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单元评估检测(八)
第九章
(90分钟 100分)
一、选择题(本题包括7小题，每小题6分，共42分)
1.(2021·哈尔滨模拟)如图所示甲、乙两个装置，所盛溶液体积和浓度均相同且足量，当两装置电路中通过的电子都是1 mol时，下列说法不正确的是( )
A.溶液的质量变化：甲减小乙增大
B.溶液pH变化：甲减小乙增大
C.相同条件下产生气体的体积：V甲=V乙
D.电极反应式：甲中阴极为Cu2++2e-Cu，乙中负极为Mg-2e-Mg2+
【解析】选C。甲中总反应为2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑，乙中总反应为Mg+2HClMgCl2+H2↑，故甲溶液质量减小，乙溶液质量增大，A正确；甲中生成H2SO4，pH减小，乙中消耗盐酸，pH增大，B正确；当两装置电路中通过的电子都是1 mol时，甲中产生0.25 mol O2，乙中产生0.5 mol H2，故相同条件下，甲、乙中产生气体的体积比为1∶2，C错误；甲中阴极为Cu2+放电，电极反应为Cu2++2e-Cu，乙中负极为Mg放电，电极反应为Mg-2e-Mg2+，D正确。
【互动探究】
(1)写出甲装置图中阳极电极反应方程式。
提示：分析甲装置图可知为电解池，阳极应为阴离子放电，即OH-发生氧化反应，其电极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑。
(2)写出乙装置中正极电极反应方程式。
提示：乙装置为原电池装置，且电解质溶液为盐酸，依据金属活动挨次可知金属铝作正极发生还原反应，其电极反应式为2H++2e-H2↑。
2.(2021·长沙模拟)甲醇燃料电池被认为是21世纪电动汽车的最佳候选动力源，其工作原理如图所示。下列有关叙述正确的是( )
A.通氧气的一极为负极
B.H+从正极区通过交换膜移向负极区
C.通甲醇的一极的电极反应式为CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+
D.甲醇在正极发生反应，电子经过外电路流向负极
【解析】选C。外电路中电子从负极流向正极，内电路H+从负极移向正极，B、D错误；O2在正极发生还原反应，A错误；甲醇在负极发生氧化反应，负极反应式为CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+。
【加固训练】某化学小组构想将汽车尾气(NO、NO2)转化为重要的化工原料HNO3，其原理如图所示，其中A、B为多孔材料。下列说法正确的是( )
A.电解质溶液中电流的方向由B到A，电子的流向与之相反
B.电极A表面反应之一为NO-3e-+2H2ON+4H+
C.H+从右侧向左侧移动
D.该电池工作时，每转移4 mol电子，生成22.4 L O2
【解析】选B。该电池的工作原理(以NO为例)为4NO+3O2+2H2O4HNO3，则NO发生了氧化反应，故A极为负极，B极为正极。电子只能通过外电路，其流向为从A到B，A项错误；负极反应(以NO为例)为NO-3e-+2H2ON+4H+，B项正确；H+向正极移动，即从左侧向右侧移动，C项错误；电池工作时，每转移4 mol电子，消耗1 mol氧气，在标准状况下O2的体积为22.4 L，D项错误。
3.如图装置中，在U形管底部盛有CCl4，分别在U形管两端当心倒入饱和食盐水和稀硫酸溶液，并使a、b两处液面相平，然后分别塞上插有生铁丝的塞子，密封好，放置一段时间后，下列有关叙述中错误的是( )
A.铁丝在两处的腐蚀速率：a<b
B.a、b两处相同的电极反应式为Fe-2e-Fe2+
C.一段时间后，a处液面高于b处液面
D.生铁丝中的碳在a、b两处分别作原电池的负极和正极
【解析】选D。生铁发生析氢腐蚀的速率比吸氧腐蚀的速率大，故A正确；a处负极上铁失电子，正极上氧气得电子，b处负极上铁失电子，正极上氢离子得电子，所以a、b两处相同的电极反应式为Fe-2e-Fe2+，故B正确；a处发生吸氧腐蚀，b处发生析氢腐蚀，一段时间后，a处气体压强减小，b处气体压强增大，导致溶液从b处向a处移动，所以a处液面高于b处液面，故C正确；生铁中的碳在a、b两处都作正极，故D错误。
