广东省2021高考化学一轮复习专题六化学能与电能的转化精练含解析 34页

专题六　化学能与电能的转化 ‎【考情探究】‎ 课 标 解 读 考点 原电池原理及应用 电解原理及应用 金属的腐蚀与防护 解读 ‎1.理解原电池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应方程式 ‎2.了解常见化学电源的种类及其工作原理 理解电解池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应方程式 了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施 考情分析 化学能与电能的转化是氧化还原反应知识在生产生活中的重要应用与延伸,是历年高考的热点内容。近几年高考对本专题内容的考查主要结合题目实际信息分析新型电化学装置、判断电极反应和总反应及选择电解质等 备考指导 电化学知识主要以具体问题情境为载体进行考查,备考时应侧重原电池原理、电解原理基础考点的复习和掌握电极反应式书写技巧,在实际问题解决过程中培养证据推理与模型认知的学科核心素养 ‎【真题探秘】‎ - 34 -‎ 基础篇 固本夯基 ‎【基础集训】‎ 考点一　原电池原理及应用 ‎1.利用原电池原理,在室温下从含低浓度Cu2+的酸性废水中回收Cu的实验装置如图所示,下列说法错误的是(　　)‎ A.X、Y依次为阳离子、阴离子选择性交换膜 B.负极的电极反应式:BH‎4‎‎-‎+8OH--8e- B(OH‎)‎‎4‎‎-‎+4H2O - 34 -‎ C.2室流出的溶液中溶质为Na2SO4和K2SO4‎ D.电路中每转移1 mol电子,电极2上有32 g Cu析出 答案　D ‎2.H2S废气资源化利用途径之一是回收能量并得到单质硫。反应原理为2H2S(g)+O2(g) S2(s)+2H2O(l)　ΔH=-632 kJ·mol-1。下图为质子膜H2S燃料电池的示意图。下列说法正确的是(　　)‎ A.电池在工作时,电流从电极a经过负载流向电极b B.电极a上发生的电极反应为2H2S-4e- S2+4H+‎ C.当反应生成64 g S2时,电池内部释放632 kJ热量 D.当电路中通过4 mol电子时,有4 mol H+经质子固体电解质膜进入负极区 答案　B ‎3.ZulemaBorjas等设计的一种微生物脱盐池的装置如图所示,下列说法正确的是(　　)‎ A.该装置可以在高温下工作 B.X、Y依次为阳离子、阴离子选择性交换膜 C.负极反应为CH3COO-+2H2O-8e- 2CO2↑+7H+‎ D.该装置工作时,电能转化为化学能 答案　C ‎4.研究人员研发了一种“水电池”,这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电。在海水中,电池的总反应可表示为5MnO2+2Ag+2NaCl Na2Mn5O10+2AgCl,下列“水电池”在海水中放电时的有关说法正确的是(　　)‎ - 34 -‎ A.正极反应式:Ag+Cl--e- AgCl B.每生成1 mol Na2Mn5O10转移4 mol电子 C.Na+不断向“水电池”的负极移动 D.AgCl是氧化产物 答案　D ‎5.LED系列产品是一类新型节能产品。图甲是NaBH4/H2O2燃料电池的装置示意图,图乙是LED发光二极管的装置示意图。下列叙述错误的是(　　)‎ A.电池应选用阳离子交换膜,Na+向A极区移动 B.电池A极区的电极反应式为H2O2+2e-2OH-‎ C.每有1 mol NaBH4参加反应,转移电子数为4NA D.要使LED发光二极管正常发光,图乙中的导线a应与图甲中的B极相连 答案　C ‎6.我国科学家在天然气脱硫研究方面取得了新进展,利用如图装置可发生反应:H2S+O2 H2O2+S,已知甲池中发生反应:。‎ 下列说法正确的是(　　)‎ A.甲池中碳棒上发生的电极反应为AQ+2H+-2e- H2AQ B.乙池溶液中发生的反应为H2S+I‎3‎‎-‎ 3I-+S↓+2H+‎ C.该装置中电能转化为光能 - 34 -‎ D.H+从甲池移向乙池 答案　B 考点二　电解原理及应用 ‎7.世界水产养殖协会网介绍了一种利用电化学原理净化鱼池中水质的方法,其装置如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A.X为电源负极 B.若该装置在高温下进行,则净化效率将降低 C.若有1 mol NO‎3‎‎-‎被还原,则有6 mol H+通过质子膜迁移至阴极区 D.若BOD为葡萄糖(C6H12O6),则1 mol 葡萄糖被完全氧化时,理论上电极流出20 mol e-‎ 答案　B ‎8.在实验室中,以一定浓度的乙醛-Na2SO4溶液为电解质溶液,模拟乙醛废水的处理过程(如图),乙醛在两电极分别转化为乙醇和乙酸。下列对电解过程的分析正确的是(　　)‎ A.以铅蓄电池为电源,则a极为Pb电极 B.石墨Ⅱ电极附近的pH逐渐减小 C.阳极反应为CH3CHO+H2O-2e- CH3COOH+2H+‎ D.每处理含8.8 g乙醛的废水,转移电子的数目为0.4NA 答案　C ‎9.高能LiFePO4电池,多应用于公共交通。电池中间是聚合物的隔膜,主要作用是在反应过程中只让Li+通过。结构如图所示。‎ - 34 -‎ 原理如下:(1-x)LiFePO4+xFePO4+LixCn xLiFePO4+nC。‎ 下列说法不正确的是(　　)‎ A.放电时,正极电极反应式:xFePO4+xLi++xe- xLiFePO4‎ B.放电时,电子由负极经导线、用电器、导线到正极 C.充电时,阴极电极反应式:xLi++xe-+nC LixCn D.充电时,Li+向左移动 答案　D ‎10.图甲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,图乙是一种用惰性电极电解饱和食盐水的消毒液发生器。下列说法不正确的是(　　)‎ A.图甲的X点要与图乙中的a极连接 B.图乙中b极的电极反应式为:2Cl--2e-Cl2↑‎ C.当N极消耗1 mol气体时,有2 mol H+通过离子交换膜 D.