第4章 化学反应与电能单元测试-高二化学同步讲与练(人教选择性必修1)

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第4章 化学反应与电能单元测试说明:1.本试卷分I卷和Ⅱ卷两部分，共 21 题，满分 100 分，考试时间 75 分钟。2.卷I为选择题，请将答案用 2B 铅笔填涂在答题卡上，卷 II用蓝、黑色笔答在答题卡的相应位置上。可能用到的相对原子质量:H-1 C-12 0-16 Mg-24 Cl-35.5 Br-80 I-127I卷（选择题部分 共50分）一、单项选择题(本题包括10小题，每小题3分，共30分)1．如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是（ ▲ ）A．电极I上发生还原反应，作原电池的负极B．电极II的电极反应式为Cu2＋＋2e-=CuC．该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu=Cu2＋＋2Fe2＋D．盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子【答案】C【分析】由电池装置图可知，该电池为原电池，左侧电极I为正极，三价铁离子得到电子变成二价铁，右侧电极II为负极，铜失去电子变成二价铜离子，据此解答。【详解】A．由分析可知，电极 I为正极，发生还原反应，故A错误；B．由分析可知，电极 II为负极，电极反应式为Cu-2e-=Cu2＋，故B错误；C．根据该电池的正负极反应可知，该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu=Cu2＋＋2Fe2＋，故C正确；D．盐桥中装有含氯化钾的琼脂，作用是传递离子而不是电子，故D错误；故答案选C。2．下列关于电解池的叙述中，不正确的是（ ▲ ）A．与电源正极相连的是电解池的阴极 B．电解池是电能转化为化学能的装置C．溶液中的阳离子移向阴极 D．在电解池的阳极发生氧化反应【答案】A【详解】A．与外接直流电源正极相连的是电解池的阳极，A错误；B．电解池将外接直流电的电能转化为化学能，该装置是电能转化为化学能的装置，B正确；C．电解池中溶液中的阳离子向得电子的一极移动，电解池中与外接直流电源负极相连的是阴极，阴极得电子，即溶液中的阳离子移向阴极，C正确；D．电解池的阳极失去电子流入外接直流电源的正极，在电解池的阳极发生氧化反应，D正确；故选A。3．北京冬奥会火种灯的外形设计灵感来自于河北博物院的“长信宫灯”。下列说法错误的是（ ▲ ）A．青铜的硬度大于纯铜B．镏金层破损后生成铜锈的主要成分为CuOC．铝合金表面氧化物薄膜可以保护内部金属不被腐蚀D．两灯所用的燃料充分燃烧后的产物均为CO2和H2O【答案】B【详解】A．青铜属于合金，一般来说合金的硬度大于纯金属的硬度，因此青铜的硬度大于纯铜，A正确；B．镏金层破损后生成铜锈的主要成分为Cu2(OH)2CO3，B错误；C．铝合金表面氧化物薄膜是致密的氧化膜，因此可以保护内部金属不被腐蚀，C正确；D．丙烷含C、H两种元素，动物油脂含C、H、O三种元素，因此两灯所用的燃料充分燃烧后的产物均为CO2和H2O，D正确。综上所述，答案为:B。4．下列有关装置的说法正确的是（ ▲ ）A．装置I中为原电池的负极B．装置IV工作时，电子由锌通过导线流向碳棒C．装置III可构成原电池D．装置II为一次电池【答案】B【详解】A．Al能够与NaOH溶液反应，而Mg不能反应，所以装置I中为原电池的正极，Al为原电池的负极，A错误；B．由于电极活动性Zn比C强，所以Zn为负极，碳棒为正极，故装置IV工作时，电子由负极锌通过导线流向正极碳棒，B正确；C．装置III中2个电极都是Zn，没有活动性不同的电极，因此不可构成原电池，C错误；D．装置II可充电，为电解池；也可放电，为原电池，故装置II电池为二次电池，D错误；故合理选项是B。5．微生物电化学产甲烷法是将电化学法和生物还原法有机结合，装置如图所示(左侧CH3COO-转化为CO2和H+，右侧CO2和H+转化为CH4)。有关说法正确的是（ ▲ ）A．电源a为负极B．该技术能助力“碳中和”(二氧化碳“零排放”)的战略愿景C．