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2019年高考化学二轮复习电化学作业 练习
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一、选择题
1．一定条件下，实验室利用如图所示装置，通过测电压求算Ksp(AgCl)。工作一段时间后，两电极质量均增大。下列说法错误的是( )
A．该装置工作时化学能转化为电能
B．左池中的银电极作正极
C．总反应为Ag＋＋Cl－===AgCl↓
D．盐桥中的K＋向右池方向移动
答案 B
解析 该装置为原电池，工作时化学能转化为电能，A正确；根据两电极质量均增大，知左池中的银电极发生反应：Ag－e－＋Cl－===AgCl，右池中的银电极发生反应：Ag＋＋e－===Ag，则左池银电极为负极，右池银电极为正极，B错误；将两电极反应相加，可得总反应：Ag＋＋Cl－===AgCl↓，C正确；盐桥中的K＋(阳离子)向正极(右池)方向移动，D正确。
2．NO2、O2和熔融KNO3可制作燃料电池，其原理如图所示。该电池在放电过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，Y可循环使用。下列说法正确的是( )
A．放电时，NO向石墨Ⅱ电极迁移
B．石墨Ⅱ附近发生的反应为：NO＋O2＋e－===NO
C．该电池总反应式为：4NO2＋O2===2N2O5
D．当外电路通过4 mol e－时，负极上共产生2 mol N2O5
答案 C
解析 根据燃料电池的工作原理可知，石墨Ⅰ上通入NO2，石墨Ⅰ为负极，石墨Ⅱ上通入O2，石墨Ⅱ为正极，放电时NO向负极(石墨Ⅰ)迁移，A错误；石墨Ⅱ附近发生的反应为：O2＋4e－＋2N2O5===4NO，B错误；电池总反应为NO2和O2的反应：4NO2＋O2===2N2O5，C正确；根据负极反应式：4NO2－4e－＋4NO===4N2O5可知，当外电路通过4 mol e－时，负极上共产生4 mol N2O5，D错误。
3．向100 mL 0.4 mol·L－1的氢氧化钡溶液中加入足量稀硫酸充分反应后，放出5.12 kJ的热量。如果向100 mL 0.4 mol·L－1的稀盐酸中加入足量氢氧化钡溶液充分反应后，放出2.2 kJ的热量，则硫酸钠溶液与氯化钡溶液反应的热化学方程式为( )
A．Ba2＋(aq)＋SO(aq)===BaSO4(s)
ΔH＝－2.92 kJ·mol－1
B．Ba2＋(aq)＋SO(aq)===BaSO4(s)
ΔH＝－0.72 kJ·mol－1
C．Ba2＋(aq)＋SO(aq)===BaSO4(s)
ΔH＝－18 kJ·mol－1
D．Ba2＋(aq)＋SO(aq)===BaSO4(s)
ΔH＝－73 kJ·mol－1
答案 C
解析 第一个反应中Ba(OH)2和第二个反应中HCl的物质的量均为：0.4 mol·L－1×0.1 L＝0.04 mol，则Ba(OH)2溶液与足量稀硫酸反应的热化学方程式为：①Ba2＋(aq)＋2OH－(aq)＋2H＋(aq)＋SO(aq)===BaSO4(s)＋2H2O(l) ΔH1＝－＝－128 kJ·mol－1；盐酸与足量Ba(OH)2溶液反应的热化学方程式为：②H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH2＝－＝－55 kJ·mol－1。Na2SO4溶液与BaCl2溶液反应的热化学方程式为：③Ba2＋(aq)＋SO(aq)===BaSO4(s)，根据盖斯定律，由①－②×2可得③，则ΔH＝ΔH1－2ΔH2＝－128 kJ·mol－1－(－55 kJ·mol－1)×2＝－18 kJ·mol－1，C正确。
4．用间接电化学法可对大气污染物NO进行无害化处理，其工作原理如图所示，质子膜允许H＋和H2O通过。下列说法正确的是( )
A．电极Ⅰ为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
B．电解时H＋由电极Ⅰ向电极Ⅱ迁移
C．吸收塔中的反应为2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO
D．每处理1 mol NO，可同时得到32 g O2
答案 C
解析 根据图示可以看出，电极Ⅰ中的电极反应式应该是2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O，A错误；电解时阳离子向阴极移动，故H＋由电极Ⅱ向电极Ⅰ迁移，B错误；吸收塔中的反应为2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO，C正确；每处理1 mol NO，转移电子数为2 mol，可同时得到16 g O2，D错误。
5．装置(Ⅰ)为铁镍(Fe－Ni)可充电的碱性电池：Fe＋NiO2＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2；装置(Ⅱ)为电解示意图。当闭合开关K时，电极Y附近溶液先变红。X、Y电极为惰性电极。下列说法正确的是( )
A．闭合K时，电极X上有无色无味的气体产生
