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解析 由于b极是阴极,电极反应是2H++2e-===H2↑,电极附近溶液中c(OH-)增大,使酚酞呈红色;
由于硫酸根离子没有参加反应,物质的量不变;
由电极反应可知,原电池工作时,稀硫酸溶液中c(H+)变小、c(Zn2+)变大。
则选项A、C、D均正确。
3.根据下列事实:
①X+Y2+===X2++Y,②Z+2H2O(冷)===Z(OH)2+H2↑,③Z2+氧化性比X2+弱,④由Y、W电极组成的原电池电极反应为W2++2e-===W、Y-2e-===Y2+,可知X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序是( )
A.X>
Z>
Y>
W B.Z>
W>
X>
Y
C.Z>
WD.Z>
W
答案 D
解析 由题意知:
①中发生置换反应,还原性X>
Y,②中Z与H2O(冷)反应说明Z还原性很强,③中Z2+氧化性比X2+弱,说明还原性Z>
X,④中由Y、W构成的原电池中Y发生氧化反应为负极,知还原性Y>
W,所以X、Y、Z、W的还原性强弱顺序为Z>
W,故选D。
4.某溶液中含有溶质NaCl和H2SO4,它们的物质的量之比为3∶1。
用石墨作电极电解溶液时,根据电极产物,可明显分为三个阶段。
下列叙述不正确的是( )
A.阴极只析出H2
B.阳极先析出Cl2,后析出O2
C.电解最后阶段为电解水
D.溶液pH不断增大,最后为7
解析 电解质溶液中,n(Na+)∶n(Cl-)∶n(SO
)=3∶3∶1,开始电解产生H2和Cl2,相当于电解HCl,之后相当于电解NaCl,生成OH-,最后相当于电解水,因而pH>
7,阴极只生成H2。
5.某课外活动小组,为研究金属的腐蚀和防护的原理,做了以下实验:
将剪下的一块镀锌铁片,放入锥形瓶中,并滴入少量食盐水将其浸湿,再加数滴酚酞试液,按如图所示的装置进行实验,过一段时间后观察,下列现象不可能出现的是( )
A.B中导气管中产生气泡
B.B中导气管里形成一段水柱
C.金属片剪口变红
D.锌被腐蚀
解析 镀锌铁片在食盐水中,应该发生吸氧腐蚀,因锌比铁活泼,所以锌被腐蚀。
氧气得电子产生OH-,使酚酞变红。
因空气中的氧气参与了反应,使得A中气体减少,压强减小,B中水柱上升。
6.[2015·
北京西城二模]根据右图判断,下列叙述正确的是( )
A.K与N连接时,X为硫酸,一段时间后溶液的pH增大
B.K与N连接时,X为氯化钠,石墨电极反应:
2H++2e-===H2↑
C.K与M连接时,X为硫酸,一段时间后溶液的pH增大
D.K与M连接时,X为氯化钠,石墨电极反应:
4OH--4e-===2H2O+O2↑
解析 A项,K与N连接时构成原电池,X为硫酸,发生析氢腐蚀,铁作负极,失去电子被氧化,石墨作正极,氢离子在正极表面得到电子,一段时间后溶液的pH增大;
B项,K与N连接时构成原电池,X为氯化钠,铁发生吸氧腐蚀,石墨电极反应:
2H2O+O2+4e-===4OH-;
C项,K与M连接时构成电解池,X为硫酸,石墨作阳极,铁作阴极,相当于电解水,一段时间后硫酸的浓度增大,溶液的pH减小;
D项,K与M连接时构成电解池,X为氯化钠,石墨作阳极,电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑。
7.瓦斯爆炸是煤矿开采中的重大危害,一种瓦斯分析仪(如图甲)在煤矿巷道中的甲烷浓度达到一定值时,其传感器就可以显示。
该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理,其装置如图乙所示,其中的固体电解质是Y2O3-Na2O,O2-可以在其中自由移动。
下列有关叙述正确的是( )
A.瓦斯分析仪工作时,电池内电路中电子由电极b流向电极a
B.电极b是正极,O2-由电极a流向电极b
C.电极a的反应式为CH4+4O2--8e-===CO2+2H2O
D.当固体电解质中有1molO2-通过时,电子转移4mol
答案 C
解析 电子不能在电池内电路中流动,只能在外电路中流动,A项错;
电极b上氧气得电子,生成O2-,而电极a需要O2-作为反应物,故O2-由正极(电极b)流向负极(电极a),B项错;
电极a为负极,电极反应式为CH4+4O2--8e-===CO2+2H2O,C项正确;
