第二学期人教版化学选修4课时章末检测第四章《电化学基础》答案+解析.docx
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第二学期人教版化学选修4课时章末检测第四章《电化学基础》答案+解析
人教版化学选修4:
——第四章《电化学基础》章末检测
一、选择题(本题包括12小题,每小题3分,共36分)
1.MgAgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。
下列叙述错误的是( )
A.负极反应式为Mg-2e-===Mg2+
B.正极反应式为Ag++e-===Ag
C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移
D.负极会发生副反应Mg+2H2O===Mg(OH)2+H2↑
解析:
选B MgAgCl电池的电极反应:
负极Mg-2e-===Mg2+,正极2AgCl+2e-===2Ag+2Cl-,A项正确,B项错误。
在原电池的电解质溶液中,阳离子移向正极,阴离子移向负极,C项正确。
Mg是活泼金属,能和H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2,D项正确。
2.锌空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O===2Zn(OH)
。
下列说法正确的是( )
A.充电时,电解质溶液中K+向阳极移动
B.充电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐减小
C.放电时,负极反应为Zn+4OH--2e-===Zn(OH)
D.放电时,电路中通过2mol电子,消耗氧气22.4L(标准状况)
解析:
选C A项,充电时装置为电解池,溶液中的阳离子向阴极移动。
B项,充电时的总反应为放电时的逆反应:
2Zn(OH)
===2Zn+O2+4OH-+2H2O,c(OH-)逐渐增大。
C项,放电时负极发生氧化反应,由放电时的总反应可知,负极反应式为Zn+4OH--2e-===Zn(OH)
。
D项,由放电时的总反应可知,电路中通过2mol电子时,消耗0.5molO2,其体积为11.2L(标准状况)。
3.中华文明源远流长,下面中国国宝级文物的表面不会因电化学腐蚀被氧化的是( )
解析:
选C 秦朝铜马车、春秋越王剑、商代司母戊鼎都是由铜合金铸成,除了铜外,它们中还含有不如铜活泼的金属,在空气中能形成原电池,铜作负极被腐蚀,故A、B、D不符合题意;唐三彩是陶瓷制品,不是合金,故不会形成原电池,故C符合题意。
4.关于下列各装置图的叙述中,不正确的是( )
A.用装置①精炼铜,则a极为粗铜,电解质溶液为CuSO4溶液
B.用装置①进行电镀,镀件接在b极上
C.装置②的总反应:
Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+
D.装置③中的铁钉几乎没有被腐蚀
解析:
选C 装置①为电解池,根据电流方向可知,a为阳极,b为阴极,精炼铜时,a极为粗铜,发生氧化反应,b极为精铜,发生还原反应,电解质溶液为CuSO4溶液,故A正确;用装置①进行电镀,镀层金属接在阳极a极上,镀件接在阴极b极上,故B正确;装置②是原电池装置,Fe作负极,发生氧化反应,Fe3+在正极Cu的表面发生还原反应,因此总反应是Fe+2Fe3+===3Fe2+,故C错误;浓硫酸具有吸水性,在干燥的环境中铁难以被腐蚀,因此装置③中的铁钉几乎没有被腐蚀,故D正确。
5.全钒电池以惰性材料作电极,在电解质溶液中发生的总反应为
VO2+(蓝色)+H2O+V3+(紫色)
VO
(黄色)+V2+(绿色)+2H+
下列说法正确的是( )
A.当电池放电时,VO
被氧化
B.放电时,负极反应式为VO
+2H++e-===VO2++H2O
C.充电时,阳极附近溶液由绿色逐渐变为紫色
D.放电过程中,正极附近溶液的pH变大
解析:
选D 当电池放电时,VO
→VO2+,V元素的化合价由+5变为+4,VO
被还原,故A错误;放电时,负极失电子,负极反应式为V2+-e-===V3+,故B错误;充电时,阳极发生氧化反应,VO2+→VO
,阳极附近溶液由蓝色逐渐变为黄色,故C错误;放电过程中,正极反应式为VO
+2H++e-===VO2++H2O,正极附近溶液的pH变大,故D正确。
6.Cu2O是一种半导体材料,基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如图所示,电解总反应为2Cu+H2O
Cu2O+H2↑。
下列说法正确的是( )
A.石墨电极上产生氢气
B.铜电极发生还原反应
C.铜电极接直流电源的负极
