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1、专题六化学能与电能的转化A组20142018年浙江真题题组考点一原电池原理及其应用以下为教师用书专用(89)8.(2015浙江1月学考,12,2分)如图是铜锌原电池示意图。当该原电池工作时,下列描述不正确的是() A.溶液逐渐变蓝B.锌片逐渐溶解C.铜片上有气泡产生D.电流计指针发生偏转答案A该铜锌原电池中,Zn是负极,电极反应式为Zn-2e- Zn2+,故锌片逐渐溶解,B正确;Cu是正极,电极反应式为2H+2e- H2,故铜片上有气泡产生,C正确;电子由Zn经导线流向Cu,电流计指针发生偏转,D正确;该原电池工作过程中,溶液颜色不变,A错误。9.(2014浙江1月学考,14,2分)如图为铜锌
2、原电池示意图,下列说法不正确的是()A.该原电池中,铜为正极B.该原电池中,电子由铜片经过导线流入锌片C.该原电池工作一段时间后,溶液的酸性减弱D.该原电池工作一段时间后,锌片质量减小 答案B该铜锌原电池工作时,电子由负极(锌片)流出,经过导线流入正极(铜片)。B组20142018年全国真题题组考点一原电池原理及其应用以下为教师用书专用(56)5.(2014北京理综,8,6分)下列电池工作时,O2在正极放电的是()A.锌锰电池B.氢燃料电池C.铅蓄电池D.镍镉电池答案B氢燃料电池中,负极上H2放电,正极上O2放电,A、C、D中均不存在O2放电,故选B。6.(2015课标,26,14分)酸性锌锰
3、干电池是一种一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。有关数据如下表所示:溶解度/(g/100 g水)温度/化合物020406080100NH4Cl29.337.245.855.365.677.3ZnCl2343395452488541614化合物Zn(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)3Ksp近似值10-1710-1710-39回答下列问题:(1)该电池的正极反应式为,电池反应的离子方程式为。(2)维持电流强度为0.5 A,电池工作5分钟,理论上消耗锌g。(已知F
4、=96 500 Cmol-1)(3)废电池糊状填充物加水处理后,过滤,滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl,二者可通过分离回收;滤渣的主要成分是MnO2、和,欲从中得到较纯的MnO2,最简便的方法为,其原理是。(4)用废电池的锌皮制备ZnSO47H2O的过程中,需除去锌皮中的少量杂质铁,其方法是:加稀H2SO4和H2O2溶解,铁变为,加碱调节至pH为时,铁刚好沉淀完全(离子浓度小于110-5 molL-1时,即可认为该离子沉淀完全);继续加碱至pH为时,锌开始沉淀(假定Zn2+浓度为0.1 molL-1)。若上述过程不加H2O2后果是,原因是。答案(14分)(1)MnO2+H+e- MnOOH2
5、MnO2+Zn+2H+ 2MnOOH+Zn2+(每空1分,共2分)注:式中Zn2+可写为Zn(NH3、Zn(NH3)2Cl2等,H+可写为N(2)0.05(2分)(3)加热浓缩、冷却结晶碳粉MnOOH空气中加热碳粉转变为CO2,MnOOH氧化为MnO2(每空1分,共5分)(4)Fe3+2.76Zn2+和Fe2+分离不开Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近(每空1分,共5分)解析(1)该电池为酸性锌锰干电池,电极反应式为负极:Zn-2e- Zn2+,正极:2MnO2+2e-+2H+ 2MnOOH。(2)电量Q=It=0.5 A560 s=150 C,则m(Zn)=65 gmol-1=0.0
6、5 g。(3)由表格中信息可知,ZnCl2的溶解度受温度影响较大,NH4Cl的溶解度受温度影响较小,故可通过加热浓缩、冷却结晶的方法分离。(4)KspFe(OH)3=c(Fe3+)c3(OH-)=110-5c3(OH-)=110-39,c(OH-)=10-11.3molL-1,pOH=11.3,则pH=2.7。KspZn(OH)2=c(Zn2+)c2(OH-)=0.1c2(OH-)=110-17,c(OH-)=10-8 molL-1,pOH=8,则pH=6。因Zn(OH)2和Fe(OH)2的Ksp接近,若不用H2O2将Fe2+氧化为Fe3+,沉淀Zn2+时,Fe2+也可转化为Fe(OH)2沉淀
