电化学原理及其应用解析版.docx
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电化学原理及其应用解析版
电化学原理及其应用
1.(2020·广西省桂林市高三联合调研)钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠(Na2Sx)分别作为两个电极的反应物,固体Al2O3陶瓷(可传导Na+)为电解质,总反应为2Na+xS
Na2Sx,其反应原理如图所示。
下列叙述正确的是()
A.放电时,电极a为正极
B.放电时,内电路中Na+的移动方向为从b到a
C.充电时,电极b的反应式为Sx2--2e-=xS
D.充电时,Na+在电极b上获得电子,发生还原反应
【答案】C
【解析】放电时Na失电子,故电极a为负极,故A错误;放电时该装置是原电池,Na+向正极移动,应从a到b,故B错误;充电时该装置是电解池,电极b是阳极,失电子发生氧化反应,电极反应式为:
Sx2--2e-=xS,故C正确;充电时,电极a是阴极,Na+在电极a上获得电子发生还原反应,故D错误;故答案为C。
2.(2020·吉林省吉林市高三二调)金属(M)-空气电池具有原料易得,能量密度高等优点,有望成为新能源汽车和移动设备的电源,该类电池放电的总反应方程式为:
2M+O2+2H2O=2M(OH)2。
(已知:
电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能)下列说法正确的是()
A.电解质中的阴离子向多孔电极移动
B.比较Mg、Al、Zn三种金属-空气电池,Mg-空气电池的理论比能量最高
C.空气电池放电过程的负极反应式2M-4e-+4OH-=2M(OH)2
D.当外电路中转移4mol电子时,多孔电极需要通入空气22.4L(标准状况)
【答案】C
【解析】原电池中阴离子应该向负极移动,金属M为负极,所以电解质中的阴离子向金属M方向移动,故A错误;电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能,则单位质量的电极材料失去电子的物质的量越多则得到的电能越多,假设质量都是1g时,这三种金属转移电子物质的量分别为
×2mol=
mol、
×3mol=
mol、
×2mol=
mol,所以Al−空气电池的理论比能量最高,故B错误;负极M失电子和OH−反应生成M(OH)2,则正极反应式为2M-4e-+4OH-=2M(OH)2,故C正确;由正极电极反应式O2+2H2O+4e−=4OH−有O2~4OH−~4e−,当外电路中转移4mol电子时,消耗氧气1mol,即22.4L(标准状况下),但空气中氧气只占体积分数21%,所以空气不止22.4L,故D错误;故答案选C。
3.(2020·福建省龙岩市高三质量检测)我国某科研团队设计了一种新型能量存储/转化装置(如下图所示)。
闭合K2、断开K1时,制氢并储能;断开K2、闭合K1时,供电。
下列说法错误的是()
A.制氢时,溶液中K+向Pt电极移动
B.制氢时,X电极反应式为
C.供电时,Zn电极附近溶液的pH降低
D.供电时,装置中的总反应为
【答案】D
【解析】闭合K2、断开K1时,该装置为电解池,Pt电极生成氢气,则Pt电极为阴极,X电极为阳极;断开K2、闭合K1时,该装置为原电池,Zn电极生成Zn2+,为负极,X电极为正极。
制氢时,Pt电极为阴极,电解池中阳离子流向阴极,故A正确;制氢时,X电极为阳极,失电子发生氧化反应,根据根据化合价可知该过程中Ni(OH)2转化为NiOOH,电极方程式为
,故B正确;供电时,Zn电极为负极,原电池中阴离子流向负极,所以氢氧根流向Zn电极,电极反应为Zn-2e-+4OH-=ZnO22-+2H2O,转移两个电子同时迁移两个OH-,但会消耗4个OH-,说明还消耗了水电离出的氢氧根,所以电极负极pH降低,故C正确;供电时,正极为NiOOH被还原,而不是水,故D错误;
故答案为D。
4.(2020·石嘴山市第三中学高三一模)利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH、H2、Cl2,装置如图所示。
下列说法正确的是()
A.a极反应:
CH4+8e-+4O2-=CO2+2H2O
B.A膜和C膜均为阴离子交换膜
C.可用铁电极替换阴极的石墨电极
D.a极上通入2.24L甲烷,阳极室Ca2+减少0.4mol
【答案】C
【解析】a极为负极,负极上甲烷发生氧化反应,电极反应式为:
CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O,A错误;根据题干信息:
利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH、H2、Cl2,,可知阳极室的电极反应式为:
,则阳极室内钙离子向产品室移动,A膜为阳离子交换膜,阴极室的电极反应式为:
,则原料室内钠离子向阴极室移动,C膜为阳离子交换膜,B错误;阴极电极不参与反应,可用铁替换阴极的石墨电极,C正确;a极上通入2.24L甲烷,没有注明在标准状况下,无法计算钙离子减少的物质的量,D错误;答案选C。
5.(2020·河南省开封市高三模拟)现在污水治理越来越引起人们重视,可以通过膜电池除去废水中的乙酸钠和对氯苯酚(
),其原理如图所示,下列说法正确的是()
A.b为电池的正极,发生还原反应
B.电流从b极经导线、小灯泡流向a极
C.当外电路中有0.2mole-转移时,a极区增加的H+的个数为0.2NA
D.a极的电极反应式为:
+2e-+H+=Cl-+
【答案】D
【解析】a为正极,正极有氢离子参与反应,电极反应式为
+2e-+H+═
+Cl-,发生还原反应,b为负极,物质在该极发生氧化反应,A错误;由上述分析可知,电流从正极a沿导线流向负极b,B错误;据电荷守恒,当外电路中有0.2mole−转移时,通过质子交换膜的H+的个数为0.2NA,而发生
+2e-+H+
═
+Cl-,则a极区增加的H+的个数为0.1NA,C错误;a为正极,正极有氢离子参与反应,电极反应式为:
+2e-+H+═
+Cl-,故D正确;故答案为D。
6.(2020·陕西省高三联考)用石墨作电极电解KCl和CuSO4(等体积混合)混合溶液,电解过程中溶液pH随时间t的变化如图所示,下列说法正确的是()
A.ab段H+被还原,溶液的pH增大
B.原溶液中KCl和CuSO4的物质的量浓度之比为2∶1
C.c点时加入适量CuCl2固体,电解液可恢复原来浓度
D.cd段相当于电解水
【答案】D
【解析】用惰性电极电解相等体积的KCl和CuSO4混合溶液,溶液中存在的离子有:
K+,Cl-,Cu2+,SO42-,H+,OH-;阴极离子放电顺序是Cu2+>H+,阳极上离子放电顺序是Cl->OH-,电解过程中分三段:
第一阶段:
阳极上电极反应式为2Cl--2e-═Cl2↑、阴极电极反应式为Cu2++2e-═Cu,铜离子浓度减小,水解得到氢离子浓度减小,溶液pH上升;第二阶段:
阳极上电极反应式为4OH--4e-═2H2O+O2↑(或2H2O-4e-═4H++O2↑),阴极反应先发生Cu2++2e-═Cu,反应中生成硫酸,溶液pH降低;第三阶段:
阳极电极反应式为4OH--4e-═2H2O+O2↑、阴极电极反应式为2H++2e-═H2↑,实质是电解水,溶液中硫酸浓度增大,pH继续降低;据此分析解答。
ab段阴极电极反应式为Cu2++2e-═Cu,由于铜离子浓度减小,水解得到氢离子浓度减小,溶液pH上升,氢离子未被还原,故A错误;由图像可知,ab、bc段,阴极反应都是Cu2++2e-═Cu,所以原混合溶液中KCl和CuSO4的浓度之比小于2:
1,故B错误;电解至c点时,阳极有氧气放出,所以往电解液中加入适量CuCl2固体,不能使电解液恢复至原来的浓度,故C错误;cd段pH降低,此时电解反应参与的离子为H+,OH-,电解反应相当于电解水,故D正确;故选D。
7.(2020·湖南省永州市高三二模)复旦大学王永刚的研究团队制得一种柔性水系锌电池,该可充电电池以锌盐溶液作为电解液,其原理如图所示。
下列说法不正确的是()
A.放电时,N极发生还原反应
B.充电时,Zn2+向M极移动
C.放电时,每生成1molPTO-Zn2+,M极溶解Zn的质量为260g
D.充电时,N极的电极反应式为2PTO+8e-+4Zn2+=PTO-Zn2+
【答案】D
【解析】放电时,金属Zn发生失电子的氧化反应生成Zn2+,即M电极为负极,则N电极为正极,电极反应式为2PTO+8e-+4Zn2+═PTO-Zn2+;充电时,外加电源的正极连接原电池的正极N,外加电源的负极连接原电池的负极。
