新教材适用2023_2024学年高中化学第4章化学反应与电能学业质量标准检测新人教版选择性必修1

这是一份新教材适用2023_2024学年高中化学第4章化学反应与电能学业质量标准检测新人教版选择性必修1，共15页。

第四章　学业质量标准检测　
(90分钟，100分)
一、选择题(本题包含15个小题，每小题3分，共45分)
1．化学与生活息息相关，下列说法正确的是( B )
A．废弃铅蓄电池须作深埋处理
B．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿
C．太阳能电池板可将电能转化为化学能
D．用天然气(CH4)代替煤气(H2、CO等)作为燃料，若保持进气口不变，则应调小进风口
解析：废弃铅蓄电池中含有重金属，不能深埋处理，会造成污染，应集中回收处理，故A错误；黄铜(铜锌合金)制作的铜锣中，锌作负极，铜作正极被保护，不易产生铜绿，故B正确；太阳能电池板是将太阳能转化为电能，故C错误；用天然气(CH4)代替煤气(H2、CO等)作为燃料，同体积的天然气耗氧量大于煤气，应调大进风口，故D错误。故选B。
2．电化学腐蚀是金属腐蚀的主要原因。下列现象或事实与电化学腐蚀无关的是( A )
A．新切开的钠在空气中很快变暗
B．铜器久置后表面易生成铜绿
C．生铁比纯铁在空气中容易生锈
D．电工操作中不能将铝线和铜线接在一块
解析：钠切开后与氧气反应生成氧化钠，与电化学无关，A项正确；铜器在空气中生成铜绿，铜为负极，氧气为正极反应物，形成原电池，B项错误；生铁中金属铁、碳、潮湿的空气能构成原电池，铁为负极，易被腐蚀而生锈，C项错误；铜线和铝线在潮湿的空气中能构成原电池，D项错误。故选A。
3．液流电池是一种将正负极的电解质溶液分开，各自循环的高性能蓄电池，由于存放电解质溶液的液罐和反应场所分离，液流电池能够突破传统电池的体积限制，具有电池容量高、循环使用寿命长的特点。下列有关液流电池的说法错误的是( D )
A．放电时，电子由负极经外电路流向正极
B．放电时，正极发生还原反应
C．正负极电解质溶液的成分可能不同
D．液流电池能将化学能全部转化成电能
解析：液流电池是一种新的蓄电池，是利用正负极电解液分开，各自循环的一种高性能蓄电池，其原理为二次电池的充放电原理。原电池放电时，电子由负极经外电路流向正极，故A正确；原电池放电时，正极发生得电子的还原反应，故B正确；由题给信息可知，液流电池是利用正负极电解液分开，各自循环的一种高性能蓄电池，则正负极电解质溶液的成分可能不同，故C正确；液流电池能将化学能部分转化成电能，部分转化为热能，故D错误。故选D。
4．小组同学用如下方法制作简单的燃料电池。
步骤
装置
操作
现象
①

打开K2，闭合K1
两极均产生气体……
②
打开K1，闭合K2
电流计指针发生偏转
下列说法不正确的是( D )
A．①中Cl－比OH－容易失去电子，在石墨(Ⅰ)发生氧化反应
B．①中还可观察到石墨(Ⅱ)电极附近的溶液变红
C．②导线中电子流动方向：从石墨(Ⅱ)电极流向石墨(Ⅰ)电极
D．②中石墨(Ⅱ)发生的电极反应式为：H2－2e－===2H＋
解析：①为外接电源的电解池，石墨(Ⅰ)连接电源的正极作阳极发生失电子的氧化反应，Cl－比OH－容易失去电子，2Cl－－2e－===Cl2↑，A正确；石墨(Ⅱ)电极连接电源的负极作阴极，水中的氢元素得电子化合价降低生成氢气和氢氧化钠，滴酚酞的溶液变红，B正确；②为原电池，石墨(Ⅱ)电极是负极，发生失电子的氧化反应，故电子从石墨(Ⅱ)电极流向石墨(Ⅰ)电极，C正确；由上述分析知②中石墨(Ⅱ)周围有氢氧化钠显碱性，故发生的电极反应式为：H2－2e－＋2OH－===2H2O，D错误。故选D。
5．某些无公害免农药果园利用如图所示电解装置，进行果品的安全生产，解决了农药残留所造成的生态及健康危害问题。下列说法正确的是( C )

