第1章 化学反应与能量转化综合拔高练

综合拔高练
高考真题练
考点1　利用盖斯定律计算ΔH或书写热化学方程式
1.(2022全国乙,28节选)油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢,需要回收处理并加以利用。回答下列问题:
(1)已知下列反应的热化学方程式:
①2H2S(g)+3O2(g) 2SO2(g)+2H2O(g)　ΔH1=-1 036 kJ·mol-1
②4H2S(g)+2SO2(g) 3S2(g)+4H2O(g)　ΔH2=94 kJ·mol-1
③2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)　ΔH3=-484 kJ·mol-1
计算H2S热分解反应④2H2S(g) S2(g)+2H2(g)的ΔH4=
　　　　kJ·mol-1。
(2)较普遍采用的H2S处理方法是克劳斯工艺,即利用反应①和②生成单质硫。另一种方法是,利用反应④高温热分解H2S。相比克劳斯工艺,高温热分解方法的优点是　　　　　　　　　　　　　　　　,缺点是　　　　　　。
2.(高考组编)(1)(2023山东,20节选)一定条件下,水气变换反应CO+H2O CO2+H2的中间产物是HCOOH。为探究该反应过程,研究HCOOH水溶液在密封石英管中的分解反应:
Ⅰ.HCOOH CO+H2O(快)
Ⅱ.HCOOH CO2+H2(慢)
一定条件下,反应Ⅰ、Ⅱ的焓变分别为ΔH1、ΔH2,则该条件下水气变换反应的焓变ΔH=　　　　(用含ΔH1、ΔH2的代数式表示)。
(2)(2023湖南,16节选)已知下列反应的热化学方程式:
①C6H5C2H5(g)+O2(g) 8CO2(g)+5H2O(g)　ΔH1=-4 386.9 kJ·mol-1
②C6H5CHCH2(g)+10O2(g) 8CO2(g)+4H2O(g)　ΔH2=-4 263.1 kJ·mol-1
③H2(g)+O2(g) H2O(g)　ΔH3=-241.8 kJ·mol-1
计算反应④C6H5C2H5(g) C6H5CHCH2(g)+H2(g)的ΔH4=
　　　　 kJ·mol-1。
(3)(2022湖北,19节选)已知:
①CaO(s)+H2O(l) Ca(OH)2(s)　ΔH1=-65.17 kJ·mol-1
②Ca(OH)2(s) Ca2+(aq)+2OH-(aq)　ΔH2=-16.73 kJ·mol-1
③Al(s)+OH-(aq)+3H2O(l) [Al(OH)4]-(aq)+H2(g)　ΔH3=-415.0 kJ·mol-1
则CaO(s)+2Al(s)+7H2O(l) Ca2+(aq)+2[Al(OH)4]-(aq)+3H2(g)的ΔH4=　　　　kJ·mol-1。
(4)(2020全国Ⅰ,28节选)接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+O2(g) SO3(g)　ΔH=-98 kJ·mol-1。钒催化剂参与反应的能量变化如图所示,V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　。
考点2　反应热的测定
3.(2023广东,17节选改编)化学反应常伴随热效应。某些反应(如中和反应)的热量变化,其数值Q可通过量热装置测量反应前后体系温度变化,用公式Q=cρV总ΔT计算获得。
(2)热量的测定:用0.500 0 mol·L-1 NaOH溶液和0.550 0 mol·L-1盐酸各50 mL进行反应,测得反应前后体系的温度值(℃)分别为T0、T1,则该过程放出的热量为　　　　　　J(c和ρ分别取4.18 J·g-1·℃-1和1.0 g·mL-1,忽略水以外各物质吸收的热量,下同)。
(3)借鉴(2)的方法,甲同学测量放热反应Fe(s)+CuSO4(aq) Cu(s)+FeSO4(aq)的焓变ΔH(忽略温度对焓变的影响,下同)。实验结果见下表。
序号 反应试剂 体系温度/℃
反应前 反应后
ⅰ 0.20 mol·L-1 CuSO4溶液100 mL 1.20 g Fe粉 a b
ⅱ 0.56 g Fe粉 a c
①温度:b　　　c(填“>”“<”或“=”)。
②ΔH=　　　(选择表中一组数据计算)。结果表明,该方法可行。
(4)乙同学也借鉴(2)的方法,测量反应A:Fe(s)+Fe2(SO4)3(aq) 3FeSO4(aq)的焓变。
查阅资料:配制Fe2(SO4)3溶液时需加入酸。
提出猜想:Fe粉与Fe2(SO4)3溶液混合,在反应A进行的过程中,可能存在Fe粉和酸的反应。
验证猜想:用pH试纸测得Fe2(SO4)3溶液的pH不大于1;向少量Fe2(SO4)3溶液中加入Fe粉,溶液颜色变浅的同时有气泡冒出,说明存在反应A和　　　　　　　　　　　　　(用离子方程式表示)。
实验小结:猜想成立,不能直接测反应A的焓变。
教师指导:鉴于以上问题,特别是气体生成带来的干扰,需要设计出实验过程中无气体生成的实验方案。
优化设计:乙同学根据相关原理,重新设计了优化的实验方案,获得了反应A的焓变。该方案为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
