2022屆高考化學人教版二輪專題復習訓練-專題五化學反應與能量專題強化練

專題強化練(一)反應熱蓋斯定律。環(huán)丙烷(g)的燃燒熱ΔH＝－2092kJ·mol－1，丙烷(g)的燃燒熱ΔH＝－2220kJ·mol－1,1mol液態(tài)水蒸發(fā)為氣態(tài)水的焓變?yōu)棣＝＋44kJ·mol－1。則2mol氫氣完全燃燒生成氣態(tài)水的ΔH(kJ·mol－1)為()A．－658B．－482C．－329D．－285答案B解析已知反應①為△(g)＋H2(g)→CH3CH2CH3(g)ΔH1＝－157kJ·mol－1。反應②：△(g)＋eq\f(9,2)O2(g)→3CO2(g)＋3H2O(l)ΔH2＝－2092kJ·mol－1，反應③：CH3CH2CH3(g)＋5O2(g)→3CO2(g)＋4H2O(l)ΔH3＝－2220kJ·mol－1，變化④：H2O(l)=H2O(g)ΔH4＝＋44kJ·mol－1，根據(jù)蓋斯定律，反應①－反應②＋反應③＋變化④得到反應：H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g)ΔH，ΔH＝ΔH1－ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＝－241kJ·mol－1，則2mol氫氣完全燃燒生成氣態(tài)水的熱化學方程式為2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH＝－482kJ·mol－1，B正確。2．(2021·陜西月考)用H2O2和H2SO4的混合溶液可溶出廢舊印刷電路板上的銅。已知：①Cu(s)＋2H＋(aq)=Cu2＋(aq)＋H2(g)ΔH＝＋64.39kJ·mol－1②2H2O2(l)=2H2O(l)＋O2(g)ΔH＝－196.46kJ·mol－1③H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH＝－285.84kJ·mol－1在H2SO4溶液中，1molCu(s)與H2O2(l)反應生成Cu2＋(aq)和H2O(l)的反應熱ΔH等于()A．－319.68kJ·mol－1 B．－417.91kJ·mol－1C．－448.46kJ·mol－1 D．＋546.69kJ·mol－1答案A解析根據(jù)蓋斯定律，將①＋eq\f(1,2)×②＋③，整理可得：Cu(s)＋H2O2(l)＋2H＋(aq)=Cu2＋(aq)＋2H2O(l)ΔH＝－319.68kJ·mol－1，故A項正確。3．(2021·河北1月選考模擬，7)已知25℃、101kPa下，1mol水蒸發(fā)為水蒸氣需要吸收44.01kJ的熱量，2H2O(l)=2H2(g)＋O2(g)ΔH＝＋571.66kJ·mol－1C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)ΔH＝＋131.29kJ·mol－1則反應C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)的ΔH為()A．－396.36kJ·mol－1 B．－198.55kJ·mol－1C．－154.54kJ·mol－1 D．－110.53kJ·mol－1答案D解析已知25℃、101kPa下，1mol水蒸發(fā)為水蒸氣需要吸收44.01kJ的熱量，則H2O(l)=H2O(g)ΔH＝＋44.01kJ·mol－1Ⅰ2H2O(l)=2H2(g)＋O2(g)ΔH＝＋571.66kJ·mol－1ⅡC(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)ΔH＝＋131.29kJ·mol－1Ⅲ根據(jù)蓋斯定律，將Ⅲ－eq\f(1,2)×Ⅱ＋Ⅰ得C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH＝＋131.29kJ·mol－1－eq\f(1,2)×(＋571.66kJ·mol－1)＋(＋44.01kJ·mol－1)＝－110.53kJ·mol－1，故D正確。4．甲醇的合成是現(xiàn)代化工領域研究的重點。合成甲醇時，合成氣成分主要包括CO、CO2、H2、H2O等凈化氣體和CH4、N2、Ar等惰性氣體以及H2S等有害氣體。這些氣體成分將對甲醇產(chǎn)品質(zhì)量以及產(chǎn)量造成不同程度的影響。合成過程中的部分反應如下：(i)CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)ΔH1＝－90.1kJ·mol－1(ii)CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g)ΔH2＝－41.1kJ·mol－1(iii)CO(g)＋3H2(g)=CH4(g)＋H2O(g)ΔH3＝－206kJ·mol－1(iv)2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH4＝－24.5kJ·mol－1則反應CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)的ΔH5＝________________。