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苏教版 (2019)必修 第二册专题6 化学反应与能量变化第三单元 化学能与电能的转化免费课后测评
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这是一份苏教版 (2019)必修 第二册专题6 化学反应与能量变化第三单元 化学能与电能的转化免费课后测评，共52页。试卷主要包含了下列装置中能构成原电池的是，下列各个装置中能组成原电池的是，在钢铁腐蚀过程中,可能发生的是等内容，欢迎下载使用。
第三单元 化学能与电能的转化
第1课时 化学能转化为电能
基础过关练
题组一 原电池的形成条件
1.(2020江西湘东中学高一下期中)下列装置中能构成原电池的是( )
2.理论上不能设计成原电池的化学反应是( )
A.Al(OH)3(s)+NaOH(aq) NaAlO2(aq)+2H2O(l)
ΔH<0
B.CH3CH2OH(l)+3O2(g) 2CO2(g)+3H2O(l)
ΔH<0
C.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g) 4Fe(OH)3(s)
ΔH<0
D.H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g) ΔH<0
3.(2019河北张家口第一中学高一下月考)下列各个装置中能组成原电池的是( )
题组二 原电池工作原理
4.(2020山东泰安第一中学高一下期中)将纯锌片和纯铜片用导线连接置于同一稀H2SO4溶液中,下列各叙述中正确的是( )
A.Zn片上有大量气泡产生
B.负极附近c(SO42-)逐渐增大
C.正、负极附近c(SO42-)基本不变
D.电子经电解质溶液由正极流向负极
5.如图是某同学学习原电池后整理的学习笔记,错误的是( )
A.①电子流动方向
B.②电流方向
C.③电极反应
D.④溶液中离子移动方向
6.(2020安徽合肥高一下期中)将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间,以下叙述正确的是( )
A.两烧杯中铜片表面均无气体产生
B.甲中铜片是正极,乙中铜片是负极
C.两烧杯中溶液的pH均增大
D.产生气泡的速率甲比乙慢
7.(2020江西临川第二中学高一下期中)下列有关如图所示原电池装置的叙述中,正确的是( )
A.铜片是正极,电极上发生氧化反应
B.铜片质量逐渐增加
C.电流从锌片经导线流向铜片
D.铜片上的电极反应式为Cu2+-2e-Cu
题组三 原电池原理的应用
8.在钢铁腐蚀过程中,可能发生的是( )
①Fe2+转化为Fe3+ ②O2被还原 ③产生H2
④Fe(OH)3失水形成Fe2O3·xH2O ⑤杂质碳被氧化
A.①② B.②③④
C.①②③④ D.①②③④⑤
9.(2020湖北应城第一高级中学高一下期中)由镁、锌、铁、铜、银和硝酸银溶液,可以构成原电池的种数为( )
A.8种 B.9种 C.10种 D.12种
10.(2020安徽合肥第十一中学高一下期中)把a、b、c三块金属片浸在稀硫酸中,用导线两两连接可以构成原电池,若a、b相连时b为负极;a、c相连时a极上产生大量气泡;c、b相连时,电流由b到c。则这三种金属的活动性顺序由大到小为( )
A.a>c>b B.a>b>c
C.c>b>a D.b>c>a
11.(2020湖北武汉第三十九中学高一下期中)能实现2Fe3++Fe 3Fe2+反应的原电池是( )
A.正极为Cu,负极为Fe,电解质溶液为FeCl3溶液
B.正极为C,负极为Fe,电解质溶液为FeSO4溶液
C.正极为Fe,负极为Zn,电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液
D.正极为Ag,负极为Cu,电解质溶液为CuSO4溶液
12.(2020安徽安庆第二中学高一下期中)如图所示,烧杯中盛的是水,铁圈和银圈直接相连,在接头处用一根绝缘细丝吊住,并使之平衡。小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液,反应一段时间后,观察到的现象是( )
A.两圈仍保持平衡
B.有气泡产生,两圈摇摆不定
C.铁圈向下倾斜
D.银圈向下倾斜
13.如图所示,液面上浮着一个空心铁球(铁球材质为铁碳合金)。数天后可观察到的现象是( )
①铁球表面出现红棕色锈斑
②铁球表面出现黑色锈斑
③量筒内水位下降
④量筒内水位上升
A.①③ B.①④ C.②③ D.③④
14.由W、X、Y、Z四种金属按下列装置进行实验。下列说法不正确的是( )
装置
现象
W不断溶解
Y的质量增加
W上有气体产生
A.装置甲中W作原电池负极
B.装置乙中Y电极上的反应式为Cu2++2e- Cu
C.装置丙中溶液的c(H+)不变
D.四种金属的活动性强弱顺序为Z>W>X>Y
15.(2019河北张家口第一中学高一月考)将纯锌片和纯铜片按下图方式插入100 mL相同浓度的稀硫酸中一段时间,请回答下列问题:
(1)下列说法正确的是 (填字母)。
A.甲、乙均为化学能转化为电能的装置
B.乙中铜片上没有明显变化
C.甲中铜片质量减小,乙中锌片质量减小
D.两烧杯中溶液的pH均增大
(2)在相同时间内,两烧杯中产生气泡的速率:甲 乙(填“>”“<”或“=”)。
(3)当甲中产生1.12 L(标准状况)气体时,通过导线的电子数目约为 。
(4)当乙中产生1.12 L(标准状况)气体时,将纯锌片、铜片取出,再将烧杯中的溶液稀释至1 L,测得溶液中c(H+)=0.1 mol·L-1。(设反应前后溶液体积不变)试确定原稀硫酸的物质的量浓度为 。
(5)利用反应Fe+2Fe3+ 3Fe2+制一个化学电池(给出若干导线和一个小灯泡,电极材料和电解质溶液自选),画出原电池装置图,注明电解质溶液名称和正、负极材料,标出电流方向。
是正极,正极反应式: ;
是负极,负极反应式: 。
(6)1958年世界上第一个心脏起搏器在瑞典植入人体成功,使用寿命长达10年。这种能源起搏器中安装的是寿命最长、可靠性最高的锂—碳电池,这种电池容量大,电压稳定,能在-56.7~71.1 ℃范围内正常工作。现已在火箭、移动电话、笔记本电脑中广泛使用。它采用锂和石墨作电极,四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯中(SOCl2)组成电解质溶液。电池总反应为8Li+3SOCl2 6LiCl+Li2SO3+2S,此电池中 作正极,负极的电极反应为 。
第2课时 化学电源
基础过关练
题组一 化学电源的分类
1.(2019新疆兵团第二师华山中学高一下第一次调研)下列我国科技创新的产品设备在工作时由化学能转化成电能的是( )
A.长征5号火箭使用的液氧煤油发动机
B.北斗导航卫星的太阳能电池板
C.位于江苏的海上风力发电机
D.由橙子制成的简易电池
2.(2020湖北武汉第三十九中学高一下期中)下列说法中正确的是( )
①燃料电池的反应物可不储存在电池的内部
②锌锰干电池是一次电池,铅蓄电池是二次电池
③锂电池是新一代可充电电池
④燃料电池作为汽车驱动能源已研发成功
A.②③④ B.①②③④
C.①②③ D.①③④
题组二 常见的化学电源
3.(2020安徽合肥高一下期中)已知空气—锌电池的电极反应为锌片:Zn+2OH--2e-ZnO+H2O;碳棒:12O2+H2O+2e-2OH-。据此判断,锌片是( )
A.正极,被还原 B.正极,被氧化
C.负极,被还原 D.负极,被氧化
4.(2020湖北武汉高一下期中联考)汽车的启动电源常用铅蓄电池。放电时的电池反应为PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O,根据此反应判断下列说法正确的是( )
A.负极反应式:Pb-2e-+SO42-PbSO4
B.电池放电时,溶液的酸性增强
C.PbO2得电子,被氧化
D.PbO2是电池的负极
5.(2020河北石家庄第二中学高一下期中)银锌纽扣电池的总反应为Zn+Ag2O+H2O Zn(OH)2+2Ag,下列说法不正确的是( )
A.锌作负极
B.正极发生还原反应
C.电池工作时,电流从Ag2O经外电路流向Zn
D.负极的电极反应式为Zn-2e- Zn2+
6.(2020安徽安庆第二中学高一下期中)2020年1月一场突如其来的新冠肺炎席卷全球,该病最明显的症状就是出现发热,市售体温枪能快速地检测人体体温,该体温枪所用的电池具有使用寿命长、容量大等特点,应用十分广泛。体温枪所用的电池是由氧化银作正极,金属锌粉作负极,电解质溶液为氢氧化钾或氢氧化钠溶液,电池的总反应方程式为Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag,根据信息回答下列问题:
(1)该电池在测体温时,将 能转化为 能。
(2)放电时,负极的电极反应式: ;正极的电极反应式: 。
(3)整个过程电解质溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)试计算在放电过程中转移3NA个电子时,正极 (填“增大”或“减小”)的质量为 。
题组三 燃料电池和新型电池
7.(2020安徽合肥高一下期中)燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)氧化剂(如氧气)起反应将化学能转化为电能的装置,若电解质溶液是强碱溶液,下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是( )
A.负极反应式:O2+2H2O+4e- 4OH-
B.负极反应式:CH4+8OH--8e- CO2+6H2O
C.电池放电时溶液中氢氧根离子的浓度不变
D.放电时溶液中的阴离子向负极移动
8.(2020北京第八十中学高一下期中)下图为氢氧燃料电池构造示意图,按照此图的提示,下列叙述不正确的是 ( )
A.a电极是负极
B.电子由b电极通过灯泡流向a电极
C.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D.氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
9.(双选)(2020山东泰安第一中学高一下期中)一种新型绿色燃料电池是把H2、CO、CH4的混合气体和空气不断输入,将化学能转化为电能,被称为“21世纪的绿色发电站”。下列关于这种燃料电池的说法不正确的是( )
A.通入空气的一极为负极
B.H2、CO、CH4的混合气体在电池内部燃烧,放出大量的热,然后电池将热能转化为电能
C.电池实际运行时的电解质溶液应选择碱性溶液
D.电池的正极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-
10.(2020宁夏银川长庆高级中学高一下期中)如图为原电池装置示意图。
请回答下列问题:
(1)若A为Zn片,B为石墨棒,电解质溶液为稀硫酸,则A电极是原电池的 极,写出正极的电极反应式: 。
(2)若A为铜片,B为银片,电解质溶液为AgNO3溶液,则银片为 (填“正”或“负”)极,写出电极反应式:负极 ,正极 。
(3)若A、B均为铂片,电解质溶液为KOH溶液,分别从A、B两极通入H2、O2,该电池为氢氧燃烧电池,该燃料电池的总反应为 。
题组四 电解原理及其应用
11.在原电池和电解池的电极上所发生的反应,属于氧化反应的是( )
A.原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应
B.原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应
C.原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应
D.原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应
12.如图所示是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极。则下列有关判断正确的是( )
A.a为负极,b为正极
B.a为阳极,b为阴极
C.电解过程中,d电极质量增加
D.电解过程中,氯离子浓度不变
13.如图所示,杠杆AB两端分别挂有大小相同、质量相等的空心铁球和空心铜球,调节杠杆并使其在水中保持平衡,然后小心地向大烧杯中滴入浓CuSO4溶液,一段时间后,下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验中不考虑两球的浮力变化)( )
A.杠杆为导体或绝缘体时,均为B端高A端低
B.杠杆为导体或绝缘体时,均为B端低A端高
C.当杠杆为导体时,B端低A端高;杠杆为绝缘体时,B端高A端低
D.当杠杆为导体时,B端高A端低;杠杆为绝缘体时,B端低A端高
14.分别按图甲、乙所示装置进行实验,两个烧杯里的溶液为同浓度的稀硫酸,甲中为电流表。请回答下列问题:
(1)下列叙述正确的是 (填字母)。
A.两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B.甲中铜片作正极,乙中铜片作负极
C.两烧杯溶液中的H+浓度均减小
D.甲产生气泡的速率比乙慢
(2)甲装置中的能量转化形式: 能转化为 能,乙装置中的能量转化形式: 能转化为 能。
(3)某同学发现甲装置中不仅铜片上有气泡产生,且锌片上也产生了气泡,原因可能是 。
(4)在甲装置中,若把稀硫酸换成CuSO4溶液,试写出铜电极的电极反应: 。
15.(2020河北唐山第一中学高一下期中)如下图所示,A、B两个装置的烧杯分别盛有足量的CuSO4溶液。
(1)A、B两个装置中属于原电池的是 (填标号,下同),属于电解池的是 。
(2)A中Zn是 极,发生 (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为 ;Cu极电极反应式为 ;A中总反应的离子方程式为 。
(3)B中左边C是 极,发生 (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为 ;右边C极电极反应式为 ;B中总反应的化学方程式为 。
能力提升练
题组一 正、负极的判断及电极反应式的书写
1.(2020浙江宁波北仑中学高一下期中,)如图是镁—空气燃料电池工作原理示意图,电池总反应为2Mg+O2+2H2O 2Mg(OH)2。下列有关该电池的说法正确的是( )
A.a极为负极,发生还原反应
B.b极上的电极反应:O2+2H2O+4e- 4OH-
C.工作时电子由b极经外电路流向a极
D.该装置实现了电能转化成化学能
2.(2020江苏苏州高一下期中,)锌碘液流电池的工作原理如图所示。下列关于该电池工作时的说法正确的是( )
A.电极Y为电池的正极
B.溶液中的离子数目减少
C.电子由电极Y经外电路流向电极X
D.X上的电极反应为I3--2e- 3I-
3.(2019湖南醴陵一中高一下期中,)利用生活中常见的材料可以进行很多科学实验,甚至制作出一些有实际应用价值的装置,如图就是一个用废旧材料制作的可用于驱动玩具的电池的示意图。该电池工作时,下列有关说法正确的是( )
A.铝罐将逐渐被腐蚀
B.炭粒和木炭棒上发生的反应为O2+4e- 2O2-
C.木炭棒应与玩具电机的负极相连
D.该电池工作一段时间后木炭棒和炭粒的质量会减轻
4.[2019江西赣州十五县(市)高一下期中联考,]研究人员研发了一种“水电池”,这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电。在海水中,电池的总反应可表示为5MnO2+2Ag+2NaCl Na2Mn5O10+2AgCl。下列关于“水电池”在海水中放电时的说法中不正确的是( )
A.Na+不断向“水电池”的正极移动
B.每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol e-
C.负极反应式:Ag+Cl-+e- AgCl
D.AgCl是氧化产物
5.(2019湖北天门高一下期中,)电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量,其工作原理示意图如下。下列说法中不正确的是( )
A.O2在电极b上发生还原反应
B.溶液中OH-向电极a移动
C.反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4∶5
D.负极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O
题组二 新型燃料电池
6.(2020湖北应城第一高级中学高一下期中,)锌—空气燃料电池有比能量高、容量大、使用寿命长等优点,可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,放电时发生反应:2Zn+O2+4OH-+2H2O2[Zn(OH)4]2-。下列说法错误的是( )
A.放电时,负极反应为Zn+4OH--2e- [Zn(OH)4]2-
B.充电时,电解质溶液中c(OH)-逐渐增大
C.放电时,当0.1 mol Zn完全溶解时,流经电解质溶液的电子个数约为1.204×1023
D.采用多孔炭可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
7.(2020辽宁省实验中学高一下期中,)如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料,氧气为氧化剂,某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度高达700~900 ℃时,O2-可在该固体氧化物电解质中自由移动,反应生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是( )
A.电极甲发生还原反应
B.电池内的O2-由电极乙移向电极甲
C.电池总反应为N2H4+2O2 2NO+2H2O
D.当甲电极上有1 mol N2H4消耗时,乙电极上有22.4 L O2参与反应
8.(2019湖南武冈一中高一下期中,)华中科技大学一项科学研究表明:一种被称为Li-空气微型石墨烯超级电容器的电池,它充电和放电的速率是标准电池的100至1 000倍。该电池由单原子层的碳构成,放电时将锂氧化产生锂离子和电子,空气中的氧气得到电子发生还原反应,从而产生电能。则下列说法正确的是( )
A.Li电极是该电池的正极
B.O2在电极上发生氧化反应,其电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-
C.12 g单层石墨中含有六元环的个数为0.5NA(结构示意图如图,NA表示阿伏加德罗常数的值)
D.放电时,电池中有OH-向负极移动
9.(2019江苏盐城高一下期末,)一种直接铁燃料电池(电池反应为:3Fe+2O2 Fe3O4)的装置如图所示,下列说法正确的是( )
A.Fe极为电池正极
B.KOH溶液为电池的电解质溶液
C.电子由多孔碳极沿导线流向Fe极
D.每5.6 g Fe参与反应,导线中流过1.204×1023个e-
10.(2019辽宁沈阳东北育才中学高一下期中,)一种处理垃圾渗透液并用其发电的装置工作示意图如图,下列说法不正确的是( )
A.微生物细菌对氮的硝化起氧化作用
B.盐桥中K+向Y极移动
C.电子由Y极沿导线流向X极
D.Y极发生的反应为:2NO3-+10e-+12H+ N2↑+6H2O
11.(2019浙江余姚中学高一下学期月考,)(1)科研人员设想用如图所示装置生产硫酸。
①上述生产硫酸的总反应方程式为 ,b是 极,b电极反应式为 ,生产过程中H+向 (填“a”或“b”)电极区域运动。
②该小组同学反思原电池的原理,其中观点正确的是 (填字母)。
A.原电池反应的过程中可能没有电子发生转移
B.原电池装置一定需要2个活泼性不同的金属电极
C.电极一定不能参加反应
D.氧化反应和还原反应可以拆开在两极发生
(2)CO与H2反应还可制备CH3OH,CH3OH可作为燃料使用,用CH3OH和O2组合形成的含有质子交换膜(只允许H+通过)的燃料电池的结构示意图如下:
质子交换膜左右两侧的溶液均为1 L 2 mol·L-1H2SO4溶液。电池总反应式为2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O,c电极为 (填“正极”或“负极”),c电极的电极反应式为 。
专题强化练2 电化学基础
1.(2020安徽合肥高一下期中,)如图所示装置,电流表指针发生偏转,同时A电极逐渐变粗,B电极逐渐变细,C为电解质溶液,则A、B、C应是下列各组中的( )
A.A是Zn,B是Cu,C为稀硫酸
B.A是Cu,B是Zn,C为稀硫酸
C.A是Fe,B是Ag,C为稀AgNO3溶液
D.A是Ag,B是Fe,C为稀AgNO3溶液
2.(2020陕西西安第一中学高一下期中,)下图是铁棒和碳棒在稀硫酸中所组成的原电池装置,c、d为两个电极。下列说法正确的是( )
A.电池工作的过程中,c电极上产生气泡
B.电池工作时,溶液中H+和Fe2+向d移动
C.d为负极,发生氧化反应
D.电池工作的过程中,溶液中SO42-浓度发生明显变化
3.(2020河北唐山第一中学高一下期中,)如图装置中久置后铁片会被腐蚀,有关此装置的叙述中正确的是( )
A.铁片为正极,碳棒为负极
B.铁被腐蚀,碳棒上有氯气放出
C.碳棒附近的溶液可使酚酞试液变红
D.导线上有电流通过,电流方向是由铁片流向碳棒
4.(2020江苏苏锡常镇高三教学情况调查,)如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。下列说法错误的是( )
A.铁闸主要发生的是吸氧腐蚀
B.图中生成铁锈最多的是乙区域
C.铁被腐蚀时的电极反应式为Fe-2e- Fe2+
D.将铁闸与石墨相连可保护铁闸
5.(2020湖北四校高一下期中,)已知反应2Cu+Ag2O Cu2O+2Ag可设计成如图所示的原电池。普通水泥在固化过程中其自由水分子减少并形成碱性溶液,根据这一物理化学特点,科学家利用该电池发明了电动势法测水泥的初凝时间。下列有关说法正确的是( )
A.电子流动方向从Cu→Ag2O→电解质溶液→Cu,形成闭合回路
B.正极的电极反应式为Ag2O+2H++2e- 2Ag+H2O
C.2 mol Cu与1 mol Ag2O的总能量低于1 mol Cu2O与2 mol Ag的总能量
D.电池工作时,OH-向Cu极移动
6.(2020湖北武汉新洲第一中学高一下6月线上联考,)被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池具有无污染、无噪音、高效率的特点。如图为氢氧燃料电池的结构示意图,回答下列问题:
(1)O2进入的电极为 极。
(2)电池工作时溶液中的OH-向 (填“正极”或“负极”)移动,通 (填“H2”或“O2”)的一极电势较低。
(3)写出电池工作时的负极反应式: 。
(4)若电池工作时转移0.01 mol电子,理论上消耗标准状况下 mL O2。
(5)若将此燃料电池改成以CH4和O2为原料进行工作时,负极反应式为 。
第三单元综合拔高练
五年选考练
考点1 原电池原理及其应用
1.(2017天津理综,3,6分,)下列能量转化过程与氧化还原反应无关的是( )
A.硅太阳能电池工作时,光能转化成电能
B.锂离子电池放电时,化学能转化成电能
C.电解质溶液导电时,电能转化成化学能
D.葡萄糖为人类生命活动提供能量时,化学能转化成热能
2.(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
考点2 化学电源
3.(2019课标Ⅰ,12,6分,)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如下所示。下列说法错误的是(深度解析)
A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能
B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+ 2H++2MV+
C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3
D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
4.(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
5.(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(深度解析)
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-x 2Li+(1-x2)O2↑
6.(2018课标Ⅱ,12,6分,)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为:3CO2+4Na2Na2CO3+C。下列说法错误的是(深度解析)
A.放电时,ClO4-向负极移动
B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2
C.放电时,正极反应为:3CO2+4e- 2CO32-+C
D.充电时,正极反应为:Na++e- Na
7.(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(深度解析)
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+2H2O Mg(OH)2+H2↑
三年模拟练
应用实践
1.(2020江西赣州南康中学高一下,)如图是一种酸性燃料电池酒精检测仪,具有自动吹气流量侦测与控制的功能,非常适合进行现场酒精检测。下列说法不正确的是( )
A.H+从左侧经过质子交换膜移向右侧