A．a为直流电源的负极，与之相连的电极为阴极
B．离子交换膜为阴离子交换膜
C．“酸性水”具有强氧化性，能够杀菌
D．阴极反应式为H2O＋2e－===H2↑＋O2－
解析：由图知左侧产生酸性水，为Cl－放电生成Cl2，a为电源正极，右侧产生碱性水，H＋放电，b为电源负极，A项错；电解过程中，K＋从左向右移，故离子交换膜为阳离子交换膜，B项错；“酸性水”即为氯水，具有强氧化性，能够杀菌，C项正确；阴极反应式为：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，D项错。
6．借助太阳能将光解水制H2与脱硫结合起来，既能大幅度提高光解水制H2的效率，又能脱除SO2，工作原理如图所示。下列说法不正确的是( B )

A．该装置可将太阳能转化为化学能
B．催化剂b附近的溶液pH增大
C．吸收1 mol SO2，理论上能产生1 mol H2
D．催化剂a表面发生的反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
解析：该装置没有外加电源，是通过光照使SO2发生氧化反应，把光能转化为化学能，故A正确；由图示可看出，电子由b表面转移到a表面，因此b表面发生氧化反应，根据题意SO2转化为SO，因此催化剂b表面SO2发生氧化反应，消耗OH－，使催化剂b附近的溶液pH减小，故B错误；根据电子守恒SO2～SO～2e－～H2，吸收1 mol SO2，理论上能产生1 mol H2，故C正确；催化剂a表面H2O发生还原反应生成H2，催化剂a表面发生的反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故D正确。
7．甲醇空气燃料电池工作原理如图甲所示，该燃料电池工作时的总反应是：2CH3OH(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)。以该电池为电源，将废水中的CN－转化为CO和N2，装置如图乙所示。下列说法错误的是( D )

A．乙装置中电子移动方向是从石墨A极流向电源a极，溶液中OH－的移动方向从右到左
B．电源供电时，M连接b，N连接a
C．甲中正极电极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
D．甲中有16 g甲醇完全反应，乙消耗1 mol CN－
解析：由图可知，甲为原电池，氢离子向N极移动，N极为正极，电极反应式为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O；M极为负极，电极反应式为：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋。乙为电解池，将废水中的CN－转化为CO和N2，氮元素价态升高失电子，石墨A为阳极，电极反应式为：2CN－＋12OH－－10e－===2CO＋N2↑＋6H2O；石墨B为阴极，据此分析作答。乙装置中电子移动方向是从石墨A极(阳极)流向电源a极(正极)，电解池中阴离子向阳极移动，移动方向从右到左，A正确；石墨A为阳极，连接电源的正极a(N)；b为负极，连接M电极，B正确；甲为原电池，N极为正极，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C正确；M极为负极，电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋。若甲中有16 g甲醇完全反应，其物质的量是n(CH3OH)＝＝0.5 mol，则电路中转移电子的物质的量为n(e－)＝6×0.5 mol＝3 mol；石墨A为阳极，电极反应式为：2CN－＋12OH－－10e－===2CO＋N2↑＋6H2O；消耗CN－的物质的量n(CN－)＝×2＝0.6 mol，D错误。故选D。
8．下图装置利用一种微生物将废水中的有机物(如淀粉)和含CO的废气的化学能直接转化为电能，并利用此电能模拟氯碱工业电解饱和食盐水，下列说法中一定正确的是( D )

