选修四第四章 电化学基础能力检测题及答案解析

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综合能力检测四时间：90分钟　分值：100分第Ⅰ卷(选择题，共48分)一、选择题(每小题3分，共48分)1．暖宝宝是市场上常见的热敷、止痛、消肿贴剂。它由原料层、明胶层、无纺布袋层三部分组成，其中原料是由铁、石墨、活性炭、无机盐等合成的聚合物，构成了原电池，其中铁作(　　)A．正极   B．负极C．阴极   D．阳极答案　B解析　由题意知Fe、石墨、无机盐形成了原电池，铁在原电池中作负极。2．对外加电流的金属保护中，下列叙述正确的是(　　)A．被保护的金属与电源的正极相连B．被保护的金属与电源的负极相连C．在被保护的金属表面上发生氧化反应D．被保护的金属为阴极，其表面上发生氧化反应答案　B解析　外加电流的金属保护法依据的是电解池的原理，被保护的金属与电源的负极相连，作阴极，发生还原反应，故只有B项正确。3．已知蓄电池在充电时作电解池，放电时作原电池。铅蓄电池上有两个接线柱，一个接线柱旁标有“＋”，另一个接线柱旁标有“－”。关于标有“＋”的接线柱，下列说法中正确的是(　　)A．充电时作阳极，放电时作正极B．充电时作阳极，放电时作负极C．充电时作阴极，放电时作负极D．充电时作阴极，放电时作正极答案　A解析　铅蓄电池是常见的二次电池，充电时电极反应是放电时电极反应的逆过程。放电时正极得到电子发生还原反应作正极，充电时则失去电子发生氧化反应作阳极。4．在电解质溶液中插入M、N电极，并连接直流电源进行电解，可以看到两极上均有气泡产生，电解后测定电解质溶液，其H＋浓度无变化。符合这些条件的是(　　)A．两个电极均为铁片，M是阴极，电解质溶液是0.4%的NaOH溶液B．两个电极均为石墨，M是阳极，电解质溶液是0.4%的H2SO4溶液C．两个电极均为石墨，M是阳极，电解质溶液是0.4%的KOH溶液D.m是铁片，作阴极，N是石墨，电解质溶液是0.4%的KNO3溶液答案　D解析　由电解原理可知，A项中Fe作阳极时失去电子，不会产生气体，不符合题意；B项中电解水，H2SO4浓度增加，不符合题意；C项电解KOH时也是电解水，KOH浓度增大即c(OH－)增大，故c(H＋)减小，不符合题意；D项中虽电解水，但溶液中c(H＋)＝c(OH－)，c(H＋)不发生变化。5．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，阳极的电极反应式为：2Cl－－2e－===Cl2↑B．氢氧燃料电池的负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．粗铜精炼时，与电池正极相连的是纯铜，电极反应式为：Cu－2e－===Cu2＋D．钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式：Fe－2e－===Fe2＋答案　A解析　氢氧燃料电池的正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；粗铜精炼时，与电源负极相连的是纯铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu；钢铁发生电化学腐蚀时负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋。6．将a、b、c、d 4种金属两两连接浸入电解质溶液中，组成4个原电池(如图)：①中a极发生氧化反应　②中电流由b到c　③中c极质量增加　④中a极有大量气泡，则4种金属的活泼性由强到弱的顺序为(　　)A．d＞a＞c＞b   B．d＞c＞a＞bC．b＞d＞c＞a   D．a＞d＞b＞c答案　A解析　原电池中负极失电子，发生氧化反应，不断溶解；正极上得电子，发生还原反应，会产生气泡或质量增加。7．我国第五套人民币的一元硬币材质为铜芯镀银，依据掌握的电镀原理，你认为硬币制作时，铜芯应做(　　)A．阴极   B．阳极C．正极   D．负极答案　A解析　电镀时，待镀金属制品作阴极，把镀层金属做阳极。本题是在铜上镀银，故铜芯应做阴极。8．有如下两个反应：①2HClH2＋Cl2　②2HClH2↑＋Cl2↑关于这两个反应的叙述中错误的是(　　)A．①②两反应都是氧化还原反应B．①②两反应中的能量转换方式都是热能转变为化学能C．②反应是电能转变为化学能D．①反应是热能转变为化学能答案　B解析　①、②两反应均是氧化还原反应，A项正确；①是热能转化为化学能，D项正确；②是电能转化为化学能，C项正确，B项错误。9．在钢铁腐蚀过程中，下列五种变化可能发生的是(　　)①Fe2＋转化为Fe3＋　②O2被还原　③产生 H2　④Fe(OH)3失水形成Fe2O3·H2O　⑤杂质碳被氧化A．①②   B．②③④C．①②③④   D．①②③④⑤答案　C解析　在钢铁腐蚀中铁作负极发生氧化反应，根据电解质溶液的酸性强弱可发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀，而碳作正极，只起到电极作用，碳不参与反应。10．有人设计以Pt和Zn为电极材料，埋入人体内作为某种心脏病人的心脏起搏的能源。它依靠人体内含有一定浓度的溶解氧进行工作，下列叙述中错误的是(　　)A．Pt是正极B．负极反应：Zn－2e－===Zn2＋C．正极反应：2H＋＋2e－===H2↑D．正极反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－答案　C解析　Zn、Pt形成的原电池Zn作负极，Pt作正极，负极反应为：Zn－2e－===Zn2＋，正极反应为：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，只有C项错误。11．如下图所示，将两烧杯中电极用导线相连，四个电极分别为Mg、Al、Pt、C。当闭合开关S后，以下表述正确的是(　　)A．电流表指针不发生偏转B．Al、Pt两极有H2产生C．甲池pH增大，乙池pH减小D．Mg、C两极生成的气体在一定条件下可以恰好完全反应答案　D解析　根据题给信息闭合S后，甲池为原电池，乙池为电解池。电流表指针发生偏转，A项错；Al电极作负极，Al溶解，不产生H2，B项错；甲池发生的反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，pH减小，乙池电解水后，NaOH溶液浓度增大，pH增大，C项错；甲池中Mg作正极产生H2，乙池中C极作阳极产生O2，当有4mol电子通过电路时，Mg极产生2mol H2，C极产生1mol O2，二者在一定条件下恰好完全反应，D项正确。12．用石墨电极电解含有一定量重水(D2O)的水(H2O)，下列说法正确的是(　　)A．相同状况下两电极上产生的气体体积之比为2:1B．两电极产生的气体质量之比为8:1C．相同状况下两电极上产生的气体体积之比为4:1D．若两电极上产生的气体质量为16:3，则D2O与H2O的物质的量之比为2:1答案　A解析　电解重水和水的反应方程式为：2D2O2D2↑＋O2↑，2H2O2H2↑＋O2↑，只要电路中通过一定量的电子，两极上产生H2和D2与O2的物质的量之比均为2:1，在相同状况下体积比为2:1，但质量比不为8:1，则A项正确，B、C项错误；根据反应方程式可知当两电极上产生的气体质量为16:3时D2O与H2O的物质的量之比为1:1，D项错误。13．某学生为完成2HCl＋2Ag===2AgCl＋H2↑反应设计了如图所示的四个实验，你认为可行的实验的是(　　)答案　D解析　根据金属活动顺序表Ag不能置换出盐酸中的氢，故该反应不是自发进行的。不能设计为原电池，B项不可行；设计为电解池应Ag作阳极，盐酸作电解质溶液，D项可行。14．pH＝a的某电解质溶液中，插入两支惰性电极通直流电一段时间后，溶液的pH>a，则该电解质可能是(　　)A．NaOH   B．H2SO4C．AgNO3   D．Na2SO4答案　A解析　电解NaOH、H2SO4、Na2SO4的溶液，都是电解水，其结果会使溶液浓度增大，增大浓度后，NaOH的c(OH－)增大，所以其pH值增大，A项对。而电解AgNO3溶液会生成Ag和HNO3，pH值减小。15．可再生能源是我国重要的能源资源，在满足能源需求、改变能源结构，减少环境污染、促进经济发展等方面具有重要作用。应用太阳能光伏发电技术，是实现节能减排的一项重要措施。下列分析不正确的是(　　)A．风能、太阳能、生物质能等属于可再生能源B．推广可再生能源有利于经济可持续发展C．上图是太阳能光伏电池原理图，图中A极为正极D．光伏发电池能量转化方式是太阳能直接转变为电能答案　C解析　在原电池的外电路中，电流由正极流向负极，由图中的电流方向可判断A为负极。16．用石墨作电极电解3mol·L－1KCl和0.5mol·L－1Al2(SO4)3的1 L混合溶液时，下图电解变化曲线合理的是(　　)答案　D解析　电解时，阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑                        3mol  3mol阴极反应：2H＋＋2e－===H2↑         3mol  3mol3mol H＋放电时产生了3mol OH－，Al3＋　＋　3OH－===Al(OH)31mol     3molAl3＋恰好与OH－完全反应生成Al(OH)3沉淀，剩余溶液为K2SO4溶液，故选D项。第Ⅱ卷(非选择题，共52分)二、非选择题(本题包括5道题，共52分)17．(8分)某校化学兴趣小组同学，利用下列装置探究pH试纸上的微型电解。(1)如图，取一条广泛pH试纸，浸润了饱和Na2SO4溶液后放置于玻璃片上，取两只回形针(铁制)夹住试纸两端，另取导线、鳄鱼夹、6 V电池连接好电路。当两根鳄鱼夹夹住回形针后，试纸上立刻出现以下现象：阳极回形针处很快出现大片红棕色；阴极附近迅速呈现大片蓝紫色，对照比色卡发现其pH约为13。①如图，右端回形针为__________极(填“阴”或“阳”)；阴极试纸上出现大片蓝紫色的原因是(用反应式结合文字表示)：_________________________________________________________。②推测阳极回形针处出现的红棕色物质可能是__________(写化学式)。(2)小组同学另取两根铅笔芯作为电极，对pH试纸上的Na2SO4溶液电解，可见阳极与试纸接触处呈现__________色圆点，而在阴极与试纸接触处呈现__________色圆点，说明了电解硫酸钠饱和溶液的实质是：_______________________________(用方程式表示)。答案　(1)①阳　2H＋＋2e－===H2↑，使水的电离平衡右移，c(OH－)增大，阴极附近呈碱性　②Fe2O3(2)红　蓝　2H2O2H2↑＋O2↑解析　(1)右端回形针电池的正极相连，作阳极，电解硫酸钠溶液时，阴极H＋放电，2H＋＋2e－===H2↑，使溶液中OH－浓度增大，阴极附近呈碱性，试纸变为蓝紫色。右端回形针(铁制)作阳极，回形针被腐蚀，推测出现的红棕色物质为Fe2O3。(2)铅笔芯的成分含有石墨，以铅笔芯(石墨)作电极，电解Na2SO4溶液，阳极OH－放电，H＋浓度增大，阳极附近显酸性，pH试纸变红，阴极H＋放电，OH－浓度增大，阴极附近显碱性，pH试纸变蓝，电解硫酸钠溶液，实质是电解水。18．(10分)用铂电极电解氢氧化钠溶液，测定两极逸出气体的体积，记录如下表：　　　时间/min气体体积/mL　　　　12345678阴极生成的气体6122029394959 阳极生成的气体2471116212631(1)完成有关的电极反应式：阴极_______________________，阳极______________________。(2)完成电解池总反应方程式__________________________。(3)开始电解阶段两极产生气体的体积比不符合理论比值的原因是______________________________________。(4)自第______________分钟起阴极与阳极产生气体的体积比符合理论的比值。答案　(1)4H＋＋4e－===2H2↑4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(2)2H2O2H2↑＋O2↑(3)开始阶段O2、H2在水中的溶解未达到饱和，O2在水中的溶解度比H2大(4)4解析　本题一看好像与我们所学知识不相符，我们研究的是理论，与实际上有偏差。电解NaOH溶液实际上是电解水，阳极发生4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极发生4H＋＋4e－===2H2↑，开始时由于H2、O2在溶液中只有达到饱和才能逸出，而且O2的溶解度比H2的还大，所以开始V(H2)V(O2)＞2:1，等二者均达到饱和后才能使V(H2)V(O2)＝2:1。19．(10分)新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液的电解实验，如图所示。回答下列问题：(1)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为____________、______________；(2)闭合开关K后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是__________，电解氯化钠溶液的总反应方程式为__________；(3)若每个电池的甲烷通入量为1 L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为__________(法拉第常数F＝9.65×104 C·mol－1，列式计算)，最多能产生的氯气体积为__________ L(标准状况)．答案　(1)2O2＋4H2O＋8e－===8OH－，CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O(2)H22NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑(3)×8×9.65×104 C·mol－1＝3.45×104 C　4解析　本题考查了原电池、电解池的工作原理。(1)根据题意该燃料电池的总反应式为CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O，正极反应式为2O2＋4H2O＋8e－===8OH－，总反应式减去正极反应式，可得负极反应式为CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。(2)三个池中前两个为串联的电源，通入CH4的电极为负极，与其相连的电极b为电解池的阴极，产生的气体为H2。(3)1mol甲烷发生反应失去8mol电子。在串联电路中各电极转移电子数相等，故计算电子传递的电量，应用一个燃料电池的甲烷量计算，故理论上通过的电量为×8×96500 C·mol－1＝3.45×104 C。甲烷的失电子数是等物质的量的Cl－失电子数的8倍，计算可得Cl2 4 L(标准状况)。20．(14分)铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式_________。(2)若将(1)中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。正极反应_________________，负极反应_________________。(3)腐蚀铜板后的混合溶液中，若Cu2＋、Fe3＋和Fe2＋的浓度均为0.10mol·L－1，请参照下表给出的数据和药品，简述除去CuCl2溶液中Fe3＋和Fe2＋的实验步骤：________________________________。 氢氧化物开始沉淀时的pH氢氧化物沉淀完全时的pHFe3＋1.93.2Fe2＋7.09.0Cu2＋4.76.7提供的药品：Cl2　浓H2SO4　NaOH溶液　CuO　Cu(4)某科研人员发现劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢，但在某些盐溶液中腐蚀现象明显。请从上表提供的药品中选择两种(水可任选)，设计最佳实验，验证劣质不锈钢易被腐蚀。有关反应的化学方程式_____________、_______________。劣质不锈钢腐蚀的实验现象：__________________________。答案　(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋(2)装置图正极反应：Fe3＋＋e－===Fe2＋(或2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋)负极反应：Cu===Cu2＋＋2e－(或Cu－2e－===Cu2＋)(3)①通入足量氯气将Fe2＋氧化成Fe3＋；②加入CuO调节溶液的pH至3.2～4.7；③过滤[除去Fe(OH)3](4)CuO＋H2SO4＝CuSO4＋H2O　CuSO4＋Fe＝FeSO4＋Cu　不锈钢表面有紫红色物质生成解析　(2)根据氧化还原反应2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋设计原电池，负极发生氧化反应，Cu失电子作负极，正极选择比Cu活动性弱的金属或碳棒，电解质溶液为FeCl3溶液。(3)根据表中的数据知如用直接沉淀法，Cu2＋也被消耗。根据提供的试剂，将Fe2＋氧化为Fe3＋，再调节溶液的pH，为了不引入新的杂质离子，选择CuO而不选NaOH溶液。(4)不锈钢的主要成分是Fe，由题中劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢，但在某些盐溶液中腐蚀现象明显，再根据提供的试剂可知首先要制备出盐溶液，选择硫酸和CuO制备出硫酸铜溶液，再根据Fe和硫酸铜发生置换反应设计出实验。21．(10分)某学生利用下面实验装置探究盐桥式原电池的工作原理(Cu元素的相对原子质量为64)。按照实验步骤依次回答下列问题：(1)导线中电子流向为__________(用a、b表示)；(2)写出装置中镀锌电极上的电极反应式：_______________；(3)若装置中铜电极的质量增加0.64 g，则导线中转移的电子数目为__________；(不许用“NA”表示)；(4)装置中盐桥中除添加琼脂外，还要添加KCl的饱和溶液，电池工作时，对盐桥中的K＋、Cl－的移动方向向表述正确的是__________。A．盐桥中的K＋向左侧烧杯移动、Cl－向右烧杯移动B．盐桥中的K＋向右侧烧杯移动、Cl－向左烧杯移动C．盐桥中的K＋、Cl－都向左侧烧杯移动D．盐桥中的K＋、Cl－几乎不移动(5)若ZnSO4溶液中含有杂质Cu2＋，会加速Zn电极的腐蚀，还可能导致电流在较短时间内衰减。欲除去Cu2＋，最好选用下列试剂中的__________(填代号)。A．NaOH　　　　　　　　 B．ZnC．Fe  D．H2SO4答案　(1)由a到b(或a→b)(2)Zn－2e－===Zn2＋(3)1.204×1022(4)B(5)B解析　在该原电池中负极为Zn，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，正极为铜，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，当铜电极增加0.64 g时，转移电子(由a到b)为×6.02×1023mol－1×2＝1.204×1022，盐桥中K＋向正极区(右侧烧杯)移动，Cl－向负极区(左侧烧杯)移动。除去ZnSO4中的杂质Cu2＋，且不引入新的杂质，所以可选择Zn，发生反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，过量的Zn及生成的Cu过滤可除去。