第四章化学反应与电能同步习题2023--2024学年上学期高二化学人教版（2019）选择性必修1

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第四章 化学反应与电能同步习题一、单选题（共14题）1．在一块表面无锈的钢片上滴食盐水，放置一段时间后看到钢片上有铁锈出现。钢片腐蚀过程中发生反应的总化学方程式为，进一步被氧气氧化为，再在一定条件下脱水生成铁锈，其原理如图所示。下列说法正确的是A．钢片发生还原反应而被腐蚀B．钢片腐蚀生成的铁锈可以保护内层的铁不被腐蚀C．钢片腐蚀过程中负极发生的电极反应：-D．钢片里的铁和碳与食盐水形成了无数微小原电池，发生了电化学腐蚀2．设NA为阿伏加德罗常数的值。下列有关叙述正确的是A．pH=13的Ba(OH)2溶液中含有OH-离子数目为0.1NAB．用电解法精炼铜时，若电路中转移2 mol电子，阳极质量减轻64 gC．9.2 g NO2和N2O4的混合气体中含有原子数目为0.6NAD．16.25 g FeCl3完全水解转化为氢氧化铁胶体，生成0.1NA个胶粒3．工业上常用电解硫酸钠溶液联合生产硫酸和烧碱溶液的装置如图所示，其中阴极和阳极均为情性电极。测得同温同压下，气体甲与气体乙的体积比约为1:2，以下说法正确的是 A．a极与电源的负极相连B．产物丙为氢氧化钠溶液C．d为阴离子交换膜D．通入含丙、丁的稀溶液的目的是增强溶液的导电性4．寒冷的冬季，保暖贴已普遍使用。暖身贴是由原料层、明胶层、无纺布袋三部分组成的，原料层置于无纺布袋内，明胶层用于使暖贴粘附在衣服上。原料层是由铁粉、活性炭、无机盐、水等合成的聚合物。下列说法正确的是A．保暖贴中发生的反应是由原电池原理引发的化学反应B．保暖贴中的反应是铁与氧气的反应，反应速率很慢C．保暖贴中的能量转化方式是化学能转化为电能D．保暖贴中的活性炭是原电池的负极5．下列关于仪器名称或使用的说法错误的是A．甲仪器有“0”刻度，使用前需要先检漏、洗涤和润洗B．乙仪器可用于加热硫酸铜溶液得到硫酸铜晶体C．用丙仪器(不限数量)、电极材料、导线及必要试剂可设计一个产生电流的装置D．丁仪器的名称为坩埚，需垫石棉网进行固体加热6．二氧化碳的资源化利用是目前研究的热点问题，锂—二氧化碳二次电池的研究取得了突破，该电池放电时的总反应为：3CO2+4Li=2Li2CO3+C，下列说法正确的是A．该电池隔膜两侧的电解液a、b均可选用水性电解液B．放电时，电子从锂电极流出，最终通过电解质溶液流回锂电极，构成闭合回路C．放电时，正极的电极反应式为3CO2+ 4Li ++4e— = 2Li2CO3+CD．充电时，锂电极与外接电源的正极相连7．下列实验正确且能达到实验目的的是A．图A是制取并收集氨气 B．图B是还原氧化铜C．图C是检验绿矾溶液是否变质 D．图D是制备少量氢气8．关于如图所示原电池的说法错误是A．锌电极是负极 B．锌电极失去电子C．铜电极上有氢气产生 D．铜电极上发生氧化反应9．化学与生产、生活、科技和环境等密切相关。下列有关说法正确的是A．“光化学烟雾”的形成与氮氧化物有关B．储氢合金是一类通过物理方法吸附的新型合金材料C．为了实现“碳达峰、碳中和”，可对燃煤进行脱硫处理D．三星堆出土的青铜面具呈红棕色斑迹，是由于铜发生了吸氧腐蚀10．化学与生活、生产紧密相关。下列有关说法正确的是A．氯碱工业是电解熔融的NaCl，在阳极能得到Cl2B．工业上用Na2S除去废水中的Hg2+C．在合成氨工业中，为提高平衡转化率采用高温条件D．草木灰与铵态氮肥混合施用可增强肥效11．科学家利用电化学装置实现CH4和CO2两种分子的耦合转化，其原理如下图所示，下列说法错误的是A．耦合过程中，O2-从电极M移向电极NB．多孔电极的表面积大，有利于提高耦合转化率C．阳极上的反应式可能为:6CH4+5O2--10e-=C2H6+2C2H4+5H2OD．若维持电流为0.5A，持续工作10min，消耗CO2的物质的量为3.1×10-3mol(F=96500C·mol-1)12．食品包装中常见的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等，其脱氧过程与电化学知识相关。下列分析不正确的是A．脱氧过程是放热反应，可降低温度，延长食品保质期B．脱氧过程中炭作原电池正极，电极反应为：4H++O2+4e-=2H2OC．含有0.56 g铁粉的脱氧剂，理论上最多能吸收氧气168 mL(标准状况)D．该过程实现了化学能到电能的转化13．某二次锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，下列说法错误的是A．放电时电子由Li经导线用电器、导线到正极B．放电时正极反应可能为Li2S8+14Li++14e-=8Li2SC．充电时，该电池的总反应为8Li2S=16Li+S8D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗1.4 g锂时，铅酸蓄电池消耗1.8 g水14．肼(N2H4)暴露在空气中容易爆炸，但利用其作燃料电池是一种理想的电池，具有容量大、能量转化效率高、产物无污染等特点，其工作原理如图所示，下列叙述错误的是A．电池工作时，正极附近的pH升高B．