北京重点校2023-2024学年高三上学期期末化学汇编：化学反应与电能章节综合

2024北京重点校高三（上）期末化学汇编 化学反应与电能章节综合 一、单选题 1．（2024北京大兴高三上期末）小组同学模拟工业上常采用电解法处理含铬(Ⅵ)盐废水。不同反应条件时，对Cr2O处理的结果如表１所示(Cr2O的起始浓度、体积、电压、电解时间均相同)；其中，实验③中Fe3+在去除Cr2O过程中的作用机理如图1所示。 表1不同条件下电解法处理Cr2O的结果 实验 ④ ② ③ ④ 是否加入Fe2(SO4)3 否 否 加入5g 否 是否加入H2SO4 否 加入1mL 加入1mL 加入1mL 电极材料 阴极 石墨 石墨 石墨 石墨 阳极 石墨 石墨 石墨 铁 Cr2O的去除率/% 0.922 12.7 20.8 57.3 已知：Cr2O(橙)+ H2O2 CrO(黄) + 2 H+ 下列对实验过程的分析中，不正确的是 A．实验①~④中，实验④的Cr2O去除效果最好 B．实验②~④中，加入H2SO4可以提高溶液中Cr2O的浓度和氧化性 C．分析图1， Cr2O参与的反应为：6 Fe2++ 14 H+ + Cr2O= 6 Fe3+ + 2Cr3++ 7H2O D．实验④中，阳极上Fe发生的反应为：Fe – 3e-=Fe3+ 2．（2024北京大兴高三上期末）某小组同学在实验室利用下图装置制备水处理剂高铁酸钾(K2FeO4)，反应的化学方程式为：2FeCl3 + 3Cl2 + 16KOH2K2FeO4 + 12KCl + 8H2O。           已知：参与原电池反应的氧化剂(还原剂)氧化性(还原性)越强，原电池的电压越大。 下列说法不正确的是 A．右侧的电极反应式为：Fe3+-3e- + 8OH-=FeO+ 4H2O B．再向右侧烧杯中加入KOH固体，电压表示数会变大 C．盐桥中的阴离子向左侧烧杯中移动 D．其他条件相同时，选用Fe(NO3)3代替FeCl3，也可以制备K2FeO4 3．（2024北京石景山高三上期末）利用下列实验药品，不能达到实验目的的是 实验目的 实验药品 A 证明Fe2+具有还原性 FeSO4溶液、酸性KMnO4溶液、KSCN溶液 B 证明牺牲阳极法保护铁 Fe、Cu、酸化的食盐水、K3[Fe(CN)6]溶液 C 证明AgI比AgCl更难溶 AgNO3溶液、NaCl溶液、KI溶液 D 证明醋酸的酸性比碳酸强 醋酸、碳酸钠溶液 A．A B．B C．C D．D 4．（2024北京朝阳高三上期末）科研人员以间硝基甲苯为原料，采用间接成对电解方法合成间氨基苯甲酸。两极材料分别采用、，电解质溶液为溶液。反应的原理示意图如下。 下列说法不正确的是 A．A电极为电解池阴极 B．B电极反应为： C．1mol间硝基甲苯氧化为1mol间硝基苯甲酸时，转移8mol D．产品既可以与酸反应，也可以与碱反应 5．（2024北京丰台高三上期末）液流电池是储能领域的研究热点，能将剩余的电能存储起来，需要时再释放。一种钒液流电池放电状态时的结构和工作原理如下图所示： 下列说法不正确的是 A．放电时，电极室a为正极室 B．放电时，由电极室b移向电极室a C．充电时，电极室a的电极与电源的负极连接 D．充电时，总反应为 6．（2024北京东城高三上期末）采用惰性电极电解制备乙醛酸()的原理如下所示。E室电解液为盐酸和乙二醛()的混合溶液，F室电解液为乙二酸溶液。下列说法不正确的是 A．a为电源正极 B．H+从E室迁移至F室 C．外电路中每通过2mol电子，理论上就有1mol乙醛酸生成 D．E室中乙二醛被氧化的化学方程式：H2O+Cl2++2HCl 二、解答题 7．