高中化学选择性必修1第4章 高分进阶特训

第四章高分进阶特训(题目较难，选做)一、选择题1．(山东卷)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。下列说法错误的是()A．负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－=2CO2＋7H＋B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜C．当电路中转移1mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5gD．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1【答案】B【解析】据图可知a极上CH3COO－转化为CO2和H＋，C元素被氧化，所以a极为该原电池的负极，则b极为正极，结合电荷守恒可得电极反应式，A正确；为了实现海水的淡化，模拟海水中的氯离子需要移向负极，即a极，则隔膜1为阴离子交换膜，钠离子需要移向正极，即b极，则隔膜2为阳离子交换膜，B错误；当电路中转移1mol电子时，根据电荷守恒可知，海水中会有1molCl－移向负极，同时有1molNa＋移向正极，即除去1molNaCl，质量为58.5g，C正确；b极为正极，水溶液为酸性，所以氢离子得电子产生氢气，电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，所以当转移8mol电子时，正极产生4mol气体，根据负极反应式可知负极产生2mol气体，物质的量之比为4∶2＝2∶1，D正确。2．(天津卷)熔融钠－硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为2Na＋xSeq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))Na2Sx(x＝5～3，难溶于熔融硫)。下列说法错误的是()A．Na2S4的电子式为Na＋[eq\o(S,\s\up6(··),\s\do4(··))eq\o(S,\s\up6(··),\s\do4(··))eq\o(S,\s\up6(··),\s\do4(··))eq\o(S,\s\up6(··),\s\do4(··))]2－Na＋B．放电时正极反应为xS＋2Na＋＋2e－=Na2SxC．Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极D．该电池是以Na－β－Al2O3为隔膜的二次电池【答案】C【解析】Na2S4中Seq\o\al(2－,4)中硫原子间以非极性键结合，A正确；反应中S发生还原反应，则放电时正极反应为xS＋2Na＋＋2e－=Na2Sx，B正确；熔融钠电极为负极，熔融硫(含碳粉)电极为正极，C错误；熔融钠为负极，熔融硫(含碳粉)为正极，正、负极之间以Na－β－Al2O3为隔膜，且该电池可充电，为二次电池，D正确。3．(浙江7月选考)电解高浓度RCOONa(羧酸钠)的NaOH溶液，在阳极RCOO－放电可得到R—R(烷烃)。下列说法不正确的是()A．电解总反应方程式：2RCOONa＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))R—R＋2CO2↑＋H2↑＋2NaOHB．RCOO－在阳极放电，发生氧化反应C．阴极的电极反应：2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑D．电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷【答案】A【解析】溶液呈碱性，不能产生CO2，A错误；RCOO－在阳极放电，化合价升高，发生氧化反应，B正确；水电离产生的H＋在阴极得电子产生H2，其电极反应式为2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，C正确；RCOO－转化为R－R可以理解为脱去一个C和两个O，产生R—，继而产生R—R，故CH3COONa、CH3CH2COONa溶液中的CH3COO－、CH3CH2COO－，脱去一个C和两个O后，产生CH3—，CH3CH2—，继而产物可能是乙烷、丙烷、丁烷，D正确。4．(全国卷Ⅲ)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)－空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋16OH－－11e－=VOeq\o\al(3－,4)＋2B(OH)eq\o\al(－,4)＋4H2O。该电池工作时，下列说法错误的是()A．负载通过0.04mol电子时，有0.224L(标准状况)O2参与反应B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高C．