第4章 化学反应与电能（拔高练）-【学霸黑白题】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修第一册(人教版2019)

突 第四章化学反应与电能 第一节原电池 课时1 原电池的工作原理 1.已知反应As01+2I+2H=As0+L2+H,0是可逆反 ④ 装有琼脂的的 和KC客被 应。设计如图装置(C,、C,均为石墨电极)，分别进行下 盐桥 述操作： I.向B烧杯中逐滴加入浓盐酸： Na:AsO. NaAsO Ⅱ.向B烧杯中逐滴加入40%NaOH溶液。 结果发现电流计指针均发生偏转。试回答下列问题。 (1)两次操作过程中指针为什么发生偏转？ (2)两次操作过程中指针偏转方向为什么相反？试用化学平衡移动原理解释： (3)操作Ⅱ过程中，盐桥中的K*移向 (填“A”或“B”)烧杯溶液 (4)操作I过程中，C,棒上发生的反应为 (5)设计一个电化学装置，实现反应：Cu+H,S0,一CuS0,+H2↑，请在下面方框内画出这个 电化学装置图。 课时2 化学电源 1.磷酸亚铁锂(LiFePO,)以其高倍率性、高比能量、高循环特性、高安全性、低成本、环保等优点 而逐渐成为“能源新星”。 (1)磷酸亚铁锂电池装置如图所示，其中正极材料橄榄石型 LiFP0,通过黏合剂附着在铝箔表面，负极石墨材料附着在铜 箔表面，电解质为溶解在有机溶剂中的锂盐。 电池工作时的总反应式为FaPO,+6C霜山aPO,+山C,则 之解 Li 放电时，正极的电极反应式为 图中聚合物隔膜应为 (填“阳”或“阴”)离子交换膜。 爱合谢隔膜方张 (2)废旧磷酸亚铁锂电池的正极材料中的LiFePO,难溶于水，可用H,SO,和H,O2的混合溶液 浸取，发生反应的离子方程式为 14黑白题化学1选择性必修第一册·RJ 第二节电解池 课时1》 电解原理 1.电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法：保持污水的pH在5.0~6.0之间，通过电 解生成Fe(OH),沉淀。Fe(OH),有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用。阴 极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去（或撇掉）浮渣层，即起到了浮选净 化的作用。某科研小组用电浮选凝聚法处理污水，设计装置示意图如图所示。 熔融 甲烷 碳酸盐 空气 A+HO 污水 (1)实验时若污水中离子浓度较小，导电能力较差，产生气泡速率缓慢，无法使悬浮物形成浮 渣。此时，应向污水中加入适量的 (填字母)。 A.H,SO B.BaSO C.Na,SO D.NaOH (2)电解池阳极发生了两个电极反应，电极反应式分别是： 1. :. (3)电极反应I和Ⅱ的生成物反应得到Fe(OH),沉淀的离子方程式是 (4)该燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，CH,为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料作电极。 ①负极的电极反应式是 ②为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定，电池工作时必须有部 分A物质参加循环（见上图）。A物质的化学式是 (5)实验过程中，若在阴极产生了44.8L(标准状况)气体，则熔融盐燃料电池消耗CH,(标准 状况) Lo 2.(2024·江苏苏州高二期中节选)合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径。电解法合 成氨反应装置如图所示： (2、H0 0 1,(0 H,O 质子交换膜 b (1)写出a极的电极反应式： (2)电解装置中质子交换膜的作用为 (3)若b极产生的0，在一定条件下的体积为336L,极中通入相同条件下N2的总体积为 672L.则N,的转化率为 %(保留两位有效数字)。 进阶突破·拔高练15 课时2》 电解原理的应用 1.氯碱工业是以电解饱和食盐水为基础的化学工业。如图是将电解池与燃料电池相组合电解 精制饱和食盐水的新工艺，可以节（电）能30%以上。相关物料的传输与转化关系如图所示， 其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过。 