（福建專用）2014版高三化學(xué) 專題檢測卷（八） 專題二 第5講 電化學(xué)原理及應(yīng)用（含解析）

電化學(xué)原理及應(yīng)用(45分鐘100分)一、選擇題(本題包括6小題,每小題7分,共42分)1.生物體中細(xì)胞膜內(nèi)的葡萄糖、細(xì)胞膜外的富氧液體及細(xì)胞構(gòu)成微型的生物原電池,下列有關(guān)判斷正確的是()A.負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)可能是：O2+4e-+2H2O=4OH-B.正極發(fā)生的電極反應(yīng)可能是：O2+4e-=2O2-C.負(fù)極反應(yīng)主要是C6H12O6生成CO2或HCD.正極反應(yīng)主要是C6H12O6生成CO2或C2.下列與金屬腐蝕有關(guān)的說法正確的是()A.圖a中,插入海水中的鐵棒,越靠近底端腐蝕越嚴(yán)重B.圖b中,開關(guān)由M改置于N時(shí),Cu-Zn合金的腐蝕速率減小C.圖c中,接通開關(guān)時(shí)Zn腐蝕速率增大,Zn上放出氣體的速率也增大D.圖d中,Zn-MnO2干電池自放電腐蝕主要是由MnO2的氧化作用引起的3.某興趣小組設(shè)計(jì)如下微型實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)時(shí),先斷開K2,閉合K1,兩極均有氣泡產(chǎn)生;一段時(shí)間后,斷開K1,閉合K2,發(fā)現(xiàn)電流表A指針偏轉(zhuǎn)。下列有關(guān)描述正確的是()A.斷開K2,閉合K1時(shí),總反應(yīng)的離子方程式為2H+2Cl-Cl2+H2B.斷開K2,閉合K1時(shí),石墨電極附近溶液變紅C.斷開K1,閉合K2時(shí),銅電極上的電極反應(yīng)式為Cl2+2e-=2Cl-D.斷開K1,閉合K2時(shí),石墨電極作正極4.(2013·新課標(biāo)全國卷)“ZEBRA”蓄電池的結(jié)構(gòu)如圖所示,電極材料多孔Ni/NiCl2和金屬鈉之間由鈉離子導(dǎo)體制作的陶瓷管相隔。下列關(guān)于該電池的敘述錯(cuò)誤的是()A.電池反應(yīng)中有NaCl生成B.電池的總反應(yīng)是金屬鈉還原三價(jià)鋁離子C.正極反應(yīng)為：NiCl2+2e-=Ni+2Cl-D.鈉離子通過鈉離子導(dǎo)體在兩電極間移動5.(2013·廈門質(zhì)檢)“天宮一號”的供電系統(tǒng)(RFC)是一種將水電解技術(shù)與氫氧燃料電池技術(shù)相結(jié)合的可充放電電池。下圖為RFC工作原理示意圖,有關(guān)說法正確的是()A.當(dāng)有0.1 mol電子轉(zhuǎn)移時(shí),a極產(chǎn)生1.12 L O2(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)B.b極上發(fā)生的電極反應(yīng)是4H2O+4e-=2H2+4OH-C.d極上發(fā)生的電極反應(yīng)是O2+4H+4e-=2H2OD.c極上進(jìn)行還原反應(yīng),B中的H+可以通過隔膜進(jìn)入A6.(2013·泉州質(zhì)檢)右圖是模擬電化學(xué)反應(yīng)裝置圖。下列說法正確的是()A.若X為鋅棒,Y為NaCl溶液,開關(guān)K置于M處,可減緩鐵的腐蝕,這種方法稱為外接電源的陰極保護(hù)法B.若X為碳棒,Y為飽和NaOH溶液,開關(guān)K置于N處,保持溫度不變,則溶液的pH保持不變C.若X為銀棒,Y為硝酸銀溶液,開關(guān)K置于N處,鐵棒質(zhì)量將增加,溶液中銀離子濃度將減小D.若X為銅棒,Y為硫酸銅溶液,開關(guān)K置于M處,銅棒質(zhì)量將增加,此時(shí)外電路中的電子向鐵電極移動二、非選擇題(本題包括4小題,共58分)7.(13分)某小組同學(xué)設(shè)想用如圖裝置電解硫酸鉀溶液來制取氧氣、氫氣、硫酸和氫氧化鉀。(1)X極與電源的(填“正”或“負(fù)”)極相連,氫氣從(填“A”“B”“C”或“D”)口導(dǎo)出。(2)離子交換膜只允許一類離子通過,則M為(填“陰離子”或“陽離子”,下同)交換膜,N為  交換膜。(3)若將制得的氫氣、氧氣和氫氧化鉀溶液組合為氫氧燃料電池(石墨為電極),則電池負(fù)極的反應(yīng)式為  。