电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8B(OH)eq\o\al(－,4)＋4VOeq\o\al(3－,4)D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极【答案】B【解析】根据题中所给的VB2电极上的反应式可知，该原电池中VB2电极为负极，复合碳电极为正极。则在正极上通入的空气中的氧气发生得电子的反应生成OH－，反应的电极方程式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，电池的总反应方程式为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8B(OH)eq\o\al(－,4)＋4VOeq\o\al(3－,4)。当负极通过0.04mol电子时，正极也通过0.04mol电子，根据正极的电极方程式，通过0.04mol电子消耗0.01mol氧气，在标况下为0.224L，A正确；根据正负极的电极反应式可知，负极消耗OH－，pH降低，而正极区生成OH－，pH升高，B错误；依据负极反应式和正极反应式，在遵循电子守恒的基础上，将正、负极电极反应式加和可得总反应式，C正确；电流方向与电子的流向相反，电流方向为：正极(复合碳电极)→负载→负极(VB2电极)→KOH溶液→正极，D正确。5．(2019·天津卷)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌－碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确的是()A．放电时，a电极反应为I2Br－＋2e－=2I－＋Br－B．放电时，溶液中离子的数目增大C．充电时，b电极每增重0.65g,溶液中有0.02molI－被氧化D．充电时，a电极接外电源负极【答案】D【解析】根据离子和电子的移动方向可知，a电极是正极，b电极是负极。放电时，负极电极反应为Zn－2e－=Zn2＋，正极电极反应为I2Br－＋2e－=2I－＋Br－，显然A、B正确；充电时，b电极的电极反应为Zn2＋＋2e－=Zn，每增重0.65g转移0.02mole－，根据以上分析，可知溶液中有0.02molI－被氧化，C正确；充电时，a电极接电源正极，D错误。6．最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：①EDTA－Fe2＋－e－=EDTA－Fe3＋②2EDTA－Fe3＋＋H2S=2H＋＋S＋2EDTA－Fe2＋该装置工作时，下列叙述错误的是()A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－=CO＋H2OB．协同转化总反应：CO2＋H2S=CO＋H2O＋SC．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA－Fe3＋/EDTA－Fe2＋，溶液需为酸性【答案】C【解析】根据图示可知，ZnO@石墨烯电极上发生还原反应，则该电极为阴极，电极反应式为CO2＋2H＋＋2e－=CO＋H2O，A正确；根据题干信息及图中两电极上的反应可知，该电化学装置(电解池)中的总反应为CO2＋H2S=CO＋S＋H2O，B正确；石墨烯作阳极，ZnO@石墨烯作阴极，阳极上的电势高于阴极上的电势，C错误；若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA－Fe3＋/EDTA－Fe2＋，溶液需为酸性，否则Fe3＋、Fe2＋可形成沉淀，且H2S和S不能稳定存在，D正确。7．一种可充电锂－空气电池如图所示。当电池放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处生成Li2O2－x(x＝0或1)。下列说法正确的是()A．放电时，多孔碳材料电极为负极B．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极C．充电时，电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移D．充电时，电池总反应为Li2O2－x=2Li＋(1－eq\f(x,2))O2【答案】D【解析】放电时，该电池中锂作负极，多孔碳材料作正极，A错误；放电时，外电路电子由负极流向正极，即由锂电极流向多孔碳材料电极，B错误；充电时，锂电极作阴极，多孔碳材料电极作阳极，电解质溶液中Li＋应向锂电极区移动，C错误；充电反应与放电反应相反：Li2O2－x=2Li＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(x,2)))O2，D正确。8．某同学进行下列实验(已知Fe2＋与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色Fe3[Fe(CN)6]2沉淀)：操作现象取一块打磨过的生铁片，在其表面滴一滴含酚酞和K3[Fe(CN)6]的食盐水放置一段时间后，生铁片上出现如图所示“斑痕”，其边缘为红色，中心区域为蓝色，在两色环交界处出现铁锈下列说法不合理的是()A．