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第四章达标检测-2022版化学选修4 人教版（新课标） 同步练习 （Word含解析）
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这是一份第四章达标检测-2022版化学选修4 人教版（新课标） 同步练习 （Word含解析），共25页。
本章达标检测
(满分:100分;时间:90分钟)
一、选择题(每小题3分,共48分,每小题只有一个选项符合题意)
1.(2021山西运城高二月考)能量通常包括热能、电能、光能、机械能、化学能等,下列有关能量转化关系的判断错误的是 ( )
A.甲烷燃烧:化学能转化为热能和光能
B.植物进行光合作用:太阳能转化为化学能
C.二次电池放电:电能转化为化学能
D.风力发电:风能转化为机械能,机械能转化为电能
2.(2021海南琼山中学高二期中)用铜片、银片设计成如图所示的原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是 ( )
A.电子通过盐桥从乙池流向甲池
B.用铜导线替换盐桥,该装置的工作原理不变
C.开始时,银片上发生的反应是Ag-e- Ag+
D.将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池总反应相同
3.(2021陕西榆林高二月考)关于下列各装置图的叙述中,不正确的是 ( )
A.用装置①精炼铜,则a极为粗铜,电解质溶液为CuSO4溶液
B.装置②的总反应是Cu+2Fe3+ Cu2++2Fe2+
C.装置③中钢闸门应与外接电源的负极相连
D.装置④中的铁钉几乎没被腐蚀
4.下列变化中属于原电池反应且正确的是 ( )
A.白铁(镀锌铁)表面有划损时,也能阻止铁被氧化
B.在空气中,金属铝表面迅速被氧化,形成一层保护膜
C.红热的铁丝与水接触,表面形成蓝色保护层
D.铁与过量稀硫酸反应时,加入几滴CuSO4溶液,可加快H2的产生,但不会影响产生气体的总量
5.(2021北京第五中学高三月考)用铁铆钉固定铜板,通常会发生腐蚀,如下图所示,下列说法不正确的是 ( )
A.铁铆钉作负极被锈蚀
B.铁失去电子通过水膜传递给O2
C.正极反应:O2+4e-+2H2O 4OH-
D.铁钉变化过程:Fe→Fe2+→Fe(OH)2→Fe(OH)3→Fe2O3·xH2O
6.最近,科学家研制出一种纸质电池,这种“软电池”采用薄层纸片作为载体和传导体,在一边附着锌,在另一边附着二氧化锰。电池总反应为Zn+2MnO2+H2O ZnO+2MnOOH。下列说法错误的是 ( )
A.该电池Zn为负极,MnO2为正极
B.该电池的正极反应为MnO2+e-+H2O MnOOH+OH-
C.导电时外电路电子由Zn流向MnO2,内电路电子由MnO2流向Zn
D.电池工作时水分子和OH-都能通过薄层纸片
7.(2020河南、湖南两省顶级名校高三联考)半导体光催化CO2机理如图甲所示,设计成电化学装置如图乙所示,则下列说法正确的是 ( )
A.若导线上有4 mol电子移动,则质子交换膜左侧产生22.4 L O2
B.装置中进行的总反应一定是自发的氧化还原反应
C.图乙中的能量转化形式为光能→电能→化学能
D.b极上的电极反应为CO2+6H+-6e- CH3OH+H2O
8.甲、乙、丙三个电解槽如图所示(其中电极的大小、形状、间距均相同)。乙、丙中AgNO3溶液浓度和体积均相同,当通电一段时间后,若甲中铜电极的质量增加0.128 g,则乙中电极上银的质量增加 ( )
A.0.054 g B.0.108 g C.0.216 g D.0.432 g
9.(2020河南郑州一中高二月考)某课题组以纳米Fe2O3作为电极材料制备锂离子电池(另一极为金属锂和石墨的复合材料),通过在室温条件下对锂离子电池进行循环充放电,成功地实现了对磁性的可逆调控(如图)。以下说法正确的是 ( )
A.放电时,正极的电极反应式为Fe2O3+6Li++6e- 2Fe+3Li2O
B.该电池可以用NaOH溶液作电解质溶液
C.放电时,Fe作电池的负极,Fe2O3作电池的正极
D.充电时,电池被磁铁吸引
10.如图装置中发生反应的离子方程式为Zn+2H+ Zn2++H2↑,下列说法错误的是 ( )
A.该装置可看作铜—锌原电池,电解质溶液是稀硫酸
B.该装置可能是电解池,电解质溶液为稀盐酸
C.该装置可能是原电池,电解质溶液为稀盐酸
D.a、b不可能是同种材料的电极
11.Garnet型固态电解质被认为是锂电池最佳性能固态电解质。LiLaZrTaO材料是目前能达到最高电导率的Garnet型电解质。某Garnet型可充电锂电池放电时工作原理如图所示,反应方程式为LixC6+Li1-xLaZrTaO LiLaZrTaO+6C。下列说法不正确的是 ( )
A.放电时,a极为负极,发生氧化反应
B.LiLaZrTaO固态电解质有传导Li+的作用
C.充电时,b极反应为LiLaZrTaO-xe- xLi++Li1-xLaZrTaO
D.充电时,每转移x mol电子,a极增重7 g
12.如图是某同学设计的验证原电池和电解池的实验装置,下列有关说法错误的是 ( )
A.关闭K2、断开K1,试管内两极都有气泡产生
B.关闭K2、断开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、断开K1,一段时间后,堵住试管口将试管移出烧杯,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、断开K1,一段时间后,再关闭K1、断开K2,电流表指针不会偏转
13.(2021湖北华中师大一附中月考)十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”,意味着对污染防治比过去要求更高。某种利用垃圾渗透液实现发电、环保二位一体结合的装置示意图如下,当该装置工作时,下列说法正确的是 ( )
A.盐桥中Cl-向Y极移动
B.电路中转移7.5 mol电子时,共产生标准状况下16.8 L N2
C.电流由X极沿导线流向Y极
D.Y极发生的反应为2NO3-+10e-+6H2O N2↑+12OH-,Y极附近溶液pH增大
14.(2020浙江杭州西湖高中高二期末)乙烯直接氧化法制乙醛的总反应方程式为2CH2CH2+O2 2CH3CHO。现有人将该反应设计成如图所示的燃料电池,下列有关说法正确的是 ( )
A.该电池可实现化学能与电能之间的相互转化
B.电子移动方向:电极a→磷酸溶液→电极b
C.放电时,电路中每转移1 mol电子,溶液中就有1 mol H+向负极迁移
