第1章 微项目设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案——化学反应中能量及物质的转化利用-【学霸黑白题】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修第一册(鲁科版2019)

微项目 设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案 化学反应中能量及物质的转化利用 白题 其过关练 限时:15min 知识点1 氧氧燃料电池 1.(2023·江西九江高二期末)氢氧燃料电池可 以使用在航天飞机上,其反应原理示意图如 Cd(OHD. 2Xi00H+2H.0 -2- H0+ +KOH 图。下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是 .+2 Cd+20H (21%) 2Ni(OH).+20H 电极A _ __ 电机B A. 该电池工作时电能转化为化学能 下列说法不正确的是 ( ) B. 0.在b电极上发生还原反应 A. 断开K。、合上K..锦电池能量转化形式; C. 外电路中电子由电极b通过导线流向电 化学能→电能 极a B. 断开K、合上K..电极A为阴极,发生还原 反应 D. 氢氧燃料电池不属于绿色电源 C. 电极B发生氧化反应过程中,溶液中KOH I11 10. 浓度不变 11一 D. 锦二次电池的总反应式为Cd+ 0(空气) -电极b I1 知识点3 载人航天器的氧气再生方案 一电解质 4.(2023·湖北武汉高二期末)为循环利用空间 →HO 出口1 出口II (第1题) (第2题) 站航天员呼出的二氧化碳并为航天员提供氧 气,我国科学家设计了一种装置(如图所示). 2.(2023·北京统考一模)某种培根型减性氢氧 实现了“太阳能→电能→化学能”的转化,总 燃料电池示意图如图所示,下列有关该电池 反应为2C0.-2C0+0。。下列说法正确的 的说法不正确的是 ( ) 是 ) A. 电池放电时,K向锦电极I的方向迁移 A.Y电极连接的 B. 正极电极反应式为0.+2H,0+4e-40H 是太阳能电池 C. 出口I处有水生成 的正极 离子交换院 D. 循环聚可使电解质溶液不断浓缩、循环 B.乙离子是0H. 知识点2 锲电池 离子交换膜为阳离子交换膜 3. 锦辐电池是二次电池,可用于各种卫星设备 C. X电极上的电极反应式为4OH-4e -2H,0+O 其工作原理示意图如下(L为小灯泡,K、K D. 电路中每转移4V.个电子,可向空间站供 为开关,a、b为直流电源的两极)。 氧22.4L 选择性必修第一册·LK 黑白题038 应用提优练 黑题 限时:25min 1.有一种MCFC型氢氧燃料电池,电解质为熔副 mCeO.+xH.+xCo 的K,CO。电池的总反应为2H,+0 H:g+0(g -2H{0,负极反应为H+CO -2e AH △H :o A :0. , -H,O+CO。下列说法中正确的是 __ A. 正极反应为40H-4e-2H,0+0 下列说法不正确的是 ) B. 放电时CO向负极移动 A. 该过程中CeO.没有消耗 C. 电池放电时,电池中CO 的物质的量将逐 B. 该过程实现了太阳能向化学能的转化 渐减少 C. 图中△H.=△H.+△H D. 电路中电子由负极经熔融的K.C0.流到正 D. 以C0和0.构成的碱性燃料电池的负极 极,形成闭合回路 反应式为C0+40H-2eC0 +2H.0 2. 航天飞行器中的一种全天候太阳能电化学电 4.(2023·湖北襄阳高二月考)空间实验室“天 池在光照时的工作原理如图所示。下列说 宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池 法正确的是 ( ) (RFC),RFC是一种将水电解技术与氢氧燃 料电池技术相结合的可充电电池。如图为 用电器 RFC工作原理示意图,有关说法正确的是 H,WO. ( _ 气体x P电极 气体Y P Tio/wo. H 铀电初 光电极 A. 该电池工作时光能完全转化成电能 I0 B. 光照时,b极反应式为VO{*}+2OH-e 酸性电解质溶浪 --VO:+HO A. 