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 —模拟

这是一份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 —模拟，共59页。

专题十一　化学能与电能的转化

【5年高考】
考点一　原电池原理　化学电源
1.(2020天津,11,3分)熔融钠-硫电池性能优良,是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为2Na+xSNa2Sx(x=5~3,难溶于熔融硫)。下列说法错误的是 (　　)

A.Na2S4的电子式为Na+[··S······S······S······S······]2-Na+
B.放电时正极反应为xS+2Na++2e-Na2Sx
C.Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极
D.该电池是以Na-β-Al2O3为隔膜的二次电池
答案　C
2.(2019浙江4月选考,12,2分)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。

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-+H2O2Ag+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
答案　A
3.(2018课标Ⅲ,11,6分)一种可充电锂—空气电池如图所示。当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。下列说法正确的是 (　　)

　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.放电时,多孔碳材料电极为负极
B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极
C.充电时,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移
D.充电时,电池总反应为Li2O2-x2Li+(1-x2)O2↑
答案　D
4.(2016课标Ⅱ,11,6分)Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误··的是 (　　)
A.负极反应式为Mg-2e-Mg2+
B.正极反应式为Ag++e-Ag
C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移
D.负极会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑
答案　B
5.(2021浙江1月选考,22,2分)镍镉电池是二次电池,其工作原理示意图如下(L为小灯泡,K1、K2为开关,a、b为直流电源的两极)。

下列说法不正确的是 (　　)
A.断开K2、合上K1,镍镉电池能量转化形式:化学能→电能
B.断开K1、合上K2,电极A为阴极,发生还原反应
C.电极B发生氧化反应过程中,溶液中KOH浓度不变
D.镍镉二次电池的总反应式:
Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2
答案　C
考点二　电解原理及其应用

6.(2020课标Ⅱ,12)电致变色器件可智能调控太阳光透过率,从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时,Ag+注入到无色WO3薄膜中,生成AgxWO3,器件呈现蓝色,对于该变化过程,下列叙述错误的是 (　　)

A.Ag为阳极
B.Ag+由银电极向变色层迁移
C.W元素的化合价升高
D.总反应为:WO3+xAg=AgxWO3
答案　C
7.(2019课标Ⅲ,13,6分)为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D-Zn—NiOOH二次电池,结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。

下列说法错误的是 (　　)
A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高
B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l)
C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-ZnO(s)+H2O(l)
D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区
答案　D
8.(2019天津理综,6,6分)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池,其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液,提高电池的容量。下列叙述不正确的是 (　　)

A.放电时,a电极反应为I2Br-+2e-2I-+Br-
B.放电时,溶液中离子的数目增大
C.充电时,b电极每增重0.65g,溶液中有0.02molI-被氧化
D.充电时,a电极接外电源负极
答案　D
9.(2018课标Ⅰ,13,6分)最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置,实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下图所示,其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生反应为
①EDTA-Fe2+-e-EDTA-Fe3+
②2EDTA-Fe3++H2S2H++S+2EDTA-Fe2+

该装置工作时,下列叙述错误的是 (　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.阴极的电极反应:CO2+2H++2e-CO+H2O
B.协同转化总反应:CO2+H2SCO+H2O+S
C.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性
答案　C
10.(2017课标Ⅱ,11,6分)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是 (　　)
A.待加工铝质工件为阳极
B.可选用不锈钢网作为阴极
C.阴极的电极反应式为:Al3++3e-Al
D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
答案　C
考点三　金属的腐蚀与防护

11.(2019江苏单科,10,2分)

将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是 (　　)
A.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e-Fe3+
B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D.以水代替NaCl溶液,铁不能发生吸氧腐蚀
答案　C
12.(2019上海选考,17,2分)关于下列装置,叙述错误的是 (　　)

A.石墨电极反应O2+4H++4e-2H2O
B.鼓入少量空气,会加快Fe的腐蚀
C.加入少量NaCl,会加快Fe的腐蚀
D.加入HCl,石墨电极反应式:2H++2e-H2↑
答案　A
13.(2017课标Ⅰ,11,6分)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

[教师专用题组]