7、,而使制得的ZnSO47H2O不纯净。考点二电解原理及其应用以下为教师用书专用(615)6.(2017海南单科,10,4分)一种电化学制备NH3的装置如图所示,图中陶瓷在高温时可以传输H+。下列叙述错误的是()A.Pd电极b为阴极B.阴极的反应式为:N2+6H+6e- 2NH3C.H+由阳极向阴极迁移D.陶瓷可以隔离N2和H2答案APd电极b上氢气失去电子,该电极为阳极,故A错误;电解池中阴极上发生还原反应,则阴极反应式为N2+6H+6e- 2NH3,故B正确;电解池中,H+由阳极向阴极迁移,故C正确;由图可知,氮气与氢气不直接接触,陶瓷可以隔离N2和H2,故D正确。7.(2016北京理综,1
8、2,6分)用石墨电极完成下列电解实验。实验一实验二装置现象a、d处试纸变蓝;b处变红,局部褪色;c处无明显变化两个石墨电极附近有气泡产生;n处有气泡产生下列对实验现象的解释或推测不合理的是()A.a、d处:2H2O+2e- H2+2OH-B.b处:2Cl-2e- Cl2C.c处发生了反应:Fe-2e- Fe2+D.根据实验一的原理,实验二中m处能析出铜答案B根据实验一的实验现象可判断出c作阳极,d作阴极,a、d处的电极反应均为2H2O+2e- H2+2OH-,c处的电极反应为Fe-2e- Fe2+,由于Fe2+的颜色较浅,短时间观察不到明显的现象。“b处变红”说明有H+生成,则发生了电极反应2
9、H2O-4e- 4H+O2;“局部褪色”说明在该电极上Cl-放电生成了Cl2,反应为2Cl-2e- Cl2。实验二中每个铜珠的左侧作阳极,右侧作阴极,其中右边的铜珠的左侧铜放电变成铜离子,铜离子移动到m处,在m处放电变成铜析出。8.(2015福建理综,11,6分)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示,该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是()A.该装置将化学能转化为光能和电能B.该装置工作时,H+从b极区向a极区迁移C.每生成1 mol O2,有44 g CO2被还原D.a电极的反应为:3CO2+18H+-18e- C3H8O+5H2O答案B由模拟“人工
10、树叶”电化学实验装置可知,该装置将光能和电能转化为化学能,故A错误;在电解池内部,阳离子向阴极迁移,故H+从b极区向a极区迁移,B正确;阴极上:3CO2C3H8O18e-,阳极上:2H2OO24e-,根据得失电子守恒可知,当阳极生成1 mol O2时,阴极被还原的CO2的质量为44 g/mol29.3 g,故C错误;a电极的反应为3CO2+18H+18e- C3H8O+5H2O,故D错误。9.(2014广东理综,11,4分)某同学组装了如图所示的电化学装置,电极为Al,其他均为Cu,则()A.电流方向:电极A电极B.电极发生还原反应C.电极逐渐溶解D.电极的电极反应:Cu2+2e- Cu答案A
11、由图示可分析出该图中为原电池的负极,为电解池的阴极,电流由电极A电极,A正确。Al极发生氧化反应,B错误。电极发生的电极反应为Cu2+2e- Cu,电极上有Cu生成,C错误。电极的电极反应为Cu-2e- Cu2+,D错误。10.(2014上海单科,12,3分)如图所示,将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中。下列分析正确的是()A.K1闭合,铁棒上发生的反应为2H+2e H2B.K1闭合,石墨棒周围溶液pH逐渐升高C.K2闭合,铁棒不会被腐蚀,属于牺牲阳极的阴极保护法D.K2闭合,电路中通过0.002NA个电子时,两极共产生0.001 mol气体答案BK1闭合,该装置为原电池,铁棒为
12、负极,发生的反应为Fe-2e Fe2+,石墨棒为正极,发生的反应为O2+4e+2H2O 4OH-,石墨棒周围溶液的pH逐渐升高,所以B正确;K2闭合则为电解池装置,铁棒为阴极,不会被腐蚀,但不属于牺牲阳极的阴极保护法,电路中通过0.002NA个电子时,两极产生氢气和氯气共为0.002 mol。11.(2014天津理综,6,6分)已知:锂离子电池的总反应为:LixC+Li1-xCoO2 C+LiCoO2锂硫电池的总反应为:2Li+S Li2S有关上述两种电池说法正确的是()A.锂离子电池放电时,Li+向负极迁移B.锂硫电池充电时,锂电极发生还原反应C.理论上两种电池的比能量相同D.下图表示用锂离
