高中化学人教版选择性必修1第四章 化学反应与电能练习题

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第四章 化学反应与电能一、选择题(本题包括12小题，每小题4分，共48分)1．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，能使溶液恢复至电解前状态的是(　　)A．AgNO3 B．CuSO4C．NaOH D．NaCl2．下列事实不能用电化学理论解释的是(　　)A．轮船水线以下的船壳上装一定数量的锌块B．铝片不用特殊方法保存C．纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量硫酸铜溶液后速率加快D．镀锌的铁比镀锡的铁耐用3．某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他电极均为Cu，则(　　)A．电流方向：电极Ⅳ→Ⓐ→电极ⅠB．电极Ⅰ发生还原反应C．电极Ⅱ逐渐溶解D．电极Ⅲ的电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu4．如图所示，a、b是石墨电极，通电一段时间后，b极附近溶液显红色。下列说法正确的是(　　)A．X极是电源负极，Y极是电源正极B．a极上的电极反应是2Cl－－2e－===Cl2↑C．电解过程中CuSO4溶液的pH逐渐增大D．b极上产生2.24 L(标准状况下)气体时，Pt极上有6.4 g Cu析出5．如图是H2－N2O固体氧化物燃料电池装置原理图，已知：“YSZ”为钇稳定的氧化物，在高温(800～1 000 ℃)下具有离子导电性；“LSM”为掺杂锶的亚锰酸镧。该装置工作时，下列说法不正确的是(　　)A．X为H2，Y为N2OB．O2－从电势高的电极移向电势低的电极C．H2所在电极发生的反应为H2＋2OH－－2e－===2H2OD．正极反应为N2O＋2e－===N2＋O2－6．钢铁在腐蚀过程中，下列5种变化可能发生的是(　　)①Fe由＋2价转化为＋3价　②O2被还原③产生H2　④Fe(OH)3失水形成Fe2O3·xH2O⑤杂质C被氧化除去A．①② B．①②③④C．③④ D．①②④⑤7．一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图。下列有关该电池的说法正确的是(　　)A．反应CH4＋H2Oeq \o(=====,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子B．电极A上H2参与的电极反应为：H2＋2OH－－2e－===2H2OC．电池工作时，COeq \o\al(2－,3)向电极B移动D．电极B上发生的电极反应为：O2＋2CO2＋4e－===2COeq \o\al(2－,3)8．微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是(　　)A．正极反应中有CO2生成B．微生物促进了反应中电子的转移C．质子通过交换膜从负极区移向正极区D．电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O9．下列实验装置，其中按要求设计正确的是(　　)10.科技工作者利用催化剂和电化学原理还原CO2，使其转化为可被利用的燃料。如图所示装置就可以将CO2转化为燃料CO。下列有关判断正确的是(　　)A．该装置的电化学原理为电解原理，M电极发生氧化反应B．该装置工作时，N电极的电极反应为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2OC．质子由N电极区通过质子交换膜移向M电极区D．外电路中流过10 mol电子，理论上可收集70 g燃料11．如图所示，电解一段时间后，银阴极的质量增加了0.648 g，金属X阴极的质量增加了0.195 g，则X的摩尔质量为(　　)A．65 g/mol B．32.5 g/molC．28 g/mol D．56 g/mol12．500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NOeq \o\al(－,3))＝6.0 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，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－1B．上述电解过程中共转移2 mol电子C．电解得到铜的物质的量为0.5 molD．电解后溶液中c(H＋)为2 mol·L－1二、非选择题(本题包括4小题，共52分)13．(12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移动方向和电压表的读数如下表所示。根据表中实验记录，回答下列问题：(1)构成两电极的金属活动性相差越大，电压表的读数越________(填“大”或“小”)。(2)Zn、A、B三种金属活动性由强到弱的顺序是________________。(3)Cu与A构成的原电池中，________为负极，此电极反应为________________________________________________________________________。(4)A、B形成合金，露置在潮湿空气中，________先被腐蚀。14．