外电路中每通过lmol e-与a相连的电极将产生2.8L CO2D．b电极的反应为：CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O【答案】D【分析】电解池中，与电源正极相连的电极是阳极，阳极上失去电子发生氧化反应，左侧电极上CH3COO-转化为CO2和H+，发生氧化反应，左侧为阳极，与电源负极相连的电极是阴极，阴极上氧化剂得到电子发生还原反应，右侧CO2和H+转化为CH4；为还原反应，右侧为阴极。【详解】A． 据分析，左侧电极为阳极，则电源a为正极，A错误；B．电化学反应时，电极上电子数守恒，则有左侧 ，右侧有，二氧化碳不能零排放，B错误；C． 不知道气体是否处于标准状况，则难以计算与a相连的电极将产生的CO2的体积，C错误；D． 右侧为阴极区，b电极上发生还原反应，结合图示信息可知，电极反应为：CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O，D正确；答案选D。6．科学家设计了一种高效、低能耗制备H2O2的装置，装置如图所示。下列有关说法不正确的是（ ▲ ）A．阴极区产生2molOH－时，参加反应的O2在标准状况下的体积为11.2LB．a为电源的正极C．阳极区反应为−2e－+3OH－=2H2O+D．该装置中，离子交换膜为阴离子交换膜【答案】A【分析】右边氧气变双氧水，氧化合价降低，说明右边是阴极，则b为负极，a为正极，左边为阳极。【详解】A．阴极电极反应式O2＋2e－＋2H2O＝H2O2＋2OH－，则阴极区产生2molOH－时，参加反应的O2为1mol，在标准状况下的体积为22.4L，故A错误；B．根据前面分析a为电源的正极，故B正确；C．根据前面得到左边是阳极， 被氧化，因此阳极区反应式为−2e－+3OH－=2H2O+，故C正确；D．该装置中，氢氧根在阳极消耗，因此阴极产生的氢氧根要转移到阳极区域，则离子交换膜为阴离子交换膜，故D正确。综上所述，答案为A。7．高新材料的使用为“天问一号”成功探测火星作出了巨大贡献。下列说法错误的是（ ▲ ）A．用于隔热、减质的纳米气凝胶能够发生丁达尔效应B．着陆器所用特种吸能合金的硬度大于各组成成分金属C．火星车结构所用铝基碳化硅复合材料中铝基为增强体D．外表面经阳极氧化加装有机热控涂层时，外表面与电源的正极相连【答案】C【详解】A．从纳米气凝胶的名称可以看出，该材料属于胶体，分散质为纳米级粒子，当可见光束通过胶体时，可发生丁达尔效应，A正确；B．合金的硬度一般大于合金中各组成成分金属的硬度，B正确；C．从铝基碳化硅复合材料的名称可以推知铝基为基体，碳化硅为增强体，C错误；D．外表面经阳极氧化加装有机热控涂层，说明电镀时外表面为阳极，应该与电源的正极相连，D正确。故答案选择C。8．一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)存在)。电池放电时，下列叙述错误的是（ ▲ ）A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移B．Ⅰ区的SO通过隔膜向Ⅱ区迁移C． MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2OD．电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)+Mn2++2H2O【答案】A【分析】根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O；电池在工作过程中，由于两个离子选择隔膜没有指明的阳离子隔膜还是阴离子隔膜，故两个离子隔膜均可以通过阴、阳离子，因此可以得到Ⅰ区消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ区的K+向Ⅰ区移动或Ⅰ区的SO向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗OH-，生成Zn(OH)，Ⅱ区的SO向Ⅲ区移动或Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动。