2021届高三高考化学一轮复习 专题六　化学能与电能的转化（分考点练习）

这是一份2021届高三高考化学一轮复习 专题六　化学能与电能的转化（分考点练习），共22页。试卷主要包含了65 g,溶液中有0等内容，欢迎下载使用。
专题六　化学能与电能的转化
考点一　原电池原理及其应用
1.金属锂燃料电池是一种新型电池,比锂离子电池具有更高的能量密度。它无电时无需充电,只需更换其中的某些材料即可,其工作示意图如下。下列说法正确的是(　　)

A.放电时,通入空气的一极为负极
B.放电时,电池反应为4Li+O22Li2O
C.有机电解液可以是乙醇等无水有机物
D.在更换锂电极的同时,要更换水性电解液
答案　D　
2.LED系列产品是一类新型节能产品。图甲是NaBH4/H2O2燃料电池的装置示意图,图乙是LED发光二极管的装置示意图。下列叙述错误的是(　　)

A.电池应选用阳离子交换膜,Na+向A极区移动
B.电池A极区的电极反应式为H2O2+2e-2OH-
C.每有1 mol NaBH4参加反应,转移电子数为4NA
D.要使LED发光二极管正常发光,图乙中的导线a应与图甲中的B极相连
答案　C　
3.一定条件下,实验室利用如图所示装置,通过测量电压求算Ksp(AgCl)。工作一段时间后,两电极质量均增大。下列说法正确的是(　　)

A.右池中银电极作负极
B.总反应为Ag++Cl- AgCl↓
C.正极电极反应式为Ag-e- Ag+
D.盐桥中的NO3-向右池方向移动
答案　B　
4.“碳呼吸电池”是一种新型化学电源,其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.该装置能将电能转化为化学能
B.正极的电极反应为C2O42--2e- 2CO2↑
C.每得到1 mol草酸铝,电路中转移3 mol电子
D.利用该技术可捕捉大气中的CO2
答案　D　
5.为了减少钢管因锈蚀造成的损失,某城市拟用如图方法保护埋在酸性土壤中的钢管。下列有关说法中错误的是(　　)

A.在潮湿的酸性土壤中钢管主要发生析氢腐蚀
B.在潮湿的酸性土壤中电子由金属棒M通过导线流向钢管
C.在潮湿的酸性土壤中H+向金属棒M移动,抑制H+与铁的反应
D.金属棒M与钢管用导线连接后可使钢管表面的腐蚀电流接近零
答案　C　
6.为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D-Zn—NiOOH二次电池,结构如图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。

下列说法错误的是(　　)
A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高
B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l)
C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-ZnO(s)+H2O(l)
D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区
答案　D　
7.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　D　
8.将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(　　)

A.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e- Fe3+
B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D.以水代替NaCl溶液,铁不能发生吸氧腐蚀
答案　C　
9.我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为:3CO2+4Na2Na2CO3+C。下列说法错误的是(　　)
　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　

A.放电时,ClO4-向负极移动
B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2
C.放电时,正极反应为:3CO2+4e-2CO32-+C
D.充电时,正极反应为:Na++e-Na
答案　D　
10.一种可充电锂—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-x2)O2↑
答案　D　
11.下列说法正确的是(　　)
A.反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的ΔH0
B.地下钢铁管道用导线连接锌块可以减缓管道的腐蚀
C.常温下,Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12,pH=10的含Mg2+溶液中,c(Mg2+)≤5.6×10-4 mol·L-1
D.常温常压下,锌与稀H2SO4反应生成11.2 L H2,反应中转移的电子数为6.02×1023
答案　BC　
12.Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是(　　)
A.负极反应式为Mg-2e- Mg2+
B.正极反应式为Ag++e- Ag
C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移
D.负极会发生副反应Mg+2H2O Mg(OH)2+H2↑
答案　B　
13.锌—空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O 2Zn(OH)42-。下列说法正确的是(　　)
A.充电时,电解质溶液中K+向阳极移动
B.充电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐减小
C.放电时,负极反应为:Zn+4OH--2e- Zn(OH)42-
D.放电时,电路中通过2 mol电子,消耗氧气22.4 L(标准状况)
答案　C　
14.某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池,放电时电池总反应为:Li1-xCoO2+LixC6 LiCoO2+C6(x7
C.钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀
D.一定条件下反应N2+3H22NH3达到平衡时,3v正(H2)=2v逆(NH3)
答案　C　
21.我国古代青铜器工艺精湛,有很高的艺术价值和历史价值。但出土的青铜器大多受到环境腐蚀,故对其进行修复和防护具有重要意义。
(1)原子序数为29的铜元素位于元素周期表中第　　　　周期。 
(2)某青铜器中Sn、Pb的质量分别为119 g、20.7 g,则该青铜器中Sn和Pb原子的数目之比为　　　　。 
(3)研究发现,腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl。关于CuCl在青铜器腐蚀过程中的催化作用,下列叙述正确的是　　　　。 
A.降低了反应的活化能
B.增大了反应的速率
C.降低了反应的焓变
D.增大了反应的平衡常数
(4)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位,Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应,该化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(5)如图所示为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。

