第四章 化学反应与电能 强基习题 （含解析） 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第四章 化学反应与电能强基习题
一、单选题
1．下列实验装置或操作能达到实验目的的是
A．图甲：检验某溶液中是否含有
B．图乙：将设计成原电池
C．图丙：用乙醇萃取碘水中的碘
D．图丁：验证非金属性
2．微生物燃料电池(MFC)是一种能实现化学能直接转化为电能的装置，其基本工作原理如图所下，其负极附着有产电微生物希瓦氏菌等。下列说法错误的是
A．电池放电时，电流由铂碳电极经导线流向石墨电极
B．放电时正极区酸性溶液的pH增大
C．负极反应式为：
D．正极区消耗氧气0.224 L，则电路中转移0.02 mol电子
3．为探究原电池的构成条件，进行了如下两组实验，装置如图1和图2所示，下列说法不正确的是
A．图1中电子经导线从Zn移向Cu B．图1中铜片上发生还原反应
C．图2中铜棒的a处会变粗 D．图2中电流计指针不发生偏转
4．下列现象或操作可用勒夏特列原理解释的是
A．食品包装袋内常放一小袋铁屑
B．制取氢气时，用粗锌产生气泡的速率比用纯锌快
C．合成氨工业中，将氨液化后分离出来，以提高氮气的转化率
D．对于反应，达到平衡后压缩容器体积，混合气体颜色变深
5．我国最近在太阳能光电催化-化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示.下列说法错误的是
A．a极区和的浓度会影响分解效率
B．能量转化方式主要为“光能→化学能→电能”
C．该装置的总反应为
D．为使电池持续放电，应选用质子交换膜
6．下列装置或过程能实现化学能转化为电能的是
A．冶炼金属钠 B．普通锌锰电池 C．天然气燃烧 D．太阳能电池
A．A B．B C．C D．D
7．下列离子方程式与所给事实不相符的是
A．氯化铵的水溶液呈酸性：
B．用惰性电极电解溶液：
C．泡沫灭火器的灭火原理：
D．KI溶液将AgCl转化为AgI：
8．用金属和为电极电解溶液与甘油(用表示)的混合液可制备甲酸钾。下列说法正确的是
A．的水溶液呈中性
B．基态钛原子的价电子排布式为
C．阳极反应为
D．一段时间后，电解质溶液的碱性增强
9．类推的思维方法在化学学习和研究中经常用到，但是有时会产生错误的结论。因此，推出的结论最终要经过检验才能决定其是否正确。以下几种类推结论不正确的是
A．金属镁失火不能用灭火器灭火；金属钠失火也不能用灭火器灭火
B．可以写成；也可以写成
C．不能用电解溶液来制取金属铝；也不能用电解溶液来制取金属镁
D．Al和S直接化合时可得到；Fe与S直接化合时也可得到
10．氨硼烷(NH3·BH3)电池可在常温下工作，装置如图所示。该电池工作时的总反应为NH3·BH3+3H2O2=NH4BO2+4H2O。下列说法正确的是
A．正极附近溶液的pH减小
B．电池工作时，H+通过质子交换膜向负极移动
C．消耗3.1g氨硼烷，理论上有0.3molH2O2被氧化
D．电池负极反应式为NH3·BH3+2H2O-6e-=NH+BO+6H+
11．铅蓄电池效率低，污染大，目前正逐步被锌电池取代。锌电池的原料为锌、空气和电解质溶液，电池反应为2Zn+O2=2ZnO，下列关于锌电池的叙述中，正确的是（　　）
A．锌为负极，空气进入负极发生反应
B．正极发生氧化反应，负极发生还原反应
C．负极电极反应是：Zn﹣2e﹣+2OH﹣=ZnO+H2O
D．电池工作时，溶液的pH变小
12．我国科研人员以Zn和尖晶石百锰酸锂(ZnMn2O4)为电极材料，研制出一种水系锌离子电池。该电池的总反应方程式：xZn +Zn1 xMn2O4ZnMn2O4(0A．ZnMn2O4是负极材料
B．充电时，Zn2+向ZnMn2O4电极迁移
C．充电时，阳极反应：ZnMn2O4 xZn2+ 2xe ===Zn1 xMn2O4
D．充放电过程中，只有Zn元素的化合价发生变化
13．用下列装置进行相应实验，正确的是
A．装置甲：可实现化学能转化为电能 B．装置乙：配制2mol/L的稀硫酸
C．装置丙：未知浓度盐酸的测定 D．装置丁：验证镁片与稀盐酸反应放热
