2021版新高考地区选考化学（人教版）一轮复习章末综合检测： 化学反应与能量
章末综合检测
(时间：90分钟 分值：100分)
一、选择题：本题共10小题，每小题2分，共20分。每小题只有一个选项符合题意。
1．(2020·鹤岗第一中学高三月考)已知反应A＋B===C＋D的能量变化如图所示(E1、E2均为正值)，下列说法正确的是( )
A．破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量
B．该反应只有在加热条件下才能进行
C．A和B的总能量一定高于C和D的总能量
D．该反应吸收的能量为(E1－E2) kJ·mol－1
解析：选D。根据图像可知，反应物的总能量低于生成物的总能量，说明该反应是吸热反应，所以破坏反应物中的化学键所吸收的能量大于形成生成物中化学键所放出的能量，故A、C项错误；某些吸热反应不需要加热也可以发生，如氢氧化钡晶体和铵盐发生的吸热反应，故B项错误；ΔH＝断键吸收的能量－成键放出的能量＝(E1－E2)kJ·mol－1，故D项正确。
2．远洋轮船的船体材料是合金钢，为了保障航行安全，延长轮船的使用寿命，通常在与海水接触的船壳(船底及船侧)上镶嵌一些金属块M。下列有关说法不正确的是( )
A．上述保护船壳免受腐蚀的方法叫牺牲阳极的阴极保护法
B．M可能是锌、铜等金属
C．船壳主要发生吸氧腐蚀
D．在上述保护船壳的过程中，负极反应为M－ne－===Mn＋
解析：选B。M不能是铜，B项错误。
3．(2020·烟台高三模拟)关于下列各装置图的叙述中，不正确的是( )
A．装置①精炼铜时a极为粗铜，电解质溶液为 CuSO4溶液
B．装置②的总反应式是Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋
C．装置③中钢闸门应与外接电源的负极相连
D．装置④中的铁钉几乎不被腐蚀
解析：选B。装置①中a极为阳极，电解精炼铜时，a极是粗铜；装置②中，铁的金属活动性大于铜，总反应式应是Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋；装置③中为保护钢闸门不被腐蚀，钢闸门应与外接电源的负极相连；装置④中由于浓硫酸有强吸水性，铁钉在干燥的空气中不易被腐蚀。
4．下列说法正确的是( )
A．任何酸与碱发生中和反应生成1 mol H2O的过程中，能量变化均相同
B．氢气不易贮存和运输，无开发利用价值
C．已知：①2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝－a kJ/mol，②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－b kJ/mol，则a>b
D．已知：①C(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ/mol，②C(金刚石，s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－395.0 kJ/mol，则C(石墨，s)===C(金刚石，s) ΔH＝＋1.5 kJ/mol
解析：选D。只有在稀溶液中，强酸与强碱发生中和反应生成1 mol H2O时，能量变化才相同，A错误；氢气虽不易贮存和运输，但它却是可再生、无污染的新能源，有开发利用价值，B错误；气态水转化为液态水时，会放出热量，即H2O(g)===H2O(l) ΔH＝－x kJ/mol，根据盖斯定律可得出a－b＝－2x，a
ΔH2，ΔH1<ΔH4
B．C(石墨，s)＋O2(g)===CO(g) ΔH＝ΔH1＋ΔH4
C．ΔH5＝2ΔH1－3ΔH2－ΔH3
D．ΔH4>0，ΔH2>0且ΔH4>ΔH2
解析：选C。反应①放热，焓变小于0，反应②吸热，焓变大于0，则ΔH1<ΔH2，A项错误；根据盖斯定律，由(①＋④)/2得C(石墨，s)＋O2(g)===CO(g) ΔH＝，B项错误；根据盖斯定律，由①×2－②×3－③得⑤，C项正确；无法判断ΔH4与ΔH2的相对大小，D项错误。
7．已知：①1 mol晶体硅中含有2 mol Si—Si键。
②Si(s)＋O2(g)===SiO2(s) ΔH，其反应过程与能量变化如图所示(a、b、c均大于0)：
③几种化学键断裂所需的能量如下表：
化学键
Si—O
O==O
Si—Si
断开1 mol共价键所需能量/kJ
460
500
176
下列说法正确的是( )
A．晶体硅光伏发电将化学能转化为电能
B．二氧化硅的稳定性小于硅的稳定性
C．ΔH＝－988 kJ·mol－1
D．ΔH＝＋(a－c) kJ·mol－1
解析：选C。晶体硅光伏发电将太阳能转化为电能，A项错误；根据化学键的键能判断，断裂1 mol二氧化硅中的化学键需要的能量为4×460 kJ＝1 840 kJ，断裂1 mol晶体硅中的化学键需要的能量为2×176 kJ＝352 kJ，故二氧化硅的稳定性大于硅的稳定性，B项错误；Si(s)＋O2(g)===SiO2(s) ΔH＝(176×2＋500－460×4) kJ·mol－1＝－988 kJ·mol－1，C项正确；根据图中信息可知，ΔH＝－c kJ·mol－1，D项错误。
