第1章测评
(时间:90分钟 满分:100分)
一、选择题(本题包括10小题,每小题2分,共20分。每小题只有一个选项符合题意)
1.关于下列各装置图的叙述中,不正确的是( )
A.用装置①精炼铜,则a极为粗铜,电解质溶液为CuSO4溶液
B.装置②的总反应是Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+
C.装置③中钢闸门应与外接电源的负极相连
D.装置④中的铁钉几乎没被腐蚀
2.如图所示,ΔH1=-393.5
kJ·mol-1,ΔH2=-395.4
kJ·mol-1,下列说法或表示式正确的是( )
A.石墨和金刚石的转化是物理变化
B.C(s,石墨)C(s,金刚石) ΔH=+1.9
kJ·mol-1
C.金刚石的稳定性强于石墨
D.断裂1
mol石墨的化学键吸收的能量比断裂1
mol金刚石的化学键吸收的能量少
3.近来科学家研制了一种新型的乙醇电池(DEFC),它用磺酸(强酸)类质子作为溶剂,在200
℃左右时供电,乙醇电池比甲醇电池效率高出32倍且更加安全。电池总反应为C2H5OH+3O22CO2+3H2O,下列说法不正确的是( )
A.C2H5OH在电池的负极上参加反应
B.1
mol乙醇被氧化转移6
mol电子
C.在外电路中电子由负极沿导线流向正极
D.电池正极的电极反应为4H++O2+4e-2H2O
4.已知3.6
g碳在6.4
g氧气中燃烧,至反应物耗尽,测得放出热量a
kJ。又知12.0
g碳完全燃烧放出热量为b
kJ。则热化学方程式C(s)+O2(g)CO(g)
ΔH=Q中Q等于( )
A.-(a-b)kJ·mol-1
B.-(a+b)kJ·mol-1
C.-(5a-0.5b)kJ·mol-1
D.-(10a-b)kJ·mol-1
5.甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应原理如下:
①CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) ΔH=+49.0
kJ·mol-1
②CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2(g) ΔH=-192.9
kJ·mol-1
下列说法正确的是( )
A.CH3OH的摩尔燃烧焓ΔH=-192.9
kJ·mol-1
B.反应①中的能量变化如下图所示
C.CH3OH转变成H2的过程一定要吸收能量
D.根据②推知反应CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2(g)的ΔH>-192.9
kJ·mol-1
6.2019年10月24日中国腐蚀大会在江西南昌航空大学举办。下列有关金属的腐蚀与防护的叙述正确的是( )
A.金属的化学腐蚀比电化学腐蚀普遍
B.如图所示装置表示“牺牲阳极保护法”的原理
C.金属腐蚀的本质是M-ne-Mn+而被损耗
D.用铝质铆钉来铆接铁板,铁板易被腐蚀
7.已知氧化性:Au3+>Ag+>Cu2+>Pb2+>Cr3+>Zn2+>Ti2+。现有如图所示的电化学装置,下列叙述中正确的是( )
A.若X为Ti,则Y极的电极反应可能是Zn-2e-Zn2+
B.若X为Cr,则Y可以选Zn或Ti
C.若Y为Cu,则X极的电极反应可能是Cr-3e-Cr3+
D.若Y为Pb,则含Xn+的溶液中阴离子数会减少
8.生产液晶显示器的过程中使用的化学清洗剂NF3是一种温室气体,其存储能量的能力是CO2的12
000~20
000倍,在大气中的寿命可长达740年之久,以下是几种化学键的键能:
化学键
N≡N
F—F
N—F
键能/(kJ·mol-1)
941.7
154.8
283.0
下列说法中正确的是( )
A.过程N2(g)2N(g)放出能量
B.过程N(g)+3F(g)NF3(g)放出能量
C.反应N2(g)+3F2(g)2NF3(g)的ΔH>0
D.NF3吸收能量后如果没有化学键的断裂与生成,仍可能发生化学反应
9.如图是某同学设计的验证原电池和电解池的实验装置,下列有关说法不正确的是( )
A.关闭K2、打开K1,试管内两极都有气泡产生
B.关闭K2、打开K1,一段时间后,发现左侧试管收集到的气体比右侧略多,则a为负极,b为正极
C.关闭K2,打开K1,一段时间后,用拇指堵住试管移出烧杯,向试管内滴入酚酞,发现左侧试管内溶液变红色,则a为负极,b为正极
D.关闭K2,打开K1,一段时间后,再关闭K1,打开K2,检流计指针不会偏转
10.已知某锂离子电池的总反应为LixC+Li1-xCoO2C+LiCoO2,锂硫电池的总反应为2Li+SLi2S。
有关上述两种电池说法正确的是( )
A.锂离子电池放电时,Li+向负极迁移
B.锂硫电池充电时,锂电极发生还原反应
C.两种电池的负极材料相同
D.上图表示用锂离子电池给锂硫电池充电
二、不定项选择题(本题包括5小题,每小题4分,共20分。每小题有一个或两个选项符合题意)
11.已知摩尔燃烧焓是指1
mol纯物质完全氧化为同温下的指定产物时的焓变[氢元素氧化为H2O(l)、碳元素氧化为CO2(g)]。氢气和碳燃烧的热化学方程式为①2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH1=-a
kJ·mol-1
②H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH2=-b
kJ·mol-1
③C(s)+O2(g)CO(g) ΔH3=-c
kJ·mol-1
④C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH4=-d
