2023版高考化学二轮复习专题限时集训4化学能与热能、电能的相互转化（含解析）新人教版

2020版高考化学二轮复习专题限时集训4化学能与热能、电能的相互转化（含解析）新人教版PAGE22-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)1．N2O和CO是环境污染性气体，可在Pt2O＋外表转化为无害气体，其反响为N2O(g)＋CO(g)CO2(g)＋N2(g)ΔH，有关化学反响的物质变化过程(图1)及能量变化过程(图2)如下：图1图2以下说法正确的选项是()A．由图1可知ΔH1＝ΔH＋ΔH2B．由图2可知ΔH＝－226kJ·mol－1C．为了实现转化需不断向反响器中补充Pt2O＋和Pt2Oeq\o\al(＋,2)D．由图2可知该反响正反响的活化能大于逆反响的活化能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，反响物为N2O(g)＋CO(g)，生成物为CO2(g)＋N2(g)，ΔH＝134kJ·mol－1－360kJ·mol－1＝－226kJ·mol－1，正确；C项，由图1知，Pt2O＋、Pt2Oeq\o\al(＋,2)是催化剂，转化过程中无需向反响器中补充，错误；D项，由图2知，该反响正反响的活化能小于逆反响的活化能，错误。]2．利用CO2可以制取甲醇，有关化学反响如下：①CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－178kJ·mol－1②2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)ΔH2＝－566kJ·mol－1③2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH3＝－483.6kJ·mol－1反响①中相关的化学键键能数据如下：化学键C—HH—HC—OH—O键能/(kJ·mol－1)413436358463那么断开1molC=O需要的能量和CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)的ΔH分别为()A．吸收750kJ·mol－1＋219.2kJ·mol－1B．放出750kJ·mol－1－143.2kJ·mol－1C．吸收1500kJ·mol－1－438.4kJ·mol－1D．吸收750kJ·mol－1－219.2kJ·mol－1D[依据反响焓变ΔH＝反响物键能总和－生成物键能总和，CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)的反响焓变ΔH1＝(2×EC=O＋3×436kJ·mol－1)－(3×413kJ·mol－1＋358kJ·mol－1＋463kJ·mol－1＋463kJ·mol－1×2)＝－178kJ·mol－1；求得：EC=O＝750kJ·mol－1。将①＋②÷2－③÷2即得所求方程式，ΔH＝－178kJ·mol－1＋eq\f(1,2)×(－566kJ·mol－1)－eq\f(1,2)×(－483.6kJ·mol－1)＝－219.2kJ·mol－1。]3．利用“Na—CO2”电池可将CO2变废为宝。我国科研人员研制出的可充电“Na—CO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料，放电时总反响的化学方程式为4Na＋3CO2=2Na2CO3＋C。放电时该电池“吸入〞COA．电流流向为MWCNT→导线→钠箔B．放电时，正极的电极反响式为3CO2＋4Na＋＋4e－=2Na2CO3＋CC．原两电极质量相等，假设生成的Na2CO3和C全部沉积在电极外表，当转移0.2mole－时，两极的质量差为11.2gD．选用高氯酸钠—四甘醇二甲醚作电解液的优点是导电性好，不与金属钠反响，难挥发C[根据正极反响式反响关系可知，当转移0.2mole－时，生成0.1mol碳酸钠、0.05mol碳，正极质量增加0.1mol×106g·mol－1＋0.05mol×12g·mol－1＝11.2g，负极反响式为2Na－2e－=2Na＋，根据反响关系Na～e－可知，当转移0.2mole－时，消耗金属钠的物质的量为0.2mol，质量为0.2mol×23g·mol－1＝4.6g，所以两极的质量差为11.2g＋4.6g＝15.8g，C项错误。4．(2022·湖北七市联考)现有二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池，其原理如下图。以下说法不正确的选项是()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电极附近发生的反响为SO2＋2H2O－2e－=SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋D．Pt2电极附近发生的反响为O2＋4e－＋2H2O=4OH－D[Pt2电极发生的反响应为O2＋4e－＋4H＋=2H2O，D不正确。]5．(2022·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下图。以下说法正确的选项是()A．上述装置中，f极为光伏电池的正极B．阴极的电极反响为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑C．d处得到较浓的NaOH溶液，c处得到HClO4D．假设转移2mol电子，理论上生成100.5gHClO4C[根据Na＋移向，可知c为阳极，e为正极，d为阴极，f为负极。阴极反响为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，阳极反响为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋。故A、B错；转移2mol电子，生成2molHClO4即201.0g，D错。]6．一种Li­CO2/草酸盐二次电池的装置如下图，装置工作时，以下说法错误的选项是()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响2CO2＋2e－=C2Oeq\o\al(2－,4)C．充电时，多孔碳极的电势比金属锂极的高D．放电时，假设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，电极反响式为Li－e－=Li＋，多孔碳极为正极，电极反响式为2CO2＋2e－=C2Oeq\o\al(2－,4)，假设有空气，发生O2＋4e－=2O2－。]7．(2022·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，总反响的方程式为2CO2=2CO＋O2。以下说法正确的选项是()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．阴极的电极反响为CO2＋H2O＋2e－=CO＋2OH－D．反响完毕，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，阴极发生的电极反响为CO2＋H2O＋2e－=CO＋2OH－，C项正确；根据总反响2CO2=2CO＋O2可知反响完毕装置中溶液的pH并无变化，故碱性不会增强，D项错误。]8．(2022·福州质检)锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反响原理如下图，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。以下表述不正确的选项是()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．