考点3　原电池原理及应用
4.(2023辽宁,11改编)某低成本储能电池原理如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.放电时负极质量减小
B.储能过程中电能转变为化学能
C.放电时右侧H+通过质子交换膜移向左侧
D.放电总反应:PbSO4+2Fe2+ Pb+S+2Fe3+
5.(2023全国乙,12)室温钠—硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠—硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极,表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时,在硫电极发生反应:,2Na+++2(1-)e- Na2Sx
下列叙述错误的是 (　　)
A.充电时Na+从钠电极向硫电极迁移
B.放电时外电路电子流动的方向是a→b
C.放电时正极反应为2Na++S8+2e- Na2Sx
D.炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
6.(不定项)(2023山东,11改编)利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示,甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液,向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是 (　　)
已知:Cu2+可与NH3反应生成[Cu(NH3)4]2+。
A.甲室Cu电极为正极
B.隔膜为阳离子膜
C.电池总反应为:Cu2++4NH3 [Cu(NH3)4]2+
D.NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响
7.(2021山东,10)以KOH溶液为离子导体,分别组成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清洁燃料电池,下列说法正确的是 (　　)
A.放电过程中,K+均向负极移动
B.放电过程中,KOH物质的量均减小
C.消耗等质量燃料,(CH3)2NNH2-O2燃料电池的理论放电量最大
D.消耗1 mol O2时,理论上N2H4-O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L
8.(2020山东,10)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置,利用微生物处理有机废水获得电能,同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水,采用惰性电极,用下图装置处理有机废水(以含CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是 (　　)
A.负极反应为CH3COO-+2H2O-8e- 2CO2↑+7H+
B.隔膜1为阳离子交换膜,隔膜2为阴离子交换膜
C.当电路中转移1 mol电子时,模拟海水理论上除盐58.5 g
D.电池工作一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1
考点4　电解原理及应用
9.(2023全国甲,12)用可再生能源电还原CO2时,采用高浓度的K+抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率,装置如下图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.析氢反应发生在IrOx-Ti电极上
B.Cl-从Cu电极迁移到IrOx-Ti电极
C.阴极发生的反应有:2CO2+12H++12e- C2H4+4H2O
D.每转移1 mol电子,阳极生成11.2 L气体(标准状况)
10.(2023湖北,10)我国科学家设计如图所示的电解池,实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变,电解生成氢气的速率为x mol·h-1。下列说法错误的是 (　　)
A.b电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜
D.海水为电解池补水的速率为2x mol·h-1
11.(2023广东,16)用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(下图),可实现大电流催化电解KNO3溶液制氨。工作时,H2O在双极膜界面处被催化解离成H+和OH-,有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是 (　　)
