第四章 化学反应与电能 测试题 （含解析）2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第四章 化学反应与电能 测试题
一、单选题
1．一种新型绿色燃料电池是把H2、CO、CH4的混合气体和空气不断输入，将化学能转化为电能，被称为“21世纪的绿色发电站”．关于这种燃料电池的说法不正确的是（　　）
A．通入空气的一极为正极
B．H2、CO、CH4的混合气体在电池内部燃烧，放出大量的热，然后电池将热能转化为电能
C．电池实际运行时的电解液应选择碱性溶液
D．电池的正极反应式为：O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣
2．用惰性电极电解下列溶液，电解结束后加适量水，溶液能恢复至电解前状态的是（　　）
A． B． C． D．
3．下列各图所示装置能构成原电池的是（　　）
A．
B．
C．
D．
4．下列有关化学用语表示正确的是（　　）
A．甲苯的结构简式：C7H8
B．钢铁吸氧腐蚀正极的电极反应式：O2+2H2O+4e－=4OH－
C．碳酸的电离方程式：H2CO3 = H+ + HCO3－
D．Na2S溶液中S2－水解的离子方程式：S2－+2H2O H2S +2OH－
5．下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是（　　）
A．地下钢管连接镁块 B．金属护拦表面涂漆
C．汽水底盘喷涂高分子膜 D．水中的钢闸门连接电源的负极
6．如图所示各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序是（　　）
A．④＞②＞①＞③ B．②＞①＞③＞④
C．③＞②＞④＞① D．④＞②＞③＞①
7．镁﹣次氯酸盐燃料电池，它具有比能量高、安全方便等优点．该电池的正极反应式为：ClO﹣+H2O+2e﹣=Cl﹣+2OH﹣，关于该电池的叙述正确的是（　　）
A．该电池中镁为负极，发生还原反应
B．电池工作时，OH﹣向正极移动
C．该电池的总反应为：Mg+ClO﹣+H2O=Mg（OH）2↓+Cl﹣
D．电池工作时，正极周围溶液的pH将不断变小
8．用石墨作电极，电解1mol L﹣1下列物质的溶液，通电一段时间后溶液的pH升高的是（　　）
A．H2 SO4 B．CuSO4 C．Na2 SO4 D．NaCl
9．一种新型燃料电池，以镍板为电极插入KOH溶液中，分别向两极通乙烷和氧气，电极反应为C2H6+18OH－＝2CO32－+12H2O+14e－；14H2O+7O2+28e－＝28OH－，有关推断错误的是（）
A．通氧气的电极为正极
B．在电解质溶液中CO32－向正极移动
C．放电一段时间后，KOH的物质的量浓度将下降
D．参加反应的氧气和乙烷的物质的量之比为7∶2
10．一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2－。下列说法错误的是（　　）
A．通入丁烷的一极是负极，电极反应为：C4H10 ＋26e－＋13O2－= 4CO2↑＋5H2O
B．在熔融电解质中，O2－向负极定向移动
C．电池的总反应是：2C4H10＋13O2=8CO2＋10H2O
D．通入空气的一极是正极，电极反应为：O2＋4e－=2O2－
11．下列各组的电极材料和电解液，不能组成原电池的是（　　）
A．铜片、银片，FeCl3溶液 B．铜片、石墨棒，硝酸银溶液
C．锌片、铜片，稀盐酸 D．铜片、石墨棒，稀硫酸
12．采用电化学法还原CO2是一种使CO2资源化的方法，如图是利用此法制备ZnC2O4的示意图（电解液不参与反应）．下列说法正确的是（　　）
A．Pb与电源的正极相连
B．ZnC2O4在离子交换膜右侧生成
C．正极反应式为：Zn﹣2e﹣═Zn2+
D．标准状况下，当11.2 L CO2参与反应时，转移0.5mol电子
13．某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行电解饱和NaCl溶液的实验，装置如下图所示，下列说法正确的是（　　）
A．甲烷燃料电池工作时，负极的电极反应为：
B．电极b上得到的是Cl2
C．标准状况下，每个电池通入且完全反应，理论上最多能得到
D．若将电极a的石墨棒换成Fe棒，NaCl溶液中发生的总反应式为：
