山西高考化学三年（2021-2023）模拟题汇编-12化学能与电能

这是一份山西高考化学三年（2021-2023）模拟题汇编-12化学能与电能，共38页。试卷主要包含了单选题，原理综合题，工业流程题，实验题等内容，欢迎下载使用。
山西高考化学三年（2021-2023）模拟题汇编-12化学能与电能

一、单选题
1．（2023·山西吕梁·统考二模）研究表明，苯能更好地转化成苯甲酸，其相应的机理(自由基过程)如图所示，已知：Ar为芳基(-C6H5)； Ac为乙酰基( )，下列说法错误的是
    
A．K2S2O8中S的化合价为+6价，在该反应机理中作氧化剂
B．CoII (OAc)2一次性加入，不需要中途再加入
C．电解KHSO4制备K2S2O8循环使用： 2KHSO4K2S2O8+H2↑
D．CoIII-O·、CoII-OH、Ar·、ArCO·均为反应过程中的自由基
2．（2023·山西·校联考模拟预测）我国科学家研究出一种新型水系电池(甲装置)，既能实现乙炔加氢，又能发电。用该电池作为电源处理废水，实现将苯酚()氧化为和(乙装置)。

已知：放电时，Zn转化为ZnO。羟基自由基(·OH)是自然界中氧化性仅次于F₂的氧化剂。
下列说法错误的是
A．甲、乙两装置相互连接时，a极应接d极
B．a极的电极反应为
C．放电时，甲装置b极区溶液的pH逐渐减小
D．相同时间内，c、d两极产生气体的体积比(相同条件下)为3∶7
3．（2023·山西运城·统考二模）我国科研人员利用双极膜技术构造出一类具有高能量密度、优异的循环性能的新型水系电池，模拟装置如图所示。已知电极材料分别为Zn和MnO2，相应的产物为和Mn2+。下列说法错误的是

A．双极膜中的OH-通过膜a移向M极
B．电池工作一段时间后，NaOH溶液的pH不变
C．N电极的反应式为MnO2 +4H+ +2e- =Mn2+ +2H2O
D．若电路中通过2 mol e-，则稀硫酸溶液质量增加89 g
4．（2023·山西·统考一模）2021年，中科院固体物理研究所在以有机物HMF()作为燃料的燃料电池研究中取得新进展，合成了负载在炭黑上的铂与硫化镍纳米颗粒双功能催化剂(PtNiSx/CB)，实现了在输出能量的同时将燃料转变为更高价值的产品。反应装置如图1所示，反应时间和负极产品百分含量关系如图2所示，下列说法正确的是

A．a比b的电势高
B．HMF转化为HMFCA ( )的电极反应式为—e—+OH—= +H2O
C．OH—由左池进入右池
D．制备FDCA需要燃料电池工作60min以上
5．（2023·山西阳泉·统考三模）乙醛酸是一种重要的化工中间体，可用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的解离为和，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．在上述电化学合成过程中只起电解质的作用
B．阳极上的反应式为：+2H++2e-=+H2O
C．制得乙醛酸，理论上外电路中迁移了电子
D．双极膜中间层中的在外电场作用下向铅电极方向迁移
6．（2022·山西晋城·统考二模）工业上制取KIO3可采用如下两种方法：
方法1：直接歧化法：将精制I2溶于过量KOH溶液，发生的反应为3I2+6KOH=KIO3+5KI+3H2O。
方法2：电解法：将直接歧化法反应后的溶液，加入阳极区，使KI转化为KIO3(I-+6OH--6e-=+3H2O)，在阴极区加入KOH溶液，电解槽用水冷却。

下列说法正确的是
A．方法1中，氧化剂与还原剂物质的量之比为1：2
B．当外电路转移1mole-，阴极区溶液质量减少18g
C．电解过程中处于阴极区的电极1上会有氧气生成
D．若电流利用率为100%，理论上电解法制KIO3碘原子的利用率是直接歧化法的3倍
7．（2022·山西吕梁·统考二模）我国科学家研究出一种新型电池，可利用太阳光持续完成过氧化氢制备和硫化氢吸收，其工作原理示意图如图所示(HQ和Q代表两种有机物)。下列说法正确的是

A．该装置涉及电能直接转化为化学能
B．工作时，溶液中H2SO4的物质的量逐渐减小
C．工作时，理论上生成H2O2和S单质的物质的量相等
D．若导线中流过2mole-，催化电极上有4molI-参与转化
8．（2022·山西运城·统考模拟预测）有学者设想将传统锌锰电池改装为双膜三室模式的蓄电池，三室中电解质溶液分别选用K2SO4、KOH、H2SO4溶液中的一种，工作原理示意图如图所示。

