化学反应与能量转化
(时间：90分钟 满分：100分)
一、选择题(本题包括16小题，每小题3分，共48分)
1．如图是一次性加热杯的示意图。当水袋破裂时，水与固体碎块混合，杯内食物温度逐渐升高。制造此加热杯可选用的固体碎块是( )
A．硝酸铵
B．生石灰
C．氯化镁
D．食盐
2．下列叙述不正确的是( )
A．电解池的阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应
B．原电池跟电解池连接后，电子从原电池的负极流向电解池的阴极，经过溶液到达电解池的阳极，然后再回流到原电池的正极
C．电镀时，电镀池中的阳极发生氧化反应
D．用惰性电极电解饱和食盐水时，在阴极区得到氢氧化钠溶液和氢气
3．已知在298
K、1×105
Pa的条件下，2
mol氢气燃烧生成水蒸气放出484
kJ热量，下列热化学方程式书写正确的是( )
A．H2O(g)===H2(g)＋O2(g) ΔH＝242
kJ·mol－1
B．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－484
kJ·mol－1
C．H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH＝242
kJ·mol－1
D．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝484
kJ·mol－1
4．氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。下列有关说法正确的是( )
A．一定温度下，反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)能自发进行，该反应的ΔH<0
B．氢氧燃料电池的负极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．常温常压下，氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2
L
H2，转移电子的数目为6.02×1023
D．反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)的ΔH可通过下式估算：ΔH＝反应中形成新共价键的键能之和－反应中断裂旧共价键的键能之和
5．已知下列反应的热化学方程式：
6C(s)＋5H2(g)＋3N2(g)＋9O2(g)===2C3H5(ONO2)3(l)
ΔH1
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH2
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH3
则反应
4C3H5(ONO2)3(l)===12CO2(g)＋10H2O(g)＋O2(g)＋6N2(g)的ΔH为( )
A．12ΔH3＋5ΔH2－2ΔH1
B．2ΔH1－5ΔH2－12ΔH3
C．12ΔH3－5ΔH2－2ΔH1
D．ΔH1－5ΔH2－12ΔH3
6．如图所示，装置A的烧杯中盛放的是0.1
mol·L－1的H2SO4溶液，装置B的烧杯中盛放的是0.1
mol·L－1的CuCl2溶液(两种溶液均足量)，下列说法不正确的是( )
A．A为原电池，B为电解池
B．A为电解池，B为原电池
C．当装置A的烧杯中产生0.1
mol气体时，装置B的烧杯中产生气体的物质的量也为0.1
mol
D．一段时间后，装置B的烧杯中溶液的浓度减小
7．用石墨作电极电解下列溶液，其实质不是电解水的是( )
A．NaNO3溶液
B．NaOH溶液
C．Na2SO4溶液
D．NaCl溶液
8．工业上电解熔融NaCl与电解食盐水都能直接得到的物质是( )
A．Na
B．Cl2
C．H2
D．NaOH
9．镀锌铁在发生析氢腐蚀时，若有0.2
mol电子发生转移，则下列说法正确的是( )
①有5.6
g金属被腐蚀 ②有6.5
g金属被腐蚀 ③在标准状况下有2.24
L气体放出 ④在标准状况下有1.12
L气体放出
A．①②
B．②③
C．①④
D．③④
10．某铁件需长期浸在水下，为减少腐蚀，想采取下列措施，其中不正确的是( )
A．在铁件上铆上一些锌片
B．在制造铁件时，在铁中掺入一定量的铜制合金
C．在铁件表面涂上一层较厚的沥青
D．给铁件通入直流电，把铁件与电源负极相连
11．甲图为一种新型污水处理装置，该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能。乙图是一种家用环保型消毒液发生器，用惰性电极电解饱和食盐水。下列说法中不正确的是( )
A．装置乙的a极要与装置甲的X极连接
B．装置乙中b极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
C．若有机废水中主要含有葡萄糖，则装置甲中M极发生的电极反应为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋
D．N电极发生还原反应，当N电极消耗5.6
L(标准状况下)气体时，则有2NA个H＋通过离子交换膜
12．将金属A放入B(NO3)2溶液中发生反应：A＋B2＋===A2＋＋B，则下列说法正确的是( )
A．常温下，A或B可以与水发生反应
B．A与B用导线连接插入稀H2SO4中，则形成原电池且B极上有H2放出
C．A与B用导线连接插入B(NO3)2溶液中一定能构成原电池
D．用惰性电极电解A(NO3)2与B(NO3)2的混合溶液，在阳极上先析出B