14．某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解溶质溶液。下列说法正确的是（　　）
A．负极的电极反应式为：Zn-2e-=Zn2+
B．正极反应式为2FeO42 + 10H++6e =Fe2O3+5H2O
C．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变
D．电池工作时溶液中所有阴离子均向负极迁移
15．近年来，有科研工作者提出可用如图所示装置进行水产养殖用水的净化处理。该装置工作时，下列说法不正确的是（　　）
A．导线中电子由M电极流向a极
B．N极的电极反应式为2NO3-+10e-+12H+=N2↑+6H2O
C．当电路中通过24 mol电子的电量时，理论上有1 mol (C6H10O5)n参加反应
D．当生成1 mol N2时，理论上有10 mol H+通过质子交换膜
16．现有的氨合成气，液体燃料合成气制备工艺复杂且能耗高，中科院大连化学物理研究所提出在混合导体透氧膜反应器中一步同时制备氨合成气和液体燃料合成气的概念，并取得研究进展。其工作原理如图所示，下列说法错误的是（　　）
A．膜I侧相当于原电池的正极
B．O2和H2O均发生还原反应
C．膜II侧发生的反应为：CH4+O2--2e-=2H2+CO
D．膜II侧消耗CH4与膜I侧生成H2的物质的量之比为1：2
二、综合题
17．综合利用化石燃料，提高利用率，有助于实现“碳达峰、碳中和”。回答下列问题：
（1）Ⅰ.利用-干重整反应不仅可以对天然气资源综合利用，还可以缓解温室效应对环境的影响。该反应一般认为通过如下步骤来实现：
①
②
上述反应中C(ads)为吸附活性炭，反应历程的能量变化如图所示：
-干重整反应的热化学方程式为　 　(选用、、、、的关系式表示反应热)，反应Ⅱ是　 　(填“慢反应”或“快反应”)。
（2）在恒压条件下，等物质的量的(g)和(g)发生干重整反应时，各物质的平衡转化率随温度变化如图所示。已知在干重整中还发生了副反应： ，则表示平衡转化率的是曲线　 　(填“A”或“B”)，判断的依据是　 　。
（3）Ⅱ.在一密闭容器中，通入1mol 和3mol (g)发生甲烷的水蒸气重整反应。甲烷的水蒸气重整涉及以下反应：
③
④
如图所示，压强为kPa，温度低于700℃时，加入CaO可明显提高平衡体系混合气中的物质的量，原因是　 　。
（4）500℃时，反应相同时间后测得的转化率随压强的变化如图所示。则图中E点和G点的浓度大小关系为c(G)　 　c(E)(填“>”“<”或“=”)，结合两图中的相关数据，计算此温度下反应③的压力平衡常数　 　(用分压代替浓度，分压等于总压×物质的量分数，列出计算式，无需化简)。
（5）我国科技工作者发明了一种电化学分解甲烷的方法。其电化学反应原理如图所示。请写出Ni-YSZ电极上发生的电极反应方程式　 　。
18．
（1）由铜、铁和硫酸铜溶液组成的原电池中，作正极的是　 　（填化学式），正极的电极反应式为　 　；电子由　 　（填“正”或“负”，下同）极经导线移向　 　极，总反应的离子方程式为　 　。
（2）若以反应 来设计原电池，则电池的负极材料是　 　（填化学式，下同），电解质溶液为　 　溶液。
19．目前，世界上多采用电解熔融氯化钠的方法来生产金属
钠：2NaCl（熔融） 2Na+Cl2．已知物质A、B、C、D、E、F 有如图所示转化关系：
请按要求书写：
（1）A→C的离子方程式　 　．
（2）B→D 的化学方程式　 　．
（3）E+F→NaCl的离子方程式　 　．
（4）过氧化钠可用作制氧剂，写出过氧化钠与二氧化碳反应的化学方程式：　 　．
20．CO2、NOx和SO2等物质的转化和资源化利用是社会热点问题。
（1）I.CO2与CH4经催化重整，制得合成气。发生反应：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)，已知上述反应中相关的化学键键能数据如下：
化学键 C—H C=O H—H CO中的化学键
键能/kJ·mol 1 413 745 436 1075
则该反应的ΔH=　 　。
（2）II.间接电化学法可对大气污染物NO进行无害化处理，其工作原理如图所示，质子膜允许H+和H2O通过。
电极I应接电源的　 　(填“正极”或“负极”)。
（3）每处理标准状况下22.4 L NO，可同时得到　 　g O2。
