专题八 电化学原理
时间:45分钟 分值:100分
一、选择题(本题包括7小题,每小题6分,共42分)
1.下列关于下图所示电化学装置的分析正确的是( )
A.若X为直流电源,Y为铜棒,接正极,则为Fe棒上镀铜
B.若X为直流电源,Y为碳棒,接负极,则Fe棒被保护
C.若X为电流计,Y为锌棒,则S移向Fe棒
D.若X为导线,Y为铜棒,则Fe棒发生还原反应
2.(2017河南濮阳一模,11)一种新型金属氢化物镍电池(MH-Ni电池,MH为贮氢材料)的工作原理如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.隔膜为阴离子交换膜
B.电池的电解液可为硫酸溶液
C.充电时阳极反应为H2O+M+e- MH+OH-
D.放电时负极反应为Ni(OH)2+OH--e- NiOOH+H2O
3.(2017安徽皖北协作区3月联考,11)一种三室微生物电池污水处理系统的原理如下图所示,图中有机废水中有机物可用C6H10O5表示。下列有关说法正确的是( )
A.该装置为原电池,b是原电池的负极
B.中间室:Na+移向右室,Cl-移向左室,a极区溶液的pH减小
C.b极反应式为2N-10e-+12H+ N2↑+6H2O
D.当左室有4.48 L CO2(标准状况下)生成时,右室产生N2的物质的量为0.8 mol
4.(2017湖北武汉4月调研,12)厨房垃圾发酵液通过电渗析法处理,同时得到乳酸的原理如图所示(图中HA表示乳酸分子,A-表示乳酸根离子)。下列说法正确的是( )
A.通电后,阳极附近pH增大
B.电子从负极经电解质溶液回到正极
C.通电后,A-通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室
D.当电路中通过2 mol电子的电量时,会有1 mol O2生成
5.(2017福建福州质检,11)某科研小组研究采用BMED膜堆(示意图如下),模拟以精制浓海水为原料直接制备酸、碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(A、D)。已知:在直流电源的作用下,双极膜内中间界面层发生水的解离,生成H+和OH-。下列说法错误的是( )
A.电极a连接电源的正极
B.B为阳离子交换膜
C.电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生
D.Ⅱ口排出的是淡水
6.(2017云南昆明质量检测,12)某实验小组设计如下实验装置探究电化学原理,装置Ⅰ中Zn电极产生ZnO。下列说法正确的是( )
A.Cu电极质量增加
B.装置Ⅱ将化学能转变为电能
C.装置Ⅰ中OH-向多孔电极移动
D.多孔电极的电极反应式为:O2+4e-+2H2O 4OH-
7.(2017江西南昌一模,13)电化学在日常生活中用途广泛。图甲是镁-次氯酸钠燃料电池,电池总反应为Mg+ClO-+H2OCl-+Mg(OH)2;图乙是含Cr2的工业废水的处理。下列说法正确的是( )
A.图甲中发生的氧化反应是Mg2++ClO-+H2O+2e-Cl-+Mg(OH)2
B.图乙中惰性电极棒上有O2放出
C.图乙中Cr2向惰性电极移动,与该极附近的OH-结合转化成Cr(OH)3除去
D.若图甲中3.6 g镁产生的电量用于图乙中的废水处理,理论上图乙中有8.4 g阳极材料参与反应
二、非选择题(本题包括4小题,共58分)
8.(2017湖南郴州第三次质检,28)(15分)肼(N2H4)是一种高能燃料,在工业生产中用途广泛。
(1)0.5 mol肼中含有 mol极性共价键。
(2)肼的性质与氨气相似,易溶于水,有如下反应过程:
N2H4+H2O N2H4·H2O N2+OH-
①常温下,某浓度N2H5Cl溶液的pH为5,则该溶液中由水电离产生的c(H+)为 mol/L。
②常温下,0.2 mol/L N2H4·H2O溶液与0.1 mol/L盐酸等体积混合,混合溶液的pH>7,则溶液中c(N2) c(N2H4·H2O)(填“>”“
(3)N2H4+4Cu(OH)2 2Cu2O+N2↑+6H2O
(4)N2H4(l)+2H2O2(aq) N2(g)+4H2O(g)
ΔH=-1 284.4 kJ/mol
(5)H2O2+2e- 2OH- 减小
解析 (1)肼的结构为H2N—NH2,0.5 mol肼中含有极性共价键的物质的量为2 mol。
(2)②反应后得到等物质的量浓度的N2H4·H2O和N2H5Cl的混合溶液,混合溶液的pH>7,说明N2H4·H2O的电离大于N2H5Cl的水解,则溶液中c(N2)>c(N2H4·H2O)。
