高考化学易错题练习电化学基础.docx
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高考化学易错题练习电化学基础
电化学基础(选择题)
【错题纠正】
例题1、铜锌原电池(如图)工作时,下列叙述正确的是
A.正极反应为:
Zn-2e-===Zn2+B.电池反应为:
Zn+Cu2+===Zn2++Cu
C.在外电路中,电子从正极流向负极D.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液
【解析】该电池中锌为负极,电极反应为Zn-2e-===Zn2+,铜为正极,电极反应为Cu2++2e-===Cu,A项错误;电池总反应为Zn+Cu2+===Zn2++Cu,B项正确;原电池工作时,外电路中电子从负极经导线流向正极,C项错误;负极上由于锌放电,ZnSO4溶液中Zn2+浓度增大,故盐桥中的Cl-移向ZnSO4溶液,D项错误。
答案:
B
例题2、三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和SO
可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
下列叙述正确的是
A.通电后中间隔室的SO
离子向正极迁移,正极区溶液pH增大
B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C.负极反应为2H2O-4e-===O2+4H+,负极区溶液pH降低
D.当电路中通过1mol电子的电量时,会有0.5mol的O2生成
【解析】A项正极区发生的反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+,由于生成H+,正极区溶液中阳离子增多,故中间隔室的SO
向正极迁移,正极区溶液的pH减小。
B项负极区发生的反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,阴离子增多,中间隔室的Na+向负极迁移,故负极区产生NaOH,正极区产生H2SO4。
C项由B项分析可知,负极区产生OH-,负极区溶液的pH升高。
D项正极区发生的反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+,当电路中通过1mol电子的电量时,生成0.25molO2。
答案:
B
【知识清单】
1.两池(原电池、电解池)判定规律:
首先观察是否有外接电源,若无外接电源,则可能是原电池,然后依据原电池的形成条件分析,判定思路主要是“四看”:
先看电极,其次看是否自发发生氧化还原反应,再看电解质溶液,最后看是否形成闭合回路。
若有外接电源,两电极插入电解质溶液中,则是电解池。
2.电极反应:
(1)原电池:
正极:
得到电子,发生还原反应;负极:
失去电子,发生氧化反应。
(2)电解池:
阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应。
(3)充电电池:
负接负为阴极,正接正为阳极。
放电时的负极和充电时的阳极发生氧化反应;放电时的正极和充电时的阴极发生还原反应。
3.粒子移动:
(1)原电池:
阴离子→负极,阳离子→正极。
电子从负极到正极
(2)电解池:
阴离子→阳极,阳离子→阴极。
电子从负极到阴极,从阳极到正极。
4.判断溶液PH的变化:
如果判断的是整个电解质溶液PH的变化,就要分析总的化学方程式,生成或消耗酸碱的情况。
如果判断的是某极区溶液PH的变化,就要分析这个极区的电极反应,生成或消耗H+或OH的情况。
5.电解规律:
阳极产物的判断首先看电极,如果是活性电极作阳极,则电极材料失电子,电极溶解(注意:
铁作阳极溶解生成Fe2+,而不是Fe3+);如果是惰性电极,则需看溶液中阴离子的失电子能力,阴离子放电顺序为S2->I->Br->Cl->OH-(水);阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断:
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+
6.恢复原态措施:
电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。
一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物,但也有特殊情况,如用惰性电极电解CuSO4溶液,Cu2+完全放电之前,可加入CuO或CuCO3复原,而Cu2+完全放电之后,应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3复原。
7.电解类型:
电解水型(如电解Na2SO4、H2SO4、NaOH溶液等);电解电解质型(如电解CuCl2溶液盐酸等);放氢生碱型(如电解NaCl、MgCl2溶液等);放氧生酸型(如电解CuSO4、AgNO3溶液等)。
【变式练习】
1.镁-次氯酸盐燃料电池的工作原理如图,该电池反应为:
Mg+ClO-+H2O===Mg(OH)2+Cl-。
下列有关说法正确的是
A.电池工作时,C溶液中的溶质是MgCl2
B.电池工作时,正极a附近的pH将不断增大
C.负极反应式:
ClO--2e-+H2O===Cl-+2OH-
D.b电极发生还原反应,每转移0.1mol电子,理论上生成0.1molCl-
2.某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池。
