第4讲高一化学学科素养能力竞赛专题训练化学反应与能量变化

第4讲高一化学学科素养能力竞赛专题训练——化学反应与能量变化【题型目录】模块一：易错试题精选模块二：培优试题精选模块三：名校竞赛试题精选【典型例题】模块一：易错试题精选1．下图是一种熔融碳酸盐燃料电池工作原理示意图。下列有关该电池的说法正确的是A．反应，每消耗转移电子B．电极A上参与的电极反应为：C．电池工作时，向电极B移动D．电极B上发生的电极反应为：【答案】D【分析】甲烷和水经催化重整生成CO和H2，反应中C元素化合价由4价升高到+2价，H元素化合价由+1价降低到0价。原电池工作时，CO和H2失电子在负极反应，CO和H2被氧化生成二氧化碳和水，则A为负极、B为正极，正极上氧气得电子生成碳酸根离子，电极反应式为O2+2CO2+4e=2，以此解答该题。【详解】A．在反应中，甲烷中的碳为4价，反应后升高到CO中的+2价，消耗1mol甲烷转移6mol电子，故A错误；B．A是负极，负极上CO和H2被氧化生成二氧化碳和水，电解质不是碱溶液，而是熔融的碳酸盐，H2参与的电极反应为：H2+2e=H2O+CO2，故B错误；C．放电时，电解质中阴离子向负极移动，即碳酸根离子向A极移动，故C错误；D．B为正极，正极为氧气得电子生成碳酸根离子，同时需要有CO2的参加，电极反应正确，故D正确；故答案为：D。2．科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机酸转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池中发电，电池负极反应式为A．H2＋2OH2e=2H2O B．O2＋4H＋＋4e=2H2OC．H22e=2H＋ D．O2＋2H2O＋4e=4OH【答案】C【详解】根据题给信息，该燃料电池的总反应为2H2＋O2=2H2O。A．电解液为酸性溶液，电极反应式中不能出现OH，选项A错误；B．因为燃料电池中负极通入氢气，正极通入氧气，选项B错误；C．燃料电池中负极通入氢气，氢气失电子产生H+，电极反应式为H22e=2H＋，选项C正确；D．电解液为酸性溶液，电极反应式中不能出现OH，选项D错误；答案选C。3．直接燃料电池是一种新型化学电源，其工作原理如图所示。电池放电时，下列说法不正确的是A．电极Ⅰ为负极B．电极Ⅱ的反应式为：C．电池总反应为：D．该电池的设计利用了在酸碱性不同条件下氧化性、还原性的差异【答案】B【分析】由K+向电极Ⅱ所在区域迁移可知，电极Ⅱ为正极发生还原反应，电极Ⅰ为负极发生氧化反应；正极电极反应式：，负极电极反应式：。【详解】A．电极Ⅰ为负极，A正确；B．电极Ⅱ为正极发生还原反应：，B错误；C．电池总反应为：，C正确；D．该电池的设计利用了在酸碱性不同条件下氧化性、还原性的差异，D正确；故选B。4．根据下图判断，下列说法正确的是A．装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe2e=Fe2+B．放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大C．装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2+2H2O+4e=4OHD．装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动【答案】B【分析】图中装置Ⅰ、Ⅱ都是原电池装置，装置Ⅰ中，Zn比Fe活泼，Zn为负极，发生氧化反应Zn−2e−=Zn2＋，Fe为正极，发生还原反应O2＋2H2O＋4e−=4OH−；装置Ⅱ中，Fe比Cu活泼，Fe为负极，发生氧化反应Fe−2e−=Fe2＋，Cu为正极，发生还原反应2H＋＋2e−=H2↑，原电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，据此分析解答。【详解】A．图中装置Ⅰ、Ⅱ都是原电池装置，装置Ⅰ中，Zn为负极，发生氧化反应Zn−2e−=Zn2＋，装置Ⅱ中，Fe为负极，发生氧化反应Fe−2e−=Fe2＋，故A错误；B．放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯，发生还原反应O2＋2H2O＋4e−=4OH−，生成碱，装置II右侧烧杯中，发生还原反应2H＋＋2e−=H2↑，消耗盐酸，故溶液的pH均增大，故B正确；C．装置Ⅰ中，Fe为正极，发生还原反应O2＋2H2O＋4e−=4OH−，故B正确；装置Ⅱ中，Fe比Cu活泼，Fe为负极，发生氧化反应Fe−2e−=Fe2＋，Cu为正极，发生还原反应2H＋＋2e−=H2↑，故C错误D．原电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，装置Ⅰ中，Zn为负极，Fe为正极，盐桥中的阳离子均向左烧杯移动，装置Ⅱ中，Fe为负极，Cu为正极，盐桥中的阳离子向右侧烧杯移动，故D错误；故答案选B。【点睛】本题考查原电池的工作原理，题目难度中等，注意电极的判断和电极方程式的书写，把握原电池的工作原理，装置Ⅰ借助吸氧腐蚀理解，学习中注意相关知识的把握。5．下列叙述不正确的是A．电解质溶液导电的过程实际上就是电解的过程B．NO2、O2和熔融KNO3可作燃料电池，其负极反应为NO2+e=N2O5C．，可将此反应设计为原电池D．比能量和比功率是判断电池优劣的主要标准【答案】C【详解】A．电解质溶液导电是在水溶液中或者熔融状态下电解的过程，A正确；B．、和熔融可作燃料电池，NO2在负极发生氧化反应，其负极反应为，B正确；C．为非氧化还原反应，不能设计成原电池，C错误；D．比能量和比功率是指单位质量的电极材料放电量的多少以及功率的大小，可以用于判断电池优劣的主要标准，D正确；故选C。6．习近平总书记提出我国要在2030年实现“碳达峰”，2060年前实现“碳中和"。某科研小组用电化学方法将CO2转化为CO实现再利用，转化的基本原理如图所示。下列说法不正确的是A．该装置能将化学能转化为电能B．M上的电极反应方程式为2H2O4e=O2↑+4H+C．工作一段时间后，N电极室中的溶液pH减小D．当转化2molCO2时，有4molH+从左室穿过交换膜到达右室【答案】C【分析】由图可知，该装置为原电池，右侧二氧化碳中的+4价碳得到电子变为+2价碳，为正极，则左侧为负极，以此解题。【详解】A．由图可知，该装置为原电池，能将化学能转化为电能，A正确；B．M为电池的负极，在紫外光的作用下，水失去电子发生氧化反应生成O2，电极反应方程式为2H2O4e=O2↑+4H+，B正确；C．N为电池正极，电极反应式为CO2+2H++2e═CO+H2O，当外电路转移4mol电子时，有4molH+从左室穿过交换膜到达右室，然后被CO2消耗，但溶液中水的量增加，因此N电极室的溶液pH增大，C错误；D．电极反应式为CO2+2H++2e═CO+H2O，当转化2molCO2时，外电路转移4mol电子，有4molH+从左室穿过交换膜到达右室，D正确；答案选C。7．下图为H2与Cl2在一定条件下反应生成HCl的微观示意图。注：示意图中的能量表示断裂或形成1mol共价键吸收或放出的热量,下列说法不正确的是A．反应的化学方程式是H2+Cl2=2HClB．由图可知有假想中间物质H、Cl原子形成1molHCl非极性键放出431kJ的能量C．由图中能量数据可知，HH键比ClCl键更难断裂D．标准状况下，11.2LH2与过量Cl2反应放出的热量是183kJ【答案】D【详解】A．氢气和氯气反应的方程式为：H2+Cl2=2HCl，A正确；B．由图可知，H、Cl原子形成1molHCl非极性键放出431kJ的能量，B正确；C．由图中能量数据可知，HH键436kJ·mol1,比ClCl键243kJ·mol1更大，更难断裂，C正确；D．反应焓变=断键能量成键能量；H2+Cl2=2HCl反应的焓变△H=436kJ·mol1+243kJ·mol12×431kJ·mol1=183kJ·mol1，则1molH2参加反应放热为183kJ，标准状况下，11.2LH2的物质的量为0.5mol，与过量Cl2反应放出的热量是91.5kJ，D错误；故答案为：D。8．NO2、O2、熔融盐NaNO3组成的燃料电池如图所示，在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物Y，下列有关说法正确的是A．石墨I极为正极，石墨II极为负极B．Y的化学式可能为NOC．石墨II极上的O2被氧化D．石墨I极的电极反应式为NO2+NO﹣e﹣═N2O5【答案】D【分析】在燃料电池中通入氧气的为正极，通入燃料的为负极，由图可知，石墨Ⅱ上氧气得到电子，则石墨Ⅱ为正极，石墨I上NO2失去电子，石墨I为负极，结合负极发生氧化反应、正极发生还原反应分析解答。【详解】A．根据上述分析，石墨Ⅱ为正极，石墨I为负极，故A错误；B．石墨I为负极，石墨I上NO2失去电子，N元素的化合价应从+4价升高，Y不可能为NO，故B错误；C．石墨Ⅱ上氧气得到电子，则O2被还原，故C错误；D．石墨I上NO2失去电子，N元素的化合价升高，因此Y为N2O5，负极反应为NO2+NOe═N2O5，故D正确；答案选D。9．298K时，部分物质的相对能量如图所示。该温度下有关能量变化的说法正确的是