B．闭合K时，电极X的反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
C．闭合K时，电子从电极A流向电极X
D．闭合K时，A电极反应式为NiO2＋2e－＋2H＋===Ni(OH)2
答案 B
解析 由电极Y附近溶液先变红，可知Y为阴极，则X为阳极，Cl－在阳极发生失电子的氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，A错误，B正确；B极为负极，电子由电极B流向电极Y，由电极X流向电极A，C错误；A极为正极，NiO2得电子被还原，且该电池为碱性电池，电极反应式中不能出现H＋，故正极反应式为NiO2＋2H2O＋2e－===Ni(OH)2＋2OH－，D错误。
6．某反应由AB、BC两步反应构成，反应的能量变化曲线如图所示，E1、E2、E3、E4表示活化能，下列有关该反应的ΔH的计算正确的是( )
A．ΔH＝(E1＋E2)－(E4＋E3)
B．ΔH＝(E4＋E3)－(E1＋E2)
C．ΔH＝(E1＋E2＋E3)－E4
D．ΔH＝(E1＋E3)－(E2＋E4)
答案 D
解析 E1和E3均可看做断裂旧化学键吸收的能量，而E2和E4均可看做生成新化学键放出的能量，故反应的ΔH＝(E1＋E3)－(E2＋E4)。
7．如下图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。下列有关说法正确的是( )
A．反应一段时间后，乙装置中生成的氢氧化钠在铁极区
B．乙装置中铁电极为阴极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
C．通入氧气的一极为正极，发生的电极反应为O2－4e－＋2H2O===4OH－
D．反应一段时间后，丙装置中硫酸铜溶液浓度保持不变
答案 A
解析 甲装置中通入甲醚的电极为负极，则Fe电极为阴极，Na＋、H＋向阴极移动，H＋放电，OH－浓度增大，故铁极区生成NaOH，A正确；乙装置中铁电极为阴极，阴极上Fe不参与反应，H＋得电子发生还原反应，B错误；通入O2的电极为正极，发生得电子的还原反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，C错误；丙装置中阳极粗铜上不仅Cu放电，杂质Fe、Zn等也放电，而阴极上始终是Cu2＋放电，即进入溶液中的Cu2＋比溶液中析出的Cu2＋少，故CuSO4溶液浓度减小，D错误。
8.近几年科学家发明的一种新型可控电池——锂水电池,工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是( )
A.石墨极发生的反应是2H2O+2e-H2↑+2OH-
B.有机电解质和水溶液不可以互换区域
C.标准状况下产生22.4 L的氢气时,正极消耗锂的质量为14 g
D.该装置不仅可提供电能,还可得到清洁的氢气
答案C
解析根据图示信息可知,石墨电极上产生氢气,应该是正极,该电极上发生得电子的还原反应:2H2O+2e-H2↑+2OH-,A正确。由于金属Li可以与水反应生成氢氧化锂和氢气,但是与有机电解质不反应,所以有机电解质和水溶液不可以互换区域,B正确。金属Li与水发生反应2Li+2H2O2LiOH+H2↑,标准状况下产生22.4 L的氢气时,金属锂是负极,负极消耗锂的质量为14 g,C错误。该装置是将化学能转化为电能的装置,装置不仅可提供电能,并且反应产物是氢气,能提供能源,D正确。
9.瓦斯爆炸是煤矿开采中的重大危害,一种瓦斯分析仪(图甲)能够在煤矿巷道中的甲烷达到一定浓度时,可以通过传感器显示。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b是正极,O2-由电极a流向电极b
C.电极a的反应式为CH4+4O2--8e-CO2+2H2O
D.当固体电解质中有1 mol O2-通过时,电子转移4 mol
答案C
解析电子不能在电池内电路流动,只能在外电路中流动,A错误。O2-是阴离子,应向负极移动,即O2-由正极(电极b)流向负极(电极a),B错误。甲烷所在电极a为负极,电极反应式为CH4+4O2--8e-CO2+2H2O,C正确。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错误。
10.LiOH和钴氧化物可用于制备锂离子电池正极材料。利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH溶液和LiCl溶液。下列说法不正确的是( )
A.B极区电解液为LiOH溶液
B.每产生标准状况下2.24 L氢气,就有0.1 mol阳离子通过交换膜进入阴极区
C.电解过程中Li+向B电极迁移
D.阳极电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑
答案B