（4）III.使用固体催化剂可提高脱硫效率。气体在固体催化剂表面反应的机理是气体反应物分子吸附在催化剂表面，占据催化剂表面活性位点，生成一些活性高的微粒，从而降低反应活化能，提高反应速率，反应后气体产物分子及时脱附空出活性位点。
活性炭催化脱除SO2的机理如图所示(＊代表吸附态)。
①写出“热再生”生成SO2的化学方程式　 　。
②研究表明，温度在脱硫过程中是一个非常重要的因素，温度过高，脱硫效果会变差，原因可能是　 　。
（5）V2O5/炭基材料是在活性炭上载有V2O5活性成分，构成更高活性的活性炭催化剂，更有利于SO2转化为SO3，最终实现脱硫。
①通过红外光谱发现，脱硫开始后催化剂表面出现了VOSO4的吸收峰，再通入O2后VOSO4吸收峰消失，该脱硫反应过程可描述为　 　。
②控制一定气体流速和温度，考察烟气中O2 的存在对V2O5/炭基材料催化剂脱硫活性的影响，结果如图所示，当O2浓度过高时，去除率下降，其原因可能是　 　。
（6）科学家通过NH3活化改性提升了活性炭的脱硫性能，认为活性炭表面的含氮官能团具有催化性能，含氮官能团越丰富越有利于提升脱硫性能，原因可能是　 　。
21．可燃冰是一种高效清洁能源，中国已勘探的可燃冰储量居世界第一，持续安全开采量创下了世界纪录，有望2030年实现产业化开采。科学家也对进行了重点研究。
I.与重整的工艺过程中涉及如下反应：
反应①
反应②
反应③
（1）已知：反应④，则　 　。
（2）一定条件下，向体积为的密闭容器中通入各及少量，测得不同温度下反应平衡时各产物产量如图所示。
①图中a和c分别代表产生　 　和　 　。由图中信息判断后产生的主要反应并说明理由　 　。
②平衡时，与的转化率分别为95%和90%，体系内余，反应③的平衡常数　 　(写出计算式)。
③密闭恒容条件下，反应②达到平衡的标志是　 　
A．每消耗的同时消耗
B．的分压不再发生变化
C．气体平均分子量不再发生变化
D．气体密度不再发生变化
E.比值不再发生变化
（3）Ⅱ.将与一种产生温室效应的气体利用电解装置进行耦合转化，原理示意如图。
电池工作时，向电极　 　移动。
（4）若消耗和产生温室效应气体的体积比为3∶2，则生成乙烷和乙烯的体积比为　 　。
答案解析部分
1．【答案】B
【解析】【解答】A．正极上得电子发生还原反应，所以通入氧化剂空气的电极为正极，所以A正确；B．燃料电池并非是将热能转化为电能，而使燃料在负极失电子发生氧化反应，氧气在正极得电子发生还原反应，发生的总反应与燃烧反应相同，但能量的转化与燃烧反应不同，所B错误；C．该反应中有二氧化碳生成，如果用非碱性溶液作电解液，二氧化碳气体会造成内部的压强增大，有安全隐患，所以用碱性物质作电解质溶液，所以C正确；D．用碱液作电解液，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣，所以D正确；所以选B．
【分析】本题考查了燃料电池，根据物质得失电子确定正负极上发生的电极反应，难点是电极反应式的书写，要注意结合电解质溶液的酸碱性，注意燃料电池中燃料不燃烧，为易错点．
2．【答案】C
【解析】【解答】A．电解溶液，阴极析出铜，阳极生成氯气，要使溶液恢复到原来的浓度，应加入CuCl2，故A不符；
B． 电解AgNO3，阴极析出Ag，阳极生成O2，要使溶液恢复到原来的浓度，应加入Ag2O，故B不符；
C． 电解溶液，阳极生成氧气，阴极生成氢气，实际为电解水，电解后加入水可恢复到原来的浓度，故C符合；
D． 电解KCl溶液，生成KOH、H2、Cl2，加水显然不能恢复电解前的状态，应通入适量的HCl气体，故D不符；
故答案为：C。
【分析】加水恢复为原状态，即电解的过程应该是生成氧气和水，因此阳离子电解氢离子，阴离子电解氢氧根，再结合离子放电顺序的比较；
阳离子顺序：Ag+ > Hg2+ > Fe3+ > Cu2+ > H+(酸) > Pb2+ > Sn2+ > Fe2+ >Zn2+ > H+(水)；
阴离子顺序：S2– >I–> Br– > Cl– > OH– > (NO3－、SO42– 等)含氧酸根 > F－。
3．【答案】A
【解析】【解答】A．两个活泼性不同的金属，有闭合回路，也有自发的氧化还原反应，稀硫酸也是电解质溶液，属于原电池，A项符合题意；
B．酒精是非电解质，B项不符合题意；
C．没有自发的氧化还原反应，两个电极相同，C项不符合题意；
