-高中化学寒假作业4电化学基础含解析

PAGEPAGE12电化学基础1．某柔性屏手机的柔性电池以碳纳米管做电极材料，以吸收ZnSO4溶液的有机高聚物做固态电解质，其电池结构如图所示。电池总反应为：MnO2+Zn+(1+)H2O+ZnSO4eq\o(,\s\up8(放电),\s\do8(充电))MnOOH+ZnSO4[Zn(OH)2]3·xH2O下列说法中，正确的是（）A．放电时，Zn2+移向Zn膜B．充电时，含有Zn膜的碳纳米管纤维一端连接外电源正极C．放电时，电池的正极反应为：MnO2+e−+H2O=MnOOH+OH−D．放电时，电子由锌膜表面经有机高聚物至MnO2膜表面【答案】C【解析】A．放电时Zn为负极，MnO2为正极，则Zn2+移向MnO2膜，故A错误；B．放电时Zn为负极，则充电时Zn膜为阴极，与电源的负极连接，故B错误；C．放电过程正极上是二氧化锰得到电子生成MnOOH，电极反应为MnO2+e−+H2O=MnOOH+OH−，故C正确；D．放电时电子由锌膜经外电路流向MnO2膜表面，故D错误；答案为C。2．下列说法正确的是（）A．在船舶外壳装上锌块，用牺牲阳极的阴极保护法防止金属腐蚀B．电解精炼铜时，阳极泥中含有Zn、Fe、Au、Ag等金属C．电解精炼铜时，精炼过程溶液中的Cu2+浓度保持不变D．电镀铜时用待镀的金属制品作阳极，铜作阴极【答案】A【解析】A．在船舶外壳装上锌块，锌比铁活泼，锌做负极失去电子被氧化，保护了铁，称作牺牲阳极的阴极保护法防止金属腐蚀，故A正确；B．Zn、Fe的活泼性比铜强，先于Cu放电，所以电解精炼铜时，阳极泥中不含有Zn、Fe，含有Au、Ag等金属，故B错误；C．电解精炼铜时，阳极上锌、铁和铜失去电子，阴极上只有铜离子获得电子被还原，依据电子守恒，精炼过程溶液中的Cu2+浓度减少，故C错误；D．电镀过程中，镀件作阴极，镀层金属作阳极，所以电镀铜时用待镀的金属制品作阴极、铜作阳极，故D错误；故选：A。1．下列有关电池的说法不正确的是（）A．手机上用的锂离子电池属于二次电池B．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能C．锌锰干电池中，锌电极是负极D．铁件上镀铜，镀件连接电源的正极，用含Cu2+的盐溶液作电解质溶液2．如图所示的双液原电池，下列叙述正确的是（）A．负极的电极反应式是Ag++e−=AgB．Cu电极上发生氧化反应C．盐桥中的阳离子向左池移动D．外电路中，电流从Cu电极流向Ag电极3．常见的锌锰干电池工作时的反应为Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2。下列说法正确的是（）A．金属Zn所在的电极为正极 B．MnO2在正极处得到电子C．MnOOH中Mn元素的化合价为-1 D．电池放电时将电能转化为化学能4．利用如图装置探究铁的腐蚀与防护，下列说法错误的是（）A．装置Ⅰ中铁发生析氢腐蚀B．装置Ⅱ中铁电极上发生还原反应C．装置Ⅰ中石墨电极附近溶液pH上升D．装置Ⅱ模拟了牺牲阳极的阴极保护法5．一种处理SO2的电化学装置如图所示(已知电极a、b均为石墨烯电极，阳膜只允许H+通过)。下列说法错误的是（）A．a是该电池的负极B．b电极反应式：O2+4e−+4H+=2H2OC．一段时间后，阳膜左侧硫酸溶液的浓度减小D．反应过程中，氢离子从阳膜左侧向右侧移动6．在电解水制取H2和O2时，为了增强导电性，常常要加入一些电解质，下列电解质中不适宜加入的是（）A．KIB．NaNO3C．H2SO4D．Ba(OH)27．净化含尿素和酸性Cr2Oeq\o\al(2−,7)废水的微生物燃料电池工作原理如图。下列说法错误的是（）A．放电时，M室电极的电势低于N室电极B．放电时，负极的电极反应为CO(NH2)2+H2O-6e−=CO2↑+N2↑+6H+C．当废水中Cr2Oeq\o\al(2−,7)的浓度或酸性过大时，电池的效率都会降低D．1molCr2Oeq\o\al(2−,7)被净化时，有8molH+从M室迁移到N室8．氢氧电池以氢气作还原剂，氧气作氧化剂，电极为多孔镍，电解质溶液为30%的氢氧化钾溶液。以下有数种说法：①负极反应为O2+2H2O+4e−=4OH−；②负极反应为2H2+4OH−-4e−=4H2O；③电池工作时正极区pH升高，负极区pH下降；④电池工作时溶液中的阴离子移向正极。正确的组合是（）A．①③④B．