特刿尥aC落液 a%Na0h溶液 希NC溶液 \aOH溶液 离子碳 %NaOH毫液 电解池) B燃杆电池) (1)图中X是 (填化学式)。 (2)Y在装置B中发生的电极反应式为 (3)写出A装置中发生的总反应的离子方程式： 比较图示中 氢氧化钠溶液质量分数a%与b%的大小关系： (4)若用装置B作为装置A的辅助电源，每当消耗标准状况下氧气的体积为11.2L时，则装置B 可向装置A提供的电量约为 (一个e的电量为1.60x109C:计算结果精确到0.01)。 第三节金属的腐蚀与防护 1.(2023·上海高二月考节选)研究金属的腐蚀过程及防腐蚀对人们的日常生活有重大意义。 (1)已知：海水的pH约为8.1，图1的腐蚀过程属于 (填“吸氧腐蚀”或“析氢腐 蚀”)。图1插入海水中的铁棒（含碳量为10.8%）越靠近烧杯底部发生电化学腐蚀就越 (填“轻微”或“严重”)。该实验说明 因素会影响铁的腐蚀速率。写出腐蚀时正极的电极反应式： 多孔 石 硫酸盐还原菌：坡 海水 图1 溶液 图2 图3 (2)用图2所示装置研究铁的防腐蚀过程： ①K,、K,、K,只关闭一个，则铁腐蚀的速度最快的是只闭合 (填“K,”“K2”或 “K,”,下同) ②为减缓铁的腐蚀，应只闭合 ,该防护法称为 ③只闭合K,石墨电极附近的pH将 (填“变大”“变小”或“不变”)。 (3)深埋在潮湿土壤中的铁管道，在硫酸盐还原菌作用下，能被硫酸根离子腐蚀，其电化学腐 蚀原理如图3所示，此腐蚀过程中，正极的电极反应式是 16黑白题化学|选择性必修第一册·RJ检验硫酸根离子的方法是取最后一次洗涤液少许于试管中，加人盐 极得到电子发生还原反应生成氨气，电极反应式为N,+6+6H 酸酸化的氯化侧溶液，如果没有白色沉淀生成，说明沉淀已洗涤 一2N田3。(2)b电极为阳极，水分子在阳极失去电子发生氧化反 干净. 应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H,0-4一0，↑+4H',电 第四章化学反应与电能 解装置中质子交换膜只允许氢离子通过.不允许氧气和氨气通过， 第一节原电池 可以阻碍氨气和氧气接触，从而防止制得的氨气中混有杂质。(3)： 极电极反应式为N,+6e+6H一2NH3,b极电子反应式为2H,0- 课时1原电池的工作原理 1.(1)两次操作中均能形成原电池，化学能转变成电能(2)1加酸， 4e0,↑+4H,由得失电子数目守恒可知，阳极生成336L氧气 c(H”)增大.平衡向正反应方向移动，As0得电子，「失电子，所以 时，阴极消耗氨气的体积为36Lx号=24L,则氯气的转化率为 C1极是负极.C2极是正极。Ⅱ，加碱.c(O州厂)增大，平衡向逆反应方 向移动.AO失电子，L2得电子，此时.C,极是正极，C:极是负极 兰国%-3 故化学平衡向不同方向移动，电子转移方向不同，即电流计指针偏 课时2电解原理的应用 转方向不同(3)A(4)2-2e,(5) 1.(1)4,(2)H,-2e+20H—2H,0(3)20+2H,0电解 C12↑+H2↑+20H6%>a%(4)1.93×105C ,稀硫酸 解析：A装置是电解池，B装置是原电池。电解氣化钠溶液的生成物 是氯气、氢气和氢氧化钠，所以X是氯气，Y是氢气，氢气在装置B 课时2化学电源 1.(1)Li FePO,+xli*xe =LiFePO (2)2LiFePO+ 中负极上失电子，氧气在正极通人得电子。(1)根据分析可知，X是 C2。(2)氢气在负极发生的电极反应式为H2-2+20H 2H+H20224i"+2Fe"+2P0+2H0 2H0。(3)A装置中阳极是C失去电子生成C2,阴极是水电离出 解析：(1)电池工作时的总反应式为山中O,+6C代，FaPO,+ 的H*得到电子生成H2,发生的总反应的离子方程式是2C+2H0 LiC6,放电时.山，，FPO,在正极上得电子发生还原反应，正极的电 电餐C,↑+H,1+20H。从电解池产生的a%的Na0H溶液进人原 极反应式为山FPO,+xLi广+e一LiFePO,:电解质为锂盐.锂离 电池中，在原电池的正极上氧气得到电子：02+4e+2H,0一 子通过交换膜在两极之间移动，所以交换膜应该为阳离子交换膜 4OH,OH浓度增大，Na又通过离子膜移动到正极室，所以正极室 (2)IFP0,中业铁离子在酸性条件下，被双氧水氧化为铁离子，则 中NaOH溶液的浓度增大，因此%>a%。