資源簡介

綜合拔高練
高考真題練
考點1　利用蓋斯定律計算ΔH或書寫熱化學方程式
1.(2022全國乙,28節選)油氣開采、石油化工、煤化工等行業廢氣普遍含有的硫化氫,需要回收處理并加以利用。回答下列問題:
(1)已知下列反應的熱化學方程式:
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
計算H2S熱分解反應④2H2S(g) S2(g)+2H2(g)的ΔH4=
　　　　kJ·mol-1。
(2)較普遍采用的H2S處理方法是克勞斯工藝,即利用反應①和②生成單質硫。另一種方法是,利用反應④高溫熱分解H2S。相比克勞斯工藝,高溫熱分解方法的優點是　　　　　　　　　　　　　　　　,缺點是　　　　　　。
2.(高考組編)(1)(2023山東,20節選)一定條件下,水氣變換反應CO+H2O CO2+H2的中間產物是HCOOH。為探究該反應過程,研究HCOOH水溶液在密封石英管中的分解反應:
Ⅰ.HCOOH CO+H2O(快)
Ⅱ.HCOOH CO2+H2(慢)
一定條件下,反應Ⅰ、Ⅱ的焓變分別為ΔH1、ΔH2,則該條件下水氣變換反應的焓變ΔH=　　　　(用含ΔH1、ΔH2的代數式表示)。
(2)(2023湖南,16節選)已知下列反應的熱化學方程式:
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
計算反應④C6H5C2H5(g) C6H5CHCH2(g)+H2(g)的ΔH4=
　　　　 kJ·mol-1。
(3)(2022湖北,19節選)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
則CaO(s)+2Al(s)+7H2O(l) Ca2+(aq)+2[Al(OH)4]-(aq)+3H2(g)的ΔH4=　　　　kJ·mol-1。
(4)(2020全國Ⅰ,28節選)接觸法制硫酸生產中的關鍵工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+O2(g) SO3(g)　ΔH=-98 kJ·mol-1。釩催化劑參與反應的能量變化如圖所示,V2O5(s)與SO2(g)反應生成VOSO4(s)和V2O4(s)的熱化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　。
考點2　反應熱的測定
3.(2023廣東,17節選改編)化學反應常伴隨熱效應。某些反應(如中和反應)的熱量變化,其數值Q可通過量熱裝置測量反應前后體系溫度變化,用公式Q=cρV總ΔT計算獲得。
(2)熱量的測定:用0.500 0 mol·L-1 NaOH溶液和0.550 0 mol·L-1鹽酸各50 mL進行反應,測得反應前后體系的溫度值(℃)分別為T0、T1,則該過程放出的熱量為　　　　　　J(c和ρ分別取4.18 J·g-1·℃-1和1.0 g·mL-1,忽略水以外各物質吸收的熱量,下同)。
(3)借鑒(2)的方法,甲同學測量放熱反應Fe(s)+CuSO4(aq) Cu(s)+FeSO4(aq)的焓變ΔH(忽略溫度對焓變的影響,下同)。實驗結果見下表。
序號 反應試劑 體系溫度/℃
反應前 反應后
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溫度:b　　　c(填“>”“<”或“=”)。
②ΔH=　　　(選擇表中一組數據計算)。結果表明,該方法可行。
(4)乙同學也借鑒(2)的方法,測量反應A:Fe(s)+Fe2(SO4)3(aq) 3FeSO4(aq)的焓變。
查閱資料:配制Fe2(SO4)3溶液時需加入酸。
提出猜想:Fe粉與Fe2(SO4)3溶液混合,在反應A進行的過程中,可能存在Fe粉和酸的反應。
驗證猜想:用pH試紙測得Fe2(SO4)3溶液的pH不大于1;向少量Fe2(SO4)3溶液中加入Fe粉,溶液顏色變淺的同時有氣泡冒出,說明存在反應A和　　　　　　　　　　　　　(用離子方程式表示)。
實驗小結:猜想成立,不能直接測反應A的焓變。
教師指導:鑒于以上問題,特別是氣體生成帶來的干擾,需要設計出實驗過程中無氣體生成的實驗方案。
優化設計:乙同學根據相關原理,重新設計了優化的實驗方案,獲得了反應A的焓變。該方案為　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
考點3　原電池原理及應用
4.(2023遼寧,11改編)某低成本儲能電池原理如圖所示。下列說法正確的是 (　　)
A.放電時負極質量減小
