电化学
一、选择题(本题包括7个小题,每小题6分,共42分)
1.如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面图。下列说法正确的是( )
A.该电化学腐蚀为析氢腐蚀
C.A区域比B区域更易腐蚀
答案D
解析海水为弱酸性,发生吸氧腐蚀,在酸性较强的条件下才发生析氢腐蚀,A错误。在B处,海水与氧气接触,与Fe最易形成原电池,发生的吸氧腐蚀的程度最大,生成铁锈最多,B错误。在B处,海水与氧气接触,与Fe最易形成原电池,所以B区域比A区域更易腐蚀,C错误。Fe作负极失电子生成亚铁离子,则负极的电极反应:Fe-2e-Fe2+,D正确。 2.原电池中,B极逐渐变粗,A极逐渐变细,C为电解质溶液,则A、B、C应是下列各组中的( ) A.压电陶瓷驱动电源A是Zn,B是Cu,C为稀硫酸
B.A是Cu,B是Zn,C为稀硫酸
C.A是Fe,B是Ag,C为稀AgNO3溶液
D.A是Ag,B是Fe,C为稀AgNO3溶液
答案C
解析在原电池中,一般活泼金属作负极,失去电子发生氧化反应(金属被氧化)而逐渐溶解(或质量减轻);不活泼金属(或导电的非金属)作正极,发生还原反应有金属析出(质量增加)或有气体
放出;依据题意可知A为负极、B为正极,即活泼性A大于B,且A能从电解质溶液中置换出金属单质。只有C正确。
3.(2017海南高考,10)一种电化学制备NH3的装置如图所示,图中陶瓷在高温时可以传输H+。下列叙述错误的是( )
电路板测试台
A.Pd电极b为阴极
B.阴极的反应式为N2+6H++6e-2NH3
C.H+由阳极向阴极迁移
D.陶瓷可以隔离N2和H2
答案A
解析Pd电极b上是氢气发生氧化反应,Pd电极b为阳极,A错误。Pd电极a为阴极,N2发生还原反应,N2+6H++6e-2NH3,B正确。阳离子向阴极移动,C正确。陶瓷隔离N2和H2,使之分别在阴极、阳极放电,D正确。
4.图1是铜锌原电池示意图。图2中,x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量,y轴表示( )
图1
图2
A.铜棒的质量 B.c(Zn2+)
C.c(H+) D.c(S)
答案C
解析该装置构成原电池,Zn是负极,Cu是正极。在正极Cu附近溶液中的H+获得电子变为氢气,Cu电极的质量不变,A错误。由于Zn是负极,不断发生反应Zn-2e-Zn2+,所以溶液中c(Zn2+)增大,B错误。由于反应不断消耗H+,所以溶液的c(H+)逐渐降低,C正确。S不参加反应,其浓度不变,D错误。
5.我国科研人员以Zn和尖晶石型锰酸锌(ZnMn2O4)为电极材料,研制出一种水系锌离子电池。该电池的总反应方程式:xZn+Zn1-xMn2O4ZnMn2O4(0<x<1)。下列说法正确的是 ( )
A.充电时,Zn2+向ZnMn2O4电极迁移
B.充电时,阳极反应:ZnMn2O4-2xe-Zn1-xMn2O4+xZn2+
C.放电时,每转移1 mol e-,ZnMn2O4电极质量增加65 g
D.充放电过程中,只有Zn元素的化合价发生变化
答案B
解析充电时,Zn2+向Zn电极迁移,A错误。充电时,阳极发生氧化反应:ZnMn2O4-2xe-Zn1-xMn2O4+xZn2+,B正确。每转移1 mol e-,ZnMn2O4电极质量增加32.5 g,C错误。充放电过程中Mn元素的化合价也发生变化,D错误。
6.现代膜技术可使某种离子具有单向通过能力,常用于电解池、原电池中。电解NaB(OH)4溶液可制备H3BO3,其工作原理如图。下列叙述错误的是( )
A.M室发生的电极反应式:2H2O-4e-O2↑+4H+
B.N室:a<b
C.产品室发生的反应是B(OH+H+H3BO3+H2O
D.理论上每生成1 mol产品,阴极室可生成标准状况下5.6 L气体
答案D
解析M室为阳极室,水中的氢氧根离子放电,2H2O-4e-O2↑+4H+,A正确。N室,水中的氢离子放电,生成氢氧根离子,原料室中钠离子移动到无心磨床自动上料机N室,NaOH浓度增大,B正确。原料室中的B(OH移向产品室,M室中生成的H+移向产品室,二者反应生成产品,C正确。根据关系式:H3BO3~H+~H2,理论上每生成1 mol产品,阴极室可生成标准状况下11.2 L气体,D错误。
7.(2018北京理综,12)验证牺牲阳极的阴极保护法,实验如下(烧杯内均为经过酸化的3% NaCl溶液)。
① | ② |
| |
在Fe表面生成蓝沉淀 | 试管内无明显变化 |
③ |
|
试管内生成蓝沉淀 |
| |
下列说法不正确的是( )
A.对比②③,可以判定Zn保护了Fe
B.对比①②,K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化
C.验证Zn保护Fe时不能用①的方法
D.将Zn换成Cu,用①的方法可判断Fe比Cu活泼
答案D
电子围栏技术解析A项,对比②③可知,没有连接锌的Fe附近溶液在加入K3[Fe(CN)6]溶液后产生了蓝沉淀,说明Zn保护了Fe,正确;B项,对比①②可知,铁可能把Fe氧化为Fe2+,并进一步与Fe2+反应生成蓝沉淀,正确;C项,①生成蓝沉淀,说明有Fe2+生成,因而不能用于验证Zn保护Fe,正确;D项反光道钉,实验①中无论Fe作正极还是负极,Fe附近均产生蓝沉淀,故将Zn换成Cu,无法证明Fe比Cu活泼,错误。