（2024北京石景山高三上期末）利用沉淀法和电解法从富锂溶液(含Li+、Fe2+、Fe3+、Al3+、Mg2+等阳离子)提纯锂的流程如下。 (1)固体A含有Fe(OH)3和Al(OH)3。 ① 第一次加入Na2CO3溶液的目的是 。 ② 写出生成Fe(OH)3的离子方程式 。 (2)滤液B经三步电解最终生成Li2CO3，原理示意图如下。 ①已知：Ca(OH)2的溶度积为4.7×10−6，第一步电解，反应瓶中pH = 13时，c(Ca2+) = 。 ②第二步通CO2至pH在7～9，写出生成NaHCO3的离子方程式 。 ③膜B是 (填“阳离子交换膜”或“阴离子交换膜”)；结合阴极电极反应简述第三步生成Li2CO3的原理： 。 8．（2024北京东城高三上期末）一种锂离子电池的工作原理：。从废旧电池再生的一种流程如下， (1)考虑到安全性和锂回收，废旧电池需要充分放电，其电极反应如下。 负极：。 正极： 。 (2)为保证正极材料在空气中充分反应，可采取的措施是 (答一条即可)。 (3)向浸出液中加入氨水调节溶液pH，有沉淀生成。pH对沉淀中Fe和P的物质的量之比的影响如图所示。 已知：i．分别与、、形成的化合物均难溶于水。 ii．体系中含磷粒子的物质的量分数与pH的关系如图所示。 ①实验中控制沉淀的最佳在 左右。 ②当时，沉淀中一定有的含铁物质是和 (填化学式)。 ③若向的浊液中继续加入氨水至，会导致的值增大，主要反应的化学方程式是 。 (4)下列关于该流程的说法正确的是_______(填序号)。 A．正极材料在空气中加热，理论上生成的 B．当浸出液的pH从0增大为2时，的值增大了倍 C．向滤液中加入氨水，可减少饱和溶液的用量 D．由和再生时，所加的蔗糖作氧化剂 9．（2024北京朝阳高三上期末）以黄铜矿（主要成分为）为原料，用溶液作浸取剂提取铜。 已知：ⅰ．的结构式为。 ⅱ．均能导电。 (1)有强氧化性，用溶液作浸取剂浸出的原理示意图如下。 ①正极的电极反应式为 。 ②浸取初期，随着浸泡时间延长，的浸出速率提高。可能的原因是 。 (2)在足量溶液中添加少量溶液作为浸取剂与作用，一段时间结果如下： 添加 未加 元素的浸出率 过程中产物形态 ①结合离子方程式解释添加可以显著提高元素的浸出率的原因： 。 ②进一步研究发现添加的少量可以多次循环使用，具有类似“催化剂”的作用。其中“再生”的离子方程式为： 。 (3)进一步从浸出液中提取铜并使再生的流程示意图如下。 ①在空气中焙烧得到铁红，反应的化学方程式为 。 ②由滤液B电解（Pt作电极）生成的总反应的离子方程式为 ； ③从能源及物质利用的角度，说明电解滤液B而不直接电解滤液A的优点： 。 10．（2024北京丰台高三上期末）回收废旧锂离子电池中的金属元素，可以有效缓解原料供应紧张、环境污染等问题。 Ⅰ．碳还原焙烧-水浸法可实现三元锂离子电池正极材料中锂的优先提取：将正极材料与一定量炭粉充分混合、焙烧，得到和等；再浸于水，得到含的浸出液。 已知：微溶于水；溶解度：。 (1)焙烧过程中未得到单质，若计算的，需要知道哪些反应的 。 (2)水浸过程中通入可提高锂的浸出率。用化学方程式解释原因 。 Ⅱ．是钴酸锂电池正极材料的主要成分，某研究小组以柠檬酸(，三元弱酸)和作为浸出剂，浸出，并用电解的方法从浸出液中回收。 已知： i．在浸出过程中，柠檬酸表现出酸性，同时电离产生的阴离子与形成配合物，有利于钴的浸出。与形成配合物的能力：； iⅱ．浸出液时，是(Ⅱ)的主要存在形式； 稳定性：； iii． (3)的作用是 。 (4)相同时间内，柠檬酸起始浓度对钴浸出率的影响如图所示。