①腐蚀过程中,负极是　　　　(填图中字母“a”或“b”或“c”); 
②环境中的Cl-扩散到孔口,并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl,其离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　; 
③若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl,则理论上耗氧体积为　　　L(标准状况)。 
答案　(1)四　(2)10∶1　(3)A、B
(4)Ag2O+2CuCl 2AgCl+Cu2O
(5)①c　②2Cu2++3OH-+Cl- Cu2(OH)3Cl↓　③0.448
22.酸性锌锰干电池是一种一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。有关数据如下表所示:
溶解度/(g/100 g水)
　　　温度/℃
化合物　　
0
20
40
60
80
100
NH4Cl
29.3
37.2
45.8
55.3
65.6
77.3
ZnCl2
343
395
452
488
541
614

化合物
Zn(OH)2
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Ksp近似值
10-17
10-17
10-39

回答下列问题:
(1)该电池的正极反应式为　　　　　　　　　　　　　,电池反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　。 
(2)维持电流强度为0.5 A,电池工作5分钟,理论上消耗锌　　　　g。(已知F=96 500 C·mol-1) 
(3)废电池糊状填充物加水处理后,过滤,滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl,二者可通过　　　　　　　　　　分离回收;滤渣的主要成分是MnO2、　　　　和　　　　,欲从中得到较纯的MnO2,最简便的方法为　　　　　　,其原理是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(4)用废电池的锌皮制备ZnSO4·7H2O的过程中,需除去锌皮中的少量杂质铁,其方法是:加稀H2SO4和H2O2溶解,铁变为　　　　,加碱调节至pH为　　　　时,铁刚好沉淀完全(离子浓度小于1×10-5 mol·L-1时,即可认为该离子沉淀完全);继续加碱至pH为　　　　时,锌开始沉淀(假定Zn2+浓度为0.1 mol·L-1)。若上述过程不加H2O2后果是　　　　　　　　,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案　(1)MnO2+H++e- MnOOH
2MnO2+Zn+2H+ 2MnOOH+Zn2+(每空1分,共2分)[注:式中Zn2+可写为Zn(NH3)42+、Zn(NH3)2Cl2等,H+可写为NH4+]　(2)0.05(2分)
(3)加热浓缩、冷却结晶　碳粉　MnOOH　空气中加热
碳粉转变为CO2,MnOOH氧化为MnO2(每空1分,共5分)
(4)Fe3+　2.7　6　Zn2+和Fe2+分离不开　Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近(每空1分,共5分)

考点二　电解原理及其应用
1.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)4-,H3BO3可以通过电解的方法制备。其工作原理如图所示(阳膜和阴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)4-穿过阴膜进入阴极室,Na+穿过阳膜进入产品室
答案　A　

2.高压直流电线路的瓷绝缘子经日晒雨淋容易出现铁帽腐蚀现象,在铁帽上加锌环能有效防止铁帽腐蚀,防护原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.通电时,锌环是阳极,发生氧化反应
B.通电时,阴极上的电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-
C.断电时,锌环上的电极反应为Zn2++2e-Zn
D.断电时,仍能防止铁帽被腐蚀
答案　C　
3.图甲为一种新型污水处理装置,该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能,图乙是一种用惰性电极电解饱和食盐水的消毒液发生器。下列说法不正确的是(　　)

A.图甲的X点要与图乙中的a极连接
B.图乙中b极的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑
C.当N极消耗1 mol气体时,有2 mol H+通过离子交换膜
D.若有机废水中主要含有淀粉,则图甲中M极反应为(C6H10O5)n+7nH2O-24ne-6nCO2↑+24nH+
答案　C　
4.某工厂用电解法处理含有SO2的尾气,其装置如图所示(电极材料均为惰性电极)。下列说法不正确的是(　　)

A.电极a连接的是电源的正极
B.若电路中转移0.03 mol e-,则离子交换膜左侧溶液中增加0.03 mol 离子
C.图中的离子交换膜是阳离子交换膜
D.阴极的电极反应式为2HSO3-+2e-+2H+ S2O42-+2H2O
答案　B　
5.普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质,利用下面的双膜(阴离子交换膜和过滤膜)电解装置可制备高纯度的Cu。下列有关叙述中正确的是(　　)

A.电极a为粗铜,电极b为精铜
B.甲膜为过滤膜,可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区
C.乙膜为阴离子交换膜,可阻止杂质阳离子进入阴极区
D.当电路中通过1 mol电子时,可生成32 g精铜
答案　D　
6.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
答案　C　
7.三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SO42-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SO42-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
答案　B　
8.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
答案　C　
9.纯净物X、Y、Z转化关系如图所示,下列判断正确的是(　　)
　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　

A.X可能是金属铜 B.Y不可能是氢气
C.Z可能是氯化钠 D.Z可能是三氧化硫
答案　A　
10.某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示,该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是(　　)

