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人教版高中化学选择性必修1第4章化学反应与电能单元检测含答案
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这是一份人教版高中化学选择性必修1第4章化学反应与电能单元检测含答案，共15页。
单元素养检测(四)(第四章)
(75分钟 100分)
一、选择题：本题共15小题，每小题3分，共45分。每小题只有一个选项符合题意。
1．(2021·北京东城区高二检测)下列防止钢铁腐蚀的方法不属于电化学防护的是( )
【解析】选D。将铁管道与直流电源的负极相连即为让金属作电解池的阴极，防止金属的腐蚀，属于电化学保护，故A不选；将钢铁输水管与金属镁相连，形成原电池，即让被保护金属作原电池的正极，防止金属的腐蚀，属于电化学保护，故B不选；将铁管道与锌相连，形成原电池，即让被保护金属作原电池的正极，防止金属的腐蚀，属于电化学保护，故C不选；在表面喷油漆是为了将金属和空气隔绝，防止金属生锈，不属于电化学防护，故D选。
2．(2021·泰安高二检测)如图所示，电流计指针发生偏转，同时A电极质量减少，B电极上有气泡产生，C为电解质溶液。下列说法错误的是( )
A.B电极为原电池的正极
B．C中阳离子向A极移动
C．A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸
D．A电极发生氧化反应
【解析】选B。B极上有气泡产生，则B极上发生得电子的还原反应，为正极，故A正确；B电极是原电池的正极，A电极为负极，原电池工作时，阳离子向正极移动，即阳离子向B极移动，故B错误；A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸，锌作负极，铜作正极，符合题干反应现象，故C正确；A极的质量减小，则A极材料发生失去电子的氧化反应，作原电池负极，故D正确。
3．图甲为一种新型污水处理装置，该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能。图乙为电解氯化铜溶液的实验装置的一部分。下列说法中不正确的是( )
A.a极应与X连接
B．N电极发生还原反应，当N电极消耗11.2 L(标准状况下) O2时，则a电极增重64 g
C．不论b为何种电极材料，b极的电极反应式一定为2Cl－－2e－===Cl2↑
D．若废水中含有乙醛，则M极的电极反应为
CH3CHO＋3H2O－10e－===2CO2↑＋10H＋
【解析】选C。根据题给信息知，甲图是将化学能转化为电能的原电池，N极氧气得电子发生还原反应生成水，N极为原电池的正极，M极废水中的有机物失电子发生氧化反应，M为原电池的负极。电解氯化铜溶液，由图乙氯离子移向b极，铜离子移向a极，则a为阴极应与负极相连，即与X极相连，b为阳极应与正极相连，即与Y极相连。根据以上分析，M是负极，N是正极，a为阴极应与负极相连即X极连接，故A正确；N是正极氧气得电子发生还原反应，a为阴极铜离子得电子发生还原反应，根据得失电子守恒，则当N电极消耗11.2 L(标准状况下)气体时，则a电极增重11.2 L÷22.4 L·mol－1×4÷2×64 g·mol－1＝64 g，故B正确；b为阳极，当为惰性电极时，则电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，当为活性电极时，反应式为电极本身失电子发生氧化反应，故C错误；若有机废水中含有乙醛，图甲中M极为CH3CHO失电子发生氧化反应，发生的电极反应为CH3CHO＋3H2O－10e－===2CO2↑＋10H＋，故D正确。
4．(2021·永州高二检测)我国固体氧化物燃料电池技术研发取得新突破。科学家利用该技术实现了H2S废气资源回收能量，并得到单质硫的原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.电极b为电池的负极
B．电路中每流过4 mol电子，正极消耗44.8 L H2S
C．电极b上的电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O
D．电极a上的电极反应为2H2S＋2O2－－4e－===S2＋2H2O
【解析】选D。正极O2即电极b得电子发生还原反应，则电极b为电池的正极，故A错误；气体存在的条件未知，不能确定体积大小，故B错误；电极b为O2得电子发生还原反应，电极反应为O2＋4e－===2O2－，故C错误；电极a失电子发生氧化反应，则电极反应为2H2S＋2O2－－4e－===S2＋2H2O，故D正确。
5．三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是( )
A.通电后中间隔室的SO离子向正极迁移，正极区溶液pH增大
B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C．负极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，负极区溶液pH降低
D．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成
【解析】选B。根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，在电解池中阴离子会向正电荷较多的阳极区定向移动，因此通电后中间隔室的SO离子向正极迁移；在正极区带负电荷的OH－失去电子，发生氧化反应而放电，由于破坏了附近的水的电离平衡，使溶液中c(H＋)>c(OH－)，所以正极区溶液酸性增强，溶液的pH减小，故A错误；阳极区氢氧根放电，溶液中产生硫酸，阴极区氢离子获得电子，发生还原反应而放电，破坏了附近的水的电离平衡，使溶液中
c(OH－)>c(H＋)，所以产生氢氧化钠，因此该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品，故B正确；负极区氢离子得到电子，使溶液中c(H＋)减小，所以负极区溶液pH升高，故C错误；当电路中通过1 mol电子的电量时，根据整个闭合回路中电子转移数目相等可知反应产生氧气的物质的量是
n(O2)＝1 mol÷4＝0.25 mol，故D错误。
6．(2021·成都高二检测)一种微生物燃料电池如图所示，下列关于该电池说法正确的是( )
A．a电极发生还原反应
B．H＋由右室通过质子交换膜进入左室
C．b电极反应式为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O
D．电池工作时，电流由a电极沿导线流向b电极
【解析】选C。b极上N元素的化合价降低，所以b是正极发生还原反应，故A错误；原电池中阳离子从负极移向正极，即H＋由左室通过质子交换膜进入右室，故B错误；b极上N元素的化合价降低，b是正极，发生还原反应，电极反应式为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，故C正确；原电池中电流从正极流向负极，电流由b电极沿导线流向a电极，故D错误。
7．用下列装置能达到预期目的的是( )
A.甲图装置可用于电解精炼铝
B．乙图装置可得到持续、稳定的电流
C．丙图装置可达到保护钢闸门的目的
D．丁图装置可达到保护钢闸门的目的