B.儲能過程中電能轉變為化學能
C.放電時右側H+通過質子交換膜移向左側
D.放電總反應:PbSO4+2Fe2+ Pb+S+2Fe3+
5.(2023全國乙,12)室溫鈉—硫電池被認為是一種成本低、比能量高的能源存儲系統。一種室溫鈉—硫電池的結構如圖所示。將鈉箔置于聚苯并咪唑膜上作為一個電極,表面噴涂有硫黃粉末的炭化纖維素紙作為另一電極。工作時,在硫電極發生反應:,2Na+++2(1-)e- Na2Sx
下列敘述錯誤的是 (　　)
A.充電時Na+從鈉電極向硫電極遷移
B.放電時外電路電子流動的方向是a→b
C.放電時正極反應為2Na++S8+2e- Na2Sx
D.炭化纖維素紙的作用是增強硫電極導電性能
6.(不定項)(2023山東,11改編)利用熱再生氨電池可實現CuSO4電鍍廢液的濃縮再生。電池裝置如圖所示,甲、乙兩室均預加相同的CuSO4電鍍廢液,向甲室加入足量氨水后電池開始工作。下列說法正確的是 (　　)
已知:Cu2+可與NH3反應生成[Cu(NH3)4]2+。
A.甲室Cu電極為正極
B.隔膜為陽離子膜
C.電池總反應為:Cu2++4NH3 [Cu(NH3)4]2+
D.NH3擴散到乙室將對電池電動勢產生影響
7.(2021山東,10)以KOH溶液為離子導體,分別組成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清潔燃料電池,下列說法正確的是 (　　)
A.放電過程中,K+均向負極移動
B.放電過程中,KOH物質的量均減小
C.消耗等質量燃料,(CH3)2NNH2-O2燃料電池的理論放電量最大
D.消耗1 mol O2時,理論上N2H4-O2燃料電池氣體產物的體積在標準狀況下為11.2 L
8.(2020山東,10)微生物脫鹽電池是一種高效、經濟的能源裝置,利用微生物處理有機廢水獲得電能,同時可實現海水淡化。現以NaCl溶液模擬海水,采用惰性電極,用下圖裝置處理有機廢水(以含CH3COO-的溶液為例)。下列說法錯誤的是 (　　)
A.負極反應為CH3COO-+2H2O-8e- 2CO2↑+7H+
B.隔膜1為陽離子交換膜,隔膜2為陰離子交換膜
C.當電路中轉移1 mol電子時,模擬海水理論上除鹽58.5 g
D.電池工作一段時間后,正、負極產生氣體的物質的量之比為2∶1
考點4　電解原理及應用
9.(2023全國甲,12)用可再生能源電還原CO2時,采用高濃度的K+抑制酸性電解液中的析氫反應來提高多碳產物(乙烯、乙醇等)的生成率,裝置如下圖所示。下列說法正確的是 (　　)
A.析氫反應發生在IrOx-Ti電極上
B.Cl-從Cu電極遷移到IrOx-Ti電極
C.陰極發生的反應有:2CO2+12H++12e- C2H4+4H2O
D.每轉移1 mol電子,陽極生成11.2 L氣體(標準狀況)
10.(2023湖北,10)我國科學家設計如圖所示的電解池,實現了海水直接制備氫氣技術的綠色化。該裝置工作時陽極無Cl2生成且KOH溶液的濃度不變,電解生成氫氣的速率為x mol·h-1。下列說法錯誤的是 (　　)
A.b電極反應式為2H2O+2e- H2↑+2OH-
B.離子交換膜為陰離子交換膜
C.電解時海水中動能高的水分子可穿過PTFE膜
D.海水為電解池補水的速率為2x mol·h-1
11.(2023廣東,16)用一種具有“卯榫”結構的雙極膜組裝電解池(下圖),可實現大電流催化電解KNO3溶液制氨。工作時,H2O在雙極膜界面處被催化解離成H+和OH-,有利于電解反應順利進行。下列說法不正確的是 (　　)
A.電解總反應:KNO3+3H2O NH3·H2O+2O2↑+KOH
B.每生成1 mol NH3·H2O,雙極膜處有9 mol的H2O解離
C.電解過程中,陽極室中KOH的物質的量不因反應而改變
D.相比于平面結構雙極膜,“卯榫”結構可提高氨生成速率
12.(不定項)(2022山東,13)設計如圖裝置回收金屬鈷。保持細菌所在環境pH穩定,借助其降解乙酸鹽生成CO2,將廢舊鋰離子電池的正極材料LiCoO2(s)轉化為Co2+,工作時保持厭氧環境,并定時將乙室溶液轉移至甲室。已知電極材料均為石墨材質,右側裝置為原電池。下列說法正確的是 (　　)
A.裝置工作時,甲室溶液pH逐漸增大
B.裝置工作一段時間后,乙室應補充鹽酸
C.乙室電極反應式為LiCoO2+2H2O+e- Li++Co2++4OH-
D.若甲室Co2+減少200 mg,乙室Co2+增加300 mg,則此時已進行過溶液轉移
13.(2021全國甲,13)乙醛酸是一種重要的化工中間體,可采用如圖所示的電化學裝置合成。圖中的雙極膜中間層中的H2O解離為H+和OH-,并在直流電場作用下分別向兩極遷移。下列說法正確的是 (　　)
