专题2化学基本理论第5讲 电化学基础提能力.docx
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专题2化学基本理论第5讲电化学基础提能力
1．[双选题]根据下图，下列判断中正确的是（ ）
A．烧杯a中的溶液pH升高
B．烧杯b中发生氧化反应
C．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2
D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2
解析：
题中给出的物质表明，该电池的总反应是2Zn＋O2＋2H2O===2Zn（OH）2，a烧杯中电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，b中Zn－2e－===Zn2＋，所以正确选项为A、B。
答案：
AB
2．研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。
该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。
关于该电池的下列说法不正确的是（ ）
A．水既是氧化剂又是溶剂
B．放电时正极上有氢气生成
C．放电时OH－向正极移动
D．总反应为：
2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
解析：
本题考查原电池工作原理及考生解决新情境中实际问题的能力。
该电池的负极是锂，氧化剂水在正极上得到电子生成氢气，电解质是LiOH，故A、B、D项正确；原电池中OH－向负极移动，C项错误。
答案：
C
3．1L某溶液中含有的离子如下表：
离子
Cu2＋
Al3＋
NO
Cl－
物质的量浓度（mol/L）
1
1
a
1
用惰性电极电解该溶液，当电路中有3mole－通过时（忽略电解时溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象），下列说法正确的是（ ）
A．电解后溶液的pH＝0
B．a＝3
C．阳极生成1.5molCl2
D．阴极析出的金属是铜与铝
解析：
根据离子的放电顺序及电子守恒可知，先电解0.5molCuCl2，生成0.5molCu和0.5molCl2，再电解0.5molCu（NO3）2，生成0.5molCu和0.25molO2、1molH＋，再电解Al（NO3）3溶液（即电解水），溶液中产生氢离子浓度为1mol/L，故A正确，D不正确。
阳极氯离子放电只能产生0.5mol氯气，C不正确。
根据电荷守恒可推知a应等于4，B不正确。
答案：
A
4.
如图装置中，小试管内为红墨水，带有支管的U型管中盛有pH＝4的雨水和生铁片。
经观察，装置中有如下现象：
开始时插在小试管中的导管内的液面下降，一段时间后导管内的液面回升，略高于U型管中的液面。
以下有关解释合理的是（ ）
A．生铁片中的碳是原电池的负极，发生还原反应
B．雨水酸性较强，生铁片始终发生析氢腐蚀
C．墨水液面回升时，正极反应式为：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．U型管中溶液pH逐渐减小
解析：
铁发生电化学腐蚀时铁作负极、碳作正极。
反应开始时导气管内液面下降，说明有气体生成，是析氢腐蚀；一段时间后液面上升，说明有气体被吸收，是吸氧腐蚀。
故A、B、D错误，C正确。
答案：
C
5.
如图所示，A、F为石墨电极，B、E为铁片电极。
按要求回答下列问题：
（1）打开K2，闭合K1，B为__________极，A的电极反应为______________，最终可观察到的现象是________________，涉及的化学反应方程式有
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）打开K1，闭合K2，E为________极，F极的电极反应为________________，检验F极产生气体的方法是______________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）若往U型管中滴加酚酞，进行
（1）、
（2）操作时，A、B、E、F电极周围能变红的是________。
解析：
（1）打开K2，闭合K1时，左侧装置是原电池，A作正极，B作负极。
（2）打开K1，闭合K2时，右侧装置是电解池，E作阴极，F作阳极。
答案：
（1）负 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 溶液中有红褐色沉淀生成 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2、
4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3
（2）阴 2Cl－－2e－===Cl2↑ 用湿润的淀粉碘化钾试纸靠近F极，试纸变蓝，证明是氯气
（3）A、E
（限时45分钟，满分100分）
一、选择题（本题包括7小题，每小题6分，共42分）
1．[双选题]下列叙述中，正确的是（ ）
A．钢铁腐蚀的负极反应为：
Fe－3e－===Fe3＋
B．Mg—Al及NaOH溶液构成的原电池中负极材料为Al
C．甲烷燃料电池（NaOH溶液作电解质）的正极反应为：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．乙醇燃料电池的电解质常用KOH，该电池的负极反应为：
C2H5OH－12e－===2CO2↑＋3H2O
解析：
电极反应中，单质铁先变成Fe2＋，A错误；镁不能与NaOH溶液反应而铝能反应，故铝作负极，B正确；在碱性燃料电池中，CO2应转化为CO
