第四章化学反应与电能（含解析）单元练习2023-2024学年上学期高二化学人教版（2019）选择性必修1

第四章 化学反应与电能 单元练习
一、单选题
1．海水中锂资源非常丰富，但是海水中的锂浓度低，很难被提取出来。我国科学家设计了一种太阳能驱动下利用选择性固体陶瓷膜电解海水提取金属锂的装置(如图所示)。下列说法错误的是

A．铜箔上的电势比催化电极上的高
B．导线中通过电子时，海水减重约
C．工作时的能量转化形式：太阳能→电能→化学能
D．选择性固体陶瓷膜不允许通过，只允许通过
2．镍镉电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用，其工作原理可以表示为：Cd+2NiO（OH）+2H2O 2Ni（OH）2+Cd（OH）2以下说法中正确的是（ ）
A．以上反应是可逆反应
B．放电时，镉为正极
C．充电时电池上标有“+”号的电极连接电源正极
D．以镍镉电池为电源，电解Na2CO3溶液，当收集到气体的总体积为33.6L电池中转移了2mol电子
3．如图装置所示，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，D电极表面析出红色固体。下列说法正确的是
A．E极附近的溶液变为红色
B．相同条件下，C、E、F电极产生的气体体积之比一定为1：2：2(忽略气体的溶解)
C．Y极附近的颜色变深
D．电子移动方向：
4．钠离子电池具有成本低、能量转换效率高、寿命长等优点。一种钠离子电池用碳基材料（NamCn）作负极，利用钠离子在正负极之间嵌脱过程实现充放电，该钠离子电池的工作原理为：
。下列说法不正确的是（ ）
A．充电时，阴极质量减小且Na+数目增加
B．充电时，阳极的电极反应式为NaCoO2-me-=Na1-mCoO2+mNa+
C．放电时，Na+向正极移动
D．放电时，负极的电极反应式为NamCn-me-=mNa++Cn
5．利用微生物处理有机废水可获得电能并实现海水淡化。下图装置(a、b均为石墨)处理有机废水(以含CH3COO-的溶液为例)并淡化NaCl模拟海水。下列说法正确的是
A．a为正极
B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜
C．理论上除盐58.5 g，溶液中有1 mol电子通过
D．b电极发生的反应为2H++2e- ═H2↑
6．利用同种气体在两极浓度不同而产生电势差可设计成气体浓差电池，利用浓差电池可测定混合气体中某气体含量。实验室通过氧气浓差电池测定空气中氧气含量的工作原理如图所示，其中在参比电极上通入纯氧气，测量电极上通入空气。下列说法错误的是
A．熔融ZrO2、CaO混合物可用于传递O2-
B．工作时，电子由测量电极经外电路流向参比电极
C．工作时，用初期读数计算所得空气中氧气含量更准确
D．相同压强下，电势差越大，空气中氧气含量越高
7．用惰性电极电解法制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。下列有关说法正确的是
A．同温同压下，阴极与阳极产生的气体体积比为2∶1
B．b极的电极反应式为2H2O + 2e-=H2↑+OH-
C．产品室中发生的反应是B(OH)3+OH-=B(OH)
D．每增加1 mol H3BO3产品，NaOH溶液增重44 g
8．从NaHPbO2溶液中回收Pb的原电池装置如图所示。
下列说法不正确的是
A．a极为原电池的负极
B．溶液中Na+从b极区迁移至a极区
C．b极区的电极反应为H2+2OH--2e-=2H2O
D．该原电池工作一段时间后，a极区溶液的pH增大
9．下列描述中，符合生产实际的是
A．一元硬币材料为钢芯镀镍硬币制作时，钢芯应作阴极
B．电解法精炼粗铜，每转移电子就有铜溶解
C．氯碱工业中，用阴离子交接膜把阳极室和阴极室隔开
D．氯碱工业中，用铁作阳极
10．下列关于金属腐蚀和保护的说法正确的是
A．两图中钢闸门均为电子输入的一端
B．两图所示钢闸门上均主要发生了反应：2H++2e-=H2↑
C．图1是外加电流法，图2是牺牲阳极法
D．金属的腐蚀会造成严重的经济损失，所以金属腐蚀对人类只有危害没有益处
11．一种处理高浓度乙醛废水的方法——隔膜电解法，其原理如图所示，电解质溶液为一定浓度含乙醛的Na2SO4溶液，电解后乙醛在两个电极分别转化为乙醇和乙酸。下列说法正确的是
A．a电极为阴极，b电极为阳极
B．阳极的电极反应式为CH3CHO-2e-+H2O=CH3COOH+2H+
C．设电解时溶液体积不变，则阴极区Na2SO4的物质的量增大
D．电解过程中，M 池溶液的pH 变大，N 池溶液的pH 变小
12．我国科技的发展日新月异，下列有关解读正确的是
选项 科技成果 化学解读
A 在海水里原位(无淡化)直接电解制氢 先淡化后电解制氢经济成本更高