A.KBr在上述電化學合成過程中只起電解質的作用
B.陽極上的反應式為+2H++2e-+H2O
C.制得2 mol乙醛酸,理論上外電路中遷移了1 mol電子
D.雙極膜中間層中的H+在外電場作用下向鉛電極方向遷移
考點5　金屬的腐蝕與防護
14.(2022廣東,11)為檢驗犧牲陽極的陰極保護法對鋼鐵防腐的效果,將鍍層有破損的鍍鋅鐵片放入酸化的3% NaCl溶液中。一段時間后,取溶液分別實驗,能說明鐵片沒有被腐蝕的是 (　　)
A.加入AgNO3溶液產生沉淀
B.加入淀粉碘化鉀溶液無藍色出現
C.加入KSCN溶液無紅色出現
D.加入K3[Fe(CN)6]溶液無藍色沉淀生成
15.(2020江蘇單科,11)將金屬M連接在鋼鐵設施表面,可減緩水體中鋼鐵設施的腐蝕。在如圖所示的情境中,下列有關說法正確的是 (　　)
A.陰極的電極反應式為Fe-2e-Fe2+
B.金屬M的活動性比Fe的活動性弱
C.鋼鐵設施表面因積累大量電子而被保護
D.鋼鐵設施在河水中的腐蝕速率比在海水中的快
高考模擬練
應用實踐
1.臭氧層中臭氧生成氧氣的歷程如圖所示,下列說法正確的是 (　　)
A.催化反應①②均為放熱反應
B.催化劑不能改變該反應的反應熱
C.ClO是該反應的催化劑
D.在該反應過程中沒有化學鍵的斷裂與形成
2.已知:在標準大氣壓(101 kPa)、298 K下,由最穩定的單質合成1 mol物質B的反應焓變,叫作物質B的標準摩爾生成焓,用Δf(kJ·mol-1)表示。部分物質的Δf有如圖所示關系。H2(g)、N2(g)、O2(g)的標準摩爾生成焓為0。下列有關判斷不正確的是 (　　)
A.2 mol NO(g)的能量大于1 mol N2(g)與1 mol O2(g)的能量之和
B.合成氨反應的熱化學方程式為N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-91.8 kJ·mol-1
C.NH3催化氧化的熱化學方程式為4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)　ΔH=+902 kJ·mol-1
D.H2O(l)的Δf<-241.8 kJ·mol-1
3.一種利用原電池原理測定O2含量的氣體傳感器工作示意圖如下,RbAg4I5是只能傳導Ag+的固體電解質。O2可透過聚四氟乙烯膜,并與AlI3反應生成Al2O3和I2。通過電池電位計示數的變化可測得O2的含量。下列說法不正確的是 (　　)
A.多孔石墨電極上的反應可表示為I2+2Rb++2e- 2RbI
B.O2含量的變化會引起電位計示數的變化
C.理論上,每有0.1 mol O2參與反應,銀電極質量減小43.2 g
D.傳感器工作時RbAg4I5晶體中Ag+的量保持不變
4.我國科學家設計的CO2熔鹽捕獲與轉化裝置如圖所示。下列有關說法不正確的是 (　　)
A.電解總反應為CO2 C+O2
B.轉移1 mol電子理論上可捕獲CO2 5.6 L(標準狀況)
C.①②中捕獲CO2時碳元素化合價發生了變化
D.d極電極反應式為C+4e- C+3O2-
5.某研究機構使用Li-SO2Cl2電池作為電源電解制備Ni(H2PO2)2,其工作原理如圖所示。已知:Li-SO2Cl2電池總反應為2Li+SO2Cl2 2LiCl+SO2↑。下列說法錯誤的是 (　　)
A.電池中C電極的電極反應為SO2Cl2+2e- 2Cl-+SO2↑
B.電池的f電極連接電解池的g電極
C.膜a、c是陽離子交換膜,膜b是陰離子交換膜
D.電解池中不銹鋼電極附近溶液的堿性減弱
6.某儲能電池工作原理如圖1,其俯視圖如圖2,已知放電時N是負極(令NA為阿伏加德羅常數的值)。下列說法正確的是 (　　)
A.放電時,每轉移NA個電子,理論上CCl4吸收0.5NA個Cl2
B.放電時,負極電極反應為Na3Ti2(PO4)3-2e- NaTi2(PO4)3+2Na+
C.充電時,每轉移1 mol電子,N極理論上質量減小23 g
D.充電過程中,右側儲液器中NaCl溶液濃度增大
7.由于存在同種電解質溶液的濃度差而產生電動勢的電池稱為濃差電池。利用濃差電池電解Na2SO4溶液可同時制得H2、O2、H2SO4和NaOH,其裝置如圖所示(a、b電極均為石墨電極)。已知:溶液A為1 L 1 mol/L AgNO3溶液;溶液B為1 L 4 mol/L AgNO3溶液。
下列有關說法正確的是 (　　)
A.電池放電過程中Ag(1)為正極,電極反應為Ag++e- Ag