(4)若在標(biāo)準(zhǔn)狀況下,制得11.2 L氫氣,則生成硫酸的質(zhì)量是,轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為。8.(13分)某化學(xué)活動小組利用如下甲裝置對原電池進(jìn)行探究,請回答以下問題：(其中鹽橋?yàn)楹酗柡蚄Cl溶液的瓊脂)(1)在甲裝置中,當(dāng)電流計(jì)中指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí),鹽橋中的K+移向燒杯(填“A”或“B”),裝置中電子的移動路徑和方向?yàn)?。該小組同學(xué)提出設(shè)想：如果將實(shí)驗(yàn)中的鹽橋換為導(dǎo)線(銅制),電流計(jì)是否也發(fā)生偏轉(zhuǎn)呢?帶著疑問,該小組利用乙裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)電流計(jì)指針同樣發(fā)生偏轉(zhuǎn)?；卮鹣铝袉栴}：(2)對于實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生電流的原因,起初認(rèn)為該裝置仍然為原電池,但老師提醒注意使用的是銅導(dǎo)線,經(jīng)深入探討后認(rèn)為燒杯A實(shí)際為原電池,在此問題上,該小組成員的意見發(fā)生了很大分歧;一部分同學(xué)認(rèn)為是由于ZnSO4溶液水解顯酸性,此時(shí)原電池實(shí)際是由Zn、Cu做電極,H2SO4溶液作為電解質(zhì)溶液而構(gòu)成的原電池。如果這個(gè)觀點(diǎn)正確,寫出燒杯B中銅片上發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式 。另一部分同學(xué)認(rèn)為是溶液酸性較弱,由于溶解在溶液中的氧氣的作用,使得Zn、Cu之間形成原電池。如果這個(gè)觀點(diǎn)正確,那么原電池的正極反應(yīng)式為 _。(3)若第(2)小題中觀點(diǎn)正確,則可以利用此原理設(shè)計(jì)電池為在偏遠(yuǎn)海島工作的燈塔供電。其具體裝置為以金屬鋁和石墨為電極,以海水為電解質(zhì)溶液,請寫出該電池工作時(shí)總反應(yīng)的化學(xué)方程式 。9.(14分)新型高效的甲烷燃料電池采用鉑為電極材料,兩電極上分別通入CH4和O2,電解質(zhì)為KOH溶液。某研究小組將兩個(gè)甲烷燃料電池串聯(lián)后作為電源,進(jìn)行飽和氯化鈉溶液電解實(shí)驗(yàn),如圖所示。回答下列問題：(1)甲烷燃料電池正極、負(fù)極的電極反應(yīng)分別為 、。(2)閉合K開關(guān)后,a、b電極上均有氣體產(chǎn)生,其中b電極上得到的是,電解氯化鈉溶液的總反應(yīng)方程式為;(3)若每個(gè)電池甲烷通入量為1 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況),且反應(yīng)完全,則理論上通過電解池的電量為(法拉第常數(shù)F=9.65×104C·mol-1,列式計(jì)算),最多能產(chǎn)生的氯氣體積為L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。10.(18分)(2013·漳州聯(lián)考)(1)甲醇(CH3OH)是重要的能源物質(zhì),研究甲醇具有重要意義。為提高甲醇燃料的利用率,科學(xué)家發(fā)明了一種燃料電池,電池的一個(gè)電極通入空氣,另一個(gè)電極通入甲醇?xì)怏w,電解質(zhì)是摻入了Y2O3的ZrO2晶體,在高溫下它能傳導(dǎo)O2-。電池工作時(shí)正極反應(yīng)式為 。若以該電池為電源,用石墨做電極電解100 mL含有如下離子的溶液。離子Cu2+H+Cl-SO2-4c/mol·L-11441電解一段時(shí)間后,當(dāng)兩極收集到相同體積(相同條件)的氣體時(shí)(忽略溶液體積的變化及電極產(chǎn)物可能存在的溶解現(xiàn)象),陽極上收集到氧氣的物質(zhì)的量為  mol。(2)甲醇對水質(zhì)會造成一定的污染,有一種電化學(xué)法可消除這種污染,其原理是：通電后將Co2+氧化成Co3+,然后以Co3+做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO2而凈化。