届高考化学专题十一电化学全国通用1.docx
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届高考化学专题十一电化学全国通用1
专题十一电化学
考点一 原电池、化学电源
1.(2015·天津理综,4,6分)锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允
许阳离子和水分子通过,下列有关叙述正确的是( )
A.铜电极上发生氧化反应
B.电池工作一段时间后,甲池的c(SO
)减小
C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保
持溶液中电荷平衡
解析 A项,由锌的活泼性大于铜,可知铜电极为正极,在正极上Cu2+得电子发生还原反应生成Cu,错误;B项,由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,故甲池的c(SO
)不变,错误;C项,在乙池中Cu2++2e-===Cu,同时甲池中的Zn2+通过阳离子交换膜进入乙池中,则有Cu2+→Zn2+,由于M(Zn2+)>M(Cu2+),故乙池溶液的总质量增加,正确;D项,阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,电解过程中Zn2+通过交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡,阴离子是不能通过交换膜的,错误。
答案 C
2.(2015·北京理综,12,6分)在通风厨中进行下列实验:
步骤
现象
Fe表面产生大量无色气泡,液面上方
变为红棕色
Fe表面产生少量红棕色气泡后,迅速停止
Fe、Cu接触后,其表面均产生红棕色气泡
下列说法不正确的是( )
A.Ⅰ中气体由无色变为红棕色的化学方程式:
2NO+O2===2NO2
B.Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化膜,阻止Fe进一步反应
C.对比Ⅰ、Ⅱ中的现象,说明稀HNO3的氧化性强于浓HNO3
D.针对Ⅲ中的现象,在Fe、Cu之间连接电流计,可判断Fe是否被氧化
解析 A项,铁与稀硝酸反应生成NO,NO与空气中O2反应生成NO2,2NO+O2===2NO2,正确;B项,铁遇浓硝酸钝化,阻止铁继续与浓硝酸反应,正确;C项,对比Ⅰ、Ⅱ,说明浓硝酸的氧化性强于
稀硝酸,错误;D项,装置Ⅲ形成原电池,通过电流计指针偏转的方向,可判断铁是否被氧化,正确。
答案 C
3.(2015·课标全国卷Ⅰ,11,6分)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。
下列有关微生物电池的说法错误的是( )
A.正极反应中有CO2生成
B.微生物促进了反应中电子的转移
C.质子通过交换膜从负极区移向正极区
D.电池总反应为C6H12O6+6O2===6CO2+6H2O
解析 由题意可知,微生物电池的原理是在微生物作用下O2与C6H12O6发生氧化还原反应,将化学能转化为电能,B正确;氧气在正极反应,由于质子交换膜只允许H+通过,则正极反应为:
O2+4e-+4H+===2H2O,没有CO2生成,A项错误;负极发生反应:
C6H12O6-24e-+6H2O===6CO2+24H+,H+在负极区生成,移向正极区,在正极被消耗,C项正确;总反应为:
C6H12O6+6O2===6CO2+6H2O,D项正确。
答案 A
4.(2015·江苏化学,10,2分)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。
下列有关该电池的说法正确的是( )
A.反应CH4+H2O
3H2+CO,每消耗1molCH4转移12mol电子
B.电极A上H2参与的电极反应为:
H2+2OH--2e-===2H2O
C.电池工作时,CO
向电极B移动
D.电极B上发生的电极反应为:
O2+2CO2+4e-===2CO
解析 A项,
H4→
O,则该反应中每消耗1molCH4转移6mol电子,错误;该电池的传导介质为熔融的碳酸盐,所以A电极即负极上H2参与的电极反应为:
H2-2e-+CO
===CO2+H2O,错误;C项,原电池工作时,阴离子移向负极,而B极是正极,错误;D项,B电极即正极上O2参与的电极反应为:
O2+4e-+CO2===2CO
,正确。
答案 D
5.(2014·北京理综,8,6分)下列电池工作时,O2在正极放电的是( )
A.锌锰电池
B.氢燃料电池
C.铅蓄电池
D.镍镉电池
解析 氢燃料电池中,负极上H2放电,正极上O2放电,A、C、D中均不存在O2放电,故选B。
答案 B
6.(2014·课标全国卷Ⅱ,12,6分)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。