14．科学家以石墨烯为电极材料，设计出种处理工业尾气中NH3的新方案，其原理如图所示，下列说法不正确的是
A．上述装置工作时H+向阴极迁移，阳极上发生氧化反应
B．电路中每转移0.3mole-，理论上可处理2.24L氨气
C．电解总反应方程式为4NH3+3O2=2N2+6H2O
D．阴极区反应包括Fe3++e-→Fe2+，4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O
15．观察下列几个装置示意图，有关叙述正确的是
① ② ③ ④
电解溶液装置 电镀铜实验装置 氢氧燃料电池示意图 离子交换膜法电解原理示意图
A．装置①中阳极上析出红色固体
B．装置②的待镀铁制品应与电源正极相连
C．装置③中外电路电子由a极流向b极
D．装置④中的离子交换膜允许阴离子、水分子自由通过
二、填空题
16．如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。请按要求回答相关问题：

(1)甲是燃料电池，通入甲烷的电极作 极填“正”或“负”，电极反应式为 。
(2)乙是 池，石墨极的电极反应式为
(3)丙中粗铜作 极填“阴”或“阳”，若在标准状况下，有氧气参加反应，丙装置中析出精铜的质量为 g。
17．回答下列问题：
(1)土壤中的微生物可将H2S经两步反应氧化成，两步反应的能量变化示意图如图：
1molH2S(g)全部氧化为(aq)的热化学方程式为 。
(2)标准摩尔生成焓是指在25℃和101kPa时，最稳定的单质生成1mol化合物的焓变。已知25℃和101kPa时下列反应：
①
②
③
写出乙烷(C2H6)标准摩尔生成焓的焓变= (用含、、的式子表示)。
(3)我国某科研团队设计了一种电解装置，将CO2和NaCl高效转化为CO和NaClO，原理如图2所示：
通入CO2气体的一极为 (填“阴极”、“阳极”、“正极”或“负极”)，写出该极的电极反应式： ，若电解时电路中转移0.4mol电子，则理论上生成NaClO的物质的量为 mol。
18．(1)把一块纯净的锌片插入盛有稀硫酸的烧杯里，可观察到锌片逐渐溶解，并有气体产生，再平行地插入一块铜片(如图甲所示)，可观察到铜片上 (填“有”或“没有”)气泡产生，再用导线把锌片和铜片连接起来(如图乙所示)，可观察到铜片上 (填“有”或“没有”)气泡产生。
(2)用导线连接灵敏电流表的两端后，再与溶液中的锌片和铜片相连(如图丙所示)，观察到灵敏电流表的指针发生了偏转，说明了导线中有电流通过。图乙、图丙是一个将 能转化为 能的装置，人们把它叫做原电池。
(3)从上述现象中可以归纳出构成原电池的一些条件是 ，有关的电极反应式：锌片 ；铜片 。
19．完成下列填空
(1)25℃时，将该pH=13Ba(OH)2溶液与pH=2的HCl溶液混合，若所得混合溶液pH=7，则Ba(OH)2溶液与HCl溶液的体积比为 。
(2)二甲醚(分子式C2H6O)可作燃料电池的燃料，以二甲醚、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极可构成燃料电池。请写出该电池中负极上的电极反应式是： 。
(3)草酸分解所需燃料可以是CO，通过甲烷制备CO： 。常温下，在2L的密闭容器中通入4molCH4气体和6molCO2气体发生反应，5min后达到平衡，测得CO气体的浓度为。
①平衡时，该反应的平均反应速率 。
②在不改变反应混合物用量的前提下，为了提高CH4气体的转化率，可采取的措施是 。
(4)含有Cr2O的废水毒性较大，某工厂废水中含的Cr2O。为使废水能达标排放，做如下处理：、、。若处理后的废水中残留的，则残留的Cr3+的浓度为 mol/L(已知：，。
20．燃料电池
一种将燃料(如氢气、甲烷、乙醇)和氧化剂(如氧气)的化学能直接转化为电能的电化学反应装置
特点：清洁、安全、高效；能量转化率可以达到80%以上；反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，供电量易于调节。
燃料电池与一般的电池不同的是，反应物不是储存在 ，而是由外部提供，电池装置起着类似于试管、烧杯等反应容器的作用。