若有机废水中主要含有淀粉,则图甲中M极反应为(C6H10O5)n+7nH2O-24ne-6nCO2↑+24nH+‎ 答案　C ‎11.硼酸(H3BO3)为一元弱酸,已知H3BO3与足量NaOH溶液反应的离子方程式为H3BO3+OH-B(OH‎)‎‎4‎‎-‎,H3BO3可以通过电解的方法制备。其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法正确的是(　　)‎ - 34 -‎ A.当电路中通过1 mol电子时,可得到1 mol H3BO3‎ B.将电源的正、负极反接,工作原理不变 C.阴极室的电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+‎ D.B(OH‎)‎‎4‎‎-‎穿过阴膜进入阴极室,Na+穿过阳膜进入产品室 答案　A 考点三　金属的腐蚀与防护 ‎12.在一块表面无锈的铁片上滴食盐水,放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现。铁片腐蚀过程中发生的总化学方程式为2Fe+2H2O+O2 2Fe(OH)2,Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH)3,再在一定条件下脱水生成铁锈,其原理如图。‎ 下列说法正确的是(　　)‎ A.铁片发生还原反应而被腐蚀 B.铁片腐蚀最严重区域应该是生锈最多的区域 C.铁片腐蚀中负极发生的电极反应:2H2O+O2+4e- 4OH-‎ D.铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池,发生了电化学腐蚀 答案　D ‎13.如图是中国在南极建设的第四个科学考察站——泰山站。为了延长科学考察站基础设施使用寿命,钢铁设备表面镶嵌一些金属块(M)。下列说法正确的是(　　) ‎ A.金属块M可能是铜,发生氧化反应 B.这种保护方法叫牺牲阳极的阴极保护法 - 34 -‎ C.科考考察站里的设备在潮湿空气中主要发生化学腐蚀 D.若采用外加电流的阴极保护法,设备与电源正极相连 答案　B ‎14.高压直流电线路的瓷绝缘子经日晒雨淋容易出现铁帽腐蚀现象,在铁帽上加锌环能有效防止铁帽腐蚀,防护原理如图所示。下列说法错误的是(　　) ‎ A.通电时,锌环是阳极,发生氧化反应 B.通电时,阴极上的电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-‎ C.断电时,锌环上的电极反应为Zn2++2e-Zn D.断电时,仍能防止铁帽被腐蚀 答案　C ‎15.为了减少钢管因锈蚀造成的损失,某城市拟用如图方法保护埋在酸性土壤中的钢管。下列有关说法中错误的是(　　)‎ A.在潮湿的酸性土壤中钢管主要发生析氢腐蚀 B.在潮湿的酸性土壤中电子由金属棒M通过导线流向钢管 C.在潮湿的酸性土壤中H+向金属棒M移动,抑制H+与铁的反应 D.金属棒M与钢管用导线连接后可使钢管表面的腐蚀电流接近于零 答案　C 综合篇 知能转换 ‎【综合集训】‎ - 34 -‎ ‎1.(2018珠海摸底,11)一定条件下,实验室利用如图所示装置,通过测量电压求算Ksp(AgCl)。工作一段时间后,两电极质量均增大。下列说法正确的是(　　)‎ A.右池中银电极作负极 B.总反应式为Ag++Cl- AgCl C.正极电极反应式为Ag-e- Ag+‎ D.盐桥中的NO‎3‎‎-‎向右池方向移动 答案　B ‎2.(2019深圳科学高中开学考试,6)如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料,氧气为氧化剂,某固体氧化物为电解质的新型燃料电池,在700~900 ℃时,O2-可在该固体氧化物电解质中自由移动,电池反应生成无毒无害的物质,下列说法正确的是(　　)‎ A.电池内的O2-由电极乙移向电极甲 B.电池的总反应为:N2H4+2O2 2NO+2H2O C.当电极甲上有1 mol N2H4消耗时,电极乙上有1 mol O2被氧化 D.电池外电路的电子由电极乙移向电极甲 答案　A ‎3.我国科研人员研制出一种室温“可呼吸”Na-CO2电池。该电池放电时“吸入”CO2,充电时“呼出”CO2。吸入CO2时,其工作原理如下图所示。吸入的全部CO2中,有‎2‎‎3‎转化为Na2CO3固体沉积在多壁碳纳米管(MWCNT)电极表面。下列说法正确的是(　　)‎ - 34 -‎ A.“吸入”CO2时,钠箔为正极 B.“吸入”CO2时的正极反应为4Na++3CO2+4e-2Na2CO3+C C.“呼出”CO2时,Na+向多壁碳纳米管电极移动 D.标准状况下,每“呼出” 22.4 L CO2,转移电子的物质的量为0.75 mol 答案　B ‎4.某兴趣小组为了分析电解硝酸溶液时放电的离子,设计了如图装置进行实验(石墨电极)。电解过程中,X极产生了红棕色气体,则下列说法中不合理的是(　　)‎ A.a极为负极,b极为正极 B.电解时,Y极附近溶液pH降低 C.相同条件下,阴、阳两极产生的气体体积比是2∶1‎ D.X极的电极反应式是:2H++NO‎3‎‎-‎+e- NO2↑+H2O 答案　C ‎5.(2019湛江调研,4)NaClO2(亚氯酸钠)是常用的消毒剂和漂白剂,工业上可采用电解法制备,工作原理如图所示。下列叙述正确的是(　　)‎ A.若直流电源为铅蓄电池,则b极为Pb - 34 -‎ B.阳极反应式为ClO2+e- ClO‎2‎‎-‎ C.交换膜左侧NaOH的物质的量不变,气体X为Cl2‎ D.制备18.1 g NaClO2时理论上有0.2 mol Na+由交换膜左侧向右侧迁移 答案　C ‎6.(2019北师大附中测试,13)某工厂用电解法处理含有SO2的尾气,其装置如图所示(电极材料均为惰性电极)。下列说法不正确的是(　　)‎ A.电极a连接的是电源的正极 B.若电路中转移0.03 mol e-,则离子交换膜左侧溶液中增加0.03 mol 离子 C.图中的离子交换膜是阳离子交换膜 D.阴极的电极反应式为2HSO‎3‎‎-‎+2e-+2H+ S2O‎4‎‎2-‎+2H2O 答案　B 应用篇 知行合一 ‎【应用集训】‎ ‎1.