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- 第四章 第三节 金属的腐蚀与防护 试卷 试卷 0 次下载
- 第四章 第二节 第1课时 电解原理 试卷 试卷 0 次下载
- 第四章 第二节 第2课时 电解原理的应用 试卷 试卷 0 次下载
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第四章过关检测卷(A)
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这是一份第四章过关检测卷(A)，共11页。
第四章过关检测卷(A)
(时间:90分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共15小题,每小题3分,共45分。每小题只有一个选项符合题意)
1.下列说法正确的是( )。
A.原电池中,负极上发生的反应是还原反应
B.原电池中,电流的方向是负极导线正极
C.原电池中的盐桥是为了连通电路,所以也可以用金属导线代替
D.在原电池中,阳离子移向正极,阴离子移向负极
答案:D
解析:原电池中,负极上发生的反应是氧化反应,A项错误;电流的方向是正极导线负极,B项错误;双液原电池中的盐桥是为了连通电路,但不能用金属代替,C项错误;电解质溶液中的阳离子移向正极,阴离子移向负极,D项正确。
2.下列有关叙述正确的是( )。
A.碱性锌锰电池中,MnO2是催化剂
B.锌银纽扣电池工作时,Ag2O被还原为Ag
C.放电时,铅蓄电池中H2SO4浓度不断增大
D.电镀时,待镀的金属制品表面发生氧化反应
答案:B
解析:由碱性锌锰电池的总反应Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2可知,正极MnO2得电子被还原,A项错误;锌银纽扣电池由Zn粉(作负极)、Ag2O(作正极)和KOH溶液构成,电池工作时的反应原理为Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag,电池工作过程中,正极上Ag2O得电子发生还原反应,生成Ag,B项正确;铅蓄电池放电时,发生的反应是PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O,H2SO4不断被消耗,浓度不断减小,C项错误;电镀时,待镀的金属制品作阴极,在阴极上发生还原反应,D项错误。
3.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-Cl2↑
B.酸性氢氧燃料电池的正极电极反应为2H2O+O2+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.钢铁发生吸氧腐蚀时,铁作负极被氧化:Fe-3e-Fe3+
答案:A
解析:电解饱和食盐水阳极的电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,A项正确;酸性氢氧燃料电池的正极反应式为O2+4H++4e-2H2O,B项不正确;粗铜精炼时粗铜接电源正极,C项不正确;钢铁发生吸氧腐蚀的正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,负极反应式为Fe-2e-Fe2+,D项不正确。
4.下列有关电化学装置完全正确的是( )。
答案:B
解析:A项,铁片镀锌时铁作阴极,锌作阳极,电解质溶液应为含Zn2+的溶液;B项,吸氧腐蚀的电解质溶液为极弱的酸性、中性或碱性;C项,锌铜原电池中电解质溶液不能为ZnSO4溶液,可以是CuSO4溶液或稀硫酸等;D项,电解食盐水制氯气时阳极应为惰性电极。
5.实验发现,25 ℃时,在FeCl3酸性溶液中加少量锌粒后,Fe3+立即被还原成Fe2+。某夏令营兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示原电池装置。下列有关说法正确的是( )。
A.该原电池的正极反应是Zn-2e-Zn2+
B.左侧烧杯中溶液的红色逐渐褪去
C.该电池铂电极上立即有气泡出现
D.该电池总反应为3Zn+2Fe3+2Fe+3Zn2+
答案:B
解析:该电池的总反应为Zn+2Fe3+2Fe2++Zn2+,所以左侧烧杯中Pt为正极,电极反应为Fe3++e-Fe2+,右侧烧杯中Zn为负极,电极反应为Zn-2e-Zn2+;由于左侧烧杯中的Fe3+被还原为Fe2+,所以左侧烧杯中溶液的红色逐渐褪去。
6.如图所示,铜片、锌片和石墨棒用导线连接后插入番茄里,电流计中有电流通过,下列说法正确的是( )。
A.锌片是负极
B.两个铜片上都发生氧化反应
C.石墨是阴极
D.两个番茄都形成原电池
答案:A
解析:左侧Cu、Zn与番茄汁构成原电池,锌片是负极,发生氧化反应,铜片是正极,发生还原反应,A项正确、B项错误;右侧为电解池,Cu为阴极,石墨为阳极,C、D项错误。
7.观察下列几个装置示意图,有关叙述正确的是( )。
A.装置①中阳极上析出红色固体
B.装置②的待镀铁制品应与电源正极相连
C.装置③闭合开关后,外电路电子由a极流向b极