【加固训练】(2021·南京模拟)美国的“自由女神”历来被认为是美国民主自由的象征。但由于长期存在于潮湿环境中，女神的铜外壳与雕像内支撑它的铁支架已丢失了隔离作用，导致铁支架一层又一层地锈蚀，蓬松的氧化铁使支架体积膨胀，铆固的支架被撑断。对此现象的产生缘由解释不正确的是( )
A.氧化铁的形成主要是由于铁、铜及四周介质构成原电池
B.生锈过程中可能发生的反应有4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3
C.氧化铁的形成是由于铁与O2发生化学腐蚀
D.若是在干燥的环境中，女神可能会在更长时间内保持“健康状态”
【解析】选C。A项正确，由于铁、铜作为活泼性不同的两个电极，四周介质作为电解质溶液，可构成很多微小的原电池。B项正确，由于这是原电池总反应的后续反应。C项错误，由于氧化铁的形成是由于电化腐蚀后，氢氧化铁分解生成的，而非铁与O2发生化学腐蚀所致。D项正确，由于干燥的环境破坏了原电池构成的基本条件，女神像就不会发生电化腐蚀而在更长时间内保持“健康状态”。
4.(2021·滨州模拟)Li-SO2电池具有输出功率高和低温性能好等优点。其电解质是LiBr，溶剂是碳酸丙烯酯和乙腈，电池反应为2Li+2SO2Li2S2O4。下列说法正确的是( )
A.该电池反应为可逆反应
B.放电时，Li+向负极移动
C.充电时，阴极的电极反应式为Li++e-Li
D.该电池的电解质溶液可以换成LiBr的水溶液
【解析】选C。A中该电池的充、放电反应是在不同条件下进行的，故不是可逆反应，A错误；B中放电时，阳离子移向正极，B错误；D中因Li为电极，Li会与水反应，故不能改用LiBr的水溶液，D错误。
5.(2021·济南模拟)锂碘电池可用于心脏起搏器的电源。该电池反应为2Li(s)+I2(s)2LiI(s) ΔH<0，已知：4Li(s)+O2(g)2Li2O(s)
ΔH1=-324 kJ·mol-1，
4LiI(s)+O2(g)2Li2O(s)+2I2(s)
ΔH=-114 kJ·mol-1。
下列结论中，不正确的是( )
A.该电池反应2Li(s)+I2(s)2LiI(s)的ΔH=-105 kJ·mol-1
B.电池正极反应为Li-e-Li+
C.当有14 g Li消耗时，电路中转移2 mol e-
D.该电池放电过程中电池的总质量保持不变
【解析】选B。Li作负极，所以负极反应为Li-e-Li+，B选项错误。
6.(2021·秦皇岛模拟)近年来，加“碘”食盐较多地使用了碘酸钾(KIO3)，碘酸钾在工业上可用电解法制取。以石墨和不锈钢为电极，以KI溶液为电解液，在确定条件下电解，反应的化学方程式为KI+3H2OKIO3+3H2↑。下列有关说法不正确的是( )
A.电解转移3 mol e-时，理论上可制得KIO3107 g
B.电解时，石墨作阳极，不锈钢作阴极
C.电解时的阳极电极反应式：I--6e-+3H2OI+6H+
D.电解过程中电解质溶液的pH变小
【解析】选D。A项，化学方程式KI+3H2OKIO3+3H2↑，转移电子数6 mol，生成1 mol碘酸钾；每转移3 mol电子，理论上可得到0.5 mol无水KIO3晶体，即107 g，故A正确；B项，反应式为KI+3H2OKIO3+3H2↑，阳极是惰性电极，所以电解时，石墨作阳极，不锈钢作阴极，故B正确；C项，电解时的阳极发生失电子的氧化反应，阳极反应为I--6e-+3H2OI+6H+，故C正确；D项，总反应为KI+3H2OKIO3+3H2↑，pH不变，故D错误。
7.(2021·镇江模拟)下列叙述正确的是( )
A.如图1所示，若铜中含有杂质银，可形成原电池，且铜作负极
B.如图2所示，当有0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O生成
C.基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池如图2所示，铜电极发生还原反应
