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人教版高中化学选择性必修1第四章章末质量评估化学反应与电能练习含答案
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这是一份人教版高中化学选择性必修1第四章章末质量评估化学反应与电能练习含答案，共20页。
章末质量评估 化学反应与电能
(时间:75分钟 满分:100分)
一、选择题:本题共16小题,共44分。第1~10小题,每小题2分;第11~16小题,每小题4分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1.下列变化中属于原电池反应的是 ( )
A.白铁(镀锌铁)表面有破损时,也能阻止铁被氧化
B.在空气中,金属铝表面迅速被氧化,形成一层保护膜
C.红热的铁丝与水接触,表面形成蓝色保护层
D.铁与稀硫酸反应时,改用铁粉,可加快H2的产生
解析:A项构成原电池,铁作正极被保护,正确;B项铝在空气中表面被氧化是化学腐蚀,不构成原电池,错误;C项红热的铁丝与水、氧气反应形成蓝色保护层属于直接反应形成的氧化膜,错误;D项改用铁粉,增大了固体表面积,可加快H2的产生,与原电池无关,错误。
答案:A
2.如图所示,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀的速率由大到小的顺序
为 ( )
A.②>①>③>④>⑤>⑥
B.⑤>④>③>①>②>⑥
C.⑤>④>②>①>③>⑥
D.⑤>③>②>④>①>⑥
解析:①中Fe为负极,杂质C为正极,属于钢铁的吸氧腐蚀,腐蚀速率较慢;②、
③、④实质均为原电池装置,③中Fe为正极,被保护,②、④中Fe为负极,均被腐蚀,但相对来说,Fe和Cu的金属活动性差别较Fe和Sn的金属活动性差别大,故Fe-Cu原电池中Fe的腐蚀速率较大;⑤中Fe接电源正极作阳极,Cu接电源负极作阴极,加快了Fe的腐蚀;⑥中Fe接电源负极作阴极,Cu接电源正极作阳极,减缓了Fe的腐蚀。根据以上分析可知:铁在其中被腐蚀的速率由大到小的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。
答案:C
3.下列说法中正确的是 ( )
A.钢铁发生吸氧腐蚀时,铁作负极被氧化:Fe-3e-Fe3+
B.以CO和O2构成的碱性燃料电池的负极反应为CO+4OH--2e-CO32-+2H2O
C.工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气
D.电解法精炼铜时,以粗铜作阴极,纯铜作阳极
解析:钢铁发生吸氧腐蚀时,负极主要发生的反应是Fe-2e-Fe2+,A项错误;以CO和O2构成的原电池中CO作还原剂,在负极失去电子被氧化,由于溶液呈碱性,因此CO的氧化产物为CO32-,负极反应为CO+4OH--2e-CO32-+2H2O,B项正确;要得到钠和氯气需要电解熔融的NaCl,电解氯化钠溶液得到NaOH、H2、Cl2,C项错误;电解精炼铜时,粗铜作阳极,纯铜作阴极,D项错误。
答案:B
4.化学能与电能相互转化的两套装置如图所示。下列对此两套装置进行的实验分析中正确的是 ( )
甲 乙
A.乙装置将化学能转化为电能
B.两装置中石墨电极上产生的气体都是H2
C.甲装置中的铁电极发生氧化反应
D.两装置的原理都可以在现实生活中用来防止铁被腐蚀
解析:乙装置是电解池,将电能转化为化学能,A项错误;甲装置中的石墨作正极,电极反应生成的是H2,乙装置中的石墨作阳极,电极反应生成的是O2,B项错误;甲装置中的铁作负极,发生氧化反应,被腐蚀,C项正确,D项错误。
答案:C
5.如图所示,将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中,再加入含有适量酚酞溶液和NaCl的琼脂热溶液,冷却后形成琼脂(离子在琼脂内可以移动)。下列叙述中正确的是 ( )
A.a中铁钉附近呈现红色
B.b中铁钉上发生还原反应
C.a中铜丝上发生氧化反应
D.b中铝条附近有气泡产生
解析:a装置由铁钉、铜丝、NaCl溶液构成原电池,铁钉作负极,发生氧化反应Fe-2e-Fe2+,铁钉附近不会出现红色,铜丝上发生还原反应O2+2H2O+4e-4OH-,A、C项错误。b装置由铁钉、铝条、NaCl溶液构成原电池,铝条作负极,发生氧化反应Al-3e-Al3+,不会有气泡生成,铁钉作正极,发生还原反应O2+2H2O+4e-4OH-,B项正确,D项错误。
答案:B
6.锂-空气电池是一种新型的二次电池,其放电时的工作原理如图所示。下列说法中正确的是 ( )
A.电解质溶液中,Li+由多孔电极移向锂电极
B.该电池放电时,负极发生了还原反应
C.充电时,电池正极的反应为Li2O2-2e-2Li++O2↑
D.电池中的电解质溶液可以是有机溶剂或稀盐酸等
解析:由题图可知,金属锂作负极,多孔电极作正极,阳离子向正极移动,则Li+由锂电极移向多孔电极,A项错误;放电时,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,B项错误;充电时,电池的正极与电源的正极相连,作电解池的阳极,电极反应为Li2O2-2e-2Li++O2↑,C项正确;由于锂是活泼金属,可与稀盐酸反应生成LiCl和H2,故电解质溶液不能用稀盐酸,D项错误。
答案:C
7.下列有关如图所示装置的叙述中错误的是 ( )
