高二化学电化学原理及其应用练习题(含答案)

专题2 第4讲 电化学原理及其应用
一、
1．(2014?河北刑台一模)工业上利用氢气在氯气中燃烧，所得产物再溶于水的方法制得盐酸，流程复杂且造成能量浪费。有人设想利用原电池原理直接制盐酸，下列说法正确的是(　　)
A．假设这种想法可行，则可能在制取盐酸的同时，获取电能
B．负极材料用锌，正极材料用石墨，用氢氧化钠作溶液
C．通入氢气的电极为原电池的正极
D．溶液中的阴离子向通氯气的电极移动
答案：A
点拨：该原电池应用惰性电极，氢气通入负极区，氯气通入正极区，稀盐酸作电解质溶液，B、C项错误；在原电池中，阳离子向正极区移动，阴离子向负极区移动，D项错误。
2．(2014?石家庄一模)镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，镁电池放电时电压高且平稳，因而越来越成为人们研制绿色电池所关注的焦点。某种镁二次电池的反应为xMg＋Mo3S4????放电充电MgxMo3S4，下列叙述不正确的是(　　)
A．放电时正极的电极反应为：Mo3S4＋2xe－===Mo3S42x－
B．充电时阴极的电极反应为：xMg2＋＋2xe－===xMg
C．放电时Mg2＋向正极移动
D．放电时Mo3S4发生氧化反应
答案：D
点拨：放电时，Mg在负极发生氧化反应：xMg－2xe－===xMg2＋，Mo3S4在正极发生还原反应：Mo3S4＋2xe－===Mo3S2x－4，放电过程中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。充电时，阴极的电极反应式为：xMg2＋＋2xe－===xMg，阳极的电极反应式为：Mo3S42x－===Mo3S4＋2xe－。故选项D错误。
3．(2014?湖北黄冈质量检测)用铅蓄电池电解AgNO3、Na2SO3的溶液，a、b、c、d电极材料均为石墨，已知铅蓄电池的总反应为：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)????放电充电2PbSO4(s)＋2H2O(l)，通电时a电极质量增加，下列说法正确的是(　　)
A．电路中通过1 mol电子时，Y电极质量增加48 g
B．放电时铅蓄电池负极的电极反应式为：
PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO42－(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)
C．c、d电极产生气体的物质的量之比为1∶2
D．X极为负极
答案：A
点拨：a极质量增加，即析出了Ag，a为阴极，则Y为负极，X为正极，D项错；B项，所写电极反应式为正极的电极反应式；C项，c为阴极放出H2，d为阳极放出O2，物质的量之比为2∶1。
4．(2014?河北衡水统考)如图所示，X为铁、Y为石墨电极，a是电解质溶液，实验开始前，在U形管的两边同时滴入几滴酚酞试液，下列叙述错误的是(　　)
A．合上K1、断开K2，若a是稀硫酸，则Y上有气泡冒出
B．合上K1、断开K2，若a是饱和食盐水，则Y电极附近溶液慢慢变为红色
C．合上K2、断开K1，若a是硫酸铜溶液，则Y电极上有红色物质析出
D．合上K2、断开K1，若a是氢氧化铁胶体，则X电极附近红褐色加深
答案：C
点拨：A项铁作负极、石墨作正极，石墨电极上产生氢气；B项Y电极作正极，电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，使酚酞变红；C项Y电极作阳极，产生氧气；D项氢氧化铁胶粒带正电移向阴极即X电极。
5．(2010?全国Ⅰ)下图是一种染料敏化太阳能电池的示意图，电池的一个电极由有机光敏染料(S)涂覆在TiO2纳米晶体表面制成，另一电极由导电玻璃镀铂构成，电池中发生的反应为：
TiO2/S??→hυTiO2/S*(激发态)
TiO2/S*?→TiO2/S＋＋e－
I3－＋2e－?→3I－
2TiO2/S＋＋3I－?→2TiO2/S＋I3－
下列关于该电池叙述错误的是(　　)
A．电池工作时，I－离子在镀铂导电玻璃电极上放电
B．电池工作时，是将太阳能转化为电能
C．电池的电解质溶液中I－和I3－浓度不会减少
D．电池中镀铂导电玻璃为正极
答案：A
点拨：太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置，电极材料和电解质溶液只起到导电的作用。
6．(2014?课标，11)铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：
Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2
下列有关该电池的说法不正确的是(　　)
A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为Fe
B．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2
C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低
