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专题突破练九　电化学
一、选择题
1.(2024北京卷)酸性锌锰干电池的构造示意图如下。关于该电池及其工作原理,下列说法正确的是(　　)。
A.石墨作电池的负极材料
B.电池工作时,N向负极方向移动
C.MnO2发生氧化反应
D.锌筒发生的电极反应为Zn-2e-Zn2+
2.一种气体报警器的结构如图所示,工作时被检测的气体在敏感电极上发生反应,传感器就会接收到电信号。常见的传感器(被检测气体/产物)有CO/C、CH4/C、Cl2/Cl-等。下列说法中正确的是(　　)。
A.上述气体被检测时,敏感电极均作电池正极
B.检测CO气体时,电解质溶液中的阳离子流向敏感电极
C.检测CH4气体时,对电极充入空气,该电极反应可以为O2+2H2O+4e-4OH-
D.检测Cl2气体时,电流从对电极流向传感器
3.我国科学家发明的耦合光催化/电催化分解水的装置如图,光照时,光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+)。下列有关说法正确的是(　　)。
A.光催化装置中溶液的pH减小
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.电催化装置阳极电极反应为4OH-+4h+2H2O+O2↑
D.整套装置转移0.01 mol e-,光催化装置生成3.81 g
4.(2025甘肃卷)我国科研工作者设计了一种Mg-海水电池驱动海水(pH=8.2)电解系统(如下图),以新型MoNi/NiMoO4为催化剂(生长在泡沫镍电极上),在电池和电解池中同时产生氢气。下列关于该系统的说法错误的是(　　)。
A.将催化剂生长在泡沫镍电极上可提高催化效率
B.在外电路中,电子从电极1流向电极4
C.电极3的反应为4OH--4e-2H2O+O2↑
D.理论上,每通过2 mol电子,可产生1 mol H2
5.(2025河北卷)科研工作者设计了一种用于废弃电极材料LixCoO2(x<1)再锂化的电化学装置,其示意图如下:
已知:参比电极的作用是确定LixCoO2再锂化为LiCoO2的最优条件,不干扰电极反应。下列说法正确的是(　　)。
A.LixCoO2电极上发生的反应:LixCoO2+xe-+xLi+LiCoO2
B.产生标准状况下5.6 L O2时,理论上可转化 mol的LixCoO2
C.再锂化过程中,S向LixCoO2电极迁移
D.电解过程中,阳极附近溶液pH升高
6.乙醛酸(OHC—COOH)是一种重要的化工中间体。工业上以乙二醛为原料制备乙醛酸的装置如图所示,通电后,阳极产物将乙二醛氧化为乙醛酸。下列说法错误的是 (　　)。
A.a极电势高于b极
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.当有0.5 mol离子通过离子交换膜时,理论上最多可生成乙醛酸的质量为18.5 g
D.乙二醛被氧化的化学方程式:+H2O+Cl2+2HCl
7.一种高压可充电Zn-PbO2电池工作原理如图所示,通过复合膜ab与复合膜ba反向放置,分隔两室电解液,复合膜间是少量H2O,复合膜ab与ba交界处离子不能通过,复合膜中a膜是阳离子交换膜,b膜是阴离子交换膜。下列说法错误的是(　　)。
A.放电时,K+穿过a膜移向复合膜ab间
B.放电时,复合膜ba间发生了H2O解离出H+和OH-的变化
C.充电时的总反应为PbSO4+Zn(OHZn+PbO2+2H2O+S
D.充电时的阳极电极反应为PbSO4+4OH--2e-PbO2+S+2H2O
8.利用(Q)与(QH2)电解转化法可从烟气中分离出CO2,反应原理如图所示。已知:气体可选择性通过膜电极,溶液不能通过。下列说法错误的是(　　)。
A.H+向M极移动
B.CO2在M极被还原
C.溶液中有机物Q的质量始终保持不变
D.N极的电极反应式为-2e-+2H+
二、非选择题
9.某兴趣小组在电解食盐水实验中发现两极产生气体体积不相等,该组同学猜测阳极除Cl2外可能有O2产生。小组同学利用如图装置进行实验探究。
已知:KI在酸性条件下能被O2氧化为I2。
(1)配制250 mL 5.0 mol·L-1 NaCl溶液,实验所用到的玻璃仪器有量筒、玻璃棒、烧杯、胶头滴管、　　　　　。
(2)利用上述装置检验阳极是否产生O2,其连接顺序:A→　　　　　→　　　　　→　　　　　。实验前从a处通入氮气的目的为　　　　　　　　　　。