A.这是一个原电池装置
B.该装置中Pt为正极,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-
C.该装置中Fe为阴极,电极反应为Fe+2OH--2e-Fe(OH)2
D.溶液中会出现红褐色沉淀
解析:铁和铂是两种活动性不同的金属,放在NaOH溶液中组成原电池,A项正确;通入空气,发生类似于吸氧腐蚀的反应,Fe作负极,电极反应为Fe+2OH--2e-Fe(OH)2,Pt为正极,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,B项正确,C 项错误;Fe(OH)2会与空气中的O2继续反应生成Fe(OH)3:4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,出现白色沉淀变为灰绿色最终变成红褐色的现象,D项正确。
答案:C
8.镁和次氯酸盐形成的燃料电池的工作原理为Mg+ClO-+H2OMg(OH)2+Cl-。下列说法错误的是 ( )
A.镁作负极材料,发生氧化反应
B.放电时,所有阴离子都向负极迁移
C.负极反应为Mg+2OH--2e-Mg(OH)2
D.消耗12 g镁时转移1 mol电子
解析:镁燃料电池中镁作为负极,发生氧化反应,A项正确;次氯酸根离子在正极发生还原反应,所以不是所有的阴离子都向负极迁移,B项错误;负极上镁失电子,负极电极反应为Mg+2OH--2e-Mg(OH)2,C项正确;由电极反应可知,消耗24 g镁时转移 2 mol 电子,则消耗12 g镁时转移1 mol电子,D项正确。
答案:B
9.某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4,它们的物质的量之比为3∶1。用石墨作电极电解该混合溶液时,根据电极产物,可明显分为三个阶段。下列叙述中不正确的是 ( )
A.阴极自始至终只逸出H2
B.阳极先逸出Cl2,后逸出O2
C.电解最后阶段为电解水
D.溶液pH不断增大,最后为7
解析:由题意知,n(H+)∶n(Cl-)=2∶3,在阴极放电的是H+, 在阳极放电的是Cl-、OH-,Cl-先放电,OH-后放电。因此反应开始在两极放电的是H+、Cl-,相当于电解盐酸。由H2SO4电离出的H+放完电后,在两极放电的是由水电离出的H+和剩余的Cl-,相当于电解NaCl溶液。Cl-放完电后,在两极放电的是由水电离出的H+和OH-,相当于电解水,故A、B、C项均正确。溶液pH的变化是不断增大,但最后溶质是NaOH和Na2SO4,pH不会为7。
答案:D
10.(2022·广东卷)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质,发展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。下列说法正确的是 ( )
A.充电时电极b是阴极
B.放电时NaCl溶液的pH减小
C.放电时NaCl溶液的浓度增大
D.每生成1 mol Cl2,电极a质量理论上增加23 g
解析:A项,充电时,a电极得电子为阴极,b极为阳极,故错误;B项,NaCl溶液显中性,pH不变,故错误;C项,放电时,a电极为负极,电极反应为Na3Ti2(PO4)3-2e-NaTi2(PO4)3+2Na+,Cl2+2e-2Cl-,NaCl溶液的浓度增大,故正确;D项,每生成1 mol Cl2,电路中转移2 mol电子,电极a质量理论上增加2 mol Na+,增加的质量为2 mol×23 g/mol=46 g,故错误。
答案:C
11.海水中含有大量Cl-、Na+及少量SO42-、Ca2+、Mg2+,用电渗析法对某海水样品进行淡化处理(如图所示)。下列说法错误的是 ( )
A.a膜是阴离子交换膜
B.A极室产生的气体可使湿润的淀粉KI试纸变蓝
C.B极室产生气泡并伴有少量沉淀生成
D.淡化工作完成后,A、B、C三室中pH大小为pH(B)
12.氢氧熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池(600~700 ℃),具有效率高、噪声低、无污染、燃料多样、余热利用价值高等优点。氢氧熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。下列有关该电池的说法中正确的是 ( )
A.电池工作时,熔融碳酸盐只起到导电的作用
B.负极反应为H2+CO32--2e-CO2+H2O
C.该电池可利用工厂中排出的CO2,减少温室气体的排放
D.电池工作时,外电路中流过0.2 mol电子,消耗3.2 g O2
解析:根据题图可知,在氢氧熔融碳酸盐燃料电池中,通入氢气的电极作负极,负极发生氧化反应,电极反应为H2+CO32--2e-CO2+H2O,通入氧气的电极作正极,正极发生还原反应,电极反应为O2+2CO2+4e-2CO32-,总反应为2H2+O22H2O。A项,根据上述分析,电池工作时,熔融碳酸盐参与了电极反应,错误;B项,负极发生氧化反应,电极反应为H2+CO32--2e-CO2+H2O,正确;C项,根据总反应,该电池工作时没有消耗二氧化碳,不能减少温室气体的排放,错误;D项,电池工作时,外电路中流过0.2 mol电子,消耗0.05 mol 氧气,质量为1.6 g,错误。
答案:B
13.(2021·广东卷)钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。水溶液中电解制备金属钴的装置示意图如图所示。下列说法正确的是( )