答案－49.0kJ·mol－1解析該目標方程由方程(i)減去方程(ii)可得，則ΔH5＝ΔH1－ΔH2＝－49.0kJ·mol－1。5．甲烷是一種重要的化工原料和清潔能源，研究其相關反應并合理利用具有重要意義。已知：a.工業(yè)上甲烷可用于制造合成氣，常溫、常壓下其反應為：CH4(g)＋H2O(l)=CO(g)＋3H2(g)ΔH＝＋250.1kJ·mol－1b．CO(g)、H2(g)的燃燒熱依次為283.0kJ·mol－1、285.8kJ·mol－1常溫、常壓下，8g甲烷完全燃燒生成液態(tài)水時放出的熱量為__________kJ。答案445.15解析已知CH4(g)＋H2O(l)=CO(g)＋3H2(g)ΔH＝＋250.1kJ·mol－1①，氫氣、一氧化碳燃燒熱的熱化學方程式分別為H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH＝－285.8kJ·mol－1②、CO(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO2(g)ΔH＝－283.0kJ·mol－1③；甲烷完全燃燒生成液態(tài)水的化學方程式為CH4(g)，完全燃燒生成液態(tài)水時放出的熱量為890.3kJ·mol－1×0.5mol＝445.15kJ。6．O3氧化法處理氮氧化物：已知：①2NO(g)＋O2(g)=2NO2(g)ΔH1＝－113kJ·mol－1②6NO2(g)＋O3(g)=3N2O5(g)ΔH2＝－227kJ·mol－1③4NO2(g)＋O2(g)=2N2O5(g)ΔH3＝－57kJ·mol－1用O3氧化脫除NO的總反應是：NO(g)＋O3(g)=NO2(g)＋O2(g)ΔH4＝________，該反應在熱力學上趨勢大，其原因是___________________________________________________________________________________________________________________。答案－198kJ·mol－1該反應為放熱反應2－(－57kJ·mol－1)×3]＝－198kJ·mol－1；該反應為放熱反應，所以在熱力學上趨勢大。7．如圖為1molCH4完全燃燒生成氣態(tài)水的能量變化和1molS(g)燃燒的能量變化。在催化劑作用下，CH4可以還原SO2生成單質(zhì)S(g)、H2O(g)和CO2，寫出該反應的熱化學方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案CH4(g)＋2SO2(g)=2S(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝＋352kJ·mol－1解析ⅰ.CH4(g)＋2O2(g)=2H2O(g)＋CO2(g)ΔH＝－802kJ·mol－1，ⅱ.S(g)＋O2(g)=SO2(g)ΔH＝－577kJ·mol－1；將?。?×ⅱ得CH4(g)＋2SO2(g)=2S(g)＋2H2O(g)＋CO2(g)ΔH＝－802kJ·mol－1－2×(－577kJ·mol－1)＝＋352kJ·mol－1。8．從空氣中捕獲CO2直接轉化為甲醇是二十多年來“甲醇經(jīng)濟”領域的研究熱點，諾貝爾化學獎獲得者喬治·安德魯教授首次以金屬釕作催化劑實現(xiàn)了這種轉化，其轉化如圖所示。(1)如圖所示轉化中，第4步常采取________法將甲醇和水進行分離。、dkJ·mol－1，則該轉化總反應的熱化學方程式是______________________________________________________________________________________________________。解析(1)甲醇易揮發(fā)，沸點較低，與水的沸點相差較大，可以采用蒸餾或分餾的方法分離甲醇和水。(2)根據(jù)圖示是一個閉合的環(huán)，說明總反應的反應熱是四步反應的反應熱之和，結合碳元素守恒，可以寫出總反應的熱化學方程式：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(l)＋H2O(l)ΔH＝(a＋b＋c＋d)kJ·mol－1。(二)能壘圖像的分析與應用1．(2021·山西省名校聯(lián)盟測試)工業(yè)上利用NH3對煙道氣進行脫硝(除氮氧化物)的SCR技術具有效率高、性能可靠的優(yōu)勢。SCR技術的原理為NH3和NO在催化劑(MnO2)表面轉化為N2和H2O，反應進程中的相對能量變化如圖所示。下列說法錯誤的是()A．總反應方程式為6NO＋4NH3eq\o(=,\s\up7(MnO2))5N2＋6H2OB．NH2NO是脫硝反應的活性中間體C．升高溫度，脫硝反應的正反應速率的增大程度大于其逆反應速率的增大程度D．