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第六章 化學反應與能量 章末綜合檢測(六) (時間：60分鐘　滿分：100分) 一、選擇題(本題包括10小題，每小題5分，共50分) 1．下列事實與電化學原理無關的是(　　) A．金屬鈉與氧氣反應生成過氧化鈉 B．鐵制器件在潮濕空氣中生銹 C．鍍鋅鐵片比鍍錫鐵片更耐腐蝕 D．遠洋海輪的外殼連接鋅塊可保護輪船不受腐蝕 解析：選A。A．金屬鈉與氧氣反應生成過氧化鈉，與電化學原理無關，故選A；B．鐵在潮濕空氣中形成原電池發(fā)生吸氧腐蝕，故不選B；C．鍍鋅鐵發(fā)生金屬被腐蝕現(xiàn)象時，因Zn比Fe活潑，Zn被腐蝕，鍍錫鐵破損后發(fā)生電化學腐蝕，因Fe比Sn活潑，因而是鐵被腐蝕，所以鍍鋅鐵比鍍錫鐵耐腐蝕，故不選C；D．原電池中活潑金屬作負極，腐蝕鋅，保護了鐵，故不選D。 2．航天燃料從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，是一項重要的技術突破。鈹是高效率的火箭材料，燃燒時放出巨大的能量，已知1 kg金屬鈹完全燃燒放出的熱量為62 700 kJ。則鈹燃燒的熱化學方程式正確的是(　　) A．Be＋O2===BeO　 ΔH＝－564.3 kJmol－1 B．Be(s)＋O2(g)===BeO(s) ΔH＝＋564.3 kJmol－1 C．Be(s)＋O2(g)===BeO(s) ΔH＝－564.3 kJmol－1 D．Be(s)＋O2(g)===BeO(g) ΔH＝－564.3 kJmol－1 解析：選C。A項，沒有寫上狀態(tài)，錯誤；B項，燃燒是放熱反應，ΔH＜0，錯誤；氧化鈹是固體，C正確，D錯誤。 3．化學用語是學習化學的重要工具，下列用來表示物質變化的化學用語中，正確的是(　　) A．氫氧燃料電池的負極反應式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ B．電解飽和食鹽水時，陽極的電極反應式：2Cl－－2e－===Cl2↑ C．粗銅精煉時，與電源正極相連的是純銅，電極反應式：Cu－2e－===Cu2＋ D．鋼鐵發(fā)生電化學腐蝕的正極反應式：Fe－2e－===Fe2＋ 解析：選B。O2＋2H2O＋4e－===4OH－是氫氧燃料電池的正極反應式，A不正確；粗銅精煉時，與電源正極相連的應是粗銅，C不正確；Fe－2e－===Fe2＋是鋼鐵發(fā)生電化學腐蝕的負極反應式，D不正確。 4．高溫下，在密閉容器中用H2還原WO2可得到金屬鎢，其總反應為WO2(s)＋2H2(g)===W(s)＋2H2O(g)　ΔH＝＋66.0 kJ/mol；又已知WO2(g)＋2H2(g)===W(s)＋2H2O(g)　ΔH＝－137.9 kJ/mol，下列判斷正確的是(　　) A．總反應中，反應物能量總和大于生成物能量總和 B．W(s)＋2H2O(l)===WO2(s)＋2H2(g) 　ΔH＝－66.0 kJ/mol C．總反應中生成1 mol W(s)放出66.0 kJ熱量 D．WO2(s)===WO2(g)的ΔH＝＋203.9 kJ/mol 解析：選D。由題中信息知用H2還原WO2，得到金屬鎢為吸熱反應，故可推知反應物總能量小于生成物總能量，同時知生成 1 mol W(s)時需吸收66.0 kJ的熱量，A、C錯誤；B項中H2O的狀態(tài)符號應為“g”，B錯誤。 5．有如下3個實驗： 實驗1 將金屬X與金屬Y用導線連接，浸入電解質溶液中，Y不易腐蝕 實驗2 將片狀的金屬X、W分別投入等濃度鹽酸中都有氣體產生，W比X反應劇烈 實驗3 用惰性電極電解等物質的量濃度的Y和金屬Z的硝酸鹽混合溶液，在陰極上首先析出單質Z 依據(jù)上述實驗現(xiàn)象，下列推測正確的是(　　) A．金屬的活動性順序：Y>Z>X>W B．實驗1中，Y作正極 C．Z放入CuSO4溶液中一定有Cu析出 D．用X、Z和稀硫酸可構成原電池，X作正極 解析：選B。由實驗1、2、3分別得到金屬的活潑性為X>Y，W>X，Y>Z，綜合可得W>X>Y>Z，故選項A錯誤；實驗1中，Y作正極，故選項B正確；Z和Cu的活潑性無法比較，選項C錯誤；用X、Z和稀硫酸可構成原電池，X作負極，故選項D錯誤。 6.如圖所示，將鐵棒和石墨棒插入盛有飽和NaCl溶液的U形管中。下列分析正確的是(　　) A．K1閉合，鐵棒上發(fā)生的反應為2H＋＋2e－===H2↑ B．K1閉合，石墨棒周圍溶液pH逐漸升高 C．K2閉合，鐵棒不會被腐蝕，屬于犧牲陽極的陰極保護法 D．K2閉合，電路中通過0.002NA個電子時，兩極共產生0.001 mol氣體 解析：選B。