(12分)如图装置所示，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变)，A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近呈红色。请回答：(1)B极是电源的________极，一段时间后，甲中溶液颜色________，丁中X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，这表明氢氧化铁胶体粒子带________电荷(填“正”或“负”)，在电场作用下向________极移动(填“X”或“Y”)。(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时，对应单质的物质的量之比为________。(3)现用丙装置给铜件镀银，则H应该是________(填“镀层金属”或“镀件”)，电镀液是________(填化学式)溶液。当乙中的溶液的pH是13时(此时乙中溶液的体积为500 mL)，丙中镀件上析出银的质量为________，甲中溶液的pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。(4)若将C电极换为铁，其他装置都不变，则甲中发生总反应的离子方程式为________________________________________________________________________。15．(12分)如图所示甲、乙两池电极材料均为铁棒与铂棒，请回答下列问题：(1)若电池中均为CuSO4溶液，则下列说法正确的是________(填标号)。A．一段时间后，甲、乙两池中Pt棒上都有红色物质析出B．甲池中Fe棒上发生氧化反应，乙池中Fe棒上发生还原反应C．甲池中Cu2＋向Fe棒移动，乙池中Cu2＋向Pt棒移动D．一段时间后，甲池中Fe棒质量减少，乙池中Fe棒质量增加(2)若两池中均为饱和NaCl溶液。①写出乙池中总反应的化学方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________，乙池中Pt棒上的电极反应属于________(填“氧化”或“还原”)反应。②甲池中Pt棒上的电极反应式是________________________________________________________________________。③室温下，若乙池转移0.02 mol电子后停止实验，该池中溶液体积为2 000 mL，则溶液混合均匀后pH＝________。16．(16分)某化学兴趣小组的同学用如下图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合K时，观察到电流表的指针发生了偏移。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：Cu极：____________；石墨棒极：____________。(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，闭合K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，闭合K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)若乙中电极不变，将其溶液换成饱和Na2SO4溶液，闭合K一段时间，当阴极上有a mol气体生成时，同时有w g Na2SO4·10H2O析出，假设温度不变，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)。第四章 化学反应与电能1．解析：A项，电解生成Ag和O2；B项，电解生成Cu和O2；C项，电解生成H2和O2；D项，电解生成H2和Cl2，只有C项相当于电解水，故C项符合题意。答案：C2．解析：A项，轮船船壳装锌块，目的是使锌与轮船中的钢铁形成原电池，Zn为负极，保护船体；B项，铝在空气中形成致密的氧化膜，不易被腐蚀，不能用电化学理论解释；C项，Zn置换出Cu，Cu、Zn与稀硫酸形成原电池，Zn的溶解速率加快，生成氢气的速率加快；D项，Zn比Fe活泼，而Sn不如Fe活泼，前者形成原电池，Fe为正极，被保护，后者形成原电池，Fe为负极，加快了Fe的腐蚀。答案：B3．解析：Al的活泼性强于Cu，故电极Ⅰ为原电池的负极，电极Ⅱ为原电池的正极，电极Ⅲ与原电池的正极相连，为电解池的阳极，电极Ⅳ为电解池的阴极。电流方向：电源正极(Ⅱ)→电解池的阳极(Ⅲ)，电解池的阴极(Ⅳ)→原电池的负极(Ⅰ)，A项正确；B项，电极Ⅰ为原电池的负极，发生氧化反应，B项错误；C项，电极Ⅱ为原电池的正极，正极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，C项错误；D项，电极Ⅲ为阳极，其电极材料是Cu，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，D项错误。答案：A4．解析：b极附近溶液显红色，所以b极上的电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，a极上的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，则Y为电源负极，X为电源正极，Pt为阳极，Cu为阴极，a为阳极，b为阴极，A项错误，B项正确；2CuSO4＋2H2Oeq \o(=====,\s\up15(电解))2Cu＋O2↑＋2H2SO4，电解过程中CuSO4溶液的pH逐渐变小，C项错误；Pt极上发生氧化反应，不会有Cu析出，D项错误。