13、子电池给锂硫电池充电答案BA项,在原电池内部,阳离子应移向正极;二次电池的充电过程为电解过程,阴极发生还原反应,B项正确;C项,比能量是指这种电池单位质量或单位体积所能输出的电能,当二者质量相同时,转移电子的物质的量不相等,即比能量不同;D项,应为锂硫电池给锂离子充电,还应将锂硫电池的锂电极连接锂离子电池的石墨电极,硫电极连接LiCoO2电极。12.(2015上海单科,五,12分)氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图,图中的离子交换膜只允许阳离子通过。完成下列填空:27.写出电解饱和食盐水的离子方程式: 。28
14、.离子交换膜的作用为:、 。29.精制饱和食盐水从图中位置补充,氢氧化钠溶液从图中位置流出。(选填“a”“b”“c”或“d”)30.KClO3可以和草酸(H2C2O4)、硫酸反应生成高效的消毒杀菌剂ClO2,还生成CO2和KHSO4等物质。写出该反应的化学方程式:。31.室温下,0.1 mol/L NaClO溶液的pH0.1 mol/L Na2SO3溶液的pH。(选填“大于”“小于”或“等于”)浓度均为0.1 mol/L 的Na2SO3和Na2CO3的混合溶液中,S、C、HS、HC浓度从大到小的顺序为。已知:H2SO3=1.5410-2=1.0210-7 HClOKi=2.9510-8 H2C
15、O3=4.310-7=5.610-11答案27.2H2O+2Cl- Cl2+2OH-+H228.能得到纯度更高的氢氧化钠溶液避免Cl2与H2反应(合理即给分)29.ad30.2KClO3+2H2SO4+H2C2O4 2ClO2+2CO2+2KHSO4+2H2O31.大于SCHCHS解析27.电解饱和氯化钠溶液的离子方程式为2Cl-+2H2O 2OH-+H2+Cl2。29.阳极的电极反应式为2Cl-2e- Cl2,故精制饱和食盐水从a处补充;阴极的电极反应式为2H2O+2e- H2+2OH-,故氢氧化钠溶液从d处流出。30.KClO3可以和草酸(H2C2O4)、硫酸反应,化学方程式为2KClO3
16、+H2C2O4+2H2SO4 2ClO2+2CO2+2KHSO4+2H2O。31.因为HClO的电离平衡常数小于H2SO3的第一步电离平衡常数,故碱性NaClONa2SO3;HS的电离平衡常数大于HC的电离平衡常数,故C的水解能力强于S,因此,各离子浓度大小顺序为:SCHCHS。13.(2014课标,27,15分)次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品,具有较强还原性。回答下列问题:(1)H3PO2是一元中强酸,写出其电离方程式。(2)H3PO2及NaH2PO2均可将溶液中的Ag+还原为银,从而可用于化学镀银。H3PO2中,P元素的化合价为。利用H3PO2进行化学镀银反应中,氧化剂与还原剂的
17、物质的量之比为41,则氧化产物为(填化式)。NaH2PO2为(填“正盐”或“酸式盐”),其溶液显(填“弱酸性”“中性”或“弱碱性”)。(3)H3PO2的工业制法是:将白磷(P4)与Ba(OH)2溶液反应生成PH3气体和Ba(H2PO2)2,后者再与H2SO4反应。写出白磷与Ba(OH)2溶液反应的化学方程式。(4)H3PO2也可用电渗析法制备,“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过):写出阳极的电极反应式。分析产品室可得到H3PO2的原因 。早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2:将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替,并撤去阳极室与产品室之
18、间的阳膜,从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有杂质,该杂质产生的原因是。答案(1)H3PO2 H2P+H+(2)+1H3PO4正盐弱碱性(3)2P4+3Ba(OH)2+6H2O 3Ba(H2PO2)2+2PH3(4)2H2O-4e- O2+4H+阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室,原料室的H2P穿过阴膜扩散至产品室,二者反应生成H3PO2PH2P或H3PO2被氧化解析(1)H3PO2为一元中强酸,则其电离方程式为H3PO2 H+H2P。(2)在化合物中,各元素正、负化合价的代数和为零,故H3PO2中P元素的化合价为+1价。设氧化产物中P元素的化合价为+x价,依题意并根据得失电子守恒有4(
