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專項(xiàng)突破三　電化學(xué)高考命題的探究 1.某興趣小組為了分析電解硝酸溶液時(shí)放電的離子,設(shè)計(jì)了如圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(石墨電極)。電解過程中,X極產(chǎn)生了紅棕色氣體,則下列說法不合理的是(　　) A.a極為負(fù)極,b極為正極 B.電解時(shí),Y極附近溶液pH降低 C.相同條件下,陰、陽兩極產(chǎn)生的氣體體積比是2∶1 D.X極的電極反應(yīng)式是:2H++NO3-+e- NO2↑+H2O 2.電化學(xué)降解NO3-的原理如圖所示。下列說法中不正確的是(　　) A.鉛蓄電池的A極為正極,電極材料為PbO2 B.鉛蓄電池工作過程中負(fù)極質(zhì)量增加 C.該電解池的陰極反應(yīng)為:2NO3-+6H2O+10e- N2↑+12OH- D.若電解過程中轉(zhuǎn)移2 mol電子,則交換膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差(Δm左-Δm右)為10.4 g 3.可給筆記本電腦供電的甲醇燃料電池已經(jīng)面世,其結(jié)構(gòu)示意圖如下。甲醇在催化劑作用下提供質(zhì)子(H+)和電子,電子經(jīng)外電路、質(zhì)子經(jīng)內(nèi)電路到達(dá)另一電極后與氧氣反應(yīng),電池總反應(yīng)為:2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O。下列說法不正確的是(　　) A.右電極為電池正極,b處通入的物質(zhì)是空氣 B.左電極為電池負(fù)極,a處通入的物質(zhì)是空氣 C.負(fù)極反應(yīng)式為:CH3OH+H2O-6e- CO2+6H+ D.正極反應(yīng)式為:O2+4H++4e-2H2O 4.如圖所示,甲池的總反應(yīng)為N2H4+O2 N2+2H2O。下列關(guān)于該電池工作時(shí)的說法正確的是(　　) A.甲池中負(fù)極反應(yīng)為:N2H4-4e- N2+4H+ B.甲池溶液pH不變,乙池溶液pH減小 C.甲池中消耗2.24 L O2,乙池中理論上產(chǎn)生12.8 g固體 D.反應(yīng)一段時(shí)間后,向乙池中加一定量CuO固體,能使CuSO4溶液恢復(fù)到原濃度 5.2015年斯坦福大學(xué)研究人員研制出一種可在一分鐘內(nèi)完成充放電的超常性能鋁離子電池,內(nèi)部用AlCl4-和有機(jī)陽離子構(gòu)成電解質(zhì)溶液,其放電工作原理如下圖所示。 下列說法中不正確的是(　　) A.放電時(shí),鋁為負(fù)極、石墨為正極 B.放電時(shí),有機(jī)陽離子向鋁電極方向移動(dòng) C.放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)為Al-3e-+7AlCl4- 4Al2Cl7- D.充電時(shí)的陽極反應(yīng)為Cn+AlCl4--e- CnAlCl4 6.如圖是一個(gè)電化學(xué)過程的示意圖。 請回答下列問題: (1)圖中甲池是　　　　(填“原電池”“電解池”或“電鍍池”,下同),乙池是　　　　。 (2)A(Ag)電極的名稱是　　　　(填“正極”“負(fù)極”“陰極”或“陽極”,下同),通入CH3OH的電極為　　　　。 (3)C電極的反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　,電解一段時(shí)間后丙池溶液的pH　　　　(填“增大”“減小”或“不變”)。 7.(1)某課外活動(dòng)小組同學(xué)用圖1裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),試回答下列問題: ①若開始時(shí)開關(guān)K與a連接,則鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕中的　　　　腐蝕。 ②若開始時(shí)開關(guān)K與b連接,則總反應(yīng)的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　。 圖1　　　　　　　　　　　　圖2　　　 (2)芒硝的化學(xué)式為Na2SO410H2O,無色晶體,易溶于水,是一種分布很廣泛的硫酸鹽礦物。