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第四单元 化学反应与电能-【冲刺期末】2021-2022学年高二化学期末单元复习测试（人教版2019选择性必修1）（解析版）
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这是一份第四单元 化学反应与电能-【冲刺期末】2021-2022学年高二化学期末单元复习测试（人教版2019选择性必修1）（解析版），共1页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
(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．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是( )
A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重
B．图b中，开关由M改置于N时，CuZn合金的腐蚀速率减小
C．图c中，接通开关时Zn的腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大
D．图d中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
【答案】B
【解析】选项A，图a中，铁棒发生电化学腐蚀，靠近底端的部分与氧气接触少，腐蚀程度较轻，错误；选项B，图b中开关置于M时，CuZn合金作负极，由M改置于N时，CuZn合金作正极，腐蚀速率减小，正确；选项C，图c中接通开关时Zn作负极，腐蚀速率增大，但氢气在Pt极上放出，错误；选项D，图d中ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由Zn的氧化反应引起的，错误。
2．科学家报道了一种新型可充电Na/Fe二次电池，其工作原理如图所示，下列有关说法正确的是( )
A．充电时，X极为阴极，发生氧化反应
B．充电时，Y极的电极反应式为CaFeO2.5＋0.5Na2O－e－===CaFeO3＋Na＋
C．充电时，可用乙醇代替有机电解质溶液
D．电极材料中，单位质量金属放出的电能：Na＞Li
【答案】B
【解析】放电时，X极上Na失电子，发生氧化反应，为负极，则充电时，X极为阴极，发生还原反应，故A错误；充电时，Y极作阳极，电极反应式为CaFeO2.5＋0.5Na2O－e－===CaFeO3＋Na＋，故B正确；乙醇是非电解质，不能导电，不能作电解质溶液，故C错误；若Na和Li都失去1 ml电子，则电极材料中消耗Na的质量为23 g、Li的质量为7 g，所以单位质量金属放出的电能：Li＞Na，故D错误。
3．下列叙述错误的是( )
A．K与N连接时X为硫酸，一段时间后溶液的pH增大
B．K与M连接时X为硫酸，一段时间后溶液的pH减小
C．K与N连接时X为氯化钠，石墨电极上的反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．K与M连接时X为氯化钠，石墨电极上的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑
【答案】C
【解析】K与N连接时X为硫酸，形成Fe—石墨—H2SO4原电池，正极氢离子得到电子变为氢气，氢离子浓度降低，因此一段时间后溶液的pH增大，故A正确；K与M连接时X为硫酸，石墨为阳极，水电离出的氢氧根离子失去电子变为氧气，铁为阴极，氢离子得到电子变为氢气，整个过程实质是电解水，溶液体积减小，浓度变大，一段时间后溶液的pH减小，故B正确；K与N连接时X为氯化钠，发生铁的吸氧腐蚀，因此石墨电极上的反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故C错误；K与M连接时X为氯化钠，石墨为阳极，氯离子在石墨电极上失去电子变为氯气，因此石墨电极上的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，故D正确。
4．(2020江西南昌十中高二上期末)某兴趣小组设计了如图所示原电池装置(盐桥中吸附有饱和K2SO4溶液)。下列说法正确的是
该原电池的正极反应是Cu2++2e-===Cu
甲烧杯中溶液的红色逐渐变浅
盐桥中的流向甲烧杯
若将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸,电流表指针反向偏转
【答案】B
【解析】该原电池反应为Cu+2FeCl3=== 2FeCl2+CuCl2,正极发生还原反应,为Fe3++e-=== Fe2+,A错误；
甲烧杯中发生反应Fe3++e-=== Fe2+,则甲烧杯中溶液的红色逐渐变浅,B正确；阴离子向负极移动,C错误；
若将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸,Cu仍为负极,Pt仍为正极,电流表指针偏转方向不变,D错误。
5．近来科学家研制了一种新型的乙醇电池(DEFC)，它用磺酸类质子作溶剂，在200 ℃左右时供电，乙醇电池比甲醇电池效率高出32倍且更加安全。电池总反应式为C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，下列说法不正确的是( )
A．C2H5OH在电池的负极上参加反应
B．正极反应式为4H＋＋O2＋4e－===2H2O
C．在外电路中电子由负极沿导线流向正极
D．1 ml乙醇被氧化转移6 ml电子
【答案】D
【解析】在燃料电池中，燃料乙醇在负极上发生失电子的氧化反应，故A正确；燃料电池中，正极上是氧气得电子的还原反应，磺酸类质子作溶剂时，即酸性介质中，电极反应为4H＋＋O2＋4e－===2H2O，故B正确；在燃料电池中，燃料乙醇在负极失电子，在燃料电池的外电路中，电子由负极沿导线流向正极，故C正确；根据电池反应：C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O,1个乙醇分子参与反应转移电子数为12，所以1 ml乙醇被氧化时就有12 ml电子转移，故D错误。
6． (2020浙江金华十校高二上期末)以氨气为原料的燃料电池结构如图所示,下列说法正确的是
a极为电池的正极
负极的电极反应为2NH3-6e-+6OH-=== N2+6H2O
当生成1 ml N2时,电路中通过的电子的物质的量为3 ml
外电路的电流方向为从a极流向b极
【答案】B
【解析】
氨被氧化,发生氧化反应,所以a极为负极,A错误；
负极氨气发生氧化反应,电解质溶液呈碱性,所以负极的电极反应为2NH3-6e-+6OH- === N2+6H2O,B正确；
由负极的电极反应可知,当生成1 ml N2时,电路中通过的电子的物质的量为6 ml,C错误；
电流由正极流向负极,则外电路的电流方向为从b极流向a极,D错误。
7．(2020湖北荆州沙市中学高二上期中)控制适合的条件,将反应2Fe3++2I-2Fe2++I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是
反应开始时,乙中石墨电极上发生氧化反应