工作原理：利用原电池的工作原理将燃料(如H2)和氧化剂(如O2)分别在两个电极上反应所放出的化学能直接转化为 。(实验装置如下)
21．2017年12月，我省多地对除电能汽车外的其他小型车辆实行限行，这将大力推动电能汽车时代的开启。请回答下列有关电化学问题。
(1)下图原电池装置中，正极反应式为 。若在工作过程中右侧电极质量增加3.2g，左侧电极质量减少2.4g，则该电池工作时化学能转化为电能的百分比为 。
(2)若将上述电池改进成如下图的装置，可以大大提高电能的转化率，其理由是 。若起始两侧溶液的体积均为100mL，(放电过程中的体积变化忽略不计)，当左侧消耗2.8gFe时，左侧溶液中 。
(3)工业上采用电解NO的方法制备，其工作原理如下图。两极均为Pt电极，为使电解产物全部转化为，需补充。
①阴极上的电极反应式为 。
②若两极上共有22.4L(标准状况发生反应，则生成的质量为 g。
22．电化学原理在电池制造、能量转换、物质合成等方面应用广泛。
(1)若用如图装置，依据反应Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+设计原电池，则电极X应为 (填化学式)，石墨电极的电极反应式为 。将石墨换成铁电极后，电池总反应变为 。
(2)燃料电池必须从电池外部源源不断地向电池提供天然气、甲烷、煤气等含氢化合物作为燃料。基于甲烷(CH4)-空气燃料电池，其工作原理如图，a、b均为惰性电极。a为 极，正极的电极反应式为 。当通入4.48L(标准状况下)甲烷气体时，测得电路中转移1.1mol电子，则甲烷的利用率为 。(保留小数点后1位)。
(3)以如图所示装置模拟生产硫酸：
写出通入O2的电极的电极反应式 ，若此过程中转移了0.2mol电子，则质子膜两侧电解液的质量变化差(Δm左-Δm右)为 g(忽略气体的溶解)。
(4)一种可充电电池装置如图所示，充放电过程中，存在LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化。
①放电过程中Li+的移动方向 (填“A→B”或“B→A”)；
②写出该电池放电时A极反应 ，充电时，阳极的电极反应式为 ；
③放电时，当电路中转移0.2NA电子时，A极质量减少 g。
23．科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径。近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作电极催化剂，电池中的质子交换膜只允许质子(就是H+)和水分子通过。其工作原理的示意图如下图，请回答下列问题：
(1)该装置的能量转化形式为 。
(2)Pt(a)电极是电池的 (填“正”或“负”)极。
(3)电解液中的H+向 (填“a”或“b")极移动。
(4)如果该电池工作时消耗1 mol CH3OH，则电路中通过 mol电子，其通入空气(O2)一极的电极反应式为 。
(5)比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先是燃料电池的能量转化率高，其次是 。
24．氢能源是最具应用前景的能源之一。
（1）氢氧燃料电池是一种高效无污染的清洁电池，用KOH溶液作电解质溶液，其负极反应式为 ，理论上，正极消耗氧气2.8 L（标况下）时，电路中有 mol e－通过。
（2）高纯氢的制备是目前的研究热点。可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如下。通过控制双控开关，可交替得到H2和O2。
①太阳能光伏电池是将光能转化为 能。
②当连接K1时可制得 气体。
③当连接K2时，电极2附近pH （填“变大”、“变小”或“不变”）。
④当连接K2时，电极3作 极，其电极反应式为 。
25．某兴趣小组依据反应Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu探究原电池设计及工作原理，将质量相等的锌片和铜片用导线相连浸入硫酸铜溶液中构成如图1的装置：
(1)该反应的能量变化可用图2 (填“甲”或“乙”)表示。
