能力提升训练9.docx
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能力提升训练9
能力提升训练(9)
1.(2017·广东启迪教育段考)关于下列装置的说法中正确的是( )
A.装置①中,盐桥中的K+移向ZnSO4溶液
B.装置②工作一段时间后,a极附近溶液的pH增大
C.用装置③精炼铜时,c极为粗铜
D.装置④中电子由Zn流向Fe,装置中有Fe2+生成
答案:
B
解析:
在装置①中,金属锌是负极,金属铜是正极,盐桥中的K+移向CuSO4溶液,故A项错误;装置②是电解池,阴极上是氢离子得电子发生还原反应,氢离子浓度减小,所以a极附近溶液的pH增大,故B项正确;电解精炼铜时,电解池的阳极是粗铜,阴极是精铜,即c极为精铜,故C项错误;在装置④中,金属锌是负极,金属铁是正极,电子是从负极Zn流向正极Fe,装置中铁电极上会产生氢气,故D项错误。
2.(2017·湖南箴言中学三模)如图是CO2电催化还原为CH4的工作原理示意图。
下列说法不正确的是( )
A.该过程是电能转化为化学能的过程
B.一段时间后,①池中n(KHCO3)不变
C.一段时间后,②池中溶液的pH一定下降
D.铜电极的电极反应式为CO2+8H++8e-===CH4+2H2O
答案:
B
解析:
该装置是一个电解池,电解池是将电能转化为化学能的装置,故A项正确;在电解池的阴极上发生二氧化碳得电子的还原反应,即CO2+8H++8e-===CH4+2H2O,一段时间后,氢离子浓度减小,氢氧根离子浓度增大,氢氧根离子会和①池中的碳酸氢钾反应,所以n(KHCO3)会减小,故B项错误;在电解池的阳极上,是阴离子(氢氧根离子)发生失电子的氧化反应,所以酸性增强,pH一定下降,故C项正确;铜电极的电极反应式为CO2+8H++8e-===CH4+2H2O,故D正确。
3.(2017·湖南十三校联考)碱性硼化钒(VB2)-空气电池工作时反应为4VB2+11O2===4B2O3+2V2O5。
用该电池为电源,选用惰性电极电解硫酸铜溶液,当外电路中通过0.04mol电子时,B装置内共收集到0.448L气体(标准状况),则下列说法正确的是( )
A.VB2电极发生的电极反应为2VB2+11H2O-22e-===V2O5+2B2O3+22H+
B.外电路中电子由c电极流向VB2电极
C.电解过程中,c电极表面先有红色物质析出,然后有气泡产生
D.若B装置内的液体体积为100mL,则CuSO4溶液的物质的量浓度为0.2mol/L
答案:
C
解析:
A装置中电解质溶液呈碱性,VB2在负极发生氧化反应,电极反应式为2VB2+22OH--22e-===V2O5+2B2O3+11H2O,A错误。
装置A为原电池,VB2电极为负极,a电极为正极;装置B为电解池,b电极为阳极,c电极为阴极,则外电路中电子由VB2电极流向c电极,B错误。
电解过程中,b电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑,外电路通过0.04mol电子时,生成0.01molO2,在标准状况下的体积为0.224L,由于B装置内共收集到0.448L(标准状况)气体,据此推测c电极除发生反应Cu2++2e-===Cu外,还发生2H++2e-===H2↑,故c电极上先有红色物质析出,后产生气泡,C正确。
由C项分析可知,c电极上产生0.224LH2,转移0.02mol电子,据转移电子守恒可知,n(Cu2+)=
×(0.04mol-0.02mol)=0.01mol,则有c(CuSO4)=
=0.1mol/L,D错误。
4.(2017·重庆一中一模)近年来AIST报告正在研制一种“高容量、低成本”锂-铜空气燃料电池。
该电池放电时的反应过程为2Li+Cu2O+H2O===2Cu+2Li++2OH-,下列说法不正确的是( )
A.放电时,Li+透过固体电解质向Cu极移动
B.整个反应过程中,铜相当于催化剂
C.通空气时,铜被氧化,表面产生Cu2O
D.Li电极减轻7g时,至少需消耗空气5.6L(标准状况)
答案:
D
解析:
由电池放电时的反应过程,可知Li作负极,负极反应式:
2Li-2e-===2Li+,负极生成Li+,Li+透过固体电解质向Cu极移动;电子经外电路传给Cu,铜表面的Cu2O得电子:
Cu2O+H2O+2e-===2Cu+2OH-;正极通空气,O2在铜电极表面反应:
4Cu+O2===2Cu2O,铜在整个反应过程中相当于催化剂,A、B、C正确。
Li电极减轻7g,转移1mol电子,由电子守恒可知需要O2的物质的量为0.25mol,标准状况下体积为5.6L,但不是空气体积,D错误。
5.(2017·河南洛阳统考)电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量,其工作原理示意图如右。
下列说法不正确的是( )
A.溶液中OH-向a极移动
B.O2在b极上发生还原反应
C.负极的电极反应式为:
2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O
D.反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为45
答案:
D
解析:
从两极通入的气体看,a极为电池的负极,b极为电池的正极,OH-应向电池的负极(a极)移动,A正确;b极上的电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,即O2在b极上发生了还原反应,B正确;在负极上NH3→N2,可直接写出负极的电极反应式:
2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O,也可根据电池的总反应式(4NH3+3O2===2N2+6H2O)减去正极的电极反应式(3O2+6H2O+12e-===12OH-)得到负极的电极反应式,C项正确;由得失电子守恒(也可根据电池的总反应)可知,反应消耗的NH3与O2的物质的量之比是43,D项错误。
6.(2017·湖北荆门调研)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充电电池。
下图为RFC的工作原理示意图,下列有关说法中正确的是( )
A.当有0.1mol电子转移时,a极产生标准状况下1.12LO2
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
解析:
由题图可知a为阴极,b为阳极,则气体X为H2,气体Y为O2;c为正极,d为负极。
正极、阴极发生还原反应,负极、阳极发生氧化反应,A、B、D错误;在原电池中阳离子移向正极,C正确。
7.(2017·佛山质检)一种三室微生物燃料电池污水净化系统原理如图所示,图中有机废水中有机物可用C8H10O5表示,咸水主要含NaCl。
下列说法正确的是( )
A.a电极为该电极的正极
B.b电极反应式:
2NO
-10e-+12H+===N2↑+6H2O
C.每处理1molC8H10O5,b电极将产生3.2molN2
D.a电极离子交换膜允许Na+由中间室迁入有机废水处理室
答案:
C
解析:
有机物C8H10O5中C元素为0价,在a极转化为CO2,碳元素化合价升高,发生失电子的氧化反应,因此a极为负极,A错误;b极为正极,发生NO
得电子的还原反应:
2NO
+10e-+12H+===N2↑+6H2O,B错误;1molC8H10O5失去电子的物质的量为1×8×4mol=32mol,电池中得失电子数相等,故产生N2的物质的量为32mol÷10=3.2mol,C正确;根据原电池工作原理,阳离子向正极移动,即向右室移动,D错误。
8.(2017·大连重点中学考试)已知H2O2是一种弱酸,在强碱溶液中主要以HO
形式存在。
现以AlH2O2燃料电池电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制备氢气(电解池中隔膜仅阻止气体通过,c、d均为惰性电极)。
下列说法正确的是( )
A.燃料电池的总反应为2Al+3HO
===2AlO
+2H2O
B.电解时,Al消耗2.7g,则产生氮气的体积为1.12L
C.电极b是负极,且反应后该电极区pH增大
D.电解过程中,电子的流向:
a→d,c→b
答案:
D
解析:
本题考查燃料电池和电解池的反应原理。
AlH2O2燃料电池的总反应为2Al+3HO
===2AlO