1molO2得4mol电子生成2molO2-,故当固体电解质中有1molO2-通过时,电子转移2mol,D项错。
8.生物燃料电池是以有机物为燃料,直接或间接利用酶作为催化剂的一类特殊的燃料电池,其能量转化率高,是一种真正意义上的绿色电池,其工作原理如下图所示。
已知C1极的电极反应为C2H5OH+3H2O-12e-===2CO2+12H+。
下列说法中不正确的是( )
A.C1极为电池负极,C2极为电池正极
B.C2极的电极反应为O2+4H++4e-===2H2O
C.该生物燃料电池的总反应方程式为C2H5OH+3O2===2CO2+3H2O
D.电子由C2极经外电路流向C1极
解析 根据原电池的反应原理,通入乙醇的电极发生氧化反应,是原电池的负极,通入氧气的电极发生还原反应,是原电池的正极,该燃料电池的总反应方程式是C2H5OH+3O2===2CO2+3H2O,则选项A、B、C均正确。
电子流动的方向是从C1极经外电路流向C2极,选项D不正确。
9.研究人员最近发明了一种“水”电池,这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电,在海水中电池总反应可表示为5MnO2+2Ag+2NaCl===Na2Mn5O10+2AgCl。
下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是( )
A.正极反应式:
Ag+Cl--e-===AgCl
B.每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子
C.Na+不断向“水”电池的负极移动
D.AgCl是还原产物
解析 本题考查电化学,意在考查电极反应式的书写、电子转移情况和溶液中离子的移动情况。
电池的正极得电子,A项错误;
阳离子向正极移动,C项错误;
Ag化合价升高形成AgCl,AgCl是氧化产物,D项错误。
10.[2015·
三明一中模拟]有关如图装置的叙述正确的是( )
A.这是一个电解池装置
B.这是电解NaOH溶液的装置
C.该装置中Fe为阴极,电极反应为Fe-2e-+2OH-===Fe(OH)2
D.该装置中Pt为正极,电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-
解析 该装置无外接电源,不是电解池装置。
选项A、B、C错误。
铁发生吸氧腐蚀,Pt为正极,电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-。
11.将0.2molAgNO3、0.4molCu(NO3)2、0.6molKCl溶于水配成100mL溶液,用惰性电极电解一段时间后,若在一极析出0.3molCu,此时在另一极上产生的气体体积(标准状况)为( )
A.4.48L B.5.6L
C.6.72L D.7.84L
解析 将三种物质溶于水后,AgNO3和KCl之间发生反应,KCl剩余0.4mol。
与放电有关的离子有0.4molCu2+、0.4molCl-及H+、OH-,阴极发生反应:
Cu2++2e-===Cu,生成0.3molCu时,通过电子0.6mol;
阳极先发生反应:
2Cl--2e-===Cl2↑,当0.4molCl-放电时,通过电子0.4mol,生成Cl20.2mol,阳极再发生反应:
4OH--4e-===2H2O+O2↑,根据阴、阳两极通过电子数相等得,再通过0.2mol电子时,生成0.05molO2,所以阳极共生成气体0.25mol,即标准状况下体积为5.6L。
12.原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关,下列说法中错误的是( )
A.由Al、Cu、稀硫酸组成原电池,放电时SO
向Al电极移动
B.由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池,其负极反应为Al-3e-+4OH-===AlO
+2H2O
C.由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池,其负极反应为Cu-2e-===Cu2+
D.由Al、Cu、浓硝酸组成原电池作电源,用石墨电极来电解硝酸银溶液,当析出1molAg时,消耗铜电极32g
解析 由Al、Cu、稀硫酸组成原电池,Al为负极,原电池的电解质溶液里阴离子流向负极,故A项说法正确;
