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專題二 基本理論 第7講 電化學基礎 1．(2016啟東模擬)如圖是實驗室研究海水對鐵閘不同部位腐蝕情況的剖面圖。下列說法正確的是(　　) A．該電化腐蝕為析氫腐蝕 B．圖中生成鐵銹最多的是C區(qū)域 C．A區(qū)域比B區(qū)域更易腐蝕 D．鐵閘中的負極的電極反應：Fe－2e－===Fe2＋ 解析：海水溶液為弱酸性，發(fā)生吸氧腐蝕，在酸性較強的條件下才發(fā)生析氫腐蝕，A錯誤；在B處，海水與氧氣接觸，與Fe最易形成原電池，發(fā)生的吸氧腐蝕的程度最大，生成鐵銹最多，B錯誤；在B處，海水與氧氣接觸，與Fe最易形成原電池，所以B區(qū)域比A區(qū)域更易腐蝕，故C錯誤；Fe作負極失電子生成亞鐵離子，則負極的電極反應為Fe－2e－===Fe2＋，故D正確。 答案：D 2．(2016海南卷)某電池以K2FeO4和Zn為電極材料，KOH溶液為電解質溶液。下列說法正確的是(　　) A．Zn為電池的正極 B．正極反應式為： 2FeO＋10H＋＋6e－===Fe2O3＋5H2O C．該電池放電過程中電解質溶液濃度不變 D．電池工作時OH－向負極遷移 解析：A.根據(jù)化合價升降判斷，Zn化合價只能上升，故為負極材料，K2FeO4為正極材料，錯誤；B.KOH溶液為電解質溶液，則正極電極反應為：2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3↓＋10OH－，錯誤；C.該電池放電過程中電解質溶液濃度減小，錯誤；D.電池工作時陰離子OH－向負極遷移，正確。 答案：D 3．(2016廈門一模)鋰—空氣電池是高能量密度的新型電池，結構如圖所示。下列說法正確的是(　　) A．固體電解質只有Li＋可通過 B．電池反應為：4Li＋O22Li2O C．充電時，水性電解液的pH將升高 D．放電時，若外電路有0.1 mol e －通過時，理論上將消耗1.12 LO2(標準狀況) 解析：根據(jù)題給裝置判斷金屬鋰為電池的負極，電極反應式為：Li－e－===Li＋，多孔石墨為電池的正極，電極反應式為：O2＋2H2O＋4e－ === 4OH－，電池反應為4Li＋O2＋2H2O===4LiOH。A.根據(jù)裝置分析固體電解質只有Li＋可通過，正確；B.電池反應為：4Li＋O2＋2H2O===4LiOH ，錯誤；C.充電時，石墨電極與外加電源的正極相連，電極反應式為：4OH－－4e－ ===O2↑＋2H2O，水性電解液的pH將降低，錯誤；D.根據(jù)電極反應計算放電時，若外電路有0.1 mol e －通過時，理論上將消耗0.56 L O2(標準狀況)，錯誤。 答案：A 4．工業(yè)上可利用下圖所示電解裝置吸收和轉化SO2(A、B均為惰性電極)。下列說法正確的是(　　) A．A電極接電源的正極 B．A極區(qū)溶液的堿性逐漸增強 C．本裝置中使用的是陰離子交換膜 D．B極的電極反應式為： SO2＋2e－＋2H2O === SO＋4H＋ 解析：A.由HSO生成S2O，發(fā)生還原反應，A極應為負極，故A錯誤；B.陰極的電極反應式為：2HSO＋2H＋＋2e－===S2O＋2H2O，堿性增強，故B正確；C.陽極的電極反應式為：SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，陰極的電極反應式為：2HSO＋2H＋＋2e－===S2O＋2H2O，離子交換膜應使H＋移動，應為陽離子交換膜，故C錯誤；D.B極為陽極，發(fā)生SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，故D錯誤；故選B。 答案：B 5．(2016牡丹江模擬)用惰性電極電解一定濃度的CuSO4溶液時，通電一段時間后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后恰好恢復到電解前的濃度和pH(不考慮二氧化碳的溶解)。則電解過程中轉移電子的物質的量為(　　)(導學號 58870031) A．0.4 mol　　　　 B．