13．由于具有超低耗电量、寿命长的特点，LED产品越来越受人欢迎。下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的装置。
①a处通入的气体是氢气，b处通入的气体是氧气；②该装置中只涉及两种形式的能量变化；③电池正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－；④P型半导体连接的是电池负极。上述说法中正确的是( )
A．①②
B．①③
C．③④
D．②④
14．可用于电动汽车的铝－空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是( )
A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，负极反应都为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为Al－3e－===Al3＋
C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变
D．电池工作时，电子通过外电路从负极流向正极
15．锂离子电池的正极材料是含锂的钴酸锂(LiCoO2)，充电时LiCoO2中Li被氧化，Li＋迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳(C6)中，用LiC6表示。电池反应为CoO2＋LiC6LiCoO2＋C6，下列说法正确的是( )
A．充电时，电池的负极反应为LiC6－e－===Li＋＋C6
B．放电时，电池的正极反应为CoO2＋Li＋＋e－===LiCoO2
C．羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质
D．锂离子电池的比能量(单位质量释放的能量)低
16．现有阳离子交换膜、阴离子交换膜、石墨电极和如图所示的电解槽。用氯碱工业中的离子交换膜技术原理，可电解Na2SO4溶液生产NaOH溶液和H2SO4溶液。下列说法中正确的是( )
A．b是阳离子交换膜，允许Na＋通过
B．从A口出来的是NaOH溶液
C．阴极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
D．Na2SO4溶液从G口加入
二、非选择题(本题包括6小题，共52分)
17．(8分)(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：________________________________________________________________
图Ⅰ
(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原理是：
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
则甲醇蒸气完全燃烧生成液态水的热化学方程式为________________________________________________________________
________________________________________________________________
(3)下表是部分化学键的键能数据：
化学键
P—P
P—O
O===O
P===O
键能/(kJ·mol－1)
a
b
c
x
图Ⅱ
已知1
mol
P4(g)完全燃烧生成P4O10(g)放出的热量为d
kJ，P4和P4O10的结构如图Ⅱ所示，则上表中x＝________________________________________
________________________________________________________________(用含有a、b、c、d的代数式表示)。
18．(10分)某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，设计并进行了下列实验，实验结果记录如下：
实验编号
电极材料
电解质溶液
检流计指针偏转方向
1
Mg、Al
稀盐酸
偏向Al电极
2
Al、Cu
稀盐酸
偏向Cu电极
3
Al、石墨
稀盐酸
偏向石墨电极
4
Mg、Al
NaOH溶液
偏向Mg电极
5
Al、Zn
浓硝酸
偏向Al电极
根据上表中的实验现象完成下列问题：
(1)实验1、2中Al的电极名称分别是________________________。
(2)指出实验3中铝和石墨的电极名称，并写出相应的电极反应和电池总反应。
铝为________，电极反应式为_______________________________________；
石墨为________，电极反应式为___________________________________
电池总反应式为__________________________________________________
________________________________________________________________
(3)实验4中的铝作正极还是负极？为什么？
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
(4)请解释实验5中检流计指针偏向铝电极的原因：___________________
________________________________________________________________
19．(10分)已知铅蓄电池的工作原理为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，现用如图装置进行电解(电解液足量)，测得当铅蓄电池中转移0.4