解析根据图知,B电极上有氢气生成,则B为电解池阴极,A为阳极。B电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑,有氢氧根离子生成,所以B极区电解液为LiOH溶液,A极区电解液为LiCl溶液,A正确。每产生标准状况下2.24 L氢气,有0.2 mol电子转移,根据电荷守恒知,有0.2 mol阳离子通过交换膜进入阴极区,B错误。电解池工作时,电解质溶液中的阳离子向阴极移动,即电解过程中Li+向B电极迁移,C正确。A电极为阳极,电极上氯离子放电,电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,D正确。
11.下列装置由甲、乙部分组成(如图所示),甲是将废水中乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化为环境友好物质形成的化学电源。当电池工作时,下列说法错误的是( )
A.甲中H+透过质子交换膜由左向右移动
B.M极电极反应式:H2N(CH2)2NH2+4H2O-16e-2CO2↑+N2↑+16H+
C.一段时间后,乙中CuSO4溶液浓度基本保持不变
D.当N极消耗0.25 mol O2时,则铁极增重16 g
答案D
解析甲图中装置是将化学能转化为电能的原电池,M是负极,N是正极,电解质溶液为酸性溶液,负极上失电子发生氧化反应,正极上得电子发生还原反应。M是负极,N是正极,质子透过质子交换膜由M极移向N极,即由左向右移动,A正确。H2N(CH2)2NH2在负极M上失电子发生氧化反应,生成氮气、二氧化碳和H+,电极反应式为H2N(CH2)2NH2+4H2O-16e-2CO2↑+N2↑+16H+,B正确。乙部分是在铁上镀铜,电解质溶液浓度基本不变,所以乙中CuSO4溶液浓度基本保持不变,C正确。当N电极消耗0.25 mol氧气时,则转移0.25 mol×4=1 mol电子,所以铁电极增重 mol×64 g·mol-1=32 g,D错误。
12.混合动力汽车(HEV)中使用了镍氢电池,其工作原理如图所示:
其中M为储氢合金,MH为吸附了氢原子的储氢合金,KOH溶液作电解液。关于镍氢电池,下列说法不正确的是( )
A.充电时,阴极附近pH降低
B.电动机工作时溶液中OH-向甲移动
C.放电时正极反应式为:NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-
D.电极总反应式为:MH+NiOOHM+Ni(OH)2
答案A
解析充电时阴极发生还原反应,电极反应为M+H2O+e-MH+OH-,生成氢氧根,pH增大,A错误。电动机工作时是放电过程,原电池工作时,溶液中氢氧根离子向负极即甲电极迁移,B正确。正极得电子发生还原反应,电极反应式为NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-,C正确。放电过程的正极反应为NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-,负极反应为MH+OH--e-M+H2O,则电池总反应为MH+NiOOHM+Ni(OH)2,D正确。
二、填空题
13．按要求计算下列反应的ΔH。
(1)二氧化碳的捕集与利用是实现温室气体减排的重要途径之一。
目前工业上用的捕碳剂NH3和(NH4)2CO3，它们与CO2发生如下可逆反应：
2NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g)(NH4)2CO3(aq) ΔH1
NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g)NH4HCO3(aq) ΔH2
(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)2NH4HCO3(aq) ΔH3
则ΔH3＝______________(用含ΔH1、ΔH2的代数式表示)。
(2)已知断裂1 mol化学键所需的能量如下：
化学键
H—H
C===O
C===S
H—S
C≡O
E/(kJ·mol－1)
436
745
577
339
1072
H2还原COS发生的反应为H2(g)＋COS(g)===H2S(g)＋CO(g)，该反应的ΔH＝________ kJ·mol－1(已知COS的电子式O··, ··C··S··, )。
(3)NH3作为一种重要化工原料，被大量应用于工业生产，与其有关性质反应的催化剂研究曾被列入国家863计划。催化剂常具有较强的选择性，即专一性。已知：
反应Ⅰ：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g) ΔH1＝－905.0 kJ·mol－1
反应Ⅱ：4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g) ΔH2
化学键
H—O
O===O
N≡N
N—H
键能/(kJ·mol－1)
463
496
942
391
ΔH2＝____________。
(4)以甲醇为原料制备氢气的一种原理如下：
反应Ⅰ：CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)
ΔH1＝＋90 kJ·mol－1
反应Ⅱ：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
ΔH2＝－41 kJ·mol－1