A．热稳定性：C2H4(g)>C2H6(g)B．CO(g)+H2O(g)＝CO2(g)+H2(g)+QkJ，Q<0C．H2O(g)→H2O(l)是吸热过程D．CO完全燃烧的热化学方程式为：2CO(g)+O2(g)＝2CO2(g)+566kJ【答案】D【详解】A．能量越低越稳定，热稳定性C2H4(g)<C2H6(g)，故A错误；B．CO(g)、H2O(g)的总能量为352kJ，CO2(g)、H2(g)的总能量为393kJ，所以CO(g)+H2O(g)＝CO2(g)+H2(g)+QkJ，Q>0，故B错误；C．H2O(g)的能量大于H2O(l)，H2O(g)→H2O(l)是放热过程，故C错误；D．2molCO(g)的能量为220kJ，1molO2的能量是0，2molCO2(g)的能量为786kJ，CO完全燃烧的热化学方程式为：2CO(g)+O2(g)＝2CO2(g)+566kJ，故D正确；选D。10．关于反应，下列说法正确的是A．生成，转移电子 B．是还原产物C．既是氧化剂又是还原剂 D．若设计成原电池，为负极产物【答案】A【详解】A．由方程式可知，反应生成1mol一氧化二氮，转移4mol电子，故A正确；B．由方程式可知，反应中氮元素的化合价升高被氧化，NH2OH是反应的还原剂，故B错误；C．由方程式可知，反应中氮元素的化合价升高被氧化，NH2OH是反应的还原剂，铁元素的化合价降低被还原，铁离子是反应的氧化剂，故C错误；D．由方程式可知，反应中铁元素的化合价降低被还原，铁离子是反应的氧化剂，若设计成原电池，铁离子在正极得到电子发生还原反应生成亚铁离子，亚铁离子为正极产物，故D错误；故选A。11．已知1molH2完全燃烧生成水蒸气时放出热量242kJ，且氧气中1molO=O键完全断裂时吸收热量496kJ，水蒸气中1molH－O键形成时放出热量463kJ，则氢气中1molH－H键断裂时吸收热量为A．188kJ B．436kJ C．557kJ D．920kJ【答案】B【详解】1molH2完全燃烧生成水蒸气时放出热量242kJ，则2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=484kJ/mol，焓变=反应物总键能生成物总键能，设1molH－H键断裂时吸收热量为xkJ，2x+496kJ463kJ×4=484kJ，x=436kJ，故选B。12．（多选题）某Al－电池原理如图所示，电池总反应为，下列说法正确的是A．多孔Ni电极作负极B．Al电极发生还原反应C．正极的电极反应式为D．电池工作时，K+向正极区移动【答案】CD【详解】A．该装置为原电池，活动性比较强的Al在反应中为负极，失去电子，发生氧化反应，活动性比较弱的Ni电极为正极，正极上得到电子发生还原反应，A错误；B．根据选项A分析可知Al为原电池的分解，失去电子发生氧化反应，B错误；C．该电池的电解质溶液呈碱性，在正极上发生还原反应产生MnO2，则正极的电极反应式为：，C正确；D．根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则可知：该原电池工作时，阳离子向负电荷较多的正极移动，即K+向正极区移动，D正确；故合理选项是CD。13．某校兴趣小组对氢氧化钠溶液和稀盐酸混合后的有关问题，进行了如下探究：(1)①甲同学为了证明氢氧化钠溶液与稀盐酸能够发生反应，设计并完成了如图所示实验。X溶液是_______，滴入的量一般为_______。②乙同学认为甲同学的实验不能充分证明氢氧化钠溶液与稀盐酸能够发生反应，乙同学的理由是_______。(2)丙同学利用“保温瓶式量热计”(图略)，测出10mL10%氢氧化钠溶液和不同体积的10%盐酸混合过程中，溶液的温度变化见下表(假设两溶液密度相同)。加入盐酸的体积(V)/mL24681012141618溶液温度变化(Δt)/℃5.29.612.016.018.216.715.714.713.7就此实验回答下列问题：①盐酸和氢氧化钠的反应是_______(填“吸热”或“放热”)反应。②请在下图中绘制出溶液的温度变化与加入盐酸体积之间的变化关系图_______。【答案】(1)

酚酞

1～2滴

甲同学的实验不能说明是盐酸与氢氧化钠溶液发生了反应还是盐酸与红色物质发生了反应(2)

放热

【详解】（1）①由题图知加入的指示剂在氢氧化钠溶液中呈红色，在酸性溶液中呈无色，故该试剂为酚酞；故X溶液是酚酞，滴入的量一般为1～2滴；②甲同学的实验不能充分说明是盐酸与氢氧化钠溶液发生了反应还是盐酸与红色物质发生了反应；（2）①结合表格中的数据可知，该反应为放热反应；②温度变化与加入盐酸体积之间的关系图为。14．化学电源分为一次电池、二次电池和燃料电池，它们在生产生活中具有广泛的应用及发展前景。(1)一种可充电的“锂—空气电池”的工作原理如图1所示。①电池放电过程中，金属锂发生______(填“氧化”或“还原”)反应。②电池正极的反应式为_______。(2)镍镉电池是二次电池，其工作原理如图2所示(L为小灯泡，K1、K2为开关，a、b为直流电源的两极)。①断开K2、闭合K1，此时镍镉电池的能量转化形式为______。②电极B发生氧化反应过程中，溶液中KOH浓度______(填“增大”、“减小”或“不变”)。(3)研究HCOOH燃料电池性能的装置如图3所示，两电极之间用允许K+、H+通过的半透膜隔开。①电池负极的电极反应式为______；放电过程中需补充的物质A为______(填化学式)。②电池工作时每消耗标准状况下22.4LO2，电路中转移电子的数目为______NA。【答案】(1)

氧化

O2+4e+2H2O=4OH(2)

化学能→电能

减小(3)

HCOO+2OH2e=HCO+H2O

H2SO4

4【详解】（1）金属锂做负极，发生氧化反应，空气中的氧气在正极反应，正极电极反应式O2+4e+2H2O=4OH，答案：氧化；O2+4e+2H2O=4OH；（2）断开K2、闭合K1，是原电池，化学能转化为电能，A做负极发生氧化反应，B做正极，发生还原反应。当断开K1、闭合K2，是电解池，B做阳极，总方程式Cd（OH）2+2Ni（OH）2+2OH=Cd+2NiOOH+2H2O，溶液中KOH浓度减小，答案：化学能→电能；减小；（3）①HCOOH燃料电池，左侧做负极，右侧做正极，由图示可知，电池负极上的HCOO被氧化为CO2，负极电极反应式为HCOO+2OH2e=HCO+H2O，正极反应式Fe3++e=Fe2+，加入物质A发生的离子反应为4Fe2++4H++O₂=4Fe3++2H2O，消耗H+，K2SO4从装置中流出，故加入物质A为H2SO4，电池总反应为：2HCOOH+2OH+O2=2HCO+2H20。②理论上每消耗标准状况下22.4LO2，即1mol氧气,转移4mol电子，即电路中转移的电子数目为4NA。故答案：HCOO+2OH2e=HCO+H2O；H2SO4；4。15．人们常常利用化学反应将化学能转化为热能、电能等其他形式的能量，用于生产、生活和科研。请回答下列问题：(1)下图表示氢气燃烧生成水蒸气的物质及能量变化。已知1mol氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量245kJ。则图中x为_______。(2)为实现低碳环保的目标，北京冬奥会各赛区推广使用氢氧燃料电池汽车。某种氢氧燃料电池的内部结构示意图如下。①a处通入_______，右侧的电极反应式为_______。②若电路中通过3mol电子，则负极消耗物质的质量为_______g。【答案】(1)930(2)

