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第四章 电化学基础检测(B)(时间:90分钟满分:100分)一、选择题(本题包括18个小题,每小题3分,共54分)1下列过程需要通电后才可以发生或进行的是()电离电泳电解电镀电化学腐蚀A.B.C.D.答案B2下列叙述中正确的是()电解池是将化学能转变成电能的装置原电池是将电能转变成化学能的装置金属和石墨导电均为物理变化,电解质溶液导电是化学变化不能自发进行的氧化还原反应,通过电解的原理有可能实现电镀过程相当于金属的“迁移”,可视为物理变化A.B.C.D.答案B3下列说法中不正确的是()A.可充电电池充电时,发生电解反应;放电时,发生原电池反应B.电镀时,应将镀层金属与电源正极相连C.电解饱和NaCl溶液时,阳极上放出黄绿色气体的同时还产生大量的氢氧化钠D.利用电化学原理保护金属主要有两种方法,分别是牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法答案C4在理论上不能用于设计成原电池的化学反应是()A.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)4Fe(OH)3(s)H0B.CH3CH2OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l)H0C.Al(OH)3(s)+NaOH(aq)NaAlO2(aq)+2H2O(l)H0D.H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)HZYWB.ZWXYC.ZXYWD.ZYXW解析依据氧化还原反应规律,还原性:还原剂还原产物。还原性:由题中(1)可知XY,由(3)可知ZX,由(4)可知YW。答案C13如图所示,X、Y分别是直流电源的两极,通电后发现a极板质量增大,b极板处有无色无味的气体放出,符合这一情况的是()a极板b极板X电极ZA锌石墨负极CuSO4B石墨石墨负极NaOHC银铁正极AgNO3D铜石墨负极CuCl2解析该装置为电解装置,a极板质量增大,说明a为阴极,X为负极,Y为正极,b为阳极。A项,a极板2Cu2+4e-2Cu,阳极:4OH-4e-2H2O+O2,符合题意;B项,a极板生成H2,质量不增加,不合题意;C项,X为正极不合题意;D项,b极:2Cl-2e-Cl2,Cl2为黄绿色气体,不合题意。答案A14Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液,示意图如右。该电池工作时,下列说法正确的是()A.Mg电极是该电池的正极B.H2O2在石墨电极上发生氧化反应C.石墨电极附近溶液的pH增大D.溶液中Cl-向正极移动解析Mg-H2O2电池中Mg电极是负极,石墨电极是正极,正极反应为H2O2+2e-2OH-,H2O2在该极发生还原反应,石墨电极附近溶液的pH增大,溶液中的Cl-向负极移动。答案C15空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池(RFC),RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。下图为RFC工作原理示意图,有关说法正确的是()A.当有0.1 mol电子转移时,a极产生标准状况下1.12 L O2B.b极上发生的电极反应是4H2O+4e-2H2+4OH-C.c极上发生还原反应,B中的H+可以通过隔膜进入AD.d极上发生的电极反应是O2+4H+4e-2H2O解析由图可知a为阴极、b为阳极、气体X为H2、气体Y为O2、c为正极、d为负极。正极、阴极发生还原反应,负极、阳极发生氧化反应,A、B、D项错误;在原电池中阳离子移向正极,C项正确。答案C16有关如图装置的叙述中,正确的是()A.若X为锌棒,Y为NaCl溶液,开关K置于M处,可减缓铁的腐蚀,这种方法称为外接电源的阴极保护法B.若X为碳棒,Y为饱和NaOH溶液,开关K置于N处,保持温度不变,则溶液的pH保持不变C.若X为银棒,Y为硝酸银溶液,开关K置于N处,铁棒质量将增加,溶液中银离子浓度将减小D.若X为铜棒,Y为硫酸铜溶液,开关K置于M处,铜棒质量将增加,此时外电路中的电子向铁电极移动解析A项,若X为锌棒,Y为NaCl溶液,开关K置于M处,该装置是原电池,锌作负极被腐蚀,铁被保护,这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法,错误;B项,若X为碳棒,Y为饱和NaOH溶液,开关K置于N处,该装置是电解池,碳棒是阳极,铁棒是阴极,保持温度不变,电解后溶液的体积减小,氢氧化钠的浓度不变,则溶液的pH不变,正确;C项,若X为银棒,Y为硝酸银溶液,开关K置于N处,该装置是电镀池,铁棒质量将增加,但溶液中银离子浓度将不变,错误;D项,若X为铜棒,Y为硫酸铜溶液,开关K置于M处,铁作负极被腐蚀,铜棒上铜离子得电子析出铜而使铜棒质量增加,此时外电路中的电子向铜电极移动,错误。