A．电解饱和食盐水时，阳极产生氧气
B．若a为碳电极、b为铁电极，b应与Y相连
C．当废气中有28 g CO被吸收转化为甲醇时，a电极上产生气体为44.8 L
D．当电路中有1 mol电子转移时，电池装置左端质量减少12 g
解析：左侧为原电池装置，CO被还原为甲醇，为正极区，X为负极，Y为正极，据此分析。阳极产生氯气，A错误；若a为碳电极、b为铁电极，b应与X相连，B错误；未指明标准状况，C错误；当电路中有1 mol电子转移时，电池装置左端生成0.25 mol CO2和1 mol H＋，H＋穿过质子交换膜移向右端，故左端质量共减少12 g，D正确。故选D。
9．某微生物电化学法制甲烷是将电化学法和生物还原法有机结合，装置如图所示。有关说法错误的是( D )

A．该离子交换膜可为质子交换膜
B．右侧电极为阴极，发生还原反应
C．阳极附近溶液pH减小
D．每生成1 mol CH4，有8NA电子通过离子交换膜
解析：据图分析，CO2得电子生成甲烷，故b为负极，a为正极。阴极电极反应式为：CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O。据分析可知，左侧电极为阳极，右侧电极为阴极，H＋穿过离子交换膜到阴极参与反应，故该离子交换膜为质子交换膜，A正确；据分析，右侧为阴极，发生还原反应，B正确；阳极电极反应式：CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2↑＋7H＋，阳极附近pH降低，C正确；据分析可知，每生成1 mol CH4，则有8 mol质子通过离子交换膜，D错误。故选D。
10．利用电化学原理将有机废水中的乙二胺[H2N(CH2)2NH2]转化为无毒物质的原理如图1所示，同时利用该装置再实现镀铜工艺如图2所示，当电池工作时，下列说法正确的是( C )

A．图1中H＋透过质子交换膜由右向左移动
B．工作一段时间后，图2中CuSO4溶液浓度减小
C．当Y电极消耗0.5 mol O2时，铁电极增重64 g
D．X电极反应式：H2N(CH2)2NH2＋16e－＋4H2O===2CO2＋N2＋16H＋
解析：图1是原电池，Y电极上氧气被还原成水，所以Y是正极，氢离子移向正极，H＋透过质子交换膜由左向右移动，故A错误；图2是电镀池，CuSO4溶液浓度不变，故B错误；当Y电极消耗0.5 mol O2时，转移电子2 mol，根据电子守恒，铁电极生成1 mol铜，电极增重64 g，故C正确；X是负极，失电子发生氧化反应，电极反应式是H2N(CH2)2NH2－16e－＋4H2O===2CO2＋N2＋16H＋，故D错误。
11．设计如图装置处理含甲醇的废水并进行粗铜的精炼。下列说法正确的是( D )

A．甲电极增加的质量等于乙电极减少的质量
B．装置工作一段时间后，原电池装置中溶液的pH不变
C．理论上每产生1.12 L CO2，甲电极增重9.6 g
D．原电池正极反应式为FeO＋3e－＋8H＋===Fe3＋＋4H2O
解析：根据图像中左侧的物质变化，利用碳和铁的化合价的变化判断左侧是正极，右侧是负极，接右边的装置为电解池，甲为阴极，乙为阳极，根据电子守恒和原子守恒可以书写电极反应及化学反应方程式；根据粗铜的精炼阳极是粗铜，电极反应中杂质锌、铁等会发生反应，而阴极是精铜，发生的反应是Cu2＋＋2e－===Cu，故增加的质量和减少的质量不相等，故A不正确；根据装置图中左边参与的甲醇判断，左边属于原电池，根据参与物质发生反应方程式为：2FeO＋CH3OH＋10H＋===2Fe3＋＋CO2↑＋7H2O；故溶液的pH增大，故B不正确；不知气体所处状况，故无法求物质的量，也就无法求质量，故C不正确；根据图像及电子守恒书写原电池正极反应式为FeO＋3e－＋8H＋===Fe3＋＋4H2O，故D正确。
12．直接煤—空气燃料电池原理如图所示，下列说法错误的是( C )

