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阶段滚动测试(三) 化学反应与能量
测试时间：90分钟 满分：100分
第Ⅰ卷(选择题，共50分)
一、选择题(本大题共20小题，每小题2.5分，共50分。每小题只有一个选项符合要求)
1．[2016·山东月考]对于反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH0，ΔH20，ΔH5Ni2＋(低浓度)，故为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pH。若将题图中阳离子膜去掉，由于放电顺序Cl－>OH－，则Cl－移向阳极放电：2Cl－－2e－===Cl2↑，电解总反应式会发生改变。
18．[2016·金丽衢联考]一种酸性“二甲醚(CH3OCH3)直接燃料电池”具有启动快、能量密度高、效率好等优点，其电池原理如图所示。下列有关该电池的说法不正确的是( )
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A．多孔碳a能增大气固接触面积，提高反应速率，该电极为负极
B．电极b上发生的反应为CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋
C．H＋由b电极向a电极迁移
D．二甲醚直接燃料电池能量密度(kW·h·kg－1)约为甲醇(CH3OH)直接燃料电池能量密度的1.4倍
答案 A
解析 A项，采用多孔导电材料，可以提高电极反应物质在电极表面的吸附量，并使它们与电解质溶液充分接触，而该极是氧气放电，所以是正极，而不是负极，故A错误；B项，电极b是负极发生氧化反应，电极反应式为CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋，故B正确；C项，阳离子向正极移动，所以H＋由b电极向a电极迁移，故C正确；D项，二甲醚提供1 mol电子所需质量为 g，而甲醇(CH3OH)提供1 mol电子所需质量为 g，所以二甲醚直接燃料电池能量密度(kW·h·kg－1)约为甲醇(CH3OH)直接燃料电池能量密度为约为1.4倍，故D正确。
19．[2016·成都二模]近年来AIST报告正在研究一种“高容量、低成本”锂铜空气燃料电池。该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”
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产生电力，其中放电过程为2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，下列说法不正确的是( )
A．放电时，Li＋透过固体电解质向Cu极移动
B．放电时，负极的电极反应式为Cu2O＋H2O＋2e－===Cu＋2OH－
C．通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O
D．整个反应过程中，铜相当于催化剂
答案 B
解析 A项，放电时，阳离子向正极移动，则Li＋透过固体电解质向Cu极移动，故A正确；B项，放电时，负极的电极反应式为Li－e－===Li＋，故B错误；C项，放电过程为2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，可知通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O，故C正确；D项，通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O，放电时Cu2O转化为Cu，则整个反应过程中，铜相当于催化剂，故D正确。
20．[2016·新疆检测]某反应由AB、BC两步反应构成，反应的能量变化曲线如图所示，E1、E2、E3、E4表示活化能，下列有关该反应的ΔH的计算正确的是( )
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A．ΔH＝(E1＋E2)－(E4＋E3)
B．ΔH＝(E4＋E3)－(E1＋E2)
C．ΔH＝(E1＋E2＋E3)－E4
D．ΔH＝(E1＋E3)－(E2＋E4)
答案 D
解析 E1和E3均可看做断裂旧化学键吸收的能量，而E2和E4均可看做生成新化学键放出的能量，故反应的ΔH＝(E1＋E3)－(E2＋E4)。
第Ⅱ卷(非选择题，共50分)
二、非选择题(本大题共4小题，共50分)
21．[2016·大连八中质检](10分)电解原理在工业生产中有广泛的应用。
(1)如图为离子交换膜法电解饱和食盐水的原理示意图，下列说法不正确的是________。
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A．直流电源的左侧为负极
B．从E口逸出的气体是H2
C．从B口加入含少量NaOH的水溶液以增强导电性
D．从C口出来的溶液为NaOH溶液
E．每生成22.4 L Cl2，便产生2 mol NaOH
F．粗盐水中含Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO等离子，精制时先加Na2CO3溶液
G．该离子交换膜为阳离子交换膜
(2)双氧水是一种重要的绿色试剂，工业上可采取电解较稀浓度的硫酸来制取双氧水(H2O2只为还原产物)，其电解的化学方程式为3H2O＋3O2O3＋3H2O2。则阳极的电极反应式为__________________________，阴极的电极反应式为__________________________。
(3)高铁酸钾(K2FeO4)易溶于水，具有强氧化性，是一种新型水处理剂。工业上用如下方法制备高铁酸钾：以Fe2O3为阳极电解KOH溶液。
①高铁酸钾溶液长时间放置不稳定，会产生红色絮状物质及气泡，则该过程的离子方程式为______________________________。
②电解制高铁酸钾时阳极的电极反应式为______________________________。
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答案 (每空2分)
(1)ABDEF
(2)3H2O－6e－===O3＋6H＋ O2＋2e－＋2H＋===H2O2
