2023年高考化學(xué)大題精練沖刺（第02期）專題03電化學(xué)問題的綜合探究（含解析）

PAGEPAGE17專題03電化學(xué)問題的綜合探究1．I．利用液化石油氣中的丙烷脫氫可制取丙烯：C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)△H，起始時(shí)，向一密閉容器中充入一定量的丙烷，在不同溫度、壓強(qiáng)下測得平衡時(shí)反響體系中丙烷與丙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)如下圖〔p1為0.1MPa〕。〔1〕反響的△H_____0(填“>〞“<〞“=〞下同)壓強(qiáng)P2______0.1MPa〔2〕圖中A點(diǎn)丙烷的轉(zhuǎn)化率為________?！?〕假設(shè)圖中A、B兩點(diǎn)對應(yīng)的平衡常數(shù)用K(A)、K(B)表示，那么K(A)______K(B)(填“>〞“<〞或“=〞)。II.為擺脫對石油的過渡依賴，科研人員將煤液化制備汽油，并設(shè)計(jì)了汽油燃料電池，電池工作原理如下圖。一個(gè)電極通入氧氣，另一個(gè)電極通入汽油蒸氣，電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO3晶體，它在高溫填能傳導(dǎo)O2-?！?〕以辛烷(C8H18)代替汽油．寫出該電池工作時(shí)的負(fù)極反響方程式：______。〔2〕己知一個(gè)電子的電量是1.602×10-19C，用該電池電解飽和食鹽水，當(dāng)電路中通過1.929×10Ⅲ.煤燃燒產(chǎn)生的CO2是造成溫室效應(yīng)的主要?dú)怏w之一。我們常用原子利用率來衡量化學(xué)反響過程的原子經(jīng)濟(jì)性，其計(jì)算公式為原子利用率=〔預(yù)期產(chǎn)物的總質(zhì)量／全部反響物的總質(zhì)量〕×100%，將CO2轉(zhuǎn)化成有機(jī)物可有效地實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)，如：a．6CO2+6H2OC6H12O6+6O2b．2CO2+6H2C2H5OH+3H2Oc．CO2+CH4CH3COOH

d．2CO2+6H2CH2=CH2+4H2O以上反響中，最節(jié)能的是_______，反響d中理論上原子利用率為________?！敬鸢浮?gt;<50%<C8H18?50e?+25O2?=8CO2+9H2O80a28%點(diǎn)睛：此題的難點(diǎn)是電極方程式書寫，因?yàn)樾畔⒄f明電解質(zhì)傳導(dǎo)O2－，因此通氧氣一極的電極反響式為O2＋4e－=2O2－，O2－在負(fù)極上參與反響，根據(jù)工作原理，C8H18中C轉(zhuǎn)變成CO2，1molC8H18失去電子的物質(zhì)的量為：(4＋9/4)×8mol=50mol，根據(jù)所帶電荷數(shù)守恒，配平其他，即電極反響式為：C8H18＋25O2－－50e－=8CO2＋9H2O。2．堿性鋅錳電池是日常生活中消耗量最大的電池，其構(gòu)造如下圖。放電時(shí)總反響為：Zn+2H2O+2MnO2Zn(OH)2+2MnOOH從廢舊堿性鋅錳電池中回收Zn和MnO2的工藝如下：答復(fù)以下問題：〔1〕MnOOH中，Mn元素的化合價(jià)為________?！?〕“復(fù)原焙燒〞過程中，高價(jià)金屬化合物被復(fù)原為低價(jià)氧化物或金屬單質(zhì)〔其中MnOOH、MnO2被復(fù)原成MnO〕，主要原因是“粉料〞中含有________?！?〕“凈化〞是為了除去浸出液中的Fe2+，方法是：參加________〔填化學(xué)式〕溶液將Fe2+氧化為Fe3+，再調(diào)節(jié)pH使Fe3+完全沉淀?！搽x子濃度小于1×10－5mol·L－1即為沉淀完全〕浸出液中Mn2+、Zn2+的濃度約為0.1mol·L－1，根據(jù)以下數(shù)據(jù)計(jì)算調(diào)節(jié)pH的合理范圍是________至________。化合物Mn(OH)2Zn(OH)2Fe(OH)3KSP近似值10－1310－1710－38〔4〕“電解〞時(shí)，陽極的電極反響式為_____。本工藝中應(yīng)循環(huán)利用的物質(zhì)是_____〔填化學(xué)式〕?！?