2022版高考化学选考山东专用一轮总复习集训：专题十一化学能与电能的转化 专题综合检测

【3年模拟】

时间:30分钟　分值:40分

一、选择题(每小题2分,共20分)

1.如图所示进行实验,下列说法不正确的是 (　　)

A.装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生

B.甲、乙装置中的能量变化均为化学能转化为电能

C.装置乙中的锌、铜之间用导线连接电流计,可观察到电流计指针发生偏转

D.装置乙中负极的电极反应式:Zn-2e- Zn2+

答案　B　甲装置不是原电池装置,不能将化学能转化为电能。

2.关于下列各装置图的叙述中,不正确的是 (　　)

A.用装置①精炼铜,则a极为粗铜,电解质溶液为CuSO4溶液

B.装置②的总反应是:Cu+2Fe3+ Cu2++2Fe2+

C.装置③中钢闸门应与外接电源的负极相连

D.装置④中的铁钉几乎没被腐蚀

答案　B　根据装置①中电流的方向可知a为电解池的阳极,则用来精炼铜时,a极为粗铜,电解质溶液为CuSO4溶液,故A正确;铁比铜活泼,作原电池的负极,发生的总反应为Fe+2Fe3+ 3Fe2+,故B错误;装置③为外加电流的阴极保护法,钢闸门应与外接电源的负极相连,故C正确;浓硫酸具有吸水性,在干燥的环境中铁钉难以被腐蚀,故D正确。

3.“高分八号”高分辨率对地观测系统光学遥感卫星在我国太原成功发射,如图所示为某卫星的能量转化示意图,其中燃料电池以KOH溶液为电解液,下列说法不正确的是              (　　)

A.整个系统实现了物质零排放及能量间的完全转化

B.燃料电池的负极反应式为H2+2OH--2e- 2H2O

C.水电解系统中加入Na2SO4可增加溶液导电性

D.该系统的总反应式为2H2+O2 2H2O

答案　A　能量间不能完全转化,故A错误;该燃料电池放电时的负极发生氧化反应,在碱性环境下,反应式为H2+2OH--2e- 2H2O,故B正确;Na2SO4在水中电离生成Na+和S,增加溶液导电性,故C正确;放电时氢气与氧气反应生成水,充电时,水分解生成氢气和氧气,故D正确。

4.在城市中,地下常埋有纵横交错的管道和输电线路,有些地面上还铺有地铁或城铁的铁轨。当有电流泄漏入潮湿的土壤中,并与金属管道或铁轨形成回路时,就会引起金属管道、铁轨的腐蚀,原理简化如图所示,则下列有关说法不正确的是              (　　)

A.原理图可理解为两个串联的电解装置

B.溶液中铁丝被腐蚀时,左侧有无色气体产生,附近产生少量白色沉淀,随后变为灰绿色,最终变为红褐色

C.地下管道被腐蚀,不易发现,也不便维修,故应将埋在地下的金属管道表面涂绝缘膜(或油漆等)

D.溶液中铁丝左侧的电极反应式为Fe-2e- Fe2+

答案　D　由图可知,左侧Fe电极与电源的正极相连为阳极,铁丝左侧为阴极,形成电解池;铁丝右侧为阳极,右侧Fe电极与电源负极相连为阴极,形成电解池,故该装置可看作两个串联的电解装置,A正确。铁丝左侧为阴极,发生还原反应:2H2O+2e- 2OH-+H2↑,左侧Fe电极生成的Fe2+与OH-结合生成Fe(OH)2白色沉淀,随后被氧化变成灰绿色,最终变为红褐色,B正确,D错误。埋在地下的金属管道表面涂绝缘膜(或油漆等),可减缓金属管道的腐蚀,C正确。

易混易错　忽视“电流泄漏入潮湿的土壤中,并与金属管道或铁轨形成回路”,错误的将这种情形下金属管道、铁轨的腐蚀当作是金属的吸氧腐蚀。

5.支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是              (　　)

A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零

B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩

C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流

D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整

答案　C　本题考查金属的腐蚀和防护。C项,高硅铸铁为惰性辅助阳极,不可能损耗,错误。

6.一种电化学制备NH3的装置如图所示,图中陶瓷在高温时可以传输H+。下列叙述错误的是(　　)

A.Pd电极b为阴极

B.阴极的反应式为:N2+6H++6e- 2NH3

C.H+由阳极向阴极迁移

D.陶瓷可以隔离N2和H2

答案　A　Pd电极b上氢气失去电子,该电极为阳极,故A错误;电解池中阴极上发生还原反应,则阴极反应式为N2+6H++6e- 2NH3,故B正确;电解池中,H+由阳极向阴极迁移,故C正确;由图可知,氮气与氢气不直接接触,陶瓷可以隔离N2和H2,故D正确。

7.研究人员最近发明了一种“水”电池,这种电池能利用淡水与海水之间的含盐量差进行发电,在海水中电池总反应可表示为5MnO2+2Ag+2NaCl Na2Mn5O10+2AgCl。下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是              (　　)