D.若图3所示的装置中发生Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+的反应，则X极是负极，Y极的材料可以是铜
【解析】选A。A项，铜可与Fe3+发生反应Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+，铜被氧化，发生失电子的氧化反应，若含有不活泼金属银，则可形成原电池，铜作负极，加快反应速率，正确；B项，若有0.1 mol电子转移时，有0.05 mol Cu2O生成，错误；C项，铜电极应发生失电子的氧化反应，错误；D项，X极应为铜，Y极不能为铜，错误。
二、非选择题(本题包括4小题，共58分)
8.(14分)(2021·宜春模拟)(1)碳酸盐燃料电池，以确定比例Li2CO3和Na2CO3低熔混合物为电解质，操作温度为650℃，在此温度下以镍为催化剂，以煤气(CO、H2的体积比为1∶1)直接作燃料，其工作原理如图所示。
①电池总反应为__。
②以此电源电解足量的硝酸银溶液，若阴极产物的质量为21.6 g，则阳极产生气体在标准状况下的体积为________L。电解后溶液体积为2 L，溶液的pH约为__________。
(2)某争辩小组利用下列装置用N2O4生产新型硝化剂N2O5。
①现以H2、O2、熔融盐Na2CO3组成燃料电池，接受电解法制备N2O5，装置如图所示，其中Y为CO2。在该电极上同时还引入CO2的目的是____________________。
②电解过程中，生成N2O5的电极反应方程式为____________________________。
【解析】(1)一氧化碳和氢气按物质的量比1∶1混合，再与氧气反应生成二氧化碳和水。电解硝酸银溶液阴极反应为Ag++e-Ag，阳极反应为4OH--4e-2H2O+O2↑，生成21.6 g银时转移0.2 mol电子，依据电子守恒可知，阳极生成氧气0.05 mol，其在标准状况下的体积为1.12 L。生成氢离子0.2 mol，氢离子的浓度为=0.1 mol·L-1，溶液的pH=1。
(2)燃料电池工作时燃料失电子，作负极，因此氢气作负极，失去电子被氧化，转化为氢离子，氢离子和碳酸根离子结合，最终转化为二氧化碳和水，氧气作正极，得到电子被还原，转化为氧负离子，氧负离子和二氧化碳结合，最终转化为碳酸根离子，进而保证了电解质熔融盐成分不变。N2O4转化为N2O5，氮元素化合价上升，发生氧化反应。
答案：(1)①CO+H2+O2CO2+H2O ②1.12 1
(2)①在电极上与O2共同转化为C，保持熔融盐成分不变
②N2O4+2HNO3-2e-2N2O5+2H+
【易错提示】分析燃料电池的两个易错点
(1)没有留意“溶液”的成分，是酸性、碱性还是熔融盐、固体电解质等。
(2)不能从所给图中分析电池的正负极，如图示中的电流方向、电子流向或两极上通入的物质等。
9.(16分)某化学爱好小组对电化学问题进行了试验探究。
Ⅰ.利用如图所示装置探究金属的防护措施，试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)某同学认为，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，他实行如下操作：
①取0.01 mol·L-1FeCl3溶液2 mL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取少量正极四周溶液加入2滴K3[Fe(CN)6]溶液，未见蓝色沉淀生成；
④取少量正极四周溶液加入2滴KSCN溶液，未见溶液变红。
据②、③、④现象得出的结论是____________________________________。
(4)该试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50 mL 0.5 mol·L-1的CuCl2溶液试验。
试验记录：
A.阳极上有黄绿色气体产生，该气体使潮湿的淀粉碘化钾试纸先变蓝后褪色(提示：Cl2氧化性大于I)；
B.电解一段时间以后，阴极表面除有铜吸附外，还毁灭了少量气泡和浅蓝色固体。
(1)分析试验记录A中试纸颜色变化，用离子方程式解释：
