2023版人教高中同步化学选择性必修一：第四章化学反应与电能第一节综合拔高练

第一节综合拔高练五年高考练考点1原电池原理1.(2020课标Ⅰ,27,15分,)为验证不同化合价铁的氧化还原能力,利用下列电池装置进行实验。回答下列问题:(1)由FeSO4·7H2O固体配制0.10mol·L-1FeSO4溶液,需要的仪器有药匙、玻璃棒、(从下列图中选择,写出名称)。

(2)电池装置中,盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应,并且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。根据下表数据,盐桥中应选择作为电解质。

阳离子u∞×108/(m2·s-1·V-1)阴离子u∞×108/(m2·s-1·V-1)Li+4.07HCO4.61Na+5.19NO7.40Ca2+6.59Cl-7.91K+7.62SO8.27(3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知,盐桥中的阳离子进入电极溶液中。

(4)电池反应一段时间后,测得铁电极溶液中c(Fe2+)增加了0.02mol·L-1。石墨电极上未见Fe析出。可知,石墨电极溶液中c(Fe2+)=。

(5)根据(3)、(4)实验结果,可知石墨电极的电极反应式为,铁电极的电极反应式为。因此,验证了Fe2+氧化性小于、还原性小于。

(6)实验前需要对铁电极表面活化。在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液,将铁电极浸泡一段时间,铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是。