D．电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O
答案：C
点拨：A项，由电池反应可知，Ni2O3?→Ni(OH)2，Ni的化合价由＋3价→＋2价，化合价降低，发生还原反应，故Ni2O3为正极，Fe→Fe(OH)2，Fe的化合价由0价→＋2价，化合价升高，发生氧化反应，故Fe为负极，正确；B项，负极发生氧化反应，Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2，正确；C项，阴极发生还原反应，Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，c(OH－)增大，溶液的pH增大，故错误；D项，阳极发生氧化反应，电极反应为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O，D正确。
7．(2010?课标全国)根据下图，可判断出下列离子方程式中错误的是(　　)
A．2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===2Ag＋(aq)＋Cd(s)
B．Co2＋(aq)＋Cd(s)===Co(s)＋Cd2＋(aq)
C．2Ag＋(aq)＋Cd(s)===2Ag(s)＋Cd2＋(aq)
D．2Ag＋(aq)＋Co(s)===2Ag(s)＋Co2＋(aq)
答案：A
点拨：根据原电池知识，金属活动性负极>正极，可得三种金属的活动性顺序应为：Cd>Co>Ag，则选项中符合此关系的置换反应成立。
8．(2014?北京理综，8)结合下图判断，下列叙述正确的是(　　)
A．Ⅰ和Ⅱ种正极均被保护
B. Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋
C. Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D. Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量K3[Fe(CN)6]溶液，均有蓝色沉淀
答案：A
点拨：A项，电子从负极流向正极，抑制正极失电子，所以正极均被保护。B项，Ⅰ中的负极反应为Zn－2e－===Zn2＋。C项，Ⅱ中的正极反应为2H＋＋2e－===H2↑。D项，由于Ⅰ中负极反应产生Zn2＋，不会与K3[Fe(CN)6]溶液作用产生蓝色沉淀。
9．(2014?试题调研)下列有关电池的说法不正确的是(　　)
A．手机上用的锂离子电池属于二次电池
B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D．锌锰干电池中，锌电极是负极
答案：B
点拨：如果不理解“二次电池”的含义，会错选A项。
本题考查电池原理，涉及电池分类、电子流向、能量转化形式、电极判断等，二次电池也就是充电电池，A选项正确；铜锌原电池中，铜为正极，锌为负极，锌失电子，电子通过外电路导线流向铜电极(正极)，B选项错误；燃料电池将化学能转化为电能，对外放电，C选项正确；锌锰干电池中锌为负极，石墨为正极，D选项正确。
10．(2010?安徽)如图是三种稀酸对Fe－Cr合金随Cr含量变化的腐蚀性实验结果，下列有关说法正确的是(　　)
A．稀硝酸对Fe－Cr合金的腐蚀性比稀硫酸和稀盐酸的弱
B．稀硝酸和铁反应的化学方程式是：Fe＋6HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋3NO2↑＋3H2O
C．Cr含量大于13%时，因为三种酸中硫酸的氢离子浓度最大，所以对Fe－Cr合金的腐蚀性最强
D．随着Cr含量增加，稀硝酸对Fe－Cr合金的腐蚀性减弱
答案：D
点拨：A项，由图示可知当Cr含量小于13%时，稀硝酸对合金的腐蚀性比稀硫酸和稀盐酸强，当Cr含量大于13%时，稀硝酸对合金腐蚀性较弱。B项，稀硝酸与金属反应时，其还原产物应是NO。C项，Cr含量大于13%时，硫酸对合金腐蚀性最强，由于溶液密度没有给出，硫酸中氢离子浓度不一定最大。D项，由图示可知，随着Cr含量增加，稀硝酸对合金腐蚀性减弱。
11．(2010?北京)下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是(　　)
A．钢管与电源正极连接，钢管可被保护
B．铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀
C．钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀
D．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－3e－===Fe3＋
答案：B
点拨：A项，钢管与电源正极连接，则钢管为电解池的阳极，发生氧化反应被腐蚀；B项，铁遇冷浓硝酸，表面形成致密的氧化膜，可保护内部不被腐蚀；C项，钢管与铜管露天堆放在一起时易形成原电池，钢管作负极易被腐蚀；D项，负极反应应为Fe－2e－===Fe2＋。
