山东专用高考化学一轮复习专题十一化学能与电能的转化_模拟集训含解析

这是一份山东专用高考化学一轮复习专题十一化学能与电能的转化_模拟集训含解析，共63页。

专题十一　化学能与电能的转化

【5年高考】
考点一　原电池原理　化学电源
1.(2020天津,11,3分)熔融钠-硫电池性能优良,是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为2Na+xSNa2Sx(x=5~3,难溶于熔融硫)。下列说法错误的是 (　　)

A.Na2S4的电子式为Na+[··S······S······S······S······]2-Na+
B.放电时正极反应为xS+2Na++2e-Na2Sx
C.Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极
D.该电池是以Na-β-Al2O3为隔膜的二次电池
答案　C
2.(2019浙江4月选考,12,2分)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。

下列说法不正确的是 (　　)
A.甲:Zn2+向Cu电极方向移动,Cu电极附近溶液中H+浓度增加
B.乙:正极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-
C.丙:锌筒作负极,发生氧化反应,锌筒会变薄
D.丁:使用一段时间后,电解质溶液的酸性减弱,导电能力下降
答案　A
3.(2018课标Ⅲ,11,6分)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↑
答案　D
4.(2016课标Ⅱ,11,6分)Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误··的是 (　　)
A.负极反应式为Mg-2e-Mg2+
B.正极反应式为Ag++e-Ag
C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移
D.负极会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑
答案　B
5.(2021浙江1月选考,22,2分)镍镉电池是二次电池,其工作原理示意图如下(L为小灯泡,K1、K2为开关,a、b为直流电源的两极)。

下列说法不正确的是 (　　)
A.断开K2、合上K1,镍镉电池能量转化形式:化学能→电能
B.断开K1、合上K2,电极A为阴极,发生还原反应
C.电极B发生氧化反应过程中,溶液中KOH浓度不变
D.镍镉二次电池的总反应式:
Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2
答案　C
考点二　电解原理及其应用

6.(2020课标Ⅱ,12)电致变色器件可智能调控太阳光透过率,从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时,Ag+注入到无色WO3薄膜中,生成AgxWO3,器件呈现蓝色,对于该变化过程,下列叙述错误的是 (　　)

A.Ag为阳极
B.Ag+由银电极向变色层迁移
C.W元素的化合价升高
D.总反应为:WO3+xAg=AgxWO3
答案　C
7.(2019课标Ⅲ,13,6分)为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D-Zn—NiOOH二次电池,结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。

下列说法错误的是 (　　)
A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高
B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l)
C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-ZnO(s)+H2O(l)
D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区
答案　D
8.(2019天津理综,6,6分)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0.65g,溶液中有0.02molI-被氧化
D.充电时,a电极接外电源负极
答案　D
9.(2018课标Ⅰ,13,6分)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。示意图如下图所示,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
答案　C
10.(2017课标Ⅱ,11,6分)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是 (　　)
A.待加工铝质工件为阳极
B.可选用不锈钢网作为阴极
C.阴极的电极反应式为:Al3++3e-Al
D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
答案　C
考点三　金属的腐蚀与防护

11.(2019江苏单科,10,2分)

将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是 (　　)
A.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e-Fe3+
B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D.以水代替NaCl溶液,铁不能发生吸氧腐蚀
答案　C
12.(2019上海选考,17,2分)关于下列装置,叙述错误的是 (　　)

A.石墨电极反应O2+4H++4e-2H2O
B.鼓入少量空气,会加快Fe的腐蚀
C.加入少量NaCl,会加快Fe的腐蚀
D.加入HCl,石墨电极反应式:2H++2e-H2↑
答案　A
13.(2017课标Ⅰ,11,6分)支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,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
答案　C

[教师专用题组]

【5年高考】
考点一　原电池原理及　化学电源
1.(2020课标Ⅲ,12,6分)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如下图所示,其中在VB2电极发生反应:VB2+16OH--11e-VO43-+2B(OH)4-+4H2O。该电池工作时,下列说法错误的是 (　　)

A.负载通过0.04mol电子时,有0.224L(标准状况)O2参与反应
B.正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C.电池总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O8B(OH)4-+4VO43-
D.电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
答案　B　正极发生的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,因此当负载通过0.04mol电子时,消耗O20.01mol,即标准状况下0.224L,A项正确;正极O2发生反应产生OH-,c(OH-)增大,正极区溶液pH升高,负极VB2发生反应消耗OH-,c(OH-)减小,负极区溶液pH降低,B项错误;正极反应×11即11O2+22H2O+44e-44OH-,负极反应×4即4VB2+64OH--44e-4VO43-+8B(OH)4-+16H2O,相加可得电池总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O8B(OH)4-+4VO43-,C项正确;外电路中,电流由电池正极(复合碳电极)经负载流到负极(VB2电极),电池内部,电流由电池负极经电解质溶液(KOH溶液)流回正极,D项正确。
易错提醒　原电池中电流方向:外电路中由电池正极流向负极;电池内部,由负极流回正极。
原电池中电子移动方向:外电路中由电池负极流向电池正极,内电路电解质溶液中无电子通过。
2.(2020山东,10,2分)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置,利用微生物处理有机废水获得电能,同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水,采用惰性电极,用下图装置处理有机废水(以含CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是 (　　)

A.负极反应为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2↑+7H+
B.隔膜1为阳离子交换膜,隔膜2为阴离子交换膜
C.当电路中转移1mol电子时,模拟海水理论上除盐58.5g
D.电池工作一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1
答案　B　A项,结合题给微生物脱盐电池装置可知,a极的电极反应式为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2↑+7H+,故a极为负极,b极为正极,正确。B项,a极区有H+产生,阳离子增多,为保证溶液呈电中性,Cl-需定向迁移到a极区,隔膜1为阴离子交换膜;同理,b极的电极反应式为2H++2e-H2↑,需Na+定向迁移到b极区,隔膜2为阳离子交换膜,错误。C项,当电路中转移1mol电子时,有1molNa+和1molCl-发生定向迁移,故理论上除盐58.5g,正确。D项,结合电极反应式,得8e-~2CO2~4H2,故电池工作一段时间后,正、负极产生的气体的物质的量之比为2∶1,正确。
3.(2017浙江11月选考,17,2分)金属(M)-空气电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是 (　　)

A.金属M作电池负极
B.电解质是熔融的MO
C.正极的电极反应O2+4e-+2H2O4OH-
D.电池反应2M+O2+2H2O2M(OH)2
答案　B　由题给金属(M)-空气电池的工作原理示意图可知,金属M作电池负极,负极反应为2M-4e-2M2+,正极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,两电极反应相加可得电池反应:2M+O2+2H2O2M(OH)2,电解质显然不是熔融的MO(因体系中有H2O和OH-),故A、C、D正确,B错误。
4.(2019海南单科,8,4分)(双选)微型银—锌电池可用作电子仪器的电源,其电极分别是Ag/Ag2O和Zn,电解质为KOH溶液,电池总反应为Ag2O+Zn+H2O2Ag+Zn(OH)2,下列说法正确的是 (　　)
A.电池工作过程中,KOH溶液浓度降低
B.电池工作过程中,电解液中OH-向负极迁移
C.负极发生反应Zn+2OH--2e-Zn(OH)2
D.正极发生反应Ag2O+2H++2e-Ag+H2O
答案　BC　A项,依据电池总反应知,电池工作过程中消耗水,故KOH溶液浓度增大,错误;B项,原电池工作过程中,电解液中阴离子移向负极,即OH-向负极迁移,正确;C项,锌在负极失去电子被氧化,生成氢氧化锌,电极反应式为Zn+2OH--2e-Zn(OH)2,正确;D项,氧化银在正极得到电子生成银单质,但电解质溶液显碱性,故正极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-,错误。

5.(2018北京理综,12,6分)验证牺牲阳极的阴极保护法,实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。
①
②
③



在Fe表面生成蓝色沉淀
试管内无明显变化
试管内生成蓝色沉淀
下列说法不正确的是 (　　)

　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.对比②③,可以判定Zn保护了Fe
B.对比①②,K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化
C.验证Zn保护Fe时不能用①的方法
D.将Zn换成Cu,用①的方法可判断Fe比Cu活泼
答案　D　本题考查原电池的原理、Fe2+的检验等知识。在①中,若将Zn换成Cu,此时Fe作负极,其周围必然会出现Fe2+,Fe2+遇K3[Fe(CN)6]会出现蓝色沉淀,与原来①的实验现象相同,也就是说,在①中无论与Fe连接的金属活动性如何,实验现象都是一样的,所以用①的方法无法判断Fe与Cu的活泼性强弱。
规律方法　做对比实验时,一定要弄清哪些实验条件是相同的,哪些是变化的。
6.(2016课标Ⅱ,11,6分)Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是 (　　)
A.负极反应式为Mg-2e-Mg2+
B.正极反应式为Ag++e-Ag
C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移
D.负极会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑
答案　B　Mg-AgCl电池中,Mg为负极,AgCl为正极,故正极反应式应为AgCl+e-Ag+Cl-,B项错误。
7.(2016浙江理综,11,6分)金属(M)-空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点,有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为:4M+nO2+2nH2O4M(OH)n

已知:电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是 (　　)
A.采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面
B.比较Mg、Al、Zn三种金属-空气电池,Al-空气电池的理论比能量最高
C.M-空气电池放电过程的正极反应式:4Mn++nO2+2nH2O+4ne-4M(OH)n
D.在Mg-空气电池中,为防止负极区沉积Mg(OH)2,宜采用中性电解质及阳离子交换膜
答案　C　A项,采用多孔电极可以提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于O2扩散至电极表面;B项,单位质量的Mg、Al、Zn反应,Al转移的电子数最多,故Al-空气电池的理论比能量最高;C项,由于电池中间为阴离子交换膜,故Mn+不能通过,则正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-;D项,在Mg-空气电池中,负极的电极反应式为Mg-2e-Mg2+,为防止负极区沉积Mg(OH)2,可采用阳离子交换膜阻止OH-进入负极区。
评析　本题设计新颖,以新型电池为背景,考查原电池的工作原理。
8.(2015课标Ⅰ,11,6分)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误··的是 (　　)