實(shí)驗(yàn)室用下圖裝置模擬上述過程：寫出陽極電極反應(yīng)式 ;除去甲醇的離子反應(yīng)為6Co3+CH3OH+H2O=CO2+6Co2+6H+,該過程中被氧化的元素是,當(dāng)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24 L CO2時(shí),共轉(zhuǎn)移電子mol。答案解析1.【解析】選C。該生物原電池中負(fù)極是C6H12O6失去電子生成CO2或HC,正極是氧氣得到電子,電極反應(yīng)是O2+4e-+2H2O=4OH-,故C正確。2.【解析】選B。A項(xiàng),因溶液具有均一性,燒杯底端的溶液的濃度與上端相同,但液面處O2濃度較大,故液面處腐蝕程度比底端腐蝕嚴(yán)重,A錯(cuò)誤;B項(xiàng),由M改置于N后,鋅作原電池的負(fù)極,Cu-Zn合金應(yīng)充當(dāng)原電池的正極,明顯受到了一定的保護(hù),腐蝕速率減小,B正確;C項(xiàng),接通開關(guān)時(shí),鋅作原電池的負(fù)極,腐蝕速率變大,但是氣體不在鋅(負(fù)極)上產(chǎn)生,而是在鉑(正極)上產(chǎn)生,C錯(cuò)誤;D項(xiàng),Zn-MnO2干電池發(fā)生放電反應(yīng),導(dǎo)致Zn被腐蝕,主要原因是鋅發(fā)生氧化反應(yīng),體現(xiàn)了鋅的還原性,D錯(cuò)誤。3.【解析】選D。斷開K2,閉合K1時(shí),裝置為電解池,兩極均有氣泡產(chǎn)生,則反應(yīng)為2Cl-+2H2OH2+2OH-+Cl2,石墨為陽極,銅為陰極,因此石墨電極處產(chǎn)生Cl2,在銅電極處產(chǎn)生H2,附近產(chǎn)生OH-,溶液變紅,故A、B兩項(xiàng)均錯(cuò)誤;斷開K1、閉合K2時(shí),為原電池反應(yīng),銅電極反應(yīng)為H2-2e-+2OH-=2H2O,為負(fù)極,而石墨電極反應(yīng)為Cl2+2e-=2Cl-,為正極,故C項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確。4.【解析】選B。金屬鈉失電子變?yōu)殁c離子,NiCl2中的Ni2+被還原,剩余Cl-,故有氯化鈉生成,A項(xiàng)正確;電池的總反應(yīng)應(yīng)該是金屬鈉還原Ni2+,B項(xiàng)錯(cuò)誤;正極反應(yīng)為Ni2+得電子生成金屬鎳,C項(xiàng)正確;鈉離子導(dǎo)體可以傳導(dǎo)鈉離子,故鈉離子可以在兩極間移動,D項(xiàng)正確。5.【解析】選D。由圖可知左裝置為電解池,右裝置是原電池,氣體X在陰極產(chǎn)生,即a極產(chǎn)生H2,氣體Y在陽極產(chǎn)生,即b極產(chǎn)生O2,故A、B、C都不正確;c極反應(yīng)為O2+4H+4e-=2H2O,發(fā)生還原反應(yīng),d極反應(yīng)為H2-2e-=2H+,B中產(chǎn)生H+,A中消耗H+,故B中的H+可以通過隔膜進(jìn)入A,D正確。6.【解析】選B。A項(xiàng),若X為鋅棒,Y為NaCl溶液,開關(guān)K置于M處,該裝置是原電池,鋅作負(fù)極被腐蝕,鐵被保護(hù),這種方法稱為犧牲陽極的陰極保護(hù)法,故錯(cuò)誤。B項(xiàng),若X為碳棒,Y為飽和NaOH溶液,開關(guān)K置于N處,該裝置是電解池,碳棒是陽極,鐵棒是陰極,保持溫度不變,電解后溶液的體積減小,氫氧化鈉的濃度不變,則溶液的pH不變,故正確。C項(xiàng),若X為銀棒,Y為硝酸銀溶液,開關(guān)K置于N處,該裝置是電鍍池,鐵棒質(zhì)量將增加,但溶液中銀離子濃度將不變,故錯(cuò)誤。D項(xiàng),若X為銅棒,Y為硫酸銅溶液,開關(guān)K置于M處,鐵作負(fù)極被腐蝕,銅棒上銅離子得電子析出銅而使銅棒質(zhì)量增加,此時(shí)外電路中的電子向銅電極移動,故錯(cuò)誤。7.【解析】題圖中左邊加入含硫酸的水,暗示左邊制硫酸,即OH-在陽極發(fā)生氧化反應(yīng),使左邊溶液中H+增多,為了使溶液呈電中性,硫酸鉀溶液中的S通過M交換膜向左邊遷移,即M為陰離子交換膜,由此推知X為陽極,與電源正極相連,B出口產(chǎn)生氧氣,A出口流出硫酸;同理,右側(cè)加入含KOH的水,說明右邊制備KOH溶液,H+在Y極發(fā)生還原反應(yīng),說明Y極為陰極,與電源負(fù)極相連,右邊溶液中OH-增多,硫酸鉀溶液中K+向右遷移,N為陽離子交換膜,所以C出口產(chǎn)生氫氣,D出口流出KOH溶液。