下列叙述错误的是( )
A.a为电池的正极
B.电池充电反应为LiMn2O4===Li1-xMn2O4+xLi
C.放电时,a极锂的化合价发生变化
D.放电时,溶液中Li+从b向a迁移
解析 由图可知,b极(Li电极)为负极,a极为正极,放电时,Li+从负极(b)向正极(a)迁移,A项、D项正确;该电池放电时,负极:
xLi-xe-===xLi+,正极:
Li1-xMn2O4+xLi++xe-===LiMn2O4,a极Mn元素的化合价发生变化,C项错误;由放电反应可得充电时的反应,B项正确。
答案 C
7.(2014·福建理综,11,6分)某原电池装置如图所示,电池总反应为2Ag+Cl2===2AgCl。
下列说法正确的是( )
A.正极反应为AgCl+e-===Ag+Cl-
B.放电时,交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成
C.若用NaCl溶液代替盐酸,则电池总反应随之改变
D.当电路中转移0.01mole-时,交换膜左侧溶液中约减少0.02mol离子
解析 A项,Pt为正极发生还原反应:
Cl2+2e-===2Cl-,错误;B项,放电时,左侧的电极反应式Ag+Cl--e-===AgCl↓,有大量白色沉淀生成,错误;C项,由于H+、Na+均不参与电极反应,则用NaCl代替盐酸,电池总反应不变,错误;D项,当电路中转移0.01mole-时,左侧产生0.01molAg+与Cl-结合为AgCl沉淀,右侧产生0.01molCl-,为保持溶液的电中性,左侧约有0.01molH+通过阳离子交换膜转移到右侧,故左侧溶液中约减少0.02mol离子,正确。
答案 D
8.(2014·浙江理综,11,6分)镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。
NiMH中的M表示储氢金属或合金。
该电池在充电过程中的总反应方程式是:
Ni(OH)2+M===NiOOH+MH
已知:
6NiOOH+NH3
+H2O+OH-===6Ni(OH)2+NO
下列说法正确的是( )
A.NiMH电池放电过程中,正极的电极反应式为:
NiOOH+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-
B.充电过程中OH-离子从阳极向阴极迁移
C.充电过程中阴极的电极反应式:
H2O+M+e-===MH+OH-,H2O中的H被M还原
D.NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液
解析 充电时,电池正极发生氧化反应,A项正确;充电时OH-离子从阴极向阳极移动,B项错误;充电时阴极的电极反应式为:
H2O+M+e-===MH+OH-,则水中的H被电极上的e-还原,C项错误;由题中提示反应可知,氨水能与电极材料NiOOH反应,干扰电池总反应,故不能作电池的电解质溶液,D项错误。
答案 A
9.(2014·天津理综,6,6分)已知:
锂离子电池的总反应为:
LixC+Li1-xCoO2
C+LiCoO2
锂硫电池的总反应为:
2Li+S
Li2S
有关上述两种电池说法正确的是( )
A.锂离子电池放电时,Li+向负极迁移
B.锂硫电池充电时,锂电极发生还原反应
C.理论上两种电池的比能量相同
D.下图表示用锂离子电池给锂硫电池充电
解析 A项,在原电池内部,阳离子应移向正极;二次电池充电过程为电解的过程,阴极发生还原反应,B项正确;C项,比能量是指这种电池单位质量或单位体积所能输出的电能,当二者质量相同时,转移电子的物质的量不相等,即比能量不同;D项,左边装置已经是放完电的电池,应为锂硫电池给锂离子电池充电。
答案 B
10.(2013·课标全国卷Ⅰ,10,6分)银质器皿日久表面会逐渐变黑,这是生成了Ag2S的缘故,根据电化学原理可进行如下处理,在铝质容器中加入食盐溶液,再将变黑的银器浸入该溶液中,一段时间后发现黑色会褪去,下列说法正确的是( )
A.处理过程中银器一直保持恒重
B.银器为正极,Ag2S被还原生成单
质银
C.该过程中总反应为2Al+3Ag2S===6Ag+Al2S3
D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl
解析 由“电化学原理”可知正极反应式为Ag2S+2e-===2Ag+S2-,负极反应式为Al-3e-===Al3+;电解质溶液中发生反应A
l3++3H3O
Al(OH)3+3H+,S2-与H+结合生成H2S,使Al3++3H2O
Al(OH)3+3H+的平衡右移,最终生成Al(OH)3沉淀,只有B选项正确。
答案 B
11.(2013·课标全国卷Ⅱ,11,6分)“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示,电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。
