电化学原理及应用专题训练.docx
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电化学原理及应用专题训练
电化学原理及应用
时间:
45分钟 分值:
100分
一、选择题(每小题5分,共50分)
1.(2013·唐山一模)下列叙述正确的是( )
A.铜、铁和FeCl3溶液形成的原电池,铜极放出氢气
B.电解硫酸钠溶液就是电解水,电解后溶液pH升高
C.铁锅生锈的正极反应为:
O2+2H2O+4e-===4OH-
D.工业上电解饱和食盐水的阳极反应为:
2H++2e-===H2↑
解析 A选项,铜极发生反应Fe3++e-===Fe2+,错误;B选项,电解硫酸钠溶液就是电解水,电解后溶液pH不变,错误;D选项,工业上电解饱和食盐水的阳极反应为:
2Cl--2e-===Cl2↑,错误。
答案 C
2.(2013·潍坊模拟)如图所示,a、b是两根石墨棒。
下列叙述正确的是( )
A.a是正极,发生还原反应
B.b是阳极,发生氧化反应
C.稀硫酸中硫酸根离子的物质的量不变
D.往滤纸上滴加酚酞试液,a极附近颜色变红
解析 a是阳极,发生氧化反应;b是阴极,发生还原反应;在反应过程中,硫酸根离子没有参与反应,因此稀硫酸中硫酸根离子的物质的量不变;往滤纸上滴加酚酞试液,b极附近颜色变红。
答案 C
3.(2013·江西联考)下表中,对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及两者间有无因果关系的判断都正确的是( )
选项
陈述Ⅰ
陈述Ⅱ
陈述Ⅲ
A
用锌和足量稀硫酸制取氢气时加入硫酸铜溶液
可以加快制取氢气的速度
Ⅰ对、Ⅱ对、无
B
用Mg-Al-NaOH构成原电池
Mg更活泼作负极
Ⅰ对、Ⅱ对、无
C
石墨常作电解池的电极
石墨的化学性质稳定且导电性好
Ⅰ对、Ⅱ对、有
D
MgCl2是离子化合物
电解MgCl2的饱和溶液制取金属镁
Ⅰ对、Ⅱ对、有
解析 用锌和足量稀硫酸制取氢气时加入硫酸铜溶液,可以形成原电池,加快制取氢气的速度,选项A错误;用Mg-Al-NaOH构成原电池,Al与NaOH溶液反应,Al作负极,选项B错误;石墨的化学性质稳定且导电性好,所以石墨常作电解池的电极,选项C正确;MgCl2是离子化合物,电解熔融的MgCl2制取金属镁,选项D错误。
答案 C
4.(2013·沈阳模拟)下列关于如图所示装置的叙述中正确的是( )
A.电流由铁钉经过导线流向石墨棒
B.该装置是一个简易的电解饱和食盐水的装置
C.石墨棒上发生的电极反应为:
2H++2e-===H2↑
D.石墨棒上发生的电极反应为:
2H2O+O2+4e-===4OH-
解析 题图装置是一个原电池装置,B错;铁钉为负极,电流由石墨棒经过导线流向铁钉,A错;中性条件下,铁发生吸氧腐蚀,石墨棒上发生的电极反应为2H2O+O2+4e-===4OH-,C错,D正确。
答案 D
5.(2013·洛阳模拟)碱性锌锰干电池是生活中应用最广泛的电池,下列说法中不正确的是( )
A.该电池正极反应式为:
MnO2+H2O+e-===MnO(OH)+OH-
B.电池工作时负极pH一定降低
C.用该电池作电源精炼铜,纯铜与锌连接
D.用该电池作电源电解硫酸铜溶液,负极溶解6.5g锌,阴极一定析出6.4g铜
解析 碱性锌锰干电池正极反应为:
MnO2+H2O+e-===MnO(OH)+OH-,负极反应为:
Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2,用该电池作电源电解硫酸铜溶液,负极溶解6.5g锌,转移电子0.2mol,如果溶液中铜离子的物质的量大于或等于0.1mol,则析出铜6.4g,如果小于0.1mol,则析出铜小于6.5g,D错误。
答案 D
6.(2012·山东卷)下列与金属腐蚀有关的说法正确的是( )
A.图①中,插入海水中的铁棒,越靠近底端腐蚀越严重
B.图②中,开关由M改置于N时,CuZn合金的腐蚀速率减小
C.图③中,接通开关时Zn腐蚀速率增大,Zn上放出气体的速率也增大
D.图④中,ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
解析 A项,图①中,铁棒发生电化学腐蚀,靠近底端的部分与氧气接触少,腐蚀程度较轻,错误;B项,图②中开关置于M时,CuZn合金作负极,由M改置于N时,CuZn合金作正极,腐蚀速率减小,正确;C项,图③中接通开关时Zn作负极,腐蚀速率增大,但氢气在Pt极上放出,错误;D项,图④中ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由Zn的还原作用引起的,错误。
答案 B
7.(2013·金华十校联考)工业上采用的一种污水处理方法如下:
保持污水的pH在5.0~6.0之间,通过电解生成Fe(OH)3。
Fe(OH)3具有吸附性,可吸附污物而沉积下来,有净化水的作用。
某科研小组用该原理处理污水,设计的装置如图所示。
下列说法正确的是( )
A.为了增加污水的导电能力,应向污水中加入适量的H2SO4溶液
B.甲装置中Fe电极的反应为Fe-3e-===Fe3+
C.为了使燃料电池乙长时间稳定运行,电池的电解质组成应保持稳定,电池工作时,循环的物质A为CO2
D.当乙装置中有1.6gCH4参加反应时,C电极理论上生成气体的体积在标准状况下为4.48L
解析 A选项加入硫酸,不利于Fe(OH)3的生成,错误;B选项Fe电极的反应为Fe-2e-===Fe2+,错误;D选项1.6gCH4参加反应,转移0.8mol电子,则C电极理论上生成0.4molH2,在标准状况下为8.96L,错误。
答案 C
8.(2013·荆州质检)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可充电电池。
RFC的工作原理如图所示。
下列有关说法正确的是( )
A.当有0.1mol电子转移时,a电极产生2.24LH2
B.b电极上发生的电极反应式为4H2O+4e-===2H2↑+4OH-
C.c电极上进行还原反应,B池中的H+可以通过隔膜进入A池
D.d电极上发生的电极反应式为O2+4H++4e-===2H2O
解析 由图知,右边为氢氧燃料电池,左边为电解池。
A项,a极的电极反应式为2H++2e-===H2↑,转移0.1mol电子时,在标准状况下产生1.12L氢气,A项错误;B项,b电极与电源正极相连,是阳极,电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑,B项错误;C项,c电极上发生还原反应,说明该电极为正极,阳离子向正极移动,即H+进入A池,C项正确;D项,气体X是H2,d电极上发生的电极反应式为2H2-4e-===4H+,D项错误。
答案 C
9.(2013·陕西质检)如图所示
为直流电源,
为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸,
为电镀槽。
接通电路后发现
上的c点显红色。
为实现铁上镀锌,接通
后,使c、d两点短路。
下列叙述不正确的是( )
A.a为直流电源的正极
B.c极发生的反应为2H++2e-===H2↑
C.f极为锌板
D.e极发生氧化反应
解析 c点显红色说明该处有OH-生成,则c点同时有氢气生成,发生还原反应,连接电源的负极,因此b为负极,a为正极,由此可知A、B项正确;铁上镀锌,则铁为阴极,连接电源负极,故f极为铁板,锌为阳极,故e极为锌板,发生氧化反应,由此可知C项错误,D项正确。
答案 C
10.(2013·南昌一模)如图所示,用铁棒和石墨棒作电极电解1L1mol/L的食盐水,下列有关说法正确的是( )
A.电键K与N连接,铁棒被保护而免受腐蚀
B.电键K与N连接,正极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑
C.电键K与M连接,当两极共产生标准状况下气体33.6L时,理论上生成1molNaOH
D.电键K与M连接,将石墨棒换成铜棒,就可实现在铁棒上镀铜
解析 电键K与N连接构成原电池,铁为负极,失电子,逐渐被腐蚀,正极为氧气得电子,电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,A项、B项错;电键K与M连接构成电解池,因为溶液中只有1molNaCl,所以电解开始阶段是电解NaCl溶液,NaCl耗尽后,电解的是水,因此阴极和阳极先分别生成氢气和氯气,后又分别生成氢气和氧气,分析得知溶液中的钠元素完全转化为NaOH,故生成的NaOH为1mol,C项正确;电键K与M连接,石墨棒改为铜棒时,阳极Cu失电子,变为Cu2+,但Cu2+与阴极生成的OH-结合生成Cu(OH)2沉淀,不能实现铁棒镀铜的目的,D项错。
答案 C
二、填空题(共50分)
11.(13分)(2013·重庆卷)化学在环境保护中起着十分重要的作用。
催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。
(1)催化反硝化法中,H2能将NO
还原为N2。
25℃时,反应进行10min,溶液的pH由7变为12。
①N2的结构式为________。
②上述反应离子方程式为________________,其平均反应速率v(NO
)为________mol·L-1·min-1。
③还原过程中可生成中间产物NO
,写出3种促进NO
水解的方法__________________________。
(2)电化学降解NO
的原理如图所示。