A.工作时,Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B.生成1 mol Co,Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g
C.移除两交换膜后,石墨电极上发生的反应不变
D.电解总反应:2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+
解析:工作时,Ⅰ室和Ⅱ室溶液中的氢离子浓度均增大,pH均减小,故A项错误;由Co2++2e-Co得,生成1 mol Co,转移电子数为2 mol,Ⅰ室实际为电解水2H2O-4e-O2↑+4H+,则生成氧气0.5 mol,且有2 mol 氢离子由 Ⅰ 室进入 Ⅱ 室,共减少0.5 mol×32 g/mol+2 mol×1 g/mol=18 g,故B项错误;移除两交换膜后,由于氯离子更容易放电,石墨电极上发生的反应为2Cl--2e-Cl2↑,故C项错误;石墨电极反应为2H2O-4e-4H++O2↑,Co电极反应为Co2++2e-Co,可得电解总反应为 2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+,故D项正确。
答案:D
14.将两支惰性电极插入CuSO4溶液中,通电电解,当有 1×10-3 mol的OH-放电时,溶液显浅蓝色,则下列叙述中正确的是 ( )
A.阳极上析出11.2 mL O2(标准状况)
B.阴极上析出32 mg Cu
C.阴极上析出11.2 mL H2(标准状况)
D.阳极和阴极质量都无变化
解析:用惰性电极电解CuSO4溶液时,阴极电极反应为2Cu2++4e-2Cu,阳极电极反应为4OH--4e-O2↑+2H2O。当有1×10-3 mol的OH-放电时,生成标准状况下的O2为5.6 mL,此时转移1×10-3 mol 电子,则在阴极上析出32 mg Cu。
答案:B
15.(2023·全国乙卷)室温钠-硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠-硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极,表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时,在硫电极发生反应:12S8+e-12S82-,12S82-+e-S42-,2Na++x4S42-+21-x4e-Na2Sx。下列叙述错误的是 ( )
A.充电时Na+从钠电极向硫电极迁移
B.放电时外电路电子流动的方向是a→b
C.放电时正极反应为:2Na++x8S8+2e-Na2Sx
D.炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
解析:由题意可知,放电时硫电极得电子,硫电极为原电池正极,钠电极为原电池负极。A项,充电时为电解池装置,阳离子移向阴极,即钠电极,故充电时,Na+由硫电极迁移至钠电极,错误;B项,放电时Na在a电极上失去电子,失去的电子经外电路流向b电极,硫黄粉末在b电极上得电子,与a电极释放出的Na+结合得到Na2Sx,电子在外电路的流向为a→b,正确;C项,由题给的一系列反应式相加可以得到放电时正极反应为2Na++x8S8+2e-Na2Sx,正确;D项,炭化纤维素纸中含有大量的炭,炭具有良好的导电性,可以增强硫电极的导电性能,正确。
答案:A
16.将KCl和CuSO4两种溶液等体积混合后,用石墨电极进行电解,电解过程中,溶液pH随时间(t)变化的曲线如图所示,则下列说法中正确的是 ( )
A.整个过程中两电极反应2Cl--2e-Cl2↑、2H++2e-H2↑不可能同时发生
B.电解至C点时,向电解质溶液中加入适量CuCl2固体,即可使电解质溶液恢复至原来的浓度
C.AB段表示电解过程中H+被还原,pH增大
D.原混合溶液中KCl和CuSO4浓度之比恰好为2∶1
解析:图像分为三段,因此整个电解过程也有三个过程。第一个过程相当于电解CuCl2溶液,CuCl2水解呈酸性,随着电解的进行,浓度减小,酸性减弱,pH增大,C项错误;若原混合溶液中KCl和CuSO4浓度之比恰好为2∶1,则至B点时CuCl2消耗完,接着只电解水,则与图像不符,D项错误;根据B→C,溶液的pH明显下降,说明B点时Cl-已消耗完,而Cu2+过量,继续电解,水量减少,由此可判断B项错误;综上分析可知A项正确。
答案:A
二、非选择题:本题共4小题,共56分。
17.(14分)钢铁工业是一个国家工业的基础,而且钢铁制品在人们的生产、生活中有着广泛的用途。
(1)钢材加工前需要对其表面的氧化物(如铁锈)进行处理,常用的方法之一是用硫酸处理。下列能加快除去钢铁表面氧化物的是 (填字母)。
A.用中等浓度的硫酸
B.用98.3%的浓硫酸
C.加热
D.加少许铜粉
(2)实际生产中也可以用适量的稀盐酸来处理钢铁表面的铁锈。在实验室中,将一块表面生锈的铁片置于稀盐酸中,写出铁锈完全消失后溶液中发生化合反应的离子方程式: 。
(3)防止钢铁腐蚀可以延长钢铁制品的使用寿命。在钢铁制品表面镀铜可以有效地防止其腐蚀,电镀的装置如图所示。
①下面的电镀装置图的直流电源中, (填“a”或“b”)是正极。