放电时电池的总反应为:
Li1-xCoO2+LixC6===LiCoO2+C6(x<1)。
下列关于该电池的说法不正确的是
A.放电时,Li+在电解质中由负极向正极迁移
B.放电时,负极的电极反应式为LixC6-xe-===xLi++C6
C.充电时,若转移1mole-,石墨C6电极将增重7xg
D.充电时,阳极的电极反应式为LiCoO2-xe-===Li1-xCoO2+xLi+
【易错通关】
1.我国科学家发明了一种“可固氮”的镁-氮二次电池,其装置如图所示,下列说法不正确的是
A.固氮时,电池的总反应为3Mg+N2=Mg3N2
B.脱氮时,钌复合电极的电极反应式为Mg3N2-6e-=3Mg2++N2
C.固氮时,外电路中电子由钌复合电极流向镁电极
D.当无水LiCl—MgCl2混合物受热熔融后电池才能工作
2.微生物燃料电池能将污水中的乙二胺(H2NCH2CH2NH2)氧化成环境友好的物质,示意图如图所示,a、b均为石墨电极。
下列说法错误的是
A.a电极的电极反应为H2NCH2CH2NH2-16e-+4H2O=2CO2↑+N2↑+16H+
B.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
C.a电极上的电势比b电极上的电势低
D.电池工作时b电极附近溶液的pH保持不变
3.锌—空气燃料电池有比能量高、容量大、使用寿命长等优点,可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,放电时发生反应:
2Zn+O2+4OH-+2H2O=2[Zn(OH)4]2-。
下列说法正确的是:
A.放电时,负极反应为Zn-2e-=Zn2+
B.该隔膜为阳离子交换膜,允许K+通过
C.充电时,当0.1molO2生成时,流经电解质溶液的电子个数约为1.204×1022
D.采用多孔炭可提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面
4.我国某科研团队设计了一种新型能量存储/转化装置(如图所示)。
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.供电时,Zn电极附近溶液的pH不变
C.供电时,X电极发生还原反应
D.制氢时,X电极反应式为Ni(OH)2-e-+OH-=NiOOH+H2O
5.碳酸二甲酯[(CH3O)2CO]是一种具有发展前景的“绿色”化工产品。
电化学法合成碳酸二甲酯的工作原理如图所示。
下列说法错误的是
A.石墨I与直流电源正极相连
B.H+由石墨II通过质子交换膜向石墨I移动
C.石墨I上发生的电极反应为2CH3OH+CO-2e-=(CH3O)2CO+2H+
D.电解过程中,阴极和阳极消耗气体的物质的量之比为1:
2
6.已知某种二次锂离子电池工作时反应为:
LixCn+Li(1-x)CoO2==LiCoO2+nC。
电池如图所示。
下列说法不正确的是
A.放电时,碳材料极失去电子,发生氧化反应,电子经外电路,Li+经内电路同时移向正极
B.放电时正极反应为:
Li(1-x)CoO2+xLi++xe-=LiCoO2
C.充电时,Li+从负极脱出,又嵌入正极
D.锂离子二次电池正负极之间充放电时发生传输Li+的反应,少有副反应
7.一种双电子介体电化学生物传感器,用于检测水体急性生物毒性,其工作原理如图。
下列说法正确的是
A.图中所示电极为阳极,其电极反应式为K4Fe(CN6)-e-=K3Fe(CN)6
B.甲荼醌在阴极发生氧化反应
C.工作时K+向图中所示电极移动
D.NAD(P)H转化为NAD(P)+的过程失去电子
8.DBFC燃料电池的结构如图,该电池的总反应为NaBH4+4H2O2=NaBO2+6H2O。
下列关于电池工作时的相关分析不正确的是
A.X极为正极,电流经X流向外电路
B.Y极发生的还原反应为H2O2+2e-=2OH−
C.X极区溶液的pH逐渐减小
D.每消耗1.0L0.50mol/L的H2O2电路中转移1.0mole-
9.一种双室微生物燃料电池污水净化系统原理如图所示,图中酸性污水中含有的有机物用C6H12O6表示。
下列有关该电池的说法不正确的是
A.正极的电极反应为Fe(CN)63-+e-=Fe(CN)64-
B.电池的总反应为C6H12O6+24Fe(CN)63-+6H2O=6CO2↑+Fe(CN)64-+24H+
C.该“交换膜”可选用“质子交换膜”
D.若将“K4Fe(CN)6溶液”改为“O2”,当有22.4LO2参与反应时,理论上转移4mol电子
10.2019年11月《Science》杂志报道了王浩天教授团队发明的制取H2O2的绿色方法,原理如图所示(已知:
H2O2
H++H2O,Ka=2.4×10一12)下列说法不正确的是
A.b极上的电极反应为O2+H2O+2e-=HO2-+OH
B.X膜为选择性阳离子交换膜
C.催化剂可促进反应中电子的转移,加快反应速率
D.每生成1molH2O2电极上流过4mole-
11.熔融钠-硫电池性能优良,是具有应用前景的储能电池。
下图中的电池反应为
(x=5~3,难溶于熔融硫),下列说法错误的是
A.Na2S4的电子式为
B.放电时正极反应为
C.Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极
D.该电池是以
为隔膜的二次电池
12.电解高浓度
(羧酸钠)的
溶液,在阳极
放电可得到
(烷烃)。
下列说法不正确的是()
A.电解总反应方程式:
B.