D.装置④的阳离子交换膜允许阳离子、阴离子、水分子自由通过
答案:C
解析:装置①中阳极反应为2Cl--2e-Cl2↑,A项错误;装置②中待镀铁制品应作阴极,与电源负极相连,B项错误;装置③中a极是原电池的负极,H2失电子,电子经导线流向b极,C项正确;装置④中的阳离子交换膜不允许阴离子自由通过,D项错误。
8.下列叙述中正确的是( )。
A.纯锌与稀硫酸反应时,加入少量CuSO4溶液,可使反应加快
B.甲醇和氧气以及KOH溶液构成的新型燃料电池中,其负极上发生的反应为CH3OH+6OH-+6e-CO2+5H2O
C.在铁件上镀铜时,金属铜作阴极
D.电解精炼铜时,电解质溶液中铜离子浓度保持不变
答案:A
解析:锌置换出少量铜后形成锌铜原电池,使反应加快,A项正确;负极上应发生失去电子的氧化反应,并且CO2在碱性环境中要生成CO32-,B项错误;电镀池中,镀层金属作阳极,C项错误;电解精炼铜时,溶液中铜离子浓度降低,D项错误。
9.某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构如图所示,电池总反应可表示为2H2+O22H2O。下列有关说法正确的是( )。
A.电子通过外电路从b极流向a极
B.b极上的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-
C.每转移0.1 mol电子,消耗1.12 L H2
D.H+由a极通过固体酸膜电解质传递到b极
答案:D
解析:燃料电池中,通入H2的一极为负极,通入O2的一极为正极,故a为负极、b为正极,电子应该是通过外电路由a极流向b极,A项错误;b极上的电极反应式为O2+4H++4e-2H2O,B项错误;C项没有明确是否处于标准状况,无法计算气体的体积,C项错误;原电池中阳离子移向正极,D项正确。
10.我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象,在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀,防护原理如图所示。下列说法错误的是( )。
A.通电时,锌环是阳极,发生氧化反应
B.通电时,阴极上的电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-
C.断电时,锌环上的电极反应为Zn2++2e-Zn
D.断电时,仍能防止铁帽被腐蚀
答案:C
解析:通电时,锌环连接电源正极,作阳极,发生氧化反应,A项正确;阴极为溶液中H+得电子,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,B项正确;断电时发生原电池反应,锌环失电子作负极,电极反应为Zn-2e-Zn2+,C项错误;断电时锌作负极保护铁,属于牺牲阳极法,D项正确。
11.研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。有关说法正确的是( )。
A.锌片发生氧化反应作阴极
B.电子从铁片经过导线流向锌片
C.铁片上电极反应为2H++2e-H2↑
D.该装置可用于研究牺牲阳极法
答案:D
解析:锌比铁活泼,所以腐蚀锌,锌是负极,而不是阴极,A项错误;电子从负极沿导线流向正极,所以电子从锌片经过导线流向铁片,B项错误;铁为正极,发生吸氧腐蚀,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,C项错误;该装置可用于研究牺牲阳极法,D项正确。
12.常温下用惰性电极电解NaHSO4溶液,电解一段时间后,下列有关电解质溶液变化的说法正确的是( )。
A.电解质溶液的浓度增大,pH减小
B.电解质溶液的浓度增大,pH增大
C.电解质溶液的浓度减小,pH减小
D.电解质溶液的浓度不变,pH不变
答案:A
解析:NaHSO4Na++H++SO42-,溶液呈酸性,常温下用惰性电极电解NaHSO4溶液的实质是电解水,因此NaHSO4溶液的浓度增大,c(H+)增大,pH减小,故A项正确。
13.将Al、Cu片用导线相连,一组插入浓硝酸中,一组插入稀NaOH溶液中,分别构成原电池,则在这两个原电池中,正极分别为( )。
A.Al片、Cu片 B.Cu片、Al片
C.Al片、Al片 D.Cu片、Cu片
答案:A
解析:将Al片和Cu片用导线相连,插入浓硝酸中,此时Al在浓硝酸中钝化,不能继续反应,而Cu却能与浓硝酸继续反应,则Cu为负极;插入稀NaOH溶液中,Al能与NaOH溶液反应,此时Al失去电子被氧化,则Al为负极。
14.如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图,稀硫酸为电解质溶液。下列有关说法不正确的是( )。
A.a极为负极,电子由a极经外电路流向b极
B.a极的电极反应式:H2-2e-2H+
C.电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)增大
D.若将H2改为CH4,消耗等物质的量的CH4时,O2的用量增多
答案:C
