【中学教材全解】2013-2014学年高中化学人教版选修四同步测试题：第四章 第三节 电解池（含答案解析）

第四章 第三节 电解池
建议用时
实际用时
满分
实际得分
45分钟
100分
一、选择题（每小题8分，共64分）
1．为增强铝的耐腐蚀性，现以铅蓄电池为外电源，以电解稀硫酸，使铝表面的氧化膜增厚。反应原理如下：
电池：(aq)═ O(l)
电解池：O↑
电解过程中，以下判断正确的是（ ）
电池
电解池
A
移向Pb电极
移向Pb电极
B
每消耗3 mol Pb
生成2 mol
C
正极：═O
阳极：═
D
2.热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如下图所示，其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为+2LiCl+Ca═+Pb。下列有关说法正确的是（ ）
A.正极反应式：═
B.放电过程中，向负极移动
C.每转移0.1 mol电子，理论上生成20.7 g Pb
D.常温时，在正负极间接上电流表或检流计，指针不偏转
3.如下图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是（ ）
A.逸出气体的体积，a电极的小于b电极的
B.一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体
C.a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色
D.a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色
4.用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液，若保持温度不变，则一段时间后（ ）
A.溶液的酸性增强
B.c(Na+)与c(CO)的比值变大
C.溶液浓度变大，有晶体析出
D.溶液浓度不变，有晶体析出
5.用惰性电极实现电解，下列说法正确的是（ ）
A.电解稀硫酸，实质上是电解水，故溶液的pH不变
B.稀氢氧化钠溶液，要消耗OH-，故溶液的pH减小
C.电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2
D.电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1
6.Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如下，电解总反应为2Cu+H2OCu2O+H2↑。下列说法正确的是（ ）
A.石墨电极上产生氢气
B.铜电极发生还原反应
C.铜电极接直流电源的负极
D.当有0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O 生成
7.在原电池和电解池的电极上所发生的反应，属于氧化反应的是（ ）
A.原电池的正极和电解池的阳极所发生的
反应
B.原电池的正极和电解池的阴极所发生的
反应
C.原电池的负极和电解池的阳极所发生的
反应
D.原电池的负极和电解池的阴极所发生的
反应
8.Li-Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为2Li++FeS+2e-Li2S+Fe。有关该电池的下列说法中，正确的是（ ）
A.Li-Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为+1价
B.该电池的电池反应式为2Li+FeSLi2S＋Fe
C.负极的电极反应式为Al-3e-Al3+
D.充电时，阴极发生的电极反应式为
Li2S+Fe-2e-2Li++FeS
二、非选择题（共36分）
9.（18分）（1）工业上利用天然气（主要成分为CH4）与CO2进行高温重整制备CO，已知CH4、H2和CO的燃烧热ΔH分别为-890.3 kJ/mol、-285.8 kJ/mol和-283.0 kJ/mol，则生成1 m3（标准状况）CO所需热量为__________________。
（2）高铁酸钾（K2FeO4）是一种强氧化剂，可作为水处理剂和高容量电池材料。FeCl3与KClO在强碱性条件下反应可制取K2FeO4，其反应的离子方程式为______________。与MnO2-Zn电池类似，K2FeO4-Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应式为______________________，该电池总反应的离子方程式为______________________。
（3）粗铜的电解精炼如下图所示。在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极__________________（填图中的字母）；在电极d上发生的电极反应式为______________________；若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为______________________。
10.（18分）科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知H2（g）、CO（g）和CH3OH（l）的燃烧热ΔH分别为-285.8 kJ/mol、-283.0 kJ/mol和
-726.5 kJ/mol。请回答下列问题：
（1）用太阳能分解10 mol水消耗的能量是___________________kJ。
（2）甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为____________。