②③C．②④D．①④9．纳米Fe2O3在常压电化学法合成氨过程中起催化作用。该电解装置如图所示。已知熔融NaOH—KOH为电解液，Fe2O3在发生反应时生成中间体Fe。下列说法正确的是（）A．惰性电极是电解池的阴极，发生还原反应B．产生2.24LO2时，转移的电子数为0.4NAC．惰性电极I的电极反应：Fe2O3+3H2O-6e−=2Fe+6OH−D．生成氨气的反应：2Fe+N2+3H2O=Fe2O3+2NH310．我国某科研机构研究表明，利用K2Cr2O7可实现含苯酚废水的有效处理，其工作原理如图所示。下列说法错误的是（）A．该电池不可以在高温下使用B．Na+通过阳离子交换膜移向M电极，Cl−通过阴离子交换膜移向N电极C．一段时间后，中间室中NaCl溶液的浓度减小D．M的电极反应式为C6H5OH-28e−+11H2O=6CO2↑+28H+11．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−+2H2O=4OH−B．电解后乙装置d电极附近溶液的pH不变C．c电极上的电极反应式为N2O4-2e−+H2O=N2O5+2H+D．甲中每消耗1molSO2，乙装置中有1molH+通过隔膜12．钢铁工业是国家工业的基础。请回答下列钢铁腐蚀、防护过程中的有关问题：(1)生产中可用盐酸来除铁锈。现将一生锈的铁片放入盐酸中，当铁锈被除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式是___________。(2)下列装置可防止铁棒被腐蚀的是___________。(3)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀，装置如图所示。①A电极对应的金属是___________(填元素名称)，B电极的电极反应是___________。②若电镀前铁、铜两片金属质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为5.12g，则电镀时电路中通过的电子为___________mol。③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更易被腐蚀，简要说明原因___________。13．如图是一个电化学过程的示意图，请按要求回答下列问题：(1)甲池是_______装置(填“原电池”或“电解池”)。(2)写出电极反应式：通入CH4的电极________；A(Fe)电极_______。

(3)反应一段时间后，甲池中消耗1.6g甲烷，则乙池中某电极的质量增加_____g。

(4)反应一段时间后，乙池中溶液成分发生了变化，想要完全恢复到电解前可加入的物质是____________________________。(5)某工厂烟气中主要含SO2，可用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如下图所示(电极材料为石墨)。①图中a极要连接电源的______(填“正”或“负”)极，C口流出的物质是______。②SOeq\o\al(2−,3)放电的电极反应式为______。14．下图是某氢氧燃料电池的结构示意图，电解质为硫酸溶液。氢气在催化剂作用下提供质子(H+)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为2H2+O2=2H2O，完成下列问题：(1)通H2的极为电池的________极(填“正”或“负”)。(2)b极上的电极反应式为________。(3)每转移0.1mol电子，消耗H2的体积为________L(标准状况下)。(4)若将氢气换成二乙醚(C4H10O)，将电解质溶液硫酸换成氢氧化钠溶液，去掉质子交换膜。①则a极的电极反应式为________。②电池工作一段时间后电解质溶液的pH______(填“增大”“减小”或“不变”)。(5)氢氧燃料电池为环境友好电池。而传统电池生产企业排放的工业废水中常含有Cu2+等重金属离子，直接排放会造成污染，目前在工业废水处理过程中，依据沉淀转化的原理，常用FeS等难溶物质作为沉淀剂除去这些离子。室温下Ksp(FeS)=6.3×10−18mol2·L−2，Ksp(CuS)=1.3×10−36mol2·L−2。请用离子方程式说明上述除杂的原理___________。