版化学新素养导学同步人教选修四章末综合测评3 电化学基础.docx
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版化学新素养导学同步人教选修四章末综合测评3电化学基础
章末综合测评(三) 电化学基础
(时间90分钟,满分100分)
一、选择题(本题包括16小题,每小题3分,共48分)
1.用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4混合溶液。
下列叙述错误的是( )
A.待加工铝质工件为阳极
B.可选用不锈钢网作为阴极
C.阴极的电极反应式为Al3++3e-===Al
D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
C [A对:
该电解池阳极发生的电极反应为2Al+3H2O-6e-===Al2O3+
6H+,铝化合价升高失电子,所以待加工铝质工件应为阳极。
B对,C错:
阴极发生的电极反应为2H++2e-===H2↑,阴极可选用不锈钢网作电极。
D对:
电解质溶液中的阴离子向阳极移动。
]
2.支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。
下列有关表述不正确的是
( )
A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
C [A项,外加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流,正确;B项,被保护的钢管桩作阴极,高硅铸铁作阳极,电解池中外电路电子由阳极流向阴极,即从高硅铸铁流向钢管桩,正确;C项,高硅铸铁为惰性辅助阳极,其主要作用是传递电流,而不是作为损耗阳极,错误;D项,保护电流要抑制金属电化学腐蚀产生的电流,应根据环境条件变化进行调整,正确。
]
3.我国某大城市近几年夏季多次降下酸雨。
据环保部门测定,该城市整个夏季酸雨的pH平均为3.2。
在这种环境中的铁制品极易被腐蚀。
对此条件下铁的腐蚀的叙述不正确的是( )
A.此腐蚀过程有化学腐蚀也有电化学腐蚀
B.发生电化学腐蚀时的正极反应为2H2O+O2+4e-===4OH-
C.在化学腐蚀过程中有氢气产生
D.发生电化学腐蚀时的负极反应为Fe-2e-===Fe2+
B [酸性条件下发生的电化学腐蚀是析氢腐蚀,其正极反应为2H++2e-===H2↑。
]
4.某化学兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示的原电池装置。
下列有关说法中正确的是( )
A.该原电池的正极反应是:
Zn-2e-===Zn2+
B.左烧杯中溶液的红色逐渐褪去
C.该电池铂电极上有气泡出现
D.该电池总反应为:
3Zn+2Fe3+===2Fe+3Zn2+
B [正极是得电子的反应,A错误;左烧杯中的电极反应式为Fe3++e-===Fe2+,B正确、C错误;因为在金属活动性顺序中铁排在H的前面,在酸性溶液中不会生成Fe,D错误。
]
5.下列叙述正确的是( )
A.铜、铁和FeCl3溶液形成的原电池,铜极放出氢气
B.电解硫酸钠溶液就是电解水,电解后溶液pH升高
C.铁锅生锈的正极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-
D.工业上电解饱和食盐水的阳极反应为2H++2e-===H2↑
C [A项,铜、铁和FeCl3溶液形成的原电池,铜作正极,电极反应为Fe3++e-===Fe2+,错误;B项,电解硫酸钠溶液,实质电解水,阳极生成氧气,阴极生成氢气,溶液呈中性,溶液pH不变,错误;C项,铁锅生锈,发生吸氧腐蚀,正极电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-,正确;D项,电解饱和食盐水时阳极发生氧化反应,电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑,错误。
]
6.21世纪是钛的世纪。
在800~1000℃时电解TiO2可制得钛,装置如图所示。
下列叙述正确的是( )
A.a为电源的正极
B.石墨电极上发生还原反应
C.阴极发生的反应为TiO2+4e-===Ti+2O2-
D.每生成0.1molTi,转移0.2mol电子
C [由O2-的移动方向可知,b为电源正极,A错误;石墨电极作阳极,发生氧化反应,B错误;每生成0.1molTi,转移0.4mol电子,D错误。
]
7.在日常生活中,我们经常看到铁制品生锈、铝制品表面出现白斑等众多金属腐蚀现象。
现通过如图所示装置进行实验探究。
下列说法正确的是( )
A.用图Ⅰ所示装置进行实验,为了更快、更清晰地观察到导管中液柱上升,可用酒精灯加热具支试管
B.图Ⅱ是图Ⅰ所示装置的原理示意图,图Ⅱ所示装置的正极材料是铁
C.铝制品表面出现白斑的原理可以通过图Ⅲ所示装置进行探究,Cl-由活性炭向铝箔表面迁移,并发生电极反应:
2Cl--2e-===Cl2↑
D.图Ⅲ所示装置的总反应为4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3,生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑
D [具支试管内气体受热压强增大,不能更快更清晰地观察到液柱上升,A错误;铁作负极,B错误;铝箔表面发生电极反应Al-3e-===Al3+,C错误。
]
8.在固态金属氧化物电解池中,高温共电解H2OCO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式,基本原理如图所示。
下列说法不正确的是( )
A.X是电源的负极
B.阴极的电极反应式是H2O+2e-===H2+O2-、CO2+2e-===CO+O2-
C.总反应可表示为H2O+CO2
H2+CO+O2
D.阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶1
D [阴极生成H2或CO,阳极产生O2,二者物质的量比为2∶1。
]
9.一种电化学制备NH3的装置如图所示,图中陶瓷在高温时可以传输H+。
下列叙述错误的是( )
A.Pd电极b为阴极
B.阴极的反应式为N2+6H++6e-===2NH3
C.H+由阳极向阴极迁移
D.陶瓷可以隔离N2和H2
A [Pd电极b上是氢气发生氧化反应,Pd电极b为阳极,A错误。
Pd电极a为阴极,N2发生还原反应,N2+6H++6e-===2NH3,B正确。
阳离子向阴极移动,C正确。
陶瓷隔离N2和H2,使之分别在阴极、阳极放电,D正确。
]
10.最近浙江大学成功研制出具有较高能量密度的新型铝—石墨烯(Cn)电池(如图)。
该电池分别以铝、石墨烯为电极,放电时,电池中导电离子的种类不变。
已知能量密度=电池容量(J)÷负极质量(g)。
下列分析正确的是( )
A.放电时,Cn(石墨烯)为负极
B.放电时,Al2Cl
在负极转化为AlCl
C.充电时,阳极反应为4Al2Cl
+3e-===Al+7AlCl
D.以轻金属为负极有利于提高电池的能量密度
D [该电池以铝、石墨烯为电极,放电时铝为负极,Cn(石墨烯)为正极,A项错误;放电时负极上Al发生氧化反应,根据放电时电池中导电离子的种类不变,可知负极上发生反应:
Al-3e-+7AlCl
===4Al2Cl
,AlCl
在负极转化为Al2Cl
,B项错误;充电时,阳极发生失电子的氧化反应,C项错误;根据能量密度=电池容量(J)÷负极质量(g),以轻金属为负极,负极质量小,有利于提高电池的能量密度,D项正确。
]
11.近来科学家研制了一种新型的乙醇电池(DEFC),它用磺酸类质子作溶剂,在200℃左右时供电,乙醇电池比甲醇电池效率高出32倍且更加安全。
电池总反应式为C2H5OH+3O2===2CO2+3H2O,下列说法不正确的是( )
A.C2H5OH在电池的负极上参加反应
B.1mol乙醇被氧化转移6mol电子
C.在外电路中电子由负极沿导线流向正极
D.电池正极的电极反应为4H++O2+4e-===2H2O
B [乙醇电池的电极反应,正极:
3O2+12H++12e-===6H2O,负极:
C2H5OH+3H2O-12e-===2CO2+12H+,所以1mol乙醇在负极被氧化时转移电子12mol,外电路中电子沿导线由负极流向正极。
]
12.通过加入适量乙酸钠,设计成微生物电池可以将废水中的氯苯转化为苯而除去,其原理如图所示。
下列叙述正确的是( )
A.b极为正极,发生还原反应
B.一段时间后b极区电解液的pH减小
C.H+由a极穿过质子交换膜到达b极
D.a极的电极反应式为
-e-===Cl-+
B [原电池工作时,正极上发生得电子的还原反应即:
4
+8e-+4H+===4Cl-+4
,则a为正极,b为负极,反应式为CH3COO--8e-+2H2O===2CO2↑+7H+,A、C、D错误;由电极方程式可知当转移8mol电子时,正极消耗4molH+,负极生成7molH+,则处理后的废水pH降低,B正确。
]
13.用电解法可提纯含有某些含氧酸根杂质的粗KOH溶液,其工作原理如图所示。
下列有关说法错误的是( )
A.通电后阴极区附近溶液pH会增大
B.阳极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑
C.纯净的KOH溶液从b出口导出
D.K+通过交换膜从阴极区移向阳极区
D [阴极的反应式为2H++2e-===H2↑,氢离子来自于水的电离,所以剩余了水电离的氢氧根离子,溶液的pH升高,A正确;阳极是溶液的氢氧根离子失电子,反应为4OH--4e-===2H2O+O2↑,B正确;左侧溶液中氢氧根离子转化为氧气,多余的钾离子透过阳离子交换膜进入右侧;右侧水电离的氢离子转化为氢气,剩余大量水电离的氢氧根离子,加上透过交换膜过来的钾离子,使右侧溶液中氢氧化钾的浓度增大,所以纯净的KOH溶液从b出口导出,C正确;阳离子应该向阴极移动,所以K+通过交换膜从阳极区移向阴极区,D错误。
]
14.金钒电池以惰性材料作电极,在电解质溶液中发生的总反应为VO2+(蓝色)+H2O+V3+(紫色)
VO
(黄色)+V2+(绿色)+2H+
下列说法正确的是( )
A.当电池放电时,VO
被氧化
B.放电时,负极反应式为VO
+2H++e-===VO2++H2O
C.充电时,阳极附近溶液由绿色逐渐变为紫色
D.放电过程中,正极附近溶液的pH变大
D [当电池放电时,VO
→VO2+,V元素的化合价由+5价变为+4价,VO
被还原,故A错误;放电时,负极失电子,负极反应式为V2+-e-===V3+,故B错误;充电时,阳极发生氧化反应,VO2+→VO
