2014届高三化学三轮复习电化学专题训练

典型例题 

【例1】⑴今有2H₂+O₂ 2H₂O反应，构成燃料电池，则负极通的应是          ，正极通的应是            ，电极反应式为负极：                      ，正极：                          。

⑵若把KOH改为稀H₂SO₄作电解质，则电极反应式为负极：                  ，正极：             。

⑴和⑵的电解质不同，反应进行后，其溶液的pH个有什么变化                            。

⑶若把H₂改为CH₄，用KOH作电解质，则电极反应式为负极：                                                          ，

正极                                   。

 题例1【答案】⑴H₂、O₂；负极：2H₂+4OH^- －4e^- =4H₂O，正极：O₂+2H₂O+4e^- =4OH^-；⑵负极：2H₂－4e^- =4 H⁺，正极：O₂+4 H⁺+4e^- =2H₂O；pH变小；pH变大；⑶负极：CH₄＋１０OH^-－８e^- = CO₃^2-+７H₂O，正极：２O₂+４H₂O+８e^- =８OH^-。

【例2】 右图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极。

通电一段时间后，在c、d两极上共收集到336mL（标准状态）气体。回答：

（1）直流电源中，M为                   极。

（2）Pt电极上生成的物质是              ，其质量为       __g。

（3）电源输出的电子，其物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为：2∶_∶_∶    。

（4）AgNO₃溶液的浓度（填增大、减小或不变。下同）     ，AgNO₃溶液的pH     ，H₂SO₄溶液的浓度           ，H₂SO₄溶液的pH      ___。

（5）若H₂SO₄溶液的质量分数由5.00%变为5.02%，则原有5.00%的H₂SO₄溶液为             g。

例2【答案】（1）正；（2）Ag、2.16；（3）2：0.5：1；（4）不变、不变、增大、减小；（5）45.18。

【例3】下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g 5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO₄溶液和100g 10.00%的K₂SO₄溶液，电极均为石墨电极。

（1）接通电源，经过一段时间后，测得丙中K₂SO₄浓度为10.47%，乙中c电极质量增加。

据此回答问题：

①电源的N端为    极；

②电极b上发生的电极反应为                   ；

③列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积：                         ；

④电极c的质量变化是               g；

⑤电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因

甲溶液              ；乙溶液              ；丙溶液                   ；

（2）如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行，为什么                        。

【例3】答案：（1）①正极   ②4OH^－-4e^－=2H₂O + O₂↑。③2.8L  ④16g  ⑤甲增大，因为相当于电解水；乙减小，OH^－放电， H^＋增多。丙不变，相当于电解水。（2）可以  因为CuSO₄溶液已转变为H₂SO₄溶液，反应也就变为水的电解反应

【例4】 室温下，在实验室中电解500mL某0.03mol/L的NaCl溶液，通电一段时间后溶液的pH从7增加到12时（设电解时溶液的体积变化忽略不计），则阴极产生气体的体积（标准状况）和溶液中NaCl的浓度分别为（  ）

A. 112mL, 0.02mol/L    B. 56mL, 0.02mol/L  C. 56mL, 0.04mol/L      D. 112mL, 0.04mol/L

【例4】解析：室温下，pH=12时， ，生成的 的物质的量为

。由电极反应中电子转移数相等，推导出电子与各物质之间物质的量的关系为： 。由生成的 的物质的量可直接求得

参加反应的NaCl的物质的量为 。剩余NaCl的浓度为

，生成的H₂为 。答案：B

能力提升

1、500 mL KNO₃和Cu(N0₃)₂的混合溶液中c(NO₃^－)＝6．0 mol·L^－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22．4 L气体（标准状况），假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是(     )

A.原混合溶液中c(K^＋)为1 mol·L^－1           B.上述电解过程中共转移4 mol电子

C.电解得到的Cu的物质的量为0．5 mol       D.电解后溶液中c(H^＋)为2 mol·L^－1

1、解析：两极反应为：阴极 Cu^2＋+2e^－=Cu   2H^＋+2e^－=H₂↑ 阳极：4OH^－-4e^－=O₂↑+2H₂O,两极都收集1mol气体，由阳极得到转移电子为4mol，又知生成1molH₂转移电子2mol，根据电子得失守恒，n（Cu^2＋）=1mol.再通过离子所带电荷的守恒,在500 mL KNO₃和Cu(N0₃)₂的混合溶液中存在关系：2c(Cu^2＋)+c(K^＋)=c(NO₃^-)，可以求出c(K^＋)=2 mol·L^－1  .电解过程中消耗的n(OH^－)=4mol,则溶液中留下4mol的H^＋,c(H^＋)=8mol·L^－1 .