【5年高考】
考点一　原电池原理及　化学电源
1.(2020课标Ⅲ,12,6分)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如下图所示,其中在VB2电极发生反应:VB2+16OH--11e-VO43-+2B(OH)4-+4H2O。该电池工作时,下列说法错误的是 (　　)

A.负载通过0.04mol电子时,有0.224L(标准状况)O2参与反应
B.正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C.电池总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O8B(OH)4-+4VO43-
D.电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
答案　B　正极发生的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,因此当负载通过0.04mol电子时,消耗O20.01mol,即标准状况下0.224L,A项正确;正极O2发生反应产生OH-,c(OH-)增大,正极区溶液pH升高,负极VB2发生反应消耗OH-,c(OH-)减小,负极区溶液pH降低,B项错误;正极反应×11即11O2+22H2O+44e-44OH-,负极反应×4即4VB2+64OH--44e-4VO43-+8B(OH)4-+16H2O,相加可得电池总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O8B(OH)4-+4VO43-,C项正确;外电路中,电流由电池正极(复合碳电极)经负载流到负极(VB2电极),电池内部,电流由电池负极经电解质溶液(KOH溶液)流回正极,D项正确。
易错提醒　原电池中电流方向:外电路中由电池正极流向负极;电池内部,由负极流回正极。
原电池中电子移动方向:外电路中由电池负极流向电池正极,内电路电解质溶液中无电子通过。
2.(2020山东,10,2分)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置,利用微生物处理有机废水获得电能,同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水,采用惰性电极,用下图装置处理有机废水(以含CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是 (　　)

A.负极反应为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2↑+7H+
B.隔膜1为阳离子交换膜,隔膜2为阴离子交换膜
C.当电路中转移1mol电子时,模拟海水理论上除盐58.5g
D.电池工作一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1
答案　B　A项,结合题给微生物脱盐电池装置可知,a极的电极反应式为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2↑+7H+,故a极为负极,b极为正极,正确。B项,a极区有H+产生,阳离子增多,为保证溶液呈电中性,Cl-需定向迁移到a极区,隔膜1为阴离子交换膜;同理,b极的电极反应式为2H++2e-H2↑,需Na+定向迁移到b极区,隔膜2为阳离子交换膜,错误。C项,当电路中转移1mol电子时,有1molNa+和1molCl-发生定向迁移,故理论上除盐58.5g,正确。D项,结合电极反应式,得8e-~2CO2~4H2,故电池工作一段时间后,正、负极产生的气体的物质的量之比为2∶1,正确。
3.(2017浙江11月选考,17,2分)金属(M)-空气电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是 (　　)

A.金属M作电池负极
B.电解质是熔融的MO
C.正极的电极反应O2+4e-+2H2O4OH-
D.电池反应2M+O2+2H2O2M(OH)2
答案　B　由题给金属(M)-空气电池的工作原理示意图可知,金属M作电池负极,负极反应为2M-4e-2M2+,正极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,两电极反应相加可得电池反应:2M+O2+2H2O2M(OH)2,电解质显然不是熔融的MO(因体系中有H2O和OH-),故A、C、D正确,B错误。
4.(2019海南单科,8,4分)(双选)微型银—锌电池可用作电子仪器的电源,其电极分别是Ag/Ag2O和Zn,电解质为KOH溶液,电池总反应为Ag2O+Zn+H2O2Ag+Zn(OH)2,下列说法正确的是 (　　)
A.电池工作过程中,KOH溶液浓度降低
B.电池工作过程中,电解液中OH-向负极迁移
C.负极发生反应Zn+2OH--2e-Zn(OH)2
D.正极发生反应Ag2O+2H++2e-Ag+H2O
答案　BC　A项,依据电池总反应知,电池工作过程中消耗水,故KOH溶液浓度增大,错误;B项,原电池工作过程中,电解液中阴离子移向负极,即OH-向负极迁移,正确;C项,锌在负极失去电子被氧化,生成氢氧化锌,电极反应式为Zn+2OH--2e-Zn(OH)2,正确;D项,氧化银在正极得到电子生成银单质,但电解质溶液显碱性,故正极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-,错误。