B.该电池的负极反应式为CH3CH2OH+3H2O-12e- 2CO2↑+12H+
C.电流由O2所在的铂电极流出
D.微处理器通过检测电流大小而计算出被测气体中酒精的含量
2.(2019江苏扬州中学高一5月月考,)某化学兴趣小组为了探究铬和铁的活泼性,设计如图所示装置,下列推断合理的是( )
A.若铬比铁活泼,则电子经外电路由铁电极流向铬电极
B.若铁比铬活泼,则溶液中H+向铁电极迁移
C.若铬比铁活泼,则铁极电极反应式为2H++2e- H2↑
D.若铁电极附近溶液pH增大,则铁比铬活泼
3.(2019江苏海安高级中学高一下3月月考,)人们应用原电池原理制作了多种电池,以满足不同的需要。以下每小题中的电池广泛使用于日常生活、生产和科学技术等方面,请根据题中提供的信息,回答下列问题。
(1)铅蓄电池在放电时发生的电池反应式为:Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O。铅蓄电池放电时正极是 (填物质化学式)。若电解质溶液的体积为2 L(反应过程溶液体积变化忽略不计),放电过程中外电路中转移3 mol电子,则硫酸浓度由5 mol·L-1下降到 mol·L-1。
(2)电子表所用的某种纽扣电池的电极材料为Zn和Ag2O,电解质溶液为KOH溶液,其电极反应式为Zn+2OH--2e- ZnO+H2O,Ag2O+H2O+2e- 2Ag+2OH-,电池的正极是 ,负极发生的是 反应(填“氧化”或“还原”)。
(3)中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破,组装出了自呼吸电池及主动式电堆。甲醇(CH3OH)燃料电池的工作原理如图所示。
①该电池工作时,b口通入的物质为 。
②该电池工作时,电子的流向为 (填“从左到右”或“从右到左”)。
迁移创新
4.(2020重庆凤鸣山中学高一下6月月考,)原电池是将化学能转化为电能的装置。
Ⅰ.a为铜片,b为铁片,烧杯中是稀硫酸。
(1)当开关K断开时可观察到的现象为 ;当开关K闭合时,可观察到的现象为 。(填字母)
A.a不断溶解 B.b不断溶解 C.a上产生气泡 D.b上产生气泡 E.溶液逐渐变蓝
(2)闭合开关K,反应一段时间后断开开关K,经过一段时间后,下列叙述不正确的是 (填字母)。
A.溶液中H+浓度减小
B.正极附近SO42-浓度逐渐增大
C.溶液中含有FeSO4
D.溶液中SO42-浓度基本不变
Ⅱ.FeCl3常用于腐蚀印刷电路铜板,反应过程的离子方程式为 ,若将此反应设计成原电池,请写出该原电池负极电极反应式为 ,正极电极反应式为 。
Ⅲ.如图是氢氧燃料电池构造示意图。
下列说法不正确的是 。
A.a极是负极
B.电子由b通过溶液流向a
C.该电池总反应是2H2+O2 2H2O
D.氢氧燃料电池是环保电池
本专题复习提升
易混易错练
易错点1 计算反应速率时误将Δn当作Δc
1.()在一定条件下,将3 mol A和1 mol B两种气体混合于固定容积为2 L的密闭容器中,发生如下反应:3A(g)+B(g)xC(g)+2D(g)。2 min末该反应达到平衡,测得生成0.8 mol C、0.4 mol D。下列判断正确的是( )
A.x=2
B.2 min时,A的浓度为1.2 mol·L-1
C.2 min内A的反应速率为0.3 mol·L-1 min-1
D.B的转化率为60%
易错点2 对影响化学反应速率因素的固化理解
2.下列有关化学反应速率的说法中,正确的是( )
A.往容积一定的容器中再通入O2,可以加快反应2SO2+O22SO3的反应速率
B.用铁片和稀硫酸反应制取氢气时,改用铁片和浓硫酸可以加快产生氢气的速率
C.对于C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的反应,加入固体炭,反应速率加快
D.100 mL 2 mol·L-1的盐酸与锌反应时,加入适量的氯化钠溶液,生成氢气速率不变
3.()在一密闭容器中充入1 mol H2和1 mol I2,压强为p(Pa),并在一定温度下使其发生反应H2(g)+I2(g) 2HI(g)。下列说法正确的是( )
A.保持容器容积不变,向其中加入1 mol H2,化学反应速率不变
B.保持容器容积不变,向其中加入1 mol Ar,化学反应速率增大
C.保持容器内压强不变,向其中加入1 mol Ar,化学反应速率不变
D.保持容器内压强不变,向其中加入1 mol H2,化学反应速率将发生变化
易错点3 不能正确判断反应是否达到平衡状态
4.(2018河北邢台高一下期中考试,)下列说法可以表明在恒温恒容密闭容器中进行的可逆反应:H2(g)+I2(g)2HI(g)已经达到化学平衡状态的是( )
A.断裂1 mol H—H键的同时形成2 mol H—I键
B.混合气体的平均摩尔质量不再改变
C.用H2、I2和HI表示的反应速率之比为1∶1∶2
D.混合气体的颜色不再改变
5.()可逆反应2NO2(g) 2NO(g)+O2(g)在体积固定的密闭容器中进行,达到平衡状态的标志是( )
①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2
②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO
③用NO2、NO、O2表示的反应速率之比为2∶2∶1的状态
④混合气体的颜色不再改变的状态
⑤混合气体的密度不再改变的状态
⑥混合气体的压强不再改变的状态
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A.①④⑥⑦ B.②③⑤⑦
C.①③④⑤ D.全部
易错点4 错误理解吸热反应、放热反应与是否加热的关系
6.()下列反应属于放热反应的是( )
A.氢氧化钡晶体和氯化铵晶体的反应
B.生成物总能量低于反应物总能量的反应
C.化学键断裂吸收的能量比化学键生成放出的能量多的反应
D.不需要加热就能发生的反应
易错点5 对原电池工作原理理解不深刻
7.()铝—海水—空气电池在航海中得到广泛的应用,其以海水为电解质溶液,电池的电极反应式分别为Al-3e- Al3+,O2+2H2O+4e- 4OH-,下列说法正确的是( )
A.该电池的正极是铝,发生氧化反应
B.电池工作时,电子通过外电路从负极流向正极,再从电解质溶液流回负极
C.氧气是该电池的正极反应物
D.该电池实现了将电能转化为化学能
8.()LED产品的使用为城市增添色彩。下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。下列有关叙述正确的是( )
A.电路中的电子从负极经外电路到正极,再经过KOH溶液回到负极,形成闭合回路
B.a处通入氢气,b处通入氧气,该装置将化学能最终转化为电能
C.电池放电后,OH-的物质的量浓度减小
D.通入O2的电极发生反应:O2+4e- 2O2-
思想方法练
利用“比较思想”比较化学反应与能量的相关问题
1.(2019河南开封、商丘九校高一下期中联考,)下列关于化学反应速率的说法正确的是( )
A.0.1 mol·L-1盐酸和硫酸分别与2 mol·L-1氨水反应的速率相同
B.0.1 mol·L-1盐酸和硝酸与相同形状和大小的大理石反应的速率相同
C.0.8 mol·L-1·s-1的含义是时间为1s时,某物质的浓度是0.8 mol·L-1
D.对于任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象就越明显
2.(2020新疆昌吉教育共同体高一下期中,)某化学反应包括A(g)→B(g)、B(g)→C(g)两步反应,整个反应过程中的能量变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.两步反应均为吸热反应
B.涉及的三种物质中C(g)最稳定
C.1 mol C(g)与1 mol A(g)的能量差为E4 kJ
D.反应A(g)→B(g)一定要加热才能发生
3.(2020安徽合肥高一下期中,)石墨和金刚石都是碳的单质,石墨在一定条件下可以转化为金刚石。已知12 g石墨完全转化为金刚石时,要吸收a kJ的能量。下列说法中正确的是( )
①石墨不如金刚石稳定;②金刚石不如石墨稳定;③等质量的石墨和金刚石完全燃烧,金刚石放出的能量多;④等质量的石墨和金刚石完全燃烧,石墨放出的能量多。
A.①② B.②③ C.①④ D.③④
4.(2019黑龙江牡丹江第一高级中学高一下期中,)某兴趣小组学生设计果蔬电池:把锌片和铜片用导线连接好,然后将锌片和铜片平行插入新鲜西红柿中,再在导线中接一个灵敏电流计,指针发生偏转,将西红柿换成橘子后重新做实验,发现电流计指针没有发生偏转。下列针对该组实验的说法正确的是( )
A.通过对比实验说明西红柿汁是电解质溶液而橘子汁是非电解质溶液
B.通过对比实验得出西红柿汁pH<7,橘子汁pH>7
C.用橘子探究原电池工作原理的实验不可能获得成功
D.通过对比实验说明构成原电池条件之一是两极要和电解质溶液接触并形成闭合回路
5.()有一种瓦斯分析仪(如图甲)能够在煤矿巷道中的甲烷达到一定浓度时,通过传感器显示出来。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理,其装置如图乙所示,其中的固体电解质是Y2O3-Na2O,O2-可以在其中自由移动。下列有关叙述正确的是( )
A.瓦斯分析仪工作时,电池内电路中电子由电极b流向电极a
B.电极a的电极反应式为CH4+5O2--8e- CO32-+2H2O
C.电极b是正极,O2-由电极a流向电极b
D.当固体电解质中有1 mol O2-通过时,电子转移4 mol
6.(2020山东泰安第一中学高一下期中,)工业上由CO2和H2合成气态甲醇的化学方程式为CO2+3H2 CH3OH+H2O,已知该反应是放热反应。下面表示合成甲醇的反应的能量变化示意图,其中正确的是( )
7.()实验室用Zn与稀硫酸反应制取氢气。常加少量CuSO4溶液来加快反应速率。为了研究CuSO4溶液中溶质的量对H2生成速率的影响,某同学设计了实验方案(见表),将表中所给的试剂按一定体积混合后,分别加入四个盛有相同大小的Zn片(过量)的反应瓶(甲、乙、丙、丁)中,收集产生的气体,并记录收集相同体积的气体所需的时间。
甲
乙
丙
丁
4 mol·L-1 H2SO4溶液/mL
20
V1
V2
V3
饱和CuSO4溶液/mL
0
2.5
V4
10
H2O/mL
V5
V6
8
0
收集气体所需时间/s
t1
t2
t3
t4
下列说法正确的是( )
A.t1=t2=t3=t4
B.V4=V5=10
C.V6=7.5
D.Vl
本专题达标检测
(满分:100分;时间:90分钟)
一、选择题(本题共10小题,每小题2分,共20分。每小题只有一个选项符合题意)
1.(2020山东泰安第一中学高一下期中)下列设备工作时,将化学能转化为电能的是( )
A
B
C
D
硅太阳能电池
锂离子电池
太阳能集热器
燃气灶
2.(2020北京第八十中学高一下期中)下列反应既属于氧化还原反应,又属于吸热反应的是( )
A.锌粒与稀硫酸的反应
B.灼热的木炭与二氧化碳的反应
C.甲烷在空气中燃烧
D.Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应
3.(2020河北石家庄第二中学高一下期中)从能源开发、环境保护、资源利用等角度分析,下列说法正确的是( )
A.太阳能、风能、天然气和生物质能都是可再生能源
B.水煤气是一种二次能源,比煤直接燃烧污染小
C.研究采煤、采油新技术的目的就是提高产量以满足工业生产的需要
D.氢能是理想的清洁能源,目前储存与运输方便、安全
4.(2020辽宁省实验中学高一下期中)对于反应4NH3+5O2 4NO+6H2O,下列为4种不同情况下测得的反应速率,表示该反应进行最快的是( )
A.v(NH3)=0.2 mol/(L·s)
B.v(O2)=10 mol/(L·min)
C.v(H2O)=0.25 mol/(L·s)
D.v(NO)=8 mol/(L·min)
5.(2020山东泰安第一中学高一下期中)在某恒容密闭容器中发生反应I2(g)+H2(g)2HI(g),下列措施不能提高其反应速率的是( )
A.升高温度
B.使用催化剂
C.充入稀有气体,增大体系压强
D.增加I2和H2的起始量
6.[2019江西赣州十五县(市)高一下期中联考]对可逆反应4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g),下列叙述正确的是( )
A.化学反应速率关系是:2v(NH3)=3v(H2O)
B.若单位时间内生成x mol NO的同时,消耗x mol NH3,则反应达到平衡状态
C.达到化学平衡时,若增大容器体积,则正反应速率减小,逆反应速率增大
D.达到化学平衡时,4v正(O2)=5v逆(NO)
7.(2019安徽池州青阳第一中学高一下第一次月考)电子表中电子计算器的电源常用微型银锌原电池,其电极分别为Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH溶液,放电时锌极上的电极反应式为Zn+2OH--2e- Zn(OH)2;氧化银电极上的反应式为Ag2O+H2O+2e- 2Ag+2OH-,总反应为Ag2O+H2O+Zn Zn(OH)2+2Ag。下列说法不正确的是( )
A.锌是负极,氧化银是正极
B.锌发生氧化反应,氧化银发生还原反应
C.溶液中OH-向正极移动,K+向负极移动
D.随着电极反应的不断进行,电解质溶液的pH会增大
8.(2020天津静海第一中学高一下期中)在2 L恒温密闭容器中通入气体X并发生反应:2X(g)Y(g)(正反应放热),X的物质的量n(X)随时间t变化的曲线如图所示(图中的两条曲线分别代表有、无催化剂的情形),下列叙述正确的是( )
A.反应进行到a点时放出的热量多于反应进行到b点时放出的热量
B.实线表示使用催化剂的情形
C.b、c两点表明反应在相应的条件下达到了最大限度
D.反应从开始到a点的平均反应速率可表示为v(Y)=0.01 mol/(L·min)
9.(2020河北保定第三中学高一下期中)氢气和氟气混合在黑暗处即可发生爆炸而释放出大量的热量。在反应过程中,断裂1 mol H2中的化学键吸收的能量为Q1 kJ,断裂1 mol F2中的化学键吸收的能量为Q2 kJ,形成1 mol HF中的化学键释放的能量为Q3 kJ。下列关系式中正确的是( )
A.Q1+Q2<2Q3 B.Q1+Q2>2Q3
C.Q1+Q2Q3
10.(2020湖北四校高一下期中)一定温度下,在恒容密闭容器中发生反应2HI(g)+Cl2(g)2HCl(g)+I2(s)。下列可以说明该反应达到平衡状态的事实有( )
①断裂1 mol H—I键同时断裂1 mol I—I键
②容器内气体密度不再改变
③容器内气体平均摩尔质量不再改变
④容器内气体颜色不再改变
⑤断裂1 mol Cl—Cl键同时生成2 mol H—Cl键
⑥容器内HI、Cl2、HCl浓度之比保持不变
A.①②③⑥
B.①②③④
C.②③④⑥
D.③④⑤⑥
二、选择题(本题共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,全部选对得4分,选对但不全的得1分,有选错的得0分)
11.(2020山东枣庄第一中学高一下期中)由U形管、质量为m g的铁棒、质量为m g的碳棒和1 L 2 mol·L-1CuCl2溶液组成的装置如图所示,下列说法正确的是(假设物质充足)( )
A.闭合K,当电路中有0.3NA个电子通过时,理论上碳棒与铁棒的质量差为18 g
B.打开K,碳棒上有紫红色固体析出
C.闭合K,铁棒上发生:Fe-3e- Fe3+
D.闭合K,铁棒表面发生的电极反应为Cu2++2e- Cu
12.(2020江苏苏州高一下期中)反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-a kJ·mol-1(a>0),一定条件下在容积为5 L的密闭容器中投入1 mol NH3和1 mol O2, 2 min末NO的物质的量增加了0.4 mol,下列说法正确的是( )
A.2 min时反应放出的热量等于0.1a kJ
B.用氧气表示2 min内的平均反应速率:v(O2)=0.25 mol·L-1·min-1
C.2 min内,NH3的转化率小于O2的转化率
D.2 min末,c(H2O)=0.6 mol·L-1
13.(2020河北沧州第一中学高一下6月月考)2019年6月6日,工信部正式向四大运营商颁发了5G商用牌照,标志着我国5G元年的起点。通信用磷酸铁锂电池具有体积小、重量轻、高温性能突出、可高倍率充放电、绿色环保等众多优点。磷酸铁锂电池是以磷酸铁锂为正极材料的一种锂离子二次电池,放电时,正极反应为M1-xFexPO4+Li++e- LiM1-xFexPO4,其原理如图所示,下列说法正确的是( )
A.放电时电池的总反应为M1-xFexPO4+LiC6 LiM1-xFexPO4+6C
B.放电时,电流由石墨电极流向磷酸铁锂电极
C.充电时,Li+移向磷酸铁锂电极
D.充电时,石墨电极应该接电源的负极
14.(2020辽宁省实验中学高一下期中)甲烷与氧气反应过程中的能量变化如图所示。下列有关说法中正确的是( )
A.CH4(g)的能量大于CO2(g)和H2O(g)的能量总和
B.反应CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-800 kJ·mol-1
C.若破坏1 mol O2(g)中的化学键需吸收热量493 kJ,则破坏1 mol C—H键需吸收热量415 kJ
D.在反应CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(g)中,放出热量400 kJ,有1 mol O—H键形成
15.(2019山东师范大学附属中学高一下期中)180 ℃时将0.5 mol H2和1 mol CO2通入1 L的恒容密闭容器中,反应生成甲醇蒸气(CH3OH)和某无机副产物,测得各物质的物质的量随时间的部分变化如图所示,下列说法中正确的是( )
A.该反应的化学方程式为2CO2+4H2 2CH3OH+O2
B.在0~3 min内H2的平均化学反应速率为0.1 mol·L-1·min-1
C.当容器内混合气体密度不再变化时,表明反应已经达到平衡状态
D.在3~10 min内,反应仍未达到平衡状态
三、非选择题(本题共5小题,共60分)
16.(8分)(2020福建莆田第二十四中学高一下期中)为了探究化学反应的热效应,某兴趣小组进行了如下实验:
(1)将纯固体物质X分别装入有水的锥形瓶里(发生化学反应),立即塞紧带U形管的塞子,发现U形管内红墨水的液面高度如图所示。
①若如图1所示,发生的反应(假设没有气体生成)是 (填“放热”或“吸热”)反应,X可以是 (填化学式,只填一种即可)。
②若如图2所示,发生的反应(假设没有气体生成)是 (填“放热”或“吸热”)反应,以下选项中与其能量变化相同的是 (填字母)。
A.CO还原CuO的反应
B.CaCO3的分解反应
C.Al和Fe2O3的反应
(2)如图3所示,把试管放入盛有25 ℃饱和澄清石灰水的烧杯中,试管中开始放几小块铝片,再滴入5 mL NaOH溶液。试回答下列问题:
①实验中观察到的现象是:铝片逐渐溶解、有大量气泡产生、 。
②产生上述现象的原因是 。
17.(17分)(2020新疆昌吉教育共同体高一下期中)(1)化学反应的实质是旧键断裂和新键形成。对于反应:H2+I2 2HI,已知断开1 mol H—H键、1 mol I—I键分别需要吸收的能量是436 kJ和151 kJ,形成1 mol H—I键需要放出的能量是299 kJ。
①1 mol H2和1 mol I2完全反应,反应物断键吸收的总能量是 kJ,生成物成键放出的总能量为 kJ,反应共 (填“放出”或“吸收”)能量 kJ。
②如图,能够反映该反应能量变化的图像是 (填“A”或“B”)。
(2)如图所示,在银—锌原电池中,以硫酸铜溶液为电解质溶液,锌为 极,电极上发生的是 (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为 ,锌片上观察到的现象为 。银为 极,电极上发生的是 (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式是 ,银片上观察到的现象是 。
18.(12分)(2019江苏扬州中学高一5月月考)H2O2是实验室常见的强氧化剂,在医疗上可用作消毒剂等。
(1)科学家正在开发一种利用O2和H2O作原料通过化合反应制取H2O2的方法,其原理如图所示。该方法制取H2O2的总反应方程式为 。
(2)为探究外界条件对H2O2分解速率的影响,相关实验设计如下表所示,请将表中内容补充完整。
试管
编号
实验目的
H2O2溶液
温度
水的体
积/mL
FeCl3溶
液体积
/mL
质量
分数
体积
/mL
Ⅰ
为编号Ⅱ
实验参照
12%
5.0
常温
0
0
Ⅱ
温度对反应
速率的影响
5.0
60 ℃
0
0
Ⅲ
为编号Ⅳ
实验参照
4.0%
5.0
常温
0
Ⅳ
4.0%
5.0
常温
0
1.0
(3)由铂(Pt位于左边)和金(Au位于右边)组成的纳米棒放入H2O2溶液中(如下图),纳米棒将发生定向移动。
则:Au一侧为电池的 极(填“正”或“负”);纳米棒向 (填“左”或“右”)移动。
19.(10分)Ⅰ.中国政府承诺,到2020年,单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%~50%。CO2可转化成有机物实现碳循环。在体积为1 L的恒温密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,一定条件下反应:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g) +H2O(g),测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如下图所示。
(1)从3 min到9 min,v(CO2)= mol·L-1·min-1(计算结果保留2位有效数字)。
(2)能说明上述反应达到平衡状态的是 (填字母)。
A.反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1∶1 (即图中交叉点)
B.混合气体的压强不随时间的变化而变化
C.单位时间内生成1 mol H2, 同时生成1 mol CH3OH
D.混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化
(3)平衡时CO2的转化率为 。
(4)平衡混合气体中CO2(g)和H2(g)的质量之比是 。
(5)第3分钟时v正(CH3OH) 第9分钟时v逆(CH3OH) (填“>”“<”“=”或“无法比较”)。
Ⅱ(1)在恒温条件下将一定量X和Y的混合气体通入容积为2 L的密闭容器中,X和Y两物质的浓度随时间的变化情况如图所示。
①写出该反应的化学方程式(反应物或生成物用符号X、Y表示): 。
②a、b、c、d四个点中,表示化学反应处于平衡状态的点是 。
(2)如图所示是可逆反应X+3Y 2Z的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线,下列叙述正确的是 (填字母)。
A.t1时,只有正方向反应在进行
B.t2时,反应达到最大限度
C.t2~t3,反应不再进行
D.t2~t3,各物质的浓度不再发生变化
20.(13分)某研究性学习小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液之间的反应来探究“外界条件改变对化学反应速率的影响”,实验如下:
实
验
序
号
实验
温度/
K
参加反应的物质
溶液颜
色褪至
无色时
所需时
间/s
酸性KMnO4
溶液(含硫酸)
H2C2O4溶液
H2O
V/mL
c/mol·L-1
V/mL
c/mol·L-1
V/mL
A
293
2
0.02
4
0.1
0
t1
B
T1
2
0.02
3
0.1
V1
8
C
313
2
0.02
V2
0.1
1
t2
(1)通过实验A、B,可探究出 (填外界条件)的改变对反应速率的影响,其中V1= ,T1= ;通过实验 可探究出温度变化对化学反应速率的影响。
(2)若t1<8,则由此实验可以得出的结论是 ;利用实验B中数据计算,用KMnO4的浓度变化表示的反应速率为v(KMnO4)≈ 。
(3)该反应中有无色无味气体产生且MnO4-被还原为Mn2+,写出相应反应的离子方程式: 。
(4)该小组的一位同学通过查阅资料发现,上述实验过程中n(Mn2+)随时间变化的趋势如图所示,并认为造成此种变化的原因是反应体系中的某种粒子对KMnO4与草酸之间的反应有某种特殊的作用,则该作用是 ,相应的粒子最可能是 (填符号)。
第三单元 化学能与电能的转化
第1课时 化学能转化为电能
基础过关练
1.C
2.A
3.B
4.B
5.B
6.C
7.B
8.C
9.C
10.C
11.A
12.D
13.B
14.C
1.C A装置没有形成闭合回路,A项错误;B装置中两电极都是锌,活泼性相同,B项错误;C装置存在两个活泼性不同的电极、可自发进行氧化还原反应、存在电解质溶液、形成了闭合回路,可构成原电池,C项正确;酒精为非电解质,不能构成原电池,D项错误。
2.A 原电池反应为自发的氧化还原反应,A为非氧化还原反应,不能设计为原电池。
3.B 原电池的构成条件是:①有两个活泼性不同的电极,②将电极插入电解质溶液中,③两电极间构成闭合回路,④能自发进行的氧化还原反应。两电极的活泼性相同,A项错误;符合原电池的构成条件,B项正确;酒精为非电解质,C项错误;该装置不能形成闭合回路,D项错误。
4.B Zn比Cu活泼,Zn作负极,Cu作正极,正极发生还原反应2H++2e-H2↑,铜片上产生气泡,A项错误;原电池工作时硫酸根离子移向负极,H+移向正极,所以负极附近硫酸根离子浓度增大,B项正确,C项错误;电子在外电路定向移动,离子在内电路定向移动,D项错误。