(3)4FeO＋10H2O===4Fe(OH)3＋8OH－＋3O2↑
Fe2O3＋10OH－－6e－===2FeO＋5H2O
解析 (1)电解池中的阳离子移向阴极，因此右边电极是阴极，生成氢气，OH－离子在右侧生成，氯气在左侧生成，直流电源的右侧为负极，A、B错误，C正确；从D口出来的溶液为NaOH溶液，D错误；由于没有给出氯气所处的外界条件，则不能根据其体积求算物质的量，E错误；粗盐水中含Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO等离子，精制时氯化钡加在Na2CO3溶液之前，这样过量的氯化钡可被碳酸钠除去，F错误，G正确。
(2)根据3H2O＋3O2O3＋3H2O2知阳极发生氧化反应，电极反应式为3H2O－6e－===O3＋6H＋，阴极发生还原反应，电极反应式为O2＋2e－＋2H＋===H2O2。
(3)根据高铁酸钾溶液长时间放置不稳定，会产生红色絮状物质及气泡知生成氢氧化铁和氧气，而且根据电子得失守恒知二者物质的量之比为4∶3，该过程的离子方程式是4FeO＋10H2O===4Fe(OH)3＋8OH－＋3O2↑；Fe2O3作阳极制得的高铁酸钾，电极反应为Fe2O3＋10OH－－6e－===2FeO＋5H2O。
22．[2016·六盘山中学质检](14分)蓄电池是一种反复充电、放电的装置。有一种蓄电池在充电和放电时发生的反应如下：NiO2＋Fe＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2。
(1)此蓄电池在充电时，电池负极应与外加电源的________极连接，电极反应式为____________________。
(2)以铜为电极，用此蓄电池作电源，电解以下溶液，开始阶段发生反应：
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Cu＋2H2O===Cu(OH)2＋H2↑的有________________________。
A．稀H2SO4 B．NaOH溶液
C．Na2SO4溶液 D．CuSO4溶液
E．NaCl溶液
(3)假如用此蓄电池电解以下溶液(电解池两极均为惰性电极)，工作一段时间后，蓄电池内部消耗了0.36 g水。试回答下列问题：
①电解足量N(NO3)x溶液时某一电极析出了a g金属N，则金属N的相对原子质量R的计算公式为R＝________(用含a、x的代数式表示)。
②电解含有0.1 mol·L－1的CuSO4溶液100 mL，阳极产生标准状况下的气体体积为________L；将电解后的溶液加水稀释至2 L，溶液的pH＝________。
(4)熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质、CH4为燃料、空气为氧化剂、稀土金属材料为电极的新型电池。已知该熔融盐电池的负极的电极反应是CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O，则正极的电极反应式为__________________________。
答案 (每空2分)
(1)负 Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－
(2)BCE (3)①50ax ②0.112 2
(4)O2＋2CO2＋4e－===2CO(或2O2＋4CO2＋8e－===4CO)
解析 (1)此蓄电池在充电时，电池负极应与外加电源的负极连接，发生氢氧化亚铁得到电子的氧化反应，其电极反应式为Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－。
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(2)以铜为电极，用此蓄电池作电源，则阳极铜失去电子，根据方程式可知阴极是氢离子得到电子，铜离子与氢氧根结合生成氢氧化铜沉淀，A项，稀硫酸溶液显酸性，不能生成氢氧化铜，A错误；B项，氢氧化钠溶液显碱性，阴极氢离子放电，可以产生氢氧化铜，B正确；C项，铜电极电解硫酸钠溶液，阴极氢离子放电，破坏水的电离平衡，产生氢氧化铜，C正确；D项，铜电极电解硫酸铜溶液，开始阴极铜离子放电，D不正确；E项，铜电极电解氯化钠溶液，阴极氢离子放电，破坏水的电离平衡，产生氢氧化铜，E正确，答案选BCE。
(3)蓄电池内部消耗了0.36 g水，即0.02 mol水，根据方程式可知反应中转移0.02 mol电子。
①电解足量N(NO3)x溶液时某一电极析出了a g金属N，则根据电子得失守恒可知金属N的相对原子质量R的计算公式为R＝＝50ax。
②电解含有0.1 mol·L－1的CuSO4溶液100 mL，阳极氢氧根放电产生氧气，在标准状况下的气体体积为×22.4 L·mol－1＝0.112 L；在生成0.005 mol氧气的同时还有0.02 mol氢离子生成，则将电解后的溶液加水稀释至2 L后氢离子浓度＝0.02 mol÷2 L＝0.01 mol·L－1，所以溶液的pH＝2。
(4)已知该熔融盐电池的负极的电极反应是CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O，则正极是氧气得到电子，根据负极反应式可知正极电极反应式为2O2＋4CO2＋8e－===4CO。
23．[2016·六安一中模拟](12分)天然气既是重要的燃料，又是重要的化工原料。
(1)已知甲烷的燃烧热为890.3 kJ·mol－1，则甲烷燃烧的热化学方程式为___________________________________________________ _____________________。
(2)以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢气的方法。
已知：CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋206.2 kJ·mol－1；
CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝＋247.4 kJ·mol－1。
由甲烷制氢气的一个缺点是______________________ __________________________________________________。