，D错误。
答案：
BC
2．一种充电电池放电时的电极反应为
H2＋2OH－－2e－===2H2O；
NiO（OH）＋H2O＋e－===Ni（OH）2＋OH－。
当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是（ ）
A．H2O的还原 B．NiO（OH）的还原
C．H2的氧化D．Ni（OH）2的氧化
解析：
由题中给出的电极反应可判断出做原电池时，H2是还原剂被氧化、NiO（OH）是氧化剂被还原，则充电时H2是还原产物、NiO（OH）是氧化产物，与正极相连的是阳极发生氧化反应，所以“Ni（OH）2的氧化”正确。
答案：
D
3．如图所示甲、乙两个装置，所盛溶液体积和浓度均相同且足量，当两装置电路中通过的电子都是1mol时，下列说法不正确的是（ ）
A．溶液的质量变化：
甲减小乙增大
B．溶液pH变化：
甲减小乙增大
C．相同条件下产生气体的体积：
V甲＝V乙
D．电极反应式：
甲中阴极：
Cu2＋＋2e－===Cu，乙中负极：
Mg－2e－===Mg2＋
解析：
甲中总反应为：
2CuSO4＋2H2O
2Cu＋2H2SO4＋O2↑，乙中总反应为：
Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑，故甲溶液质量减小，乙溶液质量增大，A对；甲中生成H2SO4，pH减小，乙中消耗盐酸，pH增大，B对；当两装置电路中通过的电子都是1mol时，甲中产生0.25molO2，乙中产生0.5molH2，故相同条件下，甲乙中产生气体的体积比为1∶2，C错；甲中阴极为Cu2＋放电，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，乙中负极为Mg放电，电极反应为：
Mg－2e－===Mg2＋，D对。
答案：
C
4．用惰性电极电解NaCl和CuSO4混合溶液250mL，经过一段时间后两极均得到11.2L气体（标准状况下），则下列有关描述中，正确的是（ ）
A．阳极发生的电极反应只有：
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
B．两极得到的气体均为混合物气体
C．若Cu2＋的起始浓度为1mol/L，则c（Cl－）起始浓度为2mol/L
D．Cu2＋的起始浓度最大应小于4mol/L
解析：
根据放电顺序，阴极放电顺序为：
铜离子、氢离子，阳极放电顺序为氯离子、氢氧根离子，因此阳极可能生成氯气、氧气，而阴极只能生成氢气；若Cu2＋的起始浓度为1mol/L，则阴极得到氢气11.2L时共转移的电子数为1.5mol，若Cl－起始浓度为2mol/L，则阳极得到氯气0.25mol、氧气0.25mol，阴极转移的电子总数也为1.5mol，符合电子守恒定律；由于阴极得到氢气，故Cu2＋的起始浓度最大应小于2mol/L。
答案：
C
5．以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是（ ）
A．未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程
B．因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系
C．电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率
D．镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用
解析：
本题考查电镀，意在考查考生对电镀原理的理解和应用能力。
未通电前，题述装置不能构成原电池，A项错误；锌的析出量与通过的电量成正比，B错；电镀时电解反应速率只与电流大小有关，与温度无关，C项对；镀锌层破损后，会形成铁锌原电池，铁作正极，得到保护，D项错误。
答案：
C
6．[双选题]如图装置（Ⅰ）为一种可充电电池的示意图，其中的离子交换膜只允许K＋通过，该电池工作的化学方程式为：
2K2S2＋KI3K2S4＋3KI，装置（Ⅱ）为电解池的示意图。
当闭合开关K时，电极X附近溶液先变红。
则闭合K时，下列说法正确的是
（ ）
A．电极A上发生的反应为：
2S
－2e－===S
B．K＋从左到右通过离子交换膜
C．电极X上发生的反应为：
2Cl－－2e－===Cl2↑
D．当有0.1molK＋通过离子交换膜时，Y电极上产生2.24L（标准状况）气体
解析：
闭合开关K时，电极X附近溶液先变红，说明电极A是原电池的负极，电子流出，A正确；随着电池工作的进行，负极区阳离子转移到正极区，故K＋从左到右通过离子交换膜，B正确；电极X上是氢离子放电，C错误；有0.1molK＋通过离子交换膜即电路上通过0.1mol电子，则Y电极上产生1.12L（标准状况）气体，D错误。
答案：
AB
7．将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区（a）已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环（b），如图所示。
导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少。
下列说法正确的是（ ）
A．液滴中的Cl－由a区向b区迁移
B．液滴边缘是正极区，发生的电极反应为：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2＋由a区向b区迁移，与b区的OH－形成Fe（OH）2，进一步氧化、脱水形成铁锈
D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的电极反应为：
Cu－2e－===Cu2＋
解析：