【解析】选D。电解精炼铝可以让粗铝作阳极，纯铝作阴极，电解质不能是氯化铝溶液，这样在阴极上会析出氢气，可以是熔融的氧化铝，A项错误；乙装置是原电池可以产生电流，但不能提供稳定的电流，产生的电流会迅速衰减，B项错误；丙图装置中，形成原电池，钢闸门是负极，易被腐蚀，不能达到保护钢闸门的目的，C项错误；丁图装置，形成电解池，钢闸门是阴极，不容易被腐蚀，可达到保护钢闸门的目的，D项正确。
8．Mg/LiFePO4电池的总反应为xMg2＋＋2LiFePO4xMg＋2Li1－xFePO4＋2xLi＋，该电池的装置示意图如图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时，Li＋通过锂离子导体膜向Mg极移动
B．充电时，阴极上的电极反应式为Mg2＋＋2e－===Mg
C．可以用磷酸溶液代替非水电解质以提高电解质的导电效率
D．若负极减少12 g，则有NA个电子经电解质由负极流向正极
【解析】选B。放电时为原电池，Li1－xFePO4/LiFePO4极为原电池正极、Mg为负极，阳离子移向正极，即Li＋通过锂离子导体膜向Li1－xFePO4/LiFePO4极移动，故A错误；原电池负极反应为Mg－2e－===Mg2＋，充电时原电池负极与外加电源负极相接，为阴极，阴极反应与原电池负极反应相反，即Mg2＋＋2e－===Mg，故B正确；Mg是活泼金属，能与磷酸反应，发生自损耗现象，即不能用磷酸溶液代替非水电解质，故C错误；负极减少12 g Mg，物质的量为＝0.5 mol，负极反应为Mg－2e－===Mg2＋，电路中转移电子0.5 mol×2＝1 mol，但电子不能进入电解质中，故D错误。
9．我国科学家发明了一种“可固氮”的锂氮二次电池，将可传递Li＋的醚类作电解质，电池的总反应为6Li＋N22Li3N。下列说法正确的是( )
A.固氮时，锂电极发生还原反应
B．脱氮时，钌复合电极的电极反应：2Li3N－6e－===6Li＋＋N2↑
C．固氮时，外电路中电子由钌复合电极流向锂电极
D．脱氮时，Li＋向钌复合电极迁移
【解析】选B。固氮时，锂电极失电子发生氧化反应，故A错误；脱氮时，钌复合电极的电极反应为正极反应的逆反应：2Li3N－6e－===6Li＋＋N2↑，故B正确；固氮时，外电路中电子由锂电极流向钌复合电极，故C错误；脱氮时，Li＋向锂电极迁移，故D错误。
10．已知过氧化氢在强碱性溶液中主要以HO存在。我国研究的AlH2O2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，装置示意图如图。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HO＋2e－＋H2O===3OH－
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
【解析】选C。根据电池装置图分析，可知Al较活泼，作负极，而燃料电池中阴离子往负极移动，因而可推知OH－(阴离子)穿过阴离子交换膜，往Al电极移动，A正确；Ni为正极，电子流入的一端，因而电极附近氧化性较强的氧化剂得电子，又已知过氧化氢在强碱性溶液中主要以HO存在，可知HO得电子变为OH－，故按照缺项配平的原则，Ni极的电极反应式是HO＋2e－＋H2O===3OH－，B正确；根据电池装置图分析，可知Al较活泼，Al失电子变为Al3＋，Al3＋和过量的OH－反应得到AlO和水，Al电极反应式为Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O，Ni极的电极反应式是HO＋2e－＋H2O===3OH－，因而总反应为2Al＋3HO===2AlO＋H2O＋ OH－，显然电池工作结束后，电解质溶液的pH升高，C错误；Al电极质量减轻13.5 g，即Al消耗了0.5 mol，Al电极反应式为Al－3e－＋
4OH－===AlO＋2H2O，因而转移电子数为0.5×3NA＝9.03×1023，D正确。
11．中国是一个严重缺水的国家，污水治理越来越引起人们重视，可以通过膜电池除去废水中的乙酸钠和对氯苯酚，其原理如图所示，下列说法不正确的是( )
A.电流方向从A极沿导线经小灯泡流向B极
B．B极为电池的阳极，电极反应式为CH3COO－－8e－＋4H2O===2HCO＋9H＋
C．当外电路中有0.2 mol e－转移时，通过质子交换膜的H＋的个数为0.2NA
D．A极的电极反应式为ClOH＋H＋＋2e－===Cl－＋OH
【解题指南】根据氢离子的移动方向判断原电池的正负极是解题的关键。要注意原电池的两极称为正负极，电解池的两极称为阴阳极。
【解析】选B。原电池工作时，电流从正极经导线流向负极，即电流方向从A极沿导线经小灯泡流向B极，故A正确；B极为电池的负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为CH3COO－－8e－＋4H2O===2HCO＋9H＋，B极不是阳极，故B错误；根据电子守恒可知，当外电路中有0.2 mol e－转移时，通过质子交换膜的H＋的个数为0.2NA，故C正确；A为正极，得到电子，发生还原反应，正极有氢离子参与反应，电极反应式为ClOH＋2e－＋H＋===OH＋Cl－，故D正确。
12．(2021·哈尔滨高二检测)海泥细菌电池作为一种新型电池是一种新型海洋可再生能源技术。海泥细菌电池可以作为电源在海底原位长期驱动检测仪器，在海底仪器电源自供给技术及其长期运行方面具有良好的应用前景，将来有望服务于“透明海洋”研究等海洋开发的诸多方面。下列有关海泥细菌电池原理的说法不正确的是( )
A.电子在外电路中由B极流向A极
B．正极发生的反应O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．每当有1 mol质子穿过海泥、海水交界面时，A极消耗5.6 L O2
D．海水和海泥作为电极电解质的一部分富含盐分，导电性高，内阻小，有利于电池电能输出
【解析】选C。由图可知，A极是正极，B极是负极，电子由负极B经过用电器流向正极A，故A正确；A极是原电池正极，正极上O2得电子生成H2O，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故B正确；当有1 mol质子穿过海泥、海水交界面时，电路中转移1mol电子，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，则A极消耗0.25 mol O2，标准状况下的体积为0.25 mol×22.4 L·mol－1＝5.6 L，但选项中没有已知气体的存在状态，所以A极消耗O2的体积不一定是5.6 L，故C错误；海水和海泥作为电极电解质的一部分富含盐分，可增强水的导电性，减小导电阻力，有利于电池电能及时输出，故D正确。
13．(2021·济南高二检测)受新冠病毒疫情的影响，某市使用了大量漂白粉进行消毒，产生了大量污水(含Cl－)，利用ECT电解水处理器处理上述污水的简化模型图如图，通电后让水垢在阴极表面析出，并采用智能清扫系统去除阴极表面的水垢；让阳极产生游离氯、臭氧等继续杀灭病毒，并防止微生物污染。下列有关说法正确的是( )
A.a极为阴极
B．处理污水时，Cl－移向a极，b极附近溶液的pH减小
C.阳极上产生臭氧的电极反应式为O2＋2OH－－2e－===O3＋H2O