反应开始时,甲中石墨电极上Fe3+被还原
电流表读数为零时,反应达到化学平衡状态
电流表读数为零后,在甲中加入FeCl2固体,乙中石墨电极为负极
【答案】D
【解析】根据反应2Fe3++2I-2Fe2++I2可知,铁元素的化合价降低,碘元素的化合价升高,则甲烧杯中的石墨作正极,乙烧杯中的石墨作负极,负极发生氧化反应,正极发生还原反应。乙中石墨周围碘离子发生氧化反应,生成碘单质,电极反应式为2I--2e-=== I2,A正确；甲中石墨电极上Fe3+得电子发生还原反应生成亚铁离子,B正确；当电流表读数为零时,反应达到平衡状态,C正确；加入FeCl2固体,平衡逆向移动,则Fe2+失去电子生成Fe3+,甲中石墨电极为负极,而乙中石墨电极为正极,D错误。
8．水系钠离子电池有成本低、寿命长、环保等诸多优势，未来有望代替锂离子电池和铅酸电池。一种水系钠离子电池放电和充电的工作原理示意图如图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时，电极N上的电势低于电极M上的电势
B．放电时，若导线中流过2 ml e－，理论上有2 ml Na＋移入M电极区
C．充电时，TiO2光电极不参与该过程
D．充电时，阳极的电极反应式为3I－－2e－===Ieq \\al(－,3)
【答案】D
【解析】放电时，电极N上Ieq \\al(－,3)转化为I－，碘元素被还原，所以电极N为正极，则电极M为负极，S2－被氧化为Seq \\al(2－,4)。由上述分析可知，放电时，电极N为正极，电极M为负极，电极N上的电势高于电极M上的电势，A错误；放电时为原电池，原电池中阳离子移向正极，即Na＋移入N电极区，B错误；据图可知充电时I－在TiO2光电极上失电子被氧化为Ieq \\al(－,3)，C错误；充电时阳极上I－被氧化为Ieq \\al(－,3)，电极反应为3I－－2e－===Ieq \\al(－,3)，D正确。
9．CNaMO2电池是科学家正在研发的钠离子电池，据悉该电池可以将传统锂电池的续航能力提升7倍。该电池的电池反应式为NaMO2＋nCeq \(,\s\up11(放电),\s\d4(充电))Na1－xMO2＋NaxCn，下列有关该电池的说法正确的是( )
A．电池放电时，溶液中Na＋向负极移动
B．该电池负极的电极反应为NaMO2－xe－===Na1－xMO2＋xNa＋
C．消耗相同质量金属时，用锂作负极转移电子的物质的量比用钠时少
D．电池充电时的阳极反应式为nC＋xNa＋－xe－===NaxCn
【答案】B
【解析】电池放电时，溶液中Na＋向正极移动，A项错误；该电池负极失去电子，发生氧化反应，电极反应为NaMO2－xe－===Na1－xMO2＋xNa＋，B项正确；由于Li、Na形成化合物时均失去1个电子，Li、Na相对原子质量分别是7、23，故消耗相同质量金属时，用锂作负极转移电子的物质的量比用钠时多，C项错误；电池充电时，阳极发生氧化反应，电极反应式为NaxCn－xe－===nC＋xNa＋，D项错误。
10．(2020广东广州高三调研)2019年诺贝尔化学奖授予了在锂离子电池研发领域作出贡献的三位科学家。一种锂离子电池的结构如图所示,电池反应为LixC6+Li1-xCO2 C6+LiCO2(x<1)。下列说法正确的是
充电时a极接外电源的负极
放电时Li+在电解质中由a极向b极迁移
充电时若转移0.02 ml电子,石墨电极将减少0.14 g
该废旧电池进行“放电处理”有利于锂在LiCO2极回收
【答案】D
【解析】根据电池反应可知,负极反应式为LixC6-xe-=== C6+xLi+,正极反应式为Li1-xCO2+xLi++xe-=== LiCO2,充电时,阴极、阳极反应式与负极、正极反应式正好相反。放电时,a极为正极,得电子,充电时a极为阳极,失电子,故充电时a极接外电源的正极,A错误；原电池中b极为负极,a极为正极,放电时,阳离子移向正极、阴离子移向负极,则Li+在电解质中由b极向a极迁移,B错误；放电时负极反应式为LixC6-xe-=== C6+xLi+,充电时阴极反应式为C6+xLi++xe-=== LixC6,所以充电时若转移0.02 ml电子,石墨电极将增重0.02 ml×7 g/ml=0.14 g,C错误；放电时,阳离子移向正极,即“放电处理”有利于Li+移向正极并进入正极材料,有利于锂在LiCO2极回收,D正确。
11．由于具有超低耗电量、寿命长的特点，LED产品越来越受人欢迎。如图是氢氧燃料电池驱动LED发光二极管发光的装置。下列说法中正确的是( )
A．a处通入的气体是氧气，b处通入的气体是氢气
B．该装置中只涉及两种形式的能量变化
C．电池正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．P型半导体连接的是电池负极
【答案】C
【解析】A项，由电子流向可知a为负极，b为正极，负极上发生氧化反应，通入的是氢气，正极上发生还原反应，通入的是氧气，故A错误；该装置的能量转换有化学能、电能和光能，故B错误；a为负极，发生的电极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O，b为正极，发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故C正确；P型半导体连接的是电池正极，故D错误。
12．(2020福建师大附中高二上期中)一种电解法制备高纯铬和硫酸的简单装置如图所示。下列说法正确的是
b为直流电源的负极
阴极反应式为2H++2e-=== H2↑
工作时,乙池中溶液的pH减小
若有1 ml离子通过A膜,理论上阳极生成5.6 mL气体
【答案】C
【解析】该装置制备高纯铬和硫酸,甲池中Cr棒上Cr3+得电子发生还原反应,则Cr棒为阴极,连接阴极的电极a为负极,则b为正极,A错误；根据分析可知,阴极反应为Cr3++3e-=== Cr,阳极反应为2H2O-4e-=== O2↑+4H+,B错误；甲池中的硫酸根离子通过阴膜进入乙池,丙池中生成的氢离子通过A膜进入乙池,所以导致乙池中硫酸浓度增大,溶液的pH减小,C正确；若有1 ml离子通过A膜,则丙池生成1 ml氢离子,理论上阳极生成的气体(氧气)为×1=0.25 ml,不知道气体所处状况,无法计算生成氧气的体积,D错误。
13．南京工业大学IAM团队将蚕茧炭化形成氮掺杂的高导电炭材料，该材料作为微生物燃料电池的电极具有较好的生物相容性，提升了电子传递效率。利用该材料制备的微生物电池可降解污水中的有机物(以CH3CHO为例)，其装置原理如图所示。下列判断错误的是( )
A．该微生物电池在处理废水时还能输出电能
B．该微生物电池工作时，电子由a极经负载流到b极
C．该微生物电池原理图中的离子交换膜为阴离子交换膜
D．该微生物电池的负极反应为CH3CHO＋3H2O－10e－===2CO2↑＋10H＋
【答案】C
【解析】该微生物电池工作时是原电池，在处理废水时，将化学能转化为电能，能输出电能，A不符合题意；a电极为电池的负极，b电极为正极，该微生物电池工作时，电子由负极a极经负载流到正极b极，B不符合题意；负极上乙醛放电生成的氢离子经质子交换膜流向正极，离子交换膜为质子交换膜，C符合题意；由题图知，微生物电池中，a电极为电池的负极，酸性条件下乙醛在负极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳，电极反应式为CH3CHO＋3H2O－10e－===2CO2↑＋10H＋，D不符合题意。