3【详解】（1）断键吸热、成键放热，1mol氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量245kJ，则断裂1mol氢气和0.5mol氧气中的化学键吸收的能量比生成1mol水中的化学键放出的能量小245kJ，则x=436+249+245=930kJ。（2）①由图示可知，电子由a经导线向b移动，a是负极，发生氧化反应，a处通入H2，右侧为正极，正极氧气得电子生成水，电极反应式为O2+4e+4H+=2H2O。②负极发生反应H22e=H+，若电路中通过3mol电子，则负极消耗1.5mol氢气，质量为3g。16．Ⅰ．为了研究化学反应A+B=C+D的能量变化情况，某同学设计了如图所示装置。当向盛有A的试管中滴加试剂B时，看到U形管中甲处液面下降乙处液面上升。试回答下列问题：(1)该反应为_____反应(填“放热”或“吸热”)。(2)A和B的总能量比C和D的总能量_____(填“高”或“低”)。(3)该反应的物质中的化学能通过化学反应转化成_____释放出来。(4)该反应的反应物化学键断裂吸收的能量____(填“高”或“低”)于生成物化学键形成放出的能量。Ⅱ．在一个小烧杯里加入约20g已研磨成粉末的氢氧化钡晶体[Ba(OH)2•8H2O]，将小烧杯放在事先已滴有3~4滴水的玻璃片上，然后向烧杯内加入约10g氯化铵晶体，并立即用玻璃棒迅速搅拌。试回答下列问题：(5)写出反应的化学方程式：_____。(6)实验中要立即用玻璃棒迅速搅拌的原因是_____。(7)如果没有看到“结冰”现象，我们还可以采取哪些方式来说明该反应吸热?_____(答出两种方案)。(8)“结冰”现象说明该反应是一个_____(填“放出”或“吸收”)能量的反应。(9)该反应在常温下就可进行，说明_____。【答案】(1)放热(2)高(3)热能(4)低(5)Ba(OH)2•8H2O+2NH4Cl=BaCl2+2NH3+10H2O(6)使反应物充分混合，迅速发生反应，使实验现象更加明显(7)在烧杯内的反应物中插入温度计，通过测量，发现反应后温度计的示数下降，说明该反应是吸热反应；用皮肤感受，感觉烧杯外壁很凉，说明该反应为吸热反应；用手触摸烧杯外壁，感觉烧杯外壁很凉，说明该反应为吸热反应；(8)吸热(9)有的吸热反应不需要加热也能发生(或反应放热还是吸热，与反应条件无关)。【分析】断裂反应物的化学键吸收能量，形成生成物是化学键释放能量，反应热等于断键吸收能量与形成生成物化学键释放的能量差。放热反应导致反应体系温度升高，吸热反应导致体系温度降低。【详解】（1）由题意可知：U形管中甲处液面下降，乙处液面上升，说明化学反应A+B=C+D为放热反应，反应放出热量导致广口瓶中气体受热体积膨胀，导致U形管中甲处液面下降，乙处液面上升；（2）该反应是放热反应，说明反应物A和B的总能量比生成物C和D的总能量高；（3）该反应是放热反应，说明反应物化学键断裂吸收的能量低于生成物化学键形成放出的能量。即该反应的物质中的化学能通过化学反应转化成热能释放出来；（4）由于反应热等于断裂反应物化学键吸收的能量与形成生成物化学键释放的总能量的差。该反应是放热反应，说明该反应的反应物化学键断裂吸收的能量小于生成物化学键形成放出的能量；（5）氢氧化钡晶体[Ba(OH)2•8H2O]与NH4Cl混合反应产生BaCl2、NH3、H2O，反应方程式为：Ba(OH)2•8H2O+2NH4Cl=BaCl2+2NH3+10H2O；（6）实验中要立即用玻璃棒迅速搅拌的原因是使反应物充分混台，迅速发生反应，使实验现象更加明显；（7）如果没有看到“结冰”现象，可以采取如下措施证明反应是放热反应：在烧杯内的反应物中插入温度计，反应后温度计示数下降，说明该反应是吸热反应；或用手触摸烧杯外壁，感觉烧杯外壁很凉，说明该反应为吸热反应；（8）旧化学键断裂吸收能量，新化学键形成放出能量，“结冰”现象说明该反应为吸热反应；（9）该反应在常温下就可以进行，说明有的吸热反应不需要加热也可发生，或反应放热还是吸热，与反应条件无关。模块二：培优试题精选1．利用垃圾假单胞菌株分解有机物的电化学原理如图所示。下列说法正确的是A．电子流向：电极B→负载→电极AB．电极A上的反应式为：C．若有机物为葡萄糖，处理0.25mol有机物，电路中转移电子6molD．若B电极上消耗标准状况下氧气22.4L，B电极区域溶液增重32g【答案】C【详解】A．由题中信息可知该装置为原电池，A为负极，B为正极，电子由负极流出沿导线流入正极，所以电子流向：电极A→负载→电极B，A错误；B．观察图中信息知X生成Y少了2个氢原子，化合价升高2，A电极的反应式为：，B错误；C．葡萄糖分子式C6H12O6，反应后生成CO2，C元素由0价升高到+4价，处理0.25mol有机物，电路中转移电子，C正确；D．B电极上消耗标准状况下氧气22.4L，即消耗1molO2，质量为32g，O2+4e+4H+=2H2O，为维持电荷守恒，有4molH+由左侧移向右侧，所以B电极区域溶液增重32g+4g=36g，D错误；故答案选C。2．阅读材料回答问题：锂—铜空气燃料电池容量高、成本低。该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电能，放电时发生反应：2Li＋Cu2O＋H2O=2Cu＋2Li＋＋2OH－，下列说法不正确的是A．通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2OB．放电时，正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．放电时，Li＋透过固体电解质向Cu极移动D．整个反应过程中，总反应为：4Li+O2+2H2O=4LiOH【答案】B【分析】根据放电过程中总反应：2Li＋Cu2O＋H2O=2Cu＋2Li＋＋2OH－可知，Li元素化合价由0价变为＋1价、Cu元素化合价由＋1价变为0价，则Li为负极，电极反应式为Lie=Li+、Cu电极为正极，反应式为：，放电时电解质中阳离子向正极移动，据此分析解答。【详解】A．通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O，方程式为：，A正确；B．根据放电时发生反应：2Li＋Cu2O＋H2O=2Cu＋2Li＋＋2OH－，可知正极反应式为：，B错误；C．，Li＋带正电荷，应向电源的正极移动，铜电极为电源正极，C正确；D．根据反应的方程式：，2Li＋Cu2O＋H2O=2Cu＋2Li＋＋2OH－，可得总的方程式为4Li+O2+2H2O=4LiOH，D正确；故本题选B。3．现用如图所示装置来测定某原电池工作时在一段时间内通过导线的电子的物质的量。量筒的规格为1000mL，电极材料是镁片和铝片。下列有关说法正确的是A．b电极材料是镁片B．电流经a流向bC．若用NaOH溶液代替稀硫酸，溶液中的OH移向铝片一极D．当量筒中收集到672mL气体时，通过导线的电子的物质的量为0.06mol【答案】C【分析】根据原电池的工作原理，由装置图知，电极b产生气体，则b为正极，电极b为铝片，电极反应式为：2H++2e=H2↑；电极a为镁片，作负极，电极反应式为：Mg2e=Mg2+，电流经正极流向负极，阳离子移向正极，阴离子移向负极，据此分析作答。【详解】A．由分析知，b电极材料为铝片，A项错误；B．由分析知，电极a为负极，电极b为正极，电流由正极流向负极，即电流经b流向a，B项错误；C．用NaOH溶液代替稀硫酸，则铝作负极，阴离子移向负极，则溶液中的OH移向铝片一极，C项正确；D．未说明标况，无法计算量筒中收集气体的物质的量，无法计算通过导线的电子的物质的量，D项错误；答案选C。4．利用下列原电池，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示，下列有关说法不正确的是A．电极A为负极，发生氧化反应B．电流从电极B经导线流向电极A，再经电解质溶液回到电极BC．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜D．当有4.48L(标准状况)被处理时，转移电子物质的量为0.6mol【答案】D【分析】由题干装置图可知，左池通入NH3生成N2，失去电子，电极A为原电池的负极，反应式为2NH36e+6OH=N2+6H2O，右池通入NO2生成N2，得到电子，电极B为原电池的正极，反应式为2NO2+8e+4H2O=N2+8OH，据此分析解题。【详解】A．由分析可知，电极A为原电池的负极，发生氧化反应，A正确；B．由分析可知，电极A为负极，电极B为正极，电子有负极A经导线流向正极B，但电子不能经过电解质溶液，B正确；C．为使电池持续放电，正极区生成的不断通过阴离子交换膜进入负极区，C正确；D．当有(标准状况)被处理时，由分析中反应可知，转移的电子物质的量为0.8mol，D错误；故答案为D。5．“太阳水”电池装置如图所示，该电池由三个电极组成，其中a为TiO2电极，b为Pt电极，c为WO3电极，电解质溶液为pH=3的Li2SO4H2SO4溶液。锂离子交换膜将电池分为A、B两个区，A区与大气相通，B区为封闭体系并有N2保护。下列关于该电池的说法正确的是A．若将a、c用导线连接，a为正极且电极附近溶液pH减小B．若将a、c用导线连接，Li+透过锂离子交换膜向左侧迁移C．若将b、c用导线连接，可实现太阳能向电能转化D．若将b、c用导线连接，c电极的电极反应式为HxWO3xe=WO3+xH+【答案】D【分析】a极为H2O→O2发生了氧化反应，在原电池中应该为负极。b极为空气→H2O，发生了还原反应，在原电池中应该为正极。【详解】A．若a、c相连，a极反应为为H2O4e=O2↑+4H+，该极产生了H+pH降低，A项错误；B．若a、c相连，a极为负极c为正极，Li+通过离子交换膜移向右侧移动，B项错误；C．b、c连接，b为正极，c为负极。没有涉及到太阳能的转化问题，C项错误；D．b、c连接，b为正极，c为负极发生氧化反应即HXWO3→WO3，反应方程式为HxWO3xe=WO3+xH+，D项正确；故选D。6．一种新型无隔膜可充电电池，水系电池以锌箔、石墨毡为集流体，和的混合液作电解质溶液，工作原理如图所示。下列说法正确的是A．过程I为充电过程，a接电源的正极B．为增强电池效率，可向电解液中加入硫酸以增强溶液的导电性C．过程II为放电过程，石墨毡极的电极反应式为D．放电时，当外电路转移2mol时，两电极质量变化的差值为22g【答案】D【详解】由图可知，水系可充电电池放电时即过程Ⅱ，锌箔作负极，电极反应式为Zn2e=Zn2+，石墨为正极，电极反应式为MnO2+4H++2e=Mn2++2H2O，充电时即过程Ⅰ，锌箔作阴极，电极反应式为Zn2++2e=Zn，石墨为阳极，电极反应式为，据此作答。A．过程Ⅰ为充电过程，a接电源的负极，A项错误；B．向电解液中加入硫酸﹐硫酸与二氧化锰反应，电池效率降低，B项错误；C．过程Ⅱ为放电过程，石墨为正极，电极反应式为MnO2+4H++2e=Mn2++2H2O，C项错误；D．放电时即过程Ⅱ，锌箔作负极，电极反应式为Zn2e=Zn2+，石墨为正极，电极反应式为MnO2+4H++2e=Mn2++2H2O，当外电路有2mol电子转移时，负极减少65克，正极减少88克，两极质量差为8865=22克，D项正确。故选D。7．（多选题）一种微生物燃料电池如图所示，下列关于该电池说法正确的是A．a电极为正极，发生还原反应B．H+由左室通过质子交换膜进入右室C．当b电极上产生lmolN2时，溶液中将有l0mole通过D．b电极反应式为：2NO+10e+12H+=N2↑+6H2O【答案】BD【分析】由图可知，电极a为燃料电池的负极，葡萄糖在负极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳，电极反应式为C6H12O6—24e—+6H2O=6CO2↑+24H＋，电极b为正极，硝酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成氮气和水，电极反应式为2＋10e—＋12H＋=N2↑＋6H2O。【详解】A．由分析可知，电极a为燃料电池的负极，故A错误；B．燃料电池工作时，氢离子向正极移动，由左室通过质子交换膜进入右室，故B正确；C．由分析可知，电极b为正极，硝酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成氮气和水，则当b电极上产生lmolN2时，导线中将有lmol×5×2=l0mole—通过，故C错误；D．由分析可知，电极b为正极，硝酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成氮气和水，电极反应式为2＋10e—＋12H＋=N2↑＋6H2O，故D正确；故选BD。8．电化学技术在处理污染气体领域的应用广泛。(1)利用反应构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放，又能提供电能，装置如图所示。①A电极的电极反应式为___________。②下列关于该电池的说法正确的是___________。A．电子从右侧电极经过负载后流向左侧电极B．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜C．电池工作一段时间，溶液的不变D．当有被处理时，转移电子物质的量为(2)以含废气为原料，用电化学方法制取硫酸。装置如图。写出负极电极反应式___________。若发电厂利用上述装置处理含废气，电池输出电压为，每天处理废气约为(标准状况)，废气中体积分数为2.24％。则该电池每天提供___________电能。(的电量为)【答案】(1)