(2)图1连接K，锌片上的电极反应式为 。2min后测得锌片和铜片之间的质量差为1.29g，则导线中流过的电子的物质的量为 mol。
(3)操作一段时间后测得铜片增加了3.2g，同时锌片减少了3.3g，计算这段时间内该装置消耗的化学能转化为电能的百分比为 。
(4)将图l装置改为图3所示的装置，能达到相同的作用且提高化学能转化为电能的效率。其中KCl溶液起连通两边溶液形成闭合回路的作用，同时又能阻止反应物直接接触。则硫酸铜溶液应该注入 (填“左侧”“右侧”或“两侧”)烧杯中。
参考答案：
1．D
【详解】A．用焰色反应检验K+时，观察火焰的颜色时要透过蓝色的钴玻璃，不能达到实验目的，A错误；
B．图乙装置中锌为负极，失电子变为Zn2+，溶液中Ag+在Cu上得电子生成Ag，对应总反应为Zn+2AgNO3=2Ag+Zn(NO3)2，B错误；
C．乙醇与水互溶，不能萃取碘水中的碘，C错误；
D．稀硫酸与碳酸钠反应生成CO2，CO2和硅酸钠反应生成不溶性硅酸，说明酸性：H2SO4>H2CO3>H2SiO3，根据元素非金属性越强，最高价含氧酸酸性越强，故可以验证非金属性S>C>Si，D正确；
本题选D。
2．D
【详解】A．根据图示可知在石墨电极上CH3CH2OH失去电子被氧化产生CO2，所以石墨电极为负极，铂碳电极上O2获得电子与溶液中的H+结合H2O，则铂碳电极为正极，因此电池放电时，电流由铂碳电极经导线流向石墨电极，A正确；
B．放电时正极区电极反应式为：O2+4H++4e-=2H2O，为维持电荷守恒，溶液中的H+通过离子交换膜进入正极区，但正极区反应产生H2O，对附近溶液中H+起稀释作用，导致c(H+)减小，因此附近酸性溶液的pH增大，B正确；
C．根据上述分析可知：负极上CH3CH2OH失去电子被氧化产生CO2，则负极的电极反应式为，C正确；
D．正极上消耗O2所处的外界条件未知，不能确定O2的物质的量，因此不能计算反应过程中电子转移的物质的量，D错误；
故合理选项是D。
3．D
【详解】A．图1中构成原电池，Zn为负极，失去电子，电子经导线从Zn移向Cu，A正确；
B．图1中Zn为负极，失去电子，铜片上铜离子得到电子生成铜，发生还原反应，B正确；
C．图2中构成Zn-Cu-CuSO4原电池，而铜棒构成了电解池，铜棒的a极为阴极，铜离子得到电子生成铜，a处会变粗，C正确；
D．图2中构成Zn-Cu-CuSO4原电池，而铜棒构成了电解池，电流计指针发生偏转，D错误；
故选D。
4．C
【详解】A．食品包装袋内常放一小袋铁屑，主要作抗氧化剂，与平衡移动无关，故A不符合题意；
B．制取氢气时，用粗锌产生气泡的速率比用纯锌快，主要是原电池原理，加快反应速率，故B不符合题意；
C．合成氨工业中，将氨液化后分离出来，氨气浓度降低，平衡正向移动，有利于提高氮气的转化率，可用勒夏特列原理解释，故C符合题意；
D．对于反应，达到平衡后压缩容器体积，浓度增大，混合气体颜色变深，但平衡没有移动，不能用勒夏特列原理解释，故D不符合题意。
综上所述，答案为C。
5．B
【详解】A．负极区利用氧化性强的铁离子捕获H2S得到S，三价铁离子为催化剂，铁离子和亚铁离子的浓度会影响硫化氢分解效率，A项正确；
B．该制氢工艺中光能转化为电能，最终转化为化学能，B项错误；
C．该装置发生的有关反应为、、，这三个反应相加，结合反应条件得到总反应为，C项正确；
D．氢离子由a极区产生通过交换膜流动到b极，故为使电池持续放电，应选用质子交换膜，D项正确；
答案选B。
6．B
【详解】A．冶炼金属钠是电解原理，是电能转化为化学能，故A错误；
B．锌锰电池是原电池，将化学能直接转化为电能，故B正确；
C．天然气燃烧是化学能转化为热能，故C错误；
D．太阳能电池是将光能转化为电能，故D错误；
故选B。
7．C
【详解】A．氯化铵是强酸弱碱盐，有弱就水解，氯化铵的水溶液呈酸性原因是铵根离子的水解，A正确；
B．用惰性电极电解溶液，水溶液中的铜离子和水提供的氢氧根放电，生成铜单质的同时释放氧气，B正确；
C．泡沫灭火器的灭火原理利用的是铝离子和碳酸氢根的双水解，C错误；
D．碘化银比氯化银更难溶，能发生沉淀间的转化，D正确；
故选C。
8．C
【详解】A．为强碱弱酸盐，其水溶液呈碱性，A项错误；