(3)甲烷与水蒸气发生反应：CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)，被氧化的元素是________，当生成标准状况下8.96 L
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CO时转移电子的物质的量是________。
(4)以甲烷为燃料的新型电池，其成本大大低于以氢气为燃料的传统燃料电池。如图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图。
①B极为电池________极，电极反应式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
②若用该燃料电池作电源，用石墨作电极电解100 mL 1 mol·L－1的硫酸铜溶液，当两极收集到的气体体积相等时，理论上消耗的甲烷的体积为________(标准状况下)，实际上消耗的甲烷体积(折算到标准状况)比理论上的大，可能的原因为________________________________________________________________________。
答案 (除标明外，每空2分)
(1)CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝－890.3 kJ·mol－1
(2)需要消耗大量的能量(其他答案合理也可)(1分)
(3)C(或碳元素)(1分) 2.4 mol
(4)①负(1分) CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O ②1.12 L 甲烷不能完全被氧化，可能生成C或CO(或电池能量转化率达不到100%，其他答案合理也可)(1分)
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解析 (1)根据燃烧热定义，可知1 mol CH4完全燃烧生成液态水时放出890.3 kJ热量。
(2)由CH4制H2的反应是吸热反应，需要消耗大量能量，且反应时生成的CO有毒。
(3)反应中碳元素由－4价升高为＋2价。每生成1 mol CO时，转移6 mol电子，则生成标准状况下8.96 L(0.4 mol) CO时，转移2.4 mol电子。
(4)①B极通入的气体是CH4，CH4发生氧化反应，B极是电池的负极。电池总反应为CH4＋2O2===CO2＋2H2O，因为电解质是固体氧化物，所以O2在正极发生还原反应生成O2－，电极反应式为O2＋4e－===2O2－，用电池总反应式减去正极反应式即得负极反应式。②电解CuSO4溶液时，阴极生成Cu，阳极生成O2。当Cu2＋被电解完之后，水电离产生的H＋被还原为H2。0.1 mol Cu2＋被还原时，阳极生成0.05 mol O2；此后再电解0.1 mol H2O时，生成0.1 mol H2和0.05 mol O2，两极收集到的气体体积相等。电路中共转移0.4 mol电子，需要CH4的物质的量为0.05 mol，V(CH4)＝22.4 L·mol－1×0.05 mol＝1.12 L。燃料电池中，化学能不可能全部转化为电能，所需CH4的实际体积比理论体积大。
24．[2016·合肥质检](14分)充电宝基本都由聚合物锂电池作为储电单元，它本身就是一个聚合物锂电池的储电装置，通过IC芯片进行电压的调控，再通过连接电源线充电或储电后将贮存的电量释放出来。
已知：①甲品牌充电宝属于锂钒氧化物凝胶电池，其电池总反应为V2O5＋xLiLixV2O5。
②乙品牌充电宝工作原理如图所示，该电池的总反应式为Li1－xMnO2＋LixC6LiMnO2＋C6(LixC6表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料)。
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请回答下列问题：
(1)甲品牌充电宝放电时，正极的电极反应式为________________________________。
(2)图中K与N相接时，负极的电极反应式为__________________________________，Li＋由________区迁移到________区。(填写“A”或“B”)
(3)图中K与M相接时，阳极的电极反应式为________________________________。
(4)若用乙品牌充电宝给手机充电，该手机电池容量为3200 mA,2小时能将电池充满，则理论上消耗金属Li的质量为________g。(已知：1 C电量约为1.0×10－5 mol电子的电量)
答案 (1)V2O5＋xe－＋xLi＋===LixV2O5(2分)
(2)LixC6－xe－===C6＋xLi＋(3分) B(2分)
A(2分)
(3)LiMnO2－xe－===Li1－xMnO2＋xLi＋(3分)
(4)1.61(2分)
解析 (1)甲品牌充电宝放电时，Li在负极失去电子生成Li＋：xLi－xe－===xLi＋，用电池总反应减去负极反应式即可得到电池正极的电极反应式：V2O5＋xe－＋xLi＋===LixV2O5。
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(2)K与N相接时，充电宝给平板电脑充电，充电宝为原电池，A为电池正极，B为电池负极，LixC6在负极失去电子生成Li＋和C6，其电极反应式为LixC6－xe－===C6＋xLi＋。Li＋由B区迁移到A区。
(3)K与M相接时，电源给充电宝充电，此时A为阳极，LiMnO2失去电子生成Li＋，其电极反应式为LiMnO2－xe－===Li1－xMnO2＋xLi＋。
(4)给手机电池充电时，通过的电量Q＝I·t＝3200×10－3 A×2×60×60 s≈2.3×104 C，根据1 C电量约为1.0×10－5 mol电子的电量可得，转移电子的物质的量＝2.3×104 C×1.0×10－5 mol·C－1＝0.23 mol,1 mol Li失去1 mol电子，所以理论上需要Li的质量＝0.23 mol×7 g·mol－1＝1.61 g。
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