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1、專題突破練7　電化學 一、選擇題(本題包括8個小題,每小題8分,共64分) 1.(2019黑龍江大慶實驗中學高三上學期開學考試)有關(guān)下列四個常用電化學裝置的敘述正確的是(　　) A.圖Ⅰ所示電池中,MnO2的作用是催化劑 B.圖Ⅱ所示電池放電過程中,硫酸濃度不斷增大 C.圖Ⅲ所示裝置工作過程中,電解質(zhì)溶液中Cu2+濃度始終不變 D.圖Ⅳ所示電池中,Ag2O是氧化劑,電池工作過程中被還原為Ag 2.(2019四川成都高三一診)港珠澳大橋設(shè)計壽命120年,對橋體鋼構(gòu)件采用了多種防腐方法。下列分析錯誤的是(　　) A.防腐原理主要是避免發(fā)生反應:2Fe+O2+2H2O2Fe(OH

2、)2 B.鋼構(gòu)件表面噴涂環(huán)氧樹脂涂層,是為了隔絕空氣、水等防止形成原電池 C.采用外加電流的陰極保護法時需外接鎂、鋅等作輔助陽極 D.鋼構(gòu)件可采用不銹鋼材料以減緩電化學腐蝕 3.(2018山東煙臺高三診斷性測試)下列裝置一定能證明2Ag++2I-2Ag+I2能否自發(fā)進行的是(　　) 4.(2019天津武清區(qū)大良中學高三月考)燃料電池作為安全性能較好的一類化學電源得到了更快的發(fā)展,一種以聯(lián)氨(N2H4)為燃料的環(huán)保電池工作原理如圖所示,工作時產(chǎn)生穩(wěn)定無污染的物質(zhì)。下列說法正確的是(　　) A.M極生成氮氣且電極附近pH降低 B.負極上每消耗1 mol N2H4,會有2 mo

3、l H+通過質(zhì)子交換膜 C.正極的電極反應式為O2+2H2O+4e-4OH- D.電極M是原電池的正極 5.(2019廣東佛山普通高中教學質(zhì)量檢測)我國研制出非貴金屬鎳鉬基高效電催化劑,實現(xiàn)電解富尿素廢水低能耗制H2(裝置如圖)?？偡磻獮镃O(NH2)2+H2O3H2↑+N2↑+CO2↑。下列說法中錯誤的是(　　) A.a為陽極,CO(NH2)2發(fā)生氧化反應 B.b電極反應為2H2O+2e-H2↑+2OH- C.每轉(zhuǎn)移6 mol電子,a電極產(chǎn)生1 mol N2 D.電解一段時間,a極區(qū)溶液pH升高 6.(2019湖南衡陽高三聯(lián)考)“ZEBRA”綠色電池是新型電動汽車的理想電

4、源,結(jié)構(gòu)如圖所示,隔開兩極的陶瓷管作鈉離子導體。下列關(guān)于該電池的敘述錯誤的是(　　) A.放電時,Na+、Al3+均向負極移動 B.放電時,Na元素被氧化 C.充電時的陽極反應為Ni+2Cl--2e-NiCl2 D.該電池具有可快充、高比功率、放電持久等優(yōu)點 7.(2019山東濰坊高三二模)新型鋅碘液流電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長等優(yōu)勢,其工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　) A.放電時電流從石墨電極流向鋅電極 B.充電時陽極反應式為:3I--2e-I3- C.若將陽離子交換膜換成陰離子交換膜,放電時正負極也隨之改變 D.放電時左側(cè)電解質(zhì)儲罐中的離子總濃度增大

5、 8.(2019福建三明高三期末)某課題組以納米Fe2O3作為電極材料制備鋰離子電池(另一極為金屬鋰和石墨的復合材料),通過在室溫條件下對鋰離子電池進行循環(huán)充放電,成功地實現(xiàn)了對磁性的可逆調(diào)控(如圖)。下列說法正確的是(　　) A.放電時,正極的電極反應式為Fe2O3+6Li++6e-2Fe+3Li2O B.該電池可以用水溶液作電解質(zhì)溶液 C.放電時,Fe作電池的負極,Fe2O3作電池的正極 D.充電完成后,電池被磁鐵吸引 二、非選擇題(本題包括2個小題,共36分) 9.(2019山西運城臨猗中學高三月考)(18分)SO2、CO、CO2、NOx是對環(huán)境影響較大的幾種氣體,對它