kJ·mol-1
下列说法正确的是( )
A.氢气的摩尔燃烧焓为-b
kJ·mol-1
B.碳的摩尔燃烧焓为-c
kJ·mol-1
C.一氧化碳的摩尔燃烧焓为(d-c)
kJ·mol-1
D.a>b
12.(2020山东潍坊高二期末)科学家设计微生物原电池,用于处理废水(酸性)中的有机物及脱除硝态氮,该装置示意图如下。有关该微生物电池说法正确的是( )
A.电子由m极转移到n极
B.H+可通过质子交换膜移向左侧极室
C.m电极反应为2N+6H2O+10e-N2+12OH-
D.每生成1
mol
CO2转移e-的物质的量为4
mol
13.一定条件下用甲烷可以消除氮氧化物(NOx)的污染。已知:
①CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-574
kJ·mol-1
②CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=-1
160
kJ·mol-1
下列描述正确的是( )
A.CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=-867
kJ·mol-1
B.CH4催化还原NOx生成N2的过程中,若x=1.6,则转移的电子总数为3.2
mol
C.若0.2
mol
CH4还原NO2生成N2,在上述条件下放出的热量为173.4
kJ
D.若用标准状况下4.48
L
CH4还原NO2生成N2,整个过程中转移的电子为3.2
mol
14.(2019山东枣庄八中高二月考)镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用,它的充放电反应按下式进行:Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2。下列叙述不正确的是( )
A.该电池放电的时候,负极材料是Cd
B.放电时每转移3
mol的电子时,正极有3
mol的NiOOH被氧化
C.充电时,阴极附近pH增大
D.充电时,阳极反应是Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O
15.(2020山东德州高二期末)用一种吸附氢气的碳纳米管材料制备的二次电池如图所示,该电池的电解质溶液为6
mol·L-1KOH溶液,下列说法中正确的是( )
A.充电时OH-从碳电极移向镍电极
B.放电时电池负极的电极反应为H2-2e-2H+
C.放电时电池正极的电极反应为NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-
D.该电池充电时将碳电极与电源的正极相连
三、非选择题(本题包括5小题,共60分)
16.(12分)请按要求回答下列问题。
(1)根据图1回答①②:
①打开K2,闭合K1。A极现象 ,B极的电极反应为 。?
②打开K1,闭合K2。A极可观察到的现象是 。?
(2)根据图2回答③④:
③该电解反应的离子方程式为 。?
④实验完成后,铜电极增重a
g,石墨电极产生标准状况下的气体体积 L。?
17.(9分)已知E1=134
kJ·mol-1、E2=368
kJ·mol-1,根据要求回答下列问题:
(1)图Ⅰ是1
mol
NO2(g)和1
mol
CO(g)反应生成CO2(g)和NO(g)过程中的能量变化示意图,请写出NO2和CO反应的热化学方程式: 。?
(2)甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应的热化学方程式如下:
①CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)
ΔH=+49.0
kJ·mol-1
②CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2(g)
ΔH=-192.9
kJ·mol-1
又知③H2O(g)H2O(l) ΔH=-44
kJ·mol-1,则甲醇蒸气燃烧生成液态水的热化学方程式为 。?
(3)如表所示是部分化学键的键能。
化学键
P—P
P—O
OO
PO
键能/(kJ·mol-1)
a
b
c
x
已知白磷的摩尔燃烧焓ΔH=-d
kJ·mol-1,白磷及其完全燃烧的产物的结构如图Ⅱ所示,则表中x=
kJ·mol-1(用含a、b、c、d的代数式表示)。?
18.(12分)电解工作原理的实际应用非常广泛。
(1)电解精炼银时,阴极反应为 。?
(2)工业上为了处理含有Cr2的酸性工业废水,采用下面的处理方法:往工业废水中加入适量NaCl,以铁为电极进行电解,经过一段时间,有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成,工业废水中铬元素的含量可低于排放标准。关于上述方法,下列说法错误的是 (填字母)。?
A.阳极反应:Fe-2e-Fe2+
B.阴极反应:2H++2e-H2↑
C.在电解过程中工业废水由酸性变为碱性
D.可以将铁电极改为石墨电极
(3)某同学设计了如图装置进行以下电化学实验。
①当开关K与a连接时,两极均有气泡产生,则阴极为 电极。?
②一段时间后,使开关K与a断开,与b连接时,虚线框内的装置可称为 。请写出此时Fe电极上的电极反应 。?
(4)1
L某溶液中含有的离子如下表:
离子
Cu2+
Al3+
N
Cl-
1
1
a
1
用惰性电极电解该溶液,当电路中有3
mol
e-通过时(忽略电解时溶液体积变化及电极产物可能存在的溶解现象),下列说法正确的是 (填字母)。?