下列说法正确的是
A．膜p适合选用阴离子交换膜
B．II室中适合添加KOH溶液
C．放电时，III室中溶液的pH增大
D．充电后，I室和III室溶液的质量变化相同
9．（2022·山西·统考二模）我国科学家以CO2作为无机碳源，通过熔融盐电解技术成功制备出一种核壳结构催化剂Co@C(Co@C在N极区生成)，其可用于过氧单硫酸盐(PMS)活化降解邻苯二甲酸二乙酯(DEP)污染物。Co@C的熔融盐电解装置与原理图如下：

下列说法正确的是
A．N极反应式之一为Co3++e-=Co2+
B．Li+、Na+、K+移向M极
C．当生成22.4LO2时，转移电子数为4NA
D．该装置中不存在O2-的生成
10．（2022·山西太原·统考三模）我国科学家利用Co的化合物在Fe(OH)2氧化过程中的催化作用，促进了电催化过程中流失的Fe催化活性中心的原位自修复(Fe再沉积的主要反应过程) ，反应机理如图所示。下列说法错误的是

A．反应过程中CoOOH为催化剂
B．图中各反应不能在酸性条件下进行
C．存在反应Co(OH)2+OH- -e- =CoOOH+H2O
D．图中所示物质之间的转化有非极性键的形成和断裂
11．（2022·山西太原·统考二模）2022年北京冬奥会期间，我国使用了“容和一号”大容量电池堆(铁一铬液流电池)作为备用电源(原理示意如图)。铁-铬液流电池的寿命远远高于钠硫电池锂离子电池和铅酸蓄电池等。下列说法错误的是

A．该电池总反应为：Fe3++Cr2+ Fe2++Cr3+
B．充电时左边的电极电势高于右边的电极电势
C．充电时若1 mol Fe2+被氧化，电池中有1 mol H+通过交换膜由左向右迁移
D．若用该电池电解水，生成22.4 L(标准状况)H2时，则有2 mol Cr3+被还原
12．（2022·山西太原·统考二模）某化学小组在实验室利用下列装置(部分夹持仪器略)进行实验，其中能达到实验目的的是

A．图Ⅰ ：制取并收集少量干燥的氨气
B．图Ⅱ ：制备少量无水氯化镁
C．图Ⅲ：关闭a、打开b，可检查装置的气密性
D．图Ⅳ ：验证牺牲阳极法保护铁
13．（2022·山西太原·统考一模）我国科学家开发出一种双极制氢系统，在低电池电压下的KOH介质中，可将醛类物质电催化转化为相应的羧酸盐和氢气，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是

A．泡沫铜与直流电源的正极相连
B．制得1 mol氢气，理论上外电路中迁移了2 mol电子
C．高电压下不能实现双极制氢的原因可能是Cu被氧化从而使催化剂失活
D．泡沫铜电极上发生的反应可能为2R-CHO+4OH-－2e-=2R-COO-+H2↑+2H2O
14．（2021·山西阳泉·统考三模）工业上，在强碱性条件下用电解法除去废水中的CN－，装置如图所示，依次发生的反应有：

①CN－－2e－＋2OH－=CNO－＋H2O
②2Cl－－2e－=Cl2↑
③3Cl2＋2CNO－＋8OH－=N2＋6Cl－＋2CO＋4H2O
下列说法正确的是
A．铁电极上发生的反应为Fe－2e－=Fe2＋
B．通电过程中溶液pH不断增大
C．除去1 mol CN－，外电路至少需转移5 mol电子
D．为了使电解池连续工作，需要不断补充NaCl
15．（2021·山西·统考一模）2017—2020年，国家相继出台一系列政策，扶持光伏发电项目建设。图1是太阳能电池工作示意图，与图2装置联合可实现能量的转化和储存。下列有关说法错误的是

A．太阳能电池可将光能直接转换为电能
B．Y接太阳能电池的P电极
C．工作一段时间后，图2左池pH减小
D．每转移1mol电子，图2右池溶液中n(H+)的变化量为2mol

二、原理综合题
16．（2023·山西·校联考模拟预测）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。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：   kJ⋅mol
方法Ⅱ：  
已知：的燃烧热 kJ⋅mol；   kJ⋅mol。
则 。
(2)某工厂采用(1)中方法I生产甲醇。在恒温恒压的密闭容器内充入1 mol 、0.5 mol 和0.5 mol He，测得压强为p MPa，加入合适催化剂后开始反应，测得容器的体积变化如下。
反应时间/min
0
10
20
30
40
50
容器体积/L
4
3.7
3.55
3.45
3.4
3.4
①下列能说明该反应达到平衡状态的是 (填标号)。
A．单位时间内生成1 mol 的同时生成1 mol
B．平衡常数不再变化
C．容器内保持不变
D．混合气体的平均摩尔质量不再变化
②的平衡转化率为 ，该温度下的平衡常数为 (为以分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数)。
(3)北京化工大学某课题组提出了利用光解水产氢过程中形成的活性氧物种活化甲烷直接制甲醇[(1)中方法Ⅱ]的策略。下列说法正确的是___________(填标号)。