当消耗1molO2时，有2molNa+由甲槽向乙槽迁移C．负极反应为4OH-+N2H4-4e-=N2+4H2OD．若去掉离子交换膜电池不能正常工作二、填空题（共10题）15．某兴趣小组用下图装置研究原电池的工作原理。(1)甲中K断开时，装置中发生反应的离子方程式为 ；K闭合时，Cu棒上的现象为 ，外电路电流的方向由 （填“Cu到Zn”或“Zn到Cu”）。(2)乙图为氢氧燃料电池构造示意图，其中通入氧气的电极为电池的 极（填“正”或负”），电极反应为 。16．（1）将两铂片插入KOH溶液中作为电极，在两极区分别通入甲烷(或氢气、一氧化碳等可燃性气体)和氧气构成燃料电池，则通入甲烷气体的一极是原电池的 极，该极的电极反应式是 ，电池工作时的总反应的离子方程式是 。（2）熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极气体，空气与CO2的混合气体为正极气体，制得650 ℃下工作的燃料电池，完成下列反应式：正极： ，负极：2CO＋2CO32-－4e－=4CO2。总反应： 。（3）铅蓄电池放电时，总反应为PbO2＋Pb＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O，由此可以判断：①原电池的电极材料：负极： 。②电极反应式：正极：PbO2＋4H＋＋SO42-＋2e－=PbSO4＋2H2O，负极反应式为 。③工作后，铅蓄电池里电解质溶液的pH (填“变大”“变小”或“不变”)，理由是 。17．根据下图，回答下列问题：(1)若闭合S1，装置属于 ，锌极作 。(2)若闭合S2，装置属于 ，锌极上的反应为 。(3)若闭合S3，装置属于 ，总反应为 。18．氢燃料电池车是北京冬奥会期间的交通服务用车，酸性氢氧燃料电池的构造如图(Ⅰ)所示。(1)若该电池中的电解质溶液是稀硫酸溶液，则 a 电极上发生反应的电极反应式为 (2)b 电极是该电池的 极(填“正”或“负”)，从氧化还原反应的角度分析，该电极发生的反应属于 反应。(3)当转移 0.2mol 电子时，需要消耗标况下的氢气体积是 L。(4)如图 (Ⅱ)所示，是某化学兴趣小组探究不同条件下化学能转变为电能的装置。请回答下列问题：  ①当电极 a 为 Fe，电极 b 为 Cu，电解质溶液为浓 HNO3溶液时，一段时间后，形成稳定电流的原电池的总反应的离子方程式为 。②燃料电池的工作原理是将燃料和氧化剂(如 O2)反应所产生的化学能转化为电能。现设计一燃料电池，以电极 a 为正 极，电极 b 为负极，CH4为燃料，采用 NaOH 溶液为电解液，则 CH4通入的电极反应式为 。19．铬是造成水体重度污染的元素之一，水体除铬主要有还原沉淀法、离子交换法、光催化还原法等。(1)还原沉淀法：向水体中加入FeSO4、CaSO3等将高毒性Cr(Ⅵ)还原为低毒性Cr(Ⅲ)，再调节pH使Cr(Ⅲ)生成Cr(OH)3沉淀除去。①Cr(Ⅵ)在水溶液中的存在形态分布如图甲所示。向pH=1.5的含Cr(Ⅵ)污水中加入FeSO4，发生的主要反应的离子方程式为 。②Cr(Ⅲ)在水溶液中的存在形态分布如图乙所示。当pH＞12时，铬去除率下降的原因可用离子方程式表示为 。(2)离子交换法：用强碱性离子交换树脂(ROH)与含铬离子(CrO、HCrO等)发生离子交换。如与CrO的交换可表示为2ROH(s)+CrO(aq)R2CrO4(s)+2OH－(aq)。Cr(Ⅵ)去除率与pH关系如图丙所示，当pH＞4时，Cr(Ⅵ)去除率下降的原因是 。(3)光催化还原法：可能的反应机理如图丁所示，ZrO2纳米管为催化剂，在紫外光照射下，VB端光生空穴(h+)被牺牲剂甲醇(CH3OH)消耗。在紫外光照射下，甲醇还原Cr(Ⅵ)的过程可描述为： 。(4)金属也可用于还原废水中的Cr(Ⅵ)。其他条件相同时，用相同物质的量的Zn粉、Zn—Cu粉分别处理pH=2.5的含Cr(Ⅵ)废水，废水中Cr(Ⅵ)残留率随时间的变化如图所示。图中b对应的实验方法处理含Cr(Ⅵ)废水的效果更好，其原因是 。20．甲烷和甲醇可以做燃料电池，具有广阔的开发和应用前景，回答下列问题                                        图1                                       图2(1)甲醇燃料电池（简称DMFC）由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染，可作为常规能源的替代品而越来越受到关注．DMFC工作原理如图1所示：通入a气体的电极是原电池的 极（填“正”“负”），其电极反应式为 。(2)某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图2所示U形管中氯化钠溶液的体积为800mL．闭合K后，若每个电池甲烷用量均为0.224L（标况），且反应完全，则理论上通过电解池的电量为 （法拉第常数F=9.65×104C/mol，电量Q＝nF），若产生的气体全部逸出，电解后溶液混合均匀，电解后U形管中溶液的pH为 。21．Ⅰ.CO2是重要的化工原料，也是应用广泛的化工产品。CO2与过氧化钠或超氧化钾反应可产生氧气。