人教版 (2019) 高中 化学 选择性必修1 第4章 化学反应与电能 课件+习题

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第四章　高分进阶特训(题目较难，选做)一、选择题1．(2022·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【答案】B2．(2022·天津卷)熔融钠－硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为2Na＋xSNa2Sx (x＝5～3，难溶于熔融硫)。 下列说法错误的是(　　)A．Na2S4的电子式为Na＋[ ]2－Na＋B．放电时正极反应为xS＋2Na＋＋2e－ === Na2SxC．Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极D．该电池是以Na－β－Al2O3为隔膜的二次电池【答案】C3．(2022·浙江7月选考) 电解高浓度RCOONa(羧酸钠)的NaOH溶液，在阳极RCOO－放电可得到R—R(烷烃)。下列说法不正确的是(　　)A．电解总反应方程式：2RCOONa＋2H2OR—R＋2CO2↑＋H2↑＋2NaOHB．RCOO－在阳极放电，发生氧化反应C．阴极的电极反应：2H2O＋2e－=== 2OH－＋H2↑D．电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷【答案】A4．(2022·全国卷Ⅲ)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)－空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O。该电池工作时，下列说法错误的是(　　)A．负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高C．电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VOD．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极【答案】B5．(2022·天津卷)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌－碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确的是(　　)A．放电时，a电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－B．放电时，溶液中离子的数目增大C．充电时，b电极每增重0.65 g, 溶液中有0.02 mol I－被氧化D．充电时，a电极接外电源负极【答案】D6．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＋H2OB．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋SC．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【答案】C7．一种可充电锂－空气电池如图所示。当电池放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处生成Li2O2－x(x＝0或1)。下列说法正确的是(　　)A．放电时，多孔碳材料电极为负极B．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极C．充电时，电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移D．充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋(1－)O2【答案】D8．某同学进行下列实验(已知Fe2＋与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色Fe3[Fe(CN)6]2沉淀)：操作现象取一块打磨过的生铁片，在其表面滴一滴含酚酞和K3[Fe(CN)6]的食盐水放置一段时间后，生铁片上出现如图所示“斑痕”，其边缘为红色，中心区域为蓝色，在两色环交界处出现铁锈下列说法不合理的是(　　)A．生铁片发生吸氧腐蚀B．中心区的电极反应为Fe－2e－ ===Fe2＋C．边缘处的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－D．交界处发生的反应为4Fe2＋＋O2＋10H2O===4Fe(OH)3＋8H＋【答案】D9．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是(　　)A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端生锈越严重B．图b中，开关由M改置于N时，Cu－Zn合金的腐蚀速率减小C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大D．图d中，Zn－MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的【答案】B10．(2022·全国卷Ⅰ)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是(　　)A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动【答案】B二、非选择题11．(1)(2022·全国卷Ⅱ，节选)氯气是制备系列含氯化合物的主要原料，可采用如图所示的装置来制取。装置中的离子膜只允许________离子通过，氯气的逸出口是________(填标号)。(2)(2022·全国卷Ⅱ，节选)CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如图所示：①阴极上的反应式为______________________。②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为________。(3)(2022·江苏卷，节选)HCOOH燃料电池。研究HCOOH燃料电池性能的装置如图所示，两电极区间用允许K＋、H＋通过的半透膜隔开。①电池负极电极反应式为____________________；放电过程中需补充的物质A为________(填化学式)。②图中所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为__________________________________。【答案】(1)Na＋　a(2)①CO2＋2e－=== CO＋O2－　②6∶5(3)①HCOO－＋2OH－－2e－ === HCO＋H2O　H2SO4②2HCOOH＋2OH－＋O2=== 2HCO＋2H2O12．(1)(2022·北京卷，节选)可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如下。通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。①制H2时，连接________。产生H2的电极方程式是______________。②改变开关连接方式，可得O2。③结合①和②中电极3的电极反应式，说明电极3的作用：____________________________。(2)(2022·全国卷Ⅱ，节选)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)(2022·全国卷Ⅲ，节选)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：负极区发生的反应有________________________________________(写反应方程式)。电路中转移1 mol电子，需消耗氧气________L(标准状况)。【答案】(1)①K1　2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－③制H2时，电极3发生反应：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O。制O2时，上述电极反应逆向进行，使电极3得以循环使用(2)Fe电极　Fe＋2===＋H2↑[或Fe＋2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑]　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(3)Fe3＋＋e－===Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O　5.6