(3)小组同学根据实验现象判断有O2产生,用电极反应表示产生O2的原因: 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)该小组在恒定电压下进行电解实验,探究不同pH、不同浓度的NaCl溶液对产生O2的影响,用传感器测得在0~t1时间内阳极区溶解氧的浓度变化,装置如图所示,数据记录如下表。
编号 1 2 3 4 5
5.0 mol·L-1NaCl/mL 50.0 5.0 5.0 0 0
5.0 mol·L-1NaOH/mL 0 0 5.0 0 0
H2O/mL 0 45.0 x 50.0 0
5.0 mol·L-1Na2CO3/mL 0 0 0 0 50.0
溶解氧的浓度/(mg·L-1) 7.3~8.3 8.3~10.5 8.3~15.0 8.3 8.3~15.5
①实验2、3是判断相同浓度NaCl溶液在不同pH下是否有氧气产生,其中x=　　　　　。
②实验2和5条件下,测得溶解氧的曲线如图中Ⅰ、Ⅱ所示,分析实验2溶解氧先降低后升高的原因是　　　　　　　　　　　　　　　。
③实验3中0~240 s时间段内溶液溶解氧逐渐增大,电解60 s后取阳极区溶液2 mL加入到试管a,加入碘化钾淀粉溶液,没有明显现象;然后滴加稀硫酸,溶液变蓝。电解200 s后另取阳极区溶液2 mL加入到试管b,加入碘化钾淀粉溶液,溶液变蓝。由上述实验现象可获得的实验结论是　　　　　　　　　　　　　　　。
④工业上在一定条件下电解食盐水制备较纯净的Cl2,除了控制一定的电压、采用活性Ti电极外,可采取的措施有　　　　　　　　　　　　　　　(写一种)。
参考答案
1.D　解析:酸性锌锰干电池,锌筒为负极,石墨电极为正极,A项错误。原电池工作时,阳离子向正极(石墨电极)方向移动,B项错误。MnO2发生得电子的还原反应,C项错误。锌筒为负极,负极发生失电子的氧化反应:Zn-2e-Zn2+,D项正确。
2.C　解析:得到电子发生还原反应的电极为正极,被检测气体CO和CH4中碳元素化合价升高,氯气中氯元素化合价降低,部分气体中元素化合价升高,部分气体中元素化合价降低,因此被检测时,敏感电极不一定作电池正极,A项错误。检测CO气体时,根据CO/C得到CO中碳元素化合价升高,是原电池的负极,根据原电池“同性相吸”,则电解质溶液中的阳离子流向正极即对电极,B项错误。检测CH4气体时,根据CH4/C得到电解质溶液为碱性环境,对电极充入空气,该电极反应可以为O2+2H2O+4e-4OH-,C项正确。检测Cl2气体时,氯气得到电子生成氯离子,因此敏感电极为正极,电流从正极(敏感电极)流向负极(对电极),D项错误。
3.C　解析:光催化装置中发生2H++2e-H2↑、3I-+2h+,消耗H+,c(H+)减小,pH增大,A项错误。电催化装置为电解装置,阴极电极反应为+2e-3I-,阳极电极反应为4OH-+4h+2H2O+O2↑,阴极上阴离子物质的量增大,阳极上消耗阴离子,根据装置图可知,离子交换膜为阳离子交换膜,B项错误、C项正确。整套装置转移0.01 mol电子时,光催化装置生成的质量为=1.905 g,D项错误。
4.D　解析:由题干中的“Mg-海水电池”,可判断电极1为负极(Mg失电子),则电极2为正极,电极3为阳极,电极4为阴极。使用催化剂可加快反应速率,将催化剂生长在泡沫镍电极上可增大接触面积,提高催化效率,A项正确;在外电路中,电子从负极流出,可判断电子从电极1流向电极4,B项正确;电极3为阳极,发生的电极反应为4OH--4e-2H2O+O2↑,C项正确;电极2为正极,由题干信息可知在电池和电解池中同时产生氢气,则正极发生电极反应:2H2O+2e-H2↑+2OH-,电极4为阴极,可发生电极反应:2H2O+2e-H2↑+2OH-,故理论上每通过2 mol电子,可产生2 mol H2,D项错误。
5.B　解析:由图可知,Pt电极产生O2,说明Pt电极为电解池阳极,则LixCoO2电极为阴极。阳极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,阳极区生成H+且消耗H2O,故阳极附近溶液pH降低,D项错误;产生标准状况下5.6 L O2时,即产生0.25 mol O2,转移1 mol e-,阴极LixCoO2得e-发生还原反应,电极反应为LixCoO2+(1-x)e-+(1-x)Li+LiCoO2,故转移1 mol e-时,理论上转化 mol的LixCoO2,A项错误、B项正确;电解池中阴离子(S)向阳极(Pt电极)方向迁移,C项错误。
