第4章 电化学基础.docx
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第4章电化学基础
第四章 水平测试
本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分,满分100分,考试时间90分钟。
第Ⅰ卷(选择题,共48分)
一、选择题(本题包括16个小题,每小题仅有一个选项符合题意,每小题3分,共48分)
1.2015年贺岁银质纪念币为中华人民共和国法定货币,面额3元。
很多纪念金币材料为钢芯镀金,根据你所掌握的电镀原理,你认为制作这种金纪念币时,钢芯应作( )
A.正极B.负极C.阳极D.阴极
答案 D
解析 电镀时,待镀金属制品作阴极,镀层金属作阳极,在钢芯上镀金,故钢芯应作阴极。
2.下列反应可以设计成原电池的是( )
①CaO+H2O===Ca(OH)2②Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑③2H2O===2H2↑+O2↑④NaCl+AgNO3===AgCl↓+NaNO3⑤Cu+2AgNO3===2Ag+Cu(NO3)2⑥Fe+2FeCl3===3FeCl2
A.①②④⑤⑥B.②③⑤⑥
C.②⑤⑥D.全部
答案 C
解析 能设计成原电池的反应要满足两点:
反应能自发进行;反应是氧化还原反应。
①④是非氧化还原反应,③不能自发进行,②⑤⑥满足以上两点要求。
故正确答案为C。
3.下列对四个常用电化学装置的叙述中,正确的是( )
A.图Ⅰ所示电池中,MnO2的作用是催化剂
B.图Ⅱ所示电池放电过程中,硫酸浓度不断增大
C.图Ⅲ所示装置工作过程中,电解质溶液中Cu2+浓度始终不变
D.图Ⅳ所示电池中,Ag2O是氧化剂,电池工作过程中被还原为Ag
答案 D
解析 A项,图Ⅰ所示电池中,MnO2的作用是氧化剂;B项,图Ⅱ所示电池放电过程中,硫酸浓度不断减小;C项,图Ⅲ所示装置工作过程中,电解质溶液中Cu2+浓度降低。
4.用铜片、银片设计成如图所示的原电池。
以下有关该原电池的叙述正确的是( )
A.电子通过盐桥从乙池流向甲池
B.用铜导线替换盐桥,原电池仍继续工作
C.开始时,银片上发生的反应是Ag-e-===Ag+
D.将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池总反应相同
答案 D
解析 根据原电池工作原理,电子由负极(Cu)沿导线流向正极(Ag),盐桥中的阴阳离子分别向两极移动,使电解质溶液呈电中性;正极(Ag)反应式为Ag++e-===Ag,负极(Cu)反应式为Cu-2e-===Cu2+;总反应式为Cu+2Ag+===Cu2++2Ag,与将Cu片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应相同。
5.相同材质的铁在如图中各情形下最不易被腐蚀的是( )
答案 C
解析 在A、B、D中铁都作原电池的负极,加快了腐蚀,而在C中表面上的铜镀层,对铁起到了保护作用。
6.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
解析 首先应根据图示判断左边两池通过盐桥构成原电池,产生电流对右边硫酸铜溶液进行电解(相当于精炼铜)。
电极Ⅰ为负极,电极Ⅱ为正极,所以电流方向:
电极Ⅳ→A→电极Ⅰ(电流方向与电子流动方向相反),A正确;电极Ⅰ上铝失电子发生氧化反应,B错误;电极Ⅱ上有铜析出,C错误;电极Ⅲ和Ⅳ构成电解池,其中的电极Ⅲ为阳极,电极反应:
Cu-2e-===Cu2+,D错误。
7.用阳极X和阴极Y电解Z的水溶液,电解一段时间后,再加入W,能使溶液恢复到电解前的状态,符合题意的一组是( )
组号
X
Y
Z
W
A
C
Fe
NaCl
H2O
B
Pt
Cu
CuSO4
CuSO4溶液
C
C
C
H2SO4
H2O
D
Ag
Fe
AgNO3
AgNO3晶体
答案 C
解析 电解NaCl溶液时,2NaCl+2H2O
2NaOH+Cl2↑+H2↑,显然加H2O不能恢复到电解前的状态,应通入适量HCl气体;电解CuSO4溶液时,SO
物质的量没变,加CuSO4溶液也不能复原;电解H2SO4实质是电解水,再加入适量水,可使H2SO4溶液复原;Ag作阳极、Fe作阴极电解AgNO3溶液,实质是Fe镀银,AgNO3溶液浓度不变,不需加AgNO3晶体。
8.结合下图判断,下列叙述正确的是[Fe2+与K3Fe(CN)6反应产生蓝色沉淀]( )
A.Ⅰ是验证牺牲阳极的阴极保护法的实验装置
B.Ⅰ和Ⅱ中负极反应式均是Fe-2e-===Fe2+
C.Ⅰ和Ⅱ中正极反应式均是O2+2H2O+4e-===4OH-
D.Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量K3Fe(CN)6溶液,均有蓝色沉淀
答案 A
解析 金属的活泼性:
Zn>Fe>Cu,故Ⅰ中锌作负极,铁作正极,电解质溶液呈中性,锌发生吸氧腐蚀,铁被保护,负极反应式是Zn-2e-===Zn2+,属于牺牲阳极的阴极保护法,A正确;Ⅱ中铁作负极,电解质溶液呈酸性,铁发生析氢腐蚀,负极反应式为Fe-2e-===Fe2+,正极反应式为2H++2e-===H2↑,因为Ⅰ中铁被保护,溶液中无Fe2+,故加入少量K3Fe(CN)6溶液,无蓝色沉淀产生,B、C、D错误。
9.下列与金属腐蚀有关的说法正确的是( )
A.图a中,插入海水中的铁棒,越靠近底端腐蚀越严重
B.图b中,开关由M改置于N时,CuZn合金的腐蚀速率减小
C.图c中,接通开关时Zn腐蚀速率增大,Zn上放出气体的速率也增大
D.图d中,ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
答案 B
解析 图a中,铁棒发生化学腐蚀,靠近底端的部分与氧气接触少,腐蚀程度较轻,A项错误;图b中开关由M置于N,CuZn作正极,腐蚀速率减小,B项正确;图c中接通开关时Zn作负极,腐蚀速率增大,但氢气在Pt上放出,C项错误;图d中干电池自放电腐蚀主要是由Zn和NH4Cl糊状物发生化学反应引起的,D项错误。
10.将下图所示实验装置的K闭合,下列判断正确的是( )
A.Cu电极上发生还原反应
B.电子沿Zn→a→b→Cu路径流动
C.片刻后甲池中c(SO
)增大
D.片刻后可观察到滤纸b点变红色
答案 A
解析 K闭合后,Zn作原电池的负极,Cu作原电池的正极,Cu电极上发生还原反应;B项电子流向是负极到正极,但a→b这一环节是在溶液中,是离子导电,电子并没沿此路径流动;C项中盐桥中的Cl-移向甲池而不是SO
,故SO
浓度基本保持不变;D选项中滤纸a点是阴极,H+放电,OH-增多,显碱性,滤纸a点变红色。
11.Cu2O是一种半导体材料,基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如下,电解总反应为2Cu+H2O
Cu2O+H2↑。
下列说法正确的是( )
A.石墨电极上产生氢气
B.铜电极发生还原反应
C.铜电极接直流电源的负极
D.当有0.1mol电子转移时,有0.1molCu2O生成
答案 A
解析 石墨作阴极,阴极上是溶液中的H+反应,电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,A项正确;由电解总反应可知,Cu作电解池的阳极,发生氧化反应,B项错误;阳极与电源的正极相连,C项错误;阳极反应为2Cu+2OH--2e-===Cu2O+H2O,当有0.1mol电子转移时,有0.05molCu2O生成,D项错误。
12.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++2e-―→H2↑
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
解析 K1闭合时,装置为原电池,Fe为负极,反应式为Fe-2e-===Fe2+,C为正极,电极反应为:
O2+4e-+2H2O===4OH-,故石墨棒周围溶液pH升高,A错误,B正确;K2闭合时,装置为电解池,Fe为阴极被保护,属于外加电流的阴极保护法,C错误;电解饱和食盐水时,当电路中通过0.002mol电子时,阴、阳极分别产生0.001mol的H2和Cl2,D错误。
13.“天宫一号”飞行器在太空工作期间必须有源源不断的电源供应。
其供电原理是:
白天太阳能帆板发电,将一部分电量直接供给天宫一号,另一部分电量储存在镍氢电池里,供黑夜时使用。
镍氢电池放电时的总反应原理为MH+NiOOH===M+Ni(OH)2(M为氢化物电极的储氢金属,也可看作H2直接参加反应)。
下列说法正确的是( )
A.充电时阴极区电解质溶液pH降低
B.在使用过程中此电池要不断补充水
C.放电时NiOOH在电极上发生氧化反应
D.充电时阳极反应为Ni(OH)2-e-+OH-===NiOOH+H2O
答案 D
解析 放电时,Ni元素化合价降低,发生还原反应,故C错误;充电时,阴极反应为2H++2e-===H2↑,阳极反应为Ni(OH)2-e-+OH-===NiOOH+H2O,阴极区电解质溶液pH升高,故A错误,D正确;总反应过程中无H2O消耗,故B错误。
14.铝表面在空气中天然形成的氧化膜耐磨性和抗蚀性不够强。
控制一定的条件,用如图所示的电化学氧化法,可在铝表面生成坚硬的氧化膜。
下列有关叙述正确的是( )
A.阴极上有金属铝生成
B.电极A为石墨,电极B为金属铝
C.OH-在电极A上放电,有氧气生成
D.阳极的电极反应式为2Al-6e-+3H2O===Al2O3+6H+
答案 D
解析 电解液为硫酸溶液,阴极上H+放电,故阴极产物为氢气,A项错误;Al→Al2O3,发生氧化反应,故电源正极连接的是金属铝,即电极A为金属铝,电极B为石墨,B项错误;电极A上Al发生氧化反应,C项错误,D项正确。
15.不久前,某海军航空站安装了一台250kW的MCFC型燃料电池,该电池可同时供应电和水蒸气,其工作温度为600~700℃,所用燃料为H2,电解质为熔融的K2CO3,已知该电池的总反应为2H2+O2===2H2O,负极反应为2H2+2CO
-4e-===2H2O+2CO2,则下列推断中正确的是( )
A.正极反应为4OH--4e-===O2↑+2H2O
B.该电池的电极没有参加反应
C.电池供应1mol水蒸气,转移的电子数为4mol
D.O2从正极通入,发生氧化反应
答案 B
解析 由总反应式减去负极反应式得正极反应式O2+2CO2+4e-===2CO
,A项错误;燃料电池电极本身不参加反应,B项正确;由总反应式可知,电池供应1mol水蒸气,转移的电子数为2mol,C项错误;该电池为氢氧燃料电池,负极是H2发生氧化反应,正极是O2发生还原反应,D项错误。
16.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
解析 由题意可知,废水中含有CN-、Cl-,溶液呈碱性,阳极产生ClO-,所以电解池中阳极应该是Cl-失电子,阳极不是活性电极,A正确;由题意可知阳极是Cl-失电子生成ClO-,又在碱性环境下,所以电极反应式为Cl-+2OH--2e-===ClO-+H2O,B正确;阴极是H2O得电子发生还原反应,2H2O+2e-===H2↑+2OH-,C正确;因为是碱性环境,所以在反应物中不可能出现H+,正确的离子方程式为5ClO-+2CN-+H2O===5Cl-+2CO2↑+N2↑+2OH-,D错误。
第Ⅱ卷(非选择题,共52分)
二、非选择题(本题包括4个小题,共52分)
17.(13分)依据氧化还原反应2Ag+(aq)+Cu(s)===Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示。
请回答下列问题:
(1)电极X的材料是________,电解质溶液Y是________溶液。
(2)银电极为电池的________极,发生的电极反应为________。
X电极上发生的电极反应为____________________________________。
(3)外电路中的电子是从________电极流向________电极。
答案
(1)CuAgNO3
(2)正Ag++e-===Ag Cu-2e-===Cu2+(3)X(Cu)Ag
解析 该原电池的电池总反应为2Ag+(aq)+Cu(s)===Cu2+(aq)+2Ag(s),由此可知X极是铜,作负极,银作正极,Y应是AgNO3溶液。
电子从电池的负极经导线流向正极,即从铜电极流向银电极。
18.(13分)某研究小组对铁生锈进行研究。
(1)甲同学设计了A、B、C三组实验(如上图),探究铁生锈的条件。
经过较长时间后,甲同学观察到的现象是:
A中铁钉生锈;B中铁钉不生锈;C中铁钉不生锈。
①通过上述实验现象分析,可得出铁生锈的外部条件是____________________________;
②铁钉发生电化学腐蚀的正极电极反应式为_____________;
③实验B所用的水要经过________处理;植物油的作用是______________________________________________________;
④实验C中碱石灰的作用是___________________________。
(2)乙同学为了达到同样目的,设计了实验D(如图),发现一段时间后,试管中的液面升高,其原因是____________________,该实验________(填“能”或“不能”)说明水对铁钉生锈产生影响。
答案
(1)①有水(或电解质溶液)和氧气(或空气)
②O2+2H2O+4e-===4OH-
③煮沸 隔绝空气(或防止氧气与铁接触)
④吸收水蒸气(或干燥或保持试管内干燥环境)
(2)铁的腐蚀要吸收氧气(或氧气参与反应或消耗了氧气)使气体体积减小 不能
解析
(1)①铁生锈的外部条件是金属要和空气中的水以及氧气接触;②铁钉发生电化学腐蚀,负极上铁为活泼金属,易失去电子而被氧化,正极上是氧气发生得电子的反应O2+2H2O+4e-===4OH-;③水中溶解有一定的空气,煮沸可以将空气排出,植物油和水是互不相溶的,它的作用是隔绝空气中的氧气;④碱石灰能吸水,它的作用是吸收空气中的水蒸气。
(2)铁生锈会消耗氧气,这样会使试管内压强低于大气压,不能证明水对铁钉生锈产生影响。
19.(13分)历史上铝制饭碗曾被法国皇帝当作富有的象征,但现在各种铝制品已走进寻常百姓家,这得益于电解法冶炼铝技术的发明。
(1)现代工业在1273K的温度下电解熔融氧化铝(熔点2323K)与冰晶石(Na3AlF6)的混合物,可得到金属铝与氧气。
阴极上的电极反应式为____________,其中冰晶石的作用可能是________。
a.作催化剂
b.作熔剂以降低氧化铝的熔化温度
c.作电解质增强导电性
(2)为使铝制品经久耐用,现代工业生产中常对铝材进行表面处理,具体过程通常为:
①铝材脱脂:
先用碱液洗涤,然后水洗,以除去铝材表面的自然氧化膜,碱洗过程中常有气泡产生,原因是_________________(用离子方程式表示)。
②电解氧化:
以铝材为阳极,在稀硫酸中进行电解,铝材表面形成氧化膜,则阳极的电极反应式为________________,电解过程中必须使电解质溶液的pH保持相对稳定的原因是__________________。
答案
(1)Al3++3e-===Alb
(2)①2Al+2OH-+2H2O===2AlO
+3H2↑
②2Al+3H2O-6e-===Al2O3+6H+铝、氧化铝均能与强酸强碱溶液反应,pH过大或过小均会导致它们溶解
解析
(1)电解过程中Al3+在阴极上得到电子转化为Al;因Al2O3的熔化温度很高,故冰晶石的作用就是降低氧化铝的熔化温度。
(2)碱洗过程中,有少量的铝单质与碱液反应而生成H2;电解中,铝失去电子转化为Al2O3,由此知有H2O参加电极反应,故还有H+生成。
20.(13分)为了探究原电池和电解池的工作原理,某研究性学习小组分别用下图所示的装置进行实验。
据图回答问题。
Ⅰ.用图甲所示装置进行第一组实验时:
(1)在保证电极反应不变的情况下,不能替代Cu作电极的是__________(填字母)。
A.石墨 B.镁 C.银 D.铂
(2)实验过程中,SO
__________(填“从左向右”“从右向左”或“不”)移动;滤纸上能观察到的现象是____________________。
Ⅱ.该小组同学用图乙所示装置进行第二组实验时发现,两极均有气体产生,且Y极处溶液逐渐变成紫红色;停止实验观察到铁电极明显变细,电解液仍然澄清。
查阅资料知,高铁酸根(FeO
)在溶液中呈紫红色。
请根据实验现象及所查信息,回答下列问题:
(3)电解过程中,X极处溶液的pH__________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)电解过程中,Y极电极反应式为____________________。
(5)电解进行一段时间后,若在X极收集到672mL气体,Y电极(铁电极)质量减小0.28g,则在Y极收集到气体为__________mL(均已折算为标准状况时气体体积)。
(6)K2FeO4Zn也可以组成碱性电池,K2FeO4在电池中作为正极材料,其电池反应总反应式为2K2FeO4+3Zn===Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2,该电池正极发生的电极反应式为____________________。
答案 Ⅰ.
(1)B
(2)从右向左 滤纸上有蓝色沉淀产生(答出“蓝色沉淀”或“蓝色斑点”即可)
Ⅱ.(3)增大
(4)Fe-6e-+8OH-===FeO
+4H2O、
4OH--4e-===2H2O+O2↑
(5)168
(6)2FeO
+6e-+5H2O===Fe2O3+10OH-
解析 Ⅰ.
(1)图中装置中左边为原电池,Zn作负极,Cu作正极,Mg比Zn活泼,代替Cu连接后电极将发生改变。
(2)原电池中,阴离子向负极移动,所以SO
从右向左移动。
右边为电解池,阳极铜失电子生成Cu2+,遇OH-生成蓝色沉淀。
Ⅱ.(3)图乙装置为电解池,X极为阴极,H2O中的H+得电子,pH增大。
(4)图乙装置中右边为阳极,根据题中所给现象判断分别是Fe失电子生成FeO
和OH-失电子生成O2,再根据氧化还原反应配平电极反应式。
(5)X电极得到H20.03mol,Y电极Fe减少0.005mol,根据阴、阳极得失电子守恒,可以计算出阳极OH-失去0.03mol电子,产生0.0075molO2,即为标准状况下168mL的O2。
(6)该电池中,Zn作负极,电极反应式为3Zn+10OH--6e-===ZnO+2ZnO
+5H2O,用总反应式减去负极的电极反应式可得正极的电极反应式。