mol电子时铁电极的质量减少11.2
g。
请回答下列问题：
(1)A是铅蓄电池的________极，铅蓄电池正极反应式为________________________________________________________________
(2)Ag电极的电极反应式是__________________________________，
该电极的电极产物共________g。
(3)Cu电极的电极反应式是_____________________________________，
CuSO4溶液的浓度________(填“减小”“增大”或“不变”)。
(4)如图表示电解进行过程中某个量(纵坐标x)随时间的变化曲线，则x表示________。
a．各U形管中产生的气体的体积
b．各U形管中阳极质量的减少量
c．各U形管中阴极质量的增加量
20．(8分)在如图所示的装置中，通电5
min后，铜电极的质量增加2.16
g。试回答下列问题：
(1)电源中X极为直流电源的________极。
(2)溶液pH的变化情况：A__________，B__________，C________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)通电5
min后，B装置中共收集224
mL(标准状况下)气体，溶液体积为200
mL，则通电前该装置溶液中CuSO4的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。
21．(8分)(1)以氨为燃料的固体氧化物(含有O2－)燃料电池，其工作原理如图所示。
①该电池工作时的总反应方程式为__________________________________
________________________________________________________________
②固体氧化物作为电池工作的电解质，O2－移动方向为________(填“由电极a向电极b”或“由电极b向电极a”)移动。
③该电池工作时，在接触面上发生的电极反应为_______________________
________________________________________________________________
(2)N2O5是一种新型硝化剂，其性质和制备受到人们的关注。如图所示装置可用于制备N2O5，写出在电解池中生成N2O5的电极反应式：________________________________________________________________
________________________________________________________________
22．(8分)如图所示，E为浸有Na2SO4溶液的滤纸，并加入几滴酚酞。A、B均为Pt片，压在滤纸两端，R、S为电源的电极。M、N为惰性电极。G为检流计，K为开关。试管C、D和电解池中都充满KOH溶液。若在滤纸E上滴一滴紫色的KMnO4溶液，断开K，接通电源一段时间后，C、D中有气体产生。
(1)R为电源的________，S为电源的________。
(2)A极附近的溶液变为红色，B极的电极反应式为_____________________
________________________________________________________________
(3)滤纸上的紫色点移向________(填“A极”或“B极”)。
(4)当试管C、D中的气体产生到一定量时，切断外电源并接通开关K，经过一段时间，C、D中气体逐渐减少，主要是因为__________________________，
写出有关的电极反应式：__________________________________________
________________________________________________________________
[教师备选]
1．下列叙述正确的是( )
A．电解饱和食盐水时，阳极的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑
B．氢氧燃料电池的负极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋
D．钢铁发生电化学腐蚀的正极反应为Fe－2e－===Fe2＋
2．把物质的量均为0.1
mol的CuCl2和H2SO4溶于水制成100
mL混合溶液，用石墨作电极进行电解，并收集两电极所产生的气体，一段时间后测得在相同条件下两极收集到的气体体积相同。则下列说法正确的是
( )
A．电路中共转移0.6NA个电子
B．阳极得到的气体中O2的物质的量为0.2
mol
C．阴极质量增加3.2
g
D．电解后剩余溶液中硫酸的浓度为1
mol·L－1
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-化学反应与能量转化
(时间：90分钟 满分：100分)
一、选择题(本题包括16小题，每小题3分，共48分)
1．如图是一次性加热杯的示意图。当水袋破裂时，水与固体碎块混合，杯内食物温度逐渐升高。制造此加热杯可选用的固体碎块是( )
A．硝酸铵
B．生石灰
C．氯化镁
D．食盐
B [只有固体碎块与水反应放出热量，才满足加热杯加热食物所需要的条件。题中所给选项中只有生石灰与水反应能放出大量的热。]
2．下列叙述不正确的是( )
A．电解池的阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应