6.B　解析:由题中信息:通电后,阳极产物将乙二醛氧化为乙醛酸,结合题中装置图,可知阳极生成的Cl2通入盛放盐酸和乙二醛混合液一侧,Cl2与乙二醛发生氧化还原反应,生成的Cl-移向与a电极相连的电极,与b电极相连的电极上发生还原反应,生成H2,a为电源正极,b为电源负极。根据电解原理,可知阳极的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,阴极发生还原反应,电极反应式为2H++2e-H2↑。a电极为正极,b电极为负极,因此a极电势高于b极,A项正确;根据题意氢离子由左侧经离子交换膜进入右侧,则离子交换膜为阳离子交换膜,B项错误;根据得失电子守恒有1 mol OHC—COOH~1 mol Cl2~2 mol e-,则当有0.5 mol离子通过离子交换膜时,理论上最多可生成乙醛酸的质量为 mol×74 g·mol-1=18.5 g,C项正确;氯气将乙二醛氧化为乙醛酸,自身被还原为氯离子,化学方程式为+H2O+Cl2+2HCl,D项正确。
7.D　解析:放电时,根据原电池“同性相吸”原理,K+穿过阳离子交换膜即a膜移向复合膜ab间,A项正确。放电时,负极不断消耗氢氧根,复合膜ba间发生了H2O解离出H+和OH-的变化,解离出的OH-穿过阴离子交换膜即b膜向负极移动,解离出的H+穿过阳离子交换膜即a膜向正极移动,B项正确。根据题中信息得到负极是锌失去电子变为Zn(OH,正极是二氧化铅得到电子变为硫酸铅,则充电时的总反应为PbSO4+Zn(OHZn+PbO2+2H2O+S,C项正确。放电时正极反应为PbO2+S+4H++2e-PbSO4+2H2O,则充电时的阳极电极反应为PbSO4+2H2O-2e-PbO2+S+4H+,D项错误。
8.B　解析:结合该电解池图示中的信息可知,M极上(Q)转化为(QH2),从分子组成上看,该过程中是一个有机物加氢的过程,属于还原反应,故M极为阴极,则N极为阳极。电解池中,阳离子向阴极移动,故H+向M极移动,A项正确;阴极的电极反应式为+2e-+2H2O+2OH-,烟气中的CO2与阴极产生的OH-发生反应:CO2+OH-HC,故CO2在M极未被还原,B项错误;外电路上每通过2 mol电子时,就有1 mol有机物Q在M极上转化为1 mol有机物QH2,同时就有1 mol有机物QH2在N极上转化为1 mol有机物Q,故溶液中有机物Q的质量始终保持不变,C项正确;N极为阳极,N极的电极反应式为-2e-+2H+,D项正确。
9.答案 (1)250 mL容量瓶
(2)C　B　D　排出装置内的氧气,以免干扰实验
(3)2H2O-4e-4H++O2↑
(4)①40.0　②Cl-放电产生氯气导致溶解氧降低,溶液呈碱性后溶解氧升高　③该条件下OH-比Cl-先放电　④电解过程加入NaCl控制合适的氯离子浓度或使用离子交换膜(其他合理答案即可)
解析:(1)配制250 mL 5.0 mol·L-1 NaCl溶液,实验所用到的玻璃仪器有量筒、玻璃棒、烧杯、胶头滴管、250 mL容量瓶。
(2)利用题中装置检验阳极是否产生O2,将产生的混合气体先用氢氧化钠溶液除掉氯气,再用碘化钾淀粉溶液检验氯气是否除尽,除尽后再通入酸性碘化钾淀粉溶液中检验是否有氧气生成,因此其连接顺序为A→C→B→D。空气中有氧气,要检验是否有氧气生成,电解前要排出装置内的氧气,因此实验前从a处通入氮气的目的为排出装置内及溶解的氧气,以免干扰实验。
(3)小组同学根据实验现象判断有O2产生,说明是溶液中的水失去电子变为氧气和氢离子,其用电极反应表示产生O2的原因:2H2O-4e-4H++O2↑。
(4)①根据题意,要使得实验2、3是判断相同浓度NaCl溶液在不同pH下是否有氧气产生,则溶液的总体积应该相等,因此其中x=40.0。
②根据图中信息分析,实验1分析氯气量增大,溶解氧的含量减少,实验2与实验3分析同样浓度的氯化钠在中性和碱性条件下溶解氧是不相同的,在碱性条件下溶解氧含量增大,根据实验5分析在碳酸钠碱性条件下溶解氧含量增加,因此根据前面分析得到实验2溶解氧先降低后升高的原因是生成氯气量增大,溶解氧含量减少,当氯化钠反应完全,溶液呈碱性,氯气减少,此时溶解氧又慢慢增大,即Cl-放电产生氯气导致溶解氧降低,后OH-放电导致溶解氧升高。
③根据实验现象可获得的实验结论是开始阶段是OH-放电溶解氧增多,后来Cl-放电氯气含量增多,即该条件下OH-比Cl-先放电。
④根据题意分析,根据实验1得到的是氯离子放电,而实验3是OH-比Cl-先放电,因此可采取的措施有电解过程加入NaCl控制合适的氯离子浓度或使用离子交换膜。

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