高考专题训练(十) 电化学原理及应用一、选择题1．(2022·郑州质量预测)综合如图判断，下列说法正确的是( )A．装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋B．装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动D．放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大解析 装置Ⅰ中，由于Zn比Fe活泼，所以Zn作原电池的负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；Fe作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。由于正极有OH－生成，因此溶液的pH增大。装置Ⅱ中，Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。正极由于不断消耗H＋，所以溶液的pH逐渐增大。据此可知A、B项皆错，D项正确。在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，所以C项错误。答案 D2．(2022·北京期末)铅蓄电池的结构示意图如图所示。下列说法正确的是( )A．放电时，N为负极，其电极反应式为PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2OB．放电时，c(H2SO4)不变，两极的质量增加C．充电时，阳极反应式为PbSO4＋2e－===Pb＋SOD．充电时，若N连电源正极，则该极生成PbO2解析 铅蓄电池放电时，负极(Pb)的电极反应式为Pb＋SO－2e－===PbSO4，正极(PbO29\n)的电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===2PbSO4＋2H2O，总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。因此，放电时N为正极，A项错误。放电时，c(H2SO4)减小，B项错误。充电是放电的逆过程，则充电时阳极反应式为PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO，故C项错误、D项正确。答案 D3．(2022·山东)下列叙述中不正确的是( )A．原电池是将化学能转化为电能的装置B．轮船底部镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀C．钢铁发生电化学腐蚀时，负极反应为Fe－3e－===Fe3＋D．电镀时，镀层金属作阳极，镀件作阴极解析 钢铁发生电化学腐蚀时，负极反应为Fe－2e－===Fe2＋。答案 C4．(2022·河北质量监测)镁H2O2酸性燃料电池采用海水作为电解质(加入一定量的酸)，下列结论不正确的是( )A．电池总反应式为Mg＋H2O2===Mg(OH)2B．该电池的正极反应式为H2O2＋2H＋＋2e－===2H2OC．工作时，正极周围海水的pH增大D．电池工作时，负极的镁被氧化解析 在酸性电解质溶液中，镁H2O2酸性燃料电池的总反应式为Mg＋2H＋＋H2O2===Mg2＋＋2H2O，故A项错误；正极反应式为H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O，故B项正确；正极氢离子不断反应，pH增大，C项正确；镁是活泼金属，作为电池的负极，化合价升高，被氧化，D项正确。答案 A5．(2022·全国)①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是( )A.①③②④B.①③④②C.③④②①D.③①②④解析 ①②相连时，外电路电流从②流向①，说明①为负极；①③相连时，①为负极；②④相连时，②上有气泡，说明④为负极；③④相连时，③的质量减少，说明③为负极。综上所述可知，这四种金属活动性由大到小的顺序为①③④②，B项正确。答案 B6．(2022·湖北八校联考)下列说法正确的是( )A．以稀硫酸作电解质溶液，锌铜分别作电极构成的原电池中，锌极上有气泡生成9\nB．向铁棒上镀铜时，铁作阳极，氯化铜溶液作电解质溶液C．工业上以石墨作电极电解熔融的AlCl3制取Al时，每产生1molAl，阳极就产生33.6L氯气D．在潮湿的环境下，黄铜(锌铜合金)比纯铜更耐腐蚀解析 以稀硫酸作电解质溶液，锌铜分别作电极构成的原电池中，锌是负极，发生氧化反应，铜是正极，H＋在正极发生还原反应，生成氢气，A项错误；向铁棒上镀铜时，应用铜作阳极，铁作阴极，B项错误；工业上不用电解熔融AlCl3的方法制取Al，而是用电解熔融Al2O3的方法，C项错误；在潮湿的环境下，黄铜中铜和锌构成原电池，锌作负极被腐蚀，铜不被腐蚀，所以黄铜比纯铜更耐腐蚀，D项正确。答案 D7．(2022·山东模拟)现将氯化铝溶液蒸干灼烧并熔融后用铂电极进行电解，下列有关电极产物的判断正确的是( )A．