第四章 化学反应与电能 单元复习
一、单选题
1．下列有关化学工业的叙述错误的是
A．工业制备硝酸的第一步反应是N2+O22NO
B．氯碱工业中使用的是阳离子交换膜
C．水泥是以黏土和石灰石为主要原料，在水泥回转窑中煅烧制得的
D．合成氨反应分离氨气以后的尾气循环使用，目的是充分利用原料
2．一种新型燃料电池，它是用惰性金属作电极插入KOH溶液中，然后向两极上分别通入甲烷和氧气，发生的电极反应为：X极：CH4 + 10OH--8e-=+ 7 H2O，Y极：2O2 + 4 H2O + 8e-=8OH-；关于此燃料电池的说法不正确的是（ ）
A．X极发生氧化反应，Y极发生还原反应
B．工作一段时间后，KOH的物质的量减少
C．该电池工作时通甲烷一极附近溶液的pH升高
D．在标准状况下通入5.6 L O2完全反应，则有1 mol电子发生转移
3．中国改革开放40周年取得了很多标志性成果，下列说法不正确的是
A．制作“嫦娥五号”钻杆用的增强铝基材料属复合材料
B．“一带一路”是现代“丝绸之路”，丝绸的主要成分是天然纤维素
C．北斗导航使用了我国自主研发的芯片，其主要成分为硅
D．港珠澳大桥设计使用寿命120年，水下钢柱镶铝块防腐的方法为牺牲阳极的阴极保护法
4．下列事实与电化学腐蚀无关的是
A．银质物品久置表面变暗
B．潮湿环境下的铁铸管道更易腐蚀
C．铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈
D．为保护海轮的船壳，常在船壳水线以下部分装上锌块
5．下列离子方程式书写正确的是
A．足量通入含的溶液中：
B．氯水具有漂白性：
C．溶液与足量溶液混合：+OH-=+H2O
D．用石墨电极电解溶液：Mg2++2Cl-+2H2OMg(OH)2↓+H2↑+Cl2↑
6．下列离子方程式与所述事实相符且正确的是
A．向氢氧化亚铁中加入足量的稀硝酸：Fe(OH)2+2H+=Fe2++2H2O
B．铅蓄电池充电时阴极的反应式：Pb2++2e-=Pb
C．Ca(HCO3)2溶液中加入足量NaOH溶液：Ca2++2HCO+2OH-=CaCO3↓+CO+2H2O
D．用铁棒作阳极、碳棒作阴极电解饱和氯化钠溶液：2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-
7．Mg-AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为：2AgCl+ Mg =Mg2++ 2Ag +2Cl-。有关该电池的说法正确的是
A．Mg为电池的正极 B．负极反应为AgCl+e- = Ag + Cl-
C．电流由镁电极经外电路流向正极 D．Cl-移向负极
8．一款高压无阳极配置可充电钠电池，其充电过程的原理如图所示。下列说法正确的是
A．b为正极，电极c上发生氧化反应
B．用此电池做电解水实验，当消耗水0.9g时，理论上c极消耗钠2.3g
C．放电时，由3A沸石分子筛膜的右侧向左侧迁移
D．通电时，电路中每迁移2mol电子，理论上两极质量差46g
9．高铁电池是一种新型高能高容量电池，某高铁电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是
A．M极电势高于N极电势
B．电池工作时，电子移动方向：M→A→N→M
C．N极的电极反应式为
D．电池工作一段时间后，正极区中H+的浓度增大
10．设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是
A．常温下，pH=5的NaHSO4溶液中，由水电离出的H+数目为
B．电解饱和食盐水，当阴极收集到标准状况下1.12 L气体时，理论上电路中通过的电子数为0.1NA
C．100 mL0.10 mol/L的Na2CO3溶液中的数目为0.01NA
D．已知，放出92.4 kJ的热量，需要加入N2、H2的微粒数分别为NA、3NA
11．高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn（OH）2＋2Fe（OH）3＋4KOH。下列叙述不正确的是
A．放电时锌作负极
B．充电时氢氧化铁被氧化
C．放电时溶液的碱性增强
D．放电时转移3 mol e－，有2 mol FeO42-被还原
二、填空题
12．科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热ΔH分别为－285.8kJ·mol－1、－283.0kJ·mol－1和－726.5kJ·mol－1。请回答下列问题：
(1)用太阳能分解10mol液态水消耗的能量是____________kJ；
(2)甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为_______________；