完成下列计算：(1)CO2通入氨水生成NH4HCO3，NH4HCO3很容易分解。2.00mol NH4HCO3完全分解，分解产物经干燥后的体积为 L(标准状况)。(2)某H2中含有2.40 molCO2，该混合气体通入2.00 L NaOH溶液中，CO2被完全吸收。如果NaOH完全反应，该NaOH溶液的浓度为 。(3)CO2和KO2有下列反应：4KO2+2CO2→2K2CO3+3O2 4KO2+4CO2+2H2O→4KHCO3+3O2若9 mol CO2在密封舱内和KO2反应后生成9 molO2，则反应前密封舱内H2O的量应该是 。(4)甲烷和水蒸气反应的产物是合成甲醇的原料：CH4+H2OCO+3H2已知：CO+2H2CH3OH CO2+3H2CH3OH+H2O300 mol CH4完全反应后的产物中，加入100 mol CO2后合成甲醇。若获得甲醇350 mol，残留氢气120 mol，计算CO2的转化率 Ⅱ.氨碱法制纯碱包括石灰石分解、粗盐水精制、氨盐水碳酸化等基本步骤。完成下列计算：(5)CaCO3质量分数为0.90的石灰石100 kg完成分解产生CO2 L(标准状况)。石灰窑中，该石灰石100 kg与焦炭混合焙烧，产生CO2 29120 L(标准状况)，如果石灰石中碳酸钙完全分解，且焦炭完全燃烧，不产生CO，则焦炭的物质的量为 mol。(6)已知粗盐水含MgCl2 6.80 mol/m3，含CaCl2 3.00mol/m3。向粗盐水中加入Ca(OH)2除镁离子：MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + CaCl2然后加入Na2CO3除钙离子。处理上述粗盐水10 m3，至少需要加Na2CO3 g。如果用碳酸化尾气(含NH3体积分数为0.100、CO2体积分数0.040)代替碳酸钠，发生如下反应：Ca2+ + 2NH3 + CO2 + H2O → CaCO3↓ + 2NH4+处理上述10 m3粗盐水至少需要通入 L(标准状况)碳酸化尾气。(7)某氨盐水含氯化钠1521 kg，通入二氧化碳后析出碳酸氢钠晶体，过滤后溶液中含氯化铵1070 kg。①过滤后溶液中氯化钠的质量 。②析出的碳酸氢钠晶体的质量 。22．在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置示意图如图。请回答：（1）A电极对应的金属是 (写元素名称)，B电极发生 （氧化或还原）反应，电极反应式是 （2）镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更 被腐蚀(填“容易”“不容易”)。23．如图A为浸透饱和氯化钾溶液和酚酞试液的滤纸，B为电镀槽、回答下列问题： (1)闭合K1打开K2，滤纸A的左端显 (填“蓝色”“红色”或“无色”)；滤纸A上发生的总化学方程式为 ；(2)欲在铁片上镀锌，则X的电极材料为 ，镀件为 (填“阴”或“阳”)极；电镀时应将K1、K2同时闭合，电极Y上发生的电极反应式为 。24．当今社会的主题之一：发展经济，节能减排。而燃料电池因其无污染，且原料来源广可再生被人们青睐，广泛应用于生产、生活、科学研究中，现有如下图所示装置，所有电极均为Pt，请按要求回答下列问题：(1)甲装置是 (填“原电池”或“电解池”)，写出a极的电极反应 。(2)乙池中c极的电极反应 。(3)当b极消耗标准状况下的O2112mL时，若乙中硫酸铜溶液的体积是200mL，假若电解前后溶液体积保持不变，此时乙池中的pH= 。(4)若CuSO4(aq)足够，电解一段时间后，要恢复到原来的状态，则可加入_______。A．CuO B．Cu(OH)2 C．CuCO3 D．Cu2(OH)2CO3(5)现用丙装置电解硫酸钾溶液制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾，其中M、N为离子交换膜，只允许某些离子通过，则A出口导出的溶液溶质为 (写化学式)，M为 离子交换膜(填“阴”或“阳”)。参考答案：1．D【详解】A．结合题图知失电子，化合价升高，发生氧化反应，A项错误；B．铁锈结构疏松，不能保护内层金属，B项错误；C．钢片腐蚀时，作负极，发生氧化反应，C项错误；D．钢片上的溶液为铁与碳形成原电池提供了电解质溶液，D项正确；答案选D。2．C【详解】A．由于溶液的体积未知，故无法计算溶液中含有 OH-离子数目，故A错误；B．电解精炼铜时阳极为粗铜，粗铜中有些比铜活泼的金属Fe、Zn等会先于铜放电，且会有阳极泥的形成，所以电路中转移2 mol电子，阳极质量减轻不一定是64 g，故B错误；C．NO2和N2O4的最简式均为NO2，所以9.2 g NO2和N2O4的混合气体相当于9.2gNO2，物质的量为=0.2mol，所含原子为0.2mol3=0.6mol，个数为0.6NA，故C正确；D．16.25 g FeCl3的物质的量为=0.1mol，由于氢氧化铁胶体中的胶粒是一定量Fe(OH)3的集合体，故完全水解转化为氢氧化铁胶体，生成胶粒小于0.1NA个，故D错误；综上所述答案为C。3．D【分析】电解硫酸钠溶液实质是电解水，阳极生成氧气、阴极生成氢气，气体甲与气体乙的体积比约为1:2，甲是氧气、乙是氢气。【详解】A．