+OH-+H2O,A项错误;Al
AlO
、CO(NH2)2
N2,根据各电极上转移电子数相等知,每消耗0.1molAl,转移0.3mol电子,生成0.05molN2,在标准状况下氮气的体积为1.12L,但B项未标明标准状况,B项错误;根据电解池中c极上发生氧化反应生成N2知,c极为阳极,故d极为阴极,所以a极为负极,b极为正极,正极的电极反应为HO
+H2O+2e-===3OH-,反应后b极区溶液的pH增大,C项错误;a极为负极,b极为正极,c极为阳极,d极为阴极,故电解过程中电子的流向为a→d,c→b,D项正确。
9.(2017·河南八市2月质检)高铁酸盐被科学家们公认为绿色消毒剂。
下面以14mol·L-1NaOH溶液为电解质,采用石墨、铁作电极,在58℃条件下通过一定密度的电流可制备高铁酸盐(FeO
),装置如图所示,下列有关判断正确的是( )
已知:
2FeO
+3H2+2H2O===2Fe3++10OH-
A.a电极为石墨电极
B.阳极反应式为Fe-2e-===Fe2+
C.装置中a、b电极在电解槽中的位置可颠倒
D.总电解反应方程式为Fe+2H2O+2OH-
FeO
+3H2↑
答案:
D
解析:
本题考查电解原理的应用。
由装置图可知,电极a连接电源正极,故a为阳极,该电解池中电极Fe为反应物,故Fe作阳极,A错误;由题目信息提示可知阳极Fe失电子生成FeO
,故阳极反应式为Fe+8OH--6e-===FeO
+4H2O,B错误;阴极上是H2O得电子生成H2,即b电极处有H2生成,由题给信息可知,FeO
可与H2发生反应,b电极位于电解槽上方,H2直接逸出,避免了H2与a电极生成的FeO
接触发生反应,故a、b两个电极位置不能互换,C错误;由题目提示的信息及阳极和阴极反应式可知D正确。
10.某充电宝锂离子电池的总反应为xLi+Li1-xMn2O4
LiMn2O4,某手机镍氢电池总反应为NiOOH+MH
M+Ni(OH)2(M为储氢金属或合金),有关上述两种电池的说法不正确的是( )
A.锂离子电池放电时Li+向正极迁移
B.镍氢电池放电时,正极的电极反应式为NiOOH+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-
C.上图表示用锂离子电池给镍氢电池充电
D.锂离子电池充电时,阴极的电极反应式为LiMn2O4-xe-===Li1-xMn2O4+xLi+
答案:
D
解析:
从锂电池的放电情况来看,Li电极为负极,Li1-xMn2O4为正极,充电时阴极发生还原反应Li++e-===Li,Li+向正极移动,A项正确、D项错误。
11.(2017·山西四校联考)用酸性甲醛燃料电池为电源进行电解的实验装置如图所示,下列说法中正确的是( )
A.当a、b都是铜时,电解的总反应方程式为:
2CuSO4+2H2O
2H2SO4+2Cu+O2↑
B.燃料电池工作时,正极反应为:
O2+2H2O+4e-===4OH-
C.当燃料电池消耗2.24L甲醛气体时,电路中理论上转移0.2mole-
D.燃料电池工作时,负极反应为:
HCHO+H2O-2e-===HCOOH+2H+
答案:
D
解析:
氧气在正极通入,甲醛在负极通入,因此a是阴极,b是阳极。
当a、b都是铜时,相当于是铜的精炼,A错误;电解质为酸性电解质,则正极反应式为O2+4H++4e-===2H2O,B错误;2.24L甲醛的物质的量不一定是0.1mol,则不能计算转移的电子数,C错误;负极甲醛失去电子转化为甲酸,D正确。
12.如图甲为将Pt电极置于含有Cu2+和Ag+各0.05mol·L-1的电解液中(阴离子为NO
),图乙是电解过程中消耗的电荷量与阴极质量变化的关系图,下列说法不正确的是( )
A.区间Ⅰ,在阴极上有金属银析出
B.区间Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中溶液的pH均降低
C.区间Ⅱ,在阳极上有氧气放出
D.区间Ⅱ析出的固体质量是区间Ⅰ的2倍
答案:
D
解析:
本题考查电解池的知识,要求考生会判断两个电极的电极反应、电解质溶液中离子浓度的变化、溶液pH的变化等。
区间Ⅰ发生电解反应4Ag++2H2O
4Ag+O2↑+4H+,区间Ⅱ发生电解反应2Cu2++2H2O
