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电化学综合题的突破方法
专题训练
一、选择题
1．[2016·上海高考]图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示( )
A．铜棒的质量 B．c(Zn2＋)
C．c(H＋) D．c(SO)
答案 C
解析 根据图2可知，随着电路中电子流入的增多，y轴表示的量逐渐减少。A项，随着电子的流入，铜电极即正极质量不变，错误；B项，随反应进行，负极金属锌溶解，溶液中锌离子浓度逐渐增大，错误；C项，随着反应进行，氢离子在正极放电，溶液中的氢离子浓度逐渐减小，正确；D项，反应和硫酸根离子无关，故其浓度不变，错误。
2．乙烷燃料电池的原理如图所示，下列说法正确的是( )
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A．a为负极，电极反应式为CH3CH3－14e－＋18OH－===2CO＋12H2O
B．电子从a极经导线移向b极，再经溶液移向a极
C．电池工作一段时间后电解质溶液的pH增大
D．用该电池电解硫酸铜溶液(电解池的电极为惰性电极)，消耗氧气的物质的量与析出铜的物质的量之比为2∶1
答案 A
解析 通入乙烷的a极为负极，乙烷失电子，A项正确；原电池中电子从负极经导线流向正极，但电子不进入溶液，B项错误；该电池的总反应为2CH3CH3＋7O2＋8OH－===4CO＋10H2O，因为反应中消耗OH－，所以电池工作一段时间后，电解质溶液的pH减小，C项错误；1 mol O2参与反应转移4 mol电子，而1 mol Cu2＋放电需要2 mol电子，所以消耗氧气的物质的量与析出铜的物质的量之比为1∶2，D项错误。
3．热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。该电池以Ca为负极，熔融无水LiCl—KCl混合物作电解质，结构如图所示。正极反应式为PbSO4＋2Li＋＋2e－===Li2SO4＋Pb。下列说法不正确的是( )
A．放电过程中，Li＋向正极移动
B．常温下电解质是不导电的固体，电池不工作
C．每转移0.1 mol电子，理论上生成20.7 g Pb
D．该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb
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答案 C
解析 原电池放电过程中，阳离子向正极移动，A正确；根据信息可知，此电池为热激活电池，常温下电解质是不导电的固体，电池不工作，B正确；根据正极反应式PbSO4＋2Li＋＋2e－===Li2SO4＋Pb可知，每转移0.1 mol电子，理论上生成10.35 g Pb，C错误；该电池以Ca为负极，负极反应式为Ca－2e－===Ca2＋，故该电池总反应为PbSO4＋ 2LiCl＋Ca===CaCl2 ＋Li2SO4＋Pb，D正确。
4．[2016·海南高考](双选)某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解质溶液。下列说法正确的是( )
A．Zn为电池的负极
B．正极反应式为2FeO＋10H＋＋6e－===Fe2O3＋5H2O
C．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变
D．电池工作时OH－向负极迁移
答案 AD
解析 A项，依据化合价升降判断，Zn只能失电子，为电池的负极材料，K2FeO4为正极材料，正确；B项，电解质溶液为KOH溶液，则正极反应式为2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3 ＋10OH－，错误；C项，由题意可知放电时总反应方程式为2K2FeO4＋3Zn＋8H2O===2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4KOH，电解质溶液浓度增大，错误；D项，原电池工作时OH－向负极迁移，正确。
5．高铁酸盐被科学家们公认为绿色消毒剂。实验室中用14 mol·L－1 NaOH溶液作电解液，石墨、铁作电极，在58 ℃条件下通过一定强度的电流可制备高铁酸盐(FeO)，装置如图所示。下列有关判断正确的是( )
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已知：2FeO＋3H2＋2H2O===2Fe(OH)3 ＋4OH－
A．a电极为石墨电极
B．阳极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
C．a、b电极在电解槽中的上下位置可颠倒
D．总反应为Fe＋2H2O＋2OH－===FeO＋3H2↑
答案 D
解析 A项，根据图示，a电极为阳极，根据制备原理，阳极上为Fe发生氧化反应转化为FeO，故a电极为铁电极，错误；B项，阳极反应为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，错误；C项，根据2FeO＋3H2＋2H2O===2Fe(OH)3＋4OH－，a、b电极在电解槽的上下位置不能颠倒，否则FeO容易与阴极产物H2反应转化为Fe(OH)3，错误；D项，总反应为Fe＋2H2O＋2OH－===FeO＋3H2↑，正确。