〕假設(shè)將“粉料〞直接與鹽酸共熱反響后過濾，濾液的主要成分是ZnCl2和MnCl2?！胺哿熄曋械腗nOOH與鹽酸反響的化學(xué)方程式為________?！?〕某堿性鋅錳電池維持電流強(qiáng)度0.5A〔相當(dāng)于每秒通過5×10－6mol電子〕，連續(xù)工作80分鐘即接近失效。如果制造一節(jié)電池所需的鋅粉為6g，那么電池失效時(shí)仍有________%的金屬鋅未參加反響。【答案】+3C36873．金屬釩被譽(yù)為“合金的維生素〞，常用于催化劑和新型電池。釩(V)在溶液中主要以VO43-(黃色)、VO2+(淺黃色)、VO2+(藍(lán)色)、V3+(綠色)、V2+(紫色)等形式存在。答復(fù)以下問題：〔1〕工業(yè)中利用V2O5制備金屬釩。4Al(s)+3O2(g)=2Al2O3(s)△H1=-2834kJ/mol4V(s)+5O2(g)=2V2O5(s)△H2=-3109kJ/mol寫出V2O5與A1反響制備金屬釩的熱化學(xué)方程式____________________?！?〕V2O5是一種重要的氧化物，具有以下性質(zhì)：①V2O5在強(qiáng)堿性溶液中以VO43-形式存在，試寫出V2O5溶于NaOH溶液的離子方程式：___________________________________________。②V2O5具有強(qiáng)氧化性，溶于濃鹽酸可以得到藍(lán)色溶液，試寫出V2O5與濃鹽酸反響的化學(xué)反響方程式：________________________________。〔3〕VO43-和V2O74-在PH≥13的溶液中可相互轉(zhuǎn)化。室溫下，1.0mol·L-1的Na3VO4溶液中c(VO43-)隨c(H+)的變化如下圖。①寫出溶液中Na3VO4轉(zhuǎn)化為Na4V2O7的離子方程式__________________。②由圖可知，溶液中c(H+)增大，VO43-的平衡轉(zhuǎn)化率______(填“增大〞“減小〞或“不變〞)。根據(jù)A點(diǎn)數(shù)據(jù)，計(jì)算該轉(zhuǎn)化反響的平衡常數(shù)的數(shù)值為_____________?！?〕全釩液流電池是一種優(yōu)良的新型蓄電儲能設(shè)備，其工作原理如下圖：①放電過程中A電極的反響式為__________________。②充電過程中，B電極附近溶液顏色變化為___________________?！敬鸢浮?0Al(s)+3V2O3〔s〕=5Al2O3(s)+6V(s)△H=-2421.5kJ/molV2O5+6OH-=2VO43-+3H2OV2O5+6HCl=2VOCl2+Cl2↑+3H2O2VO43-+H2OV2O74-+2OH-增大0.4VO2++2H++e-=VO2++H2O溶液由綠色變?yōu)樽仙?．霧霾天氣嚴(yán)重影響人們的生活，其中氮氧化物和硫氧化物都是形成霧霾天氣的重要因素。以下方法可處理氮氧化物和硫氧化物?！?〕用活性炭復(fù)原法可以處理氮氧化物。某研究小組向某密閉容器中參加一定量的活性炭和NO，在一定條件下，發(fā)生反響：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)ΔH=QkJ/mol。在T1℃時(shí)間/min濃度/mol/L0102030NO1.000.580.400.40N200.210.300.30CO200.210.300.30①0~10min內(nèi)，NO的平均反響速率v(NO)=_____________，T1℃②假設(shè)30min后升高溫度至T2℃，到達(dá)平衡時(shí)，容器中NO、N2、CO2的濃度之比為2∶1∶〔2〕NH3催化復(fù)原氮氧化物(SCR)技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術(shù)。反響原理如圖甲所示。甲乙①由圖甲可知，SCR技術(shù)中的氧化劑為_____________。NH3氧化時(shí)發(fā)生如下反響：4NH3(g)＋5O2(g)=4NO(g)＋6H2O(g)ΔH1＝－907.28kJ·mol-14NH3(g)＋6NO(g)=5N2(g)＋6H2O(g)ΔH2＝－1811.63kJ·mol-1那么氨氣被氧化為氮?dú)夂退魵獾臒峄瘜W(xué)方程式:______________________________②圖乙是不同催化劑Mn和Cr在不同溫度下對應(yīng)的脫氮率，由圖可知工業(yè)選取的最正確催化劑及相應(yīng)的溫度分別為___________、___________。

