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2026鲁科版高中化学选择性必修1
第1章　化学反应与能量转化
专题强化练2　涉及电化学的相关实验探究
1.(2025江苏扬州大学附中月考)某化学小组为探究电场作用下阴、阳离子的迁移情况,设计如图所示电解装置,a、b、c、d均为石墨电极,电极间距为4 cm,将pH试纸分别用不同浓度Na2SO4溶液充分润湿,进行如下实验,实验现象如表所示。下列说法错误的是 (　　)
时间 试纸Ⅰ现象 试纸Ⅱ现象
1 min a极附近试纸变红,b极附近试纸变蓝 c极附近试纸变红,d极附近试纸变蓝
10 min 红色区和蓝色区不断向中间扩展,相遇时红色区长度约为2.7 cm,蓝色区长度约为1.3 cm 两极颜色范围扩大不明显,试纸大部分仍为黄色
A.Na2SO4溶液中S向a极和c极移动
B.a极附近试纸变红的原因是2H2O+2e- H2↑+2OH-
C.试纸Ⅰ的现象说明此环境中H+的迁移速率比OH-快
D.对比试纸Ⅰ和试纸Ⅱ的现象,说明电解质浓度影响H+和OH-的迁移速率
2.(2025北师大附中月考)用如图1所示装置及试剂进行铁的电化学腐蚀实验探究,测定具支锥形瓶中压强随时间变化关系以及溶解氧(DO)随时间变化关系的曲线如图2所示。
下列说法不正确的是 (　　)
A.pH=2.0时锥形瓶内压强增大,主要是因为产生了H2
B.整个过程中,负极电极反应式为Fe-2e- Fe2+
C.pH=4.0时,不发生析氢腐蚀,只发生吸氧腐蚀
D.pH=2.0时,正极电极反应式为2H++2e- H2↑和O2+4e-+4H+ 2H2O
3.(经典真题)(2022北京高考改编)利用下图装置进行铁上电镀铜的实验探究。
序号 电解质溶液 实验现象
① 0.1 mol·L-1 CuSO4+少量H2SO4溶液 阴极表面产生无色气体,一段时间后阴极表面有红色固体,气体减少。经检验,电解液中有Fe2+
② 0.1 mol·L-1 CuSO4+过量氨水 阴极表面未观察到气体,一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验,电解液中无Fe元素
已知:Cu2++4NH3·H2O [Cu(NH3)4]2++4H2O。下列分析不正确的是 (　　)
A.①中气体减少,推测是由于溶液中c(H+)减小,且Cu覆盖铁电极,阻碍H+与铁接触
B.①中检测到Fe2+,推测可能发生反应: Fe+2H+ Fe2++H2↑、Fe+Cu2+ Fe2++Cu
C.随阴极析出铜,推测②中溶液c(Cu2+)减小
D.②中Cu2+生成[Cu(NH3)4]2+,使得c(Cu2+)比①中溶液的小,Cu缓慢析出,镀层更致密
4.(2024福建龙岩一中月考)实验小组研究金属电化学腐蚀,实验如下:
实验Ⅰ　
5 min时的现象:铁钉表面及周边未见明显变化。
25 min时的现象:铁钉周边零星、随机出现极少量红色和蓝色区域,有少量红棕色铁锈生成。
实验Ⅱ　
5 min时的现象:铁钉周边出现红色区域,未见蓝色出现,锌片周边未见明显变化。
25 min时的现象:铁钉周边红色加深,区域变大,未见蓝色出现,锌片周边未见明显变化。
下列说法不正确的是 (　　)
A.实验Ⅱ中Zn保护了Fe,使铁的腐蚀速率比实验Ⅰ慢
B.实验Ⅱ中正极的电极反应式:O2+2H2O+4e- 4OH-
C.实验Ⅰ的现象说明K3[Fe(CN)6]溶液与Fe反应生成了Fe2+
D.若将锌片换成铜片,推测铜片周边会出现红色,铁钉周边会出现蓝色
5.(2025山东泰安二中月考)实验小组探究不同浓度CuCl2溶液的电解反应。分别用石墨电极电解0.1 mol·L-1CuCl2溶液和5 mol·L-1CuCl2溶液,记录实验现象如下表。
实验装置 实验编号及试剂 实验现象
①0.1 mol·L-1CuCl2溶液(蓝色) 阳极:产生有刺激性气味的气体; 阴极:电极上有红色固体析出
②5 mol·L-1CuCl2溶液(绿色) 阳极:产生有刺激性气味的气体; 阴极:电极上有少量红色固体和白色固体析出,同时电极附近液体变为黑色
(1)经检验,阳极产生的气体能使湿润的淀粉KI试纸变蓝。①中电解反应的化学方程式为　　　　　　　　　　。
Ⅰ.探究②中产生白色固体的原因。
查阅资料:ⅰ.阴极附近的白色固体为CuCl,难溶于水;ⅱ.Cu+在水溶液中单独存在时不稳定,容易发生反应:2Cu+(aq) Cu(s)+Cu2+(aq)。
结合资料分析CuCl产生的路径有如下两种可能:
(2)路径1:阴极发生电极反应分两步。
ⅰ.　　　　　　　　。
ⅱ.Cu++e- Cu,同时伴随反应Cu++Cl- CuCl↓,生成白色沉淀。
(3)路径2:阴极发生电极反应Cu++e- Cu,而后发生反应a:　　　　　　　　　　(写出离子方程式),生成白色沉淀。同学们通过实验证明反应a可以发生,其实验操作和现象是 　 　　　　　　　 　。
