专题能力训练6　电化学基础 （含答案解析）

专题能力训练6　电化学基础

(时间:45分钟　满分:100分)

一、选择题(共7小题,每小题8分,共56分。每小题只有1个选项符合题意)

1.如图为锌铜原电池装置图,下列说法不正确的是(　　)

A.电子由Zn极流向Cu极

B.该装置的总反应:Zn+Cu2+Zn2++Cu

C.一段时间后,A池带正电荷,B池带负电荷

D.取出盐桥,电流计指针不再偏转

答案:C

解析:铜锌原电池中锌为负极,铜为正极,电子由Zn极流向Cu极,A项正确;该电池的总反应:Zn+Cu2+Zn2++Cu,B项正确;盐桥中阳离子移向B池,阴离子移向A池,A池和B池中溶液仍然保持电中性,C项错误;取出盐桥,原电池中闭合回路断开,电流计指针不偏转,D项正确。

2.一种微生物脱盐池的装置如图所示,下列说法正确的是(　　)

A.该装置可以在高温下工作

B.X、Y依次为阳离子、阴离子选择性交换膜

C.负极反应为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2↑+7H+

D.该装置工作时,电能转化为化学能

答案:C

3.已知过氧化氢在强碱性溶液中主要以H存在。我国研究的Al-H2O2燃料电池可用于深海资源的勘查、军事侦察等国防科技领域,装置示意图如下。下列说法错误的是(　　)

A.电池工作时,溶液中OH-通过阴离子交换膜向Al极迁移

B.Ni极的电极反应式是H+2e-+H2O3OH-

C.电池工作结束后,电解质溶液的pH降低

D.Al电极质量减轻13.5 g,电路中通过9.03×1023个电子

答案:C

4.PbO2-微生物燃料电池(MFC)是利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置(如图),若利用微生物分解香蕉皮(生成的葡萄糖作反应物)使该电池工作,下列说法不正确的是(　　)

A.a电极为正极,b电极为负极

B.b电极附近有PbO2,发生的电极反应为PbO2+4H++2e-Pb2++2H2O

C.电池的总反应式为12PbO2+C6H12O6+24H+6CO2↑+12Pb2++18H2O

D.该电池一般是在常温环境中工作,使得电池维护成本低,安全性强

答案:A

解析:根据图中H+的流向和电子的流向可推知a电极为负极,b电极为正极,所以A项错误;PbO2在b极得到电子,发生还原反应,电极反应式为PbO2+4H++2e-Pb2++2H2O,B项正确;香蕉皮经微生物分解后生成葡萄糖,负极反应为葡萄糖失电子生成二氧化碳,电极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+,所以总反应式为12PbO2+C6H12O6+24H+6CO2↑+12Pb2++18H2O,C项正确;温度过高,微生物会发生变性死亡,所以D项正确。

5.(2020全国Ⅱ)电致变色器件可智能调控太阳光透过率,从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时,Ag+注入无色WO3薄膜中,生成AgxWO3,器件呈现蓝色。对于该变化过程,下列叙述错误的是(　　)

A.Ag为阳极

B.Ag+由银电极向变色层迁移

C.W元素的化合价升高

D.总反应为WO3+xAgAgxWO3

答案:C

解析:由题意知,银电极为阳极,Ag失电子生成Ag+,Ag+移向阴极与WO3反应生成AgxWO3,则总反应为WO3+xAgAgxWO3,反应过程中W的化合价降低,A、B、D正确,C错误。

6.锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是(　　)

A.铜电极上发生氧化反应

B.电池工作一段时间后,甲池的c(S)减小

C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加

D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡

答案:C

解析:原电池反应为Zn+CuSO4ZnSO4+Cu。Cu电极作正极,Cu2+在正极得电子,发生还原反应,A项错误;由于两半池中的阴离子S不能透过半透膜,故c(S)都不变,B项错误;甲池中由于生成Zn2+,而乙池中Cu2++2e-Cu,则乙池中的CuSO4部分变为ZnSO4,导致乙池中溶液总质量变大,C项正确;阴离子不能透过半透膜,D项错误。

7.空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池(RFC),RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。如图为RFC工作原理示意图,有关说法正确的是              (　　)

A.当有0.1 mol电子转移时,a极产生1.12 L O2(标准状况下)

B.b极上发生的电极反应是:4H2O+4e-2H2↑+4OH-

C.d极上发生的电极反应是:O2+4H++4e-2H2O

D.c极上进行还原反应,B中的H+可以通过隔膜进入A

答案:D

解析:a极接电源的负极,水中的H+得电子生成H2,d电极是氢氧燃料电池的负极,在该电极H2失去电子生成H+,b极上为OH-失电子,生成O2,A、B、C错误;b极产生的O2进入C极,C极上O2得电子发生还原反应,在酸性电解质溶液中O2+4H++4e-2H2O,D项正确。

