2020高考化学二轮复习专题限时集训4化学能与热能、电能的相互转化（含解析）

专题限时集训(四)　化学能与热能、电能的相互转化

(限时：45分钟)

(对应学生用书第135页)

1．N2O和CO是环境污染性气体，可在Pt2O＋表面转化为无害气体，其反应为N2O(g)＋CO(g)CO2(g)＋N2(g)　ΔH，有关化学反应的物质变化过程(图1)及能量变化过程(图2)如下：

图1　　　　　图2

下列说法正确的是(　　)

A．由图1可知ΔH1＝ΔH＋ΔH2

B．由图2可知ΔH＝－226 kJ·mol－1

C．为了实现转化需不断向反应器中补充Pt2O＋和Pt2O

D．由图2可知该反应正反应的活化能大于逆反应的活化能

B　[A项，由图1知，N2O(g)―→N2(g)　ΔH1，CO(g)―→CO2(g)　ΔH2，由盖斯定律可得，ΔH＝ΔH1＋ΔH2，错误；B项，由图2知，反应物为N2O(g)＋CO(g)，生成物为CO2(g)＋N2(g)，ΔH＝134 kJ·mol－1－360 kJ·mol－1＝－226 kJ·mol－1，正确；C项，由图1知，Pt2O＋、Pt2O是催化剂，转化过程中无需向反应器中补充，错误；D项，由图2知，该反应正反应的活化能小于逆反应的活化能，错误。]

2．利用CO2可以制取甲醇，有关化学反应如下：

①CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)　

ΔH1＝－178 kJ·mol－1

②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　

ΔH2＝－566 kJ·mol－1

③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　

ΔH3＝－483.6 kJ·mol－1

已知反应①中相关的化学键键能数据如下：

则断开1 mol C===O需要的能量和CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)的ΔH分别为(　　)

A．吸收750 kJ·mol－1　＋219.2 kJ·mol－1

B．放出750 kJ·mol－1　－143.2 kJ·mol－1

C．吸收1 500 kJ·mol－1　－438.4 kJ·mol－1

D．吸收750 kJ·mol－1　－219.2 kJ·mol－1

D　[依据反应焓变ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和，CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)的反应焓变ΔH1＝(2×EC===O＋3×436 kJ·mol－1)－(3×413 kJ·mol－1＋358 kJ·mol－1＋463 kJ·mol－1＋463 kJ·mol－1×2)＝－178 kJ·mol－1；求得：EC===O＝750 kJ·mol－1。将①＋②÷2－③÷2即得所求方程式，ΔH＝－178 kJ·mol－1＋×(－566 kJ·mol－1)－×(－483.6 kJ·mol－1)＝－219.2 kJ·mol－1。]

3．(2019·浙江4月选考)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。

甲　　　　　乙

丙　　　　　丁

下列说法不正确的是    (　　)

A．甲：Zn2＋向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H＋浓度增加

B．乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－

C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄

D．丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降

A　[铜锌原电池(电解质溶液为硫酸)中铜作正极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故铜电极附近H＋浓度降低，A项错误。]

4．(2019·湖北七市联考)现有二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池，其原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A．该电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合

B．该电池工作时质子从Pt1电极经过内电路流到Pt2电极

C．Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋

D．Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－

D　[Pt2电极发生的反应应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，D不正确。]

5．(2019·德州一模)高氯酸在化工生产中有广泛应用。工业上以NaClO4为原料制备高氯酸的原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．上述装置中，f极为光伏电池的正极

B．阴极的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑

C．d处得到较浓的NaOH溶液，c处得到HClO4

D．若转移2 mol电子，理论上生成100.5 g HClO4

C　[根据Na＋移向，可知c为阳极，e为正极，d为阴极，f为负极。阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阳极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。故A、B错；转移2 mol电子，生成2 mol HClO4即201.0 g，D错。]

6．一种Li­CO2/草酸盐二次电池的装置如图所示，装置工作时，下列说法错误的是(　　)

A．充电时，Li＋从阳膜右侧移向左侧

B．放电时，多孔碳极上的电极反应2CO2＋2e－===C2O

C．充电时，多孔碳极的电势比金属锂极的高

D．放电时，若CO2中混有空气电池性能和产物均不变

D　[根据图示可知金属锂为负极，电极反应式为Li－e－===Li＋，多孔碳极为正极，电极反应式为2CO2＋2e－===C2O。]

7．(2019·郑州一检)科学家设计了一种可以循环利用人体呼出的CO2并提供O2的装置，总反应的方程式为2CO2===2CO＋O2。下列说法正确的是(　　)