②接通电源前,装置图中的铜、铁两个电极质量相等,电镀完成后,将两个电极取出,用蒸馏水小心冲洗干净、烘干,然后称量,两者质量差为5.12 g,由此计算电镀过程中电路中通过的电子的物质的量为 。
③上述镀铜铁镀件破损后,铁更容易被腐蚀,请简要说明原因: 。
解析: (1)用中等浓度的硫酸,氢离子浓度增大,则反应速率增大,加热也会使反应速率增大,故A、C项均能加快除去钢铁表面的氧化物;用98.3%的浓硫酸,不易与铁锈反应,加少许铜屑,不能与氧化铁反应,都不利于除铁锈,故B、D项不能加快除去钢铁表面的氧化物。(2)铁锈溶解于酸,生成Fe3+,Fe3+能与单质铁发生化合反应。(3)①电镀时正极连接的电极为阳极,故a为电源正极。②阳极溶解的铜的质量等于阴极上析出的铜的质量,故阳极溶解的铜为
2.56 g,即0.04 mol,故电镀过程中电路中通过的电子的物质的量为0.08 mol。③镀件破损时,镀层金属与镀件金属在周围环境中形成原电池,活泼性强的金属更容易被腐蚀。
答案: (1)AC (2)2Fe3++Fe3Fe2+ (3)①a
②0.08 mol ③铁比铜活泼,铁与铜构成原电池的两个电极,铁作负极,更易被腐蚀
18.(14分)某科研单位利用电化学原理用SO2来制备硫酸,装置如图所示,含有某种催化剂。电极为多孔的材料,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,其电极反应为 ,此电极区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”或“向右”)移动,通入氧气的电极反应为 。
(3)电池总反应为 。
解析: (1)SO2制备硫酸,SO2被氧化,为负极反应物,反应为SO2+2H2O-2e-SO42-+4H+,根据电极反应可知负极区酸性增强。(2)阳离子向正极区移动,O2得电子,反应为O2+4H++4e-2H2O。(3)电池总反应为2SO2+2H2O+O22H2SO4。
答案: (1)负 SO2+2H2O-2e-SO42-+4H+ 减小
(2)向右 O2+4H++4e-2H2O (3)2SO2+2H2O+O22H2SO4
19.(12分)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。如图甲所示装置中,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-)。
甲 乙
(1)c电极的名称为 ,d电极上的电极反应为 。
(2)如图乙所示,用惰性电极电解100 mL 0.5 mol/L CuSO4 溶液,a电极上的电极反应为 。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
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,通入的气体为甲烷,d电极反应为CH4+4O2--8e-CO2+2H2O。(2)用惰性电极电解CuSO4溶液时,阳极(a电极)反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,阴极反应为2Cu2++4e-2Cu, n(O2)=0.056 L22.4 L/mol=2.5×10-3mol,则转移电子的物质的量为2.5×10-3 mol×4=0.01 mol,则c(H+)=0.01mol0.1 L=0.1 mol/L, pH=-lg 0.1=1。加入CuO或CuCO3可使电解质溶液恢复到电解前的状态。
答案: (1)正极 CH4+4O2--8e-CO2+2H2O
(2)2H2O-4e-O2↑+4H+ 1 AC
20.(16分)如图所示,p、q为直流电源的两极,A由金属单质X制成,B、C、D为铂电极,接通电源,金属X沉积于B电极,同时C、D上产生气泡。请回答下列问题。
(1)p为 极,A电极发生了 (填“氧化”或“还原”)反应。
(2)C为 极,可收集到 ;D为 极,可收集到 。
(3)C电极的电极反应为 。
(4)在电解过程中,测量C、D两电极上产生气体的体积,实验数据如下表:
时间/min
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
阴极产生气体
的体积/cm3
6
12
20
29
39
49
59
69
79
89
阳极产生气体
的体积/cm3
2
4
7
11
16
21
26
31
36
41
仔细分析以上实验数据,变化的可能原因是 。
(5)当反应进行一段时间后,A、B电极附近溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。
(6)当电路中通过0.004 mol电子时,B电极上沉积0.128 g 金属X,则金属X的摩尔质量为 。
解析:B电极反应为X2++2e-X,因此B为阴极,由此可推知A是阳极,C是阳极,D是阴极,p为正极。
A电极反应为X-2e-X2+,B电极反应为X2++2e-X,故两极附近溶液pH不变。
设X的摩尔质量为M,则:
2X2+ + 4e- 2X
4 mol 2 mol×M
0.004 mol 0.128 g
M=4×0.1282×0.004 g/mol=64 g/mol。
答案: (1)正 氧化
(2)阳 氧气 阴 氢气
(3)2H2O-4e-O2↑+4H+
(4)在开始反应的1~4 min内,由于生成的氧气和氢气在水中的溶解没有达到饱和,氧气的溶解度大于氢气的溶解度,故氢气和氧气的体积比大于2∶1;随着反应的进行,到4 min后,由于生成的氧气和氢气在水中的溶解均达到饱和,故体积比约等于2∶1