已知：断裂1 mol分子中的化学键需要吸收的能量如下表所示。
分子
CH3OH(g)
H2(g)
H2O(g)
CO2(g)
能量/(kJ·mol－1)
2038
436
925
x
表中x＝________。
(5)利用CO2和CH4重整可制合成气(主要成分为CO、H2)，已知重整过程中部分反应的热化学方程式为
①CH4(g)===C(s)＋2H2(g)
ΔH1＝＋75.0 kJ·mol－1
②CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)
ΔH2＝＋41.0 kJ·mol－1
③CO(g)＋H2(g)===C(s)＋H2O(g)
ΔH3＝－131.0 kJ·mol－1
反应CO2(g)＋CH4(g)===2CO(g)＋2H2(g)的ΔH＝________ kJ·mol－1。
答案 (1)2ΔH2－ΔH1 (2)＋8 (3)－1260 kJ·mol－1 (4)1606 (5)＋247.0
解析 (1)①2NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g)(NH4)2CO3(aq) ΔH1
②NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g)NH4HCO3(aq) ΔH2
根据盖斯定律②×2－①可得：(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)
2NH4HCO3(aq) ΔH3＝2ΔH2－ΔH1。
(2)ΔH＝(436＋745＋577－2×339－1072) kJ·mol－1＝＋8 kJ·mol－1。
(3)4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g) ΔH2＝反应物的键能总和－生成物的键能总和＝(4×3×391＋3×496－2×942－6×2×463) kJ·mol－1＝－1260 kJ·mol－1。
(4)根据盖斯定律Ⅰ＋Ⅱ可得：CH3OH(g)＋H2O(g)CO2(g)＋3H2(g) ΔH＝＋49 kJ·mol－1，因为ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和＝(2038＋925－x－436×3) kJ·mol－1＝49 kJ·mol－1，解得x＝1606，所以表中x＝1606。
(5)根据盖斯定律①＋②－③可得反应：CO2(g)＋CH4(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝ΔH1＋ΔH2－ΔH3＝75.0 kJ·mol－1＋41.0 kJ·mol－1－(－131.0 kJ·mol－1)＝＋247.0 kJ·mol－1。
14.利用电化学原理,将NO2、O2和熔融KNO3制成燃料电池,模拟工业电解法来处理含Cr2废水,如下图所示;电解过程中溶液发生反应:Cr2+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O。
(1)甲池工作时,NO2转变成绿色硝化剂Y,Y是N2O5,可循环使用。则石墨Ⅱ是电池的 极;石墨Ⅰ附近发生的电极反应式为 。
(2)工作时,甲池内的N向 极移动(填“石墨Ⅰ”或“石墨Ⅱ”);在相同条件下,消耗的O2和NO2的体积比为 。
(3)乙池中Fe(Ⅰ)棒上发生的电极反应为 。
(4)若溶液中减少了0.01 mol Cr2,则电路中至少转移了 mol电子。
(5)向完全还原为Cr3+的乙池工业废水中滴加NaOH溶液,可将铬以Cr(OH)3沉淀的形式除去,已知Cr(OH)3存在以下溶解平衡:Cr(OH)3(s)Cr3+(aq)+3OH-(aq),常温下Cr(OH)3的溶度积Ksp=c(Cr3+)·c3(OH-)=1.0×10-32,要使c(Cr3+)降至1.0×10-5 mol·L-1,溶液的pH应调至 。
答案(1)正 NO2+N-e-N2O5
(2)石墨Ⅰ 1∶4
(3)Fe-2e-Fe2+
(4)0.12
(5)5
解析(1)根据图示知甲池为燃料电池,电池工作时,石墨Ⅰ附近NO2转变成N2O5,发生氧化反应,电极反应式为NO2+N-e-N2O5;石墨Ⅱ是电池的正极,O2得电子发生还原反应,电极反应式为O2+2N2O5+4e-4N。(2)电池工作时,电解质溶液中的阴离子移向负极,即甲池内的N向石墨Ⅰ极移动;根据两极的电极反应式结合得失电子守恒知,在相同条件下,消耗O2和NO2的体积比为1∶4。(3)乙池为电解池,Fe(Ⅰ)棒为电解池的阳极,发生的电极反应为Fe-2e-Fe2+。(4)根据反应Cr2+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O知,若溶液中减少了0.01 mol Cr2,则参加反应的Fe2+为0.06 mol,根据电极反应:Fe-2e-Fe2+知电路中至少转移了0.12 mol电子。(5)常温下Cr(OH)3的溶度积Ksp=c(Cr3+)·c3(OH-)=1.0×10-32,c(Cr3+)=10-5 mol·L-1,则c3(OH-)=1.0×10-27,c(OH-)=1.0×10-9 mol·L-1,c(H+)=10-5 mol·L-1,溶液的pH应调至5。