A.电解后溶液呈酸性
B.a=3
C.阳极生成1.5
mol
Cl2
D.阴极析出的金属是铜与铝
19.(11分)全钒液流电池是一种活性物质呈循环流动液态的电池,目前钒电池技术已经趋近成熟。如下图是钒电池的结构及工作原理示意图:
充电状态
放电状态
请回答下列问题:
(1)硫酸在电池技术和实验室中具有广泛的应用,在传统的铜锌原电池中,硫酸是 ,实验室中配制硫酸亚铁时需要加入少量铁粉,铁粉的作用是 。?
(2)钒电池是以溶解于一定浓度硫酸溶液中的含钒元素的粒子(V2+、V3+、VO2+、V)为正极和负极反应物的电池,电池总反应为VO2++V3++H2OV2++V+2H+。放电时的正极反应为 ,充电时的阴极反应为 。放电过程中,电解液的pH (填“升高”“降低”或“不变”)。?
(3)钒电池基本工作原理示意图中“正极电解液”可能是 。?
a.V、VO2+混合液 b.V3+、V2+混合液
c.V溶液
d.VO2+溶液
e.V3+溶液
f.V2+溶液
20.(16分)我国科学家设计了一种锂离子电池,并用此电池来电解含有Na2SO3的工业废水,可获得硫酸等物质,该过程示意图如下:
(1)锂离子电池工作时,a极发生 (填“氧化”或“还原”)反应,Li+移向 (填“a”或“b”)极,写出b极的电极反应 。?
(2)电解池中物质A的化学式是 ,其中右侧交换膜应选用 (填“阳离子”或“阴离子”)交换膜,该交换膜的作用是 ,写出d极的电极反应 。?
(3)若电解池左侧溶液的体积为2
L,其浓度由2
mol·L-1变为4
mol·L-1时,理论上电路中通过的电子是
mol。?
参考答案
第1章测评
1.B 根据装置①中电流方向可知,a为阳极,b为阴极,粗铜应作为阳极,A项正确;装置②的总反应为Fe+2Fe3+3Fe2+,B项错误;③中被保护的金属应为电解池的阴极,C项正确;④中铁钉所处的环境干燥,不易被腐蚀,D项正确。
2.B 同素异形体之间的转化属于化学变化,A错误;根据图示可知,C(s,石墨)+O2(g)CO2(g) ΔH1=-393.5
kJ·mol-1,C(s,金刚石)+O2(g)CO2(g)
ΔH=-395.4
kJ·mol-1,结合盖斯定律得出,C(s,石墨)C(s,金刚石) ΔH=+1.9
kJ·mol-1,B正确;因为石墨的能量比金刚石的能量低,所以石墨更稳定,断裂1
mol石墨的化学键吸收的能量比断裂1
mol金刚石的化学键吸收的能量多,C、D错误。
3.B 根据题意可写出电极反应,正极:3O2+12H++12e-6H2O,负极:C2H5OH+3H2O-12e-2CO2↑+12H+,所以1
mol乙醇在负极被氧化时转移电子12
mol,外电路中电子沿导线由负极流向正极,B项错误,A、C、D正确。
4.C 根据题意得两个热化学方程式:①3C(s)+2O2(g)2CO(g)+CO2(g) ΔH=-10a
kJ·mol-1;②C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH=-b
kJ·mol-1;整理得:C(s)+O2(g)CO(g) ΔH=-(5a-0.5b)kJ·mol-1。
5.D ΔH=-192.9
kJ·mol-1是反应②的焓变,不是CH3OH的摩尔燃烧焓,A错误;根据反应①的ΔH=+49.0
kJ·mol-1可知该反应为吸热反应,生成物的总能量应该比反应物的总能量高,B错误;从反应①和②看,前者是吸热反应,后者是放热反应,C错误;根据反应②可知,当CH3OH为液态时,反应CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2(g)的ΔH应大于-192.9
kJ·mol-1,D正确。
6.C 金属的腐蚀主要是电化学腐蚀,A项说法错误;有外接电源时,金属防护的原理是外加电流阴极保护法,B项说法错误;金属腐蚀的本质是金属失去电子发生氧化反应变成金属阳离子而被损耗,C项说法正确;用铝质铆钉来铆接铁板,在潮湿的环境里会发生电化学腐蚀,但此时铁被保护,被腐蚀的是比铁活泼的铝,D项说法错误。
7.C Y为正极,不可能失电子,A项错误;由氧化性顺序可知,还原性:Au
8.B 选项A是化学键断裂的过程,要吸收能量,A错误。选项B是成键的过程,应放出能量,B正确。选项C中反应的ΔH=反应物的键能之和-反应产物的键能之和=941.7
kJ·mol-1+3×154.8
kJ·mol-1-6×283.0
kJ·mol-1=-291.9
kJ·mol-1,因此C错误。化学反应过程中必然有化学键的断裂与生成,所以D错误。
9.D 关闭K2、打开K1,是电解NaCl溶液的过程,反应方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑,Cl-在阳极上放电生成Cl2,H+在阴极上放电生成H2,则两极都有气泡产生;且由于Cl2可以溶于水,则收集到的Cl2的体积略小于H2的体积,则与外电源b极相连的石墨棒是电解池的阳极,则b极为正极;左侧试管中溶液变红色,说明左侧试管中溶液呈碱性,则H+放电,则左侧石墨棒为电解池的阴极,则a为外电源的负极;关闭K2,打开K1发生电解反应,一段时间后,打开K2,关闭K1,可以构成原电池,放电时会引起检流计指针发生偏转。故A、B、C均正确,D错误。