A．水在光阳极上发生氧化反应生成
B．生成·OH自由基是化学反应
C．反应过程中C、H、O元素化合价均发生改变
D．在25℃、容积为V L的容器中，适当增大分压，有助于提高的生成速率
(4)某大学采用甲烷电催化氧化法制备甲醇，研究发现在NaCl的碱性电解液中更容易生成，甲烷在催化剂上可能的反应机理如下：
i：
ii：
iii：…
iv：
机理iii为 。阴极的电极反应式为 。
17．（2022·山西太原·统考三模）在“碳达峰、碳中和”的目标引领下，对减少二氧化碳排放的相关技术研究正成为世界各国的前沿发展方向。回答下列问题：
(1)利用CH4-CO2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。
①该反应一般认为通过如下步骤来实现：
I．CH4(g)=C(ads)+2H2(g)
II．C(ads)+CO2(g)=2CO(g)
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反应I是 (填“ 慢反应”或“快反应”)，CH4-CO2干重整反应的热化学方程式为 。(选取图中E1、E2、E3、E4、E5表示反应热)。
②在恒压条件下，等物质的量的CH4(g)和CO2(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1所示。已知在干重整中还发生了副反应：H2(g)+CO2(g)=H2O(g)+CO(g) ΔH＞ 0，则表示CO2平衡转化率的是曲线 (填“ A”或“B") ，判断的依据是 。
③在恒压p 、800 K条件下，在密闭容器中充入等物质的量的CH4(g)和CO2(g) ，若曲线A对应物质的平衡转化率为40%，曲线B对应物质的平衡转化率为20%，则以上反应平衡体系中n(H2)： n(H2O)= ，则干重整反应的平衡常数Kp (用平衡分压代替平衡浓度表示，分压=总压×物质的量分数，列出计算式，无需化简)。

(2)二氧化碳电还原反应提供了一种生产乙醇的方法，已知反应过程中在三种不同催化剂表面(Cu、C/Cu、N-C/Cu)的某个基元反应的能量变化如图所示(IS表示始态，TS表示过渡态，FS表示终态， *表示催化剂活性中心原子)。科学家研究发现铜表面涂覆一层氮掺杂的碳(N-C)可以提高乙醇的选择性，其原因可能是 。

(3)科学家通过使用双极膜电渗析法来捕获和转化海水中的CO2，其原理如图所示。

①写出与电源正极相连一极上的电极反应式： 。
②下列说法正确的是 (填字母)。
A．循环液1和循环液2中的阴离子种类相同
B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜
C．水的电离程度：处理后海水1＞处理后海水2
D．该方法可以同时将海水进行淡化
18．（2022·山西太原·统考二模）绿色能源是未来能源发展的方向，积极发展氢能，是实现“碳达峰、碳中和”的重要举措。回答下列问题：
(1)通过生物柴油副产物甘油制取H2正成为绿色能源的一个重要研究方向。生物甘油水蒸气重整制氢的主要反应如下：
Ⅰ.C3H8O3(g) 3CO(g)+4H2(g) ΔH1=+251 kJ·mol-1
Ⅱ. CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH2 = -41 kJ·mol-1
①反应I能够自发进行的条件是 (填“高温”、“低温”或“任何温度”)。
②重整总反应C3H8O3(g)+3H2O(g) 3CO2(g)+7H2(g)的ΔH3= 。
(2)大量研究表明Pt12Ni 、Sn12Ni、Cu12Ni三种双金属合金团簇均可用于催化DRM反应(CH4+CO2 2CO+ 2H2) ，在催化剂表面涉及多个基元反应，其中甲烷逐步脱氢过程的能量变化如图甲所示(吸附在催化剂表面上的物种用*标注，TS1、TS2、TS3、TS4分别表示过渡态1、过渡态2、过渡态3、过渡态4)。下列说法不正确的是 (填字母)。

A．Pt12Ni 、Sn12Ni、Cu12Ni催化甲烷逐步脱氢过程的速率分别为v1、v2、v3，则v1>v3>v2
B．Pt12Ni 、Sn12Ni、Cu12Ni催化甲烷逐步脱氢过程中活化能最大的反应步骤是CH3*=CH2*+H*
C．DRM反应中伴随非极性键的断裂和生成
(3)甲烷裂解制氢的反应为CH4(g)=C(s)+2H2(g) ΔH =+75 kJ·mol-1，Ni可作该反应的催化剂。CH4在催化剂孔道表面反应时，若孔道堵塞会导致催化剂失活。其他条件相同时，随时间增加，温度对Ni催化剂催化效果的影响如图乙所示。考虑综合因素，使用催化剂的最佳温度为 ；650℃条件下， 1000 s后，氢气的体积分数快速下降的原因是 。

(4)我国科技工作者发明了一种电化学分解甲烷的直流电源方法，从而实现了碳和水的零排放方式生产氢气，电化学反应机理如图所示。阳极的电极反应式为 。

(5)在催化剂作用下H2还原N2O的反应如下：H2(g)+N2O(g) H2O(g)+N2(g) ΔH