电化学原理及其应用
1．原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中正确的是( )
A．(1)(2)中Mg作负极，(3)(4)中Fe作负极
B．(2)中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C．(3)中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D．(4)中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
解析 (1)中Mg作负极；(2)中Al作负极；(3)中铜作负极；(4)是铁的吸氧腐蚀，Fe作负极。
答案 B
2．下列有关电化学的示意图中正确的是( )
答案 D
15
3.在常温下用惰性电极电解1 L pH＝6的硝酸银溶液，装置如图所示。关于该电解池，下列叙述中不正确的是( )
A．在电解过程中烧杯中溶液的pH逐渐减小
B．电极Ⅰ增重216 g，则电极Ⅱ上生成11.2 L气体
C．要使电解后的溶液恢复原状可以加入Ag2O固体
D．溶液中离子的流向为：Ag＋→电极Ⅰ，NO→电极Ⅱ
解析 用惰性电极Pt电解AgNO3溶液，总反应为4AgNO3＋2H2O4Ag↓＋O2↑＋4HNO3，在电解过程中溶液的pH减小，A项正确；根据装置图中电子的流向，可知电极I作阴极，电极反应为Ag＋＋e－===Ag，电极Ⅱ作阳极，电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；根据两极转移电子相等可知n(e－)＝＝2 mol，则产生的n(O2)＝0.5 mol，在标准状况下体积才是11.2 L，B项错误；硝酸银溶液在电解过程中析出银，放出O2，电解后溶液要恢复原状，可以加入Ag2O固体，C项正确；电解池工作时溶液中阳离子移向阴极，阴离子移向阳极，故D项正确。
答案 A
7．利用如图所示装置进行实验，甲乙两池均为1 mol·L－1的AgNO3溶液，A、B均为Ag电极。实验开始先闭合K1，断开K2，一段时间后，断开K1，闭合K2，形成浓差电池，电流计指针偏转(Ag＋浓度越大，氧化性越强)。下列说法不正确的是( )
A．闭合K1，断开K2后，A极质量增大
B．闭合K1，断开K2后，乙池溶液浓度增大
C．断开K1，闭合K2后，NO向B极移动
D．断开K1，闭合K2后，A极发生氧化反应
解析 A项，闭合K1，断开K2后，形成电解池，A为阴极，Ag＋发生还原反应生成银，A极质量增大，正确；B项，阳极金属银被氧化，c(Ag＋)增大，NO向阳极移动，乙池溶液浓度增大，正确；C项，断开K1，闭合K2后，形成浓差电池，由上述分析可知B为正极，A为负极，NO向负极移动，错误；D项，A为负极，发生氧化反应，正确。
15
答案 C
12．全世界每年钢铁因锈蚀造成大量的损失。某城市拟用如图方法保护埋在酸性土壤中的钢质管道，使其免受腐蚀。关于此方法，下列说法不正确的是 ( )
A．土壤中的钢铁易被腐蚀是因为在潮湿的土壤中形成了原电池
B．金属棒M的材料应该是比镁活泼的金属
C．金属棒M上发生反应：M－ne－―→Mn＋
D．这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法
答案 B
13．下列装置的线路接通后，经过一段时间，溶液的pH明显下降的是( )
解析 A项，发生反应：Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，c(H＋)减小，pH增大；B项，阳极：Cu －2e－＋2OH－===Cu(OH)2↓，阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，总反应为：Cu＋2H2OCu(OH)2↓＋H2↑，pH变化不明显；C项，总反应为：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，pH增大；D项，总反应为：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，pH减小。
答案 B
15
17．纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注。采用离子交换膜控制电解液中OH－的浓度制备纳米级Cu2O的装置如图所示，发生的反应为：2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列说法正确的是( )
A．钛电极发生氧化反应
B．阳极附近溶液的pH逐渐增大
C．离子交换膜应采用阳离子交换膜
D．阳极反应式是：2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O
答案 D
18．一种碳纳米管能够吸附氢气，可做充电电池(如图所示)的碳电极，该电池的电解质溶液为6 mol·L－1 KOH溶液，下列说法中正确的是( )
A．充电时将碳电极与电源的正极相连
B．充电时阴极发生氧化反应
C．放电时镍电极反应为：NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－
D. 放电时碳电极反应为：2H＋－2e－===H2↑
15
解析 A项，碳纳米管能够吸附氢气，可做充电电池的负极，放电时氢气发生氧化反应，故充电时该电极与外接电源的负极相连，错误；B项，充电时阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，错误；C项，放电时镍电极为正极，得到电子，发生还原反应，其电极反应为：NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，正确；D项，放电时碳电极反应为：H2－2e－＋2OH－===2H2O，错误。
