0.2 mol电子时,电极b处有2.24 L Cl2生成
C.电极d为阴极,电解开始时的电极反应为Cu+Cl--e-═CuCl
D.随着电解的进行,U形管Ⅱ中发生了如下转化CuCl+OH-═CuOH+Cl-
D
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解析 LixC6中C元素为负价,根据电池总反应可知,LixC6在负极反应,则
Li1-xCoO2在正极反应,得电子,故A错误;没有说明是否为标准状况,因此无法直接计算生成氯气的体积,故B错误;d电极发生的变化Cu→CuCl是氧化反应,故d极为阳极,d极反应为Cu+Cl--e-═CuCl,故C错误;d电极先产生白色沉淀(CuCl),白色沉淀逐渐转变成橙黄色沉淀(CuOH),发生的反应为CuCl+OH-═CuOH+Cl-,故D正确。
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16.如图装置所示,C、D、E、F、X、Y都是惰性电极,甲、乙装置中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前、后溶液体积不变),A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后,F电极附近呈红色。
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请回答:
(1)B极是电源的____________,一段时间后,甲装置中溶液颜色_________,丁装置中X电极附近的颜色逐渐变浅,Y电极附近的颜色逐渐变深,这表明__________________________,在电场作用下向Y电极移动。
(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时,对应单质的物质的量之比为_________________。
(3)现用丙装置给铜件镀银,则H应该是________ (填“镀层金属”或“镀件”),电镀液是_________溶液。常温下,当乙装置中溶液的pH是13时(此时乙溶液体积为500 mL),丙装置中镀件上析出银的质量为___________,甲装置中溶液的pH__________ (填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)若将C电极换为铁,其他装置都不变,则甲装置中发生的总反应的离子方程式是________________________________。
负极
逐渐变浅
氢氧化铁胶体粒子带正电荷
1∶2∶2∶2
镀件
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5.4 g
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解析 (1)将直流电源接通后,F电极附近呈红色,说明F电极是阴极,E电极是阳极,则A为电源正极,B为电源负极。甲装置中因Cu2+放电使溶液颜色变浅。丁装置中Y电极附近颜色变深,说明Fe(OH)3胶体粒子向阴极移动,即Fe(OH)3胶体粒子带正电荷。
(2)C、D、E、F的电极产物分别为O2、Cu、Cl2、H2,由于电路中通过的电量相等,因此其物质的量之比为1∶2∶2∶2。
(3)乙装置中溶液pH=13,生成的n(NaOH)=0.1 mol·L-1×0.5 L=0.05 mol,电路中通过的电子的物质的量为0.05 mol,所以丙装置中镀件上析出银的质量为0.05 mol×108 g·mol-1=5.4 g。
(4)当活泼金属为阳极时,金属先于溶液中的阴离子放电而溶解,故甲装置中发生的总反应的离子方程式为Fe+Cu2+ Fe2++Cu。(共29张PPT)
分层作业7 金属的腐蚀与防护
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A 级 必备知识基础练
1.下列关于金属腐蚀的叙述正确的是( )
A.金属被腐蚀的本质是M+nH2O═M(OH)n+
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
C
解析 金属腐蚀包括化学腐蚀和电化学腐蚀,其本质为M-ne-═Mn+,A错误;镀锡铁镀层破损后Sn、Fe构成原电池,铁先被腐蚀,主要发生反应Fe-2e-═Fe2+,B错误;常温下,置于空气中的金属主要发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀,难以和非金属单质等反应发生化学腐蚀,C正确,D错误。
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2.2024年的奥运会将在法国巴黎举行,沙滩排球比赛场地将设在埃菲尔铁塔前的战神广场,埃菲尔铁塔为钢铁结构,使用了250万个铆钉和近两万块铁片,以下说法不正确的是( )
A.连接铁片的铆钉应该用铜质的
B.为了减缓钢铁生锈,工人们在铁塔表面涂上一层特制的油漆
C.巴黎的气候比较潮湿,比干燥的环境更易引起钢铁的生锈
D.可以在铁塔上镶嵌锌片,减慢钢铁的腐蚀速率
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解析 连接铁片的铆钉若用铜质的,由于铁比铜的性质活泼,铜为原电池正极,铁为原电池负极,会导致铁制品本身被腐蚀,故A错误;在铁塔表面涂上一层特制的油漆,可以隔绝空气中的氧气,能有效保护金属,故B正确;潮湿环境比干燥环境更易引起钢铁的吸氧腐蚀,故C正确;在铁塔上镶嵌锌片,利用的是牺牲阳极保护法,铁为原电池的正极被保护,锌为原电池负极,因此能够减慢钢铁的腐蚀速率,故D正确。
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3.(2023江苏南通高二期末统考)保护钢铁有利于节约资源、保护环境,下列钢铁的保护方法中不正确的是( )
A.铁栅栏上涂上油漆 B.铁闸与直流电源正极相连
C.轮船底部焊接镁块 D.家用铁锅水洗后及时擦干
B
解析 铁栅栏上涂上油漆可以防止铁与碳形成原电池,有利于减缓铁栅栏的腐蚀,保护方法正确,故A不符合题意;与直流电源正极相连的铁闸为电解池的阳极,会加快铁闸的腐蚀,保护方法不正确,故B符合题意;轮船底部焊接镁块,铁、镁在溶液中形成原电池,镁为原电池的负极被损耗,铁为正极被保护,保护方法正确,故C不符合题意;家用铁锅水洗后及时擦干可以防止铁与碳形成原电池,有利于减缓铁锅的腐蚀,保护方法正确,故D不符合题意。
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4.下列与金属腐蚀有关的说法正确的是( )
A.图a中,插入海水中的铁棒,越靠近底端腐蚀越严重
B.图b中,开关与M断开而连接N时,Cu-Zn合金的腐蚀速率减小
C.图c中,接通开关时Zn腐蚀速率增大,Zn上放出气体的速率也增大
D.图d中,Zn-MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
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解析 题图a中,液面处氧气的浓度大且与海水接触,故在液面处铁棒腐蚀最严重,A错误;题图b中,开关与M断开而连接N时,由于Zn比Cu活泼,Cu-Zn合金的腐蚀速率减小,B正确;题图c中,接通开关后,形成原电池,Zn腐蚀速率增大,H+在Pt电极上放电产生H2,C错误;题图d中,干电池自放电腐蚀是由NH4Cl产生的H+得电子引起的,D错误。
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5.我国有多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象,在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀,防护原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.通电时,锌环是阳极,发生氧化反应
B.通电时,阴极上的电极反应为2H2O+2e-═H2↑+2OH-
C.断电时,锌环上的电极反应为Zn2++2e-═Zn
D.断电时,仍能防止铁帽被腐蚀
C
解析 锌环与电源的正极相连,为阳极,阴极水电离产生的H+放电生成H2,A、B均正确;断电时,Zn比铁活泼,为负极,电极反应为Zn-2e-═Zn2+,铁仍受到保护,C错误,D正确。
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6.下列情形中,相同材质的铁最不易被腐蚀的是( )
C
解析 题图中的铁勺和铜盆以及食醋一同构成原电池,铁勺为原电池的负极,发生氧化反应,腐蚀较快,A项错误;铁为负极、合金中的碳等材料为正极,食盐水为电解质溶液,形成原电池,铁发生电化学腐蚀,B项错误;铁球表面有铜镀层,内部铁不与食盐水接触,可以起到防腐蚀的作用,C项正确;酸雨为电解质溶液,可以和金属铁反应,金属铁发生化学腐蚀,D项错误。
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7.支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示。其中高硅铸铁为惰性辅助电极。下列有关表述不正确的是
( )
A.通入保护电流使钢管桩表面的腐蚀电流接近于零
B.通电后,外电路电子从高硅铸铁流向钢管桩
C.高硅铸铁的作用是作为阳极材料被损耗和传递电流
D.该保护装置属于电解池
C
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解析 钢管桩作为被保护的阴极,外加电流使得其表面腐蚀发生的电子迁移得到抑制,使其表面腐蚀电流接近于零,从而避免或减弱腐蚀的发生,故A正确;高硅铸铁作为阳极,电子经导线流入电源正极,再从电源负极经导线流入阴极,即被保护的钢管桩,故B正确;高硅铸铁为惰性辅助阳极,不会损耗,而是由海水中的Cl-在阳极失去电子发生氧化反应,故C错误;用外加电流阴极保护法进行防腐,属于电解池装置,故D正确。
【易错提醒】解答本题应注意理解“高硅铸铁为惰性辅助阳极”,即相当于惰性电极,反应过程中高硅铸铁本身不发生反应,应该是海水中的Cl-放电发生氧化反应。
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8.某城市为了减少钢管因锈蚀而造成的损失,拟用如图所示方法保护埋在酸性土壤中的钢管。下列有关说法正确的是( )
A.在潮湿的酸性土壤中钢管主要发生吸氧腐蚀
B.在潮湿的酸性土壤中金属棒M中的电子通过导线流向钢管
C.在潮湿的酸性土壤中H+向金属棒M移动,抑制H+与铁的反应
D.钢管与金属棒M也可用导线分别连接直流电源正、负极以达到减缓腐蚀钢管的目的
B
