人教版高考化学一轮复习第6章化学反应与能量专项突破练含答案

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新型化学电源试题的解答突破1．命题分析近几年高考中的新型电池种类繁多，“储氢电池”“高铁电池”“海洋电池”“燃料电池”“锂离子电池”等，这些新型电源常以选择题的形式呈现，旨在考查考生分析问题和探究问题的能力，以及证据推理与模型认知的核心素养。2．命题角度(1)电极的判断及其电极反应式的书写或判断。(2)两极产物及两极反应类型的判断。(3)两极附近溶液的pH变化或计算。(4)电子、电流、离子移动方向，交换膜的判断。(5)电子守恒的相关计算。解析这类考题，首先要理解常见的化学电源种类及原电池的工作原理，其次会判断正、负电极或阴、阳极，以及会书写电极反应式等。1．理解原电池的工作原理2．清楚原电池正、负极判断的“五方法”3．掌握新型电源中电极反应书写的“三步骤”(1)列物质，写式子。负极反应式：符合“还原剂－ne－→氧化产物”的形式；正极反应式：符合“氧化剂＋ne－→还原产物”的形式。(2)看环境，配守恒。检查是否符合原子守恒、电荷守恒、得失电子守恒。酸性介质：多余的“O”加“H”转化为H2O，不能出现OH－。若是碱性介质：多余的“O”加“H2O”转化为OH－，不能出现H＋；若是在熔融态电解质中进行的反应，则可添加熔融态电解质中的相应离子。(3)两式加，验总式。两电极反应式相加，与总反应式对照验证(对于较复杂的电极反应，某一极反应式可用总反应式减去较简单一极的电极反应式得到)。4．把握可充电电池题目的解答思路5．熟知含离子交换膜电化学装置题的解题步骤　(2020·河北名校联盟联考)我国科学家发明了一种“可固氮”的镁－氮二次电池，其装置如图所示。下列说法不正确的是(　　)A．固氮时，电池的总反应为3Mg＋N2===Mg3N2B．脱氮时，钌复合电极的电极反应式为Mg3N2－6e－===3Mg2＋＋N2↑C．固氮时，外电路中电子由钌复合电极流向镁电极D．当无水LiClMgCl2混合物受热熔融后电池才能工作解析：固氮时该装置为原电池装置，镁为活泼金属，作负极，被氧化成Mg2＋，钌复合电极为正极，氮气在电极上发生还原反应生成N3－，与熔融电解质中镁离子生成Mg3N2，所以总反应为3Mg＋N2===Mg3N2，故A项正确；脱氮时，－3价的氮要被氧化，钌复合电极应发生氧化反应，即Mg3N2失电子发生氧化反应生成氮气，电极反应为Mg3N2－6e－===3Mg2＋＋N2↑，故B项正确；固氮时，镁电极为负极，外电路中电子由负极镁电极流向钌复合电极，故C项错误；无水LiClMgCl2混合物常温下为固体，无自由移动离子，不能导电，受热熔融后产生自由移动离子导电，电池才能工作，故D项正确。答案：C　(2020·全国卷Ⅰ)科学家近年发明了一种新型ZnCO2水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是(　　)A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)eq \o\al(2－,4)B．放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 molC．充电时，电池总反应为2Zn(OH)eq \o\al(2－,4)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2OD．充电时，正极溶液中OH－浓度升高解析：由题可知，放电时，CO2转化为HCOOH，即CO2发生还原反应，故放电时右侧电极为正极，左侧电极为负极，Zn发生氧化反应生成Zn(OH)eq \o\al(2－,4)；充电时，右侧为阳极，H2O发生氧化反应生成O2，左侧为阴极，Zn(OH)eq \o\al(2－,4)发生还原反应生成Zn，据此分析解答。放电时，负极上Zn发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－＋4OH－=== Zn(OH)eq \o\al(2－,4)，故A项正确；放电时，CO2转化为HCOOH，C元素化合价降低2，则1 mol CO2转化为HCOOH时，转移电子数为2 mol，故B项正确；充电时，阳极上H2O转化为O2，负极上Zn(OH)eq \o\al(2－,4)转化为Zn，电池总反应为2Zn(OH)eq \o\al(2－,4)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，故C正确；充电时，正极即为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，溶液中H＋浓度增大，溶液中c(H＋)·c(OH－)＝KW，温度不变时，KW不变，因此溶液中OH－浓度降低，故D项错误。答案：D　[2020·新高考卷Ⅰ(山东卷)]微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。下列说法错误的是(　　)A．