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第四章 电化学基础1将铝片和镁片用导线连接后插入盛有NaOH溶液的烧杯中组成原电池，下列说法正确的是( )AMg为负极，有Mg(OH)2生成 B镁为正极，镁片质量增加C铝为负极，有NaAlO2生成 D铝为正极，铝片质量不变【答案】C【解析】【分析】判断原电池的正负极，不是看两电极的金属性强弱，而是看哪个电极的材料能与电解质溶液发生氧化还原反应。能与电解质溶液发生氧化还原反应的电极为原电池的负极。若两电极都能与电解质溶液发生氧化还原反应，则较活泼的那种金属为负极。铝能与氢氧化钠溶液发生氧化还原反应，而镁不能与氢氧化钠溶液发生氧化还原反应，所以铝作负极，发生氧化反应，而镁做正极；据以上分析解答。2下列反应不可用于设计成原电池的是()ACaCO3+2HClCaCl2+CO2+H2O B2CH3OH+3O22CO2+4H2OCZn+2HClZnCl2+H2 D4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3【答案】A【解析】【详解】A、碳酸钙和盐酸的反应不是氧化还原反应，因为没有元素化合价升降，所以不能设计成原电池，故A错误；B、甲醇的燃烧属于自发的氧化还原反应且该反应放热，所以能设计成原电池，故B正确；C、锌和盐酸的反应属于自发的氧化还原反应且该反应放热，所以能设计成原电池，故C正确；D、铝和氧气的反应属于自发的氧化还原反应且该反应放热，所以能设计成原电池，故D正确；综上所述，本题选A。【点睛】构成原电池的条件是：有两个活泼性不同的电极，将电极插入电解质溶液中，两电极间构成闭合回路，能自发的进行氧化还原反应。3关于原电池的叙述中正确的是()A原电池是把化学能转变为电能的装置B构成原电池正极和负极的必须是两种不同金属C原电池电解质溶液中阳离子向负极移动D理论上，所有的氧化还原反应都能设计成原电池【答案】A【解析】【分析】A.原电池是将化学能转化为电能的装置； B.构成原电池的正负极可能都是非金属或金属和非金属；C.原电池放电时,电解质溶液中阳离子向正极移动；D.自发进行的氧化还原反应可以设计成原电池；4Mg-AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池的总反应方程式如下：2AgCl + Mg = Mg2+ 2Ag +2Cl。有关该电池的说法正确的是A该电池可用于海上应急照明供电B负极反应式为：AgCl + e = Ag + ClC该电池不能被KCl 溶液激活D电池工作时，每消耗1.2 g Mg，溶液中的Cl-增多0.2 mol【答案】A【解析】【详解】A.该电池可被海水激活，产生电能，故A项正确；B.负极为Mg 失电子，负极反应为Mg -2e-=Mg2+，故B项错误；CKCl溶液可代替海水激活原电池，故C错误；D.由Mg - 2Cl知电池工作时，每消耗1.2 g Mg，溶液中的Cl-增多0.1 mol，故D错误；答案：A。5下列说法正确的是A加强废电池回收，主要是为了回收电池中的石墨电极B增加炼铁高炉的高度可以降低尾气中CO的含量C把煤粉碎了再燃烧可以提高煤的燃烧效率D升高温度可以使吸热反应速率加快，放热反应速率减慢【答案】C6下列有关电池的说法错误的是A燃料电池的能量转化率超过80%，远高于普通燃料过程的能量转化率B燃料电池需要通过燃烧实现发电C燃料电池废弃物排放少，运行噪音低，被誉为绿色发电站D废弃电池中的重金属和酸碱等物质严重污染环境，应回收利用，即可节约资源，又可保护环境【答案】B【解析】A燃料电池的能量转化率远高于普通燃料过程的能量转化率，故A正确；B燃料电池是直接将化学能转化为电能，不需要燃烧，故B错误；C氢气、甲烷、一氧化碳都具有可燃性，燃烧时都放出大量的热，因此都可以做燃料，它们都能使化学能转化为电能，产物为二氧化碳或水，无污染，被称为“21世纪的绿色发电站”，故C正确；D电池中的重金属盐和电解质都可污染环境，不能随其丢弃，应集中回收，故D正确；答案为B。7某太阳能电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是A光照时，毎转移2mol电子，有2mol H+由a极区经质子交换膜向b极区迁移B光照时，b极的电极反应式为VO2+-e-+H2O=VO2+2H+C夜间，a极的电极反应式为V3+e-=V2+D该电池供电原理与硅太阳能电池相同【答案】B8镍镉（NiCd）可充电电池在现代生活中有广泛的应用。