19、+1)-0=1+x-(+1),解得x=5,故氧化产物为H3PO4。因H3PO2为一元酸,故NaH2PO2为正盐;H3PO2为中强酸,故NaH2PO2溶液呈弱碱性。(3)根据得失电子守恒及原子守恒,可写出P4与Ba(OH)2溶液反应的化学方程式:2P4+3Ba(OH)2+6H2O 3Ba(H2PO2)2+2PH3。(4)由题给装置可知阳极的电极反应式为2H2O-4e- 4H+O2。阳极生成的H+穿过阳膜扩散至产品室,与从原料室穿过阴膜扩散至产品室的H2P反应生成H3PO2。若取消阳膜,合并阳极室和产品室,阳极生成的O2可将H3PO2或原料室扩散来的H2P氧化,造成产品中混入P杂质。14.(201
20、4重庆理综,11,14分)氢能是重要的新能源。储氢作为氢能利用的关键技术,是当前关注的热点之一。(1)氢气是清洁燃料,其燃烧产物为。(2)NaBH4是一种重要的储氢载体,能与水反应得到NaBO2,且反应前后B的化合价不变,该反应的化学方程式为,反应消耗1 mol NaBH4时转移的电子数目为。(3)储氢还可借助有机物,如利用环己烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢:(g)(g)+3H2(g)。在某温度下,向恒容密闭容器中加入环己烷,其起始浓度为a molL-1,平衡时苯的浓度为b molL-1,该反应的平衡常数K=。(4)一定条件下,下图所示装置可实现有机物的电化学储氢(忽略其他有机物)。导线
21、中电子移动方向为。(用A、D表示)生成目标产物的电极反应式为。该储氢装置的电流效率=。(=100%,计算结果保留小数点后1位)答案(1)H2O(2)NaBH4+2H2O NaBO2+4H24NA或2.4081024(3) mol3L-3(4)ADC6H6+6H+6e- C6H1264.3%解析(1)H2的燃烧产物是H2O。(2)由NaBO2和NaBH4中B的化合价相同知,NaBH4中H的化合价升高,H2O中H的化合价降低,所以反应为:NaBH4+2H2O NaBO2+4H2,1 mol NaBH4反应时有4 mol 的化合价升高,所以转移电子数为4NA。(3)由化学反应知,平衡时苯的浓度为b
22、molL-1,则环己烷浓度为(a-b) molL-1,H2的浓度为3b molL-1,所以平衡常数K= mol3L-3= mol3L-3。(4)由图知在多孔惰性电极D表面生成,C的化合价降低,所以电子移动方向为:AD。目标产物是C6H12,所以电极反应式为:C6H6+6H+6e- C6H12。由题意知,电极E产生O2的物质的量为2.8 mol,=n(O2)4=2.8 mol4=11.2 mol,而C6H6没有完全转化,所以电极D上有H2生成。设生成H2 x mol,C6H6转化y mol,则有:解得:y=1.2,x=2。所以=100%64.3%。15.(2014四川理综,11,16分)污染物的
23、有效去除和资源的充分利用是化学造福人类的重要研究课题。某研究小组利用软锰矿(主要成分为MnO2,另含有少量铁、铝、铜、镍等金属化合物)作脱硫剂,通过如下简化流程既脱除燃煤尾气中的SO2,又制得电池材料MnO2(反应条件已省略)。请回答下列问题:(1)上述流程脱硫实现了(选填下列字母编号)。A.废弃物的综合利用B.白色污染的减少C.酸雨的减少(2)用MnCO3能除去溶液中Al3+和Fe3+,其原因是 。(3)已知:25 、101 kPa时,Mn(s)+O2(g) MnO2(s) H=-520 kJ/molS(s)+O2(g) SO2(g)H=-297 kJ/molMn(s)+S(s)+2O2(g
24、) MnSO4(s) H=-1 065 kJ/molSO2与MnO2反应生成无水MnSO4的热化学方程式是 。(4)MnO2可作超级电容器材料。用惰性电极电解MnSO4溶液可制得MnO2,其阳极的电极反应式是。(5)MnO2是碱性锌锰电池的正极材料。碱性锌锰电池放电时,正极的电极反应式是 。(6)假设脱除的SO2只与软锰矿浆中MnO2反应。按照图示流程,将a m3(标准状况)含SO2的体积分数为b%的尾气通入矿浆,若SO2的脱除率为89.6%,最终得到MnO2的质量为c kg,则除去铁、铝、铜、镍等杂质时,所引入的锰元素相当于MnO2kg。答案(16分)(1)A、C(2)消耗溶液中的酸,促进A
25、l3+和Fe3+水解生成氢氧化物沉淀(3)MnO2(s)+SO2(g) MnSO4(s)H=-248 kJ/mol(4)Mn2+2H2O-2e- MnO2+4H+(5)MnO2+H2O+e- MnO(OH)+OH-(6)解析稀硫酸酸化的软锰矿浆吸收含SO2的尾气,将MnO2转化为MnSO4,其中还含有少量的铁、铝、铜、镍的硫酸盐杂质及过量的H2SO4,加MnCO3可消耗过量H2SO4,调节pH,使Al3+和Fe3+水解生成Al(OH)3和Fe(OH)3沉淀除去。过滤后往滤液中加MnS,可将Cu2+、Ni2+转化为CuS、NiS沉淀除去。再过滤后往滤液中加KMnO4溶液,发生反应:2KMnO4+