在阳极放电,发生氧化反应
C.阴极的电极反应:
D.电解
、
和
混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷
参考答案
【变式练习】
1.B根据反应方程式知镁作负极而溶解,并与OH-反应刚好生成氢氧化镁沉淀,因此C溶液的溶质不含镁离子,A错误;根据ClO-―→Cl-+OH-知a电极是正极,反应是ClO-+2e-+H2O===Cl-+2OH-,B正确;C错误,应该是Mg-2e-+2OH-===Mg(OH)2;b电极是负极,发生氧化反应,D错误。
2.C【解析】A、放电时,阳离子在电解质中向正极移动,故正确;B、放电时,负极失去电子,电极反应式正确;C、充电时,若转移1mol电子,则石墨电极质量增重7g,错误;D、充电时阳极失去电子,为原电池的正极的逆反应,故正确。
【易错通关】
1.C【解析】A.固氮时该装置为原电池装置,镁为活泼金属,作负极,被氧化成Mg2+,钌复合电极为正极,氮气在电极上发生还原反应生成N3-,与熔融电解质中镁离子生成Mg3N2,所以总反应为3Mg+N2=Mg3N2,故A正确;
B.脱氮时,-3价的氮要被氧化,钌复合电极应发生氧化反应,Mg3N2失电子发生氧化反应生成氮气,电极反应:
Mg3N2-6e-=3M2++N2↑,故B正确;
C.固氮时,镁电极为负极,外电路中电子由负极镁电极流向钌复合电极,故C错误;
D.无水LiCl-MgCl2混合物常温下为固体,无自由移动离子,不能导电,受热熔融后产生自由移动离子导电,电池才能工作,故D正确;
故选:
C。
2.D【解析】根据原电池装置图分析,H2N(CH2)2NH2在a电极上失电子发生氧化反应,生成氮气、二氧化碳和水,则a为负极,电极反应式为H2N(CH2)2NH2+4H2O-16e-═2CO2↑+N2↑+16H+,氧气在正极b上得电子发生还原反应,电极反应式为:
O2+4e-+4H+=2H2O,据此分析解答。
A.H2N(CH2)2NH2在负极a上失电子发生氧化反应,生成氮气、二氧化碳和水,电极反应式为H2NCH2CH2NH2-16e-+4H2O=2CO2↑+N2↑+16H+,A选项正确;
B.原电池中,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,因此,电池工作时质子(H+)通过质子交换膜由负极区向正极区移动,B选项正确;
C.由上述分析可知,a电极为负极,b电极为正极,故a电极上的电势比b电极上的电势低,C选项正确;
D.电池工作时,氧气在正极b上得电子发生还原反应,发生的电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O,H+浓度减小,故b电极附近溶液的pH增大,D选项错误;
答案选D。
3.D【解析】由放电时总反应2Zn+O2+4OH-+2H2O=2[Zn(OH)4]2-和装置图可知,金属Zn为负极,放电时发生反应:
Zn+4OH--2e-=[Zn(OH)4]2-,多孔碳为正极反生反应:
O2+4e-+2H2O=4OH-,充电时总反应为[Zn(OH)4]2-=2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,金属Zn为阴极,多孔碳为阳极,以此分析。
A.放电时,负极反应为Zn+4OH--2e-=[Zn(OH)4]2-,A项错误;
B.正极反生反应:
O2+4e-+2H2O=4OH-,可知该隔膜为阴离子交换膜,允许OH-通过,B项错误;
C.不论放电还是充电,电子不会流经电解质溶液,C项错误;
D.采用多孔炭可提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面,D项正确;
答案选D。
