1、第四章测评(B)(时间:60分钟满分: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.用石墨作电极电解CuCl2溶液,下列说法正确的是()。A.在阳极上析出金属铜B.在阴极上析出金属铜C.在阴极上产生有刺激性气味的气体D.阳极上发生还原反应答案:B解析:根据电解原理,阳极发生氧化反应:2Cl-2e-Cl2,阴极发生还原反应:Cu2+2e-Cu,B项正确。2.下列叙述中正确的是()。电解池是将化学能转变成电能的装置原电池是将电能转变成化学能的装置不能自发进行的氧化还原反应,通过电解的原理有可能实现电镀过程相当于金属的“迁移”,可视为物理变化A.B.C.
2、D.答案:B解析:说法错误,正确,中电镀是特定条件下的电解,是化学变化。3.下列化学反应中,在理论上不能用于设计成原电池的是()。A.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)4Fe(OH)3(s)H0B.CH3CH2OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l)H0C.Al(OH)3(s)+NaOH(aq)NaAlO2(aq)+2H2O(l)H0D.H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)HZYWB.ZWXYC.ZXYWD.ZYXW答案:C解析:Z能与冷水反应,Z的还原性最强;根据可知,还原性XY,根据可知还原性YW。C项正确。8.控制合适的条件,根据反应2Fe3+2I-2Fe
3、2+I2设计原电池(如图)。下列判断不正确的是()。A.反应开始时,乙中石墨电极上发生氧化反应B.反应开始时,甲中石墨电极上Fe3+被还原C.电流表读数为零时,反应达到化学平衡状态D.电流表读数为零后,在甲中溶入FeCl2固体,乙中的石墨电极为负极答案:D解析:由图示结合原电池原理可知,Fe3+得电子变成Fe2+被还原,I-失去电子变成I2被氧化,A项、B项正确;电流表读数为零时Fe3+得电子速率等于Fe2+失电子速率,反应达到平衡状态,C项正确;在甲中溶入FeCl2固体,c(Fe2+)增大,平衡2Fe3+2I-2Fe2+I2向左移动,I2被还原为I-,乙中石墨为正极,D不正确。9.碱性锌锰电
4、池是生活中应用最广泛的电池,下列说法中不正确的是()。A.该电池正极反应式为MnO2+H2O+e-MnO(OH)+OH-B.电池工作时负极pH一定减小C.用该电池作电源精炼铜,纯铜与锌连接D.用该电池作电源电解硫酸铜溶液,负极溶解6.5 g锌,阴极一定析出6.4 g铜答案:D解析:碱性锌锰电池正极反应为MnO2+H2O+e-MnO(OH)+OH-,负极反应为Zn+2OH-2e-Zn(OH)2,负极pH减小,选项A、B正确;用该电池作电源电解精炼铜时,纯铜作阴极,与电源负极锌连接,选项C正确;用该电池作电源电解硫酸铜溶液,负极溶解6.5 g锌,转移电子0.2 mol,如果溶液中铜离子的物质的量大
5、于或等于0.1 mol,则析出6.4 g铜,如果小于0.1 mol,则析出铜的质量小于6.4 g,D项错误。10.某原电池装置如图所示,电池总反应为2Ag+Cl22AgCl。下列说法正确的是()。A.正极反应为AgCl+e-Ag+Cl-B.放电时,交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成C.若用NaCl溶液代替盐酸,则电池总反应随之改变D.当电路中转移0.01 mol e-时,交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子答案:D解析:原电池的正极发生还原反应:Cl2+2e-2Cl-,负极发生氧化反应:Ag-e-+Cl-AgCl,阳离子交换膜右侧无白色沉淀生成;若用NaCl溶液代替盐酸,电池总反应不会改
6、变;当电路中转移0.01 mol电子时,负极生成0.01 mol Ag+时消耗溶液中的0.01 mol Cl-,此过程中右侧正极生成0.01 mol Cl-,因此左侧溶液中应有0.01 mol H+移向右侧,左侧溶液中约减少0.02 mol离子。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,全部选对得4分,选对但不全的得1分,有选错的得0分)11.三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和S可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是()。A.