決定反應速率的步驟是“H的移除”答案C解析由已知“SCR技術的原理為NH3和NO在催化劑(MnO2)表面轉化為N2、H2O”可知總反應方程式為6NO＋4NH3eq\o(=,\s\up7(MnO2))5N2＋6H2O，A說法正確；觀察相對能量—反應進程曲線知，NH3吸附在催化劑表面后，經(jīng)過一定的反應形成了NH2NO，NH2NO又經(jīng)過反應得到N2和H2O，所以NH2NO是脫硝反應的活性中間體，B說法正確；起始相對能量高于終態(tài)，說明這是一個放熱反應，升高溫度平衡會逆向移動，所以升高溫度后，脫硝反應的正反應速率的增大程度小于其逆反應速率的增大程度，C說法錯誤；相對能量—反應進程曲線表明，全過程只有H的移除過程勢能升高，這是一個需要吸收能量越過能壘的反應，其速率是全過程幾個反應中最慢的，決定了反應的速率，是總反應的控速步驟，D說法正確。2．(2021·湖北省八市聯(lián)考)我國科研人員在銀催化簡單烷烴的區(qū)域選擇性方面的研究取得了重大突破。圖為一種烷烴C—H鍵的選擇性插入反應進程。下列說法錯誤的是()A．升高溫度三個反應的速率均加快B．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種物質(zhì)中，最穩(wěn)定的是ⅠC．總反應速率取決于由中間體1生成中間體2的一步D．催化劑對化學反應具有選擇性，生成不同產(chǎn)物的同時改變了反應的焓變答案D解析升高溫度使反應速率加快，A項正確；物質(zhì)能量越低越穩(wěn)定，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種物質(zhì)中，最穩(wěn)定的是Ⅰ，B項正確；化學反應的速率取決于反應歷程中慢反應的過程，中間體1生成中間體2的反應為吸熱反應，且活化能最高，決定了總反應速率，C項正確；催化劑具有選擇性，只影響化學反應速率，但不改變反應的焓變，D項錯誤。3．(2021·陜西省名校聯(lián)盟試題)我國科學家實現(xiàn)了在銅催化條件下將DMF[(CH3)2NCHO]轉化為三甲胺[N(CH3)3]。計算機模擬單個DMF分子在銅催化劑表面的反應歷程如圖所示，下列說法正確的是()A．由圖可以判斷DMF轉化為三甲胺的反應屬于吸熱反應B．N(CH3)3＋OH*＋H*=N(CH3)3(g)＋H2O(g)是該反應歷程的決速步驟C．使用銅作催化劑可以降低反應的活化能，從而改變反應的焓變D．該歷程中最大能壘(活化能)E正＝2.16eV答案B解析根據(jù)圖示，(CH3)2NCHO(g)＋2H2(g)的能量大于N(CH3)3(g)＋H2O(g)的能量，所以DMF轉化為三甲胺的反應是放熱反應，A錯誤；化學反應速率與反應的活化能密切相關，活化能正＝(－1.02eV)－(－2.21eV)＝1.19eV]最大，是該反應歷程的決速步驟，B正確；催化劑加快反應速率的機理就是改變反應的歷程，降低反應所需的活化能，但由于不能改變反應物、生成物的能量，因此不改變反應的焓變，C錯誤；根據(jù)選項B分析可知該歷程中最大能壘(活化能)E正為1.19eV，D錯誤。4．(2021·石家莊市第二十七中學聯(lián)考)分子篩催化環(huán)己烯()芳構化制苯()的反應歷程和過程中能壘圖分別見圖1和圖2。下列說法錯誤的是()A．TS1→Int1的反應為取代反應B．決定化學反應速率的步驟為Int3→TS4C．環(huán)己烯芳構化制苯的化學方程式為eq\o(→,\s\up7(催化劑))＋2H2↑D．經(jīng)芳構化反應可能得到、等產(chǎn)物答案B解析觀察TS1及Int1的結構簡式可知TS1→Int1的反應為取代反應，A項正確；決定化學反應速率的步驟應該是活化能最大的步驟，由題圖可知，應該是R→TS1的反應，B項錯誤；根據(jù)圖中的結構簡式可知環(huán)己烯芳構化反應為eq\o(→,\s\up7(催化劑))＋2H2↑，C項正確；由環(huán)己烯芳構化的反應進程可知，經(jīng)芳構化反應可能得到、等產(chǎn)物，D項正確。5．甲醇是重要的化工原料，可用于制備甲醛、醋酸等產(chǎn)品。利用CH4與O2在催化劑的作用下合成甲醇。主反應：CH4(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=CH3OH(g)ΔH副反應：CH4(g)＋2O2(g)CO2(g)＋2H2O(g)科技工作者結合實驗與計算機模擬結果，研究了CH4、O2和H2O(g)(H2O的作用是活化催化劑)按照一定體積比在催化劑表面合成甲醇的反應，部分歷程如下圖所示(吸附在催化劑表面的物種用*標注，TS代表過渡態(tài))。(1)在催化劑表面上更容易被吸附的是________(填“H2O”或“O2”)。(2)該歷程中正反應最大的活化能為________kJ·mol－1，寫出該步驟的化學方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)H2O(2)22.37*CH4＋*OH=*CH3OH＋*H解析(1)*H2O能量更低，故H2O更容易被吸附。(2)正反應最大的活化能為[－12.68－(－35.05)]kJ·mol－1＝22.37kJ·mol－1；化學方程式為*CH4＋*OH=*CH3OH＋*H。6．