答案 B
22．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 O2
B．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A
D．d极上发生的电极反应是：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
答案 C
23.一种处理污水的燃料电池模型如图所示。该电池工作时，只需把污水注入反应池，细菌就可将污水中的有机物分解，在此过程中释放出电子、质子和乙。下列叙述不正确的是( )
A．B电极为正极
B．气体乙可能为CO2
C．O2在A电极得电子
D．电池工作时，B电极附近的pH逐渐减小
解析：根据题意，该电池工作时，只需把污水注入反应池，细菌就可将污水中的有机物分解，在此过程中释放出电子、质子和乙，则B电极为负极，A项错误；有机物是含碳元素的化合物，有机物失电子生成乙，则气体乙可能为CO2，B项正确；根据上述分析，电极A为正极，在燃料电池中，氧气在正极得到电子，即O2在A电解得电子，C项正确；根据题意，细菌将污水中的有机物分解，在此过程中释放出电子、质子和乙，质子(H＋)浓度增大，则B电极附近的pH逐渐减小，D项正确。
15
答案：D
25．硼化钒(VB2)—空气电池是目前储电能力最高的电池，电池示意图如图所示，该电池工作时反应为4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5，下列说法正确的是( )(导学号 56470083)
A．电极a为电池负极
B．图中选择性透过膜只能让阳离子选择性透过
C．电子由VB2极经KOH溶液流向a电极
D．VB2极发生的电极反应为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O
答案：D
26．全钒液流储能电池利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能的相互转化，充电时，惰性电极M、N分别连接电源的正极和负极。电池工作原理如图所示，下列说法不正确的是( )
A．充电过程中，N电极附近酸性减弱
B．充电过程中，N电极上V3＋被还原为V2＋
C．放电过程中，H＋由N电极向M电极移动
D．放电过程中，M电极反应为VO＋2H＋＋e－===VO＋H2O
解析：充电过程中，N电极是阴极，氢离子移向阴极，故附近酸性增强，A项错误；充电过程中，N电极是阴极，发生反应：V3＋＋e－===V2＋，B项正确；放电过程中，N极是负极，H＋由N电极向M电极移动，C项正确；放电过程中，M电极为正极，反应为VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O，D项正确。
答案：A
27.如图装置电解一段时间，当某极析出0.32 g Cu
15
时，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中溶液pH分别为(溶液足量，体积均为100 mL 且电解前后溶液体积变化忽略不计)( )(导学号 56470084)
A．13、7、1 B．12、7、2
C．1、7、13 D．7、13、1
答案：A
28．工业上通过电化学原理在铝表面形成氧化膜来提高其抗腐蚀能力，工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．碳棒可用铜棒代替，其作用是传递电流
B．通电一段时间后，溶液的pH减小
C．通电后电子被强制从碳棒流向铝片使铝表面形成氧化膜
D．可通过调节滑动变阻器来控制氧化膜的形成速率
【答案】C
【解析】该电解装置中碳棒为阴极，其自身不参与电极反应，故可用铜棒代替，其作用是传递电流，A项正确；通电时电解总反应式为2Al＋3H2O电解,Al2O3＋3H2↑，电解质溶液中溶剂水减少，硫酸浓度增大，故溶液pH减小，B项正确；通电后电子流向：电源负极→阴极碳棒，阳极铝片→电源正极，C项错误；调节滑动变阻器可以控制电流大小，从而控制氧化膜的形成速率，D项正确。
34.一种以NaBH4和H2O2为原料的新型电池的工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
15
A．电池的正极反应式为H2O2＋2e－===2OH－
B．电池放电时Na＋从a极区移向b极区
C．电子从电极b经外电路流向电极a
D．b极室的输出液经处理后可输入a极室循环利用
【答案】C
35．用镁次氯酸钠燃料电池作电源模拟消除工业酸性废水中的Cr2O的过程(将“Cr2O”还原为“Cr3＋”)，装置如图所示 。下列说法错误的是( )
A．金属铁电极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
B．装置中电子的流动路线是：C电极→惰性电极→金属铁电极→D电极
C．装置工作过程中消耗7.2 g Mg，理论上可消除0.1 mol Cr2O
D．将Cr2O处理后的废水比原工业废水的pH大
【答案】B
【解析】阳极上Fe失去电子，阳极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，A项正确；装置中电子从负极→阴极，阳极→正极，即电子从C电极→惰性电极，金属铁电极→D电极，B项错误；装置工作过程中消耗7.2 g Mg时转移0.6 mol电子，根据各电极上转移电子数目相等，结合阴极的电极反应式Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O可知，理论上能消除0.1 mol Cr2O，C项正确；处理Cr2O时消耗废水中的H＋，即被处理后的废水中H＋浓度减小，pH增大，D项正确。
15