B 将二氧化碳人工合成脂肪酸 无机物转化为有机高分子化合物
C 纳米陶瓷应用于国防装备陆军战车 纳米陶瓷属于传统无机非金属材料
D 载人航天史上实现乘组“太空会师” 飞船燃料的化学能首先全部转化为热能
A．A B．B C．C D．D
二、填空题
13．氨能源是目前研究的热点之一，回答下列问题。
(1)科学家研究利用铁触媒催化合成氨的反应历程如图1所示，其中吸附在催化剂表面的物种用“ad”表示。
上述历程中反应速率最慢的步骤的化学方程式为 。由图得出合成氨反应的 (填“<”或“>”)；，则合成氨反应在常温(298K)下 (填“能”或“不能”)自发进行。
(2)德国哈伯发明以低成本制造大量氨的方法，流程如图2所示：
图2中为提高原料转化率而采取的措施是 (填序号)。
(3)氨气是一种富氢燃料，可以直接用于燃料电池，供氨水式燃料电池工作原理如图3所示：
①B极为氨气燃料电池的 极(填“正”或“负”)。
②“净化的空气”是指在进入电池装置前除去 (填化学式)的气体。
③氨气燃料电池的反应原理是氨气与氧气反应生成一种常见的无毒气体和水，该电池正极上装的电极反应式是 。
14．（1）熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。可用熔融的碳酸盐作为电解质，向负极充入燃料气CH4，用空气与CO2的混合气作为正极的助燃气，以石墨为电极材料，制得燃料电池。工作过程中，CO32-移向 极(填“正”或“负”)，已知CH4发生反应的电极反应式为 ，则另一极的电极反应式为 。
（2）某实验小组同学对电化学原理进行了一系列探究活动。
①如图为某实验小组依据的氧化还原反应： (用离子方程式表示)设计的原电池装置，反应前，电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差12g，导线中通过 mol电子。

②其他条件不变，若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，石墨的电极反应式为 。
③如图其他条件不变，若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n型，如图所示，

一段时间后，在甲装置铜丝附近滴加酚酞试液，现象是 ，电极反应式为 ；乙装置中石墨a为 极(填“正”“负”“阴”或“阳”)，乙装置中与铜丝相连石墨b电极上发生的反应式为 ，产物常用 检验。
15．某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题(甲、乙、丙三池中溶质足量)，当闭合该装置的电键 K 时，观察到电流计的指针发生了偏转。
请回答下列问题：
(1)甲池为 (选填“原电池”、“电解池”)，A电极的电极反应式为 。
(2)丙池中F电极为 (选填“正极”、“负极”、“阴极”或“阳极”)，该池的总反应的化学方程式为 。
(3)当池中C极质量减少10.8 g时，甲池中B电极理论上消耗O2的体积为 mL(标准状况下)，一段时间后，断开电键 K，下列物质能使丙池恢复到反应前浓度的是 (填字母)。
A．Cu B．CuO C．Cu(OH)2 D．CuCO3
(4)常温下，已知丙池中的溶液为 400 mL，合上开关 K，一段时间后，丙池中，阳极共收集到气体 224 mL(标准状况下)气体，则此时溶液的pH为 。
16．直接甲醇燃料电池(DMFC)结构如图所示。
(1)写出该电池放电时正极的电极反应式： ；放电时，H+向 极移动(填“a”或“b”)。
(2)当有1mol CH3OH完全氧化时转移电子数目为 ；实际上由于甲醇的氧化过程可能不完全，往往有中间产物如HCOOH等化合物生成，写出生成HCOOH时的电极反应式： 。
(3)甲醇可以通过电解甲烷制备，装置如图，电解液为含有NaCl、X的乙醇溶液。
已知：当电解发生时，阳极区发生如下过程：Cl-→ Cl·→CH3Cl→CH3OH，电解池中阳极的材料是 (填“石墨”或“铁皮”)，写出生成Cl·的电极反应式： ；电解液中的另一种电解质X可能是 。
17．钢铁是目前应用最广泛的金属材料，了解钢铁腐蚀的原因与防护方法具有重要意义，对钢铁制品进行抗腐蚀处理，可适当延长其使用寿命。
（1）抗腐蚀处理前，生产中常用盐酸来除铁锈。现将一表面生锈的铁件放入盐酸中，当铁锈除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式为： 。
（2）利用下图装置，可以模拟铁的电化学防护。
①开关K断开时，且若为生铁，则铁件主要发生 腐蚀；若X为碳棒，为减缓铁件的腐蚀，开关K应置于 处。
②若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为 。