B．原电池跟电解池连接后，电子从原电池的负极流向电解池的阴极，经过溶液到达电解池的阳极，然后再回流到原电池的正极
C．电镀时，电镀池中的阳极发生氧化反应
D．用惰性电极电解饱和食盐水时，在阴极区得到氢氧化钠溶液和氢气
B [电解池中阳极上失去电子发生氧化反应，阴极上得到电子发生还原反应，A项正确；电子不能通过溶液，电子的流向是从原电池的负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流向原电池的正极，B项错误；电镀池属于电解池，则电镀池中的阳极发生氧化反应，C项正确；用惰性电极电解饱和食盐水时，阴极上水电离出的氢离子放电生成氢气，阴极区溶液中氢氧根离子浓度增大，与钠离子结合生成氢氧化钠，D项正确。]
3．已知在298
K、1×105
Pa的条件下，2
mol氢气燃烧生成水蒸气放出484
kJ热量，下列热化学方程式书写正确的是( )
A．H2O(g)===H2(g)＋O2(g) ΔH＝242
kJ·mol－1
B．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－484
kJ·mol－1
C．H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH＝242
kJ·mol－1
D．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝484
kJ·mol－1
A [2
mol
H2燃烧生成水蒸气的反应的ΔH＜0，则H2O(g)分解生成H2(g)和O2(g)的反应的ΔH＞0。B项中H2O的状态不正确；C、D项中ΔH不正确。]
4．氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。下列有关说法正确的是( )
A．一定温度下，反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)能自发进行，该反应的ΔH<0
B．氢氧燃料电池的负极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．常温常压下，氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2
L
H2，转移电子的数目为6.02×1023
D．反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)的ΔH可通过下式估算：ΔH＝反应中形成新共价键的键能之和－反应中断裂旧共价键的键能之和
A [体系能量降低和混乱度增大都有促使反应自发进行的倾向，该反应属于混乱度减小的反应，能自发说明该反应为放热反应，即ΔH<0，故A正确；氢氧燃料电池，氢气作负极，失电子发生氧化反应，中性条件的电极反应式为2H2－4e－===4H＋，故B错误；常温常压下，Vm≠22
L/mol，无法根据气体体积进行微粒数目的计算，故C错误；反应中应该通过下式估算：ΔH＝反应中断裂旧化学键的键能之和－反应中形成新共价键的键能之和，故D错误。]
5．已知下列反应的热化学方程式：
6C(s)＋5H2(g)＋3N2(g)＋9O2(g)===2C3H5(ONO2)3(l)
ΔH1
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH2
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH3
则反应
4C3H5(ONO2)3(l)===12CO2(g)＋10H2O(g)＋O2(g)＋6N2(g)的ΔH为( )
A．12ΔH3＋5ΔH2－2ΔH1
B．2ΔH1－5ΔH2－12ΔH3
C．12ΔH3－5ΔH2－2ΔH1
D．ΔH1－5ΔH2－12ΔH3
A [将第1个热化学方程式乘以2，并颠倒书写，将第2个热化学方程式乘以5，将第3个热化学方程式乘以12；然后将3个热化学方程式相加可以得到要求的反应热化学方程式。]
6．如图所示，装置A的烧杯中盛放的是0.1
mol·L－1的H2SO4溶液，装置B的烧杯中盛放的是0.1
mol·L－1的CuCl2溶液(两种溶液均足量)，下列说法不正确的是( )
A．A为原电池，B为电解池
B．A为电解池，B为原电池
C．当装置A的烧杯中产生0.1
mol气体时，装置B的烧杯中产生气体的物质的量也为0.1
mol
D．一段时间后，装置B的烧杯中溶液的浓度减小
B [由图中A、B两装置可知，A为原电池，B为电解池。A中的电池反应为Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，B中的电池反应为CuCl2通电,Cu＋Cl2↑，则装置A、B产生气体的物质的量关系为n(H2)＝n(Cl2)，电解CuCl2溶液时，CuCl2的量不断减少，故溶液的浓度减小。]
7．用石墨作电极电解下列溶液，其实质不是电解水的是( )
A．NaNO3溶液
B．NaOH溶液
C．Na2SO4溶液
D．NaCl溶液
D [题述四种溶液中所含阳离子相同，阳离子放电顺序为H＋＞Na＋，阴离子放电顺序为Cl－＞OH－＞含氧酸根，因此D项的NaCl溶液在阳极上为Cl－放电，D项符合题意。]
8．工业上电解熔融NaCl与电解食盐水都能直接得到的物质是( )
A．Na
B．Cl2
C．H2
D．NaOH
B [2NaCl(熔融)通电,2Na＋Cl2↑，2NaCl＋2H2O通电,2NaOH＋Cl2↑＋H2↑。]
9．镀锌铁在发生析氢腐蚀时，若有0.2
mol电子发生转移，则下列说法正确的是( )
①有5.6
g金属被腐蚀 ②有6.5
g金属被腐蚀 ③在标准状况下有2.24