隨著節(jié)能環(huán)保問題的提出，人們開始關注逆水煤氣反應(RWGS)的研究。目前RWGS的歷程主要有：氧化還原歷程[如下圖TS1－TS2－TS3－TS4－CO(a)＋H2O(a)]和中間物種分解歷程[如下圖TS1－TS6－TS7－TS5－HCOO(a)＋H(a)]。結合實驗與計算機模擬結果，研究單一分子RWGS在Fe3O4催化劑表面的反應歷程(如下圖)，各步驟的活化能和反應熱，如下表所示[已知(a)表示物質(zhì)吸附在催化劑表面的狀態(tài)]：RWGS部分步驟的活化能E和反應熱ΔH步驟激發(fā)態(tài)E/eVΔH/VH2(a)→2H(a)TS10.79－0.30CO2(a)→CO(a)＋O(a)TS21.07－0.74O(a)＋H(a)→OH(a)TS31.55－0.45OH(a)＋H(a)→H2O(a)TS41.68＋0.48OH(a)＋CO(a)→HCOO(a)TS53.72＋0.44CO2＋H(a)→COOH(a)TS62.08＋0.55COOH(a)→CO(a)＋OH(a)TS70.81－1.70(1)寫出RWGS的熱化學方程式：_____________________________________________。(2)對比各個步驟的活化能，得出RWGS在Fe3O4催化劑表面反應的主要歷程是____________(填“氧化還原”或“中間物種分解”)歷程，理由是__________________________________________________________________________________________________，RWGS在Fe3O4催化劑表面反應的控速步驟化學方程式為__________________________________________________________________________________________________。答案(1)CO2(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2O(g)ΔH＝＋41.42kJ·mol－1[或CO2(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2O(g)ΔH＝＋0.43NAeV·mol－1](2)氧化還原這兩種路徑中，生成COOH(a)的活化能比較高，所以CO2(a)更傾向于先解離，再與H(a)結合。同時，生成的CO(a)與OH(a)反應生成HCOO(a)的活化能非常高，所以HCOO(a)在反應中很難出現(xiàn)CO(a)＋H2O(a)=CO(g)＋H2O(g)解析(1)根據(jù)圖像可知，該反應的反應物的總能量小于生成物的總能量，為吸熱反應，ΔH>0。因此RWGS的熱化學方程式為CO2(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2O(g)ΔH＝＋0.43NAeV·mol－1＝＋0.43×6.02×1023×1.6×10－19J·mol－1×10－3kJ·J－1≈＋41.42kJ·mol－1。(2)對比在Fe3O4催化劑表面的反應歷程的各步的活化能，可知這兩種路徑中，生成COOH(a)的活化能比較高，所以CO2(a)更傾向于先解離，再與H(a)結合。同時，生成的CO(a)與OH(a)反應生成HCOO(a)的活化能非常高，所以HCOO(a)在反應中很難出現(xiàn)，因此RWGS在Fe3O4催化劑表面反應的主要歷程是氧化還原歷程[圖TS1－TS2－TS3－TS4－CO(a)＋H2O(a)]，根據(jù)圖像可知，RWGS在Fe3O4催化劑表面的反應歷程中最大能壘出現(xiàn)在最后一步脫附反應，因此化學方程式為CO(a)＋H2O(a)=CO(g)＋H2O(g)。7．工業(yè)上，在Rh基催化劑的作用下發(fā)生反應CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)。向恒容密閉容器中通入1molCO(g)和3molH2(g)，在催化劑表面上反應歷程和能量變化如圖所示，其中吸附在催化劑表面上的物種用*標注。據(jù)圖可知，該反應為________(填“放熱”或“吸熱”)反應；對該反應的反應速率影響最大的基元反應方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案放熱CHeq\o\al(*,3)＋H*=CH4(g)解析由圖可知：E(反應物)＞E(生成物)，所以該反應放熱；反應快慢取決于活化能最大的步驟，即CHeq\o\al(*,3)＋H*=CH4(g)。8．推動煤炭清潔高效利用是未來煤炭利用的發(fā)展方向，其中煤制天然氣(主要成分甲烷)能對燃氣資源有重要補充作用。在催化劑作用下，其涉及的主要反應如下：CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)ΔH1＝－206.2kJ·mol－1ⅠCO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH2＝－41.2kJ·mol－1ⅡCO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)ΔH3Ⅲ荷蘭埃因霍溫大學學者結合實驗與計算機模擬結果，研究了在催化劑鈷表面上反應Ⅰ的反應歷程，如圖所示，其中吸附在鈷催化劑表面上的物種用*標注。