D.电池负极反应式:CH2CH2-2e-+H2O CH3CHO+2H+
15.(2021湖北四地七校高三期中)利用双离子交换膜电解法可以由含硝酸铵的工业废水生产硝酸和氨,原理如图所示。下列叙述正确的是 ( )
A.硝酸溶液溶质质量分数a%>b%
B.a、c膜为阳离子交换膜,b膜为阴离子交换膜
C.M、N室分别产生氧气和氢气
D.产品室发生的反应为NH4++OH- NH3·H2O
16.(2020山东济宁一中高二期中)如图是利用甲醇燃料电池进行电化学研究的装置图,下列说法正确的是 ( )
A.甲池是化学能转化为电能的装置,总反应为2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O
B.乙池中的Ag不断溶解
C.反应一段时间后要使乙池恢复原状,可加入一定量Cu(OH)2固体
D.当甲池中280 mL(标准状况下)O2参加反应时,乙池中理论上可析出1.6 g固体
二、非选择题(共52分)
17.(2021宁夏石嘴山第三中学高二期中)(10分)(1)如图所示装置:若烧杯中溶液为稀硫酸,则正极反应为 。若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液,则负极反应为 。将铝片和铜片用导线相连,插入浓硝酸中,电池总反应为 。
(2)钢铁是目前应用最广泛的金属材料,了解钢铁腐蚀的原因与防护方法具有重要意义。
①下列各种情况,在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序为 。
②利用下图装置,可以模拟铁的电化学防护。
若X为碳棒,为减缓铁件的腐蚀,开关K应置于 (填“M”或“N”处)处;若X为碳棒,开关K置于M处,则碳棒发生的电极反应为 ,产生氢氧化铁的化学方程式为 。若X为锌,开关K置于M处,该电化学防护法称为 。
18.(2021辽宁营口高二月考)(9分)依据原电池原理,回答下列问题:
(1)图1是依据氧化还原反应Cu(s)+2Fe3+(aq) Cu2+(aq)+2Fe2+(aq)设计的原电池装置。
①电极X的材料是 (填化学名称,下同);电极Y的材料是 。
②Y电极的电极反应式为 。
(2)图2是使用固体电解质的燃料电池,装置中,以稀土金属材料作惰性电极,在两极上分别通入CH4和空气,其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体,它在高温下能传导正极生成的O2-。
①c电极为 (填“正”或“负”)极。
②d电极上的电极反应式为 。
③设NA表示阿伏加德罗常数的值,如果消耗甲烷160 g,假设化学能完全转化为电能,则转移电子的数目为 ,需要消耗标准状况下氧气的体积为 L。
19.(8分)由于Fe(OH)2极易被氧化,所以实验室难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。若用如图所示实验装置可制得纯净的Fe(OH)2沉淀。两极材料分别为石墨和铁。试完成下列问题:
(1)a电极材料是 ,其电极反应式为 。
(2)电解质溶液d可以是 (填字母,下同),则白色沉淀在电极上生成;也可以是 ,则白色沉淀在两极之间的溶液中生成。
A.纯水 B.NaCl溶液
C.NaOH溶液 D.CuCl2溶液
(3)液体c为苯,其作用是 ;在加入苯之前,对d溶液进行加热处理的目的是 。
(4)若d改为Na2SO4溶液,当电解一段时间,看到白色沉淀后,再反接电源,继续电解,除了电极上看到气泡外,另一明显现象为 。
20.(11分)为验证不同化合价铁的氧化还原能力,利用下列电池装置进行实验。
回答下列问题:
(1)由FeSO4·7H2O固体配制0.10 mol·L-1 FeSO4溶液,需要的仪器有药匙、玻璃棒、 (从下列图中选择,写出名称)。
(2) 电池装置中,盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应,并且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。根据下表数据,盐桥中应选择 作为电解质。
阳离子
u∞×108/(m2·s-1·V-1)
阴离子
u∞×108/(m2·s-1·V-1)
Li+
4.07
HCO3-
4.61
Na+
5.19
NO3-
7.40
Ca2+
6.59
Cl-
7.91
K+
7.62
SO42-
8.27
(3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知,盐桥中的阳离子进入 电极溶液中。
(4)电池反应一段时间后,测得铁电极溶液中c(Fe2+)增加了0.02 mol·L-1。石墨电极上未见Fe析出。可知,石墨电极溶液中c(Fe2+)= 。
(5)根据(3)、(4)实验结果,可知石墨电极的电极反应式为 ,铁电极的电极反应式为 。因此,验证了Fe2+氧化性小于 、还原性小于 。
(6)实验前需要对铁电极表面活化。在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液,将铁电极浸泡一段时间,铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是 。
21.(14分)装置如图所示,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,C极的电极反应式为 ,一段时间后丁中X极附近的颜色逐渐 (填“变深”或“变浅”)。
(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“铜”或“银”),电镀液是 溶液。常温下,当乙中溶液的pH是13时(此时乙溶液体积为500 mL),丙中镀件上析出银的质量为 g,甲中溶液的pH (填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)若甲烧杯是在铁件表面镀铜,已知电镀前两电极质量相同,电镀完成后将它们取出,洗净、烘干、称量,发现二者质量相差5.12 g,则电镀时电路中通过的电子为 mol。
答案全解全析
1.C A项,CH4燃烧时产生淡蓝色火焰,放出大量的热,故化学能转化为热能和光能,正确;B项,光合作用是植物把接收到的太阳能转化为化学能贮存起来,正确;C项,电池放电时化学能转化为电能,错误;D项,风力发电过程中风能转化为风轮的机械能,再通过发电机转化为电能,正确。