(2019北京朝阳一模,9)我国科研人员借助太阳能,将光解水制H2与脱硫结合起来,既能大幅度提高光解水制H2的效率,又能脱除SO2,工作原理如下图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ A.该装置可将太阳能转化为化学能 B.催化剂a表面发生还原反应,产生H2‎ C.催化剂b附近的溶液pH增大 D.吸收1 mol SO2,理论上能产生1 mol H2‎ 答案　C ‎2.(2019湖南岳阳一模,10)铁碳微电解技术是利用原电池原理处理酸性污水的一种工艺,装置如图。若上端开口关闭,可得到强还原性的H·(氢原子);若上端开口打开,并鼓入空气,可得到强氧化性的·OH(羟基自由基)。下列说法错误的是(　　)‎ - 34 -‎ 铁碳微电解装置 A.无论是否鼓入空气,负极的电极反应式均为Fe-2e- Fe2+‎ B.不鼓入空气时,正极的电极反应式为H++e- H·‎ C.鼓入空气时,每生成1 mol·OH有2 mol电子发生转移 D.处理含有草酸(H2C2O4)的污水时,上端开口应打开并鼓入空气 答案　C ‎3.(2018广州番禺期中,4)高铁电池是一种新型可充电电池,能长时间保持稳定的放电电压,其电池总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。下列叙述不正确的是(　　)‎ A.放电时负极反应为Zn-2e-+2OH- Zn(OH)2‎ B.充电时阳极发生氧化反应,附近溶液碱性增强 C.充电时每转移3 mol电子,阴极有1.5 mol Zn生成 D.放电时正极反应为FeO‎4‎‎2-‎+3e-+4H2O Fe(OH)3+5OH-‎ 答案　B ‎4.(2019北京通州三模,12)我国科学家设计了二氧化碳熔盐捕获及电化学转化装置,其示意图如下:‎ 下列说法不正确的是(　　)‎ - 34 -‎ A.b为电源的正极 B.①②中,捕获CO2时碳元素的化合价发生了变化 C.a极的电极反应式为2C2O‎5‎‎2-‎-4e- 4CO2↑+O2↑‎ D.上述装置存在反应:CO2 C+O2‎ 答案　B ‎5.(2019河北衡水中学一调)科学工作者研发了一种SUNCAT的系统,借助锂循环可持续合成氨,其原理如下图所示。下列说法中不正确的是(　　)‎ A.过程Ⅰ得到的Li3N中N元素为-3价 B.过程Ⅱ生成W的反应:Li3N+3H2O 3LiOH+NH3↑‎ C.过程Ⅲ中能量转化的形式:化学能转变为电能 D.过程Ⅲ涉及反应:4OH--4e- O2↑+2H2O 答案　C 创新篇 守正出奇 ‎【创新集训】‎ ‎1.(2019云南保山检测,12)中国科学家用墨汁书写后的纸张作为空气电极,设计并组装了轻型、柔性、能折叠的可充电锂—空气电池如图甲,电池的工作原理如图乙。下列有关说法正确的是(　　)‎ A.放电时,纸张中的纤维素作为锂电池的负极 B.充电时,若阳极放出1 mol O2,则有4 mol e-回到电源正极 C.闭合开关K给锂电池充电,X对应充电电极上的反应为Li++e-Li D.放电时,Li+由正极经过有机电解质溶液移向负极 答案　C - 34 -‎ ‎2.(2019江西南昌一模,13)微生物燃料电池(MFC)是一种现代化氨氮去除技术。下图为MFC碳氮联合同时去除的转化系统原理示意图。下列说法正确的是(　　)‎ A.好氧微生物反应器中反应为NH‎4‎‎+‎+2O2 NO‎3‎‎-‎+2H++H2O B.B极电势比A极电势低 C.A极的电极反应式为CH3COO-+8e-+2H2O 2CO2↑+7H+‎ D.当电路中通过1 mol电子时,理论上总共生成2.24 L N2‎ 答案　A ‎3.(2019河南汝州期末,18)图甲是一种利用微生物将废水中的尿素[CO(NH2)2]的化学能直接转化为电能,并生成对环境友好物质的装置,同时利用此装置的电能在铁上镀铜(如图乙)。下列说法中正确的是(　　)‎ A.铜电极应与X相连接 B.H+透过质子交换膜由右向左移动 C.当N电极消耗0.25 mol气体时,铁电极增重16 g D.M电极反应式:H2NCONH2+H2O-6e- CO2↑+N2↑+6H+‎ 答案　D ‎4.(2019佛山二检,10)沉积物微生物燃料电池可处理含硫废水,其工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)‎ - 34 -‎ A.碳棒b的电极反应式为O2+4e-+4H+ 2H2O B.光照强度对电池的输出功率有影响 C.外电路的电流方向:碳棒a→碳棒b D.酸性增强不利于菌落存活,故工作一段时间后,电池效率降低 答案　C ‎【五年高考】‎ 考点一　原电池原理及应用 ‎1.(2019课标Ⅲ,13,6分)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 答案　D ‎2.(2019天津理综,6,6分)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池,其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液,提高电池的容量。下列叙述不正确的是(　　)‎ - 34 -‎ A.放电时,a电极反应为I2Br-+2e- 2I-+Br-‎ B.放电时,溶液中离子的数目增大 C.充电时,b电极每增重0.65 g,溶液中有0.02 mol I-被氧化 D.充电时,a电极接外电源负极 答案　D ‎3.(2019浙江4月选考,12,2分)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。‎ 下列说法不正确的是(　　)‎ A.甲:Zn2+向Cu电极方向移动,Cu电极附近溶液中H+浓度增加 B.乙:正极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O 2Ag+2OH-‎ C.丙:锌筒作负极,发生氧化反应,锌筒会变薄 D.丁:使用一段时间后,电解质溶液的酸性减弱,导电能力下降 答案　A ‎4.