高中人教版 (2019)第四章 化学反应与电能本单元综合与测试优秀达标测试

这是一份高中人教版 (2019)第四章 化学反应与电能本单元综合与测试优秀达标测试，共15页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

一、选择题(本题包括10小题,每小题2分,共20分。每小题只有一个选项符合题意)


1.下列事实不能用电化学原理解释的是( )


A.铝片不用特殊方法保护


B.轮船水线下的船体上装一定数量的锌块


C.纯锌与稀硫酸反应时,滴入少量CuSO4溶液后速率增大


D.镀锌铁比较耐用


解析铝能与空气中的O2化合生成致密的氧化膜,保护铝不受腐蚀;B项是牺牲阳极法;C项锌与置换出的铜构成原电池,增大反应速率;镀锌铁破损后,锌比铁活泼,仍能起保护作用,比较耐用。


答案A


2.下列叙述正确的是( )


A.电解饱和食盐水制烧碱时,Fe作阳极,石墨作阴极


B.电解氯化铜溶液时,阳极上产生的气体质量和阴极上析出的铜的质量相等


C.钢铁在空气中发生电化学腐蚀时,铁作负极


D.原电池工作时,阳离子移向电池的负极


解析电解饱和食盐水制烧碱时,阳极必须是惰性电极,A错误;电解氯化铜溶液时,实质是电解氯化铜本身,阳极上产生的气体质量和阴极上析出的铜的质量不相等,B错误;钢铁在空气中发生电化学腐蚀,不论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀,均是铁作负极,C正确;原电池工作时,阳离子移向电池的正极,D错误。


答案C


3.下列叙述中,正确的是( )


①电解池是将化学能转变为电能的装置 ②原电池是将电能转变成化学能的装置 ③金属和石墨导电均为物理变化,电解质溶液导电是化学变化 ④不能自发进行的氧化还原反应,通过电解的原理有可能实现 ⑤电镀过程相当于金属的“迁移”,可视为物理变化


A.①②③④B.只有③④


C.③④⑤D.只有④


答案B


4.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.氢氧燃料电池的负极反应:O2+2H2O+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.钢铁发生电化学腐蚀的正极反应:Fe-2e-Fe2+


解析在氢氧燃料电池的负极上反应的是氢气;粗铜精炼时,纯铜与电源的负极相连,电极反应为Cu2++2e-Cu;钢铁腐蚀的负极反应是Fe-2e-Fe2+。


答案A


5.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闭合电键后,外电路电子由a极流向b极


D.装置④的离子交换膜允许阳离子、阴离子、水分子自由通过


解析装置①中阳极上氯离子放电生成氯气,故A错误;装置②是电镀装置,待镀铁制品作阴极,应与电源负极相连,故B错误;装置③闭合电键后,a极是负极,因此外电路电子由a极流向b极,故C正确;装置④的离子交换膜只允许阳离子、水分子自由通过,故D错误。


答案C





6.某小组为研究电化学原理,设计右图装置,下列叙述不正确的是( )


A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出


B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为Cu2++2e-Cu


C.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色


D.a和b分别连接直流电源正、负极,电压足够大时,Cu2+向铜电极移动


解析a和b不连接时,铁与CuSO4溶液发生反应:Fe+Cu2+Fe2++Cu,A项正确;a和b用导线连接时,组成了原电池,Fe为负极,Cu为正极,铜片上发生还原反应:Cu2++2e-Cu,铁片上发生氧化反应:Fe-2e-Fe2+,B项正确;通过以上分析可知,无论a和b是否连接,均发生反应Fe+Cu2+Fe2++Cu,故溶液均从蓝色(Cu2+的颜色)逐渐变成浅绿色(Fe2+的颜色),C项正确;a和b分别连接直流电源正、负极时,构成电解池,铜片为阳极,铁片为阴极,Cu2+应向阴极(铁电极)移动,D项错误。


答案D


7.金属镍有广泛的用途,粗镍中含有少量的Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,用电解法制备高纯度的镍,下列叙述中正确的是( )


A.阳极发生还原反应,其电极反应式为Ni2++2e-Ni


B.电解过程中,阳极减少的质量与阴极增加的质量相等


C.电解后,溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+


D.电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt


解析A项,阳极应发生氧化反应。C项,根据金属活动性顺序和金属阳离子的氧化强弱,阳极反应为Zn-2e-Zn2+、Fe-2e-Fe2+、Ni-2e-Ni2+,Cu、Pt在该条件下不失电子,阴极反应为Ni2++2e-Ni。比较两电极反应,因Zn、Fe、Ni的相对原子质量不等,当两极通过相同的电量时,阳极减少的质量与阴极增加的质量不等。