2Cu+O2↑+4H+,区间Ⅲ发生电解反应2H2O
2H2↑+O2↑。
由以上分析知,区间Ⅰ析出金属银,区间Ⅱ析出金属铜,A项不符合题意。
区间Ⅰ、Ⅱ生成H+,溶液中c(H+)增大,pH降低;区间Ⅲ实质是电解水,溶液中c(H+)增大,pH降低,B项不符合题意。
区间Ⅱ阳极的电极反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+,C项不符合题意。
在同一溶液中,析出等物质的量的Cu和Ag,Cu与Ag的质量比为64108,D项符合题意。
13.(2017·江西九校3月联考)利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2,并用阴极排出的溶液吸收NO2。
下列说法中正确的是( )
A.a为直流电源的负极
B.阴极反应式为:
2HSO
+2H2O+2e-===S2O
+2OH-
C.阳极反应式为:
SO2+2H2O-2e-===SO
+4H+
D.电解时,H+由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室
答案:
C
解析:
观察电解的装置图可以看出,与电源a极相连的电极上发生了SO2→H2SO4的反应,该反应中S元素的化合价升高,失去电子,应是阳极上发生的反应,电极反应式为SO2-2e-+2H2O===SO
+4H+,所以a是电源的正极,则b为负极,与b相连的电极为阴极,电极反应式为2HSO
+2e-+2H+===S2O
+2H2O,综上所述A、B均不正确,C正确;电解时H+由阳极室通过阳离子交换膜迁移到阴极室并参与电极反应,D项错误。
14.下列装置示意图均与电化学相关,有关叙述正确的是( )
A.装置①中,a极的电极反应式为:
CH3OH-6e-+H2O===CO2+6H+
B.装置②中,铁棒上析出红色固体
C.装置③中,若电镀前两极金属的质量相等,电镀完成后二者质量相差2.56g,则电镀时电路中的待镀铁制品应与电源负极相连,外电路转移的电子为0.04mol
D.装置④中,离子交换膜应为阴离子交换膜
答案:
C
解析:
本题考查电化学相关知识,意在考查考生对原电池和电解池原理的理解和应用。
装置①的甲醇燃料电池中,电解质溶液为NaOH溶液,a电极应生成CO
,故A错误;装置②中,铁棒连接的是电源的正极,铁棒作阳极,应发生氧化反应被消耗,因此铁棒上不能析出红色固体,故B错误;装置③中,电镀时电路中的待镀铁制品应与电源负极相连,电镀完成后二者质量差Δm=2.56g,则m(铜消耗)=m(铜生成)=
=1.28g,故生成(消耗)的铜的物质的量为0.02mol,转移的电子为0.04mol,故C正确;装置④的电解装置中,阳极生成浓硫酸,电极反应式为SO2+2H2O-2e-===SO
+4H+;阴极的电极反应式为2HSO
+2H++2e-===S2O
+2H2O,则离子交换膜应为阳离子交换膜,故D错误。
15.已知高能锂离子电池的总反应式为2Li+FeS===Fe+Li2S,LiPF6·SO(CH3)2为电解质,用该电池为电源电解含镍酸性废水并得到单质Ni的实验装置如图所示。
下列说法不正确的是( )
A.电极Y应为Li
B.电解过程中,b中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小
C.X极反应式为FeS+2Li++2e-===Fe+Li2S
D.若将图中阳离子膜去掉,将a、b两室合并,则电解反应总方程式发生改变
答案:
B
解析:
本题考查电化学知识,意在考查考生对原电池、电解池原理的理解能力。
由于c中反应为Ni2++2e-===Ni,故c室为阴极室,则电极Y为Li,选项A正确;由于c中Ni2+不断减小,Cl-通过阴离子膜从c移向b,a中OH-放电不断减小,Na+通过阳离子膜从a移向b,所以b中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大,选项B错误;选项C中电极X为正极,FeS得电子,电极反应式为FeS+2Li++2e-===Fe+Li2S,选项C正确;若去掉阳离子膜,Cl-在阳极放电生成Cl2,电解反应总方程式发生改变,选项D正确。
16.