K1閉合形成原電池，鐵作負極，失電子被腐蝕，石墨棒作正極，氧氣得電子變?yōu)镺H－，pH逐漸升高，A錯誤、B正確；K2閉合，鐵棒作陰極被保護，不會被腐蝕，屬于外加電流的陰極保護法，C錯誤；K2閉合形成電解池，兩極分別產生氯氣和氫氣，電路中通過0.002NA個電子時，每個電極上產生0.001 mol氣體，兩極共產生0.002 mol氣體，D錯誤。 7．鋰空氣電池是一種新型的二次電池，其放電時的工作原理如圖所示，下列說法正確的是(　　) A．該電池放電時，正極的反應式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O B．該電池充電時，陰極發(fā)生了氧化反應：Li＋＋e－===Li C．電池中的有機電解液可以用稀鹽酸代替 D．正極區(qū)產生的LiOH可回收利用 解析：選D。正極的反應式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，A項錯誤；電池充電時，陰極發(fā)生還原反應，B項錯誤；有機電解液不能用稀鹽酸代替，因為金屬鋰與稀鹽酸能發(fā)生反應，C項錯誤。 8．利用如圖裝置電解制備LiOH，兩電極區(qū)電解液分別為LiOH和LiCl溶液。則下列說法不正確的是(　　) A．外加電源的a極為正極 B．電解過程中，Li＋向B極遷移 C．陽極反應式為4OH－－4e－===O2↑＋2H2O D．每生成1 mol LiOH，外電路轉移1 mol電子 解析：選C。A項，因為要制備氫氧化鋰，右側電極為銅，應該作陰極，所以a為電源的正極，正確；B項，左側為電解池的陽極，應放入氯化鋰溶液，右側為電解池的陰極，溶液為氫氧化鋰溶液，陽離子向陰極移動，即向B極遷移，正確；C項，陽極是氯化鋰中的氯離子反應生成氯氣，錯誤；D項，每生成1 mol氫氧化鋰說明有1 mol 鋰離子通過陽離子交換膜，則外電路轉移1 mol電子，正確。 9．LiFePO4新型鋰離子動力電池以其獨特的優(yōu)勢成為綠色能源的新寵。已知該電池放電時的電極反應式為正極：FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4，負極：Li－e－===Li＋。下列說法中正確的是(　　) A．充電時電池反應為FePO4＋Li===LiFePO4 B．充電時動力電池上標注“＋”的電極應與外接電源的正極相連 C．放電時電池內部Li＋向負極移動 D．放電時，在正極上是Li＋得到電子被還原 解析：選B。放電時的總反應式為FePO4＋Li===LiFePO4，充電時總反應式為放電時的逆反應，A錯誤；放電時，Li＋向正極移動，C錯誤；由放電時正極反應式可知Li＋價態(tài)不變，D錯誤。 10．液體燃料電池相比于氣體燃料電池具有體積小，無需氣體存儲裝置等優(yōu)點。一種以肼(N2H4)為燃料的電池裝置如下圖裝置①。該電池用空氣中的氧氣作為氧化劑，KOH作為電解質。下列對于該燃料電池的敘述不正確的是(　　) A．該電池的負極反應為N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O B．用該電池作為裝置②的直流電源，產生1 mol Cl2至少需要通入0.5 mol N2H4 C．該電池的電極材料應采用多孔導電材料，以提高電極反應物質在電極表面的吸附量，并使它們與電解質溶液充分接觸 D．該電池中，電子從右側電極經過外電路流向左側電極，溶液中OH－則遷移到左側 解析：選D。A．通入燃料的電極為負極，負極上燃料失電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O，故A正確；B．電解氯化銅生成氯氣的電極反應式為2Cl－－2e－===Cl2↑，生成 1 mol 氯氣轉移2 mol電子，燃料電池中的負極反應為N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O，則轉移2 mol電子，消耗0.5 mol N2H4，故B正確；C．因為電池中正、負極上為氣體參與的反應，所以采用多孔導電材料，可以提高電極反應物質在電極表面的吸附量，并使它們與電解質溶液充分接觸，故C正確； D．電子從左側電極經外電路流向右側電極，故D錯誤。 二、非選擇題(本題包括4小題，共50分) 11．(11分)能源的開發(fā)、利用與人類社會的可持續(xù)發(fā)展息息相關，怎樣充分利用好能源是擺在人類面前的重大課題。 Ⅰ.已知：Fe2O3(s)＋3C(石墨，s) ===2Fe(s)＋3CO(g)　ΔH＝a kJmol－1 CO(g)＋1/2O2(g)===CO2(g)　ΔH＝b kJmol－1 C(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝c kJmol－1 則反應：4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)的焓變ΔH＝________kJmol－1。 