1、第四章测评一、选择题(本题包括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.下列事实不能用电化学原理解释的是()A.铝片不用特殊方法保护B.轮船水线下的船体上装一定数量的锌块C.纯锌与稀硫酸反应时,滴入少量CuSO4溶液后速率增大D.镀锌铁比较耐用解析铝能与空气中的O2化合生成致密的氧化膜,保护铝不受腐蚀;B项是牺牲阳极法;C项锌与置换出的铜构成原电池,增大反应速率;镀锌铁破损后,锌比铁活泼,仍能起保护作用,比较耐用。答案A2.下列叙述正确的是()A.电解饱和食盐水制烧碱时,Fe作阳极,石墨作阴极B.电解氯化铜溶液时,阳极上产生的气体质量和阴极上析出的铜的质量相等C.钢铁在空
2、气中发生电化学腐蚀时,铁作负极D.原电池工作时,阳离子移向电池的负极解析电解饱和食盐水制烧碱时,阳极必须是惰性电极,A错误;电解氯化铜溶液时,实质是电解氯化铜本身,阳极上产生的气体质量和阴极上析出的铜的质量不相等,B错误;钢铁在空气中发生电化学腐蚀,不论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀,均是铁作负极,C正确;原电池工作时,阳离子移向电池的正极,D错误。答案C3.下列叙述中,正确的是()电解池是将化学能转变为电能的装置原电池是将电能转变成化学能的装置金属和石墨导电均为物理变化,电解质溶液导电是化学变化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.只
3、有C.D.只有答案B4.化学用语是学习化学的重要工具,下列用来表示物质变化的化学用语中,正确的是()A.电解饱和食盐水时,阳极的电极反应为2Cl-2e-Cl2B.氢氧燃料电池的负极反应:O2+2H2O+4e-4OH-C.粗铜精炼时,与电源正极相连的是纯铜,电极反应为Cu-2e-Cu2+D.钢铁发生电化学腐蚀的正极反应:Fe-2e-Fe2+解析在氢氧燃料电池的负极上反应的是氢气;粗铜精炼时,纯铜与电源的负极相连,电极反应为Cu2+2e-Cu;钢铁腐蚀的负极反应是Fe-2e-Fe2+。答案A5.观察下列几个装置示意图,有关叙述正确的是()A.装置中阳极上析出红色固体B.装置的待镀铁制品应与电源正极
4、相连C.装置闭合电键后,外电路电子由a极流向b极D.装置的离子交换膜允许阳离子、阴离子、水分子自由通过解析装置中阳极上氯离子放电生成氯气,故A错误;装置是电镀装置,待镀铁制品作阴极,应与电源负极相连,故B错误;装置闭合电键后,a极是负极,因此外电路电子由a极流向b极,故C正确;装置的离子交换膜只允许阳离子、水分子自由通过,故D错误。答案C6.某小组为研究电化学原理,设计右图装置,下列叙述不正确的是()A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为Cu2+2e-CuC.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色D.a和b分别连接直流电源正、负
5、极,电压足够大时,Cu2+向铜电极移动解析a和b不连接时,铁与CuSO4溶液发生反应:Fe+Cu2+Fe2+Cu,A项正确;a和b用导线连接时,组成了原电池,Fe为负极,Cu为正极,铜片上发生还原反应:Cu2+2e-Cu,铁片上发生氧化反应:Fe-2e-Fe2+,B项正确;通过以上分析可知,无论a和b是否连接,均发生反应Fe+Cu2+Fe2+Cu,故溶液均从蓝色(Cu2+的颜色)逐渐变成浅绿色(Fe2+的颜色),C项正确;a和b分别连接直流电源正、负极时,构成电解池,铜片为阳极,铁片为阴极,Cu2+应向阴极(铁电极)移动,D项错误。答案D7.金属镍有广泛的用途,粗镍中含有少量的Fe、Zn、Cu
6、、Pt等杂质,用电解法制备高纯度的镍,下列叙述中正确的是()A.阳极发生还原反应,其电极反应式为Ni2+2e-NiB.电解过程中,阳极减少的质量与阴极增加的质量相等C.电解后,溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+D.电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt解析A项,阳极应发生氧化反应。C项,根据金属活动性顺序和金属阳离子的氧化强弱,阳极反应为Zn-2e-Zn2+、Fe-2e-Fe2+、Ni-2e-Ni2+,Cu、Pt在该条件下不失电子,阴极反应为Ni2+2e-Ni。比较两电极反应,因Zn、Fe、Ni的相对原子质量不等,当两极通过相同的电量时,阳极减少的质量与阴极增加的质量不等。答案D
7、8.(2019天津卷)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池,其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液,提高电池的容量。下列叙述不正确的是()A.放电时,a电极反应为I2Br-+2e-2I-+Br-B.放电时,溶液中离子的数目增大C.充电时,b电极每增重0.65 g, 溶液中有0.02 mol I-被氧化D.充电时,a电极接外电源负极解析根据离子和电子的移动方向可知,a电极是正极,b电极是负极。放电时,负极电极反应为Zn-2e-Zn2+,正极电极反应为I2Br-+2e-2I-+Br-,显然A、B正确;充电时,b电极电极反应为Zn2+2e-Zn,每增重0.65g转移0.02m