（3）上图中若X为粗铜（含锌等杂质），容器中海水替换为硫酸铜溶液，开关K置于N处，一段时间后，当铁件质量增加127 g时，X电极溶解的铜的质量 127 g(填“<”“>”或“＝”)。铁件表面镀铜可有效防止铁被腐蚀，如果铁件部分未镀上铜，或镀层破损，镀铜铁比镀锌铁反而更易被腐蚀，请简要说明原因： 。
18．判断图中装置能否形成原电池，若能，请写出电极反应式和电池反应式：
① ；② ；③ ；④
19．煤的气化是高效、清洁的利用煤炭的重要途径之一。
（1）焦炭与水蒸气反应是将固体煤变为气体燃料的方法。已知：
① C(s)+ O2 (g) = CO2 (g) ΔH =" -393.5" kJ·mol-1
② CO(g) + O2 (g) = CO2 (g) ΔH =" -283.0" kJ·mol-1
③ H2(g) + O2 (g) = H2O (g) ΔH =" -241.8" kJ·mol-1
则碳与水蒸气反应生成一氧化碳和氢气的热化学方程式是 ，该反应的化学平衡常数K随温度的升高将 （填“增大”、“减小”或“不变”）。
（2）CO可以与H2O(g)进一步发生反应CO(g) + H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH＜0。在甲、乙两个恒容密闭容器中，起始时按照下表数据进行投料，在800℃时达到平衡状态，K=1.0。
H2O CO CO2 H2
甲 n/ mol 0.10 0.30 0.10 0.50
乙 n/ mol 0.20 0.20 0 0
① 起始时，甲容器中反应向 （填“正反应”或“逆反应”）方向进行；平衡时，乙容器中CO的转化率为 。
②右图表示上述反应在t1时刻达到平衡，在t2时刻因改变某个条件而发生变化的情况。则t2时刻发生改变的所有可能的条件是 。
（3）以CO为燃料制作燃料电池，电池的正极通入O2和CO2，负极通入CO，电解质是熔融碳酸钠，工作时负极反应式为 ，若使用该电池电解熔融Al2O3制取10.8g Al，则理论上需要氧气的体积为（标准状况下） L。
20．R、W、X、Y、Z是原子序数依次增大的短周期主族元素。R的最外层电子数是内层电子数的两倍，X2W2可用于呼吸面具，Y的主族序数与周期数相等，Z的氢化物的分子式为H2Z。
(1)Z在周期表中的位置是 。
(2)RZ2的结构式是 ，X2Z2的电子式是 。
(3)H2ZW3在水中电离的方程式为 ，向H2ZW3水溶液滴入少量酸性高锰酸钾溶液，发生反应的离子方程式为 。
(4)某传感器可以检测空气中ZW2的含量，工作原理如图所示。则电流流向为 时针方向(填“顺”或“逆”)，其阴极电极反应式 。
21．C、N、O、S、Mg、Fe等是中学化学中的常见元素。按要求回答下列问题：
（1）N元素在元素周期表中的位置是 。
（2） H2S的沸点比H2O的沸点低的主要原因是 。
（3）已知：2 SO2(g) +O2(g)- 2 SO3(g) △H=-196.6 kJ·mol-l
2 NO(g) +O2(g) 2 NO2(g) AH="-113.0" kJ·mol-l
则反应NO2(g) +SO2(g) SO3(g)+NO(g)的△H= kJ·mol-l
（4）CO在催化剂作用下可以与H2反应生成甲醇：CO(g)+2 H2(g) CH3OH(g)，在2L密闭容器中充人lmol CO与2 mol H2，CO的平衡转化率与温度、压强的关系如右图所示。则M、N、Q三点的平衡常数KM、KN、Ko的大小关系为 ；Pl P2（填“>、<或=”）；平衡常数KM= 。
（5） Mg和Fe组成的合金是目前已发现的储氢密度最(高的储氢材料之一，其晶胞结构如图甲（白球代表Mg，黑球代表Fe）。则该合金的化学式为 。若该合金用M表示，某种储氢镍电池（MH - Ni电池）的结构如图乙所示。其电池反应为：MH+NiOOHNi( OH)2 +M。下列有关说法不正确的是 。
A．放电时正极反应为：NiOOH+H2O+e-= Ni(OH)2 +OH-
B．放电时电子由b极到a极
C．充电时负极反应为：MH+ OH- - e-= H20+M
D．M的储氢密度越大，电池的比能量越高
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．A
【详解】A．根据图示可知电子流入铜电极，Li+在 Cu 电极上得到电子被还原为 Li单质，在电解池中，电子流入的电极为阴极，故Cu电极为阴极，铜箔上的电势比催化电极上的低，因此 A错误；
B．，，因此导线中通过电子时，海水减重约，B正确；
C．根据图示可知: 太阳能转化为电能，然后利用太阳能电解海水提取金属，实现了电能转化为化学能,因此该装置主要涉及的能量变化: 太阳能→电能→化学能，C正确；