(1)該歷程中最大能壘E正＝________kJ·mol－1，寫出該步驟的化學方程式：_____________________________________________________________________________________。(2)ΔH3＝________kJ·mol－1。答案(1)136.1CO*＋2H*＋2H2(g)=C*＋O*＋2H*＋2H2(g)(2)－165.0解析(1)根據(jù)圖中信息得出，該歷程中最大能壘是相對能量7.8kJ·mol－1到143.9kJ·mol－1，即E正＝136.1kJ·mol－1；該步驟的化學方程式為CO*＋2H*＋2H2(g)=C*＋O*＋2H*＋2H2(g)。(2)根據(jù)蓋斯定律，反應Ⅰ－反應Ⅱ＝反應Ⅲ，ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝－206.2kJ·mol－1－(－41.2kJ·mol－1)＝－165.0kJ·mol－1。(三)新型化學電源1．(2021·四川重點中學試題)我國科學家研發(fā)了一種水系可逆Zn—CO2電池，電池工作時，復合膜(由a、b膜復合而成)層間的H2O解離成H＋和OH－，在外加電場中可透過相應的離子膜定向移動。當閉合K1時，Zn－CO2電池工作原理如圖所示：下列說法不正確的是()A．閉合K1時，Zn表面的電極反應式為Zn＋4OH－－2e－=[Zn(OH)4]2－B．閉合K1時，反應一段時間后，NaCl溶液的pH減小C．閉合K2時，Pd電極與直流電源正極相連D．閉合K2時，H＋通過a膜向Pd電極方向移動答案D解析閉合K1時，Zn被氧化作負極，原電池中陰離子流向負極，所以OH－通過b膜移向Zn，負極上Zn失去電子結合氫氧根生成[Zn(OH)4]2－，電極反應式為Zn＋4OH－－2e－=[Zn(OH)4]2－，故A正確；閉合K1時，Pd電極為正極，氫離子透過a膜移向Pd電極，CO2得電子后結合氫離子生成HCOOH，所以NaCl溶液的pH減小，故B正確；閉合K2時，Pd電極上發(fā)生氧化反應為陽極，與直流電源正極相連，故C正確；閉合K2時，Pd電極為陽極，氫離子應移向陰極，故D錯誤。2．(2021·陜西省名校聯(lián)盟試題)我國科研工作者研制出基于PANa(聚丙烯酸鈉)電解質(zhì)的Zn—空氣可充電電池，該電池具有高容量和超長循環(huán)穩(wěn)定性。PANa是一種超強吸水聚合物，可吸收大量Zn(CH3COO)2和KOH溶液作為水合離子含量調(diào)節(jié)劑形成水凝膠電解質(zhì)，示意圖如圖。已知：Zn2＋＋4OH－=[Zn(OH)4]2－。下列說法錯誤的是()A．PANa是一種有機高分子聚合物，在水溶液中不會發(fā)生電離B．放電時，負極反應式為Zn－2e－＋4OH－=[Zn(OH)4]2－C．充電時，陰極附近pH增大，陽極附近pH減小D．充電時，電路中通過0.4mol電子時，有2.24L(標準狀況下)O2生成答案A解析PANa為有機物鈉鹽，在水溶液中電離出聚丙烯酸根離子和Na＋，A錯誤；放電時負極鋅失去電子后結合OH－生成[Zn(OH)4]2－，負極反應式為Zn－2e－＋4OH－=[Zn(OH)4]2－，B正確；充電時，陰極反應式為[Zn(OH)4]2－＋2e－=Zn＋4OH－，陰極附近OH－濃度增大，pH增大，陽極反應式為4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，陽極附近OH－濃度減小，pH減小，C正確；充電時，陽極反應式為4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，電路中通過0.4mol電子時，有0.1molO2生成，在標準狀況下體積為0.1mol×22.4L·mol－1＝2.24L，D正確。3．(2021·河北省秦皇島市撫寧區(qū)檢測)一種固定CO2的電化學裝置如圖，該電化學裝置放電時可將CO2轉化為Li2CO3和C，充電時選用合適的催化劑，只有Li2CO3發(fā)生氧化反應，釋放出CO2和O2。下列說法正確的是()A．該電池左側可以用LiCl溶液作電解質(zhì)溶液B．充電時，電極Y發(fā)生還原反應C．放電進氣為CO2，充電出氣為CO2和O2D．放電時正極的反應式為2CO2＋O2＋4Li＋＋4e－=2Li2CO3答案C解析若該電池左側用LiCl溶液作電解質(zhì)溶液，則電極Li會與水發(fā)生反應，故A錯誤；充電時，電極Y為陽極，發(fā)生氧化反應，故B錯誤；放電時，電極Y為正極，正極上CO2得電子生成C和Li2CO3，電極反應式為3CO2＋4Li＋＋4e－=C＋2Li2CO3，則放電進氣為CO2；根據(jù)題意，充電時選用合適的催化劑，只有Li2CO3發(fā)生氧化反應，釋放出CO2和O2，故C正確，D錯誤。4．