高中化学第四章 化学反应与电能本单元综合与测试当堂达标检测题

本章复习提升

易混易错练

易错点1　忽略电池中介质的作用

1.(2020重庆育才中学高二上期中,)原电池电极的“正”与“负”不仅与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关。下列说法中正确的是(　　)

A.由Fe、Cu和FeCl3溶液组成的原电池中,负极反应为Cu-2e- Cu2+

B.由Al、Cu和稀硫酸组成的原电池中,负极反应为Cu-2e- Cu2+

C.由Al、Mg和NaOH溶液组成的原电池中,负极反应为Al+4OH--3e- Al+2H2O

D.常温下,由Al、Cu和浓HNO3组成的原电池中,负极反应为Al-3e- Al3+

2.()一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪,负极上的反应为CH3CH2OH-4e-+H2O CH3COOH+4H+。下列有关说法正确的是(　　)

A.检测时,电解质溶液中的H+向负极移动

B.若有0.4 mol电子转移,则在标准状况下消耗4.48 L氧气

C.电池反应的化学方程式为CH3CH2OH+O2 CH3COOH+H2O

D.正极上发生的反应为O2+4e-+2H2O 4OH-

易错点2　混淆原电池与电解池的电极反应

3.(2020天津静海一中高二上期末,)电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法,即保持污水的pH在5.0~6.0之间,通过电解生成Fe(OH)3胶体,Fe(OH)3胶体具有吸附作用,可吸附水中的污物而使其沉淀下来,起到净水的作用,其原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.石墨电极上发生氧化反应

B.通甲烷的电极反应为CH4+4C-8e- 5CO2+2H2O

C.通空气的电极反应为O2+4e- 2O2-

D.甲烷燃料电池中C向通空气的一极移动

易错点3　被复杂的情境材料迷惑,不能透过现象看本质

4.(2020重庆一中高二上期末,)我国科学家成功研制出新型铝—石墨烯(Cn)可充电电池,电解质为阳离子(EMIM+)与阴离子(AlC)组成的离子液体,该电池放电过程如图所示。下列说法错误的是(　　)

A.放电时电路中每转移1 mol电子,有1 mol Cn(AlCl4)被还原

B.放电时正极的反应为Cn+AlC-e- Cn(AlCl4)

C.充电时石墨烯与电源的正极相连

D.充电时的总反应为3Cn+4Al2C Al+4AlC+3Cn(AlCl4)

易错点4　混淆两种电化学防护方法

5.(2020河北保定八校高二上月考,)港珠澳大桥设计寿命120年,对桥体钢构件用多种方法防腐。下列分析错误的是(　　)

A.防腐原理主要是避免发生反应:2Fe+O2+2H2O 2Fe(OH)2

B.钢构件表面喷涂环氧树脂涂层,是为了隔绝空气、水等,防止形成原电池

C.采用外加电流法需直接在钢构件上绑上锌块

D.钢构件可采用不锈钢材料以减缓电化学腐蚀

6.(2020江苏扬州高二上期末,)结合图Ⅰ、Ⅱ判断,下列叙述正确的是(　　)

A.Ⅰ和Ⅱ中正极材料均未被腐蚀

B.Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe-2e- Fe2+

C.Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2+2H2O+4e- 4OH-

D.Ⅰ和Ⅱ电解质溶液中的阳离子均向负极作定向移动

思想方法练

利用“守恒观”的化学核心思想分析多池串联装置

1.(2020江西南昌八一中学高二上期末,)如图所示,甲池的总反应为N2H4+O2 N2+2H2O,下列关于该电池工作时的说法正确的是(　　)

A.该装置工作时,Ag电极上有气体生成

B.甲池中负极反应为N2H4-4e- N2+4H+

C.甲池和乙池中的溶液的pH均减小

D.当甲池中消耗0.1 mol N2H4时,乙池中理论上最多产生6.4 g固体

2.(2020河北唐山一中高二上期中,)用酸性氢氧燃料电池电解苦卤水(含Cl-、Br-、Na+、Mg2+)的装置如图(a、b为石墨电极)所示,下列说法正确的是(　　)

A.电池工作时,正极反应为O2+2H2O+4e- 4OH-

B.电解时,电子流动路径:负极→外电路→阴极→溶液→阳极→正极

C.试管中NaOH溶液可以用饱和食盐水替代

D.忽略能量损耗,当电池中消耗2.24 L(标准状况)H2时,b极会产生0.1 mol气体

3.(2020广西北海中学高二上期末,)某同学设计了甲烷燃料电池并探究某些工业电解原理(如图所示),其中乙装置为探究氯碱工业原理(X为阳离子交换膜,C为石墨电极),丙装置为探究粗铜精炼原理。请回答下列问题:

(1)电极Pt2上发生的反应为　。 

(2)乙中发生的总反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)当消耗标准状况下2.24 L的a气体时,A极质量增加　　　　。 

4.()如图所示装置中,甲、乙、丙三个烧杯分别盛放100 g 5% NaOH溶液、足量CuSO4溶液和100 g 10% K2SO4溶液,电极均为石墨电极。

(1)接通电源,一段时间后,测得丙中K2SO4溶液的质量分数为10.47%,乙中c电极质量增加。则

①电源的N端为　　　　极; 

②电极b上发生的电极反应为　                                  ; 

③电极b上生成的气体在标准状况下的体积为　　　L; 

④电解前后丙中溶液的pH　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 

(2)乙装置中如果电解过程中铜全部析出,此时电解能否继续进行:　　　　(填“能”或“不能”),原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。 

5.()如图所示装置,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。

请回答下列问题:

(1)B是电源的　　　　,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　　　　　　　　　,在电场作用下向Y极移动。 

(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成,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　　　　(填“镀层金属”或“镀件”),电镀液是　　　　溶液。电解一段时间后,常温下测得乙中溶液的pH是13(此时乙溶液体积为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,则甲中发生的总反应的离子方程式为　                                                                                                                。 深度解析

答案全解全析

易混易错练

1.C　铁易失电子作负极、Cu作正极,负极反应为Fe-2e- Fe2+,A错误;Al易失电子作负极、Cu作正极,负极反应为Al-3e- Al3+,B错误;Al可以与NaOH溶液反应,作负极,Mg作正极,负极反应为Al+4OH--3e- Al+2H2O,C正确;常温下,Al遇浓HNO3钝化,Cu可与浓HNO3反应,故Cu作负极、Al作正极,负极反应为Cu-2e- Cu2+,D错误。

2.C　在原电池中,电解质溶液中的阳离子应向正极移动,A错误;每消耗1 mol O2,转移4 mol电子,若有0.4 mol电子转移,则在标准状况下消耗2.24 L O2,B错误;根据题意,电解质溶液呈酸性,正极的电极反应为O2+4H++4e- 2H2O,D错误。

3.B　根据甲烷燃烧时化合价的变化情况可知,甲烷中的C元素化合价升高,失去电子,甲烷在负极发生氧化反应,与之相连接的石墨为阴极,发生还原反应,A错误;以熔融的碳酸盐为电解质,则通甲烷的负极反应为CH4+4C-8e- 5CO2+2H2O,B正确;由装置图可知,通空气的正极反应为O2+2CO2+4e- 2C,C错误;在电池内部,阴离子向负极移动,所以甲烷燃料电池中C向通甲烷的一极移动,D错误。

4.B　放电时,正极反应为Cn(AlCl4)+e- Cn+AlC,则电路中每转移1 mol电子,有1 mol Cn(AlCl4)被还原,A正确,B错误;充电时,石墨烯为阳极,与电源的正极相连,C正确;充电时,阳极发生氧化反应,电极反应为Cn+AlC-e- Cn(AlCl4),阴极发生还原反应,电极反应为4Al2C+3e- Al+7AlC,则充电时的总反应为3Cn+4Al2C Al+4AlC+3Cn(AlCl4),D正确。

5.C　大桥在海水中发生吸氧腐蚀,防腐即为了避免此反应的发生,A正确;钢铁生锈的条件是有氧气和水,而钢构件表面喷涂环氧树脂涂层,能隔绝氧气和水,B正确;外加电流法中,钢铁作阴极被保护,阳极可以采用惰性电极,C错误;不锈钢的耐腐蚀性比较好,故钢构件可以采用不锈钢,D正确。

6.A　两个装置都是原电池,则Ⅰ和Ⅱ中正极材料均未被腐蚀,A正确;Ⅰ中电解质溶液呈中性,锌作负极,负极反应是Zn-2e- Zn2+,B错误;Ⅱ中电解质溶液呈酸性,铁作负极,铜作正极,正极上氢离子得电子发生还原反应,反应为2H++2e- H2↑,C错误;两个装置都是原电池,Ⅰ和Ⅱ电解质溶液中的阳离子均向正极作定向移动,D错误。

思想方法练

1.C　甲池为原电池,乙池为电解池。通入N2H4的电极为负极,银电极为阴极,银电极上铜离子得电子生成铜单质,A错误;甲池中负极反应为N2H4-4e-+4OH- N2+4H2O,B错误;甲池中有水生成,导致溶液中KOH浓度降低,则溶液pH减小,乙池中水电离出的氢氧根离子放电,导致溶液pH减小,C正确;N2H4-4e-+4OH- N2+4H2O,甲池消耗0.1 mol N2H4时,转移0.4 mol电子,Cu2++2e- Cu,因此可产生0.2 mol铜,即12.8 g固体,D错误。

