第四章 化学反应与电能 单元训练题 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第四章《化学反应与电能》单元训练题 一、单选题 1．某工厂通过如下装置处理两个车间的废气(电极均为惰性电极)，既处理了污染物，又变废为宝。下列说法正确的是 A．电极电势： B．工作时由乙池移向甲池 C．通电一段时间后甲区域的增大 D．阴极反应式： 2．二氧化氯（ClO2）是一种高效、安全的杀菌消毒剂。一种制备ClO2的工艺流程及ClO2的分子结构（O-Cl-O的键角为117.6°）如图所示。 下列说法错误的是 A．等物质的量ClO2的消毒效率为Cl2的2.5倍 B． ClO2分子中含有大π键（），Cl原子杂化方式为sp2杂化 C．“ClO2发生器”中发生的反应为 D．“电解”时，阳极与阴极产物的物质的量之比为3∶1 3．下列电极反应或离子方程式错误的是 A．过量铁粉与稀硝酸反应： B．铅酸蓄电池放电时正极的电极反应： C．硝酸铝溶液中加过量氨水： D．向小苏打溶液中加少量Ba(OH)2溶液 4．通过分解工业废气制氢，不仅能制得硫磺，还能充分利用其中的氢能，同时也保护了环境，实现绿色化工业生产，因此具有研究意义。太阳能光电催化—化学耦合分解硫化氢相关装置如图所示。下列说法错误的是 A．电子的流向是由a极流向b极 B．a极上发生的电极反应为 C．b极所在容器中溶液的氢离子参与反应，所以溶液的酸性减弱 D．和在a极区循环使用，因此不用补充含和的溶液 5．以浓差电池(因电解质溶液浓度不同而形成的电池)为电源。以石墨为电极，将转化为高纯度的装置如图所示，下列说法错误的是 A．停止工作后，若要使电池恢复原状态，与电源正极相连 B．转移电子时，甲室电解质溶液质量增加 C．电解过程中，丁室溶液的会增大 D．为阳极，电极方程式为 6．某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如下图所示，其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是 A．阳极发生：Cl-+H2O-2e-═HClO+H+ B．b端电势高于a端电势 C．电解后海水pH下降 D．理论上转移2mole-生成4gH2 7．化学家描绘出了一种使用(二甲亚砜)作为电解液，并用多孔黄金作为电极的锂-空气电池的实验模型，该电池放电时在多孔黄金上氧分子与锂离子反应，形成过氧化锂，其装置图如图所示。下列有关叙述正确的是 A．电解液能传递和电子，不能换成水溶液 B．该电池放电时每消耗，转移电子 C．给该锂-空气电池充电时，金属锂接电源的正极 D．多孔黄金为电池正极，电极反应式为 8．如图装置可用来测定乙酸溶液的浓度。c为上端封口的量气管，量取20.00mL待测乙酸溶液于b容器中，以Pt作电极接通电源进行实验(已知酚酞的变色范围是8.2~10.0，不考虑O2在Na2SO4溶液中的溶解)。下列说法正确的是 A．Pt(Ⅰ)电极与电源负极相连 B．Pt(Ⅱ)电极反应式为 C．结束时，b中的实验现象是溶液刚好由浅红色变为无色 D．若c中收集到气体22.40mL，则待测乙酸溶液的浓度为 9．下列离子方程式错误的是 A．向明矾溶液中滴加氢氧化钡溶液至沉淀质量最大： B．向氨水中加入少量氯化银： C．用惰性电极电解硫酸铜溶液： D．硝酸铁溶液中通入少量二氧化硫： 10．研究低碳铬钢分别在不同温度下、不同硫酸浓度下的腐蚀情况，如下图所示，有关说法正确的是 A．约30℃时，低碳铬钢腐蚀严重 B．30%硫酸，大量发生吸氧腐蚀 C．硫酸浓度，低碳铬钢钝化 D．超过70℃后，实验中有生成 11．我国科学家通过铂负载的氢氧化镍催化剂，实现了将充电过程中产生的副产物氧气在放电过程中重新利用，工作原理如下图所示。下列说法错误的是 A．放电时，移向Zn电极 B．放电时，氢氧化镍所在电极为正极 C．充电时，Zn电极的电极反应式为 D．