榮獲2019年諾貝爾化學獎的吉野彰是最早開發(fā)具有商業(yè)價值的鋰離子電池的日本科學家，他設計的可充電電池的工作原理示意圖如圖所示。該可充電電池的放電反應為LixCn＋Li(1－x)CoO2=LiCoO2＋Cn。NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值。下列說法錯誤的是()A．該電池用于電動汽車可有效減少光化學煙霧污染B．充電時，陽極反應為LiCoO2－xe－=Li(1－x)CoO2＋xLi＋C．充電時，Li＋由B極移向A極D．若初始兩電極質(zhì)量相等，當轉移2NA個電子時，兩電極質(zhì)量差為14g答案D解析汽車燃燒汽油等化石燃料，排放的汽車尾氣中含氮氧化物，大量氮氧化物排放到空氣中，在日光照射下產(chǎn)生了一種有毒的煙霧，就是光化學煙霧，電動汽車可有效減少光化學煙霧污染，故A正確；可充電電池的放電反應為LixCn＋Li(1－x)CoO2=LiCoO2＋Cn，則放電時正極反應為Li(1－x)CoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2，充電時，原電池的正極即為電解池的陽極，反應逆轉，則反應為LiCoO2－xe－=Li(1－x)CoO2＋xLi＋，故B正確；由圖知，充電時，A電極為電解池的陰極，B電極為電解池的陽極，充電時，Li＋由B極移向A極，故C正確；若初始兩電極質(zhì)量相等，當轉移2NA個電子時，負極減少2molLi，其質(zhì)量為14g，正極有2molLi＋遷入，其質(zhì)量為14g，兩電極質(zhì)量差為28g，故D錯誤。5．(2021·廣東省汕頭市金山中學試題)2019年2月27日至3月1日，第十屆日本國際二次電池展在日本東京舉行，各種新型二次電池在東京有明展覽中心展出，其中以Fe[Fe(CN)6]為代表的新型可充電鈉離子電池，格外引人注意，其放電工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是()A．放電時，正極反應式為Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋＋2e－=Na2Fe[Fe(CN)6]B．充電時，Mo箔接電源的負極C．充電時，Na＋通過離子交換膜從左室移向右室D．外電路中通過0.2mol電子時，負極質(zhì)量變化為2.4g答案B＋2e－=Na2Fe[Fe(CN)6]，A項正確；充電時，電解池的陰極(原電池的負極)接電源的負極，電解池的陽極(原電池的正極)接電源的正極，即Mo箔接電源的正極，B項錯誤；充電時，陽離，外電路中通過0.2mol電子時，消耗0.1molMg，質(zhì)量減少2.4g，D項正確。6．蔥醌(AQDS)是一種具有氧化還原活性的廉價有機分子，蔥醌/碘化銨液流可充電電池(如圖)以其環(huán)保、價廉、穩(wěn)定等優(yōu)點被研究及廣泛應用。充電時，AQDS轉化為AQDS(NH4)2。下列說法錯誤的是()A．放電時，b極電勢低于a極B．充電時，a極的電極反應式為3I－－2e－=Ieq\o\al(－,3)C．充電時，電路中每轉移1mole－，膜兩側電解液的質(zhì)量變化差為36gD．該裝置中的陽膜也可以用陰膜代替答案D解析充電時，AQDS轉化為AQDS(NH4)2，說明b極為陰極，a極為陽極，則放電時a極為正極，b極為負極。根據(jù)分析，放電時，b極為負極，因此b極電勢低于a極，故A正確；充電時，a極為陽極，電極反應式為3I－－2e－=Ieq\o\al(－,3)，故B正確；充電時，電路中每轉移1mole－，左側1molNHeq\o\al(＋,4)移動到右側，膜左側質(zhì)量減少18g，右側質(zhì)量增加18g，膜兩側電解液的質(zhì)量變化差為36g，故C正確；該裝置中的陽膜不能用陰膜代替，如果用陰膜代替，銨根離子不能穿過則不能生成AQDS(NH4)2，故D錯誤。7．如圖是常溫鈉離子全固態(tài)濃差電池工作示意圖。正極材料為層狀含鈉過渡金屬氧化物，負極為鈉錫合金(Na15Sn4)。下列說法合理的是()A．該電池工作時不發(fā)生氧化還原反應B．放電時，負極的反應為Na15Sn4－15e－=15Na＋＋4SnC．充電時，Na＋會被吸附進入過渡金屬氧化層D．充電時，b極接電源的正極，a極接電源的負極答案B解析該電池放電時，是原電池工作原理，充電時，是電解池工作原理，無論是放電還是充電均發(fā)生了氧化還原反應，故A錯誤；該電池放電時，是原電池工作原理，負極上為鈉錫合金(Na15Sn4)失電子發(fā)生氧化反應生成鈉離子和錫，電極反應式為Na15Sn4－15e－=15Na＋＋4Sn，故B正確；充電時，是電解池工作原理，Na＋會向陰極移動，是脫離過渡金屬氧化層，故C錯誤；充電時，是電解池工作原理，則充電時，b極接電源的負極，a極接電源的正極，故D錯誤。8．近年來AIST報告正在研制一種“高容量、低成本”鋰—銅空氣燃料電池。該電池通過一種復雜的銅腐蝕現(xiàn)象產(chǎn)生電流，其中放電過程為2Li＋Cu2O＋H2O=2Cu＋2Li＋＋2OH－，下列說法正確的是()A．