8．(2019·高考江苏卷)氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。下列有关说法正确的是( )
A．一定温度下，反应2H2 (g)＋O2(g)===2H2O(g)能自发进行，该反应的ΔH<0
B．氢氧燃料电池的负极反应为O2 ＋2H2O＋4e－===4OH－
C．常温常压下，氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2 L H2，转移电子的数目为6.02×1023
D．反应2H2 (g)＋O2 (g)===2H2O(g)的ΔH可通过下式估算：ΔH＝反应中形成新共价键的键能之和－反应中断裂旧共价键的键能之和
解析：选A。A项，该反应前后气体分子数减少，即熵减小，又反应能自发进行，说明该反应为放热反应，ΔH<0，正确；B项，负极上应是H2失去电子，错误；C项，11.2 L H2不是处于标准状况下，无法计算H2的物质的量，进而无法计算转移的电子数，错误；D项，反应的焓变等于反应物断裂旧共价键的键能之和减去生成物形成新共价键的键能之和，错误。
9．(新题预测)利用Zn/ZnO热化学循环两步生产合成气(H2、CO)的原理及流程图如下：
下列有关说法正确的是( )
①上述过程中，能量转化方式只有1种
②上述两步转化均为吸热反应
③上述过程中，ZnO、Zn可循环使用
④上述热化学方程式为H2O(g)＋CO2(g)===H2(g)＋CO(g)＋O2(g) ΔH＝＋582 kJ·mol－1
A．①② B．③④
C．①③ D．②④
解析：选B。题中反应包含太阳能转化为化学能及化学能转化为热能等能量转化方式，①错误；第一步吸热，第二步放热，②错误；题图所示ZnO、Zn可循环使用，③
正确；根据盖斯定律，将题图中左侧热化学方程式乘以2再与右侧热化学方程式相加可得目标热化学方程式，经计算④正确。故B项正确。
10．(2020·徐州模拟)一种三室微生物燃料电池可用于污水净化、海水淡化，其工作原理如图所示，下列说法正确的是( )
A．该电池能在高温下工作
B．该电池工作时，中间室中的Cl－移向右室
C．正极上的电极反应式为2NO＋6H2O＋10e－===N2↑＋12OH－
D．若有机废水中有机物用C2H6O表示，每消耗1 mol C2H6O转移4 mol电子
解析：选C。反硝化菌、厌氧菌不能在高温下工作，故A错误；右室硝酸根生成氮气，发生还原反应，右室为正极，则左室为负极，Cl－移向左室，故B错误；右室为正极，正极上的电极反应式为2NO＋6H2O＋10e－===N2↑＋12OH－，故C正确；若有机废水中有机物用C2H6O表示，每消耗1 mol C2H6O转移12 mol电子，故D错误。
二、选择题：本题共5小题，每小题4分，共20分。每小题有一个或两个选项符合题意。
11．(2020·临沂高三模拟)已知高能锂电池的总反应为2Li＋FeS===Fe＋Li2S[LiPF6·SO(CH3)2为电解质]，以该电池为电源进行如图的电解实验，电解一段时间测得甲池产生标准状况下4.48 L H2。下列有关叙述不正确的是( )
A．从阳离子交换膜中通过的离子数目为0.4NA
B．若电解过程中溶液体积变化忽略不计，则电解后甲池中溶液浓度为4 mol·L－1
C．A电极为阳极
D．电源正极反应式为FeS＋2Li＋＋2e－===Fe＋Li2S
解析：选C。由反应FeS＋2Li===Fe＋Li2S可知，Li被氧化，应为原电池的负极，FeS被还原，应为原电池的正极，以该电池为电源电解一段时间，甲池产生H2，
则A电极为阴极，连接原电池的负极。A项，A电极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，n(H2)＝＝0.2 mol，转移0.4 mol电子，生成0.4 mol OH－，则从阳离子交膜中通过的K＋数目为0.4NA，正确；B项，根据以上分析可知，电解后甲池中c(KOH)＝＝4 mol·L－1，即电解后甲池中溶液浓度为4 mol·L－1，正确；C项，根据以上分析可知，A电极为阴极，错误；D项，FeS为原电池的正极，电极反应式为FeS＋2Li＋＋2e－===Fe＋Li2S，正确。
12．(2020·枣庄第一次调研)下图为某二次电池充电时的工作原理示意图，该过程可实现盐溶液的淡化。下列说法错误的是( )
A．充电时，a 为电源负极
B．充电时，Cl－向Bi 电极移动，Na＋向NaTi2(PO4)3 电极移动
C．放电时，正极的电极反应为BiOCl＋2H＋＋3e－===Bi＋Cl－＋H2O
D．充电时，新增入电极中的物质：n(Na＋)∶n(Cl－)＝1∶3
解析：选AD。充电时，Bi→BiOCl，失电子，所以Bi电极为阳极，a为电源正极，故A错误；充电时，Bi电极为阳极，NaTi2(PO4)3电极为阴极，阴离子向阳极定向移动，阳离子向阴极定向移动，故B正确；放电时，正极得电子发生还原反应，电极反应为BiOCl＋2H＋＋3e－===Bi＋Cl－＋H2O，故C正确；充电时，阳极的电极反应式为Bi＋Cl－＋H2O－3e－===BiOCl＋2H＋，阴极的电极反应式为NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3，新增入电极中的物质：n(Na＋)∶n(Cl－)＝3∶1，故D错误。