生铁片发生吸氧腐蚀B．中心区的电极反应为Fe－2e－=Fe2＋C．边缘处的电极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－D．交界处发生的反应为4Fe2＋＋O2＋10H2O=4Fe(OH)3＋8H＋【答案】D【解析】生铁片边缘处为红色，说明生成了OH－，电极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，生铁片发生吸氧腐蚀，A、C合理；根据实验现象，中心区域为蓝色，说明生成了Fe2＋，电极反应为Fe－2e－=Fe2＋，B合理；在两色环交界处出现铁锈，是因为生成的氢氧化亚铁被氧气氧化生成了氢氧化铁，氢氧化铁生成铁锈，D不合理。9．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是()A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端生锈越严重B．图b中，开关由M改置于N时，Cu－Zn合金的腐蚀速率减小C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大D．图d中，Zn－MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的【答案】B【解析】A项，因液面处氧气的浓度大且与海水接触，故在液面处铁棒生锈最严重；C项，接通开关后形成原电池，Zn的腐蚀速率增大，H＋在Pt电极上放电产生H2；D项，该干电池自放电腐蚀是由NH4Cl产生的H＋的氧化作用引起的。10．(2019·全国卷Ⅰ)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是()A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋=2H＋＋2MV＋C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动【答案】B【解析】该过程是在室温条件下进行的，因此比现有工业合成氨的条件温和，同时还能提供电能，A正确；左池为负极区，MV＋在负极失电子发生氧化反应生成MV2＋，MV2＋在氢化酶的作用下与H2反应生成H＋和MV＋，B错误；右池为正极区，氮气发生还原反应生成氨气，C正确；左池中产生的氢离子通过交换膜向右池移动，即由负极区移向正极区，D正确。二、非选择题11．(1)(全国卷Ⅱ，节选)氯气是制备系列含氯化合物的主要原料，可采用如图所示的装置来制取。装置中的离子膜只允许________离子通过，氯气的逸出口是________(填标号)。(2)(全国卷Ⅱ，节选)CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如图所示：①阴极上的反应式为______________________。②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为________。(3)(江苏卷，节选)HCOOH燃料电池。研究HCOOH燃料电池性能的装置如图所示，两电极区间用允许K＋、H＋通过的半透膜隔开。①电池负极电极反应式为____________________；放电过程中需补充的物质A为________(填化学式)。②图中所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为__________________________________。【答案】(1)Na＋a(2)①CO2＋2e－=CO＋O2－②6∶5(3)①HCOO－＋2OH－－2e－=HCOeq\o\al(－,3)＋H2OH2SO4②2HCOOH＋2OH－＋O2=2HCOeq\o\al(－,3)＋2H2O【解析】(1)根据图示，电解食盐水制备氯气时，阳极产生氯气，从a口逸出，钠离子通过离子交换膜进入阴极区生成NaOH。(2)①根据图示，阴极反应物为CO2，电极反应式为CO2＋2e－=CO＋O2－。②阳极反应式为6CH4＋5O2－－10e－=CH3CH3＋2C2H4＋5H2O；根据电子守恒，6CH4～10e－～5CO2，消耗的CH4与CO2体积之比为6∶5。(3)①该装置为原电池，负极失去电子，HCOO－中的C为＋2价，转化为HCOeq\o\al(－,3)中的C为＋4价，化合价升高失去电子，则1molHCOO－转化为1molHCOeq\o\al(－,3)，转移2mole－，电解质为KOH，故用OH－平衡电荷。正极处为Fe3＋得电子生成Fe2＋，Fe2＋又被O2氧化生成Fe3＋，此反应为酸性条件，若为碱性条件，则生成Fe(OH)3，据装置中流出K2SO4，K＋从负极区经半透膜移向正极区，则物质A应为H2SO4。②HCOOH被O2氧化生成HCOeq\o\al(－,3)，根据C、O得失电子守恒配平反应，用OH－平衡电荷。12．(1)(2019·北京卷，节选)可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如下。