2020版高考化学突破二轮复习 集训04 化学能与热能、电能的相互转化.doc

1、 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) 1N2O 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 N 2O(g) CO(g)CO2(g)N2(g) H，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 H1HH2 B由图 2 可知 H226 kJ mol 1 C为了实现转化需不断向反应器中补充 Pt2O 和 Pt 2O 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)

2、H1，CO(g)CO2(g) H2，由盖斯定律可得，HH1 H2，错误；B 项，由图 2 知，反应物为 N2O(g)CO(g)，生成物为 CO2(g)N2(g)，H134 kJ mol 1 360 kJ mol 1226 kJ mol1，正确；C 项，由图 1 知，Pt 2O 、Pt 2O 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： CO2(g)3H2(g)=CH3OH(g)H2O(g) H1178 kJ mol 1 2CO(g)O2(g)=2CO2(g) H2566 k

3、J mol 1 2H2(g)O2(g)=2H2O(g) H3483.6 kJ mol 1 已知反应中相关的化学键键能数据如下： 化学键 CH HH CO HO 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 H 分别为( ) A吸收 750 kJ mol 1 219.2 kJ mol1 B放出 750 kJ mol 1 143.2 kJ mol1 C吸收 1 500 kJ mol 1 438.4 kJ mol1 D吸收 750 kJ mol 1 219.2 kJ mol1 D 依据反应焓变 H反

4、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 H1(2 EC=O3 436 kJ mol 1)(3 413 kJ mol1358 kJ mol1463 kJ mol1463 kJ mol 1 2)178 kJ mol1； 求得： E C=O750 kJ mol 1。 将 2 2 即得所求方程式， H178 kJ mol 11 2 (566 kJ mol 1)1 2 (483.6 kJ mol 1)219.2 kJ mol1。 3利用“NaCO2”电池可将 CO2变废为宝。我国科研人员研制出的可充电“NaCO2”电池，以钠箔和 多壁碳纳米管(MW

5、CNT)为电极材料，放电时总反应的化学方程式为 4Na3CO2=2Na2CO3C。放电时该 电池“吸入”CO2，其工作原理如图所示，下列说法中错误的是( ) A电流流向为 MWCNT导线钠箔 B放电时，正极的电极反应式为 3CO24Na 4e=2Na 2CO3C C原两电极质量相等，若生成的 Na2CO3和 C 全部沉积在电极表面，当转移 0.2 mol e 时，两极的质 量差为 11.2 g D选用高氯酸钠四甘醇二甲醚作电解液的优点是导电性好，不与金属钠反应，难挥发 C 根据正极反应式反应关系可知，当转移 0.2 mol e 时，生成 0.1 mol 碳酸钠、0.05 mol 碳，正极质量

6、增加 0.1 mol 106 g mol 10.05 mol 12 g mol111.2 g，负极反应式为 2Na2e=2Na，根据反应关系 Nae 可知，当转移 0.2 mol e时，消耗金属钠的物质的量为 0.2 mol，质量为 0.2 mol 23 g mol14.6 g， 所以两极的质量差为 11.2 g4.6 g15.8 g，C 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 CPt1 电极附近发生的反应

7、为 SO22H2O2e =SO2 44H DPt2 电极附近发生的反应为 O24e 2H 2O=4OH D Pt2 电极发生的反应应为 O24e 4H=2H 2O，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 2H2O4e =4HO 2 Cd 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

8、。阴极反应为 2H 2O2e =H 2 2OH ，阳极反应为 2H 2O4e =O 24H 。故 A、B 错；转移 2 mol 电子，生成 2 mol HClO 4即 201.0 g， D 错。 6一种 Li- CO2/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 2CO22e =C 2O 2 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 Lie =Li，多孔碳极为正极，电极反应式为 2CO 2 2e =C 2O

9、 2 4，若有空气，发生 O24e =2O2。 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=2COO2。下列说法正确的是( ) A由图分析 N 电极为正极 BOH 通过离子交换膜迁向左室 C阴极的电极反应为 CO2H2O2e =CO2OH 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 CO2H2O2e =CO2OH，C 项正确；根据总反应 2CO 2=2CO O2可知反应完毕装

10、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 MnO 2晶格中，生成 LiMnO2。以下表述不正 确的是( ) Aa 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 Lie =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 MnO 2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

11、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：Lie =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 m

12、ol 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 21 D电池工作 15 分钟时，乙装置中铜棒的质量与通电前相等 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) 41 4，n(CO2)1 mol，V 22.4 L，B 错；010 min，铜棒与电源正极相连，发生反应 Cu2e =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 1020 min 时的电流强度是 0 10 min 时的 2 倍， 则 1015 min 碳

13、棒上发生反应 Cu2e =Cu2， 铜棒上发生反应 Cu22e=Cu15 min 时乙装置中铜棒即可恢复到起始通电前的状态，1520 min 碳棒上发生反应 4OH 4e=O 22H2O，铜 棒上发生反应 Cu2 2e=Cu，生成 1 mol O 2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 41，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

14、 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)2NH24H2O16e =N 22CO216H ， 正极反应 式为 4O216H 16e=8H 2O。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

15、过如 图所示装置进行实验探究。下列说法正确的是( ) 图 图 图 A用图所示装置进行实验，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图是图所示装置的原理示意图，图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=Cl 2 D图所示装置的总反应式为 4Al3O26H2O=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

16、项，铝箔为负极，活性炭为正 极，正极反应式为 O24e 2H 2O=4OH ，负极反应式为 Al3e3OH=Al(OH) 3，错误；D 项，将 正极反应式和负极反应式相加可得图所示装置的总反应式为 4Al3O26H2O=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) H520 k

17、J mol 1； S(s)O2(g)=SO2(g) H297 kJ mol 1； Mn(s)S(s)2O2(g)=MnSO4(s) H1 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) H483.6 kJ mol 1 2Fe3O4(s)6FeO(s)O2(g) H313.8 kJ mol 1 过程的热化学方程式是_。 整个过程中，Fe3O4的作用是_。 答案 (1)C2H5OH(l)3O2(g)=2CO2(g)3H2O(l) H2Q kJ mol

18、 1 (2)MnO2(s)SO2(g)=MnSO4(s) H248 kJ mol 1 (3)3FeO(s)H2O(g)=Fe3O4(s)H2(g) H84.9 kJ mol 1 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： 石 墨a 、 b的 电 极 名 称 分 别 为 _ ， _ ； 电 极 反 应 式 分 别 为 _， _。 当 0.5 mol Mn2 被氧化时，消耗的 FeO2 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

19、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)根据题意，FeO2 4发生还原反应，石墨 a 为正极，Mn 2发生氧化反应，石墨 b 为负极。 根据电子守恒知：0.5 5n(FeO2 4) 3 可求得 n(FeO 2 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 43F 6e=NF 34H ，依

20、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)正极 负极 5FeO2 415e 40H=5Fe320H 2O 3Mn2 15e12H 2O=3MnO 424H 0.83 mol (2)阳 NH 43F 6e=NF 34H F 2 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。 N2O5在电解池的阳极区生成，其电极反应式为_。 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： N2O42e 6 mol2HNO36 mol =2N2O52H 阴极反应：2NO 3 2 mol 6e 6 mol8H =2NO4H 2O 所以参加反应的 HNO3共有 6 mol2 mol8 mol。 答案 (1)Mn2 2e2H 2O=MnO24H (2)a NO 3e 2H=NO 2H2O (3)N2O42e 2HNO 3=2N2O52H 8