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第21讲 电化学基础
教材习题回扣
1．(必修2 P45－4)下列各组材料中，不能组成原电池的是( )。
选项
A
B
C
D
两极材料
Zn片、石墨
Cu片、Ag片
Zn片、Cu片
Fe片、Cu片
插入溶液
H2SO4溶液
AgNO3溶液
蔗糖溶液
稀盐酸
2.(必修2 P45－5)氢氧燃料电池已用于航天飞机。以30% KOH溶液为电解质溶液的这种电池在使用时的电极反应如下：
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
据此作出判断，下列说法中错误的是( )。
A．H2在负极发生氧化反应
B．供电时的总反应为：2H2＋O2===2H2O
C．产物为无污染的水，属于环境友好电池
D．燃料电池的能量转化率可达100%
3．(选修4 P88－6)以下现象与电化学腐蚀无关的是( )。
A．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿
B．生铁比纯铁容易生锈
C．铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈
D．银质物品久置表面变暗
4．(选修4 P83－6)用铂作电极电解某金属的氯化物(XCl2)溶液，当收集到1.12 L氯气时(标准状况下)，阴极增重3.2 g，则该金属的相对原子质量为________，电路中转移的电子数为__________。
能力提升训练
一、单项选择题
1．(2016届江苏苏北四市联考)一种石墨烯锂硫电池(2Li＋S8===Li2S8)工作原理示意如图。下列有关该电池说法正确的是( )。
A．B电极发生还原反应
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B．A电极上发生的一个电极反应为：2Li＋＋S8＋2e－===Li2S8
C．每生成1 mol Li2S8转移0.25 mol电子
D．电子从B电极经过外电路流向A电极，再经过电解质流回B电极
2．(2015年天津卷)锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是( )。
A．铜电极上发生氧化反应
B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO)减小
C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D．阴阳离子离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡
3．(2015年全国高考仿真模拟)锌溴液流电池是一种新型电化学储能装置(如下图所示)电解液为溴化锌水溶液，电解液在电解质储罐和电池间不断循环。
下列说法不正确的是( )。
A．充电时与b相连的电极质量增大
B．放电时正极的电极反应式为Br2＋2e－===2Br－
C．放电时左侧电解质储罐中的离子总浓度减小
D．阳离子交换膜可阻止Br2 与Zn的直接发生反应
4．(2015年四川卷)用如图所示装置除去含有CN－、Cl－ 废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是( )。
A．用石墨作阳极，铁作阴极
B．阳极的电极反应式：Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O
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C．阴极的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．除去CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O
5．(2016年山西四校联考)500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.3 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到气体1.12 L(标准状况下)，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(Na＋)＝0.2 mol·L－1
B．电解后溶液中c(H＋)＝0.2 mol·L－1
C．上述电解过程中共转移0.4 mol电子
D．电解后得到的Cu的物质的量为0.1 mol
6．(2016年山东潍坊二模)某兴趣小组同学利用氧化还原反应：2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O设计如下原电池，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。下列说法正确的是( )。
A．b电极上发生还原反应
B．外电路电子的流向是从a到b
C．电池工作时，盐桥中的SO移向甲烧杯
D．a电极上发生的反应为MnO＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O
7．(2016年浙江杭州模拟)假设图中原电池产生的电压、电流强度均能满足电解、电镀要求，即为理想化。①～⑧为各装置中的电极编号。下列说法错误的是( )。
A．当K闭合时，A装置发生吸氧腐蚀，在电路中作电源
B．当K断开时，B装置锌片溶解，有氢气产生
C．当K闭合后，整个电路中电子的流动方向为①→⑧，⑦→⑥，⑤→④，③→②
D．当K闭合后，A、B装置中pH变大，C装置中pH不变
二、非选择题
8．(2016届吉林东北师大附中二模)下图是一个化学过程的示意图。
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(1)图中甲池中OH－移向 __________极(填“O2”或“CH3OH”)。
(2)写出通入CH3OH的电极的电极反应式：______________________________。
(3)向乙池两电极附近滴加适量紫色石蕊试液，附近变红的电极为__________极(填“A”或“B”)，并写出此电极的反应式：________________________。
(4)乙池中总反应的离子方程式：__________________________。
(5)当乙池中B(Ag)极的质量增加5.4 g时，乙池的pH是____(若此时乙池中溶液的体积为500 mL)；此时丙池某电极析出1.60 g某金属，则丙中的某盐溶液可能是______(填序号)。