(5)不变 (6)64 g/mol
章末质量评估 化学反应与电能
(时间:75分钟 满分:100分)
一、选择题:本题共16小题,共44分。第1~10小题,每小题2分;第11~16小题,每小题4分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1.下列变化中属于原电池反应的是 ( )
A.白铁(镀锌铁)表面有破损时,也能阻止铁被氧化
B.在空气中,金属铝表面迅速被氧化,形成一层保护膜
C.红热的铁丝与水接触,表面形成蓝色保护层
D.铁与稀硫酸反应时,改用铁粉,可加快H2的产生
解析:A项构成原电池,铁作正极被保护,正确;B项铝在空气中表面被氧化是化学腐蚀,不构成原电池,错误;C项红热的铁丝与水、氧气反应形成蓝色保护层属于直接反应形成的氧化膜,错误;D项改用铁粉,增大了固体表面积,可加快H2的产生,与原电池无关,错误。
答案:A
2.如图所示,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀的速率由大到小的顺序
为 ( )
A.②>①>③>④>⑤>⑥
B.⑤>④>③>①>②>⑥
C.⑤>④>②>①>③>⑥
D.⑤>③>②>④>①>⑥
解析:①中Fe为负极,杂质C为正极,属于钢铁的吸氧腐蚀,腐蚀速率较慢;②、
③、④实质均为原电池装置,③中Fe为正极,被保护,②、④中Fe为负极,均被腐蚀,但相对来说,Fe和Cu的金属活动性差别较Fe和Sn的金属活动性差别大,故Fe-Cu原电池中Fe的腐蚀速率较大;⑤中Fe接电源正极作阳极,Cu接电源负极作阴极,加快了Fe的腐蚀;⑥中Fe接电源负极作阴极,Cu接电源正极作阳极,减缓了Fe的腐蚀。根据以上分析可知:铁在其中被腐蚀的速率由大到小的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。
答案:C
3.下列说法中正确的是 ( )
A.钢铁发生吸氧腐蚀时,铁作负极被氧化:Fe-3e-Fe3+
B.以CO和O2构成的碱性燃料电池的负极反应为CO+4OH--2e-CO32-+2H2O
C.工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气
D.电解法精炼铜时,以粗铜作阴极,纯铜作阳极
解析:钢铁发生吸氧腐蚀时,负极主要发生的反应是Fe-2e-Fe2+,A项错误;以CO和O2构成的原电池中CO作还原剂,在负极失去电子被氧化,由于溶液呈碱性,因此CO的氧化产物为CO32-,负极反应为CO+4OH--2e-CO32-+2H2O,B项正确;要得到钠和氯气需要电解熔融的NaCl,电解氯化钠溶液得到NaOH、H2、Cl2,C项错误;电解精炼铜时,粗铜作阳极,纯铜作阴极,D项错误。
答案:B
4.化学能与电能相互转化的两套装置如图所示。下列对此两套装置进行的实验分析中正确的是 ( )
甲 乙
A.乙装置将化学能转化为电能
B.两装置中石墨电极上产生的气体都是H2
C.甲装置中的铁电极发生氧化反应
D.两装置的原理都可以在现实生活中用来防止铁被腐蚀
解析:乙装置是电解池,将电能转化为化学能,A项错误;甲装置中的石墨作正极,电极反应生成的是H2,乙装置中的石墨作阳极,电极反应生成的是O2,B项错误;甲装置中的铁作负极,发生氧化反应,被腐蚀,C项正确,D项错误。
答案:C
5.如图所示,将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中,再加入含有适量酚酞溶液和NaCl的琼脂热溶液,冷却后形成琼脂(离子在琼脂内可以移动)。下列叙述中正确的是 ( )
A.a中铁钉附近呈现红色
B.b中铁钉上发生还原反应
C.a中铜丝上发生氧化反应
D.b中铝条附近有气泡产生
解析:a装置由铁钉、铜丝、NaCl溶液构成原电池,铁钉作负极,发生氧化反应Fe-2e-Fe2+,铁钉附近不会出现红色,铜丝上发生还原反应O2+2H2O+4e-4OH-,A、C项错误。b装置由铁钉、铝条、NaCl溶液构成原电池,铝条作负极,发生氧化反应Al-3e-Al3+,不会有气泡生成,铁钉作正极,发生还原反应O2+2H2O+4e-4OH-,B项正确,D项错误。
答案:B
6.锂-空气电池是一种新型的二次电池,其放电时的工作原理如图所示。下列说法中正确的是 ( )
A.电解质溶液中,Li+由多孔电极移向锂电极
B.该电池放电时,负极发生了还原反应
C.充电时,电池正极的反应为Li2O2-2e-2Li++O2↑
D.电池中的电解质溶液可以是有机溶剂或稀盐酸等
解析:由题图可知,金属锂作负极,多孔电极作正极,阳离子向正极移动,则Li+由锂电极移向多孔电极,A项错误;放电时,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,B项错误;充电时,电池的正极与电源的正极相连,作电解池的阳极,电极反应为Li2O2-2e-2Li++O2↑,C项正确;由于锂是活泼金属,可与稀盐酸反应生成LiCl和H2,故电解质溶液不能用稀盐酸,D项错误。
答案:C
7.下列有关如图所示装置的叙述中错误的是 ( )
A.这是一个原电池装置
B.该装置中Pt为正极,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-
C.该装置中Fe为阴极,电极反应为Fe+2OH--2e-Fe(OH)2