阴极产物是氢气B．阳极产物是氧气C．阴极产物是铝和氧气D．阳极产物只有氯气解析 将氯化铝溶液蒸干灼烧得到Al2O3，电解熔解的Al2O3，阳极为O2－放电，阳极产物为氧气；阴极为Al3＋放电，阴极产物为Al。答案 B8．(2022·江西联考)两串联的电解池，甲池盛有CuSO4溶液，乙池盛有一定量某硝酸盐的稀溶液，用惰性电极电解，当甲池的阴极上析出1.6gCu时，乙池的阴极上析出0.45g固体，则乙池的溶质可能是( )A．Cu(NO3)2B．Al(NO3)3C．NH4NO3D．Mg(NO3)2解析 从离子的放电顺序分析，分别电解Al(NO3)3、NH4NO3、Mg(NO3)2的溶液时，阴极都不会析出固体，只有电解Cu(NO3)2溶液时才会在阴极析出铜。答案 A9．(双选)(2022·江苏联考)用吸附了氢气的碳纳米管等材料制作的二次电池的原理如图所示。下列说法正确的是( )9\nA．放电时，负极的电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2OB．充电时，阳极的电极反应式为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋H2OC．放电时，OH－移向镍电极D．充电时，将电池的碳电极与外电源的正极相连解析 根据图中用电器上的电子流向可知碳电极是负极，镍电极是正极。A项，负极发生氧化反应，故正确；B项，放电时的正极在充电时与电源的正极相连，即为阳极，阳极发生氧化反应，充电过程即补充电极材料的过程，故正确；C项，放电时，阴离子向负极移动，即向碳电极移动，故错误；D项，充电时应将碳电极与外电源的负极相连，错误。答案 AB10．(2022·浙江)以铬酸钾为原料，电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如图。下列说法不正确的是( )A．在阴极室，发生的电极反应为：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑B．在阳极室，通电后溶液逐渐由黄色变为橙色，是因为阳极区H＋浓度增大，使平衡2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O向右移动C．该制备过程总反应的化学方程式为：4K2CrO4＋4H2O2K2Cr2O7＋4KOH＋2H2↑＋O2↑D．测定阳极液中K和Cr的含量，若K与Cr的物质的量之比(nK/nCr)为d，则此时铬酸钾的转化率为1－9\n解析 分析该制备过程，K2CrO4在转变为K2Cr2O7的过程中没有发生化合价的变化，制备过程是通过电解的方法改变溶液的pH来实现的。阴极的反应式是2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，阳极的反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，电解过程中阳极区的c(H＋)增大，促进平衡2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O向右移动，总反应式为4K2CrO4＋4H2O2K2Cr2O7＋4KOH＋2H2↑＋O2↑。若设加入反应容器内的K2CrO4为1mol，反应中有xmolK2CrO4转化为K2Cr2O7，则阳极区剩余的K2CrO4为(1－x)mol，其对应的nK＝2(1－x)mol，nCr(1－x)mol，生成的K2Cr2O7为x/2mol，其对应的nK＝xmol，nCr＝xmol，由nK/nCr＝d可得，x＝2－d，转化率为(2－d)/1。答案 D二、非选择题11．某课外活动小组用如图所示装置进行实验，请回答下列问题：(1)若开始实验时开关K与a连接，则B极的电极反应式为________________。(2)若开始实验时开关K与b连接，则下列说法正确的是________(填序号)。①溶液中Na＋向A极移动②从A极逸出的气体能使湿润的淀粉KI试纸变蓝③反应一段时间后向电解液中加适量盐酸可使其恢复到电解前的浓度(3)该小组运用工业上离子交换膜法制烧碱的原理，用如图所示装置电解K2SO4溶液。9\n①该电解槽的阳极反应式为__________________，通过阴离子交换膜的离子数________(填“>”、“<”或“＝”)通过阳离子交换膜的离子数；②图中a、b、c、d分别表示有关溶液的pH，则a、b、c、d由小到大的顺序为________；③电解一段时间后，B口与C口产生气体的质量比为________。解析 (1)开关K与a相连，则该装置为原电池，B极为负极，电极反应式为：Fe－2e－===Fe2＋。(2)若K与b相连，则该装置为电解池，A极为阳极，B极为阴极；①阳离子向阴极移动，即Na＋向B极移动；②A极逸出的气体为氯气，它可使湿润的淀粉KI试纸变蓝，正确；③因为电解过程中产生氢气和氯气，故需通入HCl气体，而不是加入盐酸，错误。