A.正极反应中有CO2生成
B.微生物促进了反应中电子的转移
C.质子通过交换膜从负极区移向正极区
D.电池总反应为C6H12O6+6O26CO2+6H2O
答案　A　根据微生物电池工作原理示意图可知:C6H12O6在负极上发生氧化反应,电极反应式为C6H12O6-24e-+6H2O6CO2↑+24H+;O2在正极上发生还原反应,电极反应式为6O2+24e-+24H+12H2O。负极有CO2生成,A项错误;B项,微生物促进了反应中电子的转移,正确;C项,质子通过交换膜从负极区移向正极区,正确;D项,电池总反应为C6H12O6+6O26CO2+6H2O,正确。
9.(2015江苏单科,10,2分)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是 (　　)

A.反应 CH4+H2O3H2+CO,每消耗1molCH4转移12mol 电子
B.电极A上H2参与的电极反应为:H2+2OH--2e-2H2O
C.电池工作时,CO32-向电极B移动
D.电极B上发生的电极反应为:O2+2CO2+4e-2CO32-
答案　D　A项,由元素化合价变化知,每消耗1molCH4转移6mol电子;B项,电极A为负极,H2参与的电极反应为H2-2e-+CO32-H2O+CO2;C项,电池工作时,CO32-向电极A移动;D项,电极B是正极,电极反应为O2+4e-+2CO22CO32-。
10.(2015天津理综,4,6分)锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是　 (　　)

A.铜电极上发生氧化反应
B.电池工作一段时间后,甲池的c(SO42-)减小
C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡
答案　C　题中所述锌铜原电池中,Zn为负极,电极反应式为Zn-2e-Zn2+;Cu为正极,电极反应式为Cu2++2e-Cu,发生还原反应。Zn2+通过阳离子交换膜向正极移动;乙池溶液中消耗的Cu2+与由甲池迁移过来的Zn2+的物质的量相同,则乙池溶液质量增加。溶液中的阴离子无法通过阳离子交换膜。故选C。
11.(2014福建理综,11,6分)某原电池装置如图所示,电池总反应为2Ag+Cl22AgCl。下列说法正确的是 (　　)

A.正极反应为AgCl+e-Ag+Cl-
B.放电时,交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成
C.若用NaCl溶液代替盐酸,则电池总反应随之改变
D.当电路中转移0.01mole-时,交换膜左侧溶液中约减少0.02mol离子
答案　D　原电池的正极反应为Cl2+2e-2Cl-,故A项错误;放电时,白色沉淀AgCl在左侧电极处产生,故B项错误;当电路中转移0.01mole-时,原电池左侧发生的反应为Ag-e-+Cl-AgCl,减少了0.01mol的Cl-,根据溶液呈电中性可知,左侧溶液中的H+通过阳离子交换膜向右侧转移0.01mol,故D项正确。
12.(2014北京理综,8,6分)下列电池工作时,O2在正极放电的是　 (　　)




A.锌锰电池
B.氢燃料电池
C.铅蓄电池
D.镍镉电池
答案　B　氢燃料电池中,负极上H2放电,正极上O2放电,A、C、D中均不存在O2放电,故选B。
13.(2013课标Ⅰ,10,6分)银质器皿日久表面会逐渐变黑,这是生成了Ag2S的缘故。根据电化学原理可进行如下处理:在铝质容器中加入食盐溶液,再将变黑的银器浸入该溶液中,一段时间后发现黑色会褪去。下列说法正确的是 (　　)
A.处理过程中银器一直保持恒重
B.银器为正极,Ag2S被还原生成单质银
C.该过程中总反应为2Al+3Ag2S6Ag+Al2S3
D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl
答案　B　根据电化学原理可知,Al为负极,电极反应为2Al-6e-2Al3+,银器为正极,电极反应为3Ag2S+6e-6Ag+3S2-,溶液中反应为2Al3++3S2-+6H2O2Al(OH)3↓+3H2S↑,三反应相加可知该过程的总反应为2Al+3Ag2S+6H2O2Al(OH)3+6Ag+3H2S↑,故B正确,C、D错误;银器表面黑色的Ag2S变成了Ag,质量必然减小,A错误。
评析　本题以表面变黑的银质器皿的处理为素材,考查原电池的工作原理、氧化还原反应及盐类水解等知识,能力考查层级为综合应用,试题有一定难度。
14.(2013课标Ⅱ,11,6分)“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示,电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误··的是 (　　)


A.电池反应中有NaCl生成
B.电池的总反应是金属钠还原三价铝离子
C.正极反应为:NiCl2+2e-Ni+2Cl-
D.钠离子通过钠离子导体在两电极间移动
答案　B　该原电池的负极反应为Na-e-Na+,正极反应为NiCl2+2e-Ni+2Cl-,电池总反应为2Na+NiCl22NaCl+Ni。B项错误。
15.(2013江苏单科,9,2分,★★★)Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液,示意图如下。该电池工作时,下列说法正确的是 (　　)

A.Mg电极是该电池的正极
B.H2O2在石墨电极上发生氧化反应
C.石墨电极附近溶液的pH增大
D.溶液中Cl-向正极移动
答案　C　该电池中Mg电极为负极,A项错误;石墨电极为正极,H2O2得电子发生还原反应,电极反应式为H2O2+2e-2OH-,电极附近溶液pH增大,B项错误,C项正确;溶液中Cl-移向Mg电极,即Cl-向负极移动,D项错误。
方法归纳　原电池正、负极判断的常用方法:①若两电极均为金属材料,则较活泼金属一般作负极;若两电极分别为金属和非金属材料,则金属材料作负极。②在原电池工作时,被不断消耗的电极一般为负极。③电子流出的电极为负极,阴离子移向的电极为负极,发生氧化反应的电极为负极。④对于燃料电池,非O2通入的电极一般为负极。
考点分析　江苏高考以“电化学”为依托考查氧化还原反应原理的运用,主要内容有电极反应式的书写,判断电解质溶液浓度、pH的变化,以及能源、环保等热点问题。
16.(2013安徽理综,10,6分)热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为:PbSO4+2LiCl+CaCaCl2+Li2SO4+Pb。

下列有关说法正确的是 (　　)
A.正极反应式:Ca+2Cl--2e-CaCl2
B.放电过程中,Li+向负极移动
C.每转移0.1mol电子,理论上生成20.7gPb
D.常温时,在正负极间接上电流表或检流计,指针不偏转
答案　D　本题以热激活电池为载体考查电化学知识。A项,根据电池总反应可知该反应为负极反应,正极反应式为PbSO4+2e-Pb+SO42-;B项,放电过程中,Li+向正极移动;C项,因为每转移0.1mol电子,理论上生成0.05molPb,故质量为0.05mol×207g·mol-1=10.35g;D项,常温时,由于电解质LiCl-KCl无法电离,电解质中无自由移动的离子,不能形成闭合回路,所以不导电,无电流。
评析　本题不仅考查原电池原理的基础知识,同时也考查学生对题给信息的运用能力,难度中等。

17.(2012北京理综,12,6分)人工光合作用能够借助太阳能,用CO2和H2O制备化学原料。右图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图,下列说法不正确的是 (　　)
A.该过程是将太阳能转化为化学能的过程
B.催化剂a表面发生氧化反应,有O2产生
C.催化剂a附近酸性减弱,催化剂b附近酸性增强
D.催化剂b表面的反应是CO2+2H++2e-HCOOH
答案　C　电池总反应式为2CO2+2H2O2HCOOH+O2。负极:2H2O-4e-O2↑+4H+,正极:2CO2+4H++4e-2HCOOH。A项,该过程中太阳能先转化为电能,再转化为化学能;C项,催化剂a附近生成H+,酸性增强,催化剂b附近消耗H+,酸性减弱,故C项错误。
18.(2011福建,11,6分)研究人员研制出一种锂水电池,可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料,以LiOH为电解质,使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是 (　　)
A.水既是氧化剂又是溶剂
B.放电时正极上有氢气生成
C.放电时OH-向正极移动
D.总反应为:2Li+2H2O2LiOH+H2↑
答案　C　在原电池中电解质溶液中的阳离子移向正极,阴离子移向负极。
19.(2020江苏单科,20,14分)CO2/HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。

图1
(1)CO2催化加氢。在密闭容器中,向含有催化剂的KHCO3溶液(CO2与KOH溶液反应制得)中通入H2生成HCOO-,其离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;其他条件不变,HCO3-转化为HCOO-的转化率随温度的变化如图1所示。反应温度在40~80℃范围内,HCO3-催化加氢的转化率迅速上升,其主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)HCOOH燃料电池。研究HCOOH燃料电池性能的装置如图2所示,两电极区间用允许K+、H+通过的半透膜隔开。

图2
①电池负极电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;放电过程中需补充的物质A为　　　　　(填化学式)。 
②图2所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应,将化学能转化为电能,其反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)HCOOH催化释氢。在催化剂作用下,HCOOH分解生成CO2和H2可能的反应机理如图3所示。