〔3〕煙氣中的SO2可用某濃度NaOH溶液吸收得到Na2SO3和NaHSO3混合溶液，假設(shè)所得溶液呈中性，那么該溶液中c(Na+)=__________________(用含硫微粒濃度的代數(shù)式表示)。〔4〕某研究小組用NaOH溶液吸收二氧化硫后，將得到的Na2SO3溶液進(jìn)行電解，其中陰陽膜組合電解裝置如圖丙所示，電極材料為石墨。丙①a表示_______(填“陰〞或“陽〞)膜。A-E分別代表原料或產(chǎn)品，其中C為稀硫酸，那么A為____________溶液(填寫化學(xué)式)。②陽極電極反響式為____________________________________?！敬鸢浮?.042mol·L-1·min-19/16〔或0.5625〕<氮氧化物/NOX或NO、NO24NH3(g)＋3O2(g)=2N2(g)＋6H2O(g)ΔH3＝-1269.02kJ·mol-1Mn200℃2c(SO32-)+c(HSO3-)陽NaOHSO32--2e-+H2O=SO42-+2H5．能源短缺是人類社會面臨的重大問題。甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開犮和應(yīng)用前景。工業(yè)上通過媒的氣化生成的CO和H2合成甲醇，反響原理為：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)〔1〕在一容積可變的密閉容器中充有10molCO和20molH2，在催化劑作用下發(fā)生反響生成甲醇。CO的平衡轉(zhuǎn)化率(a)與溫度(T)、壓強(qiáng)(p)的關(guān)系如圖1所示。①合成甲醇的反響為_____(填“放熱〞或“吸熱〞)反響。判斷理由是_________。平衡常數(shù)KA_____KC(填“>〞、“<〞或“=〞)。②以下有關(guān)該反響的說法正確的選項(xiàng)是_____(填字母序號)。A.當(dāng)v(CO)生成=2v消耗(H2)時(shí)該反響到達(dá)平衡狀態(tài)B.其它條件不變，只改變CO和H2的投料量，該反響的焓變發(fā)生改變C.在反響過程中混合氣體的密度和相對平均分子質(zhì)量均不發(fā)生變化D.使用催化劑可以減小反響的活化能〔2〕以下措施可以提高甲醇產(chǎn)率的是________。A.壓縮容器體積B.恒容條件下充入He，使體系總壓強(qiáng)增大C.將CH3OH(g)從體系中別離D.恒壓條件下再充入10molCO和20molH2〔3〕甲醇一一空氣燃料電池裝置如圖2所示。①該電池甲電極的電極反響式為_________。②假設(shè)用此甲醇燃料電池電解200mL—定濃度NaCl與CuSO4的混合溶液〔電極為惰性電極，不參與反響〕，電極產(chǎn)生氣體體積〔標(biāo)況下〕與電解時(shí)間的關(guān)系圖如圖3所示，此溶液中硫酸銅的濃度為______mol/L?！敬鸢浮糠艧釓膱D1可以看出，在壓強(qiáng)不變的情況下，隨溫度T的升高，CO轉(zhuǎn)化率減低，說明平衡逆向移動，那么正向?yàn)榉艧岱错?gt;BDACCH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+0.1結(jié)合圖可知，Ⅰ為陰極氣體體積與時(shí)間的關(guān)系，Ⅱ?yàn)殛枠O氣體體積與時(shí)間的關(guān)系，計(jì)算時(shí)抓住電子守恒。6．〔l〕將Cl2通入水中，Cl2局部與水反響：Cl2＋H2O＝H++Cl-+HClO。假設(shè)要減少Cl2的溶解，可在氯水中參加少量________。a.AgNO3晶體b.CaCO3粉末c.NaCl晶體d.蒸餾水e．濃鹽酸〔2〕在一定條件下，同時(shí)參加CO、H2O(g)、CO2、H2于一密閉容器中發(fā)生如下反響：CO+H2O(g)CO2+H2，反響開始時(shí)向右進(jìn)行。以下說法中不正確的選項(xiàng)是__________。a．反響開始時(shí)，正反響速率大于逆反響速率b．反響開始時(shí)，正反響速率最大，逆反響速率為零c．隨著反響的進(jìn)行，正反響速率逐漸減小，最后為零d．隨著反響的進(jìn)行，逆反響速率增大，正反響速率減小，最后相等?！?