Ⅱ.(1)依據(jù)原電池的構成原理，下列化學反應在理論上可以設計成原電池的是______(填序號)。 A．C(s)＋CO2(g)===2CO(g) B．NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l) C．2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g) D．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) 若以KOH溶液為電解質溶液，依據(jù)所選反應可以設計成一個原電池，請寫出該原電池的電極反應。 負極：_______________________________________________________________， 正極：_______________________________________________________________。 (2)二氧化氯(ClO2)是一種高效安全的自來水消毒劑。ClO2是一種黃綠色氣體，易溶于水。實驗室以NH4Cl、鹽酸、NaClO2為原料制備ClO2流程如下： 已知：電解過程中發(fā)生的反應為NH4Cl＋2HClNCl3＋3H2↑，NCl3中氮元素為＋3價。 ①寫出電解時陰極的電極反應式：_______________________________________。 ②在陽極上放電的物質(或離子)是________。 解析：Ⅰ.①Fe2O3(s)＋3C(石墨，s)===2Fe(s)＋3CO(g)　ΔH＝a kJmol－1 ②CO(g)＋1/2O2(g)===CO2(g)　ΔH＝b kJmol－1 ③C(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝c kJmol－1 由蓋斯定律(③－②)6－①2得4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)　ΔH＝[6(c－b)－2a] kJmol－1。 Ⅱ.(1)設計成原電池需要是自發(fā)進行的氧化還原反應。A項是非自發(fā)進行的氧化還原反應，不選；B項反應是復分解反應，不是氧化還原反應，不選；C項反應是非自發(fā)進行的氧化還原反應，不選；D項是自發(fā)進行的氧化還原反應，可以設計成原電池。 D反應可設計成甲烷燃料電池，在堿溶液中甲烷燃料電池中燃料在負極發(fā)生氧化反應，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應；負極：CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O；正極：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 (2)①電解時陰極上是氫離子得到電子生成氫氣，陰極的電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑； ②電解時陽極上是銨根離子失去電子生成NCl3。 答案：Ⅰ.[6(c－b)－2a] Ⅱ.(1)D　CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O　 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (2)①2H＋＋2e－===H2↑ ②NH4Cl(或NH) 12．(13分)第三代混合動力車，可以用電動機、內燃機或二者結合推動車輛。汽車上坡或加速時，電動機提供推動力，降低汽油的消耗；在剎車或下坡時，電池處于充電狀態(tài)。 (1)混合動力車的內燃機以汽油為燃料，汽油(以辛烷C8H18計)和氧氣充分反應，生成1 mol水蒸氣放熱569.1 kJ。則該反應的熱化學方程式為________________________________。 (2)混合動力車目前一般使用鎳氫電池，該電池中鎳的化合物為正極，儲氫金屬(以M表示)為負極，堿液(主要為KOH)為電解質溶液。鎳氫電池充放電原理示意如圖，其總反應式為H2＋2NiOOH2Ni(OH)2。 根據(jù)所給信息判斷，混合動力車上坡或加速時，乙電極周圍溶液的pH__________(填“增大”“減小”或“不變”)，該電極的電極反應為_____________________________。 (3)Cu2O是一種半導體材料，可通過如圖所示的電解裝置制取，電解總反應式為2Cu＋H2OCu2O＋H2↑，陰極的電極反應式是______________________。用鎳氫電池作為電源進行電解，當電池中有1 mol H2消耗時，Cu2O的理論產量為____________g。 (4)遠洋輪船的鋼鐵船體在海水中易發(fā)生電化學腐蝕中的______________腐蝕。為防止這種腐蝕，通常把船體與浸在海水里的Zn塊相連；或與像鉛酸蓄電池這樣的直流電源的____________(填“正”或“負”)極相連，利用______________保護法防止其被腐蝕。 解析：(1)1 mol C8H18(l)完全燃燒生成9 mol水蒸氣放出的熱量是569.1 kJ9＝5 121.9 kJ，所以該反應的熱化學方程式為C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(g)　ΔH＝－5 121.9 kJmol－1；(2)混合動力車上坡或加速時，應是放電過程，根據(jù)圖示可知，乙電極中由NiOOH轉化為Ni(OH)2，發(fā)生還原反應，電極反應式為NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，所以乙電極周圍的溶液的氫氧根離子濃度增大，pH增大；(3)電解總反應式為2Cu＋H2OCu2O＋H2↑，可知電解池的陰極發(fā)生的是水中的氫離子放電生成氫氣，所以電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑；當電池中有1 mol H2被消耗時，電路中轉移電子的物質的量是2 mol，所以Cu2O的理論產量是1 mol，質量是144 g；(4)海水為中性溶液，所以鋼鐵船體在海水中易發(fā)生電化學腐蝕中的吸氧腐蝕，為防止這種腐蝕，通常把船體與浸在海水中的Zn塊相連，或與鉛酸蓄電池這樣的直流電源的負極相連，作電解池的陰極，利用外加電流的陰極保護法防止其被腐蝕而被保護。 答案：(1)C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(g)　ΔH＝－5 121.9 kJmol－1 (2)增大　 NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－ (3)2H＋＋2e－===H2↑　144 (4)吸氧　負　外加電流的陰極 13．(14分)釩(V)及其化合物廣泛應用于工業(yè)催化、新材料和新能源等領域。 (1)①V2O5可用于汽車催化劑，汽車尾氣中含有CO與NO氣體，用化學方程式解釋產生NO的原因：_______________________________________________________________。 ②汽車排氣管內安裝了釩(V)及其化合物的催化轉化器，可使汽車尾氣中的主要污染物轉化為無毒的氣體排出。已知： N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝＋180.5 kJ/mol 2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221.0 kJ/mol C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.5 kJ/mol 尾氣轉化的反應之一：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝________。 (2)全釩液流儲能電池結構如下圖，其電解液中含有釩的不同價態(tài)的離子、H＋和SO。電池放電時，負極的電極反應為V2＋－e－===V3＋。 ①電解質溶液交換膜左邊為VO/VO2＋，右邊為V3＋/V2＋，電池放電時，正極反應式為 ________________________________________________________________________， H＋通過交換膜向________移動(填“左”或“右”)。 ②充電時，惰性電極N應該連接電源________極，充電時，電池總的反應式為________________________________________________________________________。 (3)若電池初始時左右兩槽內均以VOSO4和H2SO4的混合液為電解液，使用前需先充電激活。充電過程分兩步完成：第一步VO2＋轉化為V3＋，第二步V3＋轉化為V2＋，則第一步反應過程中陰極區(qū)溶液pH__________(填“增大”“不變”或“減小”)，陽極區(qū)的電極反應式為________________________。 