2023届高中化学二轮复习-专题能力训练4-电化学基础.docx

专题能力训练4　电化学基础
一、选择题
1.(2021山东卷)以KOH溶液为离子导体,分别组成CH3OH—O2、N2H4—O2、
(CH3)2NNH2—O2清洁燃料电池,下列说法正确的是(　　)。
A.放电过程中,K+均向负极移动
B.放电过程中,KOH的物质的量均减小
C.消耗等质量燃料,(CH3)2NNH2—O2燃料电池的理论放电量最大
D.消耗1 mol O2时,理论上N2H4—O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L
2.(2022广西柳州高三二模)在金属氧化物电解池中,高温下电解H2O-CO2的混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式,基本原理如图所示。下列说法错误的是(　　)。

A.Y是电源的正极
B.阳极的电极反应式是2O2--4e-↑
C.总反应可表示为H2O+CO2H2+CO+O2
D.阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶2
3.利用膜技术原理和电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5,装置如图所示,下列说法正确的是(　　)。

A.电极b反应式是O2+4e-+2H2O4OH-
B.乙装置d电极附近溶液的pH增大
C.c电极上的电极反应式为N2O4-2e-+H2ON2O5+2H+
D.每转移2 mol e-生成2 mol N2O5和1 mol H2SO4
4.海水中含有大量Na+、Cl-及少量Ca2+、Mg2+、SO42-,用电渗析法对该海水样品进行淡化处理,如下图所示。下列说法正确的是(　　)。

A.b膜是阳离子交换膜
B.A极室产生气泡并伴有少量沉淀生成
C.淡化工作完成后A、B、C三室中pH大小为pHA电时,M电极接外电源负极,电解质溶液可选含Li+的水溶液
D.该电池每放电、充电一次,若均转移2 mol电子,理论上能固定标准状况下11.2 L CO2
二、非选择题
6.化学在能源开发与利用中起到十分关键的作用。甲烷是一种新型的绿色能源,又是一种重要的化工原料。甲烷燃料电池能量转化率高,具有广阔的发展前景,现用甲烷燃料电池进行如图实验(图中所用电极均为惰性电极)。

(1)电极b为　　　　极,溶液中OH-移向　　　(填“a”或“b”)极。 
(2)电极a处所发生的电极反应式为:  　 
(3)乙装置中所发生的总反应方程式为:  　。 
(4)若图乙装置中盛有100 mL 0.2 mol·L-1 AgNO3溶液,当甲烷燃料电池中消耗氧气56 mL(标准状况下)时,则此时图乙装置中溶液的pH=　　　　(溶液体积变化忽略不计),d极增重　　　　 g。 
7.(2022湖南邵阳高三期中考试)铁的腐蚀和防护与生产生活密切相关。
Ⅰ.研究铁的腐蚀
实验步骤如下:
步骤1:将铁粉放置于0.002 mol·L -1CuSO4溶液中浸泡,过滤后用水洗涤。
步骤2:向15.00 mL 1 mol·L -1 NaCl溶液(用盐酸调pH=1.78)中加入浸泡过的铁粉。
步骤3:采集溶液pH随时间变化的数据。

(1)第一阶段,主要发生析氢腐蚀,Cu上发生的电极反应为　　　　　　　　　　　。 
(2)第二、三阶段主要发生吸氧腐蚀。
①选取b点进行分析,经检验溶液中含有Fe2+,写出Fe被腐蚀的总反应　　　　　　　　　　　　　　　。 
②取b点溶液向其中滴加KSCN溶液无明显现象,加入稀盐酸后立即变红。写出b点Fe2+被氧化的离子方程式　　　　　　　　　　　　　　　。 
③依据b点发生的反应,分析第二阶段pH上升的原因是  　。 
Ⅱ.研究铁的防护
(3)在铁表面镀锌可有效防止铁被腐蚀
已知:Zn2+放电的速率缓慢且平稳,有利于得到致密、细腻的镀层。
①镀件Fe应与电源的　　　　　　　相连。 
②向ZnSO4电解液中加入NaCN溶液,将Zn2+转化为[Zn(CN)4]2-,电解得到的镀层更加致密、细腻,原因是   　。 
(4)电镀后的废水中含有CN-,一种测定其含量的方法是:取废水50 mL ,再加KI溶液1 mL ,用c0 mol·L-1AgNO3溶液滴定,消耗AgNO3溶液V0 mL 。已知:Ag++2CN-[Ag(CN)2]-(无色)　K=1.0×1021,Ag++I-AgI　K=1.2×1016。
①滴定终点的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
②废水中CN-的含量是　　　　　　　　　　　 g·L -1(填计算式)。 
8.人类活动产生的CO2长期积累会威胁生态环境,其减排问题受到全世界的关注。
(1)将煤燃烧产生的二氧化碳回收利用,可达到降低碳排放的目的。图1是通过光电转化原理以廉价原料制备新产品的示意图。写出图示转化过程中发生反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　。连接催化剂a、b的导线上电子流动方向是　　　　(填“a→b”或“b→a”)。 