左端装置中化学能转化为电能,右端装置 C. 夜间无光照时,a电极流出电子 中电能转化为化学能 D. 光照时,H由a极室通过质子膜进入b B.c极上发生的电极反应式:0.+2H.0+4e 极室 --40H" 3. 某科学家利用二氧化钝(CeO。)在太阳能作用 C. d极上进行氧化反应,右端装置B中的H 下将H.0、CO.转变为H.C0。其过程如下; 可以通过隔膜进入A 太阳能 mCeO. D. 当有0.2mol电子转移时,a极产生 2.24LH. 900C (m-x)CeO·xCe+xHO+xCO. ② 进阶突破 拨离练P05 第1章 黑白题0392.D解析：食盐水的边缘处与空气中的氧气接触，氧气得电子，反应 9m变化趋势逐渐或小，则反应速率逐渐减慢，随着反应的进行，空 式：0，+4e+2H20一40H,则m点处有氢氧根离子生成.即n点溶 气中的氧气含量逐渐诚小，反应速率逐渐减慢。(3)铁钉的吸氧腐 液变红，A正确：若电极d为铜.海水换成稀硫酸，则Fe作负极，Cu 蚀中，滴有酚酰的ā点附近出现红色，则产生氢氧根离子，电极反应 作正极，在正极发生得电子的还原反应：2H”+2e一H21,B正确： 式为02+4e+2H20一40H:b点则为Fe失电子生成二价铁或三 Fe与Zn形成原电池，Za为负极.Fe为正极，正极被保护，则铁不易 价铁，b点周围出现蓝色沉淀则加入铁氧化钾验证二价铁的存在，电 被喷蚀，C正确：食盐水的边缘处与空气中的氧气接触，氧气得电子， 极反应式为Fe-2e=e2+:b点作电泡的负极，腐蚀更严重 即a点为正极，b点为负极，负极被腐蚀.生成的下®移动到a点形成 微项目设计载人航天器用化学 铁锈，所以a点产生的铁锈比b点的多，故D错误。 3.AD解析：已知：为抑制腐蚀的发生，通常将钢管、，石墨电极分别与 电池与氧气再生方案 外接电源相连，使钢管表面形成致密的F,O,薄膜，则铁被氧化，铁 化学反应中能量及物质的转化利用 为阳极不是阴极，故上述保护方法不属于阴极电保护法，A错误：由 白题 基础过关练 图可知：将使过程中存在S0防+4H,厌氧细g-+4州，0，B正确：。 题号1234 变为Fe时转移2个电子，则每生成1moFS,最终转移的电子数 为2V,,C正确：通电后电子从钢管流向石墨电极，但电子不会进人 答案BACC 电解液，故不会经潮湿的土壤回到钢管，D错误 1.B解析：氢氧燃料电池是将化学能转化为电能的装置，A错误：通人 4.C解析：根据c(H”)=102©l·L.的溶液中压强与时间的关系 氢气的电极为原电池的负极，通人氧气的山电极为原电池的正极， 知.压强随着反应的进行而逐渐增大，说明该装置发生析氢腐蚀.则 O,在b电极上发生还原反应，B正确：原电池工作时，电子由负极经 溶液e(H)≤102l·L1时，生铁发生析氢腐蚀，故A正确： 外电路流向正极，即电子由电极通过导线流向电极b,C错误：氢氧 c(H)=10m·L.的醋酸中压强随着反应的进行而逐渐减小，说 燃料电池最终生成水，不污染环境.属于绿色电源，D错误 明发生吸氧腐蚀，c(H十)=104l·L1的酷酸呈酸性，所以在酸性 2.A解析：原电池中，阳离子向正极移动，氢氧燃料电池中通入02的 溶液中生铁可能发生吸氧腐蚀.故B正确：根据压强与时间关系图 电极是正极，则镍电极Ⅱ为正极，则K向镍电极Ⅱ的方向迁移，A错 知，r(H)=10mwl·L.'的溶液和c(H')=10+ol·L的溶液 误：正极电极反应式为02+2H20+4e一40H,B正确：镍电极1 中，变化相同的压强时所用时间不同，前者比后者所用时间长，说明吸氧 为负极，电极反应式为H2-2e+20H一2H20,出口1处有水生 腐蚀速率大于析氢腐蚀速率，故C错误：两溶液中都发生电化学腐蚀，铁 成，C正确：由图示可知，循环泵可使电解质溶液不断浓缩，循环。 均作负极，电极反应式均为F-2e一F。.故D正确。 D正确 5.BC解析：增大单位体积水体中小粒径ZW的投入量，可以增大小粒 3.C解析：电极B发生氧化反应的电极反应式为2N(0H)2-2e 径1和正极的接触面积，加快V1释放电子的速率，可使，增 +20H一2NOOH+2H0.溶液中KOH浓度减小.