专题18化学能与电能1、肼（N2H4）—空气燃料电池是一种环保型碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液。电池总反应为：N2H4＋O2＝N2＋2H2O。下列关于该燃料电池工作时的说法正确的是（）A．负极的电极反应式是：N2H4＋4OH－→4H2O＋N2↑＋4e－B．正极的电极反应式是：O2＋4H＋＋4e－→2H2OC．溶液中阴离子向正极移动D．电解后电解质溶液的碱性增强【答案】A2、有a、b、c、d四种金属．将a与b用导线接起来，浸入电解质溶液中，b不易腐蚀．将a、d分别投入等浓度的盐酸中，d比a反应强烈．将铜浸入b的盐溶液里，无明显变化．如果把铜浸入c的盐溶液里，有金属c析出．据此判断它们的活动性顺序由强到弱的为（ ）A．a＞c＞d＞bB．d＞a＞b＞cC．d＞b＞a＞cD．b＞a＞d＞c【答案】B【解析】两种活动性不同的金属和电解质溶液构成原电池，较活泼的金属作负极，负极上金属失电子发生氧化反应被腐蚀，较不活泼的金属作正极，将a与b用导线连接起来浸入电解质溶液中，b不易腐蚀，所以a的活动性大于b；金属和相同的酸反应时，活动性强的金属反应剧烈，将a、d分别投入等浓度盐酸溶液中，d比a反应剧烈，所以d的活动性大于a；金属的置换反应中，较活泼金属能置换出较不活泼的金属，将铜浸入b的盐溶液中，无明显变化，说明b的活动性大于铜．如果把铜浸入c的盐溶液中，有金属c析出，说明铜的活动性大于c；所以金属的活动性顺序为：d＞a＞b＞c，故选B．3、葡萄糖生物燃料电池充电的人造心脏是未来长期的研究目标，其电极反应式如下。正极：6O2＋24H＋＋24e－===12H2O，负极：C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋。则下列有关该电池的说法不正确的是( )A．放电过程中，H＋会向正极移动B．放电过程中，负极的葡萄糖(C6H12O6)失去电子，被氧化C．该电池的总反应式为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2OD．放电过程中，消耗1mol氧气则转移4mole－，可产生22.4LCO2气体【答案】D4、某同学按如图所示的装置进行实验，A、B为常见金属，它们的硫酸盐可溶于水。当K闭合时，阴离子交换膜处的从右向左移动。下列分析正确的是11\nA.A的金属活动性弱于BB.从y电极趋向x电极C.Y电极附近溶液先变红D.B的电极反应：【答案】B5、已知Na2O2＋H2O―→NaOH＋O2↑(ΔH<0)(方程式未配平，下同)。研究表明其反应机理为①Na2O2＋H2O―→NaOH＋H2O2；②H2O2―→H2O＋O2↑(ΔH>0)。能反映出过氧化钠与水反应过程中能量变化的图像是( )【答案】D【解析】过氧化钠与水反应放出热量，则反应物总能量高于生成物总能量，排除A、B两项；由于总反应放出能量，而反应②吸收能量，因此反应①必定放出能量，所以反应过程中能量的变化趋势是先降后升，结合上述分析可知D项正确。6、电化学化学家正在研究尿素动力燃料电池，尿液也能发电。用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水，又能发电。尿素燃料电池结构如图所示，下列关于该电池描述正确的是()11\nA．电池工作时H+移向负极B．该装置还可以将电能转化成为化学能C．电池的负极反应式为：CO(NH2)2+H2O-6e-=CO2+N2+6H+D．理论上电池工作时，每消耗67.2LO2时，可以净化2molCO(NH2)2【答案】C7、PH＝9的某电解质溶液中，插入两支惰性电极通直流电一段时间后，溶液的pH>10，则该电解质可能是()A．NaOHB．H2SO4C．AgNO3D．Na2SO4【答案】A【解析】NaOH的PH变大，H2SO4和AgNO3的H+变大，PH变小，Na2SO4电解水，PH不变。8、500mLKNO3和Cu(N03)2的混合溶液中c(NO3－)＝6.0mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22．4L气体（标准状况），假定电解后溶液体积仍为500mL，下列说法正确的是()A．原混合溶液中c(K＋)为4mol·L－1 B．上述电解过程中共转移4mol电子C．电解得到的Cu的物质的量为0.5molD．