解析:a极通入的H2发生氧化反应,为负极,电子由a极经外电路流向b极,以稀硫酸为电解质溶液时,负极的H2被氧化为H+,总反应为2H2+O22H2O,电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)减小,则C项错误;根据电池总反应:2H2+O22H2O,CH4+2O2CO2+2H2O,可知等物质的量的CH4消耗O2较多。
15.如图,装置中a、b、c、d均为Pt电极。电解过程中,电极b和d上没有气体逸出,但质量均增大,且增大的质量为b>d。符合上述实验结果的盐溶液是( )。
选项
X
Y
A
MgSO4
CuSO4
B
AgNO3
Pb(NO3)2
C
FeSO4
Al2(SO4)3
D
CuSO4
AgNO3
答案:B
解析:当X为MgSO4时,b极上生成H2,电极质量不变,A项错误;当Y为Al2(SO4)3时,d极上产生气体,电极质量不变,C项错误;当b极上析出2 mol Ag时,d极上析出1 mol Pb,b极增大的质量为216 g,d极增大的质量为207 g,B项正确;当b极上析出1 mol Cu时,d极上析出2 mol Ag,d极增大的质量为216 g,b极增大的质量为64 g,D项错误。
二、非选择题(本题共5小题,共55分)
16.(10分)如图是以铂为电极电解含一定CaCl2水溶液的装置。电解一段时间后,将CO2缓慢持续通入电解质溶液中。
(1)电解时,F极发生 (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为 ;E极发生 (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为 ,电解总反应式为 。
(2)通电后E极处溶液呈 色,原因是 。
(3)缓慢持续通入CO2发生的现象是 。
答案:(1)氧化 2Cl--2e-Cl2↑ 还原 2H2O+2e-H2↑+2OH- CaCl2+2H2OCa(OH)2+H2↑+Cl2↑
(2)红 E极上发生反应2H2O+2e-H2↑+2OH-,溶液呈碱性
(3)先出现白色沉淀,继续通CO2,沉淀又消失
解析:溶液中含有Ca2+、H+、Cl-、OH-,通电时,Ca2+、H+移向阴极,由于H+放电能力比Ca2+强,在E极上发生反应:2H2O+2e-H2↑+2OH-;Cl-、OH-移向阳极,Cl-在阳极放电:2Cl--2e-Cl2↑,电解后,溶液中OH-浓度增大,通入CO2后会有CaCO3沉淀生成,继续通入CO2,沉淀又消失。
17.(10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两极上共收集到336 mL(标准状况)气体。请回答下列问题。
(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)Ag 2.16 (3)2 0.5 1 (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2∶1,根据图中收集到气体体积大小,可知d处收集的是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336 mL22 400 mL·mol-1=0.015 mol,所以n(O2)=13×0.015 mol=0.005 mol,电极上转移电子的物质的量为n(e-)=4×0.005 mol=0.02 mol。
(2)a极的电极反应: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 g·mol-1×0.02 mol=2.16 g。
(3)a、b、c、d极上的反应分别为Ag-e-Ag+,Ag++e-Ag,2H2O-4e-O2↑+4H+,2H++2e-H2↑,所以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2∶2∶0.5∶1。
(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)=2×0.005 mol=0.01 mol,则m(H2O)=0.01 mol×18 g·mol-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。
18.(11分)(1)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,可用于航天航空。如图1所示装置中,以稀土金属材料作惰性电极,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,它在高温下能传导阳极生成的O2-(O2+4e-2O2-)。
图1
图2
c电极的名称为 ,d电极上的电极反应式为 。
(2)如图2所示用惰性电极电解100 mL 0.5 mol·L-1CuSO4溶液,a电极上的电极反应式为 ;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)正极 CH4+4O2--8e-CO2+2H2O
(2)4OH--4e-2H2O+O2↑ 1 AC