据此分析答题。【详解】A．根据分析，Ⅱ区的K+只能向Ⅰ区移动，A错误；B．根据分析，Ⅰ区的SO向Ⅱ区移动，B正确；C．MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正确；D．电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)+Mn2++2H2O，D正确；故答案选A。9．电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应(Li2O2+2h+=2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是（ ▲ ）A．充电时，电池的总反应B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关C．放电时，Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移D．放电时，正极发生反应【答案】C【分析】充电时光照光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应（Li++e-=Li+）和阳极反应（Li2O2+2h+=2Li++O2），则充电时总反应为Li2O2=2Li+O2，结合图示，充电时金属Li电极为阴极，光催化电极为阳极；则放电时金属Li电极为负极，光催化电极为正极；据此作答。【详解】A．光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应对电池进行充电，结合阴极反应和阳极反应，充电时电池的总反应为Li2O2=2Li+O2，A正确；B．充电时，光照光催化电极产生电子和空穴，阴极反应与电子有关，阳极反应与空穴有关，故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，B正确；C．放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，Li+从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误；D．放电时总反应为2Li+O2=Li2O2，正极反应为O2+2Li++2e-=Li2O2，D正确；答案选C。10．通过电解废旧锂电池中的可获得难溶性的和，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是（ ▲ ）A．电极A为阴极，发生还原反应B．电极B的电极反应：C．电解一段时间后溶液中浓度保持不变D．电解结束，可通过调节除去，再加入溶液以获得【答案】C【详解】A．由电解示意图可知，电极B上Mn2+转化为了MnO2，锰元素化合价升高，失电子，则电极B为阳极，电极A为阴极，得电子，发生还原反应，A正确；B．由电解示意图可知，电极B上Mn2+失电子转化为了MnO2，电极反应式为：2H2O+Mn2+-2e-=MnO2+4H+，B正确；C．电极A为阴极， LiMn2O4得电子，电极反应式为：2LiMn2O4+6e-+16H+=2Li++4Mn2++8H2O，依据得失电子守恒，电解池总反应为：2LiMn2O4+4H+=2Li++Mn2++3MnO2+2H2O，反应生成了Mn2+，Mn2+浓度增大，C错误；D．电解池总反应为：2LiMn2O4+4H+=2Li++Mn2++3MnO2+2H2O，电解结束后，可通过调节溶液pH将锰离子转化为沉淀除去，然后再加入碳酸钠溶液，从而获得碳酸锂，D正确；答案选C。二、不定项选择题(本题包括5小题，每小题4分，共20分。每小题有一个或两个选项符合题意。若正确答案只包括一个选项，多选时，该题为0分;若正确答案包括两个选项，只选一个且正确的给2分,选两个且都正确的给4分,但只要选错一个,该小题就为0分)11．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应式为Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2，下列说法中不正确的是（ ▲ ）A．