A．随着反应的进行，氧化物电解质的量未发生变化
B．负极的电极反应式为C＋2CO－4e－===3CO2
C．电极X为负极，O2－向Y极迁移
D．直接煤—空气燃料电池的能量效率比煤燃烧发电的能量效率高
解析：煤—空气燃料电池总反应是C＋O2===CO2，随反应进行，氧化物电解质的量不变化，A项正确；此电池负极上燃料失电子，反应式为C＋2CO－4e－===3CO2，B项正确；此电池X为负极，阴离子向负极移动，C项错误；直接煤—空气燃料电池主要把化学能转化为电能，发电效率高，D项正确。
13．下列有关电化学装置及用途完全正确的是( C )
A
B
C
D




铜的精炼
铁上镀银
防止Fe被腐蚀
构成铜锌原电池
解析：粗铜精炼中，粗铜作阳极，连在电源正极上，A错误；铁上镀银，铁应作阴极，银作阳极，图中铁作阳极，B错误；铁作电解池的阴极，属于外加电流的阴极保护法，C正确；该盐桥实验装置中，同一半反应装置中电极材料和电解质溶液的金属阳离子不是相同的元素，故D项错误。
14．我国力争于2030前做到碳达峰，2060年前实现碳中和，利用如图所示电解法吸收CO2并制得HCOOK，下列说法错误的是( D )

A．Pt片为电解池的阳极
B．Sn片上发生的电极反应为CO2＋2e－＋HCO===HCOO－＋CO
C．标准状况下，电路中转移1 mol e－阳极产生的气体大于5.6 L
D．电解一段时间后，阴极区需要补充KHCO3溶液
解析：由图可知，铂片为电解池的阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，氢离子与溶液中的碳酸氢根离子反应生成二氧化碳和水，锡片为阴极，二氧化碳在碳酸氢根离子作用下在阴极得到电子发生还原反应生成甲酸根离子和碳酸根离子。由分析可知，铂片为电解池的阳极，故A正确；由分析可知，锡片为阴极，二氧化碳在碳酸氢根离子作用下在阴极得到电子发生还原反应生成甲酸根离子和碳酸根离子，电极反应式为CO2＋2e－＋HCO===HCOO－＋CO，故B正确；由分析可知，铂片为电解池的阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，氢离子与溶液中的碳酸氢根离子反应生成二氧化碳和水，所以电路中转移1 mol电子时，阳极产生气体的体积大于1 mol××22.4 L/mol＝5.6 L，故C正确；由分析可知，锡片为阴极，二氧化碳在碳酸氢根离子作用下在阴极得到电子发生还原反应生成甲酸根离子和碳酸根离子，所以电解一段时间后，向阴极通入过量的二氧化碳，将溶液中的碳酸根离子转化为碳酸氢根离子，不需要补充碳酸氢钾溶液，故D错误。
15．科学家最近开发出电催化剂Mo2B2、Ti2B2、Cr2B2，在常温下通过电化学反应将N2和CO2转化为尿素。模拟装置如图所示。

下列叙述正确的是( D )
A．a极是负极
B．离子交换膜R为阴离子交换膜
C．理论上投料n(CO2)n(N2)＝12
D．每生成60 g CO(NH2)2时阳极消耗3 mol H2O
解析：阳极上水失去电子被氧化为氧气：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋、发生氧化反应，则a极上是正极，A错误；阳极产生的氢离子通过离子交换膜R进入阴极室，则R为阳离子交换膜，B错误；阴极上电极反应为N2＋CO2＋6e－＋6H＋===CO(NH2)2＋H2O，则阴极反应理论上投料n(CO2)n(N2)＝11，C错误；阴极上每生成1 mol CO(NH2)2时转移电子6 mol、按得失电子数守恒，阳极消耗3 molH2O，即每生成60 g CO(NH2)2时阳极消耗3 mol H2O，D正确。故选D。
二、非选择题(本题包含5个小题，共55分)
16．(8分)铅酸蓄电池(图1)是一种电压稳定，使用方便、安全、可靠，又可以循环使用的化学电源，广泛应用于国防、交通、生产和生活中。

