高中化学人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第三节 化学反应热的计算免费同步达标检测题

第三节综合拔高练

五年选考练

考点1　阴、阳极的判断和电解产物的分析

1.(2016课标Ⅰ,11,6分,★★☆)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和S可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。

下列叙述正确的是(　　)

A.通电后中间隔室的S离子向正极迁移,正极区溶液pH增大

B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品

C.负极反应为2H2O-4e-O2+4H+,负极区溶液pH降低

D.当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.5 mol的O2生成

考点2　电解池原理的应用

2.(2019课标Ⅱ,27节选,★★☆)(4)环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2,结构简式为],后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如下图所示,其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。

该电解池的阳极为　　　　,总反应为　　　　　　　　　　　　　　。电解制备需要在无水条件下进行,原因为　　　　　　                                          　　　。 

3.(2019江苏单科,20节选,★★☆)(2)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图如图2。

图2

①写出阴极CO2还原为HCOO-的电极反应式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

②电解一段时间后,阳极区的KHCO3溶液浓度降低,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

4.(2018课标Ⅰ,13,6分,★★★)最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置,实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下图所示,其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生反应为:

①EDTA-Fe2+-e- EDTA-Fe3+

②2EDTA-Fe3++H2S 2H++S+2EDTA-Fe2+

该装置工作时,下列叙述错误的是(　　)

A.阴极的电极反应:CO2+2H++2e- CO+H2O

B.协同转化总反应:CO2+H2S CO+H2O+S

C.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低

D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性

5.(2017课标Ⅱ,11,6分,★★☆)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是(　　)

A.待加工铝质工件为阳极

B.可选用不锈钢网作为阴极

C.阴极的电极反应式为:Al3++3e-Al

D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动

三年模拟练

1.(2020福建福州三中高二期末,★★☆)下图中甲为甲烷和O2构成的燃料电池示意图,电解质为KOH溶液,乙为电解饱和MgCl2溶液的装置,其中乙装置中X为阳离子交换膜。用该装置进行实验,反应开始后观察到Fe电极附近出现白色沉淀。下列说法正确的是(　　)

A.甲中A处通入CH4,电极反应式为CH4+10OH--8e- C+7H2O

B.乙中电解MgCl2溶液的总反应为2Cl-+2H2O Cl2↑+H2↑+2OH-

C.理论上甲中每消耗22.4 L CH4(标准状况下),乙中产生4 mol Cl2

D.甲中电解质溶液的pH增大

2.(2020湖北部分重点高中高二期末联考,★★☆)硼酸(H3BO3)为一元弱酸,已知H3BO3与足量NaOH溶液反应的离子方程式为H3BO3+OH- B(OH,H3BO3可以通过电解的方法制备,其工作原理如图所示(阳离子交换膜和阴离子交换膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法正确的是(　　)

A.当电路中通过1 mol电子时,可得到1 mol H3BO3

B.将电源的正负极反接,工作原理不变

C.阴极室的电极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+

D.B(OH穿过阴离子交换膜进入阴极室,Na+穿过阳离子交换膜进入产品室

3.(2019湖北华中师大一附中高三上期中,★★☆)如图是一种正投入生产的大型蓄电系统。放电前,被膜隔开的电解质为Na2S2和NaBr3,放电后分别变为Na2S4和NaBr。下列叙述正确的是(　　)

A.放电时,负极反应为3NaBr-2e- NaBr3+2Na+

B.充电时,阳极反应为2Na2S2-2e- Na2S4+2Na+

C.放电时,Na+经过离子交换膜,由b池移向a池

D.用该电池电解饱和食盐水,产生2.24 L H2时,b池生成17.40 g Na2S4

4.(2019福建平和一中、南靖一中等五校高二上第一次联考,★★★)如图所示三套实验装置,分别回答下列问题。

图1

图2

图3

(1)图1中,若开始时开关K与a连接,则该装置为　　　　(填装置名称),电极A的电极反应式为　　　　　　　　。若开始时开关K与b连接,则总反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)2004年美国圣路易斯大学研制了一种新型的乙醇电池,它用磺酸类质子溶剂,在200 ℃左右时供电,电池示意如图2所示。

①　　　　极(填“a”或“b”)为电池的正极,电池工作时电子的流向为　　　　(填“a→b”或“b→a”)。 

②写出该电池负极的电极反应式:　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)用图3所示装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾(电解槽内的阳离子交换膜只允许阳离子通过,阴离子交换膜只允许阴离子通过)。

①该电解槽的阴极反应式为　。 

②制得的硫酸溶液从出口　　　　(填“A”或“D”)导出,并简述原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(请用化学用语和文字解释)。 

答案全解全析

五年选考练

1.B　负极区(阴极)电极反应为4H++4e-2H2↑,正极区(阳极)电极反应为4OH--4e-2H2O+O2↑。A项,通电后S向正极移动,正极区OH-放电,溶液酸性增强,pH减小;C项,负极反应为4H++4e-2H2↑,溶液pH增大;D项,当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.25 mol O2生成。

2.答案　(4)Fe电极

 　水会阻碍中间物Na的生成;水会电解生成OH-,进一步与Fe2+反应生成Fe(OH)2

解析　(4)根据反应历程可知,铁电极溶解生成了Fe2+,故应让Fe电极作电解池的阳极;由反应历程可知,反应物为Fe与环戊二烯,生成物为二茂铁和H2,再根据原子守恒写出总反应式;根据反应历程中有Na生成,水会与Na反应,从而中止反应,且电解过程中水会在阴极生成OH-,进一步与Fe2+反应生成Fe(OH)2。