D．电路没有闭合，D项不符合题意；
故答案为：A。
【分析】原电池构成条件：两根不同材料的导体作为电极，有电解质溶液，形成自发的氧化还原反应，有导线连接形成闭合回路。
4．【答案】B
【解析】【解答】A.C7H8为甲苯的分子式，结构简式必须体现有机物结构，甲苯的结构简式为 ，选项A不符合题意；
B.钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O2+2H2O+4e-═4OH-，选项B符合题意；
C.碳酸的电离方程式为H2CO3 H++HCO3-，选项C不符合题意；
D.硫化钠水解的离子反应为S2-+H2O HS-+OH-，选项D不符合题意；
故答案为：B。
【分析】A.分清有机物的分子式和结构简式；
B.吸氧腐蚀的正极发生氧气的还原反应；
C.碳酸属于二元弱酸，电离时分步电离；
D.多元弱酸的阴离子水解分不水解。
5．【答案】D
【解析】【解答】解：A．镁的活泼性大于铁，用牺牲镁块的方法来保护地下钢管而防止铁被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法，故A错误；
B．对金属护栏涂油漆使金属和空气、水等物质隔离而防止生锈，没有连接外加电源，故B错误；
C．汽车底盘喷涂高分子膜阻止了铁与空气、水的接触，从而防止金属铁防锈，没有连接外加电源，故C错误；
D．水中的钢闸门连接电源负极，阴极上得电子被保护，所以属于使用外加电流的阴极保护法，故D正确；
故选D．
【分析】使用外加电流的阴极保护法说明该该金属防腐的措施中连接外加电源，且阴极连接电源负极．
6．【答案】A
【解析】【解答】由图可知④是电解池，铁是阳极，腐蚀速率最快；②中Fe为原电池的负极被腐蚀，腐蚀速率也较快；③中铁为原电池的正极，被保护，不被腐蚀；①属于金属铁的化学腐蚀，腐蚀速率较慢；则腐蚀时由快到慢的顺序是④＞②＞①＞③，
故答案为：A。
【分析】当电解质溶液相同时，同一金属腐蚀的快慢是电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极，以此分析解答。
7．【答案】C
【解析】【解答】A．负极发生氧化反应，故A错误；
B．原电池原理中，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，故B错误；
C．负极上镁失电子，正极上次氯酸根离子得电子，所以电池反应为Mg+ClO﹣+H2O=Mg（OH）2↓+Cl﹣，故C正确；
D．电池工作时正极上的反应为：ClO﹣+H2O+2e﹣=Cl﹣+2OH﹣，在正极附近生成OH﹣，故pH增大，故D错误；
故选C．
【分析】该原电池中，镁作负极，负极上镁失电子发生氧化反应，正极上次氯酸根离子得电子发生还原反应，电池反应式为：Mg+ClO﹣+H2O=Mg（OH）2↓+Cl﹣，原电池放电时，电解质溶液中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动．
8．【答案】D
【解析】【解答】解：A、用惰性电极电解H2SO4溶液时，阳极上氢氧根离子放电、阴极上氢离子放电，所以相当于电解水，电解过程中硫酸浓度增大，导致溶液的pH减小，故错误；
B、用惰性电极电解CuSO4溶液时，阳极上氢氧根离子放电、阴极上铜离子放电，产物是硫酸、铜和氧气，溶液的pH减小，故错误；
C、用惰性电极电极Na2SO4溶液时，阳极上氢氧根离子放电、阴极上氢离子放电，相当于电解水，导致硫酸钠浓度增大，但硫酸钠是强酸强碱盐，其溶液呈中性，所以溶液的pH不变，故错误；
D、用惰性电极电解NaCl溶液时，阴极上氢离子放电、阳极上氯离子放电，所以电解后溶液中溶质含有NaOH，溶液中c（OH﹣）增大，pH增大，故正确；
故选D．
【分析】用石墨作电极电解1mol L﹣1下列物质的溶液，一段时间后溶液的pH增大，说明电解后溶液中c（H+）减小或c（OH﹣）增大，溶液中溶质可能是可溶性强碱、活泼金属的无氧酸盐等，据此分析解答．
9．【答案】B
【解析】【解答】A、氧气得到电子，在正极反应，符合题意，A不符合题意；
B、碳酸根离子向负极移动，不符合题意，B符合题意；
C、总反应中消耗氢氧根离子，所以放电一段时间，氢氧化钾的物质的量浓度下降，符合题意，C不符合题意；
D、根据电子守恒分析，氧气和乙烷的物质的量比为7:2，符合题意，D不符合题意。
故答案为：B
