?山西高考化學(xué)三年（2021-2023）模擬題匯編-12化學(xué)能與電能

一、單選題
1．（2023·山西呂梁·統(tǒng)考二模）研究表明，苯能更好地轉(zhuǎn)化成苯甲酸，其相應(yīng)的機(jī)理(自由基過程)如圖所示，已知：Ar為芳基(-C6H5)； Ac為乙?；? )，下列說法錯(cuò)誤的是
????
A．K2S2O8中S的化合價(jià)為+6價(jià)，在該反應(yīng)機(jī)理中作氧化劑
B．CoII (OAc)2一次性加入，不需要中途再加入
C．電解KHSO4制備K2S2O8循環(huán)使用： 2KHSO4K2S2O8+H2↑
D．CoIII-O·、CoII-OH、Ar·、ArCO·均為反應(yīng)過程中的自由基
2．（2023·山西·校聯(lián)考模擬預(yù)測(cè)）我國(guó)科學(xué)家研究出一種新型水系電池(甲裝置)，既能實(shí)現(xiàn)乙炔加氫，又能發(fā)電。用該電池作為電源處理廢水，實(shí)現(xiàn)將苯酚()氧化為和(乙裝置)。

已知：放電時(shí)，Zn轉(zhuǎn)化為ZnO。羥基自由基(·OH)是自然界中氧化性僅次于F?的氧化劑。
下列說法錯(cuò)誤的是
A．甲、乙兩裝置相互連接時(shí)，a極應(yīng)接d極
B．a(chǎn)極的電極反應(yīng)為
C．放電時(shí)，甲裝置b極區(qū)溶液的pH逐漸減小
D．相同時(shí)間內(nèi)，c、d兩極產(chǎn)生氣體的體積比(相同條件下)為3∶7
3．（2023·山西運(yùn)城·統(tǒng)考二模）我國(guó)科研人員利用雙極膜技術(shù)構(gòu)造出一類具有高能量密度、優(yōu)異的循環(huán)性能的新型水系電池，模擬裝置如圖所示。已知電極材料分別為Zn和MnO2，相應(yīng)的產(chǎn)物為和Mn2+。下列說法錯(cuò)誤的是

A．雙極膜中的OH-通過膜a移向M極
B．電池工作一段時(shí)間后，NaOH溶液的pH不變
C．N電極的反應(yīng)式為MnO2 +4H+ +2e- =Mn2+ +2H2O
D．若電路中通過2 mol e-，則稀硫酸溶液質(zhì)量增加89 g
4．（2023·山西·統(tǒng)考一模）2021年，中科院固體物理研究所在以有機(jī)物HMF()作為燃料的燃料電池研究中取得新進(jìn)展，合成了負(fù)載在炭黑上的鉑與硫化鎳納米顆粒雙功能催化劑(PtNiSx/CB)，實(shí)現(xiàn)了在輸出能量的同時(shí)將燃料轉(zhuǎn)變?yōu)楦邇r(jià)值的產(chǎn)品。反應(yīng)裝置如圖1所示，反應(yīng)時(shí)間和負(fù)極產(chǎn)品百分含量關(guān)系如圖2所示，下列說法正確的是

A．a(chǎn)比b的電勢(shì)高
B．HMF轉(zhuǎn)化為HMFCA ( )的電極反應(yīng)式為—e—+OH—= +H2O
C．OH—由左池進(jìn)入右池
D．制備FDCA需要燃料電池工作60min以上
5．（2023·山西陽泉·統(tǒng)考三模）乙醛酸是一種重要的化工中間體，可用如下圖所示的電化學(xué)裝置合成。圖中的雙極膜中間層中的解離為和，并在直流電場(chǎng)作用下分別向兩極遷移。下列說法正確的是

A．在上述電化學(xué)合成過程中只起電解質(zhì)的作用
B．陽極上的反應(yīng)式為：+2H++2e-=+H2O
C．制得乙醛酸，理論上外電路中遷移了電子
D．雙極膜中間層中的在外電場(chǎng)作用下向鉛電極方向遷移
6．（2022·山西晉城·統(tǒng)考二模）工業(yè)上制取KIO3可采用如下兩種方法：
方法1：直接歧化法：將精制I2溶于過量KOH溶液，發(fā)生的反應(yīng)為3I2+6KOH=KIO3+5KI+3H2O。
方法2：電解法：將直接歧化法反應(yīng)后的溶液，加入陽極區(qū)，使KI轉(zhuǎn)化為KIO3(I-+6OH--6e-=+3H2O)，在陰極區(qū)加入KOH溶液，電解槽用水冷卻。