(1)铅蓄电池在放电时发生的总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，负极电极反应式为 Pb－2e－＋SO===PbSO4　。工作后，铅蓄电池里电解质溶液的pH_变大__(填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)图2是利用微生物将废水中的乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化为环境友好物质而制作的化学电源，可给二次电池充电。

①用该微生物电池对铅酸蓄电池充电时，铅酸蓄电池的A极应该连接图2中的_N__极(M或N)，此时A处的电极反应方程式为 PbSO4－2e－＋2H2O===PbO2＋SO＋4H＋　。
②充电过程中如果B极质量减轻48 g，理论上可处理乙二胺的物质的量为_0.062_5__ mol。
(3)合理利用废旧铅蓄电池中的铅膏可缓解铅资源短缺，同时减少污染。一种从废旧电池的铅膏中回收铅的生产流程如下图(部分产物已略去)。

已知：PbSiF6和H2SiF6均为能溶于水的强电解质。
①为提高过程①的反应速率，你认为可采取的措施是_搅拌铅膏浆液或升高温度等__。
②过程③发生反应的离子方程式为 PbCO3＋2H＋===Pb2＋＋CO2↑＋H2O　。
③过程④使用纯铅和粗铅作电极，H2SiF6和PbSiF6混合溶液作电解液，可进行粗铅精炼，则阳极的电极材料是_粗铅__。电解精炼时需要调控好电解液中H2SiF6的起始浓度，其他条件相同时，随起始时c(H2SiF6)的增大，铅产率先增大后减小，减小的原因可能是 起始c(H2SiF6)增大，电解液中c(H＋)增大，阴极发生副反应2H＋＋2e－===H2↑，影响Pb2＋放电，使铅产率减小　。
解析：(1)铅蓄电池在放电时发生的总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，负极发生失去电子的氧化反应，则电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4。电池放电时消耗硫酸，则工作后，铅蓄电池里电解质溶液的pH变大。
(2)①该微生物电池，M极加入微生物、有机废水，为负极，N极通入氧气，为正极，铅酸蓄电池中，A极为正极，故用该微生物电池对铅酸蓄电池充电时，铅酸蓄电池的A极应该连接图2中的N极，此时A极相当于阳极，失去电子被氧化，电极反应方程式为PbSO4－2e－＋2H2O===PbO2＋SO＋4H＋。
②充电过程中，B极相当于阴极，发生的电极反应为PbSO4＋2e－===Pb＋SO，转移2 mol电子，B极质量减轻96 g，如果B极质量减轻48 g，则转移1 mol电子，H2N(CH2)2NH2被氧化为环境友好型物质，应该是氮气、二氧化碳和水，N的化合价从－3价升高为0价，C的化合价从－1价升高为＋4价，消耗1 mol H2N(CH2)2NH2，转移16 mol电子，则转移1 mol电子，理论上可处理乙二胺的物质的量为 mol＝0.062 5 mol。
(3)①为提高过程①的反应速率，可采取的措施是搅拌铅膏浆液或升高温度等。
②PbSiF6和H2SiF6均为能溶于水的强电解质，PbCO3难溶于水，则过程③发生反应的离子方程式为PbCO3＋2H＋===Pb2＋＋CO2↑＋H2O。
③过程④使用纯铅和粗铅作电极，H2SiF6和PbSiF6混合溶液作电解液，可进行粗铅精炼，则阳极的电极材料是粗铅。电解精炼时需要调控好电解液中H2SiF6的起始浓度，其他条件相同时，随起始时c(H2SiF6)的增大，铅产率先增大后减小，减小的原因可能是起始c(H2SiF6)增大，电解液中c(H＋)增大，阴极发生副反应2H＋＋2e－===H2↑，影响Pb2＋放电，使铅产率减小。
17．(12分)北京冬奥会赛区内将使用氢燃料清洁能源车辆，就是利用原电池原理提供清洁电能，回答下面问题：
(1)某氢氧燃料电池工作示意图如图1。