2.D 根据图示装置可知铜片和银片分别为原电池的负极和正极,电子从铜片经外电路流向银片,不经盐桥,A项错误;用铜线代替盐桥,乙池是原电池,甲池为电解池,即该装置的工作原理发生了变化,B项错误;银片上是溶液中的Ag+发生还原反应,电极反应为Ag++e- Ag,C项错误;铜片浸入AgNO3溶液中与该原电池总反应都是Cu+2Ag+ 2Ag+Cu2+,D项正确。
3.B A项,由装置①电流方向知,a极是电解池阳极,b极是阴极,装置①精炼铜时,粗铜作阳极,纯铜作阴极,电解质溶液可以为CuSO4溶液,正确;B项,装置②为原电池,其中Fe为负极,Cu为正极,电池总反应为Fe+2Fe3+ 3Fe2+,错误;C项,钢闸门与外接电源的负极连接,即钢闸门为阴极,属于外加电流的阴极保护法,正确;D项,装置④中浓硫酸具有吸水性,液面上方为干燥空气,铁钉很难被腐蚀,正确。
4.A A项,构成原电池,铁作正极被保护,正确;B项,铝在空气中表面被氧化是化学腐蚀,不能构成原电池,错误;C项,红热的铁丝与水、氧气反应形成蓝色保护层,不属于原电池反应,错误;D项,铁与CuSO4反应生成的铜附着在铁的表面,与稀硫酸共同构成原电池,能加快铁与酸的反应,但产生氢气的量减少,错误。
5.B 根据图示可知,发生的是吸氧腐蚀,铁作负极失电子而被腐蚀,A项正确;电子不能在电解质溶液中传递,即不是通过水膜传递给O2的,B项错误;O2在正极发生还原反应,即O2+4e-+2H2O 4OH-,C项正确;铁钉被腐蚀时,电极反应式为Fe-2e- Fe2+,接下来发生Fe2++2OH- Fe(OH)2,Fe(OH)2在空气中被氧化成Fe(OH)3,即4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3,Fe(OH)3最终变为铁锈,故铁钉的变化过程为Fe→Fe2+→Fe(OH)2→Fe(OH)3→Fe2O3·xH2O,D项正确。
6.C 原电池反应中Zn失电子、MnO2得电子,因此该电池负极为Zn,正极为MnO2。由电池总反应式减去负极反应式(Zn-2e-+2OH- ZnO+H2O)即是正极反应式MnO2+e-+H2O MnOOH+OH-。电子只能由Zn经外电路流向MnO2,而不能通过内电路。
7.C 导线上有4 mol电子移动时质子交换膜左侧产生1 mol O2,但未标明气体所处状况,无法计算体积,A项错误;装置中进行的反应是在太阳光照条件下完成的,不一定是自发的氧化还原反应,B项错误;图乙中的能量转化形式:光能→电能→化学能,C项正确;b极为原电池的正极,电极反应为CO2+6H++6e- CH3OH+H2O,D项错误。
8.C 甲中铜电极增重0.128 g,说明析出铜为0.002 mol。由图示可知,乙、丙并联后与甲串联,又因乙、丙两槽中的电极反应相同,故乙、丙中的电子转移分别是甲中的一半。甲中转移电子为0.004 mol,故乙中析出的银为0.002 mol,质量为0.002 mol×108 g·mol-1=0.216 g。
9.A 根据题图分析可知,放电时,电池正极的电极反应式为Fe2O3+6Li++6e- 3Li2O+2Fe,A正确;锂和水发生反应,所以不可以用NaOH溶液作电解质溶液,B错误;放电时,Li作电池的负极,Fe2O3作电池的正极,C错误;充电时,Fe转化为Fe2O3,磁铁不能吸引Fe2O3,D错误。
10.D 该装置可看作铜—锌原电池,电解质溶液是稀硫酸,负极上锌失电子,正极上氢离子得电子,符合离子方程式,故A正确;该装置可能是电解池,电解质溶液是稀盐酸,锌作阳极,电解时,阳极上锌失电子,阴极上氢离子得电子,符合离子方程式,故B正确;该装置可能是原电池,电解质溶液为稀盐酸,锌作负极,正极上氢离子得电子,符合离子方程式,故C正确;如果该装置是电解池,若两电极材料均为Zn,电解质溶液是盐酸,阳极上锌失电子,阴极上氢离子得电子,符合离子方程式,所以两个电极的材料可以相同,故D错误。
11.D 结合图示装置,根据电子移动方向或电池中Li+迁移方向,均可判断放电时a极为负极,b极为正极,a极失去电子发生氧化反应,A项正确;Li+在LiLaZrTaO固态电解质中定向移动,即固态电解质有传导Li+的作用,B项正确;充电时a极为阴极,b极为阳极,LiLaZrTaO在b极发生氧化反应释放Li+,其电极反应式为LiLaZrTaO-xe- xLi++Li1-xLaZrTaO,C项正确;充电时a极反应为xLi++xe-+6C LixC6,每转移x mol电子,a极增加x mol Li+的质量,即增重7x g,D项错误。
12.D A项,关闭K2、断开K1,是电解NaCl溶液的过程,总反应方程式为2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2↑+H2↑,Cl-在阳极上放电生成Cl2,H+在阴极上放电生成H2,则两极都有气泡产生;B项,由于Cl2可以溶于水,则相同条件下收集到的Cl2的体积略少于H2的体积,与直流电源b极相连的石墨棒作电解池的阳极,故b极为正极,a为负极;C项,左侧试管中溶液变红色,说明左侧试管中的溶液呈碱性,H+放电,则左侧石墨棒为电解池的阴极,a为负极,b为正极;D项,一段时间后,断开K2、关闭K1,可以构成原电池,放电时会引起电流表指针发生偏转。
13.D 处理垃圾渗透液的装置属于原电池装置,溶液中阴离子移向负极,即Cl-向X极移动,A项错误;电池总反应为5NH3+3NO3- 4N2+6H2O+3OH-,该反应转移15 mol电子时生成4 mol N2,即电路中转移7.5 mol电子时,产生2 mol N2,标准状况下体积为44.8 L,B项错误;电流由正极流向负极,即由Y极沿导线流向X极,C项错误;Y极是正极,发生还原反应,即2NO3-+10e-+6H2O N2↑+12OH-,附近溶液pH将增大,D项正确。
14.D 该装置是原电池,能将化学能转化为电能,但不能将电能转化为化学能,故A错误;结合总反应方程式和题图分析知,a为负极、b为正极,电子移动方向为电极a→负载→电极b,电子不进入电解质溶液,故B错误;放电时,溶液中氢离子向正极移动,故C错误;负极上乙烯失电子发生氧化反应,电极反应式为CH2CH2-2e-+H2O CH3CHO+2H+,故D正确。
15.D 由图可知,N室中石墨为阳极,电极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+,原料室中的NO3-通过c膜进入N室,N室中H+和NO3-结合成HNO3,故硝酸溶液溶质质量分数a%
17.答案 (1)2H++2e- H2↑ Al+4OH--3e- AlO2-+2H2O Cu+2NO3-+4H+ 2NO2↑+2H2O+Cu2+
(2)①e>b>a>c>d ②N 2H2O+4e-+O2 4OH- 2Fe+O2+2H2O 2Fe(OH)2、4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3 牺牲阳极的阴极保护法