【分析】在燃料电池中，燃料所在电极为负极，另一极为正极；其中阳离子移向正极，阴离子移向负极；在乙烷和氧气组成的KOH燃料电池中，溶液为碱性，生成的CO2会消耗氢氧根，导致其浓度下降。
10．【答案】A
【解析】【解答】A．燃料电池中通入燃料的电极是负极，负极反应式为C4H10+13O2－-26e-=4CO2↑+5H2O，选项A符合题意；
B．在放电时，熔融电解质中O2-向负极定向移动、阳离子向正极移动，选项B不符合题意；
C．电池总反应式和燃料燃烧方程式相同，为2C4H10+13O2=8CO2+10H2O，选项C不符合题意；
D．燃料电池中通入氧化剂的电极是正极，所以通入空气的电极是正极，电极反应式为：O2+4e-═2O2-，选项D不符合题意；
答案选A。
【分析】A.燃料电池的负极发生氧化反应；
B.原电池中阴离子向负极方向移动；
C.总的反应方程式即为丁烷的燃烧方程式；
D.通入的空气中的氧气在正极上发生还原反应。
11．【答案】D
【解析】【解答】解：A、两金属的活泼性不同，且铜片与氯化铁溶液能自发的发生氧化还原反应，所以能构成原电池，故A不符合；
B、两电极的活泼性不同，且铜片与硝酸银溶液能自发的发生氧化还原反应，所以能构成原电池，故B不符合；
C、两金属的活泼性不同，且锌片与稀盐酸能自发的发生氧化还原反应，所以能构成原电池，故C不符合；
D、铜片和稀硫酸不能自发的发生氧化还原反应，所以不能构成原电池，故D符合；
故选D．
【分析】根据原电池的构成条件判断是否能构成原电池，原电池的构成条件是：1、有两种活泼性不同的金属（或其中一种为非金属导体）作电极；2、电极均插入电解质溶液中；3、两极相互连接（或接触）；4、能自发的发生氧化还原反应．
12．【答案】D
【解析】【解答】解：A、采用电化学法还原CO2制备ZnC2O4的过程中，碳元素的化合价降低，所以通入二氧化碳的电极是阴极，即Pb是阴极，和电源的负极相连，故A错误；
B、在阴极上，二氧化碳得电子得C2O42﹣，在阳极上，金属锌失电子成为锌离子，从阳极移向阴极，所以ZnC2O4在交换膜左侧生成，故B错误；
C、Zn是阳极不是正极，金属锌失电子成为锌离子，反应式为：Zn﹣2e﹣═Zn2+，故C错误；
D、电解的总反应为：2C02+Zn ZnC2O4，2mol二氧化碳反应伴随2mol电子转移，当通入标况下的11.2 L CO2时，转移0.5 mol电子，故D正确．
故选D
【分析】采用电化学法还原CO2制备ZnC2O4的过程中，碳元素的化合价降低，所以通入二氧化碳的电极是阴极，即Pb是阴极，和电源的负极相连，Zn是阳极，和电源的正极相连，总反应为：2C02+Zn ZnC2O4，根据反应式计算．
13．【答案】A
【解析】【解答】A．甲烷燃料电池工作时，负极甲烷失电子被氧化，电极反应为： CH4 8e +10OH =7H2O+，A选项符合题意；
B．b连接通入CH4的燃料电池的负极，b为阴极，H2O中H+在此得电子被还原为H2，B选项不符合题意；
C．根据电子得失守恒可知CH4~~8e-~4H2，所以标准状况下，每个电池通入 1L CH4且完全反应，理论上最多能得到 4LH2，C选项不符合题意；
D．若将a的石墨换成Fe棒，则Fe作为活性电极自身失电子被氧化，发生反应，D选项不符合题意；
故答案为：A。
【分析】甲烷燃料电池工作时，甲烷通入的一极作负极，氧气通入的一极作正极，所以a极是阴极，b极是阳极。负极、阳极均失电子，正极和阴极均得电子，失电子发生氧化反应，得电子发生还原反应。
14．【答案】D
【解析】【解答】A．负极发生氧化反应，电极反应式为：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2，故A不符合题意；
B．KOH溶液为电解质溶液，则正极电极方程式为2FeO42-+6e-+8H2O=2Fe(OH)3+10OH-，故B不符合题意；
C．该电池放电过程中电解质溶液浓度减小，故C不符合题意；
D．电池工作时阴离子向负极迁移，故D符合题意；
故答案为：D。
【分析】本题考查原电池知识，侧重考查学生的分析能力，注意从元素化合价的角度分析。本题中原电池工作时，总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O=3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH，Zn为原电池的负极，K2FeO4为正极，本题的易错点是A。