下列关于该电池的叙述错误的是( )
A.电池反应中有NaCl生成
B.电池的总反应是金属钠还原三价铝离子
C.正极反应为NiCl2+2e-===Ni+2Cl-
D.钠离子通过钠离子导体在两电极间移动
解析 由题意知Na作负极,NiCl2作电解质,电极反应分别为
,总反应为2Na+NiCl2===2NaCl+Ni,由以上分析A、C正确,B错误;由图示知负极产生的Na+由负极流向正极,D正确。
答案 B
12.(2014·海南化学,16,9分)锂锰电池的体积小、性能优良,是常用的一次电池。
该电池反应原理如图所示,其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成LiMnO2。
回答下列问题:
(1)外电路的电流方向是由________极流向________极。
(填字母)
(2)电池正极反应式为_______________________________________________。
(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂?
________(填“是”或“否”),原因是_______________________________________________________
____。
(4)MnO2可与KOH和KClO3在高温下反应,生成K2MnO4,反应的化学方程式为_____________________________________________________________。
K2MnO4在酸性溶液中歧化,生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为_________________________________________________________________。
解析 由Li+的迁移方向可知,b为正极,其电极反应为:
Li++MnO2+e-===LiMnO2,a为负极,其电极反应为:
Li-e-===Li+,电流由
b流向a。
由于锂能与水发生反应,故不能用水代替电池中的混合有机溶剂。
答案
(1)b a
(2)Li++MnO2+e-===LiMnO2
(3)否 锂能与水发生反应
(4)3MnO2+6KOH+KClO3
3K2MnO4+KCl+3H2O 2∶1
考点二 电解原理及其应用
1.(2015·福建理综,11,6分)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如图所示,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b极区向a极区迁移
C.每生成1molO2,有44gCO2被还原
D.a电极的反应为:
3CO2+18H+-18e-===C3H8O+5H2O
解析 A项,该装置是电解池,在电解和光的作用下H2O在光催化剂的表面转化为O2和H+,故该装置是将电能和光能转化为化学能,错误;B项,根据同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引的原则,该装置工作时,H+从阳极b极区向阴极a极区迁移,正确;C项,该电解池的总反应式为:
6CO2+8H2O
2C3H8O+9O2。
根据总反应方程式可知,每生成1molO2,有
molCO2被还原,其质量为
g,错误;D项,a电极为阴极,发生还原反应,电极反应式为:
3CO2+18H++18e-===C3H8O+5H2O,错误。
答案 B
2.(2015·四川理综,4,6分)用右图所示装置除去含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
解析 Cl-在阳极发生氧化反应生成ClO-,水电离出的H+在阴极发生还原反应生成H2,又由于电解质溶液呈碱性,故A、B、C项正确;D项,溶液呈碱性,离子方程式中不能出现H+,正确的离子方程式为2CN-+5ClO-+H2O===N2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-,错误。
答案 D
3.(2015·浙江理综,11,6分)在固态金属氧化物电解池中,高温共电解H2O、CO2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
解析 由水和二氧化碳生成氢气和一氧化碳发生还原反应,此极上得到电子,应为阴极,故X极为电源的负极,A、B项正确;C项,根据电极上的反应物和生成物,可知总反应方程式正确;D项,因阳极电极反应式为2O2--4e-===O2↑,结合电子得失相等,可知阴、阳两极生成气体的物质的量之比为2∶1,错误。
答案 D