图3
①HCOOD催化释氢反应除生成CO2外,还生成　　　　(填化学式)。 
②研究发现:其他条件不变时,以HCOOK溶液代替HCOOH催化释氢的效果更佳,其具体优点是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案　(1)HCO3-+H2HCOO-+H2O
温度升高反应速率增大,温度升高催化剂的活性增强
(2)①HCOO-+2OH--2e-HCO3-+H2O　H2SO4
②2HCOOH+2OH-+O22HCO3-+2H2O或2HCOO-+O22HCO3-
(3)①HD　②提高释放氢气的速率,提高释放出氢气的纯度
解析　(1)根据题意,HCO3-+H2HCOO-,1个H2失去2个电子,1个HCO3-得到2个电子,说明n(HCO3-)∶n(H2)∶n(HCOO-)=1∶1∶1。根据原子守恒及电荷守恒配平离子方程式:HCO3-+H2HCOO-+H2O;反应温度在40~80℃范围内,随着温度升高,催化剂活性增强,单位时间内HCO3-催化加氢的转化率迅速上升。(2)①通过观察物质的变化情况,可知HCOO-→HCO3-,HCOO-失电子,在负极发生反应,结合环境为碱性环境,得电极反应式:HCOO-+2OH--2e-HCO3-+H2O;右侧电极上Fe3+→Fe2+,通入物质A和O2,产生K2SO4,又Fe3+在强酸性条件下存在,可知物质A为H2SO4。②根据物质变化,确定反应物、产物,得离子方程式:2HCOOH+2OH-+O22HCO3-+2H2O,溶液是碱性环境,本质是HCOO-反应,故反应方程式可写为2HCOO-+O22HCO3-。
(3)①观察题图所示反应机理,HCOOH电离出的H+结合形成,HCOO-结合形成,然后脱去CO2形成与结合产生H2,故是HCOOH的2个H结合产生了H2,则HCOOD的产物除了CO2还有HD。②HCOOK与HCOOH的不同之处在于前者完全电离,更易与催化剂结合脱去CO2,相比而言,可提高释放氢气的速率;HCOOK溶液呈碱性,CO2不易放出,故还可提高释放出氢气的纯度。
20.(2018天津理综,10,14分)CO2是一种廉价的碳资源,其综合利用具有重要意义。回答下列问题:
(1)CO2可以被NaOH溶液捕获。若所得溶液pH=13,CO2主要转化为　　　　(写离子符号);若所得溶液c(HCO3-)∶c(CO32-)=2∶1,溶液pH=　　　　。(室温下,H2CO3的K1=4×10-7;K2=5×10-11) 
(2)CO2与CH4经催化重整,制得合成气:
CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)
①已知上述反应中相关的化学键键能数据如下:

化学键
C—H
CO
H—H
C←O(CO)
键能/kJ·mol-1
413
745
436
1075
则该反应的ΔH=　　　　　　　　。分别在VL恒温密闭容器A(恒容)、B(恒压,容积可变)中,加入CH4和CO2各1mol的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是　　　　(填“A”或“B”)。 
②按一定体积比加入CH4和CO2,在恒压下发生反应,温度对CO和H2产率的影响如图1所示。此反应优选温度为900℃的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

图1

(3)O2辅助的Al-CO2电池工作原理如图2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。

图2
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:　　　　　　　　　　　　　　。 
答案　(14分)(1)CO32-　10
(2)①+120kJ·mol-1　B
②900℃时,合成气产率已经较高,再升高温度产率增幅不大,但能耗升高,经济效益降低
(3)Al-3e-Al3+(或2Al-6e-2Al3+)　催化剂
2Al+6CO2Al2(C2O4)3
解析　本题考查电离平衡常数的应用、反应热的计算、化学平衡的移动、电极反应式的书写。
(1)NaOH溶液吸收CO2后所得溶液pH=13,CO2主要转化为CO32-;由H2CO3的二级电离平衡常数知,当溶液中c(HCO3-)∶c(CO32-)=2∶1时,K2=c(H+)·c(CO32-)c(HCO3-)=c(H+)2=5×10-11,故c(H+)=1×10-10mol·L-1,则溶液pH=10。
(2)①由已知键能数据知,反应的ΔH=4×413kJ·mol-1+2×745kJ·mol-1-(2×1075kJ·mol-1+2×436kJ·mol-1)=+120kJ·mol-1;已知正反应是气体分子数增大的吸热反应,A(恒容)与B(恒压,容积可变)相比,B中压强小于A,减压平衡正向移动,则B容器中反应达到平衡后吸收的热量较多。②观察图像知,900℃时,合成气产率已经较高,再升高温度产率增幅不大,但能耗升高,经济效益降低,故此反应优选温度为900℃。
(3)观察原电池工作原理图知,铝电极作负极,多孔碳电极作正极,故负极反应式为Al-3e-Al3+;正极反应式为6O2+6e-6O2-、6CO2+6O2-3C2O42-+6O2,由此可知反应过程中O2的作用是催化剂;电池总反应式为2Al+6CO2Al2(C2O4)3。
易混易错　恒容容器是指容积不变的容器,气体的量发生变化时压强发生改变;恒压容器是指压强不变的容器,气体的量发生变化时容器容积发生改变。


考点二　电解原理及其应用
1.(2019天津理综,6,6分)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0.65g,溶液中有0.02molI-被氧化
D.充电时,a电极接外电源负极
答案　D　本题涉及原电池正负极的判断、电极反应式的书写等知识,通过工作原理示意图的分析,考查学生接受、吸收、整合化学信息的能力。新型高能电池的原理应用体现了科学探究与创新意识的学科核心素养。
由工作原理示意图中Zn2+迁移的方向可判断放电时a为正极,b为负极。放电时,a极得到电子,发生还原反应,使溶液中离子数目增大,A、B项正确;充电时,a极接外接电源的正极,D项错误;充电时,b极为阴极,电极反应式为Zn2++2e-Zn,每增重0.65g,转移0.02mol电子,a极为阳极,电极反应式为2I-+Br--2e-I2Br-,转移0.02mol电子,有0.02molI-被氧化,C项正确。
解题思路　根据示意图判断电池的正、负极,再结合图中微粒变化的情况书写出电极反应式,根据两极转移电子守恒作出正确计算。
2.(2017课标Ⅱ,11,6分)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是 (　　)
A.待加工铝质工件为阳极
B.可选用不锈钢网作为阴极
C.阴极的电极反应式为:Al3++3e-Al
D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
答案　C　本题考查电解原理的应用。Al0→Al+32O3发生氧化反应,故铝质工件为阳极,A正确;阴极材料被保护,B正确;电解质溶液中含有大量H+,故阴极的电极反应式为2H++2e-H2↑,C不正确;在电解池中,阴离子移向阳极,D正确。
知识拓展　电解原理的应用
1.电解原理在“金属防腐”中的应用。如:外加电流的阴极保护法。
2.电解原理在“物质制备”中的应用。如:尿素[CO(NH2)2]制氢气。
3.电解原理在“环境治理”中的应用。如:用电解法消除CN-。
3.(2015浙江理综,11,6分)在固态金属氧化物电解池中,高温共电解H2O-CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式,基本原理如图所示。下列说法不正确的是 (　　)

A.X是电源的负极
B.阴极的电极反应式是:H2O+2e-H2+O2-
　　　　　　　　　　CO2+2e-CO+O2-
C.总反应可表示为:H2O+CO2H2+CO+O2
D.阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶1
答案　D　由题图可看出:H2O→H2、CO2→CO均为还原反应,X应为电源负极,A项正确;阴极电极反应式为H2O+2e-H2↑+O2-和CO2+2e-CO+O2-,阳极电极反应式为2O2--4e-O2↑,总反应为H2O+CO2H2+CO+O2,B、C项正确;阴、阳两极生成气体的物质的量之比为2∶1,D项不正确。
4.(2015福建理综,11,6分)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示,该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是 (　　)

A.该装置将化学能转化为光能和电能
B.该装置工作时,H+从b极区向a极区迁移
C.每生成1molO2,有44gCO2被还原
D.a电极的反应为:3CO2+18H+-18e-C3H8O+5H2O
答案　B　由模拟“人工树叶”电化学实验装置可知,该装置将光能和电能转化为化学能,故A错误;在电解池内部,阳离子向阴极迁移,故H+从b极区向a极区迁移,B正确;阴极上:3CO2~C3H8O~18e-,阳极上:2H2O~O2~4e-,根据得失电子守恒可知,当阳极生成1molO2时,阴极被还原的CO2的质量为4mol6×44g/mol=29.3g,故C错误;a电极的反应为3CO2+18H++18e-C3H8O+5H2O,故D错误。
5.(2015四川理综,4,6分)用如图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为9~10,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是 (　　)

A.用石墨作阳极,铁作阴极
B.阳极的电极反应式:Cl-+2OH--2e-ClO-+H2O
C.阴极的电极反应式:2H2O+2e-H2↑+2OH-
D.除去CN-的反应:2CN-+5ClO-+2H+N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O
答案　D　D项,控制溶液pH为9~10,溶液呈碱性,离子方程式应为2CN-+5ClO-+H2ON2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-。
6.(2013大纲全国,9,6分)电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O72-)时,以铁板作阴、阳极,处理过程中存在反应Cr2O72-+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O,最后Cr3+以Cr(OH)3形式除去。下列说法不正确的是 (　　)
A.阳极反应为Fe-2e-Fe2+
B.电解过程中溶液pH不会变化
C.过程中有Fe(OH)3沉淀生成
D.电路中每转移12mol电子,最多有1molCr2O72-被还原
答案　B　电解过程中,阳极发生氧化反应,A项正确;从题干信息中所给离子方程式可看出H+被消耗,pH会升高,B项错误;pH升高,c(OH-)增大,Fe3++3OH-Fe(OH)3↓,C项正确;还原1molCr2O72-需要6molFe2+,由Fe-2e-Fe2+得电路中转移的电子为2×6mol=12mol,D项正确。
7.(2013浙江理综,11,6分)电解装置如图所示,电解槽内装有KI及淀粉溶液,中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电,发现左侧溶液变蓝色,一段时间后,蓝色逐渐变浅。