电解后溶液中c(H＋)为2mol·L－1【答案】B【解析】两极反应为：阴极Cu2＋+2e－=Cu2H＋+2e－=H2↑阳极：4OH－-4e－=O2↑+2H2O，两极都收集1mol气体，由阳极得到转移电子为4mol，又知生成1molH2转移电子2mol，根据电子得失守恒：n（Cu2＋）=1mo；再通过离子所带电荷的守恒，在500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中存在关系：2c(Cu2＋)+c(K＋)=c(NO3-)，可以求出c(K＋)=2mol·L－1。电解过程中消耗的n(OH－)=4mol，则溶液中留下4mol的H＋，c(H＋)=8mol·L－1。9、下列各组物质能组成原电池的是（ ）A.Zn、Cu、稀硫酸B.Cu、C、稀硫酸C.Cu、Zn、酒精D.Zn、Cu、ZnSO4溶液【答案】A【解析】试题分析：活泼性不同的金属或金属和非金属导线相连并插入到电解质溶液中，即可构成原电池，据此可知，A正确；B中电极和稀硫酸都不反应，不能构成原电池；C中酒精是非电解质，不能构成原电池；D中电极和硫酸锌都不反应，不能构成原电池，答案选A。考点：考查原电池的构成的判断点评：该题是高考中的常见题型，属于基础性试题的考查。试题难易适中，基础性强，侧重对学生基础知识的巩固和训练，有利于培养学生的逻辑推理能力。该题的关键是记住构成原电池的条件以及原电池的工作原理。10、某科学家利用二氧化铈(CeO2)在太阳能作用下将H2O、CO2转变为H2、CO。其过程如下:mCeO2(m-x)CeO2·xCe+xO2(m-x)CeO2·xCe+xH2O+xCO2mCeO2+xH2+xCO下列说法不正确的是( )A.该过程中CeO2没有消耗11\nB.该过程实现了太阳能向化学能的转化C.如图中ΔH1=ΔH2+ΔH3D.以CO和O2构成的碱性燃料电池的负极反应式为CO+4OH--2e-C+2H2O【答案】C【解析】将反应过程中涉及的两个方程式加和可得总反应方程式:H2O+CO2H2+CO+O2,CeO2起到了催化剂的作用没有消耗,A项正确;在该过程中吸收的太阳能转化为化学能,B项正确;根据盖斯定律ΔH1=-(ΔH2+ΔH3),C项错误;以CO和O2构成的原电池中CO作还原剂在负极失去电子被氧化,由于溶液呈碱性,因此CO的氧化产物为C,负极方程式为CO+4OH--2e-C+2H2O,D项正确11、下列叙述正确的是()A．合成氨生产过程中将NH3液化分离，可加快正反应速率，提高N2、H2的转化率B．含1molBa(OH)2的稀溶液和含1molH2SO4的稀溶液反应释放热量akJ，则表示该反应中和热的热化学反应方程式为：OH－(aq)＋H＋(aq)=H2O(l)？H=-akJ·mol－1C．电解饱和食盐水制烧碱采用离子交换膜法，可防止阴极室产生的Cl2进入阳极室D．向Ba(OH)2溶液中加入足量的NaHCO3溶液:Ba2++2OH-+2HCO3-=BaCO3↓+CO32-+2H2O【答案】D12、铅蓄电池是广泛应用于汽车、柴油机车等的启动电源。产生电能时的电极反应分别为：Pb+SO42―–2e―＝PbSO4①PbO2+4H++SO42―+2e―＝PbSO4+2H2O②下列有关铅蓄电池的说法不正确的是（ ）A．①式表示负极反应，②式表示正极反应B．铅蓄电池的电解质溶液是硫酸溶液，在放电过程中，它的浓度逐渐降低C．铅蓄电池在放电时，电子从Pb通过导线流向PbO2D．铅蓄电池在充电时，原来负极发生的反应是：Pb+SO42―–2e―＝PbSO4【答案】D13、下列各装置中，能构成原电池的是()【答案】A【解析】在原电池装置必须有活泼性不同的金属或金属与非金属，且导线相连插入到电解质溶液中，A正确。B中电极相同，C中不是电解质溶液，D中没有形成闭合回路，所以正确答案是A。11\n14、工业上为了处理含有Cr2O72－的酸性工业废水，采用下面的处理方法：往工业废水中加入适量的NaCl，以Fe为电极进行电解，经过一段时间，有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成，工业废水中铬的含量已低于排放标准。请回答下列问题。(1)两极发生的电极反应式(2)写出Cr2O72－变为Cr3＋的离子方程式。(3)工业废水由酸性变为碱性的原因是。(4)(填“能”或“不能”)改用石墨电极，原因是。