1．一定条件下，实验室利用如图所示装置，通过测电压求算Ksp(AgCl)。工作一段时间后，两电极质量均增大。下列说法错误的是( )
A．该装置工作时化学能转化为电能
B．左池中的银电极作正极
C．总反应为Ag＋＋Cl－===AgCl↓
D．盐桥中的K＋向右池方向移动
答案 B
解析 该装置为原电池，工作时化学能转化为电能，A正确；根据两电极质量均增大，知左池中的银电极发生反应：Ag－e－＋Cl－===AgCl，右池中的银电极发生反应：Ag＋＋e－===Ag，则左池银电极为负极，右池银电极为正极，B错误；将两电极反应相加，可得总反应：Ag＋＋Cl－===AgCl↓，C正确；盐桥中的K＋(阳离子)向正极(右池)方向移动，D正确。
2．NO2、O2和熔融KNO3可制作燃料电池，其原理如图所示。该电池在放电过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，Y可循环使用。下列说法正确的是( )
A．放电时，NO向石墨Ⅱ电极迁移
B．石墨Ⅱ附近发生的反应为：NO＋O2＋e－===NO
C．该电池总反应式为：4NO2＋O2===2N2O5
D．当外电路通过4 mol e－时，负极上共产生2 mol N2O5
答案 C
解析 根据燃料电池的工作原理可知，石墨Ⅰ上通入NO2，石墨Ⅰ为负极，石墨Ⅱ上通入O2，石墨Ⅱ为正极，放电时NO向负极(石墨Ⅰ)迁移，A错误；石墨Ⅱ附近发生的反应为：O2＋4e－＋2N2O5===4NO，B错误；电池总反应为NO2和O2的反应：4NO2＋O2===2N2O5，C正确；根据负极反应式：4NO2－4e－＋4NO===4N2O5可知，当外电路通过4 mol e－时，负极上共产生4 mol N2O5，D错误。
3．向100 mL 0.4 mol·L－1的氢氧化钡溶液中加入足量稀硫酸充分反应后，放出5.12 kJ的热量。如果向100 mL 0.4 mol·L－1的稀盐酸中加入足量氢氧化钡溶液充分反应后，放出2.2 kJ的热量，则硫酸钠溶液与氯化钡溶液反应的热化学方程式为( )
A．Ba2＋(aq)＋SO(aq)===BaSO4(s)
ΔH＝－2.92 kJ·mol－1
B．Ba2＋(aq)＋SO(aq)===BaSO4(s)
ΔH＝－0.72 kJ·mol－1
C．Ba2＋(aq)＋SO(aq)===BaSO4(s)
ΔH＝－18 kJ·mol－1
D．Ba2＋(aq)＋SO(aq)===BaSO4(s)
ΔH＝－73 kJ·mol－1
答案 C
解析 第一个反应中Ba(OH)2和第二个反应中HCl的物质的量均为：0.4 mol·L－1×0.1 L＝0.04 mol，则Ba(OH)2溶液与足量稀硫酸反应的热化学方程式为：①Ba2＋(aq)＋2OH－(aq)＋2H＋(aq)＋SO(aq)===BaSO4(s)＋2H2O(l) ΔH1＝－＝－128 kJ·mol－1；盐酸与足量Ba(OH)2溶液反应的热化学方程式为：②H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH2＝－＝－55 kJ·mol－1。Na2SO4溶液与BaCl2溶液反应的热化学方程式为：③Ba2＋(aq)＋SO(aq)===BaSO4(s)，根据盖斯定律，由①－②×2可得③，则ΔH＝ΔH1－2ΔH2＝－128 kJ·mol－1－(－55 kJ·mol－1)×2＝－18 kJ·mol－1，C正确。
4．用间接电化学法可对大气污染物NO进行无害化处理，其工作原理如图所示，质子膜允许H＋和H2O通过。下列说法正确的是( )
A．电极Ⅰ为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
B．电解时H＋由电极Ⅰ向电极Ⅱ迁移
C．吸收塔中的反应为2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO
D．每处理1 mol NO，可同时得到32 g O2
答案 C
解析 根据图示可以看出，电极Ⅰ中的电极反应式应该是2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O，A错误；电解时阳离子向阴极移动，故H＋由电极Ⅱ向电极Ⅰ迁移，B错误；吸收塔中的反应为2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO，C正确；每处理1 mol NO，转移电子数为2 mol，可同时得到16 g O2，D错误。
5．装置(Ⅰ)为铁镍(Fe－Ni)可充电的碱性电池：Fe＋NiO2＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2；装置(Ⅱ)为电解示意图。当闭合开关K时，电极Y附近溶液先变红。X、Y电极为惰性电极。下列说法正确的是( )
A．闭合K时，电极X上有无色无味的气体产生
B．闭合K时，电极X的反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
C．闭合K时，电子从电极A流向电极X