5.B 锌作负极,铜作正极,电子从负极沿导线流向正极,A项正确;电流从正极到负极,B项错误;负极上锌失电子发生氧化反应,正极上H+得电子发生还原反应,C项正确;在内电路中,阴离子移向负极,阳离子移向正极,D项正确。
6.C 甲是原电池,正极铜片上发生还原反应2H++2e-H2↑,铜片上有气体产生,乙装置中在锌片上发生反应Zn+2H+Zn2++H2↑,铜片上无气体产生,A项错误;甲装置是原电池,铜片作正极,乙不是原电池,B项错误;两烧杯中的H+的浓度都减小,溶液的pH均增大,C项正确;原电池反应可加快反应速率,故产生气泡的速率甲比乙快,D项错误。
7.B 铜的金属性比锌弱,所以铜片是正极,电极上发生还原反应,A项错误;在铜片上,Cu2+得电子生成Cu附着在铜电极表面,所以铜片质量逐渐增加,B项正确;电流从正极经导线流向负极,即从铜片经导线流向锌片,C项错误;在铜片上,溶液中的Cu2+得电子生成Cu,电极反应式为Cu2++2e-Cu,D项错误。
8.C 在钢铁腐蚀过程中,负极Fe-2e-Fe2+,正极O2或H+得电子,Fe2+与OH-结合生成Fe(OH)2,Fe(OH)2被氧化生成Fe(OH)3,Fe(OH)3失水形成铁锈。
9.C 镁、锌、铁、铜、银金属活动性由强到弱,电解质溶液为硝酸银溶液,当镁为负极时,正极可以是锌、铁、铜、银四种中任意一种;当锌为负极时,正极可以是铁、铜、银三种中任意一种,当铁为负极时,正极可以是铜、银两种中任意一种,当铜为负极时,正极只能是银,故共有4+3+2+1=10种,C项正确。
10.C 把a、b、c三块金属片浸在稀硫酸中,用导线两两连接可以构成原电池,若a、b相连时b为负极,则金属活动性:b>a;a、c相连时a极上产生大量气泡,a是正极,金属活动性:ab,则这三种金属的活动性顺序:c>b>a,C项正确。
11.A 根据原电池总反应的离子方程式2Fe3++Fe3Fe2+知,Fe作负极,比Fe活泼性弱的金属或可导电的非金属作正极,Fe3+得电子发生还原反应,所以电解质溶液为可溶性的铁盐溶液,A项正确;铁作负极,碳作正极,电解质溶液为FeSO4溶液,不能发生氧化还原反应,不能构成原电池,B项错误;Zn作负极,Fe作正极,电解质溶液为硫酸铁溶液,不能构成题述要求的原电池,C项错误;Cu作负极,银作正极,电解质溶液为CuSO4溶液,不能发生氧化还原反应,不能构成原电池,D项错误。
12.D 铁圈和银圈连接浸入水中,并滴加CuSO4溶液,该装置构成了原电池,较活泼的金属铁作负极,较不活泼的金属银作正极,负极上铁失电子生成亚铁离子进入溶液,导致铁质量减少,正极上Cu2+得电子生成铜单质,导致银圈质量增加,所以一段时间后,铁圈质量小于银圈质量,银圈向下倾斜,D项正确。
13.B 量筒中的空气、氯化钠溶液和铁球构成原电池;其负极反应式是2Fe-4e-2Fe2+,正极反应式是O2+2H2O+4e-4OH-,Fe2+与OH-结合成Fe(OH)2,再被氧化成Fe(OH)3,Fe(OH)3脱水成为Fe2O3·xH2O而在铁球表面出现红棕色锈斑。由于量筒中的O2被消耗,所以量筒内的水位会上升。
14.C 装置甲中,W不断溶解,说明W失电子发生氧化反应,所以W作原电池负极,A项正确。装置乙中,Y的质量增加,说明溶液中铜离子在Y极得电子生成铜单质,Y电极上的反应式为Cu2++2e-Cu,B项正确。装置丙中,W上有气体产生,说明氢离子在W上得电子生成氢气,电解质溶液中c(H+)减小,C项错误。装置甲中,W是负极,金属活动性W>X;装置乙中,Y是正极,金属活动性X>Y;装置丙中,W是正极,金属活动性Z>W,所以四种金属的活动性强弱顺序为Z>W>X>Y,D项正确。
15.答案 (1)BD
(2)>
(3)6.02×1022
(4)1 mol·L-1
(5)
Cu(合理即可) 2Fe3++2e-2Fe2+ Fe Fe-2e-Fe2+
(6)石墨 Li-e-Li+
解析 (1)甲符合原电池构成条件,为原电池,乙没有构成闭合回路,所以不能构成原电池,A项错误;乙中H+在锌片上得电子发生还原反应,铜片上没有明显变化,B项正确;甲中铜片作正极,正极上H+得电子生成H2,铜片质量不变,乙中发生反应Zn+2H+Zn2++H2↑,锌片质量减小,C项错误;两烧杯中均是锌和H+发生置换反应导致溶液中H+浓度减小,溶液的pH增大,D项正确。(2)作原电池负极的金属加速被腐蚀,所以在相同时间内,两烧杯中产生气泡的速率:甲>乙。(3)甲中铜电极上H+得电子生成H2,电极反应式为2H++2e-H2↑,生成1.12 L(标准状况下)气体时通过导线的电子的物质的量为11.2 L22.4 L·mol-1×2=0.1 mol,即通过导线的电子的数目约为6.02×1022。(4)稀释后H+的物质的量为1 L×0.1 mol·L-1=0.1 mol,生成氢气的氢离子的物质的量为1.12 L22.4 L·mol-1×2=0.1 mol·L-1,所以原溶液中H+的物质的量为0.2 mol,原溶液中H+的浓度为0.2mol0.1 L=2 mol·L-1,则原溶液中稀硫酸的浓度为1 mol·L-1。(5)已知Fe+2Fe3+3Fe2+,根据反应可知Fe应为负极,失电子被氧化生成Fe2+,正极可为C、Cu等,正极上Fe3+得电子生成Fe2+,电解质溶液应为含有Fe3+的可溶性盐溶液,负极上Fe失电子生成Fe2+。(6)电池总反应为8Li+3SOCl26LiCl+Li2SO3+2S,Li作负极,失电子发生氧化反应,其电极反应式为Li-e-Li+,石墨作正极。
第2课时 化学电源
基础过关练
1.D
2.B
3.D
4.A
5.D
7.D
8.B
9.AB
11.C
12.C
13.C
1.D 长征火箭的发动机工作时,将化学能转化为热能和机械能,A项错误;太阳能电池工作时,将光能转化为电能,B项错误;风力发电机工作时,将风能转化为电能,C项错误;由橙子制成的简易电池将化学能转化为电能,D项正确。
2.B 燃料电池的反应物可不储存在电池的内部,①正确;锌锰干电池是一次电池,铅蓄电池可充放电,是二次电池,②正确;锂电池是新一代可充电电池,③正确;燃料电池作为汽车驱动能源已研发成功,④正确。
3.D 锌片发生的电极反应:Zn+2OH--2e-ZnO+H2O,锌元素的化合价升高,被氧化,作原电池的负极,D项正确。
4.A 负极失电子,发生氧化反应,负极反应式:Pb-2e-+SO42-PbSO4,A项正确;电池放电时,正极消耗氢离子,溶液的酸性减弱,B项错误;PbO2得电子,被还原,C项错误;PbO2是电池的正极,D项错误。
5.D 负极上Zn失电子发生氧化反应,A项正确;正极上Ag2O得电子发生还原反应,B项正确;原电池中电流从正极沿外电路流向负极,该原电池中Zn是负极、Ag2O是正极,所以放电时电流从Ag2O经导线流向Zn,C项正确;碱性条件下,该电池负极的电极反应式为Zn+2OH--2e-Zn(OH)2,故D项错误。
6.答案 (1)化学 电
(2)Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2 Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-
(3)增大
(4)减小 24 g
解析 (1)该电池在测体温时,将化学能转化为电能。(2)放电时,负极的电极反应式:Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2;正极的电极反应式:Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-。(3)根据电池的总反应方程式Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag知,水不断被消耗,因此整个过程中电解质溶液的pH增大。(4)根据电池的总反应方程式Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag,正极1 mol Ag2O反应生成2 mol Ag,质量减少16 g,转移2 mol电子;在放电过程中转移3NA个电子时,正极减小的质量为16 g×3mol2mol=24 g。
7.D 甲烷在负极失电子,发生氧化反应,结合得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒可写出负极反应式为CH4+10OH--8e-CO32-+7H2O,A、B项错误;氧气在正极得电子,发生还原反应,结合电解质溶液、得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒可写出正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-;电池总反应为CH4+2O2+2OH-CO32-+3H2O,故随着放电的进行,溶液中氢氧根离子的浓度减小,C项错误;放电时,溶液中的阴离子向负极移动,D项正确。
8.B 氢氧燃料电池中,通入氢气一端的a电极为原电源的负极,通入氧气一端的b电极为原电池的正极,A项正确;在原电池中,电子由负极经外电路流向正极,电子由a电极通过灯泡流向b电极,B项错误;氢氧燃料电池的产物是水,环保无污染,是一种具有应用前景的绿色电源,C项正确;氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置,D项正确。
9.AB 正极上得电子发生还原反应,元素的化合价降低,通入空气的电极为正极,A项错误;燃料电池将化学能转化为电能,燃料在负极失电子发生氧化反应,氧气在正极得电子发生还原反应,发生的总反应与燃烧反应相同,但能量的转化与燃烧反应不同,B项错误;如果用非碱性溶液做电解质溶液,该反应中有二氧化碳生成,生成的二氧化碳气体会造成装置内部的压强增大,有安全隐患,所以用碱性溶液作电解质溶液,C项正确;用碱液作电解质溶液,正极上氧气得电子并和水反应生成氢氧根离子,电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-,D项正确。
10.答案 (1)负 2H++2e-H2↑
(2)正 Cu-2e-Cu2+ 2Ag++2e-2Ag
(3)2H2+O22H2O
解析 (1)若A为Zn片,B为石墨棒,该原电池中,锌失去电子变成锌离子进入溶液,所以锌片(A电极)为负极,石墨棒为正极,正极上氢离子得电子生成氢气,电极反应式为2H++2e-H2↑。(2)若A为铜片,B为银片,电解质溶液为AgNO3溶液,该原电池中,铜片作负极,铜片失电子变成二价铜离子进入溶液,电极反应式为Cu-2e-Cu2+;银片作正极,正极上银离子得电子生成银单质,电极反应式为2Ag++2e-2Ag。(3)若A、B均为铂片,电解质溶液为KOH溶液,分别从A、B两极通入H2和O2,在该氢氧燃料电池中,通入氢气的一极为负极,通入氧气的一极为正极,氢气和氧气反应生成水,所以电池总反应为2H2+O22H2O。
11.C 原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应为氧化反应,原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应为还原反应。
12.C 电流从电源的正极流出,因此a为电源正极,b为电源负极,c为阳极,d为阴极;电解CuCl2溶液,阳极(c电极)的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,阴极(d电极)的电极反应式为Cu2++2e-Cu,故C项正确。
13.C 当杠杆为导体时,构成原电池,由于金属活动性Fe>Cu,所以铁球是负极,失去电子,发生氧化反应,铁球质量减少;铜球是正极,溶液中的铜离子在铜球一端得到电子析出,铜球质量增加,杠杆B端低A端高。当杠杆为绝缘体时,铁与硫酸铜发生置换反应生成铜和硫酸亚铁,铁球的质量增加,铜球的质量不变,此时杠杆B端高A端低,故选C。
14.答案 (1)C (2)化学 电 化学 热 (3)锌片不纯,锌与杂质形成原电池 (4)Cu2++2e- Cu
解析 (1)甲装置为原电池,乙中Zn与稀硫酸接触反应;甲装置中铜片作正极,H+在铜片上得电子被还原为H2,形成原电池后产生气泡的速率快;随着两烧杯溶液中H+不断被消耗,溶液中的H+浓度均减小。(2)甲装置中,锌、铜及稀硫酸形成原电池,是将化学能转化为电能,乙装置主要是锌与稀硫酸的反应,该反应将化学能转化为热能。(3)锌片上产生气体,原因可能是锌片不纯,锌与杂质形成原电池。(4)若将稀硫酸换成CuSO4溶液,则铜片上会析出Cu。
15.答案 (1)A B
(2)负 氧化 Zn-2e-Zn2+ Cu2++2e-Cu Zn+Cu2+Zn2++Cu
(3)阴 还原 Cu2++2e-Cu 2H2O-4e-4H++O2↑ 2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑
解析 (1)原电池和电解池的明显区别是电解池有外接直流电源,所以B属于电解池,A属于原电池。(2)锌比铜活泼,Zn是负极,发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e-Zn2+;Cu为正极,电极反应式为Cu2++2e-Cu;A中总反应的离子方程式为Zn+Cu2+Zn2++Cu。(3)B是电解池,左边C和电源负极相连,是阴极,发生还原反应,电极反应式为Cu2++2e-Cu;右边C是阳极,电极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑;B中总反应的化学方程式为2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑。
能力提升练
1.B
2.C
3.A
4.C
5.C
6.C
7.B
8.C
9.B
10.C
1.B 电池总反应为2Mg+O2+2H2O2Mg(OH)2,Mg元素化合价升高,失电子,被氧化,镁为负极,氧元素化合价降低,得电子,被还原,O2在正极反应,通入空气的一极为正极。由分析可知,a极为负极,发生氧化反应,A项错误;b极为正极,O2在b极得电子,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,B项正确;电子由负极经外电路流向正极,即由a极经外电路流向b极,C项错误;该装置将化学能转化为电能,D项错误。
2.C Zn转化为Zn2+,Zn失电子,被氧化,则电极Y为电池的负极,电极X为电池的正极,A项错误;负极Zn→Zn2+,正极I3-→3I-,溶液中的离子数目增多,B项错误;电子由负极流向正极,即由电极Y经外电路流向电极X,C项正确;X上的电极反应为I3-+2e-3I-,D项错误。
3.A 在该电池工作时,活泼金属铝作负极,电极反应式为Al-3e- Al3+,木炭棒作正极,电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-,由此可知木炭棒和炭粒的质量不会改变。木炭棒作正极,因此应与玩具电机的正极相连。
4.C 原电池中,电解质溶液中的阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,所以Na+不断向“水电池”的正极移动,A项正确;正极反应式为5MnO2+2e- Mn5O102-,则每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol e-,B项正确;负极反应式为Ag+Cl--e- AgCl,C项错误;Ag失电子作还原剂,则AgCl是氧化产物,D项正确。
5.C 氧气在b极发生还原反应,则b极为正极,a极为负极,故A项正确;a极为负极,溶液中的阴离子向负极移动,故B项正确;根据得失电子守恒,消耗NH3与O2的物质的量之比为4∶3,故C项错误;在负极氨气发生氧化反应生成N2和H2O电极反应式为2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O,故D项正确。
6.C 放电时,负极反应为Zn+4OH--2e-[Zn(OH)4]2-,A项正确;充电时,电解质溶液中c(OH)-逐渐增大,B项正确;由电极反应:Zn+4OH--2e-[Zn(OH)4]2-可知,放电时,当0.1 mol Zn完全溶解时,流经外电路的电子的物质的量为0.2 mol,个数约为1.204×1023,但电子不能流经电解质溶液,C项错误;采用多孔炭可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,D项正确。
7.B 通氧气的一极为正极,通N2H4的一极为负极,即电极甲为负极,依据原电池的工作原理,电极甲上发生氧化反应,A项错误;根据原电池的工作原理,O2-从正极移向负极,B项正确;反应生成无毒无害物质,即N2H4转化成N2和H2O,C项错误;题目中没有说明条件是否为标准状况下,因此无法计算O2的体积,D项错误。
8.C 由题干信息知,锂失电子,作电池的负极,A错误;氧气作正极,发生还原反应,该电池中没有H2O,也不会产生OH-,B、D错误;由题图知,每个六元环含碳原子的个数为6×13=2,所以12 g单层石墨中含六元环的个数为NA2=0.5NA,C正确。
9.B 该燃料电池中铁失去电子为电池负极,A错误;KOH溶液为电池的电解质溶液,B正确;电子由负极Fe极沿导线流向正极多孔碳极,C错误;根据电池反应为3Fe+2O2 Fe3O4可知,3 mol铁参与反应时转移8 mol e-,故每5.6 g Fe参与反应,导线中流过1.605×1023个e-,D错误。
10.C 由图可知,微生物细菌对氮的硝化起氧化作用,A正确;X极上NH3失电子,发生氧化反应,作负极,Y极上NO3-得电子,发生还原反应,作正极,盐桥中K+向正极Y极移动,B正确;由B项分析可知,X极为电池的负极,电子由负极X极沿导线流向Y极,C不正确;Y极为正极,发生的电极反应为2NO3-+10e-+12H+ N2↑+6H2O,D正确。
11.答案 (1)①2SO2+O2+2H2O 2H2SO4 正 O2+4e-+4H+ 2H2O b ②D
(2)负极 CH3OH-6e-+H2O CO2+6H+
解析 (1)①根据装置图可知,a电极通入SO2,SO2发生失去电子的氧化反应,在b电极上通入O2,则生产硫酸的总反应方程式为2SO2+O2+2H2O 2H2SO4;b电极是正极,O2在酸性条件下得电子生成水,电极反应式为O2+4e-+4H+ 2H2O;原电池中阳离子向正极移动,则生产过程中H+向b电极区域运动。②原电池反应为氧化还原反应,反应过程中一定有电子发生转移,A项错误;原电池装置不一定需要2个活泼性不同的金属电极,例如燃料电池等,B项错误;原电池中电极可以参加反应,例如铜、锌、稀硫酸组成的原电池,锌电极参加反应,C项错误;原电池中氧化反应和还原反应拆开在两极发生,D项正确。
(2)根据装置图可知,电子从c电极流出,则c电极是负极,电池总反应式为2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O,所以CH3OH在负极(c电极)发生失去电子的氧化反应,电极反应式为CH3OH-6e-+H2O CO2+6H+。
专题强化练2 电化学基础
1.D
2.B
3.C
4.D
5.D
1.D A电极逐渐变粗,A电极为正极,B电极逐渐变细,B电极为负极。A项,Zn比Cu活泼,因此Zn为负极,Cu为正极,Zn电极逐渐变细,Cu电极逐渐变粗,故错误;B项,A电极为正极,电极反应式为2H++2e-H2↑,A电极质量不变,B电极为负极,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,B电极质量减小,错误;C项,Fe比Ag活泼,Fe-Ag-AgNO3溶液原电池中Fe为负极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+,电极质量减少,B电极为正极,电极反应式为Ag++e-Ag,电极质量增大,故错误;D项,根据选项C分析,A电极为正极,电极反应式为Ag++e-Ag,电极质量增大,B电极为负极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+,电极质量减小,故正确。
2.B 由电流方向可知,c为负极,d为正极,铁比碳活泼,则铁为负极,发生氧化反应,电极反应式为Fe-2e-Fe2+,无气泡产生,A项错误;d为正极,原电池工作时阳离子向正极移动,即溶液中H+和Fe2+向d移动,B项正确;d为正极,发生还原反应,电极反应式为2H++2e-H2↑,C项错误;电池工作的过程中,SO42-不参加反应,溶液中SO42-浓度基本不变,D项错误。
3.C 铁片和碳棒用导线相连,浸入NaCl溶液中,构成了原电池。铁失去电子,为负极,碳棒为正极,A项错误;铁作负极,被腐蚀,碳棒为正极,在正极得电子的是溶液中溶有的氧气,没有氯气放出,B项错误;碳棒为正极,发生的电极反应为O2+4e-+2H2O4OH-,碳棒附近的溶液显碱性,可使酚酞试液变红,C项正确;导线上有电流通过,电流方向是从正极到负极,即由碳棒流向铁片,D项错误。
4.D 海水溶液呈弱碱性,铁闸主要发生吸氧腐蚀,在酸性较强的条件下才发生析氢腐蚀,A项正确;在乙处,海水与氧气接触,发生的吸氧腐蚀的程度最大,生成铁锈最多,B项正确;铁腐蚀时的电极反应式为Fe-2e-Fe2+,C项正确;将铁闸与石墨相连,铁比碳活泼,铁作负极失电子,可以加快海水对铁闸的腐蚀,D项错误。
5.D 电子不能经过电解质溶液,A项错误;因为电解质溶液呈碱性,所以正极反应式为Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-,B项错误;2 mol Cu与1 mol Ag2O的总能量高于1 mol Cu2O与2 mol Ag的总能量,C项错误;电池工作时,阴离子向负极移动,则OH-向Cu极移动,D项正确。
6.答案 (1)正
(2)负 H2
(3)H2-2e-+2OH-2H2O
(4)56
(5)CH4+10OH--8e-CO32-+7H2O
解析 (1)通常在原电池中通O2的一极为正极。(3)电池工作时,通H2的电极为负极,电极反应式为H2-2e-+2OH-2H2O。(4)若电池工作时转移0.01 mol电子,理论上消耗标准状况下O2的体积为0.01mol4×22 400 mL/mol=56 mL。(5)若将此燃料电池改成以CH4和O2为原料进行工作时,负极为通CH4的电极,CH4失电子的产物与OH-反应生成CO32-和水,电极反应式为CH4+10OH--8e-CO32-+7H2O。
第三单元综合拔高练
五年选考练
1.A
2.C
3.B
4.D
5.D
6.D
7.B
1.A 硅太阳能电池吸收光能后,把光能转化为电能,没有发生氧化还原反应。
2.C 铁作负极,Fe-2e- Fe2+,A不正确;电化学腐蚀过程中化学能不可能全部转化为电能,还有部分转化为热能,B不正确;活性炭的存在构成了原电池,加快了负极铁的腐蚀,C正确;以水代替NaCl溶液,铁仍然能发生吸氧腐蚀,只是吸氧腐蚀的速率会减慢,D不正确。
3.B A项,现有工业合成氨的反应条件是高温、高压、催化剂,则题述方法合成氨条件更为温和,同时可将化学能转化为电能,正确;B项,阴(正)极区,在固氮酶催化作用下发生反应N2+6H++6MV+ 2NH3+6MV2+,错误;C项,由B项分析可知正极区N2被还原为NH3,正确;D项,原电池工作时,质子(H+)通过交换膜由负极区向正极区移动,正确。
思路点拨 根据电极反应类型确定电极名称。左电极:MV+MV2+发生氧化反应,故为负极,则右电极为正极。
4.D A项,依题干信息可知正确;B项,充电时阳极发生氧化反应,正确;C项,放电时Zn作负极失去电子,发生氧化反应,正确;D项,放电时,OH-由正极区向负极区迁移。
5.D A项,依据题意和可充电电池装置图判断出,放电时锂电极作负极,多孔碳材料电极作正极,错误;B项,在原电池中,外电路电子由负极流向正极,即放电时,外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极,错误;C项,充电时,电解质溶液中的阳离子向阴极区迁移,即Li+向锂电极区迁移,错误;D项,充电时,Li+在阴极区得到电子生成Li,阳极区生成O2,即电池总反应为Li2O2-x 2Li+(1-x2)O2↑,正确。
方法技巧
可充电电池的工作原理
①可充电电池中,放电过程用原电池原理分析,充电过程用电解原理分析;②分析电化学问题时,先判断出电极,然后根据工作原理分析。
6.D 本题考查二次电池的工作原理。放电时,负极反应为:4Na-4e-4Na+,正极反应为3CO2+4e-C+2CO32-;Na+移向正极,CO32-、ClO4-移向负极,A、C正确;充电过程与放电过程相反,B正确;充电时,阳极反应为2CO32-+C-4e-3CO2↑,D错误。
规律总结
二次电池充、放电的电极判断
二次电池充电时,“正接正、负接负”;放电时的正极为充电时的阳极;放电时的负极为充电时的阴极。
7.B 本题考查原电池的工作原理。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。
规律方法
原电池正、负极的判断方法
1.据组成原电池的两极材料判断
一般情况下,较活泼的金属为负极,较不活泼的金属或导电的非金属为正极。
2.据电流方向或电子移动方向判断
电流是由正极流向负极,电子由负极移向正极。
3.据电解质溶液中离子的移动方向判断
在原电池的电解质溶液里,阳离子移向的一极是正极,阴离子移向的一极是负极。
4.据两极发生的反应判断
原电池的负极总是失去电子发生氧化反应,正极总是得到电子发生还原反应。
5.根据电极产生的现象判断
一般情况下,质量减小的一极为负极,质量增大的一极或有气泡产生的一极为正极。
6.据原电池反应方程式判断
原电池反应均为可自发进行的氧化还原反应。在原电池反应方程式中,先判断出氧化剂和还原剂,还原剂(氧化剂)失(得)电子为负(正)极。
三年模拟练
1.B
2.C