A.电解总反应:KNO3+3H2O NH3·H2O+2O2↑+KOH
B.每生成1 mol NH3·H2O,双极膜处有9 mol的H2O解离
C.电解过程中,阳极室中KOH的物质的量不因反应而改变
D.相比于平面结构双极膜,“卯榫”结构可提高氨生成速率
12.(不定项)(2022山东,13)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定,借助其降解乙酸盐生成CO2,将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)转化为Co2+,工作时保持厌氧环境,并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质,右侧装置为原电池。下列说法正确的是 (　　)
A.装置工作时,甲室溶液pH逐渐增大
B.装置工作一段时间后,乙室应补充盐酸
C.乙室电极反应式为LiCoO2+2H2O+e- Li++Co2++4OH-
D.若甲室Co2+减少200 mg,乙室Co2+增加300 mg,则此时已进行过溶液转移
13.(2021全国甲,13)乙醛酸是一种重要的化工中间体,可采用如图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-,并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是 (　　)
A.KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用
B.阳极上的反应式为+2H++2e-+H2O
C.制得2 mol乙醛酸,理论上外电路中迁移了1 mol电子
D.双极膜中间层中的H+在外电场作用下向铅电极方向迁移
考点5　金属的腐蚀与防护
14.(2022广东,11)为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果,将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3% NaCl溶液中。一段时间后,取溶液分别实验,能说明铁片没有被腐蚀的是 (　　)
A.加入AgNO3溶液产生沉淀
B.加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现
C.加入KSCN溶液无红色出现
D.加入K3[Fe(CN)6]溶液无蓝色沉淀生成
15.(2020江苏单科,11)将金属M连接在钢铁设施表面,可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中,下列有关说法正确的是 (　　)
A.阴极的电极反应式为Fe-2e-Fe2+
B.金属M的活动性比Fe的活动性弱
C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
高考模拟练
应用实践
1.臭氧层中臭氧生成氧气的历程如图所示,下列说法正确的是 (　　)
A.催化反应①②均为放热反应
B.催化剂不能改变该反应的反应热
C.ClO是该反应的催化剂
D.在该反应过程中没有化学键的断裂与形成
2.已知:在标准大气压(101 kPa)、298 K下,由最稳定的单质合成1 mol物质B的反应焓变,叫作物质B的标准摩尔生成焓,用Δf(kJ·mol-1)表示。部分物质的Δf有如图所示关系。H2(g)、N2(g)、O2(g)的标准摩尔生成焓为0。下列有关判断不正确的是 (　　)
A.2 mol NO(g)的能量大于1 mol N2(g)与1 mol O2(g)的能量之和
B.合成氨反应的热化学方程式为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-91.8 kJ·mol-1
C.NH3催化氧化的热化学方程式为4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)　ΔH=+902 kJ·mol-1
D.H2O(l)的Δf<-241.8 kJ·mol-1
3.一种利用原电池原理测定O2含量的气体传感器工作示意图如下,RbAg4I5是只能传导Ag+的固体电解质。O2可透过聚四氟乙烯膜,并与AlI3反应生成Al2O3和I2。通过电池电位计示数的变化可测得O2的含量。下列说法不正确的是 (　　)
A.多孔石墨电极上的反应可表示为I2+2Rb++2e- 2RbI
B.O2含量的变化会引起电位计示数的变化
C.理论上,每有0.1 mol O2参与反应,银电极质量减小43.2 g
D.传感器工作时RbAg4I5晶体中Ag+的量保持不变
4.我国科学家设计的CO2熔盐捕获与转化装置如图所示。下列有关说法不正确的是 (　　)
A.电解总反应为CO2 C+O2
B.转移1 mol电子理论上可捕获CO2 5.6 L(标准状况)
C.①②中捕获CO2时碳元素化合价发生了变化
D.d极电极反应式为C+4e- C+3O2-
5.某研究机构使用Li-SO2Cl2电池作为电源电解制备Ni(H2PO2)2,其工作原理如图所示。已知:Li-SO2Cl2电池总反应为2Li+SO2Cl2 2LiCl+SO2↑。下列说法错误的是 (　　)