当柠檬酸浓度从增加到时，钴的浸出率逐渐下降，可能的原因是 。 (5)电解法回收钴的简易装置如图所示。 ①石墨为 (填“阳极”或“阴极”)。 ②在电极放电的电极反应式为 。 ③电解时间相同时，电解液初始对回收率和电流效率的影响如图所示。随着的升高，的回收率先增加后下降的可能原因是 。 11．（2024北京房山高三上期末）的转化有助于实现碳循环和碳减排。 (1)工业用和在一定条件下分两步反应生产尿素，其能量变化示意图如下： 合成尿素总反应的热化学方程式是 。 (2)近年科学家提出“绿色自由”构想。与在300℃、的条件下可生成甲醇，不同温度下，在恒容密闭容器中充入和，相同时间内测得的转化率随温度的变化如图所示： ①阶段温度升高的转化率下降，该反应的 0(填“”或“”)，理由是 。 ②计算温度为时a点的平衡常数为 。 (3)利用电催化可将同时转化为多种有机燃料，其原理如图所示。 ①铜电极上产生的电极反应式为 。 ②若铜电极上只生成，则有 通过质子交换膜。 ③在实际生产中当过低时，有机燃料产率降低，可能的原因是 。 参考答案 1．D 【分析】阴极上Fe3+得电子生成Fe2+，亚铁离子和发生氧化反应生成铁离子和铬离子； 【详解】A．实验④中，在阴极上得电子，且溶液中的亚铁离子也能还原，离子方程式为+6Fe2++14H+═2Cr3++6Fe3++7H2O，所以导致去除率提高，实验④的去除效果最好，故A正确； B．对比实验结果，加入硫酸有利于的去除，则加入硫酸可以提高溶液中的浓度和氧化性，故B正确； C．图示Fe2+还原，离子方程式为+6Fe2++14H+═2Cr3++6Fe3++7H2O，故C正确； D．实验④中阳极Fe失去电子生成Fe2+，电极反应为Fe-2e-═Fe2+，故D错误； 故选：D。 2．C 【分析】原电池工作时，负极上铁失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，结合反应的化学方程式为：2FeCl3+3Cl2+16KOH⇌2K2FeO4+12KCl+8H2O解答即可。 【详解】A．根据反应的化学方程式为：2FeCl3+3Cl2+16KOH⇌2K2FeO4+12KCl+8H2O，则右侧为负极，电解质溶液呈碱性，则电极反应式为：Fe3+-3e-+8OH-═+4H2O，故A正确； B．溶液碱性较强，增强+3价铁的还原性，向右侧烧杯中加入KOH固体，增强右侧溶液的碱性，电压表示数会变大，故B正确； C．盐桥中的阴离子移向负极，根据上面的解析，右侧为负极，故C错误； D．酸性条件下，硝酸根也具有强氧化性，铁离子具有还原性，则其他条件相同时，选用Fe(NO3)3代替FeCl3，也可以制备K2FeO4，故D正确； 故选：C。 3．B 【详解】A．向硫酸亚铁溶液中滴入硫氰化钾溶液，溶液不变为红色，向溶液中加入酸性高锰酸钾溶液，溶液变为红色说明亚铁离子检验还原性，则题给实验药品能达到实验目的，故A不符合题意； B．铁、铜在酸化的食盐水中构成原电池，金属性强于铜的铁做原电池的负极被损耗生成亚铁离子，铜做正极被保护，向溶液中滴入铁氰化钾溶液，溶液中有蓝色沉淀生成，不能证明牺牲阳极法保护铁，则题给实验药品不能达到实验目的，故B符合题意； C．向硝酸银溶液中加入足量氯化钠溶液，溶液中有白色沉淀生成，向溶液中再加入碘化钾溶液，白色沉淀变为黄色说明碘化银的溶解度小于氯化银，则题给实验药品能达到实验目的，故C不符合题意； D．向醋酸溶液中加入碳酸钠溶液，溶液中有无色气体逸出说明醋酸的酸性强于碳酸，则题给实验药品能达到实验目的，故D不符合题意； 故选B。 4．