10.B 原电池中阳离子向正极移动,则锂离子电池放电时,Li+向正极迁移,A项错误;锂硫电池充电时,锂电极与外接电源的负极相连,锂电极上,Li+得电子发生还原反应,B项正确;锂硫电池放电时负极反应物为Li,锂离子电池放电时负极反应物为LixC,两种电池的负极材料不同,C项错误;充电时,正接正,负接负,所以用锂离子电池给锂硫电池充电时Li电极接C电极,D项错误。
11.D 根据题意可得H2的摩尔燃烧焓ΔH=-
kJ·mol-1,碳的摩尔燃烧焓ΔH=-d
kJ·mol-1,A、B错误;根据盖斯定律,由④-③可以得到CO(g)+O2(g)CO2(g) ΔH=-(d-c)
kJ·mol-1,所以CO的摩尔燃烧焓ΔH=-(d-c)
kJ·mol-1,C错误;①×-②即可得到H2O(g)H2O(l) ΔH=(b-)
kJ·mol-1,水液化时放热,所以b-<0,D正确。
12.BD 由C6H12O6生成CO2,碳元素化合价升高,失电子,发生氧化反应,电极n是负极;N生成N2,氮元素化合价降低,得电子发生还原反应,电极m是正极,H+通过质子交换膜向电极m移动,B正确;外电路电子由电极n转移到电极m,A错误;电极m为正极,发生的电极反应为2N+10e-+12H+N2↑+6H2O,故C错误;负极反应为C6H12O6-24e-+6H2O6CO2+24H+,故生成1
mol
CO2转移e-的物质的量为4
mol,D正确。
13.C 将得,CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-867
kJ·mol-1,对应的水为气态水,A项错误;未给定反应物的物质的量,不能计算转移电子总数,B项错误;根据题意可得,在题给条件下,0.2
mol
CH4还原NO2生成N2放出的热量为0.2×867
kJ=173.4
kJ,C项正确;C元素从CH4中的-4价升至CO2中的+4价,化合价升高8,则0.2
mol
CH4完全反应转移电子的物质的量为0.2
mol×8=1.6
mol,D项错误。
14.B 放电时负极上发生的电极反应为:Cd+2OH--2e-Cd(OH)2,正极上发生的电极反应为:NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-,充电时阳极上发生的电极反应为:Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O,阴极上发生的电极反应为:Cd(OH)2+2e-Cd+2OH-。该电池放电的时候,负极材料是Cd,故A正确;放电时,正极上发生的电极反应为:NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-,所以放电时每转移3
mol的电子时,正极有3
mol的NiOOH被还原,故B错误;充电时阴极上发生的电极反应为:Cd(OH)2+2e-Cd+2OH-,所以充电时,阴极附近pH增大,故C正确;充电时,该装置是电解池,阳极发生氧化反应,电极反应为:Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O,故D正确。
15.AC 根据题意分析,充电时,该电池为电解池,根据用电器中电子的移动方向可知,充电时碳电极是阴极,镍电极是阳极,充电时电解质溶液中阴离子向阳极移动,所以OH-从碳电极移向镍电极,故A正确;放电时,负极上氢气失电子发生氧化反应,电极反应为H2+2OH--2e-2H2O,故B错误;放电时,正极上NiOOH得电子发生还原反应,电极反应为NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-,故C正确;该电池充电时,碳电极附近物质要恢复原状,则应该得电子发生还原反应,所以碳电极是阴极,应该与电源的负极相连,故D错误。
16.答案
(1)①锌不断溶解 Cu2++2e-Cu
②锌极镀上一层红色的铜
(2)③2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+
④0.175a
解析
(1)①打开K2,闭合K1,图1为锌铜原电池,Zn为负极,失电子而溶解,Cu为正极,溶液中的Cu2+在正极析出:Cu2++2e-Cu。②打开K1,闭合K2,图1为电解池,Cu为阳极溶解,Zn为阴极,溶液中的Cu2+在Zn极上析出。
(2)④设石墨电极产生标准状况下的气体V
L,根据得失电子守恒知×2=×4,则V==0.175a。
17.答案
(1)NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g) ΔH=-234
kJ·mol-1
(2)CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-764.7
kJ·mol-1
(3)(d+6a+5c-12b)
解析
(1)观察图Ⅰ,1
mol
NO2(g)和1
mol
CO(g)反应生成CO2(g)和NO(g)的热化学方程式为NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g) ΔH=-234
kJ·mol-1。
(2)观察已知热化学方程式,利用盖斯定律,将所给热化学方程式进行如下运算:②×3-①×2+③×2,即可得出甲醇蒸气燃烧生成液态水的热化学方程式。
