第四章单元测评

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第四章测评
(时间:90分钟　分值:100分)
一、选择题(本题包括10小题,每小题2分,共20分。每小题只有一个选项符合题意)
1.(2020山西运城高二月考)下列叙述正确的是(　　)
A.构成原电池正极和负极的材料必须是两种金属
B.自然界中钢铁的腐蚀大部分都是吸氧腐蚀
C.马口铁(镀锡铁)破损时与电解质溶液接触锡先被腐蚀
D.铜锌原电池工作时,若有13 g锌被溶解,电路中就有0.2 mol 电子通过
答案B
解析原电池的两极可为金属,也可为金属和非金属,常用石墨作正极,如果是燃料电池,两个电极都可为非金属,A错误;在弱酸性、中性或碱性环境中,钢铁发生吸氧腐蚀,在酸性较强时,钢铁发生析氢腐蚀,自然界中钢铁的腐蚀大部分都是吸氧腐蚀,B正确;锡、铁和电解质溶液构成的原电池中,铁易失电子作负极,锡作正极,所以铁易被腐蚀,C错误;铜锌原电池工作时,若有13 g锌被溶解,电路中通过的电子为13 g65 g·mol-1×2=0.4 mol,D错误。
2.下列叙述正确的是(　　)
A.电解饱和食盐水制烧碱时,Fe作阳极,石墨作阴极
B.电解氯化铜溶液时,阳极上产生的气体质量和阴极上析出的铜的质量相等
C.钢铁在空气中发生电化学腐蚀时,铁作负极
D.原电池工作时,阳离子移向电池的负极
答案C
解析电解饱和食盐水制烧碱时,阳极必须是惰性电极,A错误;电解氯化铜溶液时,实质是电解氯化铜本身,阳极上产生的气体质量和阴极上析出的铜的质量不相等,B错误;钢铁在空气中发生电化学腐蚀,不论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀,均是铁作负极,C正确;原电池工作时,阳离子移向电池的正极,D错误。
3.利用如图装置电解四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]的水溶液制备四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]。下列说法正确的是(　　)

A.电极A上发生还原反应
B.产物c是Cl2
C.在a处收集(CH3)4NOH
D.阳离子交换膜可提高(CH3)4NOH的纯度
答案D
解析在溶液中(CH3)4NCl完全电离生成(CH3)4N+和Cl-。该电解池中,阳极上发生反应2Cl--2e-Cl2↑,阴极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,中间为阳离子交换膜,则(CH3)4N+通过交换膜进入阴极区生成(CH3)4NOH,所以电极B为阴极,生成的c是氢气,电极A为阳极,发生氧化反应,生成的b为氯气,A、B错误。(CH3)4NOH在阴极区e处收集到,故C错误;阳离子交换膜只允许阳离子通过,阻止阴离子通过,可提高(CH3)4NOH的纯度,故D正确。
4.化学用语是学习化学的重要工具,下列用来表示物质变化的化学用语中,正确的是(　　)
A.电解饱和食盐水时,阳极的电极反应为2Cl--2e-Cl2↑
B.氢氧燃料电池的负极反应:O2+2H2O+4e-4OH-
C.粗铜精炼时,与电源正极相连的是纯铜,电极反应为Cu-2e-Cu2+
D.钢铁发生电化学腐蚀的正极反应:Fe-2e-Fe2+
答案A
解析在氢氧燃料电池的负极上反应的是氢气;粗铜精炼时,纯铜与电源的负极相连,电极反应为Cu2++2e-Cu;钢铁腐蚀的负极反应是Fe-2e-Fe2+。
5.观察下列几个装置示意图,有关叙述正确的是(　　)


A.装置①中阳极上析出红色固体
B.装置②的待镀铁制品应与电源正极相连
C.装置③闭合电键后,外电路电子由a极流向b极
D.装置④的离子交换膜允许阳离子、阴离子、水分子自由通过
答案C
解析装置①中阳极上氯离子放电生成氯气,故A错误;装置②是电镀装置,待镀铁制品作阴极,应与电源负极相连,故B错误;装置③闭合电键后,a极是负极,因此外电路电子由a极流向b极,故C正确;装置④的离子交换膜只允许阳离子、水分子自由通过,故D错误。