B．钛为22号元素，基态钛原子的价电子排布式为，B项错误；
C．阳极上发生氧化反应：，C项正确；
D．阴极发生反应，由两电极反应可知总反应消耗，一段时间后，电解质溶液的碱性减弱，D项错误；
故选C。
9．D
【详解】A．镁会和二氧化碳反应，钠和氧气生成的过氧化钠也会和二氧化碳，故推理正确，A正确；
B．铅的化合价为+2、+4，可以写成，B正确；
C．不能用电解溶液来制取金属铝；也不能用电解溶液来制取金属镁，电解两者的溶液时，水中氢离子会放电生成氢气，故推理正确，C正确；
D．Fe与S直接化合时也可得到，D错误；
故选D。
10．D
【详解】A．根据电池总反应可知，正极上发生还原反应；，正极附近减小，溶液pH增大，选项A错误；
B．原电池工作时，阳离子向正极移动，故通过质子交换膜向正极移动，选项B错误；
C．转化为，N的化合价不变，B的化合价升高，根据，可知，消耗氨硼烷，反应中转移电子， 理论上有0.3molH2O2被还原，选项C错误；
D．根据电池总反应，负极上氨硼烷发生氧化反应：，选项D正确；
答案选D。
11．C
【详解】A.锌是活泼的金属，因此锌为负极，空气进入正极发生还原反应，A错误；
B.正极发生得到电子的还原反应，负极发生失去电子的氧化反应，B错误；
C.锌为负极，失去电子，根据总反应式可知负极电极反应是：Zn﹣2e﹣+2OH﹣=ZnO+H2O，C正确；
D.根据电池反应2Zn+O2=2ZnO可知，电池工作时，氢氧根离子浓度不变，溶液的pH不变，D错误；
答案选C。
12．C
【详解】A．原电子放电是Zn失电子发生氧化反应，为负极材料，故A错误；
B．充电时其原理为电解原理，充电时原来的负极连接电源的负极变为Zn极，Zn2+向阴极即Zn电极迁移，故B错误；
C．充电时，阳极ZnMn2O4发生氧化生成Zn1 x Mn2O4，其电极反应为ZnMn2O4 xZn2+ 2xe =Zn1 xMn2O4，故C正确；
D．充放电过程中，只有Zn元素的化合价降低，Mn元素的化合价升高，故D错误；
故答案为C。
13．D
【详解】A．甲中两边的电解液交换才能成为原电池装置，才可以实现化学能转化为电能，A错误；
B．乙图稀释浓硫酸不可以直接在容量瓶中进行，B错误；
C．图丙中盛装NaOH溶液的滴定管，不能使用酸式滴定管，C错误；
D．镁和稀盐酸反应放热，无论是用温度计或用手触摸试管外壁，均能得到结果，D正确；
故选D。
14．B
【解析】如图所示，电解装置左侧电极为电解池的阴极，三价铁离子得到电子还原为亚铁离子，氧气又把亚铁离子氧化与氢离子结合生成水，右侧为阳极，氨气失去电子转化为氮气，氢离子由阳极向阴极移动。
【详解】A．上述装置左侧为阴极，右侧为阳极，工作时H+向阴极迁移，阳极上氨气失去电子，发生氧化反应，A正确；
B．没有指明气体条件是否是标准状况，B错误；
C．电解总反应方程式为4NH3+3O2=2N2+6H2O，C正确；
D．根据左侧阴极发生还原反应，阴极区反应包括Fe3++e-→Fe2+，4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O，D正确；
故选B。
15．C
【详解】A．装置①电解氯化铜的装置图中没有标明电极材料的名称，但根据溶液的组成及所给提示“电解CuCl2溶液实验装置示意图”，不难判断，铜应该在阴极上析出，故A错误；
B．装置②电镀实验中，待镀金属作为阴极，故在装置②电镀铜实验中，待镀铁制品应与电源负极相连，故B错误；
C．装置③，根据氢气的入口，故很容易判断出原电池的左边为负极，氢气在左边电极上失电子，故外电路电子由a极流向b极，故C正确；
D．装置④的离子交换膜是阳离子交换膜，只允许阳离子、水分子自由通过，不允许阴离子通过，故D错误；
故答案：C。
16．(1) 负
(2) 电解
(3) 阳 12.8
【分析】甲池为原电池做电源，通入甲烷的一极为负极，通入氧气的一极为正极，乙池、丙池为电解池，乙池为氯碱工业，其中Fe电极连电源负极做阴极，石墨作阳极，丙池为粗铜的精炼，其中精铜做阴极，粗铜做阳极。
【详解】（1）甲是燃料电池，甲烷转化为二氧化碳，失电子发生氧化反应，为负极反应物，通入甲烷的电极作负极，电极反应为；