【答案】(1)Fe－2e－===Fe2＋ 2H＋＋2e－===H2↑(2)Cr2O72－＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O(3)H＋不断放电，Cr2O72－与Fe2＋反应时消耗H＋，打破了水的电离平衡，使溶液中c(OH－)>c(H＋)Cr3＋→Cr3＋→Cr(OH)3↓而除去铬15、用吸附了氢气的碳纳米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( )A．放电时，负极的电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H＋B．充电时，阳极的电极反应式为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋H2OC．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【答案】B【解析】根据题图中用电器上的电子流向可知碳电极是负极，镍电极是正极。A项，负极发生氧化反应，但在碱溶液中应生成H2O，电极反应式：H2－2e－＋2OH－===2H2O，故错误；B项，放电时的正极在充电时与电源的正极相连，即为阳极，阳极发生氧化反应，充电过程即补充电极材料的过程，故正确；C项，放电时，阴离子向负极移动，即向碳电极移动，故不正确；D项，充电时应将碳电极与外电源的负极相连，不正确。16、己知Na2SO3溶液中存在水解平衡：SO32﹣+H2OHSO3﹣+OH﹣，请用Na2SO3溶液和a试剂及必要的实验用品，设计简单实验，证明盐类的水解是一个吸热过程．a试剂是 ，操作和现象是 ．【答案】酚酞；取样品溶于水，滴加酚酞显红色，加热后溶液红色加深．【解析】Na2SO3溶液中存在水解平衡：SO32﹣+H2OHSO3﹣+OH﹣，所以Na2SO3溶液呈碱性，向溶液中滴加酚酞后，溶液变成红色，加热后滴有酚酞的亚硫酸钠溶液的红色加深，证明亚硫酸钠的水解为吸热反应，加热后平衡SO32﹣+H2OHSO3﹣+OH﹣向着正向移动，故答案为：酚酞；取样品溶于水，滴加酚酞显红色，加热后溶液红色加深．11\n17、某同学设计出如下装置成功的证明了Cu和Ag的金属活动性顺序。请你原电池原理和实验装置，完成下列实验报告。实验目的：探究Cu和Ag的金属活动性顺序（1）电极材料：正极：；负极：；硝酸银溶液的作用是。（2）写出电极反应式：正极：；负极：。（3）实验现象：。（4）实验结论：。【答案】（1）银片、铜片；参与氧化还原反应和导电（2）正极：2Ag++2e－＝2Ag，负极：Cu–2e－＝Cu2+（3）负极不断溶解，正极上有银白色固体析出，溶液由无色变为蓝色（4）金属活动性Cu＞Ag【解析】试题分析：（1）原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。铜比银活泼，所以铜是负极，银是正极，硝酸银溶液是电解质溶液，参与氧化还原反应和导电作用。（2）负极是铜失去电子，电极反应式是Cu–2e－＝Cu2+；正极是溶液中的银离子得到电子，则电极反应式是2Ag++2e－＝2Ag。（3）根据以上分析可知，实验现象是负极不断溶解，正极上有银白色固体析出，溶液由无色变为蓝色。（4）根据实验现象和原理可得出的结论是金属活动性Cu＞Ag。考点：考查原电池的有关判断和应用以及电极反应式的书写点评：该题是高考中的常见题型，属于基础性试题的考查。只要是考查学生对原电池工作原理的熟悉掌握程度，以及灵活运用知识解决实际问题的能量，有利于培养学生的逻辑推理能力，也有助于提高学生的应试能力和学习效率。18、工业上电解饱和食盐能制取多种化工原料，其中部分原料可用于制备多晶硅。(1)如图是离子交换膜法电解饱和食盐水示意图，电解槽阳极产生的气体是；NaOH溶液的出口为(填字母)；精制饱和食盐水的进口为(填字母)；干燥塔中应使用的液体是。11\n(2)多晶硅主要采用SiHCl3还原工艺生产，其副产物SiCl4的综合利用受到广泛关注。①SiCl4可制气相白炭黑(与光导纤维主要原料相同)，方法为高温下SiCl4与H2和O2反应，产物有两种，化学方程式为。②SiCl4可转化为SiHCl3而循环使用。一定条件下，在20L恒容密闭容器中的反应：3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(g)4SiHCl3(g)达平衡后，H2与SiHCl3物质的量浓度分别为0.140mol/L和0.020mol/L，若H2全部来源于离子交换膜法的电解产物，理论上需消耗纯NaCl的质量为kg。(3)采用无膜电解槽电解饱和食盐水，可制取氯酸钠，同时生成氢气，现制得氯酸钠213.0kg，则生成氢气(标准状况)。