2018-2019学年人教版选修4 第4章 电化学基础 本章测试

第4章 电化学基础
一、选择题(每小题只有一个正确答案)
1.下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是(　　)
A． 水中的钢闸门连接电源的负极
B． 金属护拦表面涂漆
C． 枪炮表面涂上一层油
D． 地下钢管连接镁块
2.用铜片、银片、CuSO4溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂-KNO3的U形管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是(　　)
①铜电极的质量减少　②正极反应为Ag＋＋e－===Ag　③在外电路中，电流由铜电极流向银电极　④实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作
A． ①② B． ②③ C． ②④ D． ③④
3.一种碳纳米管能够吸附氢气，可作二次电池(如下图所示)的碳电极。该电池的电解质溶液为6 mol·L－1的KOH溶液，下列说法正确的是(　　)
A． 充电时阴极发生氧化反应
B． 充电时将碳电极与电源的正极相连
C． 放电时碳电极反应为H2－2e－===2H＋
D． 放电时镍电极反应为NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－
4.下图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MH-Ni电池)。下列有关说法不正确的是(　　)
A． 放电时正极反应为NiOOH＋H2O＋e－―→Ni(OH)2＋OH－
B． 电池的电解液可为KOH溶液
C． 充电时负极反应为MH＋OH－―→H2O＋M＋e－
D． MH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高
5.下图是甲醇燃料电池的结构示意图，甲醇在催化剂作用下提供质子(H＋)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。下列说法不正确的是(　　)
A． 左电极为电池的负极，a处通入的物质是甲醇
B． 正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C． 负极反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋
D． 该电池提供1 mol e－，消耗氧气0.25 mol
6.分析如图所示的四个原电池装置，下列结论正确的是(　　)
A． ①②中Mg作负极，③④中Fe作负极
B． ②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C． ③中Fe作负极
D． ④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
7.把物质的量均为0.1 mol的CuCl2和H2SO4溶于水制成100 mL的混合溶液，用石墨作电极电解，并收集两电极所产生的气体，一段时间后在两极收集到的气体在相同条件下体积相同。则下列描述正确的是(　　)
A． 电路中共转移0.6NA个电子
B． 阳极得到的气体中O2的物质的量为0.2 mol
C． 阴极质量增加3.2 g
D． 电解后剩余溶液中硫酸的浓度为1 mol·L－1
8.根据反应：2Ag＋＋Cu===Cu2＋＋2Ag，设计如图所示原电池，下列说法错误的是(　　)
A． X可以是银或石墨
B． Y是硫酸铜溶液
C． 电子从铜电极经外电路流向X电极
D． X极上的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag
9.下图是研究铁钉腐蚀的装置图，下列说法不正确的是(　　)
A． 铁钉在两处的腐蚀速率：aB． a、b两处铁钉中碳均正极
C． a、b两处铁钉中的铁均失电子被氧化
D． a、b两处的正极反应式均为O2＋4e－＋4H＋===2H2O
10.用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为1∶3的CuSO4和NaCl的混合溶液，可能发生的反应有(　　)
①2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑
②Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑
③2Cl－＋2H＋H2↑＋Cl2↑
④2H2O2H2↑＋O2↑
A． ①②③ B． ①②④ C． ②③④ D． ②④