①电极a是_负极__(填“正极”“负极”“阳极”或“阴极”)，电极a发生的电极反应是 H2－2e－＋2OH－===2H2O　。
②电解质KOH溶液中K＋向_b__电极移动(填“a”或“b”)。
(2)利用图1中的原电池电解饱和食盐水，可以有效的利用海水资源，原理如图：

①电极d应连接图1装置的_a__电极(填“a”或“b”)，离子交换膜是_阳离子交换膜__(填“阴离子交换膜”或“阳离子交换膜”)。
②写出电极c的电极反应 2Cl－－2e－===Cl2↑　。
③写出电解饱和食盐水的离子方程式 2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑　。
(3)将铁钉的下半部分分别镀上铜和锌，放入培养皿中，加入饱和食盐水溶液，再各滴入几滴酚酞溶液和K3Fe(CN)6溶液。装置如图3：

①在铁钉下半部分镀上铜的装置中，负极材料是_Fe__(填化学式)。
②e装置中出现蓝色沉淀，铜电极发生的电极反应是 O2＋2H2O＋4e－===4OH－　。
③f装置中可能出现的现象是_铁钉附近出现红色__。
解析：(1)图示是碱性氢氧燃料电池，总反应为2H2＋O2===2H2O，电极a是氢气失电子化合价升高的氧化反应：H2－2e－＋2OH－===2H2O，电极a是负极；原电池中阳离子向正极移动，故电解质KOH溶液中K＋向正极即b电极移动；
(2)图2是电解饱和食盐水的电解池，总反应为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，电极d是发生还原反应生成H2的阴极，连接原电池的负极即a电极；离子交换膜是阳离子交换膜，允许阳离子通过，阻止阴离子OH－与阳极生成的Cl2反应；电极c的电极反应是2Cl－－2e－===Cl2↑；电解饱和食盐水的离子方程式2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑；
(3)在铁钉下半部分镀上铜的装置中，两极材料是铁和铜，铁更活泼是负极材料；K3Fe(CN)6遇亚铁离子生成蓝色沉淀，e装置中出现蓝色沉淀，说明有亚铁离子生成，铜电极发生的电极反应是O2＋2H2O＋4e－===4OH－；f中锌比铁活泼，锌作负极失电子被氧化，铁钉作正极，氧气得电子生成氢氧根遇酚酞显红色，故铁钉附近出现红色。
18．(14分)(1)熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。可用熔融的碳酸盐作为电解质，向负极充入燃料气CH4，用空气与CO2的混合气作为正极的助燃气，以石墨为电极材料，制得燃料电池。工作过程中，CO移向_负__极(填“正”或“负”)，负极的电极反应式为 CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O　，正极的电极反应式为 2O2＋8e－＋4CO2===4CO　。
(2)某实验小组同学对电化学原理进行了一系列探究活动。

①如图为某实验小组依据氧化还原反应： Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu　(用离子方程式表示)设计的原电池装置。
②其他条件不变，若将CuCl2溶液换为HCl溶液，石墨的电极反应式为 2H＋＋2e－===H2↑　。
(3)如图为相互串联的甲、乙两电解池，其中甲池为电解精炼铜的装置。试回答下列问题：