溶液中OH-向正极移动，K+、H+向负极移动B．正极发生的反应是Ag2O+2e−+H2O=2Ag+2OH-C．原电池放电时，负极上发生反应的物质是Zn，发生还原反应D．工作时，负极区溶液c(OH-)减小【答案】AC【详解】A．放电时，溶液中的OH−向负极移动，K+、H+向正极移动，故A错误；B．正极上Ag2O得电子发生还原反应，电极反应式为Ag2O+2e−+H2O=2Ag+2OH−，故B正确；C．根据总反应式Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2可知，放电时Zn元素化合价由0价变为+2价，所以负极上Zn失电子发生氧化反应，故C错误；D．电解质溶液为KOH溶液，所以负极反应为Zn+2OH−−2e−=Zn(OH)2，在负极区， OH−被消耗导致氢氧根离子浓度减小，故D正确；答案选AC。12．固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)公司研制开发的。它以固体氧化锆­氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2-)在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是（ ▲ ）A．有O2放电的a极为电池的负极B．O2-移向电池的负极C．b极对应的电极反应式为2H2-4e-＋2O2-=2H2OD．a极对应的电极反应式为O2＋2H2O＋4e-=4OH-【答案】BC【详解】A．在燃料电池中，有O2放电的a极为电池的正极，故A错误；B．在燃料电池中，阴离子移向负极，所以O2-移向电池的负极，故B正确；C．b极为负极，H2失电子发生氧化反应生成H2O，电极反应式为2H2-4e-＋2O2-=2H2O，故C正确；D．a极为正极，O2得电子生成O2-，电极反应式为O2＋4e-=2O2-，故D错误；答案选BC。13．某单液电池如图所示，其反应原理为。下列说法错误的是（ ▲ ）A．放电时，左边电极为负极B．放电时，溶液中向右边电极移动C．充电时，右边电极上发生的电极反应式：D．充电时，当左边电极生成时，电解质溶液减轻2g【答案】CD【详解】A．由图示分析可知，放电时左边电极发生氧化反应，为电池的负极，故A正确；B．由A分析可知，放电时左边为电池的负极，右边则为电池的正极，工作时阳离子向正极移动，即氢离子向右边电极移动，故B正确；C．充电时左边电极为阴极，发生还原反应，即；右边电极为阳极，发生氧化反应，即，故C错误；D．由反应可知，充电时，当左边电极生成时，电解质溶液中会减少2molHCl，则减少的质量为73g，故D错误。故选CD。14．我国力争于2030前做到碳达峰，2060年前实现碳中和，利用如图所示电解法吸收CO2并制得HCOOK，下列说法错误的是（ ▲ ）A．Pt片为电解池的阳极B．Sn片上发生的电极反应为CO2+2e—+HCO=HCOO—+COC．标准状况下，电路中转移1mole—阳极产生5.6L气体D．电解一段时间后，阴极区需要补充KHCO3溶液【答案】CD【分析】由图可知，铂片为电解池的阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，氢离子与溶液中的碳酸氢根离子反应生成二氧化碳和水，锡片为阴极，二氧化碳在碳酸氢根离子作用下在阴极得到电子发生还原反应生成甲酸根离子和碳酸根离子。【详解】A．由分析可知，铂片为电解池的阳极，故A正确；B．由分析可知，锡片为阴极，二氧化碳在碳酸氢根离子作用下在阴极得到电子发生还原反应生成甲酸根离子和碳酸根离子，电极反应式为CO2+2e—+HCO=HCOO—+CO，故B正确；C．由分析可知，铂片为电解池的阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，氢离子与溶液中的碳酸氢根离子反应生成二氧化碳和水，所以电路中转移1mol电子时，阳极产生气体的体积大于1mol××22.4L/mol=5.6L，故C错误；D．由分析可知，锡片为阴极，二氧化碳在碳酸氢根离子作用下在阴极得到电子发生还原反应生成甲酸根离子和碳酸根离子，所以电解一段时间后，向阴极通入过量的二氧化碳，将溶液中的碳酸根离子转化为碳酸氢根离子，不需要补充碳酸氢钾溶液，故D错误；故选CD。