0.5 mol C．0.6 mol D．0.8 mol 解析：電解硫酸銅時，開始電解硫酸銅和水生成銅、氧氣和硫酸，后來電解水生成氫氣和氧氣，如果只按照第一階段的電解，反應只需要加入氧化銅或碳酸銅就可以，但是現(xiàn)在加入的是堿式碳酸銅，相當于多加入了0.1 mol水，這0.1 mol水應該是第二階段的反應進行，該階段轉移了0.2 mol電子，第一階段轉移了0.4 mol電子，所以總共轉移了0.6 mol電子，選C。 答案：C 【考綱再現(xiàn)】 【錯題記錄】 1.了解原電池和電解池的工作原理，能寫出電極反應和電池反應方程式。 2．了解常見化學電源的種類及其工作原理。 3．理解金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因，金屬腐蝕的危害，防止金屬腐蝕的措施。 1．(2015天津卷)鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，下列有關敘述正確的是(　　) (導學號 58870130) A．銅電極上發(fā)生氧化反應 B．電池工作一段時間后，甲池的c(SO)減小 C．電池工作一段時間后，乙池溶液的總質量增加 D．陰陽離子分別通過交換膜向負極和正極移動，保持溶液中電荷平衡 解析：A項，Cu作正極，電極上發(fā)生還原反應，錯誤；B項，電池工作過程中，SO不參加電極反應，故甲池的c(SO)基本不變，錯誤；C項，電池工作時，甲池反應為：Zn－2e－===Zn2＋，乙池反應為：Cu2＋＋2e－===Cu，甲池中Zn2＋會通過陽離子交換膜進入乙池，以維持溶液中電荷平衡，由電極反應式可知，乙池中每有64 g Cu析出，則進入乙池的Zn2＋為65 g，溶液總質量略有增加，正確；D項，由題干信息可知，陰離子不能通過陽離子交換膜。 答案：C 2．下列與金屬腐蝕有關的說法，正確的是(　　) A．圖1中，鐵釘易被腐蝕 B．圖2中，滴加少量K3Fe(CN)6]溶液，沒有藍色沉淀出現(xiàn) C．圖3中，燃氣灶的中心部位容易生銹，主要是由于高溫下鐵發(fā)生化學腐蝕 D．圖4中，用犧牲鎂塊的方法來防止地下鋼鐵管道的腐蝕，鎂塊相當于原電池的正極 解析： A項，圖1中，鐵釘處于干燥環(huán)境，不易被腐蝕；B項，負極反應為：Fe－2e－===Fe2＋，F(xiàn)e2＋與Fe(CN)6]3－反應生成Fe3Fe(CN)6]2藍色沉淀；D項，為犧牲陽極的陰極保護法，Mg塊相當于原電池的負極。 答案：C 3．科學家用氮化鎵材料與銅組裝成如圖所示的人工光合系統(tǒng)，利用該裝置成功地實現(xiàn)了以CO2和H2O合成CH4。下列關于該電池敘述錯誤的是(　　) A．電池工作時，是將太陽能轉化為電能 B．銅電極為正極，電極反應式為： CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O C．電池內部H＋透過質子交換膜從左向右移動 D．為提高該人工光合系統(tǒng)的工作效率，可向裝置中加入少量鹽酸 解析：A.該電池工作時，將太陽能轉化為電能，A正確；B. 銅電極為正極，發(fā)生還原反應，電極反應式為：CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O，B正確；C. H＋在Cu電極處參與反應，因此電池內部H＋透過質子交換膜從左向右移動，C正確；D.為提高該人工光合系統(tǒng)的工作效率，可向裝置中加入少量的酸，由于鹽酸易揮發(fā)，生成的甲烷中會混有HCl氣體，因此應該加入少量的硫酸，D錯誤。 答案：D 4．(2016全國Ⅲ卷)鋅—空氣燃料電池可用作電動車動力電源，電池的電解質溶液為KOH溶液，反應為：2Zn＋O2＋4OH–＋2H2O===2Zn(OH)。下列說法正確的是(　　) A．充電時，電解質溶液中K＋向陽極移動. B．充電時，電解質溶液中c(OH－)逐漸減小 C．放電時，負極反應為：Zn＋4OH–－2e–===Zn(OH) D．