已知镍镉电池的电解质溶液是KOH溶液，放电时的电池反应是：Cd+2NiO(OH)+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2，下列说法正确的是A放电时电解质溶液的密度减小 B放电时K+向Cd极区移动C充电时阳极Cd元素被氧化 D充电时阴极附近的pH增大【答案】D考点：考查镍镉（NiCd）可充电电池的有关判断9清华大学王晓琳教授首创三室膜电解法制备LiOH，其工作原理如图所示，下列有关说法正确的是AX电极连接电源负极BN为阳离子交换膜CY电极反应式为 O2+2H2O+4e-=4OH-D制备2.4g LiOH产生的H2在标准状况下为2.24 L【答案】B【解析】A根据以上分析，X极导出的是硫酸，则X极应为水电离出的氢氧根放电，则X极为阳极，应与电源正极相连，故A错误；B由图可知LiOH从最右侧导出，则Li+需通过N进入最右侧，故N为阳离子交换膜，故B正确；CY极导出的LiOH，则Y极是水电离出的氢离子放电生成氢气，阴极电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2，故C错误；D制备2.4gLiOH，n（OH-）=0.1mol，阴极电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2，则n（H2）=0.05mol，为0.05mol22.4L/mol=1.12L，故D错误；故选B。点睛：明确各个电极上发生的反应、各个区域电解质溶液成分是解本题的关键，该电解池实质是电解水，根据图知，Y极导出的LiOH，则Y极是水电离出的氢离子放电生成氢气，阴极电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2，氢氧根浓度增大，故Y为电解池的阴极；X极导出的是硫酸，则X极应为水电离出的氢氧根放电，则X极为阳极，阳极反应式为2H2O-4e-=4H+O2。10如图电化学原理可用于治理水中硝酸盐的污染，下列说法不正确的是AA为电源正极B在Pt电极上发生氧化反应C阴极电极反应式为NO3-+6H2O+10e-=N2+12OHD若电路转移10mol电子质子交换膜右侧溶液质量减少18g【答案】C【考点定位】本题考查了电解原理【名师点晴】该题为高频考点，根据N元素化合价变化确定阴阳极、正负极，难点是电极反应式的书写，易错选项是D，注意氢离子还进入阴极室，很多同学往往只考虑析出的气体而导致错误，为易错点。11用铂作电极电解CuSO4溶液。若两极均得到标况下11.2L气体，则阴极上析出Cu的质量为A64g B48g C32g D16g【答案】C【解析】试题分析：铂电极电解CuSO4溶液，阴阳两极均产生11.2L气体（标准状况）物质的量为0.5mol，阳极电极反应：4OH-4e-=2H2O+O2，则产生0.5mol O2，转移2mol电子。惰性电极电解硫酸铜溶液，两个电极都生成气体，说明阴极上溶液中阳离子Cu2+ 全部放电后，溶液中H+继续放电生成0.5mol H2，转移1mol电子，另外1mol电子则是Cu2+ 得到后生成Cu。则根据Cu2+ + 2e- = Cu可知，所以生成铜的质量=0.5mol64g/mol=32g；故答案选C。考点：电化学计算12二氧化氯被国际上公认为安全、无毒的绿色消毒剂，以KClO3溶液为原料，采用电解法生产二氧化氯反应原理如下：4ClO3-+2H2O 4ClO2+ O2+4OH-。下列说法正确的是A.电解过程中OH-向阴极迁移B.阳极反应式为：4OH- -4e-= O2+2H2OC.毎有l mol电子转移，生成标准状况下5.6L气体D.无法判断电解过程中阴极区溶液的pH变化情况【答案】B考点：考查电解原理的应用13化学用语是学习化学的重要工具，下列用来表示物质变化的化学用语中，正确的是()A电解饱和食盐水时，阳极的电极反应为：2Cl2e=Cl2B氢氧燃料电池的负极反应式：O22H2O4e=4OHC粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，电极反应式为：Cu2e=Cu2D钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式：Fe2e=Fe2【答案】A【解析】【分析】在电解反应中，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应；原电池反应中，负极发生氧化反应，而正极发生还原反应。