高考化学总复习 第二部分 专题六 化学能与电能的转化检测-人教版高三全册化学试题

专题六化学能与电能的转化A组2014—2018年浙江真题题组考点一原电池原理及其应用以下为教师用书专用(8—9)8.(2015浙江1月学考,12,2分)如图是铜锌原电池示意图。当该原电池工作时,下列描述不正确的是()A.溶液逐渐变蓝B.锌片逐渐溶解C.铜片上有气泡产生D.电流计指针发生偏转答案A该铜锌原电池中,Zn是负极,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,故锌片逐渐溶解,B正确;Cu是正极,电极反应式为2H++2e-H2↑,故铜片上有气泡产生,C正确;电子由Zn经导线流向Cu,电流计指针发生偏转,D正确;该原电池工作过程中,溶液颜色不变,A错误。9.(2014浙江1月学考,14,2分)如图为铜锌原电池示意图,下列说法不正确的是()A.该原电池中,铜为正极B.该原电池中,电子由铜片经过导线流入锌片C.该原电池工作一段时间后,溶液的酸性减弱D.该原电池工作一段时间后,锌片质量减小答案B该铜锌原电池工作时,电子由负极(锌片)流出,经过导线流入正极(铜片)。B组2014—2018年全国真题题组考点一原电池原理及其应用以下为教师用书专用(5—6)5.(2014北京理综,8,6分)下列电池工作时,O2在正极放电的是()A.锌锰电池B.氢燃料电池C.铅蓄电池D.镍镉电池答案B氢燃料电池中,负极上H2放电,正极上O2放电,A、C、D中均不存在O2放电,故选B。6.(2015课标Ⅱ,26,14分)酸性锌锰干电池是一种一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。有关数据如下表所示:溶解度/(g/100g水)温度/℃化合物020406080100NH4Cl29.337.245.855.365.677.3ZnCl2343395452488541614化合物Zn(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)3Ksp近似值10-1710-1710-39回答下列问题:(1)该电池的正极反应式为,电池反应的离子方程式为。

(2)维持电流强度为0.5A,电池工作5分钟,理论上消耗锌g。(已知F=96500C·mol-1)

(3)废电池糊状填充物加水处理后,过滤,滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl,二者可通过分离回收;滤渣的主要成分是MnO2、和,欲从中得到较纯的MnO2,最简便的方法为,其原理是。

(4)用废电池的锌皮制备ZnSO4·7H2O的过程中,需除去锌皮中的少量杂质铁,其方法是:加稀H2SO4和H2O2溶解,铁变为,加碱调节至pH为时,铁刚好沉淀完全(离子浓度小于1×10-5mol·L-1时,即可认为该离子沉淀完全);继续加碱至pH为时,锌开始沉淀(假定Zn2+浓度为0.1mol·L-1)。若上述过程不加H2O2后果是,原因是。

