2024年高中化學新教材同步 選擇性必修第一冊 第4章　體系構(gòu)建　高考體驗

體系構(gòu)建高考體驗考向一新型燃料電池例1(2021·山東，10)以KOH溶液為離子導體，分別組成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清潔燃料電池，下列說法正確的是()A．放電過程中，K＋均向負極移動B．放電過程中，KOH物質(zhì)的量均減小C．消耗等質(zhì)量燃料，(CH3)2NNH2-O2燃料電池的理論放電量最大D．消耗1molO2時，理論上N2H4-O2燃料電池氣體產(chǎn)物的體積在標準狀況下為11.2L答案C解析放電過程為原電池工作原理，所以鉀離子均向正極移動，A錯誤；堿性環(huán)境下，N2H4-O2清潔燃料電池總反應為N2H4＋O2=N2＋2H2O，其總反應中未消耗KOH，所以KOH的物質(zhì)的量不變，其他兩種燃料電池根據(jù)總反應可知，KOH的物質(zhì)的量均減小，B錯誤；理論放電量與燃料的物質(zhì)的量和轉(zhuǎn)移電子數(shù)有關(guān)，設消耗燃料的質(zhì)量均為mg，則甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放電量(物質(zhì)的量表達式)分別是eq\f(mg,32g·mol－1)×6、eq\f(mg,32g·mol－1)×4、eq\f(mg,60g·mol－1)×16，通過比較可知(CH3)2NNH2理論放電量最大，C正確；根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)守恒和總反應式可知，消耗1molO2生成的氮氣的物質(zhì)的量為1mol，在標準狀況下體積為22.4L，D錯誤?？枷蚨滦突瘜W電源(二次電池)例2(2022·廣東，16)科學家基于Cl2易溶于CCl4的性質(zhì)，發(fā)展了一種無需離子交換膜的新型氯流電池，可作儲能設備(如圖)。充電時電極a的反應為NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－=Na3Ti2(PO4)3。下列說法正確的是()A．充電時電極b是陰極B．放電時NaCl溶液的pH減小C．放電時NaCl溶液的濃度增大D．每生成1molCl2，電極a質(zhì)量理論上增加23g答案C解析由充電時電極a的反應可知，充電時電極a發(fā)生還原反應，所以電極a是陰極，則電極b是陽極，故A錯誤；放電時負極反應為Na3Ti2(PO4)3－2e－=NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正極反應為Cl2＋2e－=2Cl－，反應后Na＋和Cl－濃度都增大，則放電時NaCl溶液的濃度增大，pH不變，故B錯誤、C正確；充電時陽極反應為2Cl－－2e－=Cl2↑，陰極反應為NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－=Na3Ti2(PO4)3，由得失電子守恒可知，每生成1molCl2，電極a質(zhì)量理論上增加23g·mol－1×2mol＝46g，故D錯誤。例3(2020·全國卷Ⅰ，12)科學家近年發(fā)明了一種新型Zn-CO2水介質(zhì)電池。電池示意圖如下，電極為金屬鋅和選擇性催化材料，放電時，溫室氣體CO2被轉(zhuǎn)化為儲氫物質(zhì)甲酸等，為解決環(huán)境和能源問題提供了一種新途徑。下列說法錯誤的是()A．放電時，負極反應為Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)B．放電時，1molCO2轉(zhuǎn)化為HCOOH，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2molC．充電時，電池總反應為2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)=2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2OD．充電時，正極溶液中OH－濃度升高答案D解析由裝置示意圖可知，放電時負極反應為Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，A項正確；放電時CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH，C元素化合價降低2，則1molCO2轉(zhuǎn)化為HCOOH時，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2mol，B項正確；由裝置示意圖可知充電時正極(陽極)產(chǎn)生O2，負極(陰極)產(chǎn)生Zn，C項正確；充電時正極(陽極)上發(fā)生反應2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，OH－濃度降低，D項錯誤。考向三金屬的腐蝕與防護例4(2022·廣東，11)為檢驗犧牲陽極法對鋼鐵防腐的效果，將鍍層有破損的鍍鋅鐵片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段時間后，取溶液分別實驗，能說明鐵片沒有被腐蝕的是()A．加入AgNO3溶液產(chǎn)生沉淀B．