D．为了降低原材料成本，可将多孔铂电极a换成Fe电极
【解析】选C。根据题干信息(通电后水垢在阴极表面析出)和装置图中信息可知：多孔铂电极b为阴极，与电源的负极相连，则a电极为阳极，电解含Cl－的污水，则阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，OH－结合Ca2＋生成水垢Ca(OH)2析出，阳极通入空气，氧气在阳极上产生臭氧的反应式为O2＋2OH－－2e－===O3＋H2O，据此分析解答。
通电后水垢在阴极表面析出，则装置图中b为阴极，a为阳极，故A错误；处理污水时，阴离子Cl－移向阳极a，阴极生成Ca(OH)2析出，则阴极b附近溶液的pH增大，故B错误；阳极a通入空气，氧气在阳极上产生臭氧的反应式为O2＋2OH－－2e－===O3＋H2O，故C正确；Fe是比较活泼金属，易被阳极生成的Cl2、O3氧化，导致游离氯、臭氧减少，杀菌效果减弱，所以多孔铂电极a不能换成Fe电极，故D错误。
14．(2021·福州高二检测)如图是某工厂用NO气体制取NH4NO3溶液的过程，下列说法不正确的是( )
A.阳极的电极反应式为NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋
B．物质B与物质C是同一种物质
C．A物质可为氨气
D．阴、阳两极转移的电子数之比为1∶1
【解析】选B。阳极NO失电子发生氧化反应生成NO，电极反应式是NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋，故A正确；阴极是NO得电子发生还原反应生成铵根离子，所以B是铵根离子，C是硝酸根离子，故B错误 ；阳极反应为NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋，阴极反应为NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O，从两极反应可看出，要使得失电子守恒，阳极产生的NO的物质的量大于阴极产生的NH的物质的量，因此若要使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充NH3，故C正确；电解过程中两个电极转移电子数一定相等，阴、阳两极转移的电子数之比为1∶1，故D正确。
15．2019年3月，我国科学家研发出一种新型的锌碘单液流电池，其原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.放电时B电极反应式为I2＋2e－===2I－
B．放电时电解质储罐中离子总浓度增大
C．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜
D．充电时，A极增重65 g时，C区增加离子数为4NA
【解析】选C。放电时，B电极为正极，I2得到电子生成I－，电极反应式为I2＋2e－===2I－，A正确；放电时，左侧即负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，所以储罐中的离子总浓度增大，B正确；离子交换膜是防止正负极I2、Zn接触发生反应，负极区生成Zn2＋、正电荷增加，正极区生成I－、负电荷增加，所以Cl－通过M膜进入负极区，K＋通过N膜进入正极区，所以M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜，C错误；充电时，A极反应式Zn2＋＋2e－===Zn，A极增重65 g转移2 mol电子，所以C区增加2 mol K＋、2 mol Cl－，离子总数为4 NA，D正确。
二、非选择题：本题共5小题，共55分。
16．(10分)高铁酸钾(K2FeO4)是一种强氧化剂，可作为水处理剂和高容量电池材料。
(1)FeCl3和KClO在强碱性条件下反应可制取K2FeO4，其反应的离子方程式为_______________________________________________________。
(2)K2FeO4Zn也可以组成碱性电池，Zn作为负极材料，电极反应式为________________________，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应式为________________________，该电池总反应的离子方程式为____________________________________________________。
【解析】(1)FeCl3和KClO在强碱性条件下反应，实质是ClO－氧化Fe3＋，ClO－的还原产物是Cl－，FeCl3氧化成目标产物(K2FeO4)。(2)Zn作负极，失去电子，在碱性环境中Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，K2FeO4作正极，＋6价铁元素得到电子，在碱性环境中FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－；书写总反应的离子方程式时，关键是抓住Fe和Zn的存在形式分别是Fe(OH)3和Zn(OH)2。
答案：(1)2Fe3＋＋3ClO－＋10OH－===
2FeO＋5H2O＋3Cl－
(2)Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－
2FeO＋8H2O＋3Zn===
2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4OH－
17．(10分)钢铁在自然界中的腐蚀比较普遍。
(1)远洋轮船的钢铁船体在海水中易发生电化学腐蚀中的________腐蚀。为防止这种腐蚀，通常把船体与浸在海水里的Zn块相连，或与像铅酸蓄电池这样的直流电源的________(填“正”或“负”)极相连。
(2)若用钢铁(含Fe、C)制品盛装NaClO溶液会发生电化学腐蚀，钢铁制品表面生成红褐色沉淀，溶液会失去漂白、杀菌消毒功效。该电化学腐蚀过程中的正极反应式为________________________________。
(3)铁器深埋地下，也会发生严重的电化学腐蚀，原因是一种称为硫酸盐还原菌的细菌，能提供正极反应的催化剂，将土壤中的SO还原为S2－，试写出该电化学腐蚀的正极反应式________________________。
【解析】(1)海水呈弱碱性，故轮船的钢铁船体在海水中易发生吸氧腐蚀，钢铁与外接电源负极相连，充当电解池的阴极，得到保护。
(2)ClO－在正极得电子生成Cl－和OH－，故正极电极反应式为ClO－＋H2O＋2e－===2OH－＋Cl－。
(3)SO在正极得电子生成S2－和OH－，故正极电极反应式为SO＋8e－＋4H2O===S2－＋8OH－。
答案：(1)吸氧 负
(2)ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋2OH－
(3)SO＋8e－＋4H2O===S2－＋8OH－
18．(10分)钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠(Na2Sx)分别作为两个电极的反应物，固体Al2O3陶瓷(可传导Na＋)为电解质，其反应原理如图所示：
(1)根据下表数据，请你判断该电池工作的适宜温度应控制在________范围内(填字母序号)。
物质