13．某科学家利用二氧化铈(CeO2)在太阳能作用下将H2O、CO2转变成H2、CO。其过程如下：
mCeO2(m－x)CeO2·xCe＋xO2
(m－x)CeO2·xCe＋xH2O＋xCO2mCeO2＋xH2＋xCO
下列说法不正确的是( )
A．该过程中CeO2没有消耗
B．该过程实现了太阳能向化学能的转化
C．如图中ΔH1＝ΔH2＋ΔH3
D．以CO和O2构成的碱性燃料电池的负极反应式为CO＋4OH－－4e－===CO＋2H2O
解析：选CD。A.根据题干中已知的两个反应可以看出，CeO2在反应前后没有变化，CeO2应是水和二氧化碳转化为氢气和一氧化碳的催化剂。B.在太阳能的作用下，水和二氧化碳转化为氢气和一氧化碳，太阳能转化为化学能。C.根据盖斯定律可知，ΔH1＝－(ΔH2＋ΔH3)。D.以一氧化碳和氧气构成的碱性燃料电池，负极应为一氧化碳失电子，在碱性条件下一氧化碳应变为碳酸根离子，再根据电荷守恒、得失电子守恒则可知，电极反应式为CO＋4OH－－2e－===CO＋2H2O。
14．(2020·连云港模拟)如图所示的C/Na4Fe(CN)6钠离子电池是一种新型电池。下列有关说法正确的是( )
A．电极a在放电时做正极，充电时做阴极
B．放电时，电极b上的电极反应式为NaxC－e－===Na＋＋Nax－1C
C．放电时，Na＋向电极b移动
D．该电池通过Na＋的定向移动产生电流，不发生氧化还原反应
解析：选B。原电池中电子从负极流出经外电路流回正极；电解池中电子从电源负极流向电解池的阴极，电解质中离子定向移动传递电荷，阳极上失去电子，流回电源正极。从图中电池放电时电子流动方向可知，电极b是原电池负极，电极a是原电池正极；从充电时电子移动方向可知，电极a是电解池的阳极，电极b是电解池的阴极。A.电极a在放电时做正极，充电时做阳极，A错误；B.放电时，电极b上发生氧化反应，电极反应式为NaxC－e－===Na＋＋Nax－1C，B正确；C.放电时，阳离子移向正极，即Na＋向电极a移动，C错误；D.电池工作时，电子在导线中转移，电解质中Na＋的定向移动产生电流，发生氧化还原反应，D错误。
15．(2020·无锡调研)如下图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。下列有关说法正确的是( )
A．反应一段时间后，乙装置中生成的氢氧化钠在铁电极区
B．乙装置中铁电极为阴极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
C．通入氧气的一极为负极，发生的电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．反应一段时间后，丙装置中硫酸铜溶液浓度减小
解析：选AD。甲装置为甲醚燃料电池，通入氧气的一极发生还原反应，为正极，通入甲醚的一极为负极；乙装置为电解饱和氯化钠溶液的装置，根据串联电池中电子的转移可知，Fe电极为阴极，C电极为阳极；丙装置为电解精炼铜的装置，粗铜为阳极，纯铜为阴极。乙装置中铁电极上的反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，所以反应一段时间后，装置中生成的氢氧化钠在铁电极区，A正确，B错误；通入氧气的一极发生还原反应，为原电池的正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C错误；丙装置中，阳极除了铜发生氧化反应外，金属活动性在铜前面的金属也发生氧化反应，但是阴极除铜离子被还原外，没有其他离子被还原，根据得失电子守恒可知，硫酸铜溶液浓度减小，D正确。
三、非选择题：本题共5小题，共60分。
16．(10分)Ⅰ.化学链燃烧技术是目前能源领域研究的热点之一，用NiO做载氧体的化学链燃烧示意图和相关热化学方程式如下：
2Ni(s)＋O2(g)===2NiO(s) ΔH＝－479.8 kJ·mol－1
CH4(g)＋NiO(s)===CO(g)＋2H2(g)＋Ni(s) ΔH＝a kJ·mol－1
CH4(g)＋2NiO(s)===CO2(g)＋2H2(g)＋2Ni(s) ΔH＝b kJ·mol－1
CH4(g)＋4NiO(s)===CO2(g)＋2H2O(g)＋4Ni(s) ΔH＝＋156.9 kJ·mol－1
下列说法错误的是____________。
A．CO2(g)＋CH4(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝(2a－b) kJ·mol－1
B．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－802.7 kJ·mol－1
C．甲烷在“燃料反应器”中反应时产生淡蓝色火焰并放出热量
