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第四章 化学反应与电能 章末综合测评(含答案)

1、第四章第四章 化学反应与电能化学反应与电能 (时间:90 分钟 满分:100 分) 一、选择题(本题包括 15 小题,每小题 3 分,共 45 分;每小题只有一个选项符合 题意) 1.(2019 江苏化学,10)将铁粉和活性炭的混合物用 NaCl 溶液湿润后,置于如图所 示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是( ) A.铁被氧化的电极反应式为 Fe3e =Fe3 B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能 C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀 D.以水代替 NaCl 溶液,铁不能发生吸氧腐蚀 解析 A 项,铁和炭的混合物用 NaCl 溶液湿润后构成原电池,铁作负极,铁失 去电子生成

2、 Fe2 ,电极反应式为 Fe2e=Fe2,错误;B 项,铁腐蚀过程中化 学能除了转化为电能外,还可转化为热能等,错误;C 项,构成原电池后,铁腐 蚀的速率变快,正确;D 项,用水代替 NaCl 溶液,Fe 和炭也可以构成原电池, Fe 失去电子,空气中的 O2得到电子,铁发生吸氧腐蚀,错误。 答案 C 2.下列关于实验现象的描述不正确的是( ) A.把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀 H2SO4中,铜片表面出现气泡 B.用锌片作阳极,铁片作阴极,电解 ZnCl2溶液,铁片表面出现一层锌 C.把铜片插入 FeCl3溶液中,在铜片表面出现一层铁 D.把锌粒放入盛有盐酸的试管中,加入几滴 CuCl2溶液

3、,气泡放出速率加快 解析 铜、铁是两种活动性不同的金属,稀 H2SO4是电解质溶液,三者共同形成 了原电池,铁片上发生氧化反应:Fe2e =Fe2,铜片上发生还原反应:2H 2e =H 2,故 A 正确;B 为电镀池,锌片上发生:Zn2e =Zn2,铁片上 发生:Zn2 2e=Zn,理论上 ZnCl 2溶液的浓度不变,故 B 正确;Cu 2FeCl3=2FeCl2CuCl2,故 C 项错误;D 项中 Zn 与被 Zn 置换出的 Cu 以及盐 酸一起构成了原电池,发生了原电池反应,故 D 项也正确。 答案 C 3.如图是 Zn 和 Cu 形成的原电池,则下列结论中正确的是( ) 铜为阳极,锌为阴

4、极;铜极上有气泡;SO2 4向铜极移动;若有 0.5 mol 电子流经导线, 则可产生 0.25 mol 气体; 电子的流向是铜到锌; 正极反应式: Cu2e =Cu2。 A. B. C. D. 解析 中 Cu 为正极,Zn 为负极;中 SO2 4向负极(Zn 极)移动;中电子的流 向是 Zn Cu;中正极反应式:2H 2e=H 2,故错。 答案 B 4.用铂作电极电解一定浓度的下列物质的水溶液,电解结束后,向剩余电解液中 加适量水,能使溶液和电解前相同的是( ) A.CuSO4 B.H2SO4 C.CuCl2 D.NaCl 解析 当电解池的电极是惰性电极时,阳极不溶解,电解过程的本质是电解溶

5、剂 水或电解质或二者都发生反应。电池反应分别为 A.2CuSO42H2O= 电解 2CuO22H2SO4 B.2H2O= 电解 2H2O2 C.CuCl2= 电解 CuCl2 D.2NaCl2H2O= 电解 H2Cl22NaOH 所以 B 项电解的实质是电解水。 答案 B 5.(2019 课标全国,12)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作 时 MV2 /MV在电极与酶之间传递电子,示意图如图所示。下列说法错误的是 ( ) A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能 B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应 H22MV2 =2H2MV C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还