Na
S
Al2O3
熔点/℃
97.8
115
2 050
沸点/℃
892
444.6
2 980
a.100 ℃以下 b．100～300 ℃
c．300～350 ℃ d．350～2 050 ℃
(2)放电时，电极A为______极。
(3)放电时，内电路中Na＋的移动方向为______(填“从A到B”或“从B到A”)。
(4)充电时，总反应为Na2Sx===2Na＋xS(3
答案：(1)c (2)负 (3)从A到B
(4)S－2e－===xS
19．(11分)如图是一个电化学原理的示意图。已知甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O 填写下列空白：
(1)请写出甲、乙两池的名称。甲电池是____________________________，乙池是_________________________________________。
(2)甲池中通入CH3OH的电极名称是______________，电极反应方程式为____________；乙池中B(石墨)电极的名称是____________________。
(3)电解过程中，乙池溶液pH的变化为(“升高”“降低”或“不变”)______________。
(4)当乙池中A(Fe)极的质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O2__________mL(标准状况下)。
(5)若乙池中的AgNO3换成一定量CuSO4溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH，则电解过程中转移的电子数为____________mol。(忽略溶液体积的变化)
【解析】(1)甲池能自发进行氧化还原反应而构成原电池，乙池有外接电源，所以乙池为电解池；
(2)根据2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O知，CH3OH发生氧化反应，所以该电极是负极，反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O；O2发生还原反应，所以该电极是正极；乙池中B(石墨)电极与原电池的正极相连，所以石墨电极B是阳极，
(3)乙池中石墨电极B是阳极，A为阴极，离子放电顺序为阳离子 Ag＋＞H＋，阴离子OH－＞NO，依据氧化还原反应的电子守恒，结合反应的物质书写化学方程式：4AgNO3＋2H2O4Ag↓＋O2↑＋4HNO3，生成酸，所以pH变化为降低；
(4)乙池中A(Fe)极发生Ag＋＋e－===Ag，质量增加5.40 g时，n(Ag)＝＝0.05 mol，转移0.05 mol电子，则根据得失电子守恒，理论上消耗O2标准状况下的体积为 mol×22 400 mL·mol－1＝280 mL；
(5)乙池加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH，发生如下电解：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4、2H2O2H2↑＋O2↑，Cu(OH)2从组成上可看成CuO·H2O，根据“析出什么加入什么”的原则知，析出的物质是氧化铜和水，则阴极上析出氢气和铜，生成0.1 mol铜转移电子＝0.1 mol×2＝0.2 mol，根据原子守恒知，生成0.1 mol水需要0.1 mol氢气，生成0.1 mol氢气转移电子＝0.1 mol×2＝0.2 mol，所以电解过程中共转移电子数为0.4 mol。
答案：(1)原电池 电解池 (2)负极 CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O 阳极 (3)降低 (4)280 (5)0.4
20．(14分)(1)(2020·全国Ⅱ卷节选)CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如图所示：
①阴极上的反应式为_____________________________________________。
②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为________。
(2)我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为
①EDTA－Fe2＋－e－===EDTA－Fe3＋
②2EDTA－Fe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTA－Fe2＋
该装置工作时，阴极的电极反应：________________；协同转化总反应：____________；若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA－Fe3＋/EDTA－Fe2＋，溶液需为________(填“碱性”“中性”或“酸性”)。
(3)以石墨为电极，电解Pb(NO3)2溶液制备PbO2，若电解过程中以铅蓄电池为电源，当电解装置中阳极增重23.9 g时(忽略副反应)，理论上蓄电池正极增重__________g。
【解析】(1)①由装置图知为电解装置，电极A为阴极，由球棍模型可知反应物为CO2，产物为CO，固体电解质传递O2－，则电极反应式为CO2＋2e－===CO＋O2－。②由球棍模型知，阳极的反应物为甲烷，生成物为乙烷、乙烯和水。生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，即物质的量之比为2∶1，设物质的量分别为2 mol、1 mol，由原子守恒知消耗的CH4的物质的量为(2 mol＋1 mol)×2＝6 mol，转移电子的物质的量为2 mol×2×2＋1 mol×2×1＝10 mol，则消耗的CO2的物质的量为10 mol÷2＝5 mol，则消耗的CH4和CO2的物质的量之比为6∶5，即体积比为6∶5。
(2)石墨烯作阳极，ZnO@石墨烯作阴极，CO2被还原生成CO，电极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O；石墨烯作阳极，阳极Fe2＋失电子生成Fe3＋，Fe3＋继续与H2S反应生成Fe2＋与S，故协同转化总反应为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，Fe2＋、Fe3＋易水解，只能在酸性条件下存在；
(3)电解Pb(NO3)2溶液制备PbO2时，阳极上铅离子失电子发生氧化反应生成二氧化铅，电极反应式为Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2↓＋4H＋，23.9 g PbO2的物质的量为0.1 mol，反应转移的电子数目为0.2 mol，蓄电池正极为PbO2，PbO2得电子发生还原反应，电极反应式为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋ 2H2O，由电极反应式可知，当PbO2得到2 mol电子时，正极增重64 g，则反应转移的电子数目为0.2 mol，正极增重6.4 g。
答案：(1)①CO2＋2e－===CO＋O2－ ②6∶5