15．【答案】C
【解析】【解答】A. 根据装置图可知M为阳极，N为阴极，因此a为正极，b为负极，导线中电子由M电极流向a极，A不符合题意；
B. N为阴极，发生还原反应，电极反应式为：2NO3-+10e-+12H+=N2↑+6H2O，B不符合题意；
C. 有机物(C6H10O5)n中C元素化合价平均为0价，反应后变为+4价CO2，1 mol该有机物反应，产生6n molCO2气体，转移24n mol电子，则当电路中通过24 mol电子的电量时，理论上有 mol (C6H10O5)n参加反应，C符合题意；
D. 根据选项B分析可知：每反应产生1 mol N2，转移10 mol e-，根据电荷守恒应该有10 mol H+通过质子交换膜，D不符合题意；
故答案为：C。
【分析】该装置是将电能转化为电能的装置，是电解池。在电解池中，与外接电源的正极相连的是是阳极，与外界电源负极相连的是阴极。阳极失去电子，发生氧化反应，阴极得到电子，发生还原反应，在内电路中，阳离子移向阴极。
16．【答案】D
【解析】【解答】A. 氧气在膜I侧被还原，所以膜I侧相当于原电池的正极，故A不符合题意；
B. O2和H2O均发生还原反应，故B不符合题意；
C. 膜II侧发生的反应为：CH4+O2--2e-=2H2+CO，故C不符合题意；
D. 膜II侧发生的反应：CH4+O2--2e-=2H2+CO，膜I侧发生的反应：H2O+2e-=H2+O2-，O2+4e-=2O2-，膜II侧每消耗1molCH4，膜I侧生成小于1molH2，故D符合题意。
故答案为：D。
【分析】根据图示分析出工作原理为：膜I侧相当于原电池的正极，发生还原反应，H2O+2e-=H2+O2-，O2+4e-=2O2-；膜II侧相当于原电池的负极，发生氧化反应：CH4+O2--2e-=2H2+CO；
17．【答案】（1）+=2CO+ 2H2 =E3-E1；快反应
（2）B；CO2的转化率大于
（3）加入CaO和反应使浓度降低，反应④平衡正向移动，平衡体系混合气中H2的物质的量增大
（4）>；0.75
（5）CH4-4e-+2O2-=CO2+2H2
【解析】【解答】（1）-干重整反应生成CO和H2，由图可知反应物的能量高于生成物，该反应为吸热反应，=生成物能量-反应物能量=E3-E1，热化学方程式为：+=2CO+ 2H2 =E3-E1；由图可知，反应Ⅱ的活化能小于反应Ⅰ，反应Ⅱ是快反应。
（2）等物质的量的CH4(g)和CO2(g)发生干重整反应+=2CO+ 2H2，同时还发生了副反应：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)，则CO2的转化率大于，则表示CH4平衡转化率的是曲线B。
（3）压强为P0kPa，温度低于700℃时，加入CaO和反应使浓度降低，反应④平衡正向移动，平衡体系混合气中H2的物质的量增大。
（4）温度、投料量相同，由图乙可看出E、G两点CH4转化率相同，可知E、G两点CH4物质的量相等，但G点压强大，所以G点对应的体积小，CH4的浓度大，即c(G) >c( E)；500℃ 时由图甲可知平衡时n( H2) =2.1 mol，由图乙可知，相同反应时间，G点CH4转化率小于F点，但G点压强大于F点，则G点已达到平衡，CH4平衡转化率为0.6，列三段式：
平衡时气体总物质的量为：0.4mol+0.3mol+2.1mol+0.3mol+2.1mol=5.2mol，此温度下反应③的压力平衡常数 。
（5）由外接直流电源可以判断是电解池，根据元素化合价变化，Ni- YSZ电极上发生CH4→H2+ CO2的转变，则该电极为阳极，发生氧化反应，结合图示，电极反应式为CH4-4e-+2O2-=CO2+2H2。
【分析】（1）利用=生成物能量-反应物能量分析；活化能越大，反应速率越慢；
（2）依据题目中的信息判断；
（3）依据影响化学平衡的因素分析；
（4）利用三段式法计算；
（5）根据元素化合价变化判断。
18．【答案】（1）Cu；Cu2++2e-=Cu；负；正；Fe+Cu2+=Fe2++Cu
（2）Fe；FeCl3 （或其他可溶性的铁盐）