充电时，电路中每通过1mol电子，阳极会产生1molNiOOH 12．微生物脱盐池的极上加入了呼吸细菌，工作时可将工业废水中的有机污染物转化为，其工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．工作时，极发生还原反应，电子从极流向极 B．若有机物为，则极的电极反应式为 C．在标准状况下，极上消耗气体，则通过膜的离子的物质的量为 D．膜为阳离子交换膜，脱盐室最终可得到淡盐水 13．从电子废料(含、和等)中可回收金，主要流程如下： 已知：王水溶金发生反应(稀)(浓) 下列说法不正确的是 A．浓盐酸促进了和的反应，其原因是降低了，增强了的还原性 B．以为电解质进行粗金的电解精炼，可能会有覆盖在阴极发生针化 C．可实现析金发生反应： D．依据王水溶金原理，溶液与浓盐酸也可使溶解 14．一种新型双功能催化剂电池的工作原理及催化路径如图所示。*R表示R基团在催化剂表面的吸附态。下列说法错误的是 A．放电时，b极电势高于a极 B．放电时，与起始相比右室n(OH-)减少 C．充电时，决速步反应为 D．充电时，a极电极反应式 二、非选择题 15．一种高性能的碱性硼化钒-空气电池如图所示。电池的总反应为：。 (1)复合碳电极是电池的 (填“正极”或“负极”)，电极的电极反应式为 。 (2)的移动方向为 (填“左右”或“右左”)，若消耗(标准状况)，则通过阴离子交换膜的的物质的量为 。 16．焦亚硫酸钠在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题： (1)生产，通常是由过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式 。 (2)制备也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中碱吸收液中含有和。阳极的电极反应式为 。电解后， 室的浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到。 (3)已知与稀硫酸反应放出，其离子方程式为： 。 (4)检验产品中含有碳酸钠杂质所需试剂是 （填编号）。 ①足量酸性高锰酸钾      ②澄清石灰水    ③饱和碳酸氢钠溶液 ④饱和食盐水      ⑤稀硫酸 17．X、Y、Z、W、K、L、M为原子序数依次增大的七种短周期主族元素。Y原子的最外层电子数是其所在周期序数的2倍，K原子在短周期中半径最大。由X、Z、W、L四种元素组成的常见物质间转化关系如下图所示，其中m是单质，Q是由三种元素组成的盐。 回答下列问题： (1)M在元素周期表中的位置为 ，Q中含有的化学键类型为 。 (2)W、K、L简单离子的半径由大到小的顺序是 (用离子符号表示)。 (3)由X、Y两种元素形成的10电子分子的空间结构为 。由X、Y两种元素组成的分子中只含有22个共价单键的链状化合物的分子式为 ，其主链含有五个碳原子的同分异构体有 种。 (4)常温下，以K的最高价氧化物对应的水化物为电解质溶液，与为电极反应物构成的燃料电池，具有能量利用效率高、产物无污染等优点。 ①的电子式为 ；负极电极反应式为 。 ②以此燃料电池电解溶液，若电解后需加入才能使电解液复原，则燃料电池理论上消耗标准状况下的体积为 L。 18．为实现碳中和，研究人员开发了双功能催化剂，它具有吸收二氧化碳和将其吸收的二氧化碳与氢气反应转化为甲烷的功能，过程中发生的反应为。已知：断开物质中的化学键所要吸收的能量如表。 物质 吸收的能量 (1)若每生成32g甲烷，则该反应 (填“放出”或“吸收”) kJ能量。 (2)某温度下，在2L的密闭容器中充入的混合气体，发生上述反应，与随时间的变化如图所示。 ①x、y两点用表示的化学反应速率： (填“>”、“<”或“=”)。 ②下列说法正确的是 (填标号)。 A．5min后该反应停止 B．容器中混合气体的平均相对分子质量不再发生改变时，该反应达到平衡 C．