26、3MnSO4+2H2O 5MnO2+K2SO4+2H2SO4,回收K2SO4,干燥后得到MnO2。(3)将题中三个热化学方程式依次编号为、,MnO2(s)+SO2(g) MnSO4(s)可由-得出,其H也可作相应计算。(6)除去铁、铝、铜、镍时引入的锰元素可由加KMnO4溶液前溶液中Mn2+与软锰矿浆中Mn2+的差值进行计算。由SO2+MnO2 MnSO4、2KMnO4+3MnSO4+2H2O 5MnO2+K2SO4+2H2SO4可知,除去铁、铝、铜、镍时,所引入的锰元素相当于MnO2的质量m=(-)8710-3kg= kg。考点三金属的腐蚀与防护以下为教师用书专用(35)3.(2015江苏单
27、科,11,4分)下列说法正确的是()A.若H2O2分解产生1 mol O2,理论上转移的电子数约为46.021023B.室温下,pH=3的CH3COOH溶液与pH=11的NaOH溶液等体积混合,溶液pH7C.钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀D.一定条件下反应N2+3H2 2NH3达到平衡时,3v正(H2)=2v逆(NH3)答案CA项,由2H2O2 2H2O+O2可知,每生成1 mol O2转移的电子数约为26.021023;B项,pH=3的CH3COOH溶液与pH=11的NaOH溶液等体积混合后形成的应为CH3COONa和CH3COOH的混合溶液,pH7;C项正确;D项,N
28、2+3H2 2NH3反应达到平衡时,v正(H2)v逆(NH3)=32,即2v正(H2)=3v逆(NH3)。4.(2014天津理综,1,6分)化学与生产、生活息息相关,下列叙述错误的是()A.铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性B.用聚乙烯塑料代替聚乳酸塑料可减少白色污染C.大量燃烧化石燃料是造成雾霾天气的一种重要因素D.含重金属离子的电镀废液不能随意排放答案BA项,铁表面镀锌,当发生电化学腐蚀时,Fe作正极被保护。B项,聚乙烯塑料非常稳定,不易降解,而聚乳酸塑料是易降解的塑料,故应用聚乳酸塑料代替聚乙烯塑料来减少白色污染,B项错误。D项,重金属离子对土壤、水都会产生污染,所以含重金属离子的电镀废液不能随
29、意排放。5.(2015重庆理综,11,14分)我国古代青铜器工艺精湛,有很高的艺术价值和历史价值。但出土的青铜器大多受到环境腐蚀,故对其进行修复和防护具有重要意义。(1)原子序数为29的铜元素位于元素周期表中第周期。(2)某青铜器中Sn、Pb的质量分别为119 g、20.7 g,则该青铜器中Sn和Pb原子的数目之比为。(3)研究发现,腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl。关于CuCl在青铜器腐蚀过程中的催化作用,下列叙述正确的是。A.降低了反应的活化能B.增大了反应的速率C.降低了反应的焓变D.增大了反应的平衡常数(4)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部
30、位,Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应,该化学方程式为。(5)如图所示为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。腐蚀过程中,负极是(填图中字母“a”或“b”或“c”);环境中的Cl-扩散到孔口,并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl,其离子方程式为;若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl,则理论上耗氧体积为L(标准状况)。答案(14分)(1)四(2)101(3)A、B(4)Ag2O+2CuCl 2AgCl+Cu2O(5)c2Cu2+3OH-+Cl- Cu2(OH)3Cl0.448解析(2)Sn和Pb原子的数目之比为=101。(3)催化剂可以降低反应的活化能,增大反应的速率,但不能改变反应物与生成物的总能量,即对反应的H无影响;反应的平衡常数只随温度的变化而变化。(4)复分解反应中各元素化合价不变。(5)铜作负极失电子,产物是Cu2+;4.29 g Cu2(OH)3Cl中含有0.04 mol Cu2+,Cu-2e- Cu2+,则转移0.08 mol电子,需耗氧0.02 mol,标准状况下为0.448 L。9