(3)①因为阳极加入有H2SO4，故阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(写4OH－－4e－===2H2O＋O2↑也对)，由于在阴极放电的是H＋，其中透过阳离子交换膜的H＋数与透过阴离子交换膜的OH－数相等，根据溶液呈电中性知，透过阳离子交换膜的K＋数大于透过阴离子交换膜的SO数，故应填“<”；②因电解后生成的硫酸和氢氧化钾溶液的浓度均比原来的大，故b<a，c<d，结合碱溶液的pH大于酸溶液的pH，则有b<a<c<d；③B口产生的气体是O2，C口产生的气体是氢气，根据得失电子守恒得两者物质的量之比为1：2，质量比为8：1。答案 (1)Fe－2e－===Fe2＋(2)②(3)①2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(写4OH－－4e－===2H2O＋O2↑也可) <②b<a<c<d③8：112．(2022·长春调研)肼(N2H4)又称联氨，是一种可燃性液体，可用作火箭燃料。9\n(1)肼的结构式为_____________________________________________________________________。(2)如图是一个电化学过程示意图。①铂片上发生的电极反应是_______________________________________________________________________；②假设使用肼—空气燃料电池作为本过程中的电源，铜片的质量变化为128g，则肼—空气燃料电池理论上消耗标准状况下的空气________L(假设空气中氧气体积百分含量为20%)。(3)肼—空气燃料电池是一种碱性燃料电池，生成产物无污染。电解质溶液是20%～30%的KOH溶液。肼—空气燃料电池放电时负极的电极反应式是_______________________________________________________________________。解析 本题以联氨为背景考查了原电池及电解池的相关知识。(1)根据N、H的原子结构特点，可以推断肼的结构式为(2)①铂片与电源负极相连，为阴极，Cu2＋在阴极发生还原反应：Cu2＋＋2e－===Cu。②根据该装置中各电极上通过的总电量相等，则电池正极上O2得电子总数与电解池阳极上Cu失电子总数相等，故4n(O2)＝2n(Cu)，则n(O2)＝×＝1(mol)，则消耗标准状况下空气的体积为5×22.4L＝112L。(3)负极为肼放电，且电解质KOH溶液参与反应，电极反应为N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O。9\n答案 (1)(2)①Cu2＋＋2e－===Cu②112(3)N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O13．(2022·山西模拟)如图，E为沾有Na2SO4溶液的滤纸，并加入几滴酚酞。A、B分别为Pt片，压在滤纸两端，R、S为电池的电极。M、N是用多微孔的Ni制成的电极材料，它在碱性溶液中可以视为惰性电极。G为电流计，K为开关。C、D和电解池中都充满KOH溶液。若在滤纸中央点上一滴紫色的KMnO4溶液，打开K，接通电源一段时间后，C、D中有气体产生。(1)R为________(填“正”或“负”)极。(2)A极附近溶液的现象是________，B极附近发生的电极反应式为________________________________________________________________________。(3)滤纸上的紫色点向________(填“A”或“B”)方移动。(4)当C、D里的气体产生到一定量时，切断外电源并接通开关K，经过一段时间，C、D中气体逐渐减少，C中的电极为________(填“正”或“负”)极，电极反应式为_________________________________________________________________________________。解析 电解KOH溶液是电解水，两极分别产生氢气和氧气，因为相同条件下产生氢气的体积是氧气体积的两倍，C管中气体体积比D管中的大，所以C管中收集到的是氢气，D管中收集到的是氧气。(1)氢气是在阴极产生的，所以M是阴极，与之相连的R是电源的负极。(2)B是电解池的阳极，A是电解池的阴极。电解Na2SO4溶液相当于电解水，电解时H＋9\n移动到A极(阴极)得电子被还原为氢气，破坏了A极附近水的电离平衡，导致A极附近溶液显碱性，使酚酞试液变红。B极OH－被氧化，放出氧气。(3)KMnO4溶液中，紫色的阴离子MnO向阳极(B极)移动。(4)当C、D里的气体产生到一定量时，切断外电源并接通开关K，此时装置变为燃料电池。经过一段时间，C、D中气体逐渐减少，氢气和氧气反应生成水，在碱性条件下，C中氢气发生氧化反应，电极方程式为：2H2＋4OH－－4e－===4H2O。答案 (1)负(2)溶液变红 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(3)B(4)负 2H2＋4OH－－4e－===4H2O9