6.某小组为研究电化学原理,设计右图装置,下列叙述不正确的是(　　)
A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出
B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为Cu2++2e-Cu
C.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色
D.a和b分别连接直流电源正、负极,电压足够大时,Cu2+向铜电极移动
答案D
7.金属镍有广泛的用途,粗镍中含有少量的Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,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,阳极减少的质量与阴极增加的质量相等
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Cu和Pt
答案D
解析A项,阳极应发生氧化反应。C项,根据金属活动性顺序和金属阳离子的氧化强弱,阳极反应为Zn-2e-Zn2+、Fe-2e-Fe2+、Ni-2e-Ni2+,Cu、Pt在该条件下不失电子,阴极反应为Ni2++2e-Ni。比较两电极反应,因Zn、Fe、Ni的相对原子质量不等,当两极通过相同的电量时,阳极减少的质量与阴极增加的质量不等。
8.(2019天津卷)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌—碘溴液流电池,其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液,提高电池的容量。下列叙述不正确的是(　　)

A.放电时,a电极反应为I2Br-+2e-2I-+Br-
B.放电时,溶液中离子的数目增大
C.充电时,b电极每增重0.65 g, 溶液中有0.02 mol I-被氧化
D.充电时,a电极接外电源负极
答案D
解析根据离子和电子的移动方向可知,a电极是正极,b电极是负极。放电时,负极电极反应为Zn-2e-Zn2+,正极电极反应为I2Br-+2e-2I-+Br-,显然A、B正确;充电时,b电极电极反应为Zn2++2e-Zn,每增重0.65 g转移0.02 mol e-,根据以上分析,可知溶液中有0.02 mol I-被氧化,C正确;充电时,阳极接电源正极,故D错误。
9.

(2017全国Ⅰ)支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是(　　)
A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
答案C
解析外加电流法可使被保护的钢管桩上无腐蚀电流,A项正确;通电后,高硅铸铁为惰性阳极,钢管桩为阴极,外电路电子从阳极流向阴极,B项正确;由于高硅铸铁为惰性阳极,因此应是海水中的OH-失电子,2H2O-4e-O2↑+4H+,因此阳极材料不被损耗,C项错误;用外加电流法进行防腐时,应依据环境条件变化调整电流大小。
10.按下图装置实验,若x轴表示流入阴极的电子的物质的量,则y轴可表示(　　)

①c(Ag+)　②c(AgNO3)　③a棒的质量　④b棒的质量　⑤溶液的pH
A.①③　　　　　　　　B.③④
C.①②④ D.①②⑤
答案D
解析该电解池中,随着电解的进行,c(Ag+)不变,c(AgNO3)不变,溶液的pH不变。因为阳极反应式为Ag-e-Ag+,阴极反应式为Ag++e-Ag,故b棒质量减小,a棒质量增大。
二、选择题(本题包括5小题,每小题4分,共20分。每小题有一个或两个选项符合题意)
11.(2020辽宁锦州模拟)肼(N2H4)暴露在空气中容易爆炸,但是以其为燃料的燃料电池是一种理想的电池,具有容量大、能量转化率高、产物无污染等特点,其工作原理如图所示,下列叙述正确的是(　　)

A.电池工作时,正极附近的pH增大
B.当消耗1 mol O2时,有2 mol Na+由甲槽向乙槽迁移
C.负极反应式为4OH-+N2H4-4e-N2↑+4H2O
D.若去掉阳离子交换膜,电池也能正常工作
答案AC
12.(2020江苏南京高二月考)下图是半导体光电化学电池光解水制氢的反应原理示意图。在光照下,电子由价带跃迁到导带后,然后流向对电极。下列说法不正确的是(　　)

A.对电极的电极反应:2H++2e-H2↑
B.半导体电极发生还原反应
C.电解质溶液中阳离子向对电极移动
D.整个过程中实现了太阳能→化学能→电能的转化
答案BD
解析由图示分析可知在对电极上发生的反应是水电离出的氢离子得到电子生成氢气,电极反应为2H++2e-H2↑,A说法正确;在光照下,电子由价带跃迁到导带后,然后流向对电极,所以半导体电极为负极,发生氧化反应,B说法错误;阳离子向阴极移动,对电极为阴极,因此电解质溶液中阳离子向对电极移动,C说法正确;对图示过程分析可以知道,该装置是光能转化为电能,电能再转化为化学能的过程,D说法错误,故选BD。
13.

