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第四章测评
(时间:90分钟 满分:100分)
一、选择题(本题包括11小题,每小题4分,共44分。每小题只有一个选项符合题意)
1.下列事实不能用电化学原理解释的是( )
A.铝片不用特殊方法保护
B.轮船水线下的船体上装一定数量的锌块
C.纯锌与稀硫酸反应时,滴入少量CuSO4溶液后速率增大
D.镀锌铁比较耐用
解析 铝能与空气中的O2化合生成致密的氧化膜,保护铝不受腐蚀;B项是牺牲阳极的阴极保护法;C项锌与置换出的铜构成原电池,加快反应速率;镀锌铁一旦破损,锌比铁活泼,仍能起保护作用,比较耐用。
答案 A
2.下列叙述正确的是( )
A.电解饱和食盐水制烧碱时,Fe作阳极,石墨作阴极
B.电解氯化铜溶液时,阳极上产生的气体质量和阴极上析出的铜的质量相等
C.钢铁在空气中发生电化学腐蚀时,铁作负极
D.原电池工作时,阳离子移向电池的负极
解析 电解饱和食盐水制烧碱时,阳极必须是惰性电极,A错误;电解氯化铜时,实质是电解氯化铜本身,阳极上产生的气体质量和阴极上析出的铜的质量不相等,B错误;钢铁在空气中发生电化学腐蚀,不论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀,均是铁作负极,C正确;原电池工作时,阳离子移向电池的正极,D错误。
答案 C
3.下列叙述中,正确的是( )
①电解池是将化学能转变为电能的装置 ②原电池是将电能转变成化学能的装置 ③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 ④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 ⑤电镀过程相当于金属的“迁移”,可视为物理变化
A.①②③④ B.③④
C.③④⑤ D.④
解析 ①应为电能转变成化学能,②为化学能转化为电能,⑤发生了化学变化。
答案 B
4.化学用语是学习化学的重要工具,下列用来表示物质变化的化学用语中,正确的是( )
A.电解饱和食盐水时,阳极的电极反应为2Cl--2e-Cl2↑
B.氢氧燃料电池的负极反应:O2+2H2O+4e-4OH-
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C.粗铜精炼时,与电源正极相连的是纯铜,电极反应为Cu-2e-Cu2+
D.钢铁发生电化学腐蚀的正极反应:Fe-2e-Fe2+
解析 在氢氧燃料电池的负极上反应的是氢气;粗铜精炼时,纯铜与电源的负极相连,将铜在溶液中还原出来;钢铁腐蚀的负极反应是Fe-2e-Fe2+。
答案 A
5.观察下列几个装置示意图,有关叙述正确的是( )
A.装置①中阳极上析出红色固体
B.装置②的待镀铁制品应与电源正极相连
C.装置③闭合电键后,外电路电子由a极流向b极
D.装置④的离子交换膜允许阳离子、阴离子、水分子自由通过
解析 装置①中阳极上氯离子放电生成氯气,故A错误;装置②是电镀装置,待镀铁制品作阴极,应与电源负极相连,故B错误;装置③闭合电键后,a极是负极,因此外电路电子由a极流向b极,故C正确;装置④的离子交换膜只允许阳离子、水分子自由通过,故D错误。
答案 C
6.某小组为研究电化学原理,设计右图装置,下列叙述不正确的是( )
A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出
B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为Cu2++2e-Cu
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C.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色
D.a和b分别连接直流电源正、负极,电压足够大时,Cu2+向铜电极移动
解析 a和b不连接时,铁与CuSO4溶液发生反应:Fe+Cu2+Fe2++Cu,A项正确;a和b用导线连接时,组成了原电池,Fe为负极,Cu为正极,铜片上发生还原反应:Cu2++2e-Cu,铁片上发生氧化反应:Fe-2e-Fe2+,B项正确;通过以上分析可知,无论a和b是否连接,均发生反应:Fe+Cu2+Fe2++Cu,故溶液均从蓝色(Cu2+的颜色)逐渐变成浅绿色(Fe2+的颜色),C项正确;a和b分别连接直流电源正、负极时,构成电解池,铜片为阳极,铁片为阴极,Cu2+应向阴极(铁电极)移动,D项错误。
答案 D
7.金属镍有广泛的用途,粗镍中含有少量的Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,用电解法制备高纯度的镍,下列叙述中正确的是( )
A.阳极发生还原反应,其电极反应式为Ni2++2e-Ni
B.电解过程中,阳极减少的质量与阴极增加的质量相等
C.电解后,溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+
D.电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
解析 A项,阳极应发生氧化反应。C项,溶液中的阳离子主要为Ni2+,根据金属原子的还原性和金属阳离子的氧化顺序,阳极反应为Zn-2e-Zn2+,Fe-2e-Fe2+,Ni-2e-Ni2+,Cu、Pt在该条件下不失电子,阴极反应为Ni2++2e-Ni,Fe2+、Zn2+在该条件下不得电子。比较两电极反应,因Zn、Fe、Ni的相对原子质量不等,当两极通过相同的电量时,阳极减少的质量与阴极增加的质量不等。