5.(2018北京理综,12,6分)验证牺牲阳极的阴极保护法,实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。
①
②
③



在Fe表面生成蓝色沉淀
试管内无明显变化
试管内生成蓝色沉淀
下列说法不正确的是 (　　)

　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.对比②③,可以判定Zn保护了Fe
B.对比①②,K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化
C.验证Zn保护Fe时不能用①的方法
D.将Zn换成Cu,用①的方法可判断Fe比Cu活泼
答案　D　本题考查原电池的原理、Fe2+的检验等知识。在①中,若将Zn换成Cu,此时Fe作负极,其周围必然会出现Fe2+,Fe2+遇K3[Fe(CN)6]会出现蓝色沉淀,与原来①的实验现象相同,也就是说,在①中无论与Fe连接的金属活动性如何,实验现象都是一样的,所以用①的方法无法判断Fe与Cu的活泼性强弱。
规律方法　做对比实验时,一定要弄清哪些实验条件是相同的,哪些是变化的。
6.(2016课标Ⅱ,11,6分)Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是 (　　)
A.负极反应式为Mg-2e-Mg2+
B.正极反应式为Ag++e-Ag
C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移
D.负极会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑
答案　B　Mg-AgCl电池中,Mg为负极,AgCl为正极,故正极反应式应为AgCl+e-Ag+Cl-,B项错误。
7.(2016浙江理综,11,6分)金属(M)-空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点,有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为:4M+nO2+2nH2O4M(OH)n

已知:电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是 (　　)
A.采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面
B.比较Mg、Al、Zn三种金属-空气电池,Al-空气电池的理论比能量最高
C.M-空气电池放电过程的正极反应式:4Mn++nO2+2nH2O+4ne-4M(OH)n
D.在Mg-空气电池中,为防止负极区沉积Mg(OH)2,宜采用中性电解质及阳离子交换膜
答案　C　A项,采用多孔电极可以提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于O2扩散至电极表面;B项,单位质量的Mg、Al、Zn反应,Al转移的电子数最多,故Al-空气电池的理论比能量最高;C项,由于电池中间为阴离子交换膜,故Mn+不能通过,则正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-;D项,在Mg-空气电池中,负极的电极反应式为Mg-2e-Mg2+,为防止负极区沉积Mg(OH)2,可采用阳离子交换膜阻止OH-进入负极区。
评析　本题设计新颖,以新型电池为背景,考查原电池的工作原理。
8.(2015课标Ⅰ,11,6分)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误··的是 (　　)

A.正极反应中有CO2生成
B.微生物促进了反应中电子的转移
C.质子通过交换膜从负极区移向正极区
D.电池总反应为C6H12O6+6O26CO2+6H2O
答案　A　根据微生物电池工作原理示意图可知:C6H12O6在负极上发生氧化反应,电极反应式为C6H12O6-24e-+6H2O6CO2↑+24H+;O2在正极上发生还原反应,电极反应式为6O2+24e-+24H+12H2O。负极有CO2生成,A项错误;B项,微生物促进了反应中电子的转移,正确;C项,质子通过交换膜从负极区移向正极区,正确;D项,电池总反应为C6H12O6+6O26CO2+6H2O,正确。
9.(2015江苏单科,10,2分)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是 (　　)

A.反应 CH4+H2O3H2+CO,每消耗1molCH4转移12mol 电子
B.电极A上H2参与的电极反应为:H2+2OH--2e-2H2O
C.电池工作时,CO32-向电极B移动
D.电极B上发生的电极反应为:O2+2CO2+4e-2CO32-
答案　D　A项,由元素化合价变化知,每消耗1molCH4转移6mol电子;B项,电极A为负极,H2参与的电极反应为H2-2e-+CO32-H2O+CO2;C项,电池工作时,CO32-向电极A移动;D项,电极B是正极,电极反应为O2+4e-+2CO22CO32-。
10.(2015天津理综,4,6分)锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是　 (　　)