A．MgSO4 B．CuSO4 C．AgNO3 D．AlCl3
9．如图所示，是原电池的装置图。请回答：
(1)若C为稀H2SO4溶液，电流表指针发生偏转，B电极材料为Fe且做负极，则A电极上发生的电极反应式为____________________；反应进行一段时间后溶液C的pH将________(填“升高”“降低”或“基本不变”)。
(2)若需将反应：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋设计成如上图所示的原电池装置，则A(负极)极材料为________，B(正极)极材料为__________，溶液C为________。
(3)若C为CuCl2溶液，Zn是________极，Cu极发生________反应，电极反应为________________________。反应过程溶液中c(Cu2＋)________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)CO与H2反应还可制备CH3OH，CH3OH可作为燃料使用，用CH3OH和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下：
电池总反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，则c电极是________(填“正极”或“负极”)，c电极的反应方程式为________________________________。
若线路中转移2 mol电子，则上述CH3OH燃料电池消耗的O2在标况下的体积为________L。
10．(2015年北京通州月考)某实验小组同学对电化学原理进行了一系列探究活动。
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图Ⅰ 图Ⅱ
(1)图Ⅰ为某实验小组依据氧化还原反应__________________________(用离子方程式表示)设计的原电池装置。反应前，电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差12 g，导线中通过__________mol电子。
(2)其他条件不变，若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，石墨电极发生的电极反应为__________________________，这是由于NH4Cl溶液显______(填“酸性”“碱性”或“中性”)。用吸管吸出铁片附近的溶液少许置于试管中，向其中滴加少量新制饱和氯水，然后滴加几滴KSCN溶液，溶液变红，继续滴加过量新制饱和氯水，溶液颜色褪去，同学们对此做了多种假设，某同学的假设：“溶液中的＋3价铁被氧化为更高价态”。如果＋3价铁被氧化为FeO，写出发生反应的离子方程式：________________________________________。
(3)其他条件不变，若将盐桥换成弯铜导线与石墨连成的∩形装置(如图Ⅱ所示)，一段时间后，在甲装置铜丝附近滴加酚酞溶液，现象是__________，电极反应为__________________________；乙装置中石墨①为______(填“正”“负”“阴”或“阳”)极。
第21讲 电化学基础
【教材习题回扣】
1．C 2.D 3.D 4.64 6.02×1022个
【能力提升训练】
1．B 解析：在原电池中，电解质里的阳离子移向正极，所以A是正极，发生还原反应，B是负极，发生氧化反应，故A错误；A是正极，发生得电子的还原反应：2Li＋＋S8＋2e－===Li2S8，故B正确；每生成1 mol Li2S8转移2 mol电子，故C错误；电子从B电极经过外电路流向A电极，但是电子不会经过电解质溶液，故D错误。
2．C 解析：电池的总离子方程式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，其中甲中电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；乙中电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。由此判定，A项，铜电极上发生得电子的还原反应，错误；
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B项，阳离子交换膜只允许阳离子通过，即甲中生成的Zn2＋向乙池移动，而甲池的c(SO)不变，错误；C项，根据B项分析，乙池的变化相当于Cu2＋变成
Zn2＋，质量随即由64变为65，故乙池溶液的总质量增加，正确；D项，阳离子交换膜只允许阳离子，阴离子不会移动，甲池中产生的阳离子Zn2＋移向乙池后，中和了失去Cu2＋的SO，保持了溶液中的电荷平衡。
3．C 解析：放电时(相当于原电池)与b相连的是原电池的负极，电极反应式为：Zn－2e－===Zn2＋，与a相连的是正极，电极反应式为：Br2＋2e－===2Br－，总反应式为：Zn＋Br2===ZnBr2；充电时(相当于电解池)，电极反应相反，由于阳离子交换膜只允许阳离子通过，即产生的Zn2＋ 可以通过交换膜进入到左侧室，导致左侧电解质储罐中的离子总浓度增大，C项错误。
4．D 解析：该电解质溶液呈碱性，电解时，用不活泼金属或导电非金属作阳极，可以用较不活泼金属作阴极，所以可以用石墨作阳极，铁作阴极，A正确；阳极上Cl－失电子生成氯气，氯气和OH－反应生成次ClO－和水，所以阳极反应式为Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O，B正确；电解质溶液呈碱性，则阴极上水得电子生成氢气和OH－，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，C正确；阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，两种气体为二氧化碳和氮气，该反应在碱性条件下进行，反应式等号前不应有H＋，反应方程式为2CN－＋5ClO－＋H2O===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－，D错误。
