2020新课标高考化学二轮专题限时集训4化学能与热能、电能的相互转化（Word版附解析）.doc

专题限时集训(四)　化学能与热能、电能的相 互转化 (限时：45 分钟) (对应学生用书第 135 页) 1．N2O 和 CO 是环境污染性气体，可在 Pt2O＋表面转化为无害气体，其反应 为 N2O(g)＋CO(g)CO2(g)＋N2(g)　ΔH，有关化学反应的物质变化过程(图 1)及 能量变化过程(图 2)如下： 图 1　　　　　图 2 下列说法正确的是(　　) A．由图 1 可知 ΔH1＝ΔH＋ΔH2 B．由图 2 可知 ΔH＝－226 kJ·mol－1 C．为了实现转化需不断向反应器中补充 Pt2O＋和 Pt2O＋2 D．由图 2 可知该反应正反应的活化能大于逆反应的活化能 B　[A 项，由图 1 知，N2O(g)―→N2(g)　ΔH1，CO(g)―→CO2(g)　ΔH2，由 盖斯定律可得，ΔH＝ΔH1＋ΔH2，错误；B 项，由图 2 知，反应物为 N2O(g)＋ CO(g)，生成物为 CO2(g)＋N2(g)，ΔH＝134 kJ·mol－1－360 kJ·mol－1＝－226 kJ·mol－1，正确；C 项，由图 1 知，Pt2O＋、Pt2O ＋2 是催化剂，转化过程中无需向 反应器中补充，错误；D 项，由图 2 知，该反应正反应的活化能小于逆反应的活 化能，错误。] 2．利用 CO2 可以制取甲醇，有关化学反应如下： ①CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)　 ΔH1＝－178 kJ·mol－1 ②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　 ΔH2＝－566 kJ·mol－1 ③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH3＝－483.6 kJ·mol－1 已知反应①中相关的化学键键能数据如下： 化学键 C—H H—H C—O H—O 键能/ (kJ·mol－1) 413 436 358 463 则断开 1 mol C===O 需要的能量和 CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)的 ΔH 分别 为(　　) A．吸收 750 kJ·mol－1　＋219.2 kJ·mol－1 B．放出 750 kJ·mol－1　－143.2 kJ·mol－1 C．吸收 1 500 kJ·mol－1　－438.4 kJ·mol－1 D．吸收 750 kJ·mol－1　－219.2 kJ·mol－1 D　[依据反应焓变 ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和，CO2(g)＋ 3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)的反应焓变 ΔH1＝(2×EC===O＋3×436 kJ·mol－1)－ (3×413 kJ·mol－1＋358 kJ·mol－1＋463 kJ·mol－1＋463 kJ·mol－1×2)＝－178 kJ·mol－1；求得：EC===O＝750 kJ·mol－1。将①＋②÷2－③÷2 即得所求方程式，Δ H＝－178 kJ·mol－1＋1 2 ×(－566 kJ·mol－1)－1 2 ×(－483.6 kJ·mol－1)＝－219.2 kJ·mol－1。] 3．(2019·浙江 4 月选考)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。 甲　　　　　乙 丙　　　　　丁 下列说法不正确的是 (　　) A．甲：Zn2＋向 Cu 电极方向移动，Cu 电极附近溶液中 H＋浓度增加 B．乙：正极的电极反应式为 Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－ C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄D．丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降 A　[铜锌原电池(电解质溶液为硫酸)中铜作正极，电极反应为 2H＋＋2e－ ===H2↑，故铜电极附近 H＋浓度降低，A 项错误。] 4．(2019·湖北七市联考)现有二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池，其原理如 图所示。下列说法不正确的是(　　) A．该电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合 B．