①电源正极为________(填“A”或“B”),阴极反应式为____________。
②若电解过程中转移了2mol电子,则膜两侧电解液的质量变化差(Δm左-Δm右)为________g。
解析
(1)①N2分子中,两个氮原子以三个共用电子对相结合。
②反应物是H2和NO
,已知生成物之一是N2,根据溶液pH的变化可知另一种生成物是OH-,根据氧化还原反应规律及质量守恒可知还有一种生成物是H2O,v(NO
)=v(OH-)≈
=0.001mol·L-1·min-1。
③升高温度、稀释均可促进水解;NO
水解方程式为NO
+H2OHNO2+OH-,加酸可中和OH-,使水解平衡正向移动;加入水解呈酸性的盐,如NH
、Fe3+等也可促进水解。
(2)①与直流电源B相连的电极上,NO
变为N2,发生了还原反应,因此B是电源的负极,A是电源的正极。
根据得失电子守恒和电荷守恒、元素守恒可写出阴极反应式为2NO
+6H2O+10e-===N2↑+12OH-。
②阳极反应式为10H2O-20e-===20H++5O2↑,阴极反应式为4NO
+12H2O+20e-===2N2↑+24OH-。
电解过程中,若转移20mol电子,阳极20molH+通过交换膜移向阴极,则阳极质量减少20mol×1g/mol+5mol×32g/mol=180g;阴极质量减少2mol×28g/mol-20g=36g。
即当通过20mol电子时,两极质量变化差Δm左-Δm右=180g-36g=144g,显然,当转移2mol电子时,膜两侧电解液的质量变化差为14.4g。
答案
(1)①N≡N ②2NO
+5H2
N2+2OH-+4H2O 0.001 ③加酸,升高温度,加水
(2)①A 2NO
+6H2O+10e-===N2↑+12OH- ②14.4
12.(12分)(2013·荆州质检)如图所示,某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理,其中乙装置中X为阳离子交换膜。
请按要求回答相关问题:
(1)甲烷燃料电池负极反应式是__________________。
(2)石墨(C)极的电极反应式为__________________。
(3)若在标准状况下,有2.24L氧气参加反应,则乙装置中铁极上生成的气体体积为________L;丙装置中阴极析出铜的质量为________g。
(4)某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)2的实验装置(如图所示)。
若用于制漂白液,a为电池的________极,电解质溶液最好用________。
若用于制Fe(OH)2,使用硫酸钠作电解质溶液,阳极选用________作电极。
解析
(1)甲烷燃料电池负极上发生氧化反应,即甲烷在负极上被氧化。
在KOH溶液中甲烷被氧化的产物为碳酸钾,负极反应式为CH4-8e-+10OH-===CO
+7H2O。
(2)原电池的负极与电解池的阴极相接,铁极为阴极,则C极为阳极,在C极上发生氧化反应,电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑。
(3)n(O2)=
=0.1mol,甲池中正极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-,由电子守恒知,经过甲、乙、丙装置的电子的总物质的量为0.4mol。
乙池中的铁极与甲池的负极相连,铁极为阴极,发生还原反应,电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,n(H2)=
=0.2mol,V(H2)=0.2mol×22.4L·mol-1=4.48L。
丙池中精铜为阴极,发生还原反应,电极反应式为Cu2++2e-===Cu,n(Cu)=
=0.2mol,m(Cu)=0.2mol×64g·mol-1=12.8g。
(4)漂白液的有效成分是次氯酸盐,制备原理是2Cl-+2H2O
2OH-+Cl2↑+H2↑,Cl2+2OH-===Cl-+ClO-+H2O,气体与液体反应,最好采用逆向接触,即气体在下端产生,碱溶液在上端生成,使其充分反应,所以该装置的下端为阳极,上端为阴极,阴极与电源负极相连,故a极为负极。
生活中常见且廉价的氯化物是氯化钠,故电解质溶液最好用饱和氯化钠溶液。
若制备氢氧化亚铁,用硫酸钠溶液作电解质溶液,选用铁作阳极。
答案
(1)CH4-8e-+10OH-===CO
+7H2O
(2)2Cl--2e-===Cl2↑
(3)4.48 12.8
(4)负 饱和氯化钠溶液或食盐水 铁
13.(10分)(2013·江西质检)按如图所示装置连接,X、Y均为惰性电极。
请回答下列问题:
(1)Zn为________极。