A.铜电极上发生氧化反应
B.电池工作一段时间后,甲池的c(SO42-)减小
C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡
答案　C　题中所述锌铜原电池中,Zn为负极,电极反应式为Zn-2e-Zn2+;Cu为正极,电极反应式为Cu2++2e-Cu,发生还原反应。Zn2+通过阳离子交换膜向正极移动;乙池溶液中消耗的Cu2+与由甲池迁移过来的Zn2+的物质的量相同,则乙池溶液质量增加。溶液中的阴离子无法通过阳离子交换膜。故选C。
11.(2014福建理综,11,6分)某原电池装置如图所示,电池总反应为2Ag+Cl22AgCl。下列说法正确的是 (　　)

A.正极反应为AgCl+e-Ag+Cl-
B.放电时,交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成
C.若用NaCl溶液代替盐酸,则电池总反应随之改变
D.当电路中转移0.01mole-时,交换膜左侧溶液中约减少0.02mol离子
答案　D　原电池的正极反应为Cl2+2e-2Cl-,故A项错误;放电时,白色沉淀AgCl在左侧电极处产生,故B项错误;当电路中转移0.01mole-时,原电池左侧发生的反应为Ag-e-+Cl-AgCl,减少了0.01mol的Cl-,根据溶液呈电中性可知,左侧溶液中的H+通过阳离子交换膜向右侧转移0.01mol,故D项正确。
12.(2014北京理综,8,6分)下列电池工作时,O2在正极放电的是　 (　　)




A.锌锰电池
B.氢燃料电池
C.铅蓄电池
D.镍镉电池
答案　B　氢燃料电池中,负极上H2放电,正极上O2放电,A、C、D中均不存在O2放电,故选B。
13.(2013课标Ⅰ,10,6分)银质器皿日久表面会逐渐变黑,这是生成了Ag2S的缘故。根据电化学原理可进行如下处理:在铝质容器中加入食盐溶液,再将变黑的银器浸入该溶液中,一段时间后发现黑色会褪去。下列说法正确的是 (　　)
A.处理过程中银器一直保持恒重
B.银器为正极,Ag2S被还原生成单质银
C.该过程中总反应为2Al+3Ag2S6Ag+Al2S3
D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl
答案　B　根据电化学原理可知,Al为负极,电极反应为2Al-6e-2Al3+,银器为正极,电极反应为3Ag2S+6e-6Ag+3S2-,溶液中反应为2Al3++3S2-+6H2O2Al(OH)3↓+3H2S↑,三反应相加可知该过程的总反应为2Al+3Ag2S+6H2O2Al(OH)3+6Ag+3H2S↑,故B正确,C、D错误;银器表面黑色的Ag2S变成了Ag,质量必然减小,A错误。
评析　本题以表面变黑的银质器皿的处理为素材,考查原电池的工作原理、氧化还原反应及盐类水解等知识,能力考查层级为综合应用,试题有一定难度。
14.(2013课标Ⅱ,11,6分)“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示,电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误··的是 (　　)


A.电池反应中有NaCl生成
B.电池的总反应是金属钠还原三价铝离子
C.正极反应为:NiCl2+2e-Ni+2Cl-
D.钠离子通过钠离子导体在两电极间移动
答案　B　该原电池的负极反应为Na-e-Na+,正极反应为NiCl2+2e-Ni+2Cl-,电池总反应为2Na+NiCl22NaCl+Ni。B项错误。
15.(2013江苏单科,9,2分,★★★)Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液,示意图如下。该电池工作时,下列说法正确的是 (　　)

A.Mg电极是该电池的正极
B.H2O2在石墨电极上发生氧化反应
C.石墨电极附近溶液的pH增大
D.溶液中Cl-向正极移动
答案　C　该电池中Mg电极为负极,A项错误;石墨电极为正极,H2O2得电子发生还原反应,电极反应式为H2O2+2e-2OH-,电极附近溶液pH增大,B项错误,C项正确;溶液中Cl-移向Mg电极,即Cl-向负极移动,D项错误。
方法归纳　原电池正、负极判断的常用方法:①若两电极均为金属材料,则较活泼金属一般作负极;若两电极分别为金属和非金属材料,则金属材料作负极。②在原电池工作时,被不断消耗的电极一般为负极。③电子流出的电极为负极,阴离子移向的电极为负极,发生氧化反应的电极为负极。④对于燃料电池,非O2通入的电极一般为负极。
考点分析　江苏高考以“电化学”为依托考查氧化还原反应原理的运用,主要内容有电极反应式的书写,判断电解质溶液浓度、pH的变化,以及能源、环保等热点问题。
16.(2013安徽理综,10,6分)热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为:PbSO4+2LiCl+CaCaCl2+Li2SO4+Pb。