4.(2014·广东理综,11,4分)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→Ⓐ→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
解析 分析图可知:
左侧两个烧杯的装置形成原电池,且Ⅰ为负极,Ⅱ为正极,而最右边的装置为电解池,因此,该装置中电子流向:
电极Ⅰ→Ⓐ→电极Ⅳ,则电流方向:
电极Ⅳ→A→电极Ⅰ,A正确;电极Ⅰ发生氧化反应,B错误;电极Ⅱ的电极反应为Cu2++2e-===Cu,有铜析出,C错误;电极Ⅲ为电解池的阳极,其电极反应为Cu-2e-===Cu2+,D错误。
答案 A
5.(2013·浙江理综,11,6分)电解装置如图所示,电解槽内装
有KI及淀粉溶液,中间用阴离子交换膜隔开。
在一定的电
压下通电,发现左侧溶液变蓝色,一段时间后,蓝色逐渐变
浅。
已知:
3I2+6OH-===IO
+5I-+3H2O
下列说法不正确的是( )
A.右侧发生的电极反应式:
2H2O+2e-===H2↑+2OH-
B.电解结束时,右侧溶液中含有IO
C.电解槽内发生反应的总化学方程式:
KI+3H2O
KIO3+3H2↑
D.如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜,电解槽内发生的总化学反应不变
解析 依题意,左侧溶液变蓝,说明左侧Pt电极是阳极,电极反应式为2I--2e-===I2……①,右侧Pt电极为阴极,电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-……②或2H++2e-===H2↑,A正确;阴极生成的OH-通过阴离子交换膜迁移至左室,与I2发生反应:
3I2+6OH-===5I-+IO
+3H2O……③,I2浓度逐渐减小,故蓝色逐渐变浅,电解结束后IO
可通过阴离子交换膜扩散至右侧,B正确;①式×3+②式×3+③式得电解总反应:
I-+3H2O
IO
+3H2↑,C正确;若换用阳离子交换膜,OH-不能迁移至左室,反应③无法发生,①式+②式得电解总反应式为2I-+2H2O
2OH-+I2+H2↑,两种情况下电解总反应显然不同,D错误。
答案 D
6.(2013·天津理综,6,6分)为增强铝的耐腐蚀性,现以铅蓄电池为外电源,以Al作阳极、Pb作阴极,电解稀硫酸,使铝表面的氧化膜增厚。
反应原理如下:
电池:
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)+2H2O(l)
电解池:
2Al+3H2O
Al2O3+3H2↑
电解过程中,以下判断正确的是( )
电池
电解池
A
H+移向Pb电极
H+移向Pb电极
B
每消耗3molPb
生成2molAl2O3
C
正极:
PbO2+4H++2e-
===Pb2++2H2O
阳极:
2Al+3H2O-6e-
===Al2O3+6H+
D
解析 原电池中H+移向正极,电解池中H+移向阴极,A错误;由电子守恒3Pb~6e-~Al2O3,B错误;C项中原电池正极反应:
PbO2+4H++2e-+SO
===PbSO4+2H2O,电解池中阳极反应:
2Al+3H2O-6e-===Al2O3+6H+,C错误;D项中,原电池负极:
Pb+SO
-2e-===PbSO4,Pb电极增重,电解池中Pb作阴极,阴极上析出H2,Pb电极质量不变,D正确。
答案 D
7.(2013·重庆理综,11,14分)化学在环境保护中起着十分重要的作用。
催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。
(1)催化反硝化法中,H2能将NO
还原为N2。
25℃时,反应进行10min,溶液的pH由7变为12。
①N2的结构式为___________________________________________________。
②上述反应离子方程式为___________________________________________,
其平均反应速率v(NO
)为________mol·L-1·min-1。
③还原过程中可生成中间产物NO
,写出3种促进NO
水解的方法______________。
(2)电化学降解NO
的原理如右图所示。
①电源正极为________(填“A”或“B”),阴极反应式为____________________________。
②若电解过程转移了2mol电子,则膜两侧电解液的质量变化差(Δm左-Δm右)为______g。
解析
(1)②H2在水溶液中将NO
还原为N2的同时溶液pH升高,说明有OH-生成,结合得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可写出反应离子方程式;10min内OH-浓度的变化量为c(OH-)=10-2mol·L-1-10-7mol·L-1≈10-2mol·L-1,由离子方程式可知NO
浓度变化量也为10-2mol·L-1,所以用NO