解析:(1)原电池中电流的方向是从正极流向负极,故c电极为正极,d电极为负极,通入的气体B为甲烷,d电极反应式为CH4+4O2--8e-CO2+2H2O。
(2)用惰性电极电解CuSO4溶液时,阳极(a电极)反应式:4OH--4e-2H2O+O2↑;阴极反应式:2Cu2++4e-2Cu,n(O2)=0.056 L22.4 L·mol-1=2.5×10-3 mol。线路中转移电子的物质的量为2.5×10-3 mol×4=0.01 mol,溶液中c(H+)=0.01mol0.1 L=0.1 mol·L-1,pH=-lg 0.1=1。加入CuO或CuCO3与溶液中的H+反应,可使电解质溶液恢复到电解前的状态。
19.(12分)某科研单位利用电化学原理用SO2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-SO42-+4H+ 减小
(2)向右 O2+4H++4e-2H2O
(3)2SO2+2H2O+O22H2SO4
(4)80%
解析:(1)SO2制备硫酸,SO2在负极发生氧化反应:SO2+2H2O-2e-SO42-+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0.08mol0.1mol×100%=80%。
20.(12分)某研究性学习小组根据反应2KMnO4+10FeSO4+8H2SO42MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O设计如图原电池,其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1 mol·L-1,溶液的体积均为200 mL,盐桥中装有饱和K2SO4溶液。
回答下列问题。
(1)此原电池的正极是石墨 (填“a”或“b”),发生 反应。
(2)电池工作时,盐桥中的SO42-移向 (填“甲”或“乙”)烧杯。
(3)两烧杯中的电极反应式分别为
甲: ,
乙: 。
(4)若不考虑溶液的体积变化,MnSO4浓度变为1.5 mol·L-1,则反应中转移的电子为 mol。
答案:(1)a 还原 (2)乙 (3)MnO4-+8H++5e-Mn2++4H2O 5Fe2+-5e-5Fe3+ (4)0.5
解析:(1)根据题目提供的总反应方程式可知,KMnO4作氧化剂,发生还原反应,故石墨a是正极。(2)电池工作时,SO42-向负极移动,即向乙烧杯移动。(3)甲烧杯中的电极反应式为MnO4-+8H++5e-Mn2++4H2O,乙烧杯中的电极反应式为5Fe2+-5e-5Fe3+。(4)溶液中的MnSO4浓度由1 mol·L-1变为1.5 mol·L-1,由于溶液的体积未变,则反应过程中生成的MnSO4的物质的量为0.5 mol·L-1×0.2 L=0.1 mol,转移的电子为0.1 mol×5=0.5 mol。
第四章过关检测卷(A)
(时间:90分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共15小题,每小题3分,共45分。每小题只有一个选项符合题意)
1.下列说法正确的是( )。
A.原电池中,负极上发生的反应是还原反应
B.原电池中,电流的方向是负极导线正极
C.原电池中的盐桥是为了连通电路,所以也可以用金属导线代替
D.在原电池中,阳离子移向正极,阴离子移向负极
答案:D
解析:原电池中,负极上发生的反应是氧化反应,A项错误;电流的方向是正极导线负极,B项错误;双液原电池中的盐桥是为了连通电路,但不能用金属代替,C项错误;电解质溶液中的阳离子移向正极,阴离子移向负极,D项正确。
2.下列有关叙述正确的是( )。
A.碱性锌锰电池中,MnO2是催化剂
B.锌银纽扣电池工作时,Ag2O被还原为Ag
C.放电时,铅蓄电池中H2SO4浓度不断增大
D.电镀时,待镀的金属制品表面发生氧化反应
答案:B
解析:由碱性锌锰电池的总反应Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2可知,正极MnO2得电子被还原,A项错误;锌银纽扣电池由Zn粉(作负极)、Ag2O(作正极)和KOH溶液构成,电池工作时的反应原理为Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag,电池工作过程中,正极上Ag2O得电子发生还原反应,生成Ag,B项正确;铅蓄电池放电时,发生的反应是PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O,H2SO4不断被消耗,浓度不断减小,C项错误;电镀时,待镀的金属制品作阴极,在阴极上发生还原反应,D项错误。
3.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-Cl2↑
B.酸性氢氧燃料电池的正极电极反应为2H2O+O2+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.钢铁发生吸氧腐蚀时,铁作负极被氧化:Fe-3e-Fe3+
答案:A