下列有关说法正确的是 (　　)
A.正极反应式:Ca+2Cl--2e-CaCl2
B.放电过程中,Li+向负极移动
C.每转移0.1mol电子,理论上生成20.7gPb
D.常温时,在正负极间接上电流表或检流计,指针不偏转
答案　D　本题以热激活电池为载体考查电化学知识。A项,根据电池总反应可知该反应为负极反应,正极反应式为PbSO4+2e-Pb+SO42-;B项,放电过程中,Li+向正极移动;C项,因为每转移0.1mol电子,理论上生成0.05molPb,故质量为0.05mol×207g·mol-1=10.35g;D项,常温时,由于电解质LiCl-KCl无法电离,电解质中无自由移动的离子,不能形成闭合回路,所以不导电,无电流。
评析　本题不仅考查原电池原理的基础知识,同时也考查学生对题给信息的运用能力,难度中等。

17.(2012北京理综,12,6分)人工光合作用能够借助太阳能,用CO2和H2O制备化学原料。右图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图,下列说法不正确的是 (　　)
A.该过程是将太阳能转化为化学能的过程
B.催化剂a表面发生氧化反应,有O2产生
C.催化剂a附近酸性减弱,催化剂b附近酸性增强
D.催化剂b表面的反应是CO2+2H++2e-HCOOH
答案　C　电池总反应式为2CO2+2H2O2HCOOH+O2。负极:2H2O-4e-O2↑+4H+,正极:2CO2+4H++4e-2HCOOH。A项,该过程中太阳能先转化为电能,再转化为化学能;C项,催化剂a附近生成H+,酸性增强,催化剂b附近消耗H+,酸性减弱,故C项错误。
18.(2011福建,11,6分)研究人员研制出一种锂水电池,可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料,以LiOH为电解质,使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是 (　　)
A.水既是氧化剂又是溶剂
B.放电时正极上有氢气生成
C.放电时OH-向正极移动
D.总反应为:2Li+2H2O2LiOH+H2↑
答案　C　在原电池中电解质溶液中的阳离子移向正极,阴离子移向负极。
19.(2020江苏单科,20,14分)CO2/HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。

图1
(1)CO2催化加氢。在密闭容器中,向含有催化剂的KHCO3溶液(CO2与KOH溶液反应制得)中通入H2生成HCOO-,其离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;其他条件不变,HCO3-转化为HCOO-的转化率随温度的变化如图1所示。反应温度在40~80℃范围内,HCO3-催化加氢的转化率迅速上升,其主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)HCOOH燃料电池。研究HCOOH燃料电池性能的装置如图2所示,两电极区间用允许K+、H+通过的半透膜隔开。

图2
①电池负极电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;放电过程中需补充的物质A为　　　　　(填化学式)。 
②图2所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应,将化学能转化为电能,其反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)HCOOH催化释氢。在催化剂作用下,HCOOH分解生成CO2和H2可能的反应机理如图3所示。