D．含碳燃料利用化学链燃烧技术有利于二氧化碳的分离与回收
Ⅱ.(1)甲醇水蒸气重整制氢是电动汽车氢氧燃料电池理想的氢源，生产过程中同时也产生CO，CO会损坏燃料电池的交换膜。相关反应如下：
反应a：CH3OH(g)＋H2O(g)CO2(g)＋3H2(g) ΔH1
反应b：H2(g)＋CO2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41 kJ·mol－1
如图表示恒压容器中0.5 mol CH3OH(g)和0.5 mol H2O(g)转化率达80%时的能量变化。
①计算反应a的ΔH1＝________。
②反应a能够自发进行的原因是___________________________________，升温有利于提高CH3OH的转化率，但也存在一个明显的缺点是_______________________________。
(2)如图是甲醇燃料电池工作原理示意图。
①当内电路转移1.5 mol CO时，消耗甲醇的质量是________g。
②正极的电极反应式为______________________________________。
解析：Ⅰ.给各热化学方程式依次编号为①2Ni(s)＋O2(g)===2NiO(s) ΔH1＝－479.8 kJ·mol－1
②CH4(g)＋NiO(s)===CO(g)＋2H2(g)＋Ni(s) ΔH2＝a kJ·mol－1
③CH4(g)＋2NiO(s)===CO2(g)＋2H2(g)＋2Ni(s) ΔH3＝b kJ·mol－1
④CH4(g)＋4NiO(s)===CO2(g)＋2H2O(g)＋4Ni(s) ΔH4＝＋156.9 kJ·mol－1
A项，根据盖斯定律，由②×2－③得反应CO2(g)＋CH4(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝(2a－b) kJ·mol－1，正确；B项，根据盖斯定律，由①×2＋④得反应CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－802.7 kJ·mol－1，正确；C项，甲烷在“燃料反应器”中反应时不是甲烷的燃烧反应，不产生淡蓝色火焰，错误；D项，含碳燃料利用化学链燃烧技术有利于二氧化碳的分离与回收，正确。
Ⅱ.(1)①结合题意和题图可知，0.5ΔH1×80%＝E1－E2＝(23－3.4) kJ·mol－1，解得ΔH1＝＋49 kJ·mol－1。②反应a的ΔH1＝＋49 kJ·mol－1>0，ΔS>0，根据ΔH－TΔS<0时反应能自发进行可知，反应a能够自发进行的原因是反应a为熵增反应。反应a为吸热反应，升高温度，CH3OH的转化率提高；反应b也为吸热反应，升高温度，平衡右移，CO含量增加，从而会损坏燃料电池的交换膜。
(2)①甲醇在负极失电子，发生氧化反应，电极反应式为CH3OH＋3CO－6e－===4CO2↑＋2H2O，内电路转移 1.5 mol CO时，消耗甲醇0.5 mol，质量为0.5 mol×32 g·mol－1＝16
g。②O2在正极得电子，发生还原反应，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO。
答案：Ⅰ.C Ⅱ.(1)①＋49 kJ·mol－1 ②该反应为熵增反应 CO含量升高，破坏燃料电池的交换膜
(2)①16 ②O2＋2CO2＋4e－===2CO
17．(12分)(经典题)能源的开发与利用与人类社会的可持续发展息息相关。
(1)已知：Fe2O3(s)＋3C(s)===2Fe(s)＋3CO(g) ΔH1＝a kJ·mol－1
CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝b kJ·mol－1
4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s) ΔH3＝c kJ·mol－1
则碳的燃烧热ΔH＝____________kJ·mol－1。
(2)用于发射“天宫一号”的长征二号火箭的燃料是液态偏二甲肼[(CH3)2N—NH2]，氧化剂是液态四氧化二氮(N2O4)。两者在反应过程中放出大量能量，同时生成无毒、无污染的气体。已知室温下，1 g燃料完全燃烧释放出的能量为42.5 kJ，请写出该反应的热化学方程式：________________________________________________________________________。
(3)①依据原电池的构成条件，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是________(填字母)。你选择的理由是________________________________________。
A．C(s)＋CO2(g)===2CO(g)
B．NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)
C．2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)