解析:电解饱和食盐水阳极的电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,A项正确;酸性氢氧燃料电池的正极反应式为O2+4H++4e-2H2O,B项不正确;粗铜精炼时粗铜接电源正极,C项不正确;钢铁发生吸氧腐蚀的正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,负极反应式为Fe-2e-Fe2+,D项不正确。
4.下列有关电化学装置完全正确的是( )。
答案:B
解析:A项,铁片镀锌时铁作阴极,锌作阳极,电解质溶液应为含Zn2+的溶液;B项,吸氧腐蚀的电解质溶液为极弱的酸性、中性或碱性;C项,锌铜原电池中电解质溶液不能为ZnSO4溶液,可以是CuSO4溶液或稀硫酸等;D项,电解食盐水制氯气时阳极应为惰性电极。
5.实验发现,25 ℃时,在FeCl3酸性溶液中加少量锌粒后,Fe3+立即被还原成Fe2+。某夏令营兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示原电池装置。下列有关说法正确的是( )。
A.该原电池的正极反应是Zn-2e-Zn2+
B.左侧烧杯中溶液的红色逐渐褪去
C.该电池铂电极上立即有气泡出现
D.该电池总反应为3Zn+2Fe3+2Fe+3Zn2+
答案:B
解析:该电池的总反应为Zn+2Fe3+2Fe2++Zn2+,所以左侧烧杯中Pt为正极,电极反应为Fe3++e-Fe2+,右侧烧杯中Zn为负极,电极反应为Zn-2e-Zn2+;由于左侧烧杯中的Fe3+被还原为Fe2+,所以左侧烧杯中溶液的红色逐渐褪去。
6.如图所示,铜片、锌片和石墨棒用导线连接后插入番茄里,电流计中有电流通过,下列说法正确的是( )。
A.锌片是负极
B.两个铜片上都发生氧化反应
C.石墨是阴极
D.两个番茄都形成原电池
答案:A
解析:左侧Cu、Zn与番茄汁构成原电池,锌片是负极,发生氧化反应,铜片是正极,发生还原反应,A项正确、B项错误;右侧为电解池,Cu为阴极,石墨为阳极,C、D项错误。
7.观察下列几个装置示意图,有关叙述正确的是( )。
A.装置①中阳极上析出红色固体
B.装置②的待镀铁制品应与电源正极相连
C.装置③闭合开关后,外电路电子由a极流向b极
D.装置④的阳离子交换膜允许阳离子、阴离子、水分子自由通过
答案:C
解析:装置①中阳极反应为2Cl--2e-Cl2↑,A项错误;装置②中待镀铁制品应作阴极,与电源负极相连,B项错误;装置③中a极是原电池的负极,H2失电子,电子经导线流向b极,C项正确;装置④中的阳离子交换膜不允许阴离子自由通过,D项错误。
8.下列叙述中正确的是( )。
A.纯锌与稀硫酸反应时,加入少量CuSO4溶液,可使反应加快
B.甲醇和氧气以及KOH溶液构成的新型燃料电池中,其负极上发生的反应为CH3OH+6OH-+6e-CO2+5H2O
C.在铁件上镀铜时,金属铜作阴极
D.电解精炼铜时,电解质溶液中铜离子浓度保持不变
答案:A
解析:锌置换出少量铜后形成锌铜原电池,使反应加快,A项正确;负极上应发生失去电子的氧化反应,并且CO2在碱性环境中要生成CO32-,B项错误;电镀池中,镀层金属作阳极,C项错误;电解精炼铜时,溶液中铜离子浓度降低,D项错误。
9.某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构如图所示,电池总反应可表示为2H2+O22H2O。下列有关说法正确的是( )。
A.电子通过外电路从b极流向a极
B.b极上的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-
C.每转移0.1 mol电子,消耗1.12 L H2
D.H+由a极通过固体酸膜电解质传递到b极
答案:D
解析:燃料电池中,通入H2的一极为负极,通入O2的一极为正极,故a为负极、b为正极,电子应该是通过外电路由a极流向b极,A项错误;b极上的电极反应式为O2+4H++4e-2H2O,B项错误;C项没有明确是否处于标准状况,无法计算气体的体积,C项错误;原电池中阳离子移向正极,D项正确。
10.我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象,在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀,防护原理如图所示。下列说法错误的是( )。
A.通电时,锌环是阳极,发生氧化反应
B.通电时,阴极上的电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-
C.断电时,锌环上的电极反应为Zn2++2e-Zn
D.断电时,仍能防止铁帽被腐蚀
答案:C
解析:通电时,锌环连接电源正极,作阳极,发生氧化反应,A项正确;阴极为溶液中H+得电子,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,B项正确;断电时发生原电池反应,锌环失电子作负极,电极反应为Zn-2e-Zn2+,C项错误;断电时锌作负极保护铁,属于牺牲阳极法,D项正确。
11.研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。有关说法正确的是( )。