(3)白磷燃烧的化学方程式为P4+5O2P4O10,结合题图Ⅱ中白磷及其完全燃烧产物的结构,根据“反应热=反应物键能总和-生成物键能总和”及白磷的摩尔燃烧焓可得等式:6a+5c-(4x+12b)=-d,据此可得x=(d+6a+5c-12b)。
18.答案
(1)Ag++e-Ag (2)D (3)①Fe(或铁) ②原电池 Fe-2e-+2OH-Fe(OH)2 (4)A
解析
(1)电解精炼银时,阴极Ag+得电子生成Ag,电极反应为Ag++e-Ag。
(2)若用石墨作为电极,阳极产生Cl2而得不到Fe2+,缺少还原剂,不能使Cr2→Cr3+→Cr(OH)3↓而除去,所以D项错误。
(3)K接a时,该装置为电解池,如果两极均有气泡产生,说明阳极材料不可能是铁,所以铁为阴极,此时铁电极上的电极反应为2H++2e-H2↑,石墨电极上的电极反应为2Cl--2e-Cl2↑;K接b时,该装置为原电池,Fe为负极,此时溶液为碱性,所以电极反应为Fe-2e-+2OH-Fe(OH)2。
(4)1
mol
Cu2+放电的过程中,另一极Cl-和OH-各放电1
mol,故溶液显酸性,A正确;根据电荷守恒可推知a=4,B不正确;Cl-的物质的量为1
mol,阳极不会产生1.5
mol
Cl2,C不正确;铝较活泼,在溶液中铝不会析出,D不正确。
19.答案
(1)电解质溶液 防止Fe2+被氧化
(2)V+2H++e-VO2++H2O V3++e-V2+
升高 (3)acd
解析
(1)传统的铜锌原电池中,锌与酸反应生成氢气,故硫酸为电解质溶液;Fe2+易被氧化生成Fe3+,加入少量铁粉可以防止Fe2+被氧化。
(2)放电时正极反应是还原反应,由电池总反应可知放电时的正极反应为V+2H++e-VO2++H2O;充电时,阴极反应为还原反应,阴极反应为V3++e-V2+。
(3)充电时阳极反应为VO2++H2O-e-V+2H+,故充电完毕的正极电解质溶液为含V的溶液,而放电完毕的正极电解质溶液为含VO2+的溶液,故正极电解液可能是a、c、d。
20.答案
(1)还原 a Li-e-Li+ (2)H2 阴离子 能选择性地通过S,起到平衡电荷的作用 S+H2O-2e-2H++S或2H2O-4e-O2↑+4H+,2S+O22S (3)4
解析
(1)锂离子电池工作时,a极得到电子发生还原反应;Li+带有正电荷,向负电荷较多的a极移动,负极上Li失去电子变为Li+,该电极反应为Li-e-Li+。
(2)在电解池中,c电极连接电源负极,为阴极,在阴极c电极上溶液中的H+得到电子变为H2逸出,电极反应为2H++2e-H2↑,所以物质A的化学式是H2。在右侧溶液中的离子失去电子发生氧化反应,阴离子不断放电,使右侧溶液中正电荷较多,所以右侧交换膜应选用阴离子交换膜,该交换膜的作用是能选择性的通过S,起到平衡电荷的作用,d极的电极反应为:S+H2O-2e-2H++S或2H2O-4e-O2↑+4H+,2S+O22S。
(3)若电解池左侧溶液的体积为2
L,其浓度由2
mol·L-1变为4
mol·L-1时,Δn(OH-)=2
L×(4
mol·L-1-2
mol·L-1)=4
mol,由于左侧电极反应为2H++2e-H2↑,每消耗2
mol
H+,就会同时产生2
mol
OH-,转移2
mol电子,现在溶液中OH-的物质的量增加了4
mol,因此理论上电路中通过的电子是4
mol。(共54张PPT)
章末整合
化学反应与能量转化
突破1
突破2
突破3
突破4
焓变(ΔH)的计算
利用键能计算ΔH或根据盖斯定律计算、比较ΔH是近几年全国卷命题的必考点,特别是将热化学方程式和盖斯定律的应用融合在一起的试题,很好地考查了考生对所学知识的灵活应用和运算能力。正确计算ΔH的关键是合理设计反应途径。
突破1
突破2
突破3
突破4
高考考法一 利用键能计算ΔH
典例1(2019海南化学)根据下图中的能量关系,可求得C—H键的键能为( )
A.414
kJ·mol-1
B.377
kJ·mol-1
C.235
kJ·
mol-1
D.197
kJ·mol-1
答案:A
解析:根据ΔH=反应物总键能-生成物总键能可得,
-75
kJ·mol-1=717
kJ·mol-1+864
kJ·mol-1-4EC—H,则EC—H=414
kJ·mol-1。
突破1
突破2
突破3
突破4
规律方法
利用键能计算ΔH的方法
(1)计算公式:①ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能。②ΔH=断开化学键吸收的能量-形成化学键放出的能量。
(2)计算关键:利用键能计算ΔH的关键,就是要明确物质中化学键的数目,对中学阶段常见单质、化合物中所含共价键的种类和数目要熟悉。
突破1
突破2
突破3
突破4
变式训练1-1通常人们把断裂1
mol某化学键所吸收的能量或形成1
mol某化学键所释放的能量看作该化学键的键能,键能的大小可用于估算化学反应的ΔH。已知部分化学键的键能数据如下表所示:
突破1
突破2
突破3
突破4
答案:C
解析:ΔH=反应物的总键能-反应产物的总键能,根据表中的键能数据计算可知,H2(g)和Cl2(g)反应生成HCl(g)的反应是放热反应,ΔH<0,C项错误。
突破1
突破2
突破3
突破4
变式训练1-2CO2与CH4经催化重整,制得合成气: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:
则该反应的ΔH= 。?