14．碱吸—电解法处理硫酸厂烟气中SO2的流程和电解过程如下图。下列说法正确的是( )
A．电极a为电解池的阴极
B．半透膜Ⅰ为阴离子交换膜，半透膜Ⅱ为阳离子交换膜
C．电极b上发生的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
D．若收集到标准状况下22.4 L的气体G，则有2 ml M离子移向左室
【答案】B
【解析】电极a室注入稀硫酸得到浓硫酸，说明SOeq \\al(2－,3)通过半透膜Ⅰ进入左侧，在a电极上被氧化生成SOeq \\al(2－,4)，电极反应为SOeq \\al(2－,3)－2e－＋H2O===SOeq \\al(2－,4)＋2H＋，所以半透膜Ⅰ为阴离子交换膜，电极a为阳极，电极b为阴极，在阴极上水电离出的氢离子放电生成氢气，电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，半透膜Ⅱ为阳离子交换膜，钠离子透过半透膜Ⅱ进入右侧，从而得到浓NaOH溶液。根据分析可知电极a为电解池的阳极，A错误；根据分析可知半透膜Ⅰ为阴离子交换膜，半透膜Ⅱ为阳离子交换膜，B正确；根据分析可知电极b为阴极，电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，C错误；气体G为H2，生成标况下22.4 L H2即1 ml H2，则转移2 ml电子，M离子为SOeq \\al(2－,3)，带两个单位负电荷，所以有1 ml M离子移向左室，D错误。
15．以铜作催化剂的一种铝硫电池的示意图如图所示，电池放电时的反应原理为3CuxS＋2Al＋14AlCleq \\al(－,4)===3xCu＋8Al2Cleq \\al(－,7)＋3S2－，下列说法错误的是( )
A．放电时，负极反应为Al＋7AlCleq \\al(－,4)－3e－===4Al2Cleq \\al(－,7)
B．放电时，1 ml CuxS反应时，转移2 ml电子
C．充电时，两电极的质量均增加
D．充电时，K＋通过阳离子交换膜向Cu/CuxS电极移动
【答案】D
【解析】电池放电时，负极电极反应式为Al＋7AlCleq \\al(－,4)－3e－===4Al2Cleq \\al(－,7)，故A正确；放电时，Cu/CuxS为正极，电极反应式为CuxS＋2e－===xCu＋S2－，1 ml CuxS反应时，转移2 ml电子，故B正确；充电时，由电极反应式可知，阴极生成Al，阳极由Cu转化为CuxS，两电极的质量均增加，故C正确；充电时，Al为阴极，K＋通过阳离子交换膜向Al电极移动，故D错误。
二、非选择题(本题共5小题，共55分)
16．(11分)铬是常见的过渡金属之一,研究铬的性质具有重要意义。
(1)在如图装置中,观察到装置甲铜电极上产生大量的无色气体;而装置乙中铜电极上无气体产生,铬电极上产生大量红棕色气体。由此可得到的结论是 。
(2)工业上使用下图装置,采用石墨作电极电解Na2CrO4溶液,使Na2CrO4转化为Na2Cr2O7,其转化原理为 。
(3)CrO3和K2Cr2O7均易溶于水,它们是工业废水造成铬污染的主要原因。要将Cr(Ⅵ)转化为Cr(Ⅲ)常见的处理方法是电解法。
将含的废水通入电解槽内,用铁作阳极,在酸性环境中,加入适量的NaCl进行电解,使阳极生成的Fe2+和发生反应,其离子方程式为 。阴极上、H+、Fe3+都可能放电。若放电,则阴极的电极反应式为 ;若H+放电,则阴极区形成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀,已知常温下,
Cr3+Cr(OH)3,则常温下阴极区溶液pH的范围为 。
【答案】
(1)由装置甲知铬的金属活动性比铜强;由装置乙知常温下铬在浓硝酸中钝化
(2)阳极反应为4OH--4e-=== O2↑+2H2O,使c(H+)增大,从而导致反应2+2H+=== +H2O发生
(3)+6Fe2++14H+=== 2Cr3++6Fe3++7H2O
+6e-+14H+=== 2Cr3++7H2O 8【解析】
由装置甲知铬的金属活动性比铜强;由装置乙知常温下铬在浓硝酸中钝化。
阳极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，使c(H＋)增大，从而导致反应2CrOeq \\al(2－,4)＋2H＋===Cr2Oeq \\al(2－,7)＋H2O发生
(3)酸性环境中阳极生成的Fe2+和发生反应,其离子方程式为+6Fe2++14H+=== 2Cr3++6Fe3++7H2O。阴极上若放电,则阴极的电极反应式为+6e-+14H+=== 2Cr3++7H2O;阴极上若H+放电,则阴极区形成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀,根据题意,若生成Cr(OH)3则10-6 ml·L-117．(10分)(2020浙江杭州七校高二上期中)现需设计一套实验装置来电解饱和食盐水,并测量电解产生的氢气的体积(常温下约6 mL)和检验氯气的氧化性(不应将多余的氯气排入空气中)。
(1)试从上图中选用几种必要的仪器,连成一整套装置,各种仪器接口的连接顺序(填编号)是A接 ,B接 。
(2)铁棒接直流电源的 极;碳棒上发生的电极反应为 。
(3)能说明氯气具有氧化性的实验现象是 。
(4)假定装入的饱和食盐水为50 mL(电解前后溶液体积变化可忽略),当测得的氢气为5.6 mL(已折算成标准状况)时,常温下溶液的pH为 。
(5)工业上采用离子交换膜法电解饱和食盐水,如下图所示,图中的离子交换膜是 (填“阳离子”或“阴离子”)交换膜,溶液B是 。
【答案】
（1）G→F→I；D→E→C （2）负； （3）淀粉–KI溶液变蓝 （4）12
（5）阳离子；NaOH溶液
【解析】（1）产生的氢气的体积用排水量气法测量，常温下的体积约6 mL，所以选I不选H，导管是短进长出，所以A接G；用装有淀粉–KI溶液的洗气瓶检验氯气时，导管要长进短出，所以B接D，氯气要进行尾气处理，则E接C。
（2）题中电解饱和食盐水实验中铁棒应为阴极，连接电源负极，碳棒为阳极，连接直流电源的正极，碳棒上发生的电极反应为。
（3）氯气具有氧化性，能氧化碘离子生成碘单质，碘单质遇到淀粉变蓝色，使淀粉–KI溶液变蓝说明氯气具有氧化性。
（4）因电解饱和食盐水的方程式为eq \(=====,\s\up7(电解))，当产生的的体积为5.6 mL（折算成标准状况）时，其物质的量为，生成氢氧化钠的物质的量为，所以溶液中NaOH的物质的量浓度为0.01 ml/L，则常温下氢离子的浓度为，溶液的pH=12。
（5）氢气在阴极上生成，则b为阴极，a为阳极，阳离子向阴极移动，则离子交换膜允许阳离子通过，所以题图中的离子交换膜为阳离子交换膜；溶液B是NaOH溶液。
18．(12分)(2020江西南昌十中高二上期末)Ⅰ.如图1所示,其中甲池的总反应为2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O,回答下列问题：
