人教版高中化学选择性必修1化学反应原理第四章测评含答案

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第四章测评
一、选择题(本题包括9小题,每小题3分,共计27分。每小题只有一个选项符合题意)
1.下列叙述正确的是(　　)
A.电解质溶液导电的过程实际上就是电解的过程
B.氢氧燃料电池的负极反应式:O2+2H2O+4e-4OH-
C.粗铜精炼时,电解质溶液中铜离子浓度保持不变
D.铁与稀硫酸反应时,加入过量硫酸铜溶液,可使反应速率加快
2.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],四甲基氢氧化铵是一种强碱。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
3.下列说法正确的是(　　)

选项
A
B
说法
通电一段时间后,搅拌均匀,溶液的pH增大
此装置可实现铜的精炼
实验装置


选项
C
D
说法
盐桥中的K+移向FeCl3溶液
若观察到甲烧杯中石墨电极附近先变红,则乙烧杯中铜电极为阳极
实验装置



4.某兴趣小组设计如下微型实验装置。实验时,先断开K2,闭合K1,两极均有气泡产生;一段时间后,断开K1,闭合K2,发现电流表指针偏转,下列有关描述正确的是(　　)

A.断开K2,闭合K1时,总反应的离子方程式为2H++2Cl-Cl2↑+H2↑
B.断开K2,闭合K1时,石墨电极附近溶液变红
C.断开K1,闭合K2时,铜电极上的电极反应为Cl2+2e-2Cl-
D.断开K1,闭合K2时,石墨电极作正极
5.锂-空气电池原理如图所示,下列说法错误的是(　　)

A.电池正极可以吸附空气中氧气作为氧化剂
B.正极的电极反应式为2Li++O2+2e-Li2O2
C.电解质能传递锂离子和电子,不可以用水溶液
D.负极的电极反应式为Li-e-Li+
6.利用反应6NO2+8NH37N2+12H2O构成电池的装置如图所示。下列说法正确的是(NA表示阿伏加德罗常数的值)(　　)

A.电子从右侧B电极经过负载后流向左侧A电极
B.当有2.24 L NO2被处理时,转移电子数为0.4 NA
C.A电极的电极反应式为2NH3-6e-N2+6H+
D.为使电池持续放电,离子交换膜需选用阴离子交换膜
7.我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池,其工作原理如图。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
8.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
9.太阳能路灯蓄电池是磷酸铁锂电池,其工作原理如图。M电极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体),电解质为一种能传导Li+的高分子材料,隔膜只允许Li+通过,电池反应式为LixC6+Li1-xFePO4LiFePO4+C6。下列说法正确的是(　　)

A.放电时Li+从左边移向右边,PO43-从右边移向左边
B.放电时,正极反应式为Li1-xFePO4+xLi++xe-LiFePO4
C.充电时M极连接电源的负极,电极反应式为C6+xe-C6x-
D.充电时电路中通过2.0 mol电子,产生28 g Li
二、选择题(本题包括4小题,每小题4分,共计16分。每小题只有一个或两个选项符合题意。若正确答案只包括一个选项,多选时,该小题得0分;若正确答案包括两个选项,只选一个且正确的得2分,选两个且都正确的得满分,但只要选错一个,该小题就得0分)
10.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:2H2O+2e-H2↑+2OH―
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
11.1 L某溶液中含有的离子如表:

离子
Cu2+
Al3+
NO3-
Cl-
物质的量浓度/(mol·L-1)
1
1
a
1

用惰性电极电解该溶液,当电路中有3 mol e-通过时(忽略电解时溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象),下列说法正确的是(　　)
A.电解后溶液的pH=0
B.a=3
C.阳极生成1.5 mol Cl2
D.阴极析出的金属只有铜
12.某研究小组设计如下装置处理pH为5~6的污水。下列说法正确的是(　　)

A.阳极的电极反应式为Fe-3e-Fe3+
B.正极的电极反应式为O2+2CO2+4e-2CO32-
C.若阴极转移2 mol电子,则负极消耗5.6 L CH4
D.污水中最终产生的Fe(OH)3因吸附污物而形成沉淀
13.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的值)
C.装置Ⅲ用碱性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
三、非选择题(共57分)
14.(14分)如图是一个电化学过程的示意图。