Ⅱ.探究②中阴极区液体中黑色物质的成分。
进一步查阅资料,提出以下猜想。
猜想1　生成氢氧化铜,进而转化为极细小的氧化铜。
猜想2　生成铜的速率快,形成黑色纳米铜。
(4)若猜想1成立,则阴极一定还存在的电极反应是　　　　　　　　。
答案与分层梯度式解析
1.B　用惰性电极电解硫酸钠溶液,a、c电极与直流电源的正极相连,为阳极,OH-、S向a极和c极移动,根据放电顺序可知,a极和c极的电极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+,H+浓度增大,酸性增强,故a极和c极附近的pH试纸变红;b、d电极为阴极,H+、Na+向b极和d极移动,b极和d极的电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-,OH-浓度增大,碱性增强,故b极和d极附近的pH试纸变蓝。根据以上分析可知,A正确、B错误;根据试纸Ⅰ现象:10 min相遇时,红色区域长度约为2.7 cm,蓝色区域长度约为1.3 cm,推出H+的迁移速率比OH-快,故C正确;对比试纸Ⅰ和试纸Ⅱ的现象不同,说明电解质浓度对H+和OH-的迁移速率有影响,故D正确。
2.C　
pH=2.0时,酸性较强,锥形瓶中的铁粉主要发生析氢腐蚀,导致锥形瓶内压强增大,故A正确;锥形瓶中的铁粉和铜粉与酸溶液共同构成了原电池,Fe作为原电池的负极,发生氧化反应,电极反应式为Fe-2e- Fe2+,故B正确;pH=4.0时,Fe既发生吸氧腐蚀,又发生析氢腐蚀,消耗氧气的同时也产生了氢气,所以锥形瓶内压强几乎不变,故C不正确;由题图可知,pH=2.0时,锥形瓶内的溶解氧减少了,说明有消耗氧气的吸氧腐蚀发生,同时锥形瓶内的气压增大,说明有产生氢气的析氢腐蚀发生,所以正极的电极反应式有2H++2e- H2↑和O2+4e-+4H+ 2H2O,故D正确。
3.C　随着反应的进行,溶液中的c(H+)减小,同时阴极发生电极反应Cu2++2e- Cu,生成的Cu覆盖在铁制镀件表面,阻碍了H+与铁的接触,故气体减少,A正确;因为溶液中有H+和Cu2+,铁制镀件与其接触,铁可能分别与H+、Cu2+发生氧化还原反应生成Fe2+,B正确;当阴极有Cu析出时,阴极的电极反应为Cu2++2e- Cu,阳极的电极反应为Cu-2e- Cu2+,又因为②中电解液中无Fe元素,所以随阴极析出铜,②中溶液c(Cu2+)保持不变,C错误;②中的Cu2+与NH3·H2O反应生成[Cu(NH3)4]2+,使得c(Cu2+)比①中溶液的小,Cu缓慢析出,镀层更致密,D正确。
4.C　实验Ⅰ中Fe作负极,C作正极,实验Ⅱ中Zn作负极,Fe作正极,所以实验Ⅱ中Zn保护了Fe,铁的腐蚀速率比实验Ⅰ慢,A正确;实验Ⅱ中Fe作正极,在正极氧气得电子发生还原反应,其电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-,B正确;实验Ⅰ的现象不能说明K3[Fe(CN)6]溶液与Fe反应生成了Fe2+,25 min 时蓝色区域的出现是因为Fe失去电子生成Fe2+,K3[Fe(CN)6]溶液与Fe2+发生反应生成蓝色沉淀,C错误;若将锌片换成铜片,Fe比Cu活泼,Fe作负极,Cu作正极,可推测铜片上氧气得电子发生还原反应生成氢氧根离子,铜片周边出现红色,Fe失电子发生氧化反应生成Fe2+,Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液反应,使铁钉周边出现蓝色,D正确。
5.答案　(1)CuCl2 Cu+Cl2↑
(2)Cu2++e- Cu+
(3)Cu+Cu2++2Cl- 2CuCl　在5 mol·L-1 CuCl2溶液中加入少量铜粉(或打磨过的铜片),观察到有白色固体生成
(4)2H2O+2e- 2OH-+H2↑
解析　(1)电解0.1 mol·L-1CuCl2溶液,阳极产生的气体能使湿润的淀粉KI试纸变蓝,说明阳极氯离子发生氧化反应生成氯气,阴极上有红色固体析出,说明铜离子发生还原反应生成铜,所以电解反应的化学方程式为CuCl2 Cu+Cl2↑。
(2)若阴极电极反应分两步,第二步是Cu++e- Cu,则第一步是生成Cu+,所以电极反应为Cu2++e- Cu+。
(3)若阴极先发生电极反应Cu++e- Cu,而后发生资料ⅱ中可逆反应的逆反应,即铜和铜离子反应,生成的Cu+和溶液中的Cl-反应生成CuCl白色沉淀:Cu+Cu2++2Cl- 2CuCl;要通过实验证明反应a能发生,可以在5 mol·L-1 CuCl2溶液中加入少量铜粉(或打磨过的铜片),观察到有白色固体生成。
(4)若猜想1成立,需要生成OH-,所以阴极一定还存在的电极反应是2H2O+2e- 2OH-+H2↑。
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