(1)甲池燃料电池的负极反应式为 。
(2)写出乙池中电解总反应的化学方程式： 。
(3)甲池中消耗224 mL(标准状况下)O2,此时丙池中理论上最多产生 g沉淀,此时乙池中溶液的体积为400 mL,该溶液的pH= 。
Ⅱ.某同学利用甲醇燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)2的实验装置如图2。若用于制漂白液,a为电池的 极,电解质溶液最好用 。若用于制Fe(OH)2,使用硫酸钠溶液作电解质溶液,阳极选用 作电极。
【答案】
Ⅰ.(1)CH3OH-6e-+8OH-===+6H2O
(2)2CuSO4+2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解)) 2Cu+2H2SO4+O2↑
(3)1.16 1
Ⅱ.负 饱和食盐水 铁(Fe)
【解析】
Ⅰ.(1)甲醇燃料电池中,甲醇在负极发生氧化反应,在碱性环境下变为碳酸根离子,由此书写电极反应式。
(2)乙池为电解池,石墨作阳极,银作阴极,电解足量CuSO4溶液的化学方程式为2CuSO4+2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解)) 2Cu+2H2SO4+O2↑。
(3)丙池中用惰性电极电解氯化镁溶液,总反应为MgCl2+2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解)) Mg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑。甲池为原电池,总反应为2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O,根据串联电路转移电子数相等可知:12e-~6Mg(OH)2,12e-~3O2,消耗0.01 ml O2最终产生Mg(OH)2 0.02 ml,质量为0.02 ml×58 g/ml=1.16 g;乙池总反应为2CuSO4+2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解)) 2Cu+2H2SO4+O2↑,甲池转移电子为0.04 ml,根据关系式4e-~2H2SO4求出溶液中硫酸的浓度,从而求出溶液中的氢离子的浓度。
Ⅱ.用惰性电极电解饱和食盐水,阳极产生氯气,阴极产生氢气,同时生成氢氧化钠溶液,氯气与氢氧化钠溶液反应生成次氯酸钠和氯化钠,所以a为电池的负极,A处生成氢氧化钠溶液,B处产生氯气,直接反应得到漂白液;要产生Fe(OH)2,硫酸钠溶液作电解质溶液,阳极材料为铁,失电子变为亚铁离子。
19．(12分)（1）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。
①制H2时,连接 ； 产生H2的电极方程式是 。
②改变开关连接方式,可得O2。
③结合①和②中电极3的电极反应式,说明电极3的作用：
。
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)。电路中转移1 ml电子,需消耗氧气 L(标准状况)。
【答案】(1)①K1 2H2O+2e-===H2↑+2OH-
③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)Fe3++e-===Fe2+，4Fe2++O2+4H+===4Fe3++2H2O 5.6
【解析】(1)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-。
③①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②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1 ml电子消耗0.25 ml O2,在标准状况下的体积为5.6 L。
20．(12分)在实验室模拟工业上以黄铜矿精矿为原料，制取硫酸铜及金属铜的工艺如下所示：
Ⅰ.将黄铜矿精矿(主要成分为CuFeS2，含有少量CaO、MgO、Al2O3)粉碎。
Ⅱ.采用如下装置进行电化学浸出实验。
将精选黄铜矿粉加入电解槽阳极区，匀速搅拌，使矿粉溶解。在阴极区通入氧气，并加入少量催化剂。
Ⅲ.一段时间后，抽取阴极区溶液，向其中加入有机萃取剂(RH)发生反应：
2RH(有机相)＋Cu2＋(水相)
R2Cu(有机相)＋2H＋(水相)
分离出有机相，向其中加入一定浓度的硫酸，使Cu2＋得以再生。
Ⅳ.电解硫酸铜溶液制得金属铜。
(1)精选黄铜矿粉加入阳极区与硫酸及硫酸铁主要发生以下反应：
CuFeS2＋4H＋===Cu2＋＋Fe2＋＋2H2S
2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋
①阳极区硫酸铁的主要作用是____________________。
②电解过程中，阳极区Fe3＋的浓度基本保持不变，原因是________________________(填离子方程式)。
(2)若在实验室进行步骤Ⅲ，分离有机相和水相的主要实验仪器是________；加入有机萃取剂的目的是____________________________________________________。
(3)步骤Ⅲ，向有机相中加入一定浓度的硫酸，Cu2＋得以再生的原理是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)步骤Ⅳ，若电解200 mL 0.5 ml·L－1的CuSO4溶液，生成铜3.2 g，此时溶液中离子浓度由大到小的顺序是______________。(忽略电解前后溶液体积的变化)
【答案】(1)①吸收硫化氢气体，防止环境污染
②Fe2＋－e－===Fe3＋
(2)分液漏斗 富集Cu2＋，并使Cu2＋与其他金属阳离子分离
(3)增大H＋浓度，使平衡2RH(有机相)＋Cu2＋(水相)R2Cu(有机相)＋2H＋(水相)逆向移动，Cu2＋进入水相得以再生
(4)c(H＋)>c(SOeq \\al(2－,4))>c(Cu2＋)>c(OH－)
【解析】(1)①由发生的反应可知，Fe3＋氧化吸收硫化氢气体，防止环境污染。
②Fe3＋被还原为Fe2＋，Fe2＋在阳极放电：Fe2＋－e－===Fe3＋，又生成Fe3＋，电解过程中，阳极区Fe3＋的浓度基本保持不变。
(2)有机相和水相不互溶，分离有机相和水相通常利用分液的方法，使用的主要仪器为分液漏斗；加入有机萃取剂的目的是富集Cu2＋，并使Cu2＋与其他金属阳离子分离。
(3)向有机相中加入一定浓度的硫酸，增大H＋浓度，使平衡2RH(有机相)＋Cu2＋(水相)R2Cu(有机相)＋2H＋(水相)逆向移动，Cu2＋进入水相得以再生。
(4)电解CuSO4溶液的离子方程式为2Cu2＋＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2Cu＋4H＋＋O2↑，200 mL 0.5 ml·L－1的CuSO4溶液中，n(CuSO4)＝0.2 L×0.5 ml·L－1＝0.1 ml；生成铜3.2 g，其物质的量为eq \f(3.2 g,64 g·ml－1)＝0.05 ml，故电解过程中，消耗Cu2＋0.05 ml，生成0.1 ml H＋，由于溶液中Cu2＋的水解和H2O的电离，故n(H＋)>0.1 ml、n(Cu2＋)<0.05 ml，n(SOeq \\al(2－,4))＝0.1 ml，溶液中OH－浓度很小，故c(H＋)>c(SOeq \\al(2－,4))>c(Cu2＋)>c(OH－)。