(2018课标Ⅱ,12,6分)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为:3CO2+4Na2Na2CO3+C。下列说法错误的是(　　)‎ - 34 -‎ A.放电时,ClO‎4‎‎-‎向负极移动 B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2‎ C.放电时,正极反应为:3CO2+4e-2CO‎3‎‎2-‎+C D.充电时,正极反应为:Na++e-Na 答案　D ‎5.(2018课标Ⅲ,11,6分)一种可充电锂—空气电池如图所示。当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。下列说法正确的是(　　)‎ A.放电时,多孔碳材料电极为负极 B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极 C.充电时,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移 D.充电时,电池总反应为Li2O2-x 2Li+(1-x‎2‎)O2↑‎ 答案　D ‎6.(2017课标Ⅲ,11,6分)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为:16Li+xS8 8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是(　　)‎ A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li++2e- 3Li2S4‎ B.电池工作时,外电路中流过0.02 mol电子,负极材料减重0.14 g C.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性 D.电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多 答案　D - 34 -‎ ‎7.(2016课标Ⅱ,11,6分)Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是(　　)‎ A.负极反应式为Mg-2e- Mg2+‎ B.正极反应式为Ag++e- Ag C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移 D.负极会发生副反应Mg+2H2O Mg(OH)2+H2↑‎ 答案　B ‎8.(2016课标Ⅲ,11,6分)锌—空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O 2Zn(OH‎)‎‎4‎‎2-‎。下列说法正确的是(　　)‎ A.充电时,电解质溶液中K+向阳极移动 B.充电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐减小 C.放电时,负极反应为:Zn+4OH--2e- Zn(OH‎)‎‎4‎‎2-‎ D.放电时,电路中通过2 mol电子,消耗氧气22.4 L(标准状况)‎ 答案　C 考点二　电解原理及应用 ‎9.(2018课标Ⅰ,13,6分)最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置,实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下图所示,其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生反应为:‎ ‎①EDTA-Fe2+-e- EDTA-Fe3+‎ ‎②2EDTA-Fe3++H2S 2H++S+2EDTA-Fe2+‎ 该装置工作时,下列叙述错误的是(　　)‎ A.阴极的电极反应:CO2+2H++2e- CO+H2O B.协同转化总反应:CO2+H2S CO+H2O+S C.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低 - 34 -‎ D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性 答案　C ‎10.(2017课标Ⅱ,11,6分)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是(　　)‎ A.待加工铝质工件为阳极 B.可选用不锈钢网作为阴极 C.阴极的电极反应式为:Al3++3e-Al D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 答案　C ‎11.(2016课标Ⅰ,11,6分)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和SO‎4‎‎2-‎可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。‎ 下列叙述正确的是(　　)‎ A.通电后中间隔室的SO‎4‎‎2-‎离子向正极迁移,正极区溶液pH增大 B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品 C.负极反应为2H2O-4e- O2+4H+,负极区溶液pH降低 D.当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.5 mol的O2生成 答案　B ‎12.(2019北京理综,27,14分)氢能源是最具应用前景的能源之一,高纯氢的制备是目前的研究热点。‎ ‎(1)甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。