6．某小组设计电解饱和食盐水的装置如图，通电后两极均有气泡产生且溶液不变蓝，下列叙述正确的是( )
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A．铜电极上发生还原反应
B．石墨电极附近溶液呈红色
C．溶液中的Na＋向石墨电极移动
D．铜电极附近观察到黄绿色气体
答案 A
解析 A项，根据两极均有气泡产生且溶液不变蓝色，说明石墨作阳极，铜作阴极，铜电极上发生还原反应，正确；B项，石墨电极上Cl－失电子发生氧化反应，c(OH－)不变，溶液不呈红色，错误；C项，电解池中阳离子(Na＋)向阴极(铜电极)移动，错误；D项，铜电极上H＋得电子发生还原反应，产生无色的H2，错误。
7．如图所示装置可用于制备N2O5，有关说法正确的是( )
A．阳极区产生1 mol N2O5的同时阴极区产生1 mol H2
B．阳极发生的电极反应式为N2O4＋2HNO3－2e－===2N2O5＋2H＋
C．H＋由阴极移向阳极
D．电子的移动方向：电源负极→阴极→阳极→电源正极
答案 B
解析 A项，由题意及图示可知阳极发生的是N2O4失去电子被氧化生成N2O5的反应，电极反应式为N2O4＋2HNO3－2e－===2N2O5＋2H＋，产生2 mol N2O5的同时阴极产生1 mol H2，错误；C项，阳离子(H＋)流向阴极，错误；D项，电子的流动方向：负极→阴极、阳极→正极，而电解质溶液中是阴阳离子的定向移动，错误。
8．随着各地“限牌”政策的推出，电动汽车成为汽车族的“
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新宠”。某电动汽车使用的是钴酸锂(LiCoO2)电池，其工作原理如图所示，且电解质为一种能传导Li＋的高分子材料，隔膜只允许Li＋通过，电池反应式为LixC6＋Li1－xCoO2C6＋LiCoO2。下列说法不正确的是( )
A．放电时，正极锂的化合价未发生改变
B．充电时Li＋移动方向：右室→左室
C．放电时负极的电极反应式：LixC6－xe－===C6＋xLi＋
D．充电时阳极的电极反应式：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
答案 D
解析 A项，根据电池反应式，无论是放电还是充电，锂的化合价均为＋1，化合价不变，正确；B项，充电时，左室为阴极，右室为阳极，Li＋向阴极移动，即右室→左室，正确；C项，根据电池反应式，放电时负极上LixC6发生氧化反应：LixC6－xe－===C6＋xLi＋，正确；D项，充电时，阳极上LiCoO2发生氧化反应：LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，错误。
9．新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2
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，KOH溶液为电解液。某研究小组用甲烷燃料电池作为电源，进行粗铜的电解实验，实验装置如图所示：
下列说法不正确的是( )
A．a极为粗铜，发生的反应为Cu－2e－===Cu2＋
B．b为阴极，发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu
C．电池负极发生的反应为2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
D．甲烷电池中，溶液的pH逐渐减小
答案 C
解析 根据甲烷燃烧的化学方程式可知，甲烷作还原剂，在负极发生反应CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O；氧气在正极发生反应2O2＋4H2O＋8e－===8OH－，C项符合题意，根据正负极反应生成和消耗OH－量的关系得出反应过程中溶液的pH逐渐减小，D项不符合题意。电解精炼铜时，与电源正极相连的是粗铜，与电源负极相连的是纯铜，故a极是粗铜，发生的反应为Cu－2e－===Cu2＋；b极是纯铜，发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu，A、B项均不符合题意。
10．某同学组装了如图所示的电化学装置。电极Ⅰ为Al，其他电极均为Cu，则( )
A．电流方向：电极Ⅳ→Ⓐ→电极Ⅰ
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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
答案 A
解析 首先应根据图示判断左边两池通过盐桥构成原电池，产生电流对右边硫酸铜溶液进行电解(相当于精炼铜)。电极Ⅰ为负极，电极Ⅱ为正极，所以电流方向：电极Ⅳ→Ⓐ→电极Ⅰ(电流方向与电子流动方向相反)，A正确；电极Ⅰ上铝失电子发生氧化反应，B错；电极Ⅱ上有铜析出，C错；电极Ⅲ的电极反应：Cu－2e－===Cu2＋，D错。
二、非选择题