a极有氧气放出，a是阳极，与电源的正极相连，故A错误；B．a是阳极，电极反应式是↑，所以产物丙为硫酸溶液，故B错误；C．乙是氢气，b为阴极，电极反应式是，丁是氢氧化钠，所以d为阳离子交换膜，故C错误；D．离子浓度越大，溶液导电能力越强，通入含丙、丁的稀溶液的目的是增强溶液的导电性，故D正确；选D。4．A【分析】由铁粉、活性炭、无机盐、水等合成的聚合物，则铁粉为负极，失电子产生亚铁离子，活性炭为正极，氧气得电子产生氢氧根离子；【详解】A．根据分析可知，保暖贴中发生的反应是由原电池原理引发的化学反应，选项A正确；B．原电池引发反应，化学反应速率很快，选项B错误；C．反应放热使温度升高，则化学能转化为热能，选项C错误；D．活性炭是电池的正极，选项D错误；答案选A。5．D【详解】A．甲为酸、碱式滴定管，“0”刻度在上部，使用前需要先检漏、洗涤和润洗，A正确；B．乙为蒸发皿，可用于蒸发结晶，B正确；C．丙为烧杯和U形管，取两烧杯装电解质溶液，U形管作盐桥，金属活动性不同的两金属条作电极材料，分别插在两烧杯中，用导线连接两电极材料，就构成了原电池，C正确；D．丁为坩埚，可直接加热，不需要垫石棉网，D错误； 故选D。6．C【分析】由图可知，放电时，金属锂为锂—二氧化碳二次电池的负极，锂失去电子发生氧化反应生成锂离子，电极反应式为Li—e—= Li +，附有二氧化碳的电极为正极，在锂离子作用下，二氧化碳得到电子发生还原反应生成碳酸锂和碳，电极反应式为3CO2+ 4Li ++4e— = 2Li2CO3+C。【详解】A．若电解液a用水性电解液，锂会与溶液中的水反应降低电池效率，故A错误；B．电子不能通过电解质溶液，故B错误；C．由分析可知，放电时，附有二氧化碳的电极为正极，在锂离子作用下，二氧化碳得到电子发生还原反应生成碳酸锂和碳，电极反应式为3CO2+ 4Li ++4e— = 2Li2CO3+C，故C正确；D．由分析可知，放电时，金属锂为锂—二氧化碳二次电池的负极，则充电时，锂电极与外接电源的负极相连，故D错误；故选C。7．D【详解】A．氨气极易溶于水，不能用排水法收集，A不符合题意；B．装置为密闭装置，一氧化碳不能顺利进入试管，B不符合题意； C．亚铁离子变质生成铁离子，应该使用KSCN溶液检验，C不符合题意；D．电解水生成氢气和氧气，能达到目的，D符合题意；故选D。8．D【分析】锌、铜、稀硫酸形成了原电池，该原电池装置中，活泼金属锌失电子作负极，负极上失电子发生氧化反应，电极反应为Zn-2e-=Zn2+，铜作正极，正极上氢离子得电子发生还原反应，电极反应为2H++2e-=H2↑，总的电极反应为：Zn+2H+=Zn2++H2↑，由此分析。【详解】A．根据分析可知，锌作负极，故A不符合题意；B．根据分析可知，锌作负极，负极上锌失电子发生氧化反应，电极反应为Zn-2e-=Zn2+，故B不符合题意；C．铜作正极，正极上氢离子得电子发生还原反应，电极反应为2H++2e-=H2↑，铜电极上有氢气生成，故C不符合题意；D．铜作正极，正极上氢离子得电子发生还原反应，故D符合题意；答案选D。9．A【详解】A．“光化学烟雾”的形成与氮氧化物的大量排放密切相关，A正确；B．储氢合金储氢过程中会生成金属氢化物，有新物质生成，是化学变化，B错误；C．燃煤脱硫不能减少二氧化碳的排放，对实现“碳达峰、碳中和”无作用，C错误；D．铜锈蚀生成铜绿，红棕色是铁锈的颜色，D错误；故选A。10．B【详解】A．氯碱工业是电解饱和的NaCl溶液，在阳极能得到Cl2，A错误；B．除去废水中的Hg2+，可根据HgS溶解度小的性质，向废水中加入少量Na2S除去，B正确；C．合成氨的正反应是放热反应，为提高平衡转化率要采用适当温度、高压条件，并使用催化剂，若采用高温，就会使平衡逆向移动，不利于合成氨气，C错误；D．草木灰水解使溶液显碱性，若与铵态氮肥混合施用，会导致部分N元素转化为氨气逸出，使肥效降低，而不是能增强肥效，D错误；故合理选项是B。11．D【详解】A．据图可知，左侧为阴极，右侧为阳极，电解池工作时，阴离子流向阳极，即O2-从电极M移向电极N，A正确；B．多孔电极的表面积大，可以增大与反应物的接触面积，有利于提高耦合转化率，B正确；C．据图可知阳极上CH4被氧化为C2H6和C2H4，根据电子守恒、元素守恒可知，阳极反应式可能为6CH4+5O2--10e-=C2H6+2C2H4+5H2O，C正确；D．若维持电流为0.5A，持续工作10min，转移的电子为=3.1×10-3mol，阴极反应为CO2+2e-=CO+O2-，所以消耗1.55×10-3molCO2，D错误；综上所述答案为D。12．B【分析】Fe、C和NaCl溶液构成原电池，因为是脱氧剂，相当于发生吸氧腐蚀，Fe易失电子作负极，C作正极，负极反应式为Fe-2e-=Fe2+、正极反应式为2H2O+O2+4e-=4OH-，生成的亚铁离子和氢氧根离子反应生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁被氧化生成氢氧化铁。【详解】A．由分析可知，脱氧过程本质是Fe被氧气氧化，该过程为放热反应，可通过降低温度，如存放于冰箱，从而减慢反应速率，延长食品保质期，故A正确；B．炭作正极，氧气在正极上得电子发生还原反应，电极反应为：2H2O+O2+4e-=4OH-，故B错误；C．