A、电解饱和食盐水时，阳极上氯离子放电，阴极上氢离子放电；B、氢氧燃料电池中正极上得电子发生还原反应，负极上失电子发生氧化反应；C、粗铜精炼时，连接电源正极的是阳极，连接电源负极的是阴极；D、钢铁发生电化学腐蚀时，负极上铁失去电子生成亚铁离子。C项、精炼铜时，纯铜与电源负极相连做阴极，粗铜与电源正极相连做阳极，阳极的电极反应式为Cu-2e-=Cu2+，故C错误；D项、钢铁发生电化腐蚀时，金属铁做负极，负极的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，故D错误。故选A。【点睛】题考查原电池和电解池的工作原理及应用，明确电极上发生的反应是解题的关键。14某课外活动小组，将剪下的一块镀锌铁放入试剂瓶中，并滴入少量食盐水将其浸湿，再加数滴酚酞溶液，按图装置进行实验，数分钟后观察，下列现象不可能出现的是（ ）AB中导气管里形成一段水柱BB中导气管中产生气泡C金属片剪口处溶液变红D锌被腐蚀【答案】B点睛：理解金属的吸氧腐蚀的工作原理是解题的关键，镀锌铁片，放入锥形瓶中，并滴入少量食盐水将其浸湿，再加数滴酚酞试液，形成的原电池中，金属锌为负极，铁为正极，发生吸氧腐蚀，根据原电池的工作原理知识来回答即可。15以H2、O2、熔融盐Na2CO3组成燃料电池，采用电解法制备 Fe(OH)2，装置如图所示，其中电解池两极材料分别为铁和石墨，通电一段时间后，右侧玻璃管中产生大量的白色沉淀。则下列说法正确的是( )A石墨电极处的电极反应式为O24e=2O2BX是铁电极C电解池中有1mol Fe溶解，石墨耗H2 22.4 LD若将电池两极所通气体互换，X、Y两极材料也要互换。【答案】D【解析】【详解】A.通入氧气的电极II是正极，电极反应式为O2+4e-+2CO2=2CO32-，故A错误；B.X是阴极、Y是阳极，阴极反应式为2H2O+2e-=H2+2OH-，故X是石墨电极，故B错误；C.电解池中阳极电极反应为Fe-2eFe2+，若有 1mol Fe溶解，依据电子转移守恒，在石墨耗1molH2，在标准状况下是22.4L，题中未注明标准状况，故C错误；D.若将电池两极所通气体互换，X、Y两极材料也互换，则Y极产物的氢气能起保护气作用，防止X极产生的氢氧化铁迅速氧化，实验方案更合理，故D正确；本题答案为D。16O3是一种常见的绿色氧化剂，可由臭氧发生器(原理如图)电解稀硫酸制得。下列说法错误的是A电极a为阴极Ba极的电极反应为O2+4H+4e-=2H2OC电解一段时间后b极周围的pH下降D标准状况下，当有5.6LO2反应时，收集到O2和O3混合气体4.48L，O3的体积分数为80【答案】D【解析】【分析】本题结合电解池的新型应用，主要考查电解池相关知识。电解池左侧通入O2，由此可知，a极发生还原反应，a极为阴极，其电极反应式为：O2+4H+4e-=2H2O，故b为阳极，由此进行分析即可。17依据原电池原理，回答下列问题：（1）图1是依据氧化还原反应：Cu（s）2Fe3（aq）Cu2（aq）2Fe2（aq）设计的原电池装置。电极X的材料是_（填化学名称）；电极Y的材料是_（填化学名称）。 Y电极发生的电极反应式为：_。 （2）图2是使用固体电解质的燃料电池，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，它在高温下能传导正极生成的O2离子(O24e2O2)。c电极为_极。（填“正”或“负”） d电极上的电极反应式为_。 如果消耗甲烷160g，假设化学能完全转化为电能，则转移电子的数目为_（用NA表示），需要消耗标准状况下氧气的体积为_L。【答案】铜 碳（石墨、金、铂、银） 2Fe32e2Fe2 正 CH44O28e=CO22H2O 80NA 448 【解析】【详解】（1）由Cu（s）2Fe3（aq）Cu2（aq）2Fe2（aq）可知：Cu失去电子，化合价升高，是电子流出的一极，为原电池的负极，故电极X的材料是铜，电极Y是原电池的正极，发生Fe3+得电子的还原反应，可选择惰性电极碳或比铜活波性弱的材料做电极，如碳（石墨、金、铂、银）做正极，原电池正极的电极反应式为：2Fe32e2Fe2；本题答案为：铜，碳（石墨、金、铂、银）；2Fe32e2Fe2（或Fe3eFe2）。