B(2)

804【详解】（1）①根据总反应知NH3中N元素从3价升高到0价，失去电子，因此A电极为负极，电极反应式为：。②A．电极A为负极，电子从左侧电极经负载流向右侧电极，A错误；B．B极为正极，电极反应式为，而负极则消耗，为使电池持续供电，正极生成的必须通过离子交换膜转移到负极区，故选用阴离子交换膜，B正确；C．根据总反应知，反应生成水，会稀释电解质溶液，因此溶液pH会改变，C错误；D．利用摩尔体积计算时，必须指明温度与压强，D错误；故选B。（2）以制取，S元素化合价升高，失去电子，因此A电极为负极，电极反应式为：，依题意，每天处理的体积为（标准状况），转移电子的总电量为，根据电能公式、电流公式，该电池每天提供的电能为：，按转换后得：。9．回答下列问题：(1)根据氧化还原反应：Cu(s)+2Ag+(aq)=Cu2+(aq)+2Ag(s)设计原电池，若用铜、银做两个电极，开始两电极质量相等，当电路中转移0.01mol电子时两电极的质量差为____g。(2)某种燃料电池的工作原理示意如图所示，a、b均为惰性电极。①假设使用的“燃料”是氢气(H2)，则a极的电极反应式为____。若电池中氢气(H2)通入量为224mL(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电流表的电量为____C。(已知一个电子所带电量为1.6×10−19C，NA约为6.02×1023mol−1)。②假设使用的“燃料”是甲醇(CH3OH)，则a极的电极反应式为____，如果消耗甲醇160g，假设化学能完全转化为电能，则转移电子的数目为____(用NA表示)。(3)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如图所示，电池总反应为4VB2+11O2+20OH－+6H2O=8B(OH)+4VO。VB2电极发生的电极反应为____。【答案】(1)1.4(2)