6、原反应生成 NH3 D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动 解析 由题图和题意知,电池总反应是 3H2N2=2NH3。该合成氨反应在常温 下进行,并形成原电池产生电能,反应不需要高温、高压和催化剂,A 项正确; 观察题图知,左边电极发生氧化反应 MV e=MV2,为负极,不是阴极,B 项错误;正极区 N2在固氮酶作用下发生还原反应生成 NH3,C 项正确;电池工作 时,H 通过交换膜,由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移,D 项正确。 答案 B 6.我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的 NaCO2二次电池。将 NaClO4溶 于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳钠米管的镍网分别作为电极

7、材料,电池的总 反应为:3CO24Na2Na2CO3C。下列说法错误的是( ) A.放电时,ClO 4向负极移动 B.充电时释放 CO2,放电时吸收 CO2 C.放电时,正极反应为:3CO24e =2CO2 3C D.充电时,正极反应为:Na e=Na 解析 电池放电时,ClO 4向负极移动,A 项正确;结合总反应可知放电时需吸收 CO2,而充电时释放出 CO2,B 项正确;放电时,正极 CO2得电子被还原生成单 质 C,即电极反应式为 3CO24e =2CO2 3C,C 项正确;充电时阳极发生氧 化反应,即 C 被氧化生成 CO2,D 项错误。 答案 D 7.一种可充电锂空气电池如图所示。当

8、电池放电时,O2与 Li 在多孔碳材料电 极处生成 Li2O2x(x0 或 1)。下列说法正确的是( ) A.放电时,多孔碳材料电极为负极 B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极 C.充电时,电解质溶液中 Li 向多孔碳材料区迁移 D.充电时,电池总反应为 Li2O2x=2Li 1x 2 O2 解析 根据电池工作原理,多孔碳材料吸附 O2,O2在此获得电子,所以多孔碳 材料电极为电池的正极,A 项错误;放电时电子从负极(锂电极)流出,通过外电 路流向正极(多孔碳材料电极),B 项错误;Li 带正电荷,充电时,应该向电解池 的阴极(锂电极)迁移, C项错误; 充电时, 电池总反应为Li

9、2O2x=2Li 1x 2 O2, D 项正确。 答案 D 8.X、Y、Z、M、N 代表五种金属。有以下化学反应: 水溶液中:XY2 =X2Y Z2H2O(冷)=Z(OH)2H2 M、N 为电极与 N 盐溶液组成原电池,发生的电极反应为:M2e =M2 Y 可以溶于稀 H2SO4中,M 不被稀 H2SO4氧化,则这五种金属的活动性由弱到 强的顺序是( ) A.MNYXZ B.NMXYZ C.NMYXZ D.XZNMY 解析 根据金属活动性强弱的判断规律:能在水溶液中发生置换反应,一定是 XY,且均不是 Al 以前的金属;Z 与冷水反应放出 H2,为活泼金属;原电 池中负极活泼,则 MN;Y 可

10、与稀 H2SO4反应,M 不能,则 YM,故选 C。 答案 C 9.实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取 Cl2, 已知铅蓄电池放电时发生如 下反应: 负极:PbSO2 42e =PbSO 4 正极:PbO24H SO2 42e =PbSO 42H2O 今欲制得 Cl2 0.050 mol,这时电池内消耗的 H2SO4的物质的量至少是( ) A.0.025 mol B.0.050 mol C.0.100 mol D.0.200 mol 解析 要求消耗 H2SO4的量,需首先找出铅蓄电池的总反应。将上述两个电极反 应合并可得: PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。 而在制取 Cl

11、2时, 每生成 1 mol Cl2,转移电子 2 mol,现需要转移电子 0.050 mol20.100 mol。由铅蓄电池总 反应可知,每转移 0.100 mol 电子,将消耗 0.100 mol H2SO4。 答案 C 10.(2019 课标全国,13)为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多 孔海绵状 Zn(3DZn)可以高效沉积 ZnO 的特点,设计了采用强碱性电解质的 3D ZnNiOOH 二次电池,结构如图所示。电池反应为 Zn(s)2NiOOH(s) H2O(l) 放电 充电 ZnO(s)2Ni(OH)2(s)。 下列说法错误的是( ) A.三维多孔海绵状 Zn 具有较高