解析 (1)该原电池装置中,镁比铝活泼,当溶液是稀硫酸时,铝为正极,电极反应为2H++2e- H2↑,若烧杯中溶液为NaOH溶液,Al作负极,电极反应为Al+4OH--3e- AlO2-+2H2O。将铝片和铜片用导线相连,插入浓硝酸中,铝钝化,铜与浓硝酸反应,即铜为负极、铝为正极,总反应式为Cu+2NO3-+4H+ 2NO2↑+2H2O+Cu2+。(2)①de为电解池,d中铁为阴极,e中铁为阳极,阳极金属腐蚀速率快,阴极被保护,即Fe片腐蚀速率:e>d;根据电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀,电解池的阴极金属被保护,不易腐蚀,速率最慢,所以铁腐蚀由快到慢的顺序为e>b>a>c>d。②若X为碳棒,为减缓铁的腐蚀,应使铁为电解池阴极,故K连接N处;若X为碳棒,开关K置于M处,形成原电池,铁作负极、碳棒作正极,氧气在正极被还原,即2H2O+4e-+O2 4OH-,负极反应为Fe-2e- Fe2+,总反应方程式为2Fe+O2+2H2O 2Fe(OH)2,还会发生4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3。若X为锌,开关K置于M处,Zn为负极被腐蚀,Fe为正极被保护,该防护法为牺牲阳极的阴极保护法。
18.答案 (1)①铜 石墨(或金、铂等) ②Fe3++e- Fe2+
(2)①正 ②CH4+4O2--8e- CO2+2H2O ③80NA 448
解析 (1)①由Cu(s)+2Fe3+(aq) Cu2+(aq)+2Fe2+(aq)可知Cu失去电子,为原电池的负极,故电极X的材料是铜,电极Y是原电池的正极,Fe3+发生还原反应,可选择石墨、金、铂等惰性电极材料作Y电极。②正极的电极反应式为Fe3++e- Fe2+。(2)①根据图2电流方向可知,c电极为正极;②d电极为负极,CH4在负极发生氧化反应,电极反应式为CH4+4O2--8e- CO2+2H2O。③160 g CH4的物质的量为10 mol,根据电极反应式可知反应中转移80 mol电子,则正极消耗O2应为20 mol,在标准状况下的体积为20 mol×22.4 L/mol=448 L。
19.答案 (1)Fe Fe-2e- Fe2+
(2)C B
(3)隔绝空气,防止产物被氧化 赶尽溶液中的氧气
(4)白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色
解析 (1)要制取Fe(OH)2沉淀,则必须产生Fe2+,因此,阳极(a)材料只能用铁,电极反应式为Fe-2e- Fe2+。
(2)要在溶液中生成Fe(OH)2沉淀,电解质溶液可以用NaOH溶液或NaCl溶液,如果用纯水,则溶液的导电能力太弱,不符合要求;如果用CuCl2溶液,则会生成Cu(OH)2沉淀,不符合要求。
(3)苯不溶于水且密度比水小,浮于水面,可以隔绝空气,防止Fe(OH)2被氧化;加热的目的是赶尽溶液中的氧气,防止产物被氧化。
(4)若d改为Na2SO4溶液,当电解一段时间,看到白色沉淀后,再反接电源,继续电解,则阳极反应式为4OH--4e- O2↑+2H2O,Fe(OH)2在溶液中与O2和H2O发生反应:4Fe(OH)2+2H2O+O2 4Fe(OH)3,因此白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色。
20.答案 (1)烧杯、量筒、托盘天平 (2)KCl
(3)石墨 (4)0.09 mol·L-1
(5)Fe3++e- Fe2+ Fe-2e- Fe2+ Fe3+ Fe
(6)取少量溶液,滴入KSCN溶液,不出现血红色
解析 (1)配制0.10 mol·L-1 FeSO4溶液,需要用托盘天平称取FeSO4·7H2O晶体,在烧杯中加一定量的蒸馏水将其溶解,一般用量筒量取溶解和洗涤所用的蒸馏水;(2)Fe2+和Fe3+都能水解使溶液显酸性,NO3-在酸性条件下能氧化Fe或Fe2+,K+和Cl-都不与溶液中的物质发生反应,且电迁移率接近,故盐桥中选择KCl作为电解质;(3)电子由铁电极流向石墨电极,即石墨电极得电子,溶液中负电荷增多,为平衡电荷使溶液保持电中性,盐桥中的阳离子应进入石墨电极溶液中;(4)两电极转移电子数相等,负极铁被氧化,正极Fe3+被还原,故正极(石墨电极)的电极反应式为Fe3++e- Fe2+,负极(铁电极)的电极反应式为Fe-2e- Fe2+,故石墨电极溶液中c(Fe2+)增加0.04 mol·L-1,变为0.04 mol·L-1+0.05 mol·L-1=0.09 mol·L-1;(5)总反应式为2Fe3++Fe 3Fe2+,故氧化性:Fe2+(氧化产物)
(2)1∶2∶2∶2
(3)铜 AgNO3 5.4 变小
(4)0.08
解析 (1)惰性电极电解饱和NaCl溶液的总反应方程式为2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑,F极显红色,说明F极是阴极,发生的电极反应为2H2O+2e- 2OH-+H2↑,则B极是电源的负极,A极是电源的正极;C极与电源正极相连,则C极是阳极,用惰性电极电解CuSO4溶液时,水电离出的OH-在阳极放电生成氧气,电极反应式为4OH--4e- O2↑+2H2O;丁中,Y极是阴极,氢氧化铁胶体粒子带正电荷,向Y极移动,所以X极颜色逐渐变浅。
(2)C极的电极反应为4OH--4e- O2↑+2H2O,D极的电极反应为Cu2++2e- Cu,E极的电极反应为2Cl--2e- Cl2↑,F极的电极反应为2H2O+2e- 2OH-+H2↑,一定时间内,四个电极转移的电子数相同,若甲、乙装置的C、D、E、F电极均有一种单质生成时,对应单质的物质的量之比为1∶2∶2∶2。
(3)丙装置中G是阳极、H是阴极,所以G是镀层金属Ag、H是镀件Cu,电镀液是硝酸银溶液;常温下,乙中溶液的pH=13,则c(OH-)=0.1 mol/L,溶液的体积为500 mL,则n(OH-)=0.1 mol/L×0.5 L=0.05 mol,根据电极反应式2H2O+2e- 2OH-+H2↑可知,转移电子的物质的量为0.05 mol,根据镀银的阴极反应式:Ag++e- Ag,可知生成银的质量为0.05 mol×108 g/mol=5.4 g;甲装置是惰性电极电解硫酸铜溶液,总反应式为2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2↑,反应生成了硫酸,所以甲中溶液的pH变小。