答案：B5．解析：根据该电池的反应物为H2和N2O，生成物为H2O和N2可知，X为H2，Y为N2O，A项正确；电池工作时，阴离子从正极移向负极，即从电势高的电极移向电势低的电极，B项正确；该电池的电解质为固体氧化物，电极反应不涉及OH－，由题图可知H2所在电极发生的反应为H2＋O2－－2e－===H2O，C项错误；正极N2O得电子，被还原为N2，故正极反应为N2O＋2e－===N2＋O2－，D项正确。答案：C6．解析：钢铁的腐蚀过程：铁作负极，发生反应为Fe－2e－===Fe2＋，杂质C作正极，若发生析氢腐蚀，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，若发生吸氧腐蚀，正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。随之Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，Fe(OH)3失水可形成Fe2O3·xH2O。答案：B7．解析：A项，由化合价变化知每消耗1 mol CH4转移6 mol电子；B项，电极A为负极，发生的电极反应为H2－2e－＋COeq \o\al(2－,3)===H2O＋CO2；C项，电池工作时，COeq \o\al(2－,3)向电极A移动；D项，电极B是正极，电极反应为O2＋4e－＋2CO2===2COeq \o\al(2－,3)。答案：D8．解析：负极发生氧化反应，生成CO2气体，A项错误；微生物电池中的化学反应速率较快，即微生物促进了反应中电子的转移，B项正确；原电池中阳离子向正极移动，因此负极产生的质子(H＋)通过交换膜移向正极，C项正确；电池总反应是C6H12O6与O2反应生成CO2和H2O，D项正确。答案：A9．解析：该电解池中，阳极上Fe失电子而不是Cl－失电子，所以阳极上得不到氯气，则淀粉­KI溶液不会变蓝，A项错误；含有盐桥的铜锌原电池中，Zn作负极，Cu作正极，电流由正极流向负极，符合原电池设计要求，B项正确；该电镀池中电解质溶液应是AgNO3溶液，C项错误；电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，且电解质溶液中必须含有铜离子，D项错误。答案：B10．解析：该电化学装置为原电池装置，A项错误；M电极为负极，N电极为正极，CO2得电子，被还原为CO，故电极反应为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，B项正确；原电池工作时，阳离子从负极移向正极，即质子从M电极区移向N电极区，C项错误；对比两个电极的反应物与生成物可知，外电路中通过2 mol电子，生成1 mol CO，故外电路中通过10 mol电子，理论上可生成5 mol CO，即140 g CO，D项错误。答案：B11．解析：左边X为阴极，该电极上有X单质生成，右边X为阳极，逐渐溶解；左边Ag为阴极，该电极上有Ag单质生成，右边Ag为阳极，逐渐溶解；生成0.648 g Ag单质转移电子0.006 mol,1 mol X2＋生成1 mol X转移2 mol电子，因此转移电子0.006 mol有0.003 mol X生成，质量为0.195 g，则X的摩尔质量为65 g/mol。答案：A12．解析：电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，得O2 22.4 L(标准状况)，则转移电子数为4 mol，阴极：先发生：Cu2＋＋2e－===Cu，后发生：2H＋＋2e－===H2↑，得H2 1 mol，则后式转移电子数为2 mol，前式转移电子数为(4－2) mol＝2 mol，故n(Cu2＋)＝1 mol，n[Cu(NO3)2]＝1 mol。总共n(NOeq \o\al(－,3))＝0.5 L×6 mol·L－1＝3 mol，故n(KNO3)＝3 mol－n(Cu2＋)×2＝1 mol。c(K＋)＝eq \f(1 mol,0.5 L)＝2 mol·L－1，A项正确；转移电子数为4 mol，B项错误；n(Cu)＝1 mol，C项错误；水溶液中n(H＋)＝n(OH－)＝4 mol，有2 mol H＋电解放电，则剩余c(H＋)＝eq \f(4－2 mol,0.5 L)＝4 mol·L－1，D项错误。答案：A13．解析：(1)由表中1,2行数据可知，金属活动性差异越大，电压越大。(2)Zn→Cu中电压为＋1.10，此时金属性Zn>Cu，Cu→A中电压为负值，则Cu为负极，A为正极，金属性Cu>A，同理知B>Cu，三种金属的活动性由强到弱的顺序为Zn>B>A。(3)Cu与A构成的原电池中，Cu失电子为负极，此电极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。(4)B比A活泼，则B先被腐蚀。答案：(1)大　(2)Zn>B>A　(3)Cu　Cu－2e－===Cu2＋　(4)B14．解析：将直流电源接通后，F极附近呈红色，说明F极附近溶液显碱性，可知氢离子在该电极放电，所以F极是阴极，B为电源负极、A为电源正级，可得出D、F、H、Y均为阴极，C、E、G、X均为阳极。