电池工作时负极反响为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能与水反响，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发生氧化反响：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．(2022·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0.1A，通电10min后，将电池的正、负极互换接入，移动滑动变阻器，以电流强度0.2A，继续通电10min，结束实验。以下有关说法正确的选项是()A．葡萄糖在装置甲的正极参加反响，氧气在负极参加反响B．在该电池反响中，每消耗1mol氧气理论上能生成标准状况下二氧化碳11.2LC．电池工作20min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∶1D．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得电子发生复原反响，在正极发生，A错；根据电子守恒知n(CO2)×4＝1×4，n(CO2)＝1mol，V＝22.4L，B错；0～10min，铜棒与电源正极相连，发生反响Cu－2e－=Cu2＋，碳棒与电源负极相连，发生反响Cu2＋＋2e－=Cu，通电10min后将电池的正、负极互换接入，由于10～20min时的电流强度是0～10min时的2倍，那么10～15min碳棒上发生反响Cu－2e－=Cu2＋，铜棒上发生反响Cu2＋＋2e－=Cu15min时乙装置中铜棒即可恢复到起始通电前的状态，15～20min碳棒上发生反响4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，铜棒上发生反响Cu2＋＋2e－=Cu，生成1molO2的同时析出2molCu，那么20min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．研究小组设计如下图装置，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，以下说法正确的选项是()A．消耗1molO2，有4mole－由N流向MB．消耗1molH2N(CH2)2NH2，有16molH＋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复原B[由信息知，该装置的负极反响式为H2N(CH2)2NH2＋4H2O－16e－=N2↑＋2CO2↑＋16H＋，正极反响式为4O2＋16H＋＋16e－=8H2O。电子应由M流向N，A项错误；消耗1molH2N(CH2)2NH2，有16molH＋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响，D项错误。]11．在日常生活中，我们经常看到铁制品生锈、铝制品外表出现白斑等众多金属腐蚀现象。现通过如下图装置进行实验探究。以下说法正确的选项是()图Ⅰ图Ⅱ图ⅢA．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．铝制品外表出现白斑的原理可以通过图Ⅲ所示装置进行探究，Cl－由活性炭向铝箔外表迁移，并发生电极反响：2Cl－－2e－=Cl2↑D．图Ⅲ所示装置的总反响式为4Al＋3O2＋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，局部气体逸出，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，正极反响式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，负极反响式为Al－3e－＋3OH－=Al(OH)3，错误；D项，将正极反响式和负极反响式相加可得图Ⅲ所示装置的总反响式为4Al＋3O2＋6H2O=4Al(OH)3，生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑，正确。]12．(2022·模拟精选)(1)在25℃、101kPa下，一定质量的无水乙醇完全燃烧时放出热量QkJ，其燃烧生成的CO2用过量饱和石灰水吸收可得100gCaCO3沉淀，那么乙醇燃烧的热化学方程式为____________________________________________________________________________________。(2)25℃、101kPa时，Mn(s)＋O2(g)=MnO2(s)ΔH＝－520kJ·mol－1；S(s)＋O2(g)=SO2(g)ΔH＝－297kJ·mol－1；Mn(s)＋S(s)＋2O2(g)=MnSO4(s)ΔH＝－1065kJ·mol－1。SO2与MnO2反响生成无水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：2H2O(g)=2H2(g)＋O2(g)ΔH＝＋483.6kJ·mol－12Fe3O4(s)6FeO(s)＋O2(g)ΔH＝＋313.8kJ·mol－1①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＝－2QkJ·mol－1(2)MnO2(s)＋SO2(g)=MnSO4(s)ΔH＝－248kJ·mol－1(3)①3FeO(s)＋H2O(g)=Fe3O4(s)＋H2(g)ΔH＝＋84.9kJ·mol－1②催化剂[教师用书独具](1)查阅资料知，K2FeO4能将Mn2＋氧化成MnOeq\o\al(－,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________，________；电极反响式分别为_______________________________________，_____________________________________________________。②当0.5molMn2＋被氧化时，消耗的FeOeq\o\al(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NF3a电极为电解池的________(填“阴〞或“阳〞)极，写出该电极的电极反响式：__________________________________________；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，FeOeq\o\al(2－,4)发生复原反响，石墨a为正极，Mn2＋发生氧化反响，石墨b为负极。②根据电子守恒知：0.5×5＝n(FeOeq\o\al(2－,4))×3可求得n(FeOeq\o\al(2－,4))≈0.83mol。(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，那么a为阳极，阳极上NHeq\o\al(＋,4)失去电子生成NF3，电极反响方程式为NHeq\o\al(＋,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5FeOeq\o\al(2－,4)＋15e－＋40H＋=5Fe3＋＋20H2O3Mn2＋－15e－＋12H2O=3MnOeq\o\al(－,4)＋24H＋②0.83mol(2)阳NHeq\o\al(＋,4)＋3F－－6e－=NF3＋4H＋F213．特殊情境电解池电极反响式的书写。(1)MnO2的生产方法之一是电解酸化的MnSO4溶液，阳极反响式是_______________________________________________________________________________________