该原电池中,放电时M电极为负极,N电极为正极,正极得电子发生还原反应,故A正确;充电时,原电池的负极M连接外加电源的负极作阴极,电解质中阳离子Zn2+移向阴极M,故B正确;放电时,正极反应式为2PTO+8e-+4Zn2+═PTO-Zn2+,负极反应式为Zn-2e-=Zn2+,电子守恒有4Zn~PTO-Zn2+,所以每生成1molPTO-Zn2+,M极溶解Zn的质量=65g/mol×4mol=260g,故C正确;充电时,原电池的正极N连接外加电源的正极作阳极,发生失电子的氧化反应,电极反应式为PTO-Zn2+-8e-=2PTO+4Zn2+,故D错误;故选D。
【答案】C
8.(2020·福建省漳州市高三测试)我国历史悠久,有灿烂的青铜文明,出土大量的青铜器。
研究青铜器中(含Cu、Sn等)在潮湿环境中发生的腐蚀对于文物保护和修复有重要意义。
下图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。
下列说法不正确的是()
A.青铜器发生电化学腐蚀,图中c作负极,被氧化
B.正极发生的电极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-
C.环境中的C1-与正、负两极反应的产物作用生成a的离子方程式为2Cu2++3OH-+Cl-=Cu2(OH)3Cl↓
D.若生成2molCu2(OH)3Cl,则理论上消耗标准状况下O2的体积为22.4L
【答案】D
【解析】根据图知,O2得电子生成OH-、Cu失电子生成Cu2+,青铜器发生吸氧腐蚀,则Cu作负极被氧化,腐蚀过程中,负极是a,A正确;O2在正极得电子生成OH-,则正极的电极反应式为:
O2+4e-+2H2O=4OH-,B正确;Cl-扩散到孔口,并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl,负极上生成Cu2+、正极上生成OH-,所以该离子反应为Cl-、Cu2+和OH-反应生成Cu2(OH)3Cl沉淀,离子方程式为2Cu2++3OH-+Cl-=
Cu2(OH)3Cl↓,C正确;每生成1molCu2(OH)3Cl,需2molCu2+,转移4mol电子,消耗1molO2,则根据转移电子守恒可得生成2molCu2(OH)3Cl,需消耗O2的物质的量n(O2)=
=2mol,则理论上消耗标准状况下O2的体积V=2mol×22.4L/mol=44.8L,D错误;故选D。
9.(2020·广东高三模拟)我国某科研机构研究表明,利用K2Cr2O7可实现含苯酚废水的有效处理,其工作原理如下图所示。
下列说法正确的是()
A.N为该电池的负极
B.该电池可以在高温下使用
C.一段时间后,中间室中NaCl溶液的浓度减小
D.M的电极反应式为:
C6H5OH+28e-+11H2O=6CO2↑+28H+
【答案】C
【解析】由图可知Cr元素化合价降低,被还原,N为正极,A项错误;该电池用微生物进行发酵反应,不耐高温,B项错误;由于电解质NaCl溶液被阳离子交换膜和阴离子交换膜隔离,使Na+和Cl-不能定向移动,所以电池工作时,负极生成的H+透过阳离子交换膜进入NaCl溶液中,正极生成的OH-透过阴离子交换膜进入NaCl溶液中与H+反应生成水,使NaCl溶液浓度减小,C项正确;苯酚发生氧化反应、作负极,结合电子守恒和电荷守恒可知电极反应式为C6H5OH-28e-+11H2O=6CO2↑+28H+,D项错误;答案选C。
10.(2020·福建省厦门市高三质检)我国科学家设计了一种将电解饱和食盐水与电催化还原CO2相耦合的电解装置如图所示。
下列叙述错误的是()
A.理论上该转化的原子利用率为100%
B.阴极电极反应式为
C.Na+也能通过交换膜
D.每生成11.2L(标况下)CO转移电子数为NA
【答案】C
【解析】总反应为
,由方程式可以看出该转化的原子利用率为100%,故A正确;阴极发生还原反应,阴极电极反应式为
,故B正确;右侧电极氯化钠生成次氯酸钠,根据反应物、生成物中钠、氯原子个数比为1:
1,Na+不能通过交换膜,故C错误;阴极二氧化碳得电子生成CO,碳元素化合价由+4降低为+2,每生成11.2L(标况下)CO转移电子数为NA,故D正确;故选C。
11.(2020·黑龙江省齐齐哈尔市第八中学高三一模)化石燃料开采、加工过程中会产生剧毒气体硫化氢(H2S),可通过间接电化学法除去,其原理如图所示。
下列说法错误的是()
A.反应池中处理硫化氢的反应是H2S+2Fe3+=2Fe2++S↓+2H+
B.电极a为阳极,电极b为阴极
C.若交换膜为质子(H+)交换膜,则NaOH溶液的浓度逐渐变大
D.若交换膜为阳离子交换膜,b电极区会产生红褐色沉淀
【答案】C
【解析】由图示知反应池中,Fe3+与硫化氢发生氧化还原反应,反应的离子方程式为:
H2S+2Fe3+=2Fe2++S↓+2H+,故A正确;a极产生Fe3+,发生氧化反应,所以为阳极,b为阴极,故B正确;若交换膜为质子交换膜,则H+进入b极,则NaOH溶液的浓度逐渐变小,故C错误;若交换膜为阳离子交换膜,Fe3+会向阴极移动,与氢氧根离子生成红褐色Fe(OH)沉淀3,故D正确;故选C。
12.(2020·山西省太原五中高三二诊)化学在环境保护中起着十分重要的作用,电化学降解NO3-的原理如图所示。
下列说法不正确的是()
A.A为电源的正极
B.溶液中H+从阳极向阴极迁移
C.电解过程中,每转移2mol电子,则左侧电极就产生32gO2
D.Ag-Pt电极的电极反应式为2NO3-+12H++10e-=N2↑+6H2O
【答案】C
【解析】A项,该装置中,硝酸根离子得电子发生还原反应,则Ag-Pt电极为阴极,pt电极为阳极,连接阴极的B电极为负极,A为正极,故A项正确;B项,电解时阳离子向阴极移动,所以H+从阳极向阴极迁移,故B项正确;C项,左侧电极为阳极发生2H2O-4e-=4H++O2
,所以每转移2mol电子时,左侧电极就产生0.5molO2即16g氧气,故C项错误;D项,阴极上硝酸根离子得电子发生还原反应,电极反应式为
,故D项正确。
综上所述,本题正确答案为C。
13.(2020·河北省高三高考模拟)新华网报道,我国固体氧化物燃料电池技术研发取得新突破。
科学家利用该科技实现了H2S废气资源回收能量,并H2S得到单质硫的原理如图所示。
下列说法正确的是()
A.电极a为电池正极
B.电路中每流过4mol电子,正极消耗1molO2
C.电极b上的电极反应:
O2+4e-+4H+=2H2O
D.电极a上的电极反应:
2H2S+2O2――2e―=S2+2H2O
【答案】B
【解析】电极a是化合价升高,发生氧化反应,为电池负极,故A错误;电路中每流过4mol电子,正极消耗1molO2,故B正确;电极b上的电极反应:
O2+4e-=2O2−,故C错误;电极a上的电极反应:
2H2S+2O2−−4e−=S2+2H2O,故D错误。
综上所述,答案为B。
14.(2020·河南省驻马店市高三模拟)某学习小组设计如下装置进行原电池原理的探究。
一段时间后取出铜棒洗净,发现浸泡在稀硝酸铜溶液中铜棒变细,浓硝酸铜溶液中铜棒变粗。
对该实验的说法正确的是()
A.处于稀硝酸中的铜棒为电池的正极,电极反应为:
Cu2++2e-=Cu
B.该装置可以实现“零能耗”镀铜
C.配置上述试验所用硝酸铜溶液应加入适量的硝酸溶液使铜棒溶解
D.铜棒上部电势高,下部电势低
【答案】B
【解析】题意中稀硝酸铜溶液中铜棒变细,浓硝酸铜溶液中铜棒变粗,说明稀硝酸铜中铜作负极,铜变成铜离子进入溶液,电极反应为:
Cu-2e-=Cu2+;A错误;稀硝酸铜溶液中铜棒变细,浓硝酸铜溶液中铜棒变粗,这样该装置可以实现“零能耗”镀铜,B正确;配置上述试验所用硝酸铜溶液若加如硝酸,硝酸会与铜电极反应,不发生题目中的电化学,C错误;铜棒上部为负极,电势低,下部为正极,电势高,D错误。
答案选B。
15.(2020·河北衡水中学高三调研)某热再生电池工作原理如图所示。
放电后,可利用废热进行充电。
已知电池总反应:
Cu2++4NH3
[Cu(NH3)4]2+ΔH<0。
下列说法正确的是()
A.充电时,能量转化形式主要为电能到化学能
B.放电时,负极反应为NH3-8e-+9OH-=NO3-+6H2O
C.a为阳离子交换膜
D.放电时,左池Cu电极减少6.4g时,右池溶液质量减少18.8g
【答案】D
【解析】已知电池总反应:
Cu2++4NH3⇌[Cu(NH3)4]2+△H<0,放出的热量进行充电,通入氨气的电极为原电池负极,电极反应Cu−2e−=Cu2+,通入氨气发生反应Cu2++4NH3⇌
[Cu(NH3)4]2+△H<0,右端为原电池正极,电极反应Cu2++2e−=Cu,中间为阴离子交换膜;
充电时,能量转化形式主要为热能→化学能,故A错误;放电时,负极反应为Cu+4NH3−2e−=[Cu(NH3)4]2+,故B错误;原电池溶液中阴离子移向负极,a为阴离子交换膜,故C错误;
放电时,左池Cu电极减少6.4g时,Cu−2e−=Cu2+,电子转移0.2mol,右池溶液中铜离子析出0.1mol,硝酸根离子移向左电极0.2mol,质量减少=0.2mol×62g/mol+0.1mol×64g/mol=18.8g,故D正确;故答案选D。
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