15．利用电解法制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH和Cl2。下列说法正确的是（ ▲ ）A．C膜可以为质子交换膜B．阴极室的电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+C．可用铁电极替换阴极的石墨电极D．每转移2 mol e-，阳极室溶液质量减少111 g【答案】CD【分析】电解池中阳离子移向阴极，阴离子移向阳极，阳极附近氯离子失电子发生氧化反应生成氯气，阴极附近氢离子放电生成氢气，破坏水的电离平衡，氢氧根离子浓度增大，结合钠离子生成氢氧化钠，则C膜应为阳离子交换膜。【详解】A．分析可知C膜为阳离子交换膜，要允许钠离子通过，故A错误；B．阴极室的电极反应式2H2O+2e-═H2↑+2OH-，故B错误；C．阴极不参与反应可用铁电极替换阴极的石墨电极，故C正确；D．因为2Cl--2e-═Cl2↑，阳离子钙离子又移向阴极，所以每转移2mol e-，阳极室溶液质量减小为1molCaCl2的质量，为111g，故D正确；答案选CD。Ⅱ卷（综合题部分 共50分）三、综合题(本题包括6小题，共 50分)16．（8分）工业生产和社会生活重要应用。I.工业上用CO生产燃料甲醇，一定条件下发生反应：。图1表示反应中能量变化；图2表示一定温度下，在容积为2L的密闭容器中加入和一定量的CO后，CO和的浓度随时间变化。请回答下列问题：(1)在图1中，曲线_______(填“a”或“b”)表示使用了催化剂。(2)该反应属于_______(填“吸热”或“放热”)反应。(3)增大反应体系压强，则该反应化学平衡常数_______(填“增大”“减小”或“不变”)。II.溶液是一种重要的铜盐试剂，在电镀、印染、颜料、农药等方面有广泛应用。某同学利用溶液进行以下实验探究：(4)以溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是_______(填字母)。a.溶液中向阳极移动    b.粗铜接电源正极，发生还原反应c.电解后溶液的浓度减小    d.利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属(5)下图中，I是甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)的结构示意图，该同学想在II中实现铁上镀铜：①b处通入的是_______(填“”或“”)，a处的电极反应式为_______。②当铜电极的质量减轻3.2g，则消耗的在标准状况下的体积为_______。【答案】(1)b(2)放热(3)不变(4)cd(5) O2 0.28【详解】（1）催化剂能降低反应的活化能，则图1中，曲线b表示使用了催化剂。（2）由图可知，反应物总能量高于生成物总能量，则该反应属于放热反应。（3）化学平衡常数只受温度影响，则增大反应体系压强时该反应化学平衡常数不变。（4）a．根据电解池“异性相吸”，则溶液中向阴极移动，故a错误；b．粗铜接电源正极，发生氧化反应，故b错误；c．由于在阳极Zn、Al先于铜失去电子，阴极是铜离子得到电子变为铜单质，因此电解后溶液的浓度减小，故c正确；d．Ag、Pt、Au活泼性小于铜，则阳极泥是Ag、Pt、Au，因此利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属，故d正确；综上所述，答案为cd。（5）①图2中，Ⅰ是甲烷碱式燃料电池，想在Ⅱ中实现铁上镀铜，则铜为阳极，铁为阴极，因此a为负极，b为正极，燃料甲烷在负极反应，因此b处通入的是，a处是甲烷失去电子和氢氧根反应生成碳酸根和水，则a处的电极反应式为。②电极上电子数守恒，存在关系式，当铜电极的质量减轻3.2g即物质的量为0.05mol，则铜失去了0.1mol电子，则消耗的物质的量为0.0125mol，在标准状况下的体积为0.0125mol× 22.4L∙mol−1＝0.28L；故答案为：0.28。17．（8分）CuCl难溶于水，不溶于乙醇和稀酸， 可溶于Cl－浓度较大的溶液，露置于潮湿空气中易被氧化。