(3)肼(N2H4)与新制Cu(OH)2反应的化学方程式为N2H4+4Cu(OH)2 2Cu2O+N2↑+6H2O。
(4)1.6 g液态肼反应放出64.22 kJ的热量,则1 mol肼(32 g)燃烧放出×64.22 kJ=1 284.4 kJ的热量,故反应的热化学方程式为N2H4(l)+2H2O2(aq) N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1 284.4 kJ/mol。
(5)肼-双氧水燃料电池中H2O2在正极发生还原反应,电极反应式为H2O2+2e- 2OH-;负极反应式为N2H4-4e-+4OH- N2↑+4H2O,反应消耗OH-,则负极区溶液的pH逐渐减小。
9.答案 (1)验证Cl-是否影响KI与O2的反应
(2)4I-+O2+4H+ 2I2+2H2O
(3)其他条件相同时,HCl是强电解质,其溶液中c(H+)较醋酸溶液中的大,O2的氧化性较强
(4)pH=10的KOH溶液
(5)电流表指针偏转,烧杯b中的溶液逐渐变成蓝色
(6)3I2+6OH- I+5I-+3H2O
(7)中性条件下,O2的氧化性比较弱,短时间内难以生成“一定量”碘单质使溶液颜色发生变化;pH=10的KOH溶液中I-被氧化生成I2,I2迅速发生歧化反应变为I和I-
解析 (1)对比实验②和③可知,实验③的目的是验证Cl-是否影响KI与O2的反应。
(3)实验②和实验④中的c(H+)不同,且c(H+)越大,溶液蓝色越深,说明O2的氧化性随c(H+
)的增大而增强。
(4)甲同学设计的是原电池装置,结合实验⑥可知,烧杯a中的溶液应是pH=10的KOH溶液。
(5)实验结果表明猜想不成立,说明pH=10时O2能氧化I-,因此可看到电流表指针偏转,烧杯b中的溶液逐渐变成蓝色。
(6)由题中信息可知,I2在KOH溶液中发生了歧化反应,除生成I外,还应生成I-,故反应的离子方程式是3I2+6OH- I+5I-+3H2O。
10.答案 (1)+4 (2)Sn+2OH- Sn+H2↑
(3)①2FeAsS2+7O2 Fe2O3+As2O3+4SO2 S ②2.25
③负 Fe-2e- Fe2+ 、Sn-2e- Sn2+ 、 Pb+S-2e- PbSO4 ④Sn
解析 (1)锡元素位于第五周期第ⅣA族,则锡有+2价和+4价两种化合价。
(2)锡与氢氧化钠溶液反应生成H2和Na2SnO2,离子方程式为Sn+2OH- Sn+H2↑。
(3)①根据题意可知FeAsS2在空气中焙烧生成Fe2O3、SO2和As2O3,根据得失电子守恒和原子守恒可知化学方程式为2FeAsS2+7O2 Fe2O3+As2O3+4SO2。
②混合气体为CO和CO2,平均摩尔质量为37.6 g/mol,设CO的物质的量为x mol,CO2的物质的量为y mol,则28x+44y=37.6×(x+y),解得:x∶y=2∶3,则该温度下的平衡常数K==()2=2.25。
③粗锡精炼时,精锡作阴极,连接电源的负极;检测可知电解后阳极泥中含有Sb、Cu、PbSO4等,说明Fe、Sn、Pb均在阳极发生氧化反应,则阳极电极反应式为Fe-2e- Fe2+ 、Sn-2e- Sn2+ 、 Pb+S-2e- PbSO4 。
④精炼后产生的渣及还原熔炼产生的硬头可重新还原熔炼,说明其中一定含有Sn元素。
11.答案 (1)
(2)正 粗铜的精炼
(3)取一体积浓硝酸慢慢倒入三体积浓盐酸中,不断用玻璃棒搅拌
(4)将金从溶液中还原出来 防止金属铂被还原
(5)Au+HNO3+4HCl H[AuCl4]+NO↑+2H2O(或3Pt+4HNO3+18HCl 3H2[PtCl6]+4NO↑+8H2O或3Ag+HNO3+3HCl 3AgCl+NO↑+2H2O)
(6)减少7.3 g
解析 (3)配制王水的操作是将浓硝酸与浓盐酸按体积比1∶3混合,注意要将密度大的浓硝酸注入密度较小的浓盐酸中。
(6)由题意可知,A为直流电源的正极,则甲中电极是阳极,银失电子转化为AgCl,即Ag-e-+Cl- AgCl;乙池中H+放电生成H2,产生0.2 g H2转移0.2 mol电子,据得失电子守恒可知甲池中消耗0.2 mol Cl-,同时有0.2 mol H+从甲池移向乙池,因此甲池溶液质量减少0.2 mol×
35.5 g·mol-1+0.2 mol×1 g·mol-1=7.3 g。
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