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    广东省2023年高考化学模拟题汇编-27电解池

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    广东省2023年高考化学模拟题汇编-27电解池

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    这是一份广东省2023年高考化学模拟题汇编-27电解池,共34页。试卷主要包含了单选题,填空题,实验题,原理综合题等内容,欢迎下载使用。
    广东省2023年高考化学模拟题汇编-27电解池

    一、单选题
    1.(2023·广东·统考一模)我国科学家设计了一种新型的溴基液流可充电电池用于大规模储能,其放电时的工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是

    A.放电时,M为正极
    B.放电时,N极发生的电极反应为Br-+2Cl--2e-=
    C.充电时,每生成1molTiO2+,有2molH+穿过质子交换膜进入N极室
    D.充电时,总反应为2Ti3+++2H2O=2TiO2++Br-+2Cl-+4H+
    2.(2023·广东湛江·统考一模)双极膜在电化学中应用广泛,它是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层,工作时水层中的解离成和,并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。三碘甲烷()又名碘仿,在医药和生物化学中用作防腐剂和消毒剂。电解法制取碘仿的工作原理如图所示,反应原理为,下列说法不正确的是

    A.电极N连接直流电源的负极
    B.电解一段时间后,硫酸溶液浓度降低
    C.电极M上的主要反应为
    D.每制备1mol三碘甲烷,理论上双极膜内解离
    3.(2023·广东广州·统考一模)以熔融盐(、)为电解液,以石墨为阳极,电解和获取电池材料,下列说法正确的是
    A.阳极上被还原 B.阴极发生的反应为
    C.电解时,阳离子向阳极移动 D.理论上每生成电路中转移电子
    4.(2023·广东梅州·统考模拟预测)化学用语是学习化学的重要工具。下列化学用语对事实的表述正确的是
    A.基态氢原子的电子云轮廓图为:
    B.用惰性电极电解饱和食盐水时,阳极的电极反应式为:
    C.NaHS发生水解反应的离子方程式为:
    D.阴离子的结构式为,中心离子的配位数为4
    5.(2023·广东广州·广东实验中学校考模拟预测)我国科学家研发了一种水系可逆Zn-CO2电池,电池工作原理如图所示,电极材料为金属锌和选择性催化材料,图中的双极膜层间的H2O解离成H+和OH-,并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是

    A.电解质溶液2一定是碱性溶液
    B.充电时,每生成标况下11.2 L O2在阳极可生成65 g Zn
    C.放电时,1 mol CO2转化为HCOOH,转移的电子数为2NA
    D.放电时,电池总反应为2Zn+ O2+ 4OH-+ 2H2O= 2
    6.(2023·广东·校联考一模)次磷酸钴广泛应用丁化学镀钴,以金属钴和次磷酸钠为原料,采用四室电渗析槽电解法制备次磷酸钴的装置如图所示。下列说法正确的是

    A.Co电极连接电源负极
    B.C采用阴离子交换膜
    C.石墨电极的电极反应式为
    D.工作时,原料室中的浓度不变
    7.(2023·广东深圳·统考一模)法国科学家莫瓦桑在无水HF中电解制得单质氟(),获得1906年诺贝尔化学奖。下列关于该过程的描述不正确的是
    A.阳极上发生氧化反应
    B.阴极反应为
    C.需将电解产生的两种气体严格分开
    D.理论上,每转移,可得到(标准状况下)
    8.(2023·广东深圳·统考一模)一种可充电锌-空气电池放电时的工作原理如下图所示。已知:I室溶液中,锌主要以的形式存在,并存在。下列说法正确的是

    A.放电时,I室溶液pH增大
    B.放电时,该装置II室可实现海水淡化
    C.充电时,Zn电极反应为
    D.充电时,每生成,III室溶液质量理论上减少32g
    9.(2023·广东茂名·统考一模)一款低成本高能效的新型无隔膜铈铅单液流电池装置如图所示,该电池用石墨毡做电极,可溶性铈盐和铅盐的混合酸性溶液作电解液。已知电池反应为:。下列相关说法正确的是

    A.放电时,在b电极发生还原反应
    B.该电池可用稀硫酸酸化电解质溶液
    C.充电过程中,a电极发生的反应为
    D.放电过程中,电解质溶液中的向a电极移动
    10.(2023·广东清远·清新一中校考模拟预测)如图所示是蒽()氧化为蒽醌()的间接合成示意图。下列说法错误的是