回答下列问题。(1)铜制品发生电化学腐蚀过程中产生CuCl，如图所示。过程I的负极反应式为___________。(2)工业上氯化亚铜可由亚硫酸铵与氯化铜溶液反应制得，其产率与温度、溶液pH的关系如图所示。析出CuCl晶体的最佳条件为___________，A．60°C左右，pH为2.0~2.5      B．90°C左右，pH为2.0~2.5C．60°C左右，pH为5.0~6.0        D． 90°C 左右， pH为5.0~6.0该方法制备CuCl的离子方程式为___________ 。 制得的CuCl先用稀盐酸洗涤，再用乙醇洗涤，乙醇的作用是___________。(3)实验室模拟工业电解氨性含铜蚀刻液的装置如图所示(阴极液主要成分为[Cu(NH3)4]SO4)。电解后阴极液经盐酸酸化，再用蒸馏水稀释，生成CuCl， 阳极区得到副产物硫酸。电解时选用___________ (填 “阳”或“阴”)离子交换膜，阴极电极反应式为___________。(4)用H2还原CuCl制备活性铜的反应为H2(g)+ 2CuCl(s) 2Cu(s)+ 2HCl(g) ΔH=−149 kJ∙mol−1。常温下正反应___________(填“能” 或“不能” )自发进行。 反应速率υ=υ正−υ逆=k正∙x(H2) −k 逆∙x2(HCl)， k 正、k逆分别为正、逆反应速率常数，x为气体的物质的量分数。在T°C和p kPa条件下，上述反应中H2的平衡转化率为80%，该条件下当H2的转化率为60%时， =___________。(保留两位有效数位)【答案】(1)Cu − e− + Cl− =CuCl(2) A SO + 2Cu2+ + 2Cl− + H2O =SO + 2CuCl↓ + 2H+ 去除晶体表面的杂质离子，洗去水分使CuCl更易干燥(3) 阴 [Cu(NH3)4]2+ + e− + 2H2O =[Cu(NH3)2]+ + 2NH3∙H2O(或[Cu(NH3)4]2+ + e– = [Cu(NH3)2]+ + 2NH3)(4) 能 3.2【详解】（1）根据过程I的图可知铜使失去电子和氯离子结合生成氯化亚铜，铜作负极，其电极反应式为Cu − e− + Cl− =CuCl；故答案为：Cu − e− + Cl− =CuCl。（2）根据图中信息析出CuCl晶体的最佳条件为温度60°C左右，pH为2.0~2.5，故选A；亚硫酸根中硫化合价升高变为硫酸根，铜离子化合价降低，再和氯离子结合生成氯化亚铜，该方法制备CuCl的离子方程式为SO + 2Cu2+ + 2Cl− + H2O =SO + 2CuCl↓ + 2H+。制得的CuCl先用稀盐酸洗涤，抑制CuCl溶于盐酸，CuCl表面还有水分和其他杂质离子，再用乙醇洗涤，乙醇的作用是去除晶体表面的杂质离子，洗去水分使CuCl更易干燥；故答案为：A；SO + 2Cu2+ + 2Cl− + H2O =SO + 2CuCl↓ + 2H+；去除晶体表面的杂质离子，洗去水分使CuCl更易干燥。（3）电解时阳极生成氧气和硫酸，说明阴极室的硫酸根会移向阳极，因此选用阴离子交换膜，电解后阴极液经盐酸酸化，再用蒸馏水稀释，生成CuCl，说明阴极电解时[Cu(NH3)4]2+得到电子变为[Cu(NH3)2]+，则阴极电极反应式为[Cu(NH3)4]2+ + e− + 2H2O =[Cu(NH3)2]+ + 2NH3∙H2O(或[Cu(NH3)4]2+ + e– = [Cu(NH3)2]+ + 2NH3)；故答案为：阴；[Cu(NH3)4]2+ + e− + 2H2O =[Cu(NH3)2]+ + 2NH3∙H2O(或[Cu(NH3)4]2+ + e– = [Cu(NH3)2]+ + 2NH3)。（4）用H2还原CuCl制备活性铜的反应为H2(g)+ 2CuCl(s) 2Cu(s)+ 2HCl(g) ΔH=−149 kJ∙mol−1，该反应是熵增的反应，根据自由能公式ΔG＝ΔH −TΔS分析得到在任意条件下能自发进行，因此常温下正反应能自发进行。 反应速率υ=υ正−υ逆=k正∙x(H2) −k 逆∙x2(HCl)， k 正、k逆分别为正、逆反应速率常数，x为气体的物质的量分数。