,阳极附近溶液由蓝色逐渐变为黄色,故C错误;放电过程中,正极反应式为VO
+2H++e-===VO2++H2O,正极附近溶液的pH变大,故D正确。
]
15.用惰性电极分别电解下列各电解质的水溶液,一段时间后(设电解质足量),向电解后溶液中加(通)入适量原电解质,可以使溶液恢复到电解前的浓度的是( )
A.Cu(NO3)2 B.K2SO4
C.HClD.NaOH
C [电解硝酸铜得到的产物是氧气和铜,要使溶液恢复到电解前的浓度,应加氧化铜而不是硝酸铜,A错误;电解硫酸钾溶液得到的产物是氢气和氧气,要使溶液恢复到电解前的浓度,应加水,B错误;电解HCl溶液,得到的产物是氢气和氯气,要使溶液恢复到电解前的浓度,应通HCl,与原电解质相同,C正确;电解氢氧化钠溶液,得到的产物是氢气和氧气,要使溶液恢复到电解前的浓度,应加水,D错误。
]
16.新型NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图。
该电池总反应方程式为NaBH4+4H2O2===NaBO2+6H2O,下列有关说法正确的是( )
A.电池正极区的电极反应为BH
+8OH--8e-===BO
+6H2O
B.电极B为负极,纳米MnO2层的作用是提高原电池的工作效率
C.放电过程中,Na+从正极区向负极区迁移
D.在电池反应中,每消耗1L6mo1·L-1H2O2溶液,理论上流过电路中的电子数为12NA
D [根据图示知,B电极上H2O2得电子生成OH-,所以B电极是正极,发生的反应为H2O2+2e-===2OH-,故A、B错误;放电时,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,所以Na+从负极区向正极区迁移,故C错误;在电池反应中,每消耗1L6mol·L-1H2O2溶液,消耗H2O2的物质的量为6mol,根据H2O2+2e-===2OH-知,理论上流过电路中的电子数为6mol×2×NAmol-1=12NA,故D正确。
]
二、非选择题(本题包括5小题,共52分)
17.(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。
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)写出装置中锌电极上的电极反应式:
_____________________________。
(3)若装置中铜电极的质量增加0.64g,则导线中转移的电子数目为________。
(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-的移动方向表述正确的是________。
A.盐桥中的K+向左侧烧杯移动、Cl-向右侧烧杯移动
B.盐桥中的K+向右侧烧杯移动、Cl-向左侧烧杯移动
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.Zn
C.FeD.H2SO4
[详细分析] 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0.64g时,转移电子(由a到b)为
×6.02×1023mol-1×2=1.204×1022个,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,发生的反应为Zn+Cu2+===Zn2++Cu,过量的Zn及生成的Cu可通过过滤除去。
[答案]
(1)由a到b(或a→b)
(2)Zn-2e-===Zn2+
(3)1.204×1022个(或0.02NA) (4)B (5)B
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,在两极上分别通入CH4和空气,其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体,它在高温下能传导阳极生成的O2-(O2+4e-===2O2-)。
图1 图2
(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
[详细分析]
(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B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。
[答案]
(1)正极 CH4+4O2--8e-===CO2+2H2O
(2)4OH--4e-===2H2O+O2↑ 1 ac
19.(10分)如图装置中,b电极用金属M制成,a、c、d为石墨电极,接通电源,金属M沉积于b极,同时a、d电极上产生气泡。
试回答:
(1)a为________极,c极的电极反应式为______________________________。
(2)电解开始时,在B烧杯的中央,滴几滴淀粉溶液,你能观察到的现象是:
_________________________________________________________________,
电解进行一段时间后,罩在c极上的试管中也收集到了气体,此时c极上的电极反应为________。
(3)当d极上收集到44.8mL气体(标准状况)时停止电解,a极上放出了________mol气体,若b电极上沉积金属M的质量为0.432g,则此金属的摩尔质量为________。