A.锌片发生氧化反应作阴极
B.电子从铁片经过导线流向锌片
C.铁片上电极反应为2H++2e-H2↑
D.该装置可用于研究牺牲阳极法
答案:D
解析:锌比铁活泼,所以腐蚀锌,锌是负极,而不是阴极,A项错误;电子从负极沿导线流向正极,所以电子从锌片经过导线流向铁片,B项错误;铁为正极,发生吸氧腐蚀,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,C项错误;该装置可用于研究牺牲阳极法,D项正确。
12.常温下用惰性电极电解NaHSO4溶液,电解一段时间后,下列有关电解质溶液变化的说法正确的是( )。
A.电解质溶液的浓度增大,pH减小
B.电解质溶液的浓度增大,pH增大
C.电解质溶液的浓度减小,pH减小
D.电解质溶液的浓度不变,pH不变
答案:A
解析:NaHSO4Na++H++SO42-,溶液呈酸性,常温下用惰性电极电解NaHSO4溶液的实质是电解水,因此NaHSO4溶液的浓度增大,c(H+)增大,pH减小,故A项正确。
13.将Al、Cu片用导线相连,一组插入浓硝酸中,一组插入稀NaOH溶液中,分别构成原电池,则在这两个原电池中,正极分别为( )。
A.Al片、Cu片 B.Cu片、Al片
C.Al片、Al片 D.Cu片、Cu片
答案:A
解析:将Al片和Cu片用导线相连,插入浓硝酸中,此时Al在浓硝酸中钝化,不能继续反应,而Cu却能与浓硝酸继续反应,则Cu为负极;插入稀NaOH溶液中,Al能与NaOH溶液反应,此时Al失去电子被氧化,则Al为负极。
14.如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图,稀硫酸为电解质溶液。下列有关说法不正确的是( )。
A.a极为负极,电子由a极经外电路流向b极
B.a极的电极反应式:H2-2e-2H+
C.电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)增大
D.若将H2改为CH4,消耗等物质的量的CH4时,O2的用量增多
答案:C
解析:a极通入的H2发生氧化反应,为负极,电子由a极经外电路流向b极,以稀硫酸为电解质溶液时,负极的H2被氧化为H+,总反应为2H2+O22H2O,电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)减小,则C项错误;根据电池总反应:2H2+O22H2O,CH4+2O2CO2+2H2O,可知等物质的量的CH4消耗O2较多。
15.如图,装置中a、b、c、d均为Pt电极。电解过程中,电极b和d上没有气体逸出,但质量均增大,且增大的质量为b>d。符合上述实验结果的盐溶液是( )。
选项
X
Y
A
MgSO4
CuSO4
B
AgNO3
Pb(NO3)2
C
FeSO4
Al2(SO4)3
D
CuSO4
AgNO3
答案:B
解析:当X为MgSO4时,b极上生成H2,电极质量不变,A项错误;当Y为Al2(SO4)3时,d极上产生气体,电极质量不变,C项错误;当b极上析出2 mol Ag时,d极上析出1 mol Pb,b极增大的质量为216 g,d极增大的质量为207 g,B项正确;当b极上析出1 mol Cu时,d极上析出2 mol Ag,d极增大的质量为216 g,b极增大的质量为64 g,D项错误。
二、非选择题(本题共5小题,共55分)
16.(10分)如图是以铂为电极电解含一定CaCl2水溶液的装置。电解一段时间后,将CO2缓慢持续通入电解质溶液中。
(1)电解时,F极发生 (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为 ;E极发生 (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为 ,电解总反应式为 。
(2)通电后E极处溶液呈 色,原因是 。
(3)缓慢持续通入CO2发生的现象是 。
答案:(1)氧化 2Cl--2e-Cl2↑ 还原 2H2O+2e-H2↑+2OH- CaCl2+2H2OCa(OH)2+H2↑+Cl2↑
(2)红 E极上发生反应2H2O+2e-H2↑+2OH-,溶液呈碱性
(3)先出现白色沉淀,继续通CO2,沉淀又消失
解析:溶液中含有Ca2+、H+、Cl-、OH-,通电时,Ca2+、H+移向阴极,由于H+放电能力比Ca2+强,在E极上发生反应:2H2O+2e-H2↑+2OH-;Cl-、OH-移向阳极,Cl-在阳极放电:2Cl--2e-Cl2↑,电解后,溶液中OH-浓度增大,通入CO2后会有CaCO3沉淀生成,继续通入CO2,沉淀又消失。
17.(10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两极上共收集到336 mL(标准状况)气体。请回答下列问题。