11.500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c()＝6.0 mol·L－1，用石墨做电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4 L气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为500 mL。下列说法正确的是(　　)
A． 原混合溶液中c(K＋)为2 mol·L－1
B． 上述电解过程中共转移6 mol电子
C． 电解得到的Cu的物质的量为0.5 mol
D． 电解后溶液中c(H＋)为2 mol·L－1
12.在100 mL H2SO4和CuSO4的混合液中，用石墨作电极进行电解，两极上均收集到2.24 L气体(标准状况下)，则原混合液中，Cu2＋的物质的量浓度为(　　)
A． 1 mol·L－1 B． 2 mol·L－1 C． 3 mol·L－1 D． 4 mol·L－1
13.汽车的启动电源常用铅蓄电池，该电池在放电时的反应如下：
Pb (s)＋PbO2(s) ＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s) ＋2H2O(l)，根据此反应判断下列叙述中正确的是(　　)
A． PbO2是电池的负极
B． 负极的电极反应式：Pb(s)＋(aq)－2e－===PbSO4(s)
C． 铅蓄电池属于一次电池
D． 电池放电时，溶液酸性增强
14.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＋FeS===Li2S＋Fe
C． 负极的电极反应式为Al－3e－===Al3＋
D． 能用硫酸作为电解质溶液
15.下列说法正确的是(　　)
A． 原电池中，负极上发生的反应是还原反应
B． 原电池中，电流的方向是负极—导线—正极
C． 双液原电池中的盐桥是为了联通电路，所以也可以用金属导线代替
D． 在原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极
二、填空题
16.从N、、H＋、Cu2＋、Ba2＋、Ag＋、Cl－等离子中选出适当的离子组成电解质，采用惰性电极对其溶液进行电解。
(1)两极分别放出H2和O2时，电解质的化学式可能是____________________(至少答一种，下同)；
(2)若阴极析出金属，阳极放出O2，电解质的化学式可能是________；
(3)两极分别放出气体，且体积比为1∶1，电解质的化学式可能是________。
17.利用太阳光分解水制氢是未来解决能源危机的理想方法之一。某研究小组设计了如下图所示的循环系统实现光分解水制氢。反应过程中所需的电能由太阳能光电池提供，反应体系中I2和Fe3＋等可循环使用。写出下列电解池中总反应的离子方程式：
电解池A_________________________________________________________________。
电解池B_______________________________________________________________________。
(2)若电解池A中生成3.36 L H2(标准状况)，计算电解池B中生成Fe2＋的物质的量为________mol。
18.某课外小组分别用如图所示装置对原电池和电解原理进行实验探究。
请回答：
Ⅰ．用图 1 所示装置进行第一组实验。
（1）在保证电极反应不变的情况下，不能替代 Cu 作电极的是　　（填字母序号）。
A.铝 B.石墨 C.银 D.铂
（2）N 极发生反应的电极反应式为　　。
Ⅱ．用图 2 所示装置进行第二组实验。实验过程中，观察到与第一组实验不同的现象：两极均有气体产生，Y极区溶液逐渐变成紫红色；停止实验，铁电极明显变细，电解液仍然澄清。 查阅资料得知，高铁酸根离子（FeO）在溶液中呈紫红色。
（3）电解过程中，X 极区溶液的 pH　　（填“增大”“减小”或“不变”）。
（4）电解过程中，Y 极发生的电极反应之一为 Fe﹣6e﹣+8OH﹣===FeO+4H2O 若在 X 极收集到672 mL 气体，在 Y 极收集到 168 mL 气体（均已折算为标准状况时气体体积），则 Y 电极（铁电极）质量减少　　g。
（5）在碱性锌电池中，用高铁酸钾作为正极材料，电池反应为 2K2FeO4+3Zn====Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2，该电池正极发生的反应的电极反应式为　　。
19.工业上利用氯碱工业产品治理含二氧化硫的废气。如图是氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图。
(1)电解饱和食盐水的化学方程式是_______________________________________。