解析：(1)②按題干順序給3個熱化學方程式編號Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，由蓋斯定律Ⅲ2－Ⅰ－Ⅱ得2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)的ΔH＝[－393.52－180.5－(－221.0)]kJ/mol＝－746.5 kJ/mol。 (2)全釩液流儲能電池正極為V(Ⅳ)和V(Ⅴ)之間的轉換，負極為V(Ⅱ)和V(Ⅲ)之間的轉換，放電時，H＋向正極移動；放電時的負極在充電時應該接電源的負極，充電時電池總反應就是V(Ⅲ) 和V(Ⅳ)反應生成V(Ⅱ)和V(Ⅴ)。 (3)充電激活過程就是電解過程，陰極得電子，V化合價下降，H＋濃度下降，pH增大。 答案：(1)①N2＋O22NO ②－746.5 kJ/mol (2)①VO＋e－＋2H＋===VO2＋＋H2O　左 ②負　V3＋＋VO2＋＋H2O===V2＋＋VO＋2H＋ (3)增大　VO2＋＋H2O－e－===VO＋2H＋ 14．(12分)某化學興趣小組用如圖所示裝置進行電化學原理的實驗探究，試回答下列問題： (1)通O2的Pt電極為電池____極(填電極名稱)；其電極方程式為__________________。 (2)若B電池為電鍍池，目的是在某鍍件上鍍一層銀，則X電極材料為________，電解質溶液為__________。 (3)若B電池為精煉銅，且粗銅中含有Zn、Fe、Ag、Au等雜質，則該電池陽極泥的主要成分是____________。 (4)若B電池的電解質溶液為500 mL 1.0 molL－1的NaCl溶液，X、Y皆為惰性電極，當電池工作一段時間斷開電源K，Y電極有560 mL(標準狀況)無色氣體生成(假設電極產生氣體完全逸出，溶液體積不變)，此時B電池溶液的pH＝________；要使該溶液恢復到原來的狀態(tài)，需加入____________(填物質并注明物質的量)。 (5)若X、Y均是銅，電解質溶液為NaOH溶液，電池工作一段時間，X極附近生成紅色沉淀，查閱資料得知是Cu2O，試寫出該電極發(fā)生的電極反應式：____________________。 解析：(1)題圖所示的裝置中，A裝置是原電池，B裝置是電解池。其中對于A裝置來說，通入O2的電極為正極，正極發(fā)生還原反應，電極方程式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－；通入H2的電極為負極，負極發(fā)生氧化反應，電極反應式是H2－2e－===2H＋。(2)若B電池為電鍍池，目的是在某鍍件上鍍一層銀，應該鍍件與電源的負極連接，作陰極，鍍層金屬與電源的正極連接，作陽極。因此X電極材料為鍍層金屬Ag；電解質溶液為含有Ag＋的溶液，如AgNO3溶液。(3)若B電池為精煉銅，且粗銅中含有Zn、Fe、Ag、Au等雜質，電解精煉銅時，陽極發(fā)生反應：Cu－2e－===Cu2＋，活動性比銅強的金屬Zn、Fe也失去電子，發(fā)生氧化反應，變?yōu)榻饘訇栯x子進入溶液，活動性比銅弱的金屬以固體形式沉在陽極底部，俗稱陽極泥。因此該電池陽極泥的主要成分是Ag、Au。(4)Y是陰極，發(fā)生反應：2H＋＋2e－===H2↑，n(H2)＝0.56 L22.4 Lmol－1＝0.025 mol，根據(jù)電解總反應方程式：2NaCl＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2NaOH可知：每產生1 mol氫氣，會同時產生2 mol NaOH，由于n(H2)＝0.025 mol，所以n(NaOH)＝20.025 mol＝0.05 mol，溶液的體積是500 mL，則c(NaOH)＝0.05 mol0.5 L＝0.1 molL－1，所以pH＝13；在陰極產生0.025 mol H2，在陽極就同時反應產生0.025 mol Cl2，二者相當于0.05 mol HCl氣體，因此要使該溶液恢復到原來的狀態(tài)，需加入0.05 mol HCl氣體。(5)若X、Y均是銅，由于Cu是活性電極，所以在陽極Cu失去電子變?yōu)镃u＋，再與溶液中的OH－結合發(fā)生反應。該電極發(fā)生的電極反應式為2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O。 答案：(1)正　O2＋4e－＋2H2O===4OH－　(2)Ag　AgNO3溶液　 (3)Ag、Au　(4)13　0.05 mol HCl氣體 (5)2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O