D．在固体陶瓷膜上部区域是有机电解质，下部区域为海水，有机物与海水互不相溶，因此该选择性固体隔瓷膜不允许通过，只允许通过，D正确；
故选A。
2．C
【分析】根据题中镍镉电池工作原理可知，本题考查原电池和电解池，运用原电池和电解池的工作原理分析。
【详解】A. 二次电池充电时是电解原理和放电时是原电池原理，条件不同，不能是可逆反应，故A错误；
B. 放电时，Cd发生失电子的氧化反应，是负极，故B错误；
C. 充电时电池上标有“+”号的电极上发生失电子的氧化反应，其逆过程是得电子的还原反应，应该是连接电源正极，故C正确；
D. 电解Na2CO3溶液的实质是电解水，会生成氢气和氧气，体积比是2:1，当收集到气体的总体积为33.6L时，未标明状态，无法计算，故D错误；
答案选C。
3．C
【分析】C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，A、B为外接直流电源的两极，将直流电源接通后，D电极表面析出红色固体，D上析出铜，Cu2++2e-=Cu，则D为阴极，C为阳极，A为正极，B为负极，因此E、X为阳极，F、Y为阴极，据此分析解答。
【详解】A．电解滴入酚酞的氯化钠溶液时，阴极上氢离子放电，导致阴极附近显碱性，所以阴极(F)附近溶液显红色，故A错误；
B．电解硫酸铜溶液时，阳极C上一定生成氧气；电解氯化钠溶液时，阳极E上生成氯气，阴极F上生成氢气，当氯化钠溶液电解结束后，继续电解水，此时阳极E上生成氧气，阴极F上生成氢气，因此通过相同的电量时，C、E、F电极产生的气体的物质的量比不一定为1∶2∶2，则相同条件下体积之比不一定为1∶2∶2，故B错误；
C．电解池工作时，溶液中阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，X极是阳极，Y极是阴极，氢氧化铁胶粒带正电荷，向阴极移动，Y极附近红褐色变深，故C正确；
D．电子不能通过溶液，溶液是通过离子的移动导电的，故D错误；
故选C。
4．A
【详解】A. 充电时，阴极电极反应式为mNa++Cn+me-=NamCn，阴极电极质量会增大，A项错误；
B. 充电时，阳极上发生失电子的氧化反应，电极反应式为：NaCoO2-me-=Na1-mCoO2+mNa+，B项正确；
C. 放电时阳离子向正极移动，即Na+向正极移动，C项正确；
D. 放电时，负极电极反应式为NamCn-me-=mNa++Cn，D项正确；
答案选A。
【点睛】和锂离子电池的工作原理相似，抓住钠离子的化合价保持不变，根据放电时为原电池原理、充电时为电解池原理是解题的关键。
5．D
【分析】该装置为原电池，根据电极的物质转化可知，a极上CH3COO-转化为CO2，C元素化合价升高，失电子，则a极为负极，b极上发生反应2H++2e- ═H2↑，b极为正极，据此分析解答。
【详解】A． a为负极，故A错误；
B． 在原电池中，阴离子移向负极，阳离子移向正极，该装置可淡化NaCl模拟海水，则氯离子应通过隔膜1进入负极室，隔膜1为阴离子交换膜，钠离子通过隔膜2进入正极室，则隔膜2为阳离子交换膜，故B错误；
C． 电子从负极经过导线流向正极，不能通过溶液，故C错误；
D． b电极发生的反应为2H++2e- ═H2↑，故D正确；
故选D。
6．D
【分析】氧气在反应中得到电子发生还原反应，则参比电极作正极；
【详解】A．由分析可知，参比电极作正极，氧气得电子转化为，负极失电子生成氧气，电子由负极经外电路流向正极，熔融金属氧化物电离出的氧离子向负极定向移动可用于传递，A正确；
B．电子由负极经外电路流向正极，故工作时，电子由测量电极经外电路流向参比电极，B正确；
C．由工作原理知，负极氧离子失去电子发生氧化反应会不断生成氧气，混合气体氧气浓度增大，故用初期读数计算所得空气中氧气含量更准确，C正确；
D．两极氧气浓度差越大，两极电势差越大，则相同压强下，电势差越大，空气中氧气含量越低，D错误；
故选D。
7．A
【分析】由图可知，b电极为阳极，电解时阳极上水失电子生成O2和H+，a电极为阴极，电解时阴极上水得电子生成H2和OH-，原料室中的Na+通过阳膜A进入a 极室，溶液中c(NaOH)增大，原料室中的B(OH)通过阴膜B进入产品室，b极室中氢离子通入阳膜A进入产品室，B(OH)、H+发生反应生成H3BO3；a、b电极反应式分别为2H2O+2e-=H2↑+2OH-、2H2O-4e-=O2↑+4H+，理论上每生成1mol产品，b极生成1mol H+、a 极生成0.5mol H2。
【详解】A．由上述分析可知，阴阳极转移电子数相同时，阴极与阳极产生的气体体积比为2：1，故A正确；
B．b极为阳极，电极反应为2H2O-4e-=O2↑+4H+，故B错误；
C．产品室中B(OH)、H+发生反应生成H3BO3，反应离子方程式为B(OH) +H+=B(OH)3+H2O，故C错误；