该电池工作时质子从 Pt1 电极经过内电路流到 Pt2 电极 C．Pt1 电极附近发生的反应为 SO2＋2H2O－2e－===SO2－4 ＋4H＋ D．Pt2 电极附近发生的反应为 O2＋4e－＋2H2O===4OH－ D　[Pt2 电极发生的反应应为 O2＋4e－＋4H＋===2H2O，D 不正确。] 5．(2019·德州一模)高氯酸在化工生产中有广泛应用。工业上以 NaClO4 为原 料制备高氯酸的原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．上述装置中，f 极为光伏电池的正极 B．阴极的电极反应为 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ C．d 处得到较浓的 NaOH 溶液，c 处得到 HClO4 D．若转移 2 mol 电子，理论上生成 100.5 g HClO4 C　[根据 Na＋移向，可知 c 为阳极，e 为正极，d 为阴极，f 为负极。阴极反 应为 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阳极反应为 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。故 A、B 错；转移 2 mol 电子，生成 2 mol HClO4 即 201.0 g，D 错。] 6．一种 Li­CO2/草酸盐二次电池的装置如图所示，装置工作时，下列说法错 误的是(　　)A．充电时，Li＋从阳膜右侧移向左侧 B．放电时，多孔碳极上的电极反应 2CO2＋2e－===C2O2－4 C．充电时，多孔碳极的电势比金属锂极的高 D．放电时，若 CO2 中混有空气电池性能和产物均不变 D　[根据图示可知金属锂为负极，电极反应式为 Li－e－===Li＋，多孔碳极为 正极，电极反应式为 2CO2＋2e－===C2O2－4 。] 7．(2019·郑州一检)科学家设计了一种可以循环利用人体呼出的 CO2 并提供 O2 的装置，总反应的方程式为 2CO2===2CO＋O2。下列说法正确的是(　　) A．由图分析 N 电极为正极 B．OH－通过离子交换膜迁向左室 C．阴极的电极反应为 CO2＋H2O＋2e－===CO＋2OH－ D．反应完毕，该装置中电解质溶液的碱性增强 C　[由题图可知 N 电极为负极，P 电极为正极，A 项错误；OH－通过阴离子 交换膜迁向右室，B 项错误；根据题图知，阴极发生的电极反应为 CO2＋H2O＋2e －===CO＋2OH－，C 项正确；根据总反应 2CO2===2CO＋O2 可知反应完毕装置中 溶液的 pH 并无变化，故碱性不会增强，D 项错误。] 8．(2019·福州质检)锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电 池反应原理如图所示，其中电解质 LiClO4 溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质 迁移至 MnO2 晶格中，生成 LiMnO2。以下表述不正确的是(　　)A．a 电极电势比 b 电极电势低 B．混合有机溶剂可用浓 NaOH 溶液替代 C．电池工作时负极反应为 Li－e－===Li＋ D．外电路未接通时，电解质溶液中离子不会定向移动 B　[根据 Li＋通过电解质迁移至 MnO2 晶格中，可知 b 为正极，a 为负极， 故 a 电极电势比 b 电极电势低，A 项正确；由于金属 Li 能与水反应，故混合有机 溶剂不能用浓 NaOH 溶液替代，B 项错误；a 为负极，电池工作时负极上 Li 发生 氧化反应：Li－e－===Li＋，C 项正确；外电路未接通时，电解质溶液中离子自由 移动，不会定向移动，D 项正确。] 9．(2019·保定调研)将以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池甲与盛有足量硫酸铜 溶液的装置乙相连，起始电路接入状况如图，以电流强度 0.1 A，通电 10 min 后， 将电池的正、负极互换接入，移动滑动变阻器，以电流强度 0.2 A，继续通电 10 min，结束实验。 下列有关说法正确的是(　　) A．葡萄糖在装置甲的正极参加反应，氧气在负极参加反应 B．在该电池反应中，每消耗 1 mol 氧气理论上能生成标准状况下二氧化碳 11.2 L C．电池工作 20 min 时，乙装置电极析出固体和电极上产生气体的质量之比 为 2∶1 D．