在T°C和p kPa条件下，上述反应中H2的平衡转化率为80%，假设开始充入1mol氢气，建立三段式，则υ正=υ逆即k正∙x(H2)=k 逆∙x2(HCl)，，该条件下当H2的转化率为60%时，， ；故答案为：能；3.2。18．（8分）工业上常用电解法制备化工产品。Ⅰ. 氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。(1)写出电解饱和食盐水的离子方程式_______。(2)精制饱和食盐水从图中_______位置补充，氢氧化钠溶液从图中_______位置流出。(选填“a”、“b”、“c”或“d”) Ⅱ. 用惰性电极电解法制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。(3)标准状况下，阴极与阳极产生的气体体积比为_______；b极的电极反应式为_______。(4)分析产品室中得到H3BO3的原因_______(可结合化学用语描述)。(5)每增加1 mol H3BO3产品，NaOH溶液增重_______g【答案】(1)2Cl- + 2H2O2OH- + H2↑ + Cl2↑(2) a d(3) 2∶1 2H2O-4e－=O2↑＋4H＋(4)原料室阴离子[B(OH)4]-通过阴膜进入产品室，阳极区H＋通过阳膜进去产品室，[B(OH)4]-+H+= H3BO3+H2O(5)22【解析】（1）电解饱和食盐水生成氢气、氧气和氢氧化钠，离子方程式2Cl- + 2H2O2OH- + H2↑ + Cl2↑。（2）左侧室中氯离子放电生成氯气，钠离子加入右室得到氢氧化钠，故精制饱和食盐水从图中a位置补充，氢氧化钠溶液从图中d位置流出。（3）a极为阴极，水中氢离子放电生成氢气，b极为阳极，水中氢氧根离子放电生成氧气，根据电子守恒可知，2H2~4e-~O2，则标准状况下，阴极与阳极产生的气体体积比为2:1；b极的电极反应式为2H2O-4e－=O2↑＋4H＋。（4）原料室中[B(OH)4]-进入通过阴膜进入产品室，b极室中氢离子通过阳膜进入产品室，反应生成H3BO3，[B(OH)4]-+H+= H3BO3+H2O。（5）根据[B(OH)4]-+H+= H3BO3+H2O可知，每增加1 mol H3BO3产品，则会有1mol氢离子进入产品室，则根据电子守恒可知，阴极室中转移电子为1mol，H2~2e-，生成氢气质量为1g，同时原料室中有1mol钠离子（23g）通过阳膜进入阴极室，则阴极室中NaOH溶液增重23g-1g=22g。19．（8分）实验小组对溶液分别与、溶液的反应进行探究。已知：ⅰ．ⅱ．(1)推测实验Ⅰ产生的无色气体为，实验证实推测正确：用蘸有碘水的淀粉试纸接近试管口，观察到_______，反应的离子方程式为_______。(2)对实验Ⅰ产生的原因进行分析，提出假设：假设a：水解使溶液中增大；假设b：存在时，与反应生成白色沉淀，溶液中增大。①假设a不合理，实验证据是_______；②实验表明假设b合理，实验Ⅰ反应的离子方程式有_______、。(3)对比实验Ⅰ、Ⅱ，提出假设：增强了的氧化性。下述实验Ⅲ证实了假设合理，装置如图。实验方案：闭合K，电压表的指针偏转至“X”处；向U形管_______(补全实验操作及现象)。(4)将实验Ⅱ的溶液静置24小时或加热后，得到红色沉淀，经检验，红色沉淀中含有、和。①通过实验Ⅳ证实红色沉淀中含有和。实验Ⅳ：证实红色沉淀中含有的实验证据是_______；②有同学认为实验Ⅳ不足以证实红色沉淀中含有，设计实验Ⅳ的对比实验Ⅴ，证实了的存在，实验Ⅴ的方案和现象是(请画图表示实验过程)：_______。【答案】(1) 蓝色褪去 (2) 实验Ⅰ、Ⅱ中c(Cu2+)相同，但实验Ⅱ中未见气泡 (3)右侧加入NaCl固体，待NaCl溶解后，电压表指针偏转变大(4) 一段时间后，溶液由浅蓝色变为深蓝色 【分析】(1)淀粉试纸遇碘水变蓝，用蘸有碘水的淀粉试纸接近试管口时遇到SO2，SO2和I2反应生成和I-，蓝色褪去，离子方程式为。(2)①实验Ⅰ、Ⅱ中均含有Cu2+，但实验Ⅱ中并无气体产生，可知不是因为Cu2+水解生成SO2；②存在时，与反应生成白色沉淀，溶液中增大，H+和反应生成SO2，离子方程式为、。