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提升訓練11　電化學原理及其應用 1.(2018溫州統(tǒng)考)用電解法可提純含有某種含氧酸根雜質(zhì)的粗KOH溶液,其工作原理如圖所示。 　　　　　　　　　　　　　　　　 下列有關說法錯誤的是(　　) A.陽極反應式為4OH--4e-2H2O+O2↑ B.通電后陰極區(qū)溶液pH會增大 C.K+通過交換膜從陰極區(qū)移向陽極區(qū) D.純凈的KOH溶液從b口導出 2.(2018鎮(zhèn)海中學檢測)為探究鋼鐵的吸氧腐蝕原理設計了如圖所示的裝置,下列有關說法中錯誤的是(　　) A.正極的電極反應式為O2+2H2O+4e-4OH- B.將石墨電極改成Mg電極,難以觀察到鐵銹生成 C.若向自來水中加入少量NaCl(s),可較快地看到鐵銹 D.斷開連接石墨和鐵的導線,鐵便不會生銹 3.下列有關電化學裝置完全正確的是(　　) A B 銅的精煉 鐵上鍍銀 C D 防止Fe被腐蝕 構成銅鋅原電池 4.(2018嚴州中學模擬)高鐵酸鹽在能源、環(huán)保等方面有著廣泛的用途。高鐵酸鉀(K2FeO4)不僅是一種理想的水處理劑,而且高鐵電池的研制也在進行中。如圖是高鐵電池的模擬實驗裝置,下列說法不正確的是(　　) A.該電池放電時正極的電極反應式為FeO42-+4H2O+3e-Fe(OH)3+5OH- B.若維持電流強度為1 A,電池工作10 min,理論上消耗0.2 g Zn(已知F=96 500 C mol-1) C.鹽橋中盛有飽和KCl溶液,此鹽橋中氯離子向右池移動 D.若用陽離子交換膜代替鹽橋,則鉀離子向右移動 5.下列各組中,每種電解質(zhì)溶液在惰性電極條件下電解時只生成氫氣和氧氣的是(　　) A.HCl、CuCl2、Ba(OH)2 B.NaOH、CuSO4、H2SO4 C.NaOH、H2SO4、Ba(OH)2 D.NaBr、H2SO4、Ba(OH)2 6.(2018普陀中學檢測)用NaOH溶液吸收煙氣中的SO2,將所得的Na2SO3溶液進行電解,可循環(huán)再生NaOH,同時得到H2SO4,其原理如圖所示(電極材料為石墨),下列說法不正確的是(　　) A.圖中a極要連接電源的負極 B.C口流出的物質(zhì)是硫酸 C.SO32-放電的電極反應式為SO32--2e-+H2OSO42-+2H+ D.B口附近溶液的堿性減弱 7.(2018浙江十校聯(lián)考)最近一家瑞典公司發(fā)明了一種新型充電器“PowerTrekk”,僅僅需要一勺水,它便可以產(chǎn)生維持10小時手機使用的電量。其反應原理為Na4Si+5H2O2NaOH+Na2SiO3+4H2↑,則下列說法正確的是(　　) A.該電池可用晶體硅作電極材料 B.Na4Si在電池的負極發(fā)生還原反應,生成Na2SiO3 C.電池正極發(fā)生的反應為2H2O+2e-H2↑+2OH- D.當電池轉(zhuǎn)移0.2 mol電子時,可生成標準狀況下1.12 L H2 8.一種用于驅(qū)動潛艇的液氨—液氧燃料電池的工作原理示意如圖,下列有關該電池說法正確的是(　　) A.該電池工作時,每消耗22.4 L NH3轉(zhuǎn)移3 mol電子 B.電子由電極A經(jīng)外電路流向電極B C.電池工作時,OH-向電極B移動 D.電極B上發(fā)生的電極反應為:O2+ 4H++ 4e-2H2O 9.(2018衢州檢測)某手機電池采用了石墨烯電池,可充電5分鐘,通話2小時。一種石墨烯鋰硫電池(2Li+S8Li2S8)工作原理示意圖如圖所示。已知參與電極反應的單位質(zhì)量的電極材料放出電能的大小稱為該電池的比能量。下列有關該電池說法不正確的是(　　) 石墨烯鋰硫電池示意圖 A.金屬鋰是堿金屬中比能量最高的電極材料 B.A電極為該電源的負極,發(fā)生氧化反應 C.B電極的電極反應式:2Li++S8+2e-Li2S8 D.電子從A電極經(jīng)過外電路流向B電極,再經(jīng)過電解質(zhì)流回A電極 10.