第四章化学反应与电能单元同步测试题（含解析）- 2023-2024学年高二化学人教版选择性必修1

第四章 化学反应与电能 单元同步测试题
一、单选题
1．设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成，将废旧锂离子电池的正极材料转化为，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是
A．装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸
B．装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大
C．乙室电极反应式为
D．若甲室减少200mg，乙室增加400mg，则此时已进行过溶液转移
2．锌—空气电池(原理如图所示)适宜用作城市电动车的动力电源。该电池放电时Zn转化为ZnO。下列说法正确的是
A．氧气在石墨电极上发生氧化反应
B．该电池放电时OH-向Zn电极移动
C．该电池的正极反应式为Zn＋H2O-2e-=ZnO＋2H＋
D．电池工作时，电子从石墨电极经外电路流向Zn电极
3．下列有关、、、的说法中，正确的是
A．离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图 B．工业冶炼钠的装置示意图 C．铁钉缠绕铜丝放在盛有饱和食盐水(滴有几滴酚酞和溶液)的培养皿中 D．轮船底部镶嵌锌
A．a为饱和食盐水的入口，b为较浓溶液的出口，离子交换膜为阳离子交换膜
B．装置是钠出口，b是氯气出口
C．形成原电池反应，发生吸氧腐蚀，做负极，
D．该防护轮船不被腐蚀的方法为牺牲阳极法，是电解原理保护金属
4．我国科学家研发出一种新型的锌碘单液流电池，其原理如图所示。设为阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是
A．放电时，B电极反应式：
B．放电时，电解质储罐中离子总浓度增大
C．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜
D．充电时，A极增重32.5g时，C区增加的离子数为
5．质子交换膜氢氧燃料电池具有能量密度高等优点，质子交换膜主要成分为全氟磺酸聚合物，吸水后，强疏水性主链和亲水性侧链形成尺寸为3-5纳米的离子通道。质子通过水、等载体之间氢键的伸缩振动，定向连续传递。电池及膜的工作原理如下图所示，下列说法不正确的是
A．通电极的电势比通电极的电势高
B．质子交换膜燃料电池的电解质为全氟磺酸聚合物
C．给出质子能力：>质子交换膜的
D．质子交换膜吸水后形成离子通道
6．利用如图装置溶解铁矿石中的，下列说法正确的是
A．X为阳离子交换膜，Y为阴离子交换膜
B．通电一段时间后，溶液浓度变小
C．电极发生的电极反应为
D．当溶解时，至少产生气体(标准状况下，不考虑气体溶解)
7．用电化学方法可以去除循环冷却水[含有、、、(苯酚)等]中的有机污染物，同时经处理过的冷却水还能减少结垢，其工作原理如下图所示。
下列说法中不正确的是
A．b为电源的负极
B．钛基电极上的反应为
C．碳钢电极底部有CaCO3，生成
D．苯酚被氧化生成标准状况下13.44LCO2时，需要消耗3.0mol
8．用可再生能源电解处理含铬废水时，可将金属离子转化为氢氧化物沉淀而除去，原理如图所示。下列说法正确的是：
A．太阳能和风能均属于二次清洁能源
B．将铁板换成铜板，仍能达到废水处理的目的
C．阳极的电极反应为：
D．当有被处理，阳极区沉淀质量大于206g
9．下述描述中，正确的是
A．已知 ，则金刚石比石墨稳定
B．由 可知，正丁烷标准燃烧热为
C．已知： ，则说明该反应中断裂反应物化学键所吸收的能量高于形成生成物化学键所放出的能量