(1)由上述分析可知，B极是电源的负极；C、D电极发生的电极反应分别为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋、Cu2＋＋2e－===Cu，Cu2＋浓度逐渐减小，故甲中溶液颜色逐渐变浅；Y极是阴极，该电极附近颜色逐渐变深，说明氢氧化铁胶体粒子向该电极移动，异种电荷相互吸引，所以氢氧化铁胶体粒子带正电荷。(2)C、D、E、F电极发生的电极反应分别为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋、Cu2＋＋2e－===Cu、2Cl－－2e－===Cl2↑、2H＋＋2e－===H2↑，当各电极转移电子的物质的量均为1 mol时，生成单质的物质的量分别为0.25 mol、0.5 mol、0.5 mol、0.5 mol，所以单质的物质的量之比为1:2:2:2。(3)电镀装置中，镀层金属必须作阳极，镀件作阴极，所以H应该是镀件，电镀液含有镀层金属阳离子，故电渡液为AgNO3溶液；当乙中溶液的pH为13，即c(OH－)＝0.1 mol·L－1时(此时乙中溶液的体积为500mL)，根据电极反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，则放电的氢离子的物质的量为0.1 mol·L－1×0.5L＝0.05 mol，即转移电子的物质的量为0.05mol，H极的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，则可知此时丙中镀件上析出银的质量为108 g·mol－1×0.05 mol＝5.4 g；由甲中C、D两极的电极反应式2H2O－4e－===O2↑＋4H＋、Cu2＋＋2e－===Cu可知，电解过程中溶液中氢离子浓度增大，则甲中溶液的pH变小。(4)若将C电极换为铁，则阳极铁失电子，阴极铜离子得电子，电解池总反应式为Fe＋Cu2＋eq \o(=====,\s\up15(通电))Cu＋Fe2＋。答案：(1)负　逐渐变浅　正　Y　(2)1:2:2:2(3)镀件　AgNO3　5.4 g 　变小(4)Fe＋Cu2＋eq \o(=====,\s\up15(通电))Cu＋Fe2＋15．解析：(1)甲池为原电池，其中Pt棒作正极，发生还原反应：Cu2＋＋2e－===Cu，有红色物质析出；乙池为电解池，其中Pt棒与电源正极相连，作阳极，发生氧化反应，Pt棒无红色物质析出，A项错误。甲池中Fe棒作负极，发生氧化反应，乙池中Fe棒和电源负极相连，作阴极，发生还原反应，B项正确。甲池中Cu2＋向正极(Pt棒)移动，乙池中Cu2＋向阴极(Fe棒)移动，C项错误。甲池中Fe棒作负极，发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋，Fe棒质量减少；乙池中Fe棒与电源负极相连，作阴极，发生还原反应Cu2＋＋2e－===Cu，Fe棒质量增加，D项正确。(2)①乙池是用惰性电极作阳极电解饱和NaCl溶液，电解总反应为2NaCl＋2H2Oeq \o(=====,\s\up15(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；乙池中Pt棒作阳极，发生氧化反应。②甲池为原电池，Pt棒作正极，正极上O2得电子发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。③乙池转移0.02 mol e－，会生成0.02 mol的NaOH，所得NaOH溶液的浓度c＝n÷V＝0.02 mol÷2 L＝0.01 mol/L，则c(H＋)＝10－12mol/L，则pH＝12。答案：(1)BD(2)①2NaCl＋2H2Oeq \o(=====,\s\up15(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑　氧化②O2＋2H2O＋4e－===4OH－　③1216．解析：(1)Zn、Cu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，石墨棒为阴极，Pt为阳极。(2)Cu极上发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑；石墨棒上也发生还原反应：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和放出0.1 mol Cl2。(4)若将乙中两个电极都换成铜，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，则乙装置就是电解饱和食盐水的装置，因反应生成了NaOH，故电解后溶液的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＝eq \f(w×\f(142,322),18a＋w)×100%＝eq \f(142w,32218a＋w)×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)eq \f(142w,322w＋18a)×100%A.电解饱和食盐水并验证产物B.铜锌原电池电流方向如箭头所示C.在钥匙上电镀银D.电解精炼铜金属电子流动方向电压/VFeFe→Cu＋0.78ZnZn→Cu＋1.10ACu→A－0.15BB→Cu＋0.3