下列說法正確的是
A．方法1中，氧化劑與還原劑物質(zhì)的量之比為1：2
B．當(dāng)外電路轉(zhuǎn)移1mole-，陰極區(qū)溶液質(zhì)量減少18g
C．電解過程中處于陰極區(qū)的電極1上會(huì)有氧氣生成
D．若電流利用率為100%，理論上電解法制KIO3碘原子的利用率是直接歧化法的3倍
7．（2022·山西呂梁·統(tǒng)考二模）我國(guó)科學(xué)家研究出一種新型電池，可利用太陽光持續(xù)完成過氧化氫制備和硫化氫吸收，其工作原理示意圖如圖所示(HQ和Q代表兩種有機(jī)物)。下列說法正確的是

A．該裝置涉及電能直接轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
B．工作時(shí)，溶液中H2SO4的物質(zhì)的量逐漸減小
C．工作時(shí)，理論上生成H2O2和S單質(zhì)的物質(zhì)的量相等
D．若導(dǎo)線中流過2mole-，催化電極上有4molI-參與轉(zhuǎn)化
8．（2022·山西運(yùn)城·統(tǒng)考模擬預(yù)測(cè)）有學(xué)者設(shè)想將傳統(tǒng)鋅錳電池改裝為雙膜三室模式的蓄電池，三室中電解質(zhì)溶液分別選用K2SO4、KOH、H2SO4溶液中的一種，工作原理示意圖如圖所示。

下列說法正確的是
A．膜p適合選用陰離子交換膜
B．II室中適合添加KOH溶液
C．放電時(shí)，III室中溶液的pH增大
D．充電后，I室和III室溶液的質(zhì)量變化相同
9．（2022·山西·統(tǒng)考二模）我國(guó)科學(xué)家以CO2作為無機(jī)碳源，通過熔融鹽電解技術(shù)成功制備出一種核殼結(jié)構(gòu)催化劑Co@C(Co@C在N極區(qū)生成)，其可用于過氧單硫酸鹽(PMS)活化降解鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)污染物。Co@C的熔融鹽電解裝置與原理圖如下：

下列說法正確的是
A．N極反應(yīng)式之一為Co3++e-=Co2+
B．Li+、Na+、K+移向M極
C．當(dāng)生成22.4LO2時(shí)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為4NA
D．該裝置中不存在O2-的生成
10．（2022·山西太原·統(tǒng)考三模）我國(guó)科學(xué)家利用Co的化合物在Fe(OH)2氧化過程中的催化作用，促進(jìn)了電催化過程中流失的Fe催化活性中心的原位自修復(fù)(Fe再沉積的主要反應(yīng)過程) ，反應(yīng)機(jī)理如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是

A．反應(yīng)過程中CoOOH為催化劑
B．圖中各反應(yīng)不能在酸性條件下進(jìn)行
C．存在反應(yīng)Co(OH)2+OH- -e- =CoOOH+H2O
D．圖中所示物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化有非極性鍵的形成和斷裂
11．（2022·山西太原·統(tǒng)考二模）2022年北京冬奧會(huì)期間，我國(guó)使用了“容和一號(hào)”大容量電池堆(鐵一鉻液流電池)作為備用電源(原理示意如圖)。鐵-鉻液流電池的壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鈉硫電池鋰離子電池和鉛酸蓄電池等。下列說法錯(cuò)誤的是

A．該電池總反應(yīng)為：Fe3++Cr2+ Fe2++Cr3+
B．充電時(shí)左邊的電極電勢(shì)高于右邊的電極電勢(shì)
C．充電時(shí)若1 mol Fe2+被氧化，電池中有1 mol H+通過交換膜由左向右遷移
D．若用該電池電解水，生成22.4 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)H2時(shí)，則有2 mol Cr3+被還原
12．（2022·山西太原·統(tǒng)考二模）某化學(xué)小組在實(shí)驗(yàn)室利用下列裝置(部分夾持儀器略)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖?br />
A．圖Ⅰ ：制取并收集少量干燥的氨氣
B．圖Ⅱ ：制備少量無水氯化鎂
C．圖Ⅲ：關(guān)閉a、打開b，可檢查裝置的氣密性
D．圖Ⅳ ：驗(yàn)證犧牲陽極法保護(hù)鐵
13．（2022·山西太原·統(tǒng)考一模）我國(guó)科學(xué)家開發(fā)出一種雙極制氫系統(tǒng)，在低電池電壓下的KOH介質(zhì)中，可將醛類物質(zhì)電催化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的羧酸鹽和氫氣，其工作原理如圖所示。下列說法不正確的是

A．泡沫銅與直流電源的正極相連
B．制得1 mol氫氣，理論上外電路中遷移了2 mol電子
C．高電壓下不能實(shí)現(xiàn)雙極制氫的原因可能是Cu被氧化從而使催化劑失活
D．泡沫銅電極上發(fā)生的反應(yīng)可能為2R-CHO+4OH-－2e-=2R-COO-+H2↑+2H2O
14．（2021·山西陽泉·統(tǒng)考三模）工業(yè)上，在強(qiáng)堿性條件下用電解法除去廢水中的CN－，裝置如圖所示，依次發(fā)生的反應(yīng)有：