3.答案　(2)①CO2+H++2e- HCOO-或CO2+HC+2e- HCOO-+C

②阳极产生O2,pH减小,HC浓度降低;K+部分迁移至阴极区

解析　(2)①CO2、HCOO-中碳元素化合价分别为+4、+2价,阴极电极反应式为CO2+2e-+H+HCOO-。

②阳极区生成O2:4OH--4e-O2↑+2H2O(或2H2O-4e-O2↑+4H+),溶液pH减小,HC与H+反应生成CO2逸出,K+部分通过阳离子交换膜移向阴极区,故阳极区KHCO3溶液浓度降低。

4.C　由石墨烯电极区反应①可知该极发生氧化反应,为阳极,则ZnO@石墨烯为阴极。阴极的电极反应为CO2+2H++2e- CO+H2O,A正确;装置工作时涉及三个反应,Fe2+与Fe3+的转化循环进行,总反应为CO2与H2S之间的反应,根据得失电子守恒可知总反应为CO2+H2S CO+H2O+S,B正确;石墨烯与电源正极相连,ZnO@石墨烯与电源负极相连,故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高,C错误;Fe2+、Fe3+均在酸性环境中稳定存在,D正确。

5.C　→O3发生氧化反应,故铝质工件为阳极,A正确;阴极材料应为金属或导电的非金属,可选用不锈钢网,B正确;电解质溶液中含有大量H+,故阴极的电极反应式为2H++2e- H2↑,C不正确;在电解池中,阴离子移向阳极,D正确。

三年模拟练

1.C　乙中Fe电极为阴极,C电极为阳极,与C电极相连的Pt电极为正极,故A处通入的气体为O2,正极反应为O2+2H2O+4e- 4OH-,故A错误;乙中电解MgCl2溶液的总反应为Mg2++2Cl-+2H2O Cl2↑+H2↑+Mg(OH)2↓,故B错误;甲中负极通入CH4,电极反应为CH4+10OH--8e- C+7H2O,乙中阳极上氯离子放电生成氯气,电极反应为2Cl--2e- Cl2,所以每消耗22.4 L CH4(标准状况下),乙中产生4 mol Cl2,故C正确;甲中的总反应为CH4+2O2+2KOH K2CO3+3H2O,KOH参加反应导致氢氧根离子浓度减小,溶液的pH降低,故D错误。

2.A　阳极电极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+,电路中通过4 mol电子时有4 mol H+生成,生成1 mol硼酸需要1 mol H+,所以电路中通过1 mol电子时,可得到1 mol H3BO3,故A正确;将电源的正负极反接,交换膜通过的离子不同,工作原理变化,故B错误;阴极电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-,故C错误;B(OH穿过阴离子交换膜进入产品室,Na+穿过阳离子交换膜进入阴极室,故D错误。

3.C　放电前,被膜隔开的电解质为Na2S2(右罐)和NaBr3(左罐),则Na2S2在负极失电子,NaBr3在正极得电子;充电时,阴极为负极的逆反应,阳极为正极的逆反应。放电时,负极Na2S2失电子,则负极的电极反应式为2-2e- ,A项错误;充电时,阳极上Br-失电子转化为B,则阳极的电极反应式为3Br--2e- B,B项错误;电池放电时,Na2S2和NaBr3反应,则电池的总反应方程式为2Na2S2+NaBr3 Na2S4+3NaBr,Na+经过离子交换膜,由b池移向a池,C项正确;用该电池电解饱和食盐水,产生2.24 L H2时,此体积不一定是在标准状况下测定的,无法进行换算,则b池生成Na2S4的质量不一定是17.40 g,D项错误。

4.答案　(1)原电池　2H2O+O2+4e- 4OH-　2H2O+2Cl- 2OH-+H2↑+Cl2↑　(2)①b　a→b　②C2H5OH-12e-+3H2O 12H++2CO2↑　(3)①2H2O+2e- 2OH-+H2↑　②A　2H2O-4e- 4H++O2↑,OH-在阳极放电,使水的电离平衡正向移动,c(H+)增大;S通过阴离子交换膜进入阳极区,和H+结合成硫酸

解析　(1)开关K与a连接形成原电池,电极A作正极,溶液中的O2得到电子生成OH-,电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-。开关K与b连接,装置为电解池,电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气,电解总反应的离子方程式为2Cl-+2H2O 2OH-+H2↑+Cl2↑。

(2)①燃料电池中,燃料乙醇在负极发生失电子的氧化反应,氧气在正极上发生得电子的还原反应,电流在电路中从正极流向负极,根据质子移动方向,可以知道b是正极,a是负极。②该电池负极的电极反应式为C2H5OH+3H2O-12e- 2CO2↑+12H+。

(3)①电解时,阴极上水电离出的H+得电子发生还原反应,电极反应式为2H2O+2e- 2OH-+H2↑。②阳极上失电子发生氧化反应,溶液中的OH-的放电能力大于S的放电能力,阳极OH-放电,因此S向阳极移动,该电极上会产生硫酸,阴极H+放电,因此K+向阴极移动,氢氧化钾在阴极生成,所以氢氧化钾溶液从出口D导出,制得的硫酸溶液从出口A导出。