（3）在直接以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为______________，正极的反应式为______________。理想状态下，该燃料电池消耗1 mol甲醇所能产生的最大电能为702.1 kJ，则该燃料电池的理论效率为___________________（燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比）。


参考答案
1.D 解析：依据原电池和电解池的原理分析、解决问题。原电池中，Pb为负极：═，为正极：═O，所以向极移动。电解池中，Pb为阴极：═↑，Al为阳极：═，所以向Pb电极移动，A错。每消耗3 mol Pb时转移6 mol ，每生成2 mol 时，转移12 mol ，B错。根据A项分析，可知电池的正极反应式书写错误，C错。原电池中随着时间的增长，Pb变为，质量增加，电解池中Pb极产生，Pb电极质量不变，D正确。
2.D 解析：仔细分析题给信息，结合原电池工作原理进行判断。A.分析电池总反应，Ca在反应中失电子，所以Ca应作负极；中的得电子生成单质铅，所以正极反应物应是，所以A项错误。B.放电过程中，负极失电子，电子通过导线流向正极，所以正极表面聚集大量电子，能够吸引电解质中的阳离子向正极移动，所以B项错误。C.根据化学方程式知，每转移 0.1 mol电子，生成0.05 mol铅，其质量为10.35 g，所以C项错误。D.根据题给信息，该电池为热激活电池，常温下，无水LiCl-KCl为固态，没有自由移动的离子，该装置不能形成闭合回路，处于非工作状态，所以没有电流产生，即电流表或检流计的指针不会发生偏转。
3.D
4.D 解析：本题考查电解原理及饱和溶液的特点。
5.D
6.A
7.C 解析：原电池中，负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应；电解池中，阳极上失电子发生氧化反应，阴极上得电子发生还原反应。
8.B 解析：由Li-Al/FeS电池中正极的电极反应式可知，Li作负极，Al作正极，负极的电极反应式为Li-e-Li+，故A、C两项错误。该电池的总反应式为2Li+FeSLi2S+ Fe，B项正确。充电时，阴极得电子，发生还原反应，故D项错误。
9.（1）5.52×103 kJ （2）2Fe（OH）3+3ClO-+4OH-2+3Cl-+5H2O +4H2O+3
Fe（OH）3+5OH- 2+8H2O+3Zn2Fe（OH）3+3Zn（OH）2+4OH- （3）c Cu2++2e-Cu Au、Ag以单质的形式沉积在c（阳极）下方，Fe以Fe2+的形式进入电解液中
解析：（1）CH4与CO2进行高温重整制备CO的化学方程式为CH4+CO22CO+2H2①
甲烷燃烧的热化学方程式为CH4（g）+2O2（g）CO2（g）+2H2O（l） ΔH1＝-890.3 kJ/mol②
H2燃烧的热化学方程式为H2（g）+1/2O2（g）H2O（l） ΔH2＝-285.8 kJ/mol③
CO燃烧的热化学方程式为CO（g）+1/2O2（g）CO2（g） ΔH3＝-283.0 kJ/mol④
根据盖斯定律，由②-③×2-④×2可得：CH4（g）+CO2（g）2CO（g）+2H2（g） ΔH＝+247.3 kJ/mol，故生成1 m3（标准状况）CO所需热量为1 000 L/（22.4 L/mol）×247.3 kJ/mol×1/2≈5.52×103 kJ。
（2）Fe（OH）3可被氧化为K2FeO4，HClO具有强氧化性，可被还原为Cl-，根据氧化还原反应原理写出相应离子方程式：2Fe（OH）3+3ClO-+4OH-2+3Cl-+5H2O。正极发生还原反应，K2FeO4被还原为Fe3+，由于是碱性环境，故生成Fe（OH）3，电极反应式为+4H2O+Fe（OH）3+5OH-。负极发生氧化反应，由于是碱性环境，Zn被氧化生成Zn（OH）2，电极反应式为Zn+2OH--2e-
Zn（OH）2，两电极反应式相加即可得电池总反应式：2+8H2O+3Zn2Fe（OH）3+3Zn（OH）2+4OH-。
（3）电解精炼铜时，粗铜板应作阳极，与图中的a电极相连；电极d（阴极）上发生的是还原反应，电极反应式为Cu2++2e-Cu。粗铜中比铜活泼性弱的Au和Ag在阳极区沉积，形成阳极泥，比铜活泼性强的Fe优先失去电子变成Fe2+。
10.（1）2 858 （2）CH3OH（l）+O2（g） CO（g）+2H2O（l） ΔH=-443.5 kJ/mol
（3）CH3OH+H2O-6e-CO2+6H+ O2+4H++4e-2H2O 96.6%
解析：（1）根据氢气的燃烧热写出热化学方程式：H2（g）+1/2O2（g）H2O（l） ΔH=-285.8 kJ/mol，则分解10 mol水消耗的能量为10 mol×285.8 kJ/mol=2 858 kJ。
（2）根据CH3OH（l）和CO（g）的燃烧热写出相应的热化学方程式：CH3OH（l）+3/2O2（g）
CO2（g）+2H2O（l） ΔH1=-726.5 kJ/mol①
CO（g）+1/2O2（g）CO2（g） ΔH2=-283.0 kJ/mol②
根据盖斯定律，由①-②可得：CH3OH（l）+O2（g）CO（g）+2H2O（l），则ΔH=ΔH1-ΔH2=
-726.5 kJ/mol-（-283.0 kJ/mol）=-443.5 kJ/mol。
（3）CH3OH（l）在燃料电池的负极失去电子，发生氧化反应，电极反应式为CH3OH+H2O-6e-CO2+6H+。O2在正极得到电子，发生还原反应，电极反应式为O2+4H++4e-2H2O。该燃料电池的理论效率为
702.1 kJ/726.5 kJ×100%≈96.6%。