答案B17碱性锌锰干电池是生活中应用最广泛的电池,下列说法中不正确的是()A.该电池正极反应式为MnO2+H2O+e-MnOOH+OH-B.电池工作时负极pH一定降低C.用该电池作电源精炼铜,纯铜与锌连接D.用该电池作电源电解硫酸铜溶液,负极溶解6.5 g锌,阴极一定析出6.4 g铜解析碱性锌锰干电池正极反应为:MnO2+H2O+e-MnOOH+OH-,负极反应为:Zn+2OH-2e-Zn(OH)2,用该电池作电源电解硫酸铜溶液,负极溶解6.5 g锌,转移电子0.2 mol,如果溶液中铜离子的物质的量大于或等于0.1 mol,则析出铜6.4 g,如果小于0.1 mol,则析出铜小于6.4 g,D错误。答案D18某原电池装置如图所示,电池总反应为2Ag+Cl22AgCl。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0.01 mol e-时,交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子解析原电池的正极发生得电子的还原反应:Cl2+2e-2Cl-,负极发生失电子的氧化反应:Ag-e-+Cl-AgCl,阳离子交换膜右侧无白色沉淀生成;若用NaCl溶液代替盐酸,电池总反应不会改变;当电路中转移0.01 mol电子时,负极消耗0.01 mol Cl-,右侧正极生成0.01 mol Cl-,左侧溶液中应有0.01 mol H+移向右侧,约减少0.02 mol离子。答案D二、非选择题(本题包括6小题,共46分)19(7分)右图为以惰性电极进行电解的装置:(1)写出A、B、C、D各电极上的电极反应式和总反应方程式:A:,B:,总反应方程式:;C:,D:,总反应方程式:;(2)在A、B、C、D各电极上析出生成物的物质的量之比为。解析A、B、C、D分别发生如下反应:Cu2+2e-Cu;2Cl-2e-Cl2;2Ag+2e-2Ag;4OH-4e-2H2O+O2;由电子守恒可知在四个电极依次析出物质的物质的量之比为n(Cu)n(Cl2)n(Ag)n(O2)=2241。答案(1)Cu2+2e-Cu2Cl-2e-Cl2CuCl2Cu+Cl2Ag+e-Ag4OH-4e-2H2O+O24AgNO3+2H2O4Ag+4HNO3+O2(2)224120(7分)请按要求回答下列问题。(1)根据右图回答:打开K2,合并K1。A电极可观察到的现象是;B极的电极反应式为。打开K1,合并K2。A电极可观察到的现象是;B极的电极反应式为。(2)根据右图回答:将较纯净的CuSO4溶液放入如图所示的装置中进行电解,石墨电极上的电极反应式为,电解反应的离子方程式为。实验完成后,铜电极增重a g,石墨电极产生标准状况下的气体体积为 L。解析(1)此时为原电池,锌为负极,不断溶解,B极为正极,反应为Cu2+2e-Cu。此时为电解池,A极为阴极,反应为Cu2+2e-Cu,故A极上析出一层红色的铜,B极为阳极,反应为Cu-2e-Cu2+。(2)此时为惰性电极电解CuSO4溶液,石墨极上反应为4OH-4e-2H2O+O2,总反应的离子方程式为2Cu2+2H2O2Cu+O2+4H+,V(O2)=22.4 L= L。答案(1)锌不断溶解Cu2+2e-Cu电极表面有红色固体析出Cu-2e-Cu2+(2)4OH-4e-2H2O+O22Cu2+2H2O2Cu+O2+4H+21(8分)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是:NiO2+Fe+2H2OFe(OH)2+Ni(OH)2。(1)若此蓄电池放电时,该电池某一电极发生还原反应的物质是(填序号)。A.NiO2B.FeC.Fe(OH)2D.Ni(OH)2(2)该电池放电时,正极附近溶液的pH(填“增大”“减小”或“不变”)。(3)充电时该电池阳极的电极反应式:。(4)用此蓄电池分别电解以下两种溶液,假如电路中转移了0.02 mol e-,且电解池的电极均为惰性电极,试回答下列问题。电解M(NO3)x溶液时某一电极增加了a g M,则金属M的相对原子质量为(用含“a、x”的表达式表示)。电解含有0.01 mol CuSO4和0.01 mol NaCl的混合溶液100 mL,阳极产生的气体在标准状况下的体积是;将电解后的溶液加水稀释至1 L,此时溶液的pH=。解析(1)得到电子,化合价降低的反应是还原反应,原电池中正极得到电子,发生还原反应,负极失去电子,发生氧化反应,所以根据总的反应式可知,铁是负极,氧化镍是正极,答案选A。(2)正极是氧化镍得到电子,生成氢氧化镍,电极反应式是NiO2+2H2O+2e-Ni(OH)2+2OH-,所以该电池放电时,正极附近溶液的pH增大。(3)充电相当于放电的逆反应,所以阳极电极反应式就是原电池中正极反应式的逆反应,即Ni(OH)2+2OH-2e-NiO2+2H2O。(4)根据硝酸盐的化学式可知,M的化合价是+x价,失去0.02 mol电子,所以M的相对原子质量是ax0.02=50ax。