1.B 左侧为负极,右侧为正极,故H+从左侧经过质子交换膜移向右侧,A项正确;该电池的负极上乙醇失电子发生氧化反应,分析装置图可知酒精在负极被氧化生成醋酸,电极反应式应为CH3CH2OH-4e-+H2O4H++CH3COOH,B项错误;乙醇燃料电池中,负极上乙醇失电子发生氧化反应,正极上是氧气得电子发生还原反应,电流由正极流向负极,即从O2所在的铂电极经外电路流向另一电极,C项正确;根据微处理器通过检测电流大小可以得出转移的电子的物质的量,根据电极反应式可以计算出被测气体中酒精的含量,D项正确。
2.C 若铬比铁活泼,则在负极铬失电子发生氧化反应,正极为铁,电子经外电路由铬电极流向铁电极,A项错误;若铁比铬活泼,则在负极铁失电子发生氧化反应,正极为铬,溶液中的H+在正极得电子,H+向正极铬移动,B项错误;若铬比铁活泼,则在负极铬失电子发生氧化反应,正极为铁,H+在铁电极上得电子发生还原反应,反应式为2H++2e-H2↑,C项正确;若铁电极附近溶液pH增大,则发生反应2H++2e-H2↑,所以铁为正极,则铬比铁活泼,D项错误。
3.答案 (1)PbO2 3.5
(2)Ag2O 氧化
(3)甲醇 从左到右
解析 (1)铅蓄电池放电的总反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,铅作负极,PbO2作正极,放电过程中外电路中转移电子的物质的量为3 mol时,消耗硫酸物质的量3 mol,最后硫酸溶液浓度=2 L×5mol·L-1-3 mol2 L=3.5 mol·L-1。(2)电子表所用的某种纽扣电池的电极材料为Zn和Ag2O,电解质溶液为KOH溶液,其电极反应式为Zn+2OH--2e-ZnO+H2O,Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-,正极得到电子发生还原反应,电池的正极是Ag2O,负极放电时失电子,发生氧化反应。(3)①由H+移动方向知,右侧电极为正极,c口通氧气,左侧电极为负极,b口通入甲醇;②电子经外电路由负极流向正极。
4.答案 Ⅰ.(1)BD BC (2)B
Ⅱ.2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+ Cu-2e-Cu2+ 2Fe3++2e-2Fe2+
Ⅲ.B
解析 Ⅰ.a为铜片,b为铁片,烧杯中是稀硫酸。(1)当开关K断开时,铜片与稀硫酸不反应,没有现象产生,铁片与稀硫酸反应:Fe+H2SO4FeSO4+H2↑,可观察到的现象为铁片不断溶解、铁片上有气泡逸出,故选BD;当开关K闭合时,形成原电池,铁片作负极,铜片作正极,可观察到的现象为铁片不断溶解、铜片上有气泡逸出,故选BC。(2)闭合开关K,形成原电池,在溶液中,负极Fe-2e-Fe2+,正极2H++2e-H2↑,断开开关K后,Fe与H+发生置换反应生成Fe2+和氢气,所以溶液中H+浓度减小、Fe2+浓度增大、但SO42-浓度基本不变,阳离子Fe2+向正极移动,阴离子SO42-向负极移动,溶液中含有FeSO4,故选B。Ⅱ.FeCl3腐蚀印刷电路铜板时,将Cu氧化为CuCl2,自身被还原为FeCl2,反应的离子方程式为2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+,若将此反应设计成原电池,则该原电池负极的电极反应式为Cu-2e-Cu2+,正极的电极反应式为2Fe3++2e-2Fe2+。Ⅲ.从氢氧燃料电池构造示意图中可以看出,a电极为负极,b电极为正极,电子从负极a沿导线流向正极b,电极反应式为负极H2-2e-2H+,正极O2+4e-+4H+2H2O,总反应为2H2+O22H2O,产物不污染环境,所以氢氧燃料电池为环保电池,故选B。
本专题复习提升
易混易错练
1.B
2.A
3.D
4.D
5.A
6.B
7.C
8.C
1.B 发生反应3A(g)+B(g)xC(g)+2D(g),2 min末该反应达到平衡,测得生成0.8 mol C和0.4 mol D,则x2=0.8mol0.4mol,计算得出x=4,则
3A(g)+B(g)4C(g)+2D(g)
开始/mol 3 1 0 0
转化/mol 0.6 0.2 0.8 0.4
平衡/mol 2.4 0.8 0.8 0.4
由上述分析可知x=4,A项错误;2 min时,A的浓度为2.4mol2 L=1.2 mol·L-1,B项正确;2 min内A的反应速率为0.6mol2 L2min=0.15 mol·L-1·min-1,C项错误;B的转化率为0.2mol1mol×100%=20%,D项错误。
易错提示 忽视反应体系的体积,对反应速率的计算公式不熟悉导致错选C。
2.A 增大了反应物的浓度,加快反应速率,A项正确;常温下铁遇浓硫酸钝化,不能产生H2,B项错误;加入固体炭,C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的反应速率不变,C项错误;加入适量的NaCl溶液,对盐酸起稀释作用,所以生成H2的速率会减小,D项错误。
易错提示 误以为浓度越大,反应速率越快,导致错选B;误以为加入物质越多,反应速率越快,而误选C;忽略溶液中水对浓度的影响而错选D。
3.D 保持容器容积不变,向其中加入1 mol H2,增大氢气的浓度,反应速率加快,A项不正确;保持容器容积不变,向其中加入1 mol Ar,反应物和生成物的浓度不变,反应速率不变,B项不正确;保持容器内压强不变,向其中加入1 mol Ar,容器的容积增大,反应物的浓度减小,反应速率降低,C项不正确。
4.D 断裂1 mol H—H键、形成2 mol H—I键均表示正反应,不能说明反应达到平衡状态,A项错误;混合气体的平均相对分子质量是混合气体的质量和混合气体的总的物质的量的比值,气体的质量和总物质的量均不变,混合气体的平均相对分子质量始终不变,因此混合气体的平均摩尔质量不再改变不能说明反应达到平衡状态,B项错误;用H2、I2和HI表示的反应速率之比为1∶1∶2不能说明正、逆反应速率相等,不一定处于平衡状态,C项错误;混合气体的颜色不再改变说明单质碘的浓度不再发生变化,反应达到平衡状态,D项正确。
易错提示 判断一个可逆反应是否达到化学平衡状态的标志是同一种物质的正反应速率等于逆反应速率。
5.A ①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2,正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,正确;②无论该反应是否达到平衡状态,单位时间内生成n mol O2的同时必定生成2n mol NO,所以不能据此判断是否达到化学平衡状态,错误;③任何时候,用NO2、NO、O2表示的反应速率之比均为2∶2∶1,所以不能据此判断是否达到平衡状态,错误;④混合气体的颜色不再改变时,说明二氧化氮的物质的量浓度不变,则反应达到平衡状态,正确;⑤反应前后气体质量不变、容器体积不变,所以混合气体的密度始终不变,所以不能根据混合气体的密度判断是否达到平衡状态,错误;⑥该反应是一个反应前后气体体积增大的可逆反应,当混合气体的压强不再改变时,各物质的浓度不变,则该反应达到平衡状态,正确;⑦该反应是一个反应前后气体物质的量增大的可逆反应,当混合气体的平均相对分子质量不再改变时,各物质的浓度不变,则该反应达到平衡状态,正确。
6.B 氢氧化钡晶体和氯化铵晶体的反应是吸热反应,A项不符合题意;生成物总能量低于反应物总能量的反应是放热反应,B项符合题意;化学键断裂吸收的热量比化学键生成放出的热量多的反应是吸热反应,C项不符合题意;不需要加热就能发生的反应不一定是放热反应,D项不符合题意。
易错提示 误认为吸热反应一定要加热,放热反应一定不需要加热,导致错选D。
7.C 根据电池的电极反应式:Al-3ēAl3+可知,该电池的负极是铝,发生氧化反应,A项错误;电池工作时,电子通过外电路从负极流向正极,但是电子不能进入电解质溶液,在溶液中离子定向移动,B项错误;根据电池的电极反应式:O2+2H2O+4ē4OH-可知,氧气是该电池的正极反应物,发生还原反应,C项正确;原电池实现了将化学能转化为电能,D项错误。
易错提示 误以为电子能通过电解质溶液而错选B。
8.C 电路中的电子从负极经外电路到正极,但是电子不经过KOH溶液,A项错误;由外电路中电子的运动方向可知,a是负极、b是正极,故a处通入H2、b处通入O2,该装置将化学能最终转化为光能,B项错误;电池放电后,反应产物是水,故OH-的物质的量浓度减小,C项正确;通入O2的电极发生反应为O2+2H2O+4e-4OH-,D项错误。
易错提示 忽略电池环境为KOH溶液,而非熔融KOH,从而误认为存在O2-。
思想方法练
1.B
2.B
3.B
4.D
5.B
6.A
7.C
1.B 同浓度的盐酸和硫酸的c(H+)不同,则与同浓度的氨水反应的速率不同,A项错误;大理石与盐酸或硝酸反应的本质相同:CaCO3+2H+Ca2++CO2↑+H2O,0.1 mol·L-1盐酸和0.1 mol·L-1硝酸中c(H+)相同,大理石的形状和大小也相同,所以反应速率相同,B项正确;C项错误;反应速率大的现象不一定明显,如NaOH与HCl的反应,反应速率小的现象可能明显,如铁生锈,D项错误。
2.B 由题图可知,A(g)→B(g)反应物总能量小于生成物总能量,为吸热反应,B(g)→C(g)反应物总能量大于生成物总能量,为放热反应,A项错误;根据图像知,C(g)的能量最小,最稳定,B项正确;根据图像知,1 mol C(g)与1 mol A(g)的能量差为(E4-E1+E2-E3)kJ,C项错误;反应A(g)→B(g)为吸热反应,但不一定要加热才能发生,D项错误。
3.B 由石墨转化为金刚石时吸热,说明石墨的能量比金刚石低,石墨比金刚石更稳定,①错误、②正确;等质量的石墨和金刚石完全燃烧时,消耗氧气的量相同,生成同样多的二氧化碳,由于金刚石具有的能量高,所以金刚石燃烧后放出的能量较多,③正确、④错误;B项正确。
4.D 将西红柿换成橘子后重新做实验,电流计指针没有发生偏转,说明没有形成原电池,其原因是多方面的,不能说明西红柿汁是电解质溶液而橘子汁是非电解质溶液,A项错误;通过对比实验不能得出西红柿汁pH<7,橘子汁pH>7,B项错误;用橘子也可以探究原电池工作原理,C项错误;通过以上分析和实验现象说明构成原电池条件之一是两极要和电解质溶液接触并形成闭合回路,D项正确。
5.B 该电池中a为负极,b为正极,电子从负极沿外电路流向正极,A项错误;CH4在负极上失电子发生氧化反应,氧化产物CO2与O2-结合生成CO32-,电极反应式为CH4+5O2--8e- CO32-+2H2O,B项正确;正极反应式为O2+4e- 2O2-,阴离子向负极移动,故O2-由电极b流向电极a,C项错误;1 mol O2得4 mol电子生成2 mol O2-,故当固体电解质中有1 mol O2-通过时,电子转移2 mol,D项错误。
6.A 放热反应,反应物总能量高于生成物总能量,同一物质,气态变成液态放出热量,所以气态产物能量高于液态产物能量,综上所述,A图像符合。
7.C 因为该实验是用来研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,因此要保证各组中锌和硫酸的物质的量完全一致,即V1=V2=V3=20。要保证实验中硫酸的浓度相等,由实验丁可知所加饱和硫酸铜溶液的体积和水的体积之和一定是10 mL,所以V6=7.5,V5=10,V4=2。加入少量CuSO4溶液可加快反应速率,故t1=t2=t3=t4不成立。
本专题达标检测
1.B
2.B
3.B
4.A
5.C
6.D
7.C
8.C
9.A
10.C
11.A
12.AC
13.AD
14.C
15.B
1.B 硅太阳能电池将太阳能转化为电能,A项错误;锂离子电池的放电过程是将化学能转化为电能,B项正确;太阳能集热器将太阳能转化为热能,C项错误;燃气灶将化学能转化成热能,D项错误。
2.B 锌粒与稀硫酸的反应为放热反应,Zn、H的化合价发生变化,属于氧化还原反应,A项错误;灼热的木炭与CO2反应为吸热反应,C的化合价发生变化,为氧化还原反应,B项正确;甲烷在空气中燃烧为放热反应,为氧化还原反应,C项错误;Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应为吸热反应,但为非氧化还原反应,D项错误。
3.B 天然气属于化石燃料,是不可再生能源,A项错误;水煤气由煤与水蒸气反应生成,是一种二次能源,它比煤燃烧充分,且无污染,B项正确;研究采煤、采油新技术的主要目的是降低开采成本,减少污染,提高效率,C项错误;氢能是理想的清洁能源,目前储存与运输问题还没得到很好的解决,D项错误。
4.A 首先将各物质速率的单位统一为mol/(L·min),然后都转化为用NH3表示的速率进行比较。v(NH3)=0.2 mol/(L·s)=12 mol/(L·min); 由v(O2)=10 mol/(L·min)且v(NH3)∶v(O2)=4∶5得,v(NH3)=8 mol/(L·min);v(H2O)=0.25 mol/(L·s)=15 mol/(L·min),由v(NH3)∶v(H2O)=2∶3得,v(NH3)=10 mol/(L·min);由v(NO)=8 mol/(L·min)且v(NH3)∶v(NO)=1∶1得,v(NH3)=8 mol/(L·min);A项符合题意。
5.C 升高温度,化学反应速率加快,A项不符合题意;使用催化剂能够使反应速率加快,B项不符合题意;充入稀有气体,增大体系压强,但是反应物的浓度不变,化学反应速率不变,C项符合题意;增加I2和H2的起始量,反应物的浓度增大,化学反应速率加快,D项不符合题意。
6.D 化学反应速率关系是:3v(NH3)=2v(H2O),A项错误;单位时间内生成x mol NO的同时,消耗x mol NH3,都是指正反应速率,反应不一定达到平衡状态,B项错误;若增大容器体积,则正、逆反应速率均减小,C项错误;达到化学平衡时,4v正(O2)=5v逆(NO),D项正确。
7.C 根据总反应以及原电池的工作原理,锌元素的化合价升高,即Zn为负极,Ag2O为正极,A项正确;Zn为负极,发生氧化反应,Ag2O中Ag的化合价降低,发生还原反应,B项正确;根据原电池工作原理,阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,C项错误;电解质溶液呈碱性,根据总反应可知,该反应消耗水,KOH浓度增大,pH增大,D项正确。
8.C a点X的物质的量比b点大,说明参与反应的X较少,则反应进行到a点时放出的热量小于反应进行到b点时放出的热量,A项错误;催化剂能加快反应速率,缩短到达平衡的时间,故实线表示无催化剂的情况,B项错误;b、c两点之后,X的物质的量不再变化,说明已达到反应的限度,C项正确;反应从开始到a点,X的物质的量减小了0.1 mol,浓度减小了0.1mol2 L=0.05 mol/L,所以v(X)=0.05mol/L5min=0.01 mol/(L·min),则v(Y)=12v(X)=0.005 mol/(L·min),D项错误。
9.A 断裂1 mol H2中的化学键吸收的能量为Q1 kJ,则H—H键的键能为Q1 kJ/mol,断裂1 mol F2中的化学键吸收的能量为Q2 kJ,则F—F键能为Q2 kJ/mol,形成1 mol HF中的化学键释放的能量为Q3 kJ,则H—F键的键能为Q3 kJ/mol,对于H2(g)+F2(g)2HF(g)反应热ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能=Q1 kJ/mol+Q2 kJ/mol-2Q3 kJ/mol=(Q1+Q2-2Q3) kJ/mol。由于氢气和氟气混合在黑暗处即可发生爆炸而释放出大量的热量,则ΔH<0,即(Q1+Q2-2Q3)<0,所以Q1+Q2<2Q3,A项正确。
10.C 断裂2 mol H—I键同时断裂1 mol I—I键才是平衡状态,①错误;反应中单质碘是固体,容器内气体的质量减少,体积不变,密度不变时反应达到平衡状态,②正确;反应达平衡前,容器内气体的质量减少,物质的量不断减少,则当平均摩尔质量不变时,反应达平衡状态,③正确;容器内气体颜色不再改变,表明c(Cl2)不变,反应达平衡状态,④正确;断裂1 mol Cl—Cl键同时生成2 mol H—Cl键,反应进行方向相同,不一定达平衡状态,⑤错误;容器内HI、Cl2、HCl浓度之比保持不变说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,⑥正确。
11.A 闭合K,形成原电池,铁棒上发生反应Fe-2e-Fe2+,碳棒上发生反应Cu2++2e-Cu,当电路中有0.3NA个电子通过时,理论上溶解铁、析出铜均0.15 mol,则铁棒质量为m g-0.15 mol×56 g·mol-1=(m-8.4)g,碳棒质量为m g+0.15 mol×64 g·mol-1=(m+9.6)g,碳棒与铁棒的质量差为18 g,A项正确;打开K,不能形成原电池,铁棒上发生置换反应有紫红色固体析出,B项错误;闭合K,形成原电池,铁棒上发生反应:Fe-2e-Fe2+,C项错误;闭合K,形成原电池,碳棒表面发生的电极反应为Cu2++2e-Cu,D项错误。
12.AC 由反应式知,该反应生成4 mol NO,放热a kJ,2 min时生成0.4 mol NO,则反应放热0.1a kJ, A项正确;用氧气表示2 min内的平均反应速率:v(O2)=0.4mol4×55 L×2min=0.05 mol·L-1·min-1,B项错误;2 min内,NH3的转化率(40%)小于O2的转化率(50%),C项正确; 2 min 末,c(H2O)=0.4mol4×65 L=0.12 mol·L-1,D项错误。
13.AD 正极反应加上负极反应可得电池总反应为M1-xFexPO4+LiC6LiM1-xFexPO4+6C,A项正确;放电时电流由电源的正极经外电路流向负极,即从磷酸铁锂电极流向石墨电极,B项错误;充电时为电解池,Li+移向电解池阴极,因放电时石墨电极上发生氧化反应,则充电时石墨电极发生还原反应为电解池的阴极,所以Li+移向石墨电极,C项错误;充电时石墨电极为阴极,与外接电源的负极相连,D项正确。
14.C 从题图中可以提取以下信息:1 mol CH4(g)+2 mol O2(g)断裂所有共价键,需要吸收2 646 kJ的热量;1 mol C(g)+4 mol H(g)+4 molO(g)结合成1 mol CO2(g)+2 mol H2O(g),能放出3 446 kJ的热量。由题图可知,1 mol CH4(g)和2 mol O2(g)的总能量大于1 mol CO2(g)和2 mol H2O(g)的能量总和,但CH4(g)的能量不一定大于CO2(g)和H2O(g)的能量总和,A项错误;反应CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-800 kJ·mol-1,B项错误;若破坏1 mol O2(g)中的化学键需吸收热量493 kJ,则破坏1 mol C—H键需吸收热量2 646-493×24 kJ=415 kJ,C项正确;CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-800 kJ·mol-1,若放出热量400 kJ,则生成了1 mol H2O(g),有2 mol O—H键形成,D项错误。
15.B 由题图知,3 min时反应达到平衡状态,反应从开始到平衡,消耗n(CO2)=(1-0.9) mol=0.1 mol、n(H2)=(0.5-0.2) mol=0.3 mol,生成n(CH3OH)=0.1 mol,同一反应中参加反应的各物质的物质的量之比等于其分子个数之比,则N(CO2)∶N(H2)∶N(CH3OH)=0.1 mol∶0.3 mol∶0.1 mol=1∶3∶1,根据原子守恒知,还生成H2O,所以反应方程式为CO2+3H2CH3OH+H2O,A项错误;v(H2)=0.3mol1 L×3min=0.1 mol·L-1·min-1,B项正确;反应前后气体总质量不变、容器体积不变,则反应前后气体密度始终不变,所以气体密度不变不能作为平衡状态判断标准,C项错误;在3 min时,各物质的物质的量不再变化,反应达到平衡状态,则在3~10 min内,反应处于平衡状态,D项错误。
16.答案 (1)①放热 Na或Na2O或CaO(答案合理即可) ②吸热 B
(2)①饱和澄清石灰水变浑浊 ②铝和NaOH溶液反应生成H2,且该反应是放热反应,Ca(OH)2的溶解度随温度的升高而降低
解析 (1)①若如图1所示,体系内压强大于外界大气压,说明体系内气体膨胀,反应放热,故物质X可以是Na、Na2O、CaO等;②若如图2所示,体系内压强小于外界大气压,说明体系内气体体积缩小,反应吸热,CO还原CuO的反应为放热反应,CaCO3的分解反应为吸热反应,Al和Fe2O3的反应为放热反应。(2)把试管放入盛有25 ℃饱和澄清石灰水的烧杯中,向试管中放入几小块铝片,再滴入5 mL NaOH溶液,铝和NaOH溶液反应生成H2,且该反应是放热反应,Ca(OH)2的溶解度随温度的升高而降低,烧杯中饱和澄清石灰水变浑浊。
17.答案 (1)①587 598 放出 11
②B
(2)负 氧化 Zn-2e-Zn2+ Zn片逐渐溶解 正 还原 Cu2++2e-Cu 有紫红色物质析出
解析 (1)①1 mol H2和1 mol I2完全反应生成2 mol HI,旧键断裂吸收的能量为436 kJ+151 kJ=587 kJ,新键形成放出的能量为299 kJ×2=598 kJ,旧键断裂吸收的能量小于新键形成释放的能量,反应为放热反应,放出的热量为598 kJ-587 kJ=11 kJ;②由①的分析可知,该反应为放热反应,则反应物总能量大于生成物总能量,所以B正确。(2)银、锌、硫酸铜溶液构成的原电池中,锌作负极,负极上锌失电子发生氧化反应生成锌离子进入溶液,导致锌逐渐溶解,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,银作正极,正极上铜离子得电子发生还原反应而析出铜单质,电极反应式为Cu2++2e-Cu,所以看到的现象是有紫红色物质析出。
18.答案 (1)O2+2H2O2H2O2
(2)12% 1.0 催化剂对反应速率的影响
(3)正 右
解析 (1)依据题意可知,利用O2和H2O作原料通过化合反应制取H2O2的总反应方程式为O2+2H2O2H2O2。(2)实验Ⅰ和实验Ⅱ的温度不同,要探究温度对反应速率的影响,其他条件要相同,则Ⅱ中H2O2的质量分数应与Ⅰ相同,为12%;实验Ⅳ用了催化剂,Ⅲ没有使用,可知这两个实验是探究催化剂对反应速率的影响,要求其他条件相同,控制溶液总体积相同就可使反应物浓度相同,则Ⅲ中应加水1.0 mL。(3)由题图可知铂(Pt)和金(Au)组成的纳米棒与H2O2溶液形成原电池,H2O2溶液中在铂极失电子发生氧化反应生成O2和H+,H+移向正极(Au),纳米棒将向右移动。
19.答案 Ⅰ.(1)0.042
(2)BD
(3)75%
(4)22∶3
(5)>
Ⅱ.(1)①Y 2X ②bd (2)BD
解析 Ⅰ.(1)从3 min到9 min,CO2浓度变化为0.5 mol·L-1-0.25 mol·L-1=0.25 mol·L-1,CO2反应速率为0.25mol·L-19min-3min≈0.042 mol·L-1·min-1。(2)反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1∶1(即图中交叉点),不能说明反应达到平衡状态,A错误;混合气体的物质的量为变量,则压强为变量,随着反应的进行,混合气体的压强不随时间的变化而变化,此时反应达到平衡,B正确;单位时间内生成3 mol H2,同时生成1 mol CH3OH,则正、逆反应速率相等,C错误;混合气体的质量不变,混合气体的物质的量是变量,则平均相对分子质量不随时间的变化而变化,此时反应达到平衡,D正确。(3)由图像可知平衡时CO2的浓度为0.25 mol·L-1 ,则消耗的二氧化碳的浓度为0.75 mol·L-1,CO2的转化率为0.75mol·L-11mol·L-1×100%=75%。
(4) CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始(mol) 1 3 0 0
转化(mol) 0.75 2.25 0.75 0.75
平衡(mol) 0.25 0.75 0.75 0.75
则平衡时混合气体中CO2(g)和H2(g)的质量之比是(0.25 mol×44 g·mol-1)∶(0.75 mol×2 g·mol-1)=22∶3。
(5)第9分钟时达到平衡,v逆(CH3OH)=v正(CH3OH),随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,则第3分钟时v正(CH3OH)大于第9分钟时v逆(CH3OH)。
Ⅱ.(1)由题图可知,X为生成物,Y为反应物。0~10 min X增加了0.4 mol·L-1,Y减小了0.2 mol·L-1,反应达到平衡状态,故X、Y的化学计量数之比为2∶1,且该反应为可逆反应,反应的化学方程式为Y 2X。b、d两点处于化学平衡状态。(2)对于可逆反应,反应开始后的任何时刻,正、逆反应均在进行;根据题图可知0~t2,反应处于非平衡状态;t2后,该反应处于平衡状态,正、逆反应速率相等,但不等于0;处于平衡状态时,各物质的浓度不再发生变化,故B、D正确。
20.答案 (1)浓度 1 293 B、C
(2)其他条件相同时,增大反应物浓度,反应速率增大(其他合理说法也对) 8.3×10-4 mol·L-1·s-1
(3)2MnO4-+5H2C2O4+6H+ 2Mn2++10CO2↑+8H2O (4)催化作用 Mn2+
解析 (1)分析题表中数据知,本实验是探究浓度、温度的变化对反应速率产生的影响。实验中,探究浓度(温度)对反应速率的影响时,要确保影响反应速率的其他因素相同。A、B两组实验,探究草酸浓度对反应速率的影响,故温度应相同,T1=293;为使A、B两组实验中KMnO4浓度相同,则溶液总体积均应为6 mL,故V1=1。C组温度与另外两组不同,加水量与B组相同,故实验B、C是探究温度对化学反应速率的影响,因此V2=3。(2)由题表中A、B两组实验数据知,在其他条件相同的情况下,增大反应物浓度可加快化学反应速率。利用实验B中数据计算,v(KMnO4)=0.02 mol·L-1×2×10-3 L÷(6×10-3 L)÷8 s≈8.3×10-4 mol·L-1·s-1。(4)由题图知,反应中存在反应速率突然增大的过程,这表明反应中生成的某种粒子对该反应有催化作用,结合反应前后溶液成分知,该粒子是Mn2+。