15．用惰性电极电解400mL含CuSO40.02mol的硫酸铜溶液。（1）当外电路通过0.04mol电子时，溶液中c(H+)=__________mol/L(假设溶液体积不变)，阴极产物为________，其质量为______g，阳极产物为__________，其在标准状况的体积为________L，为使溶液恢复原状可向电解后的溶液中加入（）A．CuO1.60gB．CuCO32.48gC．Cu(OH)21.96gD．Cu2(OH)2CO34.44g（2）继续通电电解，当阴阳两极产生的气体体积相等时，外电路共通过了____mol电子，两极共产生了____L气体（标况下），溶液中氢离子的物质的量为_____mol，为使电解液恢复原状，可向电解液中加入（）A．0.02molCuO0.02molH2OB．0.02molCu(OH)2C．0.02molCu2(OH)2CO3D．0.02molCuCO3、0.02molH2O

1.【答案】D【解析】A．手机上的锂离子电池可以多次放电、充电，属于二次电池，故A正确；B．甲醇燃料电池属于原电池，可以将化学能转化为电能，故B正确；C．锌锰干电池中，锌失电子被氧化，为负极，故C正确；D．铁件上镀铜，则需要铜离子在铁件上被还原生成铜单质，所以铁镀件应为阴极连接电源的负极，故D错误；综上所述答案为D。2.【答案】B【解析】根据原电池反应原理，铜电极为负极，铜失去电子发生氧化反应；银电极为正极，铜离子得电子发生还原反应。A．负极铜失去电子，发生氧化反应，A错误；B．铜电极为负极，铜失去电子发生氧化反应，B正确；C．原电池中，阳离子向正极移动，故盐桥中的阳离子向银电极移动，向右池移动，C错误；D．铜电极为负极，铜失去电子，电子由Cu电极流向Ag电极；电流方向与电子方向相反，故电流从Ag电极流向Cu电极，D错误；答案选B。3.【答案】B【解析】A．在反应中，Zn失去电子，化合价升高，则金属Zn发生氧化反应，故金属Zn所在的电极为负极，A错误；B．MnO2中Mn元素呈+4价，MnOOH中Mn元素呈+3价，则在反应中MnO2得到电子，发生还原反应，故MnO2所在的电极为正极，B正确；C．MnOOH中Mn元素呈+3价，C错误；D．电池放电时，将化学能转化为电能，D错误；故选B。4.【答案】A【解析】装置Ⅰ中电解质溶液为中性，活泼金属铁作负极，发生氧化反应，正极反应为：O2+2H2O+4e−=4OH−，称为吸氧腐蚀，故A错误；B．装置Ⅱ中活泼金属锌作负极，则铁作正极，电极上发生还原反应，故B正确；C．装置Ⅰ中石墨电极作正极，电极反应为O2+2H2O+4e−=4OH−，则附近溶液pH上升，故C正确；D．装置Ⅱ中锌作负极，发生氧化反应，被腐蚀，铁作正极，没有被腐蚀，模拟了牺牲阳极的阴极保护法，故D正确；故选A。5.【答案】C【解析】A．左侧是SO2化合价升高生成硫酸，因此a是该电池的负极，故A正确；B．b电极是正极，氧气得到电子，因此b电极反应式：O2+4e−+4H+=2H2O，故B正确；C．左侧发生的电极反应式：SO2-2e−+2H2O=SOeq\o\al(2−,4)+4H+，因此一段时间后，阳膜左侧硫酸溶液的浓度增大，故C错误；D．原电池中“同性相吸”即反应过程中，氢离子从阳膜左侧向右侧移动，故D正确。故答案为C。6.【答案】A【解析】A．加入KI时，碘离子还原性大于氢氧根离子，阳极为I−放电，阴极H+放电，不是电解水，故A选；B．加入NaNO3，在阴极上析出氢气，阳极上析出氧气，增强了导电性，可以加入，故B不选；C．加入H2SO4时，在阴极上析出氢气，阳极上析出氧气，增强了导电性，可以加入，故C不选；D．加入Ba(OH)2时，在阴极上析出氢气，阳极上析出氧气，增强了导电性，可以加入，故D不选；答案选A。7.【答案】D【解析】由图可知，该装置为原电池，M室电极为负极，在微生物的作用下，CO(NH2)2在负极上失去电子发生氧化反应生成氮气和二氧化碳气体，电极反应式为CO(NH2)2+H2O-6e−=CO2↑+N2↑+6H+，N室电极为正极，在还原菌作用下，Cr2Oeq\o\al(2−,7)在正极上得到电子发生还原反应生成Cr3+，电极反应式为Cr2Oeq\o\al(2−,7)+6e−+14H+=2Cr3++7H2O，生成的Cr3+又转化为Cr(OH)3沉淀。A．放电时，正极的电势高于负极，则M室电极的电势低于N室电极，故A正确；B．