12．如下图所示，各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是(　　)
A．4>2>1>3　　　　　　　B．2>1>3>4
C．4>2>3>1 D．3>2>4>1
答案：A
点拨：金属的腐蚀，从本质上讲也是组成化学电池发生的结果。在原电池中，活泼金属为负极，该金属被氧化，不活泼金属便被保护起来，其被腐蚀的速度大大减小，所以装置3中的铁被腐蚀的速率比1中的慢；反之，当铁与比它不活泼的金属，如Sn、Cu等连接起来，则被腐蚀的速率增大，所以容器2中的铁比容器1中的铁被腐蚀得快。容器4是一个电解池，在这里Fe是阳极，不断地以Fe2＋的形式进入容器中，从而加速了铁的腐蚀，在上述四种容器中，容器4中铁的腐蚀过程是最快的。综上分析，铁被腐蚀的快慢顺序为：4>2>1>3。
二、非
13．按下图所示装置进行实验，并回答下列问题：
(1)判断装置的名称：A池为________，B池为________。
(2)锌极为________极，电极反应式为__________________；铜极为________极，电极反应式为__________________；石墨棒C1为________极，电极反应式为__________________；石墨棒C2附近发生的实验现象为_______________________ _________________________________________________。
(3)当C2极析出224 mL气体(标准状况下)，锌的质量变化为(增加或减少)________g。CuSO4溶液的质量变化为(增加或减少)________g。
答案：(1)原电池　电解池
(2)负　Zn－2e－===Zn2＋　正　Cu2＋＋2e－===Cu
　阳　2Cl－－2e－===Cl2↑　有无色气体产生，附近溶液出现红色
(3)减少0.65　增强0.01
点拨：A池中Zn、Cu放入CuSO4溶液中构成原电池，B池中两个电极均为石墨电极，在以A为电源的情况下构成电解池，即A原电池带动B电解池。A池中Zn为负极，Cu为正极。B池中C1为阳极，C2为阴极析出H2，周围OH－富集，酚酞变红。n(H2)＝0.01 mol，所以电路上转移电子的物质的量为0.01 mol×2＝0.02 mol，根据得失电子守恒，锌极有0.01 mol Zn溶解，即Zn极质量减少0.01 mol×65 g?mol－1＝0.65 g，铜极上有0.01 mol Cu析出，即CuSO4溶液增加了0.01 mol×(65 g?mol－1－64 g?mol－1)＝0.01 g。
14．(2014?试题调研)下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g 5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100g 10.00%的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。
(1)接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4浓度为10.47%，乙中c电极质量增加。据此回答问题：
①电源的N端为________极；
②电极b上发生的电极反应为____________________________________；
③列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积：___________________ _________________；
④电极c的质量变化是________g；
⑤电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因：
甲溶液__________________________________；
乙溶液__________________________________；
丙溶液__________________________________；
(2)如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
答案：(1)①正
②4OH－4e－===2H2O＋O2↑
③水减少的质量：100g×(1－10.00%10.47%)≈4.5g，生成O2的体积：4.5g18g?mol－1×12×22.4L?mol－1＝2.8L
④16
⑤碱性增大，因为电解后，水量减少，溶液中NaOH浓度增大
酸性增大，因为在阳极上OH－生成O2，溶液中H＋离子浓度增加
酸碱性大小没有变化，因为K2SO4是强酸强碱盐，浓度增加不影响溶液的酸碱性
(2)能继续进行，因为乙装置中已转变为H2SO4溶液，反应也就变为水的电解反应
点拨：本题考查综合分析电解原理及计算能力。