D.当有0.1mol电子转移时,有0.1molCu2O生成
解析:
选A 由电解总反应可知,Cu参加了反应,所以Cu作电解池的阳极,发生氧化反应,B项错误;石墨作阴极,阴极上电极反应为2H++2e-===H2↑,A项正确;阳极与电源的正极相连,C项错误;阳极反应为2Cu+2OH--2e-===Cu2O+H2O,当有0.1mol电子转移时,有0.05molCu2O生成,D项错误。
7.一种电化学制备NH3的装置如图所示,图中陶瓷在高温时可以传输H+。
下列叙述错误的是( )
A.Pd电极b为阴极
B.阴极的反应式为N2+6H++6e-===2NH3
C.H+由阳极向阴极迁移
D.陶瓷可以隔离N2和H2
解析:
选A 此装置为电解池,总反应式是N2+3H2===2NH3,Pd电极b上是氢气发生氧化反应,即氢气失去电子被氧化,Pd电极b为阳极,故A错误;根据A选项分析,Pd电极a为阴极,反应式为N2+6H++6e-===2NH3,故B正确;根据电解池原理,阳离子移向阴极,故C正确;根据装置图,陶瓷可以隔离N2和H2,故D正确。
8.锂空气电池是一种新型的二次电池,其放电时的工作原理如图所示,下列说法正确的是( )
A.正极区产生的LiOH可回收利用
B.电池中的有机电解液可以用稀盐酸代替
C.该电池放电时,正极的反应式为O2+4H++4e-===2H2O
D.该电池充电时,阴极发生氧化反应:
Li++e-===Li
解析:
选A 金属Li在负极发生氧化反应生成Li+,Li+向正极移动,与正极区生成的OH-结合形成LiOH,从分离出的LiOH中可以回收Li而循环使用,故正极区产生的LiOH可回收利用,A正确;Li能与盐酸反应生成H2,故电池中的有机电解液不能用稀盐酸代替,B错误;该电池放电时,O2在正极得电子发生还原反应生成OH-,电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,C错误;该电池充电时,阴极上Li+得电子发生还原反应,电极反应式为Li++e-===Li,D错误。
9.CNaMO2电池是科学家正在研发的钠离子电池,据悉该电池可以将传统锂电池的续航能力提升7倍。
该电池的电池反应式为NaMO2+nC
Na1-xMO2+NaxCn,下列有关该电池的说法正确的是( )
A.电池放电时,溶液中Na+向负极移动
B.该电池负极的电极反应为NaMO2-xe-===Na1-xMO2+xNa+
C.消耗相同质量金属时,用锂作负极转移电子的物质的量比用钠时少
D.电池充电时的阳极反应式为nC+xNa+-xe-===NaxCn
解析:
选B 电池放电时,溶液中Na+向正极移动,A项错误;该电池负极失去电子,发生氧化反应,电极反应为NaMO2-xe-===Na1-xMO2+xNa+,B项正确;由于Li、Na形成化合物时均失去1个电子,Li、Na相对原子质量分别是7、23,故消耗相同质量金属时,用锂作负极转移电子的物质的量比用钠时多,C项错误;电池充电时,阳极发生氧化反应,电极反应式为NaxCn-xe-===nC+xNa+,D项错误。
10.用惰性电极电解煤浆液的方法制H2的反应为C(s)+2H2O(l)===CO2(g)+2H2(g)。
现将一定量的1mol·L-1H2SO4溶液和适量煤粉充分混合,制成含碳量为0.02g·mL-1~0.12g·mL-1的煤浆液,置于如图所示装置中进行电解(两电极均为惰性电极)。
下列说法错误的是( )
A.A极是阳极,B极为阴极
B.A极的电极反应式为C+2H2O-4e-===CO2↑+4H+
C.B极的电极反应式为2H++2e-===H2↑
D.电解一段时间后,煤浆液的pH增大
解析:
选D A项,A极连接电源的正极是阳极,则B极为阴极,正确;B项,阳极上发生氧化反应,A极的电极反应式为C+2H2O-4e-===CO2↑+4H+,正确;C项,阴极上发生还原反应,B极的电极反应式为2H++2e-===H2↑,正确;D项,电解的总反应式为C(s)+2H2O(l)===CO2(g)+2H2(g),可知电解一段时间后,煤浆液中水的量减少,硫酸溶液的浓度增大,溶液的pH减小,错误。
11.如图所示,a、b是多孔石墨电极,某同学按图示装置进行如下实验:
断开K2,闭合K1一段时间,观察到两支玻璃管内都有气泡将电极包围;此时断开K1,闭合K2,观察到电流计A的指针有偏转。
下列说法不正确的是( )
A.断开K2,闭合K1一段时间,溶液的pH变大
B.断开K1,闭合K2时,b极上的电极反应式为2H++2e-===H2↑
C.断开K2,闭合K1时,a极上的电极反应式为4OH--4e-===O2↑+2H2O
D.断开K1,闭合K2时,OH-向b极移动
解析:
选B 当断开K2,闭合K1时为电解池,此时根据电源判断a极为阳极,b极为阴极,相当于电解水,故A项正确;a极的电极反应式为4OH--4e-===O2↑+2H2O,故C项正确;当断开K1,闭合K2时,该装置为原电池,a极为正极,电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-,b极为负极,电极反应式为2H2+4OH--4e-===4H2O,故D项正确,B项错误。
12.我国预计在2020年前后建成自己的载人空间站。
为了实现空间站的零排放,循环利用人体呼出的CO2并提供O2,我国科学家设计了一种装置(如图),实现了“太阳能→电能→化学能”转化,总反应方程式为2CO2===2CO+O2。
关于该装置的下列说法正确的是( )
A.图中N型半导体为正极,P型半导体为负极
B.图中离子交换膜为阳离子交换膜
C.反应完毕,该装置中电解质溶液的碱性增强
D.人体呼出的气体参与X电极的反应:
CO2+2e-+H2O===CO+2OH-
解析:
选D 题图中左边为原电池,由原电池中阳离子移向正极,阴离子移向负极,可以判断N型半导体为负极,P型半导体为正极,A错误。
电极X接原电池的负极,为电解池的阴极,则电极Y为阳极,OH-在阳极发生氧化反应,电极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑;CO2在阴极发生还原反应,电极反应式为2CO2+4e-+2H2O===2CO+4OH-,可以看出OH-在阳极消耗,在阴极生成,故离子交换膜为阴离子交换膜,B错误。
电解过程中OH-的数目基本不变,故电解质溶液的碱性不变,C错误。
CO2在X电极上发生得电子的还原反应,D正确。
二、非选择题(本题包括5小题,共64分)
13.(10分)电解原理在化学工业中有广泛应用。
(1)电解食盐水是氯碱工业的基础。
目前比较先进的方法是阳离子交换膜法,电解示意图如图所示,图中的阳离子交换膜只允许阳离子通过,请回答以下问题:
①图中A极要连接电源的________(填“正”或“负”)极。
②精制饱和食盐水从图中________位置补充,氢氧化钠溶液从图中________位置流出。
(填“a”“b”“c”“d”“e”或“f”)
③电解总反应的离子方程式是__________________。
(2)电解法处理含氮氧化物废气,可回收硝酸,具有较高的环境效益和经济效益。
实验室模拟电解法吸收NOx的装置如图所示(图中电极均为石墨电极)。
若用NO2气体进行模拟电解法吸收实验。
①写出电解时NO2发生的电极反应:
______________________________。
②若有标准状况下2.24LNO2被吸收,通过阳离子交换膜(只允许阳离子通过)的H+为________mol。
(3)为了减缓钢制品的腐蚀,可以在钢制品的表面镀铝。
电解液采用一种非水体系的室温熔融盐,由有机阳离子、Al2Cl
和AlCl
组成。
①钢制品应接电源的________极。
②已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应,阴极电极反应式为__________________。
③若改用AlCl3水溶液作电解液,则阴极电极反应式为
________________________________________________________________________。
解析:
(1)①电解过程中,阳离子向阴极移动,则图中A极为阳极,要连接电源的正极。
②B电极为阴极,阴极区H+发生还原反应,促进水的电离,阴极区产生大量OH-,同时阳极区Cl-发生氧化反应,则精制饱和食盐水从图中a位置补充,氢氧化钠溶液从图中d位置流出。
③电解饱和食盐水发生反应的离子方程式是2Cl-+2H2O
Cl2↑+H2↑+2OH-。
(2)①根据装置图知,电解时,左室中电极上氢离子放电生成氢气,则左室为阴极室,右室为阳极室,阳极上氮氧化物失电子生成NO
,阳极反应式为NO2-e-+H2O===NO
+2H+;②n(NO2)=
=0.1mol,阳极反应式为NO2-e-+H2O===NO
+2H+,反应中转移0.1mole-,则有0.1molH+通过阳离子交换膜。
(3)①依据电镀原理分析,钢铁上镀铝是利用铝作阳极与电源正极相连,钢铁作阴极与电源负极相连。
②阴极发生还原反应生成铝单质,铝元素化合价降低,分析电解液成分,结合电荷守恒可知,阴极上是Al2Cl
得电子,电极反应式为4Al2Cl
+3e-===Al+7AlCl
。
③改用AlCl3水溶液作电解液时,溶液中氢离子在阴极放电生成氢气,电极反应式为2H++2e-===H2↑。
答案:
(1)①正 ②a d
③2Cl-+2H2O
Cl2↑+H2↑+2OH-
(2)①NO2-e-+H2O===NO
+2H+ ②0.1
(3)①负 ②4Al2Cl
+3e-===Al+7AlCl
③2H++2e-===H2↑