答案:+120
kJ·mol-1
解析:ΔH=[4×E(C—H)+2×E(C=O)]-[2×E(C
O)+2×E(H—H)]=(4×413+2×745)
kJ·mol-1-(2×1
075+2×436)
kJ·mol-1=+120
kJ·mol-1。
突破1
突破2
突破3
突破4
高考考法二 利用盖斯定律计算ΔH并书写热化学方程式
突破1
突破2
突破3
突破4
(3)硅粉与HCl在300
℃时反应生成1
mol
SiHCl3气体和H2,放出225
kJ热量,该反应的热化学方程式为 。?
突破1
突破2
突破3
突破4
规律方法
盖斯定律应用三步流程
突破1
突破2
突破3
突破4
变式训练2请回答下列问题:
突破1
突破2
突破3
突破4
(3)SiHCl3在催化剂作用下发生反应:
2SiHCl3(g)
===
SiH2Cl2(g)+SiCl4(g) ΔH1=+48
kJ·mol-1
3SiH2Cl2(g)
===
SiH4(g)+2SiHCl3(g) ΔH2=-30
kJ·mol-1
则反应4SiHCl3(g)
===
SiH4(g)+3SiCl4(g)的ΔH为
kJ·mol-1。
(4)近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下:
反应Ⅰ:2H2SO4(l)2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g)
ΔH1=+551
kJ·mol-1
反应Ⅲ:S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH3=-297
kJ·mol-1
反应Ⅱ的热化学方程式:
。?
突破1
突破2
突破3
突破4
答案:(1)+53.1 (2)+247 (3)+114
(4)3SO2(g)+2H2O(g)
===
2H2SO4(l)+S(s)
ΔH=-254
kJ·mol-1
解析:(1)由盖斯定律可知,(第一个已知反应÷2)-(第二个已知反应)可得反应:N2O5(g)
===
2NO2(g)+
O2(g),则该反应的ΔH=-4.4
kJ·mol-1÷2-(-55.3
kJ·mol-1)=+53.1
kJ·mol-1。
(2)将已知热化学方程式依次编号为①②③,根据盖斯定律,③×2-①-②,得到CH4—CO2催化重整反应的ΔH=+247
kJ·mol-1。
(3)2SiHCl3(g)
===
SiH2Cl2(g)+SiCl4(g) ΔH1=+48
kJ·mol-1①
3SiH2Cl2(g)
===
SiH4(g)+2SiHCl3(g) ΔH2=-30
kJ·mol-1②
根据盖斯定律:①×3+②即可得4SiHCl3(g)
===
SiH4(g)+3SiCl4(g) ΔH=+114
kJ·mol-1。
突破1
突破2
突破3
突破4
(4)由题给示意图可知,反应Ⅱ为二氧化硫发生歧化反应生成硫酸和硫,反应的化学方程式为3SO2(g)+2H2O(g)
2H2SO4(l)+S(s),由盖斯定律可知,-(反应Ⅲ+反应Ⅰ)可得反应Ⅱ,则反应Ⅱ的ΔH=-(ΔH3+ΔH1)=-(-297
kJ·mol-1)-(+551
kJ·mol-1)=-254
kJ·mol-1,则反应Ⅱ的热化学方程式为3SO2(g)+2H2O(g)
===
2H2SO4(l)+S(s) ΔH=-254
kJ·mol-1。
突破1
突破2
突破3
突破4
电化学中电极反应式的书写
电极反应式的书写是高考的重点、热点和难点,主要涉及燃料电池、可逆电池及电解池(尤其是含离子交换膜)。
突破1
突破2
突破3
突破4
高考考法一 燃料电池
典例3(2019全国Ⅰ,12)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如下所示。下列说法错误的是( )
A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能
B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+
===
2H++2MV+
C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3
D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
突破1
突破2
突破3
突破4
答案:B
解析:题给反应过程是在室温条件下进行的,因此比现有工业合成氨的条件温和,同时还能提供电能,A项正确;阴极区发生的是得电子的反应,而左池中发生的是失电子的反应,B项错误;右池为正极区,氮气发生还原反应生成氨气,C项正确;左池中产生的氢离子通过交换膜向右池移动,即由负极区移向正极区,D项正确。
突破1
突破2
突破3
突破4
规律方法
燃料电池电极反应的书写
第一步:写出燃料电池反应的总反应
一般情况下,燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致,若产物能和电解质反应则总反应为加和之后的反应。如甲烷燃料电池(电解质为NaOH溶液)中发生的反应依次为:
CH4+2O2
===
CO2+2H2O①
CO2+2NaOH
===
Na2CO3+H2O②
由①式+②式可得燃料电池总反应为CH4+2O2+2NaOH
===
Na2CO3+3H2O。
突破1
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突破3
突破4
第二步:写出电池的正极反应
根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质是O2,随着电解质溶液的不同,其电极反应有所不同,大致有以下四种情况:
第三步:根据电池总反应和正极反应,写出负极反应
电池反应的总反应-电池正极反应=电池负极反应。因为O2不是负极反应物,因此两个反应相减时要彻底消除O2。
突破1
突破2
突破3
突破4
变式训练3为体现节能减排的理念,中国研制出了新型固态氧化物燃料电池(SOFC),该电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.电子从b极经导线流向a极
B.正极的电极反应为O2+4e-+2H2O
===
4OH-
C.还可以选用NaOH固体作固态电解质
D.若反应中转移1
mol电子,则生成22.4
L(标准状况)CO2
突破1
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突破3
突破4
答案:A
解析:燃料电池通入氧气的电极为正极,则a为正极,电子从b极经导线流向a极,故A正确;介质为固态熔融介质,不存在水溶液,则正极的电极反应为O2+4e-
===
2O2-,故B错误;CO2能与NaOH反应生成Na2CO3,则不可选用NaOH固体作为固态电解质,故C错误;若反应中转移1
mol电子,参加反应的氧气为0.25
mol,生成CO2为0.5
mol,其体积为11.2
L(标准状况),故D错误。
突破1
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突破3
突破4
高考考法二 可逆电池
典例4(2019全国Ⅲ,13)为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D-Zn-NiOOH二
次电池,结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)
ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是( )
A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高
B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-
===
NiOOH(s)+H2O(l)
C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-
===
ZnO(s)+H2O(l)
D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区
突破1
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突破3
突破4
答案:D
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规律方法
1.正确分析二次电池
突破1
突破2
突破3
突破4
2.利用“加减法”书写新型二次电池放电的电极反应
若已知电池放电时的总反应,可先写出较易书写的一极的电极反应,然后在电子守恒的基础上,由总反应减去较易写出的一极的电极反应,即可得到较难写出的另一极的电极反应。
突破1
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突破4
变式训练4(2019山东潍坊质检)一种新型可逆电池的工作原理如图所示。放电时总反应为
(Cn表示石墨)。下列说法正确的是( )
D.电路中每转移3
mol电子,最多有1
mol
Cn(AlCl4)被还原
突破1
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突破4
答案:C
突破1
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突破4
高考考法三 电解池
典例5制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应为 。电解后, 室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5。?
突破1
突破2
突破3
突破4
答案:2H2O-4e-
===
4H++O2↑ a
解析:阳极发生氧化反应:2H2O-4e-
===
4H++O2↑,阳极室H+向a室迁移,a室中的Na2SO3转化成NaHSO3。阴极发生还原反应,析出H2,OH-增多,Na+由a室向b室迁移,则b室中Na2SO3浓度增加。
突破1
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规律方法
电解时电极反应的书写步骤
突破1
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突破3
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变式训练5按要求书写电极反应。
(1)以金属铝为阳极,在H2SO4溶液中电解,金属铝表面形成氧化膜,阳极反应为 。?
(2)用Al单质作为阳极,石墨作为阴极,NaHCO3溶液作为电解液进行电解,生成难溶物R,R受热分解生成化合物Q,写出阳极生成R的电极反应: 。?
(3)在酸性条件下用惰性电极电解K2MnO4溶液能得到化合物KMnO4,则阳极反应为: ,阴极反应为: 。?
(4)将一定浓度的磷酸二氢铵(NH4H2PO4)、氯化锂混合溶液作为电解质溶液,以铁棒为阳极,石墨为阴极,电解析出LiFePO4沉淀,则阳极电极反应为 。?