A.该装置将化学能转化为光能和电能
B.该装置工作时,H+从b极区向a极区迁移
C.每生成1 mol O2,有44 g CO2被还原
D.a电极的反应为:3CO2+18H+-18e- C3H8O+5H2O
答案　B　
11.用如图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为9~10,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是(　　)

A.用石墨作阳极,铁作阴极
B.阳极的电极反应式:Cl-+2OH--2e- ClO-+H2O
C.阴极的电极反应式:2H2O+2e- H2↑+2OH-
D.除去CN-的反应:2CN-+5ClO-+2H+ N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O
答案　D　
12.在固态金属氧化物电解池中,高温共电解H2O-CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式,基本原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A.X是电源的负极
B.阴极的电极反应式是:H2O+2e- H2+O2-
　　　　　　　　　　 CO2+2e- CO+O2-
C.总反应可表示为:H2O+CO2 H2+CO+O2
D.阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶1
答案　D　
13.氢能源是最具应用前景的能源之一,高纯氢的制备是目前的研究热点。
(1)甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。
①反应器中初始反应的生成物为H2和CO2,其物质的量之比为4∶1,甲烷和水蒸气反应的方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
②已知反应器中还存在如下反应:
ⅰ.CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)　ΔH1
ⅱ.CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)　ΔH2
ⅲ.CH4(g) C(s)+2H2(g)　ΔH3
……
ⅲ为积炭反应,利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时,还需要利用　　　　　　　　　　　　　　　　反应的ΔH。 
③反应物投料比采用n(H2O)∶n(CH4)=4∶1,大于初始反应的化学计量数之比,目的是　 　(选填字母号)。 
a.促进CH4转化
b.促进CO转化为CO2
c.减少积炭生成
④用CaO可以去除CO2。H2体积分数和CaO消耗率随时间变化关系如下图所示。

从t1时开始,H2体积分数显著降低,单位时间CaO消耗率　　　　(填“升高”“降低”或“不变”)。此时CaO消耗率约为35%,但已失效,结合化学方程式解释原因:　 　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)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的电极反应式是　　　　　　　　　　　　　　　。 
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:  　 。 
答案　(1)①CH4+2H2O 4H2+CO2
②C(s)+2H2O(g) CO2(g)+2H2(g)或C(s)+CO2(g)2CO(g)
③abc
④降低　CaO+CO2 CaCO3,CaCO3覆盖在CaO表面,减少了CO2与CaO的接触面积
(2)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
14.焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题:
(1)生产Na2S2O5,通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为:

①pH=4.1时,Ⅰ中为　　　　　　溶液(写化学式)。 
②工艺中加入Na2CO3固体、并再次充入SO2的目的是　　　　　　　　　　　。 
(3)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为　　　　　　　　　　。电解后,　　　　室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5。 

(4)Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时,取50.00 mL葡萄酒样品,用0.010 00 mol·L-1的碘标准液滴定至终点,消耗10.00 mL。滴定反应的离子方程式为　　　　　　　　　　,该样品中Na2S2O5的残留量为　　　g·L-1(以SO2计)。 
答案　(1)2NaHSO3 Na2S2O5+H2O
(2)①NaHSO3　②得到NaHSO3过饱和溶液
(3)2H2O-4e- O2↑+4H+　a
(4)S2O52-+2I2+3H2O 2SO42-+4I-+6H+　0.128
15.利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得。
(1)利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为　　　　溶液(填化学式),阳极电极反应式为　　　　　　　,电解过程中Li+向　　　　电极迁移(填“A”或“B”)。 

(2)利用钴渣[含Co(OH)3、Fe(OH)3等]制备钴氧化物的工艺流程如下:

Co(OH)3溶解还原反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。铁渣中铁元素的化合价为　　　　。在空气中煅烧CoC2O4生成钴氧化物和CO2,测得充分煅烧后固体质量为2.41 g,CO2体积为1.344 L(标准状况),则钴氧化物的化学式为　　　　。 
答案　(1)LiOH　2Cl--2e-Cl2↑　B
(2)2Co(OH)3+SO32-+4H+2Co2++SO42-+5H2O
[或Co(OH)3+3H+Co3++3H2O,2Co3++SO32-+H2O2Co2++SO42-+2H+]　+3　Co3O4
16.铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下:

注:SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。
(1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　。 
(2)向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液,溶液的pH　　　　　(填“增大”“不变”或“减小”)。 
(3)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是　　　　　　　　　　　　　。 
(4)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液,原理如图所示。阳极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　,阴极产生的物质A的化学式为　　　　　。 

(5)铝粉在1 000 ℃时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合,有利于AlN的制备,其主要原因是　。 
答案　(1)Al2O3+2OH-2AlO2-+H2O
(2)减小
(3)石墨电极被阳极上产生的O2氧化
(4)4CO32-+2H2O-4e-4HCO3-+O2↑　H2
(5)NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