2min时，v(正)=v(逆) D．若改变催化剂，则反应达到平衡状态所需的时间一定小于5min (3)新型高效甲烷—空气燃料电池采用石墨烯作电极，两电极分别通入甲烷和空气，其工作原理如图所示： a电极通入的气体是 ；b电极的电极反应式为 。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案： 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 D D B C B A D B A C 题号 11 12 13 14 答案 D B B B 1．D 【分析】该装置为电解池，甲池中失去电子生成，则该电极为阳极，乙池中电极为阴极，a为正极，b为负极，据此分析解答。 【详解】A．a为正极，b为正极，故电极电势：a＞b，A项错误； B．电解池中，阳离子从阳极移动向阴极，故工作时由甲池移向乙池，B项错误； C．甲室发生反应，通电一段时间后甲区域的pH减小，C项错误； D．阴极上，CO2转化为HCOOH，电极反应式为：，D项正确； 故选D。 2．D 【详解】A．已知ClO2作氧化剂时每摩ClO2需得到5mol电子，而Cl2作氧化剂时每摩Cl2只能得到2mol电子，故等物质的量ClO2的消毒效率为Cl2的2.5倍，A正确； B．由题干ClO2的结构示意图可知，ClO2分子中含有大π键（），则Cl周围2个σ键和一对孤电子对即价层电子对数为3，Cl原子杂化方式为sp2杂化，B正确； C．由题干流程图可知，“ClO2发生器”中即NaClO3和HCl反应生成ClO2、Cl2和NaCl，根据氧化还原反应配平可得，发生的反应为，C正确； D．由题干流程图可知，“电解”时，阳极发生氧化反应，电极反应为：Cl-+3H2O-6e-=+6H+，阴极发生还原反应，电极反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，根据电子守恒可知，阳极与阴极产物的物质的量之比为1∶3，D错误； 故答案为：D。 3．B 【详解】A．过量铁粉与稀硝酸反应，生成亚铁离子：，A正确； B．铅酸蓄电池放电时正极的电极反应：，B错误； C．硝酸铝溶液中加过量氨水：，C正确； D．向小苏打溶液中加少量Ba(OH)2溶液，D正确； 答案选B。 4．C 【分析】装置中，b极上氢离子转化为氢气，得电子，发生还原反应，因此b极为阴极，a极上转化为，失电子，发生氧化反应，因此a极为阳极。 【详解】A．根据图示，b极上氢离子转化为氢气，得电子，发生还原反应，a极上转化为，失电子，发生氧化反应，电子的流向是a极流向b极，氢离子通过质子交换膜向b电极移动，A正确； B．a极上转化为，失电子，发生氧化反应，B正确； C．b极所在的容器中溶液的氢离子参与反应，右侧氢离子迁移到左侧中，左侧溶液的酸性不变，C错误； D．a极区涉及两个反应步骤，第一步利用氧化态高效捕获得到硫、氢离子和还原态，第二步是还原态又在电极上失去电子，发生氧化反应转化为氧化态，和可在a极区循环使用，所以a极区不需不断补充含和。的溶液，D正确； 故选C。 5．B 【分析】由题意知，右池为电解NH3生成H2的装置，左池为浓差电池，右池电极M区NH3失电子被氧化为N2，故电极M为阳极，发生电极反应：2NH3-6e-+6OH-=N2↑+6H2O，则N为阴极，发生电极反应：2H2O+2e- =H2↑+2OH-，所以左池Cu(1)为正极，正极发生反应：Cu2++2e=Cu，Cu (2)为负极，负极发生反应：Cu-2e-=Cu2+。 【详解】A．Cu(1)为正极，发生还原反应，停止工作后，若要恢复电池原状态，Cu(1)要发生氧化反应，所以要跟电源正极相连，A正确； B．转移1mol电子时，Cu(2)溶解0.5mol铜，即32g，同时有0.5mol即48g硫酸根从乙室到甲室，甲室电解质溶液质量共增加32g+48g=80g，B错误； C．