(3)在以甲醇为燃料、电解质为稀硫酸的燃料电池中，甲醇发生________反应（填“氧化”或“还原”），正极反应式为_________________________；
(4)二甲醚(CH3OCH3)是无色气体，可作为一种新型能源，由合成气（组成为H2、CO、和少量CO2）直接制备二甲醚，其中主要过程包括以下反应：
甲醇合成反应：①CO(g)+ 2H2(g)＝CH3OH(g) ΔH1=-90.1kJ·mol 1
水煤气变换反应：②CO(g) + H2O (g)＝CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41.1kJ·mol 1
二甲醚合成反应：③2CH3OH(g)＝CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH3=-24.5 kJ·mol 1
由H2和CO直接制备二甲醚（另一产物为水蒸气）的热化学方程式为___________，二甲醚直接燃料电池具有启动快，效率高等优点，其能量密度高于甲醇直接燃料电池，若电解质为碱性，二甲醚燃料电池的负极反应式为______________________________。
13．钢铁是目前应用最广泛的金属材料，了解钢铁腐蚀的原因与防护方法具有重要意义，对钢铁制品进行抗腐蚀处理，可适当延长其使用寿命。
利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。
①若X为碳棒，为减缓铁件的腐蚀，开关K应置于________处。
②若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为_______。
14．电池在我们的生活中有着重要的应用，请回答下列问题：
(1)为了验证Fe2+与Cu2+氧化性强弱，下列装置能达到实验目的的是____(填序号)，写出正极的电极反应式____。若构建原电池时两个电极的质量相等，当导线中通过0.05mol电子时，两个电极的质量差为____。
(2)将CH4设计成燃料电池，其利用率更高，装置如图所示(A、B为多孔碳棒)。
实验测得OH-向B电极定向移动，则___(填“A”或“B”)处电极入口通甲烷，该电池正极的电极反应式为___当消耗甲烷的体积为33.6L(标准状况下)时，正极消耗氧气的物质的量为___。
15．下图是一个化学过程的示意图。已知甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH = 2K2CO3＋6H2O
请回答：
(1)甲池是__________（填“原电池”或“电解池”），通入CH3OH的电极作为_____极，通入O2的电极作为_____极，该电极反应式为_________________________________。
(2)乙池是__________（填“原电池”或“电解池”），A电极名称为_____极，电极反应式为_________________________________。
(3)甲池中溶液的pH_____ (填“增大”、“减小”或“不变”)；乙池中溶液的pH_____(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(4)当乙池中B(Ag)极的质量增加5.40 g时，电路中转移电子的物质的量是_____mol，甲池中理论上消耗O2_____mL(标准状况下)。
16．电解原理在化学领域应用广泛
如图1表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请完成以下问题：
(1)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液：
①在X极附近观察到的现象是_______；
②电解一段时间后，该反应总离子方程式_______；
(2)若用该装置电解精炼铜，电解液a选用CuSO4溶液，则：X电极的材料是_______电解一段时间后，CuSO4溶液浓度_______(填“增大”、减小”或“不变”)。
(3)若X、Y都是惰性电极，a是溶质为Cu(NO3)2和X(NO3)3，且均为0.1 mol的混合溶液，通电一段时间后，阴极析出固体质量m(g)与通过电子的物质的量n(mol)关系如图2所示，则Cu2+、X3+、H+氧化能力由大到小的顺序是_______。
17．环戊二烯可用于制备二茂铁[，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___________。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．A