D．2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)
②若以熔融K2CO3与CO2作为反应的环境，依据所选反应设计成一个原电池，请写出该原电池的负极反应：________________________________________________________。
(4)工业上常采用如图所示电解装置，利用铁的化合物将气态废弃物中的硫化氢转化为可利用的硫。通电电解，然后通入H2S时发生反应的离子方程式为2[Fe(CN)6]3－＋2CO＋H2S===2[Fe(CN)6]4－＋2HCO＋S↓。电解时，阳极的电极反应式为__________________；电解过程中阴极区溶液的pH____________(填“变大”“变小”或“不变”)。
答案：(1)
(2)C2H8N2(l)＋2N2O4(l)===2CO2(g)＋3N2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－2 550 kJ·mol－1
(3)①C 该反应为自发的氧化还原反应且释放能量
②CO－2e－＋CO===2CO2
(4)[Fe(CN)6]4－－e－===[Fe(CN)6]3－ 变大
18．(12分)短周期元素A、B、C、D在元素周期表中的相对位置如图所示，B、D最外层电子数之和为12。
A
B
C
D
DB2通过下列工艺流程可制化工工业原料H2DB4和清洁能源H2。
(1)查阅资料可得：
化学键
H—H
Br—Br
H—Br
键能/(kJ·mol－1)
436
194
362
试写出通常条件下电解槽中发生总反应的热化学方程式：_____________________。
(2)根据资料：
化学式
Ag2SO4
AgBr
溶解度/g
0.796
8.4×10－6
为检验分离器的分离效果，取分离后的H2DB4溶液于试管中，向其中逐滴加入AgNO3溶液至充分反应，若观察到______________________________________，证明分离效果较好。
(3)在原电池中，负极发生的电极反应式为__________________________________。
(4)在电解过程中，电解槽阴极附近溶液pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(5)将该工艺流程用总反应的化学方程式表示为____________________________(不用写反应条件)。该生产工艺的优点有_____________________________________(答一点即可)。
解析：由短周期元素A、B、C、D在元素周期表中的相对位置可知，A、B处于第二周期，C、D处于第三周期，B、D同主族，二者原子最外层电子数之和为12，则B为O，D为S，可推知A为N，C为Si。由工艺流程图可知，原电池原理为SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，分离出硫酸，再电解HBr：2HBrH2↑＋Br2↑，获得氢气，电解得到的溴可循环利用。(1)电解槽中电解HBr生成H2与Br2，反应的化学方程式为2HBrH2↑＋Br2↑，由表中数据可知，ΔH＝2×362 kJ·mol－1－436 kJ·mol－1－194 kJ·mol－1＝＋94 kJ·mol－1，故热化学方程式为2HBr(aq)===H2(g)＋Br2(g) ΔH＝＋94 kJ·mol－1。(2)取分离后的硫酸于试管中，向其中逐滴加入AgNO3溶液至充分反应，若观察到无淡黄色沉淀(AgBr)产生，最终只生成白色沉淀(Ag2SO4)，说明分离效果较好。(3)在原电池中，负极发生氧化反应，SO2在负极失去电子生成H2SO4，电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===4H＋＋SO。(4)在电解过程中，电解槽阴极发生还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，H＋浓度降低，
溶液pH变大。(5)原电池的总反应为SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，电解池的总反应为2HBrH2↑＋Br2↑，故该工艺流程用总反应的化学方程式表示为SO2＋2H2O===H2SO4＋H2；该生产工艺的优点有溴可以循环利用、获得清洁能源氢气等。
答案：(1)2HBr(aq)===H2(g)＋Br2(g) ΔH＝＋94 kJ·mol－1
(2)无淡黄色沉淀产生，最终生成白色沉淀
(3)SO2＋2H2O－2e－===4H＋＋SO
(4)变大
(5)SO2＋2H2O===H2＋H2SO4 溴可以循环利用(答案合理即可)
19．(12分)(新题预测)(1)乙醛酸(HCOCOOH)是有机合成的重要中间体。工业上用“双极室成对电解法”生产乙醛酸，原理如图1所示，该装置中阴、阳两极均为惰性电极，两极室均可产生乙醛酸，其中乙二醛与M电极的产物反应生成乙醛酸。