放電時，正極的電極反應式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－B．通空氣時，銅被腐蝕，表面產(chǎn)生Cu2OC．放電時，Cu極區(qū)域水溶液的pH減小D．放電過程中，電子由鋰電極經(jīng)過鍺酸鋅鋰固體電解質(zhì)到達銅電極答案B解析放電時，正極上并非是氧氣直接放電，正極的電極反應式為Cu2O＋H2O＋2e－=2Cu＋2OH－，故A錯誤；由放電過程總反應：2Li＋Cu2O＋H2O=2Cu＋2Li＋＋2OH－可知，通空氣時，銅被腐蝕，表面產(chǎn)生Cu2O，故B正確；放電時，Cu極電極反應式：Cu2O＋H2O＋2e－=2Cu＋2OH－，Cu電極上生成氫氧根離子，該區(qū)域水溶液的pH增大，故C錯誤；放電過程中，電子由鋰電極通過外電路導線經(jīng)過負載到達銅電極，電子無法在有機電解質(zhì)和鍺酸鋅鋰固體電解質(zhì)中傳遞，故D錯誤。9．微生物燃料電池是一種利用微生物將有機物中的化學能直接轉化成電能的裝置。某污水處理廠利用微生物電池將鍍鉻廢水中的Cr2Oeq\o\al(2－,7)催化還原，其工作原理如圖所示。下列說法不正確的是()A．電池工作時外電路電流由b極流向a極B．b極反應式為Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋14H＋＋6e－=2Cr3＋＋7H2OC．每生成1molCr(OH)3，右池n(H＋)減少2molD．每處理0.5molCr2Oeq\o\al(2－,7)，可生成16.8L(標準狀況下)CO2答案C解析a極為負極，乙酸發(fā)生氧化反應生成二氧化碳，b極Cr2Oeq\o\al(2－,7)中鉻由＋6價變成＋3價，得電子發(fā)生還原反應，為正極，所以電池工作過程中電流由b極流向a極，A正確；根據(jù)反應可知每生成1molCr(OH)3，電路中轉移了3mol電子，即有3molH＋從左池進入右池，同時Cr3＋水解生成了3molH＋，而Cr2Oeq\o\al(2－,7)反應過程中消耗7molH＋，故右池n(H＋)減少1mol，C錯誤；根據(jù)得失電子守恒，每處理0.5molCr2Oeq\o\al(2－,7)，轉移3mol的電子，所以生成二氧化碳的物質(zhì)的量為0.75mol，標況下的體積為0.75mol×22.4L·mol－1＝16.8L，D正確。10．某種新型熱激活電池的結構如圖所示，電極a的材料是氧化石墨烯(CP)和鉑納米粒子，電極b的材料是聚苯胺(PANI)，電解質(zhì)溶液中含有Fe3＋和Fe2＋。加熱使電池工作時電極b發(fā)生的反應是PANI－2e－＋H2O=PANIO(氧化態(tài)聚苯胺，絕緣體)＋2H＋，電池冷卻時Fe2＋在電極b表面與PANIO反應可使電池再生。下列說法不正確的是()A．電池工作時電極a為正極，且發(fā)生的反應是Fe3＋＋e－=Fe2＋B．電池工作時，若在電極b周圍滴加幾滴紫色石蕊溶液，電極b周圍慢慢變紅C．電池冷卻時，若該裝置正負極間接有電流表，指針會發(fā)生偏轉D．電池冷卻過程中發(fā)生的反應是2Fe2＋＋PANIO＋2H＋=2Fe3＋＋PANI＋H2O答案C解析根據(jù)電極b發(fā)生的電極反應判斷電極a是正極，電極b是負極，電池工作時電極a上的反應是Fe3＋＋e－=Fe2＋，A正確；電池工作時電極b發(fā)生的反應是PANI－2e－＋H2O=PANIO(氧化態(tài)聚苯胺，絕緣體)＋2H＋，溶液顯酸性，若在電極b周圍滴加幾滴紫色石蕊溶液，電極b周圍慢慢變紅，B正確；電池冷卻時Fe2＋是在電極b表面與PANIO反應使電池再生，因此冷卻再生過程電極a上無電子得失，導線中沒有電子通過，C不正確；電池＋PANI＋H2O，D正確。(四)電解原理的創(chuàng)新應用1．(2021·廣東省“六校聯(lián)盟”試題)近日，電催化固氮領域取得重要進展，利用雙功能催化劑可實現(xiàn)室溫條件下電催化氮氣還原制備氨氣、氧化制備硝酸鹽。裝置如圖所示：下列說法錯誤的是()A．工作時，電子流入a極B．陽極區(qū)的電極反應為N2＋6H2O－10e－=2NOeq\o\al(－,3)＋12H＋C．陽極區(qū)和陰極區(qū)消耗的N2的質(zhì)量之比為5∶3D．該離子交換膜應使用質(zhì)子交換膜答案C解析由圖可知，a極N2生成NH3，發(fā)生還原反應，為陰極，電子由電源負極流入陰極，A項正確；由圖可知，陽極是N2反應生成HNO3，失去電子，電極反應為N2＋6H2O－10e－=2NOeq\o\al(－,3)＋12H＋，B項正確；由圖可知，a極：N2→2NH3，得到6e－，b極：N2→2NOeq\o\al(－,3)，失去10e－，根據(jù)得失電子相等計算，陽極區(qū)和陰極區(qū)消耗的N2的質(zhì)量之比為3∶5，C項錯誤；陽極反應為N2＋6H2O－10e－=2NOeq\o\al(－,3)＋12H＋，生成H＋，陰極反應為N2＋6e－＋6H＋=2NH3，消耗H＋，該離子交換膜應使用質(zhì)子交換膜，D項正確。2．(2021·云南月考)某研究機構使用Li—SO2Cl2電池電解制備Ni(H2PO2)2，其工作原理如圖所示。