(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．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是( )
A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重
B．图b中，开关由M改置于N时，CuZn合金的腐蚀速率减小
C．图c中，接通开关时Zn的腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大
D．图d中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
【答案】B
【解析】选项A，图a中，铁棒发生电化学腐蚀，靠近底端的部分与氧气接触少，腐蚀程度较轻，错误；选项B，图b中开关置于M时，CuZn合金作负极，由M改置于N时，CuZn合金作正极，腐蚀速率减小，正确；选项C，图c中接通开关时Zn作负极，腐蚀速率增大，但氢气在Pt极上放出，错误；选项D，图d中ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由Zn的氧化反应引起的，错误。
2．科学家报道了一种新型可充电Na/Fe二次电池，其工作原理如图所示，下列有关说法正确的是( )
A．充电时，X极为阴极，发生氧化反应
B．充电时，Y极的电极反应式为CaFeO2.5＋0.5Na2O－e－===CaFeO3＋Na＋
C．充电时，可用乙醇代替有机电解质溶液
D．电极材料中，单位质量金属放出的电能：Na＞Li
【答案】B
【解析】放电时，X极上Na失电子，发生氧化反应，为负极，则充电时，X极为阴极，发生还原反应，故A错误；充电时，Y极作阳极，电极反应式为CaFeO2.5＋0.5Na2O－e－===CaFeO3＋Na＋，故B正确；乙醇是非电解质，不能导电，不能作电解质溶液，故C错误；若Na和Li都失去1 ml电子，则电极材料中消耗Na的质量为23 g、Li的质量为7 g，所以单位质量金属放出的电能：Li＞Na，故D错误。
3．下列叙述错误的是( )
A．K与N连接时X为硫酸，一段时间后溶液的pH增大
B．K与M连接时X为硫酸，一段时间后溶液的pH减小
C．K与N连接时X为氯化钠，石墨电极上的反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．K与M连接时X为氯化钠，石墨电极上的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑
【答案】C
【解析】K与N连接时X为硫酸，形成Fe—石墨—H2SO4原电池，正极氢离子得到电子变为氢气，氢离子浓度降低，因此一段时间后溶液的pH增大，故A正确；K与M连接时X为硫酸，石墨为阳极，水电离出的氢氧根离子失去电子变为氧气，铁为阴极，氢离子得到电子变为氢气，整个过程实质是电解水，溶液体积减小，浓度变大，一段时间后溶液的pH减小，故B正确；K与N连接时X为氯化钠，发生铁的吸氧腐蚀，因此石墨电极上的反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故C错误；K与M连接时X为氯化钠，石墨为阳极，氯离子在石墨电极上失去电子变为氯气，因此石墨电极上的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，故D正确。
4．(2020江西南昌十中高二上期末)某兴趣小组设计了如图所示原电池装置(盐桥中吸附有饱和K2SO4溶液)。下列说法正确的是
该原电池的正极反应是Cu2++2e-===Cu
甲烧杯中溶液的红色逐渐变浅
盐桥中的流向甲烧杯
若将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸,电流表指针反向偏转
【答案】B
【解析】该原电池反应为Cu+2FeCl3=== 2FeCl2+CuCl2,正极发生还原反应,为Fe3++e-=== Fe2+,A错误；
甲烧杯中发生反应Fe3++e-=== Fe2+,则甲烧杯中溶液的红色逐渐变浅,B正确；阴离子向负极移动,C错误；
若将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸,Cu仍为负极,Pt仍为正极,电流表指针偏转方向不变,D错误。
5．近来科学家研制了一种新型的乙醇电池(DEFC)，它用磺酸类质子作溶剂，在200 ℃左右时供电，乙醇电池比甲醇电池效率高出32倍且更加安全。电池总反应式为C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，下列说法不正确的是( )
A．C2H5OH在电池的负极上参加反应
B．正极反应式为4H＋＋O2＋4e－===2H2O
C．在外电路中电子由负极沿导线流向正极
D．1 ml乙醇被氧化转移6 ml电子
【答案】D
【解析】在燃料电池中，燃料乙醇在负极上发生失电子的氧化反应，故A正确；燃料电池中，正极上是氧气得电子的还原反应，磺酸类质子作溶剂时，即酸性介质中，电极反应为4H＋＋O2＋4e－===2H2O，故B正确；在燃料电池中，燃料乙醇在负极失电子，在燃料电池的外电路中，电子由负极沿导线流向正极，故C正确；根据电池反应：C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O,1个乙醇分子参与反应转移电子数为12，所以1 ml乙醇被氧化时就有12 ml电子转移，故D错误。
6． (2020浙江金华十校高二上期末)以氨气为原料的燃料电池结构如图所示,下列说法正确的是
a极为电池的正极
负极的电极反应为2NH3-6e-+6OH-=== N2+6H2O
当生成1 ml N2时,电路中通过的电子的物质的量为3 ml
外电路的电流方向为从a极流向b极
【答案】B
【解析】
氨被氧化,发生氧化反应,所以a极为负极,A错误；
负极氨气发生氧化反应,电解质溶液呈碱性,所以负极的电极反应为2NH3-6e-+6OH- === N2+6H2O,B正确；
由负极的电极反应可知,当生成1 ml N2时,电路中通过的电子的物质的量为6 ml,C错误；
电流由正极流向负极,则外电路的电流方向为从b极流向a极,D错误。
7．(2020湖北荆州沙市中学高二上期中)控制适合的条件,将反应2Fe3++2I-2Fe2++I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是
反应开始时,乙中石墨电极上发生氧化反应
反应开始时,甲中石墨电极上Fe3+被还原
电流表读数为零时,反应达到化学平衡状态
电流表读数为零后,在甲中加入FeCl2固体,乙中石墨电极为负极
【答案】D
