第13讲 电化学.docx

第13讲 电化学.docx

《第13讲 电化学.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第13讲 电化学.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

第13讲电化学

1．下列有关钢铁腐蚀和防护的说法不正确的是（　　）

A．自行车的钢圈上镀一层铬，防止生锈

B．外加直流电源保护钢闸门时，钢闸门与电源的负极相连

C．钢铁发生吸氧腐蚀的正极反应：

2H2O＋O2＋4e－===4OH－

D．钢铁发生析氢腐蚀的负极反应：

Fe－3e－===Fe3＋

解析：

选D　A项，自行车的钢圈上镀一层铬阻止了铁与空气、水接触，从而防止金属铁生锈，正确；B项，水中钢闸门连接电源的负极，即作为电化学保护装置的阴极，使其不发生失电子反应而被保护，正确；C项，钢铁发生吸氧腐蚀过程中正极O2得到电子生成OH－，正确；D项，钢铁发生析氢腐蚀的负极反应：

Fe－2e－===Fe2＋，错误。

2．镁及其化合物一般无毒（或低毒）、无污染，且镁原电池放电时电压高而平稳，使镁原电池越来越成为人们研制绿色原电池的焦点。

其中一种镁原电池的反应为xMg＋Mo3S4

MgxMo3S4。

下列说法错误的是（　　）

A．放电时Mg2＋向正极迁移

B．充电时阳极反应为Mo3S

－2xe－===Mo3S4

C．充电时Mo3S4发生氧化反应

D．放电时负极反应为xMg－2xe－===xMg2＋

解析：

选C　A项，放电时阳离子向正极移动，正确；B项，充电时阳极发生氧化反应，所以Mo3S

失去电子生成Mo3S4，正确；C项，充电时Mo3S4是生成物，错误；D项，放电时负极发生氧化反应，Mg失去电子成为Mg2＋，正确。

3．（2019·济宁育才中学检测）锌空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn（OH）

。

下列说法正确的是（　　）

A．充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动

B．充电时，电解质溶液中c（OH－）逐渐减小

C．放电时，负极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn（OH）

D．放电时，电路中通过2mol电子，消耗氧气22.4L（标准状况）

解析：

选C　A项，充电时装置为电解池，溶液中的阳离子向阴极移动。

B项，充电时的总反应为放电时的逆反应：

2Zn（OH）

===2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O，c（OH－）逐渐增大。

C项，放电时负极失电子发生氧化反应，由放电时的总反应可知，负极反应式为Zn＋4OH－－2e－===Zn（OH）

。

D项，由放电时的总反应可知，电路中通过2mol电子时，消耗0.5molO2，其体积为11.2L（标准状况）。

4．（2019·全国卷Ⅲ）为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn（3DZn）可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3DZn—NiOOH二次电池，结构如图所示。

电池反应为Zn（s）＋2NiOOH（s）＋H2O（l）

ZnO（s）＋2Ni（OH）2（s）。

下列说法错误的是（　　）

A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高

B．充电时阳极反应为Ni（OH）2（s）＋OH－（aq）－e－===NiOOH（s）＋H2O（l）

C．放电时负极反应为Zn（s）＋2OH－（aq）－2e－===ZnO（s）＋H2O（l）

D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区

解析：

选D　A对：

三维多孔海绵状Zn为多孔结构，具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高。

B对：

二次电池充电时作为电解池使用，阳极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，阳极反应为Ni（OH）2（s）＋OH－（aq）－e－===NiOOH（s）＋H2O（l）。

C对：

二次电池放电时作为原电池使用，负极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，由电池总反应可知负极反应为Zn（s）＋2OH－（aq）－2e－===ZnO（s）＋H2O（l）。

D错：

二次电池放电时作为原电池使用，阴离子从正极区向负极区移动。

5．硼化钒（VB2）—空气电池是目前储电能力最高的电池，电池示意图如图所示，该电池工作时反应为4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5。