①CN－－2e－＋2OH－=CNO－＋H2O
②2Cl－－2e－=Cl2↑
③3Cl2＋2CNO－＋8OH－=N2＋6Cl－＋2CO＋4H2O
下列說法正確的是
A．鐵電極上發(fā)生的反應(yīng)為Fe－2e－=Fe2＋
B．通電過程中溶液pH不斷增大
C．除去1 mol CN－，外電路至少需轉(zhuǎn)移5 mol電子
D．為了使電解池連續(xù)工作，需要不斷補(bǔ)充NaCl
15．（2021·山西·統(tǒng)考一模）2017—2020年，國(guó)家相繼出臺(tái)一系列政策，扶持光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)。圖1是太陽能電池工作示意圖，與圖2裝置聯(lián)合可實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存。下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是

A．太陽能電池可將光能直接轉(zhuǎn)換為電能
B．Y接太陽能電池的P電極
C．工作一段時(shí)間后，圖2左池pH減小
D．每轉(zhuǎn)移1mol電子，圖2右池溶液中n(H+)的變化量為2mol

二、原理綜合題
16．（2023·山西·校聯(lián)考模擬預(yù)測(cè)）甲烷的直接轉(zhuǎn)化具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因此備受科學(xué)家關(guān)注?；卮鹣铝袉栴}：
(1)用絲光沸石作催化劑可實(shí)現(xiàn)甲烷直接轉(zhuǎn)化制備甲醇，合成方法有以下兩種：
方法I：?? kJ?mol
方法Ⅱ：??
已知：的燃燒熱 kJ?mol；?? kJ?mol。
則 。
(2)某工廠采用(1)中方法I生產(chǎn)甲醇。在恒溫恒壓的密閉容器內(nèi)充入1 mol 、0.5 mol 和0.5 mol He，測(cè)得壓強(qiáng)為p MPa，加入合適催化劑后開始反應(yīng)，測(cè)得容器的體積變化如下。
反應(yīng)時(shí)間/min
0
10
20
30
40
50
容器體積/L
4
3.7
3.55
3.45
3.4
3.4
①下列能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是 (填標(biāo)號(hào))。
A．單位時(shí)間內(nèi)生成1 mol 的同時(shí)生成1 mol
B．平衡常數(shù)不再變化
C．容器內(nèi)保持不變
D．混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再變化
②的平衡轉(zhuǎn)化率為 ，該溫度下的平衡常數(shù)為 (為以分壓表示的平衡常數(shù)，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。
(3)北京化工大學(xué)某課題組提出了利用光解水產(chǎn)氫過程中形成的活性氧物種活化甲烷直接制甲醇[(1)中方法Ⅱ]的策略。下列說法正確的是___________(填標(biāo)號(hào))。

A．水在光陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)生成
B．生成·OH自由基是化學(xué)反應(yīng)
C．反應(yīng)過程中C、H、O元素化合價(jià)均發(fā)生改變
D．在25℃、容積為V L的容器中，適當(dāng)增大分壓，有助于提高的生成速率
(4)某大學(xué)采用甲烷電催化氧化法制備甲醇，研究發(fā)現(xiàn)在NaCl的堿性電解液中更容易生成，甲烷在催化劑上可能的反應(yīng)機(jī)理如下：
i：
ii：
iii：…
iv：
機(jī)理iii為 。陰極的電極反應(yīng)式為 。
17．（2022·山西太原·統(tǒng)考三模）在“碳達(dá)峰、碳中和”的目標(biāo)引領(lǐng)下，對(duì)減少二氧化碳排放的相關(guān)技術(shù)研究正成為世界各國(guó)的前沿發(fā)展方向。回答下列問題：
(1)利用CH4-CO2干重整反應(yīng)不僅可以對(duì)天然氣資源綜合利用，還可以緩解溫室效應(yīng)對(duì)環(huán)境的影響。
①該反應(yīng)一般認(rèn)為通過如下步驟來實(shí)現(xiàn)：
I．CH4(g)=C(ads)+2H2(g)
II．C(ads)+CO2(g)=2CO(g)
上述反應(yīng)中C( ads)為吸附活性炭，反應(yīng)歷程的能量變化如圖所示：