阳极首先是氯离子放电生成氯气,然后是OH-放电生成氧气,氯离子的物质的量是0.01 mol,失去0.01 mol电子,所以OH-失去电子的物质的量是0.02 mol-0.01 mol=0.01 mol,因此氯气是0.005 mol、氧气是0.002 5 mol,在标准状况下的体积是0.007 5 mol22.4 Lmol-1=0.168 L。阴极铜离子放电,失去0.01 mol2=0.02 mol电子,所以此时溶液中的氢离子不放电,因此反应中生成的氢离子的物质的量就是电解硫酸铜溶液时生成的氢离子,物质的量是0.01 mol,浓度是0.01 mol1 L=0.01 molL-1,pH=2。答案(1)A(2)增大(3)Ni(OH)2+2OH-2e-NiO2+2H2O(4)50ax168 mL222(8分)重铬酸钾又名红矾钾,是化学实验室中的一种重要分析试剂。工业上以铬酸钾(K2CrO4)为原料,采用电化学法制备重铬酸钾(K2Cr2O7)。制备装置如图所示(阳离子交换膜只允许阳离子透过):制备原理:2Cr(黄色)+2H+Cr2(橙色)+H2O。(1)通电后阳极室产生的现象为;其电极反应式是。(2)该制备过程总反应的离子方程式可表示为4Cr+4H2O2Cr2+4OH-+2H2+O2,若实验开始时在右室中加入38.8 g K2CrO4,t min后测得右室中K与Cr的物质的量之比为32,则溶液中K2CrO4和K2Cr2O7的物质的量之比为;此时电路中转移电子的物质的量为。解析(1)阳极发生氧化反应,溶液中氢氧根离子失去电子生成氧气和水。(2)直接设K2CrO4和K2Cr2O7物质的量分别为x、y,则钾原子的物质的量为2x+2y,铬原子物质的量为x+2y,依据两原子个数比为32,可求出两物质的物质的量之比为21;根据铬酸钾的质量可求出铬原子总物质的量为0.2 mol,又t min后两物质的物质的量之比为21,则铬酸钾为0.1 mol,重铬酸钾为0.05 mol,根据化学方程式可知,生成0.05 mol的重铬酸钾的反应中转移电子为0.052 mol。答案(1)阳极产生无色气体,溶液由黄色逐渐变为橙色4OH-4e-O2+2H2O(或2H2O-4e-O2+4H+)(2)210.1 mol23(8分)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得。(1)利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为(填化学式)溶液,阳极电极反应式为,电解过程中Li+向(填“A”或“B”)电极迁移。(2)利用钴渣含Co(OH)3、Fe(OH)3等制备钴氧化物的工艺流程如下:Co(OH)3溶解还原反应的离子方程式为。铁渣中铁元素的化合价为价。在空气中煅烧CoC2O4生成钴氧化物和CO2,测得充分煅烧后固体质量为2.41 g,CO2体积为1.344 L(标准状况),则钴氧化物的化学式为。解析(1)B极产生H2,根据反应:2H+2e-H2,说明B极为阴极,随着电解进行,溶液中c(H+)减小、c(OH-)增大,B极附近电解液为LiOH溶液,随着电解的进行,溶液中c(LiOH)增大。A极为阳极,电解液为LiCl溶液,电极反应:2Cl-2e-Cl2;在电解过程中Li+向阴极附近移动,即向B极迁移。(2)Co(OH)3与H2SO4反应,然后生成的Co3+被Na2SO3还原,总反应的离子方程式为2Co(OH)3+4H+SS+2Co2+5H2O。在酸性条件下,加入NaClO3和O2,则Fe2+被氧化成Fe3+,故铁渣中铁元素的化合价为+3价。n(CO2)=0.06 mol,根据原子守恒,可知:CoC2O42CO2,n(CoC2O4)=0.03 mol,则钴氧化物中m(Co)=0.03 mol59 g mol-1=1.77 g,钴氧化物中m(O)=2.41 g-1.77 g=0.64 g,故钴氧化物中n(O)=0.04 mol,则钴氧化物中n(Co)n(O)=0.03 mol0.04 mol,则钴氧化物的化学式为Co3O4。答案(1)LiOH2Cl-2e-Cl2B(2)2Co(OH)3+S+4H+2Co2+S+5H2O或Co(OH)3+3H+Co3+3H2O,2Co3+S+H2O2Co2+S+2H+ +3Co3O424(8分)某公司开发了一种以甲醇为原料,以KOH为电解质的用于手机的可充电高效燃料电池,充一次电可连续使用一个月。右图是一个电化学过程的示意图。(已知甲池的总反应式为:2CH3OH+3O2+4KOH2K2CO3+6H2O)请填空:(1)充电时:原电池的负极与电源极相连。阳极的电极反应式为。(2)放电时,负极的电极反应式为。(3)在此过程中若完全反应,乙池中A极的质量增加648 g,则甲池中理论上消耗O2 L(标准状况下)。解析由甲池图示及总反应式知,甲池中,加入CH3OH的电极为负极,电极反应CH3OH+8OH-6e-C+6H2O,通入O2的电极为正极,电极反应O2+2H2O+4e-4OH-,则A为阴极,电极反应Ag+e-Ag,B为阳极,电极反应4OH-4e-O2+2H2O。答案(1)负4OH-4e-2H2O+O2(2)CH3OH+8OH-6e-C+6H2O(3)33.6
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