①A极材料是_纯铜__，电极反应为 Cu2＋＋2e－===Cu　，B极材料是_粗铜__，主要电极反应为 Cu－2e－===Cu2＋　，电解质溶液为_CuSO4溶液__。
②乙池中若滴入少量酚酞溶液，电解一段时间后Fe极附近溶液呈_红__色。
③常温下，若甲池中阴极增重12.8 g，则乙池中阳极放出的气体在标准状况下的体积为_4.48_L__，若此时乙池剩余液体为400 mL，则电解后溶液pH为_14__。
解析：(1)原电池放电时，阴离子移向负极，所以CO移向负极；以熔融盐为电解质的甲烷燃料电池放电时，甲烷在负极失电子生成二氧化碳和水，负极反应式是CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O；氧气在正极得电子生成碳酸根离子，正极反应式是2O2＋8e－＋4CO2===4CO。
(2)①根据图示，铁是负极，电池总反应是Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，所以是依据氧化还原反应Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu设计的原电池装置；②铁与盐酸反应放出氢气，所以正极放出氢气，石墨的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。
(3)①电解法精炼铜，A极是阴极，电极材料是纯铜，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，B是阳极，阳极材料是粗铜，主要电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，电解质溶液为CuSO4溶液。②乙池中Fe作阴极，阴极氢离子得电子生成氢气，电极反应式是2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，溶液显碱性，Fe极附近溶液呈红色；③常温下，甲池中阴极增重12.8 g，即生成铜的质量是12.8 g，电路中转移电子的物质的量是×2＝0.4 mol，乙池中阳极放出的气体是氯气，根据电子守恒，生成氯气的物质的量是0.2 mol，在标准状况下的体积是0.2 mol×22.4 L·mol－1＝4.48 L；根据2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，生成氢氧根离子的物质的量是0.4 mol，氢氧根离子的浓度是＝1 mol·L－1，所以pH＝14。
19．(10分)(2021·河北，16题节选)我国科学家研究Li－CO2电池，取得了重大科研成果，回答下列问题：
(1)Li－CO2电池中，Li为单质锂片，则该电池中的CO2在_正__(填“正”或“负”)极发生电化学反应。研究表明，该电池反应产物为碳酸锂和单质碳，且CO2电还原后与锂离子结合形成碳酸锂按以下4个步骤进行，写出步骤Ⅲ的离子方程式。
Ⅰ.2CO2＋2e－===C2O
Ⅱ.C2O===CO2＋CO
Ⅲ. 2CO＋CO2===2CO＋C　
Ⅳ.CO＋2Li＋===Li2CO3
(2)研究表明，在电解质水溶液中，CO2气体可被电化学还原。
Ⅰ.CO2在碱性介质中电还原为正丙醇(CH3CH2CH2OH)的电极反应方程式为 12CO2＋18e－＋4H2O===CH3CH2CH2OH＋9CO　。
Ⅱ.在电解质水溶液中，三种不同催化剂(a、b、c)上CO2电还原为CO的反应进程中(H＋被还原为H2的反应可同时发生)，相对能量变化如图，由此判断，CO2电还原为CO从易到难的顺序为_c、a、b__(用a、b、c字母排序)。

解析：(1)由题意知，Li－CO2电池的总反应式为：4Li＋3CO2===2Li2CO3＋C，CO2发生得电子的还原反应，则CO2在电池的正极反应；CO2还原后同时生成的CO与Li＋结合成Li2CO3，按4个步骤进行，由步骤Ⅱ可知生成了CO，而步骤Ⅳ需要CO参加反应，所以步骤Ⅲ的离子方程式为：2CO＋CO2===2CO＋C。
(2)Ⅰ.CO2在碱性条件下得电子生成CH3CH2CH2OH，根据电子守恒和电荷守恒写出电极反应式为：12CO2＋18e－＋4H2O===CH3CH2CH2OH＋9CO。
Ⅱ.b催化剂条件下CO2电还原的第二步活化能比H＋电还原的活化能大的更多，发生H＋电还原的可能性更大，因此反应从易到难的顺序为c、a、b。
20．(11分)研究能量的转化与利用具有重要的现实意义。
(1)依据下列金属腐蚀的有关示意图回答问题。


①图a插入海水中的铁棒(含碳量为10.8%)越靠近烧杯底部发生电化学腐蚀就越_轻微__(选填“轻微”“严重”)。
②图b铁棒上的接触导线由N改置于M时，铁的腐蚀速率_增大__(选填“减小”“增大”)。
③图c为外加电源的阴极保护法，钢闸门应与外接电源的_负__极相连。
④图d在反应过程中U形管内左侧液面的变化是：_先升高后降低__。
(2)应用电化学原理回答下列问题。