(2)CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O CO2＋H2S===CO＋H2O＋S 酸性 (3)6.4
单元素养检测(四)(第四章)
(75分钟 100分)
一、选择题：本题共15小题，每小题3分，共45分。每小题只有一个选项符合题意。
1．(2021·北京东城区高二检测)下列防止钢铁腐蚀的方法不属于电化学防护的是( )
【解析】选D。将铁管道与直流电源的负极相连即为让金属作电解池的阴极，防止金属的腐蚀，属于电化学保护，故A不选；将钢铁输水管与金属镁相连，形成原电池，即让被保护金属作原电池的正极，防止金属的腐蚀，属于电化学保护，故B不选；将铁管道与锌相连，形成原电池，即让被保护金属作原电池的正极，防止金属的腐蚀，属于电化学保护，故C不选；在表面喷油漆是为了将金属和空气隔绝，防止金属生锈，不属于电化学防护，故D选。
2．(2021·泰安高二检测)如图所示，电流计指针发生偏转，同时A电极质量减少，B电极上有气泡产生，C为电解质溶液。下列说法错误的是( )
A.B电极为原电池的正极
B．C中阳离子向A极移动
C．A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸
D．A电极发生氧化反应
【解析】选B。B极上有气泡产生，则B极上发生得电子的还原反应，为正极，故A正确；B电极是原电池的正极，A电极为负极，原电池工作时，阳离子向正极移动，即阳离子向B极移动，故B错误；A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸，锌作负极，铜作正极，符合题干反应现象，故C正确；A极的质量减小，则A极材料发生失去电子的氧化反应，作原电池负极，故D正确。
3．图甲为一种新型污水处理装置，该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能。图乙为电解氯化铜溶液的实验装置的一部分。下列说法中不正确的是( )
A.a极应与X连接
B．N电极发生还原反应，当N电极消耗11.2 L(标准状况下) O2时，则a电极增重64 g
C．不论b为何种电极材料，b极的电极反应式一定为2Cl－－2e－===Cl2↑
D．若废水中含有乙醛，则M极的电极反应为
CH3CHO＋3H2O－10e－===2CO2↑＋10H＋
【解析】选C。根据题给信息知，甲图是将化学能转化为电能的原电池，N极氧气得电子发生还原反应生成水，N极为原电池的正极，M极废水中的有机物失电子发生氧化反应，M为原电池的负极。电解氯化铜溶液，由图乙氯离子移向b极，铜离子移向a极，则a为阴极应与负极相连，即与X极相连，b为阳极应与正极相连，即与Y极相连。根据以上分析，M是负极，N是正极，a为阴极应与负极相连即X极连接，故A正确；N是正极氧气得电子发生还原反应，a为阴极铜离子得电子发生还原反应，根据得失电子守恒，则当N电极消耗11.2 L(标准状况下)气体时，则a电极增重11.2 L÷22.4 L·mol－1×4÷2×64 g·mol－1＝64 g，故B正确；b为阳极，当为惰性电极时，则电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，当为活性电极时，反应式为电极本身失电子发生氧化反应，故C错误；若有机废水中含有乙醛，图甲中M极为CH3CHO失电子发生氧化反应，发生的电极反应为CH3CHO＋3H2O－10e－===2CO2↑＋10H＋，故D正确。
4．(2021·永州高二检测)我国固体氧化物燃料电池技术研发取得新突破。科学家利用该技术实现了H2S废气资源回收能量，并得到单质硫的原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.电极b为电池的负极
B．电路中每流过4 mol电子，正极消耗44.8 L H2S
C．电极b上的电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O
D．电极a上的电极反应为2H2S＋2O2－－4e－===S2＋2H2O
【解析】选D。正极O2即电极b得电子发生还原反应，则电极b为电池的正极，故A错误；气体存在的条件未知，不能确定体积大小，故B错误；电极b为O2得电子发生还原反应，电极反应为O2＋4e－===2O2－，故C错误；电极a失电子发生氧化反应，则电极反应为2H2S＋2O2－－4e－===S2＋2H2O，故D正确。
5．三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是( )
A.通电后中间隔室的SO离子向正极迁移，正极区溶液pH增大
B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C．负极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，负极区溶液pH降低
D．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成
【解析】选B。根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，在电解池中阴离子会向正电荷较多的阳极区定向移动，因此通电后中间隔室的SO离子向正极迁移；在正极区带负电荷的OH－失去电子，发生氧化反应而放电，由于破坏了附近的水的电离平衡，使溶液中c(H＋)>c(OH－)，所以正极区溶液酸性增强，溶液的pH减小，故A错误；阳极区氢氧根放电，溶液中产生硫酸，阴极区氢离子获得电子，发生还原反应而放电，破坏了附近的水的电离平衡，使溶液中
c(OH－)>c(H＋)，所以产生氢氧化钠，因此该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品，故B正确；负极区氢离子得到电子，使溶液中c(H＋)减小，所以负极区溶液pH升高，故C错误；当电路中通过1 mol电子的电量时，根据整个闭合回路中电子转移数目相等可知反应产生氧气的物质的量是
n(O2)＝1 mol÷4＝0.25 mol，故D错误。
6．(2021·成都高二检测)一种微生物燃料电池如图所示，下列关于该电池说法正确的是( )
A．a电极发生还原反应
B．H＋由右室通过质子交换膜进入左室
C．b电极反应式为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O
D．电池工作时，电流由a电极沿导线流向b电极
【解析】选C。b极上N元素的化合价降低，所以b是正极发生还原反应，故A错误；原电池中阳离子从负极移向正极，即H＋由左室通过质子交换膜进入右室，故B错误；b极上N元素的化合价降低，b是正极，发生还原反应，电极反应式为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，故C正确；原电池中电流从正极流向负极，电流由b电极沿导线流向a电极，故D错误。
7．用下列装置能达到预期目的的是( )
A.甲图装置可用于电解精炼铝
B．乙图装置可得到持续、稳定的电流
C．丙图装置可达到保护钢闸门的目的
D．丁图装置可达到保护钢闸门的目的
【解析】选D。电解精炼铝可以让粗铝作阳极，纯铝作阴极，电解质不能是氯化铝溶液，这样在阴极上会析出氢气，可以是熔融的氧化铝，A项错误；乙装置是原电池可以产生电流，但不能提供稳定的电流，产生的电流会迅速衰减，B项错误；丙图装置中，形成原电池，钢闸门是负极，易被腐蚀，不能达到保护钢闸门的目的，C项错误；丁图装置，形成电解池，钢闸门是阴极，不容易被腐蚀，可达到保护钢闸门的目的，D项正确。
