高考化学二轮备考高频热点特训：化学能与电能(解析版)

1 化学能与电能 1．【2020•山东卷】采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备 双氧水的装置如下图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是( ) A．阳极反应为 2H2O-4e-=4H++O2↑ B．电解一段时间后，阳极室的 pH 未变 C．电解过程中，H+由 a 极区向 b 极区迁移 D．电解一段时间后，a 极生成的 O2 与 b 极反应的 O2 等量 【答案】D 【解析】a 极析出氧气，氧元素的化合价升高，做电解池的阳极，b 极通入氧 气，生成过氧化氢，氧元素的化合价降低，被还原，做电解池的阴极。A 项，依 据分析 a 极是阳极，属于放氧生酸性型的电解，所以阳极的反应式是 2H2O-4e-=4H++O2↑，故 A 正确，但不符合题意；B 项，电解时阳极产生氢离子， 氢离子是阳离子，通过质子交换膜移向阴极，所以电解一段时间后，阳极室的 pH 值不变，故 B 正确，但不符合题意；C 项，有 B 的分析可知，C 正确，但不符 合题意；D 项，电解时，阳极的反应为：2H2O-4e-=4H++O2↑，阴极的反应为： O2+2e-+2H+=H2O2，总反应为：O2+2H2O=2H2O2，要消耗氧气，即是 a 极生成的氧气小 2 于 b 极消耗的氧气，故 D 错误，符合题意；故选 D。 2．【2019•新课标Ⅰ卷】利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池 工作时 MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是 ( ) A． 相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能 B． 阴极区， 氢化酶作用下发生反应 H2+2MV2+=2H++2MV+ C． 正极区，固氮酶 催化剂，N2 发生还原反应生成 NH3 D． 电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动 【答案】B 【解析】由生物燃料电池的示意图可知，左室电极为燃料电池的负极，MV+ 在负极失电子发生氧化反应生成 MV2+，电极反应式为 MV+—e—= MV2+，放电生成的 MV2+在氢化酶的作用下与 H2 反应生成 H+和 MV+，反应的方程式为 H2+2MV2+=2H++2MV+； 右室电极为燃料电池的正极，MV2+在正极得电子发生还原反应生成 MV+，电极反应 式为 MV2++e—= MV+，放电生成的 MV+与 N2 在固氮酶的作用下反应生成 NH3 和 MV2+， 反应的方程式为 N2+6H++6MV+=6MV2++NH3，电池工作时，氢离子通过交换膜由负极 向正极移动。A 项，相比现有工业合成氨，该方法选用酶作催化剂，条件温和， 3 同时利用 MV+和 MV2+的相互转化，化学能转化为电能，故可提供电能，故 A 正确； B 项，左室为负极区，MV+在负极失电子发生氧化反应生成 MV2+，电极反应式为 MV+ —e—= MV2+，放电生成的 MV2+在氢化酶的作用下与 H2 反应生成 H+和 MV+，反应的方 程式为 H2+2MV2+=2H++2MV+，故 B 错误；C 项，右室为正极区，MV2+在正极得电子发 生还原反应生成 MV+，电极反应式为 MV2++e—= MV+，放电生成的 MV+与 N2 在固氮酶 的作用下反应生成 NH3 和 MV2+，故 C 正确；D 项，电池工作时，氢离子(即质子) 通过交换膜由负极向正极移动，故 D 正确。故选 B。 3．【2019•新课标Ⅲ卷】为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三 维多孔海绵状 Zn(3D−Zn)可以高效沉积 ZnO 的特点，设计了采用强碱性电解质的 3D−Zn—NiOOH 二次电池，结构如下图所示。电池反应为 Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)  放 充 电 电 ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是( ) A． 三维多孔海绵状 Zn 具有较高的表面积，所沉积的 ZnO 分散度高 B． 充电时阳极反应为 Ni(OH)2(s)+OH−(aq)−e−=NiOOH(s)+H2O(l) C． 放电时负极反应为 Zn(s)+2OH−(aq)−2e−=ZnO(s)+H2O(l) D． 