高中化学电解池.docx
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高中化学电解池
高中化学电解池2019年4月4日
(考试总分:
140分考试时长:
120分钟)
一、填空题(本题共计10小题,共计40分)
1、(4分)能源与材料、信息被称为现代社会发展的三大支柱,化学与能源有着密切联系。
(1)下表中的数据表示破坏1mol化学键需消耗的能量(即键能,单位为kJ·mol-1):
化学键
H—H
Cl-Cl
H—Cl
键能
436
243
431
请根据以上信息写出氢气在氯气中燃烧生成氯化氢气体的热化学方程式_______。
(2)天然气是一种重要的清洁能源和化工原料,其主要成分为甲烷。
①以甲烷、空气、氢氧化钾溶液为原料,石墨为电极可构成燃料电池。
该电池的负极反应式为___________________________。
②将质量相等的铁棒和石墨棒分别插入CuCl2溶液中,铁棒接甲烷燃料电池负极,石墨棒接该电池正极,一段时间后测得铁棒比石墨棒增加了6.4克。
写出铁棒电极上发生的电极反应式________;则理论上消耗CH4的体积在标准状况下为_____。
(3)如图所示的实验装置中,丙为用碘化钾溶液润湿的滤纸,m、n为夹在滤纸两端的铂夹;丁为直流电源,x、y为电源的两极;G为电流计;A、B、C、D四个电极均为石墨电极。
若在两试管中充满H2SO4溶液后倒立于H2SO4溶液的水槽中,闭合K2,断开K1。
①丙电解时反应的离子方程式为______________。
②继续电解一段时间后,甲池中A、B极均部分被气体包围,此时断开K2,闭合K1,电流计G指针发生偏转,则B极的电极反应式为__________________,C极的电极反应为__________________。
2、(4分)
(1)工业上利用N2和H2合成NH3,NH3又可以进一步制备联氨(N2H4)等。
由NH3制备N2H4的常用方法是NaClO氧化法,有学者探究用电解法制备的效率,装置如图,试写出其阳极电极反应式__________________;
(2)某种铅酸蓄电池具有廉价、长寿命、大容量的特点,它使用的电解质是可溶性的甲基磺酸铅,电池的工作原理:
Pb+PbO2+4H+
2Pb2++2H2O
放电时,正极的电极反应式为_________;充电时,Pb电极应该连接在外接电饭的___(填“正极”或“负极”)。
(3)乙醇汽油是被广泛使用的新型清洁燃料,工业生产乙醇(CH3CH2OH)的一种反应原理为:
2CO(g)+4H2(g)
CH3CH2OH(g)+H2O(g)△H=-256.1kJ/mol
己知:
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)△H=-41.2kJ/mol
以CO2(g)与H2(g)为原料也可合成乙醇,其热化学方程式为:
___________。
(4)饮用水中的NO3-主要来自NH4+。
已知在微生物作用的条件下,NH4+经过两步反应被氧化成NO3-。
两步反应的能量变化示意图如下:
试写出1molNH4+(aq)全部氧化成NO3-(aq)的热化学方程式:
____________。
3、(4分)电解饱和食盐水可以产生氯气、氢气和氢氧化钠,氯气与石灰乳反应可制漂白粉:
2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O。
(1)请写出电解饱和食盐水的化学方程式,若为氧化还原反应则用单线桥标出电子转移的方向和数目_______________。
(2)若电解饱和食盐水时消耗NaCl58.5g,试计算理论上最多可得到氯气的体积(标准状况)为多少__________?
(3)若将1mol氯气通入石灰乳中,理论上可得到Ca(ClO)2的质量是多少_______?
4、(4分)海水中含有大量的氯化镁,从海水中提取镁的生产流程如下图所示:
回答下列问题:
(1)在海水中加入氧化钙生成氢氧化镁的化学方程式_______________________。
操作①的名称________。
(2)加入试剂①,反应的离子方程式为___________________。
(3)操作②的名称__________。
(4)经操作③最终可得金属镁,该反应的化学方程式是________________。
5、(4分)某实验的实验装置如图所示,回答下列有关该实验的问题。
(1)该实验所用的石墨棒须经过预处理;先经高温火焰灼烧到红热,再迅速浸入冷水中。
这种预处理的目的是:
_________________________--__。
(2)要使发光二极管发亮,实验时的操作顺序是:
先关闭S1,打开S2,电解一段时间后,再打开S1,关闭S2,请写出整个实验过程中的能量转化形式_____
(3)写出下列操作时的电极反应式,并注明电极名称:
①按下开关S1:
C1附近发生2H2O+2e—=H2↑+2OH-的电极反应
②断开开关S1,迅速按下开关S2:
(提示:
此时C1附近溶液显碱性,C2附近溶液显酸性)C2____,_____
6、(4分)能源是人类生活和社会发展的基础,研究化学反应中的能量变化,有助于更好地利用化学反应为生产和生活服务。
(1)天然气和可燃冰(mCH4·nH2O)既是高效洁净的能源,也是重要的化工原料,
①甲烷分子的空间构型为__________,可燃冰(mCH4·nH2O)属于________晶体。
②已知25℃、101kPa时,1g甲烷完全燃烧生成液态水放出55.65kJ热量,则该条件下反应
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)的△H=______kJ·mol-1
(2)用甲烷-氧气碱性(KOH溶液)燃料电池作电源,电解CuCl2溶液。
反应装置如下图所示:
①b电极名称为___________,d电极的电极反应式为_________。
②假设CuCl2溶液足量,当某电极上析出3.2g金属Cu时,理论上燃料电池消耗氧气在标准状况下的体积是______mL。
(3)在相同条件下,下面各组热化学方程式中,△H1<△H2的是________。
(填字母)
A组:
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H12H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H2
B组:
S(g)+O2(g)=SO2(g)△H1S(s)+O2(g)=SO2(g)△H2
C组:
C(s)+1/2O2(g)=CO(g)△H1C(s)+O2(g)=CO2(g)△H2
D组:
CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)△H12CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H2
(4)25℃,10lkPa条件下,14gN2和3gH2应生成NH3的能量变化如下图所示:
己知:
①x=1127;
②25℃101kPa下,N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)△H=-92kJ·mol-1。
则y=___________。
(5)金属材料的腐蚀是人类面临的严重问题,金属的防腐对节约能源、保护环境起着十分重要的作用。
下列三个装置中,铁被腐蚀速率由快到慢的顺序为_________(填字母)。
7、(4分)
(1)工业上利用N2和H2合成NH3,NH3又可以进一步制备联氨(N2H4)等。
由NH3制备N2H4的常用方法是NaClO氧化法,有学者探究用电解法制备的效率,装置如图,试写出其阳极电极反应式__________________;
(2)某种铅酸蓄电池具有廉价、长寿命、大容量的特点,它使用的电解质是可溶性的甲基磺酸铅,电池的工作原理:
Pb+PbO2+4H+
2Pb2++2H2O
放电时,正极的电极反应式为_________;充电时,Pb电极应该连接在外接电饭的___(填“正极”或“负极”)。
(3)乙醇汽油是被广泛使用的新型清洁燃料,工业生产乙醇(CH3CH2OH)的一种反应原理为:
2CO(g)+4H2(g)
CH3CH2OH(g)+H2O(g)△H=-256.1kJ/mol
己知:
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)△H=-41.2kJ/mol
以CO2(g)与H2(g)为原料也可合成乙醇,其热化学方程式为:
___________。
(4)饮用水中的NO3-主要来自NH4+。
已知在微生物作用的条件下,NH4+经过两步反应被氧化成NO3-。
两步反应的能量变化示意图如下:
试写出1molNH4+(aq)全部氧化成NO3-(aq)的热化学方程式:
____________。
8、(4分)利用化学反应可以为人类提供能源,也可用来解决环境问题。
(1)已知某些化学键的键能数据如下:
化学键
H-H
O=O
O-H
键能kJ·mol-1
436
495
463
①写出H2与O2反应生成水蒸气的热化学方程式____________;
②利用该反应设计成燃料电池,已知该电池每发1kW·h电能生成360g水蒸气,则该电池的能量转化率为_____%(结果保留三位有效数字)。
(2)三室式电渗析法可以处理含K2SO4的废水,原理如图所示,两极均为惰性电极,ab为阳离子交换膜,cd为阴离子交换膜。
①阴极区的pH______(填“升高”或“降低”) ;
②阳极发生的电极反应式为__________;
③当电路中通过1 mol电子的电量时,阴极上生成气体的体积为_____L(标准状况)。
9、(4分)铁、铝等金属单质及其化合物在生产和生活中有着广泛的应用。
(1)金属冶炼与处理常涉及氧化还原反应,由下列物质冶炼相应金属单质时采用电解法的是_________。
a.Fe2O3b.NaClc.Cu2Sd.Al2O3
(2)某研究性学习小组设计了如图所示装置探究钢铁的腐蚀与防护。
为防止金属Fe被腐蚀,可以采用上述_______(填装置序号)装置原理进行防护;装置③中总反应的离子方程式为______________________________________________。
(3)利用甲醇(CH3OH)、氧气组成燃料电池,电解质溶液为碱性,电池工作时负极反应式为_____________。
(4)氨气也可作为燃料电池的燃料源制成高效率无污染的燃料电池系统,总反应式为:
(未配平),写出此碱性燃料电池的负极反应式:
_______。
(5)高铁酸钾(K2FeO4)是一种强氧化剂,可作为水处理剂和高容量电池材料。
与MnO2-Zn电池类似,K2FeO4-Zn也可以组成碱性电池,K2FeO4在电池中作为正极材料,其电极反应式为_________________________。
(6)科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池,其效率高无污染,多用于航天航空。
如图所示装置中,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ZrO3固体,它在高温下能传导阳极生成的O2-(O2+4e-=2O2-),d电极上的电极反应式为_____________________。
10、(4分)目前流通的第五套人民币硬币材料分别为:
1元硬币为铜芯镀镍合金,5角硬币为铜芯镀铜合金,1角硬币为硬铝合金.请回答:
(题目中的百分含量均为质量分数)
(1)钢是含碳量为0.03%~2%的________(填物质类别名称).
(2)如图所示的装置中,甲、乙、丙三个烧杯分别盛放足量的溶液,电极及溶液如下表所示:
电极
a
b
c
d
e
f
石墨
石墨
铜
钢
钢
铜
溶液
NaCl溶液
CuSO4溶液
CuSO4溶液
通电后电极a上可产生能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝的气体.
①上述装置中M极为直流电源的________极(填“正”或“负”),电极b上发生的电极反应式为________。
②若在钢币上镀铜,应选择_________烧杯(填“乙”或“丙”),当电极a上生成标准状况下气体2240mL时,理论上可在电极________(填字母)上镀铜________g.
(3)工业上以铝土矿(主要成分Al2O3•nH2O,含少量的氧化铁和石英等杂质)为原料生产铝.为除去铝土矿样品中氧化铁和石英杂质,要将粉碎、筛选后的铝土矿样品溶解在足量的氢氧化钠溶液中处理,请写出有关反应的离子方程式________.
(4)已知硬铝中含Cu:
2.2%~5%、Mg:
0.2%~3%、Mn:
0.3%~1.5%、Si:
0.5%,其余是Al.1角硬币单枚质量为2.20克,若想制得1角硬币1百万枚,理论上至少需要含Al2O390%的铝土矿约________吨(小数点后保留一位数字).
二、单选题(本题共计20小题,共计100分)
11、(5分)下列叙述中,正确的是()
A.钢铁腐蚀的负极反应为:
Fe-3e-=Fe3+
B.Mg-Al及NaOH溶液构成的原电池中负极材料为Mg
C.无隔膜电解饱和NaCl溶液所得产物之一是“84”消毒液中的有效成分NaClO
D.H2-O2燃料电池中电解液为H2SO4,则正极反应式为:
O2+4e-=2O2-
12、(5分)粗铜中一般含有锌、铁、银、金等杂质。
在下图所示的装置中,甲池的总反应方程式为2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O。
接通电路一段时间后,纯Cu电极质量增加了3.2g。
在此过程中,下列说法正确的是
A.乙池中CuSO4溶液的浓度不变
B.甲池中理论上消耗标准状况下空气的体积是2.8L(空气中O2体积分数以20%计算)
C.甲池是电能转化为化学能的装置,乙池是化学能转化为电能的装置
D.甲池通入CH3OH一极的电极反应为:
CH3OH-6e-+2H2O=CO32-+8H+
13、(5分)(题文)500mLNaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3-)=6mol·L-1,用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到气体22.4L(标准状况下),假定电解后溶液体积仍为500mL,下列说法正确的是()
A.原混合溶液中c(Na+)=6mol·L-1B.电解后溶液中c(H+)=4mol·L-1
C.上述电解过程中共转移8mol电子D.电解后得到的Cu的物质的量为2mol
14、(5分)下列图示与对应的叙述相符的是()
A.图甲表示某吸热反应在无催化剂(a)和有催化剂(b)时反应的能量变化
B.图乙表示常温下,0.1mol/LNaOH溶液滴定20.00mL0.1mol/L醋酸溶液的滴定曲线
C.图丙表示某可逆反应的反应速率随时间的变化关系,t0时刻改变的条件是使用了催化剂
D.图丁表示一定质量冰醋酸加水稀释过程中、溶液导电能力变化曲线,且醋酸电离程度:
a
15、(5分)全钒液流电池工作原理如图所示。
在电解质溶液中发生的电池总反应为:
VO2+(蓝色)+H2O+V3+(紫色)
VO2+(黄色)+V2+(绿色)+2H+。
下列说法正确的是()
A.当电池无法放电时,只要更换电解质溶液,不用外接电源进行充电就可正常工作
B.放电时,负极反应为VO2++2H++e-=VO2++H2O
C.放电时,正极附近溶液由紫色变绿色
D.放电过程中,正极附近溶液的pH变小
16、(5分)按如图甲装置进行实验,若乙中横坐标x表示流入电极的电子的物质的量,下列叙述不正确的是()
A.E表示生成铜的物质的量
B.E表示反应消耗水的物质的量
C.F表示反应生成氧气的物质的量
D.F表示生成硫酸的物质的量
17、(5分)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为原电池,总反应是:
Fe+2Fe3+=3Fe2+
C.图③所示柱形图,纵坐标表示第二周期元素最高正价随原子序数的变化
D.图④所示曲线,表示该反应是放热反应
18、(5分)利用石墨电极电解1mol/L氯化钠溶液,并收集阳极气体检验其成分。
已知:
O2能使酸性的淀粉KI溶液变蓝,不能使中性的淀粉KI溶液变蓝。
实验:
①将气体通入中性的淀粉KI溶液中,溶液变蓝。
②用足量NaOH溶液充分洗气,气体体积减少,将剩余气体通入中性的淀粉KI溶液中,溶液颜色不变,再向溶液中滴加2滴H2SO4溶液,溶液变蓝。
③向酸性的淀粉KI溶液中通入空气,溶液颜色不变。
下列对实验现象的解释或推测不合理的是()
A.根据实验现象可以判断电解时阳极的电极反应式为:
2Cl-—2e-
Cl2↑
B.根据实验可以得出反应物的浓度和溶液的pH会影响物质的氧化性
C.根据实验可以得出中性条件下,氧化性Cl2>O2
D.NaOH溶液洗气时发生反应的离子方程式为:
2OH-+Cl2
Cl-+ClO-+H2O
19、(5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a极区向b极区迁移
C.每生成1molO2,约有29gCO2被还原
D.a电极的反应为:
3CO2+18H+-18e-===C3H8O+5H2O
20、(5分)石灰石是许多工业的原料之一,但制取下列物质不需用石灰石的是()
A.制漂白粉B.炼铁C.制生石灰D.制烧碱
21、(5分)下列说法正确的是()
A.用惰性电极电解稀硫酸溶液,实质上是电解水,故溶液的pH不变
B.用惰性电极电解稀NaOH溶液,要消耗OH-,故溶液的pH减小
C.用惰性电极电解Na2SO4溶液,在阴极和阳极上析出产物的物质的量之比为2∶1
D.原电池是将电能转化为化学能的装置
22、(5分)下列说法正确的是()
A.H2O2具有强氧化性可用于杀菌消毒
B.热的碳酸钠溶液去污能力强,所以蒸干碳酸钠溶液得到NaOH固体
C.在铜的电解精炼过程中,若转移1mol电子,则阳极溶解32gCu
D.油脂在酸性条件下易水解,可用于制作肥皂
23、(5分)工业上采用的一种污水处理方法如下:
保持污水的pH在5.0~6.0之间,通过电解生成Fe(OH)3.Fe(OH)3具有吸附性,可吸附污物而沉积下来,有净化水的作用.阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层,刮去(或撇掉)浮渣层,即起到了浮选净化的作用.某科研小组用该原理处理污水,设计装置如图所示.下列说法正确的是()
A.为了使该燃料电池长时间稳定运行,电池的电解质组成应保持稳定,电池工作时,循环的物质A为CO2
B.甲装置中阴极的反应为Fe﹣2e﹣═Fe2+
C.为了增加污水的导电能力,应向污水中如入适量的NaOH溶液
D.当乙装置中有1.6gCH4参加反应,则C电极理论上生成气体在标准状况下为4.48L
24、(5分)连二亚硫酸钠(Na2S2O4)俗称保险粉,是一种强还原剂。
工业常用惰性电极电解亚硫酸氢钠的方法制备连二亚硫酸钠,原理装置如图所示,下列说法正确的是()
A.N电极应该接电源的负极
B.装置中所用离子交换膜为阴离子交换膜
C.H2SO4溶液浓度a%等于b%
D.M电极的电极反应式为:
2HSO3-+2e-+2H+=S2O42-+2H2O
25、(5分)下列说法不正确的是()
A.在接触室里用98.3%的浓硫酸吸收SO3,目的是防止形成酸雾便于SO3吸收完全
B.工业制玻璃和炼铁过程中都要加入石灰石,目的是除去杂质二氧化硅
C.工业制备和提纯硅的三步化学反应都是氧化还原反应
D.氯碱工业得到的产品可以用来制盐酸
26、(5分)最近我国科学家设计了一种
协同转化装置,实现对天然气中
和
的高效去除。
示意图如右所示,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:
()
①
②
该装置工作时,下列叙述错误的是()
A.阴极的电极反应:
B.协同转化总反应:
C.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D.若采用
取代
,溶液需为酸性
27、(5分)按如图甲装置进行实验,若乙中横坐标x表示流入电极的电子的物质的量,下列叙述不正确的是()
A.E表示生成铜的物质的量
B.E表示反应消耗水的物质的量
C.F表示反应生成氧气的物质的量
D.F表示生成硫酸的物质的量
28、(5分)按下图的装置进行实验,若图中x轴表示阴极的电子的量,则y轴可能表示()
A.Cu2+物质的量浓度B.Fe棒的质量C.C棒的质量D.Cl-物质的量浓度
29、(5分)用铂作电极电解某金属氯化物MCln的水溶液,当阳极产生amol气体时,阴极析出mg金属,则金属的相对原子质量是()
A.
B.
C.
D.
30、(5分)碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,因而得到广泛应用。
锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液,电池总反应式为:
Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)==Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s),
下列说法错误的是()
A.电池工作时,锌失去电子
B.电池工作时,电子由负极通过外电路流向正极
C.电池正极的电极反应式为:
2MnO2(s)+H2O
(1)+2e-=Mn2O3(s)+2OH-(aq)
D.外电路中每通过0.4mol电子,锌的质量理论上减小6.5g
一、填空题(本题共计10小题,共计40分)
1、(4分)【答案】
(1)H2(g)+Cl2(g)==2HCl(g)△H=-183kJ/mol
(2)CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2OCu2++2e-===Cu0.56L
(3)2I-+2H2O=I2+H2↑+2OH-O2+4e-+4H+=2H2O4OH--4e-=O2↑+2H2O
【解析】
(1)根据方程式:
H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g);ΔH=E(反应物)-E(生成物)=436+243-2×431=-183kJ/mol,热化学方程式为:
H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)ΔH=-183kJ/mol。
(2)①该燃料电池中,负极上甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水,电极反应式为CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O。
②将质量相等的铁棒和石墨棒分别插入CuCl2溶液中,铁棒接甲烷燃料电池负极,石墨棒接该电池正极,所以铁棒为阴极,电极反应式:
Cu2++2e-===Cu,
电解CuCl2溶液时,阴极上铜离子得电子生成铜,其电子来源于甲烷失去的电子
根据CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O,Cu2++2e-===Cu则有CH4-8e--4Cu关系,故石墨棒增加了6.4克是Cu的质量,则消耗CH4的体积在标准状况下为(6.4g╳22.4L/mol)÷(64g/mol╳4)=0.56L。
(3)①闭合K2、断开K1,则构成电解池。
A、B两极产生的气体体积之比为2:
1,所以气体分别是氢气和氧气。
则A是阴极,B是阳极。
所以m是阳极,n是阴极,y是电源的负极,x是电源的正极,D是阳极,C是阴极。
丙为用碘化钾溶液润湿的滤纸电解时离子方程式:
2I-+2H2O=I2+H2↑+2OH-
②甲池中A、B极均部分被气体包围,此时,当闭合K1,断开K2时,甲池形成原电池,A极为原电池的负极,B极为正极,发生氧化反应,在酸性环境中电极反应式为:
O2+4e-+4H+=2H2O。
乙池形成电解池,C极的电极为阳极,OH-在阳极放电生成O2,电极反应式为:
4OH--4e-=O2↑+2H2O
2、(4分)【答案】
2NH3-2e-+O2-=N2H4+H2OPbO2+2e-+4H+=Pb2++2H2O负极2CO2(g)+6H2(g)=C2H5OH(g)+3H2O(g)△H=