(4)分析题意可知,阴极上析出铜的质量为2.56 g,由阴极的电极反应Cu2++2e- Cu知,转移电子的物质的量为0.08 mol。
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(满分:100分;时间:90分钟)
一、选择题(每小题3分,共48分,每小题只有一个选项符合题意)
1.(2021山西运城高二月考)能量通常包括热能、电能、光能、机械能、化学能等,下列有关能量转化关系的判断错误的是 ( )
A.甲烷燃烧:化学能转化为热能和光能
B.植物进行光合作用:太阳能转化为化学能
C.二次电池放电:电能转化为化学能
D.风力发电:风能转化为机械能,机械能转化为电能
2.(2021海南琼山中学高二期中)用铜片、银片设计成如图所示的原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是 ( )
A.电子通过盐桥从乙池流向甲池
B.用铜导线替换盐桥,该装置的工作原理不变
C.开始时,银片上发生的反应是Ag-e- Ag+
D.将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池总反应相同
3.(2021陕西榆林高二月考)关于下列各装置图的叙述中,不正确的是 ( )
A.用装置①精炼铜,则a极为粗铜,电解质溶液为CuSO4溶液
B.装置②的总反应是Cu+2Fe3+ Cu2++2Fe2+
C.装置③中钢闸门应与外接电源的负极相连
D.装置④中的铁钉几乎没被腐蚀
4.下列变化中属于原电池反应且正确的是 ( )
A.白铁(镀锌铁)表面有划损时,也能阻止铁被氧化
B.在空气中,金属铝表面迅速被氧化,形成一层保护膜
C.红热的铁丝与水接触,表面形成蓝色保护层
D.铁与过量稀硫酸反应时,加入几滴CuSO4溶液,可加快H2的产生,但不会影响产生气体的总量
5.(2021北京第五中学高三月考)用铁铆钉固定铜板,通常会发生腐蚀,如下图所示,下列说法不正确的是 ( )
A.铁铆钉作负极被锈蚀
B.铁失去电子通过水膜传递给O2
C.正极反应:O2+4e-+2H2O 4OH-
D.铁钉变化过程:Fe→Fe2+→Fe(OH)2→Fe(OH)3→Fe2O3·xH2O
6.最近,科学家研制出一种纸质电池,这种“软电池”采用薄层纸片作为载体和传导体,在一边附着锌,在另一边附着二氧化锰。电池总反应为Zn+2MnO2+H2O ZnO+2MnOOH。下列说法错误的是 ( )
A.该电池Zn为负极,MnO2为正极
B.该电池的正极反应为MnO2+e-+H2O MnOOH+OH-
C.导电时外电路电子由Zn流向MnO2,内电路电子由MnO2流向Zn
D.电池工作时水分子和OH-都能通过薄层纸片
7.(2020河南、湖南两省顶级名校高三联考)半导体光催化CO2机理如图甲所示,设计成电化学装置如图乙所示,则下列说法正确的是 ( )
A.若导线上有4 mol电子移动,则质子交换膜左侧产生22.4 L O2
B.装置中进行的总反应一定是自发的氧化还原反应
C.图乙中的能量转化形式为光能→电能→化学能
D.b极上的电极反应为CO2+6H+-6e- CH3OH+H2O
8.甲、乙、丙三个电解槽如图所示(其中电极的大小、形状、间距均相同)。乙、丙中AgNO3溶液浓度和体积均相同,当通电一段时间后,若甲中铜电极的质量增加0.128 g,则乙中电极上银的质量增加 ( )
A.0.054 g B.0.108 g C.0.216 g D.0.432 g
9.(2020河南郑州一中高二月考)某课题组以纳米Fe2O3作为电极材料制备锂离子电池(另一极为金属锂和石墨的复合材料),通过在室温条件下对锂离子电池进行循环充放电,成功地实现了对磁性的可逆调控(如图)。以下说法正确的是 ( )
A.放电时,正极的电极反应式为Fe2O3+6Li++6e- 2Fe+3Li2O
B.该电池可以用NaOH溶液作电解质溶液
C.放电时,Fe作电池的负极,Fe2O3作电池的正极
D.充电时,电池被磁铁吸引
10.如图装置中发生反应的离子方程式为Zn+2H+ Zn2++H2↑,下列说法错误的是 ( )
A.该装置可看作铜—锌原电池,电解质溶液是稀硫酸
B.该装置可能是电解池,电解质溶液为稀盐酸
C.该装置可能是原电池,电解质溶液为稀盐酸
D.a、b不可能是同种材料的电极
11.Garnet型固态电解质被认为是锂电池最佳性能固态电解质。LiLaZrTaO材料是目前能达到最高电导率的Garnet型电解质。某Garnet型可充电锂电池放电时工作原理如图所示,反应方程式为LixC6+Li1-xLaZrTaO LiLaZrTaO+6C。下列说法不正确的是 ( )
A.放电时,a极为负极,发生氧化反应
B.LiLaZrTaO固态电解质有传导Li+的作用
C.充电时,b极反应为LiLaZrTaO-xe- xLi++Li1-xLaZrTaO
D.充电时,每转移x mol电子,a极增重7 g
12.如图是某同学设计的验证原电池和电解池的实验装置,下列有关说法错误的是 ( )
A.关闭K2、断开K1,试管内两极都有气泡产生
B.关闭K2、断开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、断开K1,一段时间后,堵住试管口将试管移出烧杯,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、断开K1,一段时间后,再关闭K1、断开K2,电流表指针不会偏转
13.(2021湖北华中师大一附中月考)十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”,意味着对污染防治比过去要求更高。某种利用垃圾渗透液实现发电、环保二位一体结合的装置示意图如下,当该装置工作时,下列说法正确的是 ( )
A.盐桥中Cl-向Y极移动
B.电路中转移7.5 mol电子时,共产生标准状况下16.8 L N2
C.电流由X极沿导线流向Y极
D.Y极发生的反应为2NO3-+10e-+6H2O N2↑+12OH-,Y极附近溶液pH增大
14.(2020浙江杭州西湖高中高二期末)乙烯直接氧化法制乙醛的总反应方程式为2CH2CH2+O2 2CH3CHO。现有人将该反应设计成如图所示的燃料电池,下列有关说法正确的是 ( )
A.该电池可实现化学能与电能之间的相互转化
B.电子移动方向:电极a→磷酸溶液→电极b
C.放电时,电路中每转移1 mol电子,溶液中就有1 mol H+向负极迁移
D.电池负极反应式:CH2CH2-2e-+H2O CH3CHO+2H+
15.(2021湖北四地七校高三期中)利用双离子交换膜电解法可以由含硝酸铵的工业废水生产硝酸和氨,原理如图所示。下列叙述正确的是 ( )