8、ole-,根据以上分析,可知溶液中有0.02molI-被氧化,C正确;充电时,阳极接电源正极,故D错误。答案D9.(2017全国)支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是()A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整解析外加电流法可使被保护的钢管桩上无腐蚀电流,A项正确;通电后,高硅铸铁为惰性阳极,钢管桩为阴极,外电路电子从阳极流向阴极,B项正确;由于高硅铸铁为惰性阳极,因此应是
9、海水中的OH-失电子,2H2O-4e-O2+4H+,因此阳极材料不被损耗,C项错误;用外加电流法进行防腐时,应依据环境条件变化调整电流大小。答案C10.按下图装置实验,若x轴表示流入阴极的电子的物质的量,则y轴可表示()c(Ag+)c(AgNO3)a棒的质量b棒的质量溶液的pHA.B.C.D.解析该电解池中,随着电解的进行,c(Ag+)不变,c(AgNO3)不变,溶液的pH不变。因为阳极反应式为Ag-e-Ag+,阴极反应式为Ag+e-Ag,故b棒质量减小,a棒质量增大。答案D二、选择题(本题包括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辽宁锦州模拟)肼(N2
10、H4)暴露在空气中容易爆炸,但是以其为燃料的燃料电池是一种理想的电池,具有容量大、能量转化率高、产物无污染等特点,其工作原理如图所示,下列叙述正确的是()A.电池工作时,正极附近的pH增大B.当消耗1 mol O2时,有2 mol Na+由甲槽向乙槽迁移C.负极反应式为4OH-+N2H4-4e-N2+4H2OD.若去掉阳离子交换膜,电池也能正常工作解析电池工作时,O2在正极发生还原反应:O2+2H2O+4e-4OH-,由于生成OH-,溶液的pH增大,A正确;当消耗1molO2时,电路中转移4mol电子,生成4molOH-,为保持溶液呈电中性,应有4molNa+由甲槽向乙槽迁移,B错误;N2H4
11、在负极上失电子发生氧化反应,则负极反应式为4OH-+N2H4-4e-N2+4H2O,C正确;若去掉阳离子交换膜,肼会与水中溶解的氧气直接接触,发生爆炸,无法正常工作,D错误。答案AC12.(2018全国)最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置,实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下所示,其中电极分别为ZnO石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生反应为:EDTA-Fe2+-e-EDTA-Fe3+2EDTA-Fe3+H2S2H+S+2EDTA-Fe2+该装置工作时,下列叙述错误的是()A.阴极的电极反应:CO2+2H+2e-CO+H2OB.协同转化总反应:C
12、O2+H2SCO+H2O+SC.石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的低D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性解析根据图示可知,ZnO石墨烯电极上发生还原反应,则该电极为阴极,电极反应式为CO2+2H+2e-CO+H2O,A项正确;根据题干信息及图中两电极上的反应可知,该电化学装置(电解池)中的总反应为CO2+H2SCO+S+H2O,B项正确;石墨烯作阳极,ZnO石墨烯作阴极,阳极上的电势应高于阴极上的电势,C项错误;若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性,否则Fe3+、Fe2+可形成沉淀,且H2S和S不能稳定存
13、在,D项正确。答案C13.(2018全国)一种可充电锂-空气电池如图所示。当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。下列说法正确的是()A.放电时,多孔碳材料电极为负极B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极C.充电时,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移D.充电时,电池总反应为Li2O2-x2Li+(1-x2)O2解析放电时,该电池中锂作负极,多孔碳材料作正极,A项错误;放电时,外电路电子由负极流向正极,即由锂电极流向多孔碳材料电极,B项错误;充电时,锂电极作阴极,多孔碳材料电极作阳极,电解质溶液中Li+应向锂电极区移动,C项错误;充电反应与放电反
14、应相反:Li2O2-x2Li+(1-x2)O2,D项正确。答案D14.500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3-)=6.0 molL-1,用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到22.4 L气体(标准状况),假定电解后溶液体积仍为500 mL,下列说法正确的是()A.原混合溶液中c(K+)为2 molL-1B.上述电解过程中共转移4 mol电子C.电解得到的Cu的物质的量为0.5 molD.电解后溶液中c(H+)为2 molL-1解析两极都收集到22.4L气体,说明阴极上发生的反应依次为:Cu2+2e-Cu;2H+2e-H2,阳极只生成O2:4OH-4e-O