①反應(yīng)I是 (填“ 慢反應(yīng)”或“快反應(yīng)”)，CH4-CO2干重整反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為 。(選取圖中E1、E2、E3、E4、E5表示反應(yīng)熱)。
②在恒壓條件下，等物質(zhì)的量的CH4(g)和CO2(g)發(fā)生干重整反應(yīng)時(shí)，各物質(zhì)的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如圖1所示。已知在干重整中還發(fā)生了副反應(yīng)：H2(g)+CO2(g)=H2O(g)+CO(g) ΔH＞ 0，則表示CO2平衡轉(zhuǎn)化率的是曲線 (填“ A”或“B") ，判斷的依據(jù)是 。
③在恒壓p 、800 K條件下，在密閉容器中充入等物質(zhì)的量的CH4(g)和CO2(g) ，若曲線A對(duì)應(yīng)物質(zhì)的平衡轉(zhuǎn)化率為40%，曲線B對(duì)應(yīng)物質(zhì)的平衡轉(zhuǎn)化率為20%，則以上反應(yīng)平衡體系中n(H2)： n(H2O)= ，則干重整反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp (用平衡分壓代替平衡濃度表示，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，列出計(jì)算式，無需化簡(jiǎn))。

(2)二氧化碳電還原反應(yīng)提供了一種生產(chǎn)乙醇的方法，已知反應(yīng)過程中在三種不同催化劑表面(Cu、C/Cu、N-C/Cu)的某個(gè)基元反應(yīng)的能量變化如圖所示(IS表示始態(tài)，TS表示過渡態(tài)，F(xiàn)S表示終態(tài)， *表示催化劑活性中心原子)。科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)銅表面涂覆一層氮摻雜的碳(N-C)可以提高乙醇的選擇性，其原因可能是 。

(3)科學(xué)家通過使用雙極膜電滲析法來捕獲和轉(zhuǎn)化海水中的CO2，其原理如圖所示。

①寫出與電源正極相連一極上的電極反應(yīng)式： 。
②下列說法正確的是 (填字母)。
A．循環(huán)液1和循環(huán)液2中的陰離子種類相同
B．隔膜1為陽離子交換膜，隔膜2為陰離子交換膜
C．水的電離程度：處理后海水1＞處理后海水2
D．該方法可以同時(shí)將海水進(jìn)行淡化
18．（2022·山西太原·統(tǒng)考二模）綠色能源是未來能源發(fā)展的方向，積極發(fā)展氫能，是實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的重要舉措。回答下列問題：
(1)通過生物柴油副產(chǎn)物甘油制取H2正成為綠色能源的一個(gè)重要研究方向。生物甘油水蒸氣重整制氫的主要反應(yīng)如下：
Ⅰ.C3H8O3(g) 3CO(g)+4H2(g) ΔH1=+251 kJ·mol-1
Ⅱ. CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH2 = -41 kJ·mol-1
①反應(yīng)I能夠自發(fā)進(jìn)行的條件是 (填“高溫”、“低溫”或“任何溫度”)。
②重整總反應(yīng)C3H8O3(g)+3H2O(g) 3CO2(g)+7H2(g)的ΔH3= 。
(2)大量研究表明Pt12Ni 、Sn12Ni、Cu12Ni三種雙金屬合金團(tuán)簇均可用于催化DRM反應(yīng)(CH4+CO2 2CO+ 2H2) ，在催化劑表面涉及多個(gè)基元反應(yīng)，其中甲烷逐步脫氫過程的能量變化如圖甲所示(吸附在催化劑表面上的物種用*標(biāo)注，TS1、TS2、TS3、TS4分別表示過渡態(tài)1、過渡態(tài)2、過渡態(tài)3、過渡態(tài)4)。下列說法不正確的是 (填字母)。

A．Pt12Ni 、Sn12Ni、Cu12Ni催化甲烷逐步脫氫過程的速率分別為v1、v2、v3，則v1>v3>v2
B．Pt12Ni 、Sn12Ni、Cu12Ni催化甲烷逐步脫氫過程中活化能最大的反應(yīng)步驟是CH3*=CH2*+H*
C．DRM反應(yīng)中伴隨非極性鍵的斷裂和生成
(3)甲烷裂解制氫的反應(yīng)為CH4(g)=C(s)+2H2(g) ΔH =+75 kJ·mol-1，Ni可作該反應(yīng)的催化劑。CH4在催化劑孔道表面反應(yīng)時(shí)，若孔道堵塞會(huì)導(dǎo)致催化劑失活。其他條件相同時(shí)，隨時(shí)間增加，溫度對(duì)Ni催化劑催化效果的影響如圖乙所示?？紤]綜合因素，使用催化劑的最佳溫度為 ；650℃條件下， 1000 s后，氫氣的體積分?jǐn)?shù)快速下降的原因是 。

(4)我國(guó)科技工作者發(fā)明了一種電化學(xué)分解甲烷的直流電源方法，從而實(shí)現(xiàn)了碳和水的零排放方式生產(chǎn)氫氣，電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理如圖所示。陽極的電極反應(yīng)式為 。

(5)在催化劑作用下H2還原N2O的反應(yīng)如下：H2(g)+N2O(g) H2O(g)+N2(g) ΔH

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