（2）乙池以燃料电池作电源，为电解池，电解饱和食盐水，，电解饱和氯化钠溶液，碳做阳极，阳极上氯离子放电，电极反应式为：；
（3）丙池中粗铜连接原电池的正极，做阳极；标准状况下，2.24L氧气的物质的量为，正极方程式为，电路中转移电子的物质的量为0.4mol，丙池中阴极有Cu析出，方程式为，故得精铜的质量为。
17．(1)H2S(g)+2O2(g)=SO(aq)+2H+(aq) △H=-806.39kJ·mol-1
(2)2 H2+ H3- H1
(3) 阴极 2H++CO2+2e-=CO+H2O 0.2
【详解】（1）第一步反应为，第二步反应为，根据盖斯定律，两式相加得所求热化学方程式：；
（2）①；
②；
根据盖斯定律，乙烷标准摩尔生成焓的焓变，即乙烷标准摩尔生成焓的热化学方程式为kJ/mol；
（3）该装置为电解池，，碳元素化合价降低，发生还原反应，则通入气体一极为阴极，电极反应式：，阳极a上的反应式为：，若电解时，电路中转移0.4mol电子，则理论上生成NaClO的物质的量为0.2mol。
18． 没有 有 化学 电能 有两个活泼性不同的电极、能自发的进行氧化还原反应、能形成闭合回路 Zn－2e－＝Zn2+ 2H+ + 2e－ =H2↑
【详解】(1)如果不用导线连接Zn和Cu，该装置不能构成原电池，锌发生化学腐蚀，Cu和稀硫酸不反应，所以Cu片上没有气泡产生；如果用导线把锌片和铜片连接起来（如图乙所示），该装置构成原电池，Zn作负极、Cu作正极，正极上氢离子得电子生成氢气，所以观察到铜片上有气泡产生；
(2)用导线连接灵敏电流表的两端后，再与溶液中的锌片和铜片相连(如图丙所示)，观察到灵敏电流表的指针发生了偏转，说明了导线中有电流通过，说明该装置将化学能转化为电能；
(3) 用导线连接灵敏电流表的两端后，再与溶液中的锌片和铜片相连(如图丙所示)，观察到灵敏电流表的指针发生了偏转，说明了导线中有电流通过，由此得出原电池构成条件是：有两个活泼性不同的电极、能自发的进行氧化还原反应、能形成闭合回路；负极，锌片上：Zn－2e－＝Zn2+；正极，铜片：2H+ + 2e－ =H2↑。
19．(1)1：10
(2)
(3) 0.01 升温或减少压强
(4)3.0×10-6
【详解】（1）氢氧化钡为强碱，常温下，pH=13的Ba(OH)2溶液中c(OH－)=1×10-1mol·L-1，pH=2的HCl溶液中c(H＋)=1×10-2mol·L-1，两种溶液混合后，所得pH=7，说明n(OH－)=n(H＋)，推出Ba(OH)2与HCl溶液的体积比为10-2∶10-1=1∶10，故答案为1∶10；
（2）燃料电池中通燃料一极为负极，通空气的一极为正极，二甲醚在负极上参与反应，因为氢氧化钾溶液为电解质，因此二甲醚中的碳原子转化成CO，即负极反应式为C2H6O－12e－＋16OH－=2CO＋11H2O；故答案为C2H6O－12e－＋16OH－=2CO＋11H2O；
（3）①达到平衡后，生成CO的浓度为0.1mol·L-1，这段时间内，CO2浓度变化为mol·L-1=0.05mol·L－1，v(CO2)==0.01mol/(L·min)；故答案为0.01；
②提高甲烷的转化率，采取措施是升高温度，降低压强等；故答案为升温或减少压强；
（4）处理后的废水中存在，代入数值，解得c(Cr3＋)=mol·L-1=3.0×10-6mol·L-1；故答案为3.0×10-6。
20． 电池内部 电能
【详解】燃料电池中的燃料一般不储存在电池内部，而是由外部提供，例如氢气和氧气从两个电极上通入，在电极上反应，将化学能变成电能。
21． 避免了负极和电解质溶液直接反应，电子必须通过导线传递到正极才能发生反应，从而提高了电能的转化率 50g
【分析】当负极铁直接与硫酸铜溶液接触时，化学能除了转化为电能以外，还有部分反应直接发生在负极表面，没有实现电能转化，而是转化为热能，结合电极反应，并利用差量法进行计算；
阴离子交换膜只允许阴离子通过，可以避免铁电极和铜离子直接接触；根据电极反应式分别计算两侧溶液中阳离子Fe2+、Cu2+的变化，溶液呈电中性，利用平恒电荷的原则，判断硫酸根移动的物质的量，进而计算左侧硫酸根的浓度；