(1)蓄电池是一种可以反复充电、放电的装置。
有一种蓄电池在充电和放电时发生的反应为
NiO2+Fe+2H2O
Fe(OH)2+Ni(OH)2
①该蓄电池放电时,发生还原反应的物质是________(填字母,下同)。
A.NiO2 B.Fe C.Fe(OH)2 D.Ni(OH)2
②下列有关该电池的说法中正确的是________。
A.放电时电解质溶液呈强酸性
B.放电时5.6gFe全部转化为Fe(OH)2时,外电路中通过了0.2mol电子
C.充电时阳极反应为Ni(OH)2+2OH--2e-===NiO2+2H2O
D.充电时阴极附近溶液的碱性保持不变
③用此蓄电池电解含有0.01molCuSO4和0.01molNaCl的混合溶液100mL,电解池的电极均为惰性电极。
当溶液中的Cu2+全部转化成Cu时,阳极产生的气体在标准状况下的体积为________;将电解后的溶液加水稀释至1L,此时溶液的pH=________。
④用此蓄电池进行电解,且电解池的电极均为铜电极,电解质溶液为浓碱液与NaCl溶液的混合液,电解一段时间后,同学们惊奇地发现,阳极附近不是生成蓝色沉淀,而是生成红色沉淀,查阅资料得知该红色沉淀是Cu2O。
写出该阳极上的电极反应式:
____________。
(2)图1是一种新型燃料电池,以CO为燃料,一定比例的Li2CO3和Na2CO3的熔融混合物为电解质,图2是粗铜精炼的装置图,现用燃料电池为电源进行粗铜的精炼实验。
回答下列问题:
①A极为电源________(填“正”或“负”)极,写出A极的电极反应式:
___________________________________________。
②要用燃料电池为电源进行粗铜的精炼实验,则B极应该与________(填“C”或“D”)极相连。
③当消耗标准状况下2.24LCO时,C电极的质量变化为________。
答案:
(1)①A ②BC ③0.168L 2
④2Cu+2OH--2e-===Cu2O+H2O
(2)①负 CO-2e-+CO
===2CO2 ②D ③增加6.4g
解析:
(1)①化合价降低的物质发生还原反应,放电时NiO2生成Ni(OH)2,Ni元素化合价由+4价降到+2价;③电解含有0.01molCuSO4和0.01molNaCl的混合溶液100mL,Cu2+全部转化为Cu时转移了0.02mol电子,转移0.02mol电子时,阳极先是Cl-失去电子,然后是水中OH-失去电子,二者各失去0.01mol电子,产生0.005molCl2和0.0025molO2,共0.0075mol气体,标准状况下的体积为0.0075mol×22.4L·mol-1=0.168L,OH-失去0.01mol电子的同时溶液中产生0.01molH+,稀释至1L时,c(H+)=0.01mol·L-1,pH为2。
(2)①在燃料电池中可燃性气体作负极,即A为负极,根据所给新型燃料电池的构成原理装置图,结合原电池的工作原理,可直接写出A极的电极反应式:
CO-2e-+CO
===2CO2。
②根据电解精炼原理,粗铜应与电源的正极相连,精铜应与电源的负极相连,因B极是正极,所以B极应与D极相连。
③标准状况下2.24LCO失去0.2mol电子,根据得失电子守恒,C极上增加Cu的质量为6.4g。
17.(2017·湖北八校联考)下图所示的四个容器中分别盛有不同的溶液,除a、b外,其余电极均为石墨电极。
甲为铅蓄电池,其工作原理为Pb+PbO2+2H2SO4
2PbSO4+2H2O,两个电极的电极材料分别为PbO2和Pb。