【答案】(1)氯气；a；d；浓硫酸。(2)①SiCl4＋2H2＋O2SiO2＋4HCl②0.35(3)134.4【解析】本题主要考查电解饱和食盐水的原理、还涉及化学平衡和氧化还原反应的计算。(1)根据图示装置可知在d处加入的应是饱和食盐水，在阴极和阳极分别发生还原反应和氧化反应，即阴极和阳极产物分别是H2和Cl2，并在阴极出口a处得到NaOH溶液；阳极产生的Cl2可用浓硫酸干燥处理。(2)①根据信息可知白炭黑为SiO2，再据氧化还原反应原理可以写出制备气相白炭黑的反应。②生成SiHCl3的消耗的n(H2)=0.01×20=0.2mol，则起始时n(H2)=0.2＋0.14×20=3.0mol；根据2NaCl～H2和H2为3mol，可以求得消耗NaCl为0.351kg；(3)根据3H2～3Cl2～NaClO3及213.0kgNaClO3可以求得生成的H2为134.4m3。19、将标准状况下336LHCl气体溶解在1L水中，得到密度为1.17g/cm3的盐酸，求此盐酸的物质的量浓度。【答案】11.6mol.L-120、W、X、Y和Z都是周期表中前20号元素，已知：①W的阳离子和Y的阴离子具有相同的核外电子排布，且能形成组成为WY的化合物；②Y和Z属同族元素，它们能形成两种常见化合物；③X和Z属同一周期元素，它们能形成两种气态化合物；④W和X能形成组成为WX2的化合物；⑤X和Y不在同一周期，它们能形成组成为XY2的化合物。请回答：(1)W元素是________；Z元素是________。11\n(2)化合物WY和WX2的化学式分别是____________和____________。(3)Y和Z形成的两种常见化合物的分子式是________和________。(4)写出X和Z形成的一种气态化合物跟WZ反应的化学方程式：________________________________________________________________________【答案】(1)钙 氧 (2)CaS CaC2(3)SO2 SO3 (4)CO2＋CaO===CaCO3【解析】根据题中所给的信息，结合已经学习过的知识分析，本题重点考察了元素周期表和元素周期律的应用。21、工业制钛白粉产生的废液中含有大量FeSO4、H2SO4和少量Fe2(SO4)3、TiOSO4，可利用酸解法生产补血剂乳酸亚铁。其生产流程如下：已知：TiOSO4可溶于水，在水中电离为TiO2+和SO2-4。请回答下列问题：（1）写出TiOSO4水解生成钛酸H4TiO4的离子方程式。步骤①中加入足量铁屑的目的是。（2）工业上由H4TiO4可制得钛白粉TiO2。TiO2直接电解还原法（剑桥法）生产钛是一种较先进的方法，电解质为熔融的CaCl2，原理如右图所示，阴极的电极反应为。（3）步骤②的离子方程式是，所得副产品主要是（填化学式）。（4）步骤④的结晶过程中必须控制一定的真空度，原因是。【答案】22、用数轴表示化学知识，并按某种共性对化学物质进行分类，有简明易记的效果。例如，根据碳素钢的含碳量，将其分为低碳钢、中碳钢、高碳钢，利用数轴的分类法可将其表示为：11\n根据这一分类法请回答：(1)将pH与溶液酸碱性的关系粗略地表示在如下数轴上：(2)某化学兴趣小组欲研究H2SO4、KCl、Na2SO3、Na2CO3、NaCl、NaOH的性质，对于如何研究，他们设计了两种研究方案：方案Ⅰ：将它们按照酸、碱、盐分类，然后分别溶于水得到溶液，进行实验。方案Ⅱ：将它们按照钠盐、钾盐和其他化合物分类，然后分别溶于水得到溶液，进行实验。①根据方案Ⅰ进行分类时，经实验测得KCl、NaCl溶液的pH等于7；H2SO4的pH小于7；Na2SO3、Na2CO3、NaOH溶液的pH大于7。由此有的同学按分类法思想把Na2SO3、Na2CO3与NaOH都划分为碱类是否合理？为什么？________________________________________________________________________。②在方案Ⅰ中，某同学发现盐类物质中的KCl、NaCl两种物质，它们在与其他物质混合时现象相同，无法区分，你能设计一种简单的方法区分这两种物质吗？__________________________________________________________________________________________________________________________。