已知:3I2+6OH-IO3-+5I-+3H2O
下列说法不正确的是 (　　)
A.右侧发生的电极反应式:2H2O+2e-H2↑+2OH-
B.电解结束时,右侧溶液中含有IO3-
C.电解槽内发生反应的总化学方程式:KI+3H2OKIO3+3H2↑
D.如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜,电解槽内发生的总化学反应不变
答案　D　依题意,左侧溶液变蓝,说明左侧Pt电极为阳极,电极反应式为2I--2e-I2……①;右侧Pt电极为阴极,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-……②或2H++2e-H2↑,A正确。阴极生成的OH-通过阴离子交换膜迁移至左侧,与I2发生反应:3I2+6OH-5I-+IO3-+3H2O……③,I2浓度逐渐减小,故蓝色逐渐变浅,电解结束后IO3-可通过阴离子交换膜扩散至右侧,B正确。①式×3+②式×3+③式得电解总反应:I-+3H2OIO3-+3H2↑,C正确。若换用阳离子交换膜,OH-不能迁移至左侧,反应③无法发生,①式+②式得电解总反应式为2I-+2H2O2OH-+I2+H2↑,两种情况下电解总反应显然不同,D错误。
8.(2013北京理综,9,6分)用石墨电极电解CuCl2溶液(见下图)。下列分析正确的是 (　　)

A.a端是直流电源的负极
B.通电使CuCl2发生电离
C.阳极上发生的反应:Cu2++2e-Cu
D.通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体
答案　A　电解过程中,阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,阴极与直流电源的负极相连,阳极与直流电源的正极相连,A项正确;电解质在溶液中的电离是因为水分子的作用,与通电无关,B项错误;电解过程中阳极上发生的反应为氧化反应,阳极反应为2Cl--2e-Cl2↑,在阳极附近可观察到黄绿色气体,C、D项错误。
9.(2013海南单科,12,4分)下图所示的电解池Ⅰ和Ⅱ中,a、b、c和d均为Pt电极。电解过程中,电极b和d上没有气体逸出,但质量均增大,且增重b 选项
X
Y
A.
MgSO4
CuSO4
B.
AgNO3
Pb(NO3)2
C.
FeSO4
Al2(SO4)3
D.
CuSO4
AgNO3
　　
答案　D　“电极b和d上没有气体逸出,但质量均增大”即要求阴极不产生气体而是析出金属,故A、B、C可以排除;再根据“增重b 10.(2018课标Ⅱ,12,6分)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为:3CO2+4Na2Na2CO3+C。下列说法错误的是 (　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　

A.放电时,ClO4-向负极移动
B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2
C.放电时,正极反应为:3CO2+4e-2CO32-+C
D.充电时,正极反应为:Na++e-Na
答案　D　本题考查二次电池的工作原理。放电时,负极反应为:4Na-4e-4Na+,正极反应为3CO2+4e-C+2CO32-;Na+移向正极,CO32-、ClO4-移向负极,A、C正确;充电过程与放电过程相反,B正确;充电时,阳极反应为2CO32-+C-4e-3CO2↑,D错误。
规律总结　二次电池充、放电的电极判断
二次电池充电时,“正接正、负接负”;放电时的正极为充电时的阳极;放电时的负极为充电时的阴极。
11.(2017课标Ⅲ,11,6分)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为:16Li+xS88Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是 (　　)

A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li++2e-3Li2S4
B.电池工作时,外电路中流过0.02mol电子,负极材料减重0.14g
C.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
D.电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多
答案　D　根据图示中Li+移动方向可知,电极a为正极,依次发生S8→Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2的转化,A正确;电池工作时负极反应式为Li-e-Li+,当转移0.02mol电子时,负极消耗的Li的物质的量为0.02mol,质量为0.14g,B正确;石墨烯具有导电性,可以提高电极a的导电能力,C正确;电池充电时为电解池,此时Li2S2的量越来越少,D错误。
12.(2016课标Ⅲ,11,6分)锌—空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O2Zn(OH)42-。下列说法正确的是 (　　)
A.充电时,电解质溶液中K+向阳极移动
B.充电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐减小
C.放电时,负极反应为:Zn+4OH--2e-Zn(OH)42-
D.放电时,电路中通过2mol电子,消耗氧气22.4L(标准状况)
答案　C　充电时为电解池,溶液中的阳离子向阴极移动,发生的反应为2Zn(OH)42-2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,电解质溶液中c(OH-)增大,故A项、B项均错误;放电时负极反应为Zn+4OH--2e-Zn(OH)42-,故C项正确;每消耗1molO2电路中通过4mol电子,故D项错误。
13.(2016四川理综,5,6分)某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池,放电时电池总反应为:Li1-xCoO2+LixC6LiCoO2+C6(x<1)。下列关于该电池的说法不正确的是 (　　)
A.放电时,Li+在电解质中由负极向正极迁移
B.放电时,负极的电极反应式为LixC6-xe-xLi++C6
C.充电时,若转移1mole-,石墨(C6)电极将增重7xg
D.充电时,阳极的电极反应式为LiCoO2-xe-Li1-xCoO2+xLi+
答案　C　由放电时电池总反应可知,放电时负极反应式为LixC6-xe-C6+xLi+,正极反应式为Li1-xCoO2+xe-+xLi+LiCoO2,在原电池内部阳离子由负极向正极迁移,A、B项均正确;充电时阴极反应式为C6+xLi++xe-LixC6,阳极反应式为LiCoO2-xe-Li1-xCoO2+xLi+,转移xmole-,石墨电极增重7xg,若转移1mole-,石墨电极将增重7g,C项不正确,D项正确。
14.(2014课标Ⅱ,12,6分)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是　 (　　)

A.a为电池的正极
B.电池充电反应为LiMn2O4Li1-xMn2O4+xLi
C.放电时,a极锂的化合价发生变化
D.放电时,溶液中Li+从b向a迁移
答案　C　由图可知,b极(Li电极)为负极,a极为正极,放电时,Li+从负极(b)向正极(a)迁移,A项、D项正确;该电池放电时,负极:xLi-xe-xLi+,正极:Li1-xMn2O4+xLi++xe-LiMn2O4,a极Mn元素的化合价发生变化,C项错误;由放电反应可得充电时的反应,B项正确。
15.(2014大纲全国,9,6分)下图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MH-Ni电池)。下列有关说法不正确···的是 (　　)

A.放电时正极反应为:NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-
B.电池的电解液可为KOH溶液
C.充电时负极反应为:MH+OH-H2O+M+e-
D.MH是一类储氢材料,其氢密度越大,电池的能量密度越高
答案　C　在金属氢化物镍电池(MH-Ni电池)中,MH(M为零价,H为零价)在负极发生反应:MH+OH--e-M+H2O,NiOOH在正极发生反应:NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-,电解液可为KOH溶液,A、B正确;充电时,阴极反应式为M+H2O+e-MH+OH-,C错误;MH中氢密度越大,单位体积电池所储存电量越多,即电池能量密度越高,D正确。
16.(2014上海单科,12,3分)如图所示,将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中。下列分析正确的是 (　　)

A.K1闭合,铁棒上发生的反应为2H++2eH2↑
B.K1闭合,石墨棒周围溶液pH逐渐升高
C.K2闭合,铁棒不会被腐蚀,属于牺牲阳极的阴极保护法
D.K2闭合,电路中通过0.002NA个电子时,两极共产生0.001mol气体
答案　B　K1闭合,该装置为原电池,铁棒为负极,发生的反应为Fe-2eFe2+,石墨棒为正极,发生的反应为O2+4e+2H2O4OH-,石墨棒周围溶液的pH逐渐升高,所以B正确;K2闭合则为电解池装置,铁棒为阴极,不会被腐蚀,但不属于牺牲阳极的阴极保护法,电路中通过0.002NA个电子时,两极产生氢气和氯气共为0.002mol。
17.(2014广东理综,11,4分)某同学组装了如图所示的电化学装置,电极Ⅰ为Al,其他均为Cu,则 (　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　

A.电流方向:电极Ⅳ→A→电极Ⅰ
B.电极Ⅰ发生还原反应
C.电极Ⅱ逐渐溶解
D.电极Ⅲ的电极反应:Cu2++2e-Cu
答案　A　由图示可分析出该图中Ⅰ为原电池的负极,Ⅳ为电解池的阴极,电子流向为Ⅰ→A→Ⅳ,电流由Ⅳ→A→Ⅰ,A正确。Al极发生氧化反应,B错误。电极Ⅱ发生的电极反应为Cu2++2e-Cu,电极上有Cu生成,C错误。电极Ⅲ的电极反应为Cu-2e-Cu2+,D错误。
18.(2014天津理综,6,6分)已知:
锂离子电池的总反应为:LixC+Li1-xCoO2C+LiCoO2
锂硫电池的总反应为:2Li+SLi2S
有关上述两种电池说法正确的是 (　　)