图3
①HCOOD催化释氢反应除生成CO2外,还生成　　　　(填化学式)。 
②研究发现:其他条件不变时,以HCOOK溶液代替HCOOH催化释氢的效果更佳,其具体优点是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案　(1)HCO3-+H2HCOO-+H2O
温度升高反应速率增大,温度升高催化剂的活性增强
(2)①HCOO-+2OH--2e-HCO3-+H2O　H2SO4
②2HCOOH+2OH-+O22HCO3-+2H2O或2HCOO-+O22HCO3-
(3)①HD　②提高释放氢气的速率,提高释放出氢气的纯度
解析　(1)根据题意,HCO3-+H2HCOO-,1个H2失去2个电子,1个HCO3-得到2个电子,说明n(HCO3-)∶n(H2)∶n(HCOO-)=1∶1∶1。根据原子守恒及电荷守恒配平离子方程式:HCO3-+H2HCOO-+H2O;反应温度在40~80℃范围内,随着温度升高,催化剂活性增强,单位时间内HCO3-催化加氢的转化率迅速上升。(2)①通过观察物质的变化情况,可知HCOO-→HCO3-,HCOO-失电子,在负极发生反应,结合环境为碱性环境,得电极反应式:HCOO-+2OH--2e-HCO3-+H2O;右侧电极上Fe3+→Fe2+,通入物质A和O2,产生K2SO4,又Fe3+在强酸性条件下存在,可知物质A为H2SO4。②根据物质变化,确定反应物、产物,得离子方程式:2HCOOH+2OH-+O22HCO3-+2H2O,溶液是碱性环境,本质是HCOO-反应,故反应方程式可写为2HCOO-+O22HCO3-。
(3)①观察题图所示反应机理,HCOOH电离出的H+结合形成,HCOO-结合形成,然后脱去CO2形成与结合产生H2,故是HCOOH的2个H结合产生了H2,则HCOOD的产物除了CO2还有HD。②HCOOK与HCOOH的不同之处在于前者完全电离,更易与催化剂结合脱去CO2,相比而言,可提高释放氢气的速率;HCOOK溶液呈碱性,CO2不易放出,故还可提高释放出氢气的纯度。
20.(2018天津理综,10,14分)CO2是一种廉价的碳资源,其综合利用具有重要意义。回答下列问题:
(1)CO2可以被NaOH溶液捕获。若所得溶液pH=13,CO2主要转化为　　　　(写离子符号);若所得溶液c(HCO3-)∶c(CO32-)=2∶1,溶液pH=　　　　。(室温下,H2CO3的K1=4×10-7;K2=5×10-11) 
(2)CO2与CH4经催化重整,制得合成气:
CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)
①已知上述反应中相关的化学键键能数据如下:

化学键
C—H
CO
H—H
C←O(CO)
键能/kJ·mol-1
413
745
436
1075
则该反应的ΔH=　　　　　　　　。分别在VL恒温密闭容器A(恒容)、B(恒压,容积可变)中,加入CH4和CO2各1mol的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是　　　　(填“A”或“B”)。 
②按一定体积比加入CH4和CO2,在恒压下发生反应,温度对CO和H2产率的影响如图1所示。此反应优选温度为900℃的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

图1

(3)O2辅助的Al-CO2电池工作原理如图2所示。该电池电容量大,能有效利用CO2,电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。

图2
电池的负极反应式:　　　　　　　　　　　　　。 
电池的正极反应式:6O2+6e-6O2-
6CO2+6O2-3C2O42-+6O2
反应过程中O2的作用是　　　　　　。 
该电池的总反应式:　　　　　　　　　　　　　　。 
答案　(14分)(1)CO32-　10
(2)①+120kJ·mol-1　B
②900℃时,合成气产率已经较高,再升高温度产率增幅不大,但能耗升高,经济效益降低
(3)Al-3e-Al3+(或2Al-6e-2Al3+)　催化剂
2Al+6CO2Al2(C2O4)3
解析　本题考查电离平衡常数的应用、反应热的计算、化学平衡的移动、电极反应式的书写。
(1)NaOH溶液吸收CO2后所得溶液pH=13,CO2主要转化为CO32-;由H2CO3的二级电离平衡常数知,当溶液中c(HCO3-)∶c(CO32-)=2∶1时,K2=c(H+)·c(CO32-)c(HCO3-)=c(H+)2=5×10-11,故c(H+)=1×10-10mol·L-1,则溶液pH=10。
(2)①由已知键能数据知,反应的ΔH=4×413kJ·mol-1+2×745kJ·mol-1-(2×1075kJ·mol-1+2×436kJ·mol-1)=+120kJ·mol-1;已知正反应是气体分子数增大的吸热反应,A(恒容)与B(恒压,容积可变)相比,B中压强小于A,减压平衡正向移动,则B容器中反应达到平衡后吸收的热量较多。②观察图像知,900℃时,合成气产率已经较高,再升高温度产率增幅不大,但能耗升高,经济效益降低,故此反应优选温度为900℃。
(3)观察原电池工作原理图知,铝电极作负极,多孔碳电极作正极,故负极反应式为Al-3e-Al3+;正极反应式为6O2+6e-6O2-、6CO2+6O2-3C2O42-+6O2,由此可知反应过程中O2的作用是催化剂;电池总反应式为2Al+6CO2Al2(C2O4)3。
易混易错　恒容容器是指容积不变的容器,气体的量发生变化时压强发生改变;恒压容器是指压强不变的容器,气体的量发生变化时容器容积发生改变。