（2）有图2电流方向可以看出，c电极是燃料电池电子流入的一级，为正极；d电极为电子流出的电极，为燃料电池的负极，负极发生CH4失电子的氧化反应，电极反应式为：CH44O28e=CO22H2O；根据电池反应式，CH4 2O2=CO22H2O，160g CH4的物质的量为，n(CH4)=10mol，设有xmol电子转移，则1:8=10：X，解得X=80mol，转移电子电子数目为80NA，消耗O2的物质的量为：n(O2=)20mol，体积V（O2）=20mol22.4L/mol=448L；本题答案为：正 ， CH44O28e=CO22H2O ，80NA ，448。18下图为人工肾脏采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素（CO(NH2)2）的原理。请回答下列问题：（1）电源的负极为_(选填“A”或“B”)。（2）阳极室中发生的反应依次为_、_。（3）电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将_(选填“降低”、“增大”或“不变”)。（4）若两极共收集到标准状况下气体6.72 L，则除去的尿素为_g(忽略气体的溶解)。【答案】B 2Cl-2e-Cl2 CO(NH2)2+3Cl2+H2ON2+CO2+6HCl 不变 3.6 【解析】【分析】从图分析，右侧产生氢气，说明是溶液中的氢离子反应，说明电极为阴极，则对应的B极为负极，A为正极。【详解】从图分析，右侧产生氢气，说明是溶液中的氢离子反应，说明电极为阴极，则对应的B极为负极，A为正极。（1）根据分析，B为负极。（2）阳极是溶液中的氯离子放电生成氯气，氯气氧化尿素反应生成二氧化碳和氮气，方程式为：2Cl-2e-Cl2，CO(NH2)2+3Cl2+H2ON2+CO2+6HCl；19如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜（含有少量锌、金、银等杂质）的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。回答下列问题：（1）甲烷燃料电池负极的电极反应式为_。（2）乙装置中阳离子通过X膜向_ 极（填“Fe”或“C”）移动；丙装置中粗铜为_电极（填“A”或“B”）（3）若在标况下，有2.24L氧气参与反应，则乙装置中右侧溶液_（填“增加”或“减少”）_g，丙装置中CuSO4浓度_（填“增加”、“减少” 或“不变”）。【答案】CH4 - 8e- +10OH- =CO32- +7H2O Fe B 减少 23.4 减少 【解析】【分析】（1）燃料电池是将化学能转化为电能的装置，属于原电池，投放燃料的电极是负极，投放氧化剂的电极是正极，所以通入氧气的电极是正极。（2）乙池有外接电源属于电解池，铁电极连接原电池的负极，所以是阴极，则石墨电极是阳极，阳离子通过X膜向阴极移动，粗铜作阳极。（3）根据串联电池中转移电子数相等得氧气和氯气的关系式为：O22Cl2。【详解】（1）燃料电池是将化学能转化为电能的装置，属于原电池，投放燃料的电极是负极，投放氧化剂的电极是正极，所以通入氧气的电极是正极，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，故答案为：CH4 - 8e- +10OH- =CO32- +7H2O。（2）乙池有外接电源属于电解池，铁电极连接原电池的负极，所以是阴极，则石墨电极是阳极，阳离子通过X膜向阴极移动，粗铜作阳极，故答案为：Fe；B。（3）根据串联电池中转移电子数相等得氧气和氯气的关系式为：O22Cl2，标况下，2.24L氧气的物质的量为0.1mol，所以氯气的物质的量为0.2mol，消耗溶液中氯离子为0.4mol，乙装置中阳离子交换膜右侧进入左侧的钠离子也为0.4mol，所以右侧溶液质量减少为0.423+0.435.5=23.4g，粗铜（含有少量锌、金、银等杂质），阳极上不仅铜还有锌失电子进入溶液中，阴极上析出铜，根据转移电子数相等，阳极上溶解的铜小于阴极上析出的铜，所以丙装置中CuSO4浓度减小，故答案为：减少 ；23.4 ；减少。20为探究原电池和电解池的工作原理，某研究性小组分别用如图所示装置进行实验。（1）甲装置中，a电极的反应式为_。（2）乙装置中，阴极区产物为_。（3）丙装置是一种家用环保型消毒液发生器。外接电源a为_(填“正”或“负”)极，该装置内发生反应的化学方程式为_、_。（4）若甲装置作为乙装置的电源，一段时间后，甲中消耗气体与乙中产生气体的物质的量之比为_(不考虑气体的溶解)。（5）某工厂采用电解法处理含 Cr2O72-的废水，耐酸电解槽用铁板作阴、阳极，槽内盛放含铬废水，Cr2O72-被还原成为 Cr3+，Cr3+在阴极区生成 Cr(OH)3 沉淀除去，工作原理如图写出电解时阴极的电极反应式 _。