2.D　根据题图可知,左侧为原电池,通入燃料H2的电极为负极,通入O2的电极为正极,因此右侧装置为电解池,a为阳极,b为阴极,阳极上Br-先放电生成溴单质,阴极上水得电子生成H2和OH-。电池工作时,酸性条件下正极反应为O2+4H++4e- 2H2O,A错误;电子不进入电解质溶液,所以电子流动路径为负极→外电路→阴极、阳极→外电路→正极,B错误;NaOH溶液用于吸收生成的Cl2,饱和食盐水不能吸收Cl2,所以不能用饱和食盐水代替NaOH溶液,C错误;b极上生成H2,忽略能量损耗,电池中消耗的H2等于右侧b极上生成的氢气,则消耗2.24 L(标准状况)H2时,b极会产生0.1 mol气体,D正确。

3.答案　(1)CH4+10OH--8e- C+7H2O

(2)2Cl-+2H2O Cl2↑+H2↑+2OH-　(3)12.8 g

解析　(1)乙装置为探究氯碱工业原理(X为阳离子交换膜,C为石墨电极),则Fe作阴极、碳作阳极,所以电极Pt1为正极、电极Pt2为负极。

(2)乙中阳极上氯离子放电生成氯气,阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子,则电池总反应为2Cl-+2H2O Cl2↑+H2↑+2OH-。

(3)同一电路中各装置转移电子数相等,若在标准状况下,有2.24 L氧气参加反应,则转移电子的物质的量为×4=0.4 mol,A极发生反应Cu2++2e- Cu,转移0.4 mol电子时生成Cu的物质的量为0.2 mol,质量为0.2 mol×64 g/mol=

12.8 g。

4.答案　(1)①正　②4OH--4e- O2↑+2H2O　③2.8　④不变

(2)能　CuSO4溶液变为H2SO4溶液,可继续电解H2SO4溶液,相当于电解水

解析　(1)①接通电源一段时间后,乙中c电极质量增加,说明c电极表面析出Cu,则该电极为阴极,从而推知M端为电源的负极,N端为电源的正极。②电极b为阳极,用惰性电极电解NaOH溶液,阳极上OH-放电生成O2,电极反应为4OH--4e- O2↑+2H2O。③用惰性电极电解K2SO4溶液相当于电解水,设电解过程中消耗水的质量为x g,据电解前后溶质的质量不变可得100 g×10%=(100-x)g×10.47%,解得x≈4.5,则电解过程中消耗水的物质的量为=0.25 mol,转移电子的物质的量为0.5 mol,故电极b上生成的O2在标准状况下的体积为0.5 mol××22.4 L·mol-1=2.8 L。④丙中用惰性电极电解K2SO4溶液相当于电解水,电解过程中c(K2SO4)增大,但溶液的pH不变。(2)当电解过程中铜全部析出时,CuSO4溶液变为H2SO4溶液,继续电解则为电解H2SO4溶液,相当于电解水。

5.答案　(1)负极　逐渐变浅　氢氧化铁胶粒带正电荷

(2)1∶2∶2∶2

(3)镀件　AgNO3(合理即可)　5.4 g　变小

(4)Fe+Cu2+ Cu+Fe2+

解析　(1)由装置图知,直流电源与各电解池串联;由“F极附近呈红色”知F极电极反应为H2O+2e- H2↑+2OH-,由此可知电极D、F、H、Y为阴极,电极C、E、G、X为阳极,A为正极、B为负极。甲装置是用惰性电极电解CuSO4溶液,由于Cu2+放电,导致c(Cu2+)降低,溶液颜色逐渐变浅;丁装置是胶体的电泳实验,X极附近的颜色逐渐变浅,Y极附近的颜色逐渐变深,说明氢氧化铁胶粒带正电荷。(2)当甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时,C、D、E、F电极的产物分别为O2、Cu、Cl2、H2,根据各电极转移电子数相同,对应单质的物质的量之比为1∶2∶2∶2。(3)给铜件镀银,根据电镀原理,镀件即铜件作阴极,银作阳极,电镀液是可溶性银盐的溶液。当乙中溶液的pH是13时,则乙中n(OH-)=0.1 mol·L-1

×0.5 L=0.05 mol,即各电极转移电子0.05 mol,所以丙中析出银0.05 mol,质量为5.4 g;甲装置中电解产生H+,导致溶液的酸性增强,pH变小。(4)若将C电极换为铁,则铁作阳极发生的反应为Fe-2e- Fe2+,D电极发生的反应为Cu2++2e- Cu,则总反应的离子方程式为Fe+Cu2+ Cu+Fe2+。

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