該小組同學(xué)設(shè)想,如果模擬工業(yè)上離子交換膜法制燒堿的方法,用圖2所示裝置電解硫酸鈉溶液來制取氫氣、氧氣、硫酸和氫氧化鈉,無論從節(jié)省能源還是從提高原料的利用率方面都更加符合綠色化學(xué)理念。 ①該電解槽的陽極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　。此時(shí)通過陰離子交換膜的離子數(shù)　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)通過陽離子交換膜的離子數(shù)。 ②制得的氫氧化鈉溶液從出口(填“A”“B”“C”或“D”)　　　　導(dǎo)出。 ③通電開始后,陰極附近溶液pH會增大,請簡述原因: 　。 ④若將制得的氫氣、氧氣和氫氧化鈉溶液組合為氫氧燃料電池,則電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為　 。 已知H2的燃燒熱為285.8 kJmol-1,則該燃料電池工作產(chǎn)生36 g液態(tài)H2O時(shí),理論上有　　　　kJ的能量轉(zhuǎn)化為電能。 8.某學(xué)習(xí)小組將有關(guān)“電解飽和食鹽水”的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行梳理,形成如下問題(顯示的電極均為石墨)。 (1)圖1中,電解一段時(shí)間后,氣球b中的氣體是　　　(填化學(xué)式),U形管　　　(填“左”或“右”)邊的溶液變紅。 (2)利用圖2制作一種環(huán)保型消毒液發(fā)生器,電解可制備“84”消毒液的有效成分,則c為電源的　　　　　極;該發(fā)生器中反應(yīng)的總離子方程式為　 。 (3)氯堿工業(yè)是高耗能產(chǎn)業(yè),一種將電解池與燃料電池相組合的新工藝可以節(jié)(電)能30%以上。該工藝的相關(guān)物質(zhì)傳輸與轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖3所示(其中的電極未標(biāo)出,所用的離子膜都只允許陽離子通過)。 圖3 ①燃料電池B中的電極反應(yīng)式分別為:負(fù)極　　　　　　　　　,正極　　　　　　　　　　　　　。 ②分析圖3可知,氫氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)a%、b%、c%由大到小的順序?yàn)椤　　　　　　　　? 答案精解精析 1.答案　C　電解過程中,X極產(chǎn)生了紅棕色氣體,則X極的電極反應(yīng)式為2H++NO3-+e- NO2↑+H2O,則X為電解池的陰極,Y為電解池的陽極。A項(xiàng),a極為負(fù)極,b極為正極;B項(xiàng),電解時(shí),Y為電解池的陽極,電極反應(yīng)式為4OH--4e- O2↑+2H2O,Y極附近溶液pH降低;C項(xiàng),由電極反應(yīng)式知,相同條件下,陰、陽兩極產(chǎn)生的氣體體積比是4∶1。 2.答案　D　A項(xiàng),Ag-Pt電極上,NO3-得電子發(fā)生還原反應(yīng),則Ag-Pt電極為陰極、Pt電極為陽極,所以A極是正極,電極材料為PbO2。B項(xiàng),鉛蓄電池工作過程中,負(fù)極上Pb失電子生成硫酸鉛附著在電極板上,所以負(fù)極質(zhì)量增加。C項(xiàng),陰極上NO3-得電子發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為2NO3-+6H2O+10e- N2↑+12OH-。D項(xiàng),電解池中陽極反應(yīng)式為4OH--4e- 2H2O+O2↑,轉(zhuǎn)移2 mol電子時(shí)生成0.5 mol O2和2 mol H+,2 mol H+通過質(zhì)子交換膜轉(zhuǎn)移到右側(cè),故左側(cè)溶液質(zhì)量改變量為0.5 mol32 gmol-1+2 mol1 gmol-1=18 g;當(dāng)轉(zhuǎn)移2 mol電子時(shí)陰極可生成15 mol N2,同時(shí)從左側(cè)轉(zhuǎn)移過來2 mol H+,故右側(cè)溶液質(zhì)量變化量為15 mol28 gmol-1-2 mol1 gmol-1=3.6 g,兩側(cè)溶液質(zhì)量變化差為18 g-3.6 g=14.4 g。 3.答案　B　由題圖中電子的移動(dòng)方向得出,左電極為負(fù)極,右電極為正極。