D.溶液中会出现红褐色沉淀
解析:铁和铂是两种活动性不同的金属,放在NaOH溶液中组成原电池,A项正确;通入空气,发生类似于吸氧腐蚀的反应,Fe作负极,电极反应为Fe+2OH--2e-Fe(OH)2,Pt为正极,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,B项正确,C 项错误;Fe(OH)2会与空气中的O2继续反应生成Fe(OH)3:4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,出现白色沉淀变为灰绿色最终变成红褐色的现象,D项正确。
答案:C
8.镁和次氯酸盐形成的燃料电池的工作原理为Mg+ClO-+H2OMg(OH)2+Cl-。下列说法错误的是 ( )
A.镁作负极材料,发生氧化反应
B.放电时,所有阴离子都向负极迁移
C.负极反应为Mg+2OH--2e-Mg(OH)2
D.消耗12 g镁时转移1 mol电子
解析:镁燃料电池中镁作为负极,发生氧化反应,A项正确;次氯酸根离子在正极发生还原反应,所以不是所有的阴离子都向负极迁移,B项错误;负极上镁失电子,负极电极反应为Mg+2OH--2e-Mg(OH)2,C项正确;由电极反应可知,消耗24 g镁时转移 2 mol 电子,则消耗12 g镁时转移1 mol电子,D项正确。
答案:B
9.某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4,它们的物质的量之比为3∶1。用石墨作电极电解该混合溶液时,根据电极产物,可明显分为三个阶段。下列叙述中不正确的是 ( )
A.阴极自始至终只逸出H2
B.阳极先逸出Cl2,后逸出O2
C.电解最后阶段为电解水
D.溶液pH不断增大,最后为7
解析:由题意知,n(H+)∶n(Cl-)=2∶3,在阴极放电的是H+, 在阳极放电的是Cl-、OH-,Cl-先放电,OH-后放电。因此反应开始在两极放电的是H+、Cl-,相当于电解盐酸。由H2SO4电离出的H+放完电后,在两极放电的是由水电离出的H+和剩余的Cl-,相当于电解NaCl溶液。Cl-放完电后,在两极放电的是由水电离出的H+和OH-,相当于电解水,故A、B、C项均正确。溶液pH的变化是不断增大,但最后溶质是NaOH和Na2SO4,pH不会为7。
答案:D
10.(2022·广东卷)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质,发展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。下列说法正确的是 ( )
A.充电时电极b是阴极
B.放电时NaCl溶液的pH减小
C.放电时NaCl溶液的浓度增大
D.每生成1 mol Cl2,电极a质量理论上增加23 g
解析:A项,充电时,a电极得电子为阴极,b极为阳极,故错误;B项,NaCl溶液显中性,pH不变,故错误;C项,放电时,a电极为负极,电极反应为Na3Ti2(PO4)3-2e-NaTi2(PO4)3+2Na+,Cl2+2e-2Cl-,NaCl溶液的浓度增大,故正确;D项,每生成1 mol Cl2,电路中转移2 mol电子,电极a质量理论上增加2 mol Na+,增加的质量为2 mol×23 g/mol=46 g,故错误。
答案:C
11.海水中含有大量Cl-、Na+及少量SO42-、Ca2+、Mg2+,用电渗析法对某海水样品进行淡化处理(如图所示)。下列说法错误的是 ( )
A.a膜是阴离子交换膜
B.A极室产生的气体可使湿润的淀粉KI试纸变蓝
C.B极室产生气泡并伴有少量沉淀生成
D.淡化工作完成后,A、B、C三室中pH大小为pH(B)
12.氢氧熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池(600~700 ℃),具有效率高、噪声低、无污染、燃料多样、余热利用价值高等优点。氢氧熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。下列有关该电池的说法中正确的是 ( )
A.电池工作时,熔融碳酸盐只起到导电的作用
B.负极反应为H2+CO32--2e-CO2+H2O
C.该电池可利用工厂中排出的CO2,减少温室气体的排放
D.电池工作时,外电路中流过0.2 mol电子,消耗3.2 g O2
解析:根据题图可知,在氢氧熔融碳酸盐燃料电池中,通入氢气的电极作负极,负极发生氧化反应,电极反应为H2+CO32--2e-CO2+H2O,通入氧气的电极作正极,正极发生还原反应,电极反应为O2+2CO2+4e-2CO32-,总反应为2H2+O22H2O。A项,根据上述分析,电池工作时,熔融碳酸盐参与了电极反应,错误;B项,负极发生氧化反应,电极反应为H2+CO32--2e-CO2+H2O,正确;C项,根据总反应,该电池工作时没有消耗二氧化碳,不能减少温室气体的排放,错误;D项,电池工作时,外电路中流过0.2 mol电子,消耗0.05 mol 氧气,质量为1.6 g,错误。
答案:B
13.(2021·广东卷)钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。水溶液中电解制备金属钴的装置示意图如图所示。下列说法正确的是( )
A.工作时,Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B.生成1 mol Co,Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g