表示的该反应速率为v(NO
)=
=0.001mol·L-1·min-1。
③NO
水解为吸热反应,生成HNO2和OH-,故加酸、升温、加水稀释均可促进水解。
(2)①由题图可知在电解过程中NO
转化成N2,发生还原反应,故B为电源负极,则A为电源正极,NO
在阴极得电子生成N2,由电荷守恒可知反应必然会同时生成OH-;②电解池中阳极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑,转移2mol电子时生成0.5molO2和2molH+,2molH+通过质子交换膜转移到右侧,故左侧溶液质量改变量为0.5mol×32g·mol-1+2mol×1g·mol-1=18g;当转移2mol电子时阴极可生成
molN2,同时从左侧转移过来2molH+,故右侧溶液质量变化量为
mol×28g·mol-1-2mol×1g·mol-1=3.6g,两侧溶液质量变化差为18g-3.6g=14.4g。
答案
(1)①N≡N
②2NO
+5H2
N2+2OH-+4H2O 0.001
③加酸,升高温度,加水
(2)①A 2NO
+6H2O+10e-===N2↑+12OH-
②14.4
考点三 金属的电化腐蚀及防护
1.(2015·江苏化学,11,4分)下列说法正确的是( )
A.若H2O2分解产生1molO2,理论上转移的电子数约为4×6.02×1023
B.室温下,pH=3的CH3COOH溶液与pH=11的NaOH溶液等体积混合,溶液pH>7
C.钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀
D
.一定条件下反应N2+3H22NH3达到平衡时,3v正(H2)=2v逆(NH3)
解析 A项,2H2O2===2H2O得到e-×2+O失去e-×22↑,生成1molO2,理论转移2mol电子,错误;B项,醋酸是弱酸,两者等体积混合后,醋酸过量较多,溶液呈酸性,pH<7,错误;D项,达到平衡时,
=
,错误。
答案 C
2.(2014·天津理综,1,6分)化学与生产、生活息息相关,下列叙述错误的是( )
A.铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性
B.用聚乙烯塑料代替聚乳酸塑料可减少白色污染
C.大量燃烧化石燃料是造成雾霾天气的一种重要因素
D.含重金属离子的电镀废液不能随意排放
解析 A项,铁表面镀锌,当发生电化学腐蚀时,Fe作正极被保护;B项,聚乙烯塑料非常稳定,不易降解,而聚乳酸塑料是易降解的塑料,故应用聚乳酸塑料代替聚乙烯塑料来减少白色污染,故B项错误;D项,重金属离
子对土壤、水都会产生污染,所以含重金属离子的电镀废液不能随意排放。
答案 B
3.(2013·北京理综,7,6分)下列金属防腐的措施中,使用外加电流的阴极保护法的是( )
A.水中的钢闸门连接电源的负极
B.金属护栏表面涂漆
C.汽车底盘喷涂高分子
D.地下钢管连接镁块
解析 B、C为加保护层保护法;D为原电池原理的牺牲阳极的阴极保护法。
答案 A
4.(2015·重庆理综,11,14分)我国古代青铜器工艺精湛,有很高的艺术价值和历史价值。
但出土的青铜器大多受到环境腐蚀,故对其进行修复和防护具有重要意义。
(1)原子序数为29的铜元素位于元素周期表中第________周期。
(2)某青铜器中Sn、Pb的质量分别为119g、20.7g,则该青铜器中Sn和Pb原子的数目之比为________。
(3)研究发现,腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl。
关于CuCl在青铜器腐蚀过程中的催化作用,下列叙述正确的是________。
A.降低了反应的活化能B.增大了反应的速率
C.降低了反应的焓变D.增大了反应的平衡常数
(4)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。
如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位,Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应,该化学方程式为__________________________________________________________________。
(5)如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。
①腐蚀过程中,负极是________(填图中字母“a”或“b”或“c”);
②环境中的Cl-扩散到孔口,并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl,其离子方程式为__________________________________;
③若生成4.2