L气体放出 ④在标准状况下有1.12
L气体放出
A．①②
B．②③
C．①④
D．③④
B [本题的易错之处是不清楚析氢腐蚀的电极反应。镀锌铁发生析氢腐蚀时，锌作负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，该过程若有0.2
mol电子发生转移，则有0.1
mol
Zn被腐蚀；铁作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，根据电子守恒可知，该过程生成0.1
mol
H2。故本题选B。]
10．某铁件需长期浸在水下，为减少腐蚀，想采取下列措施，其中不正确的是( )
A．在铁件上铆上一些锌片
B．在制造铁件时，在铁中掺入一定量的铜制合金
C．在铁件表面涂上一层较厚的沥青
D．给铁件通入直流电，把铁件与电源负极相连
B [A项，铁、锌、水形成原电池，锌比铁活泼，铁被保护；B项，铁比铜活泼，加快铁的腐蚀；C项，涂上沥青，阻止铁与空气、水接触，铁被保护；D项，铁作阴极被保护。]
11．甲图为一种新型污水处理装置，该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能。乙图是一种家用环保型消毒液发生器，用惰性电极电解饱和食盐水。下列说法中不正确的是( )
A．装置乙的a极要与装置甲的X极连接
B．装置乙中b极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
C．若有机废水中主要含有葡萄糖，则装置甲中M极发生的电极反应为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋
D．N电极发生还原反应，当N电极消耗5.6
L(标准状况下)气体时，则有2NA个H＋通过离子交换膜
D [由题甲图分析得出M(或X)为负极，N(或Y)为正极，由乙图分析得出a为阴极，b为阳极。乙的a极要与甲的X极相连接，A项正确；乙的b极为阳极，氯离子放电，B项正确；因图甲中传递的是质子，葡萄糖在M极放电，故电极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋，C项正确；氧气在N电极得到电子，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故消耗标准状况下5.6
L氧气时，转移1
mol电子，即有NA个H＋通过离子交换膜，D项错误。]
12．将金属A放入B(NO3)2溶液中发生反应：A＋B2＋===A2＋＋B，则下列说法正确的是( )
A．常温下，A或B可以与水发生反应
B．A与B用导线连接插入稀H2SO4中，则形成原电池且B极上有H2放出
C．A与B用导线连接插入B(NO3)2溶液中一定能构成原电池
D．用惰性电极电解A(NO3)2与B(NO3)2的混合溶液，在阳极上先析出B
C [金属A放入B(NO3)2溶液中能把金属B置换出来，说明金属A的活泼性大于金属B，而且常温下A、B都不能与水反应，A项错误；若A能与H2SO4反应，则能形成原电池，反之则不能形成原电池，B项错误；由于A与B(NO3)2的反应能自发进行，故A、B与B(NO3)2溶液一定能构成原电池，C项正确；用惰性电极电解A(NO3)2与B(NO3)2的混合溶液，在阳极上水电离出的OH－放电析出O2，D项错误。]
13．由于具有超低耗电量、寿命长的特点，LED产品越来越受人欢迎。下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的装置。
①a处通入的气体是氢气，b处通入的气体是氧气；②该装置中只涉及两种形式的能量变化；③电池正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－；④P型半导体连接的是电池负极。上述说法中正确的是( )
A．①②
B．①③
C．③④
D．②④
B [根据电子的流向可知，a极是电子流出的一极(负极)，所以a处通入H2，b处通入O2，①正确；该装置至少涉及化学能、电能、光能的转化，②错误；碱性条件时，电池正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，③正确；P型半导体连接的是电池正极，④错误。综合得到正确选项是B。]
14．可用于电动汽车的铝－空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是( )
A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，负极反应都为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为Al－3e－===Al3＋
C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变
D．电池工作时，电子通过外电路从负极流向正极
D [A项，所给电极反应在正极发生；B项，以NaOH为电解液时，不应生成Al3＋，而应生成[Al(OH)4]－；C项，电解液的pH应减小；D项，电子通过外电路从负极流向正极。]
15．锂离子电池的正极材料是含锂的钴酸锂(LiCoO2)，充电时LiCoO2中Li被氧化，Li＋迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳(C6)中，用LiC6表示。电池反应为CoO2＋LiC6LiCoO2＋C6，下列说法正确的是( )
A．充电时，电池的负极反应为LiC6－e－===Li＋＋C6
B．放电时，电池的正极反应为CoO2＋Li＋＋e－===LiCoO2