请回答下列问题:
(1)图中甲池是　　　　　　(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)。 
(2)A(石墨)电极的名称是　　　　(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)。 
(3)写出通入CH3OH的电极的电极反应式:  　。 
(4)乙池中反应的化学方程式为　, 
当乙池中B(Ag)极质量增加5.4 g时,甲池中理论上消耗O2的体积为　　　　　　 L(标准状况下),若乙池溶液为50 mL,此时乙池溶液的pH为　　　　　　　　。 
此时丙池中某电极析出1.6 g某金属,则丙池中的某盐溶液可能是　　　　。 
A.MgSO4溶液
B.CuSO4溶液
C.NaCl溶液
D.AgNO3溶液
15.(14分)铁、铝及其化合物在生产和生活中有着广泛的应用。
(1)某研究性学习小组设计了如图所示装置探究钢铁的腐蚀与防护。

为防止金属Fe被腐蚀,可以采用上述　　　　(填装置序号)装置原理进行防护;装置③中总反应的离子方程式为　。 
(2)用甲烷或其他有机物、氧气为原料可设计成原电池,以CnH2nOn、O2为原料,硫酸为电解质溶液设计成燃料电池,则负极的电极反应式为　 。 
(3)图1是在金属锌板上贴上一张用某溶液浸湿的滤纸,图2是NaBH4/H2O2燃料电池。

图1


图2

图2电池负极区的电极反应为　 ; 
图1若用硫酸钠和酚酞的混合溶液浸湿滤纸,用导线将a、b直接相连,则滤纸出现　　　　　　　　色,c位置的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　,若用KI-淀粉溶液浸湿滤纸,用导线将a、b与A、B电极相连,铅笔芯c点处出现蓝色,则b接的是　　(填“A”或“B”)电极。 
16.(14分)钒(V)及其化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域。
(1)V2O5是接触法制硫酸的催化剂。
①一定条件下,SO2与空气反应t min后,SO2和SO3物质的量浓度分别为a mol·L-1和b mol·L-1,则SO2起始物质的量浓度为　　　　　　 mol·L-1;生成SO3的化学反应速率为　　　　 mol·L-1·min-1。 
②工业制硫酸,尾气SO2用　　　　吸收。 
(2)全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置,其原理如图所示。


溶液c(H+)=2.0 mol·L-1
阴离子为SO42-
离子颜色为:
V2+紫色,V3+绿色
VO2+蓝色,VO2+黄色
①当左槽溶液逐渐由黄变蓝时,其电极反应式为　。 
②充电过程中,右槽溶液颜色逐渐由　　色变为　　色。 
③放电过程中氢离子的作用是　　　　　　　　　　　　和　; 
充电时若转移的电子数为3.01×1023,左槽溶液中n(H+)的变化量为　　　　　　　。 
17.(15分)(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向饱和食盐水中通入CO2和NH3时,应先通入　　　　;上述流程中循环使用的物质有　　　　　　。 
③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　　　　(填字母)。 
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