D． ，故醋酸与完全反应，放出的热量少于
10．下列关于各装置图的叙述正确的是
A．用图①装置进行电镀实验，极为镀层金属，极为待镀金属制品
B．图②装置盐桥中的移向甲烧杯
C．图③装置中钢闸门应与外接电源的负极相连，称之为“牺牲阳极法”
D．图④电解精炼铜的过程中，阳极减少的质量与阴极增加的质量相等
11．下列实验中，操作、现象及结论都正确的是
实验 现象 推论
A 常温下将晶体粉末和晶体粉末放在烧杯中，并将烧杯放在滴有几滴水的木片上，用玻璃棒快速搅拌使其充分混合 产生刺激性气味的气体，烧杯与木片间的水凝结成冰 刺激性气味的气体为氯气，该反应为吸热反应
B 在试管中加淀粉和溶液，加热，再加少量新制，加热 无明显现象 淀粉未发生水解
C 取溶液和溶液混合，充分反应后，滴加少量溶液(已知：能将氧化为) 溶液变为红色 化学反应存在限度
D 将铜片和铝片用导线相连插入盛有冷浓硝酸的小烧杯中，一段时间后 铜片逐渐溶解，铝片表面有大量气泡 铜比铝活泼
A．A B．B C．C D．D
12．甲、乙同学分别用下图所示装置验证铁的电化学防腐原理。
相同时间后进行如下实验
实验①：甲同学分别向Ⅰ、Ⅱ中Fe电极附近滴加溶液，Ⅰ中产生蓝色沉淀，Ⅱ中无沉淀。
实验②：乙同学分别取Ⅰ、Ⅱ中Fe电极附近溶液，滴加溶液，Ⅰ、Ⅱ中均无沉淀。
下列说法正确的是
A．Ⅰ是牺牲阳极保护法，负极反应式为
B．Ⅱ为外加电流阴极保护法，Fe电极与外接电源的正极相连
C．由实验①中Ⅰ、Ⅱ现象的差异，推测在Ⅰ中氧化性强于Ⅱ
D．由实验可知，两种保护法均能保护Fe，且Ⅱ保护得更好
13．青铜器的腐蚀产物粉状锈的主要成分是碱式氯化铜［］。青铜器电化学腐蚀过程中，表面的粉状锈构成的电极与金属基体组成的电极构成原电池，原理如图，下列说法正确的是
A．在酸性较强的溶液中易发生析氢腐蚀
B．潮湿的空气中，粉状锈上的电极反应为
C．将青铜长时间浸泡在稀硝酸中是除去青铜表面粉状锈的一种有效方法
D．青铜基体与外接电源正极相连可以减缓青铜的腐蚀
14．某研究团队发现，利用微生物电化学系统可处理含氮废水。如图是一种新型的浸没式双极室脱盐一反硝化电池，中间由质子交换膜隔开，a极室中的通过泵循环至b极室。下列说法错误的是
A．b电极为正极
B．负极电极反应式
C．当处理时，有经过质子交换膜，移向b极室
D．该装置需在适宜的温度下进行，温度不宜过高
二、非选择题
15．回答下列电化学问题：
(1)如图为电解精炼银的示意图， (填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银，若b极有少量红棕色气体产生,则生成该气体的电极反应式为 。
(2)通过NOx传感器可监测NOx的含量，其工作原理示意图如图所示：
①Pt电极上发生的是 反应(填“氧化”或“还原”)，
②写出NiO电极的电极反应式： 。
(3)电解NO制备NH4NO3的工作原理如图所示，其中阳极的电极反应式： ，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质A，则A可以是 。
16．A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸。
(1)A中反应的离子方程式为 。
(2)B中锡极为 极，电极反应式为 ，锡极附近溶液的酸性 (填“增强”“减弱”或“不变”)。B中Fe极为 极，电极反应式为 。
(3)C中被氧化的金属是 ，总反应的化学方程式为 。
(4)A、B、C中铁被氧化由快到慢的顺序是 。
17．为了探究原电池的工作原理，某化学学习小组设计了一组实验，其装置如下图：
回答下列问题：
(1)根据原电池原理填写下表：
装置序号 正极 负极反应式 阳离子移动方向
甲
乙
丙
丁
戊
(2)电极类型除与电极材料的性质有关外，还与 有关。