负极反应式为Fe-2e-=Fe2+、正极反应式为2H2O+O2+4e-=4OH-，生成的亚铁离子和氢氧根离子反应生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁被氧化生成氢氧化铁，所以Fe单质最终转化为+3价铁元素，0.56g Fe的物质的量为0.01mol，完全转化为+3价铁元素时，转移电子的物质的量为0.03mol，根据转移电子守恒消耗氧气体积×22.4L/mol=168mL，故C正确；D．该过程涉及原电池反应，原电池将化学能转化为电能，故D正确。答案选B。13．D【分析】根据图中信息可知放电时负极锂失电子发生氧化反应，电极反应为：Li-e-=Li+，Li+移向正极，正极发生还原反应：S8+2e-=，+2Li+=Li2S8，3Li2S8+2Li++2e-=4Li2S6，2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4，Li2S4+2Li++2e-=2Li2S2，Li2S2+2Li++2e-=2Li2S，根据电极反应式结合电子转移进行计算。【详解】A．放电时电子由负极Li经导线用电器、导线到正极，选项A正确；B．据分析可知正极可发生反应：Li2S8+14Li++14e-=8Li2S，选项B正确；C．根据分析，充电时Li2S反应最终生成Li、S8，故电池总反应为8Li2S=16Li+S8，选项C正确；D．负极反应为：Li-e-=Li+，用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗1.4 g锂时，消耗的锂为0.02mol，外电路流过0.02mol电子时，铅酸蓄电池反应2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4，消耗水0.02mol 18g/mol=0.36 g，选项D错误；答案选D。14．B【分析】从图中可以看出，通入N2H4的电极为负极，通入O2的电极为正极。在负极，N2H4失电子产物与电解质反应生成N2等；在正极，O2得电子产物与水反应生成OH-等。【详解】A．电池工作时，正极发生反应O2+2H2O+4e-=4OH-，则正极附近溶液的pH升高，A正确；B．当消耗1molO2时，正极生成4molOH-，则有4molNa+由负极向正极迁移，B错误；C．在负极，N2H4失电子产物与电解质反应生成N2等，则负极反应为4OH-+N2H4-4e-=N2+4H2O，C正确；D．若去掉离子交换膜，则N2H4与O2直接接触，从而发生爆炸，电池不能正常工作，D正确；故选B。15． Zn+2H+=Zn2++H2↑ 有气泡产生 Cu到Zn 正 O2 +4e−+ 4H+=2H2O【分析】根据原电池的工作原理分析解答。【详解】(1)甲中K断开时，锌与稀硫酸直接发生置换反应，该反应的离子方程式为Zn+2H+=Zn2++H2↑；K闭合时，形成Zn-Cu-稀H2SO4原电池，Zn比Cu活泼，Cu作原电池的正极，正极反应为2H++2e-=H2↑，故Cu棒上有气泡产生；原电池工作时，电子从负极流出，经导线流向正极，电流方向与电子的流向相反，故外电路中电流的方向由Cu到Zn；(2)氢氧燃料电池中，通入氧气的电极为电池的正极，通入氢气的电极为电池的负极，在正极上，氧气得电子发生还原反应，故正极反应式为O2+4e−+ 4H+=2H2O。【点睛】氢氧燃料电池的工作原理是2H2+O2=2H2O，负极通入氢气，氢气失电子被氧化，正极通入氧气，氧气得电子被还原，根据电解质溶液的酸碱性确定电极反应式，①若选用KOH溶液作电解质溶液，正极的电极反应式为O2 + 2H2O + 4e-=4OH-，负极的电极反应式为：2H2 - 4e- + 4OH- =4H2O；②若选用硫酸作电解质溶液，正极的电极反应式为O2 + 4H++ 4e-=2H2O，负极的电极反应式为：2H2 - 4e-=4H+。16． 负极 CH4－8e－＋10OH－=CO32-＋7H2O CH4＋2O2＋2OH－=CO32-＋3H2O O2＋2CO2＋4e－=2CO32- 2CO＋O22CO2 Pb Pb－2e－＋SO42-=PbSO4 变大 铅蓄电池在放电过程中消耗了H2SO4【分析】（1）甲烷、氧气和氢氧化钾溶液构成燃料电池，甲烷易失电子发生氧化反应，则甲烷所在电极为负极，氧气所在电极为正极，负极上甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，在得失电子相等的条件下，将电极反应式相加即得电池反应式；（2）该燃料电池中，正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，在得失电子相同条件下将正负极电极反应式相加即可得电池反应式，据此分析解答；（3）在原电池中得电子化合价降低的作正极；Pb为负极，负极上Pb失电子和硫酸根离子反应生成硫酸铅；根据方程式知，硫酸参加反应生成硫酸铅沉淀和水，所以溶液中氢离子浓度降低。