第四章测评
1.A　氢氧燃料电池的负极发生失去电子的氧化反应,氢气放电,B项错误;粗铜精炼时,阳极是粗铜,粗铜中的Fe、Zn等杂质也会失去电子,而阴极始终是Cu2+放电,因此电解质溶液中Cu2+浓度降低,C项错误;铁与稀硫酸反应时,加入过量硫酸铜溶液,铁全部被Cu2+氧化,难以生成氢气,D项错误。
2.D　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项错误。(CH3)4NOH在阴极区e处收集到,故C项错误;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项正确。
3.C　电解稀硫酸,相当于是电解其中的水,通电一段时间后,溶剂减少,溶液中硫酸的浓度增大,溶液的pH减小,A项错误;电解精炼铜时,粗铜应与电源正极相连,纯铜与电源负极相连,B项错误;此原电池中铜电极为负极,石墨电极为正极,阳离子K+向正极移动,C项正确;甲烧杯中石墨电极附近先变红说明甲烧杯石墨电极附近有OH-生成,则此电极为阴极,铁电极为阳极,所以直流电源M为正极,N为负极,与负极N相连的铜电极为阴极,D项错误。
4.D　断开K2,闭合K1时,为电解池,两极均有气泡产生,表明石墨为阳极,Cu为阴极,电解饱和食盐水的离子方程式为2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-,A项错误;石墨电极处产生Cl2,Cu电极处产生H2和OH-,铜电极附近溶液变红,B项错误;断开K1,闭合K2时,为原电池,Cu为负极,发生氧化反应:H2-2e-+2OH-2H2O,而石墨为正极,发生还原反应,电极反应为Cl2+2e-2Cl-,C项错误,D项正确。
5.C　多孔电极作正极,吸附空气中的氧气作为氧化剂,氧气得到电子,发生还原反应,电极反应式为2Li++O2+2e-Li2O2,A、B项正确。电子从锂电极流出,经外接导线,流入多孔电极;电子不能通过电解质,C项错误。金属锂电极失去电子,发生氧化反应,作负极,电极反应式为Li-e-Li+,D项正确。
6.D　在原电池中,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,根据反应6NO2+8NH37N2+12H2O可知,通入氨气的电极为负极,通入二氧化氮的电极为正极。电子从负极流出,流向正极,则电子从左侧电极经过负载后流向右侧电极,A项错误;NO2的状态未知,故无法计算2.24 L NO2的物质的量,因此无法计算转移的电子数,B项错误;A电极为负极,发生氧化反应,电极反应式为2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O,C项错误;原电池工作时,阴离子向负极移动,为使电池持续放电,离子交换膜需选用阴离子交换膜,D项正确。
7.D　根据电池的工作原理示意图可知,放电时a电极上I2Br-转化为Br-和I-,电极反应为I2Br-+2e-2I-+Br-,A项正确;放电时正极区I2Br-转化为Br-和I-,负极区Zn转化为Zn2+,溶液中离子的数目增大,B项正确;充电时b电极发生反应Zn2++2e-Zn,b电极增重0.65 g时,转移0.02 mol e-,a电极发生反应2I-+Br--2e-I2Br-,根据各电极上转移电子数相同,则有0.02 mol I-被氧化,C项正确;放电时a电极为正极,充电时,a电极为阳极,接外电源正极,D项错误。
8.D　该电解池中,Ag作阳极,Fe作阴极,是在铁上镀银的过程。随着电解的进行,c(Ag+)不变,c(AgNO3)不变,溶液的pH不变,①②⑤正确。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,③④错误,答案选D。
9.B　M电极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体),含有Li单质。M电极为负极,放电时,阳离子向正极移动,Li+从左向右移动,隔膜只允许Li+通过,PO43-不能通过,A项错误;放电时,正极得到电子,Li1-xFePO4变成LiFePO4,根据元素守恒和电荷守恒,正极反应式为Li1-xFePO4+xLi++xe-LiFePO4,B项正确;放电时,M为负极,充电时M为阴极,连接电源的负极,生成LixC6,电极反应式为C6+xLi++xe-LixC6,C项错误;碳是锂的载体,根据C6+xLi++xe-LixC6,转移x mol e-得到x mol Li,则转移2 mol e-,生成2 mol Li单质,其质量为14 g,D项错误。
10.BD　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,为正极,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH―,A说法正确;半导体电极上H2O→O2,发生氧化反应,为负极,B说法错误;阳离子向正极移动,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。
11.AD　根据离子的放电顺序及电子守恒可知,电路中有3 mol e-通过时,阴极上1 mol Cu2+先放电,然后水电离产生的1 mol H+放电(Al3+不放电),阳极上首先1 mol Cl―放电只能产生0.5 mol Cl2,然后水电离产生的2 mol OH―放电,因此溶液中生成1 mol H+,则H+浓度为1 mol·L-1,pH=0,故A、D项正确,C项错误。根据电荷守恒2c(Cu2+)+3c(Al3+)=1×c(NO3―)+1×c(Cl―),2×1 mol·L-1+3×1 mol·L-1=c(NO3―)+1 mol·L-1,因此c(NO3―)=4 mol·L-1,则a=4,B项错误。
