2011届高三化学三轮总复习重点专题突破：第９讲　电化学原理及应用

第9讲　电化学原理及应用
1．将铝片和镁片用导线连接后，分别插入盛有NaOH溶液的P烧杯与盛有稀盐酸的Q烧杯中，下列叙述正确的是(　　)
A．P、Q中，均是镁作负极
B．两个电池工作时，P中铝片发生氧化反应，Q中镁片发生氧化反应
C．正极上的电极反应均是2H＋＋2e－===H2↑
D．两个电池工作时，负极失去的电子均通过溶液转移到正极上
解析：由于镁与NaOH溶液不反应而铝能，故P中是铝片作负极，镁、铝均能与盐酸反应，镁比铝活泼，故Q中镁片作负极，而负极均是失去电子发生氧化反应，A错B对；P中溶液呈碱性，不可能有大量氢离子得到电子，C错；电子是通过导线转移到正极的，D错。
答案：B
2．(2010·桂林市摸底考试)如右图所示，a、b两电极材料分别为铁丝和铜丝。则以下说法不正确的是(　　)
A．该装置可以构成原电池，也可以构成电解池
B．a电极可能发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu
C．b电极质量可能增加
D．该过程可能有大量气体产生
解析：该装置若用导线直接相连，则构成原电池，若与电源相连，则构成电解池，A对；当a电极作电解池的阴极时，其电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，B对；当b电极作原电池的正极时，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，C对。
答案：D
3．(2010·四川省摸底考试)已知金属离子的氧化性：Cu2＋>Ni2＋>Fe2＋>Zn2＋。金属镍有广泛用途，粗镍中含有少量的Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(　　)
A．阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni
B．电解过程中，阳极减少的质量等于阴极增加的质量
C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有铜和铂两种金属单质
解析：电解池中阳极发生氧化反应，电极反应为Ni－2e－===Ni2＋、Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋，A项错误；阳极镍、铁、锌都溶解，而阴极只析出镍，故阳极减少的质量不等于阴极增加的质量，B项错误；镍精炼实验中的电解质溶液是镍盐，溶液中存在Ni2＋、Fe2＋、Zn2＋，C项错误；铜、铂没有溶解，D项正确。
答案：D
4．(2010·云南省摸底考试)二甲醚(CH3OCH3)被称为21世纪的新型燃料，清洁、高效，有优良的环保性能，以二甲醚、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极可构成燃料电池。下列有关说法正确的是(　　)
A．电池中二甲醚反应后最终转化为CO2和H2O
B．正极：3O2＋12e－＋12H＋===6H2O
C．负极：CH3OCH3＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O
D．负极：CH3OCH3－12e－＋3H2O===12H＋＋2CO2
解析：CO2能与KOH溶液反应，A、D错；介质呈碱性，反应物中不应存在H＋，B错。
答案：C
5．如图所示，将甲、乙两烧杯用导线相连，Pt、Cu、C、Zn分别为四个电极，当开关闭合后，以下叙述不正确的是(　　)
A．甲是电解池，乙是原电池
B．电子流向是由Pt电极流向Zn电极
C．工作一段时间后，甲池有蓝色沉淀生成
D．当C电极上有4 mol电子转移时，Zn电极上有2 mol H2生成
解析：开关闭合后，乙装置中发生自发进行的氧化还原反应，是原电池，Zn电极为负极，C电极为正极；甲装置是电解池，Pt电极为阴极，Cu电极为阳极。电子流向是由Zn电极流向Pt电极，B错。
答案：B
6．(2010·东北)用下图Ⅰ所示装置通电10分钟后，去掉直流电源，连接成图Ⅱ所示装置，可观察到U形管左端铁电极表面析出白色胶状物质，U形管右端液面上升。下列说法正确的是(　　)
A．同温、同压下，装置Ⅰ中石墨电极上方得到的气体比铁电极上方得到的气体多
B．用装置Ⅱ进行实验时铁电极的电极反应为Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2
C．用装置Ⅱ进行实验时石墨电极的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑
D．装置Ⅰ通电10分钟后铁电极周围溶液pH降低