    A.电解槽中,阳极附近溶液的浓度升高
    B.1 mol蒽被完全氧化成蒽醌转移电子数目为
    C.活性炭的作用是吸收有机物
    D.化学再生过程,对环境是友好的
    11.(2023·广东江门·校联考模拟预测)镍离子(Ni2+)和钴离子(Co2+)性质相似,工业上可通过电化学装置将废水中的Co2+和Ni2+分离,装置如图。已知Co2+和乙酰丙酮不反应,下列说法错误的是

    A.膜a为阴离子交换膜,膜b为阳离子交换膜
    B.通电过程中Ⅳ室内硫酸浓度逐渐增大
    C.Ⅲ室中Ni2+参与的反应为Ni2++2CH3COCH2COCH3+2OH-=Ni(CH3COCHCOCH3)2+2H2O
    D.通电过程中N极每产生11.2L(标准状况下)气体,双极膜内减少18g H2O
    12.(2023·广东·华南师大附中校联考模拟预测)宏观辨识与微观探析是化学学科核心素养之一。下列实验对应的反应方程式书写正确的是
    A.电解氯化镁溶液:
    B.向硫酸铜溶液中加入过量浓氨水:
    C.氯气通入水中:
    D.溶液中加入少量溶液:
    13.(2023·广东·华南师大附中校联考模拟预测)如图所示是以光电极作辅助电极,以溶液和溶液为初始电解液组成二次电池,充电时光电极受光激发产生电子和空穴,空穴作用下转化为。下列说法正确的是

    A.放电时M极的电极反应式:
    B.充电时流向M电极室
    C.放电时光电极产生的电子转移给
    D.充电过程中光能最终转化为电能
    14.(2023·广东广州·广东实验中学校考模拟预测)如下所示电解装置中,通电后逐渐溶解,装置温度升高,下列判断错误的是

    A.a是电源的负极
    B.通电一段时间后,石墨电极Ⅱ附近可能收集到一种能使澄清石灰水变浑浊的气体
    C.随着电解的进行,溶液浓度变大
    D.当完全溶解时,至少产生气体336mL (折合成标准状况下)
    15.(2023·广东·深圳市光明区高级中学校联考模拟预测)对氨基苯酚(,俗称PAP)是一种重要的精细化工中间体,工业上常采用电解硝基苯的方法制取,其装置原理如图所示。下列说法错误的是

    A.电源a为负极
    B.电极c上发生的电极反应式为+4H++4e-=+H2O
    C.离子交换膜最好用质子交换膜
    D.当生成1mol时,右侧生成的CO2在标准状况下体积为44.8L
    16.(2023·广东·深圳市光明区高级中学校联考模拟预测)下列实验操作及现象、所得实验结论正确的是。
    选项
    实验操作及现象
    实验结论
    A
    向KI溶液、的混合物中滴加硝酸酸化的,边滴加边振荡,层显紫色
    氧化性:
    B
    用pH计分别测定的、溶液的pH,得
    非金属性:N>C
    C
    用铂丝蘸取某未知溶液放到无色火焰上灼烧,并透过蓝色钴玻璃观察,火焰呈紫色
    该无色溶液中一定有钾盐
    D
    用惰性电极电解某未知溶液,用湿润的KI淀粉试纸检验阳极气体,试纸变蓝色
    阳极产生的是

    A.A B.B C.C D.D

    二、填空题
    17.(2023·广东·华南师大附中校联考模拟预测)氮氧化物是主要大气污染物,可采用多种方法消除,其中氢气选择性催化还原()是一种理想的方法。其相关反应如下:
    主反应:  
    副反应:  
    (1)已知:  ,  ,则_______(用含有和的代数式表示)
    (2)恒温条件下,将、充入某恒容密闭容器中,在催化剂作用下进行反应。
    ①下列有关说法错误的是_______。(填字母序号)
    a.当容器内的压强不再变化时说明主、副反应均达到平衡
    b.平衡后,若向容器内再充入少量,主、副反应平衡常数均增大
    c.平衡后,、和三者的物质的量之比保持不变
    d.平衡后,
    ②在不同温度下,反应相同时间时测得混合气体中N2、的体积分数随温度的变化关系如图所示,温度高于205℃时,的体积分数随温度的升高而减小的原因可能_______。(答一点)

    (3)某温度下,将、按物质的量比1:3充入某恒容密闭容器中,若平衡后与物质的量之比为3:1,的转化率为80%,则的有效去除率(转化为的的量与起始量的比值)为_______%,的物质的量分数为_______%。(结果保留两位有效数字)
    (4)在催化剂表面的反应机理如下图:

    研究表明,在催化剂中,表面上形成的以的形式被储存。随后在载体上,与和产生,该反应的离子方程式为_______。(已知发生反应的、物质的量之比为1:1)
    (5)除了,还有其他有效的方法消除氮氧化物,例如可用电解法将转变为,其工作原理如图。M极为电解池的_______极,N极的电极反应式为_______。


    三、实验题
    18.(2023·广东茂名·统考一模)某兴趣小组在电解食盐水实验中发现两极产生气体体积不相等,该组同学猜测阳极除外可能有产生。小组同学利用如图装置进行实验探究。

    已知:在酸性条件下能被氧化为。
    (1)配制溶液,实验所用到的玻璃仪器有量筒、玻璃棒、烧杯、胶头滴管、_______。
    (2)利用上述装置检验阳极是否产生,其连接顺序为_______:A→_______→_______→_______。实验前从a处通入氮气的目的为_______。
    (3)小组同学根据实验现象判断有产生,用电极反应式表示产生的原因_______。
    (4)该小组在恒定电压下进行电解实验,探究不同、不同浓度的溶液对产生的影响,用传感器测得在时间内阳极区溶解氧的浓度变化,装置如图所示,数据记录如下表。

    编号




    溶解氧的浓度
    1
    50.0
    0
    0
    0
    8.3~7.3
    2
    5.0
    0
    45.0
    0
    8.3~10.5
    3
    5.0
    5.0
    x
    0
    8.3~15.0
    4
    0
    0
    50.0
    0
    8.3
    5
    0
    0
    0
    50.0
    8.3~15.5

    ①实验2、3是判断相同浓度在不同下是否有氧气产生,其中_______。
    ②实验2和5条件下,测得溶解氧的曲线如图中Ⅰ、Ⅱ所示,分析实验2溶解氧先降低后升高的原因是_______。

    ③实验3中时间段内溶液溶解氧逐渐增大,电解后取阳极区溶液于试管a,加入淀粉溶液,没有明显现象;然后滴加稀硫酸,溶液变蓝。电解后另取阳极区溶液于试管b,加入淀粉溶液,溶液变蓝。由上述实验现象可获得的实验结论是_______。
    ④工业上在一定条件下电解食盐水制备较纯净的,除了控制一定的电压,采用活性电极外,可采取的措施有_______(写一种)。

    四、原理综合题
    19.(2023·广东·统考一模)甲烷的直接转化具有较高的经济价值,因此备受科学家关注。请回答下列问题:
    (1)用丝光沸石作催化剂可实现甲烷直接转化制备甲醇,合成方法有以下两种:
    方法I:CH4(g)+O2(g)CH3OH(g) △H1=-126.4kJ•mol-1
    方法II:CH4(g)+H2O(g)CH3OH(g)+H2(g) △H2
    已知H2的燃烧热为285.8kJ/mol,H2O(l)=H2O(g) △H=+44kJ•mol-1,则△H2=_____。
    (2)某工厂采用方法Ⅰ生产甲醇。在200℃下,向容积为5L的恒容密闭反应器中加入催化剂,并充入6.0kPaCH4、4.8kPaO2和一定量He使反应充分进行,体系的总压强随时间的变化如图所示。

    ①下列措施可以提高CH4的平衡转化率的是_____(填标号)。
    A.升高温度
    B.反应达到平衡后,再充入一定量He
    C.投料比不变,增大反应物浓度
    ②达到平衡时体系中CH3OH的体积分数为_____(精确到0.1%)。
    ③该反应温度下,方法I的标准压力平衡常数=_____(列出计算式)。[已知:分压=总压×该组分物质的量分数,对于反应dD(g)+eE(g)gG(g)+hH(g), =,其中pθ=100kPa,pC、pH、pD、pE为各组分的平衡分压。]
    ④若将容器改为绝热容器,初始温度为200℃,其他条件不变,达到新平衡时,甲醇产率降低,原因是_____。
    (3)为提高生产效率,利用方法Ⅱ进行连续生产时采用如图所示的步骤控制体系温度和通入气体(各阶段气体流速相同)。

    已知大多数气体分子在催化剂表面的吸附过程是放热的,He不会在催化剂表面吸附,吸附和解吸附不会导致体系温度的变化。通入CH4发生反应前,要往反应器中通入O2从而活化催化剂,活化催化剂后持续通入He一段时间的目的是_____;请从反应速率的角度说明,通入CH4后反应温度维持在200℃的原因:_____。
    (4)用ZrO2/NiCo2O4作电解催化剂也可以实现甲烷的直接转化,装置如图所示。