电解过程中，N 为阴极，电极反应式为：2H2O+2e- =H2↑+2OH-，每生成2molOH- ，同时有2molOH- 从丁室移向丙室，而电极反应消耗水，所以溶液的碱性会增大，即pH增大，C正确； D．为阳极，电极方程式为，D正确； 故选B。 6．A 【分析】根据图示可知，钛网电极上在PRT的抑制下，Cl-放电生成HClO，电极反应为Cl-+H2O-2e-═HClO+H+，故钛网电极为阳极，a为正极，b为负极，钛箔电极为阴极，该电极上水放电生成氢气：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，电解池总反应为：NaCl+H2ONaClO+H2↑，据此分析。 【详解】A．由分析可知，阳极电极反应为Cl-+H2O-2e-═HClO+H+，A正确； B．根据分析可知，a为正极，b为负极，则b端电势低于a端电势，B错误； C．电解后得到NaClO溶液，水解呈碱性，溶液的pH升高，C错误； D．根据阴极电极反应2H2O+2e-=H2↑+2OH-可知，转移2mole-生成2gH2，D错误； 故答案为：A。 7．D 【分析】该装置为原电池，锂电极作负极，负极的电极反应式为Li-e-=Li+，且已知该电池放电时在多孔的黄金上氧分子与锂离子反应，形成过氧化锂，因此多孔的黄金作为正极，正极的电极反应式为，在原电池中，电子经导线从负极移动向正极，溶液中离子移动导电，据此分析。 【详解】A．电子经导线从负极移动向正极，电子不在溶液中移动，溶液中是离子移动导电，A错误； B．该电池放电时每消耗，转移电子，B错误； C．放电时，金属锂为负极，充电时该电极相当于电解池的阴极，因此给该锂—空气电池充电时，金属锂接直流电源的负极，C错误； D．多孔的黄金作为正极，正极的电极反应式为，D正确； 故选D。 8．B 【分析】利用电解原理测定乙酸溶液浓度，量取20.00mL待测样品加入b容器中，接通电源，进行实验，观察到b容器中无色溶液变为粉红色时关闭电源开关，即通电一段时间后b容器溶液呈碱性，则Pt(Ⅱ)电极为阴极，Pt(Ⅰ)电极为阳极，阴极上乙酸得电子生成H2，阴极反应式为2CH3COOH+2e-═2CH3COO-+H2↑，阳极上水失电子生成O2，阳极反应式为2H2O-4e-═O2↑+4H+，c管中收集到O2，结合电子守恒和c中收集O2的体积计算乙酸浓度，据此分析解答。 【详解】A．由上述分析可知，Pt(Ⅱ)电极为阴极，Pt(Ⅰ)电极为阳极，即Pt(Ⅰ)电极与电源正极相连，A错误； B．由上述分析可知，Pt(Ⅱ)电极为阴极，阴极上乙酸得电子生成H2，阴极反应式为2CH3COOH+2e-═2CH3COO-+H2↑，B正确； C．实验结束时b中盛装乙酸钠和硫酸钠溶液，乙酸钠为强碱弱酸盐，酚酞溶液显红色，即溶液刚好变成浅红色时实验结束，C错误； D．未标明是否在标准状况下，无法计算气体的物质的量和待测乙酸溶液的浓度，D错误； 故答案为：B。 9．A 【详解】A．向明矾溶液中滴加氢氧化钡溶液至沉淀质量最大发生的反应为明矾溶液与氢氧化钡溶液反应生成硫酸钾、四羟基合铝酸钾和硫酸钡沉淀，反应的离子方程式为，A错误； B．过量氨水与氯化银反应生成氯化二氨合银和水，反应的离子方程式为，B正确； C．用惰性电极电解硫酸铜溶液生成铜、硫酸和氧气，反应的离子方程式为，C正确； D．硝酸铁溶液与少量二氧化硫反应生成硫酸铁、硫酸和一氧化氮，反应的离子方程式为，D正确； 故选A。 10．C 【分析】实验中浓度变化得到方形点曲线，因为高浓度硫酸会使金属钝化，温度变化得到三角形点曲线，即70℃以前，氧化膜稳定，不会腐蚀，超过70℃后，氧化膜破坏，腐蚀速率加快。 【详解】A．根据图像知，70℃以前，氧化膜稳定，腐蚀速率为0，即不会腐蚀，A错误； B．30%硫酸是强酸性环境，大量发生析氢腐蚀，B错误； C．根据图像知，硫酸浓度，腐蚀速率接近为0，则低碳铬钢钝化，C正确； D．超过70℃后，因为没有加入硫酸，所以实验中没有生成，D错误； 故选C。 