第三单元 化学能与电能的转化
第1课时 化学能转化为电能
基础过关练
题组一 原电池的形成条件
1.(2020江西湘东中学高一下期中)下列装置中能构成原电池的是( )
2.理论上不能设计成原电池的化学反应是( )
A.Al(OH)3(s)+NaOH(aq) NaAlO2(aq)+2H2O(l)
ΔH<0
B.CH3CH2OH(l)+3O2(g) 2CO2(g)+3H2O(l)
ΔH<0
C.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g) 4Fe(OH)3(s)
ΔH<0
D.H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g) ΔH<0
3.(2019河北张家口第一中学高一下月考)下列各个装置中能组成原电池的是( )
题组二 原电池工作原理
4.(2020山东泰安第一中学高一下期中)将纯锌片和纯铜片用导线连接置于同一稀H2SO4溶液中,下列各叙述中正确的是( )
A.Zn片上有大量气泡产生
B.负极附近c(SO42-)逐渐增大
C.正、负极附近c(SO42-)基本不变
D.电子经电解质溶液由正极流向负极
5.如图是某同学学习原电池后整理的学习笔记,错误的是( )
A.①电子流动方向
B.②电流方向
C.③电极反应
D.④溶液中离子移动方向
6.(2020安徽合肥高一下期中)将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间,以下叙述正确的是( )
A.两烧杯中铜片表面均无气体产生
B.甲中铜片是正极,乙中铜片是负极
C.两烧杯中溶液的pH均增大
D.产生气泡的速率甲比乙慢
7.(2020江西临川第二中学高一下期中)下列有关如图所示原电池装置的叙述中,正确的是( )
A.铜片是正极,电极上发生氧化反应
B.铜片质量逐渐增加
C.电流从锌片经导线流向铜片
D.铜片上的电极反应式为Cu2+-2e-Cu
题组三 原电池原理的应用
8.在钢铁腐蚀过程中,可能发生的是( )
①Fe2+转化为Fe3+ ②O2被还原 ③产生H2
④Fe(OH)3失水形成Fe2O3·xH2O ⑤杂质碳被氧化
A.①② B.②③④
C.①②③④ D.①②③④⑤
9.(2020湖北应城第一高级中学高一下期中)由镁、锌、铁、铜、银和硝酸银溶液,可以构成原电池的种数为( )
A.8种 B.9种 C.10种 D.12种
10.(2020安徽合肥第十一中学高一下期中)把a、b、c三块金属片浸在稀硫酸中,用导线两两连接可以构成原电池,若a、b相连时b为负极;a、c相连时a极上产生大量气泡;c、b相连时,电流由b到c。则这三种金属的活动性顺序由大到小为( )
A.a>c>b B.a>b>c
C.c>b>a D.b>c>a
11.(2020湖北武汉第三十九中学高一下期中)能实现2Fe3++Fe 3Fe2+反应的原电池是( )
A.正极为Cu,负极为Fe,电解质溶液为FeCl3溶液
B.正极为C,负极为Fe,电解质溶液为FeSO4溶液
C.正极为Fe,负极为Zn,电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液
D.正极为Ag,负极为Cu,电解质溶液为CuSO4溶液
12.(2020安徽安庆第二中学高一下期中)如图所示,烧杯中盛的是水,铁圈和银圈直接相连,在接头处用一根绝缘细丝吊住,并使之平衡。小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液,反应一段时间后,观察到的现象是( )
A.两圈仍保持平衡
B.有气泡产生,两圈摇摆不定
C.铁圈向下倾斜
D.银圈向下倾斜
13.如图所示,液面上浮着一个空心铁球(铁球材质为铁碳合金)。数天后可观察到的现象是( )
①铁球表面出现红棕色锈斑
②铁球表面出现黑色锈斑
③量筒内水位下降
④量筒内水位上升
A.①③ B.①④ C.②③ D.③④
14.由W、X、Y、Z四种金属按下列装置进行实验。下列说法不正确的是( )
装置
现象
W不断溶解
Y的质量增加
W上有气体产生
A.装置甲中W作原电池负极
B.装置乙中Y电极上的反应式为Cu2++2e- Cu
C.装置丙中溶液的c(H+)不变
D.四种金属的活动性强弱顺序为Z>W>X>Y
15.(2019河北张家口第一中学高一月考)将纯锌片和纯铜片按下图方式插入100 mL相同浓度的稀硫酸中一段时间,请回答下列问题:
(1)下列说法正确的是 (填字母)。
A.甲、乙均为化学能转化为电能的装置
B.乙中铜片上没有明显变化
C.甲中铜片质量减小,乙中锌片质量减小
D.两烧杯中溶液的pH均增大
(2)在相同时间内,两烧杯中产生气泡的速率:甲 乙(填“>”“<”或“=”)。
(3)当甲中产生1.12 L(标准状况)气体时,通过导线的电子数目约为 。
(4)当乙中产生1.12 L(标准状况)气体时,将纯锌片、铜片取出,再将烧杯中的溶液稀释至1 L,测得溶液中c(H+)=0.1 mol·L-1。(设反应前后溶液体积不变)试确定原稀硫酸的物质的量浓度为 。
(5)利用反应Fe+2Fe3+ 3Fe2+制一个化学电池(给出若干导线和一个小灯泡,电极材料和电解质溶液自选),画出原电池装置图,注明电解质溶液名称和正、负极材料,标出电流方向。
是正极,正极反应式: ;
是负极,负极反应式: 。
(6)1958年世界上第一个心脏起搏器在瑞典植入人体成功,使用寿命长达10年。这种能源起搏器中安装的是寿命最长、可靠性最高的锂—碳电池,这种电池容量大,电压稳定,能在-56.7~71.1 ℃范围内正常工作。现已在火箭、移动电话、笔记本电脑中广泛使用。它采用锂和石墨作电极,四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯中(SOCl2)组成电解质溶液。电池总反应为8Li+3SOCl2 6LiCl+Li2SO3+2S,此电池中 作正极,负极的电极反应为 。
第2课时 化学电源
基础过关练
题组一 化学电源的分类
1.(2019新疆兵团第二师华山中学高一下第一次调研)下列我国科技创新的产品设备在工作时由化学能转化成电能的是( )
A.长征5号火箭使用的液氧煤油发动机
B.北斗导航卫星的太阳能电池板
C.位于江苏的海上风力发电机
D.由橙子制成的简易电池
2.(2020湖北武汉第三十九中学高一下期中)下列说法中正确的是( )
①燃料电池的反应物可不储存在电池的内部
②锌锰干电池是一次电池,铅蓄电池是二次电池
③锂电池是新一代可充电电池
④燃料电池作为汽车驱动能源已研发成功
A.②③④ B.①②③④
C.①②③ D.①③④
题组二 常见的化学电源
3.(2020安徽合肥高一下期中)已知空气—锌电池的电极反应为锌片:Zn+2OH--2e-ZnO+H2O;碳棒:12O2+H2O+2e-2OH-。据此判断,锌片是( )
A.正极,被还原 B.正极,被氧化
C.负极,被还原 D.负极,被氧化
4.(2020湖北武汉高一下期中联考)汽车的启动电源常用铅蓄电池。放电时的电池反应为PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O,根据此反应判断下列说法正确的是( )
A.负极反应式:Pb-2e-+SO42-PbSO4
B.电池放电时,溶液的酸性增强
C.PbO2得电子,被氧化
D.PbO2是电池的负极
5.(2020河北石家庄第二中学高一下期中)银锌纽扣电池的总反应为Zn+Ag2O+H2O Zn(OH)2+2Ag,下列说法不正确的是( )
A.锌作负极
B.正极发生还原反应
C.电池工作时,电流从Ag2O经外电路流向Zn
D.负极的电极反应式为Zn-2e- Zn2+
6.(2020安徽安庆第二中学高一下期中)2020年1月一场突如其来的新冠肺炎席卷全球,该病最明显的症状就是出现发热,市售体温枪能快速地检测人体体温,该体温枪所用的电池具有使用寿命长、容量大等特点,应用十分广泛。体温枪所用的电池是由氧化银作正极,金属锌粉作负极,电解质溶液为氢氧化钾或氢氧化钠溶液,电池的总反应方程式为Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag,根据信息回答下列问题:
(1)该电池在测体温时,将 能转化为 能。
(2)放电时,负极的电极反应式: ;正极的电极反应式: 。
(3)整个过程电解质溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)试计算在放电过程中转移3NA个电子时,正极 (填“增大”或“减小”)的质量为 。
题组三 燃料电池和新型电池
7.(2020安徽合肥高一下期中)燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)氧化剂(如氧气)起反应将化学能转化为电能的装置,若电解质溶液是强碱溶液,下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是( )
A.负极反应式:O2+2H2O+4e- 4OH-
B.负极反应式:CH4+8OH--8e- CO2+6H2O
C.电池放电时溶液中氢氧根离子的浓度不变
D.放电时溶液中的阴离子向负极移动
8.(2020北京第八十中学高一下期中)下图为氢氧燃料电池构造示意图,按照此图的提示,下列叙述不正确的是 ( )
A.a电极是负极
B.电子由b电极通过灯泡流向a电极
C.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D.氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
9.(双选)(2020山东泰安第一中学高一下期中)一种新型绿色燃料电池是把H2、CO、CH4的混合气体和空气不断输入,将化学能转化为电能,被称为“21世纪的绿色发电站”。下列关于这种燃料电池的说法不正确的是( )
A.通入空气的一极为负极
B.H2、CO、CH4的混合气体在电池内部燃烧,放出大量的热,然后电池将热能转化为电能
C.电池实际运行时的电解质溶液应选择碱性溶液
D.电池的正极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-
10.(2020宁夏银川长庆高级中学高一下期中)如图为原电池装置示意图。
请回答下列问题:
(1)若A为Zn片,B为石墨棒,电解质溶液为稀硫酸,则A电极是原电池的 极,写出正极的电极反应式: 。
(2)若A为铜片,B为银片,电解质溶液为AgNO3溶液,则银片为 (填“正”或“负”)极,写出电极反应式:负极 ,正极 。
(3)若A、B均为铂片,电解质溶液为KOH溶液,分别从A、B两极通入H2、O2,该电池为氢氧燃烧电池,该燃料电池的总反应为 。
题组四 电解原理及其应用
11.在原电池和电解池的电极上所发生的反应,属于氧化反应的是( )
A.原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应
B.原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应
C.原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应
D.原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应
12.如图所示是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极。则下列有关判断正确的是( )
A.a为负极,b为正极
B.a为阳极,b为阴极
C.电解过程中,d电极质量增加
D.电解过程中,氯离子浓度不变
13.如图所示,杠杆AB两端分别挂有大小相同、质量相等的空心铁球和空心铜球,调节杠杆并使其在水中保持平衡,然后小心地向大烧杯中滴入浓CuSO4溶液,一段时间后,下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验中不考虑两球的浮力变化)( )
A.杠杆为导体或绝缘体时,均为B端高A端低
B.杠杆为导体或绝缘体时,均为B端低A端高
C.当杠杆为导体时,B端低A端高;杠杆为绝缘体时,B端高A端低
D.当杠杆为导体时,B端高A端低;杠杆为绝缘体时,B端低A端高
14.分别按图甲、乙所示装置进行实验,两个烧杯里的溶液为同浓度的稀硫酸,甲中为电流表。请回答下列问题:
(1)下列叙述正确的是 (填字母)。
A.两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B.甲中铜片作正极,乙中铜片作负极
C.两烧杯溶液中的H+浓度均减小
D.甲产生气泡的速率比乙慢
(2)甲装置中的能量转化形式: 能转化为 能,乙装置中的能量转化形式: 能转化为 能。
(3)某同学发现甲装置中不仅铜片上有气泡产生,且锌片上也产生了气泡,原因可能是 。
(4)在甲装置中,若把稀硫酸换成CuSO4溶液,试写出铜电极的电极反应: 。
15.(2020河北唐山第一中学高一下期中)如下图所示,A、B两个装置的烧杯分别盛有足量的CuSO4溶液。
(1)A、B两个装置中属于原电池的是 (填标号,下同),属于电解池的是 。
(2)A中Zn是 极,发生 (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为 ;Cu极电极反应式为 ;A中总反应的离子方程式为 。
(3)B中左边C是 极,发生 (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为 ;右边C极电极反应式为 ;B中总反应的化学方程式为 。
能力提升练
题组一 正、负极的判断及电极反应式的书写
1.(2020浙江宁波北仑中学高一下期中,)如图是镁—空气燃料电池工作原理示意图,电池总反应为2Mg+O2+2H2O 2Mg(OH)2。下列有关该电池的说法正确的是( )
A.a极为负极,发生还原反应
B.b极上的电极反应:O2+2H2O+4e- 4OH-
C.工作时电子由b极经外电路流向a极
D.该装置实现了电能转化成化学能
2.(2020江苏苏州高一下期中,)锌碘液流电池的工作原理如图所示。下列关于该电池工作时的说法正确的是( )
A.电极Y为电池的正极
B.溶液中的离子数目减少
C.电子由电极Y经外电路流向电极X
D.X上的电极反应为I3--2e- 3I-
3.(2019湖南醴陵一中高一下期中,)利用生活中常见的材料可以进行很多科学实验,甚至制作出一些有实际应用价值的装置,如图就是一个用废旧材料制作的可用于驱动玩具的电池的示意图。该电池工作时,下列有关说法正确的是( )
A.铝罐将逐渐被腐蚀
B.炭粒和木炭棒上发生的反应为O2+4e- 2O2-
C.木炭棒应与玩具电机的负极相连
D.该电池工作一段时间后木炭棒和炭粒的质量会减轻
4.[2019江西赣州十五县(市)高一下期中联考,]研究人员研发了一种“水电池”,这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电。在海水中,电池的总反应可表示为5MnO2+2Ag+2NaCl Na2Mn5O10+2AgCl。下列关于“水电池”在海水中放电时的说法中不正确的是( )
A.Na+不断向“水电池”的正极移动
B.每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol e-
C.负极反应式:Ag+Cl-+e- AgCl
D.AgCl是氧化产物
5.(2019湖北天门高一下期中,)电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量,其工作原理示意图如下。下列说法中不正确的是( )
A.O2在电极b上发生还原反应
B.溶液中OH-向电极a移动
C.反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4∶5
D.负极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O
题组二 新型燃料电池
6.(2020湖北应城第一高级中学高一下期中,)锌—空气燃料电池有比能量高、容量大、使用寿命长等优点,可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,放电时发生反应:2Zn+O2+4OH-+2H2O2[Zn(OH)4]2-。下列说法错误的是( )
A.放电时,负极反应为Zn+4OH--2e- [Zn(OH)4]2-
B.充电时,电解质溶液中c(OH)-逐渐增大
C.放电时,当0.1 mol Zn完全溶解时,流经电解质溶液的电子个数约为1.204×1023
D.采用多孔炭可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
7.(2020辽宁省实验中学高一下期中,)如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料,氧气为氧化剂,某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度高达700~900 ℃时,O2-可在该固体氧化物电解质中自由移动,反应生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是( )
A.电极甲发生还原反应
B.电池内的O2-由电极乙移向电极甲
C.电池总反应为N2H4+2O2 2NO+2H2O
D.当甲电极上有1 mol N2H4消耗时,乙电极上有22.4 L O2参与反应
8.(2019湖南武冈一中高一下期中,)华中科技大学一项科学研究表明:一种被称为Li-空气微型石墨烯超级电容器的电池,它充电和放电的速率是标准电池的100至1 000倍。该电池由单原子层的碳构成,放电时将锂氧化产生锂离子和电子,空气中的氧气得到电子发生还原反应,从而产生电能。则下列说法正确的是( )
A.Li电极是该电池的正极
B.O2在电极上发生氧化反应,其电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-
C.12 g单层石墨中含有六元环的个数为0.5NA(结构示意图如图,NA表示阿伏加德罗常数的值)
D.放电时,电池中有OH-向负极移动
9.(2019江苏盐城高一下期末,)一种直接铁燃料电池(电池反应为:3Fe+2O2 Fe3O4)的装置如图所示,下列说法正确的是( )
A.Fe极为电池正极
B.KOH溶液为电池的电解质溶液
C.电子由多孔碳极沿导线流向Fe极
D.每5.6 g Fe参与反应,导线中流过1.204×1023个e-
10.(2019辽宁沈阳东北育才中学高一下期中,)一种处理垃圾渗透液并用其发电的装置工作示意图如图,下列说法不正确的是( )
A.微生物细菌对氮的硝化起氧化作用
B.盐桥中K+向Y极移动
C.电子由Y极沿导线流向X极
D.Y极发生的反应为:2NO3-+10e-+12H+ N2↑+6H2O
11.(2019浙江余姚中学高一下学期月考,)(1)科研人员设想用如图所示装置生产硫酸。
①上述生产硫酸的总反应方程式为 ,b是 极,b电极反应式为 ,生产过程中H+向 (填“a”或“b”)电极区域运动。
②该小组同学反思原电池的原理,其中观点正确的是 (填字母)。
A.原电池反应的过程中可能没有电子发生转移
B.原电池装置一定需要2个活泼性不同的金属电极
C.电极一定不能参加反应
D.氧化反应和还原反应可以拆开在两极发生
(2)CO与H2反应还可制备CH3OH,CH3OH可作为燃料使用,用CH3OH和O2组合形成的含有质子交换膜(只允许H+通过)的燃料电池的结构示意图如下:
质子交换膜左右两侧的溶液均为1 L 2 mol·L-1H2SO4溶液。电池总反应式为2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O,c电极为 (填“正极”或“负极”),c电极的电极反应式为 。
专题强化练2 电化学基础
1.(2020安徽合肥高一下期中,)如图所示装置,电流表指针发生偏转,同时A电极逐渐变粗,B电极逐渐变细,C为电解质溶液,则A、B、C应是下列各组中的( )
A.A是Zn,B是Cu,C为稀硫酸
B.A是Cu,B是Zn,C为稀硫酸
C.A是Fe,B是Ag,C为稀AgNO3溶液
D.A是Ag,B是Fe,C为稀AgNO3溶液
2.(2020陕西西安第一中学高一下期中,)下图是铁棒和碳棒在稀硫酸中所组成的原电池装置,c、d为两个电极。下列说法正确的是( )
A.电池工作的过程中,c电极上产生气泡
B.电池工作时,溶液中H+和Fe2+向d移动
C.d为负极,发生氧化反应
D.电池工作的过程中,溶液中SO42-浓度发生明显变化
3.(2020河北唐山第一中学高一下期中,)如图装置中久置后铁片会被腐蚀,有关此装置的叙述中正确的是( )
A.铁片为正极,碳棒为负极
B.铁被腐蚀,碳棒上有氯气放出
C.碳棒附近的溶液可使酚酞试液变红
D.导线上有电流通过,电流方向是由铁片流向碳棒
4.(2020江苏苏锡常镇高三教学情况调查,)如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。下列说法错误的是( )
A.铁闸主要发生的是吸氧腐蚀
B.图中生成铁锈最多的是乙区域
C.铁被腐蚀时的电极反应式为Fe-2e- Fe2+
D.将铁闸与石墨相连可保护铁闸
5.(2020湖北四校高一下期中,)已知反应2Cu+Ag2O Cu2O+2Ag可设计成如图所示的原电池。普通水泥在固化过程中其自由水分子减少并形成碱性溶液,根据这一物理化学特点,科学家利用该电池发明了电动势法测水泥的初凝时间。下列有关说法正确的是( )
A.电子流动方向从Cu→Ag2O→电解质溶液→Cu,形成闭合回路
B.正极的电极反应式为Ag2O+2H++2e- 2Ag+H2O
C.2 mol Cu与1 mol Ag2O的总能量低于1 mol Cu2O与2 mol Ag的总能量
D.电池工作时,OH-向Cu极移动
6.(2020湖北武汉新洲第一中学高一下6月线上联考,)被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池具有无污染、无噪音、高效率的特点。如图为氢氧燃料电池的结构示意图,回答下列问题:
(1)O2进入的电极为 极。
(2)电池工作时溶液中的OH-向 (填“正极”或“负极”)移动,通 (填“H2”或“O2”)的一极电势较低。
(3)写出电池工作时的负极反应式: 。
(4)若电池工作时转移0.01 mol电子,理论上消耗标准状况下 mL O2。
(5)若将此燃料电池改成以CH4和O2为原料进行工作时,负极反应式为 。
第三单元综合拔高练
五年选考练
考点1 原电池原理及其应用
1.(2017天津理综,3,6分,)下列能量转化过程与氧化还原反应无关的是( )
A.硅太阳能电池工作时,光能转化成电能
B.锂离子电池放电时,化学能转化成电能
C.电解质溶液导电时,电能转化成化学能
D.葡萄糖为人类生命活动提供能量时,化学能转化成热能
2.(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
考点2 化学电源
3.(2019课标Ⅰ,12,6分,)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如下所示。下列说法错误的是(深度解析)
A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能
B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+ 2H++2MV+
C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3
D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
4.(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
5.(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(深度解析)
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-x 2Li+(1-x2)O2↑
6.(2018课标Ⅱ,12,6分,)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为:3CO2+4Na2Na2CO3+C。下列说法错误的是(深度解析)
A.放电时,ClO4-向负极移动
B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2
C.放电时,正极反应为:3CO2+4e- 2CO32-+C
D.充电时,正极反应为:Na++e- Na
7.(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(深度解析)
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+2H2O Mg(OH)2+H2↑
三年模拟练
应用实践
1.(2020江西赣州南康中学高一下,)如图是一种酸性燃料电池酒精检测仪,具有自动吹气流量侦测与控制的功能,非常适合进行现场酒精检测。下列说法不正确的是( )
A.H+从左侧经过质子交换膜移向右侧
B.该电池的负极反应式为CH3CH2OH+3H2O-12e- 2CO2↑+12H+
C.电流由O2所在的铂电极流出
D.微处理器通过检测电流大小而计算出被测气体中酒精的含量
2.(2019江苏扬州中学高一5月月考,)某化学兴趣小组为了探究铬和铁的活泼性,设计如图所示装置,下列推断合理的是( )
A.若铬比铁活泼,则电子经外电路由铁电极流向铬电极