加入淀粉碘化鉀溶液無藍色出現(xiàn)C．加入KSCN溶液無紅色出現(xiàn)D．加入K3[Fe(CN)6]溶液無藍色沉淀生成答案D解析將鍍層有破損的鍍鋅鐵片放入酸化的3%NaCl溶液中，會構(gòu)成原電池，由于鋅比鐵活潑，鋅作原電池的負極，鐵片作正極，溶液中破損的位置會變大，鐵也會繼續(xù)和酸化的氯化鈉溶液反應產(chǎn)生氫氣，溶液中會有亞鐵離子生成。氯化鈉溶液中始終存在氯離子，所以加入硝酸銀溶液后，不管鐵片是否被腐蝕，均會出現(xiàn)白色沉淀，故A不符合題意；淀粉碘化鉀溶液可檢測氧化性物質(zhì)，但不論鐵片是否被腐蝕，均無氧化性物質(zhì)生成，故B不符合題意；KSCN溶液可檢測鐵離子的存在，上述過程中不會出現(xiàn)鐵離子，所以無論鐵片是否被腐蝕，加入KSCN溶液后，均無紅色出現(xiàn)，故C不符合題意；K3[Fe(CN)6]溶液是用于檢測Fe2＋的試劑，若鐵片沒有被腐蝕，則溶液中不會生成亞鐵離子，則加入K3[Fe(CN)6]溶液就不會出現(xiàn)藍色沉淀，故D符合題意。例5(2020·江蘇，11)將金屬M連接在鋼鐵設施表面，可減緩水體中鋼鐵設施的腐蝕。在題圖所示的情境中，下列有關(guān)說法正確的是()A．陰極的電極反應式為Fe－2e－=Fe2＋B．金屬M的活動性比Fe的活動性弱C．鋼鐵設施表面因積累大量電子而被保護D．鋼鐵設施在河水中的腐蝕速率比在海水中的快答案C解析陰極得電子，A錯誤；金屬M失電子，其活動性應比鐵強，B錯誤；M失去的電子流入鋼鐵設施表面，鋼鐵設施不易失去電子而被保護，C正確；海水所含電解質(zhì)的濃度遠大于河水，因此鋼鐵設施在海水中被腐蝕的速率快，D錯誤。考向四電化學實驗回答下列問題：(1)由FeSO4·7H2O固體配制0.10mol·L－1FeSO4溶液，需要的儀器有藥匙、玻璃棒、________________(從下列圖中選擇，寫出名稱)。(2)電池裝置中，鹽橋連接兩電極電解質(zhì)溶液。鹽橋中陰、陽離子不與溶液中的物質(zhì)發(fā)生化學反應，并且電遷移率(u∞)應盡可能地相近。根據(jù)下表數(shù)據(jù)，鹽橋中應選擇_______作為電解質(zhì)。陽離子u∞×108/(m2·s－1·V－1)陰離子u∞×108/(m2·s－1·V－1)Li＋4.07HCOeq\o\al(－,3)4.61Na＋5.19NOeq\o\al(－,3)7.40Ca2＋6.59Cl－7.91K＋7.62SOeq\o\al(2－,4)8.27(3)檢流表顯示電子由鐵電極流向石墨電極。可知，鹽橋中的陽離子進入________電極溶液中。(4)電池反應一段時間后，測得鐵電極溶液中c(Fe2＋)增加了0.02mol·L－1。石墨電極上未見Fe析出?？芍姌O溶液中c(Fe2＋)＝________。(5)根據(jù)(3)、(4)實驗結(jié)果，可知石墨電極的電極反應式為_______________________，鐵電極的電極反應式為________________。因此，驗證了Fe2＋氧化性小于________，還原性小于________________________________________________________________________。(6)實驗前需要對鐵電極表面活化。在FeSO4溶液中加入幾滴Fe2(SO4)3溶液，將鐵電極浸泡一段時間，鐵電極表面被刻蝕活化。檢驗活化反應完成的方法是______________________________________________________________________________________________________。答案(1)燒杯、量筒、托盤天平(2)KCl(3)石墨(4)0.09mol·L－1(5)Fe3＋＋e－=Fe2＋Fe－2e－=Fe2＋Fe3＋Fe(6)取活化后溶液少許于試管中，加入KSCN溶液，溶液不出現(xiàn)紅色解析(1)根據(jù)用固體物質(zhì)配制一定物質(zhì)的量濃度溶液的方法可知，題圖給出的儀器中還需要燒杯、量筒和托盤天平。(2)鹽橋中陰、陽離子不與溶液中的物質(zhì)發(fā)生反應，兩燒杯溶液中含有Fe2＋、Fe3＋和SOeq\o\al(2－,4)，Ca2＋與SOeq\o\al(2－,4)生成微溶于水的CaSO4，F(xiàn)e2＋、Fe3＋均與HCOeq\o\al(－,3)反應，酸性條件下NOeq\o\al(－,3)與Fe2＋發(fā)生反應，故鹽橋中不能含有Ca2＋、HCOeq\o\al(－,3)和NOeq\o\al(－,3)。鹽橋中陰、陽離子的電遷移率u∞盡可能相近，分析表中陽離子和陰離子的u∞數(shù)據(jù)，K＋和Cl－的u∞相差較小，故鹽橋中應選擇KCl作為電解質(zhì)。(3)檢流表顯示電子由鐵電極流向石墨電極，則鐵電極是負極，石墨電極是正極，鹽橋中陽離子向正極移動，故陽離子進入石墨電極溶液中。(4)假設兩個燒杯中溶液體積均為VL，鐵電極反應式為Fe－2e－=Fe2＋，一段時間后，鐵電極溶液中c(Fe2＋)增加0.02mol·L－1，則電路中通過電子的物質(zhì)的量為0.02mol·L－1×VL×2＝0.04Vmol。石墨電極上未見Fe析出，則石墨電極反應式為Fe3＋＋e－=Fe2＋，據(jù)得失電子守恒可知，石墨電極生成Fe2＋的物質(zhì)的量為0.04Vmol，故石墨電極溶液中c(Fe2＋)＝eq\f(0.05mol·L－1×VL＋0.04Vmol,VL)＝0.09