下列说法正确的是（　　）

A．电极a为电池负极

B．图中选择性透过膜只能让阳离子选择性透过

C．电子由VB2极经KOH溶液流向a电极

D．VB2极发生的电极反应为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O

解析：

选D　A项，硼化钒—空气电池中，VB2在负极失电子，O2在正极上得电子，所以a为电池正极，错误；B项，因为负极上消耗OH－，所以选择性透过膜应只让阴离子选择性透过，错误；C项，电子不会进入电解质溶液，错误；D项，VB2在负极上失电子发生氧化反应，电极反应为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O，正确。

6．锌溴液流电池用溴化锌溶液作电解液，并在电池间不断循环。

下列有关说法正确的是（　　）

A．充电时Zn2＋通过阳离子交换膜由左侧流向右侧

B．放电时每转移2mol电子负极增重130g

C．充电时阴极的电极反应式为Br2＋2e－===2Br－

D．若将电解液改为氯化锌溶液放电效果更好更安全

解析：

选A　根据图示的信息，结合原电池等工作原理，原电池的负极是金属锌失电子的过程，所以n是负极，m是正极。

充电时，电解池原理，Zn2＋会移向阴极，即通过阳离子交换膜由左侧流向右侧，故A正确；原电池中Zn易失电子作负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，每转移2mol电子，负极减轻65g，故B错误；充电时阴极发生得电子的还原反应，电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，故C错误；若将电解液改为氯化锌溶液，此时在阳极上参与放电的不是Br－，变为Cl－，和电池的原理不相符，故D错误。

7．（2019·浙江高考）化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。

下列说法不正确的是（　　）

A．甲：

Zn2＋向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H＋浓度增加

B．乙：

正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－

C．丙：

锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄

D．丁：

使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降

解析：

选A　铜锌原电池（电解质溶液为硫酸）中铜作正极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故铜电极附近H＋浓度降低，A项错误。

8．用石墨电极完成下列电解实验。

实验一

实验二

装置

现象

a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化

两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生……

下列对实验现象的解释或推测不合理的是（　　）

A．a、d处：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

B．b处：

2Cl－－2e－===Cl2↑

C．c处发生了反应：

Fe－2e－===Fe2＋

D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜

解析：

选B　根据a、d处试纸变蓝，可判断a、d两点都为电解池的阴极，发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A选项正确；b处变红，局部褪色，说明b为电解池的阳极，2Cl－－2e－===Cl2↑，氯气溶于水生成盐酸和次氯酸：

Cl2＋H2O===HCl＋HClO，HCl溶液显酸性，HClO具有漂白性，B选项错误；c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，C选项正确；实验一中ac形成电解池，db形成电解池，所以实验二中也形成电解池，铜珠的左端为电解池的阳极，铜失电子生成铜离子，m、n是铜珠的右端，为电解池的阴极，开始时产生气体，后来铜离子移到m处，m处铜离子得到电子生成单质铜，故D选项正确。

9．

（1）蓄电池是一种可以反复充电、放电的装置。

有一种蓄电池在充电和放电时发生的反应为

NiO2＋Fe＋2H2O

Fe（OH）2＋Ni（OH）2

①该蓄电池放电时，发生还原反应的物质是________（填字母，下同）。

A．NiO2　　　　　　　　B．Fe

C．Fe（OH）2D．Ni（OH）2

②下列有关该电池的说法中正确的是________。

A．放电时电解质溶液呈强酸性

B．放电时5.6gFe全部转化为Fe（OH）2时，外电路中通过了0.2mol电子

C．充电时阳极反应为Ni（OH）2＋2OH－－2e－===NiO2＋2H2O

D．充电时阴极附近溶液的碱性保持不变

③用此蓄电池电解含有0.01molCuSO4和0.01molNaCl的混合溶液100mL，电解池的电极均为惰性电极。

当溶液中的Cu2＋全部转化成Cu时，阳极产生的气体在标准状况下的体积为________；将电解后的溶液加水稀释至1L，此时溶液的pH＝________。

④用此蓄电池进行电解，且电解池的电极均为铜电极，电解质溶液为浓碱液与NaCl溶液的混合液，电解一段时间后，同学们惊奇地发现，阳极附近不是生成蓝色沉淀，而是生成红色沉淀，查阅资料得知该红色沉淀是Cu2O。