根据工作原理图，判断阴阳极、写出电极反应式，进而写出总反应式，进行计算。
【详解】铁作负极，电极反应式为：，铜作正极，电极反应式为：，
右侧电极质量增加3.2g，即右侧正极生成0.05mol铜，说明电子转移形成了电流，为实现电能转化的部分，同时左侧负极会消耗0.05mol铁，即铁，但是左侧电极质量仅减少，这说明置换反应Fe+Cu2+=Fe2++Cu部分直接发生在负极表面，没有实现电能转化，并导致负极增重，根据差量法计算，，直接发生在负极表面的置换反应，消耗铁，生成铜，则化学能转化成电能的百分比为，故答案为：；
阴离子交换膜只允许阴离子通过，可以避免铁电极和铜离子直接接触，避免了在负极表面上直接置换，提高电能的转化率；负极反应式为：，正极反应式为：，当甲池消耗2.8g铁，即铁，会有0.05molFe2+进入溶液，同时乙池溶液中会有0.05molCu2+得电子生成铜单质析出，则会有硫酸根从乙池进入甲池，平恒电荷，则 ，故答案为：避免了负极和电解质溶液直接反应，电子必须通过导线传递到正极才能发生反应，从而提高了电能的转化率合理答案即可得分；；
根据工作原理图，左侧为阴极，NO得电子转化为，阴极反应式：；右侧为阳极，NO失电子转化为，阳极反应式为：，则总反应式为，根据反应方程式中的比例关系可知，若两极共消耗1molNO，则直接生成电解产物，生成，再与通入的氨气反应生成，则最后生成，质量为；故答案为：； 50g。
22．(1) Cu Fe3++e-=Fe2+ Fe+2Fe3+=3Fe2+
(2) 负 O2+4e-+4H+=2H2O 68.8%
(3) O2+4e-+4H+=2H2O 4.4
(4) A→B LixC6-xe-=xLi++6C LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+xLi+ 1.4
【详解】（1）根据总反应可知，负极电极反应为，电极X为负极，则X为Cu；石墨电极为正极，电极反应为Fe3++e-=Fe2+；将石墨换为Fe电极，则Fe电极为负极，Cu电极为正极，发生的总反应为Fe+2Fe3+=3Fe2+；
（2）如图所示，电子由a经外电路到b，电子由负极经外电路到正极，则a为负极；由题可知，该电池为甲烷 ()-空气燃料电池，电解质为稀硫酸，则正极通入，正极反应式为；负极电极反应式为：，通入4.48L甲烷的物质的量：0.2mol，理论上0.2mol应该转移1.6mol电子，实际转移电子1.1mol，则甲烷利用率：；
（3）氧气发生还原反应，为电池正极，电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O。左侧产生的部分氢离子通过质子交换膜移向右侧，右侧氧气获得电子，酸性条件下生成水，若此过程中转移了0.2mol电子，则通过质子交换膜的氢离子为0.2mol，根据电子转移守恒，反应的二氧化硫为，质量为0.1mol×64g/mol=6.4g，反应的氧气为，氧气质量为0.05mol×32g/mol=1.6g，则质子膜两侧电解液的质量变化差(△m左-△m右) =m(SO2)-m(H+)-[m(O2)+m(H+)]=6.4g-1.6g-2×0.2mol×1g/mol=4.4g；
（4）由电子移动方向可知，A电极为原电池的负极、B电极为正极，则放电过程中阳离子锂离子由A电极移向B电极；LixC6在负极失去电子发生氧化反应生成锂离子和碳，电极反应式为LixC6—xe—=xLi++6C LixC6—xe— =xLi++6C，当电路中转移0.2NA电子时，A极减少质量为；
23． 化学能转化为电能 负 b 6 O2+4H++4e-=2H2O 对环境无污染
【分析】该原电池中质子交换膜只允许质子和水分子通过，说明电解质溶液为酸性溶液，燃料电池中，通入燃料的电极为负极，负极上失电子发生氧化反应，电极反应为：CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+，通入氧气的电极为正极，氧气得到电子生成氢氧根离子，酸性条件下生成水，电极反应O2+4H++4e-═2H2O，据此解答。
【详解】(1)该装置的能量转化形式为原电池反应是化学能转化为电能；