5．B 解析：阳极是阴离子放电(放电能力：OH－>NO)，根据题给信息，阳极一定是OH－放电，生成0.05 mol氧气，转移0.2 mol电子；阴极离子放电能力：Cu2＋>H＋>Na＋，所以Cu2＋先放电，然后是H＋放电，阴极生成0.05 mol氢气时，转移0.1 mol电子，根据得失电子守恒知，Cu2＋转移0.1 mol电子，n(Cu2＋)＝0.05 mol。所以原溶液中n＝0.05 mol，n(NO)＝0.3 mol·L－1×0.5 L＝0.15 mol，n(NaNO3)＝0.05 mol。原混合溶液中c(Na＋)＝0.1 mol·
L－1，A项错误；结合以上分析及电解总方程式Cu2＋＋2H2OCu＋H2↑＋O2↑＋2H＋可知，生成0.05 mol Cu、0.05 mol O2、0.05 mol H2和0.1 mol H＋，电解后溶液中c(H＋)＝＝0.2 mol·L－1，B项正确，D项错误；上述电解过程中共转移0.2 mol电子，C项错误。
6．D 解析：根据反应方程式判断b极是FeSO4发生氧化反应，为负极，A错误；由上述分析可知，a为正极，电子由负极流向正极，即从b流向a，B错误；原电池中阴离子向负极移动，则盐桥中的SO移向乙烧杯中，C错误。
7．A 解析：当K闭合时，B装置构成原电池，在电路中作电源，整个电路中电子的流动方向为③→②，①→⑧，⑦→⑥，⑤→④；B装置中消耗H＋，pH变大，A装置中电解饱和食盐水，pH变大；C装置中相当于在银上镀铜，pH不变。
8．(1)CH3OH
(2)CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O
(3)A 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
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(4)4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋
(5)1 BC
解析：(3)乙池有外接电源属于电解池，连接原电池正极的A是阳极，连接原电池负极的B是阴极，电解硝酸银溶液时，A电极上氢氧根离子放电导致电极附近氢离子浓度大于氢氧根离子浓度，溶液呈酸性，加热紫色石蕊试液呈红色，电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。(4)电解硝酸银溶液时，Ag＋得电子生成银、水失电子生成氧气和H＋，离子方程式为4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋。(5)当乙池中B(Ag)极的质量增加5.40 g时，由电子守恒可知，Ag～H＋，n(H＋)＝＝0.05 mol，c(H＋)＝＝0.1 mol·l－1，则溶液的pH＝1。阴极上析出金属，则在金属活动性顺序表中金属元素处于H元素后，根据串联电池中转移电子数相等知，丙中析出金属元素需要的电子等于或小于乙池中转移电子数，乙池析出5.40 g时转移电子是0.05 mol。硫酸镁中镁元素处于H元素前，所以阴极上不析出金属单质，A错误；电解硫酸铜溶液时，阴极上析出1.60 g铜需要转移电子0.05 mol，B正确；电解硝酸银溶液时，阴极上析出1.60 g银需要转移电子0.0148 mol＜0.05 mol，C正确；氯化铝中铝元素处于氢元素前，所以阴极上不析出金属单质，D错误。
9．(1)2H＋＋2e－===H2↑ 升高
(2)Cu 石墨 FeCl3溶液
(3)负 还原 Cu2＋＋2e－===Cu 变小
(4)负极 CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋ 11.2
解析：(1)铁作负极，则该原电池反应是铁与稀硫酸置换氢气的反应，所以正极反应是氢离子得电子生成氢气，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；溶液中氢离子放电，导致溶液中氢离子浓度减小，pH升高。(2)Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋设计成如题图所示的原电池装置，根据方程式中物质发生的反应类型判断，Cu发生氧化反应，作原电池的负极，所以A材料是Cu，B极材料是比Cu不活泼的导电物质如石墨、Ag等即可。溶液C中含有Fe3＋，如FeCl3溶液。(3)Zn比较活泼，在原电池中做负极，Cu做正极，正极发生还原反应，电极反应为
Cu2＋＋2e－===Cu，Cu2＋发生了反应，则c(Cu2＋)变小。(4)根据图中的电子流向知c是负极，是甲醇发生氧化反应：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋，线路中转移2 mol电子时消耗氧气0.5 mol，标况下体积为11.2 L。
10．(1)Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu 0.2
(2)2H＋＋2e－===H2↑ 酸性 2Fe3＋＋3Cl2＋8H2O===2FeO＋6Cl－＋16H＋
(3)溶液变红 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 阳
解析：(1)图Ⅰ为原电池反应，Fe为负极，发生：Fe－2e－===Fe2＋，石墨为正极，发生Cu2＋＋2e－===Cu，总反应式为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu；一段时间后，两电极质量相差12 g，则
Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu 两极质量差Δm 转移电子
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56 g 64 g 56 g＋64 g＝120 g 2 mol
12 g n
n＝0.2 mol。
(2)其他条件不变，若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，NH4Cl在溶液中水解显酸性，酸性溶液中，正极上氢离子得电子，则石墨电极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。(3)若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成∩形，甲装置为铁的吸氧腐蚀，铁为负极，铜为正极，正极发生 O2＋2H2O＋4e－===4OH－，呈碱性，滴加酚酞，溶液变红，则乙装置与铜相连的石墨为阳极，与铁相连的石墨为阴极。
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