(3)根据上述电池分析，负极材料是否一定参加电极反应？ (填“是”“否”或“不一定”)，请举例说明： 。
(4)指出下列电池的放电过程中，电解质溶液酸碱性的变化：甲酸性 ，丙碱性 。
18．甲烷燃料电池采用铂为电极，作为化学电源进行电解实验
(1)写出燃料电池的正、负极反应式：
负极： ，正极： 。
(2)已知A中两个电极的材料分别为石墨和铁，用该装置可以制备高铁酸钾。资料显示：在溶液中呈紫红色。闭合K，一段时间后，发现A中某电极附近溶液变成紫红色，该电极是 (填a或b)，该电极的电极反应式为： 。
(3)若B中的溶液为饱和溶液，用该装置模拟氯碱工业。
①检验C电极产物的方法是： 。
②写出d电极的电极反应式： 。
(4)若用B装置模拟工业粗铜精炼，则c极为 ；当燃料电池消耗标准状况下的体积为时，理论上可以得到纯铜 g。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．A
【分析】由题意可知，右侧装置为原电池，则左侧装置为电解池；原电池中，细菌电极为电解池的负极，CH3COO-在负极失去电子发生氧化反应生成CO2和H+，电极反应式为CH3COO--8e-+2H2O =2CO2↑+7H+，乙室的LiCoO2电极为正极，酸性条件下LiCoO2在正极得到电子发生还原反应生成Li+、Co2+和H2O，电极反应式为LiCoO2+e-+4H+=Li++Co2++2H2O，电池的总反应为CH3COO-+8LiCoO2+25H+=2CO2↑+8Li++8Co2++14H2O；电解池中，与原电池正极相连的细菌电极为阳极，CH3COO-在阳极失去电子发生氧化反应生成CO2和H+，电极反应式为CH3COO--8e-+2H2O =2CO2↑+7H+，甲室石墨电极为阴极，Co2+在阴极得到电子发生还原反应生成Co，电极反应式为Co2++2e-=Co，电解的总反应为CH3COO-+4Co2++2H2O =2CO2↑+7H++4Co。
【详解】A．细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO2为氧化反应CH3COO--8e-+2H2O =2CO2↑+7H+，则乙室发生还原反应，，盐酸被消耗，因此工作一段时间，乙室应补充盐酸，故A正确；
B．细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成为氧化反应，与其相连的甲应发生还原反应Co2++2e-=Co，而细菌所在环境发生，产生的氢离子向甲室移动，甲室溶液pH逐渐减小，故B错误；
C．乙室为酸性环境，电极反应式为，故C错误；
D．甲室内Co从+2价降低到0价，乙室内Co从+3价降低到+2价，根据得失电子守恒，甲中减少和乙中增加的质量之比为1：2。因此若甲室减少200mg，乙室增加400mg，在未转移时发生，故D错误；
故选A。
2．B
【分析】锌—空气电池中，放电时Zn转化为ZnO，Zn价态升高失电子作负极，电极反应式为Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O，石墨电极为正极，氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O2+4e-+2H2O═4OH-。
【详解】A．电池放电时Zn转化为ZnO，故Zn为负极，Zn失去电子发生氧化反应，石墨为正极，正极上氧气得到电子发生还原反应，故A错误；
B．原电池工作时，溶液中的阴离子向负极移动，即OH-向Zn极移动，故B正确；
C．正极反应为氧气得电子的还原反应，故C错误；
D．电子从Zn电极经外电路流向石墨电极，故D错误；
故选B。
3．A
