提升训练11 电化学原理及其应用1.(2022·温州统考)用电解法可提纯含有某种含氧酸根杂质的粗KOH溶液,其工作原理如图所示。 下列有关说法错误的是( )A.阳极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑B.通电后阴极区溶液pH会增大C.K+通过交换膜从阴极区移向阳极区D.纯净的KOH溶液从b口导出2.(2022·镇海中学检测)为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示的装置,下列有关说法中错误的是( )A.正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-B.将石墨电极改成Mg电极,难以观察到铁锈生成C.若向自来水中加入少量NaCl(s),可较快地看到铁锈D.断开连接石墨和铁的导线,铁便不会生锈3.下列有关电化学装置完全正确的是( )AB-7-\n铜的精炼铁上镀银CD防止Fe被腐蚀构成铜锌原电池4.(2022·严州中学模拟)高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛的用途。高铁酸钾(K2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂,而且高铁电池的研制也在进行中。如图是高铁电池的模拟实验装置,下列说法不正确的是( )A.该电池放电时正极的电极反应式为FeO42-+4H2O+3e-Fe(OH)3+5OH-B.若维持电流强度为1A,电池工作10min,理论上消耗0.2gZn(已知F=96500C·mol-1)C.盐桥中盛有饱和KCl溶液,此盐桥中氯离子向右池移动D.若用阳离子交换膜代替盐桥,则钾离子向右移动5.下列各组中,每种电解质溶液在惰性电极条件下电解时只生成氢气和氧气的是( )A.HCl、CuCl2、Ba(OH)2B.NaOH、CuSO4、H2SO4C.NaOH、H2SO4、Ba(OH)2D.NaBr、H2SO4、Ba(OH)26.(2022·普陀中学检测)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,其原理如图所示(电极材料为石墨),下列说法不正确的是( )A.图中a极要连接电源的负极B.C口流出的物质是硫酸C.SO32-放电的电极反应式为SO32--2e-+H2OSO42-+2H+D.B口附近溶液的碱性减弱7.(2022·浙江十校联考)最近一家瑞典公司发明了一种新型充电器“PowerTrekk”,仅仅需要一勺水,它便可以产生维持10小时手机使用的电量。其反应原理为Na4Si+5H2O2NaOH+Na2SiO3+4H2↑,则下列说法正确的是( )A.该电池可用晶体硅作电极材料-7-\nB.Na4Si在电池的负极发生还原反应,生成Na2SiO3C.电池正极发生的反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-D.当电池转移0.2mol电子时,可生成标准状况下1.12LH28.一种用于驱动潜艇的液氨—液氧燃料电池的工作原理示意如图,下列有关该电池说法正确的是( )A.该电池工作时,每消耗22.4LNH3转移3mol电子B.电子由电极A经外电路流向电极BC.电池工作时,OH-向电极B移动D.电极B上发生的电极反应为:O2+4H++4e-2H2O9.(2022·衢州检测)某手机电池采用了石墨烯电池,可充电5分钟,通话2小时。一种石墨烯锂硫电池(2Li+S8Li2S8)工作原理示意图如图所示。已知参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小称为该电池的比能量。下列有关该电池说法不正确的是( )石墨烯锂硫电池示意图A.金属锂是碱金属中比能量最高的电极材料B.A电极为该电源的负极,发生氧化反应C.B电极的电极反应式:2Li++S8+2e-Li2S8D.电子从A电极经过外电路流向B电极,再经过电解质流回A电极10.某小组同学用如图所示装置研究电化学原理。下列关于该原电池的说法不正确的是( )A.原电池的总反应为Fe+Cu2+Fe2++CuB.盐桥中是KNO3溶液,则盐桥中NO3-移向乙烧杯C.其他条件不变,若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液,石墨电极反应式为2H++2e-H2↑D.反应前,电极质量相等,一段时间后,两电极质量相差12g,导线中通过0.2mol电子11.500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3-)为6.0mol·L-1,用石墨电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收到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( )-7-\nA.原混合溶液中c(K+)为4mol·L-1B.电解后加入1molCu(OH)2可使溶液复原C.