B.若铁比铬活泼,则溶液中H+向铁电极迁移
C.若铬比铁活泼,则铁极电极反应式为2H++2e- H2↑
D.若铁电极附近溶液pH增大,则铁比铬活泼
3.(2019江苏海安高级中学高一下3月月考,)人们应用原电池原理制作了多种电池,以满足不同的需要。以下每小题中的电池广泛使用于日常生活、生产和科学技术等方面,请根据题中提供的信息,回答下列问题。
(1)铅蓄电池在放电时发生的电池反应式为:Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O。铅蓄电池放电时正极是 (填物质化学式)。若电解质溶液的体积为2 L(反应过程溶液体积变化忽略不计),放电过程中外电路中转移3 mol电子,则硫酸浓度由5 mol·L-1下降到 mol·L-1。
(2)电子表所用的某种纽扣电池的电极材料为Zn和Ag2O,电解质溶液为KOH溶液,其电极反应式为Zn+2OH--2e- ZnO+H2O,Ag2O+H2O+2e- 2Ag+2OH-,电池的正极是 ,负极发生的是 反应(填“氧化”或“还原”)。
(3)中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破,组装出了自呼吸电池及主动式电堆。甲醇(CH3OH)燃料电池的工作原理如图所示。
①该电池工作时,b口通入的物质为 。
②该电池工作时,电子的流向为 (填“从左到右”或“从右到左”)。
迁移创新
4.(2020重庆凤鸣山中学高一下6月月考,)原电池是将化学能转化为电能的装置。
Ⅰ.a为铜片,b为铁片,烧杯中是稀硫酸。
(1)当开关K断开时可观察到的现象为 ;当开关K闭合时,可观察到的现象为 。(填字母)
A.a不断溶解 B.b不断溶解 C.a上产生气泡 D.b上产生气泡 E.溶液逐渐变蓝
(2)闭合开关K,反应一段时间后断开开关K,经过一段时间后,下列叙述不正确的是 (填字母)。
A.溶液中H+浓度减小
B.正极附近SO42-浓度逐渐增大
C.溶液中含有FeSO4
D.溶液中SO42-浓度基本不变
Ⅱ.FeCl3常用于腐蚀印刷电路铜板,反应过程的离子方程式为 ,若将此反应设计成原电池,请写出该原电池负极电极反应式为 ,正极电极反应式为 。
Ⅲ.如图是氢氧燃料电池构造示意图。
下列说法不正确的是 。
A.a极是负极
B.电子由b通过溶液流向a
C.该电池总反应是2H2+O2 2H2O
D.氢氧燃料电池是环保电池
本专题复习提升
易混易错练
易错点1 计算反应速率时误将Δn当作Δc
1.()在一定条件下,将3 mol A和1 mol B两种气体混合于固定容积为2 L的密闭容器中,发生如下反应:3A(g)+B(g)xC(g)+2D(g)。2 min末该反应达到平衡,测得生成0.8 mol C、0.4 mol D。下列判断正确的是( )
A.x=2
B.2 min时,A的浓度为1.2 mol·L-1
C.2 min内A的反应速率为0.3 mol·L-1 min-1
D.B的转化率为60%
易错点2 对影响化学反应速率因素的固化理解
2.下列有关化学反应速率的说法中,正确的是( )
A.往容积一定的容器中再通入O2,可以加快反应2SO2+O22SO3的反应速率
B.用铁片和稀硫酸反应制取氢气时,改用铁片和浓硫酸可以加快产生氢气的速率
C.对于C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的反应,加入固体炭,反应速率加快
D.100 mL 2 mol·L-1的盐酸与锌反应时,加入适量的氯化钠溶液,生成氢气速率不变
3.()在一密闭容器中充入1 mol H2和1 mol I2,压强为p(Pa),并在一定温度下使其发生反应H2(g)+I2(g) 2HI(g)。下列说法正确的是( )
A.保持容器容积不变,向其中加入1 mol H2,化学反应速率不变
B.保持容器容积不变,向其中加入1 mol Ar,化学反应速率增大
C.保持容器内压强不变,向其中加入1 mol Ar,化学反应速率不变
D.保持容器内压强不变,向其中加入1 mol H2,化学反应速率将发生变化
易错点3 不能正确判断反应是否达到平衡状态
4.(2018河北邢台高一下期中考试,)下列说法可以表明在恒温恒容密闭容器中进行的可逆反应:H2(g)+I2(g)2HI(g)已经达到化学平衡状态的是( )
A.断裂1 mol H—H键的同时形成2 mol H—I键
B.混合气体的平均摩尔质量不再改变
C.用H2、I2和HI表示的反应速率之比为1∶1∶2
D.混合气体的颜色不再改变
5.()可逆反应2NO2(g) 2NO(g)+O2(g)在体积固定的密闭容器中进行,达到平衡状态的标志是( )
①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2
②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO
③用NO2、NO、O2表示的反应速率之比为2∶2∶1的状态
④混合气体的颜色不再改变的状态
⑤混合气体的密度不再改变的状态
⑥混合气体的压强不再改变的状态
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A.①④⑥⑦ B.②③⑤⑦
C.①③④⑤ D.全部
易错点4 错误理解吸热反应、放热反应与是否加热的关系
6.()下列反应属于放热反应的是( )
A.氢氧化钡晶体和氯化铵晶体的反应
B.生成物总能量低于反应物总能量的反应
C.化学键断裂吸收的能量比化学键生成放出的能量多的反应
D.不需要加热就能发生的反应
易错点5 对原电池工作原理理解不深刻
7.()铝—海水—空气电池在航海中得到广泛的应用,其以海水为电解质溶液,电池的电极反应式分别为Al-3e- Al3+,O2+2H2O+4e- 4OH-,下列说法正确的是( )
A.该电池的正极是铝,发生氧化反应
B.电池工作时,电子通过外电路从负极流向正极,再从电解质溶液流回负极
C.氧气是该电池的正极反应物
D.该电池实现了将电能转化为化学能
8.()LED产品的使用为城市增添色彩。下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。下列有关叙述正确的是( )
A.电路中的电子从负极经外电路到正极,再经过KOH溶液回到负极,形成闭合回路
B.a处通入氢气,b处通入氧气,该装置将化学能最终转化为电能
C.电池放电后,OH-的物质的量浓度减小
D.通入O2的电极发生反应:O2+4e- 2O2-
思想方法练
利用“比较思想”比较化学反应与能量的相关问题
1.(2019河南开封、商丘九校高一下期中联考,)下列关于化学反应速率的说法正确的是( )
A.0.1 mol·L-1盐酸和硫酸分别与2 mol·L-1氨水反应的速率相同
B.0.1 mol·L-1盐酸和硝酸与相同形状和大小的大理石反应的速率相同
C.0.8 mol·L-1·s-1的含义是时间为1s时,某物质的浓度是0.8 mol·L-1
D.对于任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象就越明显
2.(2020新疆昌吉教育共同体高一下期中,)某化学反应包括A(g)→B(g)、B(g)→C(g)两步反应,整个反应过程中的能量变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.两步反应均为吸热反应
B.涉及的三种物质中C(g)最稳定
C.1 mol C(g)与1 mol A(g)的能量差为E4 kJ
D.反应A(g)→B(g)一定要加热才能发生
3.(2020安徽合肥高一下期中,)石墨和金刚石都是碳的单质,石墨在一定条件下可以转化为金刚石。已知12 g石墨完全转化为金刚石时,要吸收a kJ的能量。下列说法中正确的是( )
①石墨不如金刚石稳定;②金刚石不如石墨稳定;③等质量的石墨和金刚石完全燃烧,金刚石放出的能量多;④等质量的石墨和金刚石完全燃烧,石墨放出的能量多。
A.①② B.②③ C.①④ D.③④
4.(2019黑龙江牡丹江第一高级中学高一下期中,)某兴趣小组学生设计果蔬电池:把锌片和铜片用导线连接好,然后将锌片和铜片平行插入新鲜西红柿中,再在导线中接一个灵敏电流计,指针发生偏转,将西红柿换成橘子后重新做实验,发现电流计指针没有发生偏转。下列针对该组实验的说法正确的是( )
A.通过对比实验说明西红柿汁是电解质溶液而橘子汁是非电解质溶液
B.通过对比实验得出西红柿汁pH<7,橘子汁pH>7
C.用橘子探究原电池工作原理的实验不可能获得成功
D.通过对比实验说明构成原电池条件之一是两极要和电解质溶液接触并形成闭合回路
5.()有一种瓦斯分析仪(如图甲)能够在煤矿巷道中的甲烷达到一定浓度时,通过传感器显示出来。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理,其装置如图乙所示,其中的固体电解质是Y2O3-Na2O,O2-可以在其中自由移动。下列有关叙述正确的是( )
A.瓦斯分析仪工作时,电池内电路中电子由电极b流向电极a
B.电极a的电极反应式为CH4+5O2--8e- CO32-+2H2O
C.电极b是正极,O2-由电极a流向电极b
D.当固体电解质中有1 mol O2-通过时,电子转移4 mol
6.(2020山东泰安第一中学高一下期中,)工业上由CO2和H2合成气态甲醇的化学方程式为CO2+3H2 CH3OH+H2O,已知该反应是放热反应。下面表示合成甲醇的反应的能量变化示意图,其中正确的是( )
7.()实验室用Zn与稀硫酸反应制取氢气。常加少量CuSO4溶液来加快反应速率。为了研究CuSO4溶液中溶质的量对H2生成速率的影响,某同学设计了实验方案(见表),将表中所给的试剂按一定体积混合后,分别加入四个盛有相同大小的Zn片(过量)的反应瓶(甲、乙、丙、丁)中,收集产生的气体,并记录收集相同体积的气体所需的时间。
甲
乙
丙
丁
4 mol·L-1 H2SO4溶液/mL
20
V1
V2
V3
饱和CuSO4溶液/mL
0
2.5
V4
10
H2O/mL
V5
V6
8
0
收集气体所需时间/s
t1
t2
t3
t4
下列说法正确的是( )
A.t1=t2=t3=t4
B.V4=V5=10
C.V6=7.5
D.Vl
本专题达标检测
(满分:100分;时间:90分钟)
一、选择题(本题共10小题,每小题2分,共20分。每小题只有一个选项符合题意)
1.(2020山东泰安第一中学高一下期中)下列设备工作时,将化学能转化为电能的是( )
A
B
C
D
硅太阳能电池
锂离子电池
太阳能集热器
燃气灶
2.(2020北京第八十中学高一下期中)下列反应既属于氧化还原反应,又属于吸热反应的是( )
A.锌粒与稀硫酸的反应
B.灼热的木炭与二氧化碳的反应
C.甲烷在空气中燃烧
D.Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应
3.(2020河北石家庄第二中学高一下期中)从能源开发、环境保护、资源利用等角度分析,下列说法正确的是( )
A.太阳能、风能、天然气和生物质能都是可再生能源
B.水煤气是一种二次能源,比煤直接燃烧污染小
C.研究采煤、采油新技术的目的就是提高产量以满足工业生产的需要
D.氢能是理想的清洁能源,目前储存与运输方便、安全
4.(2020辽宁省实验中学高一下期中)对于反应4NH3+5O2 4NO+6H2O,下列为4种不同情况下测得的反应速率,表示该反应进行最快的是( )
A.v(NH3)=0.2 mol/(L·s)
B.v(O2)=10 mol/(L·min)
C.v(H2O)=0.25 mol/(L·s)
D.v(NO)=8 mol/(L·min)
5.(2020山东泰安第一中学高一下期中)在某恒容密闭容器中发生反应I2(g)+H2(g)2HI(g),下列措施不能提高其反应速率的是( )
A.升高温度
B.使用催化剂
C.充入稀有气体,增大体系压强
D.增加I2和H2的起始量
6.[2019江西赣州十五县(市)高一下期中联考]对可逆反应4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g),下列叙述正确的是( )
A.化学反应速率关系是:2v(NH3)=3v(H2O)
B.若单位时间内生成x mol NO的同时,消耗x mol NH3,则反应达到平衡状态
C.达到化学平衡时,若增大容器体积,则正反应速率减小,逆反应速率增大
D.达到化学平衡时,4v正(O2)=5v逆(NO)
7.(2019安徽池州青阳第一中学高一下第一次月考)电子表中电子计算器的电源常用微型银锌原电池,其电极分别为Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH溶液,放电时锌极上的电极反应式为Zn+2OH--2e- Zn(OH)2;氧化银电极上的反应式为Ag2O+H2O+2e- 2Ag+2OH-,总反应为Ag2O+H2O+Zn Zn(OH)2+2Ag。下列说法不正确的是( )
A.锌是负极,氧化银是正极
B.锌发生氧化反应,氧化银发生还原反应
C.溶液中OH-向正极移动,K+向负极移动
D.随着电极反应的不断进行,电解质溶液的pH会增大
8.(2020天津静海第一中学高一下期中)在2 L恒温密闭容器中通入气体X并发生反应:2X(g)Y(g)(正反应放热),X的物质的量n(X)随时间t变化的曲线如图所示(图中的两条曲线分别代表有、无催化剂的情形),下列叙述正确的是( )
A.反应进行到a点时放出的热量多于反应进行到b点时放出的热量
B.实线表示使用催化剂的情形
C.b、c两点表明反应在相应的条件下达到了最大限度
D.反应从开始到a点的平均反应速率可表示为v(Y)=0.01 mol/(L·min)
9.(2020河北保定第三中学高一下期中)氢气和氟气混合在黑暗处即可发生爆炸而释放出大量的热量。在反应过程中,断裂1 mol H2中的化学键吸收的能量为Q1 kJ,断裂1 mol F2中的化学键吸收的能量为Q2 kJ,形成1 mol HF中的化学键释放的能量为Q3 kJ。下列关系式中正确的是( )
A.Q1+Q2<2Q3 B.Q1+Q2>2Q3
C.Q1+Q2
10.(2020湖北四校高一下期中)一定温度下,在恒容密闭容器中发生反应2HI(g)+Cl2(g)2HCl(g)+I2(s)。下列可以说明该反应达到平衡状态的事实有( )
①断裂1 mol H—I键同时断裂1 mol I—I键
②容器内气体密度不再改变
③容器内气体平均摩尔质量不再改变
④容器内气体颜色不再改变
⑤断裂1 mol Cl—Cl键同时生成2 mol H—Cl键
⑥容器内HI、Cl2、HCl浓度之比保持不变
A.①②③⑥
B.①②③④
C.②③④⑥
D.③④⑤⑥
二、选择题(本题共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,全部选对得4分,选对但不全的得1分,有选错的得0分)
11.(2020山东枣庄第一中学高一下期中)由U形管、质量为m g的铁棒、质量为m g的碳棒和1 L 2 mol·L-1CuCl2溶液组成的装置如图所示,下列说法正确的是(假设物质充足)( )
A.闭合K,当电路中有0.3NA个电子通过时,理论上碳棒与铁棒的质量差为18 g
B.打开K,碳棒上有紫红色固体析出
C.闭合K,铁棒上发生:Fe-3e- Fe3+
D.闭合K,铁棒表面发生的电极反应为Cu2++2e- Cu
12.(2020江苏苏州高一下期中)反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-a kJ·mol-1(a>0),一定条件下在容积为5 L的密闭容器中投入1 mol NH3和1 mol O2, 2 min末NO的物质的量增加了0.4 mol,下列说法正确的是( )
A.2 min时反应放出的热量等于0.1a kJ
B.用氧气表示2 min内的平均反应速率:v(O2)=0.25 mol·L-1·min-1
C.2 min内,NH3的转化率小于O2的转化率
D.2 min末,c(H2O)=0.6 mol·L-1
13.(2020河北沧州第一中学高一下6月月考)2019年6月6日,工信部正式向四大运营商颁发了5G商用牌照,标志着我国5G元年的起点。通信用磷酸铁锂电池具有体积小、重量轻、高温性能突出、可高倍率充放电、绿色环保等众多优点。磷酸铁锂电池是以磷酸铁锂为正极材料的一种锂离子二次电池,放电时,正极反应为M1-xFexPO4+Li++e- LiM1-xFexPO4,其原理如图所示,下列说法正确的是( )
A.放电时电池的总反应为M1-xFexPO4+LiC6 LiM1-xFexPO4+6C
B.放电时,电流由石墨电极流向磷酸铁锂电极
C.充电时,Li+移向磷酸铁锂电极
D.充电时,石墨电极应该接电源的负极
14.(2020辽宁省实验中学高一下期中)甲烷与氧气反应过程中的能量变化如图所示。下列有关说法中正确的是( )
A.CH4(g)的能量大于CO2(g)和H2O(g)的能量总和
B.反应CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-800 kJ·mol-1
C.若破坏1 mol O2(g)中的化学键需吸收热量493 kJ,则破坏1 mol C—H键需吸收热量415 kJ
D.在反应CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(g)中,放出热量400 kJ,有1 mol O—H键形成
15.(2019山东师范大学附属中学高一下期中)180 ℃时将0.5 mol H2和1 mol CO2通入1 L的恒容密闭容器中,反应生成甲醇蒸气(CH3OH)和某无机副产物,测得各物质的物质的量随时间的部分变化如图所示,下列说法中正确的是( )
A.该反应的化学方程式为2CO2+4H2 2CH3OH+O2
B.在0~3 min内H2的平均化学反应速率为0.1 mol·L-1·min-1
C.当容器内混合气体密度不再变化时,表明反应已经达到平衡状态
D.在3~10 min内,反应仍未达到平衡状态
三、非选择题(本题共5小题,共60分)
16.(8分)(2020福建莆田第二十四中学高一下期中)为了探究化学反应的热效应,某兴趣小组进行了如下实验:
(1)将纯固体物质X分别装入有水的锥形瓶里(发生化学反应),立即塞紧带U形管的塞子,发现U形管内红墨水的液面高度如图所示。
①若如图1所示,发生的反应(假设没有气体生成)是 (填“放热”或“吸热”)反应,X可以是 (填化学式,只填一种即可)。
②若如图2所示,发生的反应(假设没有气体生成)是 (填“放热”或“吸热”)反应,以下选项中与其能量变化相同的是 (填字母)。
A.CO还原CuO的反应
B.CaCO3的分解反应
C.Al和Fe2O3的反应
(2)如图3所示,把试管放入盛有25 ℃饱和澄清石灰水的烧杯中,试管中开始放几小块铝片,再滴入5 mL NaOH溶液。试回答下列问题:
①实验中观察到的现象是:铝片逐渐溶解、有大量气泡产生、 。
②产生上述现象的原因是 。
17.(17分)(2020新疆昌吉教育共同体高一下期中)(1)化学反应的实质是旧键断裂和新键形成。对于反应:H2+I2 2HI,已知断开1 mol H—H键、1 mol I—I键分别需要吸收的能量是436 kJ和151 kJ,形成1 mol H—I键需要放出的能量是299 kJ。
①1 mol H2和1 mol I2完全反应,反应物断键吸收的总能量是 kJ,生成物成键放出的总能量为 kJ,反应共 (填“放出”或“吸收”)能量 kJ。
②如图,能够反映该反应能量变化的图像是 (填“A”或“B”)。
(2)如图所示,在银—锌原电池中,以硫酸铜溶液为电解质溶液,锌为 极,电极上发生的是 (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为 ,锌片上观察到的现象为 。银为 极,电极上发生的是 (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式是 ,银片上观察到的现象是 。
18.(12分)(2019江苏扬州中学高一5月月考)H2O2是实验室常见的强氧化剂,在医疗上可用作消毒剂等。
(1)科学家正在开发一种利用O2和H2O作原料通过化合反应制取H2O2的方法,其原理如图所示。该方法制取H2O2的总反应方程式为 。
(2)为探究外界条件对H2O2分解速率的影响,相关实验设计如下表所示,请将表中内容补充完整。
试管
编号
实验目的
H2O2溶液
温度
水的体
积/mL
FeCl3溶
液体积
/mL
质量
分数
体积
/mL
Ⅰ
为编号Ⅱ
实验参照
12%
5.0
常温
0
0
Ⅱ
温度对反应
速率的影响
5.0
60 ℃
0
0
Ⅲ
为编号Ⅳ
实验参照
4.0%
5.0
常温
0
Ⅳ
4.0%
5.0
常温
0
1.0
(3)由铂(Pt位于左边)和金(Au位于右边)组成的纳米棒放入H2O2溶液中(如下图),纳米棒将发生定向移动。
则:Au一侧为电池的 极(填“正”或“负”);纳米棒向 (填“左”或“右”)移动。
19.(10分)Ⅰ.中国政府承诺,到2020年,单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%~50%。CO2可转化成有机物实现碳循环。在体积为1 L的恒温密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,一定条件下反应:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g) +H2O(g),测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如下图所示。
(1)从3 min到9 min,v(CO2)= mol·L-1·min-1(计算结果保留2位有效数字)。
(2)能说明上述反应达到平衡状态的是 (填字母)。
A.反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1∶1 (即图中交叉点)
B.混合气体的压强不随时间的变化而变化
C.单位时间内生成1 mol H2, 同时生成1 mol CH3OH
D.混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化
(3)平衡时CO2的转化率为 。
(4)平衡混合气体中CO2(g)和H2(g)的质量之比是 。
(5)第3分钟时v正(CH3OH) 第9分钟时v逆(CH3OH) (填“>”“<”“=”或“无法比较”)。
Ⅱ(1)在恒温条件下将一定量X和Y的混合气体通入容积为2 L的密闭容器中,X和Y两物质的浓度随时间的变化情况如图所示。
①写出该反应的化学方程式(反应物或生成物用符号X、Y表示): 。
②a、b、c、d四个点中,表示化学反应处于平衡状态的点是 。
(2)如图所示是可逆反应X+3Y 2Z的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线,下列叙述正确的是 (填字母)。
A.t1时,只有正方向反应在进行
B.t2时,反应达到最大限度
C.t2~t3,反应不再进行
D.t2~t3,各物质的浓度不再发生变化
20.(13分)某研究性学习小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液之间的反应来探究“外界条件改变对化学反应速率的影响”,实验如下:
实
验
序
号
实验
温度/
K
参加反应的物质
溶液颜
色褪至
无色时
所需时
间/s
酸性KMnO4
溶液(含硫酸)
H2C2O4溶液
H2O
V/mL
c/mol·L-1
V/mL
c/mol·L-1
V/mL
A
293
2
0.02
4
0.1
0
t1
B
T1
2
0.02
3
0.1
V1
8
C
313
2
0.02
V2
0.1
1
t2
(1)通过实验A、B,可探究出 (填外界条件)的改变对反应速率的影响,其中V1= ,T1= ;通过实验 可探究出温度变化对化学反应速率的影响。
(2)若t1<8,则由此实验可以得出的结论是 ;利用实验B中数据计算,用KMnO4的浓度变化表示的反应速率为v(KMnO4)≈ 。
(3)该反应中有无色无味气体产生且MnO4-被还原为Mn2+,写出相应反应的离子方程式: 。
(4)该小组的一位同学通过查阅资料发现,上述实验过程中n(Mn2+)随时间变化的趋势如图所示,并认为造成此种变化的原因是反应体系中的某种粒子对KMnO4与草酸之间的反应有某种特殊的作用,则该作用是 ,相应的粒子最可能是 (填符号)。
第三单元 化学能与电能的转化
第1课时 化学能转化为电能
基础过关练
1.C
2.A
3.B
4.B
5.B
6.C
7.B
8.C
9.C
10.C
11.A
12.D
13.B
14.C
1.C A装置没有形成闭合回路,A项错误;B装置中两电极都是锌,活泼性相同,B项错误;C装置存在两个活泼性不同的电极、可自发进行氧化还原反应、存在电解质溶液、形成了闭合回路,可构成原电池,C项正确;酒精为非电解质,不能构成原电池,D项错误。
2.A 原电池反应为自发的氧化还原反应,A为非氧化还原反应,不能设计为原电池。
3.B 原电池的构成条件是:①有两个活泼性不同的电极,②将电极插入电解质溶液中,③两电极间构成闭合回路,④能自发进行的氧化还原反应。两电极的活泼性相同,A项错误;符合原电池的构成条件,B项正确;酒精为非电解质,C项错误;该装置不能形成闭合回路,D项错误。
4.B Zn比Cu活泼,Zn作负极,Cu作正极,正极发生还原反应2H++2e-H2↑,铜片上产生气泡,A项错误;原电池工作时硫酸根离子移向负极,H+移向正极,所以负极附近硫酸根离子浓度增大,B项正确,C项错误;电子在外电路定向移动,离子在内电路定向移动,D项错误。
5.B 锌作负极,铜作正极,电子从负极沿导线流向正极,A项正确;电流从正极到负极,B项错误;负极上锌失电子发生氧化反应,正极上H+得电子发生还原反应,C项正确;在内电路中,阴离子移向负极,阳离子移向正极,D项正确。