‎ ‎①反应器中初始反应的生成物为H2和CO2,其物质的量之比为4∶1,甲烷和水蒸气反应的方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎②已知反应器中还存在如下反应:‎ ⅰ.CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)　ΔH1‎ ⅱ.CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)　ΔH2‎ - 34 -‎ ⅲ.CH4(g) C(s)+2H2(g)　ΔH3‎ ‎……‎ ⅲ为积炭反应,利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时,还需要利用　　　　　　　　　　　　　　　　　反应的ΔH。 ‎ ‎③反应物投料比采用n(H2O)∶n(CH4)=4∶1,大于初始反应的化学计量数之比,目的是　　　　(选填字母序号)。 ‎ a.促进CH4转化 b.促进CO转化为CO2‎ c.减少积炭生成 ‎④用CaO可以去除CO2。H2体积分数和CaO消耗率随时间变化关系如下图所示。‎ 从t1时开始,H2体积分数显著降低,单位时间CaO消耗率　　　　(填“升高”“降低”或“不变”)。此时CaO消耗率约为35%,但已失效,结合化学方程式解释原因:　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢,工作示意图如下。通过控制开关连接K1或K2,可交替得到H2和O2。‎ ‎①制H2时,连接　　　　。产生H2的电极反应式是　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎②改变开关连接方式,可得O2。‎ ‎③结合①和②中电极3的电极反应式,说明电极3的作用:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ - 34 -‎ 答案　(1)①CH4+2H2O 4H2+CO2‎ ‎②C(s)+2H2O(g) CO2(g)+2H2(g)或C(s)+CO2(g)2CO(g)‎ ‎③abc ‎④降低　CaO+CO2 CaCO3,CaCO3覆盖在CaO表面,减少了CO2与CaO的接触面积 ‎(2)①K1　2H2O+2e- H2↑+2OH-‎ ‎③制H2时,电极3发生反应:Ni(OH)2+OH--e- NiOOH+H2O。制O2时,上述电极反应逆向进行,使电极3得以循环使用 ‎13.(2018课标Ⅰ,27,14分)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题:‎ ‎(1)生产Na2S2O5,通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为:‎ ‎①pH=4.1时,Ⅰ中为　　　　　　溶液(写化学式)。 ‎ ‎②工艺中加入Na2CO3固体、并再次充入SO2的目的是　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)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。阳极的电极反应式为　　　　　　　　　　。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。 ‎ ‎(4)Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时,取50.00 mL葡萄酒样品,用0.010 00 mol·L-1的碘标准液滴定至终点,消耗10.00 mL。滴定反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　,该样品中Na2S2O5的残留量为　　　g·L-1(以SO2计)。 ‎ 答案　(1)2NaHSO3 Na2S2O5+H2O ‎(2)①NaHSO3　②得到NaHSO3过饱和溶液 ‎(3)2H2O-4e- O2↑+4H+　a - 34 -‎ ‎(4)S2O‎5‎‎2-‎+2I2+3H2O 2SO‎4‎‎2-‎+4I-+6H+　0.128‎ ‎14.(2017江苏单科,16,12分)铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下:‎ 注:SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。‎ ‎(1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液,溶液的pH　　　　　(填“增大”“不变”或“减小”)。 ‎ ‎(3)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(4)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液,原理如图所示。阳极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　,阴极产生的物质A的化学式为　　　　　。 ‎ ‎(5)铝粉在1 000 ℃时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合,有利于AlN的制备,其主要原因是　。 ‎ 答案　(12分)(1)Al2O3+2OH-2AlO‎2‎‎-‎+H2O ‎(2)减小 ‎(3)石墨电极被阳极上产生的O2氧化 ‎(4)4CO‎3‎‎2-‎+2H2O-4e-4HCO‎3‎‎-‎+O2↑　H2‎ ‎(5)NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜 考点三　金属的腐蚀与防护 ‎15.(2019江苏单科,10,2分)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(　　)‎ - 34 -‎ A.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e- Fe3+‎ B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能 C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀 D.