8.可用于电动汽车的铝-空气燃料电池,通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液,铝合金为负极,空气电极为正极。
下列说法正确的是( )
A.以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时,正极反应都为O2+2H2O+4e-===4OH-
B.以NaOH溶液为电解液时,负极反应为Al-3e-===Al3+
C.以NaOH溶液为电解液时,电池在工作过程中电解液的pH保持不变
D.电池工作时,电子通过外电路从正极流向负极
答案 A
解析 以NaCl溶液为电解液时,正极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-,负极反应为Al-3e-===Al3+,以NaOH溶液为电解液时,正极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-,负极反应为Al+4OH--3e-===AlO
+2H2O,溶液pH减小,故A项正确,B和C项不正确;电池工作时,电子通过外电路从负极流向正极,D项不正确。
9.下列有关说法正确的是( )
A.铅蓄电池的正极反应为PbO2+4H++2e-===Pb2++2H2O
B.以CO和O2构成的碱性燃料电池负极电极反应式为CO+4OH--2e-===CO
+2H2O
C.电解法精炼铜时,以粗铜作阴极,纯铜作阳极
D.工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气
答案 B
解析 书写铅蓄电池电极反应式时应考虑SO
参与反应,正极电极反应式为PbO2+SO
+4H++2e-===PbSO4+2H2O,A项不正确;以CO和O2构成的碱性燃料电池,负极CO失电子在碱性条件下生成CO
,所以负极电极反应式为CO+4OH--2e-===CO
+2H2O,B项正确;电解精炼铜时,粗铜作阳极,纯铜作阴极,C项不正确;工业电解熔融NaCl制备钠和氯气,D项不正确。
10.某同学组装了如图所示的电化学装置。
电极Ⅰ为Al,其他电极均为Cu,则( )
A.电流方向:
电极Ⅳ→
→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
解析 电极Ⅰ是原电池的负极,电极Ⅱ是原电池的正极,电极Ⅲ是电解池的阳极,电极Ⅳ是电解池的阴极,故电流方向:
电极Ⅳ→
→电极Ⅰ,A正确;电极Ⅰ发生氧化反应,B错误;电极Ⅱ是原电池的正极,发生还原反应,有单质铜析出,C错误;电极Ⅲ是电解池的阳极,发生氧化反应,电极反应为Cu-2e-===Cu2+,D错误。
11.装置中发生反应的离子方程式为Zn+2H+===Zn2++H2↑。
下列说法错误的是( )
A.a、b不可能是同种材料的电极
B.该装置可能是电解池,电解质溶液为稀盐酸
C.该装置可能是原电池,电解质溶液为稀盐酸
D.该装置可看作是铜-锌原电池,电解质溶液是稀硫酸
答案 A
解析 若a和b都是锌片、电解液为稀盐酸的电解池,阳极反应为Zn-2e-===Zn2+,阴极反应为2H++2e-===H2↑,总反应式为Zn+2H+===Zn2++H2↑,则A项不正确,B项正确;若用锌作负极、铜作正极,用稀盐酸或稀硫酸作电解质溶液,负极反应为Zn-2e-===Zn2+,正极反应为2H++2e-===H2↑,总反应为Zn+2H+===Zn2++H2↑,则C、D项都正确。
12.根据下图判断,下列叙述正确的是( )
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N连接时,X为氯化钠,石墨电极反应:
2H++2e-===H2↑
C.K与M连接时,X为硫酸,一段时间后溶液的pH增大
D.K与M连接时,X为氯化钠,石墨电极反应:
4OH--4e-===2H2O+O2↑
答案 A
解析 A项,K与N连接时构成原电池,X为硫酸,发生析氢腐蚀,铁作负极,失去电子被氧化,石墨作正极,氢离子在正极表面得到电子,一段时间后溶液的pH增大;B项,K与N连接时构成原电池,X为氯化钠,铁发生吸氧腐蚀,石墨电极反应:
2H2O+O2+4e-===4OH-;C项,K与M连接时构成电解池,X为硫酸,石墨作阳极,铁作阴极,相当于电解水,一段时间后硫酸的浓度增大,溶液的pH减小;D项,K与M连接时构成电解池,X为氯化钠,石墨作阳极,电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑。
13.已知:
锂离子电池的总反应为LixC+Li1-xCoO2
C+LiCoO2,锂硫电池的总反应为2Li+S
Li2S。
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.上图表示用锂离子电池给锂硫电池充电
答案 B
解析 A项,原电池中阳离子向正极移动,则锂离子电池放电时,Li+向正极迁移,错误;B项,锂硫电池充电时,锂电极与外接电源的负极相连,锂电极上,Li+得电子发生还原反应,正确;C项,锂硫电池放电时负极为Li,锂离子电池放电时负极为LixC,两种电池锂的变价不同,两种电池的负极材料不同,所以比能量不相同,错误;D项,充电时,正接正,负接负,所以Li电极接C电极,错误。
14.糕点包装中常见的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、碳粉等,其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。
下列分析正确的是( )
A.脱氧过程是吸热反应,可降低温度,延长糕点保质期
B.脱氧过程中铁作原电池正极,电极反应为Fe-3e-===Fe3+
C.脱氧过程中碳作原电池负极,电极反应为2H2O+O2+4e-===4OH-
D.含有1.12g铁粉的脱氧剂,理论上最多能吸收氧气336mL(标准状况)
答案 D
解析 在脱氧过程中,由铁、碳作电极,氯化钠溶液作电解质溶液,形成原电池,发生吸氧腐蚀,该过程为放热反应;在脱氧过程中,碳作正极,铁作负极,铁失电子发生氧化反应,生成Fe2+;在脱氧过程中,Fe失电子被氧化为Fe2+,Fe2+最终还是被氧气氧化为Fe3+,由电子得失守恒知消耗氧气的体积(标准状况下)V(O2)=22.4L·mol-1×
=0.336L=336mL。
15.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+6O2===6CO2+6H2O
答案 A
解析 根据微生物电池工作原理示意图可知,C6H12O6在负极发生氧化反应生成CO2,电极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-===6CO2↑+24H+;O2在正极得电子发生还原反应,电极反应式为6O2+24H++24e-===12H2O,故A项错误;微生物促进了反应中电子的转移,B项正确;H+通过质子交换膜从负极区移向正极区,C项正确;电池总反应为C6H12O6+6O2===6CO2+6H2O,正确。