【解析】【解答】(1)由铜、铁和硫酸铜溶液组成的原电池中，铁作负极，则作正极的是Cu；在正极，溶液中的Cu2+得电子生成Cu，电极反应式为Cu2++2e-=Cu；负极材料铁失电子，从而使电子由负极经导线移向正极，总反应的离子方程式为Fe+Cu2+=Fe2++Cu。答案为：Cu；Cu2++2e-=Cu；负；正；Fe+Cu2+=Fe2++Cu；
(2)若以反应 来设计原电池，则电池的负极材料应为失电子的反应物，所以是Fe，电解质溶液为FeCl3(或其他可溶性的铁盐)溶液。答案为：Fe；FeCl3(或其他可溶性的铁盐)。
【分析】在原电池中，相对活泼的金属电极为负极，相对不活泼的金属电极或非金属电极作正极，且负极材料能与电解质溶液发生氧化还原反应。设计原电池时，需分析电池反应，失电子的反应物作负极，得电子的离子来自电解质。
19．【答案】（1）2Na+2H2O=2Na++2OH﹣+H2↑
（2）2Fe+3Cl2 2FeCl3
（3）Ca2++CO32﹣=CaCO3↓
（4）2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2
【解析】【解答】解：由转化流程可知，A与水反应生成C，且C与二氧化碳反应，则A为Na，C为NaOH、E为Na2CO3，B为Cl2，D为FeCl3，F为CaCl2，（1）由上述分析可知，A为Na，B为Cl2，C为NaOH，D为FeCl3，E为Na2CO3，F为CaCl2，A→C的离子方程式为：2Na+2H2O=2Na++2OH﹣+H2↑，故答案为：2Na+2H2O=2Na++2OH﹣+H2；（2）B→D 的化学方程式为：2Fe+3Cl2 2FeCl3，故答案为：2Fe+3Cl2 2FeCl3；（3）E+F→NaCl的离子方程式为：Ca2++CO32﹣=CaCO3↓，故答案为：Ca2++CO32﹣=CaCO3↓；（4）过氧化钠可用作制氧剂，过氧化钠与二氧化碳反应的化学方程式为：2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2，故答案为：2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2．
【分析】由转化流程可知，A与水反应生成C，且C与二氧化碳反应，则A为Na，C为NaOH、E为Na2CO3，B为Cl2，D为FeCl3，F为CaCl2，然后结合元素化合价知识及化学用语来解答．
20．【答案】（1）+120 kJ·mol 1
（2）负极
（3）16
（4）C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑+2H2O；反应物在催化剂表面吸附效果变差，炭与硫酸反应产生SO2，反应快速生成的SO3占据所有活性位点，来不及脱附，使吸附很快达到饱和
（5）SO2与V2O5作用形成具有VOSO4结构的中间体，VOSO4中间体与气相的O2反应生成SO3和V2O5 (或3SO2+V2O5+O2 = 2VOSO4+SO3，4VOSO4+O2 = 2V2O5+4SO3)；氧气浓度过高时，O2和SO2分子会产生竞争吸附的局势，当O2分子占据催化剂过多活性位点时，剩余的SO2分子就不能很好地被吸附，导致脱硫率下降
（6）活性炭材料表面的含氮官能团具有碱性，能够促进活性炭对SO2的吸附及氧化
【解析】【解答】（1）1mol CH4中含有4 mol C-H键，1 mol CO2中含有2 mol C-O键，1mol CO中含有1 mol C O键，1 mol H2中含有1 mol H-H键，根据反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) 可得△H=[4 E(C-H)+ 2 ×E(C=O)]-[2×E(C O)+2×E(H-H)]=(4×413+2×745) kJ/mol -(2×1 075+2×436)kJ/mol =+120 kJ/mol；
（2）从图示中，可知在吸收塔中NO变成了N2，N的化合价降低，变成了，S的化合价从＋3升高到了＋4，化合价升高。在电解池中，变成了，S的化合价从＋4降低到＋3，得到电子，电极Ⅰ为阴极，接连电源的负极；
（3）整个装置中转移的电子数相同，处理标准状况下22.4 L NO，即1molNO，N的化合价从＋2降低到0，转移了2mol电子，阳极2H2O－4e－=4H++O2↑，生成16g O2即0.5molO2需要2mol电子，答案为16g；