解析：装置Ⅰ是电解10% NaCl溶液的装置，石墨连接到电源的正极，溶液中的Cl－在该极失去电子产生Cl2：2Cl－－2e－===Cl2↑，铁电极上产生H2：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，由于有OH－生成，故溶液的pH升高。因Cl2能溶解在水中，且与H2O发生反应：Cl2＋H2O??HCl＋HClO，而H2不溶于水，故石墨电极上方得到的气体比铁电极上方得到的气体少。装置Ⅱ是原电池装置，Fe为负极失去电子产生Fe2＋，Fe2＋再与溶液中的OH－反应生成Fe(OH)2：Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2，正极为Cl2得到电子，故石墨电极的电极反应为：Cl2＋2e－===2Cl－(或HClO＋H＋＋2e－===Cl－＋H2O)。综合上述，只有选项B正确。
答案：B
7．(2010·唐山市联考)下列叙述正确的是(　　)
A．在原电池的负极和电解池的阴极上都发生氧化反应
B．铝比铁活泼，但铝制品比铁制品在空气中耐腐蚀
C．用惰性电极电解饱和NaCl溶液，若有2 mol电子转移，则生成1 mol NaOH
D．用惰性电极电解Na2SO4溶液，阴阳两极产物的物质的量之比为1?2
解析：电解池阴极发生还原反应，A错；铝制品表面易形成致密的氧化膜，隔绝了铝与空气的接触，故铝制品比铁制品在空气中耐腐蚀，B正确；电解饱和NaCl溶液的化学方程式为：2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑，所以若转移2 mol电子，则生成2 mol NaOH，C错；用惰性电极电解Na2SO4溶液，相当于电解水，阴极产物为氢气，阳极产物为氧气，二者物质的量之比为2?1，D错。
答案：B
8．(2010·北京市海淀区期末)高功率Ni/MH(M表示储氢合金)电池已经用于混合动力汽车。总反应方程式如下：Ni(OH)2＋M NiOOH＋MH，下列叙述正确的是(　　)
A．放电时正极附近溶液的碱性增强
B．放电时负极反应为：M＋H2O＋e－===MH＋OH－
C．充电时阳极反应为：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－
D．放电时每转移1 mol电子，正极有1 mol NiOOH被氧化
解析：放电时正极反应为：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，正极附近c(OH－)增大，溶液碱性增强，A对；放电时负极反应为MH＋OH－－e－===M＋H2O，B错；充电时阳极反应为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，C错；放电时正极发生还原反应，放电时每转移1 mol电子，正极上有1 mol NiOOH被还原，D错。
答案：A
9．(2010·北京市西城区抽样)用酸性氢氧燃料电池为电源进行电解的实验装置示意图如下图所示。下列说法中，正确的是(　　)
A．燃料电池工作时，正极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－　
B．a极是铁，b极是铜时，b极逐渐溶解，a极上有铜析出
C．a极是粗铜，b极是纯铜时，a极逐渐溶解，b极上有铜析出
D．a、b两极均是石墨时，在相同条件下a极产生的气体与电池中消耗的H2体积相等
解析：燃料电池工作时，正极反应为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，A错；a极是铁，b极是铜时，a极上铁发生氧化反应逐渐溶解，b极上Cu2＋发生还原反应有铜析出，B错；a极是粗铜，b极是纯铜时，a极发生氧化反应粗铜溶解，b极上Cu2＋发生还原反应有铜析出，C对；a、b两极均是石墨时，根据电子守恒，a极上产生的O2与电池中消耗的H2的体积比为1?2，D错。
答案：C
10．(2010·江西省联考)用下图装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验，则下表中所列各项对应关系均正确的一组是(　　)
选项 电源X极 实验前U形管中液体 通电后现象及结论
A 正极 Na2SO4溶液 U形管两端滴入酚酞试液后，a管中呈红色
B 正极 AgNO3溶液 b管中电极反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C 负极 KCl和CuCl2混合溶液 相同条件下，a、b两管中产生的气体总体积可能相等
D 负极 Fe(OH)3胶体和导电液 b管中液体颜色加深
解析：X为正极，电解Na2SO4溶液时，实质是电解水，a管中电极为阳极，OH－放电，a管中c(H＋)>c(OH－)，滴加酚酞试液不变色，A错；X为正极，电解AgNO3溶液时，b管中电极为阴极，电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，B错；Fe(OH)3胶体粒子带有正电荷，X为负极时，Fe(OH)3胶体粒子向a管移动，a管中液体颜色加深，D错。
答案：C
11．(2010·赣州市质检)用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，向所得溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH。则电解过程中转移的电子为(　　)
