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专项突破三电化学高考命题的探究1.某兴趣小组为了分析电解硝酸溶液时放电的离子,设计了如图装置进行实验(石墨电极)。电解过程中,X极产生了红棕色气体,则下列说法不合理的是()A.a极为负极,b极为正极B.电解时,Y极附近溶液pH降低C.相同条件下,阴、阳两极产生的气体体积比是21D.X极的电极反应式是:2H+NO3-+e- NO2+H2O2.电化学降解NO3-的原理如图所示。下列说法中不正确的是()A.铅蓄电池的A极为正极,电极材料为PbO2B.铅蓄电池工作过程中负极质量增加C.该电解池的阴极反应为:2NO3-+6H2O+10e- N2+12OH-D.若电解过程中转移2 mol电子,则交换膜两侧电解液的质量变化差(m左-m右)为10.4 g3.可给笔记本电脑供电的甲醇燃料电池已经面世,其结构示意图如下。甲醇在催化剂作用下提供质子(H+)和电子,电子经外电路、质子经内电路到达另一电极后与氧气反应,电池总反应为:2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O。下列说法不正确的是()A.右电极为电池正极,b处通入的物质是空气B.左电极为电池负极,a处通入的物质是空气C.负极反应式为:CH3OH+H2O-6e- CO2+6H+D.正极反应式为:O2+4H+4e-2H2O4.如图所示,甲池的总反应为N2H4+O2 N2+2H2O。下列关于该电池工作时的说法正确的是()A.甲池中负极反应为:N2H4-4e- N2+4H+B.甲池溶液pH不变,乙池溶液pH减小C.甲池中消耗2.24 L O2,乙池中理论上产生12.8 g固体D.反应一段时间后,向乙池中加一定量CuO固体,能使CuSO4溶液恢复到原浓度5.2015年斯坦福大学研究人员研制出一种可在一分钟内完成充放电的超常性能铝离子电池,内部用AlCl4-和有机阳离子构成电解质溶液,其放电工作原理如下图所示。下列说法中不正确的是()A.放电时,铝为负极、石墨为正极B.放电时,有机阳离子向铝电极方向移动C.放电时的负极反应为Al-3e-+7AlCl4- 4Al2Cl7-D.充电时的阳极反应为Cn+AlCl4-e- CnAlCl4 6.如图是一个电化学过程的示意图。请回答下列问题:(1)图中甲池是(填“原电池”“电解池”或“电镀池”,下同),乙池是。(2)A(Ag)电极的名称是(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”,下同),通入CH3OH的电极为。(3)C电极的反应式为,电解一段时间后丙池溶液的pH(填“增大”“减小”或“不变”)。7.(1)某课外活动小组同学用图1装置进行实验,试回答下列问题:若开始时开关K与a连接,则铁发生电化学腐蚀中的腐蚀。若开始时开关K与b连接,则总反应的离子方程式为。图1图2(2)芒硝的化学式为Na2SO410H2O,无色晶体,易溶于水,是一种分布很广泛的硫酸盐矿物。该小组同学设想,如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法,用图2所示装置电解硫酸钠溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钠,无论从节省能源还是从提高原料的利用率方面都更加符合绿色化学理念。该电解槽的阳极反应式为。此时通过阴离子交换膜的离子数(填“大于”“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。制得的氢氧化钠溶液从出口(填“A”“B”“C”或“D”)导出。通电开始后,阴极附近溶液pH会增大,请简述原因:。若将制得的氢气、氧气和氢氧化钠溶液组合为氢氧燃料电池,则电池负极的电极反应式为。已知H2的燃烧热为285.8 kJmol-1,则该燃料电池工作产生36 g液态H2O时,理论上有kJ的能量转化为电能。8.某学习小组将有关“电解饱和食盐水”的相关内容进行梳理,形成如下问题(显示的电极均为石墨)。(1)图1中,电解一段时间后,气球b中的气体是(填化学式),U形管(填“左”或“右”)边的溶液变红。(2)利用图2制作一种环保型消毒液发生器,电解可制备“84”消毒液的有效成分,则c为电源的极;该发生器中反应的总离子方程式为。(3)氯碱工业是高耗能产业,一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上。该工艺的相关物质传输与转化关系如图3所示(其中的电极未标出,所用的离子膜都只允许阳离子通过)。图3燃料电池B中的电极反应式分别为:负极,正极。分析图3可知,氢氧化钠的质量分数a%、b%、c%由大到小的顺序为。答案精解精析1.答案C电解过程中,X极产生了红棕色气体,则X极的电极反应式为2H+NO3-+e- NO2+H2O,则X为电解池的阴极,Y为电解池的阳极。