D．闭合K时，A电极反应式为NiO2＋2e－＋2H＋===Ni(OH)2
答案 B
解析 由电极Y附近溶液先变红，可知Y为阴极，则X为阳极，Cl－在阳极发生失电子的氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，A错误，B正确；B极为负极，电子由电极B流向电极Y，由电极X流向电极A，C错误；A极为正极，NiO2得电子被还原，且该电池为碱性电池，电极反应式中不能出现H＋，故正极反应式为NiO2＋2H2O＋2e－===Ni(OH)2＋2OH－，D错误。
6．某反应由AB、BC两步反应构成，反应的能量变化曲线如图所示，E1、E2、E3、E4表示活化能，下列有关该反应的ΔH的计算正确的是( )
A．ΔH＝(E1＋E2)－(E4＋E3)
B．ΔH＝(E4＋E3)－(E1＋E2)
C．ΔH＝(E1＋E2＋E3)－E4
D．ΔH＝(E1＋E3)－(E2＋E4)
答案 D
解析 E1和E3均可看做断裂旧化学键吸收的能量，而E2和E4均可看做生成新化学键放出的能量，故反应的ΔH＝(E1＋E3)－(E2＋E4)。
7．如下图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。下列有关说法正确的是( )
A．反应一段时间后，乙装置中生成的氢氧化钠在铁极区
B．乙装置中铁电极为阴极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
C．通入氧气的一极为正极，发生的电极反应为O2－4e－＋2H2O===4OH－
D．反应一段时间后，丙装置中硫酸铜溶液浓度保持不变
答案 A
解析 甲装置中通入甲醚的电极为负极，则Fe电极为阴极，Na＋、H＋向阴极移动，H＋放电，OH－浓度增大，故铁极区生成NaOH，A正确；乙装置中铁电极为阴极，阴极上Fe不参与反应，H＋得电子发生还原反应，B错误；通入O2的电极为正极，发生得电子的还原反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，C错误；丙装置中阳极粗铜上不仅Cu放电，杂质Fe、Zn等也放电，而阴极上始终是Cu2＋放电，即进入溶液中的Cu2＋比溶液中析出的Cu2＋少，故CuSO4溶液浓度减小，D错误。
8.近几年科学家发明的一种新型可控电池——锂水电池,工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是( )
A.石墨极发生的反应是2H2O+2e-H2↑+2OH-
B.有机电解质和水溶液不可以互换区域
C.标准状况下产生22.4 L的氢气时,正极消耗锂的质量为14 g
D.该装置不仅可提供电能,还可得到清洁的氢气
答案C
解析根据图示信息可知,石墨电极上产生氢气,应该是正极,该电极上发生得电子的还原反应:2H2O+2e-H2↑+2OH-,A正确。由于金属Li可以与水反应生成氢氧化锂和氢气,但是与有机电解质不反应,所以有机电解质和水溶液不可以互换区域,B正确。金属Li与水发生反应2Li+2H2O2LiOH+H2↑,标准状况下产生22.4 L的氢气时,金属锂是负极,负极消耗锂的质量为14 g,C错误。该装置是将化学能转化为电能的装置,装置不仅可提供电能,并且反应产物是氢气,能提供能源,D正确。
9.瓦斯爆炸是煤矿开采中的重大危害,一种瓦斯分析仪(图甲)能够在煤矿巷道中的甲烷达到一定浓度时,可以通过传感器显示。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b是正极,O2-由电极a流向电极b
C.电极a的反应式为CH4+4O2--8e-CO2+2H2O
D.当固体电解质中有1 mol O2-通过时,电子转移4 mol
答案C
解析电子不能在电池内电路流动,只能在外电路中流动,A错误。O2-是阴离子,应向负极移动,即O2-由正极(电极b)流向负极(电极a),B错误。甲烷所在电极a为负极,电极反应式为CH4+4O2--8e-CO2+2H2O,C正确。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错误。
10.LiOH和钴氧化物可用于制备锂离子电池正极材料。利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH溶液和LiCl溶液。下列说法不正确的是( )
A.B极区电解液为LiOH溶液
B.每产生标准状况下2.24 L氢气,就有0.1 mol阳离子通过交换膜进入阴极区
C.电解过程中Li+向B电极迁移
D.阳极电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑
答案B
解析根据图知,B电极上有氢气生成,则B为电解池阴极,A为阳极。B电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑,有氢氧根离子生成,所以B极区电解液为LiOH溶液,A极区电解液为LiCl溶液,A正确。每产生标准状况下2.24 L氢气,有0.2 mol电子转移,根据电荷守恒知,有0.2 mol阳离子通过交换膜进入阴极区,B错误。电解池工作时,电解质溶液中的阳离子向阴极移动,即电解过程中Li+向B电极迁移,C正确。A电极为阳极,电极上氯离子放电,电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,D正确。