(2018全国Ⅲ)一种可充电锂—空气电池如图所示。当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0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Li2O2-x2Li+(1-x2)O2
答案D
解析放电时,该电池中锂作负极,多孔碳材料作正极,A项错误;放电时,外电路电子由负极流向正极,即由锂电极流向多孔碳材料电极,B项错误;充电时,锂电极作阴极,多孔碳材料电极作阳极,电解质溶液中Li+应向锂电极区移动,C项错误;充电反应与放电反应相反:Li2O2-x2Li+(1-x2)O2,D项正确。
14.500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3-)=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-1
B.上述电解过程中共转移4 mol电子
C.电解得到的Cu的物质的量为0.5 mol
D.电解后溶液中c(H+)为2 mol·L-1
答案AB
解析两极都收集到标准状况下的22.4 L气体,说明阴极上发生的反应依次为:①Cu2++2e-Cu;②2H++2e-H2↑,阳极只生成O2:4OH--4e-O2↑+2H2O,n(H2)=n(O2)=1 mol,则n(e-)=4 mol,B正确。根据电子转移守恒得,原溶液中n(Cu2+)=1 mol,根据电荷守恒有n(K+)+n(Cu2+)×2=n(NO3-),所以n(K+)=1 mol,c(K+)=2 mol·L-1,A正确。根据Cu析出后,溶液中只有KNO3和HNO3,由电荷守恒可推出c(H+)=4 mol·L-1。
15.(2020山东济南高二月考)雾霾中含有大量的污染物SO2、NO。工业上吸收工业尾气中的SO2和NO,获得Na2S2O3和NH4NO3产品的流程图如下(Ce为铈元素):

下列说法错误的是(　　)
A.Na2S2O4中S元素的化合价为+3价
B.装置Ⅱ消耗36 g水生成4NA个H+(NA代表阿伏加德罗常数)
C.装置Ⅲ用甲烷燃料电池进行电解,当消耗24 g甲烷时,理论上可再生10 mol Ce4+
D.装置Ⅳ获得粗产品NH4NO3的实验操作依次为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等
答案C
解析根据化合物中元素正负化合价代数和等于0可知,Na2S2O4中硫元素的化合价为+3价,A正确;36 g水的物质的量是2 mol,在装置Ⅱ中发生反应NO+2H2O+3Ce4+3Ce3++NO3-+4H+,NO+H2O+Ce4+Ce3++NO2-+2H+,可见两个反应都是消耗1 mol H2O,产生2 mol H+,则反应消耗2 mol H2O,就产生4 mol H+,生成H+的数目等于4NA,B正确;24 g甲烷的物质的量为n(CH4)=24 g16 g·mol-1=1.5 mol,在碱性甲烷燃料电池中,通入甲烷的电极为负极,失去电子发生氧化反应,电极反应为CH4-8e-+10OH-CO32-+7H2O,1 mol CH4反应失去8 mol 电子,则1.5 mol CH4完全反应转移电子的物质的量为n(e-)=8×1.5 mol =12 mol,由于在同一闭合回路中电子转移数目相等,所以当消耗24 g甲烷时,理论上可再生12 mol Ce4+,C错误;由于NH4NO3高温易分解,因此从溶液中得到粗产品NH4NO3的实验操作依次为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等,D正确。
三、非选择题(本题共5小题,共60分)
16.(12分)如图是一个甲烷燃料电池工作时的示意图,乙池中的两个电极一个是石墨电极,一个是铁电极,工作时,M、N两个电极的质量都不减少,请回答下列问题:

(1)M电极的材料是　　　　,其电极名称是　, 
N的电极反应式为　, 
乙池的总反应是　, 
通入甲烷的铂电极的电极反应式为 
　。 
(2)在此过程中,乙池中某一电极析出金属银4.32 g 时,甲池中理论上消耗氧气　　　　L(标准状况下),若此时乙池溶液的体积为400 mL,则乙池溶液的H+的浓度为　。 
答案(1)铁　阴极　4OH--4e-O2↑+2H2O
4AgNO3+2H2O4Ag+4HNO3+O2↑　CH4+10OH--8e-CO32-+7H2O
(2)0.224　0.1 mol·L-1
17.(12分)如图装置所示,C、D、E、F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　　　　,一段时间后,甲中溶液颜色　　　　。 
(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应是　　　　,电镀液是　　　　　溶液。 
(4)若将C电极换为铁,其他装置都不变,则甲中发生的总反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案(1)负极　变浅
(2)1∶2∶2∶2
(3)铜件　AgNO3
(4)Fe+Cu2+Cu+Fe2+
解析(1)F极附近溶液呈红色,说明F极是阴极,产生了NaOH,则B极是电源的负极。(2)甲中,C极为阳极,阳极发生氧化反应:4OH--4e-2H2O+O2↑;D极为阴极,阴极发生还原反应:2Cu2++4e-2Cu。乙中,E极为阳极,电极反应为4Cl--4e-2Cl2↑,F极为阴极,电极反应为4H++4e-2H2↑。甲、乙串联,转移电子的数目相同,故C、D、E、F电极产生单质的物质的量之比为n(O2)∶n(Cu)∶n(Cl2)∶n(H2)=1∶2∶2∶2。(3)H极与电源负极相连,H极为阴极,电镀时,镀件应作阴极,即H应该是镀件,电镀液可以是AgNO3溶液。(4)若C电极为铁,铁为活性电极,阳极反应为Fe-2e-Fe2+,阴极反应为Cu2++2e-Cu,总反应为Fe+Cu2+Cu+Fe2+。
18.(10分)金属铬和氢气在工业上都有重要的用途。已知:铬能与稀硫酸反应生成氢气和硫酸亚铬(CrSO4)。