D．每增加1mol H3BO3产品，则有1mol Na+移向NaOH溶液，同时有0.5mol H2生成，因此NaOH溶液质量增加1mol×23g/mol-0.5mol×2g/mol=22g，故D错误；
故选A。
8．A
【分析】本实验的目的，是从NaHPbO2溶液中回收Pb，则Pb由+2价降为0价，得电子发生还原反应，a电极为正极，b电极为负极。
【详解】A．a极NaHPbO2转化为Pb，Pb得电子发生还原反应，则a极为原电池的正极，A不正确；
B．在原电池中，阳离子向正极移动，则溶液中Na+从b极区迁移至a极区，B正确；
C．b极为负极，则b极区H2失电子产物与电解质反应生成水，电极反应为H2+2OH--2e-=2H2O，C正确；
D．该原电池工作时，a极区发生的反应为+2e-+H2O=Pb+3OH-，一段时间后，a极区溶液的pH增大，D正确；
故选A。
9．A
【详解】A．电镀原理中，镀层金属作阳极，镀件金属作阴极，所以在钢芯上镀镍时，钢芯应为阴极，镍为阳极，故A正确；
B．电解法精炼粗铜，每转移2mol电子就有64g纯铜在阴极析出，由于阳极粗铜中的某些杂质也能失去电子，则阳极溶解的铜要小于64g，故B错误；
C．氯碱工业中，要防止阴极产生的氢气和阳极产生的氯气混合而引起爆炸，还要避免氯气和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱质量，只允许Na+通过，而Cl-、OH-和气体不能通过，则需要用阳离子交接膜把阳极室和阴极室隔开，故C错误；
D．用铁作阳极，则铁失去电子发生氧化反应，而不是氯离子，得不到氯气，故D错误；
故选A。
10．A
【分析】题图1为原电池，钢闸门作正极，题图2为电解池，钢闸门作阴极，原电池中电子从负极沿导线流向正极，电解池中电子从负极流向阴极、阳极流向正极，两图中的钢闸门都是电子的流入极，据此分析。
【详解】A．由上述分析可知，两图中的钢闸门都是电子的流入极，A正确；
B．题图2中钢闸门上水电离出的得电子，发生反应，题图1中钢闸门上氧气得电子，发生反应，B错误；
C．题图1采用原电池原理，是牺牲阳极法，题图2采用电解池原理，是外加电流法，C错误；
D．有些金属腐蚀能被人类利用，如牺牲阳极法、自热贴等，D错误；
故本题选A。
11．B
【分析】外加直流电源，该装置为电解池，阳离子向b电极移动，则b电极为阴极，连接电源的负极。
【详解】A．根据溶液中氢离子的移动方向可知，b电极为阴极，a电极为阳极，选项A错误；
B．阳极发生氧化反应，电极反应式为CH3CHO-2e-+H2O=CH3COOH+2H+，选项B正确；
C．阴极发生还原反应，电极反应式为2H++2e-=H2↑，设电解时溶液体积不变，则阴极区Na2SO4的物质的量不变，选项C错误；
D．电解过程中，M 池中a为阳极，电极反应式为CH3CHO-2e-+H2O=CH3COOH+2H+，溶液的pH 减小，选项D错误；
答案选B。
12．A
【详解】A．在海水里原位直接电解制氢，不需要先将海水淡化，节约生产成本，故A正确；
B．脂肪酸不是高分子化合物，故B错误；
C．纳米陶瓷具有非常优异的力学、光学和化学稳定性能，属于新型无机非金属材料，故C错误；
D．燃料的化学能不可能全部转化为热能，故D错误；
故选A。
13．(1) < 能
(2)②④⑤
(3) 正
【详解】（1）该历程中反应速率最慢的步骤是反应消耗能最高或活化能最高，则反应的化学方程式为：Nad+ 3Had=NHad +2Had或Nad+Had=NHad；根据反应历程图可知，热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) -92 kJ/mol，即<0；又已知：，则 ，所以合成氨反应在常温下能自发进行。
（2）对于可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，①净化干燥不能改变转化率，②加压，使平衡正向移动，提高原料的转化率，③催化剂不能使平衡发生移动，不能改变转化率，④液化分离出氨气，平衡正向移动，可以提高原料转化率，⑤反应物循环再利用，可以提高原料的转化率，故选②④⑤。
（3）①B极通入空气，空气中的氧气得到电子，发生还原反应，电极B是正极；
②空气中的CO2能和氨水反应，所以，除去的气体是CO2；
③正极氧气发生还原反应，氧气得到电子，注意碱性环境，故正极的电极反应式为：。
14． 负 CH4＋4CO32-－8e－=5CO2＋2H2O 2O2+8e-+4CO2=4CO32- Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋Cu 0.2 2H＋＋2e－=H2↑ 溶液变红 O2＋2H2O＋4e－=4OH－ 阴 2Cl－－2e－=Cl2↑ 湿润的淀粉碘化钾试纸
