高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí) 專題能力訓(xùn)練8 化學(xué)反應(yīng)與電能（含解析）-人教版高三化學(xué)試題

專題能力訓(xùn)練八化學(xué)反應(yīng)與電能(時間:45分鐘滿分:100分)一、選擇題(共7小題,每小題8分,共56分。每小題只有1個選項符合題目要求)1.(2019全國Ⅲ)為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性,科學(xué)家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3D-Zn)可以高效沉積ZnO的特點,設(shè)計了采用強堿性電解質(zhì)的3D-Zn-NiOOH二次電池,結(jié)構(gòu)如下圖所示。電池反應(yīng)為Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列說法錯誤的是()A.三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積,所沉積的ZnO分散度高B.充電時陽極反應(yīng)為Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l)C.放電時負(fù)極反應(yīng)為Zn(s)+2OH-(aq)-2e-ZnO(s)+H2O(l)D.放電過程中OH-通過隔膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)答案:D解析:本題考查了二次電池的工作原理及電極反應(yīng)式的書寫與判斷。三維多孔海綿狀Zn類似于活性炭,故表面積較大,可高效沉積ZnO,所沉積的ZnO分散度也高,A項正確;根據(jù)總反應(yīng)式Zn(s)+2NiOOH(s)+H2OZnO(s)+2Ni(OH)2(s)可知,充電時Ni(OH)2(s)在陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l),B項正確;放電時Zn在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)Zn(s)+2OH--2e-ZnO(s)+H2O(l),C項正確;在放電過程中,陰離子應(yīng)向負(fù)極移動,D項錯誤。2.某科研小組模擬“人工樹葉”電化學(xué)裝置如圖所示,該裝置能將H2O和CO2轉(zhuǎn)化為糖類(C6H12O6)和O2,X、Y是特殊催化劑型電極。已知裝置的電流效率等于生成產(chǎn)品所需的電子數(shù)與電路中通過總電子數(shù)之比。下列說法不正確的是()A.該裝置中Y電極發(fā)生氧化反應(yīng)B.X電極的電極反應(yīng)式為6CO2+24H++24e-C6H12O6+6H2OC.理論上,每生成22.4LO2必有4molH+由Y極區(qū)向X極區(qū)遷移D.當(dāng)電路中通過3mol電子時生成18gC6H12O6,則該裝置的電流效率為80%答案:C解析:根據(jù)裝置圖可知,Y電極與電源正極相連,Y電極為陽極,發(fā)生氧化反應(yīng),A項正確;X電極為陰極,發(fā)生還原反應(yīng),根據(jù)X電極上的反應(yīng)物及產(chǎn)物可寫出陰極的電極反應(yīng)式,B項正確;22.4LO2沒有指明是在標(biāo)準(zhǔn)狀況下,C項不正確;n(C6H12O6)=18g180g·mo3.某公司日前宣布,他們已經(jīng)開發(fā)并計劃大量生產(chǎn)一種顛覆性的陽極和陰極,兩個電極都是碳材料的雙碳性電池(放電原理如圖所示),充電速度比普通的鋰離子電池快20倍。放電時,正極反應(yīng):Cn(PF6)+e-PF6-+nC,負(fù)極反應(yīng):LiCn-e-Li++nC。下列有關(guān)說法中正確的是()(A-表示陰離子)A.a極為電池的負(fù)極B.A-為OH-C.電池充電時的陰極反應(yīng)為LiCn+e-Li++nCD.充電時,溶液中A-從b極向a極遷移答案:D解析:根據(jù)題給裝置圖判斷,a電極有A-生成,b電極有Li+生成,結(jié)合放電時,正極反應(yīng):Cn(PF6)+e-PF6-+nC,負(fù)極反應(yīng):LiCn-e-Li++nC,可知a電極為正極,b電極為負(fù)極,故A項錯誤;A-為PF6-,故B項錯誤;充電時,陰極反應(yīng)為Li++nC+e-LiCn,故C項錯誤;充電時,溶液中A-4.PbO2-微生物燃料電池(MFC)是利用微生物將有機物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置(如圖),若利用微生物分解香蕉皮(生成的葡萄糖作反應(yīng)物)使該電池工作,下列說法不正確的是()A.a電極為正極,b電極為負(fù)極B.b電極附近有PbO2,發(fā)生的電極反應(yīng)為PbO2+4H++2e-Pb2++2H2OC.