12、的表面积,所沉积的 ZnO 分散度高 B.充电时阳极反应为 Ni(OH)2(s)OH (aq)e=NiOOH(s)H 2O(l) C.放电时负极反应为 Zn(s)2OH (aq)2e=ZnO(s)H 2O(l) D.放电过程中 OH 通过隔膜从负极区移向正极区 解析 该电池采用的三维多孔海绵状Zn具有较大的表面积, 可以高效沉积ZnO, 且所沉积的ZnO分散度高, A正确; 根据题干中总反应可知该电池充电时, Ni(OH)2 在阳极发生氧化反应生成 NiOOH,其电极反应式为 Ni(OH)2(s)OH (aq)e =NiOOH(s)H2O(l),B 正确;放电时 Zn 在负极发生氧化反应生成

13、ZnO,电极 反应式为 Zn(s)2OH (aq)2e=ZnO(s)H 2O(l),C 正确;电池放电过程中, OH 等阴离子通过隔膜从正极区移向负极区,D 错误。 答案 D 11.工业上为了处理含有 Cr2O2 7的酸性工业废水,采用下面的处理方法:往工业废 水中加入适量 NaCl, 以铁为电极进行电解, 经过一段时间, 有 Cr(OH)3和 Fe(OH)3 沉淀生成,工业废水中铬元素的含量可低于排放标准。关于上述方法,下列说法 错误的是( ) A.阳极反应:Fe2e =Fe2 B.阴极反应:2H 2e=H 2 C.在电解过程中工业废水由酸性变为碱性 D.可以将铁电极改为石墨电极 解析 用石

14、墨作电极, 阳极产生 Cl2, 得不到 Fe2 , 缺少还原剂, 不能使 Cr 2O2 7Cr3 Cr(OH) 3而除去,所以 D 项错误。 答案 D 12.早在 1807 年化学家戴维用电解熔融氢氧化钠制得钠:4NaOH(熔融)= 电解 4Na O22H2O;后来盖 吕萨克用铁与熔融氢氧化钠作用也制得钠,反应原理为 3Fe4NaOH(熔融) = 1 100 Fe 3O42H24Na。下列有关说法正确的是( ) A.电解熔融氢氧化钠制钠,阳极发生的电极反应为 2OH 2e=H 2O2 B.盖 吕萨克法制钠原理是利用铁的还原性比钠强 C.若戴维法与盖 吕萨克法制得等量的钠,则两反应中转移的电子总

15、数也相同 D.目前工业上常用电解熔融氯化钠法制钠(如上图),电解槽中石墨为阳极,铁为 阴极 解析 电解熔融 NaOH 时,阳极 OH 放电生成 O 2和 H2O,A 错;钠的还原性强 于铁, B 错; C 项中戴维法、 盖 吕萨克法生成 4 mol Na, 转移电子数分别为 4 mol、 8 mol,C 错。 答案 D 13.铅蓄电池的工作原理为 PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。研读下图,下 列判断不正确的是( ) A.K 闭合时,d 极的电极反应式:PbSO42H2O2e =PbO 24H SO2 4 B.当电路中转移 0.2 mol 电子时,中消耗的 H2SO4为 0.2

16、mol C.K 闭合时,中 SO2 4向 c 极迁移 D.K 闭合一段时间后,可单独作为原电池,d 极为正极 解析 由图示关系可知, 池为原电池, 池为电解池, a 极为正极, b 极为负极, K 闭合后,c 极为阴极,d 极为阳极,因电极材料为 PbSO4,结合铅蓄电池的工作 原理,可判断 d 极发生的电极反应为 PbSO42H2O2e =PbO 24H SO2 4, A 项正确; 由题给方程式可判断, 当电路中转移 0.2 mol 电子时, 中消耗的 H2SO4 为 0.2 mol,B 项正确;电解池工作时,阴离子移向阳极,即 d 极,故 C 项错误; 因池反应为2PbSO42H2O= 电