放電時，電路中通過2mol電子，消耗氧氣22.4L(標準狀況) 解析：A項，充電時裝置為電解池，溶液中的陽離子向陰極移動；B項，充電時的總反應為放電時的逆反應：2Zn(OH)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，c(OH－)逐漸增大；C項，放電時負極失電子發(fā)生氧化反應，由放電時的總反應可知，負極反應式為：Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)；D項，由放電時的總反應可知，電路中通過2 mol電子時，消耗0.5 mol O2，其體積為11.2 L(標準狀況)。 答案：C 5．(2016重慶模擬)鉛、二氧化鉛、氟硼酸(HBF4)電池是一種低溫性能優(yōu)良的電池，常用于軍事和國防工業(yè)，其總反應方程式為：Pb＋PbO2＋4HBF42Pb(BF4)2＋2H2O已知：HBF4、Pb(BF4)2均是易溶于水的強電解質]。下列說法中不正確的是(　　) (導學號 58870131) A．充電時，陽極附近溶液的pH增大 B．充電時，陰極的電極反應式為：Pb2＋＋2e－===Pb C．放電時，轉移1 mol電子時負極減少的質量為103.5 g D．放電時，正極的電極反應式為：PbO2＋2e－＋4H＋===Pb2＋＋2H2O 解析：在電解池中，陰離子移向陽極，陽離子移向陰極，原電池的總反應為：Pb＋PbO2＋4HBF42Pb(BF4)2＋2H2O，故放電時負極反應為：Pb－2e－===Pb2＋；正極反應：PbO2＋2e－＋4H＋===Pb2＋＋2H2O，陰離子移向負極，陽離子移向正極；充電時，陰極反應：Pb2＋＋2e－===Pb，陽極反應：Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋，陰離子移向陽極，陽離子移向陰極。充電時，陽極反應：Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋，產(chǎn)生大量的H＋，故陽極附近溶液的酸性增強，pH減小，A錯誤；充電時的陰極反應即是將放電時的負極反應倒過來，故陰極反應為Pb2＋＋2e－===Pb，B正確；放電時，此裝置為原電池，負極反應為Pb－2e－===Pb2＋，負極的質量減小，轉移1 mol電子時負極減少的質量為1/2 mol207 g/mol＝103.5 g，C正確；放電時，正極上發(fā)生還原反應，電極反應式為：PbO2＋2e－＋4H＋===Pb2＋＋2H2O，D正確。 答案：A 6．(2016北京卷)用石墨電極完成下列電解實驗。 項目 實驗一 實驗二 裝置 現(xiàn)象 a、d處試紙變藍；b處變紅，局部褪色；c處無明顯變化 兩個石墨電極附近有氣泡產(chǎn)生；n處有氣泡產(chǎn)生；…… 下列對實驗現(xiàn)象的解釋或推測不合理的是(　　) A．a(chǎn)、d處：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ B．b處：2Cl－－2e－===Cl2↑ C．c處發(fā)生了反應：Fe－2e－===Fe2＋ D．根據(jù)實驗一的原理，實驗二中m處能析出銅 解析：A.a、d處試紙變藍，說明溶液顯堿性，是溶液中的氫離子得到電子生成氫氣，氫氧根離子剩余造成的，故正確；B.b處變紅，局部褪色，說明是溶液中的氫氧根和氯離子同時放電，故錯誤；C.c處為陽極，鐵失去電子生成亞鐵離子，故正確；D.實驗一中ac形成電解池，db形成電解池，所以實驗二中也相當于形成三個電解池(一個球兩面為不同的兩極)，m為電解池的陰極，另一球朝m的一面為陽極(n的背面)，故相當于電鍍，即m上有銅析出，正確。 答案：B 7．(2016華師大模擬)把物質的量均為0.1 mol的AlCl3、CuCl2和H2SO4溶于水制成100 mL的混合溶液，用石墨作電極電解，并收集兩電極所產(chǎn)生的氣體，一段時間后在兩極收集到的氣體在相同條件下體積相同。則下列描述正確的是(　　)(導學號 58870132) A．陽極得到的氣體中有O2且為0.35 mol B．鋁元素僅以Al(OH)3的形式存在 C．陰極質量增加3.2 g D．