以水代替NaCl溶液,铁不能发生吸氧腐蚀 答案　C ‎16.(2018北京理综,12,6分)验证牺牲阳极的阴极保护法,实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。‎ ‎①‎ ‎②‎ ‎③‎ 在Fe表面生成蓝色沉淀 试管内无明显变化 试管内生成蓝色沉淀 下列说法不正确的是(　　)‎ A.对比②③,可以判定Zn保护了Fe B.对比①②,K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化 C.验证Zn保护Fe时不能用①的方法 D.将Zn换成Cu,用①的方法可判断Fe比Cu活泼 答案　D ‎17.(2017课标Ⅰ,11,6分)支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是(　　)‎ A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩 C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流 D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整 答案　C - 34 -‎ 教师专用题组 考点一　原电池原理及应用 ‎1.(2015课标Ⅰ,11,6分)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是(　　)‎ A.正极反应中有CO2生成 B.微生物促进了反应中电子的转移 C.质子通过交换膜从负极区移向正极区 D.电池总反应为C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O 答案　A ‎2.(2015江苏单科,10,2分)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是(　　)‎ A.反应 CH4+H2O 3H2+CO,每消耗1 mol CH4转移12 mol电子 B.电极A上H2参与的电极反应为:H2+2OH--2e- 2H2O C.电池工作时,CO‎3‎‎2-‎向电极B移动 D.电极B上发生的电极反应为:O2+2CO2+4e- 2CO‎3‎‎2-‎ 答案　D ‎3.(2015天津理综,4,6分)锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是(　　)‎ - 34 -‎ A.铜电极上发生氧化反应 B.电池工作一段时间后,甲池的c(SO‎4‎‎2-‎)减小 C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加 D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡 答案　C ‎4.(2014大纲全国,9,6分)下图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MH-Ni电池)。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.电池的电解液可为KOH溶液 C.充电时负极反应为:MH+OH- H2O+M+e-‎ D.MH是一类储氢材料,其氢密度越大,电池的能量密度越高 答案　C ‎5.(2013课标Ⅰ,10,6分)银质器皿日久表面会逐渐变黑,这是生成了Ag2S的缘故。根据电化学原理可进行如下处理:在铝质容器中加入食盐溶液,再将变黑的银器浸入该溶液中,一段时间后发现黑色会褪去。下列说法正确的是(　　)‎ A.处理过程中银器一直保持恒重 B.银器为正极,Ag2S被还原生成单质银 C.该过程中总反应为2Al+3Ag2S 6Ag+Al2S3‎ D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl 答案　B ‎6.(2013课标Ⅱ,11,6分)“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示,电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误的是(　　)‎ - 34 -‎ A.电池反应中有NaCl生成 B.电池的总反应是金属钠还原三价铝离子 C.正极反应为:NiCl2+2e- Ni+2Cl-‎ D.钠离子通过钠离子导体在两电极间移动 答案　B 考点二　电解原理及应用 ‎7.(2015福建理综,11,6分)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示,该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是(　　)‎ A.该装置将化学能转化为光能和电能 B.该装置工作时,H+从b极区向a极区迁移 C.每生成1 mol O2,有44 g CO2被还原 D.a电极的反应为:3CO2+18H+-18e- C3H8O+5H2O 答案　B ‎8.(2015四川理综,4,6分)用如图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为9~10,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是(　　)‎ A.用石墨作阳极,铁作阴极 B.阳极的电极反应式:Cl-+2OH--2e- ClO-+H2O C.阴极的电极反应式:2H2O+2e- H2↑+2OH-‎ D.除去CN-的反应:2CN-+5ClO-+2H+ N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O 答案　D ‎9.(2014福建理综,11,6分)某原电池装置如图所示,电池总反应为2Ag+Cl2 2AgCl。下列说法正确的是(　　)‎ - 34 -‎ A.