B.c、d離子交換膜依次為陽離子交換膜和陰離子交換膜
C.a電極可用金屬銅代替
D.電池從開始工作到停止放電,電解池理論上可制得60 g氫氧化鈉
遷移創新
8.“孔蝕”是一種集中于金屬表面極小范圍并能深入到金屬內部的電化學腐蝕。某鐵合金表面鈍化膜破損后,發生“孔蝕”的電化學腐蝕過程如圖所示。下列有關說法正確的是 (　　)
A.負極反應:Fe-3e- Fe3+
B.氧化0.2 mol Fe,需消耗3.36 L O2
C.鐵合金腐蝕的最終產物為Fe(OH)3
D.為防止“孔蝕”發生可以將外接電源負極與金屬相連
9.回答下列問題:
Ⅰ.化學鍍銅廢液中含有一定量的CuSO4,任意排放會污染環境,利用電化學原理可對廢液進行回收處理,裝置如圖,其中質子交換膜只允許H+通過。
已知:①處理時電池總反應為Cu2++HCHO+3OH- Cu+HCOO-+2H2O;②還原性:HCHO>M(一種金屬)>Cu。
(1)反應之前,應將含OH-的HCHO溶液加入裝置的　　　　側(填“左”或“右”)。
(2)右側發生的電極反應式為　　　　　　　　　　　　　。
(3)放電一段時間后打開開關,移去質子交換膜,裝置中可能發生的現象是:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
Ⅱ.NO-空氣質子交換膜燃料電池實現了制HNO3、發電、環保一體化,某興趣小組用該電池模擬工業處理廢氣和廢水的過程,裝置如圖。
(4)b膜為　　　　(填“陰”或“陽”)離子交換膜;乙池中總反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)當濃縮室得到4 L濃度為0.6 mol·L-1的鹽酸時,M室溶液的質量變化為　　　　g(溶液體積變化忽略不計)。
(6)在標準狀況下,若甲池有5.6 L O2參加反應,則乙池中處理廢氣(SO2和NO)的總體積為　　　L。
答案與分層梯度式解析
綜合拔高練
高考真題練
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)同時回收H2　高溫耗能
解析　(1)根據蓋斯定律可知,反應④可由-③得到,故ΔH4=-(-484 kJ·mol-1)=+170 kJ·mol-1。(2)克勞斯工藝無法獲取H2,且存在副產物SO2,而高溫熱分解法能夠獲得H2,H2可作燃料,且副產物少;高溫熱分解法的缺點是需要高溫條件,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)根據蓋斯定律,反應Ⅱ-反應Ⅰ可得水氣變換反應,故水氣變換反應的焓變ΔH=ΔH2-ΔH1。
(2)根據蓋斯定律,將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)根據蓋斯定律可得,①+②+2×③可得反應CaO(s)+2Al(s)+7H2O(l) Ca2+(aq)+2[Al(OH)4]-(aq)+3H2(g),則ΔH4=ΔH1+ΔH2+2ΔH3=[(-65.17)+(-16.73)+2×(-415.0)] kJ·mol-1=-911.9 kJ·mol-1。
(4)根據題圖可得兩個熱化學方程式:①V2O4(s)+2SO3(g) 2VOSO4(s)　ΔH1=-399 kJ·mol-1,②V2O4(s)+SO3(g) V2O5(s)+SO2(g)　ΔH2=-24 kJ·mol-1,根據蓋斯定律,將①-②×2可得:2V2O5(s)+2SO2(g) 2VOSO4(s)+V2O4(s)　ΔH=[-399-(-24)×2] kJ·mol-1=-351 kJ·mol-1。
高考風向
反應熱的計算和熱化學方程式的書寫屬于高頻考點,在近五年高考中考情分布為2023全國甲T28(1)、2021全國甲T28(1)、2022河北T16(1)、2022福建13T(1)等,主要考查蓋斯定律的應用。
高考鏈接
關于反應熱的計算,出題形式多樣,如利用鍵能計算[2022浙江6月選考T18、2021湖南T16(1)等];根據能量圖像計算[2020浙江7月選考T29(1)、2022廣東T19(1)等];利用活化能計算(第二章內容)[2023北京T16(2)];利用比熱容計算[2020浙江7月選考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↑　將一定量的Cu粉加入一定濃度的Fe2(SO4)3溶液中反應,測量反應熱,計算得到反應Cu(s)+Fe2(SO4)3(aq) 2FeSO4(aq)+CuSO4(aq)的焓變ΔH1;根據(3)中實驗計算得到反應Fe(s)+CuSO4(aq) Cu(s)+FeSO4(aq)的焓變ΔH2,根據蓋斯定律計算得到反應Fe(s)+Fe2(SO4)3(aq) 3FeSO4(aq)的焓變為ΔH1+ΔH2