图1
(2)工业上常用高浓度的K2CO3溶液吸收CO2得KHCO3溶液,再利用电解法使K2CO3溶液再生,其装置如图2所示,在阳极区附近发生的反应包括　　　　　　　　　　　　　　和H++HCO3-CO2↑+H2O。 

图2

参考答案

专题能力训练4　电化学基础
1.C　解析 本题考查电池放电过程中的离子移动方向及某些定量关系。电池放电过程中,阳离子向电池正极移动,A项说法错误;放电过程中,N2H4—O2燃料电池的总反应为N2H4+O2N2+2H2O,KOH的物质的量不会减小,B项说法错误由N2H4+O2N2+2H2O可知,消耗1 mol O2时,理论上生成1 mol N2,其在标准状况下的体积为22.4 L,D项说法错误;三种燃料电池中发生的总反应依次为:2CH3OH+3O2+4KOH2K2CO3+6H2O、N2H4+O2N2+2H2O、(CH3)2NNH2+4O2+4KOH2K2CO3+N2+6H2O,每转移1 mol电子,消耗三种燃料的质量依次为5.33 g、8 g、3.75 g,比较可知,消耗等质量燃料,(CH3)2NNH2—O2燃料电池的理论放电量最大,C项说法正确,符合题目要求。
2.D　解析 由图可知,产生H2和CO的电极上发生了还原反应,为电解池阴极,则X是电源的负极,Y为电源的正极,A项正确;金属氧化物为电解质,则阳极的反应式为2O2--4e-O2↑,B项正确;由图可知反应物为水和二氧化碳,生成物为氢气、一氧化碳和氧气,则该电解池的总反应可表示为H2O+CO2H2+CO+O2,C项正确;结合总反应H2O+CO2H2+CO+O2可知,阴极每产生1 mol H2和1 mol CO的同时阳极产生1 mol O2,则阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是2∶1,D项错误。
3.D　解析 甲装置为原电池,其中a电极为负极、b电极为正极,左侧加入了硫酸,其中的H+可透过质子膜进入右侧极室,所以右侧极室是酸性的,所以电极反应中不能生成OH-,而应生成水:O24e-+4H+2H2O,A项错误;乙装置是一个电解池,均采用了惰性电极,左侧为阳极,右侧d电极为阴极,其中盛放了硝酸水溶液,发生的反应为2H++2e-H2↑,虽然消耗了H+,但同时有等量的H+从阳极区迁移过来,故溶液的pH不变,B项错误;c电极为阳极,发生氧化反应:N2O4-2e-+2HNO32N2O5+2H+,C项错误;据C项的电极反应式N2O4-2e-+2HNO32N2O5+2H+,可以看出转移2 mol e-生成2 mol N2O5,根据甲装置左侧的电极反应式:SO2-2e-+2H2O4H++SO42-,可知转移2 mol e-生成1 mol H2SO4,D项正确。
4.A　解析 因为阴极上是阳离子反应,所以b膜为阳离子交换膜,A项正确; A室氯离子在阳极失电子产生氯气,但不产生沉淀,B项错误; 淡化工作完成后,A室氯离子失电子产生氯气,部分溶于水使溶液呈酸性,B室氢离子得电子产生氢气,氢氧根离子浓度增大,溶液呈碱性,C室溶液呈中性,因此pH大小为pHA接外电源负极,但电极M为Li电极,可与水发生反应,故不能用含Li+的水溶液作电解质溶液,故C错误;电池每放电一次转移2 mol电子就有0.5 mol碳生成,充电一次且每转移2 mol e-时生成0.5 mol O2,C+O2CO2,所以该电池每放、充2 mol电子一次,理论上能固定0.5 mol CO2,标准状况下为11.2 L CO2,故D正确。
6.答案 (1)正　a
(2)CH4+10OH--8e-CO32-+7H2O
(3)4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3