电极A发生还原 大，A正确：由修复过程示意图中反应前后元素化合价变化可知，反 应①②③④均为得电子的反应，所以均应在正极发生，B错误：三氯 反应的电极反应式为Cd(0H)2+2e一C+20H,此时为充电过 乙烯C,HC,中C元素化合价为+1价，乙烯中C元素化合价为-2价， 程.总反应式为Cd(0H),+2N(0H,通电Cd+2N00H+2H,0. 1olC,HCl,转化为1mlC2H:时，得到6ol电子，脱去3ml氯原 C错误 子，所以脱去amdC时n.=2aml.C错误：由示意图及N元素的化 4.C解析：根据题干信息“太阳能+电能+化学能“可判断该装置为 合价变化可写出如下转化：NO+8e一→NH1,由于生成物中有NH, 电解池，根据图中电子的流向可知，Y电极为阴极，与太阳能电池的 所以只能用和H0来配平该反应，而不能用H20和0H来配平， 负极相连，A错误：根据电池总反应可知Y电极（部极）上CO,得电 所以④的电极反应式为NO,+10H+8e一NH+3H,0,D正确。 子生成C0.电极反应式为C02+H20+2eC0+20H.Y电极生成 6.(1)A(2)①e22Cu“+30H+CC2(0H),C1↓③0,448 的OH通过阴离子交换膜向X电极迁移，B错误：根据电池，总反应可 解析：(1)由图片信息可知，Cu(OH),C1疏松，易吸收水，会使器物 知X电极（阳校）上0H失电子生成02，电极反应式为40用-4e 损坏程度逐步加剧，并不断扩散，所以属于有害锈，放A正确： 一2H20+02↑，C正确：电路中每转移4N,个电子，可生成1m Cu2(OH),C0,能溶于盐酸，不能溶于氢氧化钠溶液，故B错误：青铜 02,标准状况下体积才是22.4L,D错误 器表面涂一层食盐水提供形成原电池的电解质溶液，加快铜的腐蚀。 黑题 应用提优塔 故C错误：HNO3具有强氧化性，能加快铜的腐蚀，故D错误。 (2)①根据图示，离蚀过程中，铜失电子生成C2+,则负极是铜，选©： 题号1 2 34 ②根据上述分析.正极产物是0H,负极产物为C2,环境中的C 答案BCC 扩散到孔口，与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈 1,B解析：正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，正极 Cu,(0州)，a,则离子方程式为2C2+30H+d一Cu,(0H),d!: 反应为02+2C02+4e一2C0,A错误：放电时.电解质中的阴离 34.29gCu(0H)1C1的物质的量 2145g·a户=00aa,根据铜原 4.29g 子向负极移动.阳离子向正极移动.所以CO片向负极移动，B正确：放 电时，根据电池总反应式知，碳酸根离子不参加反应，所以电解质中碳酸 子守恒，Cu的物质的量为0.04ml,负极反应为2C-4e 根离子的物质的量不变.C错误：放电时，电子由负极沿导线流向正极，不 2C2+,正极反应为02+4”+2H0一40H,根据电子守恒.则理论 进入电解质中，电解质中通过阴阳离子定向移动形成电流，D错误 上耗氧体积为0.02mo×22.4L·1=0.4481 2.C解析：该电池工作时将光能转化为电能.除了转化为电能外还能 压轴挑战 转化为热能.不可能完全转化成电能，A不符合题意：光照时，b电 7,(1)ACD(2)减慢氧气的浓度(3)①02+4e+2H20一40H 极V0失去电子发生氧化反应，电池中有氢离子参与反应，没有氢 ②铁氰化钾溶液③Fe-2c—Fe24b 氧根离子存在.电极反应为V02++H20-:一V0;+2H',B不符合 解析：(1)由影响化学反应速率的几大因素进行推导，其中A为浓 题意：夜间无光照时，相当于蓄电池放电，a极的电极反应式为 度，B为温度，C为固体表面积，但B项直接加热会使具支试管内温 V+-e—V”,发生氧化反应，是电子流出的一极，C符合题意：原 度持续升高，导管一端只会产生气泡不会形成气柱，D项换成更细的 电池中氢离子向正极移动，所以氢离子由b极室通过质子膜进人a 导管为了放大实验现象，以便于明显观察到水柱的上升，答案 极室，D不符合题意 为ACD。