某小組同學用如圖所示裝置研究電化學原理。下列關于該原電池的說法不正確的是(　　) A.原電池的總反應為Fe+Cu2+Fe2++Cu B.鹽橋中是KNO3溶液,則鹽橋中NO3-移向乙燒杯 C.其他條件不變,若將CuCl2溶液換為NH4Cl溶液,石墨電極反應式為2H++2e-H2↑ D.反應前,電極質(zhì)量相等,一段時間后,兩電極質(zhì)量相差12 g,導線中通過0.2 mol電子 11.500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3-)為6.0 molL-1,用石墨電極電解此溶液,當通電一段時間后,兩極均收到22.4 L氣體(標準狀況),假定電解后溶液體積仍為500 mL,下列說法正確的是(　　) A.原混合溶液中c(K+)為4 molL-1 B.電解后加入1 mol Cu(OH)2可使溶液復原 C.電解后溶液中c(H+)為8 molL-1 D.原溶液中c(Cu2+)為1 molL-1 12.CH4可用于設計燃料電池,甲烷燃料電池的工作原理如圖所示:原電池工作過程中OH-的作用是　　　　　　;負極電極反應式為　。 若電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.8NA,左側(cè)溶液pH　　　　(填“增大”“減小”或“不變”)(忽略溶液體積的變化),右側(cè)的OH-物質(zhì)的量變化量為　　　　。 13.Ⅰ.鋼鐵的電化學腐蝕原理,在酸性環(huán)境中發(fā)生析氫腐蝕,在中性或堿性環(huán)境中發(fā)生吸氧腐蝕。 (1)寫出圖中石墨電極的電極反應式:　。 (2)將該裝置作簡單修改即可成為鋼鐵電化學防護的裝置,請在圖中虛線框內(nèi)所示位置作出修改,并用箭頭標出導線中電子移動方向。 Ⅱ.電化學原理在化學工業(yè)中有廣泛的應用,請根據(jù)如圖回答問題。 (1)裝置A中的Y電極為　　　　極,X電極的電極反應式為　　　　　　　　　　　,工作一段時間后,電解質(zhì)溶液的pH將　　　　　(填“增大”“減小”或“不變”)。 (2)若裝置B中a為石墨電極、b為鐵電極,W為飽和食鹽水(滴有幾滴酚酞溶液),則鐵電極的電極反應式為 　。 電解一段時間后若要恢復原溶液的成分和濃度,應該采用　　　　　　　　的辦法。 (3)若利用裝置B進行銅的精煉,則a電極的材料為　　　　,工作一段時間后裝置B電解液中c(Cu2+)將　　　　(填“增大”“減小”或“不變”)。 (4)若裝置B中a為Ag棒,b為銅棒,W為AgNO3溶液,工作一段時間后發(fā)現(xiàn)銅棒增重2.16 g,則流經(jīng)電路的電子的物質(zhì)的量為　　　　。 參考答案 提升訓練11　電化學原理及其應用 1.C　A項,陽極OH-放電,正確;B項,陰極電極反應式為2H++2e-H2↑,故c(OH-)增大,pH增大,正確;C項,電解時陽離子移向陰極,錯誤;D項,陽極區(qū)的K+透過陽離子交換膜移向陰極區(qū),與陰極區(qū)的OH-結(jié)合成KOH,正確。 2.D　A項,吸氧腐蝕的正極反應式為O2+4e-+2H2O4OH-,正確;B項,若把石墨電極改為Mg電極,此時Mg作負極,鐵不會失電子,不會有鐵銹生成,正確;C項,若向自來水中加入少量NaCl(s),溶液中離子濃度增大,腐蝕變快,正確;D項,若斷開連接石墨和鐵的導線,因鐵中含有雜質(zhì),仍會發(fā)生腐蝕,錯誤。 3.C　A項,電解精煉銅時,應該用粗銅作陽極,純銅作陰極,錯誤;B項,鐵上鍍銀時,應該用銀作陽極,鐵作陰極,錯誤;C項,該項是外加電流的陰極保護法,正確;D項,銅鋅原電池中,鋅應插入ZnSO4溶液中,銅應插入CuSO4溶液中,錯誤。 