B项中,Al作电池的负极,失电子被氧化,因电解质溶液为NaOH溶液,故Al应转化为AlO
,B项说法正确;
由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池,其负极材料为Fe,故C项说法错误;
由电子守恒知,当析出1molAg时转移电子1mol,消耗Cu0.5mol,即32g,故D项说法正确。
13.将铁片和锌片放在盛有NaCl溶液(其中滴有酚酞)的表面皿中,如图所示。
最先观察到变为红色的区域分别为( )
A.Ⅰ和ⅢB.Ⅰ和Ⅳ
C.Ⅱ和ⅢD.Ⅱ和Ⅳ
解析 甲图为原电池,Fe为正极,Zn为负极,在Fe上,O2+4e-+2H2O===4OH-,所以Ⅰ处比Ⅱ处先出现红色。
乙图为电解池,Fe为阳极,Zn为阴极,在Zn上,2H++2e-===H2↑,使水中c(OH-)>
c(H+),Ⅳ处比Ⅲ处先出现红色。
14.电浮选凝聚法处理酸性污水的工作原理如下图。
下列说法不正确的是( )
A.铁电极的电极反应式为:
Fe-2e-===Fe2+
B.通入甲烷的石墨电极的电极反应式为:
CH4+4CO
-8e-===5CO2+2H2O
C.为增强污水的导电能力,可向污水中加入适量食盐
D.若左池石墨电极产生44.8L气体,则消耗0.5mol甲烷
解析 A项,右池中通入甲烷的一极为原电池的负极,通入空气的一极为原电池的正极,故左池中Fe电极为阳极,石墨电极为阴极,Fe电极发生氧化反应,Fe-2e-===Fe2+,A项正确;
B项,原电池的负极发生氧化反应,电极反应式正确;
C项,NaCl是易溶的离子化合物,加入食盐可使溶液的导电能力增强,C项正确;
D项,电解池中石墨电极(阴极)的电极反应式为:
2H++2e-===H2↑,标准状况下,n(e-)=2n(H2)=2×
=4mol,每消耗1molCH4,转移8mole-,则n(CH4)=0.5mol,但D项并未说明是标准状况,故D项不正确。
15.用如图所示的装置电解K2SO4溶液同时制备H2SO4和KOH溶液,Ⅱ中装入K2SO4溶液,下列有关分析正确的是(a、b是离子交换膜)( )
A.Ⅰ区生成H2SO4
B.a是阴离子交换膜
C.Ⅱ区中的K+进入Ⅰ区
D.Ⅲ区溶液的pH会升高
解析 Ⅰ区是阴极区,溶液中的H+放电而被消耗,故Ⅰ区生成的是KOH,Ⅱ区中的K+通过阳离子交换膜进入Ⅰ区,A、B选项错,C项对;
Ⅲ区生成H2SO4而使溶液pH下降。
16.如图中X是直流电源。
两槽中c、d、e为石墨棒,f是铜棒,e、f两电极的质量相等。
接通电路后,发现d附近显红色,且电解2min后,取出e、f,洗净、烘干、称量,质量差为1.28g。
下列说法正确的是( )
A.电源上a为正极,Z槽中f为阳极
B.电流的方向是b→f→e→d→c→a
C.在通电过程中,电路中通过的电子为0.02mol
D.若Y槽中溶液体积为500mL(电解后可视为不变),槽中电解反应的速率v(OH-)为0.04mol/(L·
min)
解析 接通电路后,发现d附近显红色,说明d电极上发生的反应是水电离出的H+放电产生H2,同时生成NaOH,d极的电极反应为2H++2e-===H2↑,d极为阴极,c极为阳极,a为正极,b为负极,f为阴极,e为阳极,电流的方向为a→c→d→e→f→b。
电解2min后,f极上析出1.28gCu,电子转移0.04mol。
Y槽中,OH-~e-,故n(OH-)=0.04mol,c(OH-)=0.04mol/0.5L=0.08mol/L,v(OH-)=0.08mol/L/2min=0.04mol/(L·
min)。
第Ⅱ卷 (非选择题,共52分)
二、非选择题(本题包括6小题,共52分)
17.(6分)日常生活、科学研究、工业生产中有许多问题与原电池的工作原理有关。
(1)电工操作上规定:
不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。
请说明原因:
________________________________________________________________________。
(2)某同学在一次实验中,偶然地发现了一种“反常”现象,向正在反应中的Zn与稀硫酸所组成的体系中滴加了几滴CuSO4溶液后,发现产生气泡的速率明显加快了,导致“加快”的原因是________________________________________________________________________