A.硝酸溶液溶质质量分数a%>b%
B.a、c膜为阳离子交换膜,b膜为阴离子交换膜
C.M、N室分别产生氧气和氢气
D.产品室发生的反应为NH4++OH- NH3·H2O
16.(2020山东济宁一中高二期中)如图是利用甲醇燃料电池进行电化学研究的装置图,下列说法正确的是 ( )
A.甲池是化学能转化为电能的装置,总反应为2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O
B.乙池中的Ag不断溶解
C.反应一段时间后要使乙池恢复原状,可加入一定量Cu(OH)2固体
D.当甲池中280 mL(标准状况下)O2参加反应时,乙池中理论上可析出1.6 g固体
二、非选择题(共52分)
17.(2021宁夏石嘴山第三中学高二期中)(10分)(1)如图所示装置:若烧杯中溶液为稀硫酸,则正极反应为 。若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液,则负极反应为 。将铝片和铜片用导线相连,插入浓硝酸中,电池总反应为 。
(2)钢铁是目前应用最广泛的金属材料,了解钢铁腐蚀的原因与防护方法具有重要意义。
①下列各种情况,在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序为 。
②利用下图装置,可以模拟铁的电化学防护。
若X为碳棒,为减缓铁件的腐蚀,开关K应置于 (填“M”或“N”处)处;若X为碳棒,开关K置于M处,则碳棒发生的电极反应为 ,产生氢氧化铁的化学方程式为 。若X为锌,开关K置于M处,该电化学防护法称为 。
18.(2021辽宁营口高二月考)(9分)依据原电池原理,回答下列问题:
(1)图1是依据氧化还原反应Cu(s)+2Fe3+(aq) Cu2+(aq)+2Fe2+(aq)设计的原电池装置。
①电极X的材料是 (填化学名称,下同);电极Y的材料是 。
②Y电极的电极反应式为 。
(2)图2是使用固体电解质的燃料电池,装置中,以稀土金属材料作惰性电极,在两极上分别通入CH4和空气,其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体,它在高温下能传导正极生成的O2-。
①c电极为 (填“正”或“负”)极。
②d电极上的电极反应式为 。
③设NA表示阿伏加德罗常数的值,如果消耗甲烷160 g,假设化学能完全转化为电能,则转移电子的数目为 ,需要消耗标准状况下氧气的体积为 L。
19.(8分)由于Fe(OH)2极易被氧化,所以实验室难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。若用如图所示实验装置可制得纯净的Fe(OH)2沉淀。两极材料分别为石墨和铁。试完成下列问题:
(1)a电极材料是 ,其电极反应式为 。
(2)电解质溶液d可以是 (填字母,下同),则白色沉淀在电极上生成;也可以是 ,则白色沉淀在两极之间的溶液中生成。
A.纯水 B.NaCl溶液
C.NaOH溶液 D.CuCl2溶液
(3)液体c为苯,其作用是 ;在加入苯之前,对d溶液进行加热处理的目的是 。
(4)若d改为Na2SO4溶液,当电解一段时间,看到白色沉淀后,再反接电源,继续电解,除了电极上看到气泡外,另一明显现象为 。
20.(11分)为验证不同化合价铁的氧化还原能力,利用下列电池装置进行实验。
回答下列问题:
(1)由FeSO4·7H2O固体配制0.10 mol·L-1 FeSO4溶液,需要的仪器有药匙、玻璃棒、 (从下列图中选择,写出名称)。
(2) 电池装置中,盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应,并且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。根据下表数据,盐桥中应选择 作为电解质。
阳离子
u∞×108/(m2·s-1·V-1)
阴离子
u∞×108/(m2·s-1·V-1)
Li+
4.07
HCO3-
4.61
Na+
5.19
NO3-
7.40
Ca2+
6.59
Cl-
7.91
K+
7.62
SO42-
8.27
(3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知,盐桥中的阳离子进入 电极溶液中。
(4)电池反应一段时间后,测得铁电极溶液中c(Fe2+)增加了0.02 mol·L-1。石墨电极上未见Fe析出。可知,石墨电极溶液中c(Fe2+)= 。
(5)根据(3)、(4)实验结果,可知石墨电极的电极反应式为 ,铁电极的电极反应式为 。因此,验证了Fe2+氧化性小于 、还原性小于 。
(6)实验前需要对铁电极表面活化。在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液,将铁电极浸泡一段时间,铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是 。
21.(14分)装置如图所示,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,C极的电极反应式为 ,一段时间后丁中X极附近的颜色逐渐 (填“变深”或“变浅”)。
(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“铜”或“银”),电镀液是 溶液。常温下,当乙中溶液的pH是13时(此时乙溶液体积为500 mL),丙中镀件上析出银的质量为 g,甲中溶液的pH (填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)若甲烧杯是在铁件表面镀铜,已知电镀前两电极质量相同,电镀完成后将它们取出,洗净、烘干、称量,发现二者质量相差5.12 g,则电镀时电路中通过的电子为 mol。
答案全解全析
1.C A项,CH4燃烧时产生淡蓝色火焰,放出大量的热,故化学能转化为热能和光能,正确;B项,光合作用是植物把接收到的太阳能转化为化学能贮存起来,正确;C项,电池放电时化学能转化为电能,错误;D项,风力发电过程中风能转化为风轮的机械能,再通过发电机转化为电能,正确。
2.D 根据图示装置可知铜片和银片分别为原电池的负极和正极,电子从铜片经外电路流向银片,不经盐桥,A项错误;用铜线代替盐桥,乙池是原电池,甲池为电解池,即该装置的工作原理发生了变化,B项错误;银片上是溶液中的Ag+发生还原反应,电极反应为Ag++e- Ag,C项错误;铜片浸入AgNO3溶液中与该原电池总反应都是Cu+2Ag+ 2Ag+Cu2+,D项正确。