H2−2e－+2OH－=2H2O

1.93×103

CH3OH−6e－+8OH－=CO+6H2O

30NA(3)VB2+16OH－−11e－=VO+2B(OH)+4H2O【解析】（1）Cu(s)+2Ag+(aq)=Cu2+(aq)+2Ag(s)设计原电池，若用铜、银做两个电极，开始两电极质量相等，当电路中转移0.01mol电子时，则负极有0.005mol铜溶解，正极有0.01mol银生成，因此两电极的质量差为0.01mol×108g∙mol−1+0.005mol×64g∙mol−1＝1.4g；故答案为：1.4；（2）①假设使用的“燃料”是氢气(H2)，根据图中电子转移方向得到a为负极，b为正极，则a极的电极反应式为H2−2e－+2OH－=2H2O。若电池中氢气(H2)通入量为224mL(标准状况)即物质的量为0.01mol，且反应完全，电子转移为0.02mol，则理论上通过电流表的电量为0.02mol×6.02×1023mol−1×1.6×10−19C≈1.93×103C；故答案为：H2−2e－+2OH－=2H2O；1.93×103；②假设使用的“燃料”是甲醇(CH3OH)，甲醇失去电子变为碳酸根，则a极的电极反应式为CH3OH−6e－+8OH－=CO+6H2O，如果消耗甲醇160g即物质的量为5mol，假设化学能完全转化为电能，则转移电子的数目为5mol×6×NAmol−1=30NA；故答案为：CH3OH−6e－+8OH－=CO+6H2O；30NA；（3）根据电池总反应为4VB2+11O2+20OH－+6H2O=8B(OH)+4VO，则VB2电极为负极，反应生成B(OH)、VO，则该电极发生的电极反应为VB2+16OH－−11e－=VO+2B(OH)+4H2O；故答案为：VB2+16OH－−11e－=VO+2B(OH)+4H2O。10．通过电解、的混合溶液得到普通干电池中的锌与，某研究小组设计了如下图所示的实验探究装置。回答下列问题：(1)燃料电池的优点是_______，图中是将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，负极的电极反应为_______。(2)闭合开关后，铝电极上的产物是_______，一段时间后阳极附近溶液的pH_______(填“增大”、“不变”或“减小”)，电解、的混合溶液的阳极反应式为_______(3)假定燃料电池中的化学能完全转化为电能，负极每消耗2.24L(标况)，电解池中回收制得单质，电解池的能量利用率为_______。【答案】(1)

能量转化率高，环境友好

(2)

Zn(或锌)

减小

(3)75%【解析】（1）燃料电池的优点是能量转化率高，环境友好；燃料电池中，通入燃料的一极为原电池的负极，则甲烷燃料电池中，通入甲烷的一极为原电池的负极，甲烷在碱性溶液中失电子最终变成碳酸根离子，负极的电极反应为。（2）由装置图可知，铝极连接着燃料电池的负极，铝极为电解池的阴极，阴极上发生得到电子的反应，由电解池中的溶质可知，铝电极上的产物是Zn(或锌)；阳极放电的物质是水电离产生的氢氧根离子，氢氧根离子浓度减小，促进水的电离，氢离子浓度增加，则一段时间后阳极附近溶液的减小，电解、的混合溶液的阳极反应式为。（3）根据上述分析可知电解池铝电极析出锌单质，其电极方程式为Zn2++2e=Zn，燃料电池中负极每消耗（标准状况）CH4，电路中转移的电子物质的量为，根据串联电路上得失电子数守恒可知理论上能得到的锌的质量为65g/mol×=26g，则电解池的能量利用率为。11．Ⅰ．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)实验室用FeSO4·7H2O固体和蒸馏水配制FeSO4溶液时，还需要加入少量铁粉和___________(写物质名称)。(2)电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2+)增大，石墨电极上未见Fe析出。则石墨电极的电极反应式为___________，因此，验证了Fe2+氧化性小于___________(写化学符号，下同)，还原性小于___________。Ⅱ．工业废水中常含有一定量有毒的和，必须进行处理。常用的处理方法有两种。方法一：还原沉淀法该法的工艺流程为：↓(3)第①步存在平衡：2(黄色)+2H+(橙色)+H2O。若平衡体系的pH=2，则溶液显___________色。(4)第②步中，还原1mol离子，需要___________molFeSO4·7H2O。方法二：电解法该法用Fe做电极电解含的酸性废水，随着电解进行，阴极附近溶液pH升高，产生Cr(OH)3沉淀。(5)用Fe做电极的原因为___________。(6)溶液中同时生成的沉淀还有___________(写化学式)。【答案】(1)硫酸(2)

Fe3++e=Fe2+

Fe3+

Fe(3)橙色(4)6(5)阳极反应为Fe2e═Fe2+，以提供还原剂Fe2+(6)Cr（OH）3【解析】（1）FeSO4溶液易被氧化为硫酸铁，加入铁可以防止Fe2+被氧化；Fe2+离子在水溶液中水解使配制的溶液变浑浊，加入少量硫酸可以抑制二价铁离子的水解。（2）电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c（Fe2+）增加，石墨电极上未见Fe析出，这是因为石墨电极上Fe3+得到电子被还原为Fe2+，故石墨电极发生的电极反应式为Fe3++e=Fe2+，总反应方程式为2Fe3++Fe=3Fe2+，Fe3+为氧化剂，Fe2+为氧化产物，由于氧化剂的氧化性比氧化产物的强，所以氧化性：Fe2+＜Fe3+，Fe2+还原性小于Fe。（3）第①步存在平衡：2(黄色)+2H+(橙色)+H2O，若平衡体系的pH=2，溶液呈酸性，平衡正向移动，则溶液显橙色。（4）第②步中，离子中的Cr由+6价降低为+3价，亚铁离子由+2价升高为+3价，根据得失电子守恒，还原1mol离子，需要mol=6molFeSO4·7H2O。（5）在电解法除铬中，铁作阳极，阳极反应为Fe2e═Fe2+，以提供还原剂Fe2+。（6）在阴极附近溶液pH升高的原因是水电离产生的H+放电生成H2：2H++2e═H2↑；同时大量产生了OH，产生Cr（OH）3沉淀。12．为了解决能源的可再生及将变废为宝等问题科学家借鉴自然界的光合作用原理通过“人工”光合作用合成了甲醇等液态燃料，因此甲醇又被称为液态太阳燃料。液态太阳燃料的合成及应用如图甲所示。请回答：(1)联系自然界的光合作用原理，并结合图甲，写出“人工”光合作用的化学方程式：___________；在图示转化过程中，太阳能除了储存在甲醇中，还储存在___________(填化学式)中。(2)图中热催化过程的反应原理为。已知：2H2+O2(g)=2H2O(g)△H1=483.6kJ/mol；2CH3OH(g)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g)△H2=1352.86kJ/mol，则可求得___________。(3)已知H﹣H键能为436KJ/mol，H﹣N键能为391KJ/mol，根据化学方程式：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)△H=﹣92KJ/mol，则N≡N键的键能是___________。(4)已知反应：HCl(g)=H2(g)+Cl2(g)△H=+92.3kJ•mol﹣1，则反应H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)的△H为___________。【答案】(1)

2CO₂+4H₂O2CH3OH+3O₂或2H₂O2H₂+O2、CO₂+3H₂CH3OH+H₂O

H₂(2)48.97KJ/mol(3)946kJ/mol(4)+184.6kJ/mol【详解】（1）由液态阳光燃料的合成示意图分析可知，排放在空气中的CO₂与H₂O电解产生的H₂在太阳能的条件下发生反应生成CH3OH，反应的化学方程式为2CO₂+4H₂O2CH3OH+3O₂或2H₂O2H₂+O2、CO₂+3H₂CH3OH+H₂O；由图示可知太阳能除了储存在甲醇中，还储存在H₂中。（2）。根据反应①2H2+O2(g)=2H2O(g)△H1=483.6kJ/mol；②2CH3OH(g)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g)△H2=1352.86kJ/mol，由盖斯定律可得,代入数值可得△H=48.97KJ/mol。（3）反应热=反应物的总键能生成物的总键能，故x+3×436kJ/mol2×3×391kJ/mol=92kJ/mol，解得：x=946kJ/mol。（4）根据反应：HCl(g)=H2(g)+

Cl2(g)△H=+92.3kJ/mol，则反应H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)的△H为2×(+92.3kJ/mol)=+184.6kJ/mol。13．二甲醚()是重要的化工原料，也是一种清洁的能源，可用和制得，由合成气制备二甲醚的主要原理如下：①

②

③

(1)反应的_______；该反应的平衡常数_______(用、、表示)。(2)下列措施中，能提高①中产率的有_______。A．使用过量的 B．升高温度 C．增大压强 D．使用催化剂(3)将合成气以通入的反应器中，一定条件下发生反应：