①N电极上的电极反应式为___________________________________________。
②若有2 mol H＋通过质子交换膜，并完全参与了反应，则该装置中生成的乙醛酸为________mol。
(2)科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高，可用于航空航天。如图2所示装置中，以稀土金属材料做惰性电极，在两极上分别通入CH4和空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，它在高温下能传导正极生成的O2－(O2＋4e－===2O2－)。
c电极为________极，d电极上的电极反应式为______________________________。
(3)如图3所示为用惰性电极电解100 mL 0.5 mol·L－1 CuSO4溶液，a电极上的反应式为________________________________________________________________________。
若a电极产生56 mL(标准状况)气体，则所得溶液的pH＝________(不考虑溶液体积变化)，若要使电解质溶液恢复到电解前的状态，可加入________(填字母)。
a．CuO b．Cu(OH)2
c．CuCO3 d．Cu2(OH)2CO3
答案：(1)①HOOC—COOH＋2e－＋2H＋===H2O＋HOOC—CHO ②2
(2)正 CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O
(3)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 1 ac
20．(14分)钒(V)及其化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域。
(1)①V2O5可用于汽车催化剂，汽车尾气中含有CO与NO气体，用化学方程式解释产生NO的原因：_______________________________________________________________。
②汽车排气管内安装了钒(V)及其化合物的催化转化器，可使汽车尾气中的主要污染物转化为无毒的气体排出。已知：
N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH＝＋180.5 kJ/mol
2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH＝－221.0 kJ/mol
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ/mol
尾气转化的反应之一：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝__________________。
(2)全钒液流储能电池结构如图，其电解液中含有钒的不同价态的离子、H＋和SO。电池放电时，负极的电极反应式为V2＋－e－===V3＋。
①电池放电时，正极的电极反应式为______________________________________，H＋通过质子交换膜向________移动(填“左”或“右”)。
②充电时，惰性电极N应该连接电源________极，充电时，电池总反应式为________________________________________________________________________。
(3)若电池初始时左右两槽内均以VOSO4和H2SO4的混合液为电解液，使用前需先充电激活。充电过程分两步完成：第一步VO2＋转化为V3＋，第二步V3＋转化为V2＋，则第一步反应过程中阴极区溶液pH________(填“增大”“不变”或“减小”)，阳极区的电极反应式为______________________________。
解析：(1)②将已知热化学方程式依次编号Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，根据盖斯定律，由 Ⅲ×2－Ⅰ－Ⅱ可得2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)的ΔH＝[(－393.5)×2－180.5－(－221.0)]kJ/mol＝－746.5 kJ/mol。
(2)①放电时，M电极发生还原反应，电极反应式为VO＋e－＋2H＋===VO2＋＋H2O，H＋向正极移动；充电时，放电时的负极在充电时应该接电源的负极。
(3)充电激活过程就是电解过程，阴极区VO2＋得电子生成V3＋，电极反应式为VO2＋＋e
－＋2H＋===V3＋＋H2O，H＋浓度下降，pH增大。
答案：(1)①N2＋O22NO
②－746.5 kJ/mol
(2)①VO＋e－＋2H＋===VO2＋＋H2O 左
②负 V3＋＋VO2＋＋H2O===V2＋＋VO＋2H＋
(3)增大 VO2＋＋H2O－e－===VO＋2H＋