突破1
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突破1
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突破4
电化学中的串联电路
1.有外接电源电池类型的判断方法
其中甲为电镀池,乙、丙均为一般的电解池。
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2.无外接电源电池类型的判断方法
原电池反应可自发进行;电解池反应不能自发进行。如图所示,B为原电池,A为电解池。
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突破3
突破4
典例6某同学组装了如图所示的电化学装置,电极Ⅰ为Al,其他电极均为Cu,下列说法正确的是( )
A.电流方向:电极Ⅳ→?→电极Ⅰ
B.电极Ⅰ发生还原反应
C.电极Ⅱ逐渐溶解
D.电极Ⅲ的电极反应:Cu2++2e-
===
Cu
突破1
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答案:A
解析:带盐桥的①②装置构成原电池,Ⅰ为负极,Ⅱ为正极,装置③为电解池。电子移动方向:电极Ⅰ→?→电极Ⅳ,电流方向与电子移动方向相反,A项正确;原电池负极在工作中发生氧化反应,B项错误;原电池正极上发生还原反应,Cu2+在电极Ⅱ上得电子生成Cu,该电极质量逐渐增大,C项错误;电解池中阳极为活性电极时,电极本身被氧化,生成的离子进入溶液中,因为电极Ⅱ为正极,因此电极Ⅲ为电解池的阳极,其电极反应为Cu-2e-
===
Cu2+,D项错误。
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规律方法
串联类电池的解题流程
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突破4
变式训练6-1用铅蓄电池电解AgNO3、Na2SO4的溶液,a、b、c、d电极材料均为石墨。已知铅蓄电池的总反应为Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
2PbSO4(s)+2H2O(l),通电时a电极质量增加,下列说法正确的是( )
A.电路中通过1
mol电子时,Y电极质量增加48
g
B.放电时铅蓄电池负极的电极反应为
C.c、d电极产生气体的物质的量之比为1∶2
D.X极为负极
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突破4
答案:A
解析:a极质量增加,即析出了Ag,则a为阴极,Y为负极,X为正极,D项错;放电时负极失电子,B项错误;c为阴极放出H2,d为阳极放出O2,物质的量之比为2∶1,C项错误。
突破1
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变式训练6-2如图X是直流电源。Y槽中c、d为石墨棒,Z槽中e、f是质量相同的铜棒。接通电路后,发现d附近显红色。
(1)①电源上b为 (填“正”“负”“阴”或“阳”,下同)极。?
②Z槽中e极为 极。?
③连接Y、Z槽线路中,电子流动的方向是d
e(填“→”或“←”)。
(2)①写出c极上反应的电极反应: 。?
②写出Y槽中总反应的化学方程式: 。?
③写出Z槽中e极上的电极反应: 。?
突破1
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突破1
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电化学中的“膜”化学
近几年全国卷的高考中,涉及离子交换膜的试题较多,且常考常新。
1.离子交换膜的类型和作用
突破1
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2.多室电解池
多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性,即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过,将电解池分为两室、三室、多室等,以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。如两室电解池——工业上利用如图两室电解装置制备烧碱。
突破1
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典例7KIO3可采用“电解法”制备,装置如图所示。
(1)写出电解时阴极的电极反应: 。?
(2)电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为 ,其迁移方向是 。?
突破1
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突破4
答案:(1)2H2O+2e-
===
2OH-+H2↑ (2)K+ 由a到b
解析:(1)电解法制备KIO3时,H2O在阴极得到电子,发生还原反应:2H2O+2e-
===
2OH-+H2↑。
(2)电解池中阳离子向阴极移动,即由电极a向电极b迁移,阳离子交换膜只允许阳离子通过,故主要是K+通过阳离子交换膜。
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规律方法
含离子交换膜电化学装置题的解题步骤
突破1
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突破3
突破4
变式训练7-1用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的
,模拟装置如图所示。下列说法正确的是( )
A.阳极室溶液由无色变成棕黄色
B.阴极的电极反应为4OH--4e-
===
2H2O+O2↑
C.电解一段时间后,阴极室溶液的酸性减弱
D.电解一段时间后,阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4
突破1
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突破4
答案:C
解析:Fe电极与电源正极相连,则Fe是阳极,电极反应为Fe-2e-
===
Fe2+,反应中生成Fe2+,溶液由无色变为浅绿色,A错误;阴极上H+得电子发生还原反应,电极反应为2H++2e-
===
H2↑,B错误;电解过程中阴极上消耗H+,则阴极室溶液的酸性减弱,C正确;电解时,(NH4)2SO4溶液中的
向阴极室迁移,故阴极室溶液中的溶质可能为(NH4)3PO4、(NH4)2HPO4、NH4H2PO4等,D错误。
突破1
突破2
突破3
突破4
变式训练7-2用电解法可提纯含有某种钾的含氧酸盐杂质(如硫酸钾、碳酸钾等)的粗KOH溶液,其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.电极N为阳极,电极M上H+发生还原反应
B.电极M的电极反应为4OH--4e-
===
2H2O+O2↑
C.d处流进粗KOH溶液,e处流出纯KOH溶液
D.b处每产生11.2
L气体,必有1
mol
K+穿过阳离子交换膜
突破1
突破2
突破3
突破4
答案:B
解析:根据图示可知,K+移向电极N,所以电极N是阴极,M极是阳极,OH-发生氧化反应生成氧气,电极反应为4OH--4e-
===
2H2O+O2↑,故A错误,B正确;c处流进粗KOH溶液,f处流出纯KOH溶液,故C错误;电极N是阴极,H+发生还原反应生成氢气,未说明标准状况,则11.2
L氢气的物质的量不一定是0.5
mol,故D错误。