6.C 甲是原电池,正极铜片上发生还原反应2H++2e-H2↑,铜片上有气体产生,乙装置中在锌片上发生反应Zn+2H+Zn2++H2↑,铜片上无气体产生,A项错误;甲装置是原电池,铜片作正极,乙不是原电池,B项错误;两烧杯中的H+的浓度都减小,溶液的pH均增大,C项正确;原电池反应可加快反应速率,故产生气泡的速率甲比乙快,D项错误。
7.B 铜的金属性比锌弱,所以铜片是正极,电极上发生还原反应,A项错误;在铜片上,Cu2+得电子生成Cu附着在铜电极表面,所以铜片质量逐渐增加,B项正确;电流从正极经导线流向负极,即从铜片经导线流向锌片,C项错误;在铜片上,溶液中的Cu2+得电子生成Cu,电极反应式为Cu2++2e-Cu,D项错误。
8.C 在钢铁腐蚀过程中,负极Fe-2e-Fe2+,正极O2或H+得电子,Fe2+与OH-结合生成Fe(OH)2,Fe(OH)2被氧化生成Fe(OH)3,Fe(OH)3失水形成铁锈。
9.C 镁、锌、铁、铜、银金属活动性由强到弱,电解质溶液为硝酸银溶液,当镁为负极时,正极可以是锌、铁、铜、银四种中任意一种;当锌为负极时,正极可以是铁、铜、银三种中任意一种,当铁为负极时,正极可以是铜、银两种中任意一种,当铜为负极时,正极只能是银,故共有4+3+2+1=10种,C项正确。
10.C 把a、b、c三块金属片浸在稀硫酸中,用导线两两连接可以构成原电池,若a、b相连时b为负极,则金属活动性:b>a;a、c相连时a极上产生大量气泡,a是正极,金属活动性:a
11.A 根据原电池总反应的离子方程式2Fe3++Fe3Fe2+知,Fe作负极,比Fe活泼性弱的金属或可导电的非金属作正极,Fe3+得电子发生还原反应,所以电解质溶液为可溶性的铁盐溶液,A项正确;铁作负极,碳作正极,电解质溶液为FeSO4溶液,不能发生氧化还原反应,不能构成原电池,B项错误;Zn作负极,Fe作正极,电解质溶液为硫酸铁溶液,不能构成题述要求的原电池,C项错误;Cu作负极,银作正极,电解质溶液为CuSO4溶液,不能发生氧化还原反应,不能构成原电池,D项错误。
12.D 铁圈和银圈连接浸入水中,并滴加CuSO4溶液,该装置构成了原电池,较活泼的金属铁作负极,较不活泼的金属银作正极,负极上铁失电子生成亚铁离子进入溶液,导致铁质量减少,正极上Cu2+得电子生成铜单质,导致银圈质量增加,所以一段时间后,铁圈质量小于银圈质量,银圈向下倾斜,D项正确。
13.B 量筒中的空气、氯化钠溶液和铁球构成原电池;其负极反应式是2Fe-4e-2Fe2+,正极反应式是O2+2H2O+4e-4OH-,Fe2+与OH-结合成Fe(OH)2,再被氧化成Fe(OH)3,Fe(OH)3脱水成为Fe2O3·xH2O而在铁球表面出现红棕色锈斑。由于量筒中的O2被消耗,所以量筒内的水位会上升。
14.C 装置甲中,W不断溶解,说明W失电子发生氧化反应,所以W作原电池负极,A项正确。装置乙中,Y的质量增加,说明溶液中铜离子在Y极得电子生成铜单质,Y电极上的反应式为Cu2++2e-Cu,B项正确。装置丙中,W上有气体产生,说明氢离子在W上得电子生成氢气,电解质溶液中c(H+)减小,C项错误。装置甲中,W是负极,金属活动性W>X;装置乙中,Y是正极,金属活动性X>Y;装置丙中,W是正极,金属活动性Z>W,所以四种金属的活动性强弱顺序为Z>W>X>Y,D项正确。
15.答案 (1)BD
(2)>
(3)6.02×1022
(4)1 mol·L-1
(5)
Cu(合理即可) 2Fe3++2e-2Fe2+ Fe Fe-2e-Fe2+
(6)石墨 Li-e-Li+
解析 (1)甲符合原电池构成条件,为原电池,乙没有构成闭合回路,所以不能构成原电池,A项错误;乙中H+在锌片上得电子发生还原反应,铜片上没有明显变化,B项正确;甲中铜片作正极,正极上H+得电子生成H2,铜片质量不变,乙中发生反应Zn+2H+Zn2++H2↑,锌片质量减小,C项错误;两烧杯中均是锌和H+发生置换反应导致溶液中H+浓度减小,溶液的pH增大,D项正确。(2)作原电池负极的金属加速被腐蚀,所以在相同时间内,两烧杯中产生气泡的速率:甲>乙。(3)甲中铜电极上H+得电子生成H2,电极反应式为2H++2e-H2↑,生成1.12 L(标准状况下)气体时通过导线的电子的物质的量为11.2 L22.4 L·mol-1×2=0.1 mol,即通过导线的电子的数目约为6.02×1022。(4)稀释后H+的物质的量为1 L×0.1 mol·L-1=0.1 mol,生成氢气的氢离子的物质的量为1.12 L22.4 L·mol-1×2=0.1 mol·L-1,所以原溶液中H+的物质的量为0.2 mol,原溶液中H+的浓度为0.2mol0.1 L=2 mol·L-1,则原溶液中稀硫酸的浓度为1 mol·L-1。(5)已知Fe+2Fe3+3Fe2+,根据反应可知Fe应为负极,失电子被氧化生成Fe2+,正极可为C、Cu等,正极上Fe3+得电子生成Fe2+,电解质溶液应为含有Fe3+的可溶性盐溶液,负极上Fe失电子生成Fe2+。(6)电池总反应为8Li+3SOCl26LiCl+Li2SO3+2S,Li作负极,失电子发生氧化反应,其电极反应式为Li-e-Li+,石墨作正极。
第2课时 化学电源
基础过关练
1.D
2.B
3.D
4.A
5.D
7.D
8.B
9.AB
11.C
12.C
13.C
1.D 长征火箭的发动机工作时,将化学能转化为热能和机械能,A项错误;太阳能电池工作时,将光能转化为电能,B项错误;风力发电机工作时,将风能转化为电能,C项错误;由橙子制成的简易电池将化学能转化为电能,D项正确。
2.B 燃料电池的反应物可不储存在电池的内部,①正确;锌锰干电池是一次电池,铅蓄电池可充放电,是二次电池,②正确;锂电池是新一代可充电电池,③正确;燃料电池作为汽车驱动能源已研发成功,④正确。
3.D 锌片发生的电极反应:Zn+2OH--2e-ZnO+H2O,锌元素的化合价升高,被氧化,作原电池的负极,D项正确。
4.A 负极失电子,发生氧化反应,负极反应式:Pb-2e-+SO42-PbSO4,A项正确;电池放电时,正极消耗氢离子,溶液的酸性减弱,B项错误;PbO2得电子,被还原,C项错误;PbO2是电池的正极,D项错误。
5.D 负极上Zn失电子发生氧化反应,A项正确;正极上Ag2O得电子发生还原反应,B项正确;原电池中电流从正极沿外电路流向负极,该原电池中Zn是负极、Ag2O是正极,所以放电时电流从Ag2O经导线流向Zn,C项正确;碱性条件下,该电池负极的电极反应式为Zn+2OH--2e-Zn(OH)2,故D项错误。
6.答案 (1)化学 电
(2)Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2 Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-
(3)增大
(4)减小 24 g
解析 (1)该电池在测体温时,将化学能转化为电能。(2)放电时,负极的电极反应式:Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2;正极的电极反应式:Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-。(3)根据电池的总反应方程式Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag知,水不断被消耗,因此整个过程中电解质溶液的pH增大。(4)根据电池的总反应方程式Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag,正极1 mol Ag2O反应生成2 mol Ag,质量减少16 g,转移2 mol电子;在放电过程中转移3NA个电子时,正极减小的质量为16 g×3mol2mol=24 g。
7.D 甲烷在负极失电子,发生氧化反应,结合得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒可写出负极反应式为CH4+10OH--8e-CO32-+7H2O,A、B项错误;氧气在正极得电子,发生还原反应,结合电解质溶液、得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒可写出正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-;电池总反应为CH4+2O2+2OH-CO32-+3H2O,故随着放电的进行,溶液中氢氧根离子的浓度减小,C项错误;放电时,溶液中的阴离子向负极移动,D项正确。
8.B 氢氧燃料电池中,通入氢气一端的a电极为原电源的负极,通入氧气一端的b电极为原电池的正极,A项正确;在原电池中,电子由负极经外电路流向正极,电子由a电极通过灯泡流向b电极,B项错误;氢氧燃料电池的产物是水,环保无污染,是一种具有应用前景的绿色电源,C项正确;氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置,D项正确。
9.AB 正极上得电子发生还原反应,元素的化合价降低,通入空气的电极为正极,A项错误;燃料电池将化学能转化为电能,燃料在负极失电子发生氧化反应,氧气在正极得电子发生还原反应,发生的总反应与燃烧反应相同,但能量的转化与燃烧反应不同,B项错误;如果用非碱性溶液做电解质溶液,该反应中有二氧化碳生成,生成的二氧化碳气体会造成装置内部的压强增大,有安全隐患,所以用碱性溶液作电解质溶液,C项正确;用碱液作电解质溶液,正极上氧气得电子并和水反应生成氢氧根离子,电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-,D项正确。
10.答案 (1)负 2H++2e-H2↑
(2)正 Cu-2e-Cu2+ 2Ag++2e-2Ag
(3)2H2+O22H2O
解析 (1)若A为Zn片,B为石墨棒,该原电池中,锌失去电子变成锌离子进入溶液,所以锌片(A电极)为负极,石墨棒为正极,正极上氢离子得电子生成氢气,电极反应式为2H++2e-H2↑。(2)若A为铜片,B为银片,电解质溶液为AgNO3溶液,该原电池中,铜片作负极,铜片失电子变成二价铜离子进入溶液,电极反应式为Cu-2e-Cu2+;银片作正极,正极上银离子得电子生成银单质,电极反应式为2Ag++2e-2Ag。(3)若A、B均为铂片,电解质溶液为KOH溶液,分别从A、B两极通入H2和O2,在该氢氧燃料电池中,通入氢气的一极为负极,通入氧气的一极为正极,氢气和氧气反应生成水,所以电池总反应为2H2+O22H2O。
11.C 原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应为氧化反应,原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应为还原反应。
12.C 电流从电源的正极流出,因此a为电源正极,b为电源负极,c为阳极,d为阴极;电解CuCl2溶液,阳极(c电极)的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,阴极(d电极)的电极反应式为Cu2++2e-Cu,故C项正确。
13.C 当杠杆为导体时,构成原电池,由于金属活动性Fe>Cu,所以铁球是负极,失去电子,发生氧化反应,铁球质量减少;铜球是正极,溶液中的铜离子在铜球一端得到电子析出,铜球质量增加,杠杆B端低A端高。当杠杆为绝缘体时,铁与硫酸铜发生置换反应生成铜和硫酸亚铁,铁球的质量增加,铜球的质量不变,此时杠杆B端高A端低,故选C。
14.答案 (1)C (2)化学 电 化学 热 (3)锌片不纯,锌与杂质形成原电池 (4)Cu2++2e- Cu
解析 (1)甲装置为原电池,乙中Zn与稀硫酸接触反应;甲装置中铜片作正极,H+在铜片上得电子被还原为H2,形成原电池后产生气泡的速率快;随着两烧杯溶液中H+不断被消耗,溶液中的H+浓度均减小。(2)甲装置中,锌、铜及稀硫酸形成原电池,是将化学能转化为电能,乙装置主要是锌与稀硫酸的反应,该反应将化学能转化为热能。(3)锌片上产生气体,原因可能是锌片不纯,锌与杂质形成原电池。(4)若将稀硫酸换成CuSO4溶液,则铜片上会析出Cu。
15.答案 (1)A B
(2)负 氧化 Zn-2e-Zn2+ Cu2++2e-Cu Zn+Cu2+Zn2++Cu
(3)阴 还原 Cu2++2e-Cu 2H2O-4e-4H++O2↑ 2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑
解析 (1)原电池和电解池的明显区别是电解池有外接直流电源,所以B属于电解池,A属于原电池。(2)锌比铜活泼,Zn是负极,发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e-Zn2+;Cu为正极,电极反应式为Cu2++2e-Cu;A中总反应的离子方程式为Zn+Cu2+Zn2++Cu。(3)B是电解池,左边C和电源负极相连,是阴极,发生还原反应,电极反应式为Cu2++2e-Cu;右边C是阳极,电极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑;B中总反应的化学方程式为2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑。
能力提升练
1.B
2.C
3.A
4.C
5.C
6.C
7.B
8.C
9.B
10.C
1.B 电池总反应为2Mg+O2+2H2O2Mg(OH)2,Mg元素化合价升高,失电子,被氧化,镁为负极,氧元素化合价降低,得电子,被还原,O2在正极反应,通入空气的一极为正极。由分析可知,a极为负极,发生氧化反应,A项错误;b极为正极,O2在b极得电子,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,B项正确;电子由负极经外电路流向正极,即由a极经外电路流向b极,C项错误;该装置将化学能转化为电能,D项错误。
2.C Zn转化为Zn2+,Zn失电子,被氧化,则电极Y为电池的负极,电极X为电池的正极,A项错误;负极Zn→Zn2+,正极I3-→3I-,溶液中的离子数目增多,B项错误;电子由负极流向正极,即由电极Y经外电路流向电极X,C项正确;X上的电极反应为I3-+2e-3I-,D项错误。
3.A 在该电池工作时,活泼金属铝作负极,电极反应式为Al-3e- Al3+,木炭棒作正极,电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-,由此可知木炭棒和炭粒的质量不会改变。木炭棒作正极,因此应与玩具电机的正极相连。
4.C 原电池中,电解质溶液中的阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,所以Na+不断向“水电池”的正极移动,A项正确;正极反应式为5MnO2+2e- Mn5O102-,则每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol e-,B项正确;负极反应式为Ag+Cl--e- AgCl,C项错误;Ag失电子作还原剂,则AgCl是氧化产物,D项正确。
5.C 氧气在b极发生还原反应,则b极为正极,a极为负极,故A项正确;a极为负极,溶液中的阴离子向负极移动,故B项正确;根据得失电子守恒,消耗NH3与O2的物质的量之比为4∶3,故C项错误;在负极氨气发生氧化反应生成N2和H2O电极反应式为2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O,故D项正确。
6.C 放电时,负极反应为Zn+4OH--2e-[Zn(OH)4]2-,A项正确;充电时,电解质溶液中c(OH)-逐渐增大,B项正确;由电极反应:Zn+4OH--2e-[Zn(OH)4]2-可知,放电时,当0.1 mol Zn完全溶解时,流经外电路的电子的物质的量为0.2 mol,个数约为1.204×1023,但电子不能流经电解质溶液,C项错误;采用多孔炭可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,D项正确。
7.B 通氧气的一极为正极,通N2H4的一极为负极,即电极甲为负极,依据原电池的工作原理,电极甲上发生氧化反应,A项错误;根据原电池的工作原理,O2-从正极移向负极,B项正确;反应生成无毒无害物质,即N2H4转化成N2和H2O,C项错误;题目中没有说明条件是否为标准状况下,因此无法计算O2的体积,D项错误。
8.C 由题干信息知,锂失电子,作电池的负极,A错误;氧气作正极,发生还原反应,该电池中没有H2O,也不会产生OH-,B、D错误;由题图知,每个六元环含碳原子的个数为6×13=2,所以12 g单层石墨中含六元环的个数为NA2=0.5NA,C正确。
9.B 该燃料电池中铁失去电子为电池负极,A错误;KOH溶液为电池的电解质溶液,B正确;电子由负极Fe极沿导线流向正极多孔碳极,C错误;根据电池反应为3Fe+2O2 Fe3O4可知,3 mol铁参与反应时转移8 mol e-,故每5.6 g Fe参与反应,导线中流过1.605×1023个e-,D错误。
10.C 由图可知,微生物细菌对氮的硝化起氧化作用,A正确;X极上NH3失电子,发生氧化反应,作负极,Y极上NO3-得电子,发生还原反应,作正极,盐桥中K+向正极Y极移动,B正确;由B项分析可知,X极为电池的负极,电子由负极X极沿导线流向Y极,C不正确;Y极为正极,发生的电极反应为2NO3-+10e-+12H+ N2↑+6H2O,D正确。
11.答案 (1)①2SO2+O2+2H2O 2H2SO4 正 O2+4e-+4H+ 2H2O b ②D
(2)负极 CH3OH-6e-+H2O CO2+6H+
解析 (1)①根据装置图可知,a电极通入SO2,SO2发生失去电子的氧化反应,在b电极上通入O2,则生产硫酸的总反应方程式为2SO2+O2+2H2O 2H2SO4;b电极是正极,O2在酸性条件下得电子生成水,电极反应式为O2+4e-+4H+ 2H2O;原电池中阳离子向正极移动,则生产过程中H+向b电极区域运动。②原电池反应为氧化还原反应,反应过程中一定有电子发生转移,A项错误;原电池装置不一定需要2个活泼性不同的金属电极,例如燃料电池等,B项错误;原电池中电极可以参加反应,例如铜、锌、稀硫酸组成的原电池,锌电极参加反应,C项错误;原电池中氧化反应和还原反应拆开在两极发生,D项正确。
(2)根据装置图可知,电子从c电极流出,则c电极是负极,电池总反应式为2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O,所以CH3OH在负极(c电极)发生失去电子的氧化反应,电极反应式为CH3OH-6e-+H2O CO2+6H+。
专题强化练2 电化学基础
1.D
2.B
3.C
4.D
5.D
1.D A电极逐渐变粗,A电极为正极,B电极逐渐变细,B电极为负极。A项,Zn比Cu活泼,因此Zn为负极,Cu为正极,Zn电极逐渐变细,Cu电极逐渐变粗,故错误;B项,A电极为正极,电极反应式为2H++2e-H2↑,A电极质量不变,B电极为负极,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,B电极质量减小,错误;C项,Fe比Ag活泼,Fe-Ag-AgNO3溶液原电池中Fe为负极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+,电极质量减少,B电极为正极,电极反应式为Ag++e-Ag,电极质量增大,故错误;D项,根据选项C分析,A电极为正极,电极反应式为Ag++e-Ag,电极质量增大,B电极为负极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+,电极质量减小,故正确。
2.B 由电流方向可知,c为负极,d为正极,铁比碳活泼,则铁为负极,发生氧化反应,电极反应式为Fe-2e-Fe2+,无气泡产生,A项错误;d为正极,原电池工作时阳离子向正极移动,即溶液中H+和Fe2+向d移动,B项正确;d为正极,发生还原反应,电极反应式为2H++2e-H2↑,C项错误;电池工作的过程中,SO42-不参加反应,溶液中SO42-浓度基本不变,D项错误。
3.C 铁片和碳棒用导线相连,浸入NaCl溶液中,构成了原电池。铁失去电子,为负极,碳棒为正极,A项错误;铁作负极,被腐蚀,碳棒为正极,在正极得电子的是溶液中溶有的氧气,没有氯气放出,B项错误;碳棒为正极,发生的电极反应为O2+4e-+2H2O4OH-,碳棒附近的溶液显碱性,可使酚酞试液变红,C项正确;导线上有电流通过,电流方向是从正极到负极,即由碳棒流向铁片,D项错误。
4.D 海水溶液呈弱碱性,铁闸主要发生吸氧腐蚀,在酸性较强的条件下才发生析氢腐蚀,A项正确;在乙处,海水与氧气接触,发生的吸氧腐蚀的程度最大,生成铁锈最多,B项正确;铁腐蚀时的电极反应式为Fe-2e-Fe2+,C项正确;将铁闸与石墨相连,铁比碳活泼,铁作负极失电子,可以加快海水对铁闸的腐蚀,D项错误。
5.D 电子不能经过电解质溶液,A项错误;因为电解质溶液呈碱性,所以正极反应式为Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-,B项错误;2 mol Cu与1 mol Ag2O的总能量高于1 mol Cu2O与2 mol Ag的总能量,C项错误;电池工作时,阴离子向负极移动,则OH-向Cu极移动,D项正确。
6.答案 (1)正
(2)负 H2
(3)H2-2e-+2OH-2H2O
(4)56
(5)CH4+10OH--8e-CO32-+7H2O
解析 (1)通常在原电池中通O2的一极为正极。(3)电池工作时,通H2的电极为负极,电极反应式为H2-2e-+2OH-2H2O。(4)若电池工作时转移0.01 mol电子,理论上消耗标准状况下O2的体积为0.01mol4×22 400 mL/mol=56 mL。(5)若将此燃料电池改成以CH4和O2为原料进行工作时,负极为通CH4的电极,CH4失电子的产物与OH-反应生成CO32-和水,电极反应式为CH4+10OH--8e-CO32-+7H2O。
第三单元综合拔高练
五年选考练
1.A
2.C
3.B
4.D
5.D
6.D
7.B
1.A 硅太阳能电池吸收光能后,把光能转化为电能,没有发生氧化还原反应。
2.C 铁作负极,Fe-2e- Fe2+,A不正确;电化学腐蚀过程中化学能不可能全部转化为电能,还有部分转化为热能,B不正确;活性炭的存在构成了原电池,加快了负极铁的腐蚀,C正确;以水代替NaCl溶液,铁仍然能发生吸氧腐蚀,只是吸氧腐蚀的速率会减慢,D不正确。
3.B A项,现有工业合成氨的反应条件是高温、高压、催化剂,则题述方法合成氨条件更为温和,同时可将化学能转化为电能,正确;B项,阴(正)极区,在固氮酶催化作用下发生反应N2+6H++6MV+ 2NH3+6MV2+,错误;C项,由B项分析可知正极区N2被还原为NH3,正确;D项,原电池工作时,质子(H+)通过交换膜由负极区向正极区移动,正确。
思路点拨 根据电极反应类型确定电极名称。左电极:MV+MV2+发生氧化反应,故为负极,则右电极为正极。
4.D A项,依题干信息可知正确;B项,充电时阳极发生氧化反应,正确;C项,放电时Zn作负极失去电子,发生氧化反应,正确;D项,放电时,OH-由正极区向负极区迁移。
5.D A项,依据题意和可充电电池装置图判断出,放电时锂电极作负极,多孔碳材料电极作正极,错误;B项,在原电池中,外电路电子由负极流向正极,即放电时,外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极,错误;C项,充电时,电解质溶液中的阳离子向阴极区迁移,即Li+向锂电极区迁移,错误;D项,充电时,Li+在阴极区得到电子生成Li,阳极区生成O2,即电池总反应为Li2O2-x 2Li+(1-x2)O2↑,正确。
方法技巧
可充电电池的工作原理
①可充电电池中,放电过程用原电池原理分析,充电过程用电解原理分析;②分析电化学问题时,先判断出电极,然后根据工作原理分析。
6.D 本题考查二次电池的工作原理。放电时,负极反应为:4Na-4e-4Na+,正极反应为3CO2+4e-C+2CO32-;Na+移向正极,CO32-、ClO4-移向负极,A、C正确;充电过程与放电过程相反,B正确;充电时,阳极反应为2CO32-+C-4e-3CO2↑,D错误。
规律总结
二次电池充、放电的电极判断
二次电池充电时,“正接正、负接负”;放电时的正极为充电时的阳极;放电时的负极为充电时的阴极。
7.B 本题考查原电池的工作原理。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。
规律方法
原电池正、负极的判断方法
1.据组成原电池的两极材料判断
一般情况下,较活泼的金属为负极,较不活泼的金属或导电的非金属为正极。
2.据电流方向或电子移动方向判断
电流是由正极流向负极,电子由负极移向正极。
3.据电解质溶液中离子的移动方向判断
在原电池的电解质溶液里,阳离子移向的一极是正极,阴离子移向的一极是负极。
4.据两极发生的反应判断
原电池的负极总是失去电子发生氧化反应,正极总是得到电子发生还原反应。
5.根据电极产生的现象判断
一般情况下,质量减小的一极为负极,质量增大的一极或有气泡产生的一极为正极。
6.据原电池反应方程式判断
原电池反应均为可自发进行的氧化还原反应。在原电池反应方程式中,先判断出氧化剂和还原剂,还原剂(氧化剂)失(得)电子为负(正)极。
三年模拟练
1.B
2.C
1.B 左侧为负极,右侧为正极,故H+从左侧经过质子交换膜移向右侧,A项正确;该电池的负极上乙醇失电子发生氧化反应,分析装置图可知酒精在负极被氧化生成醋酸,电极反应式应为CH3CH2OH-4e-+H2O4H++CH3COOH,B项错误;乙醇燃料电池中,负极上乙醇失电子发生氧化反应,正极上是氧气得电子发生还原反应,电流由正极流向负极,即从O2所在的铂电极经外电路流向另一电极,C项正确;根据微处理器通过检测电流大小可以得出转移的电子的物质的量,根据电极反应式可以计算出被测气体中酒精的含量,D项正确。