〕一定條件下〔溫度值定〕,SO2與O2反響的濃度隨時(shí)間的變化如下表時(shí)間(min)010203040506070c(SO2)mol/L1.0c(O2)mol/L0.50.350.250.180.10.050.050.05C(SO3)mol/L00.30.50.650.80.90.90.9由上表數(shù)據(jù)計(jì)算：a.30min-40min時(shí)間段，以SO2表示的反響速率為__________；b.該溫度下，正反響的平衡常數(shù)的值為__________________；c.平衡時(shí)，SO2的轉(zhuǎn)化率為_______；〔4〕電解尿素[CO(NH3)2]的堿性溶液制氫氣的裝置示意圖見以下圖〔電解池中隔膜僅阻止氣體通過，陰、陽極均為惰性電極〕。電解時(shí)，陽極的電極反響式為____________?！?〕3.04g銅鎂合金完全溶解于100mL密度為1.40g/mL、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63%的硝酸中，得到NO2氣體2688mL〔標(biāo)準(zhǔn)狀況〕，向反響后的溶液中參加1.0mol/LNaOH溶液，當(dāng)金屬離子全部沉淀時(shí)，得到5.08g沉淀。那么參加NaOH溶液的體積是_________mL?！敬鸢浮縞ebc0.015mol/(L·min)162090%或0.9CO(NH2)2+8OH—-6e-=CO32-+N2↑+6H2O1280mL〔5〕此題考查化學(xué)計(jì)算，當(dāng)金屬離子全部轉(zhuǎn)化成沉淀時(shí)，溶液中的溶質(zhì)為NaNO3，根據(jù)元素守恒有，n(NaOH)=n(NaNO3)=n(HNO3)－n(NO2)=(100×1.4×63%/63)－2688×10－3/22.4mol=1.28mol，因此需要的氫氧化鈉的體積為1.28×1000/1mL=1280mL。點(diǎn)睛：此題的難點(diǎn)是問題〔5〕，首先分析過程，銅、Mg與硝酸反響，生成Cu(NO3)2和Mg(NO3)2，然后參加NaOH，如果硝酸過量，發(fā)生NaOH＋HNO3=NaNO3＋H2O，然后發(fā)生Mg(NO3)2＋2NaOH=Mg(OH)2↓＋2NaNO3，Cu(NO3)2＋2NaOH=Cu(OH)2↓＋2NaNO3，得出沉淀完全后，溶液中的溶質(zhì)為NaNO3，然后根據(jù)元素守恒，HNO3此過程中轉(zhuǎn)化NO3－和NO2，因此有(NaOH)=n(NaNO3)=n(HNO3)－n(NO2)=(100×1.4×63%/63)－2688×10－3/22.4mol=1.28mol，因此需要的氫氧化鈉的體積為1.28×1000/1mL=1280mL，計(jì)算方法比擬簡單。7．鉍〔Bi〕的無毒與不致癌性有很多特殊用途，其化合物廣泛應(yīng)用于電子、醫(yī)藥等領(lǐng)域。由輝鉍礦〔主要成分為Bi2S3，含雜質(zhì)PbO2等〕制備Bi2O3的工藝如下：答復(fù)以下問題：〔1〕Bi位于元素周期表第六周期，與N、P同族，Bi的原子結(jié)構(gòu)示意圖為________?！?〕“浸出〞時(shí)Bi2S3與FeCl3溶液反響的化學(xué)方程式為________，反響液必須保持強(qiáng)酸性，否那么鉍元素會以BiOCl〔堿式氯化鉍〕形式混入浸出渣使產(chǎn)率降低，原因是________〔用離子方程式表示〕?！?〕“置換〞時(shí)生成單質(zhì)鉍的離子方程式為________?！澳敢?〞中通入氣體X后可循環(huán)利用，氣體X的化學(xué)式為________?！?〕“粗鉍〞中含有的雜質(zhì)主要是Pb，通過熔鹽電解精煉可到達(dá)除雜的目的，其裝置示意圖如右。電解后，陽極底部留下的為精鉍。寫出電極反響式：陽極________；陰極________?！?〕堿式硝酸鉍直接灼燒也能得到Bi2O3，上述工藝中轉(zhuǎn)化為堿式碳酸鉍再灼燒，除了能改進(jìn)產(chǎn)品性狀，另一優(yōu)點(diǎn)是________?！澳敢?〞中可回收的主要物質(zhì)是________?！敬鸢浮?FeCl3+Bi2S3=2BiCl3+6FeCl2+3SBi3++H2O+Cl-=BiOCl+2H+2Bi3++3Fe=3Fe2++2BiCl2Pb-2e-=Pb2+Pb2++2e-=Pb沒有污染性氣體產(chǎn)生NH4NO38．