（4)消耗标准状况下氧气 发生反应的离子方程式为21fP0,+2H”+H,02一2i+ 的体积为11.2L(即0.5mol)时.转移2ml电子，则装置B可向装 2Fe3++2P0+2H,0。 置A提供的电量约为2mol×6.02×10产ml1×1.60×10-19C=1.93× 第二节 电解池 105C。 课时1电解原理 第三节金属的腐蚀与防护 1.(1)C(2)Fe-2e—F2+40H-4e—2H20+021 1.(1)吸氧腐蚀轻徽氧气的浓度02+4e+2H0■40H (3)4Fe2++10H,0+02=4fe(0H):1+8H”(4)①CH-8e+ (2)①K,2K2外加电流法3变大(3)S0}+8e+9H 4C0片=5C02+2H,02C02(5)11.2 H5”+4H,0 解析：(1)为了增强溶液的导电性.可选用易溶的强电解质溶液，排 解析：(1)酸性条件下，铁的腐蚀是析氢腐蚀.碱性或中性条件下，铁 除B项.考虑到污水的pH在5.0-6.0，因此不能使用氢氧化钠，硫酸 的胸蚀是吸氧腐蚀，海水的pH约为8.，呈弱碱性，所以图1的腐蚀 能将F(OH),溶解，因此应向污水中加人适量的硫酸钠。(2)电解 过程属于吸氧腐蚀：铁的吸氧腐蚀中，氧气的浓度越大，其腐蚀速率 时，铁作阳极，失电子发生反应Fe-2e°一Fe2+,同时溶液中的O川于 越快，插人海水中的铁棒越靠近水面，蚀越严承，越靠近烧杯底部发 失电子被氧化为02，因此，电极反应式为1.Fe-2e一Fe2“. 生电化学腐蚀就越轻微：该实验说明氧气的浓度会影响腐蚀的速 l.40H-4e一2H0+021。(3)Fe2具有还原性，能被氧气氧 率：氧气在正极得电子生成O川，正极的电极反应式为O2+4e 化为Fe3+,那么得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式为4Fe+10H,0+ +2H,0一40川。(2)①关闭K,铁棒作阳极，被腐蚀：关闭K2,铁 0,4F(OH)1!+8H。(4)①燃料电池中，负极上燃料失电子 棒作阴极，被保护：关闭K,,铁棒作原电池的负极，被腐蚀：根据腐蚀 发生氧化反应，电极反应式为CH-8e+4C0片一5C02+2H0: 速率大小关系：阳极>负极>正极>阴极，所以铁腐蚀的速度最快的是 2由电极反应可知电池工作时参加循环的物质为C02。(5)阴极的 只闭合K,:②为减缓铁的腐蚀，应使铁作正极或阴极，所以只闭合 电极反应式为2H'+2e一H2↑，阴极产生了44.8L(即2mo)气 K,就可以减缓铁的腐蚀：该防护法称为外加电流法：③只闭合K, 体，转移的电子的物质的量为4mol,由CH4-8e+4C0片一 铁棒作原电池的负极，石墨作正极，电解质溶液是NC1溶液，所以发 5C0,+2H,0可知，当转移的电子的物质的量为4时，消耗CH 生的腐蚀是吸氧腐蚀，石墨电极发生的反应是02+4+2H0一 的体积V=a。=8X4mmk2.4L·ma'=1.2L 4OH,生成OH,附近的pH变大。(3)深埋在潮湿土壤中的铁管 道，在硫酸盐还原菌作用下，能被硫酸根离子腐蚀，根据图示：负极 2.(1)N,+6e+6日—2NH,(2)为质子的迁移和输送提供通道，并 的电极反应式是F-2e=e2,正极上S0得电子转化为H, 且阻碍阴.阳两极产物接触(3)33 电极反应式为S0+8e+9H'一HS+4H20 解析：(1)由图可知，极为电解池的阴极，在氢离子作用下氨气在阴 选择性必修第一册·RJ黑白题58 进阶突破·专项练参考答案 热点题型强化 越小，说明平衡逆向进行，正向是放热反应，温度高，平衡常数小，b 热点题型1反应历程与活化能 点和d点的化学平衡常数：K>人，，设C0转化的物质的量为x,根据 三段式有： 1.B解析：催化剂都有合适的催化温度，在合适的温度下催化效果最 5C0(g)+l0,(s)→5C0,(g)+L,(s) 好，不一定温度越高越好，B错误 起始量/md 2 0 2.B解析：该反应分3个分步骤完成.有3个基元反应，A错误：△H 变化量/ml x 生成物总能量-反应物总能量，由图可知，此过程中：N·+3H a点量ml 2-x 一NH°+2H”△H<0,B正确：以铁粉为催化剂，铁粉改变了合成 氨的反应过程，但不能改变反应热，C错误：用不同催化剂合成氨，活 根据5点时0，的体积分数(0，)=立×10%=00，得x 化能不同，则反应过程与该图不相同.D错误。 (1.6 mol 3 3.D解析：根据题意得H,O,分解的机理可知，I为该反应的催化剂， 2L 1.6mol,k=- 广改变了H02分解的路径，曲线2为含有广的反应过程，A正确： 2ml-1.6ml :=4,B正确：反应达到平衡状态时，气 2L 反应生成物能量高，是吸热过程，反应ⅱ生成物能量低，是放热过 体的总质量，容器的体积保持不变，容器内气体密度不再变化.C正 程，B正确：由图可知，反应1的活化能大于反应ⅱ，反应1的反应速 确：设C0转化的物质的量为y,根据三段式有： 率比反应ⅱ馒.C正确：提高H,0,浓度，单位体积内活化分子数目 5C0(g)+l20,(s)=5C02(g)+l2(s) 增多，但活化分子百分数未改变，D错误 起始量/md 2 0 4.D解析：由图可知，第②③步反应：反应物的总能量均大于生成物 变化量/md 的总能量，则第②③步反应均为放热反应.但第①步反应生成物的 a点量mal 2-y 总能量大于反应物的总能量，属于吸热反应，A正确：根据图示和原 HH 根搭a点时C0,的体积分数p(C0,)=子×10%=0.30，得y 子守恒，第3步反应为 +l20 06mml.C0转化率=0,6mm×100%=30%,但反应还在正向进行，正 2 mol 反应速率>逆反应速率，D错误 I-C-C- (OTT+H,0.B正确：第①步反应活化能较大，反应发生 4.4解析：列三段式： 2C0(g)+2N0(g)一2C0,(g)+N,(g) 起始/(ol·L) 0.1 0.1 0 0 清耗的能量高，则该步反应难进行，其反应速率较小，C正确：酸作催 转化/(mal·L) 0.08 0.08 0.080.04 化剂降低了反应的活化能，反应速率加快，D错误。 平衡/(mol·L.) 0.02 0.02 0.08 0.04 热点题型2化学反应速率与化学平衡图像 1.B解析：反应为处理石油化工行业废气中的硫化氢并回收硫黄的 平衡帝数：K=0.04×0.08 002×0.021600.再通人C0.N,各0.01md.则0= 过程，开始反应物浓度最大，随着反应进行反应物浓度逐渐减小 003x0.02*8器.89<K,平衡正向移动，r(八2)>0g(八2），A正确： 0.05×0.082 则正反应速率逐渐减小，所以曲线①表示的是正与时间关系，A错 误：该反应正反应气体物质的量增大，混合气体的质量保持不变，随 X点更换高效催化剂，能使反应速率加快，但不能改变NO的转化 着反应的进行，混合气体的总物质的量增大，故1时刻混合气体的 平均摩尔质量大于2时刻，B正确：由题干信息无法确定H,S的转 率，B箭误：达平衡后，兆他条件不变，使得1，减小了c0的法 化率，故无法计算2时刻体系中c(H,S):c(S,)的比值，C错误：催 度，平衡逆移，但C0的转化率升高，C错误：根据图像可知，随温度 化剂能降低反应的活化能，能同等程度地加快正，逆反应速率，即 升高，、0转化率升高，说明该反应过程为吸热过程，反应的发生需 都增大，D错误。 要能量，D错误。 2.A解析：2：时B的物质的量浓度变化量为05·L1-03ml·L1= 热点题型3化学平衡状态、移动方向的判定 02m:,则B的转化家为8：台×10%=40%，A正确： 1.A解析：决定总反应速率的步骤为慢反应，第二步为慢反应，所以 第二步的反应物：(1·)对总反应速率的影响比第三步的反应物 D的状态为固体，通常不用固体物质的量浓度变化量表示反应速率， ©(I0·)更大，A错误：化学键断裂为吸热过程，所以升高温度，第一 B错误：2时C的物质的量浓度变化量为03m.04d·L,化学 步向右进行的程度变大，B正确：根据总反应，N,0和O,的化学计 2L 计量数之比等于物质的量浓度变化量之比.，则6：c=02ml·L1: 量数之比为21，学9名表茶正反位建幸等于造反建 0.4mol·L=1:2,故2(B)=e(C),C错误：图中两曲线相交之 率，达到平衡状态，C正确：活化能越大反应速率越慢，第二步为慢反 后，A、B的浓度继续变化，此时反应继续正向进行，侧A的消耗速率 应，所以第二步的活化能大于第三步的活化能D正确。 大于A的生成速率.D错误。 2.B解析：在绝热容器中，体系温度会升高，不利于反应正向进行，B 3.D解析：根据图中信息可知，先拐先平，温度高，得到T,>T.A正 的平衡转化率会减小，A错误：该反应中，A为固体，且为恒容容器 确：T,>T3,根据化学平衡移动原理，温度越高二氧化碳的体积分数 则密度随着反应的进行一直在改变，则密度不变的时候可以证明反 专项练参考答案黑白题59