12.BD　Fe作为电解池的阳极,发生如下反应:Fe-2e-Fe2+,A项错误;燃料电池中,正极反应为O2得到电子,由电池的电解质为熔融碳酸盐知,正极反应式为O2+2CO2+4e-2CO32-,B项正确;转移2 mol电子,消耗CH4的物质的量为0.25 mol,标准状况下,消耗CH4的体积为5.6 L,但选项中没有明确气体所处状态,则无法确定CH4的体积,C项错误;Fe2+能被氧气氧化成Fe3+,Fe3+水解生成Fe(OH)3胶体,Fe(OH)3胶体可以吸附污物而形成沉淀,D项正确。
13.C　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项正确;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,产生4 mol H+,生成H+的数目等于4NA,B项正确;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项错误;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项正确。
14.答案 (1)原电池
(2)阳极
(3)CH3OH-6e-+8OH-CO32-+6H2O
(4)4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3　0.28　0　BD
解析 (1)根据图中信息,甲池是燃料电池,即为原电池,通入氧气的电极为电池的正极,通入CH3OH的电极为负极,其他两个装置为电解池。
(2)A与电池的正极相连接,故为阳极。
(3)通CH3OH的电极为负极,发生氧化反应,电极反应为CH3OH-6e-+8OH-CO32-+6H2O。
(4)乙池是电解AgNO3溶液,电解反应方程式为4AgNO3+2H2O4Ag+4HNO3+O2↑;当乙池中B(Ag)极质量增加5.4 g时,得到的电子的物质的量为5.4108 mol=0.05 mol,由得失电子守恒可知,生成氧气的物质的量为0.054 mol=0.012 5 mol,在标准状况下的体积为0.012 5 mol×22.4 L·mol-1=0.28 L。生成的n(H+)=n(e-)=0.05 mol,c(H+)=0.05mol0.05 L=1 mol·L-1,pH=0
若此时丙池中某电极析出1.6 g某金属,设该金属为+2价金属,则M=1.6 g0.05mol2=64 g·mol-1,则该金属为Cu,故B符合,若丙为稀的AgNO3溶液,当析出1.6 g Ag时AgNO3被完全电解,故D也有可能。
15.答案 (1)②③　2Cl-+2H2O2OH-+Cl2↑+H2↑
(2)CnH2nOn-4ne-+nH2OnCO2+4nH+
(3)BH4--8e-+8OH-BO2-+6H2O　红　O2+2H2O+4e-4OH-　B
解析 (1)①装置为原电池,铁为负极,被腐蚀;②装置为原电池,锌为负极被腐蚀,铁作正极被保护;③装置为电解池,铁作阴极被保护。装置③中铁被保护,实际是电解饱和食盐水,生成氢氧化钠、氢气和氯气,离子方程式为2Cl-+2H2O2OH-+Cl2↑+H2↑。
(2)燃料电池中燃料作负极,反应失去电子,在酸性条件下生成二氧化碳,电极反应式为CnH2nOn-4ne-+nH2OnCO2+4nH+。
(3)NaBH4/H2O2燃料电池中负极上BH4-发生氧化反应,电极反应式为BH4--8e-+8OH-BO2-+6H2O,即A为负极,B为正极。若用硫酸钠和酚酞的混合溶液浸湿滤纸,形成原电池,锌失去电子,铅笔芯为正极,电极反应式是O2+2H2O+4e-4OH-,因此酚酞变红色;若用KI淀粉溶液浸湿滤纸,c处出现蓝色,则c处发生反应2I--2e-I2,则铅笔为阳极,则b接电池正极,即b连接B电极。
16.答案 (1)①a+b　bt　②氨水
(2)①VO2++2H++e-VO2++H2O　②绿　紫　③参与正极反应　通过交换膜定向移动使电流通过溶液
0.5 mol
解析 (1)①根据反应t min后生成b mol·L-1SO3,因此该过程消耗b mol·L-1SO2,故起始时SO2的浓度为(a+b) mol·L-1;SO3的生成速率v=bt mol·L-1·min-1。②SO2为酸性气体,可以用氨水吸收。
(2)①左侧由黄变蓝,即由VO2+变成VO2+,电极反应式为VO2++2H++e-VO2++H2O。②充电过程中V3+得电子生成V2+,颜色由绿色变成紫色。③放电过程中氢离子的作用是参与正极反应和通过交换膜定向移动使电流通过溶液;充电时左槽发生的反应为VO2++H2O-e-VO2++2H+,若转移的电子数为3.01×1023即0.5 mol时,生成1 mol氢离子,从左槽到右槽有0.5 mol H+通过交换膜,则左槽溶液中n(H+)的变化量为0.5 mol。
17.答案 (1)①石灰乳　②NH3　NH3、CO2　③H2　N2+3H2O+6e-2NH3+3O2-
(2)①A　②2H2O-4e-O2↑+4H+　③BC
解析 (1)①粗盐中含有Ca2+和Mg2+,要除去这两种离子需要加入石灰乳和碳酸钠,因为除杂过程中加入试剂均过量,所以应先加入石灰乳,过量的Ca2+用碳酸钠除去。②向饱和食盐水中应先通入NH3达到饱和,再通入过量CO2,使溶液中析出尽可能多的NaHCO3晶体。
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图1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,电极反应式分别为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+,所以该电池处于放电状态,故A项正确;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项错误;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项错误;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项正确。