【详解】（1）根据上述分析可知，负极上电极反应式为CH4－8e－＋10OH－=CO32-＋7H2O，正极上电极反应式为为O2+2H2O+4e-=4OH-，在得失电子相等的条件下，将电极反应式相加即得电池反应式，所以电池反应离子方程式为：CH4＋2O2＋2OH－=CO32-＋3H2O，故答案为负极；CH4－8e－＋10OH－=CO32-＋7H2O；CH4＋2O2＋2OH－=CO32-＋3H2O；（2）该熔融盐燃料电池中，正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－=2CO32-，又负极电极反应式为2CO+2CO32-−4e−═4CO2，在得失电子相同条件下将正负极电极反应式相加得电池反应式2CO＋O22CO2，故答案为O2＋2CO2＋4e－=2CO32-;2CO＋O22CO2；（3）①在原电池中得电子化合价降低的作正极，放电时，Pb元素化合价由0价、+4价变为+2价，所以Pb作负极、PbO2作正极，故答案为Pb；②Pb为负极，负极上Pb失电子和硫酸根离子反应生成硫酸铅，电极反应式为Pb+SO42--2e-═PbSO4；③根据方程式知，硫酸参加反应生成硫酸铅沉淀和水，所以溶液浓度降低，溶液中氢离子浓度降低，则溶液的pH变大，故答案为变大；铅蓄电池在放电过程中消耗了H2SO4。【点睛】书写燃料电池电极反应式时要注意溶液的酸碱性不同，电极反应式不同。如甲烷燃料电池中，若为酸性溶液，则CH4在负极氧化产物为CO2，若为碱性环境，则CH4在负极氧化产物为CO32-，根据产物不同，结合电荷守恒、原子守恒书写正确的电极反应式。17． 原电池 负极 电解池 Zn - 2e-=Zn2+ 电解池 Cu + H2SO4CuSO4+ H2↑【详解】(1)若闭合S1，符合原电池的构成条件：有活泼性不同的两个电极锌和铜，有电解质溶液硫酸，形成了闭合回路，其中活泼金属锌为负极；因此，本题正确答案是：原电池，负极；(2)若闭合S2，则该装置是含有外加电源的装置，属于电解池，金属锌活泼金属作阳极，本身失电子，电极反应为：Zn-2e-=Zn2+；因此，本题正确答案是：电解池，Zn-2e-=Zn2+；(3)若闭合S3，则该装置是含有外加电源的装置，属于电解池，金属锌做阴极，金属铜为阳极，电解的总反应为Cu + H2SO4 CuSO4+H2↑；因此，本题正确答案是：Cu +H2SO4CuSO4+ H2↑。18．(1)H2-2e=2H+(2) 正 还原(3)2.24L(4) Cu+4H++2= Cu2++ 2NO2↑ + 2H2O CH410OH--8e-= +7H2O【详解】（1）酸性氢氧燃料电池中氢气为还原剂，氢气在负极失去电子变为氢离子，氧气在正极得到电子，则a电极上发生反应的电极反应式为H2-2e=2H+；故答案为: H2-2e=2H+；（2）b电极通入氧气,氧气得到电子，发生还原反应，因此b电极是该电池的正极，从氧化还原反应的角度分析，该电极发生的反应属于还原反应；故答案为:正；还原；（3）根据电极反应式H2-2e=2H+，当转移0.2mol电子时， 需要消耗0.1mol氢气，标况下的氢气体积是0.1mol224 L/mol=2.24L；故答案为: 2.24L；（4）①当电极a为Fe、电极b为Cu、电解质溶液为浓硝酸时，铁与浓硝酸钝化，所以Cu易失电子作负极、Fe为正极，正极上硝酸根离子得电子发生还原反应生成二氧化氮气体，形成稳定电流的原电池的总反应的离子方程式为Cu+4H++2= Cu2++ 2NO2↑ + 2H2O，故答案为: Cu+4H++2= Cu2++ 2NO2↑ + 2H2O；②燃料电池中，负极.上燃料失电子发生氧化反应，所以通入甲烷的电极为b，反应式为: CH410OH--8e-= +7H2O，故答案为: CH410OH--8e-= +7H2O。19．(1) 3Fe2++HCrO+7H+=3Fe3++Cr3++4H2O Cr(OH)3+OH－=Cr(OH)(2)pH升高导致离子交换平衡左移；pH＞4后HCrO转化为CrO，交换CrO所需OH－的量是交换HCrO所需OH－的量的两倍(3)甲醇(CH3OH)在VB端失去电子，并被转移到CB端；Cr(Ⅵ)在CB端得到电子还原为Cr(Ⅲ)，Cr(Ⅲ)可以进一步得到电子还原为Cr(0)(4)曲线b是使用Zn−Cu粉处理废水的结果，由于形成Zn−Cu原电池，加快了还原Cr(Ⅵ)的反应速率【详解】（1）①Cr(Ⅵ)在水溶液中的存在形态分布如图甲所示。向pH=1.5的含Cr(Ⅵ)污水中加入FeSO4，发生的主要反应是Fe2+与HCrO在酸性条件下反应生成Fe3+、Cr3+和H2O，其离子方程式为3Fe2++HCrO+7H+=3Fe3++Cr3++4H2O；故答案为：3Fe2++HCrO+7H+=3Fe3++Cr3++4H2O。②Cr(Ⅲ)在水溶液中的存在形态分布如图乙所示。当pH＞12时，铬去除率下降主要是Cr(OH)3在碱性条件下和OH－反应生成Cr(OH)，用离子方程式表示为Cr(OH)3+OH－=Cr(OH)；故答案为：Cr(OH)3+OH－=Cr(OH)。（2）Cr(Ⅵ)去除率与pH关系如图丙所示，当pH＞4时，Cr(Ⅵ)去除率下降的原因是pH升高，氢氧根浓度增大，根据2ROH(s)+CrO(aq)R2CrO4(s)+2OH－(aq)，导致离子交换平衡左移；根据图甲，pH＞4后HCrO转化为CrO，交换CrO所需OH－的量是交换HCrO所需OH－的量的两倍，消耗的氢氧根较多；故答案为：pH升高导致离子交换平衡左移；pH＞4后HCrO转化为CrO，交换CrO所需OH－的量是交换HCrO所需OH－的量的两倍。