考点2新型化学电源2.(2020课标Ⅲ,12,6分,)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如图所示,其中在VB2电极发生反应:VB2+16OH--11e-VO43-+2B(OH)4-+4H2O。该电池工作时A.负载通过0.04mol电子时,有0.224L(标准状况)O2参与反应B.正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高C.电池总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O8B(OH)4-+4VD.电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极3.(2020课标Ⅰ,12,6分,)科学家近年发明了一种新型Zn-CO2水介质电池。电池示意图如下,电极为金属锌和选择性催化材料。放电时,温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等,为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是 ()A.放电时,负极反应为Zn-2e-+4OH-Zn(OH)4B.放电时,1molCO2转化为HCOOH,转移的电子数为2molC.充电时,电池总反应为2Zn(OH)42-2Zn+O2↑+4OH-+2HD.充电时,正极溶液中OH-浓度升高4.(2020天津,11,3分,)熔融钠-硫电池性能优良,是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为2Na+xSNa2Sx(x=5~3,难溶于熔融硫)。下列说法错误的是 ()A.Na2S4的电子式为Na+[:S······S··B.放电时正极反应为xS+2Na++2e-Na2SxC.Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极D.该电池是以Na-β-Al2O3为隔膜的二次电池5.(2020山东,10,2分,)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1mol电子时,模拟海水理论上除盐58.5gD.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∶16.(2019课标Ⅰ,12,6分,)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NH3D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动7.(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8.(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 ()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0.65g,溶液中有0.02molI-被氧化D.充电时,a电极接外电源负极9.(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 ()A.放电时,ClO4B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2C.放电时,正极反应为:3CO2+4e-2CO32D.充电时,正极反应为:Na++e-Na三年模拟练1.(2021江西赣州十六校期中联考,)H2S是一种剧毒气体,对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=-632kJ·mol-1。如图为质子膜H2S燃料电池的示意图。下列说法正确的是(深度解析)A.电池工作时,电流从电极a经负载流向电极bB.电极a上发生的电极反应为2H2S-4e-S2+4H+C.当反应生成64gS2时,电池内部释放632kJ热能D.当电路中通过4mol电子时,有4molH+经质子固体电解质膜进入负极区2.(2020湖北荆门高二上期末,)2019年度诺贝尔化学奖授予研究锂离子电池的三位科学家,以表彰他们在锂离子电池发展方面所作出的突出贡献。锂锰电池是一种常用的锂离子电池,它体积小、性能优良,该电池反应原理如图所示,其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成LiMnO2,下列说法错误的是 (深度解析)A.外电路的电流方向是由b极流向a极B.电池正极反应式为MnO2+e-+Li+LiMnO2C.可用水代替电池中的混合有机溶剂D.电路中每通过1mol电子,就有NA个Li+移向b极3.(2020福建龙岩六校高二上期中,)用吸附了氢气的纳米碳管等材料制作的二次电池的原理如图所示。下列说法正确的是 (深度解析)A.充电时,阴极的电极反应为Ni(OH)2+OH--e-NiO(OH)+H2OB.放电时,负极的电极反应为H2-2e-+2OH-2H2OC.放电时,OH-移向镍电极D.充电时,将电池的碳电极与外电源的正极相连4.(2020辽宁锦州一模,)肼(N2H4)暴露在空气中容易爆炸,但是以其为燃料的燃料电池是一种理想的电池,具有容量大、能量转化率高、产物无污染等特点,其工作原理如图所示,下列叙述正确的是 ()A.电池工作时,正极附近溶液的pH减小B.当消耗1molO2时,有2molNa+由甲槽向乙槽迁移C.负极反应式为4OH-+N2H4-4e-N2↑+4H2OD.若去掉阳离子交换膜,电池也能正常工作5.(2020山东青岛高三上期末,)如图是采用新能源储能器件将CO2转化为固体产物,实现CO2的固定和储能灵活应用的装置。储能器件使用的Li-CO2电池组成为钌电极/CO2-饱和LiClO4-DMSO电解液/锂片。下列说法错误的是 ()A.钌电极为负极,其电极反应式为2Li2CO3+C-4e-3CO2↑+4Li+B.Li-CO2电池电解液由LiClO4-DMSO溶于水得到C.这种电化学转化方式不仅减少CO2的排放,还可将CO2作为可再生能源载体D.CO2的固定中,每生成1.5mol气体,可转移2mole-答案全解全析五年高考练1.答案(1)烧杯、量筒、托盘天平(2)KCl(3)石墨(4)0.09mol·L-1(5)Fe3++e-Fe2+Fe-2e-Fe2+Fe3+Fe(6)取少量溶液,滴入KSCN溶液,不出现血红色解析(1)配制0.10mol·L-1FeSO4溶液,需要用托盘天平称取FeSO4·7H2O晶体,在烧杯中加一定量的蒸馏水将其溶解,一般用量筒量取溶解和洗涤所用的蒸馏水。