A.锂离子电池放电时,Li+向负极迁移
B.锂硫电池充电时,锂电极发生还原反应
C.理论上两种电池的比能量相同
D.如图表示用锂离子电池给锂硫电池充电
答案　B　A项,在原电池内部,阳离子应移向正极;二次电池充电过程为电解的过程,阴极发生还原反应,B项正确;C项,比能量是指这种电池单位质量或单位体积所能输出的电能,当二者质量相同时,转移电子的物质的量不相等,即比能量不同;D项,图示为锂硫电池给锂离子电池充电。
19.(2012安徽,11,6分)某兴趣小组设计如下图所示微型实验装置。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式为:
Cl2+2e-2Cl-
D.断开K1,闭合K2时,石墨电极作正极
答案　D　断开K2,闭合K1,构成电解池,反应的离子方程式为2H2O+2Cl-H2↑+Cl2↑+2OH-,石墨电极为阳极,发生反应:2Cl--2e-Cl2↑;铜电极为阴极,发生反应:2H++2e-H2↑,所以铜电极附近溶液变红。断开K1,闭合K2,构成原电池,其中石墨电极为正极。
20.(2011课标,11,6分)铁镍蓄电池又称爱迪生电池,放电时的总反应为:
Fe+Ni2O3+3H2OFe(OH)2+2Ni(OH)2
下列有关该电池的说法不正确的是 (　　)
A.电池的电解液为碱性溶液,正极为Ni2O3、负极为Fe
B.电池放电时,负极反应为Fe+2OH--2e-Fe(OH)2
C.电池充电过程中,阴极附近溶液的pH降低
D.电池充电时,阳极反应为2Ni(OH)2+2OH--2e-Ni2O3+3H2O
答案　C　A项,由电池反应可知,Ni2O3→Ni(OH)2,Ni的化合价由+3价→+2价,化合价降低,发生还原反应,故Ni2O3为正极;Fe→Fe(OH)2,Fe的化合价由0价→+2价,化合价升高,发生氧化反应,故Fe为负极,正确。B项,负极发生氧化反应:Fe+2OH--2e-Fe(OH)2,正确。C项,阴极发生还原反应:Fe(OH)2+2e-Fe+2OH-,c(OH-)增大,溶液的pH升高,故错误;D项,阳极发生氧化反应,电极反应为2Ni(OH)2+2OH--2e-Ni2O3+3H2O,正确。
21.(2011海南,6,2分)一种充电电池放电时的电极反应为
H2+2OH--2e-2H2O;NiO(OH)+H2O+e-Ni(OH)2+OH-
当为电池充电时,与外电源正极连接的电极上发生的反应是 (　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.H2O的还原　　B.NiO(OH)的还原
C.H2的氧化　　D.Ni(OH)2的氧化
22.(2016天津理综,10,14分)氢能是发展中的新能源,它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节。
回答下列问题:
(1)与汽油相比,氢气作为燃料的优点是　　　　　　　　　　　　　(至少答出两点)。但是氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池,写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式:　。 
(2)氢气可用于制备H2O2。已知:
H2(g)+A(l)B(l)　ΔH1
O2(g)+B(l)A(l)+H2O2(l)　ΔH2
其中A、B为有机物,两反应均为自发反应,则H2(g)+O2(g)H2O2(l)的ΔH　　　　0(填“>”“<”或“=”)。 
(3)在恒温恒容的密闭容器中,某储氢反应:MHx(s)+yH2(g)MHx+2y(s)　ΔH<0达到化学平衡。下列有关叙述正确的是　　　　。 
a.容器内气体压强保持不变
b.吸收ymolH2只需1molMHx
c.若降温,该反应的平衡常数增大
d.若向容器内通入少量氢气,则v(放氢)>v(吸氢)
(4)利用太阳能直接分解水制氢,是最具吸引力的制氢途径,其能量转化形式为　。 
(5)化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4,同时获得氢气:Fe+2H2O+2OH-FeO42-+3H2↑,工作原理如图1所示。装置通电后,铁电极附近生成紫红色FeO42-,镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高,铁电极区会产生红褐色物质。已知:Na2FeO4只在强碱性条件下稳定,易被H2还原。

图1　　　　　　　　　图2　　　　
①电解一段时间后,c(OH-)降低的区域在　　　　(填“阴极室”或“阳极室”)。 
②电解过程中,须将阴极产生的气体及时排出,其原因为　。 ③c(Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2,任选M、N两点中的一点,分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因:　。
答案　(共14分)(1)污染小　可再生　来源广　资源丰富　燃烧热值高(任写其中2个)
H2+2OH--2e-2H2O
(2)<　(3)ac
(4)光能转化为化学能
(5)①阳极室
②防止Na2FeO4与H2反应使产率降低
③M点:c(OH-)低,Na2FeO4稳定性差,且反应慢
N点:c(OH-)过高,铁电极上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成,使Na2FeO4产率降低
解析　(1)碱性氢氧燃料电池中H2在负极失电子结合OH-生成H2O。
(2)两反应的ΔS均小于0,且均为自发反应,故两反应均为放热反应。
H2(g)+A(l)B(l)　ΔH1<0……①
O2(g)+B(l)A(l)+H2O2(l)　ΔH2<0……②
运用盖斯定律,①+②可得:H2(g)+O2(g)H2O2(l)的ΔH=ΔH1+ΔH2<0。
(3)恒温恒容条件下反应达平衡后H2的物质的量不再改变,容器内压强不再改变,a项正确;该反应为可逆反应,吸收ymolH2需要MHx的物质的量大于1mol,b项不正确;降温,平衡正向移动,c(H2)减小,平衡常数K=1cy(H2),故K增大,c项正确;v(放氢)代表逆反应速率,v(吸氢)代表正反应速率,向容器内通入少量H2,v正>v逆,即v(吸氢)>v(放氢),d项不正确。
(5)①由题意可知,阳极的电极反应式为Fe-6e-+8OH-FeO42-+4H2O,阴极的电极反应式为6H2O+6e-3H2↑+6OH-,故电解一段时间后阳极室c(OH-)降低。②阴极产生H2,若不及时排出,则会还原Na2FeO4,使产率降低。③由题中信息可知Na2FeO4在强碱性条件下稳定,故c(OH-)较低时Na2FeO4稳定性差;c(OH-)过高时,铁电极上会产生Fe(OH)3或Fe2O3,导致Na2FeO4产率降低。
易混易错　本题中第(3)小题b项中要注意可逆反应进行不彻底,参加反应的反应物的量应小于其加入量。
23.(2015山东理综,29,15分)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得。
(1)利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为　　　　溶液(填化学式),阳极电极反应式为　　　　　　　　,电解过程中Li+向　　　　电极迁移(填“A”或“B”)。 

(2)利用钴渣[含Co(OH)3、Fe(OH)3等]制备钴氧化物的工艺流程如下:

Co(OH)3溶解还原反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。铁渣中铁元素的化合价为　　　　　　。在空气中煅烧CoC2O4生成钴氧化物和CO2,测得充分煅烧后固体质量为2.41g,CO2体积为1.344L(标准状况),则钴氧化物的化学式为　　　　。 
答案　(1)LiOH　2Cl--2e-Cl2↑　B
(2)2Co(OH)3+SO32-+4H+2Co2++SO42-+5H2O
[或Co(OH)3+3H+Co3++3H2O,2Co3++SO32-+H2O2Co2++SO42-+2H+]　+3　Co3O4
解析　(1)B极区产生H2,则B极区发生还原反应,为阴极;A极电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,为阳极。A极区电解液为LiCl溶液,B极区电解液为LiOH溶液;Li+(阳离子)向阴极(B电极)移动。
(2)向浸液中加入了具有氧化性的NaClO3和O2,所以铁渣中的铁元素为+3价。设钴氧化物的化学式为CoxOy,有
　　　　xCoC2O4+y2O2CoxOy　　+　2xCO2
　　　　　　　　　　　　(59x+16y)g　2x×22.4L
　　　　　　　　　　　　　2.41g　　　1.344L
则(59x+16y) g2.41g=2x×22.4L1.344L,解得x∶y=3∶4,则钴氧化物的化学式为Co3O4。
评析　本题考查了电解原理、化学计算、离子方程式的书写、氧化还原反应等,综合性强。
24.(2014山东理综,30,16分)离子液体是一种室温熔融盐,为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl7-和AlCl4-组成的离子液体作电解液时,可在钢制品上电镀铝。
(1)钢制品应接电源的　　　　极,已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应,阴极电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　。若改用AlCl3水溶液作电解液,则阴极产物为　　　　。 
(2)为测定镀层厚度,用NaOH溶液溶解钢制品表面的铝镀层,当反应转移6mol电子时,所得还原产物的物质的量为　　　　mol。 
(3)用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验,需要的试剂还有　　　。 
a.KCl　　　b.KClO3　　　c.MnO2　　　d.Mg
取少量铝热反应所得的固体混合物,将其溶于足量稀H2SO4,滴加KSCN溶液无明显现象,　　　　(填“能”或“不能”)说明固体混合物中无Fe2O3,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(用离子方程式说明)。 
答案　(1)负　4Al2Cl7-+3e-Al+7AlCl4-　H2
(2)3
(3)b、d　不能　Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O、Fe+2Fe3+3Fe2+(或只写Fe+2Fe3+3Fe2+)
解析　(1)电镀时,镀件作阴极,与电源负极相连,发生还原反应。若改用AlCl3水溶液作电解液,阴极电极反应式应为2H++2e-H2↑。电镀过程中有机阳离子不参与反应且不产生其他离子,故阴极的电极反应式应为4Al2Cl7-+3e-Al+7AlCl4-。
(2)2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑,反应转移6mol电子时,还原产物H2的物质的量为3mol。
(3)铝热反应实验需要高温条件,实验时一般用镁条插入KClO3中,镁条燃烧放热,KClO3受热分解放出O2,有助于铝热剂点燃。由于2Fe3++Fe3Fe2+,故用KSCN溶液检验无明显现象不能证明固体混合物中无Fe2O3。
25.(2013重庆理综,11,14分)化学在环境保护中起着十分重要的作用。催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。
(1)催化反硝化法中,H2能将NO3-还原为N2。25℃时,反应进行10min,溶液的pH由7变为12。
①N2的结构式为　　　　　　　。 
②上述反应离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　,其平均反应速率v(NO3-)为　　　　　mol·L-1·min-1。 
③还原过程中可生成中间产物NO2-,写出3种促进NO2-水解的方法　　　　　　　　　　　　。 
(2)电化学降解NO3-的原理如下图所示。
①电源正极为　　　　　(填“A”或“B”),阴极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
②若电解过程中转移了2mol电子,则膜两侧电解液的质量变化差(Δm左-Δm右)为　　　　　g。 