，其中的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图所示，下列说法正确的是_______(填字母)。A．B．C．若在和316℃时，起始时，则平衡时，小于50%(4)采用一种新型的催化剂(主要成分是的合金)，利用和制备二甲醚(DME)。观察图，当约为_______时最有利于二甲醚的合成。(5)下图为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图，a极生成的气体是_______，b电极的电极反应式为_______。(6)甲醇液相脱水法制二甲醚的原理是：，。与合成气制备二甲醚比较，该工艺的优点是反应温度低，转化率高，其缺点是_______。【答案】(1)

−246.1

(2)AC(3)AB(4)2~3(5)

二氧化碳

(6)H2SO4腐蚀设备或有硫酸废液产生【分析】(1)据盖斯定律由已知的热化学方程式乘以相应的数值进行加减，来构造目标热化学方程式，从而计算反应热和反应平衡常数；(2)提高反应①中的产率，使平衡正向移动即可；(3)由图可知升高温度CO转化率减小，可知升高温度平衡逆向移动；为气体体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，CO转化率增大；(4)由图可知，最高点时对应转化率、选择性较大，有利于二甲醚的合成；(5)酸性条件下，二甲醚失电子生成二氧化碳；(6)根据硫酸的性质分析。【详解】（1）已知①

；②

；③

；根据盖斯定律，①×2＋②＋③得△H＝(−90.7×2−23.5−41.2)kJ•mol−1＝−246.1kJ•mol−1；该反应平衡常数为；故答案为−246.1，；（2）提高反应①中的产率，使平衡正向移动即可；A．使用过量的，增加反应物，可使平衡正向移动，故A符合题意；B．该反应焓变为负，升高温度平衡逆向移动，故B不符合题意；C．该反应为气体体积减少，增大压强反应正向移动，故C符合题意；D．催化剂影响反应速率，不影响反应平衡，故D不符合题意；故答案选AC；（3）A．由图可知升高温度CO转化率减小，可知升高温度平衡逆向移动，，故A正确；B．该反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，CO转化率增大，则，故B正确；C．若在和316℃时，起始时>2，增大氢气的量可促进CO的转化，则平衡时，大于50%，故C错误；故答案选AB；（4）由图可知，最高点时对应转化率、选择性较大，有利于二甲醚的合成，即催化剂中约为2~3时最有利于二甲醚的合成；故答案为2~3；（5）酸性条件下，二甲醚在负极失电子生成二氧化碳，其电极反应式为：；b极为正极，发生还原反应，方程式为；故答案为二氧化碳；；（6）该反应有硫酸参加，因为硫酸是强酸，具有较强的腐蚀性，能腐蚀设备；故答案为H2SO4腐蚀设备或有硫酸废液产生。【点睛】本题考查了热化学方程式和盖斯定律计算，等效平衡，化学平衡的计算，化学电源新型电池等，为高频考点，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，难度较大，注意化学平衡的计算是关键。14．I.如图所示，A、B、C、D为惰性电极，回答下列问题：(1)乙装置为_______(填“原电池”或“电解池”)。(2)工作一段时间后，甲中出现浑浊，甲中发生反应的化学方程式为_______。(3)丁装置欲在铁上镀银，则极板M的材料为_______。(4)工作一段时间后，丙中C、D两极上都产生2.24L气体(标准状况)，C极气体为_______(填化学式)，欲使溶液恢复到起始状态，可向溶液中加入_______(填序号)。A．CuOB．Cu2(OH)2CO3C．Cu(OH)2D．CuCO3(5)当A电极产生22.4L气体(标准状况)，理论上乙中PbO2电极质量改变_______g。II.全钒液流电池的寿命远远高于铅酸蓄电池，图为其基本工作原理示意图，两电极可为惰性电极，为保证电池稳定运行，“隔膜”选用质子交换膜，钒电池是以溶解于一定浓度硫酸溶液中的不同种类的钒离子(V2+、V3+、VO2+、)为正极和负极电极反应的活性物质，电池总反应为VO2++V3++H2OV2+++2H+，放电时，H+由B区通过隔膜移动到A区。回答下列问题：(6)放电时，A为电池的_______区(填“正极”或“负极”)，B区电解液含有的钒离子为_______。(7)充电时，B区发生的电极反应式为_______。【答案】(1)原电池(2)(3)铁(4)

H2

C(5)64(6)

正极

VO2+、(7)【分析】A、B、C、D全部为惰性电极，丁装置为电镀装置，故乙装置为原电池装置，Pb为负极，PbO2为正极，甲、丙、丁池均为电解池装置，从左向右电极依次为：A阴极、B阳极、C阴极、D阳极、M阴极、N阳极。（1）根据分析，乙为原电池装置；（2）甲为电解池装置，电解氯化镁溶液，产生的浑浊为氢氧化镁沉淀，电池的总反应式为：；（3）欲在铁上镀银，则银在阳极，铁在阴极，根据分析M为阴极，故极板M的材料为铁；（4）丙装置为电解硫酸铜溶液，C为阴极，电极反应为，铜离子反应完后，故C极产生的气体为H2；D为阳极，电极反应为，当两电极均产生标况下2.24L气体时，气体的物质的量均为0.1mol，此时生成0.1molCu，0.1molH2，0.1molO2，欲使溶液恢复到起始状态，需要补充Cu(OH)20.1mol，故选C；（5）A阴极，电极反应为：，产生22.4L气体(标准状况)即1molH2时，电路中转移的电子的物质的量为2mol，在乙池中PbO2电极发生的电极反应为：，生成硫酸铅的物质的量为1mol，质量变化为1molPbO2和1molPbSO4的质量差值，为64g；（6）放电时阳离子移向正极，而H+由B区通过隔膜移动到A区，故A极为正极；B极为负极，根据电池总反应，负极VO2+发生氧化反应得到，故B极区所含的钒离子为：VO2+、；（7）充电时B极为阴极，阴极上发生还原反应，电极反应式为：。15．以菱铁矿(主要成分是碳酸亚铁)为原料制取铁的流程如图：(1)“浸取”时通常将菱铁矿石进行粉碎，其目的_______；(2)“氧化”时发生反应的离子方程式：_______；(3)“沉淀”时发生反应的离子方程式：_______；(4)现有如下两个反应：①②。根据两反应本质，判断能设计成原电池的反应是_______(填序号)。该电池的正极材料是_______。(5)锌锰干电池是最早使用的化学电池，其基本构造如图1所示：电路中每通过，负极质量减少_______g；工作时在正极放电产生两种气体，其中一种气体分子是的微粒，正极的电极反应式是_______。(6)图2为氢氧燃料电池原理示意图。该燃料电池正极的电极反应式_______。若导线中通过个电子，负极消耗气体的体积为_______(标况下)。(7)直接乙醇燃料电池()具有很多优点。现有以下三种乙醇燃料电池。①碱性乙醇燃料电池中，电极a上发生的电极反应式为_______。②酸性乙醇燃料电池中，电极a上发生的电极反应式为_______。③熔融碳酸盐乙醇燃料电池中，电极b上发生的电极反应式为_______。【答案】(1)增大接触面积，加快反应速率(2)(3)(4)

②

石墨或惰性电极(5)

13.0

(6)

44.8L(7)

