人教版高中化学选择性必修1第4章化学反应与电能测评含答案

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第四章测评
一、选择题(本题包括13小题,每小题4分,共计52分。每小题只有一个选项符合题意)
1.下列叙述正确的是(　　)
A.电解质溶液导电的过程实际上就是电解的过程
B.氢氧燃料电池的负极反应:O2+2H2O+4e-4OH-
C.粗铜精炼时,电解质溶液中铜离子浓度保持不变
D.铁与稀硫酸反应时,加入过量硫酸铜溶液,可使反应速率加快
2.利用如图装置电解四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]的水溶液制备四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH],四甲基氢氧化铵是一种强碱。下列说法正确的是(　　)

A.电极A上发生还原反应
B.产物c是Cl2
C.在a处收集(CH3)4NOH
D.阳离子交换膜可提高(CH3)4NOH的纯度
3.下列说法正确的是(　　)

选项
A
B
说法
通电一段时间后,搅拌均匀,溶液的pH增大
此装置可实现铜的精炼
实验装置


选项
C
D
说法
盐桥中的K+移向FeCl3溶液
若观察到甲烧杯中石墨电极附近先变红,则乙烧杯中铜电极为阳极
实验装置




4.某兴趣小组设计如图微型实验装置。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↑+H2↑
B.断开K2,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
5.中国空间站的供电系统中有再生氢氧燃料电池,该电池是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。如图为该电池工作原理示意图,有关说法正确的是(　　)

A.当有0.1 mol电子转移时,a极产生标准状况下1.12 L O2
B.b极上发生的电极反应是4H2O+4e-2H2↑+4OH-
C.c极上发生还原反应,B中的H+可以通过隔膜进入A
D.d极上发生的电极反应是O2+4H++4e-2H2O
6.利用反应6NO2+8NH37N2+12H2O构成电池的装置如图所示。下列说法正确的是(NA表示阿伏加德罗常数的值)(　　)

A.电子从右侧B电极经过负载后流向左侧A电极
B.当有2.24 L NO2被处理时,转移电子数为0.4 NA
C.A电极的电极反应为2NH3-6e-N2+6H+
D.为使电池持续放电,离子交换膜需选用阴离子交换膜
7.我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池,其工作原理如图。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
8.硼化钒(VB2)-空气电池是目前储电能力高的电池,电池原理如图,该电池工作时总反应为4VB2+11O24B2O3+2V2O5。下列说法不正确的是(　　)

A.电极a为电池正极,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-
B.图中选择性透过膜为阴离子透过性膜
C.电池工作过程中,电极a附近区域pH减小
D.VB2极发生的电极反应为2VB2+22OH--22e-V2O5+2B2O3+11H2O
9.太阳能路灯蓄电池是磷酸铁锂电池,其工作原理如图。M电极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体),电解质为一种能传导Li+的高分子材料,隔膜只允许Li+通过,电池反应为LixC6+Li1-xFePO4LiFePO4+C6。下列说法正确的是(　　)

A.放电时Li+从左边移向右边,PO43-从右边移向左边
B.放电时,正极反应为Li1-xFePO4+xLi++xe-LiFePO4
C.充电时M极连接电源的负极,电极反应为C6+xe-C6x-
D.充电时电路中通过2 mol电子,产生28 g Li
10.右图是半导体光电化学电池光解水制氢的反应原理示意图。在光照下,电子由价带跃迁到导带后,然后流向对电极。下列说法不正确的是(　　)

A.对电极的电极反应:2H2O+2e-H2↑+2OH-
B.半导体电极发生氧化反应
C.电解质溶液中阳离子向对电极移动
D.整个过程中实现了太阳能→化学能→电能的转化
11.[2023湖北武汉第十二中学期末]关于如图所示各装置的叙述正确的是(　　)

A.图1是原电池,总反应是Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+
B.图2可验证铁的吸氧腐蚀,负极反应为Fe-2e-Fe2+
C.图3可在待镀铁件表面镀铜
D.图4中钢闸门应与外接电源的负极相连被保护,该方法叫做牺牲阳极法
12.某研究小组设计如下装置处理pH为5~6的污水。下列说法正确的是(　　)