考点二　电解原理及其应用
1.(2019天津理综,6,6分)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池,其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液,提高电池的容量。下列叙述不正确的是(　　)

A.放电时,a电极反应为I2Br-+2e-2I-+Br-
B.放电时,溶液中离子的数目增大
C.充电时,b电极每增重0.65g,溶液中有0.02molI-被氧化
D.充电时,a电极接外电源负极
答案　D　本题涉及原电池正负极的判断、电极反应式的书写等知识,通过工作原理示意图的分析,考查学生接受、吸收、整合化学信息的能力。新型高能电池的原理应用体现了科学探究与创新意识的学科核心素养。
由工作原理示意图中Zn2+迁移的方向可判断放电时a为正极,b为负极。放电时,a极得到电子,发生还原反应,使溶液中离子数目增大,A、B项正确;充电时,a极接外接电源的正极,D项错误;充电时,b极为阴极,电极反应式为Zn2++2e-Zn,每增重0.65g,转移0.02mol电子,a极为阳极,电极反应式为2I-+Br--2e-I2Br-,转移0.02mol电子,有0.02molI-被氧化,C项正确。
解题思路　根据示意图判断电池的正、负极,再结合图中微粒变化的情况书写出电极反应式,根据两极转移电子守恒作出正确计算。
2.(2017课标Ⅱ,11,6分)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是 (　　)
A.待加工铝质工件为阳极
B.可选用不锈钢网作为阴极
C.阴极的电极反应式为:Al3++3e-Al
D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
答案　C　本题考查电解原理的应用。Al0→Al+32O3发生氧化反应,故铝质工件为阳极,A正确;阴极材料被保护,B正确;电解质溶液中含有大量H+,故阴极的电极反应式为2H++2e-H2↑,C不正确;在电解池中,阴离子移向阳极,D正确。
知识拓展　电解原理的应用
1.电解原理在“金属防腐”中的应用。如:外加电流的阴极保护法。
2.电解原理在“物质制备”中的应用。如:尿素[CO(NH2)2]制氢气。
3.电解原理在“环境治理”中的应用。如:用电解法消除CN-。
3.(2015浙江理综,11,6分)在固态金属氧化物电解池中,高温共电解H2O-CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式,基本原理如图所示。下列说法不正确的是 (　　)

A.X是电源的负极
B.阴极的电极反应式是:H2O+2e-H2+O2-
　　　　　　　　　　CO2+2e-CO+O2-
C.总反应可表示为:H2O+CO2H2+CO+O2
D.阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶1
答案　D　由题图可看出:H2O→H2、CO2→CO均为还原反应,X应为电源负极,A项正确;阴极电极反应式为H2O+2e-H2↑+O2-和CO2+2e-CO+O2-,阳极电极反应式为2O2--4e-O2↑,总反应为H2O+CO2H2+CO+O2,B、C项正确;阴、阳两极生成气体的物质的量之比为2∶1,D项不正确。
4.(2015福建理综,11,6分)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示,该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是 (　　)