A.正极反应式:Ag+Cl--e- AgCl

B.每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子

C.Na+不断向“水”电池的负极移动

D.AgCl是还原产物

答案　B　A项,电池的正极得电子,错误;C项,在原电池中,阳离子向正极移动,错误;D项,Ag化合价升高生成AgCl,AgCl是氧化产物,错误。

8.电解NO制备NH4NO3的工作原理如图所示,X、Y均为Pt电极,为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充物质A。下列说法正确的是              (　　)

A.物质A为NH3

B.X电极为电解池的阳极

C.Y电极上发生了还原反应

D.Y电极反应式为NO-3e-+4OH- N+2H2O

答案　A　结合题中电解NO制备NH4NO3的装置图可知,阳极反应为NO-3e-+2H2O N+4H+,阴极反应为NO+5e-+6H+ N+H2O,由两电极反应可知,总反应方程式为8NO+7H2O 3NH4NO3+2HNO3,因此若要使电解产物全部转化为NH4NO3,则需补充NH3,A项正确;由于X电极上生成N,故X电极为阴极,Y电极为阳极,Y电极发生氧化反应,Y电极的反应式为NO-3e-+2H2O N+4H+,B、C、D项错误。

9.用NaOH溶液吸收烟气中的SO2,将所得的Na2SO3溶液进行电解,可循环再生NaOH,同时得到H2SO4,其原理如下图所示(电极材料为石墨),下列说法不正确的是              (　　)

A.图中a极要连接电源的负极

B.C口流出的物质是硫酸

C.S放电的电极反应式为S-2e-+H2OS+2H+

D.B口附近的碱性减弱

答案　D　根据Na+、S的迁移方向判断电源的阴、阳极。Na+移向阴极区,a极应接电源负极,b极应接电源正极,其电极反应式分别为

阳极:S-2e-+H2OS+2H+

阴极:2H2O+2e-H2↑+2OH-

所以从C口流出的是硫酸,在阴极区,由于H+放电,破坏水的电离平衡,c(H+)减小,c(OH-)增大,生成NaOH,碱性增强,从B口流出的是浓度较大的NaOH溶液。

10.假设图中原电池产生的电压、电流强度均能满足电解、电镀要求,即为理想化。①~⑧为各装置中的电极编号。下列说法错误的是              (　　)

A.当K闭合时,装置a发生吸氧腐蚀,在电路中作电源

B.当K断开时,装置b锌片溶解,有氢气产生

C.当K闭合后,整个电路中电子的流动方向为①→⑧,⑦→⑥,⑤→④,③→②

D.当K闭合后,装置a、b中溶液的pH均变大

答案　A　当K闭合时,装置b能自发进行氧化还原反应,为原电池,在电路中作电源,装置a为电解池,A项错误;当K断开时,装置b不能构成原电池,锌片因和稀硫酸发生化学腐蚀而溶解,有氢气产生,B项正确;当K闭合后,装置b为原电池,装置a、c、d为电解池,电子从负极流向阴极,再从阳极流向阴极,最后由阳极流向正极,所以整个电路中电子的流动方向为①→⑧,⑦→⑥,⑤→④,③→②,电子不进入电解质溶液,C项正确;当K闭合后,装置a中阴极上H+放电,阳极上Cl-放电,导致溶液中OH-浓度增大,溶液的pH增大;装置b中正极上H+放电导致溶液中H+浓度减小,溶液的pH增大,D项正确。

疑难突破　判断四个电化学装置的类别是解题的关键。当K闭合后,由各装置的电极材料及电解质溶液可知,只有装置b能自发进行氧化还原反应,所以装置b为原电池,则装置a、c、d都是电解池。

二、非选择题(共20分)

11.铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下:

注:SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。

(1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　。 

(2)向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液,溶液的pH　　　　　(填“增大”“不变”或“减小”)。 

(3)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是　　　　　　　　　　　　　。 

(4)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液,原理如图所示。阳极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　,阴极产生的物质A的化学式为　　　　　。 

(5)铝粉在1 000 ℃时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合,有利于AlN的制备,其主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案　(12分)(1)Al2O3+2OH-2Al+H2O

(2)减小

(3)石墨电极被阳极上产生的O2氧化

(4)4C+2H2O-4e-4HC+O2↑　H2

(5)NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜

解析　本题考查了以铝土矿为原料制备铝的工艺流程,涉及离子方程式的书写和电化学的相关知识。

(1)Al2O3是两性氧化物,能与强碱溶液反应生成Al和H2O。

(2)“碱溶”时,NaOH溶液应过量,则在“过滤Ⅰ”所得滤液中一定含有过量的NaOH,当加入NaHCO3溶液时,HC+OH- C+H2O,使c(OH-)减小,故pH减小。

(3)电解熔融Al2O3时,阳极反应式为:2O2--4e- O2↑,O2会与石墨发生化学反应,从而消耗石墨。

(4)阳极应是H2O电离出的OH-放电,生成O2和H+,在Na2CO3溶液充足的条件下,H+与C反应生成HC,故阳极的电极反应式为:4C+2H2O-4e- 4HC+O2↑;阴极的电极反应式为:4H2O+4e- 2H2↑+4OH-,所以物质A为H2。