(2)通过表格，间隔2分钟液柱高度的变化，5-7mn,7- 3.C解析：从反应过程判断CO,没有清耗，A正确：该过程是在太阳 选择性必修第一册·LK黑白题14 能作用下将H,0.C0,转变为H,,C0.是把太阳能转化为化学能的过 0,A正确：△H,表示断裂C0中共价键形成02-和C0,吸收的能量. 程，B正确：根据盖斯定律，有△H,=-△H2-△H1,C错误：以C0和O, 与M无关，因而△(MC0)=△H(CaC0,)>0,B正确：由以上分 构成的碱性燃料电池的负极发生氧化反应，元索化合价升高，所以是 析可知△H,(CaC0,)-△H,(MC0,)<0.而△H,表示形成M0离子键 C0发生氧化反应，D正确。 所放出的能量，AH为负值，Ca0的离子键强度弱于Mg0,因而 4.C解析：由图知，左边为电解池，实质是电解水，a电极和电源负极 △H1(Ca0)>△H(M0).△H1(Ca0)-△H1(Mg0)>0.C错误：由以上 相连作阴极.产生的气体X为氢气，b电极和电源正极相连作阳极， 分析可知△H+△H,>0,△H1<0.故4H,+△H,>△H1,D正确 产生的气体Y为氧气，右边为氢氧燃料电池，通氢气的电极为原电 8.D解析：根据图1.除氯时，阳极生成氯气，需要石墨作阳极，溶液 池负极，则心极为正极。由图知，右端装置为氢氧燃料电池，化学能 plH减小，根据图2中0-20min溶液pH的变化，可知0-20min脱除 转化为电能，左端装置为电解池，电能转化为化学能，A错误：由分析 的元素是氮元素：除磷时，下。作阳极失电子，石墨作阴极，电极反应 可知，气体X为氢气，Y为氧气，右端装置为氢氧燃料电池，e极为正 式为2H”+2e一H2,溶液pH会增大.图2中20-40min溶液pH 极.发生的电极反应式为0，+4H+4e一2H,O,B错误：d电极为 增大，故脱除的元素是磷元素。电解法除氨有效氯C0氧化NH,: 电池负极，发生氧化反应，阳离子向正极移动，即进人A,C正确： C0被还原为C,反应的离子方程式为3CI0+2NH,一3C 极的电极反应式为2H+2e一H2↑，转移0.2mol电子时，只有在 +N,+3H,O,A错误：随溶液pH减小，氢离子浓度增大，C,+HO 标准状况下才能产生224L氢气.D错误 一H+C+HCO平衡逆向移动.HCO浓度降低，有效氯浓度降 第1章章末检测 低，氨的去除率降低，B错误：由分析可知，C错误，D正确 9.CD解析：气体水变为波体水释放能量.放热熔变为负值.则H,0 黑题 阶段检测 (1)的峰尔生成焰△H<-241.8kJ·mo1,A正确：由图可知，N,H,的 题号123456789101112 摩尔生成格为正值，NH,的摩尔生成焙为负值，则相同状况下，NH, 比N,H4稳定.B正确：燃烧热是在101kPa时.1ml物质完全燃烧 答案CBABBDCD CDCD DC 生成稳定的氧化物时所放出的热量：缺少液体水的摩尔生成格数据， 1,C解析：用N,0,/C2HN2作推进剂，反应产物为氮气，二氧化碳和 不能求得N,H()的燃烧热，C错误：氮气和氢气生成氨气的反应为 水，无污染，对环境友好，A正确：根据题意可知，使该反应不需要氧 可逆反应，反应进行不彻底，0.5mN2(g)与1.5olH2(g)充分反 气，无氧环境下不影响该推进剂的使用，B正确：液态变为气体需要 应，放出的热量小于45.9kJ,D错误。 吸热，则若反应物都是气态的，则该反应的△Ⅲ将变小，C错误：推进 10.CD解析：原子半径越小，共价键键长越短，键能越大，由于原子半 剂反应释放大量的热量给火箭提供动力，反应的△∥<0，D正确。 径：P>C,故P一P键的键能小于P一CI键的键能，A错误：已知： 2.B解析：用图①装置实现铁上镀铜，根据电流的方向可知a极为用 P(g)+6Cl(g)=4PCl(g)All=a kJ.mol-.P(g)+10Cl (g) 极，是铜电极，b电极为下e电极，电解质溶液可以是CusO,溶 -4PC,(g)△H=bk灯·mo',反应中反应物，生成物的状态都 液，A正确：Z乙电极为负极，C!电极为正极，负极Zm失去电子变为 是气态，而C1(g)+PC(g)=PC1,(s)中PC,为周态，物质的状 2+进人游液，根据异种电荷相互吸引的原则，在含有盐桥的原电池 态不同，因此不能计算其反应热.B错误：已知：①P,(g)+6C2(g) 中，盐桥中阴离子流向负极区，阳离子流向正极区，该装置中作负 4PCl(g）△H=akJ·mol,2P,(g)+10Cl2(g)4PC,(g) 极，Cu作正极.