17、解 PbPbO22H2SO4, 因此K闭合一段时间后, 池可作为原电池对外供电,其中析出的铅附着在 c 极上作负极,析出的 PbO2 附着在 d 极上作正极,D 项正确。 答案 C 14.右图是某同学设计的验证原电池和电解池的实验装置, 下列有关说法不正确的 是( ) A.关闭 K2、打开 K1,试管内两极都有气泡产生 B.关闭 K2、打开 K1,一段时间后,发现左侧试管收集到的气体比右侧略多,则 a 为负极,b 为正极 C.关闭 K2、打开 K1,一段时间后,用拇指堵住试管移出烧杯,向试管内滴入酚 酞,发现左侧试管内溶液变红色,则 a 为负极,b 为正极 D.关闭 K2、打开 K1,一段时间

18、后,再关闭 K1、打开 K2,电流表指针不会偏转 解析 A.关闭 K2、打开 K1,是电解 NaCl 溶液的过程,反应方程式为 2NaCl 2H2O= 电解 2NaOHCl2H2, Cl 在阳极上放电生成 Cl 2, H 在阴极上放电生 成 H2,则两极都有气泡产生;B.且由于 Cl2可以溶于水,则收集到的 Cl2的体积 略少于H2的体积, 则与外电源b极相连的石墨棒作电解池的阳极, 则b极为正极; C.左侧试管中溶液变红色,说明左侧试管中溶液呈碱性,则 H 放电,则左侧石墨 棒为电解池的阴极,则 a 为外电源的负极;D.一段时间后,打开 K2、关闭 K1, 可以构成原电池,放电时会引起电流表

19、指针发生偏转。故 A、B、C 均正确,D 错误,故应选 D。 答案 D 15.最近我国科学家设计了一种 CO2H2S 协同转化装置, 实现对天然气中 CO2和 H2S 的高效去除。示意图如图所示,其中电极分别为 ZnO石墨烯(石墨烯包裹的 ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生反应为: EDTAFe2 e=EDTAFe3 2EDTAFe3 H 2S=2H S2EDTAFe2 该装置工作时,下列叙述错误的是( ) A.阴极的电极反应:CO22H 2e=COH 2O B.协同转化总反应:CO2H2S=COH2OS C.石墨烯上的电势比 ZnO石墨烯上的低 D.若采用 Fe3 /Fe2取代 EDTAFe

20、3/EDTAFe2,溶液需为酸性 解析 阴极发生还原反应,氢离子由交换膜右侧向左侧迁移,阴极的电极反应式 为 CO22e 2H=COH 2O,A 项正确;结合阳极区发生的反应,可知协同 转化总反应为 CO2H2S=SCOH2O,B 项正确;石墨烯作阳极,其电势高 于 ZnO石墨烯的,C 项错误;Fe3 、Fe2在碱性或中性介质中会生成沉淀,它 们只稳定存在于酸性较强的介质中,D 项正确。 答案 C 二、非选择题(本题包括 6 小题,共 55 分) 16.(4 分)航天技术中使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便和无污染的优点。氢氧 燃料电池有酸式和碱式两种,它们放电时的电池总反应式均为 2H2O2=

21、2H2O。 酸式电池中的电解质是酸,其负极反应可表示为 2H24e =4H,则其正极反 应可表示为_ _; 碱式电池中的电解质是碱,其正极反应式为 O22H2O4e =4OH,则其负极 反应可表示为_ _。 解析 原电池中,正极发生还原反应:O22H2O4e =4OH,因为电解质溶 液显酸性,有 4OH 4H=4H 2O,两式合并得酸式电池的正极反应式为 O2 4H 4e=2H 2O;原电池负极发生氧化反应:2H24e =4H,因在碱性溶液 中, 又有 4H 4OH=4H 2O, 合并后的负极反应式为 2H24OH 4e=4H 2O。 答案 O24H 4e=2H 2O 2H24OH 4e=4H

