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