8．Mg/LiFePO4电池的总反应为xMg2＋＋2LiFePO4xMg＋2Li1－xFePO4＋2xLi＋，该电池的装置示意图如图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时，Li＋通过锂离子导体膜向Mg极移动
B．充电时，阴极上的电极反应式为Mg2＋＋2e－===Mg
C．可以用磷酸溶液代替非水电解质以提高电解质的导电效率
D．若负极减少12 g，则有NA个电子经电解质由负极流向正极
【解析】选B。放电时为原电池，Li1－xFePO4/LiFePO4极为原电池正极、Mg为负极，阳离子移向正极，即Li＋通过锂离子导体膜向Li1－xFePO4/LiFePO4极移动，故A错误；原电池负极反应为Mg－2e－===Mg2＋，充电时原电池负极与外加电源负极相接，为阴极，阴极反应与原电池负极反应相反，即Mg2＋＋2e－===Mg，故B正确；Mg是活泼金属，能与磷酸反应，发生自损耗现象，即不能用磷酸溶液代替非水电解质，故C错误；负极减少12 g Mg，物质的量为＝0.5 mol，负极反应为Mg－2e－===Mg2＋，电路中转移电子0.5 mol×2＝1 mol，但电子不能进入电解质中，故D错误。
9．我国科学家发明了一种“可固氮”的锂氮二次电池，将可传递Li＋的醚类作电解质，电池的总反应为6Li＋N22Li3N。下列说法正确的是( )
A.固氮时，锂电极发生还原反应
B．脱氮时，钌复合电极的电极反应：2Li3N－6e－===6Li＋＋N2↑
C．固氮时，外电路中电子由钌复合电极流向锂电极
D．脱氮时，Li＋向钌复合电极迁移
【解析】选B。固氮时，锂电极失电子发生氧化反应，故A错误；脱氮时，钌复合电极的电极反应为正极反应的逆反应：2Li3N－6e－===6Li＋＋N2↑，故B正确；固氮时，外电路中电子由锂电极流向钌复合电极，故C错误；脱氮时，Li＋向锂电极迁移，故D错误。
10．已知过氧化氢在强碱性溶液中主要以HO存在。我国研究的AlH2O2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，装置示意图如图。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HO＋2e－＋H2O===3OH－
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
【解析】选C。根据电池装置图分析，可知Al较活泼，作负极，而燃料电池中阴离子往负极移动，因而可推知OH－(阴离子)穿过阴离子交换膜，往Al电极移动，A正确；Ni为正极，电子流入的一端，因而电极附近氧化性较强的氧化剂得电子，又已知过氧化氢在强碱性溶液中主要以HO存在，可知HO得电子变为OH－，故按照缺项配平的原则，Ni极的电极反应式是HO＋2e－＋H2O===3OH－，B正确；根据电池装置图分析，可知Al较活泼，Al失电子变为Al3＋，Al3＋和过量的OH－反应得到AlO和水，Al电极反应式为Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O，Ni极的电极反应式是HO＋2e－＋H2O===3OH－，因而总反应为2Al＋3HO===2AlO＋H2O＋ OH－，显然电池工作结束后，电解质溶液的pH升高，C错误；Al电极质量减轻13.5 g，即Al消耗了0.5 mol，Al电极反应式为Al－3e－＋
4OH－===AlO＋2H2O，因而转移电子数为0.5×3NA＝9.03×1023，D正确。
11．中国是一个严重缺水的国家，污水治理越来越引起人们重视，可以通过膜电池除去废水中的乙酸钠和对氯苯酚，其原理如图所示，下列说法不正确的是( )
A.电流方向从A极沿导线经小灯泡流向B极
B．B极为电池的阳极，电极反应式为CH3COO－－8e－＋4H2O===2HCO＋9H＋
C．当外电路中有0.2 mol e－转移时，通过质子交换膜的H＋的个数为0.2NA
D．A极的电极反应式为ClOH＋H＋＋2e－===Cl－＋OH
【解题指南】根据氢离子的移动方向判断原电池的正负极是解题的关键。要注意原电池的两极称为正负极，电解池的两极称为阴阳极。
【解析】选B。原电池工作时，电流从正极经导线流向负极，即电流方向从A极沿导线经小灯泡流向B极，故A正确；B极为电池的负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为CH3COO－－8e－＋4H2O===2HCO＋9H＋，B极不是阳极，故B错误；根据电子守恒可知，当外电路中有0.2 mol e－转移时，通过质子交换膜的H＋的个数为0.2NA，故C正确；A为正极，得到电子，发生还原反应，正极有氢离子参与反应，电极反应式为ClOH＋2e－＋H＋===OH＋Cl－，故D正确。
12．(2021·哈尔滨高二检测)海泥细菌电池作为一种新型电池是一种新型海洋可再生能源技术。海泥细菌电池可以作为电源在海底原位长期驱动检测仪器，在海底仪器电源自供给技术及其长期运行方面具有良好的应用前景，将来有望服务于“透明海洋”研究等海洋开发的诸多方面。下列有关海泥细菌电池原理的说法不正确的是( )
A.电子在外电路中由B极流向A极
B．正极发生的反应O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．每当有1 mol质子穿过海泥、海水交界面时，A极消耗5.6 L O2
D．海水和海泥作为电极电解质的一部分富含盐分，导电性高，内阻小，有利于电池电能输出
【解析】选C。由图可知，A极是正极，B极是负极，电子由负极B经过用电器流向正极A，故A正确；A极是原电池正极，正极上O2得电子生成H2O，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故B正确；当有1 mol质子穿过海泥、海水交界面时，电路中转移1mol电子，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，则A极消耗0.25 mol O2，标准状况下的体积为0.25 mol×22.4 L·mol－1＝5.6 L，但选项中没有已知气体的存在状态，所以A极消耗O2的体积不一定是5.6 L，故C错误；海水和海泥作为电极电解质的一部分富含盐分，可增强水的导电性，减小导电阻力，有利于电池电能及时输出，故D正确。
13．(2021·济南高二检测)受新冠病毒疫情的影响，某市使用了大量漂白粉进行消毒，产生了大量污水(含Cl－)，利用ECT电解水处理器处理上述污水的简化模型图如图，通电后让水垢在阴极表面析出，并采用智能清扫系统去除阴极表面的水垢；让阳极产生游离氯、臭氧等继续杀灭病毒，并防止微生物污染。下列有关说法正确的是( )
A.a极为阴极
B．处理污水时，Cl－移向a极，b极附近溶液的pH减小
C.阳极上产生臭氧的电极反应式为O2＋2OH－－2e－===O3＋H2O
D．为了降低原材料成本，可将多孔铂电极a换成Fe电极