解析　(2)由Q=cρV總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粉的物質的量分別為0.021 mol、0.01 mol,實驗ⅰ中有0.02 mol CuSO4發生反應,實驗ⅱ中0.01 mol Fe粉只能與0.01 mol CuSO4發生反應,實驗ⅰ放出的熱量多,則b>c。②若根據實驗ⅰ進行計算,ΔH=- kJ·mol-1=-20.9(b-a) kJ·mol-1;若根據實驗ⅱ進行計算,ΔH=- kJ·mol-1=-41.8(c-a) kJ·mol-1。(4)用pH試紙測得Fe2(SO4)3溶液的pH不大于1,說明溶液呈強酸性;向少量Fe2(SO4)3溶液中加入Fe粉,溶液顏色變淺的同時有氣泡冒出,即產生H2,反應的離子方程式為Fe+2H+ Fe2++H2↑。乙同學根據相關原理,重新設計優化的實驗方案的重點是如何防止Fe與酸反應產生影響,可以借助蓋斯定律,設計分步反應來實現Fe2(SO4)3溶液與Fe的反應。
4.B　該儲能電池放電時,Pb為負極,失電子后結合S生成PbSO4,負極質量增大,A錯誤;儲能過程中,該裝置為電解池,將電能轉變為化學能,B正確;放電時多孔碳電極為正極,左側的H+通過質子交換膜移向右側,C錯誤;放電時多孔碳電極為正極,正極上Fe3+得電子轉化為Fe2+,總反應為Pb+S+2Fe3+ PbSO4+2Fe2+,D錯誤。
考場速決
快速瀏覽題干信息,聯系鉛蓄電池的工作原理,儲能過程中裝置為電解池,電能轉變為化學能,B正確。
5.A　根據放電時硫電極得電子,可知硫電極為原電池正極,鈉電極為原電池負極。充電時為電解池,陽離子移向陰極,即Na+從硫電極向鈉電極遷移,A錯誤;放電時Na在a電極失去電子,失去的電子經外電路流向b電極,電子在外電路的流向為a→b,B正確;聯立題給的3個反應式可得放電時正極的電極反應式為2Na++S8+2e- Na2Sx,C正確;炭化纖維素紙的導電性強,可以增強硫電極的導電性能,D正確。
考場速決
快速瀏覽試題,本題屬于二次電池,放電時屬于原電池,硫電極為正極,鈉電極為負極;充電時相當于電解池,硫電極為陽極,鈉電極為陰極,電解池中陽離子移向陰極,A錯誤。
高考風向
(1)大同小異(同中存異):本題與2020年天津卷第11題均考查鈉—硫電池,考查的知識點有相同之處(如二次電池放電時的工作原理、放電時正負極的判斷及正極反應式的書寫)也有不同(本題考查充電時電子移動方向、放電時離子移動方向及裝置特點,2020年天津第11題考查了電子式的書寫)。
(2)命題角度變:以鈉—硫電池為情境,裝置形式多樣化,可考查充電時電池的工作原理,陰、陽極電極反應式的書寫,裝置優良性能等。
6.CD　由題圖可知,低溫熱解得到CuSO4溶液,可知Cu2+、S在甲室中富集,則甲室Cu電極失電子生成Cu2+后與NH3形成[Cu(NH3)4]2+,甲室Cu電極為負極,A錯誤;原電池內電路中陽離子向正極移動,若隔膜為陽離子膜,電極溶解生成的Cu2+會向右側移動,則無法通過低溫熱解甲室溶液得到CuSO4溶液,B錯誤;負極電極反應式為Cu-2e-+4NH3 [Cu(NH3)4]2+,正極電極反應式為Cu2++2e- Cu,則電池總反應為Cu2++4NH3 [Cu(NH3)4]2+,C正確;甲室中加入足量氨水后,Cu2+轉化為[Cu(NH3)4]2+,使兩極產生電勢差,電池開始工作,若NH3擴散到乙室,乙室中Cu2+也會轉化為[Cu(NH3)4]2+,Cu2+濃度降低,將對電池電動勢產生影響,D正確。
7.C　原電池放電時,陽離子向正極移動,故K+均向正極移動,A項錯誤;CH3OH-O2和(CH3)2NNH2-O2放電時產生的二氧化碳與KOH反應,KOH的物質的量減小,N2H4-O2放電時電池總反應式為N2H4+O2 N2+2H2O,放電過程中溶液中KOH的物質的量不變,B項錯誤;三種燃料轉移電子數關系為CH3OH~6e-,N2H4~4e-,(CH3)2NNH2~16e-,1 g CH3OH、N2H4、(CH3)2NNH2分別轉移 mol電子,故消耗等質量燃料,(CH3)2NNH2-O2燃料電池的理論放電量最大,C項正確;根據N2H4-O2放電時電池總反應式:N2H4+O2 N2+2H2O,可知消耗1 mol O2時,理論上氣體產物的體積在標準狀況下為22.4 L,D項錯誤。