放电过程中 OH−通过隔膜从负极区移向正极区 【答案】D 4 【解析】A 项，三维多孔海绵状 Zn 具有较高的表面积，吸附能力强，所沉 积的 ZnO 分散度高，A 正确；B 项，充电相当于是电解池，阳极发生失去电子的 氧化反应，根据总反应式可知阳极是 Ni(OH)2 失去电子转化为 NiOOH，电极反应 式为 Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－＝NiOOH(s)＋H2O(l)，B 正确；C 项，放电时相当 于是原电池，负极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知负极反应式为 Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－＝ZnO(s)＋H2O(l)，C 正确；D 项，原电池中阳离子向正 极移动，阴离子向负极移动，则放电过程中 OH－通过隔膜从正极区移向负极区， D 错误。故选 D。 4.将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行 铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是( ) A．铁被氧化的电极反应式为Fe−3e−=Fe3+ B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能 C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀 D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀 【答案】C 【解析】A．该装置中发生吸氧腐蚀，Fe 作负极，Fe 失电子生成亚铁离子， 电极反应式为 Fe﹣2e﹣═Fe2+，故 A 错误；B．铁腐蚀过程发生电化学反应，部分 5 化学能转化为电能，放热，所以还存在化学能转化为热能的变化，故 B 错误；C．Fe、 C 和电解质溶液构成原电池，Fe 易失电子被腐蚀，加速 Fe 的腐蚀，故 C 正确；D．弱 酸性或中性条件下铁腐蚀吸氧腐蚀，水代替 NaCl 溶液，溶液仍然呈中性，Fe 发 生吸氧腐蚀，故 D 错误；故选 C。 5.我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池，其工作原理示 意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。分析错误的是( ) A． 放电时，a 电极反应为 I2Br－+2e－=2I－+Br－ B． 放电时，溶液中离子的数目增大 C． 充电时，b 电极每增重0.65g ，溶液中有 0.02mol I  被氧化 D． 充电时，a 电极接外电源负极 【答案】D 【解析】A 项，放电时，a 电极为正极，碘得电子变成碘离子，正极反应式 为 I2Br－+2e－=2I－+Br－，故 A 正确；B 项，放电时，正极反应式为 I2Br－+2e－=2I－ +Br－，溶液中离子数目增大，故 B 正确；C 项，充电时，b 电极反应式为 Zn2＋+2e 6 －=Zn，每增加 0.65g，转移 0.02mol 电子，阳极反应式为 Br－+2I－-2e－=I2Br－， 有 0.02molI－失电子被氧化，故 C 正确；D 项，充电时，a 是阳极，应与外电源 的正极相连，故 D 错误；故选 D。 6．【2019•上海卷】关于下列装置(只是个示意图)，叙述错误的是 ( ) A．石墨电极反应：O2+4H++4e → 2H2O B．鼓入少量空气，会加快 Fe 的 腐蚀 C．加入少量 NaCl，会加快 Fe 的腐蚀 D．加入 HCl，石墨电极反应式： 2H++2e → 2H2↑ 【答案】A 【解析】金属的吸氧腐蚀，溶液并不是较强酸性，石墨电极反应式：O2+2H2O+4e → 4OH- ，因此 A 选项错误 7．【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。 7 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 【答案】A 【解析】A．甲装置属于原电池，Zn 较 Cu 活泼，做负极，Zn 失电子变 Zn2+， 电子经导线转移到铜电极，铜电极负电荷变多，吸引了溶液中的阳离子，因而 Zn2+和 H+向 Cu 电极方向移动，H+氧化性较强，得电子变 H2，2H++2e=H2↑，因而 c(H+) 减小，A 项错误；B． Ag2O 作正极，得到来自 Zn 失去的电子，被还原成 Ag，结 合 KOH 作电解液，故电极反应式为 Ag2O＋2e−＋H2O 2Ag＋2OH−，B 项正确；C．Zn 为较活泼电极，做负极，发生氧化反应，电极反应式为 Zn-2e-=Zn2+，锌溶解，因 而锌筒会变薄，C 项正确；D．