C．羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质
D．锂离子电池的比能量(单位质量释放的能量)低
B [充电时为电解池，电池负极即为电解池阴极，发生还原反应：Li＋＋C6＋e－===LiC6，A项错误；放电时为原电池，电池正极发生还原反应，B项正确；单质锂较活泼，易与羧酸、醇等反应，C项错误；锂的相对原子质量小，密度小，所以锂离子电池的比能量高，D项错误。]
16．现有阳离子交换膜、阴离子交换膜、石墨电极和如图所示的电解槽。用氯碱工业中的离子交换膜技术原理，可电解Na2SO4溶液生产NaOH溶液和H2SO4溶液。下列说法中正确的是( )
A．b是阳离子交换膜，允许Na＋通过
B．从A口出来的是NaOH溶液
C．阴极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
D．Na2SO4溶液从G口加入
A [阴极是氢离子放电，产生氢氧化钠，则b是阳离子交换膜，允许Na＋通过，A正确；阳极氢氧根放电，产生硫酸，即从A口出来的是硫酸溶液，B错误；阴极是氢离子放电，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，C错误；Na2SO4溶液从F口加入，D错误。]
二、非选择题(本题包括6小题，共52分)
17．(8分)(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：________________________________________________________________
图Ⅰ
(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原理是：
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
则甲醇蒸气完全燃烧生成液态水的热化学方程式为________________________________________________________________
________________________________________________________________
(3)下表是部分化学键的键能数据：
化学键
P—P
P—O
O===O
P===O
键能/(kJ·mol－1)
a
b
c
x
图Ⅱ
已知1
mol
P4(g)完全燃烧生成P4O10(g)放出的热量为d
kJ，P4和P4O10的结构如图Ⅱ所示，则上表中x＝________________________________________
________________________________________________________________(用含有a、b、c、d的代数式表示)。
[解析] (1)观察图像，该反应的热化学方程式为NO2(g)＋CO(g)===CO2(g)＋NO(g) ΔH＝134
kJ·mol－1－368
kJ·mol－1＝－234
kJ·mol－1。(2)根据盖斯定律，由②×3－①×2＋③×2可得：CH3OH(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝3×(－192.9
kJ·mol－1)－2×49.0
kJ·mol－1＋(－44
kJ·mol－1)×2＝－764.7
kJ·mol－1。(3)P4(g)＋5O2(g)===P4O10(g)
ΔH＝－d
kJ·mol－1，由于反应热＝反应物键能总和－反应产物键能总和，故6a＋5c－(4x＋12b)＝－d，可得x＝(d＋6a＋5c－12b)。
[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)
18．(10分)某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，设计并进行了下列实验，实验结果记录如下：
实验编号
电极材料
电解质溶液
检流计指针偏转方向
1
Mg、Al
稀盐酸
偏向Al电极
2
Al、Cu
稀盐酸
偏向Cu电极
3
Al、石墨
稀盐酸
偏向石墨电极
4
Mg、Al
NaOH溶液
偏向Mg电极
5
Al、Zn
浓硝酸
偏向Al电极
根据上表中的实验现象完成下列问题：
(1)实验1、2中Al的电极名称分别是________________________。
(2)指出实验3中铝和石墨的电极名称，并写出相应的电极反应和电池总反应。
铝为________，电极反应式为_______________________________________；
石墨为________，电极反应式为___________________________________
电池总反应式为__________________________________________________
________________________________________________________________
(3)实验4中的铝作正极还是负极？为什么？
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
(4)请解释实验5中检流计指针偏向铝电极的原因：___________________
________________________________________________________________
[解析] 本题的易错之处是简单认为活泼金属作负极，没有理解原电池的工作原理。实验1中Mg较活泼，故Mg电极作负极；实验2中Al较活泼，故Al电极作负极；实验3中Al电极作负极被氧化，氢离子在石墨电极上被还原；实验4中Mg虽然比Al活泼，但Mg不能与NaOH溶液反应，而Al可以与NaOH溶液反应，故Al电极作负极；实验5中Al虽然比Zn活泼，但常温下，Al遇浓硝酸发生钝化，阻止内部的金属继续与酸反应，故Zn电极为负极。