7、通电后中间隔室的S向正极迁移,正极区溶液pH增大B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品C.负极反应为2H2O-4e-O2+4H+,负极区溶液pH降低D.当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.25 mol的O2生成答案:BD解析:在负极区发生的电极反应为4H2O+4e-2H2+4OH-,在正极区发生的电极反应为2H2O-4e-O2+4H+,故正极区pH减小,A项错误;Na+移向负极区,生成NaOH,S移向正极区,生成H2SO4,B项正确;根据负极区电极反应可知C项错误;每通过1 mol 电子,有0.25 mol O2生成,D项正确。12.全固态锂硫电池能量密度高
8、、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为16Li+xS88Li2Sx(2x8)。下列说法错误的是()。A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li+2e-3Li2S4B.电池工作时,外电路中流过0.02 mol电子,负极材料质量减小0.14 gC.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性D.电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多答案:D解析:原电池内电路中阳离子移向正极,根据全固态锂硫电池工作原理图示中Li+移动方向可知,电极a为正极,正极发生还原反应,由总反应可知正极依次发生S8Li2S8Li2S6Li2S4Li2S2的还原反应,A项正确;电池工作
9、时负极反应式为Li-e-Li+,当外电路中流过0.02 mol电子时,负极消耗Li 0.02 mol,其质量为0.14 g,B项正确;石墨烯具有良好的导电性,可以提高电极a的导电能力,C项正确;电池充电时为电解池,此时电解总反应为8Li2Sx16Li+xS8(2x8),Li2S2的量会越来越少,D项错误。13.四甲基氢氧化铵(CH3)4NOH常用作电子工业清洗剂,以四甲基氯化铵(CH3)4NCl为原料,采用电渗析法合成(CH3)4NOH,其工作原理如图所示( a、b为石墨电极,c、d、e为离子交换膜),下列说法不正确的是()。A.N为电源正极B.制备0.75 mol(CH3)4NOH,a、b两
10、极共产生16.8 L(标准状况)气体C.c为阳离子交换膜、e为阴离子交换膜D.b极电极反应式:4OH-4e-O2+2H2O答案:BC解析:电解后左侧四甲基氢氧化铵(CH3)4NOH稀溶液转化为浓溶液,说明a极发生还原反应,2H2O+2e-H2+2OH-,据此判断a为阴极,M为电源负极,N为电源正极,A项正确;b为电解池阳极,电极反应为4OH-4e-O2+2H2O,制备0.75 mol(CH3)4NOH, 需要阴极产生0.75 mol OH-,转移电子0.75 mol,阴、阳极共生成气体()22.4 L=12.6 L,B项错误,D项正确;阴极c(OH-)不断增大,中间原料室的(CH3)4NCl电
11、离出的(CH3)4N+穿过c膜进入左侧阴极室,c膜为阳离子交换膜;原料室的氯化钠稀溶液转化为浓溶液,表明右侧阳极室的钠离子穿过e膜进入原料室,e膜为阳离子交换膜,C项错误。14.如图所示,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,乙装置中在铁电极附近生成氢氧化钠B.乙装置中铁电极为阴极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+C.甲装置中通入氧气的一极为负极,发生的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-D.反应一段时间后,丙装置中硫酸铜溶液浓度保持不变答案:A解析:甲装置为甲醚燃料电池,通入氧气的一极发生还
12、原反应,为正极,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,C项错误;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,Fe电极为阴极,石墨极为阳极,丙装置为电解精炼铜的装置,粗铜为阳极,纯铜为阴极。乙装置中铁电极上发生反应2H+2e-H2,反应一段时间后,铁电极附近生成氢氧化钠,A项正确,B项错误;丙装置中,粗铜极除了铜放电外,活动性比铜强的金属也会放电,但是在纯铜极,只有铜离子放电,根据阴、阳极转移的电子数相等,可知硫酸铜溶液浓度减小,D项错误。15.某原电池构造如图所示。下列叙述正确的是()。A.在外电路中,电子由银电极流向铜电极B.取出盐桥后,电流表的指针仍发生偏转C.外电路中每通