【解析】根据反应2Fe3++2I-2Fe2++I2可知,铁元素的化合价降低,碘元素的化合价升高,则甲烧杯中的石墨作正极,乙烧杯中的石墨作负极,负极发生氧化反应,正极发生还原反应。乙中石墨周围碘离子发生氧化反应,生成碘单质,电极反应式为2I--2e-=== I2,A正确；甲中石墨电极上Fe3+得电子发生还原反应生成亚铁离子,B正确；当电流表读数为零时,反应达到平衡状态,C正确；加入FeCl2固体,平衡逆向移动,则Fe2+失去电子生成Fe3+,甲中石墨电极为负极,而乙中石墨电极为正极,D错误。
8．水系钠离子电池有成本低、寿命长、环保等诸多优势，未来有望代替锂离子电池和铅酸电池。一种水系钠离子电池放电和充电的工作原理示意图如图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时，电极N上的电势低于电极M上的电势
B．放电时，若导线中流过2 ml e－，理论上有2 ml Na＋移入M电极区
C．充电时，TiO2光电极不参与该过程
D．充电时，阳极的电极反应式为3I－－2e－===Ieq \\al(－,3)
【答案】D
【解析】放电时，电极N上Ieq \\al(－,3)转化为I－，碘元素被还原，所以电极N为正极，则电极M为负极，S2－被氧化为Seq \\al(2－,4)。由上述分析可知，放电时，电极N为正极，电极M为负极，电极N上的电势高于电极M上的电势，A错误；放电时为原电池，原电池中阳离子移向正极，即Na＋移入N电极区，B错误；据图可知充电时I－在TiO2光电极上失电子被氧化为Ieq \\al(－,3)，C错误；充电时阳极上I－被氧化为Ieq \\al(－,3)，电极反应为3I－－2e－===Ieq \\al(－,3)，D正确。
9．CNaMO2电池是科学家正在研发的钠离子电池，据悉该电池可以将传统锂电池的续航能力提升7倍。该电池的电池反应式为NaMO2＋nCeq \(,\s\up11(放电),\s\d4(充电))Na1－xMO2＋NaxCn，下列有关该电池的说法正确的是( )
A．电池放电时，溶液中Na＋向负极移动
B．该电池负极的电极反应为NaMO2－xe－===Na1－xMO2＋xNa＋
C．消耗相同质量金属时，用锂作负极转移电子的物质的量比用钠时少
D．电池充电时的阳极反应式为nC＋xNa＋－xe－===NaxCn
【答案】B
【解析】电池放电时，溶液中Na＋向正极移动，A项错误；该电池负极失去电子，发生氧化反应，电极反应为NaMO2－xe－===Na1－xMO2＋xNa＋，B项正确；由于Li、Na形成化合物时均失去1个电子，Li、Na相对原子质量分别是7、23，故消耗相同质量金属时，用锂作负极转移电子的物质的量比用钠时多，C项错误；电池充电时，阳极发生氧化反应，电极反应式为NaxCn－xe－===nC＋xNa＋，D项错误。
10．(2020广东广州高三调研)2019年诺贝尔化学奖授予了在锂离子电池研发领域作出贡献的三位科学家。一种锂离子电池的结构如图所示,电池反应为LixC6+Li1-xCO2 C6+LiCO2(x<1)。下列说法正确的是
充电时a极接外电源的负极
放电时Li+在电解质中由a极向b极迁移
充电时若转移0.02 ml电子,石墨电极将减少0.14 g
该废旧电池进行“放电处理”有利于锂在LiCO2极回收
【答案】D
【解析】根据电池反应可知,负极反应式为LixC6-xe-=== C6+xLi+,正极反应式为Li1-xCO2+xLi++xe-=== LiCO2,充电时,阴极、阳极反应式与负极、正极反应式正好相反。放电时,a极为正极,得电子,充电时a极为阳极,失电子,故充电时a极接外电源的正极,A错误；原电池中b极为负极,a极为正极,放电时,阳离子移向正极、阴离子移向负极,则Li+在电解质中由b极向a极迁移,B错误；放电时负极反应式为LixC6-xe-=== C6+xLi+,充电时阴极反应式为C6+xLi++xe-=== LixC6,所以充电时若转移0.02 ml电子,石墨电极将增重0.02 ml×7 g/ml=0.14 g,C错误；放电时,阳离子移向正极,即“放电处理”有利于Li+移向正极并进入正极材料,有利于锂在LiCO2极回收,D正确。
11．由于具有超低耗电量、寿命长的特点，LED产品越来越受人欢迎。如图是氢氧燃料电池驱动LED发光二极管发光的装置。下列说法中正确的是( )
A．a处通入的气体是氧气，b处通入的气体是氢气
B．该装置中只涉及两种形式的能量变化
C．电池正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．P型半导体连接的是电池负极
【答案】C
【解析】A项，由电子流向可知a为负极，b为正极，负极上发生氧化反应，通入的是氢气，正极上发生还原反应，通入的是氧气，故A错误；该装置的能量转换有化学能、电能和光能，故B错误；a为负极，发生的电极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O，b为正极，发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故C正确；P型半导体连接的是电池正极，故D错误。
12．(2020福建师大附中高二上期中)一种电解法制备高纯铬和硫酸的简单装置如图所示。下列说法正确的是
b为直流电源的负极
阴极反应式为2H++2e-=== H2↑
工作时,乙池中溶液的pH减小
若有1 ml离子通过A膜,理论上阳极生成5.6 mL气体
【答案】C
【解析】该装置制备高纯铬和硫酸,甲池中Cr棒上Cr3+得电子发生还原反应,则Cr棒为阴极,连接阴极的电极a为负极,则b为正极,A错误；根据分析可知,阴极反应为Cr3++3e-=== Cr,阳极反应为2H2O-4e-=== O2↑+4H+,B错误；甲池中的硫酸根离子通过阴膜进入乙池,丙池中生成的氢离子通过A膜进入乙池,所以导致乙池中硫酸浓度增大,溶液的pH减小,C正确；若有1 ml离子通过A膜,则丙池生成1 ml氢离子,理论上阳极生成的气体(氧气)为×1=0.25 ml,不知道气体所处状况,无法计算生成氧气的体积,D错误。
13．南京工业大学IAM团队将蚕茧炭化形成氮掺杂的高导电炭材料，该材料作为微生物燃料电池的电极具有较好的生物相容性，提升了电子传递效率。利用该材料制备的微生物电池可降解污水中的有机物(以CH3CHO为例)，其装置原理如图所示。下列判断错误的是( )
A．该微生物电池在处理废水时还能输出电能
B．该微生物电池工作时，电子由a极经负载流到b极
C．该微生物电池原理图中的离子交换膜为阴离子交换膜
D．该微生物电池的负极反应为CH3CHO＋3H2O－10e－===2CO2↑＋10H＋
【答案】C
【解析】该微生物电池工作时是原电池，在处理废水时，将化学能转化为电能，能输出电能，A不符合题意；a电极为电池的负极，b电极为正极，该微生物电池工作时，电子由负极a极经负载流到正极b极，B不符合题意；负极上乙醛放电生成的氢离子经质子交换膜流向正极，离子交换膜为质子交换膜，C符合题意；由题图知，微生物电池中，a电极为电池的负极，酸性条件下乙醛在负极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳，电极反应式为CH3CHO＋3H2O－10e－===2CO2↑＋10H＋，D不符合题意。
14．碱吸—电解法处理硫酸厂烟气中SO2的流程和电解过程如下图。下列说法正确的是( )