通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。①制H2时，连接________。产生H2的电极方程式是______________。②改变开关连接方式，可得O2。③结合①和②中电极3的电极反应式，说明电极3的作用：____________________________。(2)(2019·全国卷Ⅱ，节选)环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2]，结构简式为)，后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如下图所示，其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。该电解池的阳极为____________，总反应为____________________________________________。电解制备需要在无水条件下进行，原因为____________________________。(3)(2019·全国卷Ⅲ，节选)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：负极区发生的反应有________________________________________(写反应方程式)。电路中转移1mol电子，需消耗氧气________L(标准状况)。【答案】(1)①K12H2O＋2e－=H2↑＋2OH－③制H2时，电极3发生反应：Ni(OH)2＋OH－－e－=NiOOH＋H2O。制O2时，上述电极反应逆向进行，使电极3得以循环使用(2)Fe电极Fe＋2=＋H2↑[或Fe＋2C5H6=Fe(C5H5)2＋H2↑]水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2(3)Fe3＋＋e－=Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋=4Fe3＋＋2H2O5.6【解析】(2)根据Fe的化合价升高为＋2价可知，Fe发生氧化反应，故Fe作阳极；根据二茂铁的分子式可知，两个环戊二烯去掉2个H原子，再结合所给信息，可得总反应方程式为Fe＋2=＋H2↑[或Fe＋2C5H6=Fe(C5H5)2＋H2↑]。有水存在的条件下，Na＋不能得到电子生成Na，而是H2O得电子生成H2和OH－，OH－会与Fe2＋反应生成Fe(OH)2。(3)根据图示可知，负极区(指电解池的阴极区)发生的电极反应(还原反应)为Fe3＋＋e－=Fe2＋，随之发生4Fe2＋＋O2＋4H＋=4Fe3＋＋2H2O。根据电子守恒可知，电路中每转移1mol电子消耗0.25molO2，在标准状况下的体积为5.6L。课后测评一、选择题(本题包括10小题,每小题2分,共20分。每小题只有一个选项符合题意)1.(山西运城高二月考)下列叙述正确的是()A.构成原电池正极和负极的材料必须是两种金属B.自然界中钢铁的腐蚀大部分都是吸氧腐蚀C.马口铁(镀锡铁)破损时与电解质溶液接触锡先被腐蚀D.铜锌原电池工作时,若有13g锌被溶解,电路中就有0.2mol电子通过答案B解析原电池的两极可为金属,也可为金属和非金属,常用石墨作正极,如果是燃料电池,两个电极都可为非金属,A错误;在弱酸性、中性或碱性环境中,钢铁发生吸氧腐蚀,在酸性较强时,钢铁发生析氢腐蚀,自然界中钢铁的腐蚀大部分都是吸氧腐蚀,B正确;锡、铁和电解质溶液构成的原电池中,铁易失电子作负极,锡作正极,所以铁易被腐蚀,C错误;铜锌原电池工作时,若有13g锌被溶解,电路中通过的电子为13g65g·mo2.下列叙述正确的是()A.电解饱和食盐水制烧碱时,Fe作阳极,石墨作阴极B.电解氯化铜溶液时,阳极上产生的气体质量和阴极上析出的铜的质量相等C.钢铁在空气中发生电化学腐蚀时,铁作负极D.原电池工作时,阳离子移向电池的负极答案C解析电解饱和食盐水制烧碱时,阳极必须是惰性电极,A错误;电解氯化铜溶液时,实质是电解氯化铜本身,阳极上产生的气体质量和阴极上析出的铜的质量不相等,B错误;钢铁在空气中发生电化学腐蚀,不论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀,均是铁作负极,C正确;原电池工作时,阳离子移向电池的正极,D错误。3.利用如图装置电解四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]的水溶液制备四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]。下列说法正确的是()A.电极A上发生还原反应B.产物c是Cl2C.在a处收集(CH3)4NOHD.阳离子交换膜可提高(CH3)4NOH的纯度答案D解析在溶液中(CH3)4NCl完全电离生成(CH3)4N+和Cl-。