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解析 在酸性环境下,钢铁主要发生析氢腐蚀,A项错误;金属棒M、钢管在酸性土壤中形成原电池,其中金属棒M为负极,失去电子,失去的电子通过导线流向钢管,钢管为正极被保护,B项正确;在潮湿的酸性土壤中,存在大量H+,H+移动到正极上得电子被还原,即移动到钢管上得电子,抑制H+与铁的反应,C项错误;若钢管与金属棒M用导线分别连接直流电源正、负极,则钢管为阳极,使腐蚀速率加快,D项错误。
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9.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,设计了如下图所示的快速、易行的方法:
首先检查制取氧气的装置的气密性,然后按上图连接好装置,点燃酒精灯给药品加热,持续加热3 min左右后,观察到的实验现象为:①直形管B中干燥的团状铁丝表面依然光亮,没有发生锈蚀;②直形管B中潮湿的团状铁丝表面颜色变得灰暗,发生锈蚀;③烧杯中潮湿的团状铁丝表面依然光亮。试回答下列问题:
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(1)由于与金属接触的介质不同,金属腐蚀分成不同的类型,本实验中铁生锈属于___________ (填“化学腐蚀”或“电化学腐蚀”)。能表示其原理的电极反应为___________________________________________________。
(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,铁生锈的条件为_________________。决定铁生锈快慢的一个重要因素是_________________。
电化学腐蚀
负极:2Fe-4e-═2Fe2+,正极:2H2O+O2+4e-═4OH-
球形干燥管
碱石灰(或无水CaCl2)
干燥O2
与O2和水接触
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解析 (1)根据题中环境可知铁的腐蚀属于电化学腐蚀。该过程中负极电极反应为2Fe-4e-═2Fe2+,正极电极反应为2H2O+O2+4e-═4OH-。
(2)仪器A是球形干燥管,其中的药品干燥剂可以是碱石灰或无水CaCl2,作用是干燥O2。
(3)根据实验可知,铁生锈的条件是必须与O2和水接触;且铁生锈的快慢取决于氧气浓度的大小。
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B 级 关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
10.下列关于装置图的说法正确的是( )
A.装置①中K键闭合时,片刻后CuSO4溶液中c(Cl-)增大
B.装置①中K键闭合时,片刻后可观察到滤纸a附近变红色
C.装置②中铁腐蚀的速率由大到小的顺序是只闭合K1>只闭合K3>只闭合K2>都断开
D.装置③中当铁制品上析出1.6 g铜时,电源负极输出的电子数为0.025NA
B
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解析 装置①K键闭合后,形成原电池,锌为负极,铜为正极,原电池中阴离子向负极移动,则Cl-向ZnSO4溶液移动,A项错误;装置①中K键闭合时,a极为阴极,阴极水电离产生的H+放电生成H2,同时生成OH-能使酚酞溶液变红,所以a附近变红色,B项正确;Fe为阳极被腐蚀,为阴极被保护,所以铁腐蚀的速率由大到小的顺序是只闭合K1>只闭合K3>都断开>只闭合K2,C项错误;装置③中铁制品上发生的反应为Cu2++2e-═Cu,析出1.6 g铜即0.025 mol 时,电源负极输出的电子数为0.05NA,D项错误。
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11.一定条件下,碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下,下列说法不正确的是( )
pH 2 4 6 6.5 8 13.5 14
腐蚀快慢 较快 慢 较快 主要产物 Fe2+ Fe3O4 Fe2O3 A.在pH>14的溶液中,碳钢腐蚀的正极反应为O2+4H++4e-═2H2O
B.在pH<4的溶液中,碳钢主要发生析氢腐蚀
C.在pH>6的溶液中,碳钢主要发生吸氧腐蚀
D.在煮沸除氧气的碱性溶液中,碳钢腐蚀速率会加快
AD
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解析 pH>14的溶液为碱性,正极反应为O2+2H2O+4e-═4OH-,故A项错误; pH<4的溶液为酸性溶液,碳钢主要发生析氢腐蚀,正极反应为2H++2e-═H2↑,故B项正确;pH>6的溶液中,碳钢主要发生吸氧腐蚀,正极反应为O2+2H2O+4e-═4OH-,故C项正确;在碱性溶液中碳钢发生吸氧腐蚀,煮沸除氧气后,腐蚀速率会减慢,故D项错误。
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12.利用如图装置,完成很多电化学实验。下列有关此装置的叙述正确的是
( )
A.若X为镁棒,Y为NaCl溶液,开关K置于M处,铁表面因积累大量电子而被保护
B.若X为碳棒,Y为NaCl溶液,开关K置于N处,可加快铁的腐蚀
C.若X为碳棒,开关K置于M处,与海水相比,当Y为河水时,Fe腐蚀快
D.若X为铜棒,Y为硫酸铜溶液,开关K置于N处,可用于铁表面镀铜,溶液中铜离子浓度将减小
A
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解析 若X为镁棒,Y为NaCl溶液,开关K置于M处,则构成原电池,由于金属活动性:Mg>Fe,则Mg为负极,失去电子,被氧化变为金属阳离子进入溶液,电子由导线经外电路流向正极Fe,铁表面因积累大量电子而被保护,A正确;若X为碳棒,Y为NaCl溶液,开关K置于N处,装置为电解池,X为阳极,Fe棒为阴极,铁表面因积累大量电子而得到保护,B错误;若X为碳棒,开关K置于M处,当Y为河水或海水时,均构成原电池,Fe为负极,被腐蚀。由于河水中离子浓度比海水小,溶液导电能力弱,因此相对海水,Fe在河水中腐蚀要慢些,C错误;若X为铜棒,Y为硫酸铜溶液,开关K置于N处,装置为电解池,Cu为阳极,被氧化变为Cu2+进入溶液,在阴极Fe上,溶液中的Cu2+得到电子被还原,因此可用于铁表面镀铜,但溶液中Cu2+浓度不变,D错误。
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13.某同学利用如图所示装置探究金属的腐蚀与防护条件{已知Fe2+遇K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色沉淀}。
下列说法不合理的是( )
A.①区Cu电极上产生气泡,Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液后出现蓝色沉淀,Fe被腐蚀
B.②区Cu电极附近滴加酚酞后变成红色,Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色沉淀,Fe被腐蚀
C.③区Zn电极的电极反应为Zn-2e-═Zn2+,Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液未出现蓝色沉淀,Fe被保护
D.④区Zn电极的电极反应为2H2O+2e-═H2↑+2OH-,Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色沉淀,Fe被腐蚀
A
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解析 ①区发生吸氧腐蚀,Cu为正极,电极反应为O2+2H2O+4e-═4OH-,Cu电极上不产生气泡,A项错误;②区Cu为阴极,电极反应为2H2O+2e-═ H2↑+2OH-,Cu电极附近溶液碱性增强,滴加酚酞后变成红色,Fe为阳极,被腐蚀,电极反应为Fe-2e-═Fe2+,Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色沉淀,B项正确;③区Zn为负极,电极反应为Zn-2e-═Zn2+,Fe为正极,被保护,C项正确;④区Zn为阴极,电极反应为2H2O+2e-═H2↑+2OH-,Fe为阳极,被腐蚀,电极反应为Fe-2e-═Fe2+,Fe电极附近滴加
K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色沉淀,D项正确。
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C 级 学科素养拔高练
14.铁是用途最广的金属材料之一,但生铁易生锈。请讨论电化学实验中有关铁的性质。
(1)①某原电池装置如下图所示,右侧烧杯中的电极反应为_____________,左侧烧杯中的c(Cl-)____________(填“增大”“减小”或“不变”)。
2H++2e-═H2↑
增大
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②已知下列甲、乙两装置的总反应均为Fe+H2SO4═FeSO4+H2↑,且在同侧电极(指均在“左电极”或“右电极”)产生H2。请在两池上标出电极材料(填“Fe”或“石墨”)。
Fe
石墨
Fe
石墨
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解析 ①原电池反应中Fe作为负极,石墨作为正极,右侧电极反应为2H++2e-═H2↑。由于平衡电荷的需要,盐桥中的Cl-向负极迁移,故NaCl溶液中c(Cl-)增大。
②装置乙是电解装置,阴极(右侧)产生H2,同时根据总反应可知Fe只能作为阳极(左侧)。由已知条件知,在装置甲中,Fe作为原电池的负极,在左侧,石墨作原电池的正极,在右侧。
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(2)下列丙图反应过程中,易生锈的是_____ (填“a”或“b”)点。丁图所示实验过程中可观察到的实验现象是_________________________________。
a
生铁屑表面生成红棕色锈斑,试管内液面上升
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解析 丙图实验过程中由于a点既与电解质溶液接触,又与空气接触,故a点易生锈。丁图所示实验过程中铁屑发生吸氧腐蚀,负极反应为Fe-2e-═Fe2+,正极反应为O2+4e-+2H2O═4OH-,生成的离子继续发生反应:Fe2++2OH-═ Fe(OH)2,4Fe(OH)2+O2+2H2O═4Fe(OH)3,2Fe(OH)3═Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O,由整个反应来看,最终铁屑表面会生成红棕色的铁锈,由于反应消耗氧气,因此试管内液面上升。(共23张PPT)
分层作业3 原电池的工作原理
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A 级 必备知识基础练