A．电极a为电解池的阴极
B．半透膜Ⅰ为阴离子交换膜，半透膜Ⅱ为阳离子交换膜
C．电极b上发生的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
D．若收集到标准状况下22.4 L的气体G，则有2 ml M离子移向左室
【答案】B
【解析】电极a室注入稀硫酸得到浓硫酸，说明SOeq \\al(2－,3)通过半透膜Ⅰ进入左侧，在a电极上被氧化生成SOeq \\al(2－,4)，电极反应为SOeq \\al(2－,3)－2e－＋H2O===SOeq \\al(2－,4)＋2H＋，所以半透膜Ⅰ为阴离子交换膜，电极a为阳极，电极b为阴极，在阴极上水电离出的氢离子放电生成氢气，电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，半透膜Ⅱ为阳离子交换膜，钠离子透过半透膜Ⅱ进入右侧，从而得到浓NaOH溶液。根据分析可知电极a为电解池的阳极，A错误；根据分析可知半透膜Ⅰ为阴离子交换膜，半透膜Ⅱ为阳离子交换膜，B正确；根据分析可知电极b为阴极，电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，C错误；气体G为H2，生成标况下22.4 L H2即1 ml H2，则转移2 ml电子，M离子为SOeq \\al(2－,3)，带两个单位负电荷，所以有1 ml M离子移向左室，D错误。
15．以铜作催化剂的一种铝硫电池的示意图如图所示，电池放电时的反应原理为3CuxS＋2Al＋14AlCleq \\al(－,4)===3xCu＋8Al2Cleq \\al(－,7)＋3S2－，下列说法错误的是( )
A．放电时，负极反应为Al＋7AlCleq \\al(－,4)－3e－===4Al2Cleq \\al(－,7)
B．放电时，1 ml CuxS反应时，转移2 ml电子
C．充电时，两电极的质量均增加
D．充电时，K＋通过阳离子交换膜向Cu/CuxS电极移动
【答案】D
【解析】电池放电时，负极电极反应式为Al＋7AlCleq \\al(－,4)－3e－===4Al2Cleq \\al(－,7)，故A正确；放电时，Cu/CuxS为正极，电极反应式为CuxS＋2e－===xCu＋S2－，1 ml CuxS反应时，转移2 ml电子，故B正确；充电时，由电极反应式可知，阴极生成Al，阳极由Cu转化为CuxS，两电极的质量均增加，故C正确；充电时，Al为阴极，K＋通过阳离子交换膜向Al电极移动，故D错误。
二、非选择题(本题共5小题，共55分)
16．(11分)铬是常见的过渡金属之一,研究铬的性质具有重要意义。
(1)在如图装置中,观察到装置甲铜电极上产生大量的无色气体;而装置乙中铜电极上无气体产生,铬电极上产生大量红棕色气体。由此可得到的结论是 。
(2)工业上使用下图装置,采用石墨作电极电解Na2CrO4溶液,使Na2CrO4转化为Na2Cr2O7,其转化原理为 。
(3)CrO3和K2Cr2O7均易溶于水,它们是工业废水造成铬污染的主要原因。要将Cr(Ⅵ)转化为Cr(Ⅲ)常见的处理方法是电解法。
将含的废水通入电解槽内,用铁作阳极,在酸性环境中,加入适量的NaCl进行电解,使阳极生成的Fe2+和发生反应,其离子方程式为 。阴极上、H+、Fe3+都可能放电。若放电,则阴极的电极反应式为 ;若H+放电,则阴极区形成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀,已知常温下,
Cr3+Cr(OH)3,则常温下阴极区溶液pH的范围为 。
【答案】
(1)由装置甲知铬的金属活动性比铜强;由装置乙知常温下铬在浓硝酸中钝化
(2)阳极反应为4OH--4e-=== O2↑+2H2O,使c(H+)增大,从而导致反应2+2H+=== +H2O发生
(3)+6Fe2++14H+=== 2Cr3++6Fe3++7H2O
+6e-+14H+=== 2Cr3++7H2O 8
由装置甲知铬的金属活动性比铜强;由装置乙知常温下铬在浓硝酸中钝化。
阳极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，使c(H＋)增大，从而导致反应2CrOeq \\al(2－,4)＋2H＋===Cr2Oeq \\al(2－,7)＋H2O发生
(3)酸性环境中阳极生成的Fe2+和发生反应,其离子方程式为+6Fe2++14H+=== 2Cr3++6Fe3++7H2O。阴极上若放电,则阴极的电极反应式为+6e-+14H+=== 2Cr3++7H2O;阴极上若H+放电,则阴极区形成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀,根据题意,若生成Cr(OH)3则10-6 ml·L-1
(1)试从上图中选用几种必要的仪器,连成一整套装置,各种仪器接口的连接顺序(填编号)是A接 ,B接 。
(2)铁棒接直流电源的 极;碳棒上发生的电极反应为 。
(3)能说明氯气具有氧化性的实验现象是 。
(4)假定装入的饱和食盐水为50 mL(电解前后溶液体积变化可忽略),当测得的氢气为5.6 mL(已折算成标准状况)时,常温下溶液的pH为 。
(5)工业上采用离子交换膜法电解饱和食盐水,如下图所示,图中的离子交换膜是 (填“阳离子”或“阴离子”)交换膜,溶液B是 。
【答案】
（1）G→F→I；D→E→C （2）负； （3）淀粉–KI溶液变蓝 （4）12
（5）阳离子；NaOH溶液
【解析】（1）产生的氢气的体积用排水量气法测量，常温下的体积约6 mL，所以选I不选H，导管是短进长出，所以A接G；用装有淀粉–KI溶液的洗气瓶检验氯气时，导管要长进短出，所以B接D，氯气要进行尾气处理，则E接C。
（2）题中电解饱和食盐水实验中铁棒应为阴极，连接电源负极，碳棒为阳极，连接直流电源的正极，碳棒上发生的电极反应为。
（3）氯气具有氧化性，能氧化碘离子生成碘单质，碘单质遇到淀粉变蓝色，使淀粉–KI溶液变蓝说明氯气具有氧化性。
（4）因电解饱和食盐水的方程式为eq \(=====,\s\up7(电解))，当产生的的体积为5.6 mL（折算成标准状况）时，其物质的量为，生成氢氧化钠的物质的量为，所以溶液中NaOH的物质的量浓度为0.01 ml/L，则常温下氢离子的浓度为，溶液的pH=12。
（5）氢气在阴极上生成，则b为阴极，a为阳极，阳离子向阴极移动，则离子交换膜允许阳离子通过，所以题图中的离子交换膜为阳离子交换膜；溶液B是NaOH溶液。
18．(12分)(2020江西南昌十中高二上期末)Ⅰ.如图1所示,其中甲池的总反应为2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O,回答下列问题：
(1)甲池燃料电池的负极反应式为 。
(2)写出乙池中电解总反应的化学方程式： 。
(3)甲池中消耗224 mL(标准状况下)O2,此时丙池中理论上最多产生 g沉淀,此时乙池中溶液的体积为400 mL,该溶液的pH= 。
Ⅱ.某同学利用甲醇燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)2的实验装置如图2。若用于制漂白液,a为电池的 极,电解质溶液最好用 。若用于制Fe(OH)2,使用硫酸钠溶液作电解质溶液,阳极选用 作电极。