電池的總反應(yīng)式為12PbO2+C6H12O6+24H+6CO2↑+12Pb2++18H2OD.該電池一般是在常溫環(huán)境中工作,使得電池維護成本低,安全性強答案:A解析:根據(jù)圖中H+的流向和電子的流向可推知a電極為負(fù)極,b電極為正極,所以A項錯誤;PbO2在b極得到電子,發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為PbO2+4H++2e-Pb2++2H2O,B項正確;香蕉皮經(jīng)微生物分解后生成葡萄糖,負(fù)極反應(yīng)為葡萄糖失電子生成二氧化碳,電極反應(yīng)式為C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+,所以總反應(yīng)式為12PbO2+C6H12O6+24H+6CO2↑+12Pb2++18H2O,C項正確;溫度過高,微生物會發(fā)生變性死亡,所以D項正確。5.工業(yè)上常用電解硫酸鈉溶液聯(lián)合生產(chǎn)硫酸和燒堿,生產(chǎn)裝置如圖所示,其中陰極和陽極均為惰性電極。測得同溫同壓下,氣體甲與氣體乙的體積比約為1∶2,以下說法中正確的是()A.a極與電源的負(fù)極相連B.產(chǎn)物丙為硫酸C.離子交換膜d為陰離子交換膜D.b電極反應(yīng)式:4OH--4e-O2↑+2H2O答案:B解析:通過裝置圖分析可知該裝置是電解裝置,電解硫酸鈉溶液實質(zhì)是電解水,氣體甲與氣體乙的體積比約為1∶2,氣體甲為氧氣,氣體乙為氫氣,陽極生成氧氣,電極反應(yīng)式為4OH--4e-2H2O+O2↑,陰極生成氫氣,電極反應(yīng)式為2H++2e-H2↑,氣體體積比為1∶2,所以判斷a電極是陽極,b電極是陰極,在陽極室得到硫酸,在陰極室得到氫氧化鈉,則c為陰離子交換膜,d為陽離子交換膜。進一步分析可知a電極為陽極,與電源正極相連,A項錯誤;陽極a生成氧氣,電極反應(yīng)為4OH--4e-2H2O+O2↑,陽極室水的電離平衡被破壞生成大量氫離子,生成產(chǎn)物丙為硫酸,陰極生成氫氣,2H++2e-H2↑,生成產(chǎn)物丁為氫氧化鈉,B項正確;c為陰離子交換膜,d為陽離子交換膜,C項錯誤;b電極是陰極,該電極上應(yīng)該發(fā)生得電子的還原反應(yīng),D項錯誤。6.利用如圖裝置可以模擬鐵的電化學(xué)防護。下列說法不正確的是()A.若X為鋅棒,開關(guān)K置于M處,可減緩鐵的腐蝕速率B.若X為鋅棒,開關(guān)K置于M處,鐵的保護屬于犧牲陽極的陰極保護法C.若X為碳棒,開關(guān)K置于N處,鐵的保護屬于外接電流的陰極保護法D.若X為碳棒,開關(guān)K置于N處,X極發(fā)生還原反應(yīng)答案:D解析:若X為碳棒,開關(guān)K置于N處時X極為陽極,發(fā)生氧化反應(yīng)。7.(2019河北隆化存瑞中學(xué)高三期中考試)電解NaB(OH)4溶液制備H3BO3的原理如圖所示,下列敘述錯誤的是()A.M室發(fā)生的電極反應(yīng)式:2H2O-4e-O2↑+4H+B.a、c為陰離子交換膜,b為陽離子交換膜C.N室中:m%<n%D.理論上每生成1molH3BO3,兩極室共產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下16.8L氣體答案:B解析:M室中石墨電極為陽極,電解時陽極上水失電子生成O2和H+,電極反應(yīng)式為2H2O-4e-O2↑+4H+,A項正確;原料室中的B(OH)4-通過b膜進入產(chǎn)品室,Na+通過c膜進入N室,M室中氫離子通過a膜進入產(chǎn)品室,則a、c為陽離子交換膜,b為陰離子交換膜,B項錯誤;N室中石墨為陰極,電解時陰極上水得電子生成H2和OH-,原料室中的鈉離子通過c膜進入N室,溶液中c(NaOH)增大,所以N室中m%<n%,C項正確;理論上每生成1mol產(chǎn)品,M室生成1molH+,轉(zhuǎn)移電子1mol,M、N室電極反應(yīng)式分別為2H2O-4e-O2↑+4H+,2H2O+2e-H2↑+2OH-,N室生成0.5molH2,M室生成0.25mol氧氣,兩極室共產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下16.8L氣體,D項正確。二、非選擇題(共3小題,共44分)8.(14分)(1)燃料電池是一種高效低污染的新型電池。燃料電池所用燃料可以是氫氣,也可以是其他燃料,如甲烷、肼等。如圖是甲烷燃料電池工作原理示意圖,回答下列問題:①電池的負(fù)極是(填“a”或“b”)電極,該極的電極反應(yīng)式為。②電池工作一段時間后,電解質(zhì)溶液的pH(填“增大”“減小”或“不變”)。