A．0.1 mol　　　　　　　　 B．0.2 mol
C．0.3 mol D．0.4 mol
解析：根据2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，电解硫酸铜溶液减少的质量相当于CuO；加入0.1 mol Cu(OH)2可以使所得溶液恰好恢复到电解前的状态，说明电解过程中有0.1 mol CuSO4和0.1 mol H2O发生电解，因此转移的电子为0.1×2＋0.1×2＝0.4(mol)。
答案：D
12．(2010·郑州市质量预测)一种新型酸性乙醇电池用磺酸类质子作溶剂，比甲醇电池效率高出32倍，电池反应式为：C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，电池构造如下图所示。下列关于该电池的说法正确的是(　　)
A．放电过程中，电源内部的H＋从正极区向负极区迁移
B．通入乙醇的电极是正极
C．该电池的正极反应为：4H＋＋O2＋4e－===2H2O
D．用该电池做电源，用惰性电极电解饱和NaCl溶液时，每消耗0.2 mol C2H5OH，阴极产生标准状况下气体的体积为13.44 L
解析：A项，H＋应向正极迁移；B项，通入O2的电极为正极；D项，消耗0.2 mol C2H5OH，转移的电子为2.4 mol，此时阴极生成的气体理论上应为1.2 mol，在标况下即为26.88 L。
答案：C
13．(2010·石家庄质检(一))某课外活动小组用如图所示装置进行实验，请回答下列问题：
(1)若开始实验时开关K与a连接，则B极的电极反应式为________________。
(2)若开始实验时开关K与b连接，则下列说法正确的是________(填序号)。
①溶液中Na＋向A极移动
②从A极逸出的气体能使湿润的淀粉KI试纸变蓝
③反应一段时间后向电解液中加适量盐酸可使其恢复到电解前的浓度
(3)该小组运用工业上离子交换膜法制烧碱的原理，用如图所示装置电解K2SO4溶液。
①该电解槽的阳极反应式为__________________，通过阴离子交换膜的离子数________(填“>”、“<”或“＝”)通过阳离子交换膜的离子数；
②图中a、b、c、d分别表示有关溶液的pH，则a、b、c、d由小到大的顺序为________；
③电解一段时间后，B口与C口产生气体的质量比为________。
解析：(1)开关K与a相连，则该装置为原电池，B极为负极，电极反应式为：Fe－2e－===Fe2＋。(2)若K与b相连，则该装置为电解池，A极为阳极，B极为阴极；①阳离子向阴极移动，即Na＋向B极移动；②A极逸出的气体为氯气，它可使湿润的淀粉KI试纸变蓝，正确；③因为电解过程中产生氢气和氯气，故需通入HCl气体，而不是加入盐酸，不正确。
(3)①因为阳极加入有H2SO4，故阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(写4OH－－4e－===2H2O＋O2↑也对)，由于在阴极放电的是H＋，其中透过阳离子交换膜的H＋数与透过阴离子交换膜的OH－数相等，根据溶液呈电中性知，透过阳离子交换膜的K＋数大于透过阴离子交换膜的SO数，故应填“<”；②因电解后生成的硫酸和氢氧化钾溶液的浓度均比原来的大，故b答案：(1)Fe－2e－===Fe2＋
(2)②
(3)①2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(写4OH－－4e－===2H2O＋O2↑也不扣分)　<
②b③8?1
14．(2010·河南省调研)某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流计的指针发生了偏转。
请回答下列问题：
(1)甲装置的名称是________；乙装置的名称是________；Zn为________极；Pt为________极。
(2)写出电极反应式：Cu极________________；C极________________。
(3)当甲中产生0.1 mol气体时，乙中析出铜的质量应为________；乙中产生的气体在标准状况下的体积应为________。
(4)若乙中溶液不变，将其电极都换成铜电极，电键闭合一段时间后，乙中溶液的颜色________(填“变深”、“变浅”或“无变化”)。
(5)若乙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，甲中溶液的pH将________(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)；乙中溶液的pH将________。
(6)如果乙中电极不变，将其溶液换成饱和Na2SO4溶液，电键闭合一段时间，当阴极上有a mol气体生成时，同时有w g Na2SO4·10H2O晶体析出，若温度不变，剩余溶液中溶质的质量分数应为________(用含w、a的表达式表示，不必化简)。
解析：(1)Zn、Cu电极和稀硫酸可构成原电池，其中Zn是负极，Cu是正极；乙装置是电解池，C为阴极，Pt为阳极。