放电时，在微生物的作用下，CO(NH2)2在负极上失去电子发生氧化反应生成氮气和二氧化碳气体，电极反应式为CO(NH2)2+H2O-6e−=CO2↑+N2↑+6H+，故B正确；C．蛋白质在强氧化剂作用下或强酸性溶液中会发生变性，当废水中Cr2Oeq\o\al(2−,7)的浓度或酸性过大时，还有菌的活性降低导致电池的效率降低，故C正确；D．由分析可知，当1molCr2Oeq\o\al(2−,7)被净化时，负极放电生成的6molH+从负极室迁移到正极室，故D错误；故选D。8.【答案】B【解析】①氢氧电池中，碱性条件下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为：O2+2H2O+4e−=4OH−，故错误；②氢氧电池中，碱性条件下，氢气在负极失去电子发生氧化反应生成水，电极反应式为：2H2+4OH−-4e−=4H2O，故正确；③电池工作时，正极的电极反应式为O2+2H2O+4e−=4OH−，放电有氢氧根离子生成，则正极区pH升高，负极的电极反应式为2H2+4OH−-4e−=4H2O，放电有氢氧根离子消耗，则负极区pH下降，故正确；④电池工作时溶液中的阳离子移向正极，阴离子移向负极，故错误；②③正确，故选B。9.【答案】D【解析】根据图示可知，惰性电极产生氧气，氧元素化合价升高，发生氧化反应，为电解池的阳极，惰性电极I为阴极。A．惰性电极产生氧气，氧元素化合价升高，发生氧化反应，故惰性电极为电解池的阳极，A错误；B．产生2.24LO2，未标注状态，故不能计算转移的电子数，B错误；C．根据图示可知，惰性电极I为阴极，反应得电子，电极反应式为：Fe2O3+3H2O+6e−=2Fe+6OH−，C错误；D．结合图示及阴极电极反应式可知，生成氨气的反应：2Fe+N2+3H2O=Fe2O3+2NH3，D正确；答案选D。10.【答案】B【解析】M极苯酚发生氧化反应转化为CO2，电极反应式为C6H5OH-28e−+11H2O=6CO2↑+28H+，M极为负极，负极附近阳离子增多；N极Cr2Oeq\o\al(2−,7)转化为Cr(OH)3，发生还原反应，电极反应式为Cr2Oeq\o\al(2−,7)+6e−+7H2O=2Cr(OH)3+8OH−，N极为正极，正极附近阴离子增多。A．该电池用微生物进行发酵反应，微生物的主要成分是蛋白质，高温会失去活性，因此该电池不可以在高温下使用，故A正确；B．根据图示可知M电极的苯酚转化为CO2为氧化反应，M极为负极，附近溶液中阳离子浓度增大，N极为正极，附近溶液中阴离子浓度增大，由于NaCl溶液被阳离子交换膜和阴离子交换膜隔离，Na+不能移向N极，Cl−不能移向M极，电池工作时，负极生成的H+透过阳离子交换膜进入NaCl溶液，正极生成的OH−透过阴离子交换膜进入NaCl溶液，故B错误；C．负极生成的H+透过阳离子交换膜进入NaCl溶液，正极生成的OH−透过阴离子交换膜进入NaCl溶液，与H+反应生产水，使NaCl溶液浓度减小，故C正确；D．在M极上苯酚发生氧化反应，做原电池的负极，电极反应式为C6H5OH-28e−+11H2O=6CO2↑+28H+，故D正确。故答案为B。11.【答案】B【解析】甲装置能自发的进行氧化还原反应且没有外接电源，所以是原电池，a极上二氧化硫失电子为负极，b上氧气得电子为正极，乙属于电解池，与电源的正极b相连的电极c为阳极，N2O4在阳极失电子生成N2O5，d为阴极，阴极上氢离子得电子生成氢气。A．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+可透过质子膜而进入右侧极室，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：O2+4e−+4H+=2H2O，A项错误；B．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项正确；C．c电极为阳极，发生氧化反应：N2O4-2e−+2HNO3=2N2O5+2H+，C项错误；D.依据电子转移数相同可知，甲装置的左侧的电极反应式：SO2-2e−+2H2O=4H++SOeq\o\al(2−,4)，可知消耗1molSO2电子转移数为2mol，乙装置中阳极N2O4-2e−+2HNO3=2N2O5+2H+，阴极反应为2H++2e−=H2↑，为了平衡电荷，则有2molH+通过隔膜，D项错误；答案选B。