電路中共轉移0.9 mol電子 解析：用惰性電極電解，陰極：Cu2＋＋2e－===Cu，2H＋＋2e－===H2↑；陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑，4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；根據(jù)各離子的放電順序可知，該電解過程可分為以下幾個階段： (1)階段一：電解0.1 mol CuCl2，轉移0.2 mol e－，陰極增重質量為銅的質量，為6.4 g；陽極產(chǎn)生0.1 mol Cl2；故C項錯誤； (2)階段二：電解0.2 mol HCl，轉移0.2 mol e－，陽極又產(chǎn)生0.1 mol Cl2，陰極產(chǎn)生0.1 mol H2； (3)階段三：電解0.1 mol HCl，轉移0.1 mol e－，此階段H＋來源于水，Cl－完全電解，陽極又產(chǎn)生0.05 mol Cl2，陰極又產(chǎn)生0.05 mol H2；此時由于溶液pH增大，部分Al3＋以Al(OH)3的形式沉淀，故B項錯誤；綜上分析可知，當轉移0.5 mol e－時，陽極共產(chǎn)生0.25 mol Cl2，陰極產(chǎn)生0.15 mol H2，如果使兩極最終所得氣體的體積相等，還需要繼續(xù)電解水。 假設還需電解x mol H2O，則陽極產(chǎn)生0.5x mol O2，陰極產(chǎn)生x mol H2。此時陽極氣體為0.25 mol＋0.5x mol，陰極氣體為0.15 mol＋x mol，由二者相等得x＝0.2，由此可得再電解0.2 mol H2O，還需轉移電子0.4 mol，所以該過程中共轉移0.9 mol e－，D項正確；陽極共產(chǎn)生0.25 mol Cl2，0.1 mol O2，A項錯誤。 答案：D 8．(2016陜西師大附中模擬) 25 ℃時，用兩個質量相同的銅棒作電極，電解500 mL 0.1 mol/L H2SO4溶液，電解過程中，電解液的pH變化如表所示(假定溶液溫度保持不變)。電解2 h后，取出電極，對電極進行干燥，并稱量，測得兩電極的質量差為9.6 g。已知，25 ℃時0.1 mol/L CuSO4溶液的pH為4.17。(導學號 58870133) 時間/h 0.5 1 1.5 2 pH 1.3 2.4 3.0 3.0 (1)實驗剛開始階段電解池陰極所發(fā)生反應的電極反應式為 ______________________________________________________。 (2)電解進行到1.5 h后，電解質溶液的pH不再發(fā)生變化的原因是________________________________________________________ ______________________________________________________； 用離子反應方程式表示0.1 mol/L CuSO4溶液的pH為4.17的原因______________________________。 (3)電解進行的2 h中，轉移電子的總物質的量________0.15 mol(填“<”“＝”或“>”)。 (4)若欲使所得電解質溶液復原到500 mL 0.1 mol/L H2SO4溶液，應對溶液進行怎樣處理？____________________________________ _____________________________________________________。 解析：根據(jù)題意及表中數(shù)據(jù)可知，電解剛開始階段，陽極反應式是：Cu－2e－===Cu2＋，陰極反應式為：2H＋＋2e－===H2↑；隨著電解的繼續(xù)，溶液中Cu2＋的濃度增大，此時陽極反應不變，而H＋已被電解完，陰極反應則變成Cu2＋＋2e－===Cu；若電解過程中只有電鍍銅的過程，陽極溶解的銅與陰極生成的銅質量相同，溶液的組成保持不變，則陽極銅的減少為9.6/2 g＝4.8 g，轉移電子的物質的量為0.15 mol，而實際上先有H2產(chǎn)生，后有電鍍銅的過程，故實際轉移電子的物質的量大于0.15 mol；要使溶液復原則需要通入H2S，H2S＋CuSO4===CuS↓＋H2SO4。 