3.B A项,由装置①电流方向知,a极是电解池阳极,b极是阴极,装置①精炼铜时,粗铜作阳极,纯铜作阴极,电解质溶液可以为CuSO4溶液,正确;B项,装置②为原电池,其中Fe为负极,Cu为正极,电池总反应为Fe+2Fe3+ 3Fe2+,错误;C项,钢闸门与外接电源的负极连接,即钢闸门为阴极,属于外加电流的阴极保护法,正确;D项,装置④中浓硫酸具有吸水性,液面上方为干燥空气,铁钉很难被腐蚀,正确。
4.A A项,构成原电池,铁作正极被保护,正确;B项,铝在空气中表面被氧化是化学腐蚀,不能构成原电池,错误;C项,红热的铁丝与水、氧气反应形成蓝色保护层,不属于原电池反应,错误;D项,铁与CuSO4反应生成的铜附着在铁的表面,与稀硫酸共同构成原电池,能加快铁与酸的反应,但产生氢气的量减少,错误。
5.B 根据图示可知,发生的是吸氧腐蚀,铁作负极失电子而被腐蚀,A项正确;电子不能在电解质溶液中传递,即不是通过水膜传递给O2的,B项错误;O2在正极发生还原反应,即O2+4e-+2H2O 4OH-,C项正确;铁钉被腐蚀时,电极反应式为Fe-2e- Fe2+,接下来发生Fe2++2OH- Fe(OH)2,Fe(OH)2在空气中被氧化成Fe(OH)3,即4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3,Fe(OH)3最终变为铁锈,故铁钉的变化过程为Fe→Fe2+→Fe(OH)2→Fe(OH)3→Fe2O3·xH2O,D项正确。
6.C 原电池反应中Zn失电子、MnO2得电子,因此该电池负极为Zn,正极为MnO2。由电池总反应式减去负极反应式(Zn-2e-+2OH- ZnO+H2O)即是正极反应式MnO2+e-+H2O MnOOH+OH-。电子只能由Zn经外电路流向MnO2,而不能通过内电路。
7.C 导线上有4 mol电子移动时质子交换膜左侧产生1 mol O2,但未标明气体所处状况,无法计算体积,A项错误;装置中进行的反应是在太阳光照条件下完成的,不一定是自发的氧化还原反应,B项错误;图乙中的能量转化形式:光能→电能→化学能,C项正确;b极为原电池的正极,电极反应为CO2+6H++6e- CH3OH+H2O,D项错误。
8.C 甲中铜电极增重0.128 g,说明析出铜为0.002 mol。由图示可知,乙、丙并联后与甲串联,又因乙、丙两槽中的电极反应相同,故乙、丙中的电子转移分别是甲中的一半。甲中转移电子为0.004 mol,故乙中析出的银为0.002 mol,质量为0.002 mol×108 g·mol-1=0.216 g。
9.A 根据题图分析可知,放电时,电池正极的电极反应式为Fe2O3+6Li++6e- 3Li2O+2Fe,A正确;锂和水发生反应,所以不可以用NaOH溶液作电解质溶液,B错误;放电时,Li作电池的负极,Fe2O3作电池的正极,C错误;充电时,Fe转化为Fe2O3,磁铁不能吸引Fe2O3,D错误。
10.D 该装置可看作铜—锌原电池,电解质溶液是稀硫酸,负极上锌失电子,正极上氢离子得电子,符合离子方程式,故A正确;该装置可能是电解池,电解质溶液是稀盐酸,锌作阳极,电解时,阳极上锌失电子,阴极上氢离子得电子,符合离子方程式,故B正确;该装置可能是原电池,电解质溶液为稀盐酸,锌作负极,正极上氢离子得电子,符合离子方程式,故C正确;如果该装置是电解池,若两电极材料均为Zn,电解质溶液是盐酸,阳极上锌失电子,阴极上氢离子得电子,符合离子方程式,所以两个电极的材料可以相同,故D错误。
11.D 结合图示装置,根据电子移动方向或电池中Li+迁移方向,均可判断放电时a极为负极,b极为正极,a极失去电子发生氧化反应,A项正确;Li+在LiLaZrTaO固态电解质中定向移动,即固态电解质有传导Li+的作用,B项正确;充电时a极为阴极,b极为阳极,LiLaZrTaO在b极发生氧化反应释放Li+,其电极反应式为LiLaZrTaO-xe- xLi++Li1-xLaZrTaO,C项正确;充电时a极反应为xLi++xe-+6C LixC6,每转移x mol电子,a极增加x mol Li+的质量,即增重7x g,D项错误。
12.D A项,关闭K2、断开K1,是电解NaCl溶液的过程,总反应方程式为2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2↑+H2↑,Cl-在阳极上放电生成Cl2,H+在阴极上放电生成H2,则两极都有气泡产生;B项,由于Cl2可以溶于水,则相同条件下收集到的Cl2的体积略少于H2的体积,与直流电源b极相连的石墨棒作电解池的阳极,故b极为正极,a为负极;C项,左侧试管中溶液变红色,说明左侧试管中的溶液呈碱性,H+放电,则左侧石墨棒为电解池的阴极,a为负极,b为正极;D项,一段时间后,断开K2、关闭K1,可以构成原电池,放电时会引起电流表指针发生偏转。
13.D 处理垃圾渗透液的装置属于原电池装置,溶液中阴离子移向负极,即Cl-向X极移动,A项错误;电池总反应为5NH3+3NO3- 4N2+6H2O+3OH-,该反应转移15 mol电子时生成4 mol N2,即电路中转移7.5 mol电子时,产生2 mol N2,标准状况下体积为44.8 L,B项错误;电流由正极流向负极,即由Y极沿导线流向X极,C项错误;Y极是正极,发生还原反应,即2NO3-+10e-+6H2O N2↑+12OH-,附近溶液pH将增大,D项正确。
14.D 该装置是原电池,能将化学能转化为电能,但不能将电能转化为化学能,故A错误;结合总反应方程式和题图分析知,a为负极、b为正极,电子移动方向为电极a→负载→电极b,电子不进入电解质溶液,故B错误;放电时,溶液中氢离子向正极移动,故C错误;负极上乙烯失电子发生氧化反应,电极反应式为CH2CH2-2e-+H2O CH3CHO+2H+,故D正确。
15.D 由图可知,N室中石墨为阳极,电极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+,原料室中的NO3-通过c膜进入N室,N室中H+和NO3-结合成HNO3,故硝酸溶液溶质质量分数a%
17.答案 (1)2H++2e- H2↑ Al+4OH--3e- AlO2-+2H2O Cu+2NO3-+4H+ 2NO2↑+2H2O+Cu2+
(2)①e>b>a>c>d ②N 2H2O+4e-+O2 4OH- 2Fe+O2+2H2O 2Fe(OH)2、4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3 牺牲阳极的阴极保护法