13、过0.1 mol电子,铜的质量理论上减小6.4 gD.原电池的总反应式为Cu+2AgNO32Ag+Cu(NO3)2答案:D解析:Cu作负极,Ag作正极,外电路中,电子由Cu电极流向Ag电极,A项错误;取出盐桥后,不能形成闭合回路,故电流表的指针不偏转,B项错误;电极反应式分别是负极:Cu-2e-Cu2+,正极:2Ag+2e-2Ag,当转移0.1 mol e-时,铜的质量理论上减小3.2 g,C项错误;电池总反应式为Cu+2AgNO32Ag+Cu(NO3)2,D项正确。三、非选择题(本题共5小题,共60分)16.(12分)下图为以惰性电极进行电解的装置:(1)写出A、B、C、D各电极上的电极反应
14、式和总反应方程式:A: ,B: ,总反应方程式: ;C: ,D: ,总反应方程式: ;(2)若如图装置中电解质溶液足量,在A、B、C、D各电极上析出生成物的物质的量之比为。答案:(1)Cu2+2e-Cu2Cl-2e-Cl2CuCl2Cu+Cl2Ag+e-Ag4OH-4e-2H2O+O24AgNO3+2H2O4Ag+4HNO3+O2(2)2241解析:A、B、C、D分别发生如下反应:Cu2+2e-Cu,2Cl-2e-Cl2,Ag+e-Ag,4OH-4e-2H2O+O2;由电子守恒可知在四个电极依次析出物质的物质的量之比为n(Cu)n(Cl2)n(Ag)n(O2)=2241。17.(12分)某化学
15、社团的同学们进行电化学探究实验,装置如图所示,X、Y为直流电源的两极,A池和B池中均为Pt电极。通电5 min时,铜电极质量增大2.16 g。(1)X为直流电源的极,通电5 min过程中,B中共收集224 mL(标准状况)气体,B池中电极的电极反应式为。(2)电解质溶液的pH变化:A 、B 、C 。(填“增大”“减小”或“不变”)(3)若电解前B池中溶液体积为200 mL,不考虑电解前后溶液体积变化,则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为。(4)若A中KCl足量且溶液的体积也是200 mL,电解后,溶液的pH为(电解前后溶液体积变化忽略)。答案:(1)负Cu2+2e-Cu,2H+2e-H2(2
16、)增大减小不变(3)0.025 molL-1(4)13解析:(1)三个装置是串联的电解池。电解AgNO3溶液时,Ag+在阴极发生还原反应,生成Ag,所以质量增大的铜电极是阴极,银电极是阳极,Y是正极,X是负极。通电5 min时,C中析出0.02 mol Ag,电路中通过0.02 mol电子。B中共收集0.01 mol气体,若该气体全为阳极产生的O2,则电路中需通过0.04 mol电子,电子转移不守恒。因此,B中收集到的气体是阳极产物O2和阴极产物H2的混合物。阴极即电极上先是Cu2+放电,后是H+放电,电极反应式为Cu2+2e-Cu,2H+2e-H2。(2)A池电解KCl溶液生成KOH,溶液p
17、H增大;B池电解CuSO4溶液生成H2SO4,溶液pH减小;C池为电镀银,溶液pH不变。(3)阳极生成O2的物质的量为=0.005 mol,则阴极生成H2的物质的量为0.01 mol-0.005 mol=0.005 mol,根据2CuO24e-,2H2O24e-,析出Cu的物质的量为=0.005 mol,c(CuSO4)=0.025 molL-1。(4)通电5 min时,A中阴极生成0.01 mol H2,溶液中生成0.02 mol KOH,c(OH-)=0.1 molL-1,pH=13。18.(12分)下图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极,电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后,在c、d
18、两极上共收集到336 mL(标准状况)气体。请回答:(1)直流电源中,M为极。(2)Pt电极上生成的物质是,其质量为 g。(3)电源输出电子的物质的量与电极b、c、d上生成物的物质的量之比为2。(4)AgNO3溶液的浓度(填“增大”“减小”或“不变”,下同),H2SO4溶液的pH。(5)若H2SO4溶液的质量分数由5.00%变为5.02%,则原有5.00%的H2SO4溶液为 g。答案:(1)正(2)Ag2.16(3)20.51(4)不变减小(5)45.18解析:(1)因为用惰性电极电解稀硫酸,就是电解水,在阴极产生H2,在阳极产生O2,且两者的体积比为21,根据图中收集到气体体积大小,可知d处