(3)为证明增强了的氧化性，应向U形管右侧加入NaCl固体，待NaCl溶解后，Cu2+的氧化性增强，使得电池的电压增大，则电压表指针偏转变大。(4)①根据已知ⅰ．和ⅱ．，加入浓氨水后，沉淀溶解变为浅蓝色，露置在空气中一段时间后，溶液变为深蓝色，说明红色沉淀中含有；②取少量纯净的Cu2O于试管中，滴加足量浓氨水，沉淀溶解，得到无色溶液，露置在空气中一段时间后，溶液变为深蓝色，用此实验可说明实验Ⅳ中存在，图示为。20．（9分）某小组同学利用原电池装置探究物质的性质。资料显示：原电池装置中，负极反应物的还原性越强，或正极反应物的氧化性越强，原电池的电压越大。（1）同学们利用下表中装置进行实验并记录。①同学们认为实验Ⅰ中铁主要发生了析氢腐蚀，其正极反应式是_____________。②针对实验Ⅱ现象：甲同学认为不可能发生析氢腐蚀，其判断依据是_______；乙同学认为实验Ⅱ中应发生吸氧腐蚀，其正极的电极反应式是___________。（2）同学们仍用上述装置并用Cu和石墨为电极继续实验，探究实验Ⅱ指针偏转原因及影响O2氧化性因素。①丙同学比较实验Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的电压表读数为：c＞a＞b，请解释原因是_____________。②丁同学对Ⅳ、Ⅴ进行比较，其目的是探究_____________________对O2氧化性的影响；实验Ⅳ中加入Na2SO4溶液的目的是_____________。【答案】 2H+ + 2e-=H2↑ 在金属活动性顺序中，Cu在H后，Cu不能置换出H2 O2 + 4H+ + 4e-=2H2O O2浓度越大，其氧化性越强，使电压值增大 溶液的酸碱性 排除溶液中的Na+（或SO42-）对实验的可能干扰；【详解】（1）①同学们认为实验Ⅰ中铁主要发生了析氢腐蚀，即为溶液中的H+得电子生成H2，其正极反应式是2H+ + 2e-=H2↑。②针对实验Ⅱ现象，甲同学考虑到：在金属活动顺序表中，Cu排在H的后面，所以他认为不可能发生析氢腐蚀。乙同学认为实验Ⅱ中应发生吸氧腐蚀，其正极是溶解在溶液中的O2得电子，电极反应式是O2 + 4H+ + 4e-=2H2O。（2）①丙同学比较实验Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，同样是pH=2的H2SO4溶液，只是溶解的O2量不同，导致电压表读数为：c＞a＞b，因此可以看出，氧气浓度越大，导电能力越强。②丁同学对Ⅳ、Ⅴ进行比较，其变量是溶液pH的不同，因此其目的是探究溶液的酸碱性对O2氧化性的影响。实验Ⅳ中加入Na2SO4溶液，结果溶液的导电能力未变，从而说明溶液中的Na+（或SO42-）对实验不产生干扰，也由此得出实验Ⅳ中加入Na2SO4溶液的目的是排除溶液中的Na+（或SO42-）对实验的可能干扰。21．（9分）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：①②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：③④(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“>”“ (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。实验装置试剂x操作及现象Ⅰ溶液加入2mL溶液，得到绿色溶液，30s时有无色气泡和白色沉淀产生，上层溶液颜色变浅。Ⅱ溶液加入2mL溶液，得到绿色溶液，3分钟未见明显变化。装置编号电极A溶液B操作及现象ⅠFepH=2的H2SO4连接装置后，石墨表面产生无色气泡；电压表指针偏转ⅡCupH=2的H2SO4连接装置后，石墨表面无明显现象；电压表指针偏转，记录读数为a编号溶液B操作及现象Ⅲ经煮沸的pH=2的 H2SO4溶液表面用煤油覆盖，连接装置后，电压表指针微微偏转，记录读数为bⅣpH=2的H2SO4在石墨一侧缓慢通入O2并连接装置，电压表指针偏转，记录读数为c；取出电极，向溶液中加入数滴浓Na2SO4溶液混合后，插入电极，保持O2通入，电压表读数仍为cⅤpH=12的NaOH在石墨一侧缓慢通入O2并连接装置，电压表指针偏转，记录读数为d