该电解池中,阳极上发生反应2Cl--2e-Cl2↑,阴极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,中间为阳离子交换膜,则(CH3)4N+通过交换膜进入阴极区生成(CH3)4NOH,所以电极B为阴极,生成的c是氢气,电极A为阳极,发生氧化反应,生成的b为氯气,A、B错误。(CH3)4NOH在阴极区e处收集到,故C错误;阳离子交换膜只允许阳离子通过,阻止阴离子通过,可提高(CH3)4NOH的纯度,故D正确。4.化学用语是学习化学的重要工具,下列用来表示物质变化的化学用语中,正确的是()A.电解饱和食盐水时,阳极的电极反应为2Cl--2e-Cl2↑B.氢氧燃料电池的负极反应:O2+2H2O+4e-4OH-C.粗铜精炼时,与电源正极相连的是纯铜,电极反应为Cu-2e-Cu2+D.钢铁发生电化学腐蚀的正极反应:Fe-2e-Fe2+答案A解析在氢氧燃料电池的负极上反应的是氢气;粗铜精炼时,纯铜与电源的负极相连,电极反应为Cu2++2e-Cu;钢铁腐蚀的负极反应是Fe-2e-Fe2+。5.观察下列几个装置示意图,有关叙述正确的是()A.装置①中阳极上析出红色固体B.装置②的待镀铁制品应与电源正极相连C.装置③闭合电键后,外电路电子由a极流向b极D.装置④的离子交换膜允许阳离子、阴离子、水分子自由通过答案C解析装置①中阳极上氯离子放电生成氯气,故A错误;装置②是电镀装置,待镀铁制品作阴极,应与电源负极相连,故B错误;装置③闭合电键后,a极是负极,因此外电路电子由a极流向b极,故C正确;装置④的离子交换膜只允许阳离子、水分子自由通过,故D错误。6.某小组为研究电化学原理,设计右图装置,下列叙述不正确的是()A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为Cu2++2e-CuC.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色D.a和b分别连接直流电源正、负极,电压足够大时,Cu2+向铜电极移动答案D7.金属镍有广泛的用途,粗镍中含有少量的Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,用电解法制备高纯度的镍,下列叙述正确的是 ()A.阳极发生还原反应,其电极反应式为Ni2++2e-NiB.电解过程中,阳极减少的质量与阴极增加的质量相等C.电解后,溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+D.电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt答案D解析A项,阳极应发生氧化反应。C项,根据金属活动性顺序和金属阳离子的氧化强弱,阳极反应为Zn-2e-Zn2+、Fe-2e-Fe2+、Ni-2e-Ni2+,Cu、Pt在该条件下不失电子,阴极反应为Ni2++2e-Ni。比较两电极反应,因Zn、Fe、Ni的相对原子质量不等,当两极通过相同的电量时,阳极减少的质量与阴极增加的质量不等。8.(天津卷)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌—碘溴液流电池,其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液,提高电池的容量。下列叙述不正确的是()A.放电时,a电极反应为I2Br-+2e-2I-+Br-B.放电时,溶液中离子的数目增大C.充电时,b电极每增重0.65g,溶液中有0.02molI-被氧化D.充电时,a电极接外电源负极答案D解析根据离子和电子的移动方向可知,a电极是正极,b电极是负极。放电时,负极电极反应为Zn-2e-Zn2+,正极电极反应为I2Br-+2e-2I-+Br-,显然A、B正确;充电时,b电极电极反应为Zn2++2e-Zn,每增重0.65g转移0.02mole-,根据以上分析,可知溶液中有0.02molI-被氧化,C正确;充电时,阳极接电源正极,故D错误。9.(全国Ⅰ)支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是()A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整答案C解析外加电流法可使被保护的钢管桩上无腐蚀电流,A项正确;通电后,高硅铸铁为惰性阳极,钢管桩为阴极,外电路电子从阳极流向阴极,B项正确;由于高硅铸铁为惰性阳极,因此应是海水中的OH-失电子,2H2O-4e-O2↑+4H+,因此阳极材料不被损耗,C项错误;用外加电流法进行防腐时,应依据环境条件变化调整电流大小。10.按下图装置实验,若x轴表示流入阴极的电子的物质的量,则y轴可表示()①c(Ag+)②c(AgNO3)③a棒的质量④b棒的质量⑤溶液的pHA.①③B.③④C.①②④ D.①②⑤答案D解析该电解池中,随着电解的进行,c(Ag+)不变,c(AgNO3)不变,溶液的pH不变。因为阳极反应式为Ag-e-Ag+,阴极反应式为Ag++e-Ag,故b棒质量减小,a棒质量增大。二、选择题(本题包括5小题,每小题4分,共20分。每小题有一个或两个选项符合题意)11.