①_______________________________________________________________；
②_______________________________________________________________。
(2)分析试验记录B中浅蓝色固体可能是______________(写化学式)，试分析生成该物质的缘由：____________________。
【解析】Ⅰ.(1)锌比铁活泼，锌为负极，电极反应式为Zn-2e-Zn2+。(2)依据假设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四周溶液不含Fe2+和Fe3+。(4)防护钢铁腐蚀的措施有刷油漆、电化学疼惜法等。
Ⅱ.(1)阳极上有氯气产生，由于2I-+Cl2I2+2Cl-，该气体使潮湿的淀粉碘化钾试纸变蓝；当氯气过量时，会发生反应5Cl2+I2+6H2O10Cl-+2I+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)正极四周溶液不含Fe2+和Fe3+
(4)刷油漆(其他合理答案均可)
Ⅱ.(1)2I-+Cl2I2+2Cl-
5Cl2+I2+6H2O10Cl-+2I+12H+
(2)Cu(OH)2 电解一段时间后，Cu2+浓度下降，H+开头放电，溶液pH增大，Cu2+转化为Cu(OH)2
10.(13分)全钒液流电池是一种活性物质呈循环流淌液态的电池，目前钒电池技术已经趋近成熟。如图是钒电池基本工作原理示意图：
请回答下列问题：
(1)硫酸在电池技术和试验室中具有广泛的应用，在传统的铜锌原电池中，硫酸是__________________，试验室中配制硫酸亚铁时需要加入少量硫酸，硫酸的作用是__________________________________________________________。
(2)钒电池由溶解于确定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子(V2+、V3+、VO2+、V)为正极和负极的活性物质组成，电池总反应为VO2++V3++H2OV2++ V+2H+。放电时的正极反应式为________________________，充电时的阴极反应式为__________________________。放电过程中，电解液的pH__________(填“上升”“降低”或“不变”)。
(3)钒电池基本工作原理示意图中“正极电解液”可能是______。
a.V、VO2+混合液 b.V3+、V2+混合液
c.V溶液 d.VO2+溶液
e.V3+溶液 f.V2+溶液
(4)能够通过钒电池基本工作原理示意图中“隔膜”的离子是________。
【解析】(1)传统的铜锌原电池中，锌与酸反应生成氢气，故硫酸为电解质溶液；硫酸亚铁简洁水解，且水解显酸性，加入少量硫酸，可以抑制其水解变质。
(2)正极反应是还原反应，由电池总反应可知放电时的正极反应为V+2H++e-VO2++H2O；充电时，阴极反应为还原反应，故为V3+得电子生成V2+的反应。
(3)充电时阳极反应式为VO2++H2O-e-V+2H+，故充电完毕的正极电解液为V溶液，而放电完毕的正极电解液为VO2+溶液，故正极电解液可能是选项a、c、d。
(4)充电和放电过程中，正极电解液与负极电解液不能混合，起平衡电荷作用的是加入的酸，故H+可以通过隔膜。
答案：(1)电解质溶液 抑制硫酸亚铁的水解
(2)V+2H++e-VO2++H2O
V3++e-V2+ 上升
(3)a、c、d (4)H+
【加固训练】某课外小组分别用下图所示装置对原电池和电解池原理进行试验探究。
请回答：
Ⅰ.用图1所示装置进行第一组试验。
(1)在保证电极反应不变的状况下，不能替代Cu作电极的是______(填字母序号)。
A.铝 B.石墨 C.银 D.铂
(2)N极发生反应的电极反应式为________________________。
(3)试验过程中，S________________(填“从左向右”“从右向左”或“不”)移动；滤纸上能观看到的现象有________________________________________。