A项,a极为负极,b极为正极;B项,电解时,Y为电解池的阳极,电极反应式为4OH-4e- O2+2H2O,Y极附近溶液pH降低;C项,由电极反应式知,相同条件下,阴、阳两极产生的气体体积比是41。2.答案DA项,Ag-Pt电极上,NO3-得电子发生还原反应,则Ag-Pt电极为阴极、Pt电极为阳极,所以A极是正极,电极材料为PbO2。B项,铅蓄电池工作过程中,负极上Pb失电子生成硫酸铅附着在电极板上,所以负极质量增加。C项,阴极上NO3-得电子发生还原反应,电极反应式为2NO3-+6H2O+10e- N2+12OH-。D项,电解池中阳极反应式为4OH-4e- 2H2O+O2,转移2 mol电子时生成0.5 mol O2和2 mol H+,2 mol H+通过质子交换膜转移到右侧,故左侧溶液质量改变量为0.5 mol32 gmol-1+2 mol1 gmol-1=18 g;当转移2 mol电子时阴极可生成15 mol N2,同时从左侧转移过来2 mol H+,故右侧溶液质量变化量为15 mol28 gmol-1-2 mol1 gmol-1=3.6 g,两侧溶液质量变化差为18 g-3.6 g=14.4 g。3.答案B由题图中电子的移动方向得出,左电极为负极,右电极为正极。A项,右电极为电池正极,b处通入的物质是空气;B项,左电极为电池负极,a处通入的物质是甲醇;C项,负极反应式为CH3OH+H2O-6e- CO2+6H+;D项,正极反应式为O2+4H+4e- 2H2O。4.答案DA项,电解质溶液为KOH溶液,不会生成H+,正确的电极反应式为N2H4-4e-+4OH- N2+4H2O;B项,甲池中生成了水,溶液的pH减小;C项,没有指明是否为标准状况下,不能进行计算;D项,乙池中的总反应为2CuSO4+2H2O 2H2SO4+2Cu+O2,脱离溶液体系的物质组成为CuO,加入CuO可与硫酸发生反应生成硫酸铜,从而使CuSO4溶液恢复到原浓度。5.答案BA项,放电时是原电池,铝的活泼性强于石墨,故铝为负极、石墨为正极;B项,在原电池中,阳离子向正极移动,故有机阳离子由铝电极向石墨电极方向移动;C项,放电时,铝失电子与AlCl4-结合生成Al2Cl7-,电极反应式为Al-3e-+7AlCl4- 4Al2Cl7-;D项,充电时,阳极发生氧化反应,电极反应式为Cn+AlCl4-e- CnAlCl4。6.答案(1)原电池电镀池(2)阳极负极(3)2Cl-2e- Cl2增大解析甲池为燃料电池,通入CH3OH的一极为负极,通入O2的一极为正极。乙池中Ag作阳极,AgNO3溶液作电解质溶液,故乙池为电镀池。丙池为电解池,其中D为阴极,C为阳极,阳极的电极反应式为2Cl-2e- Cl2;电解NaCl溶液生成NaOH,故溶液pH增大。7.答案(1)吸氧2Cl-+2H2O 2OH-+H2+Cl2(2)4OH-4e- 2H2O+O2小于DH+放电促进水的电离,使OH-浓度增大H2-2e-+2OH- 2H2O571.6解析(1)开关K与a连接,形成原电池,由于电解质溶液为饱和食盐水,故铁发生吸氧腐蚀。开关K与b连接,形成电解池,总反应的离子方程式为2Cl-+2H2O 2OH-+Cl2+H2。(2)该电解槽中阳极上OH-放电,电极反应式为4OH-4e- 2H2O+O2;由于SO42-所带电荷为Na+的2倍,所以通过阴离子交换膜的离子数小于通过阳离子交换膜的离子数。NaOH在阴极产生,因此从出口D导出。通电开始后,阴极上H+放电,促进水的电离,OH-浓度增大,因此pH增大。碱性氢氧燃料电池中负极上H2放电,电极反应式为H2-2e-+2OH- 2H2O。由H2(g)+12O2(g) H2O(l)H=-285.8 kJmol-1可知,当电池工作产生36 g液态H2O时,理论上转化为电能的能量为285.8 kJmol-12 mol=571.6 kJ。8.答案(1)H2右(2)负Cl-+H2O ClO-+H2(3)2H2-4e-+4OH- 4H2OO2+4e-+2H2O 4OH-b%a%c%解析(1)图1中,根据电子流向知,右边电极是阴极,阴极上氢离子放电生成氢气,所以气球b中的气体是氢气;阴极附近有NaOH生成,溶液呈碱性,无色酚酞遇碱变红,所以U形管右边溶液变红。(2)要制备NaClO,则Cl2应在下面的电极上生成,所以c为负极、d为正极;电池反应为Cl-+H2O ClO-+H2。(3)分析图3可知Y为H2。碱性氢氧燃料电池的负极反应式为2H2-4e-+4OH- 4H2O,正极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-。由燃料电池的电极反应式可知,负极消耗OH-,正极生成OH-,所以NaOH的质量分数:b%a%c%。
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