本题考查金属的腐蚀，意在考查考生运用电化学原理分析金属腐蚀过程的能力。
铁板为铁和碳的合金，滴入NaCl溶液，形成原电池，显然a区为负极，溶液中Cl－由b区向a区迁移，A错；液滴边缘为正极区，溶解在溶液中的O2放电，电极反应为：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B对；液滴下的Fe因发生氧化反应而被腐蚀，C错；改用嵌有铜螺丝钉的铁板，则铁为负极，D错。
答案：
B
二、非选择题（本题包括4小题，共58分）
8．（14分）电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法：
保持污水的pH在5.0～6.0之间，通过电解生成Fe（OH）3沉淀。
Fe（OH）3有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用。
阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去（或撇掉）浮渣层，即起到了浮选净化的作用。
某科研小组用电浮选凝聚法处理污水，设计装置示意图，如图所示。
（1）实验时若污水中离子浓度较小，导电能力较差，产生气泡速率缓慢，无法使悬浮物形成浮渣。
此时，应向污水中加入适量的________。
A．BaSO4 B．CH3CH2OH
C．Na2SO4D．NaOH
（2）电解池阳极发生了两个电极反应，其中一个反应生成一种无色气体，则阳极的电极反应式分别是
Ⅰ.________________________；
Ⅱ.________________________。
（3）电极反应I和Ⅱ的生成物反应得到Fe（OH3）沉淀的离子方程式是__________________________。
（4）该燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，CH4为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料做电极。
为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定，电池工作时必须有部分A物质参加循环（见上图）。
A物质的化学式是__________________________。
解析：
（1）为了增强溶液的导电性，因此可选用易溶性强电解质溶液，排除A和B，考虑到题中要求电解时保持污水的pH在5.0～6.0之间，因此不能添加NaOH。
（2）电解时铁作阳极，因此主要发生Fe－2e－===Fe2＋，同时也发生副反应，即溶液中的OH－失电子被氧化生成O2。
（3）根据得失电子守恒和电荷守恒即可得离子方程式。
（4）由于原电池的负极产物有水生成，所以负极必有CO
参加反应，同时根据碳守恒可知A必为CO2，负极反应式可表示为CH4＋4CO
－8e－===5CO2＋2H2O。
答案：
（1）C
（2）Fe－2e－===Fe2＋
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
（3）4Fe2＋＋10H2O＋O2===4Fe（OH）3↓＋8H＋ （4）CO2
9．（14分）M、R都是生活中常见的金属单质，其中R是用量最多的金属。
甲、乙是化合物，其中甲是黑色晶体，可由R在X中燃烧得到。
（1）M与甲在高温下反应的化学方程式是_____________________________________
________________________________________________________________________。
（2）电解法制R的低价氢氧化物的装置如图Ⅰ。
a是4mol·L－1NaCl、1mol·L－1NaOH的混合溶液。
①配制a时需要除去蒸馏水中溶解的O2，常采用________的方法。
②石墨电极应与电源的________（填“正”或“负”）极相连接，通电后，R电极附近的现象是__________________________，R极的电极反应式是__________________________。
③停止实验一段时间后，在R极上部有红褐色物质产生，反应的化学方程式是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）把R的某氧化物粉末与M粉末混合后分成两等份。
一份在高温下恰好完全反应后，再与足量盐酸反应；另一份直接放入足量的烧碱溶液中充分反应。
前后两种情况下生成的气体质量比是a∶b，则R的氧化物的化学式是________。
（4）如图Ⅱ所示，装置中出口①处的物质是________，出口②处的物质是________。
该装置是将________能转化为________能。
解析：
（1）由题干信息和框图可推得M为Al，R为Fe，甲是Fe3O4，乙为Al2O3。
（2）要想使Fe（OH）2不被氧化要确保溶液中无O2。
（3）设该铁的氧化物的化学式为：
FexOy，写出该反应的化学方程式：
2yAl＋3FexOy高温,yAl2O3＋3xFe，Fe与盐酸反应产生的H2与Al与NaOH溶液反应产生的H2的比值为a∶b，即
＝
，因此
＝
，故该铁的氧化物的化学式为：
FeaOb。
（4）根据排放的液体产物可知，膜左边发生的反应为：
2Cl－－2e－===Cl2↑，膜右边发生的反应为：
2H＋＋2e－===H2↑。
答案：
（1）8Al＋3Fe3O4
4Al2O3＋9Fe
（2）①煮沸 ②负 生成白色沉淀
Fe＋2OH－－2e－===Fe（OH）2↓
③4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3
（3）FeaOb
（4）Cl2 H2 电 化学
10．（16分）开发氢能是实现社会可持续发展的需要。