（3）在紫外光照射下，VB端光生空穴(h+)被牺牲剂甲醇(CH3OH)消耗，甲醇在VB端失去电子，电子被转移到CB端，Cr(Ⅵ)在CB端得到电子还原为Cr(Ⅲ)，Cr(Ⅲ)可以进一步得到电子还原为Cr(0)，这就是甲醇还原Cr(Ⅵ)的过程；故答案为：甲醇(CH3OH)在VB端失去电子，并被转移到CB端；Cr(Ⅵ)在CB端得到电子还原为Cr(Ⅲ)，Cr(Ⅲ)可以进一步得到电子还原为Cr(0)。（4）图中b对应的实验方法处理含Cr(Ⅵ)废水的效果更好，其原因是曲线b是使用Zn−Cu粉处理废水，由于形成Zn−Cu原电池，加快了还原Cr(Ⅵ)的反应速率，在较短时间内残留率低；故答案为：曲线b是使用Zn−Cu粉处理废水的结果，由于形成Zn−Cu原电池，加快了还原Cr(Ⅵ)的反应速率。20．(1) 负 CH3OH+H2O﹣6e﹣=CO2+6H+(2) 7.72×103C 13【详解】（1）燃料电池中，通入燃料的电极为负极，发生氧化反应，加成被氧化生成二氧化碳，电极方程式为CH3OH+H2O﹣6e﹣=CO2+6H+。（2）电解氯化钠溶液的化学方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，可知关系式1 mol CH4～8 mol e﹣～8molNaOH，故若每个电池甲烷通入量为0.224L（标准状况），生成0.08molNaOH，c（NaOH）==0.1mol/L，pH=13；电解池通过的电量为×8×9.65×104C•mol﹣1=7.72×103C。21． 89.6 2.4 mol/L≥c≥1.2 mol/L 3(mol) 80% 20160L 400 10388 54880L 351kg 1680kg【详解】Ⅰ.（1）NH4HCO3完全分解生成NH3、CO2，方程式为NH4HCO3NH3↑+CO2↑+H2O，分解后水为液态，则2molNH4HCO3可生成4mol气体，体积为4mol×22.4L/mol=89.6L，故答案为89.6。（2）2.40molCO2与NaOH完全反应，产物可能为Na2CO3或NaHCO3或二者都有，假设全部生成生成NaHCO3，则发生CO2+NaOH=NaHCO3，n（NaOH）=n（CO2）=2.40mol，则c（NaOH）=2.4mol/2.00L=1.20mol/L；假设全部生成，则发生CO2+2NaOH=Na2CO3，n（NaOH）=2n（CO2）=4.80mol，则c（NaOH）=4.80mol/2.00L=2.40mol/L；综合以上两种情况可知，NaOH溶液的浓度应该1.20mol/L≤c（NaOH）≤2.40mol/L，故答案为2.4mol/L≥c≥1.2mol/L。（3）依题意，9 molCO2在密封舱内和KO2反应后生成9 mol O2，即n（CO2）：n（O2）=1：1，通过观察题给两个方程式可知，当把两个方程式相加时正好符合题目要求：8KO2+6CO2+2H2O→2K2CO3+4KHCO3+6O2，所以有n（H2O）=1313n（CO2）=1313×9mol=3mol，即反应前密封舱内H2O的物质的量为3mol，故答案为3mol。（4）在合成甲醇的反应中，氢元素在生成物中有两种存在形式，一是存在于甲醇中，二是存在于水中，设CO2的转化率为α，CH4+H2O→CO+3H2300mol        900molCO2+3H2→CH3OH+H2O100amol  100amol根据题意，反应后残留氢气120mol，则实际参加反应的氢气为900mol-120mol，根据反应中氢元素的守恒可有900mol-120mol=350mol×2+100amol，解得a=0.8，即设CO2的转化率为80%，故答案为80%。Ⅱ.（5）CaCO3分解的反应方程式是：CaCO3CaO+CO2↑，根据方程式可知每1molCaCO3反应会产生1molCO2，质量分数为0.90的石灰石100kg物质的量是n(CaCO3)=(1.0×105g×0.90)÷100g/mol=900mol，则石灰石完成分解产生标准状况下的CO2的体积是V(CO2)=n∙Vm=900mol×22.4L/mol=20160L。石灰窑中，该石灰石100kg与焦炭混合焙烧，产生标准状况下CO229120L，如果石灰石中碳酸钙完全分解，且焦炭完全燃烧，不产生CO，则焦炭燃烧产生的CO2的体积是V(CO2)=V(总)-V(石灰石)=29120L-20160L=8960L，则其物质的量是n(CO2)=V(CO2)÷Vm=8960L÷22.4L/mol=400mol。根据碳元素守恒，可知焦炭的物质的量与产生的物质的量CO2相等，也是400mol，故答案为20160L，400。（5）10m3粗盐水中含有的MgCl2、CaCl2物质的量是：n(MgCl2)=6.80mol/m3×10m3=68mol；n(CaCl2)=3.00mol/m3×10m3=30mol。根据反应方程式MgCl2+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaCl2可知1molMgCl2发生反应被除去时引入1molCaCl2。