(辽宁锦州模拟)肼(N2H4)暴露在空气中容易爆炸,但是以其为燃料的燃料电池是一种理想的电池,具有容量大、能量转化率高、产物无污染等特点,其工作原理如图所示,下列叙述正确的是()A.电池工作时,正极附近的pH增大B.当消耗1molO2时,有2molNa+由甲槽向乙槽迁移C.负极反应式为4OH-+N2H4-4e-N2↑+4H2OD.若去掉阳离子交换膜,电池也能正常工作答案AC12.(江苏南京高二月考)下图是半导体光电化学电池光解水制氢的反应原理示意图。在光照下,电子由价带跃迁到导带后,然后流向对电极。下列说法不正确的是()A.对电极的电极反应:2H++2e-H2↑B.半导体电极发生还原反应C.电解质溶液中阳离子向对电极移动D.整个过程中实现了太阳能→化学能→电能的转化答案BD解析由图示分析可知在对电极上发生的反应是水电离出的氢离子得到电子生成氢气,电极反应为2H++2e-H2↑,A说法正确;在光照下,电子由价带跃迁到导带后,然后流向对电极,所以半导体电极为负极,发生氧化反应,B说法错误;阳离子向阴极移动,对电极为阴极,因此电解质溶液中阳离子向对电极移动,C说法正确;对图示过程分析可以知道,该装置是光能转化为电能,电能再转化为化学能的过程,D说法错误,故选BD。13.(全国Ⅲ)一种可充电锂—空气电池如图所示。当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。下列说法正确的是()A.放电时,多孔碳材料电极为负极B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极C.充电时,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移D.充电时,电池总反应为Li2O2-x2Li+(1-x2)O2答案D解析放电时,该电池中锂作负极,多孔碳材料作正极,A项错误;放电时,外电路电子由负极流向正极,即由锂电极流向多孔碳材料电极,B项错误;充电时,锂电极作阴极,多孔碳材料电极作阳极,电解质溶液中Li+应向锂电极区移动,C项错误;充电反应与放电反应相反:Li2O2-x2Li+(1-x2)O2,D项正确。14.500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3-)=6.0mol·L-1,用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到22.4L气体(标准状况),假定电解后溶液体积仍为500mL,下列说法正确的是(A.原混合溶液中c(K+)为2mol·L-1B.上述电解过程中共转移4mol电子C.电解得到的Cu的物质的量为0.5molD.电解后溶液中c(H+)为2mol·L-1答案AB解析两极都收集到标准状况下的22.4L气体,说明阴极上发生的反应依次为:①Cu2++2e-Cu;②2H++2e-H2↑,阳极只生成O2:4OH--4e-O2↑+2H2O,n(H2)=n(O2)=1mol,则n(e-)=4mol,B正确。根据电子转移守恒得,原溶液中n(Cu2+)=1mol,根据电荷守恒有n(K+)+n(Cu2+)×2=n(NO3-),所以n(K+)=1mol,c(K+)=2mol·L-1,A正确。根据Cu析出后,溶液中只有KNO3和HNO3,由电荷守恒可推出c(H+)=4mol·L-1。15.(山东济南高二月考)雾霾中含有大量的污染物SO2、NO。工业上吸收工业尾气中的SO2和NO,获得Na2S2O3和NH4NO3产品的流程图如下(Ce为铈元素):下列说法错误的是()A.Na2S2O4中S元素的化合价为+3价B.装置Ⅱ消耗36g水生成4NA个H+(NA代表阿伏加德罗常数)C.装置Ⅲ用甲烷燃料电池进行电解,当消耗24g甲烷时,理论上可再生10molCe4+D.装置Ⅳ获得粗产品NH4NO3的实验操作依次为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等答案C解析根据化合物中元素正负化合价代数和等于0可知,Na2S2O4中硫元素的化合价为+3价,A正确;36g水的物质的量是2mol,在装置Ⅱ中发生反应NO+2H2O+3Ce4+3Ce3++NO3-+4H+,NO+H2O+Ce4+Ce3++NO2-+2H+,可见两个反应都是消耗1molH2O,产生2molH+,则反应消耗2molH2O,就产生4molH+,生成H+的数目等于4NA,B正确;24g甲烷的物质的量为n(CH4)=24g16g·mol-1=1.5mol,在碱性甲烷燃料电池中,通入甲烷的电极为负极,失去电子发生氧化反应,电极反应为CH4-8e-+10OH-CO32-+7H2O,1molCH4反应失去8mol电子,则1.5molCH4完全反应转移电子的物质的量为n(e-)=8×1.5mol=12mol,由于在同一闭合回路中电子转移数目相等,所以当消耗24g甲烷时,理论上可再生12molCe4+,C错误;由于三、非选择题(本题共5小题,共60分)16.(12分)如图是一个甲烷燃料电池工作时的示意图,乙池中的两个电极一个是石墨电极,一个是铁电极,工作时,M、N两个电极的质量都不减少,请回答下列问题:(1)M电极的材料是,其电极名称是,