【详解】A．现代工业采用氨氧化法制硝酸，第一步为氨气与氧气反应制得一氧化氮，反应方程式为4HN3+5O24NO+6H2O，A错误；
B．氯碱工业中阴极氢离子放电，需要阳离子交换膜将钠离子移动到阴极，钠离子与氢氧根离子结合生成NaOH，B正确；
C．水泥是以黏土和石灰石为主要原料，在水泥回转窑中煅烧制得的，C正确；
D．合成氨是可逆反应，采用循环操作，目的是提高氮气和氢气的利用率，D正确；
故选A。
2．C
【详解】A．根据电极反应式，X极失电子发生氧化反应，Y极得电子发生还原反应，故A正确；
B．根据总反应，CH4 +2O2 +2KOH=K2CO3+3H2O，工作一段时间后，KOH的物质的量减少，故B正确；
C．该电池工作时通甲烷一极附近溶液的pH 降低，故C错误；
D．在标准状况下通入5.6 L O2完全反应，转移电子=1 mol，故D正确；
答案选C。
3．B
【详解】A．是一种新型无机非金属材料，增强铝基材料属复合材料，故A正确。
B．丝绸的主要成分是蛋白质，故B错误；
C．芯片主要成分为硅，故C正确；
D．水下钢柱镶铝块防腐，铝连接在钢铁上，铝比铁活泼，因此利用牺牲阳极的阴极保护法，故D正确。
综上所述，答案为B。
4．A
【详解】A．银质物品久置变暗是金属银与空气中的氧气发生反应生成氧化银，属于化学腐蚀，与电化学腐蚀无关，A符合题意；
B．生铁为铁、碳构成的合金，在潮湿的空气中能构成原电池，金属铁为负极，易被腐蚀而生锈，属于电化学腐蚀，B不符合题意；
C．附件有铜质的铁器，在接触处构成原电池，其中铁作负极，铜作正极，属于电化学腐蚀，C不符合题意；
D．船壳与锌在海水中构成原电池，其中锌作负极被腐蚀，船壳铁作正极被保护，属于牺牲阳极的阴极保护法，D不符合题意；
故答案为：A。
5．D
【详解】A．足量通入含的溶液发生反应，生成FeCl3和Br2，其离子方程式为2Fe2++4Br-+3Cl2═2Fe3++2Br2+6Cl-，故A错误；
B．氯水具有漂白性，是因为Cl2与H2O反应，产生了HClO，HClO是弱酸，在离子方程式中不能拆开，应保留分子式，其离子方程式为Cl2+H2OH++Cl-+HClO，故B错误；
C．NH4HCO3溶液与足量NaOH溶液发生反应，生成Na2CO3、NH3·H2O和H2O，其离子方程式为++2OH-=NH3·H2O++H2O，故C错误；
D．用石墨电极电解MgCl2溶液，阳极氯离子放电产生Cl2，阴极水电离的氢离子放电产生H2，OH-与Mg2+结合成Mg(OH)2沉淀，该反应的离子方程式为Mg2++2Cl-+2H2OMg(OH)2↓+H2↑+Cl2↑，故D正确；
答案为D。
6．C
【详解】A．向氢氧化亚铁中加入足量的稀硝酸的离子反应为，故A错误；
B．铅蓄电池充电时阴极的反应式，，故B错误；
C．Ca(HCO3)2溶液中加入少量NaOH溶液，，故C正确；
D．铁作阳极，被氧化，故阳极不能产生氯气，D错误；
故答案为：C。
7．D
【详解】A．Mg失电子发生氧化反应，Mg为电池的负极，故A错误；
B．负极Mg失电子生成镁离子，负极反应为Mg-2e-= Mg2+，故B错误；
C．Mg是负极，电子由镁电极经外电路流向正极，故C错误；
D．原电池中阴离子移向负极，所以Cl-移向负极，故D正确；
选D。
8．D
【分析】由图可知，充电时，a极为阴极，电极反应式为Na＋＋e =Na，b为阳极，放电时，c极为负极，d极为正极，据此作答。
【详解】A．a和b为电源电极，为电解过程，b为阴极，故A错误；
B．用此电池做电解水实验时，不参与电极反应，故B错误；
C．放电时，阴离子向负极，阳离子向正极，由3A沸石分子筛膜的侧左向右侧迁移，故C错误；
D．充电时，a极为阴极，电极反应式为Na＋＋e =Na，电路中每迁移2mol电子，理论上a极净增重2mol×23g/mol＝46g，故D正确；
故答案选D。
9．C
【分析】从图中可知，M极为负极，Fe失电子结合氢氧根离子生成氢氧化亚铁，N极为正极，得电子与水反应生成氢氧化铁。
【详解】A．M极为负极，N极为正极，M极电势低于N极电势，A错误；
B．原电池中，电子由负极经过外电路流向正极，不经过电解质溶液，电子移动方向：M→A→N，B错误；
C．N极为正极，电极反应式为+3e-+4H2O=Fe(OH)3+5OH-，C正确；
D．正极生成氢氧根离子，正极区中H+的浓度减小，D错误；
故答案选C。
10．B
【详解】A．NaHSO4是强酸的酸式盐，在溶液中电离产生H+，起一元强酸的作用，溶液pH=5，则溶液中c(H+)=10-5 mol/L，根据室温下水的离子积是10-14，可知溶液c(OH-)=10-9 mol/L，水电离产生的H+与OH-浓度相等，故水电离产生的H+的浓度c(H+)=10-9 mol/L，但未知溶液的体积，因此不能计算水电离产生的H+的数目，A错误；