(2)肼分子(H2N—NH2)可以在氧氣中燃燒生成氮氣和水,利用肼、氧氣與KOH溶液組成堿性燃料電池,請寫出該電池的負(fù)極反應(yīng)式:,正極反應(yīng)式:,

總反應(yīng)式:。

(3)以甲醇(CH3OH)為燃料,空氣為氧化劑,以熔融K2CO3為電解質(zhì)的燃料電池,負(fù)極反應(yīng)式為,正極反應(yīng)式為。

答案:(1)①aCH4+10OH--8e-CO32-+7H②減小(2)N2H4+4OH--4e-4H2O+N2↑O2+2H2O+4e-4OH-N2H4+O2N2+2H2O(3)CH3OH+3CO32--6e-4CO2↑+2H32O2+3CO2+6e-3CO解析:(1)①由題圖可以看出,電池工作時甲烷失去電子轉(zhuǎn)化為CO32-,故電池的負(fù)極是a電極,該極的電極反應(yīng)式為CH4+10OH--8e-CO3②由于反應(yīng)后產(chǎn)生Na2CO3,即電池工作過程中消耗OH-,故電池工作一段時間后電解質(zhì)溶液的pH減小。(2)肼在負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為N2H4+4OH--4e-4H2O+N2↑。(3)甲醇為燃料在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),空氣中的O2在正極上發(fā)生還原反應(yīng),要注意電解質(zhì)中的CO39.(12分)化學(xué)在能源開發(fā)與利用中起到十分重要的作用。甲烷是一種新型的綠色能源,又是一種重要的化工原料。甲烷燃料電池能量轉(zhuǎn)化率高,具有廣闊的發(fā)展前景,現(xiàn)用甲烷燃料電池進行如圖實驗(圖中所用電極均為惰性電極)。(1)電極b為極,溶液中OH-移向(填“a”或“b”)極。

(2)電極a處所發(fā)生的電極反應(yīng)式為:。

(3)乙裝置中所發(fā)生的總反應(yīng)方程式為:。

(4)若圖乙裝置中盛有100mL0.2mol·L-1AgNO3溶液,當(dāng)甲烷燃料電池中消耗氧氣56mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)時,則此時圖乙裝置中溶液的pH=(溶液體積變化忽略不計),d極增重g。

答案:(1)正a(2)CH4+10OH--8e-CO32-+7H(3)4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3(4)11.08解析:(1)氧氣在b電極發(fā)生還原反應(yīng),b是正極;原電池中陰離子移向負(fù)極,故溶液中OH-移向a電極。(2)電極a上發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為CH4+10OH--8e-CO32-+7H(3)用惰性電極電解硝酸銀溶液,發(fā)生的總反應(yīng)方程式為4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3。(4)消耗氧氣56mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)時,轉(zhuǎn)移電子0.01mol,根據(jù)電子守恒,乙池生成n(H+)=0.01mol,c(H+)=0.1mol·L-1,pH=1;d電極生成0.01mol的銀,質(zhì)量為1.08g。10.(18分)人類活動產(chǎn)生的CO2長期積累會威脅生態(tài)環(huán)境,其減排問題受到全世界的關(guān)注。(1)將煤燃燒產(chǎn)生的二氧化碳回收利用,可達到降低碳排放的目的。圖1是通過光電轉(zhuǎn)化原理以廉價原料制備新產(chǎn)品的示意圖。寫出圖示轉(zhuǎn)化過程的化學(xué)方程式:。連接催化劑a、b的導(dǎo)線上電子移動方向是(填“a→b”或“b→a”)。

圖1圖2(2)高溫電解技術(shù)可將釋放的CO2轉(zhuǎn)化為具有工業(yè)利用價值的產(chǎn)品。反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO2+H2OCO+H2+O2,其工作原理如圖2所示,電極b上放出的氣體X為,與電極b相連的Y極為外接電源的(填“正”或“負(fù)”)極。

(3)工業(yè)上常用高濃度的K2CO3溶液吸收CO2得KHCO3溶液,再利用電解法使K2CO3溶液再生,其裝置如圖3所示,在陽極區(qū)附近發(fā)生的反應(yīng)包括和H++HCO3-CO2↑+H2圖3答案:(1)2CO2+2H2O2HCOOH+O2a→b(2)O2正(3)4OH--4e-2H2O+O2