    写出ZrO2/NiCo2O4电极的反应式:_____。
    20.(2023·广东汕头·统考一模)的综合利用是解决温室问题的有效途径。回答下列问题:
    (1)用制备甲醇可实现碳循环,一-种制备方法为
      
    已知:①  
    ②  
    该制备反应的_______。升高温度,该制备甲醇反应的的平衡转化率_______(填“增大”“减小”或“不变”)。
    (2)已知反应的,,其中、分别为正、逆反应速率常数,p为气体分压(分压=总压×物质的量分数)。在下,按初始投料比、、,得到不同压强条件下的平衡转化率关系图:

    ①a、b、c各曲线所表示的投料比由大到小的顺序为_______(用字母表示)。
    ②N点在b曲线上,时的压强平衡常数_______(用平衡分压代替平衡浓度计算)。
    ③条件下,某容器测得某时刻,,,此时_______(保留两位小数)。
    (3)用电解法将转化为燃料是实现碳循环的一种途径,原理如图所示。铜电极上产生的电极反应式为_______,若阴极只产生、、,且生成速率相同,则相同条件下电极产生的与电极上产生的的物质的量之比为_______。

    21.(2023·广东梅州·统考模拟预测)综合利用化石燃料,提高利用率,有助于实现“碳达峰、碳中和”。回答下列问题:
    Ⅰ.利用-干重整反应不仅可以对天然气资源综合利用,还可以缓解温室效应对环境的影响。该反应一般认为通过如下步骤来实现:


    上述反应中C(ads)为吸附活性炭,反应历程的能量变化如图所示:

    (1)-干重整反应的热化学方程式为___________(选用、、、、的关系式表示反应热),反应Ⅱ是___________(填“慢反应”或“快反应”)。
    (2)在恒压条件下,等物质的量的(g)和(g)发生干重整反应时,各物质的平衡转化率随温度变化如图所示。已知在干重整中还发生了副反应:    ,则表示平衡转化率的是曲线___________(填“A”或“B”),判断的依据是___________。

    Ⅱ.在一密闭容器中,通入1mol 和3mol (g)发生甲烷的水蒸气重整反应。甲烷的水蒸气重整涉及以下反应:


    (3)如图所示,压强为kPa,温度低于700℃时,加入CaO可明显提高平衡体系混合气中的物质的量,原因是___________。

    (4)500℃时,反应相同时间后测得的转化率随压强的变化如图所示。则图中E点和G点的浓度大小关系为c(G)___________c(E)(填“>”“b>c     0.5     0.64
    (3)          4:1

    【详解】(1)设③根据盖斯定律可知,③=②-①,则;该反应为放热反应,则升高温度,平衡逆向移动,二氧化碳的转化率减小;
    (2)①两种物质反应,增大二氧化碳的浓度则氢气的平衡转化率会增大,故a、b、c各曲线所表示的投料比由大到小的顺序为a>b>c;
    ②根据题给数据可得三段式如下,

    平衡时气体总物质的量=1.6mol,
    则此时平衡常数;
    ③根据,
    则;
    (3)由图可知,二氧化碳在铜电极上得到电子生成乙烯,电极反应式为:;根据电子转移情况:、、,由于阴极生成CO、HCOOH、,且各产物生成速率相同,则每产生1 mol 电路中通过电子总物质的量为16 mol,故Pt电极与Cu电极上产生与的体积比为16/4=4:1。
    21.(1)     +=2CO+ 2H2 =E3-E1     快反应
    (2)     B     CO2的转化率大于
    (3)加入CaO和反应使浓度降低,反应④平衡正向移动,平衡体系混合气中H2的物质的量增大
    (4)     >     0.75
    (5)CH4-4e-+2O2-=CO2+2H2

    【详解】(1)-干重整反应生成CO和H2,由图可知反应物的能量高于生成物,该反应为吸热反应,=生成物能量-反应物能量=E3-E1,热化学方程式为:+=2CO+ 2H2 =E3-E1;由图可知,反应Ⅱ的活化能小于反应Ⅰ,反应Ⅱ是快反应。
    (2)等物质的量的CH4(g)和CO2(g)发生干重整反应+=2CO+ 2H2,同时还发生了副反应:CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g),则CO2的转化率大于,则表示CH4平衡转化率的是曲线B。
    (3)压强为P0kPa,温度低于700℃时,加入CaO和反应使浓度降低,反应④平衡正向移动,平衡体系混合气中H2的物质的量增大。
    (4)温度、投料量相同,由图乙可看出E、G两点CH4转化率相同,可知E、G两点CH4物质的量相等,但G点压强大,所以G点对应的体积小,CH4的浓度大,即c(G) >c( E);500℃ 时由图甲可知平衡时n( H2) =2.1 mol,由图乙可知,相同反应时间,G点CH4转化率小于F点,但G点压强大于F点,则G点已达到平衡,CH4平衡转化率为0.6,列三段式:


    平衡时气体总物质的量为:0.4mol+0.3mol+2.1mol+0.3mol+2.1mol=5.2mol,此温度下反应③的压力平衡常数 。
    (5)由外接直流电源可以判断是电解池,根据元素化合价变化,Ni- YSZ电极上发生CH4→H2+ CO2的转变,则该电极为阳极,发生氧化反应,结合图示,电极反应式为CH4-4e-+2O2-=CO2+2H2。
    22.(1)     >     主反应的随温度升高而变大,说明升高温度平衡正向移动,则反应为吸热反应
    (2)     b     5%
    (3)AC
    (4)节约能源、产品容易分离、副产物少
    (5)     正          2:9

    【详解】(1)主反应的随温度升高而变大,说明升高温度平衡正向移动,则反应为吸热反应,焓变大于零;
    (2)升高温度,反应正向移动,的含量减小、的含量增加,故图中表示的体积分数的曲线为b;时,体积分数均为30%,若投料1mol;


    则1-a-b=a,b=1-2a,反应后总的物质的量为1+a+b=2-a,则,、,总量为,故的体积分数为;
    (3)A.的物质的量分数不再改变,说明平衡不再移动,反应体系已达平衡,A正确;
    B.催化剂不能改变反应的平衡转化率,B错误;
    C.反应达到平衡后,增加压强,不变,C正确;
    D.升高温度,所有反应的速率都加快,D错误;
    故选AC;
    (4)该途径为放热反应,且生成水容易分离,故生产丙烯的好处是节约能源、产品容易分离;
    (5)①Y极中水发生氧化反应生成氧气,为阳极,与电源正极相连;
    ②X极为阴极,二氧化碳得到电子发生还原反应生成丙烯,电极反应式为;
    ③理论上,根据电子守恒可知,,2:9。
    23.(1)     <     -165
    (2)     350℃下CH4的体积分数很大,而CO的体积分数几乎为0,即此温度下CH4的选择性较大,制得的CH4纯度较高     93.75%     0.22
    (3)CO2+8H++8e-=CH4+2H2O

    【详解】(1)由题干信息可知,反应I即,正反应是一个气体体积减小的方向,则该反应的<0,反应I和II的吉布斯自由能与热力学温度(T)之间的关系图所示信息可知,曲线2代表反应I的变化关系,故-165,故答案为:<;-165;
    (2)①由题干图像可知,350℃下CH4的体积分数很大,而CO的体积分数几乎为0,即此温度下CH4的选择性较大,制得的CH4纯度较高,故在工业上,常选用350℃作为合成温度,故答案为:350℃下CH4的体积分数很大,而CO的体积分数几乎为0,即此温度下CH4的选择性较大,制得的CH4纯度较高;
    ②由题干图像可知,450℃时,CH4的体积分数为37.5%,CO的体积分数为2.5%,根据碳原子守恒可知,CO2对甲烷的选择性=×100%=93.75%,假设CO2总共转化量为xmol,则0.9375x转化为CH4,0.0625x转化为CO,根据三段式分析可得:,,该温度下达到平衡时,CH4的物质的量为:0.9375xmol,H2O的物质的量为:1.875x+0.0625x=1.9375xmol,H2的物质的量为:3-3.75x-0.0625x=(3-3.8125x)mol,CO的物质的量为0.0625xmol,CO2的物质的量为1-0.9375x-0.0625x=(1-x)mol,根据CO2的体积分数和H2的体积分数相等有:3-3.8125x=0.9375x,解得x=0.63mol,平衡时体系气体总的物质的量为:0.9375xmol +1.9375xmol +(3-3.8125x)mol +0.0625xmol +(1-x)=4-1.875x=4-1.875×0.63=2.81875mol,H2的分压为:=0.212p总,CO2的平衡分压为:=0.131p总,CO的平衡分压为:=0.014p总,H2O的平衡分压为:=0.433p总,反应II的Kp===0.22,故答案为:93.75%;0.22;
    (3)光催化剂在光能作用下,电子发生跃迁,形成类似于电解池的阴阳极,将CO2转变为CH4,该过程发生还原反应,故酸性环境下该过程的电极反应式为:CO2+8H++8e-=CH4+2H2O,故答案为:CO2+8H++8e-=CH4+2H2O。

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