则向粗盐水中加入Ca(OH)2除镁离子后得到的溶液中含有的CaCl2的物质的量是：68mol+30mol=98mol，根据反应方程式：Na2CO3+CaCl2=CaCO3↓+2NaCl可知反应消耗Na2CO3的物质的量与CaCl2的物质的量相等，则其质量是m(Na2CO3)=nM=98mol×106g/mol=10388g。根据反应方程式Ca2++2NH3+CO2+H2O→CaCO3↓+2NH4+可知反应消耗的氨气与CO2的物质的量的比是2:1，而混合气体中含NH3体积分数为0.100、CO2体积分数0.040，说明NH3过量，不能完全反应，应该以不足量的CO2为标准进行计算，而n(Ca2+)=n(CO2)，n(Ca2+)=98mol，则需要n(CO2)=98mol，混合气体的物质的量是n(混合)=98mol÷0.04=2450mol，其在标准状况下的体积是V(混合)=nVm=2450mol×22.4L/mol=54880L，故答案为10388，54880。（7）①n(NaCl)(总)=m÷M=1521000g÷58.5g/mol=26000mol，反应产生的NH4Cl的物质的量是n(NH4Cl)=m÷M=1070000g÷53.5g/mol=20000mol，根据氯元素守恒可知，在溶液中含有的NaCl的物质的量是n(NaCl)=n(NaCl)(总)-n(NH4Cl)=26000mol-20000mol=6000mol，其质量是m(NaCl)=n∙M=6000mol×58.5g/mol=351000g=351kg，故答案为351。②氨盐水中发生反应根据反应方程式：NaCl+CO2+NH3+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl。产生的NaHCO3的物质的量与NH4Cl的物质的量相等，则析出的碳酸氢钠晶体的质量是m(NaHCO3)=n∙M=20000mol×84g/mol=1680000g=1680kg，故答案为1680。【点睛】根据化学方程式计算时一定要准确找出相关物质之间的计量数关系，如果有一种反应物过量，则应根据量少的反应物来进行计算；如果涉及多步反应，可以根据几个化学方程式找出有关物质的关系式进行计算，使计算简化；如果是离子反应，可以根据离子方程式进行计算；如果是氧化还原反应，也可以利用电子转移关系进行有关计算。22． 铜   还原 Cu2+ + 2e- = Cu 容易【详解】分析：电镀池中，作阳极的是镀层金属，做阴极的是待镀金属，金属阳离子在该极上发生得电子的还原反应；在原电池中，负极金属更易被腐蚀，据此解答。详解：(1)在铁件的表面镀铜的电镀池中，作阳极的是镀层金属铜，做阴极的是待镀金属铁，即A电极对应的金属是铜，B极上金属阳离子铜离子发生得电子的还原反应，即Cu2++2e-=Cu，故答案为铜；还原；Cu2++2e-=Cu；(2)镀铜铁破损后，金属铁为负极，镀锌铁破损后，金属铁是正极，在原电池中，负极金属更易被腐蚀，所以镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，故答案为容易。23． 红色 2KCl+2H2O2KOH+Cl2↑+H2↑ 锌 阴 Zn2++2e-=Zn【分析】(1)闭合K1，打开K2，滤纸A的左端为阴极，氢离子得电子放出氢气，同时生成氢氧根离子；右端为阳极，氯离子失电子放出氯气，据此书写发生的总化学方程式；(2)先判断X、Y的电极，根据电镀原理结合阴阳极上发生的反应写出相应的电极反应式。【详解】(1)闭合K1，打开K2，滤纸A的左端为阴极，氢离子得电子放出氢气，同时生成氢氧根离子，OH-遇酚酞试液变为红色，所以滤纸A的左端显红色；右端为阳极，氯离子失电子放出氯气，则滤纸A上发生的总化学方程式为 2KCl+2H2O2KOH+Cl2↑+H2↑；(2)电镀时，X是阳极，Y是阴极，镀层锌作阳极，镀件铁片作阴极；电镀时应将K1、K2同时闭合；Y电极即阴极上的电极反应式为Zn2++2e-=Zn。【点睛】本题考查了电解原理及其应用，知道溶液中离子的放电顺序是写电极反应式及总反应方程式的关键。要明确与电源负极连接的电极为阴极，发生还原反应，与电源正极连接的电极为阳极，发生氧化反应，电镀时，镀层金属为阳极，镀件为阴极，含有镀层金属阳离子的溶液为电镀液。24．(1) 原电池 CH3OH+ 8OH- -6e- = CO+ 6H2O(2)2 H2O- 4e-= O2↑+4H+(3)1(4)AC(5) H2SO4 阴【分析】由图中可知，甲装置为原电池，a是原电池负极，b是原电池正极，乙丙装置为电解池。【详解】（1）甲装置是原电池，a是原电池负极，其电极反应为CH3OH+ 8OH- -6e- = CO+ 6H2O。（2）乙池为电解池，c极是阳极，其电极反应为2 H2O- 4e-= O2↑+4H+。（3）由图分析可知O2~4e- ~4H+则 c(H+)= = 0.1mol/L   pH=1。（4）乙池只发生反应2CuSO4+2H2O  2Cu+O2↑+2H2SO4， 损失的是铜与氧元素，所以要恢复到原来的状态只需要加入铜与氧元素即可。（5）丙装置的左室消耗的是水电离的OH-，左室与电源的正极相连为电解池的阳极，SO42-向左室定向移动，所以A出口的产品是H2SO4，M是阴离子交换膜。