8.B　結合題給微生物脫鹽電池裝置可知,a極的電極反應式為CH3COO-+2H2O-8e- 2CO2↑+7H+,故a極為負極,a極區有H+產生,b極為正極,電極反應式為2H++2e- H2↑,為了實現海水淡化,降低NaCl的濃度,Cl-需定向遷移到a極區,隔膜1為陰離子交換膜;Na+定向遷移到b極區,隔膜2為陽離子交換膜,A正確、B錯誤;當電路中轉移1 mol電子時,有1 mol Na+和1 mol Cl-發生定向遷移,故理論上除鹽58.5 g,C正確;結合電極反應式,得8e-~2CO2~4H2,故電池工作一段時間后,正、負極產生的氣體的物質的量之比為2∶1,D正確。
考場支招
新型化學電源快捷解題四步驟
9.C　由題圖知,該裝置為電解池,與直流電源正極相連的IrOx-Ti電極為陽極,Cu電極為陰極,析氫反應在陰極發生,質子交換膜只允許H+通過,Cl-不能通過質子交換膜,A、B錯誤;酸性條件下CO2在陰極得到電子發生還原反應生成乙烯、乙醇等,電極反應式為2CO2+12H++12e- C2H4+4H2O、2CO2+12H++12e- C2H5OH+3H2O,C正確;陽極產生O2,電極反應式為2H2O-4e- O2↑+4H+,每轉移1 mol電子,陽極生成0.25 mol(標準狀況下5.6 L)氧氣,D錯誤。
高考風向
近些年,“碳達峰、碳中和”是熱點,圍繞二氧化碳的利用與清除設置題目是熱門考點。
本題與2019年江蘇卷第20題(2)電解法轉化CO2制HCOOH相似,都是以電解法轉化CO2生成有機物為情境,均考查了電解池電極反應式的書寫,隔膜在離子移動或物質濃度變化中的應用;本題還考查了離子的移動方向和電解計算等,2019年江蘇卷第20題(2)還考查了電解過程中物質的濃度變化原因。
10.D　根據題意,該裝置為電解池,在陰極制得H2;根據“該裝置工作時陽極無Cl2生成”,可知陽極上不是Cl-失電子,而是OH-失電子。a電極與電源正極相連,為電解池的陽極,電極反應為4OH--4e- O2↑+2H2O,b電極與電源負極相連,為電解池的陰極,電極反應為2H2O+2e- H2↑+2OH-,電池總反應為2H2O 2H2↑+O2↑,A正確;陽極上OH-放電且KOH溶液的濃度不變,則陰極產生的OH-通過離子交換膜進入陽極區,即離子交換膜應為陰離子交換摸,B正確;電解時電解槽中不斷有水被消耗,PTFE膜透汽不透液態水,所以海水中動能高的水分子可穿過PTFE膜,為電解池補水,C正確;由電解總反應可知,每生成1 mol H2要消耗1 mol H2O,生成H2的速率為x mol·h-1,則補水的速率也應是x mol·h-1,D錯誤。
考場速決
瀏覽題干信息,該裝置工作時陽極無Cl2生成且KOH溶液的濃度不變,總反應是電解水制取氫氣,根據1 mol H2O~1 mol H2,電解生成氫氣的速率為x mol·h-1,則補水的速率也應是x mol·h-1,D錯誤。
11.B　根據裝置中電極a上KNO3放電生成NH3·H2O,發生還原反應,可知電極a為陰極,電極反應式為N+8e-+7H2O NH3·H2O+9OH-,電極b為陽極,電極反應式為4OH--4e- O2↑+2H2O,“卯榫”結構的雙極膜解離出的H+移向電極a,解離出的OH-移向電極b,電解總反應為KNO3+3H2O NH3·H2O+2O2↑+KOH,A正確;每生成1 mol NH3·H2O,在陰極上N得8 mol e-,同時有8 mol雙極膜解離出的H+進入陰極室,即有8 mol的H2O解離,B錯誤;電解過程中,陽極室每消耗4 mol OH-,同時有4 mol雙極膜解離出的OH-進入陽極室,KOH的物質的量不因反應而改變,C正確;相比于平面結構雙極膜,“卯榫”結構具有更大的膜面積,有利于H2O被催化解離成H+和OH-,可提高氨生成速率,D正確。
12.BD　
H+、乙酸鹽中的陽離子向甲室移動,甲室溶液pH減小,A錯誤;每轉移8個e-,乙室消耗32個H+,而負極反應僅產生7個H+,因此乙室要補充鹽酸,B正確;乙室電極反應式為LiCoO2+4H++e- Li++Co2++2H2O,C錯誤;若未進行溶液轉移,甲室中Co2+減少量與乙室中Co2+增加量之比為1∶2,現甲室中Co2+減少量與乙室中Co2+增加量之比為1∶1.5,故此時進行了溶液轉移,D正確。
13.D　由題圖可知,Br-在反應過程中被氧化為Br2,生成的Br2又將乙二醛氧化為乙醛酸,KBr在合成過程中不只起到電解質的作用,A錯誤;陽極上Br-失電子,發生氧化反應,B錯誤;由題圖可知,鉛電極為陰極,發生反應:HOOCCOOH+2e-+2H+OHCCOOH+H2O,石墨電極為陽極,發生反應:2Br--2e- Br2,Br2+OHCCHO+2OH- 2Br-+OHCCOOH+H2O,故制得2 mol乙醛酸,理論上外電路中遷移2 mol電子,C錯誤;雙極膜中間層中的H+在外電場的作用下向陰極即鉛電極方向遷移,D正確。