【分析】菱铁矿的主要成分为FeCO3在浸取过程中与稀硫酸反应生成FeSO4，氧化过程时H2O2与FeSO4发生氧化还原反应生成Fe2(SO4)3，氧化后溶液中加入氨水可发生复分解反应生成氢氧化铁的红褐色沉淀，Fe(OH)3经过高温灼烧变成Fe2O3，Fe2O3在高温下与还原性物质（CO、H2、C）发生氧化还原反应生成铁单质，据此答题。（1）菱铁矿与稀硫酸发生浸取时通常将矿石进行粉碎其目的是增大接触面积，加快反应速率；（2）浸取时FeCO3与稀硫酸反应生成FeSO4，加入强氧化性物质H2O2与FeSO4发生氧化还原反应的离子方程式为：；（3）氧化时将亚铁离子变为铁离子，加入氨水产生氢氧化铁的红褐色沉淀，发生反应的离子方程式为：；（4）反应①为复分解反应，化合价不变，反应②为氧化还原反应，化合价变化，原电池的反应中有电子的转移，则氧化还原反应②可设计为原电池反应；原电池正极得到电子，化合价降低，分析化合价可知Cu化合价升高失去电子为原电池的负极材料，则正极材料为石墨或惰性电极；（5）①由图可知，锌锰电池中，负极材料为Zn，正极材料为石墨，在原电池中整个电路转移的电子数目等于负极失去的电子数目，则负极失去的电子数目为，负极的电极反应式为：，参加反应的Zn的物质的量为0.2mol，则负极质量减轻；②电池工作时离子在正极上产生2种气体，其中一种是的微粒为NH3，另一种为氢气，则正极反应为：；（6）①由图可知氢氧燃料电池中，负极失去电子，正极得到电子，燃料H2通入极为负极，O2通入极为正极，氢离子向正极移动，该燃料电池的正极电极反应式为：；②导线中通过个电子，则负极失去的电子数为，负极的电极反应式为：，参加反应的H2的物质的量为2mol，在标况下负极消耗气体的体积为；（7）①碱性乙醇燃料电池中，电解质溶液为KOH，电解质溶液中传导的离子为，向负极移动，通入乙醇燃料的电极a为负极，则a电极的电极反应式为：；②酸性乙醇燃料电池中，电解质溶液中传导的离子为，通入乙醇燃料的电极a为负极，则a电极的电极反应式为：；③熔融碳酸盐乙醇燃料电池中，电解质传导的离子为，向负极移动，通入乙醇燃料的电极a为负极，由图可知通入乙醇可生成CO2和H2O，则a电极的电极反应式为：；模块三：名校竞赛试题精选1．（2016·广东·高二竞赛）以CH4(g)为燃料可以设计甲烷燃料电池，该电池以稀H2SO4作电解质溶液，其负极电极反应方程式为A．2H++2e=H2 B．CH48e+2H2O=CO2+8H+C．2OH2e=O2+H+ D．CH4+4e=C+H+【答案】B【解析】略2．（2017·广东·高二竞赛）一个容器被多孔隔板分隔成a、b两部分，a中盛放的是质量相等的两种金属氯化物混合物溶液、底部放一薄石墨片，b中盛放ZnCl2溶液、底部放一薄Zn片，这两个薄片可以与其上析出的沉淀一起称量。将溶液进行搅拌，用导线连接两薄片，两电极片质量变化与时间的关系如下表(按称量序号增大的次序，锌和水的反应可忽略不计)：称量编号电极片质量的变化Δm/g石墨Zn片实验前0.000.0010.000.2020.000.403+0.490.564+0.740.645+1.470.886+1.301.047+1.151.188+0.951.379+0.951.37下列说法中，不正确的是A．实验开始前，a中盛放的两种金属氯化物的质量均为18.2gB．初期，石墨增量为0的原因是，两种金属氯化物中的一种被还原，且产物溶于水C．编号3~5的实验过程中发生了反应：Cu2++Cl+e=CuCl↓D．Cl浓度在整个实验过程中的变化情况是：不变→减小→增加→不变【答案】A【解析】略3．（2018·广东·高二竞赛）二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其总反应为：C2H6O+3O2=2CO2+3H2O。下列说法正确的是A．电解质为酸性时二甲醚直接燃料电池的负极反应为O2+4e+4H+=2H2OB．一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生4个电子的电量C．电池在放电过程中，负极周围溶液的pH变小D．碱性条件下，正极反应与酸性条件一致，负极反应不同【答案】C【详解】A．电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为二甲醚失电子生成二氧化碳，结合原子守恒和电荷守恒写出电极反应为：CH3OCH3+3H2O12e=2CO2+12H+，A错误；B．由负极电极反应式：CH3OCH3+3H2O12e=2CO2+12H+，1个二甲醚分子反应可产生12个电子的电量，B错误；C．负极电极反应式：CH3OCH3+3H2O12e=2CO2+12H+，产生H+，pH变小，C正确；D．正极为氧气得电子，酸性电极反应式：O2+4e+4H+=2H2O，碱性的为O2+4e+2H2O=4OH，D错误；故选：C。4．（2017·湖南·高二竞赛）将用导线连接的两根铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入H2和O2，即可产生电流，形成燃料电池，其电池反应为：2H2+O2=2H2O。下列叙述正确的是A．通入H2的电极为正极，通入O2的电极为负极B．正极的电极反应为：O2+2H2O+4e=4OHC．电池工作时溶液中的阳离子向负极移动，阴离子向正极移动D．电池工作时电流由负极通过导线流向正极【答案】B【分析】氢氧燃料碱性电池中，氢气在负极发生失电子的氧化反应，氧气在正极发生得电子的还原反应，据此结合原电池的工作原理分析解答。【详解】A．根据上述分析可知，通入氢气的电极为负极，通入氧气的电极为正极，A错误；B．正极氧气得电子转化为氢氧根离子，其电极反应为：O2+2H2O+4e=4OH，B正确；C．电池工作时溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C错误；D．电池工作时电子由负极通过导线流向正极，而电流则是由正极通过导线流向负极，D错误；故选B。5．（2015·浙江·高二竞赛）硼化钒(VB2)空气电池是目前储电能力最高的电池，电池示意图如下。该电池反应产物分别是B和V最高价氧化物。下列说法正确的是A．反应过程中溶液的pH升高B．电池持续反应过程中，选择性透过膜只能用阳离子选择性膜C．硼化钒属于原子晶体，电路通过1mole时消耗硼化钒的质量为6.596gD．VB2极的电极反应式为：2VB2+2OH22e=2VO+4B(OH)+6H2O【答案】C【解析】略6．（2020秋·甘肃武威·高二校考竞赛）已知反应X+Y=M+N为吸热反应，下列说法中正确的是A．X的能量一定低于M的，Y的能量一定低于N的B．因为该反应为吸热反应，故一定要加热，反应才能进行C．断开反应物中的化学键所放出的能量小于形成生成物中化学键所吸收的能量D．X和Y的总能量低于M和N的总能量【答案】D【详解】A．反应X+Y=M+N为吸热反应，表示反应物X、Y的能量总和比生成物M、N的能量总和小，但不能确定具体哪种物质能量的高低，A错误；B．反应是吸热反应还是放热反应与反应条件是否需加热条件无关，B错误；C．断裂反应物化学键需吸收能量，形成生成物化学键会释放能量。该反应是吸热反应，说明断开反应物中的化学键吸收的总能量比形成生成物中化学键所放出的能量高，C错误；D．反应X+Y=M+N为吸热反应，表示反应物X、Y的能量总和比生成物M、N的能量总和小，D正确；故合理选项是D。7．（2019·上海·高二竞赛）微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如下图所示(a、b为电极)。下列说法正确的是A．a是正极，b是负极B．b电极发生的电极反应为O2+4H++4e→2H2OC．电子从a流出，经质子交换膜流向bD．该电池在高温下进行效率更高【答案】B【分析】根据图示可知，电极b发生电极反应：，电极b得电子，发生还原反应，为正极，电极a为负极，再根据原电池反应原理解答。【详解】A．电极b发生电极反应：，电极b得电子，为正极，电极a为负极，故A错误；B．b电极发生的电极反应：，B正确；C．电子从负极流出，经导线流入正极，故C错误；D．在高温下微生物被杀死，效率更低，故D错误；答案选B。8．（2022春·甘肃武威·高二校考竞赛）下列有关说法不正确的是（

）A．铅蓄电池放电时的负极和正极的质量均增加B．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)在室温下不能自发进行，说明该反应的△H>0C．对于发应2H2O22H2O+O2↑，加入MnO2或升高温度都能加快O2的生成速率D．H2O与金属Na反应生成1molH2，反应中转移的电子数为6.02×1023【答案】D【详解】A．铅蓄电池在放电过程中，负极电极反应式：Pb+SO422e=PbSO4，负极生成PbSO4质量增加，正极电极反应式为PbO2+4H++SO42+2e=PbSO4+2H2O，正极生成PbSO4质量也增加，故A正确；B．该反应为气体增多的反应，所以△S＞0，△HT△S＜0的反应可自发进行，则在室温下不能自发进行，则该反应的△H＞0，故B正确；C．二氧化锰做过氧化氢分解的催化剂，加入二氧化锰能够加快反应速率，升温能够加快任何反应的反应速率，故C正确；D．H2O