写出 Cr2O72被还原为 Cr3的离子方程式_。【答案】H2-2e-+2OH-=2H2O 氢氧化钠和氢气 负 2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2 Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O 3:4 2H+2e= H2 (或 2H2O+2e= 2OH+H2 ) Cr2O726Fe214H=2Cr36Fe37H2O 【解析】【分析】装置甲为氢氧燃料电池，通入氢气的电极为负极，通入氧气的电极为正极，装置乙为电解饱和食盐水的装置，左侧为电解池的阳极，右侧为电解池的阴极。丙为电解饱和食盐水制取次氯酸钠，所以下面电极电解产生氯气，即为阳极，上面为阴极，产生氢气和氢氧化钠，氯气和氢氧化钠反应生成氯化钠和次氯酸钠。（5）产生氢气的电解为阴极，电极反应为2H+2e= H2 (或 2H2O+2e= 2OH+H2 )； 铁做阳极，铁失去电子生成亚铁离子，将Cr2O72还原为Cr3，反应离子方程式为：Cr2O726Fe214H=2Cr36Fe37H2O。【点睛】掌握原电池和电解池的工作原理，注意电解质溶液的酸碱性环境，尤其是原电池。当原电池和电解池连接时，注意可以根据转移电子数相等进行计算。21用惰性电极电解400mL含CuSO40.02mol的硫酸铜溶液。（1）当外电路通过0.04mol电子时，溶液中c(H+)=_mol/L(假设溶液体积不变)，阴极产物为_,其质量为_g，阳极产物为_,其在标准状况的体积为_L,为使溶液恢复原状可向电解后的溶液中加入（_）ACuO 1.60g BCuCO3 2.48g CCu(OH)2 1.96g DCu2(OH)2CO3 4.44g （2）继续通电电解，当阴阳两极产生的气体体积相等时，外电路共通过了_mol电子，两极共产生了_L气体（标况下），溶液中氢离子的物质的量为_mol,为使电解液恢复原状，可向电解液中加入（_）A0.02molCuO 0.02molH2O B0.02molCu(OH)2C0.02molCu2(OH)2CO3 D.0.02molCuCO3、0.02molH2O （3）若外电路只通过了0.06mol电子，则阴极产生气体在标准状况下的体积为_L,假设溶液体积不变，则电解液的pH为_,为使电解液恢复原状可加入（_）A.CuO1.60g H2O 0.18g B.Cu(OH)2 1.96gC.Cu2(OH)2CO3 2.22g D.CuCO3 2.48g【答案】0.1 铜（Cu） 1.28 O2 0.224 AB 0.08 0.896 0.04 ABD 0.224 1 AC 【解析】【分析】从电解池原理结合放电顺序，分析每个阶段的电极反应，从而计算出电子转移数和产物的关系，进而分析电解质溶液的成分变化。当铜离子反应完后，相当于电解水，阴极反应为：2H2O+2e-=H2+2OH-，总反应为：2H2O=2H2+O2,第一阶段转移的电子数为n(e-)=2n(Cu2)=20.02mol=0.04mol，生成氧气n(O2)=0.04mol/4=0.01mol ，若使两极产生的气体一样多，则n(O2)=0.02mol,此时一共通过的电子数为：n(e-)=0.04mol2=0.08mol；气体体积一共为：V=22.4L/mol0.04mol= 0.896L；若想恢复原状，需要加入0.02molCuO和0.02molH2O 或 0.02molCu(OH)2或0.02molCuCO3和0.02molH2O；故答案为： 0.08，0.896 ，0.04 ，ABD；根据以上的分析，第二阶段电离转移的电子数为：0.06mol-0.04mol=0.02mol，V(H2)= 22.4L/mol0.02mol/2=0.224L；第二阶段电解水，氢离子浓度不变，故根据阳极反应为：4OH4e-2H2OO2，c(H+)=c(OH-)=0.04mol/0.4L=0.1mol/L，pH=1；为使溶液恢复原状可加入CuO1.60g和H2O0.18g或 Cu2(OH)2CO3 2.22g；故答案为： 0.224，1，AC。【点睛】电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析，一般情况是加入阳极产物和阴极产物的化合物，即从溶液中析出什么，就加什么。
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