写出该阳极上的电极反应式：

__________________________________________________。

（2）图1是一种新型燃料电池，以CO为燃料，一定比例的Li2CO3和Na2CO3的熔融混合物为电解质，图2是粗铜精炼的装置图，现用燃料电池为电源进行粗铜的精炼实验。

回答下列问题：

①A极为电源________（填“正”或“负”）极，写出A极的电极反应式：

_____________________________________________________________________。

②要用燃料电池为电源进行粗铜的精炼实验，则B极应该与________极（填“C”或“D”）相连。

③当消耗标准状况下2.24LCO时，C电极的质量变化为________。

解析：

（1）①化合价降低的物质发生还原反应，放电时NiO2生成Ni（OH）2，Ni元素化合价由＋4价降到＋2价；③电解含有0.01molCuSO4和0.01molNaCl的混合溶液100mL，Cu2＋全部转化为Cu时转移了0.02mol电子，转移0.02mol电子时，阳极先是Cl－失去电子，然后是水中OH－失去电子，二者各失去0.01mol电子，产生0.005molCl2和0.0025molO2，共0.0075mol气体，标准状况下的体积为0.0075mol×22.4L·mol－1＝0.168L，OH－失去0.01mol电子的同时溶液中产生0.01molH＋，稀释至1L时，c（H＋）＝0.01mol·L－1，pH为2。

（2）①在燃料电池中可燃性气体作负极，即A为负极，根据所给新型燃料电池的构成原理装置图，结合原电池的工作原理，可直接写出A极的电极反应式：

CO－2e－＋CO

===2CO2。

②根据电解精炼原理，粗铜应与电源的正极相连，精铜应与电源的负极相连，因B极是正极，所以B极应与D极相连。

③标准状况下2.24LCO失去0.2mol电子，根据得失电子守恒，C极上增加Cu的质量为6.4g。

答案：

（1）①A　②B、C　③0.168L　2

④2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O

（2）①负　CO－2e－＋CO

===2CO2　②D　③增加6.4g

10．下图是一个化学过程的示意图。

（1）图中甲池是________装置（填“电解池”或“原电池”），其中OH－移向________极（填“CH3OH”或“O2”）。

（2）写出通入CH3OH的电极的电极反应式：

_________________________________________________________________________________________________。

（3）向乙池两电极附近分别滴加适量紫色石蕊试液，附近变红的电极为________极（填“A”或“B”），并写出此电极的反应式：

_______________________。

（4）乙池中总反应的离子方程式：

_________________________________。

（5）常温下，当乙池中B（Ag）极的质量增加5.40g时，乙池的pH是________（若此时乙池中溶液的体积为500mL）；此时丙池某电极析出1.60g某金属，则丙中的某盐溶液可能是________（填字母）。

A．MgSO4　　B．CuSO4　　C．NaCl　　D．AgNO3

解析：

（1）～

（2）分析图中装置，甲池是碱性条件下的甲醇燃料电池，通入甲醇的电极作负极，通入O2的电极作正极，在碱性条件下甲醇被氧化为CO

，由此写出负极反应式：

CH3OH－6e－＋8OH－===CO

＋6H2O，原电池工作时溶液中的阴离子向负极移动。

（3）～（4）碳电极（A极）与原电池正极相连，作阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，则银电极（B极）作阴极，电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，电解过程的总反应式为4Ag＋＋2H2O

4Ag＋O2↑＋4H＋。

当向乙池两电极附近分别滴加适量紫色石蕊试液时，附近变红的电极为A极。

（5）常温下，当乙池中B（Ag）电极的质量增加5.40g，即析出Ag的物质的量为0.05mol时，生成H＋的物质的量为0.05mol，而乙池中溶液的体积为500mL，由此可得溶液的pH＝1。