4.B【解析】闭合K2、断开K1时,制氢并储能,构成电解池,Pt电极发生还原反应,为阴极,X电极发生氧化反应,为阳极;断开K2、闭合K1时,构成原电池,X电极发生还原反应,为正极,Zn电极发生氧化反应,为负极。
A.制氢时,Pt电极为阴极,电子从X电极向Pt电极移动,溶液中K+向Pt电极移动,A正确,不选;
B.供电时,Zn电极发生氧化反应,发生反应Zn-2e-+4OH-=ZnO22-+2H2O,消耗OH-,pH减小,B错误,符合题意;
C.供电时,X电极发生还原反应,NiOOH转化为Ni(OH)2,C正确,不选;
D.制氢时,X电极为阳极,反应式为Ni(OH)2-e-+OH-=NiOOH+H2O,D正确,不选;
答案为B。
5.B【解析】该装置有外接电源,是电解池,由图可知甲醇和一氧化碳失电子发生氧化反应生成碳酸二甲酯,则电极石墨I为阳极,阳极反应为2CH3OH+CO-2e-═(CH3O)2CO+2H+,电极石墨II为阴极,阳极产生的氢离子从质子交换通过移向阴极,氧气在阴极得电子与氢离子反应生成水,电极反应为O2+4e-+4H+=2H2O,据此解答。
A.石墨I为阳极,与直流电源正极相连,故A正确;
B.电解池工作时,阳离子向阴极移动,即H+由石墨I通过质子交换膜向石墨II移动,故B错误;
C.石墨I为阳极,阳极上是甲醇和一氧化碳反应失电子发生氧化反应,电极反应为2CH3OH+CO-2e-=(CH3O)2CO+2H+,故C正确;
D.常温常压下甲醇是液体,电解池工作时转移电子守恒,根据关系式2CO~4e-~O2可知阴极消耗的氧气与阳极消耗的一氧化碳物质的量之比为1:
2,故D正确;
故答案为B。
6.C【解析】放电时的反应为LixCn+Li(1-x)CoO2==LiCoO2+nC,Co元素的化合价降低,Li元素的化合价升高,原电池中负极发生氧化反应,反应式为:
LixCn-xe-=xLi++nC,正极发生还原反应,反应式为:
Li(1-x)CoO2+xLi++xe-=LiCoO2,再由放电时的反应分析充电时的反应。
A.放电时,碳材料极为负极,发生氧化反应,电子经外电路,Li+经内电路同时移向正极,故A正确;
B.由上述分析可知,Co元素的化合价降低,正极反应式为:
Li(1-x)CoO2+xLi++xe-=LiCoO2,故B正确;
C.充电时,Li+应从正极脱出,嵌入阴极,故C错误;
D.由上述正负极反应可知,锂离子二次电池正负极之间充放电时发生传输Li+的反应,少有副反应,故D正确。
答案选C。
7.D【解析】A.根据图示可知K4Fe(CN6)在电极表面失电子生成K3Fe(CN)6,故图示电极为阳极,其电极方程式为K4Fe(CN6)-e-=K3Fe(CN)6+K+,A项错误;
B.甲萘醌应在阴极发生还原反应,B项错误;
C.工作时在电解池中阳离子应向阴极移动,C项错误;
D.根据图示,该过程NAD(P)H被甲萘醌氧化,即失去电子,D项正确;
答案选D。
8.A【解析】由工作原理装置图可知,负极发生氧化反应,电极反应式为
,正极H2O2发生还原反应,得到电子被还原生成OH−,电极反应式为
;
A.由图知X极为负极,电子经X流向外电路流入Y,A错误;
B.Y极为正极,H2O2发生还原反应:
H2O2+2e-=2OH−,B正确;
C.X极发生氧化反应:
,故X极区溶液的pH逐渐减小,C正确;
D.由电极反应式H2O2+2e-=2OH−知,每消耗1.0L0.50mol/L的H2O2电路中转移1.0mole-,D正确;
答案选A。
9.D【解析】反应中Fe(CN)63-生成Fe(CN)64-,铁元素被还原,应为原电池正极反应,发生Fe(CN)63-+e-=Fe(CN)64-,负极C6H12O6被氧化生成水和二氧化碳,以此解答该题。