【分析】(1)向负极充入燃料气CH4，用空气与CO2的混合气作为正极的助燃气，以石墨为电极材料，燃料电池中阴离子向负极移动；燃料电池中正极上氧气得电子生成碳酸根离子；
(2)①图为原电池反应，Fe为负极，发生：Fe-2e-=Fe2-，石墨为正极，发生Cu2++2e-=Cu，根据总反应结合差量法计算；②氯化铵中，铵根离子水解导致溶液显示酸性，据此分析解答；③若将盐桥换成弯铜导线与石墨b相连成n型，甲装置为铁的吸氧腐蚀，乙为电解池装置，据此分析解答。
【详解】(1)电池中阴离子向负极移动，则装置中CO32-向负极移动；CH4在负极上发生氧化反应，电极反应式为CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O，正极上氧气得电子生成碳酸根离子，电极反应式为：O2+4e-+2CO2=2CO32-，故答案为负；CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O；O2+4e-+2CO2=2CO32-；
(2)①图中为原电池反应，Fe为负极，发生：Fe-2e-=Fe2-，石墨为正极，发生Cu2++2e-=Cu，总反应式为Fe+Cu2+＝Fe2++Cu，一段时间后，两电极质量相差12g，则
Fe+Cu2+＝Fe2++Cu 两极质量差△m 转移电子
56g 64g 56g+64g=120g 2mol
12g n
有：=，解得：n=0.2mol，故答案为Fe+Cu2+＝Fe2++Cu；0.2；
②氯化铵溶液中，铵根离子水解导致溶液显示酸性，实质是NH4++H2ONH3 H2O+H+，石墨为正极，石墨电极上发生2H++2e-=H2↑，故答案为2H++2e-＝H2↑；
③若将盐桥换成弯铜导线与石墨b相连成n型，甲装置为原电池，发生铁的吸氧腐蚀，铁为负极，铜为正极，正极上发生 O2+2H2O+4e-＝4OH-，铜丝附近溶液呈碱性，滴加酚酞，溶液变红；乙为电解池装置，乙装置中石墨b为阳极，石墨a为阴极，阳极上发生2Cl--2e-＝Cl2↑，生成的氯气可用湿润淀粉碘化钾试纸检验，故答案为溶液变红；O2+2H2O+4e-＝4OH-；阴；2Cl--2e-＝Cl2↑；湿润淀粉碘化钾试纸。
【点睛】本题的易错点和难点为(2)③，要注意将盐桥换成弯铜导线与石墨b相连成n型，溶液中离子不能通过铜导线转移，此时形成两个池，一个池为原电池，一个为电解池。
15．(1) 原电池
(2) 阴极
(3) 560 BD
(4)1
【详解】（1）甲池为原电池，CH3OH发生氧化反应，电极的电极反应式为；
（2）丙池是电解池，F电极与甲池的A电极相连，A为原电池的负极，则F为阴极，该池阳极是水中氢氧根离子失电子生成氧气，阴极是铜离子得电子生成Cu，总反应的化学方程式为；
（3）乙池为电解池，C为阳极电极反应为：Ag-e-=Ag+，D做阴极，电极反应为Cu2++2e-=Cu，乙池中C极质量减轻10.8g，则其物质的量n(Ag)==0.1mol，则转移电子为0.1mol，故甲池消耗O2为0.1 mol×=0.025mol，所以体积为0.025 mol×22.4L/mol=0.56L=560mL；一段时间后，断开电键K，根据少什么加什么，要使丙池恢复到反应前浓度，需加入CuO或者CuCO3，CuO与硫酸生成硫酸铜和水，CuCO3与硫酸生成硫酸铜、二氧化碳和水；故答案为：BD；
（4）丙池为电解池，惰性电极电解CuSO4溶液，总反应为2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑，阳极共收集到气体224mL，O2～4e-～4H+，n(O2)==0.01mol，n(H+)=4×0.01mol=0.04mol，c(H+)==0.1mol/L，此时溶液的pH为1。
16． b 6NA 石墨 KCl
【分析】从甲醇燃料电池结构图可以看出，a极的反应物是甲醇和水，生成了CO2，所以a极为负极，电极反应式为：；b极为正极，电极反应式为：，总反应方程式为。
【详解】(1)b是正极，电极反应式为：；H+是阳离子，向正极移动，b是正极，所以H+向b极移动；
(2)负极的电极反应式：，1molCH3OH完全氧化转移电子数为6NA；甲醇的氧化生成HCOOH的电极反应式为：；
(3)阳极区发生的过程：Cl-→ Cl·→CH3Cl→CH3OH,，阳极是溶液中的Cl-发生反应，而不是电极发生反应，说明阳极是惰性电极，所以阳极的材料是石墨；生成Cl·的电极反应式为：；乙醇中加入电解质是为了增强导电性，同时为阳极反应提供Cl-，所以电解液中的另一种电解质可能是KCl；
17． 2FeCl3＋Fe===3FeCl2 吸氧 N 牺牲阳极的阴极保护法(或牺牲阳极保护法) < 在潮湿的环境中构成原电池，铁是负极，加速腐蚀