(2)用溶液A吸收含二氧化硫的废气，其反应的离子方程式是__________________________。
(3)用含气体B的阳极区溶液吸收含二氧化硫的废气，其反应的离子方程式是_________________________________________________________________。
20.电解Na2HPO3溶液也可得到亚磷酸，其装置示意图如图所示：
(1)阴极的电极反应式为__________________________________________________________。
(2)产品室中反应的离子方程式为________________________________________________。
三、实验题
21.有甲、乙两位学生利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人都使用镁片与铝片作电极，但甲同学将电极放入6 mol·L－1硫酸溶液中，乙同学将电极放入6 mol·L－1的氢氧化钠溶液中，如下图所示。
(1)写出甲池中正极的电极反应式_______________________________________。
(2)写出乙池中负极的电极反应式________________________________________。
(3)写出乙池中总反应的离子方程式_______________________________________。
(4)如果甲与乙同学均认为“构成原电池的电极材料如果都是金属，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”，则甲会判断出________活动性更强，而乙会判断出________活动性更强(填写元素符号)。
(5)由此实验，可得到如下哪些结论正确(　　)
A．利用原电池反应判断金属活动顺序时应注意选择合适的介质
B．镁的金属性不一定比铝的金属性强
C．该实验说明金属活动顺序已过时，已没有实用价值
D．该实验说明化学研究对象复杂、反应受条件影响较大，因此应具体问题具体分析
(6)上述实验也反过来证明了“直接利用金属活动顺序判断原电池中的正负极”这种做法________(可靠或不可靠)。如不可靠，请你提出另一个判断原电池正负极的可行实验方案________________(如可靠，此空可不填)。
22.已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、硫酸。设计一种以铁和稀硫酸反应为原理的原电池，要求画出装置图(需标明电极材料及电池的正、负极)。
答案解析
1.【答案】A
【解析】水中的钢闸门连接电源的负极，钢闸门做阴极，为外加电流的阴极保护法，A正确；金属护拦表面涂漆，是外加保护层保护法，B错误；枪炮表面涂上一层油，是外加保护层保护法，C错误；地下钢管连接镁块，形成原电池，钢管做原电池的正极而被保护，D错误。
2.【答案】A
【解析】金属活动性Cu>Ag，Cu为负极，失去电子，Cu－2e－===Cu2＋，①正确；Ag为正极，得到电子，Ag＋＋e－===Ag，②正确；电子经外电路流向银电极，电流由银电极流向铜电极，③错误；取出盐桥不能形成闭合回路，构不成原电池，④错误。
3.【答案】D
【解析】充电时，阴极得电子，发生还原反应，A错误；充电时，碳电极为阴极，与电源的负极相连，B错误；放电时碳电极的反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O，C错误。
4.【答案】C
【解析】在金属氢化物镍电池(MH-Ni电池)中，MH在负极发生反应：MH＋OH－－e－―→M＋H2O，NiOOH在正极发生反应：NiOOH＋H2O＋e－―→Ni(OH)2＋OH－，电解液可为KOH溶液，A、B正确；充电时，阴极反应式为M＋H2O＋e－―→MH＋OH－，C错误；MH中氢密度越大，单位体积电池所储存电量越多，即电池能量密度越高，D正确。
5.【答案】B
【解析】电极反应式为
负极：2CH3OH－12e－＋2H2O===2CO2＋12H＋
正极：3O2＋12e－＋12H＋===6H2O，B错误；根据电子流向，可以判断a处通甲醇，b处通O2；当电池提供 1 mol 电子时，消耗O2为＝0.25 mol。
6.【答案】B
【解析】电解质溶液不同，导致两极反应发生改变。当稀硫酸是电解质溶液时，Mg作负极(活动性Mg＞Al)；当NaOH溶液是电解质溶液时，Al作负极(Mg不与NaOH溶液反应)；③中Cu作负极，反应式为Cu－2e－===Cu2＋，Fe作正极，因为常温下，Fe遇浓硝酸发生钝化；④中Cu作正极，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－。