电解后溶液中c(H+)为8mol·L-1D.原溶液中c(Cu2+)为1mol·L-112.CH4可用于设计燃料电池,甲烷燃料电池的工作原理如图所示:原电池工作过程中OH-的作用是 ;负极电极反应式为 。 若电路中转移电子数为0.8NA,左侧溶液pH (填“增大”“减小”或“不变”)(忽略溶液体积的变化),右侧的OH-物质的量变化量为 。 13.Ⅰ.钢铁的电化学腐蚀原理,在酸性环境中发生析氢腐蚀,在中性或碱性环境中发生吸氧腐蚀。(1)写出图中石墨电极的电极反应式: 。 (2)将该装置作简单修改即可成为钢铁电化学防护的装置,请在图中虚线框内所示位置作出修改,并用箭头标出导线中电子移动方向。Ⅱ.电化学原理在化学工业中有广泛的应用,请根据如图回答问题。(1)装置A中的Y电极为 极,X电极的电极反应式为 ,工作一段时间后,电解质溶液的pH将 (填“增大”“减小”或“不变”)。 (2)若装置B中a为石墨电极、b为铁电极,W为饱和食盐水(滴有几滴酚酞溶液),则铁电极的电极反应式为 。 电解一段时间后若要恢复原溶液的成分和浓度,应该采用 的办法。 (3)若利用装置B进行铜的精炼,则a电极的材料为 ,工作一段时间后装置B电解液中c(Cu2+)将 (填“增大”“减小”或“不变”)。 (4)若装置B中a为Ag棒,b为铜棒,W为AgNO3溶液,工作一段时间后发现铜棒增重2.16g,则流经电路的电子的物质的量为 。
参考答案
提升训练11 电化学原理及其应用-7-\n1.C A项,阳极OH-放电,正确;B项,阴极电极反应式为2H++2e-H2↑,故c(OH-)增大,pH增大,正确;C项,电解时阳离子移向阴极,错误;D项,阳极区的K+透过阳离子交换膜移向阴极区,与阴极区的OH-结合成KOH,正确。2.D A项,吸氧腐蚀的正极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-,正确;B项,若把石墨电极改为Mg电极,此时Mg作负极,铁不会失电子,不会有铁锈生成,正确;C项,若向自来水中加入少量NaCl(s),溶液中离子浓度增大,腐蚀变快,正确;D项,若断开连接石墨和铁的导线,因铁中含有杂质,仍会发生腐蚀,错误。3.C A项,电解精炼铜时,应该用粗铜作阳极,纯铜作阴极,错误;B项,铁上镀银时,应该用银作阳极,铁作阴极,错误;C项,该项是外加电流的阴极保护法,正确;D项,铜锌原电池中,锌应插入ZnSO4溶液中,铜应插入CuSO4溶液中,错误。4.D A项,根据电池装置,Zn作负极,C为正极,高铁酸钾的氧化性很强,正极上高铁酸钾发生还原反应生成Fe(OH)3,正极电极反应式为FeO42-+4H2O+3e-Fe(OH)3+5OH-,正确;B项,若维持电流强度为1A,电池工作10min,通过电子为1A×600s96500C·mol-1,则理论上消耗Zn的质量为1A×600s96500C·mol-1×12×65g·mol-1≈0.2g,正确;C项,盐桥中阴离子向负极移动,盐桥起的作用是使两个半电池连成一个通路,使两溶液保持电中性,起到平衡电荷、构成闭合回路的作用,放电时盐桥中氯离子向右池移动,正确;D项,用某种高分子材料制成阳离子交换膜代替盐桥,则钾离子向左移动,错误。5.C 电解HCl溶液生成氢气和氯气,电解CuCl2溶液生成Cu和氯气,电解Ba(OH)2溶液生成氢气和氧气,故A不选;电解NaOH溶液生成氢气和氧气,电解CuSO4溶液生成Cu、氧气、硫酸,电解H2SO4溶液生成氢气和氧气,故B不选;电解NaOH溶液、H2SO4溶液、Ba(OH)2溶液,均只生成氢气和氧气,故C选;电解NaBr溶液生成溴、氢气、NaOH,电解H2SO4溶液生成氢气和氧气,电解Ba(OH)2溶液生成氢气和氧气,故D不选。6.D 根据Na+、SO32-的移向判断阴、阳极。Na+移向阴极区,a极应接电源负极,b极应接电源正极,其电极反应式分别为阳极:SO32--2e-+H2OSO42-+2H+阴极:2H2O+2e-H2↑+2OH-所以从C口流出的是H2SO4,在阴极区由于水中的H+放电,破坏水的电离平衡,c(H+)减小,c(OH-)增大,生成NaOH,碱性增强,从B口流出的是浓度较大的NaOH溶液。7.C 该电池工作时生成氢氧化钠溶液,而硅可以与氢氧化钠反应,所以不能用晶体硅作电极材料,A不正确;Na4Si在电池的负极发生氧化反应,B不正确;电池正极的电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,C正确;当电池转移0.2mol电子时,可生成标准状况下2.24LH2,D不正确。8.B 温度、压强未知,无法计算22.4LNH3的物质的量,A错误;该电池中通入氧气的电极B为正极,电极A为负极,电子由电极A经外电路流向电极B,B正确;电池工作时,OH-向负极移动,C错误;该电池电解质溶液显碱性,电极B上发生的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,D错误。9.D 石墨烯锂硫电池的电极总反应式为2Li+S8Li2S8-7-\n,Li失电子发生氧化反应,Li是负极材料。