11．D 【分析】根据图示可知：在放电时Zn为负极，失去电子转化为Zn[(OH)4]2-，Pt电极为正极，发生还原反应。在充电时Zn电极连接电源负极为阴极，发生还原反应：Zn[(OH)4]2-+2e-=Zn+4OH-，Pt电极上Ni(OH)2被氧化变为NiOOH，溶液中部分OH-失去电子被氧化变为O2。 【详解】A．由题意可知：在放电时，Zn极为负极，发生氧化反应，Pt极为正极，阴离子向负极移动，OH-移向Zn极，故A项正确； B．放电时，Pt极为正极，即氢氧化镍所在电极，故B项正确； C．充电时Zn电极作阴极，电极方程式为，故C项正确； D．由物质转化可知，充电时，阳极上除Ni(OH)2失电子转化为NiOOH外，还有一部分OH-也会失电子转化为O2，故当电路中通过1 mol电子时，阳极产生的NiOOH小于1mol，故D项错误； 故答案为D。 12．B 【分析】a极上加入了呼吸细菌，工作时可将工业废水中的有机污染物转化为CO2，则a极为负极，发生氧化反应，则M为阴离子交换膜， 经过M膜的离子为Cl-和，b极为正极，发生还原反应，N为阳离子交换膜，经过N膜的离子为Na+和Ca2+，从而达到脱盐的目的，据此分析解答。 【详解】A．根据电极转化关系可知，a极为负极、b极为正极，因此工作时，a极发生氧化反应，电子从a极流向b极，A项错误； B．若有机物的分子式为，则a极失电子生成CO2，电极反应式为，B项正确； C．若b极上消耗标准状况下11.2L O2，则外电路中通过2mole-，此时通过阳离子交换膜的电荷数为2mol，M为阴离子交换膜， 经过M膜的离子为Cl-和，其所带电荷数不同，故此离子数目无法确定，C项错误； D．阴离子向a极迁移，阳离子向b极迁移，因此N为阳离子交换膜，M为阴离子交换膜，从而达到脱盐的目的，D项错误； 答案选B。 13．B 【分析】电子废料(含、和等)首先通过王水溶金生成，再加入还原析金，得到粗金。 【详解】A．浓盐酸与结合，生成，降低了，增强了Au的还原性，A正确； B．溶液中氯离子主要以形式存在，故不会生成氯化银沉淀，B错误； C．作还原剂还原，实现析金，化学反应为： ，C正确； D．选用溶液、浓盐酸溶金与王水原理相同，也可使Au溶解，D正确； 答案选B 14．B 【分析】由题干装置图可知，放电时，锌失去电子，作负极即a为负极，负极反应式为：Zn-2e-+4OH-=[Zn(OH)4]2-，b为正极，电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，据此分析解题。 【详解】A．由分析可知，放电时，a极为负极，b极为正极，则b极电势高于a极，A正确； B．由分析可知，放电时，b为正极，电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，根据电荷守恒可知，每生成4molOH-电路上转移4mol电子，则有4molOH-移向负极，故与起始相比右室n(OH-)不变，B错误； C．由反应活化能越大反应速率越慢，多步反应中速率最慢的一步为决速步骤并结合题干图示信息可知，充电时，决速步反应为，C正确； D．由分析可知，放电时，a为负极，负极反应式为：Zn-2e-+4OH-=[Zn(OH)4]2-，则充电时，a极为阴极，其电极反应式为，D正确； 故答案为：B。 15．(1) 正极 VB2+16OH--11e-=VO+2B(OH)+4H2O (2) 右左 0.04 【分析】电池的总反应为：，VB2电极上失电子发生氧化反应，VB2电极为负极，则复合碳电极为正极，电解质溶液显碱性，空气中的氧气得电子发生还原反应生成氢氧根，正极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-。 【详解】（1）空气中的氧气得电子发生还原反应生成氢氧根，复合碳电极是电池的正极，VB2电极上失电子发生氧化反应生成VO+2B(OH)，VB2电极为负极，负极反应为VB2+16OH--11e-=VO+2B(OH)+4H2O。