答案(14分)(1)MnO2+H++e-MnOOH2MnO2+Zn+2H+2MnOOH+Zn2+(每空1分,共2分)[注:式中Zn2+可写为Zn(NH3、Zn(NH3)2Cl2等,H+可写为N](2)0.05(2分)(3)加热浓缩、冷却结晶碳粉MnOOH空气中加热碳粉转变为CO2,MnOOH氧化为MnO2(每空1分,共5分)(4)Fe3+2.76Zn2+和Fe2+分离不开Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近(每空1分,共5分)解析(1)该电池为酸性锌锰干电池,电极反应式为负极:Zn-2e-Zn2+,正极:2MnO2+2e-+2H+2MnOOH。(2)电量Q=It=0.5A×5×60s=150C,则m(Zn)=×65g·mol-1=0.05g。(3)由表格中信息可知,ZnCl2的溶解度受温度影响较大,NH4Cl的溶解度受温度影响较小,故可通过加热浓缩、冷却结晶的方法分离。(4)Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH-)=1×10-5×c3(OH-)=1×10-39,c(OH-)=10-11.3mol·L-1,pOH=11.3,则pH=2.7。Ksp[Zn(OH)2]=c(Zn2+)×c2(OH-)=0.1×c2(OH-)=1×10-17,c(OH-)=10-8mol·L-1,pOH=8,则pH=6。因Zn(OH)2和Fe(OH)2的Ksp接近,若不用H2O2将Fe2+氧化为Fe3+,沉淀Zn2+时,Fe2+也可转化为Fe(OH)2沉淀,而使制得的ZnSO4·7H2O不纯净。考点二电解原理及其应用以下为教师用书专用(6—15)6.(2017海南单科,10,4分)一种电化学制备NH3的装置如图所示,图中陶瓷在高温时可以传输H+。下列叙述错误的是()A.Pd电极b为阴极B.阴极的反应式为:N2+6H++6e-2NH3C.H+由阳极向阴极迁移D.陶瓷可以隔离N2和H2答案APd电极b上氢气失去电子,该电极为阳极,故A错误;电解池中阴极上发生还原反应,则阴极反应式为N2+6H++6e-2NH3,故B正确;电解池中,H+由阳极向阴极迁移,故C正确;由图可知,氮气与氢气不直接接触,陶瓷可以隔离N2和H2,故D正确。7.(2016北京理综,12,6分)用石墨电极完成下列电解实验。实验一实验二装置现象a、d处试纸变蓝;b处变红,局部褪色;c处无明显变化两个石墨电极附近有气泡产生;n处有气泡产生……下列对实验现象的解释或推测不合理的是()A.a、d处:2H2O+2e-H2↑+2OH-B.b处:2Cl--2e-Cl2↑C.c处发生了反应:Fe-2e-Fe2+D.根据实验一的原理,实验二中m处能析出铜答案B根据实验一的实验现象可判断出c作阳极,d作阴极,a、d处的电极反应均为2H2O+2e-H2↑+2OH-,c处的电极反应为Fe-2e-Fe2+,由于Fe2+的颜色较浅,短时间观察不到明显的现象。“b处变红”说明有H+生成,则发生了电极反应2H2O-4e-4H++O2↑;“局部褪色”说明在该电极上Cl-放电生成了Cl2,反应为2Cl--2e-Cl2↑。实验二中每个铜珠的左侧作阳极,右侧作阴极,其中右边的铜珠的左侧铜放电变成铜离子,铜离子移动到m处,在m处放电变成铜析出。8.(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1molO2,有44gCO2被还原D.a电极的反应为:3CO2+18H+-18e-C3H8O+5H2O答案B由模拟“人工树叶”电化学实验装置可知,该装置将光能和电能转化为化学能,故A错误;在电解池内部,阳离子向阴极迁移,故H+从b极区向a极区迁移,B正确;阴极上:3CO2~C3H8O~18e-,阳极上:2H2O~O2~4e-,根据得失电子守恒可知,当阳极生成1molO2时,阴极被还原的CO2的质量为×44g/mol≈29.3g,故C错误;a电极的反应为3CO2+18H++18e-C3H8O+5H2O,故D错误。9.(2014广东理综,11,4分)某同学组装了如图所示的电化学装置,电极Ⅰ为Al,其他均为Cu,则()A.电流方向:电极Ⅳ→A→电极ⅠB.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答案A由图示可分析出该图中Ⅰ为原电池的负极,Ⅳ为电解池的阴极,电流由电极Ⅳ→A→电极Ⅰ,A正确。Al极发生氧化反应,B错误。电极Ⅱ发生的电极反应为Cu2++2e-Cu,电极上有Cu生成,C错误。电极Ⅲ的电极反应为Cu-2e-Cu2+,D错误。10.(2014上海单科,12,3分)如图所示,将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中。下列分析正确的是()A.K1闭合,铁棒上发生的反应为2H++2eH2↑B.K1闭合,石墨棒周围溶液pH逐渐升高C.K2闭合,铁棒不会被腐蚀,属于牺牲阳极的阴极保护法D.K2闭合,电路中通过0.002NA个电子时,两极共产生0.001mol气体答案BK1闭合,该装置为原电池,铁棒为负极,发生的反应为Fe-2eFe2+,石墨棒为正极,发生的反应为O2+4e+2H2O4OH-,石墨棒周围溶液的pH逐渐升高,所以B正确;K2闭合则为电解池装置,铁棒为阴极,不会被腐蚀,但不属于牺牲阳极的阴极保护法,电路中通过0.002NA个电子时,两极产生氢气和氯气共为0.002mol。11.(2014天津理综,6,6分)已知:锂离子电池的总反应为:LixC+Li1-xCoO2C+LiCoO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.理论上两种电池的比能量相同D.下图表示用锂离子电池给锂硫电池充电答案BA项,在原电池内部,阳离子应移向正极;二次电池的充电过程为电解过程,阴极发生还原反应,B项正确;C项,比能量是指这种电池单位质量或单位体积所能输出的电能,当二者质量相同时,转移电子的物质的量不相等,即比能量不同;D项,应为锂硫电池给锂离子充电,还应将锂硫电池的锂电极连接锂离子电池的石墨电极,硫电极连接LiCoO2电极。12.(2015上海单科,五,12分)氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图,图中的离子交换膜只允许阳离子通过。完成下列填空:27.写出电解饱和食盐水的离子方程式:

。

28.离子交换膜的作用为:、。

29.精制饱和食盐水从图中位置补充,氢氧化钠溶液从图中位置流出。(选填“a”“b”“c”或“d”)

30.KClO3可以和草酸(H2C2O4)、硫酸反应生成高效的消毒杀菌剂ClO2,还生成CO2和KHSO4等物质。写出该反应的化学方程式:31.室温下,0.1mol/LNaClO溶液的pH0.1mol/LNa2SO3溶液的pH。(选填“大于”“小于”或“等于”)

浓度均为0.1mol/L的Na2SO3和Na2CO3的混合溶液中,S、C、HS、HC浓度从大到小的顺序为。

已知:H2SO3=1.54×10-2=1.02×10-7 HClO Ki=2.95×10-8 H2CO3 =4.3×10-7 =5.6×10-11答案27.2H2O+2Cl-Cl2↑+2OH-+H2↑28.能得到纯度更高的氢氧化钠溶液避免Cl2与H2反应(合理即给分)29.ad30.2KClO3+2H2SO4+H2C2O42ClO2↑+2CO2↑+2KHSO4+2H231.大于[S]>[C]>[HC]>[HS]解析27.电解饱和氯化钠溶液的离子方程式为2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑。29.阳极的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,故精制饱和食盐水从a处补充;阴极的电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,故氢氧化钠溶液从d处流出。30.KClO3可以和草酸(H2C2O4)、硫酸反应,化学方程式为2KClO3+H2C2O4+2H2SO42ClO2↑+2CO2↑+2KHSO4+2H2O。31.因为HClO的电离平衡常数小于H2SO3的第一步电离平衡常数,故碱性NaClO>Na2SO13.(2014课标Ⅰ,27,15分)次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品,具有较强还原性。回答下列问题:(1)H3PO2是一元中强酸,写出其电离方程式。

(2)H3PO2及NaH2PO2均可将溶液中的Ag+还原为银,从而可用于化学镀银。①H3PO2中,P元素的化合价为。

②利用H3PO2进行化学镀银反应中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为4∶1,则氧化产物为(填化式)。

③NaH2PO2为(填“正盐”或“酸式盐”),其溶液显(填“弱酸性”“中性”或“弱碱性”)。

(3)H3PO2的工业制法是:将白磷(P4)与Ba(OH)2溶液反应生成PH3气体和Ba(H2PO2)2,后者再与H2SO4反应。写出白磷与Ba(OH)2溶液反应的化学方程式

。

(4)H3PO2也可用电渗析法制备,“四室电渗析法”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):①写出阳极的电极反应式。

②分析产品室可得到H3PO2的原因。

③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2:将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替,并撤去阳极室与产品室之间的阳膜,从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有杂质,该杂质产生的原因是。