36．验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3% NaCl溶液)。
①
②
③
在Fe表面生成蓝色沉淀
试管内无明显变化
试管内生成蓝色沉淀
下列说法不正确的是( )
A．对比②③，可以判定Zn保护了Fe
B．对比①②，K3【解析】Fe(CN)6可能将Fe氧化
C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法
D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼
【答案】D
37．现代膜技术可使某种离子具有单向通过能力，常用于电解池、原电池中。电解NaB(OH)4溶液可制备H3BO3，其工作原理如图。下列叙述错误的是( )
A．M室发生的电极反应式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
B．N室：a＜b
C．产品室发生的反应是B(OH)＋H＋H3BO3＋H2O
15
D．理论上每生成1 mol产品，阴极室可生成标准状况下5.6 L气体
【答案】D
38．近期使用的一种可控电池——锂水电池工作原理如图。下列说法错误的是( )
A．锂电极是电池的负极
B．正极发生的反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
C．水中H＋经固体电解质向锂电极移动
D．理论上每消耗14 g锂，转移的电子数为2NA
【答案】C
【解析】A项，Li是活泼金属，作为原电池的负极，正确；B项，根据图示，正极生成氢气，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，正确；C项，由于正极生成OH－，负极生成Li＋，所以通过固体电解质向锂电极移动的离子为OH－，不是H＋，错误；D项，14 g Li的物质的量为2 mol，理论上转移电子数为2NA，正确。
39．在日常生活中，我们经常看到铁制品生锈、铝制品表面出现白斑等众多金属腐蚀现象。现通过如图所示装置进行实验探究。下列说法正确的是( )
图Ⅰ 图Ⅱ 图Ⅲ
A．用图Ⅰ所示装置进行实验，为了更快更清晰地观察到液柱上升，可用酒精灯加热具支试管
B．图Ⅱ是图Ⅰ所示装置的原理示意图，图Ⅱ所示装置的正极材料是铁
C．铝制品表面出现白斑的原理可以通过图Ⅲ所示装置进行探究，Cl－
15
由活性炭向铝箔表面迁移，并发生电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑
D．图Ⅲ所示装置的总反应式为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3，生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑
【答案】D
40．(1)利用生物电池，以H2、N2为原料合成氨的装置如图所示。
Q、R均为催化剂，据图判断，负极反应的催化剂为________(填“Q”或“R”)；正极的电极反应式为______________________________。
(2)过二硫酸钾(K2S2O8)可通过“电解→转化→提纯”方法制得，电解装置示意图如图所示。
①电解时，铁电极连接电源的____________极。
②常温下，电解液中含硫微粒的主要存在形式与pH的关系如图所示。
在阳极放电的离子主要是HSO，阳极区电解质溶液的pH范围为________，阳极的电极反应式为________________________________。
③往电解产品中加入硫酸钾，使其转化为过二硫酸钾粗产品，提纯粗产品的方法是________。
【解析】 (1)负极上H2发生氧化反应转化为H＋，根据题图，负极反应的催化剂为Q；正极上N2发生还原反应转化为NH3，电极反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3。
(2)①根据题中信息知，电解NaHSO4溶液制备K2S2O8，则Fe电极应为阴极，即Fe电极应与电源的负极相连。②根据题图及题意可知阳极的电极反应式为2HSO－2e－===S2O＋2H＋
15
，阳极区电解质溶液的pH在0～2之间。③可用重结晶法对K2S2O8粗产品进行提纯。
【答案】 (1)Q N2＋6H＋＋6e－===2NH3
(2)①负 ②0～2 2HSO－2e－===S2O＋2H＋
③重结晶
41．氮的重要化合物如氨(NH3)、氮氧化物(NxOx)、肼(N2H4)、三氟化氮(NF3)等，在生产、生活中具有重要作用。
(1)利用反应NO2＋NH3―→N2＋H2O(未配平)消除NO2的简易装置如下图所示。电极b的电极反应式为________，消耗标准状况下4.48 L NH3时，被消除的NO2的物质的量为________mol。
(2)在微电子工业中NF3常用作氮化硅的蚀刻剂，工业上通过电解含NH4F等的无水熔融物生产NF3，其电解原理如下图所示。
a电极为电解池的________(填“阴”或“阳”)极，写出该电极的电极反应式：_____________________________________________________；
电解过程中还会生成少量氧化性极强的气体单质，该气体的分子式是________。
(2)由题图可知，H＋在b电极上得到电子生成氢气，故b为阴极，则a为阳极，阳极上NH失去电子生成NF3，电极反应方程式为NH＋3F－－6e－===NF3＋4H＋，依据电解原理可知，F－也可能失去电子生成氟单质，故氧化性较强的单质为氟气。
【答案】 (1)2NO2＋8e－＋4H2O===8OH－＋N2 0.15 (2)阳 NH＋3F－－6e－===NF3＋4H＋ F2
15
42．氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。下图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。
