浙江专版2023_2024学年新教材高中化学第4章化学反应与电能过关检测新人教版选择性必修1

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第四章过关检测
(时间:90分钟　满分:100分)
一、选择题(本大题共16小题,每小题3分,共48分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的,不选、多选、错选均不得分)
1.(2023山东菏泽高二期中)我国科学家提出关于甲醇(CH3OH)的碳循环,如图所示,下列说法错误的是(　　)。
　　　　　　　　　　　　　　　　

A.该循环涉及了两种能量的转化
B.甲醇只有极性共价键
C.甲醇的燃烧反应也可以设计成燃料电池
D.该循环过程有利于促进碳中和
答案:A
解析:由图可知,该循环涉及的能量转化形式为风能、太阳能转化为电能,电能转化为化学能等,能量转化形式不止2种,A项错误;甲醇是只含有极性共价键的共价化合物,B项正确;甲醇的燃烧反应是自发的氧化还原反应,由原电池的形成条件可知,该反应可以设计成燃料电池,C项正确;由图可知,该循环中二氧化碳是反应的反应物,循环过程能减少二氧化碳的排放,有利于促进碳中和的实现,D项正确。
2.下列有关叙述正确的是(　　)。
A.碱性锌锰电池中,MnO2是催化剂
B.锌银纽扣电池工作时,Ag2O被还原为Ag
C.放电时,铅蓄电池中H2SO4浓度不断增大
D.电镀时,待镀的金属制品表面发生氧化反应
答案:B
解析:由碱性锌锰电池的总反应Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2可知,正极MnO2得电子被还原,A项错误;锌银纽扣电池由Zn粉(作负极)、Ag2O(作正极)和KOH溶液构成,电池工作时的反应原理为Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag,电池工作过程中,正极上Ag2O得电子发生还原反应,生成Ag,B项正确;铅蓄电池放电时,发生的反应是PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O,H2SO4不断被消耗,浓度不断减小,C项错误;电镀时,待镀的金属制品作阴极,在阴极上发生还原反应,D项错误。
3.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.酸性氢氧燃料电池的正极电极反应为2H2O+O2+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.钢铁发生吸氧腐蚀时,铁作负极被氧化:Fe-3e-Fe3+
答案:A
解析:电解饱和食盐水阳极的电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,A项正确;酸性氢氧燃料电池的正极反应式为O2+4H++4e-2H2O,B项不正确;粗铜精炼时粗铜接电源正极,C项不正确;钢铁发生吸氧腐蚀的正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,负极反应式为Fe-2e-Fe2+,D项不正确。
4.家用的一种储水式电热水器的结构如图所示,其中a、b为水管口。

下列说法正确的是(　　)。
A.电热水器通电时,可将少量的水电解
B.镁棒因提供电子而作阴极,保护了钢制外壳
C.镁棒因表面生成Mg(OH)2而得到有效保护
D.电热水器可将电能转化为热能
答案:D
解析:电热水器通电时,加热棒工作,电路不和水接触,不会电解水,A项错误;利用原电池原理保护金属,更活泼的金属镁作阳极(负极),失去电子,不断被腐蚀,可定期更换,钢铁外壳作阴极(正极)得到保护,B项错误;镁棒作阳极(负极),失去电子生成Mg2+,阴极(正极)上水电离出的H+放电,剩余的OH-与Mg2+结合生成Mg(OH)2,该设计是牺牲阳极保护法,故镁棒表面生成Mg(OH)2并非为了保护镁棒,反而影响了对钢制外壳的保护,C项错误;电热水器是用电能加热,使水温升高,该过程电热水器将电能转化为热能,D项正确。
5.实验发现,25 ℃时,在FeCl3酸性溶液中加少量锌粒后,Fe3+立即被还原成Fe2+。某夏令营兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示原电池装置。下列有关说法正确的是(　　)。