6、們的合理控制和治理是優(yōu)化我們生存環(huán)境的有效途徑。 (1)利用電化學原理將CO、SO2轉(zhuǎn)化為重要化工原料,裝置如圖所示: ①若A為CO,B為H2,C為CH3OH,則通入CO的為　　　　　(填“正”或“負”)極。? ②若A為SO2,B為O2,C為H2SO4,則負極的電極反應式為　。? (2)碳酸鹽燃料電池,以一定比例Li2CO3和Na2CO3低熔混合物為電解質(zhì),操作溫度為650 ℃,在此溫度下以鎳為催化劑,以煤氣(CO、H2的體積比為1∶1)直接做燃料,其工作原理如圖所示。 ①電池總反應為　　　　　　　　　　　。? ②以此電源電解足量的硝酸銀溶液,若陰極產(chǎn)物的質(zhì)量為21.6 g

7、,電解后溶液體積為2 L,溶液的pH約為　　　　。? (3)某研究小組利用下列裝置用N2O4生產(chǎn)新型硝化劑N2O5。 ①現(xiàn)以H2、O2、熔融鹽Na2CO3組成燃料電池,采用電解法制備N2O5,裝置如圖所示,其中Y為CO2。在該電極上同時還引入CO2的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。? ②電解過程中,生成N2O5的電極反應式為　　　　　　　　　　　。? 10.(2019湖北鄂州、黃岡高三調(diào)研)(18分)化學電源在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中有著重要的應用。 Ⅰ.如下圖所示,某同學設(shè)計了一個燃料電池并探究氯堿工業(yè)原理和粗銅的精煉原理,其中乙裝置中X為陽離子交換膜。請按要求回答相

8、關(guān)問題。 (1)甲烷燃料電池負極反應式為　　　　　　　　　　　　　　　。? (2)石墨(C)極的電極反應式為　　　　　　　　　　　　　　　。? (3)若在標準狀況下,有2.24 L氧氣參加反應,則乙裝置中鐵極上生成的氣體體積為　　　　　　　　 L。丙裝置中陰極析出銅的質(zhì)量為　　　　　　　　 g,一段時間后燒杯中c(Cu2+)　　　　　　　　(填“增大”“減小”或“不變”)。? Ⅱ.“長征”火箭發(fā)射使用的燃料是液態(tài)偏二甲肼(C2H8N2),并使用四氧化二氮作為氧化劑,這種組合的兩大優(yōu)點是,既能在短時間內(nèi)產(chǎn)生巨大能量將火箭送上太空,而且產(chǎn)物又不污染空氣(產(chǎn)物都是空氣的組分)。某校外研究

9、性學習小組擬將此原理設(shè)計為原電池,如圖所示,結(jié)合學習過的電化學原理分析其設(shè)計方案,回答相關(guān)問題: (4)從a口加入　　　　　(填名稱)。H+移動方向是　　　　　　　　(填“A到B”或“B到A”)。? (5)A極發(fā)生反應的電極反應式為　。? (6)若以該電池為電源用石墨作電極電解200 mL 0.5 mol·L-1的CuSO4溶液,電解一段時間后,兩極收集到相同體積(相同條件)的氣體,則整個電解過程轉(zhuǎn)移的電子的數(shù)目是　　　　　　　　。? 參考答案 專題突破練7　電化學 1.D　解析 堿性鋅錳電池反應中二氧化錳得到電子被還原,為原電池的正極,A錯誤;鉛蓄電池放電時電

10、池反應為Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,該反應中硫酸參加反應,所以濃度降低,B錯誤;電解精煉銅時,粗銅中不僅含有銅還含有其他金屬,電解時,粗銅中比銅活潑的金屬失電子,純銅上只有銅離子得電子,所以陰極上析出的銅大于陽極上減少的銅,所以溶液中銅離子濃度降低,C錯誤;銀鋅紐扣電池工作時,正極上氧化銀得電子生成銀,所以氧化銀作氧化劑發(fā)生還原反應,D正確。 2.C　解析 鐵為活潑金屬,在潮濕的空氣中容易發(fā)生吸氧腐蝕,發(fā)生的主要反應有2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2、4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3等,故A正確;鋼構(gòu)件表面噴涂環(huán)氧樹脂涂層,可以隔絕空氣、水等防止

11、形成原電池,防止鐵發(fā)生電化學腐蝕,故B正確;外接鎂、鋅等作輔助陽極屬于犧牲陽極的陰極保護法,采用外加電流的陰極保護時需外接電源,故C錯誤;不銹鋼具有較強的抗腐蝕性,采用不銹鋼材料做鋼構(gòu)件可以防止或減緩電化學腐蝕,故D正確。 3.C　解析 KI溶液與AgNO3溶液反應產(chǎn)生黃色沉淀,證明碘化鉀與硝酸銀反應生成碘化銀和硝酸鉀,A項錯誤;兩個電極為石墨電極不能發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應,無法形成原電池,無法證明2Ag++2I-2Ag+I2能否自發(fā)進行,B項錯誤;左邊銀電極上碘離子失電子產(chǎn)生碘單質(zhì),右邊銀離子在電極上得電子析出銀,能證明2Ag++2I-2Ag+I2能否自發(fā)進行,C項正確;碘化銀連接電源的正