(2)Fe2+和Fe3+都能水解使溶液显酸性,NO3-在酸性条件下能氧化Fe或Fe2+,K+和Cl-都不与溶液中的物质发生反应,且电迁移率接近,故盐桥中选择KCl作为电解质。(3)电子由铁电极流向石墨电极,即石墨电极得电子,溶液中负电荷增多,为平衡电荷使溶液保持电中性,盐桥中的阳离子应进入石墨电极溶液中。(4)两电极转移电子数相等,负极铁被氧化,正极Fe3+被还原,故正极(石墨电极)的电极反应式为Fe3++e-Fe2+,负极(铁电极)的电极反应式为Fe-2e-Fe2+,故石墨电极溶液中c(Fe2+)增加0.04mol·L-1,变为0.04mol·L-1+0.05mol·L-1=0.09mol·L-1。(5)总反应式为2Fe3++Fe3Fe2+,故氧化性:Fe2+(氧化产物)<Fe3+(氧化剂),还原性:Fe2+(还原产物)<Fe(还原剂)。(6)铁电极表面被刻蚀活化,即发生反应2Fe3++Fe3Fe2+,由于加入少量Fe2(SO4)3,能使Fe3+完全反应,故可以向取出的少许溶液中加入几滴KSCN溶液,若溶液不变为血红色,则证明刻蚀活化反应完成。2.B正极发生的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,因此当负载通过0.04mol电子时,消耗O20.01mol,即标准状况下0.224L,A项正确;正极O2发生反应产生OH-,c(OH-)增大,正极区溶液pH升高,负极VB2发生反应消耗OH-,c(OH-)减小,负极区溶液pH降低,B项错误;正极反应×11即11O2+22H2O+44e-44OH-,负极反应×4即4VB2+64OH--44e-4VO43-+8B(OH)4-+16H2O,相加可得电池总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O8B(OH)4-+4VO43-,C项正确;外电路中,电流由电池正极(复合碳电极)经负载流到负极(VB2电极),电池内部,电流由电池负极经电解质溶液3.DA项,放电时Zn极为负极,负极反应式为Zn-2e-+4OH-Zn(OH)42-,正确;B项,放电时,正极反应为CO2+2e-+2H+HCOOH,每转化1molCO2,转移2mol电子,正确;C项,充电时,阳极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑,阴极反应式为2Zn(OH)42-+4e-2Zn+8OH-,将两极电极反应式相加得总反应,正确;D项,充电时,正极溶液中OH-浓度降低4.CA项,Na2S4中有类似Na2O2中O原子间形成的非极性键,正确;B项,由电池的总反应方程式可知,x个S原子得到2个电子,故放电时正极反应为xS+2Na++2e-Na2Sx(因Na2Sx难溶于熔融硫,故不拆),正确;C项,由电池的总反应方程式可知,放电时,钠失去电子是负极反应物,硫得到电子是正极反应物,故Na和S分别作电池的负极和正极,错误;D项,由题图可知Na-β-Al2O3是隔膜,且电池可以充电,属于二次电池,正确。5.BA项,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,b极为正极,正确。B项,a极区有H+产生,阳离子增多,为保证溶液呈电中性,Cl-需定向迁移到a极区,隔膜1为阴离子交换膜;同理,b极的电极反应式为2H++2e-H2↑,需Na+定向迁移到b极区,隔膜2为阳离子交换膜,错误。C项,当电路中转移1mol电子时,有1molNa+和1molCl-发生定向迁移,故理论上除盐58.5g,正确。D项,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,正确。6.BA项,现有工业合成氨的反应条件是高温、高压、催化剂,则题述方法合成氨条件更为温和,同时可将化学能转化为电能,正确;B项,阴(正)极区,在固氮酶催化作用下发生反应N2+6H++6MV+2NH3+6MV2+,错误;C项,由B项分析可知正极区N2被还原为NH3,正确;D项,原电池工作时,质子(H+)通过交换膜由负极区向正极区移动,正确。7.DA项,依题干信息可知正确;B项,充电时阳极发生氧化反应,正确;C项,放电时Zn作负极失去电子,发生氧化反应,正确;D项,放电时,OH-由正极区向负极区迁移,错误。8.D由工作原理示意图中Zn2+迁移的方向可判断放电时a为正极,b为负极。放电时,a极得到电子,发生还原反应,使溶液中离子数目增大,A、B项正确;充电时,a极接外接电源的正极,D项错误;充电时,b极为阴极,电极反应式为Zn2++2e-Zn,每增重0.65g,转移0.02mol电子,a极为阳极,电极反应式为2I-+Br--2e-I2Br-,转移0.02mol电子,有0.02molI-被氧化,C项正确。9.D放电时,负极反应为4Na-4e-4Na+,正极反应为3CO2+4e-C+2CO32-;Na+移向正极,CO32-、ClO4-移向负极,A、C正确;充电过程与放电过程相反,B正确;充电时,阳极反应为2CO32-三年模拟练1.B由反应2H2S(g)+O2(g)S2(s)+2H2O(l)可知,负极H2S失电子发生氧化反应,则电极a为电池的负极,电流从正极流出,经外电路流向负极,A项错误;电极a为负极,发生氧化反应,电极反应式为2H2S-4e-S2+4H+,B项正确;原电池是将化学能转化为电能的装置,所以电池内部几乎不放出热量,C项错误;电池工作时,H+向正极区移动,当电路中通过4mol电子时,有4molH+经质子固体电解质膜进入正极区,D项错误。素养解读本题以H2S的资源化利用为命题素材,考查原电池原理及相应的计算,与环境保护关系较为密切,体现了科学态度与社会责任的学科核心素养。2.C形成原电池反应时,Li为负极被氧化,MnO2为正极被还原,外电路的电流方向是由b极流向a极,A正确;MnO2为正极被还原,电极反应式为MnO2+e-+Li+LiMnO2,B正确;Li为负极,可与水发生反应,所以不能用水代替电池中的混合有机溶剂,C错误;Li为负极被氧化,电极反应式为Li-e-Li+,则电路中每通过1mol电子,就有NA个Li+移向b极,D正确。素养解读本题以近年考查热点——锂离子电池的工作原理为命题素材,考查原电池原理分析以及电极反应式的书写,与高考热点和日常生活关系密切,体现了科学态度与社会责任的学科核心素养。3.B开关连接用电器时,为原电池,则根据电子流向,镍电极为正极得电子发生还原反应;开关连接充电器时,镍电极为阳极失电子发生氧化反应。充电