14.(10分)科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池,其效率更高,可用于航天航空。
如图1所示装置中,以稀土金属材料作惰性电极,在两极上分别通入CH4和空气,其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体,它在高温下能传导阳极生成的O2-(O2+4e-===2O2-)。
(1)c电极的名称为________,d电极上的电极反应式为
________________________________________________________________________。
(2)如图2所示用惰性电极电解100mL0.5mol·L-1CuSO4溶液,a电极上的电极反应式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________,
若a电极产生56mL(标准状况)气体,则所得溶液的pH=________(不考虑溶液体积变化),若要使电解质溶液恢复到电解前的状态,可加入________(填字母)。
a.CuO B.Cu(OH)2
c.CuCO3D.Cu2(OH)2CO3
解析:
(1)原电池中电流的方向是从正极流向负极,故c电极为正极,d电极为负极,通入的气体B为甲烷,d电极反应式为CH4+4O2--8e-===CO2+2H2O。
(2)用惰性电极电解CuSO4溶液时,阳极(a电极)反应式:
4OH--4e-===2H2O+O2↑;阴极反应式:
2Cu2++4e-===2Cu,n(O2)=
=2.5×10-3mol。
线路中转移电子的物质的量为2.5×10-3mol×4=0.01mol,溶液中c(H+)=
=0.1mol·L-1,pH=-lg0.1=1。
加入CuO或CuCO3与溶液中的H+反应,可使电解质溶液恢复到电解前的状态。
答案:
(1)正极 CH4+4O2--8e-===CO2+2H2O
(2)4OH--4e-===2H2O+O2↑ 1 ac
15.(12分)在实验室模拟工业上以黄铜矿精矿为原料,制取硫酸铜及金属铜的工艺如下所示:
Ⅰ.将黄铜矿精矿(主要成分为CuFeS2,含有少量CaO、MgO、Al2O3)粉碎。
Ⅱ.采用如下装置进行电化学浸出实验。
将精选黄铜矿粉加入电解槽阳极区,匀速搅拌,使矿粉溶解。
在阴极区通入氧气,并加入少量催化剂。
Ⅲ.一段时间后,抽取阴极区溶液,向其中加入有机萃取剂(RH)发生反应:
2RH(有机相)+Cu2+(水相)
R2Cu(有机相)+2H+(水相)
分离出有机相,向其中加入一定浓度的硫酸,使Cu2+得以再生。
Ⅳ.电解硫酸铜溶液制得金属铜。
(1)黄铜矿粉加入阳极区与硫酸及硫酸铁主要发生以下反应:
CuFeS2+4H+===Cu2++Fe2++2H2S
2Fe3++H2S===2Fe2++S↓+2H+
①阳极区硫酸铁的主要作用是____________________。
②电解过程中,阳极区Fe3+的浓度基本保持不变,原因是________________________(填离子方程式)。
(2)若在实验室进行步骤Ⅲ,分离有机相和水相的主要实验仪器是________;加入有机萃取剂的目的是____________________。
(3)步骤Ⅲ,向有机相中加入一定浓度的硫酸,Cu2+得以再生的原理是_____________
________________________________________________________________________。
(4)步骤Ⅳ,若电解200mL0.5mol·L-1的CuSO4溶液,生成铜3.2g,此时溶液中离子浓度由大到小的顺序是______________。
(忽略电解前后溶液体积的变化)
解析:
(1)①由发生的反应可知,Fe3+氧化吸收硫化氢气体,防止环境污染。
②Fe3+被还原为Fe2+,Fe2+在阳极放电Fe2+-e-===Fe3+,又生成Fe3+,电解过程中,阳极区Fe3+的浓度基本保持不变。
(2)有机相和水相不互溶,分离有机相和水相通常利用分液的方法,使用的主要仪器为分液漏斗;加入有机萃取剂的目的是富集Cu2+,并使Cu2+与其他金属阳离子分离。
(3)向有机相中加入一定浓度的硫酸,增大H+浓度,使平衡2RH(有机相)+Cu2+(水相)
R2Cu(有机相)+2H+(水相)逆向移动,Cu2+进入水相得以再生。
(4)电解CuSO4溶液的离子方程式为2Cu2++2H2O
2Cu+4H++O2↑,200mL0.5mol·L-1的CuSO4溶液中,n(CuSO4)=0.2L×0.5mol·L-1=0.1mol;生成铜3.2g,物质的量为
=0.05mol,故电解过程中,消耗Cu2+0.05mol,生成0.1molH+,由于溶液中Cu2+水解和H2O的电离,故n(H+)>0.1mol、n(Cu2+)<0.05mol,n(SO