12、極作陽極,陽極上氫氧根離子失電子產(chǎn)生氧氣,銀電極連接電源負極作陰極,陰極上銀離子得電子產(chǎn)生銀單質(zhì),證明電解硝酸銀產(chǎn)生銀、氧氣和硝酸,無法證明反應2Ag++2I-2Ag+I2能否自發(fā)進行,D項錯誤。 4.A　解析 根據(jù)圖中氫離子的移動方向可知電極N為正極,電極M為負極,燃料電池中的聯(lián)氨在負極發(fā)生氧化反應,電極反應式為N2H4-4e-N2↑+4H+,氧氣在正極發(fā)生還原反應,電極反應式為O2+4H++4e-2H2O。結(jié)合分析可知電極M為負極,電極反應式為N2H4-4e-N2↑+4H+,生成氮氣,且會生成H+,導致電極M附近的pH降低,故A項正確;結(jié)合分析可知電極M為負極,聯(lián)氨在負極發(fā)生氧化反應,根

13、據(jù)電極反應式可知每消耗1molN2H4,轉(zhuǎn)移4mol電子,會有4molH+通過質(zhì)子交換膜,故B項錯誤;結(jié)合分析可知正極的電極反應為O2+4H++4e-2H2O,故C項錯誤;根據(jù)圖中氫離子的移動方向可知電極N為正極,電極M為負極,故D項錯誤。 5.D　解析 電解池工作時,CO(NH2)2失去電子,a為陽極發(fā)生氧化反應,故A正確;陰極水得電子產(chǎn)生H2,則陰極反應式為2H2O+2e-2OH-+H2↑,故B正確;陽極的電極反應式為CO(NH2)2-6e-+H2OCO2↑+N2↑+6H+,若電路中通過6mol電子,陽極產(chǎn)生N2的物質(zhì)的量為n(N2)=6mol×16=1mol,故C正確;a極發(fā)生反應CO

14、(NH2)2-6e-+H2OCO2↑+N2↑+6H+,a極區(qū)溶液中氫離子濃度增大,溶液的pH降低,故D錯誤。 6.A　解析 放電為原電池裝置,根據(jù)原電池的工作原理,陽離子向正極移動,故A項錯誤;根據(jù)裝置圖,金屬鈉為活潑金屬,金屬鈉作負極失電子,被氧化,故B項正確;充電為電解池,根據(jù)裝置圖,陽極反應式為Ni+2Cl--2e-NiCl2,故C項正確;根據(jù)題中信息,該電池應具有可快充、高比功率、放電持久等特點,故D項正確。 7.C　解析 圖中電極材料為鋅和石墨,放電時鋅較活潑作負極,石墨作正極,負極反應為Zn-2e-Zn2+,失去的電子經(jīng)外電路流向石墨,電流從石墨電極經(jīng)外電路流向鋅電極,A項正確

15、;充電過程與放電過程相反,充電時鋅為陰極,電極反應式為Zn2++2e-Zn,石墨為陽極,電極反應式為3I--2e-I3-,B項正確;將陽離子交換膜換成陰離子交換膜,放電時正負極均不變,C項錯誤;放電時左側(cè)正極反應為I3-+2e-3I-,反應中離子總數(shù)增加,則左側(cè)電解質(zhì)儲罐中的離子總濃度增大,D項正確。 8.A　解析 正極發(fā)生還原反應,Fe2O3得電子被還原,所以放電時電池正極的電極反應式為Fe2O3+6Li++6e-3Li2O+2Fe,A正確;鋰與水能發(fā)生反應,所以不可以用水溶液作電解質(zhì)溶液,B錯誤;放電時,Li作電池的負極,Fe2O3作電池的正極,C錯誤;充電時,Fe作為陽極生成Fe2O3