铅蓄电池总反应式为 PbO2 + Pb + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O，可知放电一段时间后，H2SO4 不断被消耗，因而电解质溶液的酸性减弱， 导电能力下降，D 项正确。故选 A。 8.最近我国科学家设计了一种 CO2+H2S 协同转化装置，实现对天然气中 CO2 和 H2S 的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为 ZnO@石墨烯(石墨烯包裹 的 ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为： 8 ①EDTA-Fe2+-e-＝EDTA-Fe3+ ②2EDTA-Fe3++H2S＝2H++S+2EDTA-Fe2+ 该装置工作时，下列叙述错误的是( ) A．阴极的电极反应：CO2+2H++2e-＝CO+H2O B．协同转化总反应：CO2+H2S＝CO+H2O+S C．石墨烯上的电势比 ZnO@石墨烯上的低 D．若采用 Fe3+/Fe2+取代 EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+，溶液需为酸性 【答案】C 【解析】A 项，CO2 在 ZnO@石墨烯电极上转化为 CO，发生得到电子的还原反应， 为阴极，电极反应式为 CO2+H＋+2e－＝CO+H2O，A 正确；B 项，根据石墨烯电极上 发生的电极反应可知①+②即得到 H2S－2e－＝2H＋+S，因此总反应式为 CO2+H2S＝ CO+H2O+S，B 正确；C 项，石墨烯电极为阳极，与电源的正极相连，因此石墨烯 上的电势比 ZnO@石墨烯电极上的高，C 错误；D 项，由于铁离子、亚铁离子均易 9 水解，所以如果采用 Fe3＋/Fe2＋取代 EDTA-Fe3＋/EDTA-Fe2＋，溶液需要酸性，D 正 确。 9.我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的 Na—CO2 二次电池。将 NaClO4 溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的 总反应为：3CO2+4Na 2Na2CO3+C。下列说法错误的是( ) A．放电时，ClO4 －向负极移动 B．充电时释放 CO2，放电时吸收 CO2 C．放电时，正极反应为：3CO2+4e− ＝2CO3 2－+C D．充电时，正极反应为：Na++e−＝Na 【答案】D 【解析】A 项，放电时是原电池，阴离子 ClO4 －向负极移动，A 正确；B 项，电 池的总反应为 3CO2+4Na 2Na2CO3+C，因此充电时释放 CO2，放电时吸收 CO2，B 正确；C 项，放电时是原电池，正极是二氧化碳得到电子转化为碳，反应为：3CO2+4e −＝2CO3 2－+C，C 正确；D 项，充电时是电解，正极与电源的正极相连，作阳极， 发生失去电子的氧化反应，反应为 2CO3 2－+C－4e−＝3CO2，D 错误。 10 10.一种可充电锂-空气电池如图所示。当电池放电时，O2 与 Li+在多孔碳材 料电极处生成 Li2O2-x(x=0 或 1)。下列说法正确的是( ) A．放电时，多孔碳材料电极为负极 B．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极 C．充电时，电解质溶液中 Li+向多孔碳材料区迁移 D．充电时，电池总反应为 Li2O2-x=2Li+(1－x/2)O2 【答案】D 【解析】A 项，题目叙述为：放电时，O2 与 Li+在多孔碳电极处反应，说明电 池内，Li+向多孔碳电极移动，因为阳离子移向正极，所以多孔碳电极为正极，A 错误；B 项，因为多孔碳电极为正极，外电路电子应该由锂电极流向多孔碳电极 (由负极流向正极)，B 错误；C 项，充电和放电时电池中离子的移动方向应该相 反，放电时，Li+向多孔碳电极移动，充电时向锂电极移动，C 错误；D 项，根据 图示和上述分析，电池的正极反应应该是 O2 与 Li+得电子转化为 Li2O2-X，电池的 负极反应应该是单质 Li 失电子转化为 Li+，所以总反应为：2Li + (1－x/2)O2 ＝ 11 Li2O2-X，充电的反应与放电的反应相反，所以为 Li2O2-X ＝ 2Li + (1－x/2)O2，选 项 D 正确。 11.验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的 3%NaCl 溶液)。 ① ② ③ 在 Fe 表面生成蓝色沉淀 试管内无明显变化 试管内生成蓝色沉淀 下列说法不正确．．．的是( ) A．对比②③，可以判定 Zn 保护了 Fe B．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将 Fe 氧化 C．验证 Zn 保护 Fe 时不能用①的方法 D．