负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜C．当电路中转移1 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 gD．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1解析：据图可知a极上CH3COO－转化为CO2和H＋，C元素被氧化，所以a极为该原电池的负极，则b极为正极，据此分析解答。a极为负极，CH3COO－失电子被氧化成CO2和H＋，结合电荷守恒可得电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，故A项正确；为了实现海水的淡化，模拟海水中的氯离子需要移向负极，即a极，则隔膜1为阴离子交换膜，钠离子需要移向正极，即b极，则隔膜2为阳离子交换膜，故B项错误；当电路中转移1 mol电子时，根据电荷守恒可知，海水中会有1 mol Cl－移向负极，同时有1 mol Na＋移向正极，即除去1 mol NaCl，质量为58.5 g，故C项正确；b极为正极，水溶液为酸性，所以氢离子得电子产生氢气，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，所以当转移8 mol电子时，正极产生4 mol气体，根据负极反应式可知负极产生2 mol气体，物质的量之比为4∶2＝2∶1，故D项正确。答案：B1．(2020·安徽皖南八校临门一卷)微生物燃料电池能将污水中的乙二胺(H2NCH2CH2NH2)氧化成环境友好的物质，电池示意图如图所示，a、b均为石墨电极。下列说法错误的是(　　)A．a电极的电极反应为H2NCH2CH2NH2－16e－＋4H2O===2CO2↑＋N2↑＋16H＋B．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动C．a电极上的电势比b电极上的电势低D．电池工作时b电极附近溶液的pH保持不变解析：根据原电池装置图分析，H2NCH2CH2NH2在a电极上失电子发生氧化反应，生成氮气、二氧化碳和水，则a为负极，电极反应式为H2NCH2CH2NH2＋4H2O－16e－===2CO2↑＋N2↑＋16H＋，氧气在正极b上得电子发生还原反应，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋=== 2H2O，据此分析解答。H2NCH2CH2NH2在负极a上失电子发生氧化反应，生成氮气、二氧化碳和水，电极反应式为H2NCH2CH2NH2－16e－＋4H2O===2CO2↑＋N2↑＋16H＋，A项正确；原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，因此，电池工作时质子(H＋)通过质子交换膜由负极区向正极区移动，B项正确；由上述分析可知，a电极为负极，b电极为正极，故a电极上的电势比b电极上的电势低，C项正确；电池工作时，氧气在正极b上得电子发生还原反应，发生的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，H＋浓度减小，故b电极附近溶液的pH增大，D项错误。答案：D2．最近，科学家成功研制出一种电源，该电源在消耗二氧化碳的同时，还可释放电能。电源电极为铝电极和多孔碳电极，电解质溶液为草酸盐溶液，放电过程中草酸盐浓度基本不变，电源示意图如图所示。下列有关该电源的说法正确的是(　　)A．铝电极电势高于多孔碳电极B．用该电源电解饱和食盐水，理论上，每消耗1 mol二氧化碳可收集到标准状况下11.2 L氢气C．若生成0.5 mol草酸铝，有3 mol电子通过电解质溶液D．正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－解析：铝作原电池的负极，多孔碳电极作原电池的正极，正极的电势比负极电势高，A项错误；正极反应式为2CO2＋2e－===C2Oeq \o\al(2－,4)，用该电源电解饱和食盐水的阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，串联电路中转移的电子数相同，故消耗1 mol CO2，转移1 mol电子，理论上可收集到标准状况下11.2 L氢气，B项正确；电子无法通过电解质溶液，C项错误；根据题意，二氧化碳得电子，正极反应式为2CO2＋2e－===C2Oeq \o\al(2－,4)，D项错误。答案：B3．(2020·东北三省四市联合模拟)2019年3月，我国科学家研发出一种新型的锌碘单液流电池，其原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)A．放电时B电极反应式为I2＋2e－===2I－B．放电时电解质储罐中离子总浓度增大C．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜D．