16.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
解析 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项不正确;在电解池内部,阳离子向阴极移动,故H+从b极区向a极区移动,B项正确;阴极上3CO2~C3H8O~18e-,阳极上2H2O~O2~4e-,根据电子守恒可知,当阳极生成1molO2时,阴极被还原的CO2的质量为
×44g·mol-1≈29.3g,故C项不正确;a极电极反应为3CO2+18H++18e-===C3H8O+5H2O,故D项不正确。
第Ⅱ卷(非选择题,共52分)
二、非选择题(本题包括5小题,共52分)
17.(10分)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(约6mL)和检验氯气的氧化性(不应将多余的氯气排入空气中)。
(1)试从下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_____________________________________
_______________________________________________________________________。
答案
(1)G、F、I D、E、C
(2)负 2Cl--2e-===Cl2↑ (3)淀粉KI溶液变成蓝色
解析 由电解产生的氢气的体积约6mL和检验氯气的氧化性可知,铁棒作阴极,铁棒上产生的是氢气;碳棒作阳极,从B口导出的是氯气,碳棒上发生的电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑。
18.(10分)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,在电极上分别通入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O2-(O2+4e-===2O2-)。
(1)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100mL0.5mol·L-1CuSO4溶液,a电极上的电极反应式为____________,若a电极产生56mL(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.CuOb.Cu(OH)2
c.CuCO3d.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或者说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)图中的A为直流电源,B为渗透饱和氯化钠溶液和酚酞溶液的滤纸,C为电镀槽,接通电路后,发现B上的c点显红色。
请填空:
(1)电源A中a点为________极。
(2)滤纸B上发生的总反应方程式为_________________________________________
_______________________________________________________________________。
(3)欲在电镀槽中实现铁上镀锌,接通K点,使c、d两点短路,则电极e上发生的反应为_______________________________________________________________________,
电极f上发生的反应为___________________________________________________,
电镀槽中盛放的电镀液可以是________或__________(只要求填两种电解质溶液)。
答案
(1)正
(2)2NaCl+2H2O
H2↑+Cl2↑+2NaOH (3)Zn-2e-===Zn2+ Zn2++2e-===Zn ZnSO4溶液 ZnCl2溶液
20.(10分)下图是一个化学过程的示意图,回答下列问题:
(1)甲池是______________装置,乙装置中电极A的名称是___________________。
(2)甲装置中通入CH4的电极反应式为______________________,乙装置中电极B(Ag)的电极反应式为_____________________,丙装置中D极的产物是____________(写化学式)。
(3)一段时间,当丙池中产生112mL(标准状况)气体时,均匀搅拌丙池,所得溶液在25℃时的pH=________(已知:
NaCl溶液足量,电解后溶液体积为500mL)。
若要使丙池恢复电解前的状态,应向丙池中通入________(写化学式)。
答案
(1)原电池 阳极
(2)CH4+10OH--8e-===CO
+7H2O Ag++e-===Ag H2和NaOH
(3)12 HCl
解析
(1)由图可知,甲装置为燃料电池,是原电池,通入燃料的电极为负极,通入氧气的电极为正极,与电池正极相连的电极A为阳极,B为阴极,C为阳极,D为阴极。
(2)甲装置中由于电解质为KOH溶液,负极反应为CH4+10OH--8e-===CO
+7H2O,正极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-,乙、丙装置为电解池,B极反应式为Ag++e-===Ag,D极发生反应为2H++2e-===H2↑,由于D极消耗了H+,破坏了水的电离平衡,最终在D极产生大量NaOH溶液,故D极产物为H2和NaOH。
(3)在丙装置中,阳极C发生反应:
2Cl--2e-===Cl2↑,阴极D发生反应:
2H++2e-===H2↑,n(气体)=0.112L÷22.4L·mol-1=0.005mol,所以转移的电子的物质的量为n(e-)=0.005mol,c(OH-)=0.005mol÷0.5L=0.01mol·L-1,c(H+)=10-12mol·L-1,pH=12,n(NaOH)=n(HCl)=0.005mol,所以若要使丙池恢复电解的状态,应向丙池中通入HCl气体0.005mol。
21.(12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、负极的电极反应式分别为
________________________________________________________________________、
________________________________________________________________________。
(2)闭合K开关后,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)若每个电池中甲烷的通入量为1L(标准状况),且反应完全,则理论上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)H2或氢气 2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑ (3)4