A項(xiàng),右電極為電池正極,b處通入的物質(zhì)是空氣;B項(xiàng),左電極為電池負(fù)極,a處通入的物質(zhì)是甲醇;C項(xiàng),負(fù)極反應(yīng)式為CH3OH+H2O-6e- CO2+6H+;D項(xiàng),正極反應(yīng)式為O2+4H++4e- 2H2O。 4.答案　D　A項(xiàng),電解質(zhì)溶液為KOH溶液,不會生成H+,正確的電極反應(yīng)式為N2H4-4e-+4OH- N2+4H2O;B項(xiàng),甲池中生成了水,溶液的pH減小;C項(xiàng),沒有指明是否為標(biāo)準(zhǔn)狀況下,不能進(jìn)行計(jì)算;D項(xiàng),乙池中的總反應(yīng)為2CuSO4+2H2O 2H2SO4+2Cu+O2↑,脫離溶液體系的物質(zhì)組成為CuO,加入CuO可與硫酸發(fā)生反應(yīng)生成硫酸銅,從而使CuSO4溶液恢復(fù)到原濃度。 5.答案　B　A項(xiàng),放電時(shí)是原電池,鋁的活潑性強(qiáng)于石墨,故鋁為負(fù)極、石墨為正極;B項(xiàng),在原電池中,陽離子向正極移動(dòng),故有機(jī)陽離子由鋁電極向石墨電極方向移動(dòng);C項(xiàng),放電時(shí),鋁失電子與AlCl4-結(jié)合生成Al2Cl7-,電極反應(yīng)式為Al-3e-+7AlCl4- 4Al2Cl7-;D項(xiàng),充電時(shí),陽極發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為Cn+AlCl4--e- CnAlCl4。 6.答案　(1)原電池　電鍍池　 (2)陽極　負(fù)極 (3)2Cl--2e- Cl2↑　增大 解析　甲池為燃料電池,通入CH3OH的一極為負(fù)極,通入O2的一極為正極。乙池中Ag作陽極,AgNO3溶液作電解質(zhì)溶液,故乙池為電鍍池。丙池為電解池,其中D為陰極,C為陽極,陽極的電極反應(yīng)式為2Cl--2e- Cl2↑;電解NaCl溶液生成NaOH,故溶液pH增大。 7.答案　(1)①吸氧　②2Cl-+2H2O 2OH-+H2↑+Cl2↑ (2)①4OH--4e- 2H2O+O2↑　小于 ②D ③H+放電促進(jìn)水的電離,使OH-濃度增大 ④H2-2e-+2OH- 2H2O　571.6 解析　(1)①開關(guān)K與a連接,形成原電池,由于電解質(zhì)溶液為飽和食鹽水,故鐵發(fā)生吸氧腐蝕。②開關(guān)K與b連接,形成電解池,總反應(yīng)的離子方程式為2Cl-+2H2O 2OH-+Cl2↑+H2↑。 (2)①該電解槽中陽極上OH-放電,電極反應(yīng)式為4OH--4e- 2H2O+O2↑;由于SO42-所帶電荷為Na+的2倍,所以通過陰離子交換膜的離子數(shù)小于通過陽離子交換膜的離子數(shù)。②NaOH在陰極產(chǎn)生,因此從出口D導(dǎo)出。③通電開始后,陰極上H+放電,促進(jìn)水的電離,OH-濃度增大,因此pH增大。④堿性氫氧燃料電池中負(fù)極上H2放電,電極反應(yīng)式為H2-2e-+2OH- 2H2O。由H2(g)+12O2(g) H2O(l)　ΔH=-285.8 kJmol-1可知,當(dāng)電池工作產(chǎn)生36 g液態(tài)H2O時(shí),理論上轉(zhuǎn)化為電能的能量為285.8 kJmol-12 mol=571.6 kJ。 8.答案　(1)H2　右 (2)負(fù)　Cl-+H2O ClO-+H2↑ (3)①2H2-4e-+4OH- 4H2O　O2+4e-+2H2O 4OH- ②b%>a%>c% 解析　(1)圖1中,根據(jù)電子流向知,右邊電極是陰極,陰極上氫離子放電生成氫氣,所以氣球b中的氣體是氫氣;陰極附近有NaOH生成,溶液呈堿性,無色酚酞遇堿變紅,所以U形管右邊溶液變紅。 (2)要制備NaClO,則Cl2應(yīng)在下面的電極上生成,所以c為負(fù)極、d為正極;電池反應(yīng)為Cl-+H2O ClO-+H2↑。 (3)①分析圖3可知Y為H2。堿性氫氧燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為2H2-4e-+4OH- 4H2O,正極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e- 4OH-。 ②由燃料電池的電極反應(yīng)式可知,負(fù)極消耗OH-,正極生成OH-,所以NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù):b%>a%>c%。