【详解】A．电解饱和食盐时氯离子在阳极放电生成氯气，阴极氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为：；NaOH在阴极生成，则NaOH溶液的出口为b，饱和食盐水从a处进入，钠离子从左向右移动，则交换膜为阳离子交换膜，A正确；
B．装置中铁作阴极，得到钠，石墨作阳极得到氯气，故b是钠的出口，a是氯气的出口，B错误；
C．构成的是铁铜原电池，铁作为负极，发生氧化反应生成Fe2+，K3[Fe(CN)6]溶液遇Fe2+有蓝色沉淀生成，负极的电极反应式为，C错误；
D．为防止金属被腐蚀，如果利用牺牲阳极的阴极保护法保护金属，则被保护的金属作原电池正极，活泼性比Fe强的锌作负极失电子被腐蚀，Fe作正极被保护，不是电解原理保护金属，D错误；
故答案为：A。
4．C
【分析】由装置图可知，放电时，Zn是负极，负极反应式为Zn-2e-═Zn2+，石墨是正极，反应式为I2+2e-=2I-，外电路中电流由正极经过导线流向负极，充电时，阳极反应式为2I--2e-=I2、阴极反应式为Zn2++2e-=Zn,据此分析解答。
【详解】A．放电时，B电极为正极，I2得到电子生成I-，电极反应式为I2+2e-=2I-，故A正确；
B．放电时，左侧即负极，电极反应式为Zn-2e-═Zn2+，所以储罐中的离子总浓度增大，故B正确；
C．离子交换膜是防止正负极I2、Zn接触发生自发电，负极区生成Zn2+、正电荷增加，正极区生成I-、负电荷增加，所以Cl-通过M膜进入负极，K+通过N膜进入正极，所以M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜，故C错误；
D．充电时，A极反应式Zn2++2e-=Zn，A极增重32.5g转移1mol电子，所以C区增加1molK+、1molCl-，离子总数为2NA，故D正确。
答案选C。
5．C
【详解】A．该燃料电池中，氢气失去电子被氧化为负极、氧气得到电子被还原为正极，则通电极的电势比通电极的电势高，A正确；
B．氟原子电负性大，是吸电子基团，导致中羟基极性增强，易电离出氢离子，故质子交换膜燃料电池的电解质为全氟磺酸聚合物，B正确；
C． 结合选项B可知，给出质子能力：＜质子交换膜的，C错误；
D．由图及题干信息可知，主链疏水，内侧亲水，形成了质子传导的水通道， D正确；
答案选C。
6．C
【分析】由题意，产生才能溶解铁矿石中的，Ⅰ极不可能产生，Ⅱ极水提供的放电，产生氧气和，H+透过Y移动到中间与反应，所以判断出a为负极，b为正极，I为阴极，电极反应为，Ⅱ为阳极，电极反应为，X为阴离子交换膜，Y为质子交换膜。
【详解】A．据分析X为阴离子交换膜，Y为质子交换膜，A错误；
B．通电一段时间后，因阳极区水消耗溶液浓度变大，B错误；
C．I为阴极，电极反应为，C正确；
D．当溶解时，消耗0.06molH+，按可知至少产生0.015mol O2，即气体(标准状况下，不考虑气体溶解) ，D错误；
故选C。
7．D
【详解】A． 碳电极上水得电子生成氢气，发生还原反应，为电解池的阴极，b为电源的负极，A项正确；
B． 阳极失电子，发生氧化反应，钛基电极上的反应为，B项正确；
C． 碳电极上水得电子生成氢气，，，碳钢电极底部有、生成，C项正确；
D． 苯酚被氧化发生的反应为，每生成标准状况下13.44L二氧化碳，即0.6mol二氧化碳，需要消耗2.8mol，D项错误；
故选D。
8．D
【分析】由图可知，阴极产生氢气，电极反应为：；阳极铁为活泼电极，发生失电子反应，电极反应式：、；
【详解】A．太阳能和风能均属于一次清洁能源，A错误；
B．若将铁板换成铜板，阳极生成的铜离子无法与发生氧化还原反应将其还原，B错误；
C．根据分析可知，阳极的电极反应为：、，C错误；
D．根据反应可知，当有被处理，阳极区生成沉淀有2mol氢氧化铬和6mol氢氧化铁，沉淀质量大于206g，D正确；
答案选D。