(3)心脏起搏器的使用可以使患有心动过缓或心律失常患者的心率与排血量维持在正常范围之内,从而提高他们的生存质量。
LiSOCl2电池可用于心脏起搏器中,电池的总反应可表示为4Li+2SOCl2===4LiCl+S+SO2。
则该电池的电解质溶液中________(填“能”或“不能”)含有水,理由是__________________________________________。
答案
(1)二者连接在一起时,接头处在潮湿的空气中便形成了原电池,加速了铝的腐蚀
(2)锌及其置换出的铜、稀硫酸组成了原电池
(3)不能 锂能与水快速反应
解析
(1)从接头处若是潮湿的会形成原电池的角度进行分析。
(2)从形成原电池后会导致反应速率加快的角度进行分析。
18.(10分)认真观察下列装置,回答下列问题:
(1)装置B中PbO2上发生的电极反应为__________________________________________。
连接装置B、C的U形管中装填含有琼脂的KCl饱和溶液,其作用是_____________________。
(2)装置A中总反应的离子方程式为____________________________________________。
(3)若装置E的目的是在铜上镀银,则X为________,极板N的材料为________。
若装置E的目的是验证金属的电化学防腐,则极板N的材料为________。
(4)当装置A中Cu电极质量改变6.4g时,装置D中产生的气体体积为________L(标准状况)。
答案
(1)PbO2+4H++SO
+2e-===PbSO4+2H2O 使装置B、C中的溶液连成通路
(2)Cu+2H+
Cu2++H2↑ (3)AgNO3 Ag 惰性电极(或石墨等不溶性惰性材料) (4)4.48
解析 本题的关键是判断哪些装置为原电池,由盐桥可知装置B、C构成原电池。
Pb作负极:
Pb-2e-+SO
===PbSO4。
PbO2作正极:
PbO2+2e-+SO
+4H+===PbSO4+2H2O。
装置A中与PbO2相连的Cu电极为电解池的阳极:
Cu-2e-===Cu2+,Pt电极为阴极:
2H++2e-===H2↑,总反应为Cu+2H+
Cu2++H2↑。
装置E若为电镀装置,镀层金属作阳极,镀件作阴极,极板M为阴极,应为铜,极板N为阳极,应为银,溶液为AgNO3溶液。
19.(10分)科学家预言,燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径,美国已计划将甲醇燃料电池用于军事。
一种甲醇燃料电池采用铂或碳化钨作为电极催化剂,在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇,同时向一个电极通入空气。
回答下列问题:
(1)这种电池放电时发生的化学反应方程式是
________________________________________________________________________
(2)此电池正极发生的电极反应式是
________________________________________________________________________,
负极发生的电极反应式是
(3)电解液中的H+向________极移动,向外电路释放电子的电极是________。
(4)比起直接燃烧燃料产生电力,使用燃料电池有许多优点,其中主要有两点:
首先是燃料电池能量转化效率高,其次是
答案
(1)2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O
(2)3O2+12H++12e-===6H2O
2CH3OH+2H2O-12e-===2CO2+12H+
(3)正 负极 (4)对环境无污染
解析 甲醇燃料电池实质就是利用CH3OH燃料在氧气中反应来提供电能。
CH3OH作负极,发生氧化反应,电极反应为2CH3OH+2H2O-12e-===2CO2+12H+;
氧气在正极的电极反应为3O2+12H++12e-===6H2O,两反应相加得总反应式。
在电池中,负极释放电子传到正极上,故H+向正极移动。
甲醇反应产物为CO2和H2O,对环境无污染。
20.(8分)铁生锈是比较常见的现象,某实验小组为研究铁生锈的条件,设计了如下图所示的快速、易行的方法:
首先检查制氧气装置的气密性,然后按图连接好装置,点燃酒精灯给药品加热,持续3min左右,观察到的实验现象:
①直形管中潮湿的铁丝表面颜色变得灰暗,发生锈蚀。
②直形管中干燥的铁丝表面依然光亮,没有发生锈蚀。
③烧杯中潮湿的铁丝表面依然光亮。
试回答以下问题:
(1)按接触的介质不同,可将金属腐蚀分成不同类型,本实验中铁生锈属于________。
能表示其原理的反应方程式为
(2)仪器A的名称为________,其中装的药品可以是________,其作用是________。
(3)由实验可知,该类铁生锈的条件为
决定铁生锈快慢的一个重要因素是________。
答案
(1)电化学腐蚀 2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2
(2)球形干燥管 碱石灰(或无水氯化钙) 干燥O2 (3)①与O2接触,②与水接触 氧气浓度
解析 钢铁在潮湿环境下形成原电池,发生电化学腐蚀。
此实验中直形管中的现象说明,潮湿是铁生锈的必要前提,但不能说明潮湿程度对生锈快慢的影响,直形管实验与烧杯实验的对比,说明O2浓度是影响铁生锈快慢的一个重要因素。
21.(10分)A、B、C三种强电解质,它们在水中电离出的离子如下表所示:
阳离子
Na+、K+、Cu2+
阴离子
SO
、OH-
在下图所示装置中,甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液,电极均为石墨电极。
接通电源,经过一段时间后,测得乙烧杯中c电极质量增加了16g。
常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图。
据此回答下列问题:
(1)M为电源的________极(填“正”或“负”),电极b上发生的电极反应为________________。
(2)电极e上生成的气体在标准状况下的体积为______________。
(3)写出乙烧杯中的电解池反应
(4)若电解过程中,乙烧杯中的B溶液中的金属离子全部析出,此时电解能否继续进行,为什么?
(5)若经过一段时间后,测得乙烧杯中c电极质量增加了16g,要使丙烧杯中的C溶液恢复到原来的状态,正确的操作是__________________________。
答案
(1)负 4OH--4e-===2H2O+O2↑
(2)5.6L
(3)2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4
(4)能,因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液,反应变为电解水的反应
(5)向丙烧杯中加入4.5g水
解析
(1)乙烧杯中c电极质量增加,则c处发生的反应为Cu2++2e-===Cu,即c电极为阴极,由此可推出b为阳极,a为阴极,M为负极,N为正极。
测得乙烧杯中c电极质量增加了16g,又析出的金属只能是Cu,其他的都不可能,而Cu2+只能和SO
结合,由此确定B溶液为CuSO4溶液;
由常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系图,可以确定A为KOH溶液或NaOH溶液,C为K2SO4溶液或Na2SO4溶液。
甲烧杯中为KOH溶液或NaOH溶液,相当于电解H2O,阳极b处为阴离子OH-放电,即4OH--4e-===2H2O+O2↑。
(2)当乙烧杯中有16gCu析出时,转移的电子为0.5mol,2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4。
整个电路是串联的,故每个烧杯中的电极上转移电子数相等。
丙烧杯中为K2SO4溶液或Na2SO4溶液,相当于电解H2O,由方程式2H2O
2H2↑+O2↑可知,生成2molH2,转移4mol电子,所以当整个反应中转移0.5mol电子时,生成的H2为0.25mol,标准状况下的体积为0.25mol×
22.4L/mol=5.6L。
(4)铜全部析出后,电解质变为H2SO4,所以电解反应仍能进行。
(5)丙烧杯中消耗水0.25mol,若要使丙烧杯中的C溶液恢复到原来的状态,正确的操作是向烧杯中加入4.5g水。
22.[2016·
海淀质检](8分
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