解析 (1)该原电池装置中,镁比铝活泼,当溶液是稀硫酸时,铝为正极,电极反应为2H++2e- H2↑,若烧杯中溶液为NaOH溶液,Al作负极,电极反应为Al+4OH--3e- AlO2-+2H2O。将铝片和铜片用导线相连,插入浓硝酸中,铝钝化,铜与浓硝酸反应,即铜为负极、铝为正极,总反应式为Cu+2NO3-+4H+ 2NO2↑+2H2O+Cu2+。(2)①de为电解池,d中铁为阴极,e中铁为阳极,阳极金属腐蚀速率快,阴极被保护,即Fe片腐蚀速率:e>d;根据电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀,电解池的阴极金属被保护,不易腐蚀,速率最慢,所以铁腐蚀由快到慢的顺序为e>b>a>c>d。②若X为碳棒,为减缓铁的腐蚀,应使铁为电解池阴极,故K连接N处;若X为碳棒,开关K置于M处,形成原电池,铁作负极、碳棒作正极,氧气在正极被还原,即2H2O+4e-+O2 4OH-,负极反应为Fe-2e- Fe2+,总反应方程式为2Fe+O2+2H2O 2Fe(OH)2,还会发生4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3。若X为锌,开关K置于M处,Zn为负极被腐蚀,Fe为正极被保护,该防护法为牺牲阳极的阴极保护法。
18.答案 (1)①铜 石墨(或金、铂等) ②Fe3++e- Fe2+
(2)①正 ②CH4+4O2--8e- CO2+2H2O ③80NA 448
解析 (1)①由Cu(s)+2Fe3+(aq) Cu2+(aq)+2Fe2+(aq)可知Cu失去电子,为原电池的负极,故电极X的材料是铜,电极Y是原电池的正极,Fe3+发生还原反应,可选择石墨、金、铂等惰性电极材料作Y电极。②正极的电极反应式为Fe3++e- Fe2+。(2)①根据图2电流方向可知,c电极为正极;②d电极为负极,CH4在负极发生氧化反应,电极反应式为CH4+4O2--8e- CO2+2H2O。③160 g CH4的物质的量为10 mol,根据电极反应式可知反应中转移80 mol电子,则正极消耗O2应为20 mol,在标准状况下的体积为20 mol×22.4 L/mol=448 L。
19.答案 (1)Fe Fe-2e- Fe2+
(2)C B
(3)隔绝空气,防止产物被氧化 赶尽溶液中的氧气
(4)白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色
解析 (1)要制取Fe(OH)2沉淀,则必须产生Fe2+,因此,阳极(a)材料只能用铁,电极反应式为Fe-2e- Fe2+。
(2)要在溶液中生成Fe(OH)2沉淀,电解质溶液可以用NaOH溶液或NaCl溶液,如果用纯水,则溶液的导电能力太弱,不符合要求;如果用CuCl2溶液,则会生成Cu(OH)2沉淀,不符合要求。
(3)苯不溶于水且密度比水小,浮于水面,可以隔绝空气,防止Fe(OH)2被氧化;加热的目的是赶尽溶液中的氧气,防止产物被氧化。
(4)若d改为Na2SO4溶液,当电解一段时间,看到白色沉淀后,再反接电源,继续电解,则阳极反应式为4OH--4e- O2↑+2H2O,Fe(OH)2在溶液中与O2和H2O发生反应:4Fe(OH)2+2H2O+O2 4Fe(OH)3,因此白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色。
20.答案 (1)烧杯、量筒、托盘天平 (2)KCl
(3)石墨 (4)0.09 mol·L-1
(5)Fe3++e- Fe2+ Fe-2e- Fe2+ Fe3+ Fe
(6)取少量溶液,滴入KSCN溶液,不出现血红色
解析 (1)配制0.10 mol·L-1 FeSO4溶液,需要用托盘天平称取FeSO4·7H2O晶体,在烧杯中加一定量的蒸馏水将其溶解,一般用量筒量取溶解和洗涤所用的蒸馏水;(2)Fe2+和Fe3+都能水解使溶液显酸性,NO3-在酸性条件下能氧化Fe或Fe2+,K+和Cl-都不与溶液中的物质发生反应,且电迁移率接近,故盐桥中选择KCl作为电解质;(3)电子由铁电极流向石墨电极,即石墨电极得电子,溶液中负电荷增多,为平衡电荷使溶液保持电中性,盐桥中的阳离子应进入石墨电极溶液中;(4)两电极转移电子数相等,负极铁被氧化,正极Fe3+被还原,故正极(石墨电极)的电极反应式为Fe3++e- Fe2+,负极(铁电极)的电极反应式为Fe-2e- Fe2+,故石墨电极溶液中c(Fe2+)增加0.04 mol·L-1,变为0.04 mol·L-1+0.05 mol·L-1=0.09 mol·L-1;(5)总反应式为2Fe3++Fe 3Fe2+,故氧化性:Fe2+(氧化产物)
(2)1∶2∶2∶2
(3)铜 AgNO3 5.4 变小
(4)0.08
解析 (1)惰性电极电解饱和NaCl溶液的总反应方程式为2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑,F极显红色,说明F极是阴极,发生的电极反应为2H2O+2e- 2OH-+H2↑,则B极是电源的负极,A极是电源的正极;C极与电源正极相连,则C极是阳极,用惰性电极电解CuSO4溶液时,水电离出的OH-在阳极放电生成氧气,电极反应式为4OH--4e- O2↑+2H2O;丁中,Y极是阴极,氢氧化铁胶体粒子带正电荷,向Y极移动,所以X极颜色逐渐变浅。
(2)C极的电极反应为4OH--4e- O2↑+2H2O,D极的电极反应为Cu2++2e- Cu,E极的电极反应为2Cl--2e- Cl2↑,F极的电极反应为2H2O+2e- 2OH-+H2↑,一定时间内,四个电极转移的电子数相同,若甲、乙装置的C、D、E、F电极均有一种单质生成时,对应单质的物质的量之比为1∶2∶2∶2。
(3)丙装置中G是阳极、H是阴极,所以G是镀层金属Ag、H是镀件Cu,电镀液是硝酸银溶液;常温下,乙中溶液的pH=13,则c(OH-)=0.1 mol/L,溶液的体积为500 mL,则n(OH-)=0.1 mol/L×0.5 L=0.05 mol,根据电极反应式2H2O+2e- 2OH-+H2↑可知,转移电子的物质的量为0.05 mol,根据镀银的阴极反应式:Ag++e- Ag,可知生成银的质量为0.05 mol×108 g/mol=5.4 g;甲装置是惰性电极电解硫酸铜溶液,总反应式为2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2↑,反应生成了硫酸,所以甲中溶液的pH变小。
(4)分析题意可知,阴极上析出铜的质量为2.56 g,由阴极的电极反应Cu2++2e- Cu知,转移电子的物质的量为0.08 mol。
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