将 Zn 换成 Cu，用①的方法可判断 Fe 比 Cu 活泼 【答案】D 【解析】A 项，对比②③，②Fe 附近的溶液中加入 K3[Fe(CN)6]无明显变化， ②Fe 附近的溶液中不含 Fe2+，③Fe 附近的溶液中加入 K3[Fe(CN)6]产生蓝色沉淀， 12 ③Fe 附近的溶液中含 Fe2+，②中 Fe 被保护，A 项正确；B 项，①加入 K3[Fe(CN)6] 在 Fe 表面产生蓝色沉淀，Fe 表面产生了 Fe2+，对比①②的异同，①可能是 K3[Fe(CN)6]将 Fe 氧化成 Fe2+，B 项正确；C 项，对比①②，①加入 K3[Fe(CN)6] 在 Fe 表面产生蓝色沉淀，①也能检验出 Fe2+，不能用①的方法验证 Zn 保护 Fe， C 项正确；D 项，由实验可知 K3[Fe(CN)6]可能将 Fe 氧化成 Fe2+，将 Zn 换成 Cu 不 能用①的方法证明 Fe 比 Cu 活泼，D 项错误。 12.支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工 作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是 ( ) A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩 C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流 D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整 【答案】C 【解析】A．外加强大的电流抑制金属电化学腐蚀产生的电流，A 正确；B．通 13 电后，被保护的钢管柱作阴极，高硅铸铁作阳极，因此电路电子被强制从高硅铸 铁流向钢管桩，B 正确；C．高硅铸铁为惰性辅助阳极，所以高硅铸铁不损耗，C 错误；D．外加电流要抑制金属电化学腐蚀产生的电流，D 正确。故选 C。 13.用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶 液一般为 混合溶液。下列叙述错误的是 ( ) A．待加工铝质工件为阳极 B．可选用不锈钢网作为阴极 C．阴极的电极反应式为： D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 【答案】C 【解析】A 项，根据原理可知，Al 要形成氧化膜，化合价升高失电子，因此 铝为阳极，故 A 说法正确；B 项，不锈钢网接触面积大，能增加电解效率，故 B 说法正确；C 项，阴极应为阳离子得电子，根据离子放电顺序应是 H＋放电，即 2H＋＋2e−=H2↑，故 C 说法错误；D 项，根据电解原理，电解时，阴离子移向阳极， 故 D 说法正确。 14.全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极 a 常用掺有石墨烯的 S8 材料，电池反应为：16Li+xS8=8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法 错误的是( ) 14 A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4 B．电池工作时，外电路中流过 0.02 mol 电子，负极材料减重 0.14 g C．石墨烯的作用主要是提高电极 a 的导电性 D．电池充电时间越长，电池中 Li2S2 的量越多 【答案】D 【解析】A．原电池工作时，Li+向正极移动，则 a 为正极，正极上发生还原 反应，随放电的多少可能发生多种反应，其中可能为 2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4，故 A 正确；B．原电池工作时，转移 0.02mol 电子时，氧化 Li 的物质的量为 0.02mol， 质量为 0.14g，故 B 正确；C．石墨能导电，利用石墨烯作电极，可提高电极 a 的导电性，故 C 正确；D．电池充电时间越长，转移电子数越多，生成的 Li 和 S8 越多，即电池中 Li2S2 的量越少，故 D 错误；答案为 A。 15.下列说法正确的是( ) A．反应 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的ΔH < 0，ΔS >0 B．地下钢铁管道用导线连接锌块可以减缓管道的腐蚀 C．常温下，Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10−12，pH=10 的含 Mg2+溶液中，c(Mg2+)≤5.6 15 ×10−4 mol·L−1 D．常温常压下，锌与稀 H2SO4 反应生成 11.2 L H2，反应中转移的电子数为 6.02×1023 【答案】BC 【解析】A．该反应气体的分子数减少了，所以是熵减的反应，ΔS