【答案】
Ⅰ.(1)CH3OH-6e-+8OH-===+6H2O
(2)2CuSO4+2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解)) 2Cu+2H2SO4+O2↑
(3)1.16 1
Ⅱ.负 饱和食盐水 铁(Fe)
【解析】
Ⅰ.(1)甲醇燃料电池中,甲醇在负极发生氧化反应,在碱性环境下变为碳酸根离子,由此书写电极反应式。
(2)乙池为电解池,石墨作阳极,银作阴极,电解足量CuSO4溶液的化学方程式为2CuSO4+2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解)) 2Cu+2H2SO4+O2↑。
(3)丙池中用惰性电极电解氯化镁溶液,总反应为MgCl2+2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解)) Mg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑。甲池为原电池,总反应为2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O,根据串联电路转移电子数相等可知:12e-~6Mg(OH)2,12e-~3O2,消耗0.01 ml O2最终产生Mg(OH)2 0.02 ml,质量为0.02 ml×58 g/ml=1.16 g;乙池总反应为2CuSO4+2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解)) 2Cu+2H2SO4+O2↑,甲池转移电子为0.04 ml,根据关系式4e-~2H2SO4求出溶液中硫酸的浓度,从而求出溶液中的氢离子的浓度。
Ⅱ.用惰性电极电解饱和食盐水,阳极产生氯气,阴极产生氢气,同时生成氢氧化钠溶液,氯气与氢氧化钠溶液反应生成次氯酸钠和氯化钠,所以a为电池的负极,A处生成氢氧化钠溶液,B处产生氯气,直接反应得到漂白液;要产生Fe(OH)2,硫酸钠溶液作电解质溶液,阳极材料为铁,失电子变为亚铁离子。
19．(12分)（1）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。
①制H2时,连接 ； 产生H2的电极方程式是 。
②改变开关连接方式,可得O2。
③结合①和②中电极3的电极反应式,说明电极3的作用：
。
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)。电路中转移1 ml电子,需消耗氧气 L(标准状况)。
【答案】(1)①K1 2H2O+2e-===H2↑+2OH-
③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)Fe3++e-===Fe2+，4Fe2++O2+4H+===4Fe3++2H2O 5.6
【解析】(1)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-。
③①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②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1 ml电子消耗0.25 ml O2,在标准状况下的体积为5.6 L。
20．(12分)在实验室模拟工业上以黄铜矿精矿为原料，制取硫酸铜及金属铜的工艺如下所示：
Ⅰ.将黄铜矿精矿(主要成分为CuFeS2，含有少量CaO、MgO、Al2O3)粉碎。
Ⅱ.采用如下装置进行电化学浸出实验。
将精选黄铜矿粉加入电解槽阳极区，匀速搅拌，使矿粉溶解。在阴极区通入氧气，并加入少量催化剂。
Ⅲ.一段时间后，抽取阴极区溶液，向其中加入有机萃取剂(RH)发生反应：
2RH(有机相)＋Cu2＋(水相)
R2Cu(有机相)＋2H＋(水相)
分离出有机相，向其中加入一定浓度的硫酸，使Cu2＋得以再生。
Ⅳ.电解硫酸铜溶液制得金属铜。
(1)精选黄铜矿粉加入阳极区与硫酸及硫酸铁主要发生以下反应：
CuFeS2＋4H＋===Cu2＋＋Fe2＋＋2H2S
2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋
①阳极区硫酸铁的主要作用是____________________。
②电解过程中，阳极区Fe3＋的浓度基本保持不变，原因是________________________(填离子方程式)。
(2)若在实验室进行步骤Ⅲ，分离有机相和水相的主要实验仪器是________；加入有机萃取剂的目的是____________________________________________________。
(3)步骤Ⅲ，向有机相中加入一定浓度的硫酸，Cu2＋得以再生的原理是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)步骤Ⅳ，若电解200 mL 0.5 ml·L－1的CuSO4溶液，生成铜3.2 g，此时溶液中离子浓度由大到小的顺序是______________。(忽略电解前后溶液体积的变化)
【答案】(1)①吸收硫化氢气体，防止环境污染
②Fe2＋－e－===Fe3＋
(2)分液漏斗 富集Cu2＋，并使Cu2＋与其他金属阳离子分离
(3)增大H＋浓度，使平衡2RH(有机相)＋Cu2＋(水相)R2Cu(有机相)＋2H＋(水相)逆向移动，Cu2＋进入水相得以再生
(4)c(H＋)>c(SOeq \\al(2－,4))>c(Cu2＋)>c(OH－)
【解析】(1)①由发生的反应可知，Fe3＋氧化吸收硫化氢气体，防止环境污染。
②Fe3＋被还原为Fe2＋，Fe2＋在阳极放电：Fe2＋－e－===Fe3＋，又生成Fe3＋，电解过程中，阳极区Fe3＋的浓度基本保持不变。
(2)有机相和水相不互溶，分离有机相和水相通常利用分液的方法，使用的主要仪器为分液漏斗；加入有机萃取剂的目的是富集Cu2＋，并使Cu2＋与其他金属阳离子分离。
(3)向有机相中加入一定浓度的硫酸，增大H＋浓度，使平衡2RH(有机相)＋Cu2＋(水相)R2Cu(有机相)＋2H＋(水相)逆向移动，Cu2＋进入水相得以再生。
(4)电解CuSO4溶液的离子方程式为2Cu2＋＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2Cu＋4H＋＋O2↑，200 mL 0.5 ml·L－1的CuSO4溶液中，n(CuSO4)＝0.2 L×0.5 ml·L－1＝0.1 ml；生成铜3.2 g，其物质的量为eq \f(3.2 g,64 g·ml－1)＝0.05 ml，故电解过程中，消耗Cu2＋0.05 ml，生成0.1 ml H＋，由于溶液中Cu2＋的水解和H2O的电离，故n(H＋)>0.1 ml、n(Cu2＋)<0.05 ml，n(SOeq \\al(2－,4))＝0.1 ml，溶液中OH－浓度很小，故c(H＋)>c(SOeq \\al(2－,4))>c(Cu2＋)>c(OH－)。
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