答案 D
8.(2018全国Ⅲ,11)一种可充电锂-空气电池如图所示。当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。下列说法正确的是( )
A.放电时,多孔碳材料电极为负极
B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极
C.充电时,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移
D.充电时,电池总反应为Li2O2-x2Li+(1-x2)O2
解析 放电时,该电池中锂作负极,多孔碳材料作正极,A项错误;放电时,外电路电子由负极流向正极,即由锂电极流向多孔碳材料电极,B项错误;充电时,锂电极作阴极,多孔碳材料电极作阳极,电解质溶液中Li+应向锂电极区移动,C项错误;充电反应与放电反应相反:Li2O2-x2Li+(1-x2)O2,D项正确。
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答案 D
9.500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3-)=6.0 mol·L-1,用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到22.4 L气体(标准状况),假定电解后溶液体积仍为500 mL,下列说法正确的是( )
A.原混合溶液中c(K+)为2 mol·L-1
B.上述电解过程中共转移2 mol电子
C.电解得到的Cu的物质的量为0.5 mol
D.电解后溶液中c(H+)为2 mol·L-1
解析 两极都收集到22.4 L气体,说明阴极上发生的反应依次为:①Cu2++2e-Cu;②2H++2e-H2↑,阳极只生成O2:4OH--4e-O2↑+2H2O,n(H2)=n(O2)=1 mol,则n(e-)=4 mol,B不正确。根据电子转移守恒得:n(Cu2+)=1 mol,根据电荷守恒有n(K+)+n(Cu2+)×2=n(NO3-),所以n(K+)=1 mol,c(K+)=2 mol·L-1,A正确。根据Cu析出后,溶液中只有KNO3和HNO3,由电荷守恒可推出c(H+)=4 mol·L-1。
答案 A
10.某兴趣小组设计如下微型实验装置。实验时,先断开K2,闭合K1,两极均有气泡产生:一段时间后,断开K1,闭合K2,发现电流表A指针偏转。下列有关描述正确的是( )
A.断开K2,闭合K1时,总反应的离子方程式为2H++2Cl-Cl2↑+H2↑
B.断开K2,闭合K1时,石墨电极附近溶液变红
C.断开K1,闭合K2时,铜电极上的电极反应为Cl2+2e-2Cl-
D.断开K1,闭合K2时,石墨电极作正极
解析 由题意知,断开K2,闭合K1时,两极均有气泡产生,则说明铜电极没有参与反应,则铜电极一定作阴极,石墨电极作阳极,所以总反应的离子方程式应为2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-,铜电极附近溶液变红,故A、B项均错误;断开K1,闭合K2时,氯气在石墨电极上得到电子生成Cl-,氢气在铜电极上失去电子生成氢离子,所以此时石墨电极作正极,铜电极作负极,故C项错误,D项正确。
答案 D
11.按下图装置实验,若x轴表示流入阴极的电子的物质的量,则y轴可表示( )
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①c(Ag+) ②c(AgNO3) ③a棒的质量 ④b棒的质量 ⑤溶液的pH
A.①③ B.③④
C.①②④ D.①②⑤
解析 该电解池中,随着电解的进行,c(Ag+)不变,c(AgNO3)不变,溶液的pH不变。因为阳极反应式为Ag-e-Ag+,阴极反应式为Ag++e-Ag。
答案 D
二、非选择题(本题包括4小题,共56分)
12.(14分)如图是一个甲烷燃料电池工作时的示意图,乙池中的两个电极一个是石墨电极,一个是铁电极,工作时,M、N两个电极的质量都不减少,请回答下列问题:
(1)M电极的材料是 ,其电极名称是 ,
N的电极反应式为 ,
乙池的总反应是 ,
加入甲烷的铂电极的电极反应式为 。
(2)在此过程中,乙池中某一电极析出金属银4.32 g 时,甲池中理论上消耗氧气为 L(标准状况下),若此时乙池溶液的体积为400 mL,则乙池中溶液的H+的浓度为 。
解析 (1)甲烷作燃料电池的负极,与其相连的M电极为阴极,O2作燃料电池的正极,与其相连的N电极为阳极,工作时M、N两个电极的质量都不减少,故N极为石墨电极,M极为铁电极,乙池为电解池。
(2)设甲池中理论上消耗氧气体积为x,乙池中生成H+的物质的量为y。则:
4AgNO3~4Ag ~ O2 ~4H+
4×108 g 22.4 L 4 mol
4.32 g x y
解得:x=0.224 L,y=0.04 mol。
c(H+)=n(H+)V=0.04mol0.4 L=0.1 mol·L-1。
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答案 (1)铁 阴极 4OH--4e-O2↑+2H2O
4AgNO3+2H2O4Ag+4HNO3+O2↑ CH4+10OH--8e-CO32-+7H2O
(2)0.224 0.1 mol·L-1