③在方案Ⅱ中，三种钠盐用其他物质中的____________可加以区分，有关反应的化学方程式分别为：__________________________________________________________________________________________________________。④该兴趣小组中的一位同学认为，还可以根据是否含有钠元素将上述六种物质分为Na2SO3、Na2CO3、NaCl、NaOH和H2SO4、KCl两类。在用H2SO4鉴别四种含钠元素的物质时，Na2SO3和Na2CO3很容易得到了区分，但鉴别NaCl和NaOH时却陷入了困境，你能帮忙解决这一难题吗？【答案】(1)pH与溶液酸碱性的对应关系：(2)①不合理，Na2SO3、Na2CO3的水溶液因水解呈碱性，但从化合物的分类来看它们都应属于盐。②利用焰色反应，焰色反应呈紫色(透过蓝色钴玻璃)的为KCl、焰色反应呈黄色的为NaCl。③H2SO4 Na2CO3＋H2SO4===Na2SO4＋CO2↑＋H2O，Na2SO3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋H2O④在两支试管中分别加入少许H2SO4溶液，分别加入稍过量的两种未知溶液，充分混合，再向混合溶液中分别滴入Na2CO3溶液，若有气泡生成，则加入的未知溶液为NaCl溶液；若无气泡生成，则加入的未知溶液为NaOH溶液。【解析】(1)pH＞7显碱性，pH＝7显中性，pH＜7显酸性；(2)①Na2SO3、Na2CO311\n属于盐类物质；③Na2CO3与硫酸反应生成无色无味的CO2，Na2SO3与硫酸反应生成具有刺激性气味的SO2，NaCl与硫酸不反应。23、下图是燃料电池简易装置图，气体C是可燃性物质，D为硫酸，（1）通入气体C的电极为极；（2）写出正极发生的电极反应式。【答案】负极O2+4H++4e-=2H2O24、下图是一个乙醇燃料电池工作时的示意图，乙池中的两个电极一个是石墨电极，一个是铁电极，工作时M、N两个电极的质量都不减少，请回答下列问题下（1）M电极的材料是，电极名称是，N的电极反应式为，加入乙醇的铂电极的电极反应式为。（2）在此过程中，乙池中某一电极析出金属银4.32g时，甲池中理论上消耗氧气为L（标准状况下）；若此时乙池溶液的体积为400mL，则乙池中溶液的pH为。（3）若在常温常压下，1gC2H5OH燃烧生成CO2和液态H2O时放出29.71kJ热量，表示该反应的热化学方程式为。【答案】（1）铁（1分）阴极（1分）4OH—－4e—2H2O+O2↑（2分）C2H5OH－12e+16OH—=2CO32—+11H2O（2分）（2）0.224（2分）1（2分）（3）C2H5OH（l）+3O2（g）2CO2（g）+3H2O（l）△H=－1366.7kJ/mol（2分）25、雄黄(As4S4)和雌黄(As2S3)是提取砷的主要矿物原料，二者在自然界中共生。根据题意完成下列填空：(1)As2S3和SnCl2在盐酸中反应转化为As4S4和SnCl4并放出H2S气体。若As2S3和SnCl2正好完全反应，As2S3和SnCl2的物质的量之比为________。(2)上述反应中的氧化剂是________，反应产生的气体可________________________用吸收。(3)As2S3和HNO3有如下反应：As2S3＋10H＋＋10NO3—===2H3AsO4＋3S↓＋10NO2↑＋2H211\nO。若生成2molH3AsO4，则反应中转移电子的物质的量为________。若将该反应设计成一原电池，则NO2应该在________(填“正极”或“负极”)附近逸出。(4)若反应产物NO2与11.2LO2(标准状况)混合后用水吸收全部转化成浓HNO3，然后与过量的碳反应，所产生的CO2的量________(选填编号)。a．小于0.5molb．等于0.5molc．大于0.5mold．无法确定【答案】(1)1∶1 (2)As2S3 氢氧化钠溶液或硫酸铜溶液(3)10mol 正极 (4)a【解析】(1)根据电子得失守恒知1molAs2S3作氧化剂得到2mol电子，而1molSnCl2作还原剂失去2mol电子，所以二者的物质的量之比是1∶1；(2)H2S是还原性气体可用碱液或硫酸铜溶液吸收；(3)As2S3作还原剂，转移电子的个数是2×(5－3)＋3×(2－0)＝10。NO2属于还原产物，在正极生成；(4)根据电子守恒可知生成CO2的量是0.5mol，但考虑到随着反应到进行，硝酸的浓度会降低而稀硝酸不与碳反应。11