A.电池中C电极的电极反应为SO2Cl2+2e- 2Cl-+SO2↑
B.电池的f电极连接电解池的g电极
C.膜a、c是阳离子交换膜,膜b是阴离子交换膜
D.电解池中不锈钢电极附近溶液的碱性减弱
6.某储能电池工作原理如图1,其俯视图如图2,已知放电时N是负极(令NA为阿伏加德罗常数的值)。下列说法正确的是 (　　)
A.放电时,每转移NA个电子,理论上CCl4吸收0.5NA个Cl2
B.放电时,负极电极反应为Na3Ti2(PO4)3-2e- NaTi2(PO4)3+2Na+
C.充电时,每转移1 mol电子,N极理论上质量减小23 g
D.充电过程中,右侧储液器中NaCl溶液浓度增大
7.由于存在同种电解质溶液的浓度差而产生电动势的电池称为浓差电池。利用浓差电池电解Na2SO4溶液可同时制得H2、O2、H2SO4和NaOH,其装置如图所示(a、b电极均为石墨电极)。已知:溶液A为1 L 1 mol/L AgNO3溶液;溶液B为1 L 4 mol/L AgNO3溶液。
下列有关说法正确的是 (　　)
A.电池放电过程中Ag(1)为正极,电极反应为Ag++e- Ag
B.c、d离子交换膜依次为阳离子交换膜和阴离子交换膜
C.a电极可用金属铜代替
D.电池从开始工作到停止放电,电解池理论上可制得60 g氢氧化钠
迁移创新
8.“孔蚀”是一种集中于金属表面极小范围并能深入到金属内部的电化学腐蚀。某铁合金表面钝化膜破损后,发生“孔蚀”的电化学腐蚀过程如图所示。下列有关说法正确的是 (　　)
A.负极反应:Fe-3e- Fe3+
B.氧化0.2 mol Fe,需消耗3.36 L O2
C.铁合金腐蚀的最终产物为Fe(OH)3
D.为防止“孔蚀”发生可以将外接电源负极与金属相连
9.回答下列问题:
Ⅰ.化学镀铜废液中含有一定量的CuSO4,任意排放会污染环境,利用电化学原理可对废液进行回收处理,装置如图,其中质子交换膜只允许H+通过。
已知:①处理时电池总反应为Cu2++HCHO+3OH- Cu+HCOO-+2H2O;②还原性:HCHO>M(一种金属)>Cu。
(1)反应之前,应将含OH-的HCHO溶液加入装置的　　　　侧(填“左”或“右”)。
(2)右侧发生的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　。
(3)放电一段时间后打开开关,移去质子交换膜,装置中可能发生的现象是:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
Ⅱ.NO-空气质子交换膜燃料电池实现了制HNO3、发电、环保一体化,某兴趣小组用该电池模拟工业处理废气和废水的过程,装置如图。
(4)b膜为　　　　(填“阴”或“阳”)离子交换膜;乙池中总反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)当浓缩室得到4 L浓度为0.6 mol·L-1的盐酸时,M室溶液的质量变化为　　　　g(溶液体积变化忽略不计)。
(6)在标准状况下,若甲池有5.6 L O2参加反应,则乙池中处理废气(SO2和NO)的总体积为　　　L。
答案与分层梯度式解析
综合拔高练
高考真题练
4.B 5.A 6.CD 7.C 8.B 9.C 10.D 11.B
12.BD 13.D 14.D 15.C
1.答案　(1)170　(2)同时回收H2　高温耗能
解析　(1)根据盖斯定律可知,反应④可由-③得到,故ΔH4=-(-484 kJ·mol-1)=+170 kJ·mol-1。(2)克劳斯工艺无法获取H2,且存在副产物SO2,而高温热分解法能够获得H2,H2可作燃料,且副产物少;高温热分解法的缺点是需要高温条件,能耗高。
2.答案　(1)ΔH2-ΔH1　(2)+118　(3)-911.9　(4)2V2O5(s)+2SO2(g) 2VOSO4(s)+V2O4(s)　ΔH=-351 kJ·mol-1
解析　(1)根据盖斯定律,反应Ⅱ-反应Ⅰ可得水气变换反应,故水气变换反应的焓变ΔH=ΔH2-ΔH1。
(2)根据盖斯定律,将①-②-③可得C6H5C2H5(g) C6H5CHCH2(g)+H2(g)　ΔH4=[-4 386.9-(-4 263.1)-(-241.8)]kJ·mol-1=+118 kJ·mol-1。
(3)根据盖斯定律可得,①+②+2×③可得反应CaO(s)+2Al(s)+7H2O(l) Ca2+(aq)+2[Al(OH)4]-(aq)+3H2(g),则ΔH4=ΔH1+ΔH2+2ΔH3=[(-65.17)+(-16.73)+2×(-415.0)] kJ·mol-1=-911.9 kJ·mol-1。
(4)根据题图可得两个热化学方程式:①V2O4(s)+2SO3(g) 2VOSO4(s)　ΔH1=-399 kJ·mol-1,②V2O4(s)+SO3(g) V2O5(s)+SO2(g)　ΔH2=-24 kJ·mol-1,根据盖斯定律,将①-②×2可得:2V2O5(s)+2SO2(g) 2VOSO4(s)+V2O4(s)　ΔH=[-399-(-24)×2] kJ·mol-1=-351 kJ·mol-1。