（4）①根据图中信息可知， “热再生”是活性炭基材料与浓硫酸反应生成SO2，反应的化学方程式为C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑+2H2O；
②研究表明，温度在脱硫过程中是一个非常重要的因素，温度过高，反应物在催化剂表面吸附效果变差，炭与硫酸反应产生SO2，反应快速生成的SO3占据所有活性位点，来不及脱附，使吸附很快达到饱和，脱硫效果会变差；
（5）①
根据题意可知，该脱硫反应过程可描述为SO2与V2O5作用形成具有VOSO4结构的中间体；VOSO4 中间体与气相的O2反应生成SO3和V2O5或3SO2 + V2O5 + O2=2VOSO4 + SO3，4VOSO4 + O2=2V2O5 + 4SO3，故答案为： SO2与V2O5作用形成具有VOSO4结构的中间体，VOSO4中间体与气相的O2反应生成SO3和V2O5 (或3SO2+V2O5+O2 = 2VOSO4+SO3，4VOSO4+O2 = 2V2O5+4SO3)；
②当O2浓度过高时，去除率下降，其可能原因是氧气浓度过高时，O2、SO2和NO分子会产生竞争吸附的局势，当O2分子占据催化剂过多活性位时，剩余的SO2、NO分子就不能很好地被吸附，导致脱硫脱硝率下降；
故答案为： 氧气浓度过高时，O2和SO2分子会产生竞争吸附的局势，当O2分子占据催化剂过多活性位点时，剩余的SO2分子就不能很好地被吸附，导致脱硫率下降；
（6）活性炭材料表面的含氮官能团具有碱性，能够促进活性炭对SO2的吸附及氧化，含氮官能团越丰富越有利于提升脱硫性能。
【分析】（1）△H=反应物总键能-生成物总键能；
（2）阴极连接电池负极，阳极连接电池正极；
（3）结合公式n=V/Vm和化学计量数之比等于物质的量之比判断；
（4） ① 碳和浓硫酸加热生成二氧化碳、二氧化硫和水；
② 炭与硫酸反应产生SO2，反应快速生成的SO3占据所有活性位点，来不及脱附 ；
（5）①氧气、五氧化二钒和三氧化硫反应生成硫酸氧化钒和三氧化硫，硫酸氧化钒和氧气反应生成五氧化二钒和三氧化硫；
② 当O2分子占据催化剂过多活性位点时，剩余的SO2分子就不能很好地被吸附 。
21．【答案】（1）
（2）；；由图知后随温度升高减小，说明升温平衡移动方向即吸热方向应该是减小方向，因此逆反应吸热的反应④为主要反应；；BE
（3）B
（4）2∶1
【解析】【解答】（1）反应为反应④，由盖斯定律反应②=①-③+④，故。
（2）①由反应①②③可知，反应产物有、和，生成的会在反应②中与反应生成，的产量高于，故a曲线表示产物，b曲线表示，c表示；反应②是吸热反应，升高温度，有利于反应正向进行，的含量增大，但反应④为放热反应，升高温度，不利于反应正向进行，的含量减小，由图知后的含量减小，说明此时以的含量减小的反应为主，故后，生成的主要反应为反应④。
②时，与的转化率分别为95%、90%，则计算得平衡时，根据碳元素守恒计算得平衡时，由图可知，，则反应③的平衡常数。
③A．消耗和消耗均表示的是正反应速率，不能作为平衡判断依据，A不正确；
B．产生的压强随着反应进行会增大，因此产生的压强不再发生变化能作为判断依据，B正确；
C．平均分子量=气体总质量÷气体总物质的量，二者反应前后均未发生变化，因此随着反应进行气体平均分子量也不会发生变化，故气体平均分子量不再发生变化不能作为判断依据，C不正确；
D．气体密度=气体总质量÷气体体积，二者反应前后均未发生变化，因此随着反应进行气体密度也不会发生变化，故气体密度不再发生变化不能作为判断依据，D不正确；
E．比值随着反应进行而减小，因此该比值不再发生变化能作为判断依据。E正确；
故答案为：BE。
（3）产生温室效应的气体为，且其在电极A上发生的反应为：，故电极A为电解池阴极，电极B为电解池阳极。电池工作时，产生于电极A消耗于电极B，故向电解池阳极即电极B移动。
（4）若消耗和的体积比为3∶2，根据阿伏加德罗定律，同温同压下，气体体积比等于物质的量之比，可令和物质的量分别为和，乙烷和乙烯物质的量分别为x、y，再根据得失电子守恒，电极A：、电极B：，可得方程组，求得。
【分析】（1）依据盖斯定律计算；
（2）①依据影响反应速率和化学平衡的因素分析；
②利用三段式法计算；
③利用“变者不变即平衡”；
（3）电解时，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极；
（4）根据阿伏加德罗定律，同温同压下，气体体积比等于物质的量之比。