A.根据元素化合价的变化可知Fe(CN)63-生成Fe(CN)64-的过程铁元素被还原,应为原电池的正极,所以正极反应为Fe(CN)63-+e-=Fe(CN)64-,故A正确;
B.C6H12O6被氧化生成水和二氧化碳,Fe(CN)63-生成Fe(CN)64-,则总反应为C6H12O6+24Fe(CN)63-+6H2O=6CO2↑+24Fe(CN)64-+24H+,故B正确;
C.原电池中阴离子有向负极移动的趋势,为防止Fe(CN)63-移向负极,同时可以使负极产生的氢离子迁移到正极,可选用质子交换膜,故C正确;
D.氧气所处的压强和温度未知,无法计算氧气的物质的量,故D错误;
故答案为D。
10.D【解析】根据图知,a极通入氢气为负极,发生H2-2e-=2H+,b为正极,氧气得电子,b极上的电极反应为O2+H2O+2e-=HO2-+OH-,X膜为选择性阳离子交换膜,让H+进入中间,每生成1mo1H2O2电极上流过2mo1e-,据此分析。
A.b为正极,氧气得电子,b极上的电极反应为O2+H2O+2e-=HO2-+OH-,选项A正确;
B.a极发生H2-2e-=2H+,X膜为选择性阳离子交换膜,让H+进入中间,选项B正确;
C.催化剂可促进反应中电子的转移,加快反应速率,选项C正确;
D.氧元素由0价变成-1价,每生成1mo1H2O2电极上流过2mo1e-,选项D错误;
答案选D。
11.C【解析】根据电池反应:
可知,放电时,钠作负极,发生氧化反应,电极反应为:
Na-e-=Na+,硫作正极,发生还原反应,电极反应为
,据此分析。
A.Na2S4属于离子化合物,4个硫原子间形成三对共用电子对,电子式为
,故A正确;
B.放电时发生的是原电池反应,正极发生还原反应,电极反应为:
,故B正确;
C.放电时,Na为电池的负极,正极为硫单质,故C错误;
D.放电时,该电池是以钠作负极,硫作正极的原电池,充电时,是电解池,
为隔膜,起到电解质溶液的作用,该电池为二次电池,故D正确;
答案选C。
12.A【解析】A.因为阳极RCOO-放电可得到R-R(烷烃)和产生CO2,在强碱性环境中,CO2会与OH-反应生成CO32-和H2O,故阳极的电极反应式为2RCOO--2e-+4OH-=R-R+2CO32-+2H2O,阴极上H2O电离产生的H+放电生成H2,同时生成OH-,阴极的电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2↑,因而电解总反应方程式为2RCOONa+2NaOH
R-R+2Na2CO3+H2↑,故A说法不正确;
B.RCOO-在阳极放电,电极反应式为2RCOO--2e-+4OH-=R-R+2CO32-+2H2O,-COO-中碳元素的化合价由+3价升高为+4价,发生氧化反应,烃基-R中元素的化合价没有发生变化,故B说法正确;
C.阴极上H2O电离产生的H+放电生成H2,同时生成OH-,阴极的电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑,故C说法正确;
D.根据题中信息,由上述电解总反应方程式可以确定下列反应能够发生:
2CH3COONa+2NaOH
CH3-CH3+2Na2CO3+H2↑,2CH3CH2COONa+2NaOH
CH3CH2-CH2CH3+2Na2CO3+H2↑,CH3COONa+CH3CH2COONa+2NaOH
CH3-CH2CH3+2Na2CO3+H2↑。
因此,电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH的混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷,D说法正确。
答案为A。
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