电池工作 15 分钟时，乙装置中铜棒的质量与起始通电前相等 D　[O2 得电子发生还原反应，在正极发生，A 错；根据电子守恒知 n(CO2)×4 ＝1×4，n(CO2)＝1 mol，V＝22.4 L，B 错；0～10 min，铜棒与电源正极相连， 发生反应 Cu－2e－===Cu2＋，碳棒与电源负极相连，发生反应 Cu2＋＋2e－===Cu， 通电 10 min 后将电池的正、负极互换接入，由于 10～20 min 时的电流强度是 0～ 10 min 时的 2 倍，则 10～15 min 碳棒上发生反应 Cu－2e－===Cu2＋，铜棒上发生反应 Cu2＋＋2e－===Cu，15 min 时乙装置中铜棒即可恢复到起始通电前的状态， 15～20 min 碳棒上发生反应 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，铜棒上发生反应 Cu2＋ ＋2e－===Cu，生成 1 mol O2 的同时析出 2 mol Cu，则 20 min 时，乙装置电极析 出固体和电极上产生气体的质量之比为 4∶1，C 错，D 对。] 10．研究小组设计如图所示装置，将污水中的乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化为 环境友好物质并转化为电能。该电池工作时，下列说法正确的是(　　) A．消耗 1 mol O2，有 4 mol e－由 N 流向 M B．消耗 1 mol H2N(CH2)2NH2，有 16 mol H＋通过质子交换膜 C．正极区溶液的 pH 不断减小 D．微生物的作用是将乙二胺还原 B　[由信息知，该装置的负极反应式为 H2N(CH2)2NH2＋4H2O－16e－===N2↑ ＋2CO2↑＋16H＋，正极反应式为 4O2＋16H＋＋16e－===8H2O。电子应由 M 流向 N，A 项错误；消耗 1 mol H2N(CH2)2NH2，有 16 mol H＋通过质子交换膜，B 项正 确；正极区生成水，溶液的 pH 不会减小，C 项错误；微生物的作用是促进乙二胺 在负极反应，D 项错误。] 11．在日常生活中，我们经常看到铁制品生锈、铝制品表面出现白斑等众多 金属腐蚀现象。现通过如图所示装置进行实验探究。下列说法正确的是(　　) 图Ⅰ　　图Ⅱ　　　　图Ⅲ A．用图Ⅰ所示装置进行实验，为了更快更清晰地观察到液柱上升，可用酒精 灯加热具支试管 B．图Ⅱ是图Ⅰ所示装置的原理示意图，图Ⅱ所示装置的正极材料是铁 C．铝制品表面出现白斑的原理可以通过图Ⅲ所示装置进行探究，Cl－由活性 炭向铝箔表面迁移，并发生电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑ D．图Ⅲ所示装置的总反应式为 4Al＋3O 2＋6H2O===4Al(OH)3，生成的 Al(OH)3 进一步脱水形成白斑D　[A 项，加热使具支试管中气体体积增大，部分气体逸出，冷却后，气体 体积缩小，导管中形成液柱，并不能证明金属发生吸氧腐蚀，错误；B 项，负极材 料应为铁，错误；C 项，铝箔为负极，活性炭为正极，正极反应式为 O2＋4e－＋ 2H2O===4OH－，负极反应式为 Al－3e－＋3OH－===Al(OH)3，错误；D 项，将正 极反应式和负极反应式相加可得图Ⅲ所示装置的总反应式为 4Al＋3O2＋ 6H2O===4Al(OH)3，生成的 Al(OH)3 进一步脱水形成白斑，正确。] 12．(2019·模拟精选)(1)在 25 ℃、101 kPa 下，一定质量的无水乙醇完全燃烧 时放出热量 Q kJ，其燃烧生成的 CO2 用过量饱和石灰水吸收可得 100 g CaCO3 沉 淀，则乙醇燃烧的热化学方程式为 _____________________________________________________ _____________________________________________________。 (2)已知 25 ℃、101 kPa 时，Mn(s)＋O2(g)===MnO2(s)　ΔH＝－520 kJ·mol－ 1； S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－297 kJ·mol－1； Mn(s)＋S(s)＋2O2(g)===MnSO4(s)　ΔH＝－1 065 kJ·mol－1。 SO2 与 MnO2 反应生成无水 MnSO4 的热化学方程式是 _____________________________________________________ _____________________________________________________。 (3)用太阳能分解水制备 H2 是一项新技术，其过程如下 已知：2H2O(g)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋483.6 kJ·mol－1 2Fe3O4(s)6FeO(s)＋O2(g)　ΔH＝＋313.8 kJ·mol－1 ①过程Ⅱ的热化学方程式是_________________________。 ②整个过程中，Fe3O4 的作用是 _____________________________________________________ _____________________________________________________。 [答案]　(1)C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－2Q kJ·mol－1 (2)MnO2(s)＋SO2(g)===MnSO4(s)　ΔH＝－248 kJ·mol－1(3)①3FeO(s)＋H 2O(g)===Fe3O4(s)＋H 2(g)　ΔH＝＋84.9 kJ·mol －1 　②催化 剂 [教师用书独具] (1)查阅资料知，K2FeO4 能将 Mn2＋氧化成 MnO－4 。该小组设计如下实验进行 验证： ①石墨 a、b 的电极名称分别为________，________；电极反应式分别为 ________________________________________________， ____________________________________________________。 ②当 0.5 mol Mn2＋被氧化时，消耗的 FeO 2－4 的物质的量为________。 (2)在微电子工业中 NF3 常用作氮化硅的蚀刻剂，工业上通过电解含 NH4F 等 的无水熔融物生产 NF3，其电解原理如下图所示。 a 电极为电解池的________(填“阴”或“阳”)极，写出该电极的电极反应式： _________________________________； 电解过程中还会生成少量氧化性极强的气体单质，该气体的分子式是 ________。 [解析]　(1)①根据题意，FeO 2－4 发生还原反应，石墨 a 为正极，Mn2＋发生氧 化反应，石墨 b 为负极。 ②根据电子守恒知：0.5×5＝n(FeO2－4 )×3 可求得 n(FeO2－4 )≈0.83 mol。 (2)由题图可知，H＋在 b 电极上得到电子生成氢气，故 b 为阴极，则 a 为阳极， 阳极上 NH ＋4 失去电子生成 NF3，电极反应方程式为 NH＋4 ＋3F－－6e－===NF3＋4H ＋，依据电解原理可知，F－也可能失去电子生成氟单质，故氧化性较强的单质为 氟气。[答案]　(1)①正极　负极　5FeO2－4 ＋15e－＋40H＋===5Fe3＋＋20H2O 3Mn2＋－15e－＋12H2O===3MnO－4 ＋24H＋ ②0.83 mol (2)阳　NH＋4 ＋3F－－6e－===NF3＋4H＋　F2 13．特殊情境电解池电极反应式的书写。 (1)MnO2 的 生 产 方 法 之 一 是 电 解 酸 化 的 MnSO4 溶 液 ， 阳 极 反 应 式 是 _____________________________________________________ _____________________________________________________。 (2)电解精炼银的装置如图 1 所示，________(填“a”或“b”)极为含有杂质 的 粗 银 ， 若 b 极 有 少 量 红 棕 色 气 体 产 生 ， 则 生 成 该 气 体 的 电 极 反 应 式 为 _________________________________________________ _____________________________________________________。 　 (3)图 2 所示装置可用于制备 N2O5。 ①N2O5 在电解池的阳极区生成，其电极反应式为____________________。 ②阴极区产生的无色气体被氧化为红棕色后可以转化为 N2O4，当电路中通过 6 mol e－时整个电解槽中参加反应的硝酸为________ mol。 [解析]　(3)阳极反应： N2O4－2e－6 mol＋2HNO36 mol ===2N2O5＋2H＋ 阴极反应：2NO－3 2 mol＋6e－6 mol＋8H＋===2NO↑＋4H2O 所以参加反应的 HNO3 共有 6 mol＋2 mol＝8 mol。 [答案]　(1)Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋ (2)a　NO－3 ＋e－＋2H＋===NO2↑＋H2O (3)①N2O4－2e－＋2HNO3===2N2O5＋2H＋　②8