Ⅱ.用图2所示装置进行其次组试验。试验过程中，两极均有气体产生，Y极区溶液渐渐变成紫红色；停止试验，铁电极明显变细，电解液照旧澄清。查阅资料发觉，高铁酸根(Fe)在溶液中呈紫红色。
(4)电解过程中，X极区溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(5)电解过程中，Y极发生的电极反应为Fe-6e-+8OH-Fe+4H2O和4OH--4e-2H2O+O2↑，若在X极收集到1 344 mL气体，在Y极收集到168 mL气体(均已折算为标准状况时气体体积)，则Y电极(铁电极)质量削减______g。
【解析】Ⅰ.(1)由图1可知，左边装置是原电池，Cu电极是正极，电极材料不发生反应，要保证电极反应不变，代替铜电极的材料活泼性不如锌才可以，铝比锌活泼，故A不行以。
(2)N极连接原电池的负极锌，则N极为电解池的阴极，其电解的是NaOH溶液(实质是电解水)，电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-。
(3)原电池中，阴离子向负极移动，故S从右向左移动。铁(M)作电解池的阳极，失电子生成Fe2+，Fe2+与OH-结合生成Fe(OH)2，Fe(OH)2被空气中的氧气氧化生成红褐色沉淀，因此滤纸上会有红褐色斑点产生。
Ⅱ.(4)图2装置是电解池，X极为阴极，电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-，故pH增大。
(5)依据电子转移守恒可得关系式：
2=4+n(Fe)6，
解得n(Fe)=0.015 mol，m(Fe)=0.84 g。
答案：(1)A
(2)2H2O+2e-H2↑+2OH-
(3)从右向左 滤纸上有红褐色斑点产生(答出“红褐色斑点”或“红褐色沉淀”即可)
(4)增大 (5)0.84
11.(15分)最新争辩发觉，用隔膜电解法处理高浓度乙醛废水具有工艺流程简洁、电耗较低等优点，其原理是使乙醛分别在阴、阳极发生反应，转化为乙醇和乙酸，总反应为2CH3CHO+H2OCH3CH2OH+CH3COOH。试验室中，以确定浓度的乙醛-Na2SO4溶液为电解质溶液，模拟乙醛废水的处理过程，其装置示意图如图所示。
(1)若以甲烷燃料电池为直流电源，则燃料电池中b极应通入______________(填化学式)气体。
(2)电解过程中，两极除分别生成乙酸和乙醇外，均产生无色气体。电极反应如下：
阳极：①4OH--4e-O2↑+2H2O
②________________________________________________________________
阴极：①__________________________________________________________
②CH3CHO+2e-+2H2OCH3CH2OH+2OH-
(3)电解过程中，阴极区Na2SO4的物质的量________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)已知：乙醛、乙醇的沸点分别为20.8℃、78.4℃。从电解后阴极区的溶液中分别出乙醇粗品的方法是______________。
(5)在实际工艺处理中，阴极区乙醛的去除率可达60%。若在两极区分别注入1 m3乙醛的含量为3 000 mg·L-1的废水，可得到乙醇________kg(计算结果保留至小数点后1位)。
【解析】(3)电解过程中，Na+、S均没有损耗，所以Na2SO4的物质的量不变。
(4)分别两种沸点相差较大且互溶的液体，用蒸馏的方法。
(5)废水中CH3CHO的质量为3 g·L-11 000 L=3 kg
由关系 CH3CHO ～ CH3CH2OH
44 46
3 kg60% m
m=1.9 kg。
答案：(1)CH4
(2)CH3CHO-2e-+H2OCH3COOH+2H+
4H++4e-2H2↑或4H2O+4e-2H2↑+4OH-
(写成“2H++2e-H2↑”也可)
(3)不变 (4)蒸馏 (5)1.9
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