(5)铝粉表面有Al2O3薄膜,阻碍反应的进行,而添加少量NH4Cl固体,NH4Cl分解生成的HCl能与Al2O3反应,破坏Al2O3薄膜,有利于Al和N2反应。

12.能源是国民经济发展的重要基础,我国目前使用的能源主要是化石燃料。

Ⅰ.熔融盐燃料电池具有高发电效率,因而受到重视。可用熔融的碳酸盐作为电解质,向负极充入燃料气CH4,用空气与CO2的混合气作为正极的助燃气,以石墨为电极材料,制得燃料电池。工作过程中,C移向　　　极(填“正”或“负”),已知CH4发生反应的电极反应式为CH4+4C-8e- 5CO2+2H2O,则另一极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

Ⅱ.利用上述燃料电池,按图1所示装置进行电解,A、B、C、D均为铂电极,回答下列问题。

(1)甲槽电解的是200 mL一定浓度的NaCl与CuSO4的混合溶液,理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如图2所示(气体体积已换算成标准状况下的体积,电解前后溶液的体积变化忽略不计)。

①原混合溶液中NaCl的物质的量浓度为　　mol·L-1,CuSO4的物质的量浓度为　　　mol·L-1。 

②t2时所得溶液的pH=　　　。 

(2)乙槽为200 mL CuSO4溶液,乙槽内电解的总离子方程式为　。 

①当C极析出0.64 g物质时,乙槽溶液中生成的H2SO4的物质的量为　　　mol。电解后,若使乙槽内的溶液完全复原,可向乙槽中加入　　　(填字母)。 

A.Cu(OH)2　　B.CuO

C.CuCO3　　D.Cu2(OH)2CO3

②若通电一段时间后,向所得的乙槽溶液中加入0.2 mol 的Cu(OH)2才能恰好恢复到电解前的浓度,则电解过程中转移的电子数为　　　　　　(设NA表示阿伏加德罗常数的值)。 

答案　Ⅰ.负　O2+2CO2+4e- 2C

Ⅱ.(1)①0.1　0.1　②1　(2)2Cu2++2H2O 2Cu+O2↑+4H+　①0.01　BC　②0.8NA

解析　Ⅰ.燃料电池工作过程中,熔融盐中的阴离子向负极移动,即C移向负极;CH4在负极发生氧化反应生成CO2和H2O,该燃料电池的总反应式为CH4+2O2 CO2+2H2O,结合得失电子守恒、负极反应式和电池总反应式推知,正极反应式为O2+2CO2+4e- 2C。Ⅱ.(1)①A、B、C、D均为惰性电极Pt,甲槽电解NaCl和CuSO4的混合液,阳极上离子放电顺序为Cl-、OH-、S,阴极上离子放电顺序为Cu2+、H+、Na+,开始阶段阴极上析出Cu,阳极上产生Cl2,则图中曲线a代表阴极产生气体体积的变化,曲线b代表阳极产生气体体积的变化。阳极上发生的反应依次为2Cl--2e- Cl2↑、4OH--4e- 2H2O+O2↑,由曲线b可知,Cl-放电完全时生成标准状况下224 mL Cl2,根据Cl原子守恒可知,溶液中c(NaCl)==0.1 mol·L-1;阴极上发生的反应依次为Cu2++2e- Cu、2H++2e- H2↑,由曲线b可知Cu2+放电完全时,阳极上产生标准状况下224 mL Cl2和112 mL O2,则电路中转移电子的物质的量为0.01 mol×2+0.005 mol×4=0.04 mol,据得失电子守恒可知n(Cu2+)=0.04 mol×=0.02 mol,故混合液中c(CuSO4)==0.1 mol·L-1。②0~t1时间内相当于电解CuCl2溶液,电解反应式为CuCl2 Cu+Cl2↑,t1~t2时间内相当于电解CuSO4溶液,电解CuSO4溶液的离子反应式为2Cu2++2H2O 2Cu+O2↑+4H+,则生成H+的物质的量为0.005 mol×4=0.02 mol,则有c(H+)==0.1 mol·L-1,故溶液的pH=1。(2)电解CuSO4溶液时,Cu2+在阴极放电,水电离的OH-在阳极放电,电解的总离子方程式为2Cu2++2H2O 2Cu+O2↑+4H+。①C极为阴极,电极反应式为Cu2++2e- Cu,析出0.64 g Cu(即0.01 mol)时,生成H2SO4的物质的量为0.01 mol。电解CuSO4溶液时,阴极析出Cu,阳极上产生O2,故可向电解质溶液中加入CuO、CuCO3等使电解质溶液完全复原。②加入0.2 mol Cu(OH)2相当于加入0.2 mol CuO和0.2 mol H2O,则电解过程中转移电子的物质的量为0.2 mol×2+0.2 mol×2=0.8 mol,即0.8NA个电子。

规律总结　有关电解池的分析思路