【解析】选C。根据题干信息(通电后水垢在阴极表面析出)和装置图中信息可知：多孔铂电极b为阴极，与电源的负极相连，则a电极为阳极，电解含Cl－的污水，则阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，OH－结合Ca2＋生成水垢Ca(OH)2析出，阳极通入空气，氧气在阳极上产生臭氧的反应式为O2＋2OH－－2e－===O3＋H2O，据此分析解答。
通电后水垢在阴极表面析出，则装置图中b为阴极，a为阳极，故A错误；处理污水时，阴离子Cl－移向阳极a，阴极生成Ca(OH)2析出，则阴极b附近溶液的pH增大，故B错误；阳极a通入空气，氧气在阳极上产生臭氧的反应式为O2＋2OH－－2e－===O3＋H2O，故C正确；Fe是比较活泼金属，易被阳极生成的Cl2、O3氧化，导致游离氯、臭氧减少，杀菌效果减弱，所以多孔铂电极a不能换成Fe电极，故D错误。
14．(2021·福州高二检测)如图是某工厂用NO气体制取NH4NO3溶液的过程，下列说法不正确的是( )
A.阳极的电极反应式为NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋
B．物质B与物质C是同一种物质
C．A物质可为氨气
D．阴、阳两极转移的电子数之比为1∶1
【解析】选B。阳极NO失电子发生氧化反应生成NO，电极反应式是NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋，故A正确；阴极是NO得电子发生还原反应生成铵根离子，所以B是铵根离子，C是硝酸根离子，故B错误 ；阳极反应为NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋，阴极反应为NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O，从两极反应可看出，要使得失电子守恒，阳极产生的NO的物质的量大于阴极产生的NH的物质的量，因此若要使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充NH3，故C正确；电解过程中两个电极转移电子数一定相等，阴、阳两极转移的电子数之比为1∶1，故D正确。
15．2019年3月，我国科学家研发出一种新型的锌碘单液流电池，其原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.放电时B电极反应式为I2＋2e－===2I－
B．放电时电解质储罐中离子总浓度增大
C．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜
D．充电时，A极增重65 g时，C区增加离子数为4NA
【解析】选C。放电时，B电极为正极，I2得到电子生成I－，电极反应式为I2＋2e－===2I－，A正确；放电时，左侧即负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，所以储罐中的离子总浓度增大，B正确；离子交换膜是防止正负极I2、Zn接触发生反应，负极区生成Zn2＋、正电荷增加，正极区生成I－、负电荷增加，所以Cl－通过M膜进入负极区，K＋通过N膜进入正极区，所以M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜，C错误；充电时，A极反应式Zn2＋＋2e－===Zn，A极增重65 g转移2 mol电子，所以C区增加2 mol K＋、2 mol Cl－，离子总数为4 NA，D正确。
二、非选择题：本题共5小题，共55分。
16．(10分)高铁酸钾(K2FeO4)是一种强氧化剂，可作为水处理剂和高容量电池材料。
(1)FeCl3和KClO在强碱性条件下反应可制取K2FeO4，其反应的离子方程式为_______________________________________________________。
(2)K2FeO4Zn也可以组成碱性电池，Zn作为负极材料，电极反应式为________________________，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应式为________________________，该电池总反应的离子方程式为____________________________________________________。
【解析】(1)FeCl3和KClO在强碱性条件下反应，实质是ClO－氧化Fe3＋，ClO－的还原产物是Cl－，FeCl3氧化成目标产物(K2FeO4)。(2)Zn作负极，失去电子，在碱性环境中Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，K2FeO4作正极，＋6价铁元素得到电子，在碱性环境中FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－；书写总反应的离子方程式时，关键是抓住Fe和Zn的存在形式分别是Fe(OH)3和Zn(OH)2。
答案：(1)2Fe3＋＋3ClO－＋10OH－===
2FeO＋5H2O＋3Cl－
(2)Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－
2FeO＋8H2O＋3Zn===
2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4OH－
17．(10分)钢铁在自然界中的腐蚀比较普遍。
(1)远洋轮船的钢铁船体在海水中易发生电化学腐蚀中的________腐蚀。为防止这种腐蚀，通常把船体与浸在海水里的Zn块相连，或与像铅酸蓄电池这样的直流电源的________(填“正”或“负”)极相连。
(2)若用钢铁(含Fe、C)制品盛装NaClO溶液会发生电化学腐蚀，钢铁制品表面生成红褐色沉淀，溶液会失去漂白、杀菌消毒功效。该电化学腐蚀过程中的正极反应式为________________________________。
(3)铁器深埋地下，也会发生严重的电化学腐蚀，原因是一种称为硫酸盐还原菌的细菌，能提供正极反应的催化剂，将土壤中的SO还原为S2－，试写出该电化学腐蚀的正极反应式________________________。
【解析】(1)海水呈弱碱性，故轮船的钢铁船体在海水中易发生吸氧腐蚀，钢铁与外接电源负极相连，充当电解池的阴极，得到保护。
(2)ClO－在正极得电子生成Cl－和OH－，故正极电极反应式为ClO－＋H2O＋2e－===2OH－＋Cl－。
(3)SO在正极得电子生成S2－和OH－，故正极电极反应式为SO＋8e－＋4H2O===S2－＋8OH－。
答案：(1)吸氧 负
(2)ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋2OH－
(3)SO＋8e－＋4H2O===S2－＋8OH－
18．(10分)钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠(Na2Sx)分别作为两个电极的反应物，固体Al2O3陶瓷(可传导Na＋)为电解质，其反应原理如图所示：
(1)根据下表数据，请你判断该电池工作的适宜温度应控制在________范围内(填字母序号)。
物质
Na
S
Al2O3
熔点/℃
97.8
115
2 050
沸点/℃
892
444.6
2 980
a.100 ℃以下 b．100～300 ℃
c．300～350 ℃ d．350～2 050 ℃
(2)放电时，电极A为______极。