[答案] (1)正极、负极 (2)负极 2Al－6e－===2Al3＋ 正极 6H＋＋6e－===3H2↑ 2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
(3)负极。因为Mg虽然比Al活泼，但Mg不能与NaOH溶液反应，而Al可以与NaOH溶液反应
(4)Al虽然比Zn活泼，但常温下，Al遇浓硝酸发生钝化，阻止内部的金属继续与酸反应，故Zn电极为负极，检流计指针偏向铝电极
19．(10分)已知铅蓄电池的工作原理为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，现用如图装置进行电解(电解液足量)，测得当铅蓄电池中转移0.4
mol电子时铁电极的质量减少11.2
g。
请回答下列问题：
(1)A是铅蓄电池的________极，铅蓄电池正极反应式为________________________________________________________________
(2)Ag电极的电极反应式是__________________________________，
该电极的电极产物共________g。
(3)Cu电极的电极反应式是_____________________________________，
CuSO4溶液的浓度________(填“减小”“增大”或“不变”)。
(4)如图表示电解进行过程中某个量(纵坐标x)随时间的变化曲线，则x表示________。
a．各U形管中产生的气体的体积
b．各U形管中阳极质量的减少量
c．各U形管中阴极质量的增加量
[解析] 根据在电解过程中铁电极质量的减少可判断A是电源的负极，B是电源的正极，电解时Ag极作阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，Fe作阳极，电极反应式为Fe－－2e－===Fe2＋，左侧U形管中总反应式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。右侧U形管相当于电镀装置，Zn电极作阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，铜电极作阳极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，电镀过程中CuSO4溶液的浓度保持不变，根据上述分析可得答案。
[答案] (1)负 PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O
(2)2H＋＋2e－===H2↑ 0.4
(3)Cu－2e－===Cu2＋ 不变
(4)b
20．(8分)在如图所示的装置中，通电5
min后，铜电极的质量增加2.16
g。试回答下列问题：
(1)电源中X极为直流电源的________极。
(2)溶液pH的变化情况：A__________，B__________，C________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)通电5
min后，B装置中共收集224
mL(标准状况下)气体，溶液体积为200
mL，则通电前该装置溶液中CuSO4的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。
[解析] 根据实验现象分析出电源的正负极，进而确定三个电解池中电极的名称。(1)三个装置是串联的电解池。质量增加的铜电极是阴极，电解AgNO3溶液时，Ag＋在阴极发生还原反应生成Ag，则银电极是阳极，故Y极是电源的正极，X极是电源的负极。(2)电解KCl溶液生成KOH，溶液的pH增大；电解CuSO4溶液生成H2SO4，溶液的pH减小；电解AgNO3溶液，银为阳极，不断溶解，Ag＋的浓度基本不变，溶液的pH不变。(3)通电5
min后，C中析出0.02
mol
Ag，电路中通过0.02
mol电子。B装置中共收集0.01
mol气体，若该气体全为氧气，则电路中需通过0.04
mol电子，与事实不符。因此，B装置中的电解过程分为两个阶段，先电解CuSO4溶液生成O2，然后实质是电解水，生成O2和H2，即B装置中收集到的气体是O2和H2的混合物。设电解CuSO4溶液时生成O2的物质的量为x，电解H2O时生成O2的物质的量为y，生成H2的物质的量为2y，则4x＋4y＝0.02
mol(电子守恒)，x＋3y＝0.01
mol，解得x＝y＝0.002
5
mol，所以n(CuSO4)＝2×0.002
5
mol＝0.005
mol，c(CuSO4)＝0.005
mol÷0.2
L＝0.025
mol·L－1。
[答案] (1)负 (2)增大 减小 不变 (3)0.025
mol·L－1
21．(8分)(1)以氨为燃料的固体氧化物(含有O2－)燃料电池，其工作原理如图所示。
①该电池工作时的总反应方程式为__________________________________
________________________________________________________________
②固体氧化物作为电池工作的电解质，O2－移动方向为________(填“由电极a向电极b”或“由电极b向电极a”)移动。
③该电池工作时，在接触面上发生的电极反应为_______________________