答案　(1)①
②2NO3-+5H2N2+2OH-+4H2O　0.001
③加酸,升高温度,加水
(2)①A　2NO3-+6H2O+10e-N2↑+12OH-
②14.4
解析　(1)②H2在水溶液中将NO3-还原为N2的同时,溶液pH升高,说明有OH-生成,结合得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可写出反应的离子方程式;10min内OH-浓度的变化量为Δc(OH-)=10-2mol·L-1-10-7mol·L-1≈10-2mol·L-1,由离子方程式可知NO3-浓度变化量也为10-2mol·L-1,所以用NO3-表示的该反应速率为v(NO3-)=10-2mol·L-110min=0.001mol·L-1·min-1。③NO2-的水解为吸热反应,生成HNO2和OH-,故加酸、升温、加水稀释均可促进水解。
(2)①由题图可知在电解过程中NO3-转化成N2,发生还原反应,故B为电源负极,则A为电源正极,NO3-在阴极得电子生成N2,由电荷守恒可知反应必然会同时生成OH-;②电解池中阳极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑,转移2mol电子时生成0.5molO2和2molH+,2molH+通过质子交换膜转移到右侧,故左侧溶液质量改变量为0.5mol×32g·mol-1+2mol×1g·mol-1=18g;当转移2mol电子时阴极可生成15molN2,同时从左侧转移过来2molH+,故右侧溶液质量变化量为15mol×28g·mol-1-2mol×1g·mol-1=3.6g,两侧溶液质量变化差为18g-3.6g=14.4g。
评析　本题综合考查了电化学、化学反应速率、离子方程式的书写、盐类水解等相关知识。第(2)小题②如果不能正确理解质子交换膜的作用,就无法弄清左、右两侧溶液质量的变化,造成对试题无法准确作答而失分。
考点三　金属的腐蚀与防护
1.(2020江苏单科,11,4分)将金属M连接在钢铁设施表面,可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在下图所示的情境中,下列有关说法正确的是 (　　)

A.阴极的电极反应式为Fe-2e-Fe2+
B.金属M的活动性比Fe的活动性弱
C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
答案　C　A项,题图中金属的防护方法是牺牲阳极的阴极保护法,金属M失去电子被氧化,水在钢铁设施表面得到电子,错误;B项,金属M和钢铁设施构成原电池,金属M作负极,故金属M的活动性比铁的活动性强,错误;C项,电子流向钢铁设施,钢铁设施表面积累大量电子而被保护,正确;D项,海水中含有大量电解质,故钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的慢,错误。
2.(2018课标Ⅲ,7,6分)化学与生活密切相关。下列说法错误的是 (　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.泡沫灭火器可用于一般的起火,也适用于电器起火
B.疫苗一般应冷藏存放,以避免蛋白质变性
C.家庭装修时用水性漆替代传统的油性漆,有利于健康及环境
D.电热水器用镁棒防止内胆腐蚀,原理是牺牲阳极的阴极保护法
答案　A　本题考查化学与生活的联系。A项,泡沫灭火器利用了盐类相互促进的水解反应,可用于一般的起火,但不适用于电器起火,电器起火常用干粉灭火器灭火。
知识拓展　牺牲阳极的阴极保护法是利用原电池原理,使被保护的物质作正极而被保护起来。
3.(2013北京理综,7,6分)下列金属防腐的措施中,使用外加电流的阴极保护法的是 (　　)
A.水中的钢闸门连接电源的负极
B.金属护栏表面涂漆
C.汽车底盘喷涂高分子膜
D.地下钢管连接镁块
答案　A　外加电流的阴极保护法是指把要保护的金属连接在直流电源的负极上,使其作为电解池的阴极被保护,A项符合题意;金属表面涂漆或喷涂高分子膜可防止金属与其他物质接触发生反应,B、C选项不符合题意;钢管连接镁块利用的是原电池原理,镁为负极被氧化,钢管为正极被保护,D项不符合题意。

【3年模拟】
时间:45分钟　分值:66分

一、选择题(本题共9小题,每小题2分,共18分,每小题只有一个选项符合题目要求)
1.(2020淄博一模,8)全世界每年因钢铁锈蚀造成大量的损失。某城市拟用如图方法保护埋在弱碱性土壤中的钢质管道,使其免受腐蚀。关于此方法,下列说法正确的是 (　　)

A.钢管附近土壤的pH小于金属棒附近土壤
B.钢管上的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-
C.金属棒X的材料应该是比镁活泼的金属
D.也可以外接直流电源保护钢管,直流电源负极连接金属棒X
答案　B
2.(2020山东等级考模拟二,8)锂—空气电池是一种可充放电池,电池反应为2Li+O2Li2O2,某锂—空气电池的构造原理图如下:

下列说法正确的是 (　　)
A.可选用有机电解液或水性电解液
B.含催化剂的多孔电极为电池的负极
C.放电时正极的电极反应式为O2+2Li++2e-Li2O2
D.充电时锂电极应连接外接电源的正极
答案　C
3.(2021届莱芜一中高三月考,8)固体氧化物燃料电池(SOFC)以固体氧化物作为电解质,这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2-)在其间通过,工作原理如图。关于固体燃料电池的有关说法正确的是 (　　)

A.电极b为电池负极,电极反应式为O2+4e-2O2-
B.固体氧化物的作用是让电子在电池内部通过
C.若H2作燃料气,接触面上发生的反应为H2+2OH--2e-2H2O
D.若C2H4作燃料气,接触面上发生的反应为:C2H4+6O2--12e-2CO2+2H2O
答案　D
4.(2021届省实验中学高三一诊,6)如下图所示,某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理,其中乙装置中X 为阳离子交换膜。

下列有关说法正确的是 (　　)
A.反应一段时间后,乙装置中生成的氢氧化钠在铁极区
B.乙装置中铁电极为阴极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+
C.反应一段时间后,丙装置中硫酸铜溶液浓度保持不变
D.通入氧气的一极为正极,发生的电极反应为O2-4e-+2H2O4OH-
答案　A
5.(2021届莱芜一中高三11月月考,8)2019年12月17日,中国首艘国产航母山东舰正式列装服役,山东舰所用特种钢材全部国产,研发过程中重点提高了材料的耐腐蚀性。在一定条件下,某种碳钢腐蚀情况与溶液pH的关系如表所示,下列说法正确的是 (　　)
pH
2
4
6
6.5
8
13.5
14
腐蚀快慢
较快
慢
较快
主要产物
Fe2+
Fe3O4
Fe2O3
FeO2-
A.当pH<6.5时,碳钢主要发生化学腐蚀
B.当pH<4和pH>13.5时,碳钢主要发生析氢腐蚀
C.pH越大,碳钢的腐蚀速率越慢
D.pH=14时,负极反应为4OH-+Fe-3e-FeO2-+2H2O
答案　D
6.(2020济宁5月模拟,9)甲是一种在微生物作用下将废水中的尿素[CO(NH2)2]转化为环境友好物质,实现化学能转化为电能的装置,利用甲、乙两装置,实现对冶金硅(Cu-Si作硅源)进行电解精炼制备高纯硅。


乙
下列说法正确的是 (　　)
A.电极M与a相连接
B.液态Cu-Si合金作阳极,固体硅作阴极
C.废水中的尿素的含量不会影响硅提纯速率
D.M电极反应式为CO(NH2)2+H2O-6e-CO2↑+N2↑+6H+
答案　D
7.(2020烟台高三期末,6)利用太阳能光伏电池电解水可交替制得高纯H2和O2,工作示意图如图所示。下列说法错误的是　　 (　　)

A.制H2时,连接K1;制O2时,连接K2
B.产生H2的电极反应式是2H++2e-H2↑
C.制O2时电极3发生的电极反应为NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-
D.通过控制开关交替连接K1或K2,可以使电极3循环使用
答案　B
8.(2020泰安三模,9)中国科学院深圳研究院成功研发出一种基于二硫化钼/碳纳米复合材料的钠型双离子电池,可充放电。其放电时工作原理如图所示。下列说法不正确的是 (　　)

A.二硫化钼/碳纳米复合材料为该电池的负极材料
B.放电时正极的反应式为Cn(PF6)x+xe-xPF6-+Cn
C.充电时阴极的电极反应式为MoS2-C+xNa++xe-NaxMoS2-C
D.充电时石墨端铝箔连接外接电源的负极
答案　D
9.(2021届德州高三期中,9)利用生物电化学系统处理废水的原理如图。

下列对系统工作时的说法错误的是 (　　)
A.b电极为负极,发生氧化反应
B.双极膜内的水解离成的H+向b电极移动
C.有机废水发生的反应之一为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2↑+7H+
D.该系统可处理废水、回收铜等金属,还可提供电能
答案　A

二、选择题(本题共6小题,每小题4分,共24分,每小题有一个或两个选项符合题目要求)
10.(2020烟台一模,12)相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池。如下图所示装置是利用浓差电池电解Na2SO4溶液(a、b电极均为石墨电极),可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列说法不正确的是 (　　)

A.a电极的电极反应为4H2O+4e-2H2↑+4OH-
B.c、d离子交换膜依次为阳离子交换膜和阴离子交换膜
C.电池放电过程中,Cu(1)电极上的电极反应为Cu2++2e-Cu
D.电池从开始工作到停止放电,电解池理论上可制得320gNaOH
答案　D
11.(2020聊城一中高三4月模拟,14)我国科学家开发设计一种天然气脱硫装置,利用如图装置可实现:H2S+O2H2O2+S↓。已知甲池中有如下的转化:


下列说法错误的是 (　　)
A.该装置将光能只转化为电能
B.该装置工作时,溶液中的H+从甲池经过全氟磺酸膜进入乙池
C.甲池碳棒上发生电极反应:AQ+2H++2e-H2AQ
D.乙池①处发生反应:H2S+I3-3I-+S↓+2H+
答案　AB
12.(2021届莱芜一中高三月考,4)用酸性氢氧燃料电池电解苦卤水(含Cl-、Br-、Na+、Mg2+)的装置如下图所示(a、b为石墨电极)。下列说法中正确的是 (　　)

A.电池工作时,正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-
B.电解时,a电极周围首先放电的是Br-而不是Cl-,说明当其他条件相同时前者的还原性强于后者
C.电解时,电子流动路径:负极→外电路→阴极→溶液→阳极→正极
D.忽略能量损耗,当电池中消耗0.02gH2时,b极周围会产生0.04gH2
答案　B
13.(2020山东等级考模拟二,13)工业上常用电解铬酐(CrO3,遇水生成H2Cr2O7和H2CrO4)水溶液的方法镀铬,电镀液中需加入适量的催化剂和添加剂,并通过加入H2O2提高或降低电镀液中Cr(Ⅲ)的含量,发生的部分反应有:
①Cr2O72-+14H++6e-2Cr3++7H2O
②2H++2e-H2↑
③2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O
④CrO42-+8H++6e-Cr+4H2O
⑤2H2O-4e-O2↑+4H+
⑥2Cr3++7H2O-6e-Cr2O72-+14H+
下列说法错误的是 (　　)
A.反应①②在镀件上发生
B.H2O2既体现氧化性又体现还原性
C.当镀件上析出52g单质铬时,电路中转移6mol 电子
D.电镀一段时间后,电极附近溶液的pH:阳极>阴极
答案　CD
14.(2021届德州高三期中,15)双极膜(BP)是阴、阳复合膜,在直流电的作用下,阴、阳膜复合层间的H2O解离成H+和OH-,作为H+和OH-离子源。利用双极膜电渗析法电解食盐水可获得淡水、NaOH和HCl,其工作原理如图所示,M、N为离子交换膜。下列说法错误的是 (　　)

A.Y电极与电源正极相连,发生的反应为4OH--4e-O2↑+2H2O
B.M为阴离子交换膜,N为阳离子交换膜
C.“双极膜组”电渗析法也可应用于从盐溶液(MX)制备相应的酸(HX)和碱(MOH)
D.若去掉双极膜(BP),电路中每转移1mol 电子,两极共得到0.5mol 气体
答案　BD

15.(2021届临沂高三期中,8)HCOOH燃料电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是 (　　)

A.放电时K+通过隔膜向左迁移
B.正极电极反应式为HCOO-+2OH--2e-HCO3-+H2O
C.放电过程中需补充的物质X为H2SO4
D.每转移0.4mol 电子,理论上消耗标准状况下1.12LO2
答案　C

三、非选择题(本题包括2小题,共24分)
16.(2020德州高三期末,16)(12分)2019年诺贝尔化学奖颁给了三位为锂离子电池发展做出巨大贡献的科学家,锂离子电池广泛应用于手机、笔记本电脑等。
(1)锂元素在元素周期表中的位置:　　　　　　　　。 
(2)氧化锂(Li2O)是制备锂离子电池的重要原料,氧化锂的电子式为　　　　　　　　　　。 
(3)利用锂离子能在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性,开发出了石墨烯电池,电池反应式为LixC6+Li1-xCoO2C6+LiCoO2,其工作原理如图。

①石墨烯的优点是提高电池的能量密度,石墨为层状结构,层与层之间存在的作用力是　　　　　　　　　　。 
②锂离子电池不能用水溶液做离子导体的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　(用化学方程式表示)。 
③锂离子电池放电时正极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
④请指出使用锂离子电池时应注意的问题　　　　　　　　　　　(回答一条即可)。 
答案　(12分,每空2分)
(1)第二周期ⅠA族　(2)Li+[··O······]2-Li+　(3)①范德华力(分子间作用力)　②2Li+2H2O2LiOH+H2↑　③Li1-xCoO2+xLi++xe-LiCoO2　④避免过充、过放、过电流、短路及热冲击或使用保护元件等

17.(2021届山师附中高三期中,17)(12分)利用电化学原理,将NO2、O2和熔融KNO3制成燃料电池,模拟工业电解法来处理含Cr2O72-废水,如下图所示。电解过程中溶液发生反应:Cr2O72-+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O。

(1)甲池工作时,NO2转变成硝化剂Y,Y是N2O5,可循环使用。则石墨Ⅰ是电池的　　　　极;石墨Ⅰ附近发生的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)工作时,甲池内的NO3-向　　　　极移动(填“石墨Ⅰ”或“石墨Ⅱ”);在相同条件下,消耗的O2和NO2的体积比为　　　　　　。 
(3)乙池中Fe(Ⅰ)极上发生的电极反应为　　　　　　　　　　　　　　　。 
(4)若溶液中减少了0.01molCr2O72-,则电路中至少转移了　　　　mol 电子。 
答案　(12分,每空2分)
(1)负　NO2+NO3--e-N2O5
(2)石墨Ⅰ　1∶4　(3)Fe-2e-Fe2+　(4)0.12

[教师专用题组]

【3年模拟】
时间:30分钟　分值:40分

一、选择题(每小题2分,共20分)
1.如图所示进行实验,下列说法不正确的是 (　　)

A.装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生
B.甲、乙装置中的能量变化均为化学能转化为电能
C.装置乙中的锌、铜之间用导线连接电流计,可观察到电流计指针发生偏转
D.装置乙中负极的电极反应式:Zn-2e-Zn2+
答案　B　甲装置不是原电池装置,不能将化学能转化为电能。
2.关于下列各装置图的叙述中,不正确的是 (　　)

A.用装置①精炼铜,则a极为粗铜,电解质溶液为CuSO4溶液
B.装置②的总反应是:Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+
C.装置③中钢闸门应与外接电源的负极相连
D.装置④中的铁钉几乎没被腐蚀
答案　B　根据装置①中电流的方向可知a为电解池的阳极,则用来精炼铜时,a极为粗铜,电解质溶液为CuSO4溶液,故A正确;铁比铜活泼,作原电池的负极,发生的总反应为Fe+2Fe3+3Fe2+,故B错误;装置③为外加电流的阴极保护法,钢闸门应与外接电源的负极相连,故C正确;浓硫酸具有吸水性,在干燥的环境中铁钉难以被腐蚀,故D正确。
3.“高分八号”高分辨率对地观测系统光学遥感卫星在我国太原成功发射,如图所示为某卫星的能量转化示意图,其中燃料电池以KOH溶液为电解液,下列说法不正确的是 (　　)

A.整个系统实现了物质零排放及能量间的完全转化
B.燃料电池的负极反应式为H2+2OH--2e-2H2O
C.水电解系统中加入Na2SO4可增加溶液导电性
D.该系统的总反应式为2H2+O22H2O
答案　A　能量间不能完全转化,故A错误;该燃料电池放电时的负极发生氧化反应,在碱性环境下,反应式为H2+2OH--2e-2H2O,故B正确;Na2SO4在水中电离生成Na+和SO42-,增加溶液导电性,故C正确;放电时氢气与氧气反应生成水,充电时,水分解生成氢气和氧气,故D正确。
4.在城市中,地下常埋有纵横交错的管道和输电线路,有些地面上还铺有地铁或城铁的铁轨。当有电流泄漏入潮湿的土壤中,并与金属管道或铁轨形成回路时,就会引起金属管道、铁轨的腐蚀,原理简化如图所示,则下列有关说法不正确的是 (　　)

A.原理图可理解为两个串联的电解装置
B.溶液中铁丝被腐蚀时,左侧有无色气体产生,附近产生少量白色沉淀,随后变为灰绿色,最终变为红褐色
C.地下管道被腐蚀,不易发现,也不便维修,故应将埋在地下的金属管道表面涂绝缘膜(或油漆等)
D.溶液中铁丝左侧的电极反应式为Fe-2e-Fe2+
答案　D　由图可知,左侧Fe电极与电源的正极相连为阳极,铁丝左侧为阴极,形成电解池;铁丝右侧为阳极,右侧Fe电极与电源负极相连为阴极,形成电解池,故该装置可看作两个串联的电解装置,A正确。铁丝左侧为阴极,发生还原反应:2H2O+2e-2OH-+H2↑,左侧Fe电极生成的Fe2+与OH-结合生成Fe(OH)2白色沉淀,随后被氧化变成灰绿色,最终变为红褐色,B正确,D错误。埋在地下的金属管道表面涂绝缘膜(或油漆等),可减缓金属管道的腐蚀,C正确。
易混易错　忽视“电流泄漏入潮湿的土壤中,并与金属管道或铁轨形成回路”,错误的将这种情形下金属管道、铁轨的腐蚀当作是金属的吸氧腐蚀。
5.支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,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
答案　C　本题考查金属的腐蚀和防护。C项,高硅铸铁为惰性辅助阳极,不可能损耗,错误。
6.一种电化学制备NH3的装置如图所示,图中陶瓷在高温时可以传输H+。下列叙述错误的是(　　)

A.Pd电极b为阴极
B.阴极的反应式为:N2+6H++6e-2NH3
C.H+由阳极向阴极迁移
D.陶瓷可以隔离N2和H2
答案　A　Pd电极b上氢气失去电子,该电极为阳极,故A错误;电解池中阴极上发生还原反应,则阴极反应式为N2+6H++6e-2NH3,故B正确;电解池中,H+由阳极向阴极迁移,故C正确;由图可知,氮气与氢气不直接接触,陶瓷可以隔离N2和H2,故D正确。
7.研究人员最近发明了一种“水”电池,这种电池能利用淡水与海水之间的含盐量差进行发电,在海水中电池总反应可表示为5MnO2+2Ag+2NaClNa2Mn5O10+2AgCl。下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是 (　　)
A.正极反应式:Ag+Cl--e-AgCl
B.每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子
C.Na+不断向“水”电池的负极移动
D.AgCl是还原产物
答案　B　A项,电池的正极得电子,错误;C项,在原电池中,阳离子向正极移动,错误;D项,Ag化合价升高生成AgCl,AgCl是氧化产物,错误。
8.电解NO制备NH4NO3的工作原理如图所示,X、Y均为Pt电极,为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充物质A。下列说法正确的是 (　　)