A.该装置将化学能转化为光能和电能
B.该装置工作时,H+从b极区向a极区迁移
C.每生成1molO2,有44gCO2被还原
D.a电极的反应为:3CO2+18H+-18e-C3H8O+5H2O
答案　B　由模拟“人工树叶”电化学实验装置可知,该装置将光能和电能转化为化学能,故A错误;在电解池内部,阳离子向阴极迁移,故H+从b极区向a极区迁移,B正确;阴极上:3CO2~C3H8O~18e-,阳极上:2H2O~O2~4e-,根据得失电子守恒可知,当阳极生成1molO2时,阴极被还原的CO2的质量为4mol6×44g/mol=29.3g,故C错误;a电极的反应为3CO2+18H++18e-C3H8O+5H2O,故D错误。
5.(2015四川理综,4,6分)用如图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为9~10,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是 (　　)

A.用石墨作阳极,铁作阴极
B.阳极的电极反应式:Cl-+2OH--2e-ClO-+H2O
C.阴极的电极反应式:2H2O+2e-H2↑+2OH-
D.除去CN-的反应:2CN-+5ClO-+2H+N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O
答案　D　D项,控制溶液pH为9~10,溶液呈碱性,离子方程式应为2CN-+5ClO-+H2ON2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-。
6.(2013大纲全国,9,6分)电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O72-)时,以铁板作阴、阳极,处理过程中存在反应Cr2O72-+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O,最后Cr3+以Cr(OH)3形式除去。下列说法不正确的是 (　　)
A.阳极反应为Fe-2e-Fe2+
B.电解过程中溶液pH不会变化
C.过程中有Fe(OH)3沉淀生成
D.电路中每转移12mol电子,最多有1molCr2O72-被还原
答案　B　电解过程中,阳极发生氧化反应,A项正确;从题干信息中所给离子方程式可看出H+被消耗,pH会升高,B项错误;pH升高,c(OH-)增大,Fe3++3OH-Fe(OH)3↓,C项正确;还原1molCr2O72-需要6molFe2+,由Fe-2e-Fe2+得电路中转移的电子为2×6mol=12mol,D项正确。
7.(2013浙江理综,11,6分)电解装置如图所示,电解槽内装有KI及淀粉溶液,中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电,发现左侧溶液变蓝色,一段时间后,蓝色逐渐变浅。

已知:3I2+6OH-IO3-+5I-+3H2O
下列说法不正确的是 (　　)
A.右侧发生的电极反应式:2H2O+2e-H2↑+2OH-
B.电解结束时,右侧溶液中含有IO3-
C.电解槽内发生反应的总化学方程式:KI+3H2OKIO3+3H2↑
D.如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜,电解槽内发生的总化学反应不变
答案　D　依题意,左侧溶液变蓝,说明左侧Pt电极为阳极,电极反应式为2I--2e-I2……①;右侧Pt电极为阴极,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-……②或2H++2e-H2↑,A正确。阴极生成的OH-通过阴离子交换膜迁移至左侧,与I2发生反应:3I2+6OH-5I-+IO3-+3H2O……③,I2浓度逐渐减小,故蓝色逐渐变浅,电解结束后IO3-可通过阴离子交换膜扩散至右侧,B正确。①式×3+②式×3+③式得电解总反应:I-+3H2OIO3-+3H2↑,C正确。若换用阳离子交换膜,OH-不能迁移至左侧,反应③无法发生,①式+②式得电解总反应式为2I-+2H2O2OH-+I2+H2↑,两种情况下电解总反应显然不同,D错误。
8.(2013北京理综,9,6分)用石墨电极电解CuCl2溶液(见下图)。下列分析正确的是 (　　)

A.a端是直流电源的负极
B.通电使CuCl2发生电离
C.阳极上发生的反应:Cu2++2e-Cu
D.通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体
答案　A　电解过程中,阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,阴极与直流电源的负极相连,阳极与直流电源的正极相连,A项正确;电解质在溶液中的电离是因为水分子的作用,与通电无关,B项错误;电解过程中阳极上发生的反应为氧化反应,阳极反应为2Cl--2e-Cl2↑,在阳极附近可观察到黄绿色气体,C、D项错误。
9.(2013海南单科,12,4分)下图所示的电解池Ⅰ和Ⅱ中,a、b、c和d均为Pt电极。电解过程中,电极b和d上没有气体逸出,但质量均增大,且增重b