22、 2O 17.(8 分)用如图所示的装置进行电解,在通电一段时间后,铁电极的质量增加。 (1)写出乙中两极发生的电极反应式。 阴极:_; 阳极:_。 (2)写出甲中发生反应的化学方程式:_ _。 (3)C(左)、C(右)、Fe、Ag 4 个电极上析出或溶解物质的物质的量之比是 _。 答案 (1)Ag e=Ag Age=Ag (2)2CuSO42H2O= 电解 2Cu2H2SO4O2 (3)2144 18.(11 分)LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳, 电解液是 LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为 4Li2SOCl2=4LiClS SO2。 请回答下列

23、问题: (1) 电 池 的 负 极 材 料 为 _( 写 化 学 式 ) , 发 生 的 电 极 反 应 为 _。 (2)电池正极发生的电极反应为_ _。 (3)SOCl2易挥发, 实验室中常用 NaOH 溶液吸收 SOCl2, 有 Na2SO3和 NaCl 生成。 如果把少量水滴到 SOCl2中,实验现象是_, 反应的化学方程式为_。 (4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行,原因是 _。 解析 分析反应中各物质的化合价变化, 可得 Li 为还原剂 , SOCl2为氧化剂。 (1) 负极材料为 Li(还原剂),Lie =Li。(2)正极反应式可由总反应式减去负极反 应式得到:2SOCl2

24、4e =4ClSSO 2。(3)题中给出有碱液吸收时的产物, 则没有碱液而用水吸收时的产物应为 SO2和 HCl,所以现象应该为出现白雾和有 刺激性气味的气体生成。(4)因为构成该电池的主要成分 Li 能和氧气、水反应, SOCl2也与水反应。 答案 (1)Li Lie =Li (2)2SOCl24e =4ClSSO 2 (3)出现白雾,且有刺激性气味的气体生成 SOCl2 H2O=SO2 2HCl (4)构成电池的主要成分 Li 能和氧气、水反应,SOCl2也与水反应 19.(8 分)将洁净的金属片 Fe、Zn、A、B 分别与 Cu 用导线连接浸在合适的电解质 溶液里。实验并记录电压表指针的

25、偏转方向和电压表的读数如表: 金属 电子流动方向 电压/V Fe FeCu 0.78 Zn ZnCu 1.10 A CuA 0.15 B BCu 0.3 根据以上实验记录,完成以下填空: (1)Zn 、 A 、 B三 种 金 属 的 活 动 性 由 强 到 弱 的 顺 序 是 _ _。 (2)Cu与A组 成 的 原 电 池 , _ 为 负 极 , 电 极 反 应 式 为 _。 (3)A、B 形成合金,露置在潮湿的空气中,_先被腐蚀,这时正极的电极 反应式为 _。 答案 (1)ZnBA (2)Cu Cu2e =Cu2 (3)B O22H2O4e =4OH 20.(12 分)铁、铝及其化合物在生产

26、和生活中有着广泛的应用。 (1)某研究性学习小组设计了如下图所示装置探究钢铁的腐蚀与防护。 在相同条件下,三组装置中铁电极腐蚀最快的是_(填装置序号),该装置中 正极反应式为_ _;为防止金属 Fe 被腐蚀,可以采用上述_(填装置序 号)装置原理进行防护; 装置中总反应的离子方程式为_。 (2)新型固体 LiFePO4隔膜电池广泛应用于电动汽车。 电池反应为 FePO4Li 放电 充电 LiFePO4,电解质为含 Li 的导电固体,且充、放 电时电池内两极间的隔膜只允许 Li 自由通过而导电。该电池放电时 Li向 _(填“正”或“负”)极移动,负极反应为 Lie =Li,则正极反应式 为 _。