)=0.1mol,溶液中OH-浓度很小,故c(H+)>c(SO
)>c(Cu2+)>c(OH-)。
答案:
(1)①吸收硫化氢气体,防止环境污染
②Fe2+-e-===Fe3+
(2)分液漏斗 富集Cu2+,并使Cu2+与其他金属阳离子分离
(3)增大H+浓度,使平衡2RH(有机相)+Cu2+(水相)R2Cu(有机相)+2H+(水相)逆向移动,Cu2+进入水相得以再生
(4)c(H+)>c(SO
)>c(Cu2+)>c(OH-)
16.(16分)
(1)催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。
研究表明,在催化剂Cu/ZnO存在下,CO2和H2可发生两个反应,分别生成CH3OH和CO。
反应的热化学方程式如下:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-53.7kJ·mol-1
Ⅱ.CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g) ΔH2
已知:
①CO和H2的燃烧热分别为283.0kJ·mol-1和285.8kJ·mol-1
②H2O(l)===H2O(g) ΔH3=+44.0kJ·mol-1
反应Ⅰ的平衡常数表达式K=________;反应Ⅱ的ΔH2=________kJ·mol-1。
(2)某化学科研小组研究在其他条件不变时,改变某一条件对反应aA(g)+bB(g)
cC(g)平衡的影响,得到如图1所示关系,图中p表示压强,T表示温度,α表示平衡转化率。
若此反应在低温条件下自发进行,则p1____p2(填“>”“<”或“=”)。
(3)常温下,用0.1000mol·L-1的盐酸滴定20.00mL未知浓度的Na2CO3溶液,溶液的pH与所加盐酸的体积关系如图2所示。
已知b、d点分别为用酚酞和甲基橙作指示剂的滴定终点。
①比较b点和d点时水的电离程度b________d(填“>”“<”或“=”)。
②写出滴定过程中c~d段反应的离子方程式:
_______________________________
________________________________________________________________________。
③滴定时,加入盐酸10mL时,溶液中各粒子浓度的关系正确的是________。
a.c(Na+)>c(HCO
)>c(Cl-)>c(CO
)>c(OH-)>c(H+)
b.c(Na+)+c(H+)=2c(CO
)+c(HCO
)+c(OH-)
c.c(Na+)=2[c(CO
)+c(HCO
)+c(H2CO3)]
d.c(OH-)=c(H+)+c(HCO
)-c(CO
)
(4)乙醛酸(HOOCCHO)是有机合成的重要中间体。
工业上用“双极室成对电解法”生产乙醛酸,原理如图3所示,该装置中阴、阳两极均为惰性电极,两极室均可产生乙醛酸,其中乙二醛与M电极的产物反应生成乙醛酸。
①N电极上的电极反应式为__________________。
②若有4molH+通过质子交换膜,并完全参与了反应,则该装置中生成的乙醛酸为________mol。
解析:
(1)根据平衡常数的定义可知,K=
。
由热化学方程式:
a.CO(g)+
O2(g)===CO2(g) ΔH=-283.0kJ·mol-1;b.H2(g)+
O2(g)
H2O(l) ΔH=-285.8kJ·mol-1;c.H2O(l)===H2O(g) ΔH=+44kJ·mol-1。
根据盖斯定律,由b-a+c即可得反应Ⅱ:
CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g) ΔH2=-285.8kJ·mol-1+283.0kJ·mol-1+44kJ·mol-1=+41.2kJ·mol-1。
(2)根据图像可知当压强一定时,温度升高,A的转化率降低,结合勒夏特列原理:
温度升高平衡向吸热的方向移动,由此可以推知正反应ΔH<0;又因为该反应可以在低温时自发进行,根据ΔH-TΔS<0时反应自发进行,推出ΔS<0,故a+b>c,根据勒夏特列原理:
当温度一定时,压强增大平衡向气体分子总数减小的方向移动,可推知压强增大平衡正向移动,A的转化率增大,所以p1>p2。
(3)①用盐酸滴定碳酸钠溶液的过程中,用酚酞作指示剂时滴定的终点产物为NaHCO3,二者的反应比例为1∶1,即图像中的b点,用甲基橙作指示剂时滴定的终点产物为H2CO3,二者的反应比例为2∶1,即图像中的d点,NaHCO3促进水的电离,H2CO3抑制水的电离,故水的电离程度:
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