(2)连接好装置后,烧杯中的溶液发生反应的离子方程式是_________。
(3)图中通过隔膜的SO
向________(填“左”、“右”或“不”)迁移,Y极及其附近出现的现象是________。
(4)常温下,当Zn极质量减少32.5g时,X极生成气体8.4L(标准状况),若此时烧杯中溶液的体积为500mL,则此时烧杯中溶液的pH=________(不考虑生成的气体溶于水)。
解析 经分析可知,左侧为原电池,右侧为电解池。
(1)Zn为负极。
(2)烧杯中是电解氯化钠溶液,离子方程式为2H2O+2Cl-
H2↑+Cl2↑+2OH-。
(3)Zn为负极,失电子生成Zn2+进入溶液,SO
通过隔膜向左移动;烧杯中Y极有氢气逸出,同时有OH-生成,酚酞溶液呈红色。
(4)锌是原电池的负极,Y是电解池的阴极;铜是原电池的正极,X是电解池的阳极。
X电极有氯气逸出,直到NaCl电解完全,接下来就是电解NaOH,逸出O2。
Zn减少0.5mol,转移电子为1mol,如果全部生成氯气,则有0.5mol氯气生成,如果全部生成氧气,则有0.25mol氧气生成。
根据电子得失守恒和气体体积可得:
Cl2为0.25mol,O2为0.125mol。
计算可知,c(OH-)=1mol/L,pH=14。
答案
(1)负
(2)2H2O+2Cl-
H2↑+Cl2↑+2OH-
(3)左 有气泡产生,溶液呈红色
(4)14
14.(15分)(2013·浙江联考)某化学兴趣小组对电化学问题进行了实验探究。
Ⅰ.利用如图所示装置探究金属的防护措施,实验现象是锌电极不断溶解,铁电极表面有气泡产生。
(1)写出负极的电极反应式:
________________________。
(2)某学生认为,铁电极可能参与反应,并对产物做出假设:
假设1:
铁参与反应,被氧化生成Fe2+;
假设2:
铁参与反应,被氧化生成Fe3+;
假设3:
____________________________________________________。
(3)为了探究假设1、2,他采取如下操作:
①取0.01mol/LFeCl3溶液2mL于试管中,加入过量铁粉;
②取操作①试管的上层清液加入2滴K3[Fe(CN)6]溶液,生成蓝色沉淀;
③取少量正极附近溶液加入2滴K3[Fe(CN)6]溶液,未见蓝色沉淀生成;
④取少量正极附近溶液加入2滴KSCN溶液,未见溶液变红。
据②、③、④现象得出的结论是____________________________。
(4)该实验原理可应用于防护钢铁腐蚀,请再举一例防护钢铁腐蚀的措施:
________。
Ⅱ.利用如图所示装置做电解50mL0.5mol/L的CuCl2溶液实验。
实验记录:
A.阳极上有黄绿色气体产生,该气体使湿润的淀粉碘化钾试纸先变蓝后褪色(提示:
Cl2氧化性大于IO
);
B.电解一段时间以后,阴极表面除有铜吸附外,还出现了少量气泡和浅蓝色固体。
(1)分析实验记录A中试纸颜色变化,用离子方程式解释:
①_________________________________________________________;
②_________________________________________________________。
(2)分析实验记录B中浅蓝色固体可能是________(写化学式),试分析生成该物质的原因:
__________________________________。
解析 Ⅰ.
(1)锌比铁活泼,锌为负极,电极反应式为Zn-2e-===Zn2+。
(2)根据假设1、2进行分析,得出假设3为铁参与反应,被氧化生成Fe2+和Fe3+。
(3)从②分析得出①的试管中含有Fe2+;③现象说明不含Fe2+;④现象说明不含Fe3+;故可得出的结论是正极附近溶液不含Fe2+和Fe3+。
(4)防护钢铁腐蚀的措施有油漆、电化学保护法等。
Ⅱ.
(1)阳极上有氯气产生,由于2I-+Cl2===I2+2Cl-,该气体使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝;当氯气过量时,会发生反应5Cl2+I2+6H2O===10Cl-+2IO
+12H+,颜色褪去。
答案 Ⅰ.
(1)Zn-2e-===Zn2+
(2)铁参与反应,被氧化生成Fe2+和Fe3+
(3)正极附近溶液不含Fe2+和Fe3+
(4)刷油漆(其他合理答案均可)
Ⅱ.
(1)2I-+Cl2===I2+2Cl- 5Cl2+I2+6H2O===10Cl-+2IO
+12H+
(2)Cu(OH)2 电解一段时间后,Cu2+浓度下降,H+开始放电,溶液pH增大,Cu2+转化为Cu(OH)2
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