________________________________________________________________
(2)N2O5是一种新型硝化剂，其性质和制备受到人们的关注。如图所示装置可用于制备N2O5，写出在电解池中生成N2O5的电极反应式：________________________________________________________________
________________________________________________________________
[解析] (1)氨与空气形成燃料电池总反应方程式为4NH3＋3O2===2N2＋6H2O。电极a是负极、电极b是正极，原电池内部阴离子向负极迁移。负极反应式为2NH3＋3O2－－6e－===N2＋3H2O，正极反应式为O2＋4e－===2O2－。(2)图中左边惰性电极是阳极、右边惰性电极是阴极，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑；阳极N2O4失电子生成N2O5，根据电子转移和电荷守恒配平。
[答案] (1)①4NH3＋3O2===2N2＋6H2O ②由电极b向电极a ③2NH3＋3O2－－6e－===N2＋3H2O (2)N2O4＋2HNO3－2e－===2N2O5＋2H＋
22．(8分)如图所示，E为浸有Na2SO4溶液的滤纸，并加入几滴酚酞。A、B均为Pt片，压在滤纸两端，R、S为电源的电极。M、N为惰性电极。G为检流计，K为开关。试管C、D和电解池中都充满KOH溶液。若在滤纸E上滴一滴紫色的KMnO4溶液，断开K，接通电源一段时间后，C、D中有气体产生。
(1)R为电源的________，S为电源的________。
(2)A极附近的溶液变为红色，B极的电极反应式为_____________________
________________________________________________________________
(3)滤纸上的紫色点移向________(填“A极”或“B极”)。
(4)当试管C、D中的气体产生到一定量时，切断外电源并接通开关K，经过一段时间，C、D中气体逐渐减少，主要是因为__________________________，
写出有关的电极反应式：__________________________________________
________________________________________________________________
[解析] (1)试管C、D中产生气体的体积不相同，由此可以判断C中产生的气体是氢气，D中产生的气体是氧气，所以R为电源的负极，S为电源的正极。(2)A极附近溶液变为红色，说明此处OH－浓度增大，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，则A极为阴极，B极为阳极，B极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑。(3)因为B极是阳极，所以显紫色的MnO向B极移动。
[答案] (1)负极 正极 (2)2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ (3)B极 (4)氢气和氧气在碱性环境下发生原电池反应，消耗了氢气和氧气 2H2＋4OH－－4e－===4H2O(负极)，O2＋2H2O＋4e－===4OH－(正极)
[教师备选]
1．下列叙述正确的是( )
A．电解饱和食盐水时，阳极的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑
B．氢氧燃料电池的负极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋
D．钢铁发生电化学腐蚀的正极反应为Fe－2e－===Fe2＋
A [在氢氧燃料电池的负极上发生反应的是氢气，B项错误；粗铜精炼时，纯铜与电源的负极相连，C项错误；钢铁发生电化学腐蚀的负极反应是Fe－2e－===Fe2＋，D项错误。]
2．把物质的量均为0.1
mol的CuCl2和H2SO4溶于水制成100
mL混合溶液，用石墨作电极进行电解，并收集两电极所产生的气体，一段时间后测得在相同条件下两极收集到的气体体积相同。则下列说法正确的是
( )
A．电路中共转移0.6NA个电子
B．阳极得到的气体中O2的物质的量为0.2
mol
C．阴极质量增加3.2
g
D．电解后剩余溶液中硫酸的浓度为1
mol·L－1
A [氯化铜和硫酸二者不发生化学反应，则在阳极上先产生Cl2，后产生O2，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑,2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，在阴极上先生成Cu，后产生H2，电极反应式为2Cu2＋＋4e－===2Cu,4H＋＋4e－===2H2↑。由题意可知，两极收集到的气体在相同条件下体积相同，则设阳极产生的O2为n
mol，根据电子守恒可知，阴极产生的H2为2n
mol，故有n＋0.1＝2n，则n＝0.1，即阴极产生0.2
mol
H2，阳极产生0.1
mol
Cl2和0.1
mol
O2，故转移的电子数为0.6NA，A项正确、B项错误；阴极析出的铜为0.1
mol，即6.4
g，C项错误；电解过程中消耗了水，溶液的体积发生变化，硫酸的浓度应比1
mol·L－1大，D项错误。]
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