答案(1)H3PO2H2P+H+(2)①+1②H3PO4③正盐弱碱性(3)2P4+3Ba(OH)2+6H2O3Ba(H2PO2)2+2PH3↑(4)①2H2O-4e-O2↑+4H+②阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室,原料室的H2P穿过阴膜扩散至产品室,二者反应生成H3PO2③PH2P或H3PO2被氧化解析(1)H3PO2为一元中强酸,则其电离方程式为H3PO2H++H2P。(2)①在化合物中,各元素正、负化合价的代数和为零,故H3PO2中P元素的化合价为+1价。②设氧化产物中P元素的化合价为+x价,依题意并根据得失电子守恒有4×[(+1)-0]=1×[+x-(+1)],解得x=5,故氧化产物为H3PO4。③因H3PO2为一元酸,故NaH2PO2为正盐;H3PO2为中强酸,故NaH2PO2溶液呈弱碱性。(3)根据得失电子守恒及原子守恒,可写出P4与Ba(OH)2溶液反应的化学方程式:2P4+3Ba(OH)2+6H2O3Ba(H2PO2)2+2PH3↑。(4)①由题给装置可知阳极的电极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑。②阳极生成的H+穿过阳膜扩散至产品室,与从原料室穿过阴膜扩散至产品室的H2P反应生成H3PO2。③若取消阳膜,合并阳极室和产品室,阳极生成的O2可将H3PO2或原料室扩散来的H2P氧化,造成产品中混入P杂质。14.(2014重庆理综,11,14分)氢能是重要的新能源。储氢作为氢能利用的关键技术,是当前关注的热点之一。(1)氢气是清洁燃料,其燃烧产物为。

(2)NaBH4是一种重要的储氢载体,能与水反应得到NaBO2,且反应前后B的化合价不变,该反应的化学方程式为,反应消耗1molNaBH4时转移的电子数目为。

(3)储氢还可借助有机物,如利用环己烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢:(g)(g)+3H2(g)。在某温度下,向恒容密闭容器中加入环己烷,其起始浓度为amol·L-1,平衡时苯的浓度为bmol·L-1,该反应的平衡常数K=。

(4)一定条件下,下图所示装置可实现有机物的电化学储氢(忽略其他有机物)。①导线中电子移动方向为。(用A、D表示)

②生成目标产物的电极反应式为。

③该储氢装置的电流效率η=。(η=×100%,计算结果保留小数点后1位)

答案(1)H2O(2)NaBH4+2H2ONaBO2+4H2↑4NA或2.408×1024(3)mol3·L-3(4)①A→D②C6H6+6H++6e-C6H12③64.3%解析(1)H2的燃烧产物是H2O。(2)由NaBO2和NaBH4中B的化合价相同知,NaBH4中H的化合价升高,H2O中H的化合价降低,所以反应为:NaBH4+2H2ONaBO2+4H2↑,1molNaBH4反应时有4mol的化合价升高,所以转移电子数为4NA。(3)由化学反应知,平衡时苯的浓度为bmol·L-1,则环己烷浓度为(a-b)mol·L-1,H2的浓度为3bmol·L-1,所以平衡常数K==mol3·L-3=mol3·L-3。(4)①由图知在多孔惰性电极D表面生成,C的化合价降低,所以电子移动方向为:A→D。②目标产物是C6H12,所以电极反应式为:C6H6+6H++6e-C6H12。③由题意知,电极E产生O2的物质的量为2.8mol,=n(O2)×4=2.8mol×4=11.2mol,而C6H6没有完全转化,所以电极D上有H2生成。设生成H2xmol,C6H6转化ymol,则有:解得:y=1.2,x=2。所以η=×100%≈64.3%。15.(2014四川理综,11,16分)污染物的有效去除和资源的充分利用是化学造福人类的重要研究课题。某研究小组利用软锰矿(主要成分为MnO2,另含有少量铁、铝、铜、镍等金属化合物)作脱硫剂,通过如下简化流程既脱除燃煤尾气中的SO2,又制得电池材料MnO2(反应条件已省略)。请回答下列问题:(1)上述流程脱硫实现了(选填下列字母编号)。