7.【答案】A
【解析】根据放电顺序，阴离子：Cl－>OH－>，阳离子：Cu2＋>H＋，知该电解过程分为两个阶段：第一阶段：电解CuCl2溶液：Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑；第二阶段：电解H2O：2H2O2H2↑＋O2↑。阳极开始产生Cl2，后产生O2，阴极开始生成Cu，后产生H2，根据电子守恒：Cl2～2e－～Cu,2H2～4e－～O2，可知n(Cu2＋)＝n(Cl2)＝0.1 mol ,2n(O2)＝n(H2)又因为两极收集到的气体在相同条件下体积相同，即n(Cl2)＋n(O2)＝n(H2)，所以n(H2)＝0.2 mol，n(O2)＝0.1 mol，n(Cl2)＝0.1 mol，则转移电子数＝(0.1×2＋0.1×4)×NA＝0.6NA，A正确、B错误；阴极析出铜0.1 mol，即6.4 g，C错误；电解后溶液的体积未知，不能计算，D电解后。
8.【答案】B
【解析】由反应2Ag＋＋Cu===Cu2＋＋2Ag知铜为负极，则X为正极，X材料为活动性比铜弱的金属或非金属导体，A正确；电解质溶液应含Ag＋，B错；在原电池中，电子从负极经外电路流向正极，C正确；Ag＋在正极X上得电子，Ag＋＋e－===Ag，D正确。
9.【答案】D
【解析】b中的氢离子浓度较大，a中溶有氧气少，腐蚀速率b>a，A正确；a、b中都发生原电池反应，铁钉中的碳作正极，铁作负极，B正确；铁作负极，发生氧化反应，失电子，C正确；a中发生吸氧腐蚀，正极反应是O2＋4e－＋2H2O===4OH－，b中发生析氢腐蚀，正极反应是2H＋＋2e－===H2↑，D错误。
10.【答案】D
【解析】设混合溶液中CuSO4和NaCl的物质的量分别为1 mol和3 mol，根据放电顺序可看作是1 mol CuCl2、1 mol NaCl和1 mol Na2SO4，首先是电解CuCl2溶液，Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑；其次电解NaCl溶液，2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑；最后电解NaOH和Na2SO4的混合液，电解方程式为2H2O2H2↑＋O2↑，故选D。
11.【答案】A
【解析】阳极反应为4OH－＋4e－===2H2O＋O2↑，阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu、2H＋＋2e－===H2↑；根据阴、阳两极上转移电子相同可列出2n(Cu)＋2n(H2)＝4n(O2)，则n(Cu)＝(1 mol×4－1 mol×2)÷2＝1 mol，C错误；溶液中c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c()，则c(K＋)＝2 mol·L－1，A正确；根据阳极反应，产生22.4 L O2，转移4 mol电子，B错误；根据电极反应，阳极消耗4 mol OH－，阴极消耗2 mol H＋，电解后溶液中c(H＋)＝2 mol÷0.5 L＝4 mol·L－1，D错误。
12.【答案】A
【解析】电解H2SO4、CuSO4的混合液时，阳极电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极的电极反应先是Cu2＋＋2e－===Cu，后2H＋＋2e－===H2↑，由题可知两极产生的气体H2、O2各0.1 mol，O2是由OH－失去0.4 mol电子而得到，H2是由H＋得到0.2 mol电子而生成。由得失电子守恒知，还有0.2 mol电子是Cu2＋得到的，n(Cu2＋)＝0.1 mol，c(Cu2＋)＝＝1 mol·L－1。
13.【答案】B
【解析】　在放电时PbO2是原电池的正极，A错误；负极的电极反应式：Pb(s)＋(aq)＋2e－===PbSO4(s)，B正确；铅蓄电池属于可充电电池，是二次电池，C错误；电池放电时，由于不断消耗硫酸，所以溶液酸性减弱，D错误。
14.【答案】B
【解析】在Li－Al合金中，Li活泼性强于Al，Li是负极材料，负极反应为2Li－2e－===2Li＋，结合题给正极反应式，可得出电池反应为2Li＋FeS===Li2S＋Fe，A、C不正确，B正确；如用硫酸作为电解质，则正极发生反应为2H＋＋2e－===H2↑，且Li不能久置于硫酸溶液中，电池无法保存，D错误。
15.【答案】D
【解析】A项，负极上发生氧化反应；B项，电流的方向应是正极—导线—负极；C项，盐桥不能用导线代替。
16.【答案】(1)HNO3、H2SO4、Ba(NO3)2　(2)AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4　(3)HCl、BaCl2