15、2+2H2O,n(H2)=n(O2)=1mol,则n(e-)=4mol,B正确。根据电子转移守恒得,原溶液中n(Cu2+)=1mol,根据电荷守恒有n(K+)+n(Cu2+)2=n(NO3-),所以n(K+)=1mol,c(K+)=2molL-1,A正确。根据Cu析出后,溶液中只有KNO3和HNO3,由电荷守恒可推出c(H+)=4molL-1。答案AB15.某兴趣小组设计如下微型实验装置。实验时,先断开K2,闭合K1,两极均有气泡产生:一段时间后,断开K1,闭合K2,发现电流表A指针偏转。下列有关描述正确的是()A.断开K2,闭合K1时,总反应的离子方程式为2H+2Cl-Cl2+H2B.断开K
16、2,闭合K1时,石墨电极附近溶液变红C.断开K1,闭合K2时,铜电极上的电极反应为Cl2+2e-2Cl-D.断开K1,闭合K2时,石墨电极作正极解析由题意知,断开K2,闭合K1时,两极均有气泡产生,则说明铜电极没有参与反应,则铜电极一定作阴极,石墨电极作阳极,所以总反应的离子方程式应为2Cl-+2H2OCl2+H2+2OH-,铜电极附近溶液变红,故A、B项均错误;断开K1,闭合K2时,氯气在石墨电极上得到电子生成Cl-,氢气在铜电极上失去电子生成氢离子,所以此时石墨电极作正极,铜电极作负极,故C项错误,D项正确。答案D三、非选择题(本题共5小题,共60分)16.(12分)如图是一个甲烷燃料电池
17、工作时的示意图,乙池中的两个电极一个是石墨电极,一个是铁电极,工作时,M、N两个电极的质量都不减少,请回答下列问题:(1)M电极的材料是,其电极名称是,N的电极反应式为,乙池的总反应是,通入甲烷的铂电极的电极反应式为。(2)在此过程中,乙池中某一电极析出金属银4.32 g 时,甲池中理论上消耗氧气L(标准状况下),若此时乙池溶液的体积为400 mL,则乙池溶液的H+的浓度为。解析(1)通入甲烷的一极为燃料电池的负极,与其相连的M电极为阴极,通入O2的一极为燃料电池的正极,与其相连的N电极为阳极,工作时M、N两个电极的质量都不减少,故N极为石墨电极,M极为铁电极,乙池为电解池。(2)设甲池中理论
18、上消耗氧气体积为x,乙池中生成H+的物质的量为y。则:4AgNO34AgO24H+4108g22.4L4mol4.32gxy解得:x=0.224L,y=0.04mol。c(H+)=n(H+)V=0.04mol0.4L=0.1molL-1。答案(1)铁阴极4OH-4e-O2+2H2O4AgNO3+2H2O4Ag+4HNO3+O2CH4+10OH-8e-CO32-+7H2O(2)0.2240.1 molL-117.(12分)如图装置所示,C、D、E、F都是惰性电极,甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变),A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后,F极附近呈红色。请回答:(1
19、)B极是电源的,一段时间后,甲中溶液颜色。(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时,对应单质的物质的量之比为。(3)现用丙装置给铜件镀银,则H应是,电镀液是溶液。(4)若将C电极换为铁,其他装置都不变,则甲中发生的总反应的离子方程式为。解析(1)F极附近溶液呈红色,说明F极是阴极,产生了NaOH,则B极是电源的负极。(2)甲中,C极为阳极,阳极发生氧化反应:4OH-4e-2H2O+O2;D极为阴极,阴极发生还原反应:2Cu2+4e-2Cu。乙中,E极为阳极,电极反应为4Cl-4e-2Cl2,F极为阴极,电极反应为4H+4e-2H2。甲、乙串联,转移电子的数目相同,故C、D、
20、E、F电极产生单质的物质的量之比为n(O2)n(Cu)n(Cl2)n(H2)=1222。(3)H极与电源负极相连,H极为阴极,电镀时,镀件应作阴极,即H应该是镀件,电镀液可以是AgNO3溶液。(4)若C电极为铁,铁为活性电极,阳极反应为Fe-2e-Fe2+,阴极反应为Cu2+2e-Cu,总反应为Fe+Cu2+Cu+Fe2+。答案(1)负极变浅(2)1222(3)铜件AgNO3(4)Fe+Cu2+Cu+Fe2+18.(12分)(1)(2018天津卷,10节选)O2辅助的Al-CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大,能有效利用CO2,电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。电池的负极
21、反应式:。电池的正极反应式:6O2+6e-6O2-6CO2+6O2-3C2O42-+6O2反应过程中O2的作用是。该电池的总反应式:。(2)(2018全国,27节选)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为。电解后,室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5。解析(1)该电池中Al作负极,电解质为含AlCl3的离子液体,故负极反应为Al-3e-Al3+。正极为多孔碳电极,根据正极反应式,得正极总反应为6CO2+6e-3C2O42-,O2不参与正极的总反应,故O2为催化剂。将负极反应