(2)Pt(a)电极甲醇通入失电子发生氧化反应，是电池负极；
(3)燃料电池中，通入燃料的电极Pt(a)为负极，负极上失电子发生氧化反应，通入氧气的电极Pt(b)为正极，氧气得到电子生成氢氧根离子，电解液中的H+向正极移动，即向b电极移动；
(4)通入燃料的电极为负极，负极上失电子发生氧化反应，电极反应为：CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+，根据电子守恒，该电池工作时消耗1molCH3OH，则电路中通过6mol电子，通入氧气的电极为正极，氧气得到电子生成氢氧根离子，酸性条件下生成水，电极反应O2+4H++4e-═2H2O；
(5)燃料电池的能量转化率高，甲醇反应产物为CO2和H2O，对环境无污染。
【点睛】通过电子的移动方向知，左半极为负极，右半极为正极；燃料电池中，负极上投放燃料，燃料在负极上失电子发生氧化反应；正极上投放氧化剂，氧化剂在正极上得电子发生还原反应。
24． H2－2e－＋2OH－＝2H2O 0.5 电 H2 变小 阴极 NiOOH＋e－＋H2O＝Ni(OH)2＋OH－
【分析】(1)反应中氢气失电子化合价升高，与溶液中的氢氧根离子反应生成水；正极消耗氧气2.8 L，即0.125mol，化合价由0价变为-2价，转移电子物质的量为0.5mol；
(2) ①太阳能光伏电池是将光能转化为电能；
②当连接K1时，溶液中的氢离子得电子生成氢气；
③当连接K2时，电极2为阳极，溶液中的水失电子，生成氧气和氢离子；
④当连接K2时，电极3作阴极；得电子，由NiOOH变为Ni(OH)2。
【详解】(1)反应中氢气失电子化合价升高，与溶液中的氢氧根离子反应生成水，则电极反应式为H2－2e－＋2OH－＝2H2O；正极消耗氧气2.8 L，即0.125mol，化合价由0价变为-2价，转移电子物质的量为0.5mol；
(2) ①太阳能光伏电池是将光能转化为电能；
②当连接K1时，溶液中的氢离子得电子生成氢气；
③当连接K2时，电极2为阳极，溶液中的水失电子，生成氧气和氢离子，附近pH变小；
④当连接K2时，电极3作阴极；得电子，由NiOOH变为Ni(OH)2，电极反应式为NiOOH＋e－＋H2O＝Ni(OH)2＋OH－。
25． 甲 Zn-2e-=Zn2+ 0.02 50% 右侧
【解析】
【详解】
(1)由Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu反应可知，该反应是置换反应，也属于氧化还原反应，是放热反应，则反应物总能量大于生成物的总能量，图甲符合，答案为甲；
(2)由图1知，连接K，构成原电池，Zn比Cu活泼，Zn作负极，失电子，化合价升高，发生氧化反应，电极反应为Zn-2e-=Zn2+，2min后测得锌片和铜片之间的质量差为1.29g，负极上锌溶解，正极上析出铜，锌片和铜片相差的质量为溶解锌和析出铜的质量之和，由Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu可知，溶解锌的物质的量和析出铜的物质的量相等，设转移电子的物质的量为x， xmol×65g/mol+ xmol×64g/mol=1.29g，解之x=0.02mol，答案为Zn-2e-=Zn2+；0.02；
(3)锌电极的电子一部分传给铜电极，发生原电池反应，同时锌电极上也发生置换反应，电极反应负极为Zn-2e-=Zn2+，正极为Cu2++2e =Cu，铜电极增加3.2g，即n(Cu)= =0.05mol，同时锌电极原电池反应产生0.05molZn2+，即Zn电极减少65g/mol×0.05mol=3.25g，但是锌片减少了3.3g，因为锌片有一部分直接发生置换反应，有铜生成，所以质量减小了，这部分锌的化学能没有转化为电能，所以有3.3g 3.25g=0.05g的质量差，设锌直接参与置换反应的物质的量为y，则：
计算得y=0.05mol，即直接发生置换反应的锌为0.05mol，参与原电池反应的锌也是0.05mol，所以该装置消耗化学能有50%转化为电能，答案为50%；
(4)含有盐桥的原电池中，电极材料与相应的电解质溶液中含有相同的金属元素，所以硫酸铜溶液应该倒入右侧，答案为右侧；