正极反应为AgCl+e- Ag+Cl-‎ B.放电时,交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成 C.若用NaCl溶液代替盐酸,则电池总反应随之改变 D.当电路中转移0.01 mol e-时,交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol 离子 答案　D 考点三　金属的腐蚀与防护 ‎10.(2013北京理综,7,6分)下列金属防腐的措施中,使用外加电流的阴极保护法的是(　　)‎ A.水中的钢闸门连接电源的负极 B.金属护栏表面涂漆 C.汽车底盘喷涂高分子膜 D.地下钢管连接镁块 答案　A ‎11.(2015重庆理综,11,14分)我国古代青铜器工艺精湛,有很高的艺术价值和历史价值。但出土的青铜器大多受到环境腐蚀,故对其进行修复和防护具有重要意义。‎ ‎(1)原子序数为29的铜元素位于元素周期表中第　　　　周期。 ‎ ‎(2)某青铜器中Sn、Pb的质量分别为119 g、20.7 g,则该青铜器中Sn和Pb原子的数目之比为　　　　。 ‎ ‎(3)研究发现,腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl。关于CuCl在青铜器腐蚀过程中的催化作用,下列叙述正确的是　　　　。 ‎ A.降低了反应的活化能 B.增大了反应的速率 C.降低了反应的焓变 D.增大了反应的平衡常数 ‎(4)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位,Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应,该化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ - 34 -‎ ‎(5)如图所示为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。‎ ‎①腐蚀过程中,负极是　　　　(填图中字母“a”或“b”或“c”); ‎ ‎②环境中的Cl-扩散到孔口,并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl,其离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　; ‎ ‎③若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl,则理论上耗氧体积为　　　L(标准状况)。 ‎ 答案　(14分)(1)四　(2)10∶1　(3)A、B ‎(4)Ag2O+2CuCl 2AgCl+Cu2O ‎(5)①c　②2Cu2++3OH-+Cl- Cu2(OH)3Cl↓　③0.448‎ ‎【三年模拟】‎ 时间:40分钟　分值:80分 一、选择题(每题5分,共35分)‎ ‎1.(2020届深圳中学能力测试四,11)我国科学家成功实现了电解气态HCl制备Cl2,其工作原理如下图所示。下列说法错误的是(　　)‎ A.a为外接直流电源的负极 B.阳极的电极反应为2HCl-2e- Cl2+2H+‎ C.左室溶液呈酸性,通电后,H+从左室迁移至右室 D.左室中发生反应4Fe2++O2+4H+ 4Fe3++2H2O,实现Fe3+的再生 答案　C ‎2.(2020届广东七校联合体联考一,12)科学家发现对冶金硅进行电解精炼提纯可降低高纯硅制备成本。相关电解槽装置如图所示,用Cu-Si合金作硅源,在950 ℃利用三层液熔盐进行电解精炼,有关说法正确的是(　　)‎ - 34 -‎ A.电子由液态Cu-Si合金流出,流入液态铝电极 B.液态铝电极与正极相连,作为电解池的阳极 C.在该液相熔体中Cu优先于Si被氧化,Si4+优先于Cu2+被还原 D.三层液熔盐的作用是使电子能够在三层间自由流动 答案　A ‎3.(2020届惠州一调,12)下图是利用甲醇燃料电池进行电化学研究的装置图,下列说法正确的是(　　)‎ A.甲池是化学能转化为电能的装置,总反应式为2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O B.乙池中的Ag不断溶解 C.反应一段时间后要使乙池恢复原状,可加入一定量Cu(OH)2固体 D.当甲池中280 mL(标准状况下)O2参加反应时,乙池中理论上可析出1.6 g固体 答案　D ‎4.(2019广东一模,10)芝加哥伊利诺伊大学的研究人员设计了一种可用于商业化的新型锂金属电池,电池结构如图所示,电池工作时,下列说法错误的是(　　)‎ A.该装置将化学能转化为电能 - 34 -‎ B.负极上发生的电极反应为Li-e- Li+‎ C.该电池可用LiOH溶液作电解质溶液 D.电池工作时,电路中每流过1 mol电子,正极增重7 g 答案　C ‎5.(2019深圳二模,12)电解法处理CO2和SO2混合污染气的原理如图所示,电解质为熔融碳酸盐和硫酸盐,通电一段时间后,Ni电极表面形成掺杂硫的碳积层。下列说法错误的是(　　)‎ A.Ni电极表面发生了还原反应 B.阳极的电极反应为2O2--4e- O2↑‎ C.电解质中发生的离子反应有:2SO2+4O2- 2SO‎4‎‎2-‎ D.该过程实现了电解质中碳酸盐和硫酸盐的自补充循环 答案　C ‎6.(2019揭阳二模,12)用间接电化学法可对大气污染物NO进行无害化处理,其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A.电极Ⅰ为阴极,电极反应式为2H2O+2e- 2OH-+H2↑‎ B.电解时H+由电极Ⅰ向电极Ⅱ迁移 C.吸收塔中的反应为2NO+2S2O‎4‎‎2-‎+2H2O N2+4HSO‎3‎‎-‎ D.每处理1 mol NO,可同时得到32 g O2‎ 答案　C - 34 -‎ ‎7.(2019广州调研,12)一种钌(Ru)基配合物光敏染料敏化太阳能电池的示意图如下。‎ 电池工作时电极上发生的反应为 RuⅡ RuⅡ*(激发态)‎ RuⅡ*-e- RuⅢ I‎3‎‎-‎‎+2e-3I-‎ RuⅢ+3I- RuⅡ+‎I‎3‎‎-‎ 下列关于该电池叙述错误的是 A.