16、,磁鐵不可吸引Fe2O3,D錯誤。 9.答案 (1)①正?、赟O2+2H2O-2e-SO42-+4H+ (2)①CO+H2+O2CO2+H2O　②1 (3)①氧氣可以和二氧化碳共同轉(zhuǎn)化為碳酸根離子,保持熔融鹽的成分不變 ②N2O4+2HNO3-2e-2N2O5+2H+ 解析 (1)①燃料電池中,通入氧化劑的電極是正極、通入還原劑的電極是負極,題給反應中碳元素化合價由+2價變?yōu)?2價、氫元素化合價由0價變?yōu)?1價,所以CO是氧化劑,則通入CO的電極為正極。②若A為SO2,B為O2,C為H2SO4,負極上二氧化硫失電子和水反應生成硫酸根離子和氫離子,電極反應式為SO2+2H2O-2e-S

17、O42-+4H+。 (2)①該燃料電池中,負極上一氧化碳、氫氣失電子和碳酸根離子反應生成二氧化碳和水,正極上是氧氣得電子發(fā)生還原反應,電池總反應為一氧化碳、氫氣與氧氣反應生成二氧化碳和水,總反應方程式為CO+H2+O2CO2+H2O。②電解足量的硝酸銀溶液,陽極為氫氧根失電子生成氧氣,陰極電極反應式為Ag++e-Ag,產(chǎn)物的質(zhì)量為21.6g,其物質(zhì)的量為0.2mol,轉(zhuǎn)移電子是0.2mol,陽極電極反應式為4OH--4e-2H2O+O2↑,產(chǎn)生氧氣的物質(zhì)的量是0.05mol,則消耗氫氧根的物質(zhì)的量為0.2mol,則溶液中氫離子為0.2mol,c(H+)=0.2mol2L=0.1mol·L-1

18、,所以溶液的pH為1。 (3)①在正極上氧氣得電子生成的氧離子可以和二氧化碳結(jié)合為碳酸根離子,可以保持熔融鹽的成分不變。②N2O5中氮元素的化合價是+5價,而硝酸中氮元素也是+5價,因此應該在左側(cè)生成N2O5,即在陽極區(qū)域生成,則生成N2O5的電極反應式為N2O4+2HNO3-2e-2N2O5+2H+。 10.答案 (1)CH4-8e-+10OH-CO32-+7H2O (2)2Cl--2e-Cl2↑ (3)4.48　12.8　減小 (4)偏二甲肼　A到B (5)C2H8N2-16e-+4H2O2CO2↑+N2↑+16H+ (6)0.4NA(或2.408×1023) 解析 Ⅰ.甲

19、為燃料電池,通入甲烷的一極為負極,通入氧氣的一極為正極。乙為電解池,Fe為陰極,石墨(C)為陽極,實質(zhì)為電解飽和食鹽水;丙為電解池,粗銅為陽極,精銅為陰極,實質(zhì)為電解精煉銅。 (1)甲烷燃料電池負極上CH4失去電子后結(jié)合OH-生成CO32-,其電極反應式為CH4-8e-+10OH-CO32-+7H2O。 (2)乙為電解池,Fe為陰極,石墨(C)為陽極,實質(zhì)為電解飽和食鹽水,故石墨(C)電極的電極反應式為2Cl--2e-Cl2↑。 (3)標準狀況下,2.24L氧氣的物質(zhì)的量為0.1mol,參與反應轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.4mol。鐵電極為陰極,陰極上陽離子放電:2H++2e-H2↑,則放出

20、氫氣0.2mol,標準狀況下體積為4.48L。丙裝置中陰極反應式為Cu2++2e-Cu,則應析出0.2molCu,其質(zhì)量為12.8g。一段時間后燒杯中c(Cu2+)會減小。 Ⅱ.(4)外電路中電子由A電極流向B電極,由電子轉(zhuǎn)移方向可知A為負極,B為正極,根據(jù)原電池原理,還原劑在負極上失去電子發(fā)生氧化反應,氧化劑在正極上得電子發(fā)生還原反應,則從a口通入偏二甲肼。電解質(zhì)溶液中陽離子向正極移動,陰離子向負極移動,所以H+移動方向是A到B。 (5)A為負極,還原劑在負極上失去電子發(fā)生氧化反應,又已知產(chǎn)物中氣體均為空氣的組分,所以A極發(fā)生的電極反應式為C2H8N2-16e-+4H2O2CO2↑+N2↑+16H+。 (6)兩極收集到相同體積(相同條件)的氣體,則陰極除了反應Cu2++2e-Cu,還應有反應2H++2e-H2↑,陽極的電極反應式為4OH--4e-2H2O+O2↑,設(shè)生成n(O2)=n(H2)=x,因為n(Cu2+)=0.5mol·L-1×0.2L=0.1mol,由得失電子守恒可得0.1×2+2x=4x,解得x=0.1mol,所以n(O2)=n(H2)=0.1mol,則整個電解過程轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量是0.1mol×4=0.4mol,即轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目是0.4NA。