答案：B

2、如下图所示，若电解5min时铜电极质量增加2.16g，试回答：

 

（1）电源电极X名称为_____________。

（2）pH变化：A___________, B__________, C__________。

（3）通电5min时，B中共收集224mL气体（标况），溶液体积为200mL。（设电解前后无体积变化）则通电前CuSO₄溶液的物质的量浓度为__________。

（4）若A中KCl溶液的体积也是200mL，电解后，溶液的pH是___________（设前后体积无变化）。

解析：（1）因为Cu电极增重，说明溶液中的Ag⁺在此极析出，所以Cu极为阴极，Ag极为阳极，那么与Ag极相连的电源Y极为正极，X极为负极。（2）电解KCl溶液时，阴极上2H⁺+2e^-=H₂↑，溶液pH增大，电解CuSO₄和K₂ SO₄溶液时，阳极4OH^- - 4e^-=2H₂O+O₂↑，溶液pH减小。电解AgNO₃溶液实质是电镀，溶液浓度不变，故pH不变。（3）C中铜电极增加2.16gAg，通过的电子为n(e^-)= 0.02mol，因为串联电池，每个电极通过的电子均为0.02mol，B中阳极4OH^- - 4e^-=2H₂O+O₂↑，放出O₂为 =0.005mol，阴极放出H₂为：0.01mol-0.005mol=0.005mol，根据H₂的物质的量推知H⁺得电子2×0.005mol，则Cu²⁺得电子为0.02mol -2×0.005mol， CuSO₄ 的浓度为： 。

（4）A中阴极2H⁺+2e^-=H₂↑，H⁺减少n(H⁺)=0.02mol，

c(OH^-) = ,pH=13。

答案：（1）负极（2）增大；减小；不变（3）0.025mol/L（4）13。

3、（1）肼（N₂H₄）又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。已知在101kPa时，32.0gN₂H₄在氧气中完全燃烧生成氮气，放出热量624kJ（25℃时），N₂H₄完全燃烧反应的热化学方程式是                              。

（2）肼—空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%~30%的KOH溶液。

 肼—空气燃料电池放电时：

正极的电极反应式是                                   。

 负极的电极反应式是                                   。

（3）下图是一个电化学过程示意图。

 

 

 

 

 

 

①锌片上发生的电极反应是                          。

②假设使用肼—空气燃料电池作为本过程中的电源，铜片的质量变化128g，则肼一空气燃料电池理论上消耗标标准状况下的空气      L（假设空气中氧气体积含量为20%）

解析：（1）注意32克N₂H₄为1mol,注意△H应与方程式的计量数相对应，如N₂H₄(1)+O₂(g)=N₂(g)+2H₂O3、（1）；△H=－624kJ/mol 

（2）肼—空气燃料电池，电解质溶液是KOH溶液。故电极反应为：

（正极）O₂+2H₂O+4e^－=4OH^－ ，（负极）N₂H₄+4OH^－－4e^－=4H₂O+N₂↑

 （3）①此图为电解装置，铜片为阳极，锌片为阴极。锌片上发生的电极反应是Cu²⁺+2e^－=Cu

 ② 铜片减少128g，即转移电子4mol  根据O₂+2H₂O+4e^－=4OH^－计算得，需要氧气1mol,转化为空气则需要112L。

答案：（1）N₂H₄(1)+O₂(g)=N₂(g)+2H₂O（1）；△H=－624kJ/mol

   （2）O₂+2H₂O+4e^－=4OH^－  ； N₂H₄+4OH^－－4e^－=4H₂O+N₂↑

   （3）①Cu²⁺+2e^－=Cu   ②112

【专题测试】

1．下列有关电化学的示意图中正确的是

(　　)

【解析】　选项A，Zn应为原电池负极，Cu为原电池正极。选项B，盐桥两边的烧杯中盛装的电解质溶液应互换。选项C，粗铜应连接电源正极。选项D，电解饱和NaCl溶液，Cl^－在阳极放电产生Cl₂，溶液中的H^＋在阴极获得电子而产生H₂，正确。

【答案】　D

2．下列叙述正确的是

(　　)

①原电池是把化学能转化成电能的一种装置　②原电池的正极发生氧化反应，负极发生还原反应　③不能自发进行的氧化还原反应，通过原电池的装置均可实现　④碳棒不能用来作原电池的正极　⑤反应Cu＋2Ag^＋===2Ag＋Cu^2＋，能以原电池的形式来实现