A.该原电池的正极反应是Zn-2e-Zn2+
B.左侧烧杯中溶液的红色逐渐褪去
C.该电池铂电极上立即有气泡出现
D.该电池总反应为3Zn+2Fe3+2Fe+3Zn2+
答案:B
解析:该电池的总反应为Zn+2Fe3+2Fe2++Zn2+,所以左侧烧杯中Pt为正极,电极反应为Fe3++e-Fe2+,右侧烧杯中Zn为负极,电极反应为Zn-2e-Zn2+;因为左侧烧杯中的Fe3+被还原为Fe2+,所以左侧烧杯中溶液的红色逐渐褪去。
6.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.待加工铝制工件为阳极
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
解析:该电解池阳极发生的电极反应为2Al+3H2O-6e-Al2O3+6H+,铝化合价升高失电子,所以待加工铝制工件应为阳极,A项正确;阴极发生的电极反应为2H++2e-H2↑,阴极可选用不锈钢网作电极,B项正确,C项错误;电解质溶液中的阴离子向阳极移动,D项正确。
7.某原电池构造如图所示。下列叙述正确的是(　　)。

A.在外电路中,电子由银电极流向铜电极
B.取出盐桥后,电流表的指针仍发生偏转
C.外电路中每通过0.1 mol电子,铜的质量理论上减小6.4 g
D.原电池的总反应式为Cu+2AgNO32Ag+Cu(NO3)2
答案:D
解析:Cu作负极,Ag作正极,外电路中,电子由Cu电极流向Ag电极,A项错误;取出盐桥后,不能形成闭合回路,故电流表的指针不偏转,B项错误;电极反应式分别是负极:Cu-2e-Cu2+,正极:2Ag++2e-2Ag,当转移0.1mole-时,铜的质量理论上减小3.2g,C项错误;电池总反应式为Cu+2AgNO32Ag+Cu(NO3)2,D项正确。
8.X、Y、Z、W为四种不同金属,根据下列事实判断:X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序是(　　)。
①水溶液中,X+Y2+X2++Y　
②Z+2H2O(冷水)Z(OH)2+H2↑
③由Y、W电极组成的原电池,电极反应为W2++2e-W,Y-2e-Y2+
A.X>Z>Y>W
B.Z>W>X>Y
C.Z>X>Y>W
D.Z>Y>X>W
答案:C
解析:Z能与冷水反应,Z的还原性最强;根据①可知,还原性X>Y,根据③可知还原性Y>W。C项正确。
9.用如图所示装置进行实验,下列叙述不正确的是(　　)。

A.K与N连接时,铁被腐蚀
B.K与N连接时,石墨电极产生气泡
C.K与M连接时,一段时间后溶液的pH增大
D.K与M连接时,石墨电极反应:4OH--4e-2H2O+O2↑
答案:D
解析:当K与N连接时,该装置为原电池,铁棒作负极,石墨棒为正极,由于溶液为酸性,析出氢气发生析氢腐蚀,A项、B项正确;K与M连接时,该装置为电解池,铁棒作阴极,石墨棒为阳极,阴极H+放电生成H2,H+浓度减小,溶液pH增大,阳极石墨棒上Cl-放电产生Cl2,电极反应:2Cl--2e-Cl2↑,C项正确,D项错误。
10.某科研团队研发了一种可以“吃”二氧化碳的电池技术。这种电池使用锂、碳为电极,将二氧化碳吸收到名为2-乙氧基乙胺的水基胺中,然后与非水电解液混合。二氧化碳可以转化为在电池电极上积聚的固体矿物碳酸盐。该电池利用火力发电厂排放的二氧化碳参与电池循环并转化为惰性材料,可以作为工业目的的碳源。下列说法不正确的是(　　)。
A.放电时,锂为负极,Li+向碳电极移动
B.电池总反应为4Li+3CO22Li2CO3+C
C.充电时,阳极反应为2C+C-4e-3CO2↑
D.该电池能清除CO2,释放电能,还有可能释放出碳作燃料
答案:C
解析:放电时,锂为负极,碳电极为正极,阳离子移向正极,即Li+向碳电极移动,A项正确;锂、碳为电极的原电池中,Li失电子生成Li+,CO2得电子转化为碳酸盐和碳,则原电池总反应为4Li+3CO22Li2CO3+C,充电时相反,B项正确;充电时为电解池,阳极反应为原电池正极反应的“逆反应”,即2Li2CO3+C-4e-4Li++3CO2↑,C项错误;该电池工作时,消耗CO2,将化学能转化为电能,原电池总反应为4Li+3CO22Li2CO3+C,生成的碳可作碳源、燃料,D项正确。
11.某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构如图所示,电池总反应可表示为2H2+O22H2O。下列有关说法正确的是(　　)。