A.废弃物的综合利用B.白色污染的减少C.酸雨的减少(2)用MnCO3能除去溶液中Al3+和Fe3+,其原因是

。

(3)已知:25℃、101kPa时,Mn(s)+O2(g)MnO2(s)ΔH=-520kJ/molS(s)+O2(g)SO2(g)ΔH=-297kJ/molMn(s)+S(s)+2O2(g)MnSO4(s)ΔH=-1065kJ/molSO2与MnO2反应生成无水MnSO4的热化学方程式是

。

(4)MnO2可作超级电容器材料。用惰性电极电解MnSO4溶液可制得MnO2,其阳极的电极反应式是。

(5)MnO2是碱性锌锰电池的正极材料。碱性锌锰电池放电时,正极的电极反应式是。

(6)假设脱除的SO2只与软锰矿浆中MnO2反应。按照图示流程,将am3(标准状况)含SO2的体积分数为b%的尾气通入矿浆,若SO2的脱除率为89.6%,最终得到MnO2的质量为ckg,则除去铁、铝、铜、镍等杂质时,所引入的锰元素相当于MnO2答案(16分)(1)A、C(2)消耗溶液中的酸,促进Al3+和Fe3+水解生成氢氧化物沉淀(3)MnO2(s)+SO2(g)MnSO4(s)ΔH=-248kJ/mol(4)Mn2++2H2O-2e-MnO2+4H+(5)MnO2+H2O+e-MnO(OH)+OH-(6)解析稀硫酸酸化的软锰矿浆吸收含SO2的尾气,将MnO2转化为MnSO4,其中还含有少量的铁、铝、铜、镍的硫酸盐杂质及过量的H2SO4,加MnCO3可消耗过量H2SO4,调节pH,使Al3+和Fe3+水解生成Al(OH)3和Fe(OH)3沉淀除去。过滤后往滤液中加MnS,可将Cu2+、Ni2+转化为CuS、NiS沉淀除去。再过滤后往滤液中加KMnO4溶液,发生反应:2KMnO4+3MnSO4+2H2O5MnO2↓+K2SO4+2H2SO4,回收K2SO4,干燥后得到MnO2。(3)将题中三个热化学方程式依次编号为①、②、③,MnO2(s)+SO2(g)MnSO4(s)可由③-①-②得出,其ΔH也可作相应计算。(6)除去铁、铝、铜、镍时引入的锰元素可由加KMnO4溶液前溶液中Mn2+与软锰矿浆中Mn2+的差值进行计算。由SO2+MnO2MnSO4、2KMnO4+3MnSO4+2H2O5MnO2↓+K2SO4+2H2SO4可知,除去铁、铝、铜、镍时,所引入的锰元素相当于MnO2的质量m=(×-)×87×10-3kg考点三金属的腐蚀与防护以下为教师用书专用(3—5)3.(2015江苏单科,11,4分)下列说法正确的是()A.若H2O2分解产生1molO2,理论上转移的电子数约为4×6.02×1023B.室温下,pH=3的CH3COOH溶液与pH=11的NaOH溶液等体积混合,溶液pH>7C.钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀D.一定条件下反应N2+3H22NH3达到平衡时,3v正(H2)=2v逆(NH3)答案CA项,由2H2O22H2O+O2↑可知,每生成1molO2转移的电子数约为2×6.02×1023;B项,pH=3的CH3COOH溶液与pH=11的NaOH溶液等体积混合后形成的应为CH3COONa和CH3COOH的混合溶液,pH<7;C项正确;D项,N2+3H22NH3反应达到平衡时,v正(H2)∶v逆(NH3)=3∶2,即2v正(H2)=3v逆(NH3)。4.(2014天津理综,1,6分)化学与生产、生活息息相关,下列叙述错误的是()A.铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性B.用聚乙烯塑料代替聚乳酸塑料可减少白色污染C.大量燃烧化石燃料是