A．①⑤　　　　　　　　　B．①④⑤

C．②③④                D．②⑤

【解析】　②原电池负极发生氧化反应，③不能实现，④碳棒可以作原电池的正极。

【答案】　A

3．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：

Zn(s)＋2MnO₂(s)＋H₂O(l)===Zn(OH)₂(s)＋Mn₂O₃(s)

下列说法错误的是

(　　)

A．电池工作时，锌失去电子

B．电池正极的电极反应式为2MnO₂(s)＋H₂O(l)＋2e^－===Mn₂O₃(s)＋2OH^－(aq)

C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极

D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g

【解析】　由所给电池的总反应式可知，电池工作时，每有1 mol Zn参加反应，失去2 mol电子，则会有2 mol电子从负极Zn开始，流经外电路而流向正极，并在正极发生反应，2MnO₂(s)＋H₂O(l)＋2e^－===Mn₂O₃(s)＋2OH^－(aq)，故外电路每通过0.2 mol电子，Zn的质量就减轻6.5 g。

【答案】　C

4．科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机酸转化成氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为

(　　)

A．H₂＋2OH^－－2e^－===2H₂O

B．O₂＋4H^＋＋4e^－===2H₂O

C．H₂－2e^－===2H^＋

D．O₂＋2H₂O＋4e^－===4OH^－

【答案】　C

5．钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为：2Fe＋2H₂O＋O₂===2Fe(OH)₂。以下说法正确的是

(　　)

A．负极发生的反应为：Fe－2e^－===Fe^2＋

B．正极发生的反应为：2H₂O＋O₂＋2e^－===4OH^－

C．原电池是将电能转变为化学能的装置

D．钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀

【答案】　A

6．在原电池和电解池的电极上所发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的是

(　　)

①原电池正极和电解池阳极所发生的反应　②原电池正极和电解池阴极所发生的反应　③原电池负极和电解池阳极所发生的反应　④原电池负极和电解池阴极所发生的反应

A．①②                 B．②③

C．③④                 D．①④

【解析】　原电池的负极和电解池的阳极发生的是氧化反应。原电池的正极和电解池的阴极发生的是还原反应。

【答案】　B

7．用惰性电极分别电解足量的下列物质的水溶液一段时间后，向剩余电解质溶液中加入一定量的一种物质(括号内)，溶液能恢复到与原来溶液完全一样的是

(　　)

A．CuCl₂(CuO)           B．NaOH(NaOH)

C．NaCl(HCl)            D．CuSO₄〔Cu (OH)₂〕

【解析】　首先分析各水溶液中存在哪些阴、阳离子，判断阴、阳两极参加反应的离子是什么？溶液中减少的是什么？显然A中电解的是CuCl₂，B中被电解的是水，D中减少的是CuO，与添加的物质不符被否定。

【答案】　C

8．氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是：

H₂＋NiO(OH) Ni(OH)₂

根据此反应式判断，下列叙述中正确的是

(　　)

A．电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大

B．电池放电时，镍元素被氧化

C．电池充电时，氢元素被氧化

D．电池放电时，H₂是负极

【解析】　放电时，反应向右进行，氢被氧化为H^＋，负极区pH减小，镍元素被还原，而充电时，反应向左进行，氢元素被还原。

【答案】　D

9．若某电能与化学能的转化装置(电解池或原电池)中发生的总反应的离子方程式是：Cu＋2H^＋===Cu^2＋＋H₂↑，则下列关于该装置的有关说法正确的是

(　　)

A．该装置可能是原电池，也可能是电解池

B．该装置只能是原电池，且电解质溶液为硝酸

C．该装置只能是电解池，且金属铜为该电解池的阳极

D．该装置只能是原电池，电解质溶液不可能是盐酸

【解析】　不能是原电池，Cu＋H^＋不能自发的发生氧化还原反应。

【答案】　C

10．用惰性电极电解2 L 1.0 mol·L^－1CuSO₄溶液，在电路中通过0.5 mol电子后，调换正负极继续电解，电路中通过了1 mol电子，此时溶液中c(H^＋)为(假设体积不变)

(　　)

A．1.5 mol·L^－1             B．0.75 mol·L^－1

C．0.5 mol·L^－1             D．0.25 mol·L^－1

【解析】　调换正负极前后电极反应式的比较情况如下：

前

后

由上反应知：电路中转移的1.5 mol电子中，只有1 mol由OH^－放电产生，即消耗的n(OH^－)＝1 mol，亦即溶液中积累的n(H^＋)＝1 mol，故c(H^＋)＝0.5 mol/L。