二、非选择题(本题包括4个小题,共58分)
8.(12分)锂锰电池的体积小、性能优良,是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示,其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成LiMnO2。回答下列问题:
(1)外电路的电流方向是由 极流向 极。(填字母)
(2)电池正极反应式为 。
(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂? (填“是”或“否”),原因是 。
(4)MnO2可与KOH和KClO3在高温下反应,生成K2MnO4,反应的化学方程式为 。
K2MnO4在酸性溶液中歧化,生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为 。
答案(1)b a (2)MnO2+e-+Li+LiMnO2 (3)否 电极Li是活泼金属,能与水反应 (4)3MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O 2∶1
解析(1)结合所给装置图以及原电池反应原理,可知Li作负极材料,MnO2作正极材料,电子流向是从a→b,电流方向则是b→a。(2)根据题目中的信息“电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成LiMnO2”,所以正极的电极反应式MnO2+e-+Li+LiMnO2。(3)因为负极的电极材料Li是活泼的金属,能够与水发生反应,故不能用水代替电池中的混合有机溶剂。(4)由题目中的信息“MnO2可与KOH和KClO3在高温条件下反应,生成K2叉车轮辋MnO4”,可知该反应属于氧化还原反应,Mn元素化合价升高(),则Cl元素的化合价降低(),所以化学方程式为3MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O;根据“K2MnO4在酸性溶液中歧化,生成KMnO4(K2O4→KO4)和MnO2(K2O4→O2)”,结合电子得失守恒可得,生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为2∶1。
9.(14分)25 ℃时,用两个质量相同的铜棒作电极,电解500 mL 0.1 mol·L-1 H2SO4溶液,电解过程中,电解液的pH变化如表所示(假定溶液温度保持不变)。电解2 h后,取出电极,对电极进行干燥,并称量,测得两电极的质量差为9.6 g。已知,25 ℃时0.1 mol·L-1 CuSO4溶液的pH为
4.17。
时间/h | 0.5 | 1 | 1.5 | 2 |
pH | 1.3 | 2.4 | 3.0 | 3.0 |
| | | | |
(1)实验刚开始阶段电解池阴极发生反应的电极反应式为 。
(2)电解进行到1.5 h后,电解质溶液的pH不再发生变化的原因是 。
用离子反应方程式表示0.1 mol·L-1 CuSO4溶液的pH为4.17的原因: 。
(3)电解进行的2 h中,转移电子的总物质的量 (填“<”“=”或“>”)0.15 mol。
(4)若欲使所得电解质溶液复原到500 mL 0.1 mol·L-1 H2SO4溶液,应对溶液进行怎样处理? 。
答案(1)2H++2e-H2↑
(2)电解持续进行,H+电解完后,电解过程发生转变,阳极反应式为Cu-2e-Cu2+,阴极反应式为Cu2++2e-Cu,电解质溶液的组成、浓度不再发生变化,溶液的pH也不再发生变化 Cu2++2H2OCu(OH)2+2H+
(3)>
(4)向溶液中通入约0.05 mol H2S
解析根据题意及表中数据可知,电解刚开始阶段,阳极反应式是Cu-2e-Cu2+,阴极反应式为2H++2e-H2↑;随着电解的继续,溶液中Cu2+的浓度增大,此时阳极反应不变,而H+已被电解完,阴极反应则变成Cu2++2e-Cu;若电解过程中只有电镀铜的过程,阳极溶解的铜与阴极生成的铜质量相同,溶液的组成保持不变,则阳极铜的减少量为=4.8 g,转移电子的物质的量为0.15 mol,而实际上先有H2产生,后有电镀铜的过程,故实际转移电子的物质的量大于0.15 mol;要使溶液复原则需要通入H2S,H2S+CuSO4CuS↓+H2SO4。
10.(16分)某实验小组同学对电化学原理进行了一系列探究活动。
(1)如图为某实验小组依据氧化还原反应: (用离子方程式表示)设计的原电池装置,反应前,电极质量相等,一段时间后,两电极质量相差12 g,导线中通过 mol电子。
(2)其他条件不变,若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液,石墨电极反应式为 ,这是由于NH4Cl溶液显 (填“酸性”“碱性”或“中性”),用离子方程式表示溶液显此性的原因: ,用吸管吸出铁片附近溶液少许置于试管中,向其中滴加少量新制饱和氯水,写出发生反应的离子方程式: ,然后滴加几滴硫溶液,溶液变红,继续滴加过量新制饱和氯水,颜褪去,同学们对此做了多种假设,某同学的假设是:“溶液中的+3价铁被氧化为更高的价态。”如果+3价铁被氧化为Fe,试写出该反应的离子方程式: 。