2.C 若铬比铁活泼,则在负极铬失电子发生氧化反应,正极为铁,电子经外电路由铬电极流向铁电极,A项错误;若铁比铬活泼,则在负极铁失电子发生氧化反应,正极为铬,溶液中的H+在正极得电子,H+向正极铬移动,B项错误;若铬比铁活泼,则在负极铬失电子发生氧化反应,正极为铁,H+在铁电极上得电子发生还原反应,反应式为2H++2e-H2↑,C项正确;若铁电极附近溶液pH增大,则发生反应2H++2e-H2↑,所以铁为正极,则铬比铁活泼,D项错误。
3.答案 (1)PbO2 3.5
(2)Ag2O 氧化
(3)甲醇 从左到右
解析 (1)铅蓄电池放电的总反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,铅作负极,PbO2作正极,放电过程中外电路中转移电子的物质的量为3 mol时,消耗硫酸物质的量3 mol,最后硫酸溶液浓度=2 L×5mol·L-1-3 mol2 L=3.5 mol·L-1。(2)电子表所用的某种纽扣电池的电极材料为Zn和Ag2O,电解质溶液为KOH溶液,其电极反应式为Zn+2OH--2e-ZnO+H2O,Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-,正极得到电子发生还原反应,电池的正极是Ag2O,负极放电时失电子,发生氧化反应。(3)①由H+移动方向知,右侧电极为正极,c口通氧气,左侧电极为负极,b口通入甲醇;②电子经外电路由负极流向正极。
4.答案 Ⅰ.(1)BD BC (2)B
Ⅱ.2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+ Cu-2e-Cu2+ 2Fe3++2e-2Fe2+
Ⅲ.B
解析 Ⅰ.a为铜片,b为铁片,烧杯中是稀硫酸。(1)当开关K断开时,铜片与稀硫酸不反应,没有现象产生,铁片与稀硫酸反应:Fe+H2SO4FeSO4+H2↑,可观察到的现象为铁片不断溶解、铁片上有气泡逸出,故选BD;当开关K闭合时,形成原电池,铁片作负极,铜片作正极,可观察到的现象为铁片不断溶解、铜片上有气泡逸出,故选BC。(2)闭合开关K,形成原电池,在溶液中,负极Fe-2e-Fe2+,正极2H++2e-H2↑,断开开关K后,Fe与H+发生置换反应生成Fe2+和氢气,所以溶液中H+浓度减小、Fe2+浓度增大、但SO42-浓度基本不变,阳离子Fe2+向正极移动,阴离子SO42-向负极移动,溶液中含有FeSO4,故选B。Ⅱ.FeCl3腐蚀印刷电路铜板时,将Cu氧化为CuCl2,自身被还原为FeCl2,反应的离子方程式为2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+,若将此反应设计成原电池,则该原电池负极的电极反应式为Cu-2e-Cu2+,正极的电极反应式为2Fe3++2e-2Fe2+。Ⅲ.从氢氧燃料电池构造示意图中可以看出,a电极为负极,b电极为正极,电子从负极a沿导线流向正极b,电极反应式为负极H2-2e-2H+,正极O2+4e-+4H+2H2O,总反应为2H2+O22H2O,产物不污染环境,所以氢氧燃料电池为环保电池,故选B。
本专题复习提升
易混易错练
1.B
2.A
3.D
4.D
5.A
6.B
7.C
8.C
1.B 发生反应3A(g)+B(g)xC(g)+2D(g),2 min末该反应达到平衡,测得生成0.8 mol C和0.4 mol D,则x2=0.8mol0.4mol,计算得出x=4,则
3A(g)+B(g)4C(g)+2D(g)
开始/mol 3 1 0 0
转化/mol 0.6 0.2 0.8 0.4
平衡/mol 2.4 0.8 0.8 0.4
由上述分析可知x=4,A项错误;2 min时,A的浓度为2.4mol2 L=1.2 mol·L-1,B项正确;2 min内A的反应速率为0.6mol2 L2min=0.15 mol·L-1·min-1,C项错误;B的转化率为0.2mol1mol×100%=20%,D项错误。
易错提示 忽视反应体系的体积,对反应速率的计算公式不熟悉导致错选C。
2.A 增大了反应物的浓度,加快反应速率,A项正确;常温下铁遇浓硫酸钝化,不能产生H2,B项错误;加入固体炭,C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的反应速率不变,C项错误;加入适量的NaCl溶液,对盐酸起稀释作用,所以生成H2的速率会减小,D项错误。
易错提示 误以为浓度越大,反应速率越快,导致错选B;误以为加入物质越多,反应速率越快,而误选C;忽略溶液中水对浓度的影响而错选D。
3.D 保持容器容积不变,向其中加入1 mol H2,增大氢气的浓度,反应速率加快,A项不正确;保持容器容积不变,向其中加入1 mol Ar,反应物和生成物的浓度不变,反应速率不变,B项不正确;保持容器内压强不变,向其中加入1 mol Ar,容器的容积增大,反应物的浓度减小,反应速率降低,C项不正确。
4.D 断裂1 mol H—H键、形成2 mol H—I键均表示正反应,不能说明反应达到平衡状态,A项错误;混合气体的平均相对分子质量是混合气体的质量和混合气体的总的物质的量的比值,气体的质量和总物质的量均不变,混合气体的平均相对分子质量始终不变,因此混合气体的平均摩尔质量不再改变不能说明反应达到平衡状态,B项错误;用H2、I2和HI表示的反应速率之比为1∶1∶2不能说明正、逆反应速率相等,不一定处于平衡状态,C项错误;混合气体的颜色不再改变说明单质碘的浓度不再发生变化,反应达到平衡状态,D项正确。
易错提示 判断一个可逆反应是否达到化学平衡状态的标志是同一种物质的正反应速率等于逆反应速率。
5.A ①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2,正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,正确;②无论该反应是否达到平衡状态,单位时间内生成n mol O2的同时必定生成2n mol NO,所以不能据此判断是否达到化学平衡状态,错误;③任何时候,用NO2、NO、O2表示的反应速率之比均为2∶2∶1,所以不能据此判断是否达到平衡状态,错误;④混合气体的颜色不再改变时,说明二氧化氮的物质的量浓度不变,则反应达到平衡状态,正确;⑤反应前后气体质量不变、容器体积不变,所以混合气体的密度始终不变,所以不能根据混合气体的密度判断是否达到平衡状态,错误;⑥该反应是一个反应前后气体体积增大的可逆反应,当混合气体的压强不再改变时,各物质的浓度不变,则该反应达到平衡状态,正确;⑦该反应是一个反应前后气体物质的量增大的可逆反应,当混合气体的平均相对分子质量不再改变时,各物质的浓度不变,则该反应达到平衡状态,正确。
6.B 氢氧化钡晶体和氯化铵晶体的反应是吸热反应,A项不符合题意;生成物总能量低于反应物总能量的反应是放热反应,B项符合题意;化学键断裂吸收的热量比化学键生成放出的热量多的反应是吸热反应,C项不符合题意;不需要加热就能发生的反应不一定是放热反应,D项不符合题意。
易错提示 误认为吸热反应一定要加热,放热反应一定不需要加热,导致错选D。
7.C 根据电池的电极反应式:Al-3ēAl3+可知,该电池的负极是铝,发生氧化反应,A项错误;电池工作时,电子通过外电路从负极流向正极,但是电子不能进入电解质溶液,在溶液中离子定向移动,B项错误;根据电池的电极反应式:O2+2H2O+4ē4OH-可知,氧气是该电池的正极反应物,发生还原反应,C项正确;原电池实现了将化学能转化为电能,D项错误。
易错提示 误以为电子能通过电解质溶液而错选B。
8.C 电路中的电子从负极经外电路到正极,但是电子不经过KOH溶液,A项错误;由外电路中电子的运动方向可知,a是负极、b是正极,故a处通入H2、b处通入O2,该装置将化学能最终转化为光能,B项错误;电池放电后,反应产物是水,故OH-的物质的量浓度减小,C项正确;通入O2的电极发生反应为O2+2H2O+4e-4OH-,D项错误。
易错提示 忽略电池环境为KOH溶液,而非熔融KOH,从而误认为存在O2-。
思想方法练
1.B
2.B
3.B
4.D
5.B
6.A
7.C
1.B 同浓度的盐酸和硫酸的c(H+)不同,则与同浓度的氨水反应的速率不同,A项错误;大理石与盐酸或硝酸反应的本质相同:CaCO3+2H+Ca2++CO2↑+H2O,0.1 mol·L-1盐酸和0.1 mol·L-1硝酸中c(H+)相同,大理石的形状和大小也相同,所以反应速率相同,B项正确;C项错误;反应速率大的现象不一定明显,如NaOH与HCl的反应,反应速率小的现象可能明显,如铁生锈,D项错误。
2.B 由题图可知,A(g)→B(g)反应物总能量小于生成物总能量,为吸热反应,B(g)→C(g)反应物总能量大于生成物总能量,为放热反应,A项错误;根据图像知,C(g)的能量最小,最稳定,B项正确;根据图像知,1 mol C(g)与1 mol A(g)的能量差为(E4-E1+E2-E3)kJ,C项错误;反应A(g)→B(g)为吸热反应,但不一定要加热才能发生,D项错误。
3.B 由石墨转化为金刚石时吸热,说明石墨的能量比金刚石低,石墨比金刚石更稳定,①错误、②正确;等质量的石墨和金刚石完全燃烧时,消耗氧气的量相同,生成同样多的二氧化碳,由于金刚石具有的能量高,所以金刚石燃烧后放出的能量较多,③正确、④错误;B项正确。
4.D 将西红柿换成橘子后重新做实验,电流计指针没有发生偏转,说明没有形成原电池,其原因是多方面的,不能说明西红柿汁是电解质溶液而橘子汁是非电解质溶液,A项错误;通过对比实验不能得出西红柿汁pH<7,橘子汁pH>7,B项错误;用橘子也可以探究原电池工作原理,C项错误;通过以上分析和实验现象说明构成原电池条件之一是两极要和电解质溶液接触并形成闭合回路,D项正确。
5.B 该电池中a为负极,b为正极,电子从负极沿外电路流向正极,A项错误;CH4在负极上失电子发生氧化反应,氧化产物CO2与O2-结合生成CO32-,电极反应式为CH4+5O2--8e- CO32-+2H2O,B项正确;正极反应式为O2+4e- 2O2-,阴离子向负极移动,故O2-由电极b流向电极a,C项错误;1 mol O2得4 mol电子生成2 mol O2-,故当固体电解质中有1 mol O2-通过时,电子转移2 mol,D项错误。
6.A 放热反应,反应物总能量高于生成物总能量,同一物质,气态变成液态放出热量,所以气态产物能量高于液态产物能量,综上所述,A图像符合。
7.C 因为该实验是用来研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,因此要保证各组中锌和硫酸的物质的量完全一致,即V1=V2=V3=20。要保证实验中硫酸的浓度相等,由实验丁可知所加饱和硫酸铜溶液的体积和水的体积之和一定是10 mL,所以V6=7.5,V5=10,V4=2。加入少量CuSO4溶液可加快反应速率,故t1=t2=t3=t4不成立。
本专题达标检测
1.B
2.B
3.B
4.A
5.C
6.D
7.C
8.C
9.A
10.C
11.A
12.AC
13.AD
14.C
15.B
1.B 硅太阳能电池将太阳能转化为电能,A项错误;锂离子电池的放电过程是将化学能转化为电能,B项正确;太阳能集热器将太阳能转化为热能,C项错误;燃气灶将化学能转化成热能,D项错误。
2.B 锌粒与稀硫酸的反应为放热反应,Zn、H的化合价发生变化,属于氧化还原反应,A项错误;灼热的木炭与CO2反应为吸热反应,C的化合价发生变化,为氧化还原反应,B项正确;甲烷在空气中燃烧为放热反应,为氧化还原反应,C项错误;Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应为吸热反应,但为非氧化还原反应,D项错误。
3.B 天然气属于化石燃料,是不可再生能源,A项错误;水煤气由煤与水蒸气反应生成,是一种二次能源,它比煤燃烧充分,且无污染,B项正确;研究采煤、采油新技术的主要目的是降低开采成本,减少污染,提高效率,C项错误;氢能是理想的清洁能源,目前储存与运输问题还没得到很好的解决,D项错误。
4.A 首先将各物质速率的单位统一为mol/(L·min),然后都转化为用NH3表示的速率进行比较。v(NH3)=0.2 mol/(L·s)=12 mol/(L·min); 由v(O2)=10 mol/(L·min)且v(NH3)∶v(O2)=4∶5得,v(NH3)=8 mol/(L·min);v(H2O)=0.25 mol/(L·s)=15 mol/(L·min),由v(NH3)∶v(H2O)=2∶3得,v(NH3)=10 mol/(L·min);由v(NO)=8 mol/(L·min)且v(NH3)∶v(NO)=1∶1得,v(NH3)=8 mol/(L·min);A项符合题意。
5.C 升高温度,化学反应速率加快,A项不符合题意;使用催化剂能够使反应速率加快,B项不符合题意;充入稀有气体,增大体系压强,但是反应物的浓度不变,化学反应速率不变,C项符合题意;增加I2和H2的起始量,反应物的浓度增大,化学反应速率加快,D项不符合题意。
6.D 化学反应速率关系是:3v(NH3)=2v(H2O),A项错误;单位时间内生成x mol NO的同时,消耗x mol NH3,都是指正反应速率,反应不一定达到平衡状态,B项错误;若增大容器体积,则正、逆反应速率均减小,C项错误;达到化学平衡时,4v正(O2)=5v逆(NO),D项正确。
7.C 根据总反应以及原电池的工作原理,锌元素的化合价升高,即Zn为负极,Ag2O为正极,A项正确;Zn为负极,发生氧化反应,Ag2O中Ag的化合价降低,发生还原反应,B项正确;根据原电池工作原理,阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,C项错误;电解质溶液呈碱性,根据总反应可知,该反应消耗水,KOH浓度增大,pH增大,D项正确。
8.C a点X的物质的量比b点大,说明参与反应的X较少,则反应进行到a点时放出的热量小于反应进行到b点时放出的热量,A项错误;催化剂能加快反应速率,缩短到达平衡的时间,故实线表示无催化剂的情况,B项错误;b、c两点之后,X的物质的量不再变化,说明已达到反应的限度,C项正确;反应从开始到a点,X的物质的量减小了0.1 mol,浓度减小了0.1mol2 L=0.05 mol/L,所以v(X)=0.05mol/L5min=0.01 mol/(L·min),则v(Y)=12v(X)=0.005 mol/(L·min),D项错误。
9.A 断裂1 mol H2中的化学键吸收的能量为Q1 kJ,则H—H键的键能为Q1 kJ/mol,断裂1 mol F2中的化学键吸收的能量为Q2 kJ,则F—F键能为Q2 kJ/mol,形成1 mol HF中的化学键释放的能量为Q3 kJ,则H—F键的键能为Q3 kJ/mol,对于H2(g)+F2(g)2HF(g)反应热ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能=Q1 kJ/mol+Q2 kJ/mol-2Q3 kJ/mol=(Q1+Q2-2Q3) kJ/mol。由于氢气和氟气混合在黑暗处即可发生爆炸而释放出大量的热量,则ΔH<0,即(Q1+Q2-2Q3)<0,所以Q1+Q2<2Q3,A项正确。
10.C 断裂2 mol H—I键同时断裂1 mol I—I键才是平衡状态,①错误;反应中单质碘是固体,容器内气体的质量减少,体积不变,密度不变时反应达到平衡状态,②正确;反应达平衡前,容器内气体的质量减少,物质的量不断减少,则当平均摩尔质量不变时,反应达平衡状态,③正确;容器内气体颜色不再改变,表明c(Cl2)不变,反应达平衡状态,④正确;断裂1 mol Cl—Cl键同时生成2 mol H—Cl键,反应进行方向相同,不一定达平衡状态,⑤错误;容器内HI、Cl2、HCl浓度之比保持不变说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,⑥正确。
11.A 闭合K,形成原电池,铁棒上发生反应Fe-2e-Fe2+,碳棒上发生反应Cu2++2e-Cu,当电路中有0.3NA个电子通过时,理论上溶解铁、析出铜均0.15 mol,则铁棒质量为m g-0.15 mol×56 g·mol-1=(m-8.4)g,碳棒质量为m g+0.15 mol×64 g·mol-1=(m+9.6)g,碳棒与铁棒的质量差为18 g,A项正确;打开K,不能形成原电池,铁棒上发生置换反应有紫红色固体析出,B项错误;闭合K,形成原电池,铁棒上发生反应:Fe-2e-Fe2+,C项错误;闭合K,形成原电池,碳棒表面发生的电极反应为Cu2++2e-Cu,D项错误。
12.AC 由反应式知,该反应生成4 mol NO,放热a kJ,2 min时生成0.4 mol NO,则反应放热0.1a kJ, A项正确;用氧气表示2 min内的平均反应速率:v(O2)=0.4mol4×55 L×2min=0.05 mol·L-1·min-1,B项错误;2 min内,NH3的转化率(40%)小于O2的转化率(50%),C项正确; 2 min 末,c(H2O)=0.4mol4×65 L=0.12 mol·L-1,D项错误。
13.AD 正极反应加上负极反应可得电池总反应为M1-xFexPO4+LiC6LiM1-xFexPO4+6C,A项正确;放电时电流由电源的正极经外电路流向负极,即从磷酸铁锂电极流向石墨电极,B项错误;充电时为电解池,Li+移向电解池阴极,因放电时石墨电极上发生氧化反应,则充电时石墨电极发生还原反应为电解池的阴极,所以Li+移向石墨电极,C项错误;充电时石墨电极为阴极,与外接电源的负极相连,D项正确。
14.C 从题图中可以提取以下信息:1 mol CH4(g)+2 mol O2(g)断裂所有共价键,需要吸收2 646 kJ的热量;1 mol C(g)+4 mol H(g)+4 molO(g)结合成1 mol CO2(g)+2 mol H2O(g),能放出3 446 kJ的热量。由题图可知,1 mol CH4(g)和2 mol O2(g)的总能量大于1 mol CO2(g)和2 mol H2O(g)的能量总和,但CH4(g)的能量不一定大于CO2(g)和H2O(g)的能量总和,A项错误;反应CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-800 kJ·mol-1,B项错误;若破坏1 mol O2(g)中的化学键需吸收热量493 kJ,则破坏1 mol C—H键需吸收热量2 646-493×24 kJ=415 kJ,C项正确;CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-800 kJ·mol-1,若放出热量400 kJ,则生成了1 mol H2O(g),有2 mol O—H键形成,D项错误。
15.B 由题图知,3 min时反应达到平衡状态,反应从开始到平衡,消耗n(CO2)=(1-0.9) mol=0.1 mol、n(H2)=(0.5-0.2) mol=0.3 mol,生成n(CH3OH)=0.1 mol,同一反应中参加反应的各物质的物质的量之比等于其分子个数之比,则N(CO2)∶N(H2)∶N(CH3OH)=0.1 mol∶0.3 mol∶0.1 mol=1∶3∶1,根据原子守恒知,还生成H2O,所以反应方程式为CO2+3H2CH3OH+H2O,A项错误;v(H2)=0.3mol1 L×3min=0.1 mol·L-1·min-1,B项正确;反应前后气体总质量不变、容器体积不变,则反应前后气体密度始终不变,所以气体密度不变不能作为平衡状态判断标准,C项错误;在3 min时,各物质的物质的量不再变化,反应达到平衡状态,则在3~10 min内,反应处于平衡状态,D项错误。
16.答案 (1)①放热 Na或Na2O或CaO(答案合理即可) ②吸热 B
(2)①饱和澄清石灰水变浑浊 ②铝和NaOH溶液反应生成H2,且该反应是放热反应,Ca(OH)2的溶解度随温度的升高而降低
解析 (1)①若如图1所示,体系内压强大于外界大气压,说明体系内气体膨胀,反应放热,故物质X可以是Na、Na2O、CaO等;②若如图2所示,体系内压强小于外界大气压,说明体系内气体体积缩小,反应吸热,CO还原CuO的反应为放热反应,CaCO3的分解反应为吸热反应,Al和Fe2O3的反应为放热反应。(2)把试管放入盛有25 ℃饱和澄清石灰水的烧杯中,向试管中放入几小块铝片,再滴入5 mL NaOH溶液,铝和NaOH溶液反应生成H2,且该反应是放热反应,Ca(OH)2的溶解度随温度的升高而降低,烧杯中饱和澄清石灰水变浑浊。
17.答案 (1)①587 598 放出 11
②B
(2)负 氧化 Zn-2e-Zn2+ Zn片逐渐溶解 正 还原 Cu2++2e-Cu 有紫红色物质析出
解析 (1)①1 mol H2和1 mol I2完全反应生成2 mol HI,旧键断裂吸收的能量为436 kJ+151 kJ=587 kJ,新键形成放出的能量为299 kJ×2=598 kJ,旧键断裂吸收的能量小于新键形成释放的能量,反应为放热反应,放出的热量为598 kJ-587 kJ=11 kJ;②由①的分析可知,该反应为放热反应,则反应物总能量大于生成物总能量,所以B正确。(2)银、锌、硫酸铜溶液构成的原电池中,锌作负极,负极上锌失电子发生氧化反应生成锌离子进入溶液,导致锌逐渐溶解,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,银作正极,正极上铜离子得电子发生还原反应而析出铜单质,电极反应式为Cu2++2e-Cu,所以看到的现象是有紫红色物质析出。
18.答案 (1)O2+2H2O2H2O2
(2)12% 1.0 催化剂对反应速率的影响
(3)正 右
解析 (1)依据题意可知,利用O2和H2O作原料通过化合反应制取H2O2的总反应方程式为O2+2H2O2H2O2。(2)实验Ⅰ和实验Ⅱ的温度不同,要探究温度对反应速率的影响,其他条件要相同,则Ⅱ中H2O2的质量分数应与Ⅰ相同,为12%;实验Ⅳ用了催化剂,Ⅲ没有使用,可知这两个实验是探究催化剂对反应速率的影响,要求其他条件相同,控制溶液总体积相同就可使反应物浓度相同,则Ⅲ中应加水1.0 mL。(3)由题图可知铂(Pt)和金(Au)组成的纳米棒与H2O2溶液形成原电池,H2O2溶液中在铂极失电子发生氧化反应生成O2和H+,H+移向正极(Au),纳米棒将向右移动。
19.答案 Ⅰ.(1)0.042
(2)BD
(3)75%
(4)22∶3
(5)>
Ⅱ.(1)①Y 2X ②bd (2)BD
解析 Ⅰ.(1)从3 min到9 min,CO2浓度变化为0.5 mol·L-1-0.25 mol·L-1=0.25 mol·L-1,CO2反应速率为0.25mol·L-19min-3min≈0.042 mol·L-1·min-1。(2)反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1∶1(即图中交叉点),不能说明反应达到平衡状态,A错误;混合气体的物质的量为变量,则压强为变量,随着反应的进行,混合气体的压强不随时间的变化而变化,此时反应达到平衡,B正确;单位时间内生成3 mol H2,同时生成1 mol CH3OH,则正、逆反应速率相等,C错误;混合气体的质量不变,混合气体的物质的量是变量,则平均相对分子质量不随时间的变化而变化,此时反应达到平衡,D正确。(3)由图像可知平衡时CO2的浓度为0.25 mol·L-1 ,则消耗的二氧化碳的浓度为0.75 mol·L-1,CO2的转化率为0.75mol·L-11mol·L-1×100%=75%。
(4) CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始(mol) 1 3 0 0
转化(mol) 0.75 2.25 0.75 0.75
平衡(mol) 0.25 0.75 0.75 0.75
则平衡时混合气体中CO2(g)和H2(g)的质量之比是(0.25 mol×44 g·mol-1)∶(0.75 mol×2 g·mol-1)=22∶3。
(5)第9分钟时达到平衡,v逆(CH3OH)=v正(CH3OH),随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,则第3分钟时v正(CH3OH)大于第9分钟时v逆(CH3OH)。
Ⅱ.(1)由题图可知,X为生成物,Y为反应物。0~10 min X增加了0.4 mol·L-1,Y减小了0.2 mol·L-1,反应达到平衡状态,故X、Y的化学计量数之比为2∶1,且该反应为可逆反应,反应的化学方程式为Y 2X。b、d两点处于化学平衡状态。(2)对于可逆反应,反应开始后的任何时刻,正、逆反应均在进行;根据题图可知0~t2,反应处于非平衡状态;t2后,该反应处于平衡状态,正、逆反应速率相等,但不等于0;处于平衡状态时,各物质的浓度不再发生变化,故B、D正确。
20.答案 (1)浓度 1 293 B、C
(2)其他条件相同时,增大反应物浓度,反应速率增大(其他合理说法也对) 8.3×10-4 mol·L-1·s-1
(3)2MnO4-+5H2C2O4+6H+ 2Mn2++10CO2↑+8H2O (4)催化作用 Mn2+
解析 (1)分析题表中数据知,本实验是探究浓度、温度的变化对反应速率产生的影响。实验中,探究浓度(温度)对反应速率的影响时,要确保影响反应速率的其他因素相同。A、B两组实验,探究草酸浓度对反应速率的影响,故温度应相同,T1=293;为使A、B两组实验中KMnO4浓度相同,则溶液总体积均应为6 mL,故V1=1。C组温度与另外两组不同,加水量与B组相同,故实验B、C是探究温度对化学反应速率的影响,因此V2=3。(2)由题表中A、B两组实验数据知,在其他条件相同的情况下,增大反应物浓度可加快化学反应速率。利用实验B中数据计算,v(KMnO4)=0.02 mol·L-1×2×10-3 L÷(6×10-3 L)÷8 s≈8.3×10-4 mol·L-1·s-1。(4)由题图知,反应中存在反应速率突然增大的过程,这表明反应中生成的某种粒子对该反应有催化作用,结合反应前后溶液成分知,该粒子是Mn2+。
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