答案D


8.(2019天津卷)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池,其工作原理示意图如下。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 ml I-被氧化


D.充电时,a电极接外电源负极


解析根据离子和电子的移动方向可知,a电极是正极,b电极是负极。放电时,负极电极反应为Zn-2e-Zn2+,正极电极反应为I2Br-+2e-2I-+Br-,显然A、B正确;充电时,b电极电极反应为Zn2++2e-Zn,每增重0.65 g转移0.02 ml e-,根据以上分析,可知溶液中有0.02 ml I-被氧化,C正确;充电时,阳极接电源正极,故D错误。


答案D


9.





(2017全国Ⅰ)支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是( )


A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零


B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩


C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流


D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整


解析外加电流法可使被保护的钢管桩上无腐蚀电流,A项正确;通电后,高硅铸铁为惰性阳极,钢管桩为阴极,外电路电子从阳极流向阴极,B项正确;由于高硅铸铁为惰性阳极,因此应是海水中的OH-失电子,2H2O-4e-O2↑+4H+,因此阳极材料不被损耗,C项错误;用外加电流法进行防腐时,应依据环境条件变化调整电流大小。


答案C


10.按下图装置实验,若x轴表示流入阴极的电子的物质的量,则y轴可表示( )





①c(Ag+) ②c(AgNO3) ③a棒的质量 ④b棒的质量 ⑤溶液的pH


A.①③B.③④


C.①②④D.①②⑤


解析该电解池中,随着电解的进行,c(Ag+)不变,c(AgNO3)不变,溶液的pH不变。因为阳极反应式为Ag-e-Ag+,阴极反应式为Ag++e-Ag,故b棒质量减小,a棒质量增大。


答案D


二、选择题(本题包括5小题,每小题4分,共20分。每小题有一个或两个选项符合题意)


11.(2020辽宁锦州模拟)肼(N2H4)暴露在空气中容易爆炸,但是以其为燃料的燃料电池是一种理想的电池,具有容量大、能量转化率高、产物无污染等特点,其工作原理如图所示,下列叙述正确的是( )





A.电池工作时,正极附近的pH增大


B.当消耗1 ml O2时,有2 ml Na+由甲槽向乙槽迁移


C.负极反应式为4OH-+N2H4-4e-N2↑+4H2O


D.若去掉阳离子交换膜,电池也能正常工作


解析电池工作时,O2在正极发生还原反应:O2+2H2O+4e-4OH-,由于生成OH-,溶液的pH增大,A正确;当消耗1 ml O2时,电路中转移4 ml电子,生成4 ml OH-,为保持溶液呈电中性,应有4 ml Na+由甲槽向乙槽迁移,B错误;N2H4在负极上失电子发生氧化反应,则负极反应式为4OH-+N2H4-4e-N2↑+4H2O,C正确;若去掉阳离子交换膜,肼会与水中溶解的氧气直接接触,发生爆炸,无法正常工作,D错误。


答案AC


12.(2018全国Ⅰ)最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置,实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下所示,其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生反应为:


①EDTA-Fe2+-e-EDTA-Fe3+


②2EDTA-Fe3++H2S2H++S+2EDTA-Fe2+





该装置工作时,下列叙述错误的是( )


A.阴极的电极反应:CO2+2H++2e-CO+H2O


B.协同转化总反应:CO2+H2SCO+H2O+S


C.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低


D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性


解析根据图示可知,ZnO@石墨烯电极上发生还原反应,则该电极为阴极,电极反应式为CO2+2H++2e-CO+H2O,A项正确;根据题干信息及图中两电极上的反应可知,该电化学装置(电解池)中的总反应为CO2+H2SCO+S+H2O,B项正确;石墨烯作阳极,ZnO@石墨烯作阴极,阳极上的电势应高于阴极上的电势,C项错误;若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性,否则Fe3+、Fe2+可形成沉淀,且H2S和S不能稳定存在,D项正确。


答案C


13.(2018全国Ⅲ)一种可充电锂-空气电池如图所示。当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。下列说法正确的是( )