【详解】试题分析：（1）当铁锈除尽后，溶液中发生的反应有铁与盐酸反应生成氯化亚铁和氢气、铁与氯化铁反应生成氯化亚铁；（2）①生铁是铁碳合金，开关K断开时，则铁件中铁、碳、海水构成原电池，主要发生吸氧腐蚀；若X为碳棒，开关K置于M，则铁件、碳棒、海水构成原电池，铁件为负极被腐蚀；若开关K置于N，则铁件、碳棒、海水构成电解池，铁件为阴极被保护； ②若X为锌，开关K置于M处，则铁件、锌棒、海水构成原电池，锌为负极被腐蚀，铁件被保护；（3）上图中若X为粗铜（含锌等杂质），容器中海水替换为硫酸铜溶液，开关K置于N处，构成电解池，粗铜中铜、锌都能失电子生成阳离子；铁件电极只有铜离子得电子生成单质铜。在潮湿的环境中，镀铜铁镀层破损构成原电池，铁作负极被腐蚀，镀锌铁镀层破损构成原电池，锌作负极被腐蚀，铁作正极被保护。
解析：（1）当铁锈除尽后，溶液中发生的反应有铁与盐酸反应生成氯化亚铁和氢气、铁与氯化铁反应生成氯化亚铁，属于化合反应的方程式是2FeCl3＋Fe===3FeCl2；（2）①生铁是铁碳合金，开关K断开时，铁件中铁、碳、海水构成原电池，主要发生吸氧腐蚀；若X为碳棒，开关K置于M，则铁件、碳棒、海水构成原电池，铁件为负极被腐蚀；若开关K置于N，则铁件、碳棒、海水构成电解池，铁件为阴极被保护，所以为减缓铁件的腐蚀，开关K应置于N处； ②若X为锌，开关K置于M处，则铁件、锌棒、海水构成原电池，锌为负极被腐蚀，铁件被保护，该电化学防护法称为牺牲阳极的阴极保护法(或牺牲阳极保护法)；（3）上图中若X为粗铜（含锌等杂质），容器中海水替换为硫酸铜溶液，开关K置于N处，构成电解池，X电极铜、锌都失电子生成阳离子；铁件电极只有铜离子得电子生成单质铜。根据电子守恒，当铁件质量增加127 g时，X电极溶解的铜的质量<127 g；在潮湿的环境中镀铜铁镀层破损构成原电池，铁作负极被腐蚀，镀锌铁镀层破损构成原电池，锌作负极被腐蚀，铁作正极被保护。
18． 负极：Fe-2e-=Fe2+，正极：2H++2e-=H2↑，电池反应式：Fe+2H+=Fe2++H2↑ 负极：Zn-2e-=Zn2+ ， 正极：2H++2e-=H2↑，电池反应式：Zn+2H+=Zn2++H2↑ 负极：Fe-2e-=Fe2+ ，正极：Cu2++2e-=Cu ， 电池反应式：Fe+Cu2+=Fe2++Cu 不能
【详解】①总反应为铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，铁做负极，铁单质失去电子发生氧化反应，氢离子在电源正极发生还原反应；
负极：Fe-2e-=Fe2+，正极：2H++2e-=H2↑，电池反应式：Fe+2H+=Fe2++H2↑；
②活动性锌大于铁，锌做负极，失去电子发生氧化反应生成锌离子，氢离子在电源正极也就是铁电极发生还原反应生成氢气；
负极：Zn-2e-=Zn2+ ， 正极：2H++2e-=H2↑，电池反应式：Zn+2H+=Zn2++H2↑；
③总反应为铁和硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，铁做负极，铁单质失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，铜离子离子在电源正极发生还原反应生成铜单质；
负极：Fe-2e-=Fe2+ ，正极：Cu2++2e-=Cu ， 电池反应式：Fe+Cu2+=Fe2++Cu。
④酒精为非电解质，不导电，且没有自发氧化还原反应，不能形成原电池。
19．（1）C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H=+131.3kJ/mol（2分），增大（2分）
（2）①逆反应（2分）；50%（2分）②降低温度、增加水蒸气浓度或减小氢气浓度．（2分）
（3）CO+CO32-＝2CO2+2e-（2分） 6.72（2分）
【详解】试题分析：（1）已知：① C(s)+ O2 (g) = CO2 (g) ΔH =" -393.5" kJ·mol-1
② CO(g) + O2 (g) = CO2 (g) ΔH =" -283.0" kJ·mol-1
③ H2(g) + O2 (g) = H2O (g) ΔH =" -241.8" kJ·mol-1
则根据盖斯定律可知①－②－③即得到碳与水蒸气反应生成一氧化碳和氢气的热化学方程式是C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H=+131.3kJ/mol；正反应是吸热反应，升高温度平衡向正反应方向进行，因此该反应的化学平衡常数K随温度的升高将增大。
（2）①起始时，甲容器中浓度熵＝＞1，所以反应向逆反应方向进行；平衡时，乙容器中消耗CO的物质的量是x，由于反应前后体积不变，因此用物质的量代替浓度计算平衡常数，则，解得x＝0.1，所以CO的转化率为50%。