答案：(1)2H＋＋2e－===H2↑ (2)電解持續(xù)進行，H＋電解完后，電解過程發(fā)生轉變，陽極反應式為：Cu－2e－===Cu2＋，陰極反應式為：Cu2＋＋2e－===Cu，電解質溶液的組成、濃度不再發(fā)生變化，溶液的pH也不再發(fā)生變化　 Cu2＋＋2H2O Cu(OH)2＋2H＋　(3)>　(4)向溶液中通入約0.05 mol H2S 9．(2015重慶卷，改編)我國古代青銅器工藝精湛，有很高的藝術價值和歷史價值，但出土的青銅器因受到環(huán)境腐蝕，故對其進行修復和防護具有重要意義。(導學號 58870134) (1)采用“局部封閉法”可以防止青銅器進一步被腐蝕。如將糊狀Ag2O涂在被腐蝕部位，Ag2O與有害組分CuCl發(fā)生復分解反應，該化學方程式為____________________________________________。 (2)下圖為青銅器在潮濕環(huán)境中發(fā)生電化學腐蝕的原理示意圖。 腐蝕過程中，負極是________(填圖中字母“a”“b”或“c”)； ②環(huán)境中的Cl－擴散到孔口，并與正極反應產(chǎn)物和負極反應產(chǎn)物作用生成多孔粉狀銹Cu2(OH)3Cl，其離子方程式為_____________； ③若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl，則理論上耗氧體積為________L(標準狀況)。 解析：(1)復分解反應為相互交換成分的反應，因此該反應的化學方程式為：Ag2O＋2CuCl===2AgCl＋Cu2O。 (2)①負極發(fā)生失電子的反應，銅作負極失電子，因此負極為c。負極反應：Cu－2e－===Cu2＋，正極反應：O2＋2H2O＋4e－=== 4OH－。 ②正極反應產(chǎn)物為OH－，負極反應產(chǎn)物為Cu2＋，兩者與Cl－反應生成Cu2(OH)3Cl，其離子方程式為：2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓。 ③4.29 g Cu2(OH)3Cl的物質的量為0.02 mol，由Cu元素守恒知，發(fā)生電化腐蝕失電子的Cu單質的物質的量為0.04 mol，失去電子0.08 mol，根據(jù)電子守恒可得，消耗O2的物質的量為0.02 mol，所以理論上消耗氧氣的體積為0.448 L(標準狀況)。 答案：(1)Ag2O＋2CuCl===2AgCl＋Cu2O (2)①c?、凇?Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓?、?.448 10．(2016吉林模擬)化學電池的研究一直是化學工作者研究的熱點之一。(導學號 58870135) Ⅰ.美國科學家S魯賓成功開發(fā)鋅汞紐扣式電池，以鋅和氧化汞為電極材料，氫氧化鉀溶液為電解液的原電池，有效地解決電池使用壽命短，易發(fā)生漏液等問題。電池總反應為：Zn＋HgO===ZnO＋Hg。 (1)該電池的正極反應式為______________________________。 (2)含汞電池生產(chǎn)企業(yè)的污水中會含有一定量的＋2價的汞離子，通常采用處理成本較低的硫化物沉淀法，即向污水中投入一定量的硫化鈉，反應的離子方程式為 _____________________________________________________。 (3)該方法的缺點是產(chǎn)物的顆粒比較小，大部分懸浮于污水中，通常采用投入一定量的明礬晶體進行后續(xù)處理，請解釋其原因 ______________________________________________________。 Ⅱ.鋰離子電池由于輕便、能量大等優(yōu)點，成為當今社會最為常見的電池。其中的重要材料磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)通常按照下列流程進行生產(chǎn)： 請回答下列問題： (4)生產(chǎn)過程中“混合攪拌”的目的是______________。