B．电解饱和食盐水，在阴极上发生反应：2H++2e-=H2↑，反应产生1 mol H2时转移2 mol电子。现在阴极上收集到标准状况下1.12 L气体，其物质的量是0.05 mol，则转移电子的物质的量是0.1 mol，故转移的电子数目0.1NA，B正确；
C．100 mL0.10 mol/L的Na2CO3溶液中含有溶质Na2CO3的物质的量是0.01 mol，但其电离产生的部分水解，故该溶液中含有的的数目小于0.01NA，C错误；
D．该反应放出92.4 kJ的热量，说明反应消耗N2、H2的微粒数分别为NA、3NA，但由于该反应是可逆反应，反应物不能完全转化为生成物，所以加入的N2、H2的微粒数要分别大于NA、3NA，D错误；
故合理选项是B。
11．D
【详解】A.由电池反应知，Zn从0价变为＋2价的Zn(OH)2失去电子，作为原电池的负极，A项正确；
B.充电时，Fe(OH)3中的＋3价的铁被氧化为K2FeO4中的＋6价的铁，B项正确；
C.放电时，生成OH－，对应的溶液碱性增强，C项正确；
D.此反应共转移6 mol e－，对应有2 mol FeO42-被还原，D项错误；
答案选D。
【点睛】
12． 2858 CH3OH(l)＋O2(g)=CO(g)＋2H2O(l) ΔH＝－443.5 kJ·mol－1 氧化 O2＋4H＋＋4e－＝2H2O 2CO(g)+4H2(g)＝CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-204.7kJ/mol CH3OCH3－12e－＋16OH ＝2+11H2O
【详解】(1)根据H2的燃烧热的定义可知H2的燃烧热化学方程式为：H2(g)+O2(g)＝H2O(l) ΔH=－285.8kJ·mol－1。根据盖斯定律，可知，用太阳能分解10mol液态水消耗的能量是。答案为：2858；
(2)根据题中给出的信息，可知，CO的燃烧热化学方程式为：CO(g)+O2(g)＝CO2(g) ΔH=－28..0kJ·mol－1 ①；CH3OH(l)的燃烧热化学方程式为：CH3OH(l)＋O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－726.5 kJ·mol－1 ②。根据盖斯定律，由②-①可得到目标热化学方程式为：CH3OH(l)＋O2(g)=CO(g)＋2H2O(l) ΔH＝－443.5 kJ·mol－1。答案为：CH3OH(l)＋O2(g)=CO(g)＋2H2O(l) ΔH＝－443.5 kJ·mol－1；
(3)在以甲醇为燃料、电解质为稀硫酸的燃料电池中，发生的总反应为：2CH3OH+3O2＝2CO2+4H2O。在化学反应中，甲醇中的C元素化合价升高，发生氧化反应。O2发生还原反应，作燃料电池的正极，正极反应式为：O2＋4H＋＋4e－＝2H2O；答案为：氧化；O2＋4H＋＋4e－＝2H2O；
(4)根据题给信息，可知目标热化学方程式为：2CO(g)+4H2(g)＝CH3OCH3(g)+H2O(g)。结合题给信息，①2+③可得目标热化学方程式，则由H2和CO直接制备二甲醚（另一产物为水蒸气）的热化学方程式为2CO(g)+4H2(g)＝CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-204.7kJ/mol；根据原电池原理，二甲醚为燃料电池的负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为：CH3OCH3－12e－＋16OH ＝2+11H2O；答案为：2CO(g)+4H2(g)＝CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-204.7kJ/mol；CH3OCH3－12e－＋16OH ＝2+11H2O。
【点睛】书写原电池的电极反应式，必须考虑电解质溶液（介质）中的粒子与电极产物的反应，正确反映放电前的始态和放电后的终态。
13． N 牺牲阳极的阴极保护法
【分析】①若X为碳棒，由于Fe比较活泼，为减缓铁的腐蚀，应使Fe连接电源的负极，作电解池的阴极被保护；
②若X为锌，开关K置于M处，构成原电池，Zn为负极被腐蚀，Fe为正极被保护。
【详解】①若X为碳棒，由于Fe比较活泼，为减缓铁的腐蚀，应使Fe作电解池的阴极，即连接电源的负极，故K连接N处；
故答案为：N；
②若X为锌，开关K置于M处，构成原电池，Zn为负极被腐蚀，Fe为正极被保护，该防护法称为牺牲阳极的阴极保护法，
故答案为：牺牲阳极的阴极保护法。
14．(1) ③ Cu2++2e-=Cu 3g
(2) B O2+4e-+2H2O=4OH- 3mol
【分析】(1)