(3)放电时，内电路中Na＋的移动方向为______(填“从A到B”或“从B到A”)。
(4)充电时，总反应为Na2Sx===2Na＋xS(3
答案：(1)c (2)负 (3)从A到B
(4)S－2e－===xS
19．(11分)如图是一个电化学原理的示意图。已知甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O 填写下列空白：
(1)请写出甲、乙两池的名称。甲电池是____________________________，乙池是_________________________________________。
(2)甲池中通入CH3OH的电极名称是______________，电极反应方程式为____________；乙池中B(石墨)电极的名称是____________________。
(3)电解过程中，乙池溶液pH的变化为(“升高”“降低”或“不变”)______________。
(4)当乙池中A(Fe)极的质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O2__________mL(标准状况下)。
(5)若乙池中的AgNO3换成一定量CuSO4溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH，则电解过程中转移的电子数为____________mol。(忽略溶液体积的变化)
【解析】(1)甲池能自发进行氧化还原反应而构成原电池，乙池有外接电源，所以乙池为电解池；
(2)根据2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O知，CH3OH发生氧化反应，所以该电极是负极，反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O；O2发生还原反应，所以该电极是正极；乙池中B(石墨)电极与原电池的正极相连，所以石墨电极B是阳极，
(3)乙池中石墨电极B是阳极，A为阴极，离子放电顺序为阳离子 Ag＋＞H＋，阴离子OH－＞NO，依据氧化还原反应的电子守恒，结合反应的物质书写化学方程式：4AgNO3＋2H2O4Ag↓＋O2↑＋4HNO3，生成酸，所以pH变化为降低；
(4)乙池中A(Fe)极发生Ag＋＋e－===Ag，质量增加5.40 g时，n(Ag)＝＝0.05 mol，转移0.05 mol电子，则根据得失电子守恒，理论上消耗O2标准状况下的体积为 mol×22 400 mL·mol－1＝280 mL；
(5)乙池加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH，发生如下电解：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4、2H2O2H2↑＋O2↑，Cu(OH)2从组成上可看成CuO·H2O，根据“析出什么加入什么”的原则知，析出的物质是氧化铜和水，则阴极上析出氢气和铜，生成0.1 mol铜转移电子＝0.1 mol×2＝0.2 mol，根据原子守恒知，生成0.1 mol水需要0.1 mol氢气，生成0.1 mol氢气转移电子＝0.1 mol×2＝0.2 mol，所以电解过程中共转移电子数为0.4 mol。
答案：(1)原电池 电解池 (2)负极 CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O 阳极 (3)降低 (4)280 (5)0.4
20．(14分)(1)(2020·全国Ⅱ卷节选)CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如图所示：
①阴极上的反应式为_____________________________________________。
②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为________。
(2)我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为
①EDTA－Fe2＋－e－===EDTA－Fe3＋
②2EDTA－Fe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTA－Fe2＋
该装置工作时，阴极的电极反应：________________；协同转化总反应：____________；若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA－Fe3＋/EDTA－Fe2＋，溶液需为________(填“碱性”“中性”或“酸性”)。
(3)以石墨为电极，电解Pb(NO3)2溶液制备PbO2，若电解过程中以铅蓄电池为电源，当电解装置中阳极增重23.9 g时(忽略副反应)，理论上蓄电池正极增重__________g。
【解析】(1)①由装置图知为电解装置，电极A为阴极，由球棍模型可知反应物为CO2，产物为CO，固体电解质传递O2－，则电极反应式为CO2＋2e－===CO＋O2－。②由球棍模型知，阳极的反应物为甲烷，生成物为乙烷、乙烯和水。生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，即物质的量之比为2∶1，设物质的量分别为2 mol、1 mol，由原子守恒知消耗的CH4的物质的量为(2 mol＋1 mol)×2＝6 mol，转移电子的物质的量为2 mol×2×2＋1 mol×2×1＝10 mol，则消耗的CO2的物质的量为10 mol÷2＝5 mol，则消耗的CH4和CO2的物质的量之比为6∶5，即体积比为6∶5。
(2)石墨烯作阳极，ZnO@石墨烯作阴极，CO2被还原生成CO，电极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O；石墨烯作阳极，阳极Fe2＋失电子生成Fe3＋，Fe3＋继续与H2S反应生成Fe2＋与S，故协同转化总反应为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，Fe2＋、Fe3＋易水解，只能在酸性条件下存在；
(3)电解Pb(NO3)2溶液制备PbO2时，阳极上铅离子失电子发生氧化反应生成二氧化铅，电极反应式为Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2↓＋4H＋，23.9 g PbO2的物质的量为0.1 mol，反应转移的电子数目为0.2 mol，蓄电池正极为PbO2，PbO2得电子发生还原反应，电极反应式为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋ 2H2O，由电极反应式可知，当PbO2得到2 mol电子时，正极增重64 g，则反应转移的电子数目为0.2 mol，正极增重6.4 g。
答案：(1)①CO2＋2e－===CO＋O2－ ②6∶5
(2)CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O CO2＋H2S===CO＋H2O＋S 酸性 (3)6.4
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