(4)1　1.08
解析 (1)氧气在b电极发生还原反应,b是正极;原电池中阴离子移向负极,故溶液中OH-移向a电极。
(2)电极a上发生氧化反应,电极反应式为CH4+10OH--8e-CO32-+7H2O。
(3)用惰性电极电解硝酸银溶液,发生的总反应方程式为4AgNO3+2H2O4Ag +O2↑+4HNO3。
(4)消耗氧气56 mL(标准状况下)时,转移电子0.01 mol,根据电子守恒,乙池生成n(H+)=0.01 mol,c(H+)=0.1 mol·L-1,pH=1;d电极生成0.01 mol的银,质量为1.08 g。
7.答案 (1)2H++2e-H2↑
(2)①2Fe+O2+4H+2Fe2++2H2O　②4Fe2++O2+10H2O4Fe(OH)3+8H+　③相同时间内铁被氧化成Fe2+消耗H+的量大于Fe2+被氧化成Fe(OH)3产生H+的量
(3)①负极
②通过反应Zn2++4CN-[Zn(CN)4]2-,c(Zn2+)降低,使得Zn2+放电速率减小,同时通过平衡的移动补充放电消耗的Zn2+,使其浓度保持相对稳定,达到放电速率平稳的作用
(4)①溶液中产生黄色沉淀,现象稳定不变时达终点　②26c0V025
解析 (1)由题意可知,第一阶段铁、铜在氯化钠酸性溶液中构成原电池发生析氢腐蚀,铜为原电池的正极,氢离子在正极得到电子发生还原反应生成氢气,电极反应式为2H++2e-H2↑。
(2)①由题意可知,b点铁、铜在氯化钠溶液中构成原电池发生吸氧腐蚀,总反应为酸性条件下铁、氧气与氢离子反应生成亚铁离子和水,反应的离子方程式为2Fe+O2+4H+2Fe2++2H2O;
②由b点溶液中滴加硫氰化钾溶液无明显现象,加入稀盐酸后立即变红可知,铁发生吸氧腐蚀生成的亚铁离子在溶液中与空气中的氧气反应生成氢氧化铁胶体和氢离子,反应的离子方程式为4Fe2++O2+10H2O4Fe(OH)3+8H+;
③由b点铁发生吸氧腐蚀生成亚铁离子和溶液中亚铁离子被氧化生成氢氧化铁胶体的方程式可知,相同时间内,铁被氧化生成亚铁离子消耗氢离子的量大于亚铁离子被氧化成氢氧化铁胶体生成氢离子的量,导致溶液的pH增大。
(3)①由电镀的工作原理可知,电镀时,与直流电源正极相连的锌作电镀池的阳极,与负极相连的镀件铁作阴极;
②电镀时,向硫酸锌电解液中加入氰化钠溶液,溶液中存在如下平衡Zn2++4CN-[Zn(CN)4]2-,溶液中锌离子浓度减小,使得锌离子在阴极放电速率减小,同时通过平衡的移动补充放电消耗的锌离子,使其浓度保持相对稳定,达到放电速率平稳的作用,使得阴极的镀层更加致密、细腻。
(4)①由平衡常数的大小可知,碘化钾为滴定的指示剂,当银离子与氰酸根离子完全反应时,滴入最后一滴硝酸银溶液,溶液中产生黄色沉淀,且沉淀不溶解时说明滴定达到终点;
②由终点时滴定消耗V0 mL c0 mol·L-1氰化钠溶液可知,50 mL 废水中氰酸根离子的浓度为c0mol·L-1×10-3 V0L ×2×26 g·mol-1 50×10-3L=26c0V025 g·L-1。
8.答案 (1)2CO2+2H2O2HCOOH+O2　a→b
(2)4OH--4e-2H2O+O2↑
解析 (1)根据图1可知反应物是CO2和H2O,生成物是HCOOH和O2,然后配平得:2CO2+2H2O2HCOOH+O2,反应过程中H2O失去电子生成O2和H+,CO2得到电子后与H+结合转化为HCOOH,所以电子流动方向是a→b。
(2)右侧为阳极区,生成物是O2和CO2,电极反应是4OH--4e-2H2O+O2↑和H++HCO3-CO2↑+H2O。

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