C.移除两交换膜后,石墨电极上发生的反应不变
D.电解总反应:2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+
解析:工作时,Ⅰ室和Ⅱ室溶液中的氢离子浓度均增大,pH均减小,故A项错误;由Co2++2e-Co得,生成1 mol Co,转移电子数为2 mol,Ⅰ室实际为电解水2H2O-4e-O2↑+4H+,则生成氧气0.5 mol,且有2 mol 氢离子由 Ⅰ 室进入 Ⅱ 室,共减少0.5 mol×32 g/mol+2 mol×1 g/mol=18 g,故B项错误;移除两交换膜后,由于氯离子更容易放电,石墨电极上发生的反应为2Cl--2e-Cl2↑,故C项错误;石墨电极反应为2H2O-4e-4H++O2↑,Co电极反应为Co2++2e-Co,可得电解总反应为 2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+,故D项正确。
答案:D
14.将两支惰性电极插入CuSO4溶液中,通电电解,当有 1×10-3 mol的OH-放电时,溶液显浅蓝色,则下列叙述中正确的是 ( )
A.阳极上析出11.2 mL O2(标准状况)
B.阴极上析出32 mg Cu
C.阴极上析出11.2 mL H2(标准状况)
D.阳极和阴极质量都无变化
解析:用惰性电极电解CuSO4溶液时,阴极电极反应为2Cu2++4e-2Cu,阳极电极反应为4OH--4e-O2↑+2H2O。当有1×10-3 mol的OH-放电时,生成标准状况下的O2为5.6 mL,此时转移1×10-3 mol 电子,则在阴极上析出32 mg Cu。
答案:B
15.(2023·全国乙卷)室温钠-硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠-硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极,表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时,在硫电极发生反应:12S8+e-12S82-,12S82-+e-S42-,2Na++x4S42-+21-x4e-Na2Sx。下列叙述错误的是 ( )
A.充电时Na+从钠电极向硫电极迁移
B.放电时外电路电子流动的方向是a→b
C.放电时正极反应为:2Na++x8S8+2e-Na2Sx
D.炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
解析:由题意可知,放电时硫电极得电子,硫电极为原电池正极,钠电极为原电池负极。A项,充电时为电解池装置,阳离子移向阴极,即钠电极,故充电时,Na+由硫电极迁移至钠电极,错误;B项,放电时Na在a电极上失去电子,失去的电子经外电路流向b电极,硫黄粉末在b电极上得电子,与a电极释放出的Na+结合得到Na2Sx,电子在外电路的流向为a→b,正确;C项,由题给的一系列反应式相加可以得到放电时正极反应为2Na++x8S8+2e-Na2Sx,正确;D项,炭化纤维素纸中含有大量的炭,炭具有良好的导电性,可以增强硫电极的导电性能,正确。
答案:A
16.将KCl和CuSO4两种溶液等体积混合后,用石墨电极进行电解,电解过程中,溶液pH随时间(t)变化的曲线如图所示,则下列说法中正确的是 ( )
A.整个过程中两电极反应2Cl--2e-Cl2↑、2H++2e-H2↑不可能同时发生
B.电解至C点时,向电解质溶液中加入适量CuCl2固体,即可使电解质溶液恢复至原来的浓度
C.AB段表示电解过程中H+被还原,pH增大
D.原混合溶液中KCl和CuSO4浓度之比恰好为2∶1
解析:图像分为三段,因此整个电解过程也有三个过程。第一个过程相当于电解CuCl2溶液,CuCl2水解呈酸性,随着电解的进行,浓度减小,酸性减弱,pH增大,C项错误;若原混合溶液中KCl和CuSO4浓度之比恰好为2∶1,则至B点时CuCl2消耗完,接着只电解水,则与图像不符,D项错误;根据B→C,溶液的pH明显下降,说明B点时Cl-已消耗完,而Cu2+过量,继续电解,水量减少,由此可判断B项错误;综上分析可知A项正确。
答案:A
二、非选择题:本题共4小题,共56分。
17.(14分)钢铁工业是一个国家工业的基础,而且钢铁制品在人们的生产、生活中有着广泛的用途。
(1)钢材加工前需要对其表面的氧化物(如铁锈)进行处理,常用的方法之一是用硫酸处理。下列能加快除去钢铁表面氧化物的是 (填字母)。
A.用中等浓度的硫酸
B.用98.3%的浓硫酸
C.加热
D.加少许铜粉
(2)实际生产中也可以用适量的稀盐酸来处理钢铁表面的铁锈。在实验室中,将一块表面生锈的铁片置于稀盐酸中,写出铁锈完全消失后溶液中发生化合反应的离子方程式: 。
(3)防止钢铁腐蚀可以延长钢铁制品的使用寿命。在钢铁制品表面镀铜可以有效地防止其腐蚀,电镀的装置如图所示。
①下面的电镀装置图的直流电源中, (填“a”或“b”)是正极。
②接通电源前,装置图中的铜、铁两个电极质量相等,电镀完成后,将两个电极取出,用蒸馏水小心冲洗干净、烘干,然后称量,两者质量差为5.12 g,由此计算电镀过程中电路中通过的电子的物质的量为 。
③上述镀铜铁镀件破损后,铁更容易被腐蚀,请简要说明原因: 。