①上述三个装置中，负极反应物在化学性质上的共同特点是：_易失电子被氧化(或具有还原性)__。
②甲中电流计指针偏移时，含KCl的盐桥中Cl－离子移向电极所在的溶液是：_氯离子移向硫酸锌溶液__。
③乙中电池工作时，负极区KOH溶液的浓度将逐渐_减小__。
④丙放电一段时间后进行充电，充电时该电池发生反应的化学方程式为 2PbSO4＋2H2OPb＋PbO2＋2H2SO4　。
(3)铁及其化合物在处理工业废水、废气过程中发挥着重要作用。


①工业上用铁的化合物除硫化氢：2[Fe(CN)6]3－＋CO＋HS－===2[Fe(CN)6]4－＋HCO＋S↓，可通过图1使[Fe(CN)6]3－再生。电解时，阳极的电极反应式为 [Fe(CN)6]4－－e－===[Fe(CN)6]3－　；电解过程中阴极区溶液的pH_变大__(填“变大”“变小”或“不变”)。
②图2以铁作电极电解除铬。已知转化反应：Cr2O＋H2O2CrO＋2H＋；氧化性强弱：Cr2O>CrO。
(ⅰ)电解过程中主要反应之一：Cr2O＋6Fe2＋＋17H2O===2Cr(OH)3↓＋6Fe(OH)3↓＋10H＋；图中气体a的主要成分是_H2__。
(ⅱ)在电解过程中，不同pH、通电时间与Cr元素的去除率关系如图3所示，其中pH＝10相比pH＝4时Cr元素去除率偏低的原因可能是_pH升高，Cr2O转化为CrO，氧化能力减弱，使铬元素难以被还原，从而去除率下降__。
解析：(1)①铁的吸氧腐蚀中，氧气的浓度越大，其腐蚀速率越快，插入海水中的铁棒越靠近水面，蚀越严重；越靠近烧杯底部发生电化学腐蚀就越轻微；②开关置于N时，铁做正极被保护，改置于M时，铁做负极，腐蚀速度增大；③根据图示可知，此电化学防护的方法为外加电源的阴极保护法，即钢闸门、辅助电极和外接电源构成电解池，其中钢闸门做电解池的阴极被保护，辅助电极做阳极，即钢闸门做阴极，故应与外接电源的负极相连；④该铁丝中含有碳，则铁、碳以及周围潮湿的空气环境会形成原电池装置，发生金属铁的吸氧腐蚀，导致U形管内左侧的压强变小，液面升高，当稀硫酸液面接触铁丝时，铁丝与硫酸反应放出氢气，导致U形管内左侧的压强又变大，液面降低，直至液面不与铁丝接触，所以在反应过程中U形管内左侧液面的变化是先升高后降低。
(2)①负极反应物中有元素化合价升高，发生氧化反应，相应物质本身具有还原性，即负极反应物化学性质上的共同特点是易失电子被氧化，具有还原性；②原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则盐桥中的钾离子会移向硫酸铜溶液，氯离子移向硫酸锌溶液；③乙中装置为碱性氢氧燃料电池，负极上氢气失电子发生氧化反应，电极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O，消耗了OH－，KOH溶液的浓度将逐渐减小；④丙中铅酸蓄电池放电一段时间后，进行充电时，要将负极中的硫酸铅变成单质铅，发生还原反应，正极的硫酸铅变为二氧化铅，发生氧化反应，发生反应的化学方程式2PbSO4＋2H2OPb＋PbO2＋2H2SO4。
(3)①通过电解池使[Fe(CN)6]3－再生，电解时，阳极的电极反应为[Fe(CN)6]4－－e－===[Fe(CN)6]3－，阴极的电极反应为2HCO＋2e－===H2↑＋2CO，由于CO的水解程度大于HCO，所以碱性增强，则pH变大；②Cr2O被还原为Cr3＋，结合水产生的OH－生成Cr(OH)3，水放电为H2O＋e－===OH－＋H2↑，所以气体a的主要成分是H2；pH升高，Cr2O转化为CrO，氧化能力减弱，使铬元素难以被还原，从而去除率下降。