(1)氢氧燃料电池的能量转化形式主要是___________，在导线中电子流动方向为_____(用a、b 和箭头表示)。
(2)负极反应式为______________________________________。
(3)电极表面镀铂粉的原因为___________________________________________________________。
(4)氢气的制备和存储是氢氧燃料电池能否有效推广的关键技术。有人提出利用光伏发电装置电解尿素的碱性溶液来制备氢气。光伏发电是当今世界利用太阳能最主要方式之一。图1为光伏并网发电装置，图2为电解尿素[CO(NH2)2](C为＋4价)的碱性溶液制氢的装置示意图(电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极)。
① 图1中N型半导体为________(填“正极”或“负极”)
② 该系统工作时，A极的电极反应式为____________________。
③ 若A极产生7.00g N2，则此时B极产生________L H2(标准状况下)。
该电池反应时，氮元素化合价由－3价变为0价，H元素化合价由＋1价变为0价，则氮元素被氧化，氢元素被还原，所以生成氮气的电极A是阳极，生成氢气的电极B是阴极，则图1中N型半导体为负极，P型半导体为正极；②A极为阳极，电极反应式为CO(NH2)2＋8OH－－6e－===CO＋N2↑＋6H2O；③A极为阳极，电极反应式为CO(NH2)2＋8OH－－6e－===CO＋N2↑＋6H2O，若A极产生7.00 g即0.25 mol N2，则转移电子是1.5 mol，此时B极产生氢气，B电极反应为H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，转移1.5 mol电子，产生氢气的体积：
15
×22.4 L/mol＝16.8 L。
答案：(1)化学能转化为电能 a→b
(2)H2－2e－＋2OH－===2H2O(或2H2－4e－＋4OH－===4H2O)
(3)增大电极单位面积吸附H2和O2的分子数，加快电极反应速率
(4)①负极 ②CO(NH2)2＋8OH－－6e－===CO＋N2↑＋6H2O ③16.8
43．我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值，但出土的青铜器易受到环境腐蚀，所以对其进行修复和防护具有重要意义。(导学号 56470085)
(1)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位，Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应，该化学方程式为____________________________________________________。
(2)下图为青铜器在潮湿环境中发生的电化学腐蚀的示意图。
①腐蚀过程中，负极是_____(填“a”“b”或“c”)；
②环境中的Cl－扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔铜锈Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为_______________；
③若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积为______L(标准状况)。
答案：(1)Ag2O＋2CuCl===2AgCl＋Cu2O
(2)①c ② 2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓ ③0.448
44．如图，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业的原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中的X为阳离子交换膜。请按要求回答相关问题：
15
(1)甲烷燃料电池的负极反应为__________________________。
(2)石墨(C)极的电极反应为______________________________。
(3)若在标准状况下，有2.24 L氧气参加反应，则乙装置中铁电极上生成的气体的体积为________L；丙装置中阴极析出铜的质量为________g。
(4)某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)2的实验装置(如图)。若用于制漂白液，a为电池的______极，电解质溶液最好用______________________。
若用于制Fe(OH)2，使用硫酸钠溶液作电解质溶液，阳极选用________作电极。
(4)漂白液的有效成分是次氯酸盐，制备原理是2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑，Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O，气体与液体反应，最好采用逆向接触，即气体在下端产生，碱溶液在上端生成，使其充分反应，所以该装置的下端为阳极，上端为阴极，阴极与电源负极相连，故a极为负极。生活中常见且廉价的氯化物是氯化钠，故电解质溶液最好用饱和氯化钠溶液。若制备氢氧化亚铁，用硫酸钠溶液作电解质溶液，选用铁作阳极。
答案：(1)CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O
(2)2Cl－－2e－===Cl2↑ (3)4.48 12.8 (4)负 饱和氯化钠溶液(或饱和食盐水) 铁
15
微信/支付宝扫码支付