解析: (1)用中等浓度的硫酸,氢离子浓度增大,则反应速率增大,加热也会使反应速率增大,故A、C项均能加快除去钢铁表面的氧化物;用98.3%的浓硫酸,不易与铁锈反应,加少许铜屑,不能与氧化铁反应,都不利于除铁锈,故B、D项不能加快除去钢铁表面的氧化物。(2)铁锈溶解于酸,生成Fe3+,Fe3+能与单质铁发生化合反应。(3)①电镀时正极连接的电极为阳极,故a为电源正极。②阳极溶解的铜的质量等于阴极上析出的铜的质量,故阳极溶解的铜为
2.56 g,即0.04 mol,故电镀过程中电路中通过的电子的物质的量为0.08 mol。③镀件破损时,镀层金属与镀件金属在周围环境中形成原电池,活泼性强的金属更容易被腐蚀。
答案: (1)AC (2)2Fe3++Fe3Fe2+ (3)①a
②0.08 mol ③铁比铜活泼,铁与铜构成原电池的两个电极,铁作负极,更易被腐蚀
18.(14分)某科研单位利用电化学原理用SO2来制备硫酸,装置如图所示,含有某种催化剂。电极为多孔的材料,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,其电极反应为 ,此电极区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”或“向右”)移动,通入氧气的电极反应为 。
(3)电池总反应为 。
解析: (1)SO2制备硫酸,SO2被氧化,为负极反应物,反应为SO2+2H2O-2e-SO42-+4H+,根据电极反应可知负极区酸性增强。(2)阳离子向正极区移动,O2得电子,反应为O2+4H++4e-2H2O。(3)电池总反应为2SO2+2H2O+O22H2SO4。
答案: (1)负 SO2+2H2O-2e-SO42-+4H+ 减小
(2)向右 O2+4H++4e-2H2O (3)2SO2+2H2O+O22H2SO4
19.(12分)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。如图甲所示装置中,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-)。
甲 乙
(1)c电极的名称为 ,d电极上的电极反应为 。
(2)如图乙所示,用惰性电极电解100 mL 0.5 mol/L CuSO4 溶液,a电极上的电极反应为 。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
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,通入的气体为甲烷,d电极反应为CH4+4O2--8e-CO2+2H2O。(2)用惰性电极电解CuSO4溶液时,阳极(a电极)反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,阴极反应为2Cu2++4e-2Cu, n(O2)=0.056 L22.4 L/mol=2.5×10-3mol,则转移电子的物质的量为2.5×10-3 mol×4=0.01 mol,则c(H+)=0.01mol0.1 L=0.1 mol/L, pH=-lg 0.1=1。加入CuO或CuCO3可使电解质溶液恢复到电解前的状态。
答案: (1)正极 CH4+4O2--8e-CO2+2H2O
(2)2H2O-4e-O2↑+4H+ 1 AC
20.(16分)如图所示,p、q为直流电源的两极,A由金属单质X制成,B、C、D为铂电极,接通电源,金属X沉积于B电极,同时C、D上产生气泡。请回答下列问题。
(1)p为 极,A电极发生了 (填“氧化”或“还原”)反应。
(2)C为 极,可收集到 ;D为 极,可收集到 。
(3)C电极的电极反应为 。
(4)在电解过程中,测量C、D两电极上产生气体的体积,实验数据如下表:
时间/min
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
阴极产生气体
的体积/cm3
6
12
20
29
39
49
59
69
79
89
阳极产生气体
的体积/cm3
2
4
7
11
16
21
26
31
36
41
仔细分析以上实验数据,变化的可能原因是 。
(5)当反应进行一段时间后,A、B电极附近溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。
(6)当电路中通过0.004 mol电子时,B电极上沉积0.128 g 金属X,则金属X的摩尔质量为 。
解析:B电极反应为X2++2e-X,因此B为阴极,由此可推知A是阳极,C是阳极,D是阴极,p为正极。
A电极反应为X-2e-X2+,B电极反应为X2++2e-X,故两极附近溶液pH不变。
设X的摩尔质量为M,则:
2X2+ + 4e- 2X
4 mol 2 mol×M
0.004 mol 0.128 g
M=4×0.1282×0.004 g/mol=64 g/mol。
答案: (1)正 氧化
(2)阳 氧气 阴 氢气
(3)2H2O-4e-O2↑+4H+
(4)在开始反应的1~4 min内,由于生成的氧气和氢气在水中的溶解没有达到饱和,氧气的溶解度大于氢气的溶解度,故氢气和氧气的体积比大于2∶1;随着反应的进行,到4 min后,由于生成的氧气和氢气在水中的溶解均达到饱和,故体积比约等于2∶1
(5)不变 (6)64 g/mol
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