12.【答案】（1）2FeCl3+Fe=3FeCl2BD铜Cu2++2e−=Cu0.08铁比铜活泼，镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐蚀(其他合理答案也可)【解析】(1)铁锈的主要成分是Fe2O3，与盐酸反应生成FeCl3，FeCl3与Fe反应生成FeCl2，该反应属于化合反应；(2)A．Fe是金属，比石墨活泼，作为原电池的负极，被腐蚀，A不符合题意；B．Zn比Fe活泼，作为原电池的负极，被腐蚀，可以保护Fe棒，B符合题意；C．Fe棒浸入水中，水中溶解的氧气会使Fe发生吸氧腐蚀，C不符合题意；D．Fe棒作为电解池的阴极，属于外加电源的阴极保护法，可以保护Fe棒，D符合题意；故选BD；(3)①电镀池中，铁上镀铜，待镀金属为铁，做阴极，镀层铜做阳极，故A极的材料为Cu；②根据电极反应：阳极Cu-2e−=Cu2+，阴极Cu2++2e−=Cu，可知阳极被氧化的铜和阴极析出的铜相等，两极相差5.12g时，两极的质量变化均为2.56g，转移电子的物质的量为×2=0.08mol；③根据金属活动性：Zn>Fe>Cu，铁比铜活泼，镀铜铁的镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐蚀，而镀锌铁的镀层破坏后，Zn为原电池的负极，被腐蚀，正极的Fe不会被腐蚀。13.【答案】（1）原电池CH4-8e−+10OH−=COeq\o\al(2−,3)+7H2OAg++e−=Ag86.4gAg2O负较浓的硫酸SOeq\o\al(2−,3)-2e−+H2O=SOeq\o\al(2−,4)+2H+【解析】（1）甲池是燃料电池，将化学能转化为电能，属于原电池；（2）燃料电池中甲烷失电子，发生氧化反应，注意还要考虑电解质的后续反应，故电极反应式为CH4-8e−+10OH−=COeq\o\al(2−,3)+7H2O，铁与电源负极相连作阴极，溶液中银离子在阴极A得电子发生还原反应，电极反应式为：Ag++e−=Ag；（3）甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为CH4-8e−+10OH−=COeq\o\al(2−,3)+7H2O，消耗1.6g甲烷的物质的量为0.1mol，转移电子0.8mol，根据Ag++e−=Ag，乙池阴极增重银的质量为：0.8mol×108g/mol=86.4g；（4）乙池电池反应式为4AgNO3+2H2O=4Ag+O2↑+4HNO3，向溶液中加入氧化银，氧化银与硝酸反应又生成硝酸银和水，可使溶液恢复到电解前的状况；（5）①由图可知，Na+移向a极，所以a极为阴极，连接电源负极，b极为阳极，连接电源负极，SOeq\o\al(2−,3)失电子，发生氧化反应生成SOeq\o\al(2−,4)，所以C口流出较浓的硫酸；②SOeq\o\al(2−,3)在阳极放电，发生氧化反应生成硫酸根，电极反应式为：SOeq\o\al(2−,3)-2e−=SOeq\o\al(2−,4)+2H+。14.【答案】（1）负O2+4H++4e−=2H2O1.12LC4H10O－24e−+32OH−=4COeq\o\al(2−,3)+21H2O减小FeS(s)+Cu2+(aq)CuS(s)+Fe2+(aq)【解析】(1)电池总反应为2H2+O2=2H2O中氢气发生氧化反应，因此通H2的极为电池的负极，故答案为：负；(2)b极为正极，正极上氧气得到电子发生还原反应生成水，电极反应式为O2+4H++4e−=2H2O，故答案为：O2+4H++4e−=2H2O；(3)2H2+O2=2H2O反应中转移4个电子，因此每转移0.1mol电子，消耗H20.05mol，在标准状况下的体积为0.05mol×22.4L/mol=1.12L，故答案为：1.12L；(4)①若将氢气换成二乙醚(C4H10O)，a极仍为负极，将电解质溶液硫酸换成氢氧化钠溶液，负极上二乙醚失去电子生成碳酸根离子和水，电极反应式为C4H10O－24e−+32OH−=4COeq\o\al(2−,3)+21H2O，故答案为：C4H10O－24e−+32OH−=4COeq\o\al(2−,3)+21H2O；②二乙醚与氧气反应生成的二氧化碳会消耗溶液中的氢氧化钠，溶液的碱性减弱，因此电池工作一段时间后电解质溶液的pH减小，故答案为：减小；(5)室温下Ksp(