(3)若將制得的氫氣和氧氣在氫氧化鉀溶液中構(gòu)成原電池,正極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-=4OH-,負(fù)極反應(yīng)式為2H2-4e-+4OH-=4H2O。(4)n(H2)=0.5 mol,2H+2e-=H2,得電子1 mol,X極的反應(yīng)式為4OH-4e-=2H2O+O2,根據(jù)得失電子守恒知,生成H+的物質(zhì)的量為1 mol,故生成0.5 mol H2SO4,m(H2SO4)=49 g。答案：(1)正C(2)陰離子陽離子(3)H2-2e-+2OH-=2H2O(4)49 g6.02×10238.【解析】(1)甲裝置中Zn為負(fù)極,Cu為正極,電流方向?yàn)镃u電流計(jì)Zn鹽橋Cu,電流的方向?yàn)檎姾蛇\(yùn)動的方向,負(fù)電荷運(yùn)動的反方向,故K+移向B燒杯,電子由Zn電極經(jīng)外電路流向Cu電極。(2)若鹽橋改為銅導(dǎo)線,且仍有電流產(chǎn)生,說明A為原電池,而B為電解池。A中Zn為負(fù)極,Cu為正極,氧化性微?？赡転閆n2+水解產(chǎn)生的H+或溶解于溶液中的O2。則B中銅片為陰極,電極反應(yīng)式為Cu2+2e-=Cu。如所述,A中正極上O2獲得電子。(3)Al為負(fù)極,石墨為正極,海水為電解質(zhì)溶液,O2為氧化劑,總反應(yīng)方程式為4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3。答案：(1)B由Zn電極沿導(dǎo)線流向Cu電極(2)Cu2+2e-=CuO2+2H2O+4e-=4OH-(3)4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)39.【解析】(1)在堿性環(huán)境下,該燃料電池的總反應(yīng)為CH4+2O2+2OH-=C+3H2O,正極反應(yīng)為2O2+4H2O+8e-=8OH-,則兩式相減得出負(fù)極反應(yīng)為CH4+10OH-8e-=C+7H2O。(2)根據(jù)圖示得知該裝置為兩個(gè)串聯(lián)的電源和一個(gè)電解池,由于甲烷發(fā)生氧化反應(yīng)因而與甲烷相連的電解池的b極為陰極,產(chǎn)生的氣體為氫氣。(3)1 mol甲烷氧化失去電子8 mol,電量為8×9.65×104C,因題中燃料電池是串聯(lián)的,但電子的傳遞只能用一個(gè)電池計(jì)算,由于甲烷失去電子數(shù)是氯離子失電子數(shù)的8倍,所以有關(guān)系式CH44Cl2。答案：(1)2O2+4H2O+8e-=8OH-CH4+10OH-8e-=C+7H2O(2)H22NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2(3)×8×9.65×104C·mol-1=3.45×104C4【答題誤區(qū)】(1)書寫負(fù)極反應(yīng)式時(shí),易忽視電解質(zhì)溶液的環(huán)境,把生成物C寫成CO2而導(dǎo)致錯(cuò)誤。(2)因漏掉“電解”而導(dǎo)致電解氯化鈉溶液的總反應(yīng)方程式失分。(3)不注意審題,只寫結(jié)果而不列式計(jì)算導(dǎo)致失分。10.【解析】(1)正極上氧氣得電子生成氧離子,電極反應(yīng)式為O2+4e-=2O2-;n(Cu2+)=0.1 mol,n(H+)=0.4 mol,n(Cl-)=0.4 mol,n(S)=0.1 mol,要想使兩極得到相同體積的氣體,陽極上有氧氣生成,設(shè)氧氣的物質(zhì)的量為x,電解時(shí)陰陽極上得失電子數(shù)相等,所以0.1 mol×2+(x+0. 2)mol×2=4x+0.4 mol×1,x=0.1 mol。(2)陽極上二價(jià)鈷離子失電子生成三價(jià)鈷離子,電極反應(yīng)式為Co2+-e-=Co3+失電子的物質(zhì)作還原劑,被氧化,所以被氧化的是C或碳;6Co3+CH3OH+H2O=CO2+6Co2+6H+轉(zhuǎn)移e- 22.4 L 6 mol 2.24 L 0.6 mol故轉(zhuǎn)移電子0.6 mol。答案：(1)O2+4e-=2O2-0.1(2)Co2+-e-=Co3+C或碳0.6