C 【分析】 由图可知，与电源负极相连的电极A为电解池的阴极，TiO2+离子在阴极得到电子发生还原反应生成Ti3+离子，电极反应式为，阴极区中Ti3+离子与间硝基苯甲酸酸性条件下反应生成间氨基苯甲酸、TiO2+和水，反应的离子方程式为+ 6Ti3++4H2O +6TiO2++6H+，电极B为阳极，水分子作用下铬离子在阳极失去电子发生氧化反应生成重铬酸根离子和氢离子，电极反应式为，阳极槽外中重铬酸根离子与间硝基甲苯酸性条件下反应生成间硝基苯甲酸，反应的离子方程式为++8H+ +2Cr3++5H2O，电解时，氢离子通过阳离子交换膜由阳极区加入阴极区，据此作答。 【详解】A．由分析可知，与电源负极相连的电极A为电解池的阴极，故A正确； B．由分析可知，电解时B电极反应为：，故B正确； C．阳极槽外中重铬酸根离子与间硝基甲苯酸性条件下反应生成间硝基苯甲酸，反应的离子方程式为++8H+ +2Cr3++5H2O，根据B电极反应，可知生成1mol转移电子为6mol，则1mol间硝基甲苯氧化为1mol间硝基苯甲酸时，转移电子为6mol，故C错误； D．中的氨基呈碱性，可与酸反应，羧基呈酸性，可以与碱反应，故D正确； 故答案选C。 5．C 【分析】由图可知，放电时，电极室a的电极为原电池的正极，酸性条件下VO在正极得到电子发生还原反应生成VO2+和水，电极反应式为VO+e—+2H+=VO2++H2O，电极室b的电极为负极，V2+离子在负极失去电子发生氧化反应生成V3+离子，电极反应式为V2+—e—= V3+，电池总反应为VO+ V2++2H+=VO2++V3++H2O；充电时，与直流电源正极相连的电极室a的电极为电解池的阳极，电极室b的电极为阴极。 【详解】A．由分析可知，电极室a的电极为原电池的正极，则电极室a为正极室，故A正确； B．由分析可知，电极室a的电极为原电池的正极，电极室b的电极为负极，则溶液中氢离子由电极室b移向电极室a，故B正确； C．由分析可知，充电时，与直流电源正极相连的电极室a的电极为电解池的阳极，故C错误； D．由分析可知，放电时电池总反应为VO+ V2++2H+=VO2++V3++H2O，充电时电解总反应为放电总反应的逆反应，则总反应方程式为，故D正确； 故选C。 6．C 【分析】左侧电极上氯离子失电子生成氯气，为阳极，则a电极为正极；b为负极，右侧电极为阴极，据此分析解答； 【详解】A．由以上分析可知a为电源正极，故A正确； B．电解池中H+向阴极移动，则H+从E室迁移至F室，故B正确； C．由装置可知阴阳极区均有乙醛酸生成，则外电路中每通过2mol电子，理论上有2mol乙醛酸生成，故C错误； D．阳极生成的氯气与反应生成乙醛酸，1mol氯气得2mol电子，1mol反应时失2mol电子，根据得失电子守恒及元素守恒得反应方程式：H2O+Cl2++2HCl，故D正确； 故选：C。 7．(1) 将Ca2+转化为CaCO3 沉淀除去 2Fe2+ + 4OH−+ ClO− +H2O = 2Fe(OH)3↓ + Cl−、Fe3+ +3OH−= Fe(OH)3↓ (2) 4.7×10−4 Na+ + OH− + CO2= NaHCO3↓ 阳离子交换膜 【分析】富锂溶液(含Li+、Fe2+、Fe3+、Al3+、Mg2+等阳离子)，加NaClO，把Fe2+氧化Fe3+，入Ca(OH)2，调节Ph=8，则Fe3+、Al3+转化为Fe(OH)3和Al(OH)3，过滤，滤液加NaOH调pH大于等于12，则Mg2+形成Mg(OH)2沉淀，溶液里的阳离子为Li+、Ca2+，加入Na2CO3溶液形成CaCO3 