14.D　鐵片若被腐蝕,則作原電池的負極,發生氧化反應生成Fe2+,加入K3[Fe(CN)6]溶液無藍色沉淀生成,則證明溶液中沒有Fe2+,即鐵片未被腐蝕,故D符合題意。
15.C　A項,題圖中金屬的防護方法是犧牲陽極保護法,金屬M失去電子被氧化,水在鋼鐵設施表面得到電子,錯誤;B項,金屬M和鋼鐵設施構成原電池,金屬M作負極,故金屬M的活動性比鐵的活動性強,錯誤;C項,電子流向鋼鐵設施,鋼鐵設施表面積累大量電子而被保護,正確;D項,海水中含有大量電解質,故鋼鐵設施在河水中的腐蝕速率比在海水中的慢,錯誤。
高考模擬練
1.B 2.C 3.A 4.C 5.D 6.B 7.D 8.D
1.B　從臭氧生成氧氣的歷程圖可知,①是吸熱反應,故A錯誤;催化劑不能改變反應熱,故B正確;Cl是催化劑,ClO是中間產物,故C錯誤;該反應過程中存在舊鍵斷裂與新鍵形成,故D錯誤。
2.C　由題圖可知NO(g)的Δf=+91.3 kJ·mol-1,可寫出熱化學方程式N2(g)+O2(g) 2NO(g)　ΔH=+182.6 kJ·mol-1,則2 mol NO(g)的能量大于1 mol N2(g)與1 mol O2(g)的總能量,A正確;由題圖可知NH3(g)的Δf=-45.9 kJ·mol-1,可寫出熱化學方程式N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-91.8 kJ·mol-1,B正確;由題圖可寫出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,根據蓋斯定律,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錯誤;因為等質量的H2O(l)的能量低于H2O(g),即H2(g)和O2(g)反應生成1 mol H2O(l)時放出的熱量更多,故H2O(l)的Δf<-241.8 kJ·mol-1,D正確。
素養解讀
本題以標準摩爾生成焓為載體,考查了學生讀圖析圖的能力及知識遷移運用的能力;本題還很好地滲透了宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想的化學學科核心素養。
3.A　銀電極作負極,失電子生成Ag+;O2透過聚四氟乙烯膜與AlI3反應生成Al2O3和I2,I2在正極得電子生成I-結合Ag+生成AgI,多孔石墨電極上的反應可表示為I2+2Ag++2e- 2AgI,A錯誤;O2含量變化會引起電位計示數變化,B正確;每有0.1 mol O2參與反應,電路中轉移0.4 mol e-,根據Ag-e- Ag+,負極消耗0.4 mol Ag,質量減小43.2 g,C正確;傳感器工作時,由電極反應知負極生成Ag+的量與正極消耗Ag+的量相同,RbAg4I5晶體中Ag+的量保持不變,D正確。
素養解讀
本題以一種利用原電池原理測定O2含量的氣體傳感器工作示意圖為情境,考查了電極反應式書寫、電極質量變化、電解質中離子含量變化等知識點,培養學生利用所學化學原理解決實際問題的能力,體現了證據推理與模型認知、科學探究與創新意識的化學學科核心素養。
4.C　由題圖可知,①②中捕獲CO2時,碳元素化合價沒有發生變化,發生的反應分別為2CO2+O2- C2,CO2+O2- C,a極為陽極,電極反應式為2C2-4e- O2↑+4CO2↑,d極為陰極,電極反應式為C+4e- C+3O2-,電解總反應為CO2 C+O2,A、D正確,C錯誤;根據總反應得碳元素化合價由+4價變為0價,則轉移1 mol電子可捕獲0.25 mol CO2,標準狀況下是5.6 L,B正確。
5.D　根據Li-SO2Cl2電池總反應為2Li+SO2Cl2 2LiCl+SO2↑知,放電時Li電極是負極,C電極是正極,電極反應為SO2Cl2+2e- 2Cl-+SO2↑,A正確;電解池中,Ni電極失去電子生成Ni2+,Ni2+通過膜a進入產品室(Ⅱ室),所以g電極為陽極,與Li-SO2Cl2電池的f電極相連,B正確;H2P由Ⅲ室通過膜b進入產品室(Ⅱ室),Na+通過膜c進入Ⅳ室,膜a、c是陽離子交換膜,膜b是陰離子交換膜,C正確;h電極為陰極,電極反應為2H2O+2e- H2↑+2OH-,電解池中不銹鋼電極附近溶液的堿性增強,D錯誤。