氣體X的化學式為________。 (5)請寫出一定條件下由LiH2PO4生成LiFePO4的化學方程式 ______________________________________________________， 當生成1mol磷酸亞鐵鋰時，轉移的電子數(shù)目為________。 (6)生成LiFePO4的過程可能產(chǎn)生一種雜質對電池有致命的影響，則該雜質可能為________。 解析：Ⅰ.(1)正極發(fā)生還原反應，HgO獲得電子生成Hg，堿性條件下還生成氫氧根離子，該電池的正極反應式為：HgO＋H2O＋ 2e－===Hg＋2OH－； (2)硫離子與汞離子反應生成HgS沉淀，反應離子方程式為： Hg2＋＋S2－===HgS↓； (3)鋁離子水解得到的氫氧化鋁膠體具有吸附性，吸附HgS顆粒，加快HgS微粒的沉降。 Ⅱ.(4)生產(chǎn)過程中“混合攪拌”的目的是：使反應物充分混合，提高反應速率，銨根離子與氫氧根離子反應生成氨氣，即X為NH3； (5)流程圖中LiH2PO4與Fe2O3、C反應生成LiFePO4，F(xiàn)e元素被還原，C元素被氧化生成CO，還有水生成，反應方程式為：2LiH2PO4＋Fe2O3＋C===2LiFePO4＋CO↑＋2H2O，當生成1 mol磷酸亞鐵鋰時，轉移的電子為1 mol，即轉移電子數(shù)目為6.021023； (6)碳可能將氧化鐵中Fe元素還原為Fe單質，對電池有致命的影響。 答案：Ⅰ.(1)HgO＋H2O＋2e－===Hg＋2OH－； (2)Hg2＋＋S2－===HgS↓； (3)鋁離子水解得到的氫氧化鋁膠體具有吸附性，吸附HgS顆粒，加快HgS的沉降； Ⅱ.(4)使反應物充分混合，提高反應速率　NH3 (5)2LiH2PO4＋Fe2O3＋C===2LiFePO4＋CO↑＋2H2O　6.021023　(6)Fe 11．(2016聊城模擬)已知鉛蓄電池的工作原理為：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，現(xiàn)用如圖裝置進行電解(電解液足量)，測得當鉛蓄電池中轉移0.4 mol電子時鐵電極的質量減少11.2 g。請回答下列問題。 (1)A是鉛蓄電池的________極，鉛蓄電池正極反應式為_______， 放電過程中電解液的密度________(填“減小”“增大”或“不變”)。 (2)Ag電極的電極反應式是______________________________， 該電極的電極產(chǎn)物共________g。 (3)Cu電極的電極反應式是______________________________， CuSO4溶液的濃度________(填“減小”“增大”或“不變”) (4)如圖表示電解進行過程中某個量(縱坐標x)隨時間的變化曲線，則x表示________。 a．各U形管中產(chǎn)生的氣體的體積 b．各U形管中陽極質量的減少量 c．各U形管中陰極質量的增加量 解析：根據(jù)在電解過程中鐵電極質量的減少可判斷A是電源的負極，B是電源的正極，電解時Ag極作陰極，電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑，F(xiàn)e作陽極，電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋，左側U形管中總反應式為Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。右側U形管相當于電鍍裝置，Zn電極作陰極，電極反應式為Cu2＋＋2e－===Cu，銅電極作陽極，電極反應式為Cu－2e－===Cu2＋，電鍍過程中CuSO4溶液的濃度保持不變，根據(jù)上述分析可得答案。 答案：(1)負　PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O　減小　(2)2H＋＋2e－===H2↑　0.4 (3)Cu－2e－===Cu2＋　不變　(4)b