(1)①依题意，甲装置中装氢氧化钠溶液，实质相当于电解水；乙装置电解硫酸铜溶液；阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu；阳极：4OH－4e－===2H2O＋O2↑。c电极质量增加，说明该电极为阴极，由d极为阳极，依次类推：e极为阴极，f极为阳极，N极为正极，M极为负极，a极为阴极，b极为阳极。②甲装置中装氢氧化钠溶液，在b极OH－发生氧化反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，电解反应为：2H2O=====通电2H2↑＋O2。③两装置中装K2SO4溶液，电解前后溶质质量不变，实质是电解水，设电解水的质量为x,100 g×10.00%＝(100 g－x)×10.47%，x≈4.5 g。n(H2O)＝4.5 g18 g?mol－1＝0.25 mol，n(O2)＝0.125 mol，V(O2)＝0.125 mol×22.4 L/mol＝2.8 L。④电解0.25 mol水转移电子的物质的量为0.5 mol，c极反应：Cu2＋＋2e－===Cu，根据电子守恒知，析出金属质量为m(Cu)＝0.25 mol×64g/mol＝16g。⑤甲、丙装置实质是电解水，乙装置电解反应式为2CuSO4＋2H2O=====电解2Cu＋2H2SO4＋O2↑，溶液酸性增强。(2)如果铜全部析出，甲装置装有氢氧化钠溶液，乙装置装有硫酸溶液，丙装置装有硫酸钾溶液，仍然能电解，三个装置都相当于电解水。
如果不清楚甲、乙、丙装置中电极串联，会错误判断电极，导致回答问题出错。
15．(2014?试题调研)金属铝是应用广泛的金属之一，在工农业生产中有着广泛的应用，对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。
(1)在进行电解前，要对铝电极进行表面处理，是将铝片浸入热的16% NaOH溶液中半分钟左右，目的是________，反应的离子方程式为__________________。碱洗时常有气泡冒出，原因是______________(用离子方程式表示)。
(2)以铝片为阳极，在H2SO4溶液中电解，取少量废电解液，加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是______________________。
(3)在金属表面形成一薄层有抗腐蚀、抗磨损能力的金属镀膜。例如在铝片上电镀铜时，电解原理是采用Cu(NO3)2溶液为电解质，用________作阳极。而在实际的电镀工艺中，要求金属在镀件上的析出速率得到控制，使析出的镀层厚度均匀、光滑致密、与底层金属的附着力强。所以电镀铜时，实际使用的电镀液是________(填序号)。
A．AlCl3 B．CuCl2
C．K6[Cu(P2O7)2] D．CuSO4
(4)在如图所示装置中，溶液的体积为100 mL，开始时电解质溶液的浓度为0.1 mol/L，工作一段时间后导线上通过0.001 mol电子。若不考虑盐的水解和溶液体积的变化，则电解后溶液的pH为________。
答案：(1)除去表面的氧化膜
Al2O3＋2OH－===2AlO2－＋H2O
2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO2－＋3H2↑
(2)废电解液中含有的Al3＋和HCO3－发生了双水解反应　(3)Cu　c　(4)2
点拨：本题以铝的抗腐蚀处理为载体，主要考查电化学原理、简单计算等。(1)铝的金属性强，表面易被氧化成氧化铝，加入NaOH溶液后，氧化铝与NaOH溶液反应，同时铝也可能与NaOH溶液反应，有气泡产生。(2)溶液中存在的Al3＋与HCO3－发生双水解反应，因此既有沉淀生成，又有气体放出。(3)电镀时用镀层金属为阳极，镀件为阴极，含有镀层金属离子的溶液为电解质溶液，因此采用铜为阳极，铜的络离子电离出的铜离子浓度小。(4)导线上通过0.001 mol电子时会产生0.001 mol H＋，浓度为0.01 mol/L，pH＝2。
16．(2014?试题调研)如图1是氯碱工业中离子交换膜电解槽示意图，其中离子交换膜为“阳离子交换膜”它有一特殊的性质??只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过。
(1)电解后得到的氢氧化钠溶液从________口流出(填字母代号)，b口排出的是________气体，电极1应连接电源的________极(填“正”或“负”)；理论上讲，从f口加入纯水即可，但在实际生产中，纯水中要加入一定量的NaOH溶液，其原因是________________________和________________________。
(2)图2是根据氯碱工业中离子交换膜技术原理设计的电解Na2SO4溶液生产NaOH和H2SO4溶液的装置。请回答：a为________(填“阳”或“阴”)离子交换膜；从E口流进的物质的化学式(若为溶液，则写出溶质的化学式)为：________。
答案：(1)d　Cl2　正　增加溶液的导电性　不影响NaOH的纯度　(2)阴　H2O(加少量稀H2SO4)
点拨：(1)氢氧化钠的产生是因为在阴极氢离子得电子生成了氢气，留下的氢氧根离子结合Na＋形成了氢氧化钠，所以氢氧化钠应该在d口流出。b口这边的电极是阳极，根据离子的放电顺序应该是氯离子失去电子形成氯气，电极1是阳极，所以连接电源的正极。如果只加纯水，溶液的导电能力太弱，不利于电解反应。


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