高考风向
反应热的计算和热化学方程式的书写属于高频考点,在近五年高考中考情分布为2023全国甲T28(1)、2021全国甲T28(1)、2022河北T16(1)、2022福建13T(1)等,主要考查盖斯定律的应用。
高考链接
关于反应热的计算,出题形式多样,如利用键能计算[2022浙江6月选考T18、2021湖南T16(1)等];根据能量图像计算[2020浙江7月选考T29(1)、2022广东T19(1)等];利用活化能计算(第二章内容)[2023北京T16(2)];利用比热容计算[2020浙江7月选考T27等]。
3.答案　(2)418(T1-T0)　(3)①>　②-20.9(b-a) kJ·mol-1或-41.8(c-a) kJ·mol-1　(4)Fe+2H+ Fe2++H2↑　将一定量的Cu粉加入一定浓度的Fe2(SO4)3溶液中反应,测量反应热,计算得到反应Cu(s)+Fe2(SO4)3(aq) 2FeSO4(aq)+CuSO4(aq)的焓变ΔH1;根据(3)中实验计算得到反应Fe(s)+CuSO4(aq) Cu(s)+FeSO4(aq)的焓变ΔH2,根据盖斯定律计算得到反应Fe(s)+Fe2(SO4)3(aq) 3FeSO4(aq)的焓变为ΔH1+ΔH2
解析　(2)由Q=cρV总ΔT可得Q=4.18 J·g-1·℃-1×1.0 g·mL-1×(50 mL+50 mL)×(T1-T0) ℃=418(T1-T0) J。　(3)①100 mL 0.20 mol·L-1 CuSO4溶液中n(CuSO4)=0.02 mol,1.20 g Fe粉和0.56 g Fe粉的物质的量分别为0.021 mol、0.01 mol,实验ⅰ中有0.02 mol CuSO4发生反应,实验ⅱ中0.01 mol Fe粉只能与0.01 mol CuSO4发生反应,实验ⅰ放出的热量多,则b>c。②若根据实验ⅰ进行计算,ΔH=- kJ·mol-1=-20.9(b-a) kJ·mol-1;若根据实验ⅱ进行计算,ΔH=- kJ·mol-1=-41.8(c-a) kJ·mol-1。(4)用pH试纸测得Fe2(SO4)3溶液的pH不大于1,说明溶液呈强酸性;向少量Fe2(SO4)3溶液中加入Fe粉,溶液颜色变浅的同时有气泡冒出,即产生H2,反应的离子方程式为Fe+2H+ Fe2++H2↑。乙同学根据相关原理,重新设计优化的实验方案的重点是如何防止Fe与酸反应产生影响,可以借助盖斯定律,设计分步反应来实现Fe2(SO4)3溶液与Fe的反应。
4.B　该储能电池放电时,Pb为负极,失电子后结合S生成PbSO4,负极质量增大,A错误;储能过程中,该装置为电解池,将电能转变为化学能,B正确;放电时多孔碳电极为正极,左侧的H+通过质子交换膜移向右侧,C错误;放电时多孔碳电极为正极,正极上Fe3+得电子转化为Fe2+,总反应为Pb+S+2Fe3+ PbSO4+2Fe2+,D错误。
考场速决
快速浏览题干信息,联系铅蓄电池的工作原理,储能过程中装置为电解池,电能转变为化学能,B正确。
5.A　根据放电时硫电极得电子,可知硫电极为原电池正极,钠电极为原电池负极。充电时为电解池,阳离子移向阴极,即Na+从硫电极向钠电极迁移,A错误;放电时Na在a电极失去电子,失去的电子经外电路流向b电极,电子在外电路的流向为a→b,B正确;联立题给的3个反应式可得放电时正极的电极反应式为2Na++S8+2e- Na2Sx,C正确;炭化纤维素纸的导电性强,可以增强硫电极的导电性能,D正确。
考场速决
快速浏览试题,本题属于二次电池,放电时属于原电池,硫电极为正极,钠电极为负极;充电时相当于电解池,硫电极为阳极,钠电极为阴极,电解池中阳离子移向阴极,A错误。
高考风向
(1)大同小异(同中存异):本题与2020年天津卷第11题均考查钠—硫电池,考查的知识点有相同之处(如二次电池放电时的工作原理、放电时正负极的判断及正极反应式的书写)也有不同(本题考查充电时电子移动方向、放电时离子移动方向及装置特点,2020年天津第11题考查了电子式的书写)。
(2)命题角度变:以钠—硫电池为情境,装置形式多样化,可考查充电时电池的工作原理,阴、阳极电极反应式的书写,装置优良性能等。
6.CD　由题图可知,低温热解得到CuSO4溶液,可知Cu2+、S在甲室中富集,则甲室Cu电极失电子生成Cu2+后与NH3形成[Cu(NH3)4]2+,甲室Cu电极为负极,A错误;原电池内电路中阳离子向正极移动,若隔膜为阳离子膜,电极溶解生成的Cu2+会向右侧移动,则无法通过低温热解甲室溶液得到CuSO4溶液,B错误;负极电极反应式为Cu-2e-+4NH3 [Cu(NH3)4]2+,正极电极反应式为Cu2++2e- Cu,则电池总反应为Cu2++4NH3 [Cu(NH3)4]2+,C正确;甲室中加入足量氨水后,Cu2+转化为[Cu(NH3)4]2+,使两极产生电势差,电池开始工作,若NH3扩散到乙室,乙室中Cu2+也会转化为[Cu(NH3)4]2+,Cu2+浓度降低,将对电池电动势产生影响,D正确。
7.C　原电池放电时,阳离子向正极移动,故K+均向正极移动,A项错误;CH3OH-O2和(CH3)2NNH2-O2放电时产生的二氧化碳与KOH反应,KOH的物质的量减小,N2H4-O2放电时电池总反应式为N2H4+O2 N2+2H2O,放电过程中溶液中KOH的物质的量不变,B项错误;三种燃料转移电子数关系为CH3OH~6e-,N2H4~4e-,(CH3)2NNH2~16e-,1 g CH3OH、N2H4、(CH3)2NNH2分别转移 mol电子,故消耗等质量燃料,(CH3)2NNH2-O2燃料电池的理论放电量最大,C项正确;根据N2H4-O2放电时电池总反应式:N2H4+O2 N2+2H2O,可知消耗1 mol O2时,理论上气体产物的体积在标准状况下为22.4 L,D项错误。
8.B　结合题给微生物脱盐电池装置可知,a极的电极反应式为CH3COO-+2H2O-8e- 2CO2↑+7H+,故a极为负极,a极区有H+产生,b极为正极,电极反应式为2H++2e- H2↑,为了实现海水淡化,降低NaCl的浓度,Cl-需定向迁移到a极区,隔膜1为阴离子交换膜;Na+定向迁移到b极区,隔膜2为阳离子交换膜,A正确、B错误;当电路中转移1 mol电子时,有1 mol Na+和1 mol Cl-发生定向迁移,故理论上除盐58.5 g,C正确;结合电极反应式,得8e-~2CO2~4H2,故电池工作一段时间后,正、负极产生的气体的物质的量之比为2∶1,D正确。
考场支招
新型化学电源快捷解题四步骤
9.C　由题图知,该装置为电解池,与直流电源正极相连的IrOx-Ti电极为阳极,Cu电极为阴极,析氢反应在阴极发生,质子交换膜只允许H+通过,Cl-不能通过质子交换膜,A、B错误;酸性条件下CO2在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等,电极反应式为2CO2+12H++12e- C2H4+4H2O、2CO2+12H++12e- C2H5OH+3H2O,C正确;阳极产生O2,电极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+,每转移1 mol电子,阳极生成0.25 mol(标准状况下5.6 L)氧气,D错误。
高考风向
近些年,“碳达峰、碳中和”是热点,围绕二氧化碳的利用与清除设置题目是热门考点。
本题与2019年江苏卷第20题(2)电解法转化CO2制HCOOH相似,都是以电解法转化CO2生成有机物为情境,均考查了电解池电极反应式的书写,隔膜在离子移动或物质浓度变化中的应用;本题还考查了离子的移动方向和电解计算等,2019年江苏卷第20题(2)还考查了电解过程中物质的浓度变化原因。
10.D　根据题意,该装置为电解池,在阴极制得H2;根据“该装置工作时阳极无Cl2生成”,可知阳极上不是Cl-失电子,而是OH-失电子。a电极与电源正极相连,为电解池的阳极,电极反应为4OH--4e- O2↑+2H2O,b电极与电源负极相连,为电解池的阴极,电极反应为2H2O+2e- H2↑+2OH-,电池总反应为2H2O 2H2↑+O2↑,A正确;阳极上OH-放电且KOH溶液的浓度不变,则阴极产生的OH-通过离子交换膜进入阳极区,即离子交换膜应为阴离子交换摸,B正确;电解时电解槽中不断有水被消耗,PTFE膜透汽不透液态水,所以海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜,为电解池补水,C正确;由电解总反应可知,每生成1 mol H2要消耗1 mol H2O,生成H2的速率为x mol·h-1,则补水的速率也应是x mol·h-1,D错误。
考场速决
浏览题干信息,该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变,总反应是电解水制取氢气,根据1 mol H2O~1 mol H2,电解生成氢气的速率为x mol·h-1,则补水的速率也应是x mol·h-1,D错误。
11.B　根据装置中电极a上KNO3放电生成NH3·H2O,发生还原反应,可知电极a为阴极,电极反应式为N+8e-+7H2O NH3·H2O+9OH-,电极b为阳极,电极反应式为4OH--4e- O2↑+2H2O,“卯榫”结构的双极膜解离出的H+移向电极a,解离出的OH-移向电极b,电解总反应为KNO3+3H2O NH3·H2O+2O2↑+KOH,A正确;每生成1 mol NH3·H2O,在阴极上N得8 mol e-,同时有8 mol双极膜解离出的H+进入阴极室,即有8 mol的H2O解离,B错误;电解过程中,阳极室每消耗4 mol OH-,同时有4 mol双极膜解离出的OH-进入阳极室,KOH的物质的量不因反应而改变,C正确;相比于平面结构双极膜,“卯榫”结构具有更大的膜面积,有利于H2O被催化解离成H+和OH-,可提高氨生成速率,D正确。
12.BD　
H+、乙酸盐中的阳离子向甲室移动,甲室溶液pH减小,A错误;每转移8个e-,乙室消耗32个H+,而负极反应仅产生7个H+,因此乙室要补充盐酸,B正确;乙室电极反应式为LiCoO2+4H++e- Li++Co2++2H2O,C错误;若未进行溶液转移,甲室中Co2+减少量与乙室中Co2+增加量之比为1∶2,现甲室中Co2+减少量与乙室中Co2+增加量之比为1∶1.5,故此时进行了溶液转移,D正确。