A项,金属锂的摩尔质量小,单位质量的Li放出电能明显比其他碱金属大,正确;B项,电池内部阳离子向正极移动,则A电极为该电源的负极,发生氧化反应,正确;C项,B为电源的正极,发生的电极反应式为2Li++S8+2e-Li2S8,正确;D项,原电池的外电路中有电子转移,而电池的内部只有阴、阳离子的移动,没有电子的移动,错误。10.B A项,根据图示可知,在该原电池中,负极是Fe,电极反应式为Fe-2e-Fe2+,石墨为正极,正极上的电极反应式为Cu2++2e-Cu,正、负极电极反应式相加得Fe+Cu2+Fe2++Cu,正确;B项,盐桥中是KNO3溶液,则根据同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引的原则,盐桥中NO3-移向正电荷较多的甲烧杯,错误;C项,其他条件不变,若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液,由于溶液中阳离子获得电子的能力:H+>NH4+,石墨电极上的正极反应式为2H++2e-H2↑,正确;D项,反应前,电极质量相等,由于阳极发生反应Fe-2e-Fe2+,每转移2mol电子,负极减少质量56g,在正极发生反应Cu2++2e-Cu,质量增加64g,两个电极质量相差120g,则电解一段时间后,两电极质量相差12g,则导线中通过电子的物质的量为(12÷120)×2mol=0.2mol,正确。11.B 电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液,阳极上的电极反应式:4OH--4e2H2O+O2↑,当产生22.4L即1mol(标准状况)氧气时,转移电子4mol,阴极上先发生电极反应:Cu2++2e-Cu,然后是:2H++2e-H2↑,在阴极上生成1mol氢气时,转移电子是2mol,所以铜离子共得到2mol电子,所以铜离子的物质的量为1mol,c(Cu2+)=2mol·L-1。根据c(Cu2+)=2mol·L-1,可知Cu(NO3)2的浓度是2mol·L-1,其中的c(NO3-)=4.0mol·L-1,又因原混合溶液中c(NO3-)=6.0mol·L-1,所以原混合溶液中硝酸钾的浓度是2mol·L-1,所以c(K+)为2mol·L-1,A错误;根据出来什么补什么的原则,电解产物是1molCu、1molO2和1molH2,相当于1molCu(OH)2的组成,电解后加入1molCu(OH)2可使溶液复原,B正确;阳极上的电极反应式:4OH--4e-2H2O+O2↑,当产生22.4L即1mol(标准状况)氧气时,转移电子4mol,消耗氢氧根离子4mol,阴极上发生了电极反应2H++2e-H2↑,在阴极上生成1mol氢气时,转移电子2mol,消耗氢离子2mol,所以电解后溶液中,如果忽略体积变化,则c(H+)=2mol0.5L=4mol·L-1,C错误;结合分析可知原溶液里c(Cu2+)=2mol·L-1,D错误。12.答案:参与电极反应,定向移动形成电流 CH4-8e-+10OH-CO32-+7H2O 不变 0.2mol解析:甲烷失去电子转化为CO2,CO2结合氢氧根生成碳酸根,则氢氧根的作用是参与电极反应,定向移动形成电流;负极通入甲烷,电极反应式为CH4-8e-+10OH-CO32-+7H2O。若电路中转移电子数为0.8NA,正极消耗氧气0.2mol,生成氢氧根0.8mol,由于生成的氢氧根向负极移动,所以左侧溶液pH不变。根据负极电极反应式可知右侧甲烷消耗1mol氢氧根,所以右侧的OH-物质的量变化量为1mol-0.8mol=0.2mol。13.答案:Ⅰ.(1)O2+2H2O+4e-4OH-(2)Ⅱ.(1)正 H2+2OH--2e-2H2O 减小(2)2H++2e-H2↑ 通入适量HCl(3)粗铜 减小(4)0.02mol解析:Ⅰ.(1)电解质溶液为NaCl溶液,呈中性,钢铁发生吸氧腐蚀。负极上铁失电子发生氧化反应,正极上氧气得电子发生还原反应,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-。-7-\n(2)Fe作电解池的阴极可被保护,所以给该装置加外接电源,应使负极与铁相连,电子从电源的负极流向铁,其图为。Ⅱ.(1)装置A为氢氧燃料电池,燃料在负极发生氧化反应:H2+2OH--2e-2H2O;因反应消耗OH-且生成水,导致电解质溶液pH减小。(2)根据图知,Y是正极,b是阴极,电解饱和食盐水时,阴极上氢离子放电生成氢气:2H++2e-H2↑,因为电解过程中放出氢气和氯气,所以要恢复原溶液的成分和浓度,应通入适量的HCl。(3)电解法精炼铜时,粗铜为阳极,精铜为阴极,所以阳极材料是粗铜;阳极上失电子变成离子进入溶液,因作阳极的粗铜中的铜和比铜活泼的金属都失去电子进入溶液,阴极溶液中Cu2+得到电子沉积在阴极上,所以,电解一段时间后,溶液中铜离子浓度减小。(4)构成的装置为电镀装置,铜棒增重2.16g,为析出Ag的质量,则n(Ag)=2.16g108g·mol-1=0.02mol,故流经电路的电子的物质的量为0.02mol。-7-