A.物质A为NH3
B.X电极为电解池的阳极
C.Y电极上发生了还原反应
D.Y电极反应式为NO-3e-+4OH-NO3-+2H2O
答案　A　结合题中电解NO制备NH4NO3的装置图可知,阳极反应为NO-3e-+2H2ONO3-+4H+,阴极反应为NO+5e-+6H+NH4++H2O,由两电极反应可知,总反应方程式为8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3,因此若要使电解产物全部转化为NH4NO3,则需补充NH3,A项正确;由于X电极上生成NH4+,故X电极为阴极,Y电极为阳极,Y电极发生氧化反应,Y电极的反应式为NO-3e-+2H2ONO3-+4H+,B、C、D项错误。
9.用NaOH溶液吸收烟气中的SO2,将所得的Na2SO3溶液进行电解,可循环再生NaOH,同时得到H2SO4,其原理如下图所示(电极材料为石墨),下列说法不正确的是 (　　)

A.图中a极要连接电源的负极
B.C口流出的物质是硫酸
C.SO32-放电的电极反应式为SO32--2e-+H2OSO42-+2H+
D.B口附近的碱性减弱
答案　D　根据Na+、SO32-的迁移方向判断电源的阴、阳极。Na+移向阴极区,a极应接电源负极,b极应接电源正极,其电极反应式分别为
阳极:SO32--2e-+H2OSO42-+2H+
阴极:2H2O+2e-H2↑+2OH-
所以从C口流出的是硫酸,在阴极区,由于H+放电,破坏水的电离平衡,c(H+)减小,c(OH-)增大,生成NaOH,碱性增强,从B口流出的是浓度较大的NaOH溶液。
10.假设图中原电池产生的电压、电流强度均能满足电解、电镀要求,即为理想化。①~⑧为各装置中的电极编号。下列说法错误的是 (　　)

A.当K闭合时,装置a发生吸氧腐蚀,在电路中作电源
B.当K断开时,装置b锌片溶解,有氢气产生
C.当K闭合后,整个电路中电子的流动方向为①→⑧,⑦→⑥,⑤→④,③→②
D.当K闭合后,装置a、b中溶液的pH均变大
答案　A　当K闭合时,装置b能自发进行氧化还原反应,为原电池,在电路中作电源,装置a为电解池,A项错误;当K断开时,装置b不能构成原电池,锌片因和稀硫酸发生化学腐蚀而溶解,有氢气产生,B项正确;当K闭合后,装置b为原电池,装置a、c、d为电解池,电子从负极流向阴极,再从阳极流向阴极,最后由阳极流向正极,所以整个电路中电子的流动方向为①→⑧,⑦→⑥,⑤→④,③→②,电子不进入电解质溶液,C项正确;当K闭合后,装置a中阴极上H+放电,阳极上Cl-放电,导致溶液中OH-浓度增大,溶液的pH增大;装置b中正极上H+放电导致溶液中H+浓度减小,溶液的pH增大,D项正确。
疑难突破　判断四个电化学装置的类别是解题的关键。当K闭合后,由各装置的电极材料及电解质溶液可知,只有装置b能自发进行氧化还原反应,所以装置b为原电池,则装置a、c、d都是电解池。

二、非选择题(共20分)
11.铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下:

注:SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。
(1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　。 
(2)向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液,溶液的pH　　　　　(填“增大”“不变”或“减小”)。 
(3)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是　　　　　　　　　　　　　。 
(4)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液,原理如图所示。阳极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　,阴极产生的物质A的化学式为　　　　　。 

(5)铝粉在1000℃时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合,有利于AlN的制备,其主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案　(12分)(1)Al2O3+2OH-2AlO2-+H2O
(2)减小
(3)石墨电极被阳极上产生的O2氧化
(4)4CO32-+2H2O-4e-4HCO3-+O2↑　H2
(5)NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜
解析　本题考查了以铝土矿为原料制备铝的工艺流程,涉及离子方程式的书写和电化学的相关知识。
(1)Al2O3是两性氧化物,能与强碱溶液反应生成AlO2-和H2O。
(2)“碱溶”时,NaOH溶液应过量,则在“过滤Ⅰ”所得滤液中一定含有过量的NaOH,当加入NaHCO3溶液时,HCO3-+OH-CO32-+H2O,使c(OH-)减小,故pH减小。
(3)电解熔融Al2O3时,阳极反应式为:2O2--4e-O2↑,O2会与石墨发生化学反应,从而消耗石墨。
(4)阳极应是H2O电离出的OH-放电,生成O2和H+,在Na2CO3溶液充足的条件下,H+与CO32-反应生成HCO3-,故阳极的电极反应式为:4CO32-+2H2O-4e-4HCO3-+O2↑;阴极的电极反应式为:4H2O+4e-2H2↑+4OH-,所以物质A为H2。
(5)铝粉表面有Al2O3薄膜,阻碍反应的进行,而添加少量NH4Cl固体,NH4Cl分解生成的HCl能与Al2O3反应,破坏Al2O3薄膜,有利于Al和N2反应。
12.能源是国民经济发展的重要基础,我国目前使用的能源主要是化石燃料。
Ⅰ.熔融盐燃料电池具有高发电效率,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,CO32-移向　　　极(填“正”或“负”),已知CH4发生反应的电极反应式为CH4+4CO32--8e-5CO2+2H2O,则另一极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
Ⅱ.利用上述燃料电池,按图1所示装置进行电解,A、B、C、D均为铂电极,回答下列问题。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　

(1)甲槽电解的是200mL一定浓度的NaCl与CuSO4的混合溶液,理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如图2所示(气体体积已换算成标准状况下的体积,电解前后溶液的体积变化忽略不计)。
①原混合溶液中NaCl的物质的量浓度为　　mol·L-1,CuSO4的物质的量浓度为　　　mol·L-1。 
②t2时所得溶液的pH=　　　。 
(2)乙槽为200mLCuSO4溶液,乙槽内电解的总离子方程式为　。 
①当C极析出0.64g物质时,乙槽溶液中生成的H2SO4的物质的量为　　　mol。电解后,若使乙槽内的溶液完全复原,可向乙槽中加入　　　(填字母)。 
A.Cu(OH)2　　B.CuO
C.CuCO3　　D.Cu2(OH)2CO3
②若通电一段时间后,向所得的乙槽溶液中加入0.2mol 的Cu(OH)2才能恰好恢复到电解前的浓度,则电解过程中转移的电子数为　　　　　　(设NA表示阿伏加德罗常数的值)。 
答案　Ⅰ.负　O2+2CO2+4e-2CO32-
Ⅱ.(1)①0.1　0.1　②1　(2)2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+　①0.01　BC　②0.8NA
解析　Ⅰ.燃料电池工作过程中,熔融盐中的阴离子向负极移动,即CO32-移向负极;CH4在负极发生氧化反应生成CO2和H2O,该燃料电池的总反应式为CH4+2O2CO2+2H2O,结合得失电子守恒、负极反应式和电池总反应式推知,正极反应式为O2+2CO2+4e-2CO32-。Ⅱ.(1)①A、B、C、D均为惰性电极Pt,甲槽电解NaCl和CuSO4的混合液,阳极上离子放电顺序为Cl-、OH-、SO42-,阴极上离子放电顺序为Cu2+、H+、Na+,开始阶段阴极上析出Cu,阳极上产生Cl2,则图中曲线a代表阴极产生气体体积的变化,曲线b代表阳极产生气体体积的变化。阳极上发生的反应依次为2Cl--2e-Cl2↑、4OH--4e-2H2O+O2↑,由曲线b可知,Cl-放电完全时生成标准状况下224mLCl2,根据Cl原子守恒可知,溶液中c(NaCl)=0.01mol×20.2L=0.1mol·L-1;阴极上发生的反应依次为Cu2++2e-Cu、2H++2e-H2↑,由曲线b可知Cu2+放电完全时,阳极上产生标准状况下224mLCl2和112mLO2,则电路中转移电子的物质的量为0.01mol×2+0.005mol×4=0.04mol,据得失电子守恒可知n(Cu2+)=0.04mol×12=0.02mol,故混合液中c(CuSO4)=0.02mol0.2L=0.1mol·L-1。②0~t1时间内相当于电解CuCl2溶液,电解反应式为CuCl2Cu+Cl2↑,t1~t2时间内相当于电解CuSO4溶液,电解CuSO4溶液的离子反应式为2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+,则生成H+的物质的量为0.005mol×4=0.02mol,则有c(H+)=0.02mol0.2L=0.1mol·L-1,故溶液的pH=1。(2)电解CuSO4溶液时,Cu2+在阴极放电,水电离的OH-在阳极放电,电解的总离子方程式为2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+。①C极为阴极,电极反应式为Cu2++2e-Cu,析出0.64gCu(即0.01mol)时,生成H2SO4的物质的量为0.01mol。电解CuSO4溶液时,阴极析出Cu,阳极上产生O2,故可向电解质溶液中加入CuO、CuCO3等使电解质溶液完全复原。②加入0.2molCu(OH)2相当于加入0.2molCuO和0.2molH2O,则电解过程中转移电子的物质的量为0.2mol×2+0.2mol×2=0.8mol,即0.8NA个电子。
规律总结　有关电解池的分析思路