13.D　由题图可知,Br-在反应过程中被氧化为Br2,生成的Br2又将乙二醛氧化为乙醛酸,KBr在合成过程中不只起到电解质的作用,A错误;阳极上Br-失电子,发生氧化反应,B错误;由题图可知,铅电极为阴极,发生反应:HOOCCOOH+2e-+2H+OHCCOOH+H2O,石墨电极为阳极,发生反应:2Br--2e- Br2,Br2+OHCCHO+2OH- 2Br-+OHCCOOH+H2O,故制得2 mol乙醛酸,理论上外电路中迁移2 mol电子,C错误;双极膜中间层中的H+在外电场的作用下向阴极即铅电极方向迁移,D正确。
14.D　铁片若被腐蚀,则作原电池的负极,发生氧化反应生成Fe2+,加入K3[Fe(CN)6]溶液无蓝色沉淀生成,则证明溶液中没有Fe2+,即铁片未被腐蚀,故D符合题意。
15.C　A项,题图中金属的防护方法是牺牲阳极保护法,金属M失去电子被氧化,水在钢铁设施表面得到电子,错误;B项,金属M和钢铁设施构成原电池,金属M作负极,故金属M的活动性比铁的活动性强,错误;C项,电子流向钢铁设施,钢铁设施表面积累大量电子而被保护,正确;D项,海水中含有大量电解质,故钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的慢,错误。
高考模拟练
1.B 2.C 3.A 4.C 5.D 6.B 7.D 8.D
1.B　从臭氧生成氧气的历程图可知,①是吸热反应,故A错误;催化剂不能改变反应热,故B正确;Cl是催化剂,ClO是中间产物,故C错误;该反应过程中存在旧键断裂与新键形成,故D错误。
2.C　由题图可知NO(g)的Δf=+91.3 kJ·mol-1,可写出热化学方程式N2(g)+O2(g) 2NO(g)　ΔH=+182.6 kJ·mol-1,则2 mol NO(g)的能量大于1 mol N2(g)与1 mol O2(g)的总能量,A正确;由题图可知NH3(g)的Δf=-45.9 kJ·mol-1,可写出热化学方程式N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-91.8 kJ·mol-1,B正确;由题图可写出①N2(g)+O2(g) NO(g)　ΔH=+91.3 kJ·mol-1、②H2(g)+O2(g) H2O(g)　ΔH=-241.8 kJ·mol-1、③N2(g)+H2(g) NH3(g)　ΔH=-45.9 kJ·mol-1,根据盖斯定律,①×4+②×6-③×4得4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)　ΔH=(91.3×4-6×241.8+4×45.9)kJ·mol-1=-902 kJ·mol-1,C错误;因为等质量的H2O(l)的能量低于H2O(g),即H2(g)和O2(g)反应生成1 mol H2O(l)时放出的热量更多,故H2O(l)的Δf<-241.8 kJ·mol-1,D正确。
素养解读
本题以标准摩尔生成焓为载体,考查了学生读图析图的能力及知识迁移运用的能力;本题还很好地渗透了宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想的化学学科核心素养。
3.A　银电极作负极,失电子生成Ag+;O2透过聚四氟乙烯膜与AlI3反应生成Al2O3和I2,I2在正极得电子生成I-结合Ag+生成AgI,多孔石墨电极上的反应可表示为I2+2Ag++2e- 2AgI,A错误;O2含量变化会引起电位计示数变化,B正确;每有0.1 mol O2参与反应,电路中转移0.4 mol e-,根据Ag-e- Ag+,负极消耗0.4 mol Ag,质量减小43.2 g,C正确;传感器工作时,由电极反应知负极生成Ag+的量与正极消耗Ag+的量相同,RbAg4I5晶体中Ag+的量保持不变,D正确。
素养解读
本题以一种利用原电池原理测定O2含量的气体传感器工作示意图为情境,考查了电极反应式书写、电极质量变化、电解质中离子含量变化等知识点,培养学生利用所学化学原理解决实际问题的能力,体现了证据推理与模型认知、科学探究与创新意识的化学学科核心素养。
4.C　由题图可知,①②中捕获CO2时,碳元素化合价没有发生变化,发生的反应分别为2CO2+O2- C2,CO2+O2- C,a极为阳极,电极反应式为2C2-4e- O2↑+4CO2↑,d极为阴极,电极反应式为C+4e- C+3O2-,电解总反应为CO2 C+O2,A、D正确,C错误;根据总反应得碳元素化合价由+4价变为0价,则转移1 mol电子可捕获0.25 mol CO2,标准状况下是5.6 L,B正确。