A.阳极的电极反应为Fe-3e-Fe3+
B.负极的电极反应为O2+2CO2+4e-2CO32-
C.若阴极转移2 mol电子,则负极消耗5.6 L CH4
D.污水中最终产生的Fe(OH)3因吸附污物而形成沉淀
13.锂钒氧化物二次电池成本较低,且对环境无污染,其充放电的反应方程式为V2O5+xLiLixV2O5。如图为用该电池电解含镍酸性废水制取单质镍的装置。下列说法正确的是(　　)

A.该电池充电时,负极的电极反应为LixV2O5-xe-V2O5+xLi+
B.当电池中有7 g Li参与放电时,能得到59 g Ni
C.装置中石墨棒连接电池的负极
D.电解过程中,NaCl溶液的浓度会不断增大
二、非选择题(共48分)
14.(10分)如图是一个电化学过程的示意图。

请回答下列问题:
(1)图中甲池是　　　　　　(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)。 
(2)A(石墨)电极的名称是　　　　(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)。 
(3)写出通入CH3OH的电极的电极反应:  　。 
(4)乙池中反应的化学方程式为  　　　　　　　。当乙池中B(Ag)极质量增加5.4 g,甲池中理论上消耗O2的体积为　　　　　　 L(标准状况下);若乙池溶液为50 mL,此时乙池溶液的pH为　 。 
此时丙池中某电极析出1.6 g某金属,则丙池中的某盐溶液可能是　　　　。 
A.MgSO4溶液 B.CuSO4溶液
C.NaCl溶液 D.AgNO3溶液
15.(12分)[2023湖北武汉第十二中学期末]海洋的水资源和其他化学资源具有十分巨大的开发潜力。
(1)氯碱工业电解饱和食盐水的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。制取的氯气是实验室和工业上的常用气体,科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质,开发了一种无需离子交换膜的新型氯流电池,可作储能设备(如图)。充电时,电极a的反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e-Na3Ti2(PO4)3。 

①放电时:正极反应为　　　　　　　　　　　　　　　　　,NaCl溶液的浓度　　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 
②充电时:电极b是　　　　　极;每生成1 mol Cl2,电极a质量理论上增加　　　　 g。 
(2)沿海电厂采用海水为冷却水,但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率,为解决这一问题,通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示),通入一定的电流。

①阴极的电极反应为　　　　　　　　　,会使海水中的Mg2+沉淀积垢,需定期清理。 
②阳极区生成的Cl2在管道中可以生成氧化灭杀附着生物的ClO-的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
16.(12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)V2O5是接触法制硫酸的催化剂。
①一定条件下,SO2与空气反应t min后,SO2和SO3物质的量浓度分别为a mol·L-1和b mol·L-1,则SO2起始物质的量浓度为　　　　　　 mol·L-1;生成SO3的化学反应速率为　　　　 mol·L-1·min-1。 
②工业制硫酸,尾气SO2用　　　　吸收。 
(2)全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置,其原理如图所示。

①当左槽溶液逐渐由黄变蓝时,其电极反应为　 。 
②充电过程中,右槽溶液颜色逐渐由　　色变为　　色。 
③放电过程中氢离子的作用是　　　　　　　　　　　　和　 ; 
充电时若转移的电子数为3.01×1023,左槽溶液中n(H+)的变化量为　　　　　　　　。 
17.(14分)(1)海水中有丰富的食盐资源,工业上以粗食盐水(含少量Ca2+、Mg2+杂质)、氨、石灰石等为原料可以制备Na2CO3,其流程如图,请回答下列问题。

①粗盐精制过程中加入的沉淀剂是石灰乳和纯碱,应先加　　　　　　。 
②向饱和食盐水中通入CO2和NH3时,应先通入　　　　;上述流程中循环使用的物质有　　　　　　。 
③氨气可用电解法合成,其原料转化率大幅度提高,有望代替传统的工业合成氨工艺。电解法合成氨的两种原理及装置如图1和图2所示。图1中,a电极上通入的X为　　　　,图2中,d电极上的电极反应为　  　。 

(2)我国科学家研发出利用太阳能从海水中提取金属锂的技术,提取原理如图3所示:

图3
①金属锂在电极　　(填“A”或“B”)上生成。 
②阳极能产生两种气体单质,电极反应是2Cl--2e-Cl2↑和　。 
③某种锂离子二次电池的总反应为FePO4(s)+Li(s)LiFePO4(s),装置如图所示(a极材料为金属锂和石墨的复合材料)。