沉淀，滤液里阳离子为Li+、Na+，加入Na2CO3溶液形成Li2CO3； 【详解】（1）① 第一次加入Na2CO3溶液的目的是：将Ca2+转化为CaCO3 沉淀除去；② 加NaClO，把Fe2+氧化Fe3+，入Ca(OH)2，调节Ph=8，则Fe3+转化为Fe(OH)3，生成Fe(OH)3的离子方程式：2Fe2+ + 4OH−+ ClO− +H2O = 2Fe(OH)3↓ + Cl−、Fe3+ +3OH−= Fe(OH)3↓； （2）滤液B中含Li+、Ca2+、Mg2+、第一步电解右侧生成OH−，则生成Ca(OH)2和Mg(OH)2沉淀，在第二步，右侧生成OH−； ①，=4.7×10−4； ②第二步通CO2至pH在7～9，生成NaHCO3的离子方程式：Na+ + OH− + CO2= NaHCO3↓； ③膜B是允许锂离子通过，且在阴极生成氢氧根，与二氧化碳反应，最终生成碳酸锂，故膜B是阳离子交换膜；结合阴极电极反应简述第三步生成Li2CO3的原理：。 8．(1)Li1-xFePO4+xe-+xLi+=LiFePO4 (2)粉碎正极材料或增大空气的用量等 (3) 2.0 Fe(H2PO4)3 FePO4+NH3▪H2O+2H2O=Fe(OH)3+NH4H2PO4 (4)ABC 【分析】废旧电池放电后拆分得到以LiFePO4为主要成分的物质，在空气中加热，除去里面的有机物，得到Li3Fe2(PO4)3和Fe2O3，酸浸后得到含Fe3+、Li+、H3PO4的浸出液，浸出液中加氨水中和磷酸，得到FePO4沉淀，滤液中含Li+，向滤液中加氨水和饱和碳酸钠溶液，得到Li2CO3沉淀，Li2CO3、FePO4和蔗糖一起反应得到LiFePO4。 【详解】（1）根据原电池工作原理的总反应式，可知正极反应式为：Li1-xFePO4+xe-+xLi+=LiFePO4。 （2）为保证正极材料在空气中充分反应，可粉碎正极材料或增大空气的用量等。 （3）①向浸出液中加入氨水调节溶液pH，生成FePO4沉淀，在FePO4中，Fe和P的物质的量之比为1：1，根据pH对沉淀中Fe和P的物质的量之比[n(Fe):n(P)]的影响图可得出，实验中控制FePO4沉淀的最佳pH在2.0左右。 ②由H3PO4体系中含磷粒子的物质的量分数与pH的关系图可知，当pH=1.5时，含P微粒主要是磷酸分子和，所以沉淀中一定有的含铁物质是FePO4和Fe(H2PO4)3。 ③从H3PO4体系中含磷粒子的物质的量分数与pH的关系图可以看出，若向pH=2.1的浊液中继续加入氨水至pH=2.6，则增大，会导致n(Fe):n(P)的值增大，主要反应的化学方程式是：FePO4+NH3▪H2O+2H2O=Fe(OH)3+NH4H2PO4。 （4）正极材料在空气中加热，得到Li3Fe2(PO4)3和Fe2O3，由于铁和锂的原子个数相等，所以理论上生成的Li3Fe2(PO4)3和Fe2O3物质的量之比为2：1，故A正确；，改变pH，电离平衡常数是不变的，所以当浸出液的pH从0增大为2时，c(H+)增大了106倍，故B正确；向滤液中加入氨水，可中和一部分酸，可减少饱和Na2CO3溶液的用量，故C正确；由Li2CO3和FePO4再生LiFePO4时铁的化合价从+3加降低到+2价，所以蔗糖作还原剂，故D错误；故选ABC。 9．