5.D　根据Li-SO2Cl2电池总反应为2Li+SO2Cl2 2LiCl+SO2↑知,放电时Li电极是负极,C电极是正极,电极反应为SO2Cl2+2e- 2Cl-+SO2↑,A正确;电解池中,Ni电极失去电子生成Ni2+,Ni2+通过膜a进入产品室(Ⅱ室),所以g电极为阳极,与Li-SO2Cl2电池的f电极相连,B正确;H2P由Ⅲ室通过膜b进入产品室(Ⅱ室),Na+通过膜c进入Ⅳ室,膜a、c是阳离子交换膜,膜b是阴离子交换膜,C正确;h电极为阴极,电极反应为2H2O+2e- H2↑+2OH-,电解池中不锈钢电极附近溶液的碱性增强,D错误。
6.B　放电时N是负极,电极反应为Na3Ti2(PO4)3-2e- NaTi2(PO4)3+2Na+,正极的电极反应为Cl2+2e- 2Cl-,消耗Cl2,电路中转移NA个(1 mol)电子,理论上Cl2的CCl4溶液中释放出0.5 mol Cl2,A错误、B正确;充电时,N极为阴极,电极反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e- Na3Ti2(PO4)3,每转移1 mol电子,N极理论上质量增加23 g,右侧储液器中c(NaCl)减小,C、D错误。
7.D　浓差电池为同种电解质溶液的浓度差而产生电动势的电池,溶液B浓度大,故Ag(2)为正极,电极反应为Ag++e- Ag,Ag(1)为负极,电极反应为Ag-e- Ag+,A错误。溶液B中的N由右池通过阴离子交换膜进入左池;a极与正极相连,为阳极,发生氧化反应,电极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+,S通过离子交换膜c进入阳极区,故c为阴离子交换膜;b极与负极相连,为阴极,电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-,Na+通过离子交换膜d进入阳极区,故d为阳离子交换膜,B错误。a是阳极,若用金属铜代替,铜会放电,得不到O2,C错误。浓差电池中左右两边溶液中Ag+浓度相同时,电池停止工作,溶液A中n(Ag+)=1 mol/L×1 L=1 mol,溶液B中n(Ag+)=1 L×4 mol/L=4 mol,放电时A中Ag+增加,B中Ag+减少,当两溶液中Ag+物质的量均为2.5 mol时,停止放电,此时B中Ag+减少4 mol-2.5 mol=1.5 mol,电路中转移电子的物质的量为1.5 mol,由b极电极反应式2H2O+2e- H2↑+2OH-可知,生成氢氧化钠1.5 mol,质量为1.5 mol×40 g/mol=60 g,D正确。
8.D　Fe为负极,失去电子发生氧化反应生成Fe2+,电极反应式为Fe-2e- Fe2+,故A错误;温度和压强未知,气体摩尔体积无法确定,所以无法计算氧气的体积,故B错误;铁合金腐蚀时先生成Fe2+,Fe2+和OH-反应生成Fe(OH)2,Fe(OH)2再被氧化生成Fe(OH)3,Fe(OH)3脱去一部分水生成Fe2O3·xH2O,所以最终产物为Fe2O3·xH2O,故C错误;为防止“孔蚀”发生,可以将被保护的金属作电解池阴极,所以应该将金属连接外接电源的负极,故D正确。
9.答案　Ⅰ.(1)右　(2)HCHO+3OH--2e- HCOO-+2H2O　(3)有红色固体、蓝色絮状物出现　Ⅱ.(4)阴　5SO2+2NO+8H2O+8NH3 10N　(5)18　(6)15.68
解析　Ⅰ.(1)该装置为原电池,根据电池总反应Cu2++HCHO+3OH- Cu+HCOO-+2H2O可知,HCHO在负极失电子,Cu2+在正极得电子,结合已知信息②还原性:HCHO>M(一种金属)>Cu,为防止M与镀铜废液中的Cu2+发生反应,应将镀铜废液加入装置的左侧,将含OH-的HCHO溶液加入装置的右侧。(2)根据电池总反应可得右侧发生的电极反应式为HCHO+3OH--2e- HCOO-+2H2O。(3)由已知①可知有红色固体产生;若移去质子交换膜,Cu2+和OH-结合生成Cu(OH)2蓝色絮状沉淀。
Ⅱ.NO-空气质子交换膜燃料电池为原电池,通入O2的一极为原电池的正极,通入NO的一极为负极。乙和丙均为电解池,乙中通入SO2的一极、丙中左侧电极为阳极,乙池通入NO的一极、丙中右侧电极为阴极。(4)M室电极反应为2H2O-4e- O2↑+4H+,产生的H+通过a膜进入浓缩室,N室中Cl-通过b膜进入浓缩室,由浓缩室得到较高浓度盐酸,所以b膜为阴离子交换膜;乙池中SO2被氧化为S,而NO被还原为N,根据得失电子守恒,5 mol SO2只能还原2 mol NO,反应中需要补充NH3,总反应的离子方程式为5SO2+2NO+8H2O+8NH3 10N。(5)M室产生1 mol O2的同时移出4 mol H+,M室相当于减少2 mol H2O,得到关系式:4H+~2H2O(减少),浓缩室得到4 L浓度为0.6 mol·L-1的盐酸即产生H+物质的量为4 L×(0.6-0.1) mol·L-1=2 mol,所以M室减少的水物质的量为1 mol,质量为18 g。(6)在标准状况下,若甲池有5.6 L O2(0.25 mol)参加反应,据得失电子守恒得到关系式5O2~20e-~4NO~10SO2,则处理NO、SO2的物质的量分别为0.25 mol×=0.2 mol、0.25 mol×2=0.5 mol,总体积为0.7 mol×22.4 L·mol-1=15.68 L。