故答案为：正极；VB2+16OH--11e-=VO+2B(OH)+4H2O； （2）正极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-，若有0.224L即=0.01molO2参与反应，即通过0.04mol电子时，有0.04molOH-通过阴离子交换膜移到负极，的移动方向为右左。故答案为：右左；0.04。 16．(1) (2) a (3) (4)①②⑤ 【详解】（1）过饱和溶液经结晶脱水生成，反应方程式为； （2）阳极水失电子放出氧气，阳极电极反应式为。电解后，阳极室中氢离子移向a室，和氢离子反应生成，所以a室浓度增加。 （3）与稀硫酸反应生成氯酸钠、、水，其离子方程式为。 （4）产品中加稀硫酸，放出的气体通入足量酸性高锰酸钾溶液，除去二氧化硫，剩余气体通入石灰水中，石灰水变浑浊，证明含有碳酸钠杂质，选用的试剂为①②⑤。 17．(1) 第三周期ⅦA族 离子键、共价键 (2) (3) 正四面体形 4 (4) 11.2 【分析】Y原子的最外层电子数是其所在周期序数的2倍，则Y为C元素或S元素，结合Y的位置可知Y为C元素，K原子在短周期中半径最大，K可以考虑为Na元素，由X、Z、W、L四种元素组成的常见物质间转化关系如下图所示，其中m是单质，Q是由三种元素组成的盐，Q最后可以转化为两种强酸，可以考虑为和 的合成路线，则Q为，则X为H，Y为C，Z为N，W为O，K为Na，L为S，M为Cl元素，据此解题。 【详解】（1）Cl在元素周期表中的位置为第三周期ⅦA族，Q为，其含有的化学键为离子键、共价键，故答案为：第三周期ⅦA族；离子键、共价键； （2）W为O，K为Na，L为S，一般来说电子层数越多，半径越大，电子数相同，核电荷数越大，半径越小，故其顺序为，故答案为：； （3） C、H两种元素形成的10电子分子为甲烷，其空间结构为正四面体形，由C、H两种元素组成的分子中只含有22个共价单键的链状化合物为庚烷，其分子式为，其主链含有五个碳原子的同分异构体采用定一移一的方法一共有4种，分别是、（箭头指另一个甲基的位置），故答案为：正四面体形；；4； （4） ①以NaOH为电解质溶液，与为电极反应物构成的燃料电池，其作为负极，电极反应为，氧气为正极，电极反应为；的电子式为，故答案为：；； ②电解硫酸铜溶液，阳极的反应为，阴极的反应为，若电解后需加入，即1mol才能使电解液复原，则电解过程消耗的也为1mol，转移电子数量为2mol，由正极的反应可知，消耗标况下体积为11.2L，故答案为：11.2。 18．(1) 放出 540 (2) ＞ B (3) 空气 【详解】（1）32g甲烷的物质的量为2mol，若每生成32g甲烷，断裂2mol中的化学键和8molH2中的化学键吸收的总能量为×2+×8=6468kJ，形成2molCH4中的化学键和4molH2O中的化学键放出的总能量为×2+×4=7008 kJ，则该反应放出7008-6468=540kJ能量。 （2）①x点反应物浓度大于y点，＞，y点达到平衡状态＞，则x、y两点用表示的化学反应速率：＞； ②A．5min后反应达到平衡状态，该反应没有停止，故A错误； B．反应前后气体系数和不同，混合气体的平均相对分子质量是变量，容器中混合气体的平均相对分子质量不再发生改变时，该反应达到平衡，故B正确； C．2min时，反应没有达到平衡状态，v(正)＞v(逆)，故C错误； D．若改变催化剂，反应速率可能减慢，则反应达到平衡状态所需的时间不一定小于5min，故D错误；故选B。 （3）根据图示，电子流入a极，a是正极，氧气在正极发生还原反应，a电极通入的气体是空气；b电极是负极，甲烷在负极失电子生成碳酸钾和水，负极的电极反应式为。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $$