高二化学电化学原理及其应用练习题.docx
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高二化学电化学原理及其应用练习题
专题2第4讲电化学原理及其应用
一、选择题
1.(2011·河北刑台一模)工业上利用氢气在氯气中燃烧,所得产物再溶于水的方法制得盐酸,流程复杂且造成能量浪费。
有人设想利用原电池原理直接制盐酸,下列说法正确的是( )
A.假设这种想法可行,则可能在制取盐酸的同时,获取电能
B.负极材料用锌,正极材料用石墨,用氢氧化钠作电解质溶液
C.通入氢气的电极为原电池的正极
D.电解质溶液中的阴离子向通氯气的电极移动
答案:
A
点拨:
该原电池应用惰性电极,氢气通入负极区,氯气通入正极区,稀盐酸作电解质溶液,B、C项错误;在原电池中,阳离子向正极区移动,阴离子向负极区移动,D项错误。
2.(2011·石家庄一模)镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染,镁电池放电时电压高且平稳,因而越来越成为人们研制绿色电池所关注的焦点。
某种镁二次电池的反应为xMg+Mo3S4
MgxMo3S4,下列叙述不正确的是( )
A.放电时正极的电极反应为:
Mo3S4+2xe-===Mo3S42x-
B.充电时阴极的电极反应为:
xMg2++2xe-===xMg
C.放电时Mg2+向正极移动
D.放电时Mo3S4发生氧化反应
答案:
D
点拨:
放电时,Mg在负极发生氧化反应:
xMg-2xe-===xMg2+,Mo3S4在正极发生还原反应:
Mo3S4+2xe-===Mo3S2x-4,放电过程中,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。
充电时,阴极的电极反应式为:
xMg2++2xe-===xMg,阳极的电极反应式为:
Mo3S42x-===Mo3S4+2xe-。
故选项D错误。
3.(2011·湖北黄冈质量检测)用铅蓄电池电解AgNO3、Na2SO3的溶液,a、b、c、d电极材料均为石墨,已知铅蓄电池的总反应为:
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
2PbSO4(s)+2H2O(l),通电时a电极质量增加,下列说法正确的是( )
A.电路中通过1mol电子时,Y电极质量增加48g
B.放电时铅蓄电池负极的电极反应式为:
PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-===PbSO4(s)+2H2O(l)
C.c、d电极产生气体的物质的量之比为1∶2
D.X极为负极
答案:
A
点拨:
a极质量增加,即析出了Ag,a为阴极,则Y为负极,X为正极,D项错;B项,所写电极反应式为正极的电极反应式;C项,c为阴极放出H2,d为阳极放出O2,物质的量之比为2∶1。
4.(2011·河北衡水统考)如图所示,X为铁、Y为石墨电极,a是电解质溶液,实验开始前,在U形管的两边同时滴入几滴酚酞试液,下列叙述错误的是( )
A.合上K1、断开K2,若a是稀硫酸,则Y上有气泡冒出
B.合上K1、断开K2,若a是饱和食盐水,则Y电极附近溶液慢慢变为红色
C.合上K2、断开K1,若a是硫酸铜溶液,则Y电极上有红色物质析出
D.合上K2、断开K1,若a是氢氧化铁胶体,则X电极附近红褐色加深
答案:
C
点拨:
A项铁作负极、石墨作正极,石墨电极上产生氢气;B项Y电极作正极,电极反应为O2+4e-+2H2O===4OH-,使酚酞变红;C项Y电极作阳极,产生氧气;D项氢氧化铁胶粒带正电移向阴极即X电极。
5.(2010·全国Ⅰ)下图是一种染料敏化太阳能电池的示意图,电池的一个电极由有机光敏染料(S)涂覆在TiO2纳米晶体表面制成,另一电极由导电玻璃镀铂构成,电池中发生的反应为:
TiO2/S
TiO2/S*(激发态)
TiO2/S*―→TiO2/S++e-
I3-+2e-―→3I-
2TiO2/S++3I-―→2TiO2/S+I3-
下列关于该电池叙述错误的是( )
A.电池工作时,I-离子在镀铂导电玻璃电极上放电
B.电池工作时,是将太阳能转化为电能
C.电池的电解质溶液中I-和I3-浓度不会减少
D.电池中镀铂导电玻璃为正极
答案:
A
点拨:
太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置,电极材料和电解质溶液只起到导电的作用。
6.(2011·课标,11)铁镍蓄电池又称爱迪生电池,放电时的总反应为:
Fe+Ni2O3+3H2O===Fe(OH)2+2Ni(OH)2
下列有关该电池的说法不正确的是( )
A.电池的电解液为碱性溶液,正极为Ni2O3、负极为Fe
B.电池放电时,负极反应为Fe+2OH--2e-===Fe(OH)2
C.电池充电过程中,阴极附近溶液的pH降低
D.电池充电时,阳极反应为2Ni(OH)2+2OH--2e-===Ni2O3+3H2O
答案:
C
点拨:
A项,由电池反应可知,Ni2O3―→Ni(OH)2,Ni的化合价由+3价→+2价,化合价降低,发生还原反应,故Ni2O3为正极,Fe→Fe(OH)2,Fe的化合价由0价→+2价,化合价升高,发生氧化反应,故Fe为负极,正确;B项,负极发生氧化反应,Fe+2OH--2e-===Fe(OH)2,正确;C项,阴极发生还原反应,Fe(OH)2+2e-===Fe+2OH-,c(OH-)增大,溶液的pH增大,故错误;D项,阳极发生氧化反应,电极反应为2Ni(OH)2+2OH--2e-===Ni2O3+3H2O,D正确。
7.(2010·课标全国)根据下图,可判断出下列离子方程式中错误的是( )
A.2Ag(s)+Cd2+(aq)===2Ag+(aq)+Cd(s)
B.Co2+(aq)+Cd(s)===Co(s)+Cd2+(aq)
C.2Ag+(aq)+Cd(s)===2Ag(s)+Cd2+(aq)
D.2Ag+(aq)+Co(s)===2Ag(s)+Co2+(aq)
答案:
A
点拨:
根据原电池知识,金属活动性负极>正极,可得三种金属的活动性顺序应为:
Cd>Co>Ag,则选项中符合此关系的置换反应成立。
8.(2011·北京理综,8)结合下图判断,下列叙述正确的是( )
A.Ⅰ和Ⅱ种正极均被保护
B.Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe-2e-===Fe2+
C.Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2+2H2O+4e-===4OH-
D.Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量K3[Fe(CN)6]溶液,均有蓝色沉淀
答案:
A
点拨:
A项,电子从负极流向正极,抑制正极失电子,所以正极均被保护。
B项,Ⅰ中的负极反应为Zn-2e-===Zn2+。
C项,Ⅱ中的正极反应为2H++2e-===H2↑。
D项,由于Ⅰ中负极反应产生Zn2+,不会与K3[Fe(CN)6]溶液作用产生蓝色沉淀。
9.(2011·试题调研)下列有关电池的说法不正确的是( )
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.铜锌原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D.锌锰干电池中,锌电极是负极
答案:
B
点拨:
如果不理解“二次电池”的含义,会错选A项。
本题考查电池原理,涉及电池分类、电子流向、能量转化形式、电极判断等,二次电池也就是充电电池,A选项正确;铜锌原电池中,铜为正极,锌为负极,锌失电子,电子通过外电路导线流向铜电极(正极),B选项错误;燃料电池将化学能转化为电能,对外放电,C选项正确;锌锰干电池中锌为负极,石墨为正极,D选项正确。
10.(2010·安徽)如图是三种稀酸对Fe-Cr合金随Cr含量变化的腐蚀性实验结果,下列有关说法正确的是( )
A.稀硝酸对Fe-Cr合金的腐蚀性比稀硫酸和稀盐酸的弱
B.稀硝酸和铁反应的化学方程式是:
Fe+6HNO3(稀)===Fe(NO3)3+3NO2↑+3H2O
C.Cr含量大于13%时,因为三种酸中硫酸的氢离子浓度最大,所以对Fe-Cr合金的腐蚀性最强
D.随着Cr含量增加,稀硝酸对Fe-Cr合金的腐蚀性减弱
答案:
D
点拨:
A项,由图示可知当Cr含量小于13%时,稀硝酸对合金的腐蚀性比稀硫酸和稀盐酸强,当Cr含量大于13%时,稀硝酸对合金腐蚀性较弱。
B项,稀硝酸与金属反应时,其还原产物应是NO。
C项,Cr含量大于13%时,硫酸对合金腐蚀性最强,由于溶液密度没有给出,硫酸中氢离子浓度不一定最大。
D项,由图示可知,随着Cr含量增加,稀硝酸对合金腐蚀性减弱。
11.(2010·北京)下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是( )
A.钢管与电源正极连接,钢管可被保护
B.铁遇冷浓硝酸表面钝化,可保护内部不被腐蚀
C.钢管与铜管露天堆放在一起时,钢管不易被腐蚀
D.钢铁发生析氢腐蚀时,负极反应是Fe-3e-===Fe3+
答案:
B
点拨:
A项,钢管与电源正极连接,则钢管为电解池的阳极,发生氧化反应被腐蚀;B项,铁遇冷浓硝酸,表面形成致密的氧化膜,可保护内部不被腐蚀;C项,钢管与铜管露天堆放在一起时易形成原电池,钢管作负极易被腐蚀;D项,负极反应应为Fe-2e-===Fe2+。
12.如下图所示,各容器中盛有海水,铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是( )
A.4>2>1>3 B.2>1>3>4
C.4>2>3>1D.3>2>4>1
答案:
A
点拨:
金属的腐蚀,从本质上讲也是组成化学电池发生氧化还原反应的结果。
在原电池中,活泼金属为负极,该金属被氧化,不活泼金属便被保护起来,其被腐蚀的速度大大减小,所以装置3中的铁被腐蚀的速率比1中的慢;反之,当铁与比它不活泼的金属,如Sn、Cu等连接起来,则被腐蚀的速率增大,所以容器2中的铁比容器1中的铁被腐蚀得快。
容器4是一个电解池,在这里Fe是阳极,不断地以Fe2+的形式进入容器中,从而加速了铁的腐蚀,在上述四种容器中,容器4中铁的腐蚀过程是最快的。
综上分析,铁被腐蚀的快慢顺序为:
4>2>1>3。
二、非选择题
13.按下图所示装置进行实验,并回答下列问题:
(1)判断装置的名称:
A池为________,B池为________。
(2)锌极为________极,电极反应式为__________________;铜极为________极,电极反应式为__________________;石墨棒C1为________极,电极反应式为__________________;石墨棒C2附近发生的实验现象为________________________________________________________________________。
(3)当C2极析出224mL气体(标准状况下),锌的质量变化为(增加或减少)________g。
CuSO4溶液的质量变化为(增加或减少)________g。
答案:
(1)原电池 电解池
(2)负 Zn-2e-===Zn2+ 正 Cu2++2e-===Cu
阳 2Cl--2e-===Cl2↑ 有无色气体产生,附近溶液出现红色
(3)减少0.65 增强0.01
点拨:
A池中Zn、Cu放入CuSO4溶液中构成原电池,B池中两个电极均为石墨电极,在以A为电源的情况下构成电解池,即A原电池带动B电解池。
A池中Zn为负极,Cu为正极。
B池中C1为阳极,C2为阴极析出H2,周围OH-富集,酚酞变红。
n(H2)=0.01mol,所以电路上转移电子的物质的量为0.01mol×2=0.02mol,根据得失电子守恒,锌极有0.01molZn溶解,即Zn极质量减少0.01mol×65g·mol-1=0.65g,铜极上有0.01molCu析出,即CuSO4溶液增加了0.01mol×(65g·mol-1-64g·mol-1)=0.01g。
14.(2011·试题调研)下图所示装置中,甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100g10.00%的K2SO4溶液,电极均为石墨电极。
(1)接通电源,经过一段时间后,测得丙中K2SO4浓度为10.47%,乙中c电极质量增加。
据此回答问题:
①电源的N端为________极;
②电极b上发生的电极反应为____________________________________;
③列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积:
____________________________________;
④电极c的质量变化是________g;
⑤电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化,简述其原因:
甲溶液__________________________________;
乙溶液__________________________________;
丙溶液__________________________________;
(2)如果电解过程中铜全部析出,此时电解能否继续进行,为什么?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
答案:
(1)①正
②4OH-4e-===2H2O+O2↑
③水减少的质量:
100g×(1-
)≈4.5g,生成O2的体积:
×
×22.4L·mol-1=2.8L
④16
⑤碱性增大,因为电解后,水量减少,溶液中NaOH浓度增大
酸性增大,因为在阳极上OH-生成O2,溶液中H+离子浓度增加
酸碱性大小没有变化,因为K2SO4是强酸强碱盐,浓度增加不影响溶液的酸碱性
(2)能继续进行,因为乙装置中已转变为H2SO4溶液,反应也就变为水的电解反应
点拨:
本题考查综合分析电解原理及计算能力。
(1)①依题意,甲装置中装氢氧化钠溶液,实质相当于电解水;乙装置电解硫酸铜溶液;阴极:
2Cu2++4e-===2Cu;阳极:
4OH-4e-===2H2O+O2↑。
c电极质量增加,说明该电极为阴极,由d极为阳极,依次类推:
e极为阴极,f极为阳极,N极为正极,M极为负极,a极为阴极,b极为阳极。
②甲装置中装氢氧化钠溶液,在b极OH-发生氧化反应:
4OH--4e-===2H2O+O2↑,电解反应为:
2H2O
2H2↑+O2。
③两装置中装K2SO4溶液,电解前后溶质质量不变,实质是电解水,设电解水的质量为x,100g×10.00%=(100g-x)×10.47%,x≈4.5g。
n(H2O)=
=0.25mol,n(O2)=0.125mol,V(O2)=0.125mol×22.4L/mol=2.8L。
④电解0.25mol水转移电子的物质的量为0.5mol,c极反应:
Cu2++2e-===Cu,根据电子守恒知,析出金属质量为m(Cu)=0.25mol×64g/mol=16g。
⑤甲、丙装置实质是电解水,乙装置电解反应式为2CuSO4+2H2O
2Cu+2H2SO4+O2↑,溶液酸性增强。
(2)如果铜全部析出,甲装置装有氢氧化钠溶液,乙装置装有硫酸溶液,丙装置装有硫酸钾溶液,仍然能电解,三个装置都相当于电解水。
如果不清楚甲、乙、丙装置中电极串联,会错误判断电极,导致回答问题出错。
15.(2011·试题调研)金属铝是应用广泛的金属之一,在工农业生产中有着广泛的应用,对金属制品进行抗腐蚀处理,可延长其使用寿命。
(1)在进行电解前,要对铝电极进行表面处理,是将铝片浸入热的16%NaOH溶液中半分钟左右,目的是________,反应的离子方程式为__________________。
碱洗时常有气泡冒出,原因是______________(用离子方程式表示)。
(2)以铝片为阳极,在H2SO4溶液中电解,取少量废电解液,加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀,产生沉淀的原因是______________________。
(3)在金属表面形成一薄层有抗腐蚀、抗磨损能力的金属镀膜。
例如在铝片上电镀铜时,电解原理是采用Cu(NO3)2溶液为电解质,用________作阳极。
而在实际的电镀工艺中,要求金属在镀件上的析出速率得到控制,使析出的镀层厚度均匀、光滑致密、与底层金属的附着力强。
所以电镀铜时,实际使用的电镀液是________(填序号)。
A.AlCl3B.CuCl2
C.K6[Cu(P2O7)2]D.CuSO4
(4)在如图所示装置中,溶液的体积为100mL,开始时电解质溶液的浓度为0.1mol/L,工作一段时间后导线上通过0.001mol电子。
若不考虑盐的水解和溶液体积的变化,则电解后溶液的pH为________。
答案:
(1)除去表面的氧化膜
Al2O3+2OH-===2AlO2-+H2O
2Al+2OH-+2H2O===2AlO2-+3H2↑
(2)废电解液中含有的Al3+和HCO3-发生了双水解反应 (3)Cu c (4)2
点拨:
本题以铝的抗腐蚀处理为载体,主要考查电化学原理、简单计算等。
(1)铝的金属性强,表面易被氧化成氧化铝,加入NaOH溶液后,氧化铝与NaOH溶液反应,同时铝也可能与NaOH溶液反应,有气泡产生。
(2)溶液中存在的Al3+与HCO3-发生双水解反应,因此既有沉淀生成,又有气体放出。
(3)电镀时用镀层金属为阳极,镀件为阴极,含有镀层金属离子的溶液为电解质溶液,因此采用铜为阳极,铜的络离子电离出的铜离子浓度小。
(4)导线上通过0.001mol电子时会产生0.001molH+,浓度为0.01mol/L,pH=2。
16.(2011·试题调研)如图1是氯碱工业中离子交换膜电解槽示意图,其中离子交换膜为“阳离子交换膜”它有一特殊的性质——只允许阳离子通过,阻止阴离子和气体通过。
(1)电解后得到的氢氧化钠溶液从________口流出(填字母代号),b口排出的是________气体,电极1应连接电源的________极(填“正”或“负”);理论上讲,从f口加入纯水即可,但在实际生产中,纯水中要加入一定量的NaOH溶液,其原因是________________________和________________________。
(2)图2是根据氯碱工业中离子交换膜技术原理设计的电解Na2SO4溶液生产NaOH和H2SO4溶液的装置。
请回答:
a为________(填“阳”或“阴”)离子交换膜;从E口流进的物质的化学式(若为溶液,则写出溶质的化学式)为:
________。
答案:
(1)d Cl2 正 增加溶液的导电性 不影响NaOH的纯度
(2)阴 H2O(加少量稀H2SO4)
点拨:
(1)氢氧化钠的产生是因为在阴极氢离子得电子生成了氢气,留下的氢氧根离子结合Na+形成了氢氧化钠,所以氢氧化钠应该在d口流出。
b口这边的电极是阳极,根据离子的放电顺序应该是氯离子失去电子形成氯气,电极1是阳极,所以连接电源的正极。
如果只加纯水,溶液的导电能力太弱,不利于电解反应。
(2)因为a左边的电极为阳极,在阳极阴离子失去电子发生氧化反应,所以a应该是阴离子交换膜。
电解Na2SO4溶液实际上电解的是水,阳极是OH-失去电子。
D口这边是阴极,氢离子得电子后留下的氢氧根离子与Na+结合产生NaOH。