下列说法错误的有　　　　(填字母)。 
A.图中e-及Li+移动方向说明该电池处于放电状态
B.该电池可选择含Li+的水溶液作离子导体
C.充电时a极连接外接电源的正极
D.充电时,b极电极反应为LiFePO4-e-Li++FePO4


第四章测评
1.A　解析 氢氧燃料电池的负极发生失去电子的氧化反应,氢气放电,B项错误;粗铜精炼时,阳极是粗铜,粗铜中的Fe、Zn等杂质也会失去电子,而阴极始终是Cu2+放电,因此电解质溶液中Cu2+浓度降低,C项错误;铁与稀硫酸反应时,加入过量硫酸铜溶液,铁全部被Cu2+氧化,难以生成氢气,D项错误。
2.D　解析 在溶液中(CH3)4NCl完全电离生成(CH3)4N+和Cl-。该电解池中,阳极上发生反应2Cl--2e-Cl2↑,阴极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,中间为阳离子交换膜,则(CH3)4N+通过交换膜进入阴极区生成(CH3)4NOH,所以电极B为阴极,生成的c是氢气,电极A为阳极,发生氧化反应,生成的b为氯气,A、B项错误。(CH3)4NOH在阴极区e处收集到,故C项错误。阳离子交换膜只允许阳离子通过,阻止阴离子通过,可提高(CH3)4NOH的纯度,故D项正确。
3.C　解析 电解稀硫酸,相当于是电解其中的水,通电一段时间后,溶剂减少,溶液中硫酸的浓度增大,溶液的pH减小,A项错误;电解精炼铜时,粗铜应与电源正极相连,纯铜与电源负极相连,B项错误;此原电池中铜电极为负极,石墨电极为正极,阳离子K+向正极移动,C项正确;甲烧杯中石墨电极附近先变红说明甲烧杯石墨电极附近有OH-生成,则此电极为阴极,铁电极为阳极,所以直流电源M为正极,N为负极,与负极N相连的铜电极为阴极,D项错误。
4.D　解析 断开K2,闭合K1时,为电解池,两极均有气泡产生,表明石墨为阳极,Cu为阴极,电解饱和食盐水的离子方程式为2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-,A项错误;石墨电极处产生Cl2,Cu电极处产生H2和OH-,铜电极附近溶液变红,B项错误;断开K1,闭合K2时,为原电池,Cu为负极,发生氧化反应:H2-2e-+2OH-2H2O,而石墨为正极,发生还原反应,电极反应为Cl2+2e-2Cl-,C项错误,D项正确。
5.C　解析 由题图可知,a为阴极、b为阳极,气体X为H2、气体Y为O2,c为正极、d为负极。正极、阴极发生还原反应,负极、阳极发生氧化反应,A项、B项、D项错误;在原电池中阳离子移向正极,C项正确。
6.D　解析 在原电池中,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,根据反应6NO2+8NH37N2+12H2O可知,通入氨气的电极为负极,通入二氧化氮的电极为正极。电子从负极流出,流向正极,则电子从左侧电极经过负载后流向右侧电极,A项错误;NO2的状态未知,故无法计算2.24 L NO2的物质的量,因此无法计算转移的电子数,B项错误;A电极为负极,发生氧化反应,电极反应为2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O,C项错误;原电池工作时,阴离子向负极移动,为使电池持续放电,离子交换膜需选用阴离子交换膜,D项正确。
7.D　解析 根据电池的工作原理示意图可知,放电时a电极上I2Br-转化为Br-和I-,电极反应为I2Br-+2e-2I-+Br-,A项正确;放电时正极区I2Br-转化为Br-和I-,负极区Zn转化为Zn2+,溶液中离子的数目增大,B项正确;充电时b电极发生反应Zn2++2e-Zn,b电极增重0.65 g时,转移0.02 mol e-,a电极发生反应2I-+Br--2e-I2Br-,根据各电极上转移电子数相同,则有0.02 mol I-被氧化,C项正确;放电时a电极为正极,充电时,a电极为阳极,接外电源正极,D项错误。
8.C　解析 由电池总反应可知,O2得电子发生还原反应,则通入空气的电极a为正极,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,A正确。VB2在负极发生反应,VB2电极的电极反应为2VB2+22OH--22e-V2O5+2B2O3+11H2O,溶液中OH-透过选择性透过膜向左迁移,参与负极反应,则该透过膜为阴离子透过性膜,B、D正确,C错误。