22、:2Al-6e-2Al3+和正极总反应:6CO2+6e-3C2O42-相加,可得该电池的总反应式为2Al+6CO2Al2(C2O4)3。(2)阳极发生氧化反应:2H2O-4e-4H+O2,阳极室H+向a室迁移,a室中的Na2SO3转化成NaHSO3。阴极发生还原反应析出H2,OH-增多,Na+由a室向b室迁移,则b室中Na2SO3浓度增大。答案(1)Al-3e-Al3+(或2Al-6e-2Al3+)催化剂2Al+6CO2Al2(C2O4)3(2)2H2O-4e-4H+O2a19.(12分)(2018全国)KIO3是一种重要的无机化合物,可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题:(1)KIO3的化学名
23、称是。(2)利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示:“酸化反应”所得产物有KH(IO3)2、Cl2和KCl。“逐Cl2”采用的方法是。“滤液”中的溶质主要是。“调pH”中发生反应的化学方程式为。(3)KIO3也可采用“电解法”制备,装置如图所示。写出电解时阴极的电极反应式。电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为,其迁移方向是。与“电解法”相比,“KClO3氧化法”的主要不足之处有(写出一点)。解析(2)温度升高气体溶解度减小;Cl2被逐出,KH(IO3)2结晶析出,“滤液”中溶质主要是KCl;“调pH”目的是生成KIO3,所以选用KOH溶液,发生反应的化学方程式为KH(IO3)
24、2+KOH2KIO3+H2O(或HIO3+KOHKIO3+H2O)。(3)阴极区电解质是KOH,被电解的是H2O:2H2O+2e-2OH-+H2;电解时,阳离子向阴极区移动,故K+由a向b迁移;“KClO3氧化法”中产生有毒气体Cl2,易污染环境。答案(1)碘酸钾(2)加热KClKH(IO3)2+KOH2KIO3+H2O(或HIO3+KOHKIO3+H2O)(3)2H2O+2e-2OH-+H2K+由a到b产生Cl2易污染环境等20.(12分)(1)(2019北京卷,27节选)可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢,工作示意图如下。通过控制开关连接K1或K2,可交替得到H2和O2。制H2时,连接。产
25、生H2的电极方程式是。改变开关连接方式,可得O2。结合和中电极3的电极反应式,说明电极3的作用:。(2)(2019全国,27节选)环戊二烯可用于制备二茂铁Fe(C5H5)2,结构简式为),后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如下图所示,其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。该电解池的阳极为,总反应为。电解制备需要在无水条件下进行,原因为。(3)(2019全国,28节选)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上,科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案,主要包括电化学过程和化学过程,如下图所示:负极区发生的反应有(写反应方程式
26、)。电路中转移1 mol电子,需消耗氧气L(标准状况)。解析(1)根据题图示中电极3的转化关系可知,制H2时,连接K1。碱性条件下,生成H2的电极反应式为2H2O+2e-H2+2OH-。中电极3反应式为Ni(OH)2+OH-e-NiOOH+H2O,消耗生成H2时产生的OH-。而中电极3的电极反应式为NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-,补充生成O2所需的OH-,同时保证电极3得以循环使用。(2)根据Fe的化合价升高为+2价可知,Fe发生氧化反应,故Fe作阳极;根据二茂铁的分子式可知,两个环戊二烯去掉2个H原子,再结合所给信息,可得总反应方程式为Fe+2+H2Fe+2C5H6Fe(C5
27、H5)2+H2。有水存在的条件下,Na+不能得到电子生成Na,而是H2O得电子生成H2和OH-,OH-会与Fe2+反应生成Fe(OH)2。(3)根据图示可知,负极区(指电解池的阴极区)发生的电极反应(还原反应)为Fe3+e-Fe2+,随之发生4Fe2+O2+4H+4Fe3+2H2O。根据电子守恒可知,电路中每转移1mol电子消耗0.25molO2,在标准状况下的体积为5.6L。答案(1)K12H2O+2e-H2+2OH-制H2时,电极3发生反应:Ni(OH)2+OH-e-NiOOH+H2O。制O2时,上述电极反应逆向进行,使电极3得以循环使用(2)Fe电极Fe+2+H2(Fe+2C5H6Fe(C5H5)2+H2)水会阻碍中间物Na的生成;水会电解生成OH-,进一步与Fe2+反应生成Fe(OH)2(3)Fe3+e-Fe2+,4Fe2+O2+4H+4Fe3+2H2O5.6