13.(14分)如图装置所示,C、D、E、F、X、Y都是惰性电极,甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变),A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后,F极附近呈红色。
请回答:
(1)B极是电源的 ,一段时间后,甲中溶液颜色 ,丁中X极附近的颜色逐渐变浅,Y极附近的颜色逐渐变深,这表明 在电场作用下向Y极移动。
(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时,对应单质的物质的量之比为 。
(3)现用丙装置给铜件镀银,则H应是 ,电镀液是 溶液。
(4)若将C电极换为铁,其他装置都不变,则甲中发生的总反应的离子方程式为 。
解析 (1)F极附近溶液呈红色,说明F极是阴极,产生了NaOH,则B极是电源的负极。Fe(OH)3胶体粒子带正电荷,向阴极移动。(2)甲中,C极为阳极,阳极发生氧化反应:4OH--4e-2H2O+O2↑;D极为阴极,阴极发生还原反应:2Cu2++4e-2Cu。乙中,E极为阳极,电极反应为4Cl--4e-2Cl2↑,F极为阴极,电极反应为4H++4e-2H2↑。甲、乙串联,转移电子的数目相同,故C,D,E,F电解产生单质的物质的量之比为n(O2)∶n(Cu)∶n(Cl2)∶n(H2)=1∶2∶2∶2。(3)H极与电源负极相连,H极为阴极,电镀时,镀件应作阴极,即H应该是镀件,电镀液应是AgNO3溶液。(4)若C电极为铁,铁为活性电极,阳极反应为Fe-2e-Fe2+,阴极反应为Cu2++2e-Cu,总反应为Fe+Cu2+Cu+Fe2+。
答案 (1)负极 变浅 Fe(OH)3胶粒
(2)1∶2∶2∶2
(3)铜件 AgNO3
(4)Fe+Cu2+Cu+Fe2+
14.(14分)(1)(2018天津理综,10节选)O2辅助的Al-CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大,能有效利用CO2,电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。
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电池的负极反应式: 。
电池的正极反应式:6O2+6e-6O2-
6CO2+6O2-3C2O42-+6O2
反应过程中O2的作用是 。
该电池的总反应式: 。
(2)(2018全国Ⅰ,27节选)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为 。电解后, 室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5。
解析 (1)该电池中Al作负极,电解质为含AlCl3的离子液体,故负极反应为Al-3e-Al3+。正极为多孔碳电极,根据正极反应式,得正极总反应为6CO2+6e-3C2O42-,O2不参与正极的总反应,故O2为催化剂。将负极反应:2Al-6e-2Al3+和正极反应:6CO2+6e-3C2O42-相加,可得该电池的总反应式为2Al+6CO2Al2(C2O4)3。
(2)阳极发生氧化反应:2H2O-4e-4H++O2↑,阳极室H+向a室迁移,a室中的Na2SO3转化成NaHSO3。阴极发生还原反应析出H2,OH-增多,Na+由a室向b室迁移,则b室中Na2SO3浓度增大。
答案 (1)Al-3e-Al3+(或2Al-6e-2Al3+) 催化剂 2Al+6CO2Al2(C2O4)3
(2)2H2O-4e-4H++O2↑ a
15.(14分)(2018全国Ⅲ,27)KIO3是一种重要的无机化合物,可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题:
(1)KIO3的化学名称是 。
(2)利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示:
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“酸化反应”所得产物有KH(IO3)2、Cl2和KCl。“逐Cl2”采用的方法是 。“滤液”中的溶质主要是 。“调pH”中发生反应的化学方程式为 。
(3)KIO3也可采用“电解法”制备,装置如图所示。
①写出电解时阴极的电极反应式 。
②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为 ,其迁移方向是 。
③与“电解法”相比,“KClO3氧化法”的主要不足之处有 (写出一点)。
解析 (2)温度升高气体溶解度减小;Cl2被逐出,KH(IO3)2结晶析出,“滤液”中溶质主要是KCl;“调pH”目的是生成KIO3,所以选用KOH溶液,发生反应的化学方程式为KH(IO3)2+KOH2KIO3+H2O(或HIO3+KOHKIO3+H2O)。
(3)①阴极区电解质是KOH,被电解的是H2O:2H2O+2e-2OH-+H2↑;
②电解时,阳离子向阴极区移动,故K+由a向b迁移;
③“KClO3氧化法”中产生有毒气体Cl2,易污染环境。
答案 (1)碘酸钾
(2)加热 KCl KH(IO3)2+KOH2KIO3+H2O(或HIO3+KOHKIO3+H2O)
(3)①2H2O+2e-2OH-+H2↑ ②K+ 由a到b ③产生Cl2易污染环境等
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