4.D　A項,根據(jù)電池裝置,Zn作負極,C為正極,高鐵酸鉀的氧化性很強,正極上高鐵酸鉀發(fā)生還原反應生成Fe(OH)3,正極電極反應式為FeO42-+4H2O+3e-Fe(OH)3+5OH-,正確;B項,若維持電流強度為1A,電池工作10min,通過電子為1A600s96500Cmol-1,則理論上消耗Zn的質(zhì)量為1A600s96500Cmol-11265gmol-1≈0.2g,正確;C項,鹽橋中陰離子向負極移動,鹽橋起的作用是使兩個半電池連成一個通路,使兩溶液保持電中性,起到平衡電荷、構成閉合回路的作用,放電時鹽橋中氯離子向右池移動,正確;D項,用某種高分子材料制成陽離子交換膜代替鹽橋,則鉀離子向左移動,錯誤。 5.C　電解HCl溶液生成氫氣和氯氣,電解CuCl2溶液生成Cu和氯氣,電解Ba(OH)2溶液生成氫氣和氧氣,故A不選;電解NaOH溶液生成氫氣和氧氣,電解CuSO4溶液生成Cu、氧氣、硫酸,電解H2SO4溶液生成氫氣和氧氣,故B不選;電解NaOH溶液、H2SO4溶液、Ba(OH)2溶液,均只生成氫氣和氧氣,故C選;電解NaBr溶液生成溴、氫氣、NaOH,電解H2SO4溶液生成氫氣和氧氣,電解Ba(OH)2溶液生成氫氣和氧氣,故D不選。 6.D　根據(jù)Na+、SO32-的移向判斷陰、陽極。Na+移向陰極區(qū),a極應接電源負極,b極應接電源正極,其電極反應式分別為 陽極:SO32--2e-+H2OSO42-+2H+ 陰極:2H2O+2e-H2↑+2OH- 所以從C口流出的是H2SO4,在陰極區(qū)由于水中的H+放電,破壞水的電離平衡,c(H+)減小,c(OH-)增大,生成NaOH,堿性增強,從B口流出的是濃度較大的NaOH溶液。 7.C　該電池工作時生成氫氧化鈉溶液,而硅可以與氫氧化鈉反應,所以不能用晶體硅作電極材料,A不正確;Na4Si在電池的負極發(fā)生氧化反應,B不正確;電池正極的電極反應式為2H2O+2e-H2↑+2OH-,C正確;當電池轉(zhuǎn)移0.2mol電子時,可生成標準狀況下2.24LH2,D不正確。 8.B　溫度、壓強未知,無法計算22.4LNH3的物質(zhì)的量,A錯誤;該電池中通入氧氣的電極B為正極,電極A為負極,電子由電極A經(jīng)外電路流向電極B,B正確;電池工作時,OH-向負極移動,C錯誤;該電池電解質(zhì)溶液顯堿性,電極B上發(fā)生的電極反應為O2+2H2O+4e-4OH-,D錯誤。 9.D　石墨烯鋰硫電池的電極總反應式為2Li+S8Li2S8,Li失電子發(fā)生氧化反應,Li是負極材料。A項,金屬鋰的摩爾質(zhì)量小,單位質(zhì)量的Li放出電能明顯比其他堿金屬大,正確;B項,電池內(nèi)部陽離子向正極移動,則A電極為該電源的負極,發(fā)生氧化反應,正確;C項,B為電源的正極,發(fā)生的電極反應式為2Li++S8+2e-Li2S8,正確;D項,原電池的外電路中有電子轉(zhuǎn)移,而電池的內(nèi)部只有陰、陽離子的移動,沒有電子的移動,錯誤。 10.B　A項,根據(jù)圖示可知,在該原電池中,負極是Fe,電極反應式為Fe-2e-Fe2+,石墨為正極,正極上的電極反應式為Cu2++2e-Cu,正、負極電極反應式相加得Fe+Cu2+Fe2++Cu,正確;B項,鹽橋中是KNO3溶液,則根據(jù)同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引的原則,鹽橋中NO3-移向正電荷較多的甲燒杯,錯誤;C項,其他條件不變,若將CuCl2溶液換為NH4Cl溶液,由于溶液中陽離子獲得電子的能力:H+>NH4+,石墨電極上的正極反應式為2H++2e-H2↑,正確;D項,反應前,電極質(zhì)量相等,由于陽極發(fā)生反應Fe-2e-Fe2+,每轉(zhuǎn)移2mol電子,負極減少質(zhì)量56g,在正極發(fā)生反應Cu2++2e-Cu,質(zhì)量增加64g,兩個電極質(zhì)量相差120g,則電解一段時間后,兩電極質(zhì)量相差12g,則導線中通過電子的物質(zhì)的量為(12120)2mol=0.2mol,正確。 