电池中镀Pt导电玻璃为正极 B.电池工作时,I-在镀Pt导电玻璃电极上放电 C.电池工作时,电解质中I-和I‎3‎‎-‎浓度不会减少 D.电池工作时,是将太阳能转化为电能 答案　B 二、非选择题(共45分)‎ ‎8.(2020届深圳中学12月月考,28)(15分)回收利用炼铜工业产生的排放物,既能节约资源,又能保护环境。‎ ‎(1)用足量氨水吸收尾气中的SO2后,再加入硫酸,可获得SO2和(NH4)2SO4两种产品,相关反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)烟灰中金属元素以硫酸盐和氧化物形式存在,其中锌、铅的含量最大,其次为铜、铁等。烟灰的回收利用工艺如下:‎ ‎①“沉铜”可得到单质铜,该步骤应加入的试剂是　　　　。 ‎ ‎②“一次浸取”铜浸出率较低,原因是烟灰中部分铜元素以　　　　(填化学式)残留在浸出渣中,“二次浸取”应选择　　　　(填化学式)作浸取剂。 ‎ - 34 -‎ ‎(3)从贵金属阳极泥中可提取粗银。电解法精炼粗银时采用AgNO3和HNO3的混合液作电解液,阴极的主要电极反应式为　　　　　　　　　。阴极还有少量副反应发生,产生的气体遇空气迅速变为红棕色,该副反应的电极反应式为　　　　　　　　　　　。 ‎ 答案　(1)SO2+2NH3·H2O(NH4)2SO3+H2O ‎(NH4)2SO3+H2SO4(NH4)2SO4+SO2↑+H2O ‎(2)①锌粉　②CuO　H2SO4‎ ‎(3)Ag++e- Ag　NO‎3‎‎-‎+4H++3e- NO↑+2H2O ‎9.(2019深圳二调,27)(15分)重铬酸钾常用作有机合成的氧化剂和催化剂等。由含铬废液(主要含Cr3+、Fe3+、K+、SO‎4‎‎2-‎等)制备K2Cr2O7的流程如图所示。‎ 已知:Ⅰ.在酸性条件下,H2O2能将Cr2O‎7‎‎2-‎还原为Cr3+‎ Ⅱ.相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:‎ 金属离子 开始沉淀的pH 沉淀完全的pH Cr3+‎ ‎4.9‎ ‎6.8‎ Fe3+‎ ‎1.5‎ ‎2.8‎ 回答下列问题:‎ ‎(1)滤渣②的主要成分为　　　　(填化学式)。 ‎ ‎(2)写出“氧化”步骤中反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)“加热”操作的目的是　。 ‎ ‎(4)“酸化”过程中发生反应2CrO‎4‎‎2-‎+2H+ Cr2O‎7‎‎2-‎+H2O(K=4×1014)。已知:“酸化”后溶液中c(Cr2O‎7‎‎2-‎)=1.6×10-3 mol/L,则溶液中c(CrO‎4‎‎2-‎)=　　　　。 ‎ ‎(5)“结晶”后得到K2Cr2O7(M=294 g/mol)产品0.500 0 g,将其溶解后用稀H2SO4酸化,再用浓度为1.000 0 mol/L(NH4)2Fe(SO4)2 标准溶液滴定,滴定终点消耗标准溶液的体积为9.00 mL,则产品的纯度为　　　　。[滴定反应为K2Cr2O7+6(NH4)2Fe(SO4)2+7H2SO4 K2SO4+Cr2(SO4)3+6(NH4)2SO4+3Fe2(SO4)3+7H2O] ‎ ‎(6)在K2Cr2O7存在下,可利用微生物电化学技术实现含苯酚废水的有效处理,其工作原理如下图所示。‎ - 34 -‎ ‎①负极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　; ‎ ‎②一段时间后,中间室中NaCl溶液的浓度　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 ‎ 答案　(1)Fe(OH)3‎ ‎(2)2Cr(OH)3+3H2O2+4KOH 2K2CrO4+8H2O ‎(3)分解除去过量的H2O2‎ ‎(4)2×10-8 mol/L ‎(5)88.20%‎ ‎(6)①C6H5OH+11H2O-28e- 6CO2↑+28H+　②减小 ‎10.(2019北京海淀一模,26)(15分)羟基自由基(·OH,电中性,O为-1价)是一种活性含氧微粒。常温下,利用·OH处理含苯酚废水,可将其转化为无毒的氧化物。‎ ‎(1)·OH的电子式为　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)pH=3时Fe2+催化H2O2的分解过程中产生·OH中间体,催化循环反应如下。将ⅱ补充完整。‎ ⅰ.Fe2++H2O2+H+ Fe3++H2O+·OH ⅱ.　　+　  　　+O2↑+2H+ ‎ ‎(3)已知:羟基自由基容易发生猝灭2·OH H2O2。用H2O2分解产生的·OH脱除苯酚,当其他条件不变时,不同温度下,苯酚的浓度随时间的变化如图1所示。0~20 min时,温度从40 ℃上升到50 ℃,反应速率基本不变的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ 图1　　　　　　　　　图2‎ - 34 -‎ ‎(4)利用电化学高级氧化技术可以在电解槽中持续产生·OH,使处理含苯酚废水更加高效,装置如图2所示。已知a极主要发生的反应是O2生成H2O2,然后在电解液中产生·OH并迅速与苯酚反应。‎ ‎①b极连接电源的　　　　极(填“正”或“负”)。 ‎ ‎②a极的电极反应式为　。 ‎ ‎③电解液中发生的主要反应方程式为  　。 ‎ 答案　(1) ‎ ‎(2)2Fe3++2·OH 2Fe2++O2↑+2H+‎ ‎(3)从图1可知,0~20 min,40~50 ℃,升高温度化学反应速率应该加快;但是温度升高羟基自由基发生猝灭(或温度升高过氧化氢分解产生氧气),导致c(·OH)下降,所以,温度从40 ℃上升到50 ℃,反应速率基本不变 ‎(4)①正 ‎②O2+2e-+2H+ H2O2‎ ‎③Fe2++H2O2+H+ Fe3++H2O+·OH(答案合理即可,如H2O2 2·OH,C6H6O+28·OH 6CO2+17H2O)‎ - 34 -‎