11.下列装置由甲、乙部分组成(如图所示),甲是将废水中乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化为环境友好物质形成的化学电源。当电池工作时,下列说法错误的是( )
A.甲中H+透过质子交换膜由左向右移动
B.M极电极反应式:H2N(CH2)2NH2+4H2O-16e-2CO2↑+N2↑+16H+
C.一段时间后,乙中CuSO4溶液浓度基本保持不变
D.当N极消耗0.25 mol O2时,则铁极增重16 g
答案D
解析甲图中装置是将化学能转化为电能的原电池,M是负极,N是正极,电解质溶液为酸性溶液,负极上失电子发生氧化反应,正极上得电子发生还原反应。M是负极,N是正极,质子透过质子交换膜由M极移向N极,即由左向右移动,A正确。H2N(CH2)2NH2在负极M上失电子发生氧化反应,生成氮气、二氧化碳和H+,电极反应式为H2N(CH2)2NH2+4H2O-16e-2CO2↑+N2↑+16H+,B正确。乙部分是在铁上镀铜,电解质溶液浓度基本不变,所以乙中CuSO4溶液浓度基本保持不变,C正确。当N电极消耗0.25 mol氧气时,则转移0.25 mol×4=1 mol电子,所以铁电极增重 mol×64 g·mol-1=32 g,D错误。
12.混合动力汽车(HEV)中使用了镍氢电池,其工作原理如图所示:
其中M为储氢合金,MH为吸附了氢原子的储氢合金,KOH溶液作电解液。关于镍氢电池,下列说法不正确的是( )
A.充电时,阴极附近pH降低
B.电动机工作时溶液中OH-向甲移动
C.放电时正极反应式为:NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-
D.电极总反应式为:MH+NiOOHM+Ni(OH)2
答案A
解析充电时阴极发生还原反应,电极反应为M+H2O+e-MH+OH-,生成氢氧根,pH增大,A错误。电动机工作时是放电过程,原电池工作时,溶液中氢氧根离子向负极即甲电极迁移,B正确。正极得电子发生还原反应,电极反应式为NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-,C正确。放电过程的正极反应为NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-,负极反应为MH+OH--e-M+H2O,则电池总反应为MH+NiOOHM+Ni(OH)2,D正确。
二、填空题
13．按要求计算下列反应的ΔH。
(1)二氧化碳的捕集与利用是实现温室气体减排的重要途径之一。
目前工业上用的捕碳剂NH3和(NH4)2CO3，它们与CO2发生如下可逆反应：
2NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g)(NH4)2CO3(aq) ΔH1
NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g)NH4HCO3(aq) ΔH2
(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)2NH4HCO3(aq) ΔH3
则ΔH3＝______________(用含ΔH1、ΔH2的代数式表示)。
(2)已知断裂1 mol化学键所需的能量如下：
化学键
H—H
C===O
C===S
H—S
C≡O
E/(kJ·mol－1)
436
745
577
339
1072
H2还原COS发生的反应为H2(g)＋COS(g)===H2S(g)＋CO(g)，该反应的ΔH＝________ kJ·mol－1(已知COS的电子式O··, ··C··S··, )。
(3)NH3作为一种重要化工原料，被大量应用于工业生产，与其有关性质反应的催化剂研究曾被列入国家863计划。催化剂常具有较强的选择性，即专一性。已知：
反应Ⅰ：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g) ΔH1＝－905.0 kJ·mol－1
反应Ⅱ：4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g) ΔH2
化学键
H—O
O===O
N≡N
N—H
键能/(kJ·mol－1)
463
496
942
391
ΔH2＝____________。
(4)以甲醇为原料制备氢气的一种原理如下：
反应Ⅰ：CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)
ΔH1＝＋90 kJ·mol－1
反应Ⅱ：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
ΔH2＝－41 kJ·mol－1
已知：断裂1 mol分子中的化学键需要吸收的能量如下表所示。
分子
CH3OH(g)
H2(g)
H2O(g)
CO2(g)
能量/(kJ·mol－1)
2038
436
925
x