(4)电解停止后加蒸馏水使A烧杯中的溶液体积仍为200mL,取这种溶液加入到25.0mL0.100mol·L-1HCl溶液中,当加入31.25mL溶液时刚好沉淀完全。
试计算:
电解前A烧杯中MNO3溶液的物质的量浓度为________。
[详细分析]
(1)由题意知b极:
M++e-===M,故b极为阴极,a极为阳极;则c极为阳极,电极反应为:
2I--2e-===I2。
(2)由于c极产生I2,故c极附近溶液首先变蓝,d极反应:
2H2O+2e-===H2↑+2OH-,无I2生成,故d极附近无现象;当c极I-放电完全后,OH-放电:
2H2O-4e-===O2↑+4H+。
(3)a极反应:
2H2O-4e-===O2↑+4H+(或4OH--4e-===O2↑+2H2O),d极反应:
2H2O+2e-===H2↑+2OH-(或2H++2e-===H2↑),由得失电子守恒知2H2~O2,n(O2)=
n(H2)=
×
=1×10-3mol;m(M)=0.432g,n(M)=n(e-)=4×10-3mol,则M(M)=
=108g·mol-1。
(4)电解后c(AgNO3)=
=0.08mol·L-1,n(Ag+)=0.08mol·L-1×0.2L=0.016mol,电解前c(AgNO3)=
=
0.1mol·L-1。
[答案]
(1)阳 2I--2e-===I2
(2)c极附近的溶液首先变为蓝色 4OH--4e-===2H2O+O2↑
(3)0.001 108g/mol
(4)0.1mol·L-1
20.(10分)如图,p、q为直流电源两极,A由+2价金属单质X制成,B、C、D为铂电极,接通电源,金属X沉积于B极,同时C、D产生气泡。
试回答:
(1)p为________极,A极发生________反应。
(2)C为________极,试管里收集到的气体是________;
D为________极,试管里收集到的气体是________。
(3)C极的电极方程式是__________________________________________。
(4)当反应进行一段时间后,A、B电极附近溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(5)当电路中通过0.004mol电子时,B电极上沉积金属X为0.128g,则此金属的摩尔质量为________。
[详细分析]
(1)接通电源,X沉积于B极,说明B为阴极,则A为阳极,故q为负极,p为正极,A上发生氧化反应。
(2)H2SO4电解池中,C为阳极,C试管内得O2,D为阴极,D试管内得H2。
(4)A极:
X-2e-===X2+,B极:
X2++2e-===X,两极附近溶液的pH不变。
(5)设X的摩尔质量为Mg·mol-1,则
X2+ + 2e- === X
2molMg
0.004mol0.128g
解得M=64。
[答案]
(1)正 氧化
(2)阳 O2 阴 H2
(3)2H2O-4e-===O2↑+4H+
(4)不变 (5)64g·mol-1
21.(12分)某化学兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。
当闭合该装置的开关时,观察到电流表的指针发生了偏转。
请回答下列问题:
(1)甲池为________(填“原电池”“电解池”或“电镀池”),通入CH3OH电极的电极反应为__________________________________________________。
(2)乙池中A(石墨)电极的名称为________(填“正极”“负极”或“阴极”“阳极”),总反应为____________________________________________。
(3)当乙池中B极质量增加5.4g时,甲池中理论上消耗O2的体积为________mL(标准状况),丙池中________(填“C”或“D”)极析出________g铜。
(4)若丙中电极不变,将其溶液换成NaCl溶液,开关闭合一段时间后,甲中溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”,下同),丙中溶液的pH将________。
[详细分析]
(1)甲池为原电池,通入CH3OH的电极为负极,电极反应为CH3OH+8OH--6e-===CO
+6H2O。
(2)乙池中为用惰性电极电解AgNO3溶液,A极与通入O2的电极(正极)相连,故A极为阳极,总反应为4AgNO3+2H2O
4Ag+O2↑+4HNO3
(3)根据各电极上转移的电子数相同,则n(Ag)=4n(O2)=2n(Cu),故V(O2)=
×
×22.4L=0.28L=280mL,m(Cu)=
×
×64g=1.6g。
(4)若丙中电极不变,将其溶液换成NaCl溶液,根据丙中总反应2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑可知,溶液pH增大,而甲中总反应为2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O,溶液pH减小。
[答案]
(1)原电池 CH3OH+8OH--6e-===CO
+6H2O
(2)阳极 4AgNO3+2H2O
4Ag+O2↑+4HNO3
(3)280 D 1.6 (4)减小 增大