N的电极反应式为,

乙池的总反应是,

通入甲烷的铂电极的电极反应式为

。

(2)在此过程中,乙池中某一电极析出金属银4.32g时,甲池中理论上消耗氧气L(标准状况下),若此时乙池溶液的体积为400mL,则乙池溶液的H+的浓度为。

答案(1)铁阴极4OH--4e-O2↑+2H2O4AgNO3+2H2O4Ag+4HNO3+O2↑CH4+10OH--8e-CO32-+7H2(2)0.2240.1mol·L-117.(12分)如图装置所示,C、D、E、F都是惰性电极,甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变),A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后,F极附近呈红色。请回答:(1)B极是电源的,一段时间后,甲中溶液颜色。

(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时,对应单质的物质的量之比为。

(3)现用丙装置给铜件镀银,则H应是,电镀液是溶液。

(4)若将C电极换为铁,其他装置都不变,则甲中发生的总反应的离子方程式为。

答案(1)负极变浅(2)1∶2∶2∶2(3)铜件AgNO3(4)Fe+Cu2+Cu+Fe2+解析(1)F极附近溶液呈红色,说明F极是阴极,产生了NaOH,则B极是电源的负极。(2)甲中,C极为阳极,阳极发生氧化反应:4OH--4e-2H2O+O2↑;D极为阴极,阴极发生还原反应:2Cu2++4e-2Cu。乙中,E极为阳极,电极反应为4Cl--4e-2Cl2↑,F极为阴极,电极反应为4H++4e-2H2↑。甲、乙串联,转移电子的数目相同,故C、D、E、F电极产生单质的物质的量之比为n(O2)∶n(Cu)∶n(Cl2)∶n(H2)=1∶2∶2∶2。(3)H极与电源负极相连,H极为阴极,电镀时,镀件应作阴极,即H应该是镀件,电镀液可以是AgNO3溶液。(4)若C电极为铁,铁为活性电极,阳极反应为Fe-2e-Fe2+,阴极反应为Cu2++2e-Cu,总反应为Fe+Cu2+Cu+Fe2+。18.(10分)金属铬和氢气在工业上都有重要的用途。已知:铬能与稀硫酸反应生成氢气和硫酸亚铬(CrSO4)。(1)铜和铬构成的原电池装置如图1所示,其中盛有稀硫酸的烧杯中出现的现象为。盐桥中装的是含饱和KCl溶液的琼胶,下列关于该原电池的说法正确的是(填序号)。