A.放电时,多孔碳材料电极为负极


B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极


C.充电时,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移


D.充电时,电池总反应为Li2O2-x2Li+(1-x2)O2


解析放电时,该电池中锂作负极,多孔碳材料作正极,A项错误;放电时,外电路电子由负极流向正极,即由锂电极流向多孔碳材料电极,B项错误;充电时,锂电极作阴极,多孔碳材料电极作阳极,电解质溶液中Li+应向锂电极区移动,C项错误;充电反应与放电反应相反:Li2O2-x2Li+(1-x2)O2,D项正确。


答案D


14.500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3-)=6.0 ml·L-1,用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到22.4 L气体(标准状况),假定电解后溶液体积仍为500 mL,下列说法正确的是( )


A.原混合溶液中c(K+)为2 ml·L-1


B.上述电解过程中共转移4 ml电子


C.电解得到的Cu的物质的量为0.5 ml


D.电解后溶液中c(H+)为2 ml·L-1


解析两极都收集到22.4 L气体,说明阴极上发生的反应依次为:①Cu2++2e-Cu;②2H++2e-H2↑,阳极只生成O2:4OH--4e-O2↑+2H2O,n(H2)=n(O2)=1 ml,则n(e-)=4 ml,B正确。根据电子转移守恒得,原溶液中n(Cu2+)=1 ml,根据电荷守恒有n(K+)+n(Cu2+)×2=n(NO3-),所以n(K+)=1 ml,c(K+)=2 ml·L-1,A正确。根据Cu析出后,溶液中只有KNO3和HNO3,由电荷守恒可推出c(H+)=4 ml·L-1。


答案AB


15.某兴趣小组设计如下微型实验装置。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A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


解析由题意知,断开K2,闭合K1时,两极均有气泡产生,则说明铜电极没有参与反应,则铜电极一定作阴极,石墨电极作阳极,所以总反应的离子方程式应为2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-,铜电极附近溶液变红,故A、B项均错误;断开K1,闭合K2时,氯气在石墨电极上得到电子生成Cl-,氢气在铜电极上失去电子生成氢离子,所以此时石墨电极作正极,铜电极作负极,故C项错误,D项正确。


答案D


三、非选择题(本题共5小题,共60分)


16.(12分)如图是一个甲烷燃料电池工作时的示意图,乙池中的两个电极一个是石墨电极,一个是铁电极,工作时,M、N两个电极的质量都不减少,请回答下列问题:





(1)M电极的材料是 ,其电极名称是 ,


N的电极反应式为 ,


乙池的总反应是 ,


通入甲烷的铂电极的电极反应式为 。


(2)在此过程中,乙池中某一电极析出金属银4.32 g 时,甲池中理论上消耗氧气 L(标准状况下),若此时乙池溶液的体积为400 mL,则乙池溶液的H+的浓度为 。


解析(1)通入甲烷的一极为燃料电池的负极,与其相连的M电极为阴极,通入O2的一极为燃料电池的正极,与其相连的N电极为阳极,工作时M、N两个电极的质量都不减少,故N极为石墨电极,M极为铁电极,乙池为电解池。


(2)设甲池中理论上消耗氧气体积为x,乙池中生成H+的物质的量为y。则:


4AgNO3~4Ag ~ O2 ~4H+


4×108 g 22.4 L 4 ml


4.32 g x y


解得:x=0.224 L,y=0.04 ml。


c(H+)=n(H+)V=0.04ml0.4 L=0.1 ml·L-1。


答案(1)铁 阴极 4OH--4e-O2↑+2H2O


4AgNO3+2H2O4Ag+4HNO3+O2↑ CH4+10OH--8e-CO32-+7H2O


(2)0.224 0.1 ml·L-1


17.(12分)如图装置所示,C、D、E、F都是惰性电极,甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变),A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后,F极附近呈红色。


请回答:





(1)B极是电源的 ,一段时间后,甲中溶液颜色 。


(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时,对应单质的物质的量之比为 。


(3)现用丙装置给铜件镀银,则H应是 ,电镀液是 溶液。


(4)若将C电极换为铁,其他装置都不变,则甲中发生的总反应的离子方程式为 。


解析(1)F极附近溶液呈红色,说明F极是阴极,产生了NaOH,则B极是电源的负极。(2)甲中,C极为阳极,阳极发生氧化反应:4OH--4e-2H2O+O2↑;D极为阴极,阴极发生还原反应:2Cu2++4e-2Cu。乙中,E极为阳极,电极反应为4Cl--4e-2Cl2↑,F极为阴极,电极反应为4H++4e-2H2↑。甲、乙串联,转移电子的数目相同,故C、D、E、F电极产生单质的物质的量之比为n(O2)∶n(Cu)∶n(Cl2)∶n(H2)=1∶2∶2∶2。(3)H极与电源负极相连,H极为阴极,电镀时,镀件应作阴极,即H应该是镀件,电镀液可以是AgNO3溶液。(4)若C电极为铁,铁为活性电极,阳极反应为Fe-2e-Fe2+,阴极反应为Cu2++2e-Cu,总反应为Fe+Cu2+Cu+Fe2+。