(2)Cu电极上发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑；C电极上也发生还原反应：Cu2＋＋2e－===Cu。
(3)通过甲、乙装置中电子的物质的量相等，当甲中产生0.1 mol H2时，电路中通过0.2 mol电子，乙中析出0.1 mol Cu和0.1 mol Cl2。
(4)若将乙中两个电极都换成Cu，则乙装置相当于电解精炼铜的装置，阳极溶解的铜和阴极析出的铜一样多，溶液中Cu2＋的浓度基本不变，溶液的颜色基本不变。
(5)若将乙中溶液换成NaCl溶液，则乙装置就是电解食盐水的装置，因为反应生成了NaOH，所以电解后溶液的pH增大。反应时甲溶液中消耗了H＋，溶液酸性减弱，pH也增大。
(6)电解Na2SO4溶液的本质就是电解水，阴极上析出的a mol气体是H2，则反应中有a mol H2O被电解，此a mol H2O和析出的w g Na2SO4·10H2O晶体构成饱和溶液，该饱和溶液与剩余饱和溶液的质量分数相同。则剩余溶液中溶质的质量分数＝×100%＝×100%。
答案：(1)原电池　电解池　负　阳
(2)2H＋＋2e－===H2↑　Cu2＋＋2e－===Cu
(3)6.4 g 　2.24 L
(4)无变化
(5)增大　增大
(6)×100%
15．(2010·北京市海淀区期中)电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法：保持污水的pH在5.0～6.0之间，通过电解生成Fe(OH)3沉淀。Fe(OH)3有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用。阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去(或撇掉)浮渣层，即起到了浮选净化的作用。某科研小组用电浮选凝聚法处理污水，设计装置如图所示：
(1)实验时若污水中离子浓度较小，导电能力较差，产生气泡速率缓慢，则无法使悬浮物形成浮渣。此时，应向污水中加入适量的________。
(2)电解池阳极的电极反应分别是①________________；
②4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。
(3)电极反应①和②的生成物反应得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式是________________。
(4)熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，以CH4为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料为电极。
已知负极的电极反应是CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O。
①正极的电极反应是________________________________________________________________________。
②为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定。为此电池工作时必须有部分A物质参加循环。则A物质的化学式是______________。
(5)实验过程中，若在阴极产生了44.8L(标准状况)气体，则熔融盐燃料电池消耗CH4________L(标准状况)。
解析：(1)通过电解生成Fe(OH)3沉淀，不能加酸，a项不符合；BaSO4难溶于水，b项不符合；Na2SO4对电解产物没有影响，可以增强导电能力，故c项符合；保持污水的pH在5.0～6.0之间，NaOH显然不符合；CH3CH2OH为非电解质，导电能力差，e项不符合；故答案为c。(2)燃料电池中，通入CH4的一极为负极，通入空气的一极为正极，故烧杯中铁为阳极，电极反应为：Fe－2e－===Fe2＋。(3)电极反应①和②的生成物反应得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式是4Fe2＋＋10H2O＋O2===4Fe(OH)3↓＋8H＋。(4)①已知负极的电极反应是CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O，而总的反应方程式为CH4＋2O2===CO2＋2H2O，用总反应方程式减去负极的电极反应得正极的电极反应，为O2＋2CO2＋4e－===2CO。②根据电极反应，A物质的化学式是CO2。(5)阴极电极反应为：2H＋＋2e－===H2↑，产生44.8 L(标准状况)气体，转移4 mol e－；根据CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O知，熔融盐燃料电池消耗CH4 11.2 L。
答案：(1)c
(2)Fe－2e－===Fe2＋
(3)4Fe2＋＋10H2O＋O2===4Fe(OH)3↓＋8H＋
(4)①O2＋2CO2＋4e－===2CO(2O2＋4CO2＋8e－===4CO)　②CO2
(5)11.2