(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)Ag 2.16 (3)2 0.5 1 (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2∶1,根据图中收集到气体体积大小,可知d处收集的是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336 mL22 400 mL·mol-1=0.015 mol,所以n(O2)=13×0.015 mol=0.005 mol,电极上转移电子的物质的量为n(e-)=4×0.005 mol=0.02 mol。
(2)a极的电极反应: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 g·mol-1×0.02 mol=2.16 g。
(3)a、b、c、d极上的反应分别为Ag-e-Ag+,Ag++e-Ag,2H2O-4e-O2↑+4H+,2H++2e-H2↑,所以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2∶2∶0.5∶1。
(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)=2×0.005 mol=0.01 mol,则m(H2O)=0.01 mol×18 g·mol-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。
18.(11分)(1)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,可用于航天航空。如图1所示装置中,以稀土金属材料作惰性电极,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,它在高温下能传导阳极生成的O2-(O2+4e-2O2-)。
图1
图2
c电极的名称为 ,d电极上的电极反应式为 。
(2)如图2所示用惰性电极电解100 mL 0.5 mol·L-1CuSO4溶液,a电极上的电极反应式为 ;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)正极 CH4+4O2--8e-CO2+2H2O
(2)4OH--4e-2H2O+O2↑ 1 AC
解析:(1)原电池中电流的方向是从正极流向负极,故c电极为正极,d电极为负极,通入的气体B为甲烷,d电极反应式为CH4+4O2--8e-CO2+2H2O。
(2)用惰性电极电解CuSO4溶液时,阳极(a电极)反应式:4OH--4e-2H2O+O2↑;阴极反应式:2Cu2++4e-2Cu,n(O2)=0.056 L22.4 L·mol-1=2.5×10-3 mol。线路中转移电子的物质的量为2.5×10-3 mol×4=0.01 mol,溶液中c(H+)=0.01mol0.1 L=0.1 mol·L-1,pH=-lg 0.1=1。加入CuO或CuCO3与溶液中的H+反应,可使电解质溶液恢复到电解前的状态。
19.(12分)某科研单位利用电化学原理用SO2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-SO42-+4H+ 减小
(2)向右 O2+4H++4e-2H2O
(3)2SO2+2H2O+O22H2SO4
(4)80%
解析:(1)SO2制备硫酸,SO2在负极发生氧化反应:SO2+2H2O-2e-SO42-+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0.08mol0.1mol×100%=80%。
20.(12分)某研究性学习小组根据反应2KMnO4+10FeSO4+8H2SO42MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O设计如图原电池,其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1 mol·L-1,溶液的体积均为200 mL,盐桥中装有饱和K2SO4溶液。
回答下列问题。
(1)此原电池的正极是石墨 (填“a”或“b”),发生 反应。
(2)电池工作时,盐桥中的SO42-移向 (填“甲”或“乙”)烧杯。
(3)两烧杯中的电极反应式分别为
甲: ,
乙: 。
(4)若不考虑溶液的体积变化,MnSO4浓度变为1.5 mol·L-1,则反应中转移的电子为 mol。
答案:(1)a 还原 (2)乙 (3)MnO4-+8H++5e-Mn2++4H2O 5Fe2+-5e-5Fe3+ (4)0.5
解析:(1)根据题目提供的总反应方程式可知,KMnO4作氧化剂,发生还原反应,故石墨a是正极。(2)电池工作时,SO42-向负极移动,即向乙烧杯移动。(3)甲烧杯中的电极反应式为MnO4-+8H++5e-Mn2++4H2O,乙烧杯中的电极反应式为5Fe2+-5e-5Fe3+。(4)溶液中的MnSO4浓度由1 mol·L-1变为1.5 mol·L-1,由于溶液的体积未变,则反应过程中生成的MnSO4的物质的量为0.5 mol·L-1×0.2 L=0.1 mol,转移的电子为0.1 mol×5=0.5 mol。
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