11.B　電解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液,陽極上的電極反應式:4OH--4e2H2O+O2↑,當產(chǎn)生22.4L即1mol(標準狀況)氧氣時,轉(zhuǎn)移電子4mol,陰極上先發(fā)生電極反應:Cu2++2e-Cu,然后是:2H++2e-H2↑,在陰極上生成1mol氫氣時,轉(zhuǎn)移電子是2mol,所以銅離子共得到2mol電子,所以銅離子的物質(zhì)的量為1mol,c(Cu2+)=2molL-1。根據(jù)c(Cu2+)=2molL-1,可知Cu(NO3)2的濃度是2molL-1,其中的c(NO3-)=4.0molL-1,又因原混合溶液中c(NO3-)=6.0molL-1,所以原混合溶液中硝酸鉀的濃度是2molL-1,所以c(K+)為2molL-1,A錯誤;根據(jù)出來什么補什么的原則,電解產(chǎn)物是1molCu、1molO2和1molH2,相當于1molCu(OH)2的組成,電解后加入1molCu(OH)2可使溶液復原,B正確;陽極上的電極反應式:4OH--4e-2H2O+O2↑,當產(chǎn)生22.4L即1mol(標準狀況)氧氣時,轉(zhuǎn)移電子4mol,消耗氫氧根離子4mol,陰極上發(fā)生了電極反應2H++2e-H2↑,在陰極上生成1mol氫氣時,轉(zhuǎn)移電子2mol,消耗氫離子2mol,所以電解后溶液中,如果忽略體積變化,則c(H+)=2mol0.5L=4molL-1,C錯誤;結(jié)合分析可知原溶液里c(Cu2+)=2molL-1,D錯誤。 12.答案: 參與電極反應,定向移動形成電流　CH4-8e-+10OH-CO32-+7H2O　不變　0.2 mol 解析: 甲烷失去電子轉(zhuǎn)化為CO2,CO2結(jié)合氫氧根生成碳酸根,則氫氧根的作用是參與電極反應,定向移動形成電流;負極通入甲烷,電極反應式為CH4-8e-+10OH-CO32-+7H2O。若電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.8NA,正極消耗氧氣0.2mol,生成氫氧根0.8mol,由于生成的氫氧根向負極移動,所以左側(cè)溶液pH不變。根據(jù)負極電極反應式可知右側(cè)甲烷消耗1mol氫氧根,所以右側(cè)的OH-物質(zhì)的量變化量為1mol-0.8mol=0.2mol。 13.答案: Ⅰ.(1)O2+2H2O+4e-4OH- (2) Ⅱ.(1)正　H2+2OH--2e-2H2O　減小 (2)2H++2e-H2↑　通入適量HCl (3)粗銅　減小 (4)0.02 mol 解析: Ⅰ.(1)電解質(zhì)溶液為NaCl溶液,呈中性,鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕。負極上鐵失電子發(fā)生氧化反應,正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應,電極反應式為O2+2H2O+4e-4OH-。 (2)Fe作電解池的陰極可被保護,所以給該裝置加外接電源,應使負極與鐵相連,電子從電源的負極流向鐵,其圖為。 Ⅱ.(1)裝置A為氫氧燃料電池,燃料在負極發(fā)生氧化反應:H2+2OH--2e-2H2O;因反應消耗OH-且生成水,導致電解質(zhì)溶液pH減小。(2)根據(jù)圖知,Y是正極,b是陰極,電解飽和食鹽水時,陰極上氫離子放電生成氫氣:2H++2e-H2↑,因為電解過程中放出氫氣和氯氣,所以要恢復原溶液的成分和濃度,應通入適量的HCl。 (3)電解法精煉銅時,粗銅為陽極,精銅為陰極,所以陽極材料是粗銅;陽極上失電子變成離子進入溶液,因作陽極的粗銅中的銅和比銅活潑的金屬都失去電子進入溶液,陰極溶液中Cu2+得到電子沉積在陰極上,所以,電解一段時間后,溶液中銅離子濃度減小。(4)構成的裝置為電鍍裝置,銅棒增重2.16g,為析出Ag的質(zhì)量,則n(Ag)=2.16g108gmol-1=0.02mol,故流經(jīng)電路的電子的物質(zhì)的量為0.02mol。