充电时，A极增重65 g时，C区增加离子数为4NA解析：由装置图可知，放电时，Zn是负极，负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，石墨是正极，反应式为I2＋2e－===2I－，外电路中电流由正极经过导线流向负极，充电时，阳极反应式为2I－－2e－=== I2，阴极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，据此分析解答。放电时，B电极为正极，I2得到电子生成I－，电极反应式为I2＋2e－===2I－，A项正确；放电时，左侧即负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，所以储罐中的离子总浓度增大，B项正确；离子交换膜是防止正、负极I2、Zn接触发生反应，负极区生成Zn2＋、正电荷增加，正极区生成I－、负电荷增加，所以Cl－通过M膜进入负极区，K＋通过N膜进入正极区，所以M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜，C项错误；充电时，A极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，A极增重65 g转移2 mol电子，所以C区增加2 mol K＋、2 mol Cl－，增加离子总数为4NA，D项正确。答案：C4．制氢和储氢作为氢能利用的关键技术，是当前科学家关注的热点问题之一。一定条件下，如图所示装置可实现有机物的电化学储氢(除目标产物外，近似认为无其他有机物生成)。电流效率＝eq \f(生成目标产物消耗的电子数,转移的电子总数)×100%，则下列说法错误的是(　　)A．电子移动方向为a→d；e→bB．d电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12C．该储氢装置的电流效率明显小于100%，其原因可能是除目标产物外，还有H2生成D．由图中数据可知，此装置的电流效率约为32.1%解析：由图可知，该装置为电解池，苯在电极d转化为环己烷，该过程是加氢过程，属于还原反应，则电极d为电解池的阴极，电极e为电解池的阳极，所以a为电源的负极，b为电源的正极，据此分析解答。根据分析，d为电解池的阴极，电极e为电解池的阳极，所以a为电源的负极，b为电源的正极，电源内部电子移动方向为a→d；电解池中电子的移动方向为e→b，故A项正确；d为电解池的阴极，发生还原反应，d电极上苯转化为环己烷，属于得到氢的过程，发生还原反应，由于存在质子交换膜，所以氢离子向阴极移动，则d电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12，故B项正确；阴极除了目标产物外，还可能发生氢离子得电子生成氢气的电极反应，则这种气体为氢气，故C项正确；根据题图信息，阳极生成2.8 mol的气体，该气体应该为阳极上OH－放电生成的氧气，生成1个氧气分子失去4个电子，则转移电子的物质的量为2.8 mol×4＝11.2 mol，电解过程中通过阴、阳极的电子数目相等，即阴极得到电子也为11.2 mol；阴极电极反应为C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12，参与反应的苯的物质的量为10 mol×24%－12 mol×10%＝1.2 mol，则生成环己烷消耗的电子数为7.2 mol，由此可知阴极还发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，且生成氢气消耗的电子数为11.2 mol－7.2 mol＝4 mol，则此装置的电流效率为eq \f(7.2 mol,11.2 mol)×100%≈64.3%，故D项错误。答案：D5．(2020·广东佛山质检)双极电化学法(装置如图)是在传统电解装置中放置了导电性电极BPE，通电时，BPE两端界面产生电势差，生成梯度合金。下列有关说法错误的是(　　)A．m为电源负极B．BPE的b端比a端的电势高C．BPE的a端发生的反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－D．BPE的b端到中心的不同位置，能形成组成不同的铜镍合金解析：由电解装置图可知，n极连接的电极：水发生氧化反应生成氧气，则n极为电源正极，电极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，则溶液中靠近正极的b端电势高于靠近负极的a端，则b端得到电子发生还原反应，电极反应为(1－x)Cu2＋＋xNi2＋＋2e－===NixCu1－x，a端失去电子发生氧化反应，电极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，据此分析解答。由上述分析可知，n极为电源正极，m为电源负极，故A项正确；溶液中靠近正极的b端电势高于靠近负极的a端，故B项正确；BPE的a端失去电子发生氧化反应，电极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，故C项错误；BPE的b端到中心的不同位置，由于电势不同，电极反应：(1－x)Cu2＋＋xNi2＋＋2e－===NixCu1－x中x不同，能形成组成不同的铜镍合金，故D项正确。