(1) +2e-=2 随着浸泡时间延长，生成的Fe2+增多，Fe2+作催化剂对Cu2+浸出速率的影响大于c[(NH4)2S2O8]减小对Cu2+浸出速率的影响，从而使Cu2+的浸出速率提高 (2) 添加Ag+发生反应CuFeS2+4Ag+=2Ag2S+Cu2++Fe2+，所生成的Ag2S夹杂在硫层中，提高其导电性，使CuFeS2的浸出反应得以继续进行 +Ag2S=2Ag++2+S (3) 4FeC2O4+3O22Fe2O3+8CO2 2+2H++H2↑ 直接电解滤液B可以避免电解时发生反应Fe2+-e-=Fe3+消耗电能，得到更为纯净的(NH4)2S2O8，同时获得铁红 【详解】（1）①由图可知正极得电子生成硫酸根离子，电极反应式为：+2e-=2 ②随着浸泡时间延长，生成的Fe2+增多，Fe2+作催化剂对Cu2+浸出速率的影响大于c[(NH4)2S2O8]减小对Cu2+浸出速率的影响，从而使Cu2+的浸出速率提高； （2）①添加Ag+发生反应CuFeS2+4Ag+=2Ag2S+Cu2++Fe2+，所生成的Ag2S夹杂在硫层中，提高其导电性，使CuFeS2的浸出反应得以继续进行； ②Ag+“再生”的离子方程式为：+Ag2S=2Ag++2+S； （3）①在空气中焙烧FeC2O4得到铁红，反应的化学方程式为：4FeC2O4+3O22Fe2O3+8CO2； ②由滤液B电解(Pt作电极)生成(NH4)2S2O8的总反应的离子方程式为：2+2H++H2↑； ③从能源及物质利用的角度，电解滤液B而不直接电解滤液A的优点：直接电解滤液B可以避免电解时发生反应Fe2+-e-=Fe3+消耗电能，得到更为纯净的(NH4)2S2O8，同时获得铁红。 10．(1) (2) (3)还原剂 (4)当柠檬酸浓度过高时，浸出过程中不能明显被消耗，剩余的会抑制的形成，不利于形成配合物 (5) 阳极 时，随增大，降低，竞争放电能力减弱，的回收率增加； 时，随增大，促进电离，增大，形成的更稳定，不易放电，的回收率下降 【详解】（1）焙烧过程中未得到Mn单质，若计算的，需要知道的的 （2）水浸过程中通入CO2与碳酸锂反应生成碳酸氢锂，可提高锂的浸出率，原因为 （3）以柠檬酸(C6H8O7，三元弱酸)和H2O2作为浸出剂，与LiCoO2反应浸出Co2+，则H2O2为还原剂 （4）当柠檬酸浓度从1.25mol·L-增加到1.75mol·L-时，钴的浸出率逐渐下降，可能的原因是当柠檬酸浓度过高时，浸出过程中不能明显被消耗，剩余的会抑制的形成，不利于形成配合物 （5）①电解法回收钴，阴极生成钴单质则石墨为阳极；在电极放电生成钴单质电极反应式为；随着的升高，的回收率先增加后下降的可能原因是时，随增大，降低，竞争放电能力减弱，的回收率增加； 时，随增大，促进电离，增大，形成的更稳定，不易放电，的回收率下降 11．(1)   (2) 时刻达到平衡后，其他条件不变，温度升高转化率降低，说明平衡逆向移动，该反应为放热反应。 800 (3) 1.6 增大，在铜电极发生 【详解】（1）合成尿素的总反应为，它可由图中的两步反应加和得到，根据盖斯定律，该反应的，则合成尿素的的热化学方程式：  ； （2）①由图知，时刻达到平衡，阶段温度升高而的转化率下降，说明其他条件不变时，温度升高使平衡逆向移动，则该反应为放热反应，反应的0； ②温度为时，a点的的转化率为80%，可列出三段式： 则反应的平衡常数； （3）①通入的在铜电极上发生还原反应可产生，在这个过程中，碳元素由+4价降低至-1价，该电解质溶液显酸性，则对应的电极反应式为； ②通入的在铜电极上发生还原反应可产生，在这个过程中，碳元素由+4价降低至-4价，则，当铜电极上生成时，，电路中转移的，则电解质溶液中有通过质子交换膜； ③在实际生产中，过低时有机燃料产率降低，可能的原因是过低时，电解质溶液中的增大，在铜电极发生：。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$