11．下图所示的四个容器中分别盛有不同的溶液，除a、b外，其余电极均为石墨电极。甲为铅蓄电池，其工作原理为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，其两个电极的电极材料分别为PbO2和Pb。闭合K，发现g电极附近的溶液先变红，20 min后，将K断开，此时c、d两极上产生的气体体积相同。据此回答：
(1)a电极的电极材料是________(填“PbO2”或“Pb”)。
(2)丙装置中发生电解的总反应方程式为_________________。
(3)电解20 min后，停止电解，此时要使乙中溶液恢复到原来的状态，需要加入的物质及其物质的量是_______________。
(4)20
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min后将乙装置与其他装置断开，然后在c、d两极间连接上灵敏电流计，发现电流计指针偏转，则此时c电极为________极，d电极上发生反应的电极反应式为_________________。
答案 (1)PbO2
(2)2H2O2H2↑＋O2↑
(3)0.1 mol Cu(OH)2或0.1 mol CuO和0.1 mol H2O
(4)负 O2＋4H＋＋4e－===2H2O
解析 g电极附近的溶液先变红，说明g为阴极，依次可推出h为阳极，a为正极，b为负极，c为阴极，d为阳极，e为阴极，f为阳极。
(1)a为正极，铅蓄电池的正极材料为PbO2。
(2)Al2(SO4)3为活泼金属的含氧酸盐，电解其水溶液的实质是电解水。
(3)阴极上先析出Cu，溶液中Cu2＋反应完后产生H2，阳极上始终产生O2，设两极均产生气体a mol，根据得失电子守恒可得：4a＝0.1×2＋2a，解得a＝0.1，即电解过程中析出了0.1 mol Cu、0.1 mol H2和0.1 mol O2，要使电解质溶液复原，根据“析出什么补什么”，知需要加入0.1 mol Cu(OH)2或0.1 mol CuO和0.1 mol H2O。
(4)电解20 min 后，c电极处有H2生成，d电极处有O2生成，电解质溶液为H2SO4溶液，断开K，c、d两极间连接上灵敏电流计后形成氢氧燃料电池，c电极作负极，d电极作正极发生还原反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
12．如图装置甲是某可充电电池的示意图，该电池放电的化学方程式为2K2S2＋KI3===K2S4＋3KI，图中的离子交换膜只允许K＋通过，C、D、F均为石墨电极，E为铜电极。工作一段时间后，断开K，此时C、D两电极产生的气体体积相同，E电极质量减少1.28 g。
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(1)装置甲的A电极为电池的________极，电解质的K＋从离子交换膜的________(填“左侧”或“右侧”，下同)向离子交换膜的________迁移；B电极的电极反应式为________________________。
(2)装置乙D电极析出的气体是________，体积为________ mL(标准状况)。
(3)若将装置丙中的NaCl溶液改换成FeCl2和FeCl3的混合溶液。从反应初始至反应结束，丙装置溶液中金属阳离子物质的量浓度与转移电子的物质的量的变化关系如图所示。
Ⅰ.图中②表示的是________(填金属离子符号)的变化曲线。
Ⅱ.反应结束后，若用0.5 mol·L－1 NaOH溶液沉淀丙装置溶液中的金属阳离子(设溶液体积为100 mL)，则至少需要0.5 mol·L－1 NaOH溶液________ mL。
答案 (1)负 左侧 右侧 I＋2e－===3I－
(2)H2(或氢气) 224
(3)Ⅰ.Fe2＋ Ⅱ.28
解析
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(1)由E电极(铜)的质量减少可知E为阳极，则F为阴极，A为负极，B为正极，C为阳极，D为阴极。原电池中阳离子从负极移向正极，即K＋由左侧透过离子交换膜移向右侧。根据电池放电的化学方程式知，I在正极得电子发生还原反应，生成I－。
(2)D电极上首先发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，当Cu2＋消耗尽时，发生反应2H＋＋2e－===H2↑，根据得失电子守恒，该电极析出的H2的体积为：
×22400 mL·mol－1＝224 mL。
(3)Ⅰ.若将装置丙中的NaCl溶液改换成FeCl2和FeCl3的混合溶液，则电解时，阳极(E电极)发生反应Cu－2e－===Cu2＋，阴极(F电极)发生反应Fe3＋＋e－===Fe2＋，故①、②、③分别表示Fe3＋、Fe2＋、Cu2＋的变化曲线。Ⅱ.由题图中曲线可以看出，反应后溶液中c(Cu2＋)＝2×10－2 mol·L－1，c(Fe2＋)＝5×10－2 mol·L－1，c(Fe3＋) ＝0 mol·L－1，要使溶液中的金属阳离子完全沉淀，需要n(NaOH)＝[n(Cu2＋)＋n(Fe2＋)]×2＝(0.02 mol·L－1＋0.05 mol·L－1)×0.1 L×2＝0.014 mol，V(NaOH)＝＝0.028 L，即28 mL。
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