已知電池反應為2Li＋SO2Cl2=2LiCl＋SO2↑，下列說法錯誤的是()A．Li電極的電極反應式為Li－e－=Li＋B．f接口連接gC．膜a、c是陰離子交換膜，膜b是陽離子交換膜D．不銹鋼電極附近溶液的pH增大答案C解析由電極反應式：2Li＋SO2Cl2=2LiCl＋SO2↑可知，Li轉化為Li＋，則Li電極為負極，C電極為正極；因為要電解制備Ni(H2PO2)2，則鎳電極應失電子，所以鎳電極為陽極，g與f相連，h與e相連；Ni失電子生成Ni2＋通過膜a進入產(chǎn)品室(Ⅱ室)，則膜a為陽離子交換膜；H2POeq\o\al(－,2)通過膜b進入產(chǎn)品室(Ⅱ室)，則膜b為陰離子交換膜；在陰極(不銹鋼)，H2O得電子生成H2和OH－，所以Ⅲ室中的Na＋通過膜c進入Ⅳ室，膜c為陽離子交換膜。由電極反應式：2Li＋SO2Cl2=2LiCl＋SO2↑可知，Li轉化為Li＋，則Li電極的電極反應式為Li－e－=Li＋，選項A正確；由上面的分析可知，f(正極)接口連接g(陽極)，選項B正確；由上面分析可知，膜a、c是陽離子交換膜，膜b是陰離子交換膜，選項C錯誤；在不銹鋼電極(陰極)附近，溶液中的水得電子，電極反應式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，溶液的pH增大，選項D正確。3．應對新冠肺炎疫情時所采取的措施是對環(huán)境進行徹底消毒，二氧化氯(ClO2，黃綠色易溶于水的氣體)是一種安全穩(wěn)定、高效低毒的消毒劑。工業(yè)上通過惰性電極電解氯化銨和鹽酸的方法制備ClO2的原理如圖所示。下列說法正確的()A．a(chǎn)與電源的負極連接，在b極區(qū)流出的Y溶液是濃鹽酸B．當有0.3mol陰離子通過離子交換膜時，二氧化氯發(fā)生器中產(chǎn)生1.12LNH3C．電解池a極上發(fā)生的電極反應為NHeq\o\al(＋,4)－6e－＋3Cl－=NCl3＋4H＋D．二氧化氯發(fā)生器內(nèi)，發(fā)生的氧化還原反應中，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為6∶1答案C解析在b極區(qū)有H＋得到電子生成H2，電極反應式為2H＋＋2e－=H2↑，在b極區(qū)流出的Y溶液是稀鹽酸，則b極為電解池的陰極，b極與電源的負極相連接，則a極與電源的正極相連接，故A錯誤；沒有指明條件為標準狀況，不能準確計算產(chǎn)生NH3的體積，故B錯誤；a為電解池的陽極，NHeq\o\al(＋,4)在陽極失去電子生成NCl3，電極反應式為NHeq\o\al(＋,4)－6e－＋3Cl－=NCl3＋4H＋，故C正確；在二氧化氯發(fā)生器內(nèi)，發(fā)生反應：3H2O＋NCl3＋6NaClO2=6ClO2↑＋NH3↑＋3NaCl＋3NaOH，其中NCl3為氧化劑，NaClO2為還原劑，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1∶6，故D錯誤。4．次磷酸鈷[Co(H2PO2)2]廣泛應用于化學電鍍，工業(yè)上利用電滲析法制取次磷酸鈷的原理如圖所示：已知：①該裝置的電極材料分別為金屬鈷和不銹鋼。②Co(H2PO2)2溶液在強堿性條件下通過自身催化發(fā)生氧化還原反應，實現(xiàn)化學鍍鈷。下列說法正確的是()A．膜Ⅱ、膜Ⅲ均為陰離子交換膜B．M電極反應為Co－2e－＋2H2POeq\o\al(－,2)=Co(H2PO2)2C．a(chǎn)為電源的負極D．Co(H2PO2)2溶液化學鍍鈷過程中反應可能為Co2＋＋H2POeq\o\al(－,2)＋3OH－=Co＋HPOeq\o\al(－,3)＋2H2O答案A解析該裝置為電解池，M為陽極，電極材料為金屬鈷，鈷失電子生成鈷離子，鈷離子通過膜Ⅰ進入產(chǎn)品室，H2POeq\o\al(－,2)通過膜Ⅱ、膜Ⅲ進入產(chǎn)品室與鈷離子生成Co(H2PO2)2，膜Ⅱ、膜Ⅲ均為陰離子交換膜，A正確；Co(H2PO2)2在產(chǎn)品室中生成，不是在陽極生成，陽極的電極反應式為Co－2e－=Co2＋，B錯誤；M為陽極，應接電源的正極，故a為電源的正極，C錯誤；離子方程式中電荷不守恒，應為Co2＋＋H2POeq\o\al(－,2)＋3OH－=Co＋HPOeq\o\al(2－,3)＋2H2O，D錯誤。5．電化學脫硫是近幾年國內(nèi)外發(fā)展起來的一種新型脫硫方法，某種電化學脫硫方法裝置如圖所示，不僅可以脫去煙氣中的SO2還可以制得硫酸。下列說法不正確的是()A．該裝置能夠?qū)㈦娔苻D化為化學能B．凈化氣的成分為二氧化碳和氧氣C．電極1的電極反應式為O2＋4e－＋2SO3=2SOeq\o\al(2－,4)D．電極2的電極反應式為2SOeq\o\al(2－,4)－4e－=2SO3＋O2答案B解析該裝置為電解池，將電能轉化為化學能，故A正確；由于二氧化硫與氧氣的反應為可逆反應，所以凈化氣的成分除了有二氧化碳、氧氣外，還有少量的二氧化硫，故B錯誤；在陰極，氧氣得電子發(fā)生了還原反應，電極反應式為O2＋4e－＋2SO3=2SOeq\o\