②t2时CO2浓度逐渐增大，CO浓度逐渐减小，这是你平衡向正反应方向进行。由于正反应是体积不变的放热反应，因此改变的条件可能是降低温度、增加水蒸气浓度或减小氢气浓度；
（3）电解质是熔融碳酸钠，工作时负极通入CO，所以电极反应式为CO－2e-+CO32-＝2CO2；若使用该电池电解熔融氧化铝制取10.8g铝，物质的量是10.8g÷27g/mol＝0.4mol，注意1.2mol，所以根据电子得失守恒可知需要氧气是1.2mol÷4＝0.3mol，在标准状况下的体积为0.3mol×22.4L/mol＝6.72L。
【考点定位】考查盖斯定律的应用、平衡常数以及外界条件对平衡状态的影响和电极反应式的书写以及有关计算
【名师点晴】该题是高频考点，考查的知识点较多，属于中等难度试题的考查，明确盖斯定律的含义、平衡常数的意义以及电化学原理是解答的关键，难点是电极反应式的书写。书写电极反应式时除了要明确正负极、阴阳极的判断，放电微粒外，还需要特别注意介质的影响，例如溶液的酸碱性，有无交换膜，是阳离子交换膜，还是阴离子交换膜，是否是熔融的电解质等。
20．(1)第三周期第ⅥA族
(2) S=C=S
(3) 、 5H2SO3+2=2Mn2++5+3H2O+4H+
(4) 逆 2+2H++2e-=+2H2O
【分析】R、W、X、Y、Z是原子序数依次增大的短周期主族元素。R的最外层电子数是内层电子数的两倍，R含2个电子层，最外层电子数为4，为C元素；X2W2可用于呼吸面具，为Na2O2，则X为Na元素，W为O元素；Y的主族序数与周期数相等，原子序数比11大，为Al元素；Z的氢化物的分子式为H2Z，则Z为S元素，结合元素周期律和电解池的工作原理分析解题。
【详解】（1）由分析可知，Z为S元素，Z在周期表中位于第三周期第ⅥA族，故答案为：第三周期第ⅥA族；
（2）由分析可知，RZ2的化学式为CS2，与CO2的结构相似，结构式为S=C=S；X2Z2的化学式为Na2S2，与Na2O2的结构相似，电子式为，故答案为：S=C=S；；
（3）由分析可知，Z为S，W为O，故H2ZW3为H2SO3是一种弱酸，其在水中电离的方程式为：、，向H2ZW3水溶液滴入少量酸性高锰酸钾溶液反应生成硫酸、硫酸钾、硫酸锰和水，发生反应的离子方程式为：5H2SO3+2=2Mn2++5+3H2O+4H+，故答案为：、；5H2SO3+2=2Mn2++5+3H2O+4H+；
（4）某传感器可以检测空气中SO2的含量，阴极上发生还原反应，根据工作原理示意图，Pt电极上转化为，其中S元素的化合价由+4价变成+3价，发生还原反应，因此Pt电极为阴极，故电源a为正极，b为负极，电流方向是由正极经外电路流向负极，即电流方向为逆时针方向，阴极上的电极反应式为2+2H++2e-=+2H2O，故答案为：逆；2+2H++2e-=+2H2O。
21． 第二周期第VA族 水分子间中含有氢键 -41.8 KM=KN>Ko Pl 【详解】试题分析：（1）N元素在元素周期表中的位置是第二周期第ⅤA族；
（2）O的电负性大，水分子间中含有氢键，水的沸点比硫化氢的高，则H2S的沸点比H2O的沸点低的主要原因是水分子间中含有氢键；
（3）①2 SO2(g) +O2(g)- 2 SO3(g) △H=-196.6 kJ·mol-l，②2 NO(g) +O2(g) 2 NO2(g) △H=-113.0kJ·mol-l，(①-②)/2得NO2(g) +SO2(g) SO3(g) +NO(g)，则△H="(-196.6+113.0)/2=-41.8" kJ·mol-l；
（4）随着温度的升高，CO的平衡转化率降低，则该反应为放热反应，则M、N两点温度相同，平衡常数相同，Q点的温度高于M、N两点，则平衡常数小，则M、N、Q三点的平衡常数KM、KN、Ko的大小关系为KM=KN>Ko；对于反应CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)，增大压强，平衡正向移动，CO的平衡转化率增大，由图可知，Pl （5）利用均摊法， Fe：8×（1/8）+6×（1/2）=4；Mg：8；该合金化学式为FeMg2或Mg2Fe；由电池总反应MH+NiOOHNi( OH)2 +M可知，A．放电时正极反应为：NiOOH+H2O+e-= Ni(OH)2 +OH-，A正确；B．放电时电子由负极到正极，由图可知，a为负极，b为正极，B错误；C．放电时负极反应为：MH+ OH- - e-= H2O+M，充电时，该装置变为电解池，C错误；D．M的储氢密度越大，电池的比能量越高，D正确；答案选BC。
考点：元素周期表，氢键，反应热，平衡移动的影响因素，原电池原理
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