二、非选择题(共3小题,共44分)

8.(12分)化学在能源开发与利用中起到十分关键的作用。甲烷是一种新型的绿色能源,又是一种重要的化工原料。甲烷燃料电池能量转化率高,具有广阔的发展前景,现用甲烷燃料电池进行如图实验(图中所用电极均为惰性电极)。

(1)电极b为　　　　极,溶液中OH-移向　　　极。(填“a”或“b”) 

(2)电极a处所发生的电极反应式为: 　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)乙装置中所发生的总反应方程式为: 　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)若图乙装置中盛有100 mL 0.2 mol·L-1 AgNO3溶液,当甲烷燃料电池中消耗氧气56 mL(标准状况下)时,则此时图乙装置中溶液的pH=　　　　(溶液体积变化忽略不计),d极增重　　　　 g。 

答案:(1)正　a

(2)CH4+10OH--8e-C+7H2O

(3)4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3

(4)1　1.08

解析:(1)氧气在b电极发生还原反应,b是正极;原电池中阴离子移向负极,故溶液中OH-移向a电极。

(2)电极a上发生氧化反应,电极反应式为CH4+10OH--8e-C+7H2O。

(3)用惰性电极电解硝酸银溶液,发生的总反应方程式为4AgNO3+2H2O4Ag +O2↑+4HNO3。

(4)消耗氧气56 mL(标准状况下)时,转移电子0.01 mol,根据电子守恒,乙池生成n(H+)=0.01 mol,c(H+)=0.1 mol·L-1,pH=1;d电极生成0.01 mol的银,质量为1.08 g。

9.(14分)新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料,两电极上分别通入CH4和O2,电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源,进行饱和氯化钠溶液电解实验,如图所示:

回答下列问题:

(1)甲烷燃料电池负极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)闭合K开关后,a、b电极上均有气体产生,其中b电极上得到的是　　　　　,电解氯化钠溶液的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况),且反应完全,则理论上通过电解池的电量为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(已知NA=6.02×1023 mol-1,电子电荷为1.60×10-19 C,列式表示即可),最多能产生的氯气体积为　　　 L(标准状况)。 

(4)若如图所示U形管中氯化钠溶液的体积为800 mL。闭合K后,每个电池甲烷用量为0.224 L(标准状况),且反应完全。若产生的气体全部逸出,电解后溶液混合均匀,电解后U形管中溶液的pH为　　　　。 

答案:(1)CH4+10OH--8e-C+7H2O

(2)H2　2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑

(3)×8×6.02×1023 mol-1×1.60×10-19 C　4

(4)13

10.(18分)人类活动产生的CO2长期积累会威胁生态环境,其减排问题受到全世界的关注。

(1)将煤燃烧产生的二氧化碳回收利用,可达到降低碳排放的目的。图1是通过光电转化原理以廉价原料制备新产品的示意图。写出图示转化过程的化学反应方程式:　　　　　　　　　　　　　　。连接催化剂a、b的导线上电子流动方向是　　　　(填“a→b”或“b→a”)。 

图1

图2

(2)高温电解技术可将释放的CO2转化为具有工业利用价值的产品。反应的化学方程式为CO2+H2OCO+H2+O2,其工作原理如图2所示,电极b上放出的气体X为　　　　　　,与电极b相连的Y极为外接电源的　　　　　　　(填“正”或“负”)极。 

(3)工业上常用高浓度的K2CO3溶液吸收CO2得KHCO3溶液,再利用电解法使K2CO3溶液再生,其装置如图3所示,在阳极区附近发生的反应包括　　　　　　　　　　　　　　和H++HCCO2↑+H2O。 

图3

答案:(1)2CO2+2H2O2HCOOH+O2　a→b

(2)O2　正

(3)4OH--4e-2H2O+O2↑

解析:(1)根据图1可知反应物是CO2和H2O,生成物是HCOOH和O2,然后配平得:2CO2+2H2O2HCOOH+O2,反应过程中H2O失去电子生成O2和H+,CO2得到电子后与H+结合转化为HCOOH,所以电子流动方向是a→b。

(2)根据图2可知电极a上,CO2和H2O得到电子生成CO和H2,电极a是阴极,所以电极b应该是阳极,连接外接电源的正极,电极反应是2O2--4e-O2↑。

(3)右侧为阳极区,生成物是O2和CO2,电极反应是4OH--4e-2H2O+O2↑和H++HCCO2↑+H2O。