(1)铜和铬构成的原电池装置如图1所示,其中盛有稀硫酸的烧杯中出现的现象为　　　　　。盐桥中装的是含饱和KCl溶液的琼胶,下列关于该原电池的说法正确的是　　　　　(填序号)。 
A.盐桥的作用是使整个装置构成通路并保持溶液呈电中性,凡是有盐桥的原电池,盐桥中均可以盛装含饱和KCl溶液的琼胶
B.理论上溶解1 mol Cr,盐桥中将有2 mol Cl-进入左烧杯中,2 mol K+进入右烧杯中
C.在原电池反应中H+得电子发生氧化反应
D.电子从铬电极通过导线到铜电极,又通过盐桥转移到左烧杯中
(2)铜和铬构成的另一原电池装置如图2所示,铜电极上不再有图1装置中铜电极上出现的现象,铬电极上产生大量气泡,且气体遇空气呈红棕色。写出该原电池正极的电极反应:　　　　　　　　　　。 
(3)CrO3和K2Cr2O7均易溶于水,它们是工业废水造成铬污染的主要原因。要将Cr(Ⅵ)转化为Cr(Ⅲ)常见的处理方法是电解法。
将含Cr2O72-的废水通入电解槽内,用铁作阳极,在酸性环境中,加入适量的NaCl进行电解,使阳极生成的Fe2+和Cr2O72-发生反应,其离子方程式为　　　　　　　　　　　　　。阴极上Cr2O72-、H+、Fe3+都可能放电。若Cr2O72-放电,则阴极的电极反应为　　　　　　　　　　。 
答案(1)铜电极上有气泡生成　B　(2)4H++NO3-+3e-NO↑+2H2O　(3)Cr2O72-+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O　Cr2O72-+14H++6e-2Cr3++7H2O
解析(1)根据题中信息可知在图1装置中,铬失去电子生成Cr2+,氢离子在铜电极上得到电子生成氢气,故现象为铜电极上有气泡生成。
若原电池的盐桥中盛装的是含饱和氯化钾溶液的琼胶,且电解质溶液中的溶质是硝酸银,则电解过程中会生成氯化银沉淀堵塞盐桥使离子移动不畅,盐桥中可换成含饱和KNO3溶液的琼胶,故A项错误;由电子守恒可知,溶解1 mol Cr转移2 mol电子,左烧杯中增加2 mol正电荷,右烧杯中减少2 mol正电荷,盐桥中将有2 mol Cl-进入左烧杯中,2 mol K+进入右烧杯中,故B项正确;在原电池反应中氢离子得到电子发生还原反应,故C项错误;导线中发生移动的是电子,电解质溶液中发生移动的是离子,故电子无法通过盐桥转移到左烧杯中,故D项错误。
(2)由实验现象可知,在图2装置中铬电极作正极,硝酸根离子在铬电极上得到电子发生还原反应转化为NO,所以正极电极反应为4H++NO3-+3e-NO↑+2H2O。
(3)根据题意可知,该溶液环境为酸性环境,则Fe2+和Cr2O72-发生的反应为Cr2O72-+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O,Cr2O72-放电的阴极电极反应为Cr2O72-+14H++6e-2Cr3++7H2O。
19.(12分)(2018全国Ⅲ)KIO3是一种重要的无机化合物,可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题:
(1)KIO3的化学名称是　　　　　　。 
(2)利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示:

“酸化反应”所得产物有KH(IO3)2、Cl2和KCl。“逐Cl2”采用的方法是　　　　　　。“滤液”中的溶质主要是　　　　　　。“调pH”中发生反应的化学方程式为　 
　。 
(3)KIO3也可采用“电解法”制备,装置如图所示。