亞鐵氰化鉀K4Fe(CN)6俗名黃血鹽，可溶于水，不溶于乙醇。以某電鍍廠排放的含NaCN廢液為主要原料制備黃血鹽的流程如下：請答復(fù)以下問題：〔1〕常溫下，HCN的電離常數(shù)Ka=6.2×10-10。①實(shí)驗(yàn)室配制一定濃度的NaCN溶液時(shí)，將NaCN溶解于一定濃度的NaOH溶液中，加水稀釋至指定濃度，其操作的目的是_____________。②濃度均為0.5mol/L的NaCN和HCN的混合溶液顯_________〔填“酸〞“堿〞或“中〞〕性，通過計(jì)算說明：___________________________________?！?〕濾渣1的主要成分是______________〔填化學(xué)式〕。〔3〕轉(zhuǎn)化池中發(fā)生復(fù)分解反響生成K4Fe(CN)6，說明該反響能發(fā)生的理由：_____________?！?〕系列操作B為_________________?！?〕實(shí)驗(yàn)室中，K4Fe(CN)6可用于檢驗(yàn)Fe3+，生成的難溶鹽KFe[Fe(CN)6]可用于治療Tl2SO4中毒，試寫出上述治療Tl2SO4中毒的離子方程式：______________?！?〕一種太陽能電池的工作原理如下圖，電解質(zhì)為鐵氰化鉀K3Fe(CN)6和亞鐵氰化鉀K4Fe(CN)6的混合溶液。①K+移向催化劑____________〔填“a〞或“b〞〕。②催化劑a外表發(fā)生的反響為____________________?！敬鸢浮恳种扑鈮A，即水解平衡常數(shù)大于電離平衡常數(shù)，所以溶液呈堿性相同溫度下的溶解度小于過濾、洗滌、枯燥b的主要成分是CaSO4，故答案為：CaSO4；〔3〕相同溫度下的溶解度小于，因此轉(zhuǎn)化池中可以發(fā)生復(fù)分解反響生成K4Fe(CN)6，故答案為：相同溫度下的溶解度小于；〔4〕從K4Fe(CN)6溶液中得到K4Fe(CN)6，可以通過過濾、洗滌、枯燥獲得，故答案為：過濾、洗滌、枯燥；〔5〕實(shí)驗(yàn)室K4Fe(CN)6可用于檢驗(yàn)Fe3，檢驗(yàn)Fe3+反響的離子方程式為K++[Fe(CN)6]4-+Fe3+=KFe[Fe(CN)6]↓；難溶鹽KFe[Fe(CN)6可用于治療Tl2SO4中毒，離子反響方程式為：KFe[Fe(CN)6](s)+Tl+(aq)=TlFe[Fe(CN)6](s)+K+(aq)，故答案為：KFe[Fe(CN)6](s)+Tl+(aq)=TlFe[Fe(CN)6](s)+K+(aq)；〔6〕由圖可知，電子從負(fù)極流向正極，那么a為負(fù)極，b為9．錳是地殼中廣泛分布的元素之一，錳對人類的生產(chǎn)生活非常重要，是化學(xué)試劑、醫(yī)藥、焊接、油漆、合成工業(yè)等的重要原料?！?〕金屬錳的工業(yè)制備。Al的燃燒熱為ckJ·mol－1，其余相關(guān)熱化學(xué)方程式為：3MnO2(s)＝Mn3O4(s)+O2(g)ΔH1＝akJ·mol－13Mn3O4(s)+8Al(s)＝9Mn(s)+4Al2O3(s)ΔH2＝bkJ·mol－1那么3MnO2(s)+4Al(s)＝3Mn(s)+2Al2O3(s)ΔH＝___________kJ·mol－1〔用含a、b、c的代數(shù)式表示〕?！?〕MnCO3是一種廣泛且重要的錳鹽原料。通過焙燒MnCO3可以制取MnO2，反響方程式為：2MnCO3(s)＋O2(g)2MnO2(s)＋2CO2(g)。以下圖為裝置示意圖：①2MnCO3(s)＋O2(g)2MnO2(s)＋2CO2(g)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K＝_________。②在反響過程中需要用真空抽氣泵不斷抽氣，其目的除保證反響持續(xù)進(jìn)行外，還有___________?！?〕MnO2是一種常用的催化劑。MnO2催化降解甲醛的反響機(jī)理如以下圖所示：圖中X表示的粒子是__________，該反響的總反響方程式為___________?！?〕MnSO4是重要微量元素肥料。用惰性電極電解MnSO4溶液可以制得更好活性的MnO2，電解時(shí)總反響的離子方程式為：_________，電解過程中陰極附近的pH__________〔選填“增大〞、“減小〞或“不變〞〕【答案】a＋b+c快速排出CO2，使平衡正向移動，提高M(jìn)nCO3的轉(zhuǎn)化率HCOHCHO＋O2CO2＋H2OMn2+＋2H2