1.对于原电池的电极名称,下列叙述有错误的是( )
A.发生氧化反应的为负极
B.正极为电子流入的一极
C.电解质溶液中阳离子移向负极
D.外电路中电流的方向由正极到负极
C
解析 在原电池中,发生氧化反应的电极为负极,发生还原反应的电极为正极;原电池工作时,其外电路中电子流出的一极为负极,电子流入的一极为正极,电流的方向与电子流动的方向相反;电解质溶液中阳离子移向正极,阴离子移向负极。
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2.铜锌原电池工作时,下列叙述不正确的是( )
A.撤掉盐桥不能形成闭合回路,所以不能形成原电池
B.电池总反应为Zn+Cu2+═Zn2++Cu
C.在外电路中,电子从负极流向正极
D.每生成1 mol Cu,通过盐桥的电子为2 mol
D
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解析 由分析可知,电池工作时,盐桥的作用是构成闭合回路,若撤掉盐桥就不能形成闭合回路,不能形成原电池;原电池总反应为Zn+Cu2+═Zn2++Cu;电子从负极沿导线流向正极;电子从负极Zn电极流向正极Cu电极,电子不能通过盐桥。故D错误。
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3.如图所示装置中,观察到电流计指针发生偏转,M棒变粗,N棒变细。由此判断下表中所列M、N、P物质,其中可以成立的是( )
选项 M N P
A 锌 铜 稀硫酸
B 铜 铁 稀盐酸
C 银 锌 硝酸银溶液
D 锌 铁 硝酸铁溶液
C
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解析 N棒变细,即N极上发生氧化反应,N棒金属较活泼,A、D不符合题意,由M棒变粗可知,B不符合题意。
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4.茫茫黑夜中,航标灯为航海员指明了方向。航标灯的电源必须长效、稳定。我国科技工作者研制出以铝合金、Pt-Fe合金网为电极材料的海水电池。在这种电池中( )
①铝合金是正极
②铝合金是负极
③海水是电解质溶液
④铝合金电极发生还原反应
A.②③ B.②④ C.①③ D.①④
A
解析 原电池中较活泼的一极为负极,则题给原电池中铝合金为负极,①错,②对。电极在海水中,故海水为电解质溶液,③对。铝合金为负极,发生氧化反应,故④错。
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5.如图所示的装置,在铁圈和银圈的焊接处,用一根棉线将其悬吊在盛水的烧杯中,使之平衡。小心地向烧杯中央滴入CuSO4溶液,片刻后可观察到的现象是( )
A.铁圈和银圈左右摇摆不定
B.保持平衡状况
C.铁圈向下倾斜
D.银圈向下倾斜
D
解析 滴入CuSO4溶液后,形成原电池,Fe作为负极,Ag作为正极,在铁圈上发生反应Fe-2e-═Fe2+,使铁圈质量减少;在Ag圈上发生反应Cu2++2e-═Cu,生成的Cu附着在银圈上,使银圈质量增加,所以银圈向下倾斜,D正确。
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6.纽扣电池的两极材料分别为锌和氧化银,电解质溶液为KOH溶液。工作时两个电极反应分别为Zn+2OH--2e-═Zn(OH)2、Ag2O+H2O+2e-═2Ag+2OH-,下列说法正确的是( )
A.锌是负极,氧化银是正极
B.锌发生还原反应,氧化银发生氧化反应
C.溶液中OH-向正极移动,K+、H+向负极移动
D.在电池放电过程中,电解质溶液的酸碱性基本保持不变
A
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解析 原电池中,由化合价的变化可知,Zn化合价升高,被氧化,锌作负极,Ag化合价降低,被还原,氧化银作正极,A项正确;原电池中,锌作负极发生氧化反应,氧化银作正极发生还原反应,B项错误;原电池工作时,阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,所以溶液中OH-向负极移动,K+、H+向正极移动,C项错误;将电极反应相加可知总反应为Ag2O+H2O+Zn═Zn(OH)2+2Ag,反应消耗水,溶液OH-浓度增大,则碱性增强,D项错误。
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7.某小组为研究电化学原理,设计如图装置。下列叙述不正确的是( )
A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出
B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为:Cu2++2e-═Cu
C.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色
D.a和b连接时,Cu2+向铁电极移动
D
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解析 a和b不连接时,不能构成原电池。铁与硫酸铜发生置换反应,生成的铜附着在铁片上,A项正确;a和b用导线连接,构成原电池,溶液中的Cu2+得到电子生成铜在铜片上析出,B项正确;无论a和b是否连接,都是铁片不断溶解生成Fe2+,溶液中的Cu2+不断得到电子生成Cu,溶液颜色从蓝色逐渐变成浅绿色,C项正确;a和b连接构成原电池,溶液中铜离子向正极(铜电极)移动,D项错误。
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8.为了避免锌片与Cu2+直接接触发生反应而影响原电池的放电效率,有人设计了如图装置,按要求回答下列问题:
(1)此装置工作时,可以观察到的现象是_____________________________,电池总反应为___________________________。
(2)电池工作时,硫酸锌溶液中向________________移动,硫酸铜溶液中 向_________移动。
(3)此盐桥内为饱和KCl溶液,盐桥是通过_________的定向移动来导电的。在工作时,Cl-移向_______________________。
锌片逐渐溶解,铜片上有红色物质析出,电流表指针发生偏转
Zn+Cu2+═Zn2++Cu
锌电极(或负极)
盐桥
离子
负极区(或ZnSO4溶液)
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解析 (1)该装置为铜锌原电池,总反应为Zn+Cu2+═Cu+Zn2+,电池工作时,观察到①锌片不断溶解,②铜片上有红色物质析出,③电流表指针发生偏转。
(3)盐桥中,K+向正极区或CuSO4溶液移动,Cl-向负极区或ZnSO4溶液移动,这样依靠离子的定向移动形成闭合回路而导电。
(2)电池工作时,ZnSO4溶液中 向负极或锌电极移动,CuSO4溶液中 向盐桥移动。
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B 级 关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
9.图1是铜锌原电池示意图。图2中,x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量,y轴表示( )
A.铜棒的质量 B.c(Zn2+)
C.c(H+) D.c( )
C
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解析 题给装置构成原电池,Zn是负极,Cu是正极。在正极Cu上溶液中的H+获得电子变为氢气,Cu棒的质量不变,A项错误;由于Zn是负极,不断发生反应Zn-2e-═Zn2+,所以溶液中c(Zn2+)增大,B项错误;由于反应不断消耗H+,所以溶液的c(H+)逐渐降低,C项正确; 不参加反应,其浓度不变,D项错误。
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10.如图是一原电池装置,下列有关说法正确的是( )
A.该电池负极反应为Fe2+-e-═Fe3+
B.当有6.02×1023个电子转移时,Fe电极减少56 g
C.石墨电极上发生氧化反应
D.盐桥中K+移向右侧FeCl3溶液
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解析 根据题意可知,活泼金属Fe为负极,负极电极反应为Fe-2e-═Fe2+,发生氧化反应,A、C错误;根据负极电极反应可知,当转移1 mol电子时,参与反应的Fe有0.5 mol,其质量为28 g,B错误;石墨电极为正极,正极反应为Fe3++e-═Fe2+,溶液中Fe3+减少,为使FeCl3溶液保持电中性,盐桥中的K+移向右侧FeCl3溶液,D正确。
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11.图甲和图乙均是双液原电池装置。下列说法不正确的是( )
A.甲中电池总反应的离子方程式为Cd(s)+Co2+(aq)═Co(s)+Cd2+(aq)
B.反应2Ag(s)+Cd2+(aq)═Cd(s)+2Ag+(aq)能够发生
C.盐桥的作用是形成闭合回路,并使两边溶液保持电中性
D.乙中有1 mol Co溶解时,正极析出108 g Ag
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解析 由甲可知Cd的活动性强于Co,由乙可知Co的活动性强于Ag,即Cd的活动性强于Ag,故Ag不能置换出Cd,B项错误;乙中有1 mol Co发生溶解时,电路中转移2 mol 电子,则正极析出2 mol Ag,质量为216 g,D项错误。
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12.Mg—AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是( )
A.负极反应为Mg-2e-═Mg2+
B.正极反应为Ag++e-═Ag
C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移
D.负极会发生副反应Mg+2H2O═Mg(OH)2+H2↑
B
解析 分析Mg—AgCl电池可知,负极反应为Mg-2e-═Mg2+,正极反应为2AgCl+2e-═2Ag+2Cl-,A项正确,B项错误;在原电池的电解质溶液中,阳离子移向正极,阴离子移向负极,C项正确;Mg是活泼金属,能和H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2,D项正确。
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C 级 学科素养拔高练
13.二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合,原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.该电池放电时质子从电极b移向电极a
B.电极a附近发生的电极反应为SO2+2H2O-2e-═H2SO4+2H+
C.电极b附近发生的电极反应为O2+2H2O+4e-═4OH-
D.相同条件下,放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1
D
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13分层作业1 化学反应的反应热、焓变
A级 必备知识基础练
1.下列说法正确的是( )
A.物质发生化学反应都伴随着能量变化
B.伴有能量变化的物质变化都是化学变化
C.在一个确定的化学反应关系中,反应物的总能量与反应产物的总能量一定相同
D.在一个确定的化学反应关系中,反应物的总能量总是高于反应产物的总能量
2.如图是化学反应中物质变化和能量变化的示意图。若E1>E2,则下列反应符合该示意图的是( )
A.NaOH溶液与稀盐酸的反应
B.锌与稀盐酸的反应
C.氢氧化钡与氯化铵固体的反应
D.一氧化碳在空气中的燃烧反应
3.下列反应中能量变化与其他不同的是( )
选项及名称 A.铝热反应 B.燃料燃烧
实验装置图
选项及名称 C.酸碱中和 反应 D.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl固体混合
实验装置图
4.未来清洁能源——纳米金属。如纳米铁可作为发动机的燃料,那时我们将迎来一个新的“铁器时代”。有一些专家也曾经指出,如果利用太阳能使燃烧产物如CO2、H2O、N2等重新组合的构想能够实现(如图),那么,不仅可以消除大气的污染,还可以节约燃料,缓解能源危机,在此构想的物质循环中太阳能最终转化为( )
A.化学能 B.热能 C.生物能 D.电能
5.在25 ℃、101 kPa下,1 mol白磷(P4)完全燃烧放出的热量和4 mol红磷(P)完全燃烧放出的热量关系如图所示。由此判断,下列说法正确的是( )
A.由红磷转化为五氧化二磷是吸热反应
B.由红磷转化为白磷是放热反应
C.由红磷转化为白磷是吸热反应
D.等质量的红磷比白磷完全燃烧放出的热量多
6.关于化学反应与能量的说法正确的是( )
A.化学键断裂需要吸收能量
B.化学反应中能量变化的大小与反应物的质量多少无关
C.在化学反应过程中反应物的总能量总是等于反应产物的总能量
D.放热反应不要加热就能进行,吸热反应需要在加热的条件下才能进行
7.一定条件下,A与B反应可生成C和D,其能量变化如图:
(1)下列有关反应A+BC+D的说法正确的是 (填字母)。
A.反应前后原子的种类和数目一定不变
B.该反应若有热量变化,则一定是氧化还原反应
C.若该反应为放热反应,则不需要加热反应就能进行
D.反应物的总质量、总能量与反应产物的总质量、总能量均相等
(2)若E1”“<”或“=”)反应物的总能量,反应热ΔH (填“>”“<”或“=”)0。该反应是 (填“放热”或“吸热”)反应。
B级关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
8.(2023北京朝阳高三期末统考)已知某些化学键键能如下,下列说法不正确的是( )
化学键 H—H Cl—Cl Br—Br H—Cl H—Br
436.0 242.7 193.7 431.8 a
A.根据键能可估算反应H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)的ΔH=-184.9 kJ·mol-1
B.根据原子半径可知键长:H—ClC.H2(g)与Br2(g)反应生成2 mol HBr(g)时,放出的热量小于184.9 kJ
D.常温下Cl2和Br2的状态不同,与Cl—Cl键和Br—Br键的键能有关
9.最新报道:科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如下:
下列说法正确的是( )
A.CO和O生成CO2是放热反应
B.在该过程中,CO断键形成C和O
C.CO2分子中C原子和O原子之间的化学键是共价键
D.状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程
10.反应A+B→C(ΔH<0)分两步进行①A+B→X(ΔH>0);②X→C(ΔH<0)。下列示意图中,能正确表示总反应过程中能量变化的是( )
C 级学科素养拔高练
11.Ⅰ.将20 g Ba(OH)2·8H2O与10 g NH4Cl混合在一起放入小烧杯中,将烧杯放在滴有3~4滴水的玻璃片上,用玻璃棒迅速搅拌。
(1)实验中玻璃棒的作用为_______________________。
(2)写出有关反应的化学方程式: _______________________。
(3)实验中观察到的现象有__________________________________________,能闻到刺激性气味,反应混合物成糊状。
(4)实验中的现象说明该反应为__________________ (填“吸热”或“放热”)反应, ΔH_________________ (填“大于”或“小于”)0。
Ⅱ.某化学反应中,设反应物的总能量为E1,反应产物的总能量为E2。
A
B
(1)若E1>E2,则该反应为____________ (填“放热”或“吸热”)反应。该反应可用图____________ (填“A”或“B”)表示。
(2)若E1分层作业1 化学反应的反应热、焓变
1.A 解析 化学反应发生物质变化的同时一定伴随能量的变化,A正确;伴有能量变化的物质变化既有物理变化又有化学变化,如水从液态变为气态的过程是吸热过程,属于物理变化,B错误;化学反应发生物质变化的同时一定发生能量变化,反应物的总能量与反应产物的总能量不同导致化学反应都伴随能量变化,所以在一个确定的化学反应关系中,反应物的总能量与反应产物的总能量一定不同,C错误;化学反应有吸热反应,也有放热反应,反应物的总能量高于反应产物的总能量,反应是放热反应,在一个确定的化学反应关系中,反应物的总能量不一定高于反应产物的总能量,D错误。
2.C 解析 吸收的能量E1大于释放的能量E2,故该反应为吸热反应。NaOH溶液与稀盐酸的反应属于放热反应,故A错误;锌与稀盐酸的反应属于放热反应,故B错误;氢氧化钡与氯化铵固体的反应属于吸热反应,故C正确;一氧化碳在空气中的燃烧反应属于放热反应,故D错误。
3.D 解析 A项发生的铝热反应是放热反应,B项燃料燃烧是放热反应,C项酸碱中和反应是放热反应,D项氯化铵晶体与Ba(OH)2·8H2O的反应是吸热反应,故选D。
4.B 解析 在题给构想的物质循环中,太阳能将CO2、H2O、N2等气体重新组合成燃料,此过程为太阳能→化学能;燃料燃烧是化学能→热能,故在构想的物质循环中太阳能最终转化为热能,B项正确。
5.C 解析 由题图可知,由红磷转化为五氧化二磷是放热反应,故A错误;由红磷转化为白磷是吸热反应,故B错误,C正确;由红磷转化为白磷是吸热反应,等质量时白磷比红磷能量高,等质量的红磷比白磷完全燃烧放出的热量少,故D错误。
6.A 解析 断开化学键要吸收能量,形成化学键要放出能量,A正确;化学反应中的能量变化大小与反应物的物质的量成正比,即与反应物的质量成正比,B错误;不存在既不吸热也不放热的反应,故反应物的总能量和反应产物的总能量一定不相等,C错误;反应吸热或放热与反应条件无关,即放热反应可能需要加热才能进行,吸热反应在不加热的条件下也可能进行,D错误。
7.答案 (1)A (2)> > 吸热
解析 本题考查对化学反应中能量转化的理解。
(1)化学反应前后原子的种类和数目不变,A正确;热量变化与是否是氧化还原反应无关,B错误;加热是引发反应的外界条件,与反应吸热、放热无关,C错误;反应物的总能量与反应产物的总能量一定不相等,D错误。
(2)E10。
8.D 解析 根据反应热=反应物总键能-反应产物总键能,则H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)中有ΔH=+436.0kJ·mol-1+242.7kJ·mol-1-2×431.8kJ·mol-1=-184.9kJ·mol-1,选项A正确;Cl原子半径小于Br原子,H—Cl键的键长比H—Br键短,H—Cl键的键能比H—Br键大,进而推测a<431.8,选项B正确;键能Cl—Cl>Br—Br,反应生成HBr放出的热量更低,故生成2molHBr(g)时,放出的热量小于184.9kJ,选项C正确;Cl—Cl键能大于Br—Br键能,说明Cl2分子比Br2分子稳定,破坏的是共价键,而状态由分子间作用力决定,选项D不正确。
9.AC 解析 由题中图示可知状态Ⅲ的能量低于状态Ⅰ的能量,因此该过程是放热过程,A项正确;由图示反应过程可知该过程中CO的化学键没有断开,B项错误;CO2分子中C原子和O原子之间的化学键是共价键,C项正确;状态Ⅰ到状态Ⅲ表示CO与O生成CO2的过程,D项错误。
10.B 解析 由反应A+B→C(ΔH<0)分两步进行:①A+B→X(ΔH>0);②X→C(ΔH<0)。A+B→C(ΔH<0)是放热反应,A和B的能量之和大于C,由①A+B→X(ΔH>0)可知这步反应是吸热反应,X→C(ΔH<0)是放热反应,故X的能量大于A和B的能量;A和B的能量大于C的能量;X的能量大于C,图像B符合。
11.答案 Ⅰ.(1)搅拌,使混合物充分接触并反应
(2)Ba(OH)2·8H2O+2NH4ClBaCl2+2NH3↑+10H2O
(3)玻璃片上的水结冰并与小烧杯粘在一起
(4)吸热 大于
Ⅱ.(1)放热 A (2)吸热 B
解析 Ⅰ.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl混合发生反应:Ba(OH)2·8H2O+2NH4ClBaCl2+2NH3↑+10H2O,该反应为吸热反应。
(1)实验中用玻璃棒迅速搅拌,因此玻璃棒的作用为搅拌,使混合物充分接触并反应。
(2)根据分析,发生反应的化学方程式为
Ba(OH)2·8H2O+2NH4ClBaCl2+2NH3↑+10H2O。
(3)因为反应为吸热反应,使容器温度降低,故可观察到玻璃片上水结冰并与小烧杯粘在一起。
(4)该反应为吸热反应,ΔH>0。
Ⅱ.(1)若反应物的总能量E1大于反应产物的总能量E2,反应过程中放出能量,则为放热反应;可用题图A来表示。
(2)若反应物的总能量E1小于反应产物的总能量E2,反应过程中吸收能量,则为吸热反应;可用题图B来表示。(共23张PPT)
分层作业1 化学反应的反应热、焓变
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A 级 必备知识基础练
1.下列说法正确的是( )
A.物质发生化学反应都伴随着能量变化
B.伴有能量变化的物质变化都是化学变化
C.在一个确定的化学反应关系中,反应物的总能量与反应产物的总能量一定相同
D.在一个确定的化学反应关系中,反应物的总能量总是高于反应产物的总能量
A
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解析 化学反应发生物质变化的同时一定伴随能量的变化,A正确;伴有能量变化的物质变化既有物理变化又有化学变化,如水从液态变为气态的过程是吸热过程,属于物理变化,B错误;化学反应发生物质变化的同时一定发生能量变化,反应物的总能量与反应产物的总能量不同导致化学反应都伴随能量变化,所以在一个确定的化学反应关系中,反应物的总能量与反应产物的总能量一定不同,C错误;化学反应有吸热反应,也有放热反应,反应物的总能量高于反应产物的总能量,反应是放热反应,在一个确定的化学反应关系中,反应物的总能量不一定高于反应产物的总能量,D错误。
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2.如图是化学反应中物质变化和能量变化的示意图。若E1>E2,则下列反应符合该示意图的是( )
A.NaOH溶液与稀盐酸的反应
B.锌与稀盐酸的反应
C.氢氧化钡与氯化铵固体的反应
D.一氧化碳在空气中的燃烧反应
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解析 吸收的能量E1大于释放的能量E2,故该反应为吸热反应。NaOH溶液与稀盐酸的反应属于放热反应,故A错误;锌与稀盐酸的反应属于放热反应,故B错误;氢氧化钡与氯化铵固体的反应属于吸热反应,故C正确;一氧化碳在空气中的燃烧反应属于放热反应,故D错误。
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3.下列反应中能量变化与其他不同的是( )
选项及名称 A.铝热反应 B.燃料燃烧
实验装置图
选项及名称 C.酸碱中和反应 D.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl固体混合
实验装置图
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解析 A项发生的铝热反应是放热反应,B项燃料燃烧是放热反应,C项酸碱中和反应是放热反应,D项氯化铵晶体与Ba(OH)2·8H2O的反应是吸热反应,故选D。
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4.未来清洁能源——纳米金属。如纳米铁可作为发动机的燃料,那时我们将迎来一个新的“铁器时代”。有一些专家也曾经指出,如果利用太阳能使燃烧产物如CO2、H2O、N2等重新组合的构想能够实现(如图),那么,不仅可以消除大气的污染,还可以节约燃料,缓解能源危机,在此构想的物质循环中太阳能最终转化为( )
A.化学能 B.热能 C.生物能 D.电能
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解析 在题给构想的物质循环中,太阳能将CO2、H2O、N2等气体重新组合成燃料,此过程为太阳能→化学能;燃料燃烧是化学能→热能,故在构想的物质循环中太阳能最终转化为热能,B项正确。
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5.在25 ℃、101 kPa下,1 mol白磷(P4)完全燃烧放出的热量和4 mol红磷(P)完全燃烧放出的热量关系如图所示。由此判断,下列说法正确的是( )
A.由红磷转化为五氧化二磷是吸热反应
B.由红磷转化为白磷是放热反应
C.由红磷转化为白磷是吸热反应
D.等质量的红磷比白磷完全燃烧放出的热量多
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解析 由题图可知,由红磷转化为五氧化二磷是放热反应,故A错误;由红磷转化为白磷是吸热反应,故B错误,C正确;由红磷转化为白磷是吸热反应,等质量时白磷比红磷能量高,等质量的红磷比白磷完全燃烧放出的热量少,故D错误。
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6.关于化学反应与能量的说法正确的是( )
A.化学键断裂需要吸收能量
B.化学反应中能量变化的大小与反应物的质量多少无关
C.在化学反应过程中反应物的总能量总是等于反应产物的总能量
D.放热反应不要加热就能进行,吸热反应需要在加热的条件下才能进行
A
解析 断开化学键要吸收能量,形成化学键要放出能量,A正确;化学反应中的能量变化大小与反应物的物质的量成正比,即与反应物的质量成正比,B错误;不存在既不吸热也不放热的反应,故反应物的总能量和反应产物的总能量一定不相等,C错误;反应吸热或放热与反应条件无关,即放热反应可能需要加热才能进行,吸热反应在不加热的条件下也可能进行,D错误。
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7.一定条件下,A与B反应可生成C和D,其能量变化如图:
(1)下列有关反应A+B═C+D的说法正确的是________(填字母)。
A.反应前后原子的种类和数目一定不变
B.该反应若有热量变化,则一定是氧化还原反应
C.若该反应为放热反应,则不需要加热反应就能进行
D.反应物的总质量、总能量与反应产物的总质量、总能量均相等
(2)若E1”“<”或“=”)反应物的总能量,反应热ΔH________ (填“>”“<”或“=”)0。该反应是________ (填“放热”或“吸热”)反应。
A
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吸热
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解析 本题考查对化学反应中能量转化的理解。
(1)化学反应前后原子的种类和数目不变,A正确;热量变化与是否是氧化还原反应无关,B错误;加热是引发反应的外界条件,与反应吸热、放热无关,C错误;反应物的总能量与反应产物的总能量一定不相等,D错误。
(2)E10。
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B 级 关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
8.(2023北京朝阳高三期末统考)已知某些化学键键能如下,下列说法不正确的是( )
化学键 H—H Cl—Cl Br—Br H—Cl H—Br
436.0 242.7 193.7 431.8 a
A.根据键能可估算反应H2(g)+Cl2(g)═2HCl(g)的ΔH=-184.9 kJ·mol-1
B.根据原子半径可知键长:H—ClC.H2(g)与Br2(g)反应生成2 mol HBr(g)时,放出的热量小于184.9 kJ
D.常温下Cl2和Br2的状态不同,与Cl—Cl键和Br—Br键的键能有关
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解析 根据反应热=反应物总键能-反应产物总键能,则H2(g)+Cl2(g)═2HCl(g)中有ΔH=+436.0 kJ·mol-1 +242.7 kJ·mol-1 -2×431.8 kJ·mol-1 =-184.9 kJ·mol-1,选项A正确;Cl原子半径小于Br原子,H—Cl键的键长比H—Br键短,H—Cl键的键能比H—Br键大,进而推测a<431.8,选项B正确;键能Cl—Cl>Br—Br,反应生成HBr放出的热量更低,故生成2 mol HBr(g)时,放出的热量小于184.9 kJ,选项C正确;Cl—Cl键能大于Br—Br键能,说明Cl2分子比Br2分子稳定,破坏的是共价键,而状态由分子间作用力决定,选项D不正确。
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9.最新报道:科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如下:
下列说法正确的是( )
A.CO和O生成CO2是放热反应
B.在该过程中,CO断键形成C和O
C.CO2分子中C原子和O原子之间的化学键是共价键
D.状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程
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解析 由题中图示可知状态Ⅲ的能量低于状态Ⅰ的能量,因此该过程是放热过程,A项正确;由图示反应过程可知该过程中CO的化学键没有断开,B项错误;CO2分子中C原子和O原子之间的化学键是共价键,C项正确;状态Ⅰ到状态Ⅲ表示CO与O生成CO2的过程,D项错误。
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10.反应A+B→C(ΔH<0)分两步进行①A+B→X(ΔH>0);②X→C(ΔH<0)。下列示意图中,能正确表示总反应过程中能量变化的是( )
B
解析 由反应A+B→C(ΔH<0)分两步进行:①A+B→X(ΔH>0);②X→C(ΔH<0)。A+B→C(ΔH<0)是放热反应,A和B的能量之和大于C,由①A+B→X(ΔH>0)可知这步反应是吸热反应,X→C(ΔH<0)是放热反应,故X的能量大于A和B的能量;A和B的能量大于C的能量;X的能量大于C,图像B符合。
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C 级 学科素养拔高练
11.Ⅰ.将20 g Ba(OH)2·8H2O与10 g NH4Cl混合在一起放入小烧杯中,将烧杯放在滴有3~4滴水的玻璃片上,用玻璃棒迅速搅拌。
(1)实验中玻璃棒的作用为________________________________。
(2)写出有关反应的化学方程式: ________________________________。
(3)实验中观察到的现象有_______________________________________,能闻到刺激性气味,反应混合物成糊状。
(4)实验中的现象说明该反应为__________________ (填“吸热”或“放热”)反应, ΔH_________________ (填“大于”或“小于”)0。
搅拌,使混合物充分接触并反应
Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl═BaCl2+2NH3↑+10H2O
玻璃片上的水结冰并与小烧杯粘在一起
吸热
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解析 Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl混合发生反应: Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl═BaCl2+2NH3↑+10H2O,该反应为吸热反应。
(1)实验中用玻璃棒迅速搅拌,因此玻璃棒的作用为搅拌,使混合物充分接触并反应。
(2)根据分析,发生反应的化学方程式为Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl═BaCl2+2NH3↑+10H2O。
(3)因为反应为吸热反应,使容器温度降低,故可观察到玻璃片上水结冰并与小烧杯粘在一起。
(4)该反应为吸热反应,ΔH>0。
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Ⅱ.某化学反应中,设反应物的总能量为E1,反应产物的总能量为E2。
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(1)若E1>E2,则该反应为____________ (填“放热”或“吸热”)反应。该反应可用图____________ (填“A”或“B”)表示。
(2)若E1放热
A
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解析 (1)若反应物的总能量E1大于反应产物的总能量E2,反应过程中放出能量,则为放热反应;可用题图A来表示。
(2)若反应物的总能量E1小于反应产物的总能量E2,反应过程中吸收能量,则为吸热反应;可用题图B来表示。分层作业7 金属的腐蚀与防护
A级必备知识基础练
1.下列关于金属腐蚀的叙述正确的是( )
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
2.2024年的奥运会将在法国巴黎举行,沙滩排球比赛场地将设在埃菲尔铁塔前的战神广场,埃菲尔铁塔为钢铁结构,使用了250万个铆钉和近两万块铁片,以下说法不正确的是( )
A.连接铁片的铆钉应该用铜质的
B.为了减缓钢铁生锈,工人们在铁塔表面涂上一层特制的油漆
C.巴黎的气候比较潮湿,比干燥的环境更易引起钢铁的生锈
D.可以在铁塔上镶嵌锌片,减慢钢铁的腐蚀速率
3.(2023江苏南通高二期末统考)保护钢铁有利于节约资源、保护环境,下列钢铁的保护方法中不正确的是( )
A.铁栅栏上涂上油漆
B.铁闸与直流电源正极相连
C.轮船底部焊接镁块
D.家用铁锅水洗后及时擦干
4.下列与金属腐蚀有关的说法正确的是( )
A.图a中,插入海水中的铁棒,越靠近底端腐蚀越严重
B.图b中,开关与M断开而连接N时,Cu-Zn合金的腐蚀速率减小
C.图c中,接通开关时Zn腐蚀速率增大,Zn上放出气体的速率也增大
D.图d中,Zn-MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
5.我国有多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象,在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀,防护原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.通电时,锌环是阳极,发生氧化反应
B.通电时,阴极上的电极反应为2H2O+2e-═H2↑+2OH-
C.断电时,锌环上的电极反应为Z+2e-═Zn
D.断电时,仍能防止铁帽被腐蚀
6.下列情形中,相同材质的铁最不易被腐蚀的是( )
7.支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示。其中高硅铸铁为惰性辅助电极。下列有关表述不正确的是( )
A.通入保护电流使钢管桩表面的腐蚀电流接近于零
B.通电后,外电路电子从高硅铸铁流向钢管桩
C.高硅铸铁的作用是作为阳极材料被损耗和传递电流
D.该保护装置属于电解池
8.某城市为了减少钢管因锈蚀而造成的损失,拟用如图所示方法保护埋在酸性土壤中的钢管。下列有关说法正确的是( )
A.在潮湿的酸性土壤中钢管主要发生吸氧腐蚀
B.在潮湿的酸性土壤中金属棒M中的电子通过导线流向钢管
C.在潮湿的酸性土壤中H+向金属棒M移动,抑制H+与铁的反应
D.钢管与金属棒M也可用导线分别连接直流电源正、负极以达到减缓腐蚀钢管的目的
9.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,设计了如下图所示的快速、易行的方法:
首先检查制取氧气的装置的气密性,然后按上图连接好装置,点燃酒精灯给药品加热,持续加热3 min左右后,观察到的实验现象为:①直形管B中干燥的团状铁丝表面依然光亮,没有发生锈蚀;②直形管B中潮湿的团状铁丝表面颜色变得灰暗,发生锈蚀;③烧杯中潮湿的团状铁丝表面依然光亮。试回答下列问题:
(1)由于与金属接触的介质不同,金属腐蚀分成不同的类型,本实验中铁生锈属于___________ (填“化学腐蚀”或“电化学腐蚀”)。能表示其原理的电极反应为__________________________________。
(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,铁生锈的条件为_________________。决定铁生锈快慢的一个重要因素是__________________________________。
B级关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
10.下列关于装置图的说法正确的是( )
A.装置①中K键闭合时,片刻后CuSO4溶液中c(Cl-)增大
B.装置①中K键闭合时,片刻后可观察到滤纸a附近变红色
C.装置②中铁腐蚀的速率由大到小的顺序是只闭合K1>只闭合K3>只闭合K2>都断开
D.装置③中当铁制品上析出1.6 g铜时,电源负极输出的电子数为0.025NA
11.一定条件下,碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下,下列说法不正确的是( )
pH 2 4 6 6.5 8 13.5 14
腐蚀快慢 较快 慢 较快
主要产物 Fe2+ Fe3O4 Fe2O3 Fe
A.在pH>14的溶液中,碳钢腐蚀的正极反应为O2+4H++4e-═2H2O
B.在pH<4的溶液中,碳钢主要发生析氢腐蚀
C.在pH>6的溶液中,碳钢主要发生吸氧腐蚀
D.在煮沸除氧气的碱性溶液中,碳钢腐蚀速率会加快
12.利用如图装置,完成很多电化学实验。下列有关此装置的叙述正确的是( )
A.若X为镁棒,Y为NaCl溶液,开关K置于M处,铁表面因积累大量电子而被保护
B.若X为碳棒,Y为NaCl溶液,开关K置于N处,可加快铁的腐蚀
C.若X为碳棒,开关K置于M处,与海水相比,当Y为河水时,Fe腐蚀快
D.若X为铜棒,Y为硫酸铜溶液,开关K置于N处,可用于铁表面镀铜,溶液中铜离子浓度将减小
13.某同学利用如图所示装置探究金属的腐蚀与防护条件{已知Fe2+遇K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色沉淀}。
下列说法不合理的是( )
A.①区Cu电极上产生气泡,Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液后出现蓝色沉淀,Fe被腐蚀
B.②区Cu电极附近滴加酚酞后变成红色,Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色沉淀,Fe被腐蚀
C.③区Zn电极的电极反应为Zn-2e-═Zn2+,Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液未出现蓝色沉淀,Fe被保护
D.④区Zn电极的电极反应为2H2O+2e-═H2↑+2OH-,Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色沉淀,Fe被腐蚀
C级学科素养拔高练
14.铁是用途最广的金属材料之一,但生铁易生锈。请讨论电化学实验中有关铁的性质。
(1)①某原电池装置如下图所示,右侧烧杯中的电极反应为_____________________________,左侧烧杯中的c(Cl-)____________(填“增大”“减小”或“不变”)。
②已知下列甲、乙两装置的总反应均为Fe+H2SO4FeSO4+H2↑,且在同侧电极(指均在“左电极”或“右电极”)产生H2。请在两池上标出电极材料(填“Fe”或“石墨”)。
(2)下列丙图反应过程中,易生锈的是_________________ (填“a”或“b”)点。丁图所示实验过程中可观察到的实验现象是___________________________________________________。
分层作业7 金属的腐蚀与防护
1.C 解析 金属腐蚀包括化学腐蚀和电化学腐蚀,其本质为M-ne-Mn+,A错误;镀锡铁镀层破损后Sn、Fe构成原电池,铁先被腐蚀,主要发生反应Fe-2e-Fe2+,B错误;常温下,置于空气中的金属主要发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀,难以和非金属单质等反应发生化学腐蚀,C正确,D错误。
2.A 解析 连接铁片的铆钉若用铜质的,由于铁比铜的性质活泼,铜为原电池正极,铁为原电池负极,会导致铁制品本身被腐蚀,故A错误;在铁塔表面涂上一层特制的油漆,可以隔绝空气中的氧气,能有效保护金属,故B正确;潮湿环境比干燥环境更易引起钢铁的吸氧腐蚀,故C正确;在铁塔上镶嵌锌片,利用的是牺牲阳极保护法,铁为原电池的正极被保护,锌为原电池负极,因此能够减慢钢铁的腐蚀速率,故D正确。
3.B 解析 铁栅栏上涂上油漆可以防止铁与碳形成原电池,有利于减缓铁栅栏的腐蚀,保护方法正确,故A不符合题意;与直流电源正极相连的铁闸为电解池的阳极,会加快铁闸的腐蚀,保护方法不正确,故B符合题意;轮船底部焊接镁块,铁、镁在溶液中形成原电池,镁为原电池的负极被损耗,铁为正极被保护,保护方法正确,故C不符合题意;家用铁锅水洗后及时擦干可以防止铁与碳形成原电池,有利于减缓铁锅的腐蚀,保护方法正确,故D不符合题意。
4.B 解析 题图a中,液面处氧气的浓度大且与海水接触,故在液面处铁棒腐蚀最严重,A错误;题图b中,开关与M断开而连接N时,由于Zn比Cu活泼,Cu-Zn合金的腐蚀速率减小,B正确;题图c中,接通开关后,形成原电池,Zn腐蚀速率增大,H+在Pt电极上放电产生H2,C错误;题图d中,干电池自放电腐蚀是由NH4Cl产生的H+得电子引起的,D错误。
5.C 解析 锌环与电源的正极相连,为阳极,阴极水电离产生的H+放电生成H2,A、B均正确;断电时,Zn比铁活泼,为负极,电极反应为Zn-2e-Zn2+,铁仍受到保护,C错误,D正确。
6.C 解析 题图中的铁勺和铜盆以及食醋一同构成原电池,铁勺为原电池的负极,发生氧化反应,腐蚀较快,A项错误;铁为负极、合金中的碳等材料为正极,食盐水为电解质溶液,形成原电池,铁发生电化学腐蚀,B项错误;铁球表面有铜镀层,内部铁不与食盐水接触,可以起到防腐蚀的作用,C项正确;酸雨为电解质溶液,可以和金属铁反应,金属铁发生化学腐蚀,D项错误。
7.C 解析 钢管桩作为被保护的阴极,外加电流使得其表面腐蚀发生的电子迁移得到抑制,使其表面腐蚀电流接近于零,从而避免或减弱腐蚀的发生,故A正确;高硅铸铁作为阳极,电子经导线流入电源正极,再从电源负极经导线流入阴极,即被保护的钢管桩,故B正确;高硅铸铁为惰性辅助阳极,不会损耗,而是由海水中的Cl-在阳极失去电子发生氧化反应,故C错误;用外加电流阴极保护法进行防腐,属于电解池装置,故D正确。
【易错提醒】解答本题应注意理解“高硅铸铁为惰性辅助阳极”,即相当于惰性电极,反应过程中高硅铸铁本身不发生反应,应该是海水中的Cl-放电发生氧化反应。
8.B 解析 在酸性环境下,钢铁主要发生析氢腐蚀,A项错误;金属棒M、钢管在酸性土壤中形成原电池,其中金属棒M为负极,失去电子,失去的电子通过导线流向钢管,钢管为正极被保护,B项正确;在潮湿的酸性土壤中,存在大量H+,H+移动到正极上得电子被还原,即移动到钢管上得电子,抑制H+与铁的反应,C项错误;若钢管与金属棒M用导线分别连接直流电源正、负极,则钢管为阳极,使腐蚀速率加快,D项错误。
9.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)与O2和水接触 氧气的浓度
解析 (1)根据题中环境可知铁的腐蚀属于电化学腐蚀。该过程中负极电极反应为2Fe-4e-2Fe2+,正极电极反应为2H2O+O2+4e-4OH-。
(2)仪器A是球形干燥管,其中的药品干燥剂可以是碱石灰或无水CaCl2,作用是干燥O2。
(3)根据实验可知,铁生锈的条件是必须与O2和水接触;且铁生锈的快慢取决于氧气浓度的大小。
10.B 解析 装置①K键闭合后,形成原电池,锌为负极,铜为正极,原电池中阴离子向负极移动,则Cl-向ZnSO4溶液移动,A项错误;装置①中K键闭合时,a极为阴极,阴极水电离产生的H+放电生成H2,同时生成OH-能使酚酞溶液变红,所以a附近变红色,B项正确;Fe为阳极被腐蚀,为阴极被保护,所以铁腐蚀的速率由大到小的顺序是只闭合K1>只闭合K3>都断开>只闭合K2,C项错误;装置③中铁制品上发生的反应为C+2e-Cu,析出1.6g铜即0.025mol 时,电源负极输出的电子数为0.05NA,D项错误。
11.AD 解析 pH>14的溶液为碱性,正极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,故A项错误;pH<4的溶液为酸性溶液,碳钢主要发生析氢腐蚀,正极反应为2H++2e-H2↑,故B项正确;pH>6的溶液中,碳钢主要发生吸氧腐蚀,正极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,故C项正确;在碱性溶液中碳钢发生吸氧腐蚀,煮沸除氧气后,腐蚀速率会减慢,故D项错误。
12.A 解析 若X为镁棒,Y为NaCl溶液,开关K置于M处,则构成原电池,由于金属活动性:Mg>Fe,则Mg为负极,失去电子,被氧化变为金属阳离子进入溶液,电子由导线经外电路流向正极Fe,铁表面因积累大量电子而被保护,A正确;若X为碳棒,Y为NaCl溶液,开关K置于N处,装置为电解池,X为阳极,Fe棒为阴极,铁表面因积累大量电子而得到保护,B错误;若X为碳棒,开关K置于M处,当Y为河水或海水时,均构成原电池,Fe为负极,被腐蚀。由于河水中离子浓度比海水小,溶液导电能力弱,因此相对海水,Fe在河水中腐蚀要慢些,C错误;若X为铜棒,Y为硫酸铜溶液,开关K置于N处,装置为电解池,Cu为阳极,被氧化变为Cu2+进入溶液,在阴极Fe上,溶液中的Cu2+得到电子被还原,因此可用于铁表面镀铜,但溶液中Cu2+浓度不变,D错误。
13.A 解析 ①区发生吸氧腐蚀,Cu为正极,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,Cu电极上不产生气泡,A项错误;②区Cu为阴极,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,Cu电极附近溶液碱性增强,滴加酚酞后变成红色,Fe为阳极,被腐蚀,电极反应为Fe-2e-Fe2+,Fe电极附近滴加
K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色沉淀,B项正确;③区Zn为负极,电极反应为Zn-2e-Zn2+,Fe为正极,被保护,C项正确;④区Zn为阴极,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,Fe为阳极,被腐蚀,电极反应为Fe-2e-Fe2+,Fe电极附近滴加
K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色沉淀,D项正确。
14.答案 (1)①2H++2e-H2↑ 增大 ②甲池中:左——Fe,右——石墨 乙池中:左——Fe,右——石墨
(2)a 生铁屑表面生成红棕色锈斑,试管内液面上升
解析 (1)①原电池反应中Fe作为负极,石墨作为正极,右侧电极反应为2H++2e-H2↑。由于平衡电荷的需要,盐桥中的Cl-向负极迁移,故NaCl溶液中c(Cl-)增大。②装置乙是电解装置,阴极(右侧)产生H2,同时根据总反应可知Fe只能作为阳极(左侧)。由已知条件知,在装置甲中,Fe作为原电池的负极,在左侧,石墨作原电池的正极,在右侧。
(2)丙图实验过程中由于a点既与电解质溶液接触,又与空气接触,故a点易生锈。丁图所示实验过程中铁屑发生吸氧腐蚀,负极反应为Fe-2e-Fe2+,正极反应为O2+4e-+2H2O4OH-,生成的离子继续发生反应:Fe2++2OH-Fe(OH)2,4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,2Fe(OH)3Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O,由整个反应来看,最终铁屑表面会生成红棕色的铁锈,由于反应消耗氧气,因此试管内液面上升。(共32张PPT)
分层作业4 化学电源
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A 级 必备知识基础练
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1.下列说法正确的是( )
A.碱性锌锰电池是二次电池
B.铅蓄电池是一次电池
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大量储存在电池内部
C
解析 碱性锌锰电池是一次电池,铅蓄电池是二次电池,A、B错误;燃料电池的活性物质不需要储存在电池内部,D错误。
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2.下列有关电池的说法不正确的是( )
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.铜锌原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D.锌锰干电池中,锌电极是负极
B
解析 铜锌原电池中,电子从负极锌沿外电路流向正极铜。
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3.在超市里经常会看到一种外壳为纸层包装的电池,印有如图所示的文字。下列有关说法错误的是( )
A.该电池是一次电池
B.该电池工作时,电子由负极通过外电路流入正极
C.该电池含有的金属元素中毒性最大的是Hg
D.该电池工作时,外电路中每通过0.2 mol电子,锌的质量理论上减少3.25 g
D
解析 锌锰干电池工作时,锌失去电子,电极反应为Zn-2e-═Zn2+,所以外电路中每通过0.2 mol电子,锌的质量理论上应减少6.5 g,所以D项错误。
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4.生产铅蓄电池时,在两极板上的铅锑合金棚架上均匀涂上膏状的PbSO4,干燥后再安装,充电后即可使用,发生的反应是2PbSO4+2H2O PbO2+Pb+2H2SO4。下列对铅蓄电池的说法错误的是( )
A.理论上需要定期补充硫酸
B.电池工作时铅是负极,PbO2是正极
C.电池工作时负极上发生的反应是
D.电池工作时电解质的密度减小
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解析 铅蓄电池放电时相当于原电池,Pb是负极,PbO2是正极,负极发生的反应是Pb失去电子生成Pb2+,Pb2+与溶液中的 生成PbSO4沉淀;放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸相等,在制备电池时,PbSO4的量是一定的,制成膏状,干燥后再安装,则理论上H2SO4不用补充;放电时,H2SO4被消耗,溶液中H2SO4的物质的量浓度减小,所以溶液的密度也随之减小。
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5.下面是四种燃料电池的工作原理示意图,其中正极的反应产物为水的是
( )
C
解析 A中通空气的一极为正极,电极反应为O2+4e-═2O2-。B中通O2的一极为正极,电极反应为2H2O+O2+4e-═4OH-。C中通空气的一极为正极,电极反应为4H++O2+4e-═2H2O。D中通CO2和O2的一极为正极,电极反应为2CO2+O2+4e-═2 。
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6.如图所示是两种常见的化学电源示意图,下列说法不正确的是( )
甲
乙
A.甲电池属于一次电池
B.甲电池放电时,电子从锌筒经外电路到石墨电极
C.乙电池的负极反应为Pb-2e-═Pb2+
D.乙电池充电时将电能转化为化学能
C
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解析 甲电池是锌锰干电池,属于一次电池,A正确;甲电池中,锌作负极,放电时失去电子,电子从锌筒经外电路到石墨电极,B正确;乙电池的负极反应为Pb-2e-+ ═PbSO4,C错误;乙电池充电时是电解池装置,将电能转化为化学能,D正确。
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7.如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图,以稀硫酸为电解质溶液。下列有关说法不正确的是( )
A.a极为负极,电子由a极经外电路流向b极
B.a极的电极反应:H2-2e-═2H+
C.电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)增大
D.若将H2改为CH4,消耗等物质的量的CH4时,O2的用量增多
C
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解析 a极通入的H2发生氧化反应,则a极为负极,电子由a极经外电路流向b极,以稀硫酸为电解质溶液时,负极上H2被氧化为H+,A、B正确;电池总反应为2H2+O2═2H2O,则电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)减小,则C错误;根据电池总反应:2H2+O2═2H2O和CH4+2O2═CO2+2H2O可知,消耗等物质的量的H2和CH4时,CH4消耗O2较多,D正确。
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8.某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构如图所示,电池总反应可表示为2H2+O2═2H2O。下列有关说法正确的是( )
A.电子通过外电路从b极流向a极
B.b极上的电极反应为O2+2H2O+4e-═4OH-
C.每转移0.1 mol电子,消耗1.12 L的H2
D.H+由a极通过固体电解质传递到b极
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解析 由电池总反应及原电池原理可知,充入H2的一极即a极是负极,充入O2的一极即b极是正极;电子由负极经外电路流向正极;电池内部H+移向正极,正极的电极反应为O2+4H++4e-═2H2O,故A项、B项错误,D项正确。C项没有指明标准状况,错误。
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9.经过长时间的研发和多次展示后,科技工作者开发出了甲醇燃料电池,该电池反应为2CH3OH+3O2+4KOH═2K2CO3+6H2O。请回答下列问题:
(1)该燃料电池的电解质是________________。
(2)由电池反应可知,放电时该电池的负极反应物为___________________,该物质发生________________反应,负极的电极反应式为________________________________。
(3)电池使用过程中,当有0.5 mol电子转移时,消耗甲醇的质量是________ (结果保留两位小数)g。
(4)放电一段时间后,通入O2的电极附近溶液的pH____________ (填“升高” “不变”或“降低”)。
KOH
CH3OH(或甲醇)
氧化
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解析 (1)由电池反应可知,该电池的电解质是KOH。
(2)放电时负极上CH3OH发生氧化反应,正极上O2发生还原反应。正极的电极反应为O2+2H2O+4e-═4OH-,负极的电极反应为CH3OH+8OH--6e-═
+6H2O。
(3)根据负极的电极反应可得CH3OH~6e-,因此转移0.5 mol 电子时,消耗甲醇的质量约2.67 g。
(4)根据放电时正极的电极反应可知,放电一段时间后,通入氧气的电极附近溶液的碱性增强,pH升高。
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B 级 关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
10.如图是一种酸性燃料电池酒精检测仪,具有自动吹气流量监测与控制的功能,下列有关说法正确的是( )
A.电流由呼气所在的铂电极流出
B.H+通过质子交换膜流向氧气所在的铂电极
C.电路中流过2 mol电子时,消耗标准状况下O2 22.4 L
D.该电池的负极反应为CH3CH2OH+3H2O-12e-═2CO2↑+12H+
B
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解析 呼气所在电极发生乙醇转化为醋酸的反应,故此电极为负极,而电流由正极流出,A项错误;H+通过质子交换膜流向正极(通入氧气的铂电极),B项正确;正极反应为O2+4e-+4H+═2H2O,电路中流过2 mol电子时,消耗0.5 mol O2,在标准状况下体积为11.2 L,C项错误;该电池的负极反应为CH3CH2OH+H2O-4e-═CH3COOH+4H+,D项错误。
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11.以N2和H2为反应物、溶有A的稀盐酸为电解质溶液,可制成能固氮的新型燃料电池,原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.b电极为负极,发生氧化反应
B.a电极的电极反应为N2+8H++6e-═2
C.A溶液中所含溶质为NH4Cl
D.当反应消耗1 mol N2时,则消耗的H2为67.2 L
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解析 N2+3H2 2NH3,反应中氢元素的化合价升高,H2失去电子,因此b电极为负极,发生氧化反应,故A项正确;a电极为正极,电解质溶液含盐酸,因此电极反应为N2+8H++6e-═2 ,故B项正确;A溶液中所含溶质为NH4Cl,故C项正确;未告知温度和压强,不能确定H2的体积,故D项错误。
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12.热激活电池可应用于特殊环境。一种热激活电池的工作原理如图所示,该电池的总反应为2Li+FeS2═Fe+Li2S2。下列说法正确的是( )
A.放电时Li+向a极移动
B.正极的电极反应为FeS2+2e-═Fe+
C.电子由a电极经熔融介质流向b电极
D.放电时,若有0.2 mol e-转移,则正极质量增加6.4 g
B
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13.一种熔融碳酸盐燃料电池原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是( )
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14.(2022湖南化学,8)海水电池在海洋能源领域备受关注,一种锂—海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是( )
A.海水起电解质溶液作用
B.N极仅发生的电极反应:2H2O+2e-═2OH-+H2↑
C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D.该锂 海水电池属于一次电池
B
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解析 锂—海水电池的总反应为2Li+2H2O═2LiOH+H2↑,M极上Li失去电子发生氧化反应,则M电极为负极,电极反应为Li-e-═Li+,N极为正极,电极反应为2H2O+2e-═2OH-+H2↑,同时氧气也可以在N极得电子,电极反应为O2+4e-+2H2O═4OH-,故B错误;海水中含有丰富的电解质,如氯化钠、氯化镁等,可作为电解质溶液,故A正确;Li为活泼金属,易与水反应,玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应,并能传导离子,故C正确;该电池不可充电,属于一次电池,故D正确。
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15.某蓄电池放电、充电时的反应为:
Fe+Ni2O3+3H2O Fe(OH)2+2Ni(OH)2
下列推断中正确的是( )
①放电时,Fe为正极,Ni2O3为负极
②放电时,负极电极反应为Fe+2OH--2e-═Fe(OH)2
③放电时,Ni2O3在正极反应
④该蓄电池的电极必须是浸在某种碱性电解质溶液中
A.①②③ B.①②④ C.①③④ D.②③④
D
解析 放电时Fe被氧化,Ni2O3被还原,Fe作为负极,Ni2O3作为正极。放电时负极反应为Fe+2OH--2e-═Fe(OH)2,Ni2O3在正极上发生反应。由于放电时的产物均为碱性物质,故应用碱性电解质溶液。
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16.科学家设计出质子膜H2S燃料电池,实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如下。下列说法错误的是( )
A.电极a为电池的负极
B.电极b上发生的电极反应:O2+4H++4e-═2H2O
C.电路中每通过4 mol电子,在正极消耗44.8 L H2S
D.每17 g H2S参与反应,有1 mol H+经质子膜进入正极区
C
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解析 根据燃料电池的特点分析,通氧气的一极为正极,故电极b为正极,电极a为负极,A正确;电极b为正极,氧气得电子结合H+生成水,B正确;从装置图可以看出,电池总反应为2H2S+O2═S2+2H2O,电路中每通过4 mol电子,正极应该消耗1 mol O2,负极应该有2 mol H2S反应,但是题目中没有说明是标准状况下,所以H2S的体积不一定是44.8 L,C错误;17 g H2S即0.5 mol H2S,每0.5 mol H2S参与反应会消耗0.25 mol O2,根据正极反应O2+4H++4e-═2H2O可知,有1 mol H+经质子膜进入正极区,D正确。
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17.某新型可充电电池能长时间保持稳定的放电电压,该电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,电解质溶液为强碱溶液。
(1)放电时负极反应为__________________________。
(2)放电时K2FeO4发生________________ (填“氧化”或“还原”)反应。
(3)放电时电子由_________ (填“正”或“负”,下同)极流向_________极。
(4)放电时1 mol K2FeO4发生反应,转移电子的物质的量为____________。
Zn-2e-+2OH-═Zn(OH)2
还原
负
正
3 mol
解析 放电时锌在负极发生氧化反应,因为电解质是强碱,故负极反应是Zn-2e-+2OH-═Zn(OH)2。电子由负极流出,通过外电路流向正极,1 mol K2FeO4发生反应转移电子3 mol,放电时K2FeO4得电子发生还原反应。
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C 级 学科素养拔高练
18.(1)二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池可以利用大气中所含的SO2快速启动,其装置示意图如图:
①质子的流动方向为________________ (填“从A到B”或“从B到A”)。
②负极的电极反应式为________________________________。
从A到B
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(2)NH3—O2燃料电池的结构如图所示:
①a极为电池的____________ (填“正”或“负”)极。
②当生成1 mol N2时 ,电路中流过电子的物质的量为____________。
负
6 mol
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解析 (1)①根据题给图示,A为燃料电池的负极,B为燃料电池的正极,在原电池电解质溶液中,质子(H+)由负极向正极移动,即从A到B。
(2)①a极通入氨气,是负极,b极通入氧气,是正极。
②氨气中N元素的化合价由-3价变成0价,当生成1 mol N2时,转移电子的物质的量为6 mol。