闭合开关K,发现g电极附近的溶液先变红色,20min后,将K断开,此时c、d两极上产生的气体体积相同。
请回答下列问题:
(1)a电极的电极材料是________(填“PbO2”或“Pb”)。
(2)丙装置中发生电解的总反应方程式为_______________。
(3)电解20min后,停止电解,此时要使乙中溶液恢复到原来的状态,需加入的物质及其物质的量是________。
(4)20min后将乙装置与其他装置断开,然后在c、d两极间连接上灵敏电流计,发现电流计指针偏转,则此时c电极为________极,d电极上发生的电极反应为________。
(5)电解后冷却至常温,取amL丁装置中的溶液,向其中逐滴加入等物质的量浓度的CH3COOH溶液,当加入bmLCH3COOH溶液时,混合溶液的pH恰好等于7(体积变化忽略不计)。
已知CH3COOH的电离平衡常数为1.75×10-5,则
=________。
答案:
(1)PbO2
(2)2H2O
2H2↑+O2↑
(3)0.1molCu(OH)2或0.1molCuO和0.1molH2O
(4)负 O2+4H++4e-===2H2O (5)
解析:
本题主要考查了电解原理及溶液中离子平衡的相关计算等。
g电极附近的溶液先变红色,说明g为阴极,依次可推出h为阳极,a为正极,b为负极,c为阴极,d为阳极,e为阴极,f为阳极。
(1)a为正极,铅蓄电池的正极材料为PbO2。
(2)Al2(SO4)3为活泼金属的含氧酸盐,电解其水溶液的实质是电解水。
(3)阴极上先析出Cu,溶液中Cu2+反应完后,阴极上开始产生H2,阳极上始终产生O2,设两极均产生气体amol,根据得失电子守恒可得4a=0.1×2+2a,解得a=0.1,即电解过程中析出了0.1molCu、0.1molH2和0.1molO2,要使电解质溶液复原,根据“析出什么补什么”知,需要加入0.1molCu(OH)2或0.1molCuO和0.1molH2O。
(4)电解20min后,c电极处有H2生成,d电极处有O2生成,电解质溶液为H2SO4溶液,断开K,c、d两极间连接上灵敏电流计后形成氢氧燃料电池,c电极作负极,d电极作正极,发生的电极反应为O2+4H++4e-===2H2O。
(5)电解过程中共转移了0.4mol电子,电解后丁装置中的溶液为NaOH溶液。
加入bmLCH3COOH溶液时,混合溶液的pH=7,则溶液中c(OH-)=c(H+),根据电荷守恒有c(CH3COO-)+c(OH-)=c(H+)+c(Na+),故c(CH3COO-)=c(Na+)。
K=1.75×10-5=
,c(H+)=1×10-7mol·L-1,则c(CH3COOH)=
c(CH3COO-),混合溶液中
=
=
,由于NaOH溶液与CH3COOH溶液等浓度混合,故
=
。
18.
(1)下图是某研究机构开发的给笔记本电脑供电的甲醇燃料电池,甲醇在催化剂作用下提供质子(H+)和电子,电池总反应为2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O。
一个甲醇分子经过电化学氧化,可以产生________个电子的电量,其负极的电极反应式为__________________________。
(2)用间接电化学法除去NO的过程如图所示。
已知电解池的阴极室中溶液的pH在4~7之间,写出阴极的电极反应式:
_____________________________________
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