【解析】题中提供的离子其实还包括OH－，这些离子放电的顺序如下：
阳极：Cl－＞OH－＞(N、)，阴极：Ag＋＞Cu2＋＞H＋＞Ba2＋。
(1)组为电解水型，即阳极OH－放电，阴极H＋放电。(2)组阳极OH－放电，阴极排在H后的金属阳离子放电。(3)组气体体积比为1∶1，不是电解水型，经分析可得相应答案。
17.【答案】(1)2H＋＋2I－===H2↑＋I2　4Fe3＋＋2H2O===4Fe2＋＋O2↑＋4H＋
(2)0.3mol
【解析】(1)电解池左边放出氢气，H＋在此得到电子，发生还原反应，则I－失去电子发生氧化反应，A池中总反应为2H＋＋2I－H2↑＋I2；电池右侧放出氧气，氢氧根失去电子发生氧化反应，铁离子得到电子发生还原反应，B池总反应式为4Fe3＋＋2H2O4Fe2＋＋O2↑＋4H＋。
(2)若电解池A中生成3.36 L H2(标准状况)，即3.36 L÷22.4 L·mol－1＝0.15 mol，转移电子0.3 mol，根据得失电子守恒可知，B池中生成亚铁离子的物质的量是0.3 mol。
18.【答案】（1）A　
（2）2H++2e-===H2↑(或2H2O+2e﹣===H2↑+2OH﹣)
（3）增大　
（4）0.28　
（5）2FeO+6e﹣+5H2O===Fe2O3+10OH﹣　
【解析】（1）在保证电极反应不变的情况下，仍然是锌作负极，则正极材料必须是不如锌活泼的金属或导电的非金属，铝是比锌活泼的金属，所以不能代替铜。
（2）N电极连接原电池负极，所以是电解池阴极，阴极上氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为2H++2e﹣===H2↑（或2H2O+2e﹣═H2↑+2OH﹣）。
（3）电解过程中，阴极上氢离子放电生成氢气，则阴极附近氢氧根离子浓度大于氢离子溶液，溶液呈碱性，溶液的pH增大。
（4）X电极上析出的是氢气，Y电极上析出的是氧气，且Y电极失电子进入溶液，设铁质量减少为xg，根据转移电子数相等得×2=×4+，x=0.28。
（5）正极上高铁酸根离子得电子发生还原反应，反应方程式为2FeO+6e﹣+5H2O═Fe2O3+
10OH﹣。
19.【答案】(1)2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
(2)SO2＋OH－===H(或SO2＋2OH－===＋H2O)
(3)SO2＋Cl2＋2H2O===4H＋＋＋2Cl－
【解析】(1)电解饱和食盐水的化学方程式是2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
(2)用NaOH溶液吸收含二氧化硫的废气，可生产或H。
(3)阳极区为含Cl2溶液，可吸收含二氧化硫的废气，SO2＋Cl2＋H2O===4H＋＋＋2Cl－
20.【答案】(1)2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(或2H＋＋2e－===H2↑)
(2)HP＋2H＋===H3PO3(或HP＋H＋===H2P、H2P＋H＋===H3PO3)
【解析】(1)由电解池装置图可以看出，在NaOH溶液中，阴极上氢离子得电子，发生还原反应，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(或2H＋＋2e－===H2↑)；(2)由于阴极室消耗H＋，H＋由阳极室移向阴极室，与产品室中HP结合生成亚磷酸，HP＋2H＋===H3PO32H＋＋2e－===H2↑(或HP＋H＋===H2P、H2P＋H＋===H3PO3)。
21.【答案】(1)2H＋＋2e－===H2↑
(2)2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O
(3)2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑
(4)Mg　Al　
(5)AD
(6)不可靠；将两种金属作电极连上电流计后插入电解质溶液，构成原电池，利用电流计测定电流的方向，从而判断电子流动方向，再确定原电池正负极
【解析】甲同学依据的化学反应原理是Mg＋H2SO4===MgSO4＋H2↑，乙同学依据的化学反应原理是2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。由于铝与碱的反应是一个特例，不可作为判断金属性强弱的依据。判断原电池的正极、负极要依据实验事实。
22.【答案】(答案合理即可)
【解析】因为总反应式为Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，所以负极为Fe，正极可为Cu、Ag或石墨，电解质溶液为稀硫酸，按原电池示意图一般形式画出装置图。