9.B　解析 M电极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体),含有Li单质。M电极为负极,放电时,阳离子向正极移动,Li+从左向右移动,隔膜只允许Li+通过,PO43-不能通过,A项错误;放电时,正极得到电子,Li1-xFePO4变成LiFePO4,根据元素守恒和电荷守恒,正极反应为Li1-xFePO4+xLi++xe-LiFePO4,B项正确;放电时,M为负极,充电时M为阴极,连接电源的负极,生成LixC6,电极反应为C6+xLi++xe-LixC6,C项错误;碳是锂的载体,根据C6+xLi++xe-LixC6,转移x mol e-得到x mol Li,则转移2 mol e-,生成2 mol Li单质,其质量为14 g,D项错误。
10.D　解析 由图示分析可知在对电极上发生的反应是水电离出的氢离子得到电子生成氢气,为正极,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,A说法正确;半导体电极上H2O→O2,发生氧化反应,为负极,B说法正确;阳离子向正极移动,因此电解质溶液中阳离子向对电极移动,C说法正确;对图示过程分析可以知道,该装置是光能转化为电能,电能再转化为化学能的过程,D说法错误。
11.B　解析 图1是原电池,铁比铜活泼,总反应是Fe+2Fe3+3Fe2+,故A错误;图2是原电池,铁作负极,电极反应为Fe-2e-Fe2+,故B正确;图3是电解池,与电源正极连接的是待镀铁件,电极反应为Fe-2e-Fe2+,与电源负极相连的是铜,电极反应为Cu2++2e-Cu,不是在铁件表面镀铜,故C错误;图4中钢闸门与电源的负极相连,钢闸门为阴极,属于外加电流的阴极保护法,故D错误。
12.D　解析 Fe作为电解池的阳极,发生如下反应:Fe-2e-Fe2+,A项错误;燃料电池中,正极反应为O2得到电子,由电池的电解质为熔融碳酸盐知,正极反应为O2+2CO2+4e-2CO32-,B项错误;转移2 mol电子,消耗CH4的物质的量为0.25 mol,标准状况下,消耗CH4的体积为5.6 L,但选项中没有明确气体所处状态,则无法确定CH4的体积,C项错误;Fe2+能被氧气氧化成Fe3+,Fe3+水解生成Fe(OH)3胶体,Fe(OH)3胶体可以吸附污物而形成沉淀,D项正确。
13.D　解析 锂钒氧化物二次电池充电时,负极连接外加电源的负极作电解池的阴极,发生的电极反应为Li++e-Li,A项错误。该电池放电时,负极反应为Li-e-Li+,有7 g Li(即1 mol)参与放电时,电路中转移1 mol电子;镀镍铁棒发生的反应为Ni2++2e-Ni,通过1 mol电子时析出0.5 mol Ni,其质量为0.5 mol×59 g·mol-1=29.5 g,B项错误。电解过程中,Ni2+发生还原反应生成Ni,则该极区为阴极区,阴极区Cl-透过阴离子膜向NaCl溶液中迁移,阳极区Na+透过阳离子膜向NaCl溶液中迁移,故NaCl溶液的浓度不断增大,石墨棒为阳极,应连接电源的正极,C项错误,D项正确。
14.答案 (1)原电池
(2)阳极
(3)CH3OH-6e-+8OH-CO32-+6H2O
(4)4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3　
0.28　0　BD
解析 (1)根据图中信息,甲池是燃料电池,即为原电池,通入氧气的电极为电池的正极,通入CH3OH的电极为负极,其他两个装置为电解池。
(2)A与电池的正极相连接,故为阳极。
(3)通CH3OH的电极为负极,发生氧化反应,电极反应为CH3OH-6e-+8OH-CO32-+6H2O。
(4)乙池是电解AgNO3溶液,电解反应方程式为4AgNO3+2H2O4Ag+4HNO3+O2↑;当乙池中B(Ag)极质量增加5.4 g时,得到的电子的物质的量为5.4108 mol=0.05 mol,由得失电子守恒可知,生成氧气的物质的量为0.054 mol=0.012 5 mol,在标准状况下的体积为0.012 5 mol×22.4 L·mol-1=0.28 L。生成的n(H+)=n(e-)=0.05 mol,c(H+)=0.05mol0.05 L=1 mol·L-1,pH=0。若此时丙池中某电极析出1.6 g某金属,设该金属所含元素为+2价,则M=1.6 g0.05mol2=64 g·mol-1,则该金属为Cu,故B符合,若丙为稀的AgNO3溶液,当析出1.6 g Ag时AgNO3被完全电解,故D也有可能。
15.答案 (1)2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