答案：C6．(2020·宁夏三校联考)我国某科研团队设计了一种新型能量存储/转化装置(如图所示)。闭合K2、断开K1时，制氢并储能；断开K2、闭合K1时，供电。下列说法错误的是(　　)A．制氢时，溶液中K＋向Pt电极移动B．供电时，Zn电极附近溶液的pH不变C．供电时，X电极发生还原反应D．制氢时，X电极反应式为Ni(OH)2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O解析：闭合K2、断开K1时，制氢并储能，构成电解池，Pt电极发生还原反应，为阴极，X电极发生氧化反应，为阳极；断开K2、闭合K1时，构成原电池，X电极发生还原反应，为正极，Zn电极发生氧化反应，为负极，据此分析解答。制氢时，Pt电极为阴极，电子从X电极向Pt电极移动，溶液中K＋向Pt电极移动，A项正确；供电时，Zn电极发生氧化反应：Zn－2e－＋4OH－===ZnOeq \o\al(2－,2)＋2H2O，消耗OH－，pH减小，B项错误；供电时，X电极发生还原反应，NiOOH转化为Ni(OH)2，C项正确；制氢时，X电极为阳极，电极反应式为Ni(OH)2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O，D项正确。答案：B7．(2020·黑龙江大庆实验中学综合训练)一种双室微生物燃料电池污水净化系统原理如图所示，图中酸性污水中含有的有机物用C6H12O6表示。下列有关该电池的说法不正确的是(　　)A．正极的电极反应为Fe(CN)eq \o\al(3－,6)＋e－===Fe(CN)eq \o\al(4－,6)B．电池的总反应为C6H12O6＋24Fe(CN)eq \o\al(3－,6)＋6H2O===6CO2↑＋24Fe(CN)eq \o\al(4－,6)＋24H＋C．该“交换膜”可选用“质子交换膜”D．若将“K4Fe(CN)6溶液”改为“O2”，当有22.4 L O2参与反应时，理论上转移4 mol电子解析：反应中Fe(CN)eq \o\al(3－,6)生成Fe(CN)eq \o\al(4－,6)，铁元素被还原，应为原电池正极反应，发生Fe(CN)eq \o\al(3－,6)＋e－===Fe(CN)eq \o\al(4－,6)，负极C6H12O6被氧化生成水和二氧化碳，据此分析解答。根据元素化合价的变化可知Fe(CN)eq \o\al(3－,6)生成Fe(CN)eq \o\al(4－,6)的过程铁元素被还原，应为原电池的正极，所以正极反应为Fe(CN)eq \o\al(3－,6)＋e－===Fe(CN)eq \o\al(4－,6)，故A项正确；C6H12O6被氧化生成水和二氧化碳，Fe(CN)eq \o\al(3－,6)生成Fe(CN)eq \o\al(4－,6)，则总反应为C6H12O6＋24Fe(CN)eq \o\al(3－,6)＋6H2O===6CO2↑＋24Fe(CN)eq \o\al(4－,6)＋24H＋，故B项正确；原电池中阴离子有向负极移动的趋势，为防止Fe(CN)eq \o\al(3－,6)移向负极，同时可以使负极产生的氢离子迁移到正极，可选用质子交换膜，故C项正确；氧气所处的压强和温度未知，无法计算氧气的物质的量，故D项错误。答案：D8．(2020·安徽合肥线上考试)荣获2019年诺贝尔化学奖的吉野彰是最早开发具有商业价值的锂离子电池的日本科学家，他设计的可充电电池的工作原理示意图如图所示。该可充电电池的放电反应为LixCn＋Li(1－x)CoO2===LiCoO2＋nC。NA表示阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是(　　)A．该电池用于电动汽车可有效减少光化学烟雾污染B．充电时，阳极反应为LiCoO2－xe－===Li(1－x)CoO2＋xLi＋ C．放电时，Li＋由A极移向B极D．若初始两电极质量相等，当转移2NA个电子时，两电极质量差为14 g解析：汽车燃烧汽油等化石燃料，排放的汽车尾气含氮的氧化物，大量氮氧化物排放到空气中，在日光照射下二氧化氮能使氧气经过复杂的反应生成臭氧，臭氧与空气中的一些碳氢化合物发生作用后产生了一种有毒的烟雾，就是光化学烟雾，电动汽车可有效减少光化学烟雾污染，A项正确；该可充电电池的放电反应为LixCn＋Li(1－x) CoO2===LiCoO2＋nC，则放电时正极反应为Li(1－x)CoO2＋xLi＋＋xe－=== LiCoO2，充电时原电池的正极即为电解池的阳极，反应逆转，则反应为LiCoO2－xe－===Li(1－x)CoO2＋xLi＋，B项正确；由图知，A电极为原电池的负极，B电极为原电池的正极，放电时，Li＋由A极移向B极，C项正确；若初始两电极质量相等，当转移2NA个电子时，负极减少2 mol Li，其质量为14 g，正极有2 mol Li＋迁入，其质量为14 g，两电极质量差为28 g，D项错误。答案：D