表中x＝________。
(5)利用CO2和CH4重整可制合成气(主要成分为CO、H2)，已知重整过程中部分反应的热化学方程式为
①CH4(g)===C(s)＋2H2(g)
ΔH1＝＋75.0 kJ·mol－1
②CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)
ΔH2＝＋41.0 kJ·mol－1
③CO(g)＋H2(g)===C(s)＋H2O(g)
ΔH3＝－131.0 kJ·mol－1
反应CO2(g)＋CH4(g)===2CO(g)＋2H2(g)的ΔH＝________ kJ·mol－1。
答案 (1)2ΔH2－ΔH1 (2)＋8 (3)－1260 kJ·mol－1 (4)1606 (5)＋247.0
解析 (1)①2NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g)(NH4)2CO3(aq) ΔH1
②NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g)NH4HCO3(aq) ΔH2
根据盖斯定律②×2－①可得：(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)
2NH4HCO3(aq) ΔH3＝2ΔH2－ΔH1。
(2)ΔH＝(436＋745＋577－2×339－1072) kJ·mol－1＝＋8 kJ·mol－1。
(3)4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g) ΔH2＝反应物的键能总和－生成物的键能总和＝(4×3×391＋3×496－2×942－6×2×463) kJ·mol－1＝－1260 kJ·mol－1。
(4)根据盖斯定律Ⅰ＋Ⅱ可得：CH3OH(g)＋H2O(g)CO2(g)＋3H2(g) ΔH＝＋49 kJ·mol－1，因为ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和＝(2038＋925－x－436×3) kJ·mol－1＝49 kJ·mol－1，解得x＝1606，所以表中x＝1606。
(5)根据盖斯定律①＋②－③可得反应：CO2(g)＋CH4(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝ΔH1＋ΔH2－ΔH3＝75.0 kJ·mol－1＋41.0 kJ·mol－1－(－131.0 kJ·mol－1)＝＋247.0 kJ·mol－1。
14.利用电化学原理,将NO2、O2和熔融KNO3制成燃料电池,模拟工业电解法来处理含Cr2废水,如下图所示;电解过程中溶液发生反应:Cr2+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O。
(1)甲池工作时,NO2转变成绿色硝化剂Y,Y是N2O5,可循环使用。则石墨Ⅱ是电池的 极;石墨Ⅰ附近发生的电极反应式为 。
(2)工作时,甲池内的N向 极移动(填“石墨Ⅰ”或“石墨Ⅱ”);在相同条件下,消耗的O2和NO2的体积比为 。
(3)乙池中Fe(Ⅰ)棒上发生的电极反应为 。
(4)若溶液中减少了0.01 mol Cr2,则电路中至少转移了 mol电子。
(5)向完全还原为Cr3+的乙池工业废水中滴加NaOH溶液,可将铬以Cr(OH)3沉淀的形式除去,已知Cr(OH)3存在以下溶解平衡:Cr(OH)3(s)Cr3+(aq)+3OH-(aq),常温下Cr(OH)3的溶度积Ksp=c(Cr3+)·c3(OH-)=1.0×10-32,要使c(Cr3+)降至1.0×10-5 mol·L-1,溶液的pH应调至 。
答案(1)正 NO2+N-e-N2O5
(2)石墨Ⅰ 1∶4
(3)Fe-2e-Fe2+
(4)0.12
(5)5
解析(1)根据图示知甲池为燃料电池,电池工作时,石墨Ⅰ附近NO2转变成N2O5,发生氧化反应,电极反应式为NO2+N-e-N2O5;石墨Ⅱ是电池的正极,O2得电子发生还原反应,电极反应式为O2+2N2O5+4e-4N。(2)电池工作时,电解质溶液中的阴离子移向负极,即甲池内的N向石墨Ⅰ极移动;根据两极的电极反应式结合得失电子守恒知,在相同条件下,消耗O2和NO2的体积比为1∶4。(3)乙池为电解池,Fe(Ⅰ)棒为电解池的阳极,发生的电极反应为Fe-2e-Fe2+。(4)根据反应Cr2+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O知,若溶液中减少了0.01 mol Cr2,则参加反应的Fe2+为0.06 mol,根据电极反应:Fe-2e-Fe2+知电路中至少转移了0.12 mol电子。(5)常温下Cr(OH)3的溶度积Ksp=c(Cr3+)·c3(OH-)=1.0×10-32,c(Cr3+)=10-5 mol·L-1,则c3(OH-)=1.0×10-27,c(OH-)=1.0×10-9 mol·L-1,c(H+)=10-5 mol·L-1,溶液的pH应调至5。
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