答案(1)负极 变浅


(2)1∶2∶2∶2


(3)铜件 AgNO3


(4)Fe+Cu2+Cu+Fe2+


18.(12分)(1)(2018天津卷,10节选)O2辅助的Al-CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大,能有效利用CO2,电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。





电池的负极反应式: 。


电池的正极反应式:6O2+6e-6O2-


6CO2+6O2-3C2O42-+6O2


反应过程中O2的作用是 。


该电池的总反应式: 。


(2)(2018全国Ⅰ,27节选)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为 。电解后, 室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5。





解析(1)该电池中Al作负极,电解质为含AlCl3的离子液体,故负极反应为Al-3e-Al3+。正极为多孔碳电极,根据正极反应式,得正极总反应为6CO2+6e-3C2O42-,O2不参与正极的总反应,故O2为催化剂。将负极反应:2Al-6e-2Al3+和正极总反应:6CO2+6e-3C2O42-相加,可得该电池的总反应式为2Al+6CO2Al2(C2O4)3。


(2)阳极发生氧化反应:2H2O-4e-4H++O2↑,阳极室H+向a室迁移,a室中的Na2SO3转化成NaHSO3。阴极发生还原反应析出H2,OH-增多,Na+由a室向b室迁移,则b室中Na2SO3浓度增大。


答案(1)Al-3e-Al3+(或2Al-6e-2Al3+) 催化剂 2Al+6CO2Al2(C2O4)3


(2)2H2O-4e-4H++O2↑ a


19.(12分)(2018全国Ⅲ)KIO3是一种重要的无机化合物,可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题:


(1)KIO3的化学名称是 。


(2)利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示:





“酸化反应”所得产物有KH(IO3)2、Cl2和KCl。“逐Cl2”采用的方法是 。“滤液”中的溶质主要是 。“调pH”中发生反应的化学方程式为 。


(3)KIO3也可采用“电解法”制备,装置如图所示。





①写出电解时阴极的电极反应式 。


②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为 ,其迁移方向是 。


③与“电解法”相比,“KClO3氧化法”的主要不足之处有 (写出一点)。


解析(2)温度升高气体溶解度减小;Cl2被逐出,KH(IO3)2结晶析出,“滤液”中溶质主要是KCl;“调pH”目的是生成KIO3,所以选用KOH溶液,发生反应的化学方程式为KH(IO3)2+KOH2KIO3+H2O(或HIO3+KOHKIO3+H2O)。


(3)①阴极区电解质是KOH,被电解的是H2O:2H2O+2e-2OH-+H2↑;


②电解时,阳离子向阴极区移动,故K+由a向b迁移;


③“KClO3氧化法”中产生有毒气体Cl2,易污染环境。


答案(1)碘酸钾


(2)加热 KCl KH(IO3)2+KOH2KIO3+H2O(或HIO3+KOHKIO3+H2O)


(3)①2H2O+2e-2OH-+H2↑ ②K+ 由a到b ③产生Cl2易污染环境等


20.(12分)(1)(2019北京卷,27节选)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: 。


(2)(2019全国Ⅱ,27节选)环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2],结构简式为),后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如下图所示,其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。





该电解池的阳极为 ,总反应为 。电解制备需要在无水条件下进行,原因为 。


(3)(2019全国Ⅲ,28节选)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)。


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Fe的化合价升高为+2价可知,Fe发生氧化反应,故Fe作阳极;根据二茂铁的分子式可知,两个环戊二烯去掉2个H原子,再结合所给信息,可得总反应方程式为Fe+2+H2↑[Fe+2C5H6Fe(C5H5)2+H2↑]。有水存在的条件下,Na+不能得到电子生成Na,而是H2O得电子生成H2和OH-,OH-会与Fe2+反应生成Fe(OH)2。


(3)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。


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)Fe电极 Fe+2+H2↑(Fe+2C5H6Fe(C5H5)2+H2↑) 水会阻碍中间物Na的生成;水会电解生成OH-,进一步与Fe2+反应生成Fe(OH)2


(3)Fe3++e-Fe2+,4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O 5.6