①中铜是负极，碳是正极，铁离子在正极放电生成亚铁离子，不能比较Fe2+与Cu2+氧化性强弱；
②中在常温下铁遇浓硝酸发生钝化，铁是正极，铜是负极，不能比较Fe2+与Cu2+氧化性强弱；
③中铁是负极，碳是正极，铜离子在正极得到电子生成铜，能比较Fe2+与Cu2+氧化性强弱，正极的电极反应为Cu2++2e-=Cu；
当导线中通过0.05mol电子时，消耗铁0.025mol×56＝1.4g，析出铜是0.025mol×64g/mol＝1.6g，则两个电极的质量差为1.4g+1.6g＝3.0g；
(2)
①实验测得OH-定向移向B电极，则B电极是负极，因此B处电极入口通甲烷，正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-；
②甲烷的体积为33.6L(标准状况下)，物质的量是1.5mol，则导线中转移电子的物质的量为1.5mol×8＝12mol，消耗的氧气的物质的量为3mol。
15．(1) 原电池 负 正 O2＋2H2O＋4e－=4OH－
(2) 电解池 阳 4OH－－4e－=O2↑＋2H2O
(3) 减小 减小
(4) 0.05 280
【详解】（1）甲为燃料电池故为原电池，在燃料电池中燃料反应的一极是负极，氧气反应的一极是正极， CH3OH的电极作为负极，通入O2的电极是正极，正极反应为：O2＋2H2O＋4e－=4OH－ ；
（2）甲为原电池，则乙为电解池，A接电源的正极做阳极，阳极是阴离子放电，OH－放电能力强于，电极反应为：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O；
（3）从总反应来看，甲中反应要消耗OH－，所以溶液的碱性减弱，pH减小，乙中阳极OH－放电，阴极是Ag+放电，OH－放电后溶液中的H+增多，酸性增强，pH减小；
（4）乙中B电极增加5.40g，是析出的Ag的质量，则n(Ag)==0.05mol，根据Ag+ +e-＝Ag，转移的电子物质的量为n(Ag)= n(e-)=0.05mol， 根据电路中的电子守恒和O2＋2H2O＋4e－=4OH－，转移0.05mol电子需要反应O2的物质的量为0.0125mol，体积为：0.0125mol×22.4L/mol=0.28L= 280mL
16．(1) 放出气体，溶液变红 2Cl-+2H2O2OH-+Cl2↑+H2↑
(2) 纯铜 减小
(3)Cu2+>H+>X3+
【详解】（1）①由题中图示可知，与电源的负极相连的电极X极是阴极，该电极上氢离子发生得电子的还原反应，电极反应式为2H++2e-=H2↑，所以该电极附近氢氧根浓度增大，碱性增强，滴入几滴酚酞试液会变红；答案为放出气体，溶液变红。
②②电解饱和食盐水得到的产物是氢氧化钠、氢气和氯气，反应的离子方程式为2Cl-+2H2O2OH-+Cl2↑+H2↑；答案为2Cl-+2H2O2OH-+Cl2↑+H2↑。
（2）电解方法电解精炼铜，电解池的阴极X材料是纯铜，电极反应为Cu2++2e-=Cu，阳极Y是粗铜，电极反应为Cu-2e -=Cu2+，其中粗铜中比金属铜活泼的金属(Zn、Fe、Ni)优先放电，电解一段时间后，CuSO4溶液浓度会降低；答案为纯铜；减小。
（3）X、Y都是惰性电极，a是溶质为Cu(NO3)2和X(NO3)3，且均为0.1 mol的混合溶液，通电一段时间后，由图2可知，通电后就有固体生成，当通过电子为0.2mol时，析出固体质量达最大，证明此时析出的固体是铜，如果是X3+析出，电子数应该是0.3mol，则氧化能力为Cu2+＞X3+，当电子超过0.2mol时，固体质量没变，说明这时阴极H+放电，阳极仍然是OH-放电，即电解水，说明氧化能力H+＞X3+，所以氧化能力为Cu2+＞H+＞X3+；答案为Cu2+＞H+＞X3+。
17． Fe电极 Fe+2＝+H2↑[Fe+2C5H6=Fe(C5H5)2+H2↑] 水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成，进一步与反应生成
【详解】根据反应历程可知，铁电极溶解生成了，故应让Fe电极作电解池的阳极；由反应历程可知，反应物为Fe与环戊二烯，生成物为二茂铁和，再根据原子守恒写出总反应式为：Fe+2＝+H2↑[Fe+2C5H6=Fe(C5H5)2+H2↑]；
反应历程中有Na生成，水可以和钠反应，且电解过程中水会在阴极生成，进一步与反应生成，故答案为：Fe电极；Fe+2＝+H2↑[Fe+2C5H6=Fe(C5H5)2+H2↑]；水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成，进一步与反应生成。
答案第1页，共2页
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