9．D
【详解】A．已知 ，则金刚石的能量高于石墨，能量越低越稳定，则石墨比金刚石稳定，A错误；
B．燃烧热是指1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物所放出的热量，故正丁烷标准燃烧热为，B错误；
C．反应热等于断裂反应物化学键所吸收的能量减去形成生成物所释放的能量，已知该反应，则说明该反应中断裂反应物化学键所吸收的能量低于形成生成物化学键所放出的能量，C错误；
D．醋酸为弱酸，电离时吸热，故故醋酸与完全反应，放出的热量少于，D正确；
故选D。
10．B
【详解】A．图①中电极a为阳极、电极b为阴极，若进行电镀实验，则a极为镀层金属、b极为待镀金属制品，A项错误；
B．图②中Zn为负极，Zn极电极反应为Zn-2e-=Zn2+，Cu为正极，Cu极电极反应为Cu2++2e-=Cu，盐桥中KCl的阴离子Cl-移向甲烧杯，B项正确；
C．图③装置中钢闸门与外接电源的负极相连，钢闸门为阴极，辅助电极为阳极，称之为“外加电流法”，C项错误；
D．图④电解精炼铜，粗铜为阳极，纯铜为阴极，粗铜上是比Cu活泼的金属Zn、Fe等先失电子转化成Zn2+、Fe2+等，然后Cu失电子转化成Cu2+，活泼性比Cu弱的金属如Ag等形成阳极泥，纯铜上的电极反应为Cu2++2e-=Cu，根据得失电子守恒，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等，D项错误；
答案选B。
11．C
【详解】A．和反应是吸热反应，可以生成有刺激性气味的氨气，A错误；
B．淀粉在酸性条件下水解生成葡萄糖，而检验葡萄糖要在碱性条件下与新制的氢氧化铜加热反应有红色沉淀，B没有加碱中和多余的硫酸，B错误；
C．溶液和溶液混合发生2Fe3++2I-=2Fe2++I2，如果完全反应，铁离子少量应该反应完全，滴加少量溶液溶液变红色，证明了有铁离子存在，因此能证明化学反应存在限度，C正确；
D．铝与冷浓硝酸发生钝化，铝的活泼型大于铜，D错误；
答案选C。
12．D
【详解】A．由图可知，Fe电极是正极，Zn电极是负极，属于牺牲阳极的阴极保护法，由于电解质溶液呈酸性，故正极上氢离子得电子，负极是Zn失去电子，反应为：Zn-2e-═Zn2+，A错误；
B．外加电流阴极保护法中要保护的电极应与外接电源的负极相连，即Fe电极与外接电源的负极相连，B错误；
C．由于Ⅰ中Fe电极与电解质溶液直接接触，会有少量的Fe直接与酸反应生成Fe2+，与K3[Fe(CN)6]在Ⅰ、Ⅱ中的氧化性无关，C错误；
D．对比Ⅰ、Ⅱ现象的差异可知，两种保护法均能保护Fe，且电解法保护的更好，即Ⅱ保护得更好，D正确；
故答案为：D。
13．B
【详解】A．的活动性比H弱，不能发生析氢腐蚀，A项错误；
B．由图可知，潮湿的空气中，O2在粉状锈上得到电子生成OH-，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电解方程式为：，B项正确；
C．稀硝酸会和Cu反应，将青铜损坏，C项错误；
D．青铜作阳极会加快青铜的腐蚀，D项错误；
故选B。
14．C
【详解】A．电子流入的一极为正极，根据图中的电子流向，可判断b为电池的正极，故A不选；
B．据图可知，在负极上，(CH2O)n失电子生成CO2和H+，负极电极反应式为(CH2O)n-4ne-+nH2O=nCO2↑+4nH+，故B不选；
C．正极电极反应式2+12H++10e-=N2↑+6H2O，由正极反应式可知，当处理1 mol时，有5 mol H+经过质子交换膜，移向b极室，故C选；
D．温度过高(CH2O)n会变成气体，同时微生物会失去活性，因此需要控制温度，故D不选；
故选C。
15．(1) a +e-+2H+=NO2↑+H2O
(2) 还原 NO-2e-+O2-=NO2