【答案】　C

11．把分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氧化铝的三个电解槽串联，在一定条件下通电一段时间后，析出钾、镁、铝的物质的量之比为

(　　)

A．1∶2∶3　　　　　　　B．3∶2∶1

C．6∶3∶1              D．6∶3∶2

【答案】　D

12．下列描述中，不符合生产实际的是

(　　)

A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极

B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极

C．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极

D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极

【答案】　A

13．如下图所示，通电后，A极上析出Ag，对该装置的有关叙述正确的是    (　　)

A．P是电源的正极

B．F极上发生的反应为：4OH^－－4e^－===2H₂O＋O₂↑

C．通电后，甲、乙、丙三池中，除了E、F两极外，其他电极均参加了反应

D．通电后，甲池溶液的pH减小，而乙、丙两池溶液的pH不变

【答案】　B

14．如下图所示，X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色、无臭

气体放出。符合这一情况的是                              (　　)

 

 

 

a极板

b极板

X电极

Z溶液

A

锌

石墨

负极

CuSO₄

B

石墨

石墨

负极

NaOH

C

银

铁

正极

AgNO₃

D

铜

石墨

负极

CuCl₂

 

【答案】　A

15．天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。锂离子电池正极材料是含锂的二氧化钴(LiCoO₂)，充电时LiCoO₂中Li被氧化，Li^＋迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳(C₆)中，以LiC₆表示。电池反应为LiCoO₂＋C₆  CoO₂＋LiC₆，下列说法正确的是

(　　)

A．充电时，电池的负极反应为LiC₆－e^－===Li^＋＋C₆

B．放电时，电池的正极反应为CoO₂＋Li^＋＋e^－===LiCoO₂

C．羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质

D．锂离子电池的比能量(单位质量释放的能量)低

【解析】　A项，充电时，发生电解池反应，电池负极即为电解池阴极，发生还原反应Li^＋＋C₆＋e^－===LiC₆；B项，放电时发生原电池反应电池正极发生还原反应；C项，含活泼氢的有机物作电解质易得电子；D项，锂相对原子质量小，其密度最小，所以锂离子电池的比能量高。

【答案】　B

16．将Mg条、Al条平行插入一定浓度的NaOH溶液中，如下图所示用导线连接起来。下列叙述符合事实的是                                                  (　　)

A．断开K₂，闭合K₁时，Al电极反应为：Al＋4OH^－－3e^－===AlO＋2H₂O

B．断开K₂，闭合K₁时，由于Mg比Al活泼，故Mg失去电子被氧化成Mg^2＋

C．断开K₁，闭合K₂时，电子由Mg向Al流动

D．断开K₁，闭合K₂时，溶液中立即会有白色沉淀析出

【解析】　断开K₂，闭合K₁时，Al、Mg、NaOH构成原电池，Al能自发与NaOH溶液反应而失去电子，为原电池的负极：Al＋4OH^－－3e^－===AlO＋2H₂O，故选项A正确，B错误。断开K₁，闭合K₂时，构成电解NaOH溶液的电解池，Al接电源的正极为电解池的阳极，被溶解：Al－3e^－===Al^3＋，生成的Al^3＋马上与溶液中过量的OH^－反应生成AlO，看不到白色沉淀析出。Mg接电源的负极为电解池的阴极，溶液中的H^＋在该极获得电子而产生H₂：2H^＋＋2e^－===H₂↑。电子流向为：Mg→NaOH溶液→Al，故选项C、D错误。

【答案】　A

17．(10分)如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容。为研究铁锈蚀的影响因素，某同学做了如下探究实验：

 

 

序号

内容

实验现象

1

常温下将铁丝放在干燥空气中一个月

干燥的铁丝表面依然光亮

2

常温下将铁丝放在潮湿空气中一小时

铁丝表面依然光亮

3

常温下将铁丝放在潮湿的空气中一个月

铁丝表面已变得灰暗

4

将潮湿的铁丝放在常温的氧气流中一小时

铁丝表面略显灰暗

5

将潮湿的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时

铁丝表面已变得灰暗

6

将浸过氯化钠溶液的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时

铁丝表面灰暗程度比实验5严重

回答以下问题：

(1)上述实验中发生了电化学腐蚀的是(填实验序号)________；在电化学腐蚀中，负极反应是__________________；正极反应是______________________；