6.B　放電時N是負極,電極反應為Na3Ti2(PO4)3-2e- NaTi2(PO4)3+2Na+,正極的電極反應為Cl2+2e- 2Cl-,消耗Cl2,電路中轉移NA個(1 mol)電子,理論上Cl2的CCl4溶液中釋放出0.5 mol Cl2,A錯誤、B正確;充電時,N極為陰極,電極反應為NaTi2(PO4)3+2Na++2e- Na3Ti2(PO4)3,每轉移1 mol電子,N極理論上質量增加23 g,右側儲液器中c(NaCl)減小,C、D錯誤。
7.D　濃差電池為同種電解質溶液的濃度差而產生電動勢的電池,溶液B濃度大,故Ag(2)為正極,電極反應為Ag++e- Ag,Ag(1)為負極,電極反應為Ag-e- Ag+,A錯誤。溶液B中的N由右池通過陰離子交換膜進入左池;a極與正極相連,為陽極,發生氧化反應,電極反應式為2H2O-4e- O2↑+4H+,S通過離子交換膜c進入陽極區,故c為陰離子交換膜;b極與負極相連,為陰極,電極反應式為2H2O+2e- H2↑+2OH-,Na+通過離子交換膜d進入陽極區,故d為陽離子交換膜,B錯誤。a是陽極,若用金屬銅代替,銅會放電,得不到O2,C錯誤。濃差電池中左右兩邊溶液中Ag+濃度相同時,電池停止工作,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,放電時A中Ag+增加,B中Ag+減少,當兩溶液中Ag+物質的量均為2.5 mol時,停止放電,此時B中Ag+減少4 mol-2.5 mol=1.5 mol,電路中轉移電子的物質的量為1.5 mol,由b極電極反應式2H2O+2e- H2↑+2OH-可知,生成氫氧化鈉1.5 mol,質量為1.5 mol×40 g/mol=60 g,D正確。
8.D　Fe為負極,失去電子發生氧化反應生成Fe2+,電極反應式為Fe-2e- Fe2+,故A錯誤;溫度和壓強未知,氣體摩爾體積無法確定,所以無法計算氧氣的體積,故B錯誤;鐵合金腐蝕時先生成Fe2+,Fe2+和OH-反應生成Fe(OH)2,Fe(OH)2再被氧化生成Fe(OH)3,Fe(OH)3脫去一部分水生成Fe2O3·xH2O,所以最終產物為Fe2O3·xH2O,故C錯誤;為防止“孔蝕”發生,可以將被保護的金屬作電解池陰極,所以應該將金屬連接外接電源的負極,故D正確。
9.答案　Ⅰ.(1)右　(2)HCHO+3OH--2e- HCOO-+2H2O　(3)有紅色固體、藍色絮狀物出現　Ⅱ.(4)陰　5SO2+2NO+8H2O+8NH3 10N　(5)18　(6)15.68
解析　Ⅰ.(1)該裝置為原電池,根據電池總反應Cu2++HCHO+3OH- Cu+HCOO-+2H2O可知,HCHO在負極失電子,Cu2+在正極得電子,結合已知信息②還原性:HCHO>M(一種金屬)>Cu,為防止M與鍍銅廢液中的Cu2+發生反應,應將鍍銅廢液加入裝置的左側,將含OH-的HCHO溶液加入裝置的右側。(2)根據電池總反應可得右側發生的電極反應式為HCHO+3OH--2e- HCOO-+2H2O。(3)由已知①可知有紅色固體產生;若移去質子交換膜,Cu2+和OH-結合生成Cu(OH)2藍色絮狀沉淀。
Ⅱ.NO-空氣質子交換膜燃料電池為原電池,通入O2的一極為原電池的正極,通入NO的一極為負極。乙和丙均為電解池,乙中通入SO2的一極、丙中左側電極為陽極,乙池通入NO的一極、丙中右側電極為陰極。(4)M室電極反應為2H2O-4e- O2↑+4H+,產生的H+通過a膜進入濃縮室,N室中Cl-通過b膜進入濃縮室,由濃縮室得到較高濃度鹽酸,所以b膜為陰離子交換膜;乙池中SO2被氧化為S,而NO被還原為N,根據得失電子守恒,5 mol SO2只能還原2 mol NO,反應中需要補充NH3,總反應的離子方程式為5SO2+2NO+8H2O+8NH3 10N。(5)M室產生1 mol O2的同時移出4 mol H+,M室相當于減少2 mol H2O,得到關系式:4H+~2H2O(減少),濃縮室得到4 L濃度為0.6 mol·L-1的鹽酸即產生H+物質的量為4 L×(0.6-0.1) mol·L-1=2 mol,所以M室減少的水物質的量為1 mol,質量為18 g。(6)在標準狀況下,若甲池有5.6 L O2(0.25 mol)參加反應,據得失電子守恒得到關系式5O2~20e-~4NO~10SO2,則處理NO、SO2的物質的量分別為0.25 mol×=0.2 mol、0.25 mol×2=0.5 mol,總體積為0.7 mol×22.4 L·mol-1=15.68 L。

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