所以盐桥中KC的C移向左烧杯，B错误：电解池阴 △H=bk灯·mo1,利用“盖撕定律”，②-①，整理可得4C2(g)+ 极与电源的负极连接，金属被保护，电解池阳极的金属与电源正极连 接而加速被嘴蚀，婴保护钢闸门，则钢闸门连接电源负极，C正确：在 4PCl,(g)4PCl,(g)△H=(b-a)kJ·mo,假设C@一Cl键的 左边的原电池中A1为负极，A是+3价的金属，IA会失去3md 键能为xkJ·ol,由于PCl,中P一CI键的键能为cJ·o,面 电子：右边的原电池中m是负极，Z是+2价的金属，1 nol Zn会失 PCl3中P一C1键的键能为1.2ek·mol1,则4x+12×1.2c-20c=b- 去2m电子，所以图④两个装置中通过导线的电子数相同时，消耗 a,解得x=6-+5.6cCU·ar',假设P-P健的键能为y小·m, 4 负极材料的物质的量不同，D正确 3.A解析：根据题干信息可知： 将xy的值代人①式中，6+6×-a+56c-12x1.2=a.解得y 4 ①Cs04·5H20(s)Cs0,(aq)+5H20(1)△H1>0 2Cs0,(s)CuS0,(n）△H3<0 5a-36+12J·mr,C.D正确。 12 3CuS0·5H,0(s)CS04·3H,0(s)+2H,0(1)△H>0 11.D ④CS0,·3H20(s)CS01·H0(=）+2H0(1)△H>0 12.C解析：由图可知.左侧两个装置为甲烷燃料电池，通人甲烷的铂 5Cs0,·H20(s)CuS04(s)+H,0(I)△H>0 电极为负极，碱性条件下甲烷在负极失去电子发生氧化反应生成碳 根据盖斯定律可知②+③+④+⑤即得到①.则△H=△H2+△H3+ 酸根离子和水，电极反应式为CH4+10OH-8e一C0片+ △H+△H,因此△H,<△H,+△H,+△H一定是正确的 7H,0,A错误：通人氧气的铂电极为正极，水分子作用下氧气在正 4.B5.B 极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子：右侧装置为电解包和食 6.D解析：根据反应①可知，当生成液态水时，由于气体转化为液体时 盐水的电解池.闭合开关K后，与正极相连的电极为电解池的阳 放热，所以生成液态水时放出的热量更多，放热越多，烙变越小，A正 极，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，B错误：设标准 确：物质的量相等的甲烧分别参加反应①，②，C元素的化合价均是 状况下生成氯气的体积为V,由得失电子数目守恒可得： 从一4价升高到+4价，所以转移电子数相同，B正确：标准状况下 4.48L甲烷的物质的量是0.2l,还原N02至八，放出的热量为 74+1160J·mdr×0.2ml=173.4d,C正确：0.2ml甲烷还 22.4L·m7*8 22.4L·mm*2.解得=4L.C正确：b电极为 阴极，水分子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离 2 原02至N,C元素的化合价从-4价升高到+4价，所以转移电子总 子.电解饱和食盐水总反应的离子方程式为2汇+2H,0通电 数是0.2mo×8=1.6mol,D错误。 20州+H21+C:↑，D错误 7.C解析：根据盖撕定律，得△H=△H1+△H2+△H,又易知C·半径大 13.(1)BC(2)①aCH,-8e+100H—C03+7H,0②减小 于Mg2半径.所以CC0的离子键强度弱于MgC0,.C0的离子键强 (3)①02+4e+2C02=2C052200+02=2C02 度弱于M0。△H,表示新裂CO片和M2的离子键所吸收的能量，离 解析：(1)图甲的气泡产生于锌棒表面，图乙形成原电池，氢离子在 子键强度越大.吸收的能量越大，因而△H,(MC0,)>△H,(CC0,)> 闲棒表面得电子，气泡产生于铜棒表面，A错误：图乙形成原电池。 正本参考答案黑白题15