A.电子通过外电路从b极流向a极
B.b极上的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-
C.每转移0.1 mol电子,消耗1.12 L H2
D.H+由a极通过固体酸膜电解质传递到b极
答案:D
解析:燃料电池中,通入H2的一极为负极,通入O2的一极为正极,故a为负极、b为正极,电子应该是通过外电路由a极流向b极,A项错误;b极上的电极反应式为O2+4H++4e-2H2O,B项错误;C项没有明确是否处于标准状况,无法计算气体的体积,C项错误;原电池中阳离子移向正极,D项正确。
12.如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图,稀硫酸为电解质溶液。下列有关说法不正确的是(　　)。

A.a极为负极,电子由a极经外电路流向b极
B.a极的电极反应式:H2-2e-2H+
C.电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)增大
D.若将H2改为CH4,消耗等物质的量的CH4时,O2的用量增多
答案:C
解析:a极通入的H2发生氧化反应,为负极,电子由a极经外电路流向b极,以稀硫酸为电解质溶液时,负极的H2被氧化为H+,总反应为2H2+O22H2O,电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)减小,则C项错误;根据电池总反应:2H2+O22H2O,CH4+2O2CO2+2H2O,可知等物质的量的CH4消耗O2较多。
13.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,如图。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
解析:Mg-H2O2电池中,Mg电极作负极,石墨电极作正极,正极反应为H2O2+2e-2OH-,H2O2在该极发生还原反应,石墨电极附近溶液的pH增大,溶液中的Cl-向负极移动。
14.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0.01 mol e-时,交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子
答案:D
解析:原电池的正极发生还原反应:Cl2+2e-2Cl-,负极发生氧化反应:Ag-e-+Cl-AgCl,阳离子交换膜右侧无白色沉淀生成;若用NaCl溶液代替盐酸,电池总反应不会改变;当电路中转移0.01mol电子时,负极生成0.01molAg+时消耗溶液中的0.01molCl-,此过程中右侧正极生成0.01molCl-,因此左侧溶液中应有0.01molH+移向右侧,左侧溶液中约减少0.02mol离子。
15.双极膜在电渗析中应用广泛,它是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层,工作时水层中的H2O解离成H+和OH-,并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。下图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。

下列说法正确的是(　　)。
A.出口2的产物为HBr溶液
B.出口5的产物为H2SO4溶液
C.Br-可从盐室最终进入阳极液中
D.阴极的电极反应式为2H++2e-H2↑
答案:D
解析:电解时,溶液中的阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,溶液中的Na+向阴极移动,与双极膜提供的氢氧根离子结合,出口2的产物为NaOH溶液,A项错误;电解时,溶液中的阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,溶液中的Br-向阳极移动,与双极膜提供的氢离子结合,故出口4的产物为HBr溶液,钠离子不能通过双极膜,故出口5不是硫酸,B项错误;结合选项B,Br-不会从盐室最终进入阳极液中,C项错误;电解池阴极处,发生的反应是物质得到电子被还原,发生还原反应,水解离成H+和OH-,则在阴极处发生的反应为2H++2e-H2↑,D项正确。
16.(2022浙江6月选考)通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2,电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒,但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是(　　)。