①Cl2+2e-2Cl-　增大　②阳　46
(2)①2H2O+2e-H2↑+2OH-　②Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O
解析 (1)氯碱工业电解饱和食盐水生成氢气、氯气和氢氧化钠,化学方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。①充电时,电极a的反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e-Na3Ti2(PO4)3,故充电时a为阴极,则放电时a为负极、b为正极;放电时氯气在正极得到电子发生还原反应生成氯离子,电极反应为Cl2+2e-2Cl-;负极发生氧化反应生成Na+,则溶液中NaCl的浓度增大。②充电时b为阳极,充电时电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,a极反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e-Na3Ti2(PO4)3,则根据电子守恒可知,每生成1 mol Cl2,电极a上有2 mol Na+参与反应,则电极a的质量理论上增加2 mol×23 g·mol-1=46 g。
(2)①阴极的水放电生成H2,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-。②阳极区生成的Cl2可以和阴极的OH-生成ClO-,离子方程式为Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O。
16.答案 (1)①a+b　bt　②氨水
(2)①VO2++2H++e-VO2++H2O　②绿　紫　③参与正极反应　通过交换膜定向移动使电流通过溶液
0.5 mol
解析 (1)①根据反应t min后生成b mol·L-1SO3,因此该过程消耗b mol·L-1SO2,故起始时SO2的浓度为(a+b) mol·L-1;SO3的生成速率v=bt mol·L-1·min-1。②SO2为酸性气体,可以用氨水吸收。
(2)①左侧由黄变蓝,即由VO2+变成VO2+,电极反应为VO2++2H++e-VO2++H2O。②充电过程中V3+得电子生成V2+,颜色由绿色变成紫色。③放电过程中氢离子的作用是参与正极反应和通过交换膜定向移动使电流通过溶液;充电时左槽发生的反应为VO2++H2O-e-VO2++2H+,若转移的电子数为3.01×1023即0.5 mol时,生成1 mol氢离子,从左槽到右槽有0.5 mol H+通过交换膜,则左槽溶液中n(H+)的变化量为0.5 mol。
17.答案 (1)①石灰乳　②NH3　NH3、CO2　③H2　N2+3H2O+6e-2NH3+3O2-
(2)①A　②2H2O-4e-O2↑+4H+　③BC
解析 (1)①粗盐中含有Ca2+和Mg2+,要除去这两种离子需要加入石灰乳和碳酸钠,因为除杂过程中加入试剂均过量,所以应先加入石灰乳,过量的Ca2+用碳酸钠除去。②向饱和食盐水中应先通入NH3达到饱和,再通入过量CO2,使溶液中析出尽可能多的NaHCO3晶体。向分离出NaHCO3晶体后的母液中加入过量生石灰,发生的反应有H2O+CaOCa(OH)2、Ca(OH)2+2NH4Cl2NH3↑+2H2O+CaCl2,最终产物为氯化钙、氨气,其中氨气可再利用;碳酸氢钠受热分解2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,生成的二氧化碳可循环使用。③图1阳极上氢气失电子,所以阳极通入的气体为氢气,即X为H2;阴极上得电子生成氨气,电极反应为N2+3H2O+6e-2NH3+3O2-。
(2)①由图示分析,锂离子在A电极上得到电子生成金属锂。②阳极上是溶液中的阴离子失去电子,有氯离子失去电子生成氯气,氢氧根离子失去电子生成氧气,电极反应分别为2Cl--2e-Cl2↑、2H2O-4e-O2↑+4H+。③由图中e-及Li+的移动方向可知,a极发生了电极反应Li-e-Li+,所以该电池处于放电状态,故A项正确;a极为Li,易与水发生反应,所以该电池中a极不能接触水溶液,故B项错误;放电时,负极反应为Li-e-Li+,则a为负极,所以充电时a极连接外接电源的负极,故C项错误;放电时,b极电极反应为FePO4+Li++e-LiFePO4,则充电过程中,b极电极反应为LiFePO4-e-Li++FePO4,故D项正确。