根据放电规律，本题首先排除选项A和选项C。

当乙池中B（Ag）电极的质量增加5.40g时，此时转移的电子为0.05mol，当丙池中电极上析出1.60g金属铜时，正好转移0.05mol电子，因此选项B符合题意。

当丙装置中为AgNO3溶液，且AgNO3溶液足量时，析出金属（Ag）的质量应为5.40g，当AgNO3溶液不足时，析出金属（Ag）的质量必小于5.40g，故选项D也符合题意。

答案：

（1）原电池　CH3OH

（2）CH3OH－6e－＋8OH－===CO

＋6H2O

（3）A　2H2O－4e－===O2↑＋4H＋

（4）4Ag＋＋2H2O

4Ag＋O2↑＋4H＋

（5）1　B、D

11．高铁酸钾（K2FeO4）是一种高效多功能水处理剂，具有极强的氧化性。

（1）已知：

4FeO

＋10H2O===4Fe（OH）3＋8OH－＋3O2↑。

K2FeO4在处理水的过程中所起的作用有________________________________________________________________________________________________________________________。

同浓度的高铁酸钾在pH为4.70、7.00、11.50的水溶液中最稳定的是pH＝________的溶液。

（2）高铁酸钾有以下几种常见制备方法：

干法

Fe2O3、KNO3、KOH混合加热共熔生成紫红色高铁酸盐和KNO2等产物

湿法

强碱性介质中，Fe（NO3）3与NaClO反应生成紫红色高铁酸盐溶液

电解法

制备中间产物Na2FeO4，再与KOH溶液反应

①干法制备K2FeO4的反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。

②湿法制备中，若Fe（NO3）3加入过量，在碱性介质中K2FeO4与Fe3＋发生氧化还原反应生成K3FeO4，此反应的离子方程式：

___________________________。

③制备中间产物Na2FeO4，可采用的装置如图所示，则阳极的电极反应式为____________________________________________________________________。

（3）某双模电动汽车使用高铁电池供电，其总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O

3Zn（OH）2＋2Fe（OH）3＋4KOH

放电时负极材料为________，正极反应为__________________________________________________________________________________________________。

（4）25℃时，CaFeO4的Ksp＝4.54×10－9，若要使1000L含有2.0×10－4mol·L－1K2FeO4的废水中有CaFeO4沉淀产生，理论上至少加入Ca（OH）2的物质的量为________mol。

解析：

（1）所给方程式体现了K2FeO4具有强氧化性，能够消毒杀菌，同时FeO

被还原成Fe3＋；结合胶体的性质想到第二点：

Fe3＋水解形成Fe（OH）3胶体，能够吸附水中悬浮杂质。

根据反应方程式可知酸会促进K2FeO4水解，而碱会抑制K2FeO4水解，所以在碱性强的溶液中能稳定存在。

（2）①反应Fe2O3＋3KNO3＋4KOH===2K2FeO4＋3KNO2＋2H2O中，铁元素化合价升高，化合价由＋3价升高到＋6价被氧化，氮元素化合价由＋5价降低到＋3价被还原，氧化剂与还原剂的物质的量之比为3∶1。

②根据提示：

2FeO

＋Fe3＋＋8OH－===3FeO

＋4H2O。

③制备中间产物Na2FeO4利用电解法，结合阳极发生氧化反应得：

Fe＋8OH－－6e－===FeO

＋4H2O。

（3）放电时为原电池，锌的化合价升高，作负极；正极发生的电极反应：

FeO

＋4H2O＋3e－===Fe（OH）3＋5OH－。

（4）至少加入Ca（OH）2的物质的量为

mol＝2.27×10－2mol。

答案：

（1）K2FeO4具有强氧化性，能够消毒杀菌；同时FeO

被还原成Fe3＋，Fe3＋水解形成Fe（OH）3胶体，能够吸附水中悬浮杂质　11.50

（2）①3∶1

②2FeO

＋Fe3＋＋8OH－===3FeO

＋4H2O

③Fe＋8OH－－6e－===FeO

＋4H2O

（3）Zn　FeO

＋4H2O＋3e－===Fe（OH）3＋5OH－

（4）2.27×10－2