27、 (3)钢铁生锈现象随处可见,钢铁的电化学腐蚀原理如下图所示: 写出石墨电极的电极反应式:_。 将该装置作简单修改即可成为钢铁电化学防护的装置,请在下图虚线框内所示 位置作出修改,并用箭头标出导线中电子流动方向。 写出修改后石墨电极的电极反应式:_。 解析 (1)图、分别为原电池和电解池,金属铁分别为正极和阴极,因此对金 属铁起了保护作用;而中铁作原电池的负极,电解质溶液为中性,所以发生吸 氧腐蚀,正极反应为 O22H2O4e =4OH;为电解池,即电解食盐水,故 离子反应为 2Cl 2H 2O= 电解 2OH Cl 2H2。(2)原电池中,阳离子向正极 移动,放电时装置为原电池,则 Li 向

28、正极移动;由 FePO 4Li 放电 充电 LiFePO4 减去 Lie =Li,可得正极反应式:FePO 4Li e=LiFePO 4。 (3)在钢铁的电化学腐蚀中, 石墨为正极, 电极反应式为 O24e 2H 2O=4OH 。 可用外加电流的阴极保护法来保护铁,即将铁连外电源的负极,作为电解池的阴 极,石墨接正极,作为电解池的阳极,阳极电极反应式为 2Cl 2e=Cl 2。 答案 (1) O22H2O4e =4OH 2Cl2H 2O= 电解 2OH Cl 2 H2 (2)正 FePO4Li e=LiFePO 4 (3)O24e 2H 2O=4OH 2Cl 2e=Cl 2 21.(12 分)

29、为了探究原电池和电解池的工作原理,某研究性学习小组分别用如图所 示的装置进行实验,回答下列问题。 .用甲装置进行第一组实验: (1)在保证电极反应不变的情况下,下列材料不能代替左侧 Cu 电极的是 _(填序号)。 A.石墨 B.镁 C.银 D.铂 (2)实验过程中,SO2 4_(填“从左向右”、“从右向左”或“不”)移动; 滤纸上能观察到的现象有_ _。 .该小组同学用乙装置进行第二组实验时发现, 两极均有气体产生, 且 Y 极溶液 逐渐变成紫红色,停止实验后观察到铁电极明显变细,电解液仍然澄清。查阅资 料知,高铁酸根离子(FeO2 4)在溶液中呈紫红色。请根据实验现象及所查信息,填 写下列空

30、白: (3)电解过程中,X 极溶液的 pH_(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (4)电解过程中,Y 极发生的电极反应为 4OH 4e =2H2OO2和 _。 (5)已知 K2FeO4和 Zn 可以构成碱性电池,其中 K2FeO4在电池中作正极材料,电 池总反应为 2K2FeO43Zn=Fe2O3ZnO2K2ZnO2,则该电池正极发生的电极 反应为_。 解析 .(1)甲装置中左侧为原电池装置,锌作负极,铜作正极,由于需保证电极 反应不变, 故正极材料是不如锌活泼金属或导电的非金属, 因此不能用镁代替铜。 (2)硫酸根离子向负极移动,移动方向为从右向左。M 极作阳极,铜失去电子有铜 离子生成,铜离子结合氢氧根离子生成氢氧化铜蓝色沉淀。.(3)X 极作阴极, H2O 失去电子生成氢气和氢氧根离子,故 X 极溶液的 pH 逐渐增大。(4)由题意可 知,铁作阳极,铁失去电子生成 FeO2 4。(5)K2FeO4Zn 碱性电池中锌作负极,失 去电子,FeO2 4在正极得到电子转化为氧化铁。 答案 .(1)B (2)从右向左 滤纸上有蓝色沉淀产生(答出“蓝色沉淀”或“蓝 色斑点”即可) .(3)增大 (4)Fe6e 8OH=FeO2 44H2O (5)2FeO2 46e 5H 2O=Fe2O310OH