19、收集的是H2,c处收集的是O2,所以d是阴极,c是阳极;与电极d相连的N极是电源的负极,M是电源的正极。生成气体的总物质的量为=0.015 mol,所以n(O2)=0.015 mol=0.005 mol,电极上转移电子的物质的量为n(e-)=40.005 mol=0.02 mol。(2)a极的反应:Ag-e-Ag+,b极的电极反应:Ag+e-Ag;所以Pt电极生成的物质是Ag,根据(1)转移的电子的物质的量可知m(Ag)=108 gmol-10.02 mol=2.16 g。(3)a、b、c、d极上的反应分别为Ag-e-Ag+,Ag+e-Ag,4OH-4e-2H2O+O2,2H+2e-H2,所以
20、电源输出电子的物质的量与电极b、c、d生成物的物质的量之比为220.51。(4)左边装置相当于在Pt上镀银,溶液中AgNO3浓度不变;右边装置相当于电解水,使H2SO4浓度增大,pH减小。(5)2H2O2H2+O2,根据c、d两极生成的气体的体积336 mL,可知电解的水的物质的量:n(H2O)=2n(O2)=20.005 mol=0.01 mol,则m(H2O)=0.01 mol18 gmol-1=0.18 g。设原有5.00%的H2SO4溶液的质量为m,则根据溶质守恒得:5.00%m=(m-0.18 g)5.02%,解之得:m=45.18 g。19.(12分)某科研单位利用电化学原理用SO
21、2制备硫酸,装置如图。电极为多孔材料,能吸附气体,同时也能使气体与电解质溶液充分接触。(1)通入SO2的电极为极,其电极反应式为,此电极区溶液的pH(填“增大”“减小”或“不变”)。(2)电解质溶液中的H+通过质子膜(填“向左”“向右”或“不”)移动,通入氧气的电极反应式为。(3)电池总反应式为。(4)若通入 1.12 L(标准状况)SO2全部转化为H2SO4的过程中电路中通过0.08 mol电子,则该过程中化学能转化为电能的效率为。答案:(1)负SO2+2H2O-2e-S+4H+减小(2)向右O2+4H+4e-2H2O(3)2SO2+2H2O+O22H2SO4(4)80%解析:(1)SO2制
22、备硫酸,SO2在负极发生氧化反应:SO2+2H2O-2e-S+4H+,负极区溶液酸性增强,溶液的pH减小。(2)阳离子向正极区移动,O2在正极上发生还原反应,酸性溶液中电极反应式为O2+4H+4e-2H2O。(3)将正、负极电极反应式相加得电池总反应式:2SO2+O2+2H2O2H2SO4。(4)标准状况下,1.12 L SO2的物质的量为0.05 mol,全部转化为H2SO4失去0.1 mol电子,所以该过程中化学能转化为电能的效率为100%=80%。20.(12分)重铬酸钾又名红矾钾,是化学实验室中的一种重要分析试剂。工业上以铬酸钾(K2CrO4)为原料,采用电化学法制备重铬酸钾(K2Cr
23、2O7)。制备装置如图。制备原理:+2H+H2O。(1)通电后,阳极的电极反应式是,阳极室产生的现象为。(2)制备过程总反应的离子方程式可表示为4Cr+4H2O2Cr2+4OH-+2H2+O2,若实验开始时在右室中加入38.8 g K2CrO4,t min后测得右室中K与Cr的物质的量之比为32,则溶液中K2CrO4和K2Cr2O7的物质的量之比为;此时电路中转移电子的物质的量为。(3)若制备重铬酸钾时使用以甲醇为原料、以KOH溶液为电解质溶液的可充电高效燃料电池,该电池的总反应式为2CH3OH+3O2+4KOH2K2CO3+6H2O。该电池负极的电极反应式为。若该电池化学能转化为电能的效率为
24、80 %,上述电解t min内共消耗CH3OH的质量为 g。(保留2位有效数字)答案:(1)4OH-4e-O2+2H2O(或2H2O-4e-O2+4H+)阳极产生无色气体,溶液由黄色逐渐变为橙色(2)210.1 mol(3)CH3OH+8OH-6e-C+6H2O0.67解析:(1)阳极发生氧化反应,阳极室溶液中OH-失去电子生成O2和H2O,H+浓度增大,使黄色的Cr转化为橙色的Cr2。(2)设K2CrO4和K2Cr2O7物质的量分别为x、y,根据原子守恒,则有:n(K)n(Cr)=(2x+2y)(x+2y)=32,解得xy=2138.8 g K2CrO4的物质的量为0.2 mol,电解过程中阳极室内Cr的物质的量不变,则x+2y=0.2 mol解得:x=0.1 mol,y=0.05 mol。根据4Cr+4H2O2Cr2+4OH-+2H2+O2可知,生成0.05 mol K2Cr2O7时反应中转移电子为0.1 mol。(3)根据电池总反应可知,负极上CH3OH失电子被氧化,电极反应式为CH3OH+8OH-6e-C+6H2O。电解t min内,电路中转移0.1 mol电子,则甲醇失电子为 mol,消耗CH3OH的物质的量为 mol= mol,质量为 mol32 gmol-10.67 g。