①写出电解时阴极的电极反应式　　　　　　。 
②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为　　　　　,其迁移方向是　　　　　。 
③与“电解法”相比,“KClO3氧化法”的主要不足之处有　　　　　　　　　　　　　　　　　(写出一点)。 
答案(1)碘酸钾
(2)加热　KCl　KH(IO3)2+KOH2KIO3+H2O(或HIO3+KOHKIO3+H2O)
(3)①2H2O+2e-2OH-+H2↑　②K+　由a到b　③产生Cl2易污染环境等
解析(2)温度升高气体溶解度减小,Cl2被逐出;KH(IO3)2结晶析出,“滤液”中溶质主要是KCl;“调pH”目的是生成KIO3,所以选用KOH溶液,发生反应的化学方程式为KH(IO3)2+KOH2KIO3+H2O(或HIO3+KOHKIO3+H2O)。
(3)①阴极区电解质是KOH,被电解的是H2O:2H2O+2e-2OH-+H2↑;
②电解时,阳离子向阴极区移动,故K+由a向b迁移;
③“KClO3氧化法”中产生有毒气体Cl2,易污染环境。
20.(14分)(2020福建厦门高二月考)(1)海水中有丰富的食盐资源,工业上以粗食盐水(含少量Ca2+、Mg2+杂质)、氨、石灰石等为原料可以制备Na2CO3,其流程如图,请回答下列问题。

①粗盐精制过程中加入的沉淀剂是石灰乳和纯碱,应先加　　　　　　　　。 
②上述流程中循环使用的物质有　　　　　　。 
③图中制得的饱和食盐水还可用于氯碱工业,NaCl溶液的电解产物可用于生产盐酸、漂白粉、氢氧化钠等产品。工业上电解饱和食盐水的离子方程式为 
　。 
④氨气可用电解法合成,其原料转化率大幅度提高,有望代替传统的工业合成氨工艺。电解法合成氨的两种原理及装置如图1和图2所示。图1中,a电极上通入的X为　　　　　　,图2中,d电极上的电极反应为　。 

(2)我国科学家研发出利用太阳能从海水中提取金属锂的技术,提取原理如图3所示:

图3
①金属锂在电极　　　　　(填“A”或“B”)上生成。 
②阳极能产生两种气体单质,电极反应是2Cl--2e-Cl2↑和　　　　　　　　。 
③某种锂离子二次电池的总反应为FePO4(s)+Li(s)LiFePO4(s),装置如图所示(a极材料为金属锂和石墨的复合材料)。

下列说法错误的有　　　　　　。 
A.图中e-及Li+移动方向说明该电池处于放电状态
B.该电池可选择含Li+的水溶液作离子导体
C.充电时a极连接外接电源的正极
D.充电时,b极电极反应为LiFePO4-e-Li++FePO4
答案(1)①石灰乳　②NH3、CO2　③2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑　④H2　N2+3H2O+6e-2NH3+3O2-　(2)①A　②2H2O-4e-O2↑+4H+　③BC
解析(1)①粗盐中含有Ca2+和Mg2+,要除去需要加入石灰乳和碳酸钠,因为除杂过程加入试剂均过量,所以应先加入石灰乳,过量的Ca2+用碳酸钠除去。②向分离出NaHCO3晶体后的母液中加入过量生石灰,发生的反应有H2O+CaOCa(OH)2、Ca(OH)2+2NH4Cl2NH3↑+2H2O+CaCl2,最终产物为氯化钙、氨气,其中氨气可再利用;碳酸氢钠受热分解2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,生成的二氧化碳可循环使用。③电解饱和食盐水的离子方程式为2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑。④阳极上氢气失电子,所以阳极通入的气体为氢气,即X为H2;阴极上得电子生成氨气,电极反应为N2+3H2O+6e-2NH3+3O2-。
(2)①由图示分析,锂离子在A电极上得到电子生成金属锂。②阳极上是溶液中的阴离子失去电子,有氯离子失去电子生成氯气,氢氧根离子失去电子生成氧气,电极反应为2Cl--2e-Cl2↑、2H2O-4e-O2↑+4H+。③由图中e-及Li+的移动方向可知,a极发生了电极反应Li-e-Li+,所以该电池处于原电池放电状态,故A正确;a极为Li,易与水发生反应,所以该电池中a极不能接触水溶液,故B错误;放电时,负极反应为Li-e-Li+,则a为负极,所以充电时a极连接外接电源的负极,故C错误;放电时,b极电极反应为FePO4+Li++e-LiFePO4,则充电过程中,b极电极反应为LiFePO4-e-Li++FePO4,故D正确。