A.盐桥的作用是使整个装置构成通路并保持溶液呈电中性,凡是有盐桥的原电池,盐桥中均可以盛装含饱和KCl溶液的琼胶B.理论上溶解1molCr,盐桥中将有2molCl-进入左烧杯中,2molK+进入右烧杯中C.在原电池反应中H+得电子发生氧化反应D.电子从铬电极通过导线到铜电极,又通过盐桥转移到左烧杯中(2)铜和铬构成的另一原电池装置如图2所示,铜电极上不再有图1装置中铜电极上出现的现象,铬电极上产生大量气泡,且气体遇空气呈红棕色。写出该原电池正极的电极反应:。

(3)CrO3和K2Cr2O7均易溶于水,它们是工业废水造成铬污染的主要原因。要将Cr(Ⅵ)转化为Cr(Ⅲ)常见的处理方法是电解法。将含Cr2O72-的废水通入电解槽内,用铁作阳极,在酸性环境中,加入适量的NaCl进行电解,使阳极生成的Fe2+和Cr2O72-发生反应,其离子方程式为。阴极上Cr2O72-、H+、Fe3+都可能放电。若答案(1)铜电极上有气泡生成B(2)4H++NO3-+3e-NO↑+2H2O(3)Cr2O72-+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2OCr2O72-+14H++6e-解析(1)根据题中信息可知在图1装置中,铬失去电子生成Cr2+,氢离子在铜电极上得到电子生成氢气,故现象为铜电极上有气泡生成。若原电池的盐桥中盛装的是含饱和氯化钾溶液的琼胶,且电解质溶液中的溶质是硝酸银,则电解过程中会生成氯化银沉淀堵塞盐桥使离子移动不畅,盐桥中可换成含饱和KNO3溶液的琼胶,故A项错误;由电子守恒可知,溶解1molCr转移2mol电子,左烧杯中增加2mol正电荷,右烧杯中减少2mol正电荷,盐桥中将有2molCl-进入左烧杯中,2molK+进入右烧杯中,故B项正确;在原电池反应中氢离子得到电子发生还原反应,故C项错误;导线中发生移动的是电子,电解质溶液中发生移动的是离子,故电子无法通过盐桥转移到左烧杯中,故D项错误。(2)由实验现象可知,在图2装置中铬电极作正极,硝酸根离子在铬电极上得到电子发生还原反应转化为NO,所以正极电极反应为4H++NO3-+3e-NO↑+2H2O(3)根据题意可知,该溶液环境为酸性环境,则Fe2+和Cr2O72-发生的反应为Cr2O72-+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O,Cr2O72-放电的阴极电极反应为Cr2O72-19.(12分)(全国Ⅲ)KIO3是一种重要的无机化合物,可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题:(1)KIO3的化学名称是。

(2)利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示:“酸化反应”所得产物有KH(IO3)2、Cl2和KCl。“逐Cl2”采用的方法是。“滤液”中的溶质主要是。“调pH”中发生反应的化学方程式为

。

(3)KIO3也可采用“电解法”制备,装置如图所示。①写出电解时阴极的电极反应式。

②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为,其迁移方向是。

③与“电解法”相比,“KClO3氧化法”的主要不足之处有(写出一点)。

答案(1)碘酸钾(2)加热KClKH(IO3)2+KOH2KIO3+H2O(或HIO3+KOHKIO3+H2O)(3)①2H2O+2e-2OH-+H