硫铁矿（FeS2）燃烧产生的SO2通过下列碘循环工艺过程既能制H2SO4，又能制H2。
请回答下列问题：
（1）已知1gFeS2完全燃烧放出7.1kJ热量，FeS2燃烧反应的热化学方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）该循环工艺过程的总反应方程式为_______________________________________
________________________________________________________________________。
（3）用化学平衡移动的原理分析，在HI分解反应中使用膜反应器分离出H2的目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料（用MH表示），NiO（OH）作为电池正极材料，KOH溶液作为电解质溶液，可制得高容量、长寿命的镍氢电池。
电池充放电时的总反应为：
NiO（OH）＋MHNi（OH）2＋M
①电池放电时，负极的电极反应式为____________________________________。
②充电完成时，Ni（OH）2全部转化为NiO（OH）。
若继续充电将在一个电极产生O2，O2扩散到另一个电极发生电极反应被消耗，从而避免产生的气体引起电池爆炸，此时，阴极的电极反应式为_______________________________________________________。
解析：
本题主要考查化学反应原理知识，如热化学方程式的书写、工艺流程反应分析、化学平衡原理的理解与应用、电极反应的书写等，本题最大亮点在于题目基础而灵活，如第（4）问中，将重点内容通过巧妙包装，考查学生是否能用所学知识来分析新问题。
（1）1gFeS2完全燃烧释放出7.1kJ热量，则4molFeS2完全燃烧释放出的热量为4×120×7.1kJ＝3408kJ，故FeS2燃烧的热化学方程式为：
4FeS2（s）＋11O2（g）
2Fe2O3（s）＋8SO2（g）；ΔH＝－3408kJ/mol。
（4）①负极实际上是稀土储氢合金吸附的H2失去电子生成H＋，H＋再与OH－结合生成H2O，所以负极的电极反应为：
MH－e－＋OH－===H2O＋M。
②O2被消耗相当于O2在阴极获得电子：
O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
答案：
（1）4FeS2（s）＋11O2（g）
2Fe2O3（s）＋8SO2（g）；ΔH＝－3408kJ/mol
（2）2H2O＋SO2===H2SO4＋H2
（3）减小H2浓度，使HI分解平衡正向移动，提高HI的分解率
（4）①MH＋OH－－e－===M＋H2O
②2H2O＋O2＋4e－===4OH－
11．（14分）某校探究性学习小组对消毒液次氯酸钠（NaClO）的制备与性质等进行了探究。
甲同学：
为制备消毒液，探究并制作了一种家用环保型消毒液（NaClO溶液）发生器，设计了如图所示的装置，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液。
请完成下列问题：
若通电时，为使生成的Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，则电源的a电极名称为________极（填“正”、“负”、“阴”或“阳”），与其相连的电极的电极反应式为______________________________
________________________________________________________________________；
装置溶液中反应生成NaClO的离子方程式为________________________。
乙同学：
从某超市中查询到某品牌消毒液包装说明的部分内容摘录如下：
请完成以下实验探究过程：
Ⅰ.阅读材料，根据学过的知识回答问题。
（1）室温条件下，该消毒液（NaClO）溶液的pH________7（填“>”、“<”或“＝”），原因是（用离子方程式表示）__________________________________________________________。
（2）该消毒液还具有的化学性质是________（填字母序号）。
A．强氧化性 B．强还原性 C．不稳定性 D．漂白性 E．弱酸性
Ⅱ.为探究该消毒液对碳钢制品的腐蚀原理，设计方案进行研究。
（1）用烧杯取少量样品，将一颗光亮的普通碳钢钉放入烧杯，浸泡一段时间。
预期的实验现象是_____________________________________。
（2）为了进一步探究碳钢钉在该消毒液（NaClO）中的腐蚀原理，丙同学设计了如图实验装置，写出碳（C）极上发生的电极反应式________________________________。
解析：
甲同学为制备消毒液，要求阳极产生的氯气在底部，从而保证上升过程中与阴极产生的氢氧化钠溶液充分反应。
乙同学探究次氯酸钠的性质要充分考虑它能水解显碱性，结合说明内容可知具有强氧化性可以漂白衣物。
探究其对碳钢制品的腐蚀原理，根据其强氧化性可知它可氧化铁生成三价铁，再考虑到溶液的碱性会生成氢氧化铁，氢氧化铁失水得到红色铁锈。
在原电池中碳棒作正极，次氯酸根得电子被还原生成氯离子。
答案：
负 2H＋＋2e－===H2↑
Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O
Ⅰ.
（1）> ClO－＋H2O
HClO＋OH－
（2）A、D
Ⅱ.
（1）碳钢钉表面有红褐色物质生成
（2）ClO－＋2e－＋H2O===Cl－＋2OH－
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