(2)由该实验可知，可以影响铁锈蚀速率的因素是___________________________

______________________________________________________________________；

(3)为防止铁的锈蚀，工业上普遍采用的方法是________________________(答两种方法)。

【解析】　由实验现象(铁丝表面变灰暗)得出发生了电化学腐蚀的实验为3、4、5、6，负极Fe失电子变成Fe^2＋被腐蚀，正极均为O₂放电。从能否构成原电池的条件等方面来回答问题(2)。从改变物质的内部结构方面，从覆盖保护层、原电池原理等方面进行思考来回答问题(3)。

【答案】　(1)3、4、5、6

Fe－2e^－===Fe^2＋(或2Fe－4e^－===2Fe^2＋)

2H₂O＋O₂＋4e^－===4OH^－

(2)湿度、温度、O₂的浓度、电解质存在

(3)电镀、发蓝等表面覆盖保护层，牺牲阳极的阴极保护法等

18．(10分)二氧化锰是制造锌锰干电池的基本材料。工业上以软锰矿为原料，利用硫酸亚铁制备高纯二氧化锰的流程如下：

某软锰矿的主要成分为MnO₂，还含Si(16.27%)、Fe(5.86%)、Al(3.42%)、Zn(2.68%)和Cu(0.86%)等元素的化合物。部分阳离子以氢氧化物或硫化物的形式完全沉淀时溶液的pH见下表，回答下列问题：

沉淀物

Al(OH)₃

Fe(OH)₃

Fe(OH)₂

Mn(OH)₂

Cu(OH)₂

pH

5.2

3.2

9.7

10.4

6.7

沉淀物

Zn(OH)₂

CuS

ZnS

MnS

FeS

pH

8.0

≥0.42

≥2.5

≥7

≥7

(1)硫酸亚铁在酸性条件下将MnO₂还原为MnSO₄，酸浸时发生的主要反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

(2)滤渣A的主要成分为__________________。

(3)加入MnS的目的是除去________________杂质。

(4)碱性锌锰干电池中，MnO₂参与的电极反应方程式为___________________________

________________________________________________________________________。

(5)从废旧碱性锌锰干电池中可以回收利用的物质有________________________(写出两种)。

【解析】　(2)软锰矿酸浸后，滤液中主要含有Mn^2＋、Fe^3＋、Al^3＋、Cu^2＋、Zn^2＋、Fe^2＋和H^＋，当加氨水调pH至5.4时，根据题目所给表格，此pH下，只有Al^3＋、Fe^3＋可沉淀完全。

(3)在pH＝5.4时，Cu^2＋、Zn^2＋可以硫化物的形式沉淀完全，而MnS在此情况下不可溶解形成Mn^2＋和S^2－，因此加入MnS是为了除去Cu^2＋和Zn^2＋。

【答案】　(1)MnO₂＋2FeSO₄＋2H₂SO₄===MnSO₄＋

Fe₂(SO₄)₃＋2H₂O　(2)Fe(OH)₃、Al(OH)₃　(3)Cu^2＋、Zn^2＋

(4)MnO₂＋H₂O＋e^－===MnOOH＋OH^－(或2MnO₂＋H₂O＋2e^－===Mn₂O₃＋2OH^－)　(5)锌、二氧化锰

19．(13分)物质X是中学化学中的常见物质，X既能与稀硫酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应。

 (1)若X为氧化物，X的化学式是________________。

(2)若X为单质，X用于焊接钢轨反应的化学方程式是_________________________

________________________________________________________________________。

(3)若X与稀硫酸反应生成无色无味的气体A，与浓氢氧化钠溶液加热反应生成气体B。等物质的量的A和B在水溶液中反应又生成X。

X与稀硫酸反应的离子方程式是__________________________________________；

X与足量稀氢氧化钠溶液反应的离子方程式是________________________________

________________________________________________________________________。

①在宇航器中，可以不断的将座舱内的空气通过盛有金属过氧化物(以过氧化钠为例)的容器，以除去A。反应的化学方程式是______________________________________________。

②科学家设计出新的航天飞船内的空气更新系统。其中一步是A和氢气在200～250 ℃时，镍催化剂作用下，生成甲烷和另一物质。该反应的化学方程式是___________________。

③熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如下图所示：

C(Ⅰ)的电极名称是________(填正极或负极)。该燃料电池的总反应化学方程式是______________________。

熔融碳酸盐燃料电池的工作原理示意图

【答案】　(1)Al₂O₃　(2)2Al＋Fe₂O₃2Fe＋Al₂O₃

(3)HCO＋H^＋===H₂O＋CO₂↑

NH＋HCO＋2OH^－===NH₃·H₂O＋CO＋H₂O

①2CO₂＋2Na₂O₂===2Na₂CO₃＋O₂

②CO₂＋4H₂Ni200～250 ℃CH₄＋2H₂O