(3) NO-3e-+2H2O=+4H+ NH3
【详解】（1）电解精炼时，粗银做阳极，所以粗银是a极；b电极是阴极，发生还原反应，生成了红棕色气体是NO2，电极反应：+e-+2H+=NO2↑+H2O；
（2）①Pt电极上氧气得电子发生还原反应，Pt电极为正极，发生的是还原反应；
②NiO电极为负极，NiO电极上NO失电子和氧离子反应生成二氧化氮，电极反应式为NO-2e-+O2-=NO2；
（3）电解NO制备NH4NO3，阳极反应为NO-3e-+2H2O=+4H+，阴极反应为：NO+5e-+6H+=+H2O，根据电子守恒可知，总反应为8NO+7H2O=3NH4NO3+2HNO3，要使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充NH3。
16．(1)Fe+2H+=Fe2++H2↑
(2) 正 2H++2e-=H2↑ 减弱 负 Fe-2e-=Fe2+
(3) Zn Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑
(4)B>A>C
【详解】（1）A中不能形成原电池，铁与稀硫酸发生置换反应，离子方程式：Fe+2H+=Fe2++H2↑；
（2）B中能形成原电池，铁比锡活泼，锡为正极，电极反应式：2H++2e-=H2↑，则酸性减弱；铁为负极，电极反应式：Fe-2e-=Fe2+；
（3）C中能形成原电池，锌比铁活泼，锌为负极，不断被氧化，铁为正极，保持不变，总反应：Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑；
（4）B中形成原电池，加快铁的腐蚀速率，A中发生常规置换反应，C中铁作正极，被保护，则铁被氧化由快到慢的顺序：B>A>C；
17．(1) Al Mg-2e-=Mg2＋ 铝极 Pt Fe-2e-=Fe2＋ 铂极 Mg Al-3e-＋4OH-=＋2H2O 镁极 Al Cu-2e-=Cu2＋ 铝极 石墨 CH4-8e-＋10OH-=＋7H2O 石墨
(2)电解质溶液的性质
(3) 不一定 上述五个原电池中，戊装置的负极材料没有参与反应，其他电池的负极发生了氧化反应
(4) 减弱 减弱
【详解】（1）甲电池：在稀硫酸中，镁比铝活泼，镁为负极，发生氧化反应，铝为正极，H＋在铝极上发生还原反应；乙电池：铁比铂活泼，铁为负极；丙电池：在氢氧化钠溶液中，铝与NaOH溶液反应，铝失去电子，发生氧化反应，铝离子与氢氧化钠反应生成偏铝酸根离子和水；丁电池：常温下，浓硝酸使铝钝化，铜溶解，铜为负极；
（2）通过比较甲、丙电池可知，电极都是铝、镁，由于电解质溶液不同，故电极名称不同，即电极类型与电极材料、电解质溶液都有关；
（3）上述五个原电池中，戊装置的负极材料没有参与反应，其他电池的负极发生了氧化反应；
（4）甲池反应过程中消耗氢离子，酸性减弱；丙池反应过程中消耗氢氧根离子，碱性减弱；
18．(1)
(2) a
(3) 将一湿润的淀粉碘化钾试纸置于管口附近，试纸变蓝
(4) 粗铜 0.64g
【分析】燃料电池中通入氧气的是正极，通入甲烷的是负极，因此a、c为阳极，b、d为阴极。
【详解】（1）碱性条件下甲烷燃料电池的总反应为，正极发生，故负极发生，答案为：、；
（2）高铁酸根离子由铁失电子被氧化而来，发生在阳极，A中a是阳极，电极反应为，故答案为：a、；
（3）B中电解饱和食盐水c是阳极发生使用湿润淀粉碘化钾试纸变蓝则证明产生了氯气，d是阴极，故答案为：将一湿润的淀粉碘化钾试纸置于管口附近，试纸变蓝、；
（4）粗铜精炼中c是阳极材料为粗铜、根据得失电子守恒：，故当燃料电池消耗标准状况下的体积为时，理论上可以得到纯铜，故答案为：粗铜、0.64g。
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