A．由图分析N电极为正极

B．OH－通过离子交换膜迁向左室

C．阴极的电极反应为CO2＋H2O＋2e－===CO＋2OH－

D．反应完毕，该装置中电解质溶液的碱性增强   

C　[由题图可知N电极为负极，P电极为正极，A项错误；OH－通过阴离子交换膜迁向右室，B项错误；根据题图知，阴极发生的电极反应为CO2＋H2O＋2e－===CO＋2OH－，C项正确；根据总反应2CO2===2CO＋O2可知反应完毕装置中溶液的pH并无变化，故碱性不会增强，D项错误。]

8．(2019·福州质检)锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移至MnO2晶格中，生成LiMnO2。以下表述不正确的是(　　)

A．a电极电势比b电极电势低

B．混合有机溶剂可用浓NaOH溶液替代

C．电池工作时负极反应为Li－e－===Li＋

D．外电路未接通时，电解质溶液中离子不会定向移动

B　[根据Li＋通过电解质迁移至MnO2晶格中，可知b为正极，a为负极，故a电极电势比b电极电势低，A项正确；由于金属Li能与水反应，故混合有机溶剂不能用浓NaOH溶液替代，B项错误；a为负极，电池工作时负极上Li发生氧化反应：Li－e－===Li＋，C项正确；外电路未接通时，电解质溶液中离子自由移动，不会定向移动，D项正确。]

9．(2019·保定调研)将以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池甲与盛有足量硫酸铜溶液的装置乙相连，起始电路接入状况如图，以电流强度0.1 A，通电10 min后，将电池的正、负极互换接入，移动滑动变阻器，以电流强度0.2 A，继续通电10 min，结束实验。

下列有关说法正确的是(　　)

A．葡萄糖在装置甲的正极参加反应，氧气在负极参加反应 

B．在该电池反应中，每消耗1 mol氧气理论上能生成标准状况下二氧化碳11.2 L

C．电池工作20 min时，乙装置电极析出固体和电极上产生气体的质量之比为2∶1

D．电池工作15分钟时，乙装置中铜棒的质量与起始通电前相等

D　[O2得电子发生还原反应，在正极发生，A错；根据电子守恒知n(CO2)×4＝1×4，n(CO2)＝1 mol，V＝22.4 L，B错；0～10 min，铜棒与电源正极相连，发生反应Cu－2e－===Cu2＋，碳棒与电源负极相连，发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，通电10 min后将电池的正、负极互换接入，由于10～20 min时的电流强度是0～10 min时的2倍，则10～15 min碳棒上发生反应Cu－2e－===Cu2＋，铜棒上发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，15 min时乙装置中铜棒即可恢复到起始通电前的状态，15～20 min碳棒上发生反应4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，铜棒上发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，生成1 mol O2的同时析出2 mol Cu，则20 min时，乙装置电极析出固体和电极上产生气体的质量之比为4∶1，C错，D对。]

10．研究小组设计如图所示装置，将污水中的乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化为环境友好物质并转化为电能。该电池工作时，下列说法正确的是(　　)

A．消耗1 mol O2，有4 mol e－由N流向M

B．消耗1 mol H2N(CH2)2NH2，有16 mol H＋通过质子交换膜

C．正极区溶液的pH不断减小

D．微生物的作用是将乙二胺还原

B　[由信息知，该装置的负极反应式为H2N(CH2)2NH2＋4H2O－16e－===N2↑＋2CO2↑＋16H＋，正极反应式为4O2＋16H＋＋16e－===8H2O。电子应由M流向N，A项错误；消耗1 mol H2N(CH2)2NH2，有16 mol H＋通过质子交换膜，B项正确；正极区生成水，溶液的pH不会减小，C项错误；微生物的作用是促进乙二胺在负极反应，D项错误。]

11．在日常生活中，我们经常看到铁制品生锈、铝制品表面出现白斑等众多金属腐蚀现象。现通过如图所示装置进行实验探究。下列说法正确的是(　　)

图Ⅰ　　图Ⅱ　　　　图Ⅲ

A．用图Ⅰ所示装置进行实验，为了更快更清晰地观察到液柱上升，可用酒精灯加热具支试管

B．图Ⅱ是图Ⅰ所示装置的原理示意图，图Ⅱ所示装置的正极材料是铁

C．铝制品表面出现白斑的原理可以通过图Ⅲ所示装置进行探究，Cl－由活性炭向铝箔表面迁移，并发生电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑

D．图Ⅲ所示装置的总反应式为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3，生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑

D　[A项，加热使具支试管中气体体积增大，部分气体逸出，冷却后，气体体积缩小，导管中形成液柱，并不能证明金属发生吸氧腐蚀，错误；B项，负极材料应为铁，错误；C项，铝箔为负极，活性炭为正极，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，负极反应式为Al－3e－＋3OH－===Al(OH)3，错误；D项，将正极反应式和负极反应式相加可得图Ⅲ所示装置的总反应式为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3，生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑，正确。]

12．(2019·模拟精选)(1)在25 ℃、101 kPa下，一定质量的无水乙醇完全燃烧时放出热量Q kJ，其燃烧生成的CO2用过量饱和石灰水吸收可得100 g CaCO3沉淀，则乙醇燃烧的热化学方程式为

_____________________________________________________

_____________________________________________________。

(2)已知25 ℃、101 kPa时，Mn(s)＋O2(g)===MnO2(s)　ΔH＝－520 kJ·mol－1；

S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－297 kJ·mol－1；

Mn(s)＋S(s)＋2O2(g)===MnSO4(s)　ΔH＝－1 065 kJ·mol－1。

SO2与MnO2反应生成无水MnSO4的热化学方程式是

_____________________________________________________

_____________________________________________________。

(3)用太阳能分解水制备H2是一项新技术，其过程如下

已知：2H2O(g)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋483.6 kJ·mol－1

2Fe3O4(s)6FeO(s)＋O2(g)　ΔH＝＋313.8 kJ·mol－1

①过程Ⅱ的热化学方程式是_________________________。

②整个过程中，Fe3O4的作用是

_____________________________________________________

_____________________________________________________。

[答案]　(1)C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－2Q kJ·mol－1

(2)MnO2(s)＋SO2(g)===MnSO4(s)　ΔH＝－248 kJ·mol－1

(3)①3FeO(s)＋H2O(g)===Fe3O4(s)＋H2(g)　ΔH＝＋84.9 kJ·mol－1　②催化剂

[教师用书独具]

(1)查阅资料知，K2FeO4能将Mn2＋氧化成MnO。该小组设计如下实验进行验证：

①石墨a、b的电极名称分别为________，________；电极反应式分别为________________________________________________，

____________________________________________________。

②当0.5 mol Mn2＋被氧化时，消耗的FeO的物质的量为________。

(2)在微电子工业中NF3常用作氮化硅的蚀刻剂，工业上通过电解含NH4F等的无水熔融物生产NF3，其电解原理如下图所示。

a电极为电解池的________(填“阴”或“阳”)极，写出该电极的电极反应式：_________________________________；

电解过程中还会生成少量氧化性极强的气体单质，该气体的分子式是________。

[解析]　(1)①根据题意，FeO发生还原反应，石墨a为正极，Mn2＋发生氧化反应，石墨b为负极。

②根据电子守恒知：0.5×5＝n(FeO)×3可求得n(FeO)≈0.83 mol。

(2)由题图可知，H＋在b电极上得到电子生成氢气，故b为阴极，则a为阳极，阳极上NH失去电子生成NF3，电极反应方程式为NH＋3F－－6e－===NF3＋4H＋，依据电解原理可知，F－也可能失去电子生成氟单质，故氧化性较强的单质为氟气。

[答案]　(1)①正极　负极　5FeO＋15e－＋40H＋===5Fe3＋＋20H2O

3Mn2＋－15e－＋12H2O===3MnO＋24H＋

②0.83 mol

(2)阳　NH＋3F－－6e－===NF3＋4H＋　F2

13．特殊情境电解池电极反应式的书写。

(1)MnO2的生产方法之一是电解酸化的MnSO4溶液，阳极反应式是_____________________________________________________

_____________________________________________________。

(2)电解精炼银的装置如图1所示，________(填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银，若b极有少量红棕色气体产生，则生成该气体的电极反应式为_________________________________________________

_____________________________________________________。

(3)图2所示装置可用于制备N2O5。

①N2O5在电解池的阳极区生成，其电极反应式为____________________。

②阴极区产生的无色气体被氧化为红棕色后可以转化为N2O4，当电路中通过6 mol e－时整个电解槽中参加反应的硝酸为________ mol。

[解析]　(3)阳极反应：

N2O4－2e－6 mol＋2HNO36 mol ===2N2O5＋2H＋

阴极反应：2NO2 mol＋6e－6 mol＋8H＋===2NO↑＋4H2O

所以参加反应的HNO3共有6 mol＋2 mol＝8 mol。

[答案]　(1)Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋

(2)a　NO＋e－＋2H＋===NO2↑＋H2O

(3)①N2O4－2e－＋2HNO3===2N2O5＋2H＋　②8