与金属Na反应生成1molH2，氢元素化合价由+1价变为0价，转移2mol电子，转移电子数目为2×6.02×1023，故D错误；故答案为D。9．（2020秋·陕西渭南·高二统考竞赛）某实验小组依据反应⇌设计如图1电池，探究pH对氧化性的影响，测得输出电压与pH的关系如图2。下列有关叙述错误的是(

)图1

图2A．c点时，正极的电极反应为=B．b点时，反应处于化学平衡状态C．a点时，盐桥中K+向左移动D．时，氧化性【答案】A【详解】A．pH＞0.68时，电压小于0，反应逆向进行，AsO33－在负极失电子，则负极电极反应式为AsO33－2e+H2O=AsO43+2H+，A选项错误；B．pH=0.68时，电压为零，反应处于平衡状态，B选项正确；C．乙中碘离子失电子，则乙中石墨电极为负极，甲中石墨为正极，原电池中阳离子向正极移动，所以盐桥中K+向左移动，C选项正确；D．pH＞0.68时，电压小于0，反应逆向进行，碘作氧化剂，所以氧化性I2＞AsO43－，D选项正确；答案选A。10．（2018·安徽·高二竞赛）利用微生物可将废水中苯酚的化学能直接转化为电能，装置如图所示。电池工作时，下列说法正确的是()A．a极为正极，发生氧化反应B．b极的电极反应式为：2NO＋12H＋－10e－=N2↑＋6H2OC．中间室的Cl－向左室移动D．左室消耗苯酚(C6H5OH)9.4g时，用电器流过2.4mol电子【答案】C【详解】A．由题图可知，在b极上NO转化为N2，发生得电子的还原反应，故b极为正极，a极为负极，A项错误；B．b极的电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－=N2↑＋6H2O，B项错误；C．原电池中阴离子向负极移动，故C项正确；D．左室消耗苯酚的电极反应式为C6H5OH－28e－＋11H2O=6CO2↑＋28H＋，9.4g苯酚的物质的量为0.1mol，故用电器应流过2.8mol电子，D项错误。故选C。【点睛】对于原电池，不管是一般的原电池、干电池还是燃料电池，都是将化学能转化为电能的装置。负极，失电子，发生氧化反应；正极，得电子，发生还原反应。电子由负极沿导线流入正极，电流由正极沿导线流入负极；阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。这些模式是相同的，所以只要我们记住了一般原电池中电极发生的变化、电子流动及离子迁移方向，就可类推其它类型的原电池。11．（2019春·河南鹤壁·高一鹤壁高中校考竞赛）如图所示，装置在常温下工作（溶液体积变化忽略不计）。闭合K，灯泡发光。下列叙述中不正确的是A．当电路中有1.204×1022个电子转移时，乙烧杯中溶液的c(H+)约为0.1mol•L1B．电池工作时，盐桥中的K+移向甲烧杯C．电池工作时，外电路的电子方向是从a到bD．乙池中的氧化产物为SO42【答案】C【分析】图中装置为双液原电池，反应中高锰酸钾被还原，在酸性条件下生成Mn2+，甲中电极为原电池的正极，乙中亚氢硫酸钠被氧化，为原电池的负极，被氧化生成SO42，结合电极方程式解答该题；【详解】A.乙中电极反应为HSO32e+H2O=SO42+3H+，则当电路中有1.204×1022个电子转移时，即0.02mol电子转移时，乙中生成0.03molH+，c(H+)=0.03mol/0.3L=0.1mol/L，故不选A；B.甲为正极，电池工作时，阳离子移向正极，故不选B；C.电池工作时，外电路的电子方向应该从负极到正极，即从b到a，故选C；D.乙中电极反应为HSO32e+H2O=SO42+3H+，氧化产物为SO42，故不选D；答案：C。【点睛】双液原电池的理解是关键，负极：HSO32e+H2O=SO42+3H+；正极：MnO4+8H++5e=Mn2++4H2O。12．（2013·湖北·高二竞赛）人工光合作用能够借助太阳能，用CO2和H2O制备化学原料。下图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图，下列说法不正确的是A．该过程是将太阳能转化为化学能的过程B．催化剂a表面发生氧化反应，有O2产生C．催化剂a附近酸性减弱，催化剂b附近酸性增强D．催化剂b表面的反应是CO2+2H++2e一=HCOOH【答案】C【分析】根据装置图中电子的流向，判断催化剂a为负极电极反应：2H2O4e═O2+4H+，酸性增强；催化剂b为正极，电极反应：CO2+2H++2e═HCOOH，酸性减弱，总的电池反应为2H2O+2CO2═2HCOOH+O2，该过程把太阳能转化为化学能【详解】A、过程中是光合作用，太阳能转化为化学能，故A正确；B、催化剂a表面发生氧化反应，有O2产生，故B正确；C、催化剂a附近酸性增强，催化剂b附近酸性条件下生成弱酸，酸性减弱，故C错误；D、催化剂b表面的反应是通入二氧化碳，酸性条件下生成HCOOH，电极反应为：CO2+2H++2e一═HCOOH，故D正确；故选C。13．（2011·河北·高二竞赛）LiAl/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：2Li++FeS+2e=Li2S+Fe；有关该电池的下列说法中，正确的是A．LiAl在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为+1价B．该电池的电池反应式为：2Li+FeS=Li2S+FeC．负极的电极反应式为Al3e=Al3+D．充电时，阴极发生的电极反应式为：Li2S+Fe2e=2Li++FeS【答案】B【详解】A.Li—Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为0价，A错误；B.该电池的负极反应式为Lie=Li+，正极的电极反应式为：2Li++FeS+2e=Li2S+Fe，电池正反应为2Li+FeS=Li2S+Fe，B正确；C.负极反应式为Lie=Li+，C错误；D.充电时总反应为Li2S+Fe=2Li+FeS，阴极电极反应式为Li++e=Li，D错误；答案选B。14．（2020秋·甘肃武威·高二校考竞赛）在下列反应中,反应物的总能量低于生成物的总能量的是A．2H2+O22H2O B．CaCO3CaO+CO2↑C．CaO+CO2=CaCO3 D．C2H5OH+3O22CO2+3H2O【答案】B【详解】A.2H2+O22H2O反应放热，反应物的总能量大于生成物的总能量，故A错误；B.CaCO3CaO+CO2↑反应吸热，反应物的总能量低于生成物的总能量，故B正确；C.CaO+CO2=CaCO3反应放热，反应物的总能量大于生成物的总能量，故C错误；D.C2H5OH+3O22CO2+3H2O反应放热，反应物的总能量大于生成物的总能量，故D错误。【点睛】吸热反应，反应物的总能量低于生成物的总能量；放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量。15．（2021·浙江·高三竞赛）化学镀铜废液中含有一定量的CuSO4，任意排放会污染环境，利用电化学原理可对废液进行回收处理，装置如图，其中质子交换膜只允许H+通过。已知：①Cu2++HCHO+3OH－=Cu+HCOO－+2H2O；②还原性：HCHO>M(—种金属）>Cu。下列说法正确的是A．反应之前，应将含OH－的HCHO溶液加入到装置的左侧B．右侧发生的电极反应式：HCHO2e－+H2O=HCOO－+3H+C．若将质子交换膜换成阴离子交换膜，放电过程中，大量的OH－将向左侧迁移D．放电一段时间后打开开关，移去质子交换膜，装置中可能会有红色固体、蓝色絮状物出现【答案】D【分析】该装置为原电池，M为负极，石墨为正极。【详解】A、根据②HCHO>M(—种金属）>Cu可知，为防止M与镀铜废液中的Cu2+发生反应生成新的金属离子污染环境，应将镀铜废液加入到装置的左侧，则将含OH－的HCHO溶液加入到装置的右侧，A错误；B、右侧发生反应的电极反应式为HCHO＋2OH－－2e－=HCOO－＋H2O，B错误；C、若将质子交换膜换成阴离子交换膜，则放电过程中，大量的OH－将向原电池的负极迁移，即向右侧迁移，C错误；D、若移去质子交换膜，Cu2++HCHO+3