A.电极A为阴极,发生还原反应
B.电极B的电极反应:2H2O+Mn2+-2e-MnO2+4H+
C.电解一段时间后溶液中Mn2+浓度保持不变
D.电解结束,可通过调节pH除去Mn2+,再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3
答案:C
解析:本题考查电解池原理,要求能确定阴阳极,会正确书写电极反应式,知道离子移动方向,题目难度不大。电极B上,Mn2+失去电子,Mn元素的化合价升高,则B极为阳极,A极为阴极,A、B项正确;电极A的电极反应为LiMn2O4+8H++3e-Li++2Mn2++4H2O,结合电极B的电极反应可知总反应的离子方程式为2LiMn2O4+4H+2Li++Mn2++3MnO2+2H2O,Mn2+有剩余,故溶液中Mn2+浓度增大,C项错误;电解结束后,溶液中的阳离子为Li+和Mn2+,调节pH可使Mn2+生成沉淀除去,由于Li2CO3为难溶物,溶液中的Li+可加入Na2CO3溶液制取Li2CO3,D项正确。
二、非选择题(本大题共5小题,共52分)
17.(10分)如图是以铂为电极电解含一定CaCl2水溶液的装置。电解一段时间后,将CO2缓慢持续通入电解质溶液中。

(1)电解时,F极发生　　　　(填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为　　　　　　　　　　　　　;E极发生　　　　(填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　,电解总反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)通电后E极处溶液呈　　　　色,原因是　 　。 
(3)缓慢持续通入CO2发生的现象是　 。 
答案:(1)氧化　2Cl--2e-Cl2↑　还原　2H2O+2e-H2↑+2OH-　CaCl2+2H2OCa(OH)2+H2↑+Cl2↑
(2)红　E极上发生反应2H2O+2e-H2↑+2OH-,溶液呈碱性
(3)先出现白色沉淀,继续通CO2,沉淀又消失
解析:溶液中含有Ca2+、H+、Cl-、OH-,通电时,Ca2+、H+移向阴极,由于H+放电能力比Ca2+强,在E极上发生反应:2H2O+2e-H2↑+2OH-;Cl-、OH-移向阳极,Cl-在阳极放电:2Cl--2e-Cl2↑,电解后,溶液中OH-浓度增大,通入CO2后会有CaCO3沉淀生成,继续通入CO2,沉淀又消失。
18.(10分)(1)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1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-)。

图1

图2
c电极的名称为　　　　,d电极上的电极反应式为　 。
(2)如图2所示用惰性电极电解100 mL 0.5 mol·L-1CuSO4溶液,a电极上的电极反应式为　　　　　　　　　　　　;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
答案:(1)正极　CH4+4O2--8e-CO2+2H2O
(2)4OH--4e-2H2O+O2↑　1　AC
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B为甲烷,d电极反应式为CH4+4O2--8e-CO2+2H2O。
(2)用惰性电极电解CuSO4溶液时,阳极(a电极)反应式:4OH--4e-2H2O+O2↑;阴极反应式:2Cu2++4e-2Cu,n(O2)==2.5×10-3mol。线路中转移电子的物质的量为2.5×10-3mol×4=0.01mol,溶液中c(H+)==0.1mol·L-1,pH=-lg0.1=1。加入CuO或CuCO3与溶液中的H+反应,可使电解质溶液恢复到电解前的状态。
19.(10分)某科研单位利用电化学原理用SO2制备硫酸,装置如图。电极为多孔材料,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,其电极反应式为　　　　　　　　　　　　,此电极区溶液的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”“向右”或“不”)移动,通入氧气的电极反应式为　 　。 
(3)电池总反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(4)若通入 1.12 L(标准状况)SO2全部转化为H2SO4的过程中电路中通过0.08 mol电子,则该过程中化学能转化为电能的效率为　　　　。 
答案:(1)负　SO2+2H2O-2e-S+4H+　减小
(2)向右　O2+4H++4e-2H2O
(3)2SO2+2H2O+O22H2SO4
(4)80%
解析:(1)SO2制备硫酸,SO2在负极发生氧化反应:SO2+2H2O-2e-S+4H+,负极区溶液酸性增强,溶液的pH减小。
(2)阳离子向正极区移动,O2在正极上发生还原反应,酸性溶液中电极反应式为O2+4H++4e-2H2O。
(3)将正、负极电极反应式相加得电池总反应式:2SO2+O2+2H2O2H2SO4。
(4)标准状况下,1.12LSO2的物质的量为0.05mol,全部转化为H2SO4失去0.1mol电子,所以该过程中化学能转化为电能的效率为×100%=80%。
20.(10分)某研究性学习小组根据反应2KMnO4+10FeSO4+8H2SO42MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O设计如图原电池,其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1 mol·L-1,溶液的体积均为200 mL,盐桥中装有饱和K2SO4溶液。

回答下列问题。
(1)此原电池的正极是石墨　　　(填“a”或“b”),发生　　　　反应。 
(2)电池工作时,盐桥中的S移向　　　　(填“甲”或“乙”)烧杯。 
(3)两烧杯中的电极反应式分别为
甲:　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　, 
乙:　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(4)若不考虑溶液的体积变化,MnSO4浓度变为1.5 mol·L-1,则反应中转移的电子为　　　 mol。 
答案:(1)a　还原
(2)乙
(3)Mn+8H++5e-Mn2++4H2O　5Fe2+-5e-5Fe3+
(4)0.5
解析:(1)根据题目提供的总反应方程式可知,KMnO4作氧化剂,发生还原反应,故石墨a是正极。(2)电池工作时,S向负极移动,即向乙烧杯移动。(3)甲烧杯中的电极反应式为Mn+8H++5e-Mn2++4H2O,乙烧杯中的电极反应式为5Fe2+-5e-5Fe3+。(4)溶液中的MnSO4浓度由1mol·L-1变为1.5mol·L-1,由于溶液的体积未变,则反应过程中生成的MnSO4的物质的量为0.5mol·L-1×0.2L=0.1mol,转移的电子为0.1mol×5=0.5mol。
21.(12分)电解原理在化学工业中有广泛应用。
(1)电解食盐水是氯碱工业的基础。目前比较先进的方法是阳离子交换膜法,电解示意图如图所示,图中的阳离子交换膜只允许阳离子通过,请回答以下问题。

①电解饱和食盐水的总反应的离子方程式是　　　　　　　　　　　。 
②精制饱和食盐水在b口加入的物质为　　　　　(写化学式)。 
(2)全钒液流电池是一种新型的绿色环保储能系统,工作原理如图:
离子种类
V
VO2+
V3+
V2+
颜色
黄色
蓝色
绿色
紫色

全钒液流电池
①全钒液流电池放电时V2+发生氧化反应,该电池放电时总反应式是           　。 
②当完成储能时,阴极溶液的颜色是　　　　　　。 
(3)将PbO溶解在HCl和NaCl的混合溶液中,得到含Na2PbCl4的电解液,电解Na2PbCl4溶液生成Pb的装置如图所示。

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　　　　　　。 
③电解过程中,Na2PbCl4电解液浓度不断减小,为了恢复其浓度,应该向　　　　　　(填“阴”或“阳”)极室加入　　　(填化学式)。 
答案:(1)①2Cl-+2H2O2OH-+Cl2↑+H2↑　②NaOH
(2)①V2++V+2H+V3++VO2++H2O　②紫色
(3)①PbC+2e-Pb+4Cl-　②H+　③阴　PbO
解析:(1)由电解食盐水装置图可知,钠离子移向右边,则左边电极为阳极,右边电极为阴极。(2)全钒液流电池放电时V2+发生氧化反应生成V3+,则V发生还原反应生成VO2+,据此书写反应的总方程式。电池储能时为电解池,电解的总反应为放电总反应的逆反应。(3)将PbO溶解在HCl和NaCl的混合溶液中,得到含Na2PbCl4的电解液,电解Na2PbCl4溶液生成Pb,阴极发生还原反应生成Pb,阳极发生氧化反应生成氧气。