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章末质量检测（四）　化学反应与电能
（时间：75分钟　分值：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.下列装置能实现电能转化为化学能的是（　　）
A.冶炼金属钠 B.氢氧燃料电池
C.火力发电 D.太阳能电池
解析：A　冶炼金属钠时，电能转化为化学能，A正确；氢氧燃料电池工作时，化学能转化为电能，B错误；火力发电时，化学能转化为电能，C错误；太阳能电池工作时，太阳能转化为电能，D错误。
2.在生产、生活中，金属腐蚀会带来严重的经济损失。下列说法正确的是（　　）
A.铜腐蚀后生成的铜绿为Cu（OH）2
B.白铁（镀锌铁）镀层破损后，铁皮的腐蚀仍很慢
C.钢铁发生吸氧腐蚀时，负极反应式为Fe－3e－Fe3＋
D.海水中的钢闸门接直流电源正极，惰性辅助电极作阴极并放入海水中，可保护钢闸门不生锈
解析：B　铜绿为碱式碳酸铜，其化学组成一般可表示为Cu2（OH）2CO3，A错误；钢铁发生吸氧腐蚀时，Fe作负极，电极反应为Fe－2e－Fe2＋，C错误；海水中的钢闸门接直流电源负极，惰性辅助电极作阳极并放入海水中，可保护钢闸门不生锈，D错误。
3.下列有关铅酸蓄电池的说法正确的是（　　）
A.不可循环充电使用
B.电容量大，且质量轻
C.属于有害垃圾
D.放电时，将电能转化成化学能
解析：C　铅酸蓄电池是二次电池，可以反复充电，则可循环充电使用，A错误；铅酸蓄电池的优点是放电时电动势较稳定，缺点是所蓄电能小，且质量较重，B错误；铅酸蓄电池是硫酸电池，废旧的铅酸蓄电池对环境腐蚀性强，属于有害垃圾，C正确；铅酸蓄电池放电时将化学能转化为电能，D错误。
4.化学用语是学习化学的重要工具，下列用来表示物质变化的化学用语中，正确的是（　　）
A.电解饱和食盐水时，阳极的电极反应为2Cl－－2e－Cl2↑
B.氢氧燃料电池的负极反应：O2＋2H2O＋4e－4OH－
C.粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，电极反应为Cu2＋＋2e－Cu
D.钢铁发生电化学腐蚀的负极反应：Fe－3e－Fe3＋
解析：A　在氢氧燃料电池的负极上发生反应的物质是氢气；粗铜精炼时，纯铜与电源的负极相连，电极反应为Cu2＋＋2e－Cu；钢铁发生电化学腐蚀的负极反应是Fe－2e－Fe2＋。
5.金属腐蚀的现象普遍存在，常常是自发进行的。下列说法错误的是（　　）
A.钢铁表面吸附的水膜（溶有一定量的氧气）呈中性，此时会发生吸氧腐蚀
B.金属腐蚀过程中，化学腐蚀比电化学腐蚀的速率快得多
C.温度对化学腐蚀的影响很大，钢材在高温下容易被氧化
D.在酸性环境中，钢铁腐蚀过程中不断有H2放出，此过程称为析氢腐蚀
解析：B　钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，溶有一定量的氧气，此时主要发生吸氧腐蚀，A正确；金属腐蚀过程中，若形成原电池会加快化学反应速率，故化学腐蚀比电化学腐蚀的速率慢得多，B错误；温度升高，化学反应速率加快，钢材在高温下容易被氧化，C正确；在酸性较强的溶液中，铁与C或活泼性比铁弱的金属形成原电池，会发生析氢腐蚀，D正确。
6.铜是电化学最常用的材料之一，下列有关电极及操作的叙述正确的是（　　）
A.粗铜提纯时，阳极材料用纯铜，阴极材料用粗铜
B.铁闸门的保护用的是牺牲阳极法，可在铁闸门上焊接铜块
C.在铁片上镀铜时，铜片连接电源的正极，硫酸铜溶液作电解质溶液
D.用铜片作阳极、石墨作阴极，电解饱和食盐水可制得氧气和氢氧化钠等
解析：C　粗铜精炼时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，A错误；铁比铜活泼，铁闸门上焊接铜块，铁作负极，加速铁闸门腐蚀，铁闸门的保护用的是牺牲阳极法，在铁闸门上焊接比铁活泼的金属，如锌块，B错误；在铁片上镀铜时，铜片连接电源的正极，铁片连接电源的负极，硫酸铜溶液作电解质溶液，C正确；金属铜先失电子，铜片作阳极，石墨作阴极，电解饱和食盐水，阳极反应式为Cu－2e－Cu2＋，阴极反应式为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，总反应式为Cu＋2H2OH2↑＋Cu（OH）2，D错误。
7.负载有Pt和Ag的活性炭，可选择性去除Cl－实现废酸的纯化，其工作原理如图。下列说法正确的是（　　）
A.Ag作原电池正极
B.电子由Ag经活性炭流向Pt
C.Pt表面发生的电极反应：O2＋2H2O＋4e－4OH－
D.每消耗标准状况下11.2 L的O2，最多去除1 mol Cl－
解析：B　由题图知，Ag为原电池的负极，A错误；电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt，B正确；溶液呈酸性，故Pt表面发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－2H2O，C错误；每消耗标准状况下11.2 L的O2，转移2 mol电子，最多去除2 mol Cl－，D错误。
8.电动势法检测溶液中c（OH－）的原理如图所示，总反应化学方程式为Cu＋Ag2OCuO＋2Ag。下列有关说法正确的是（　　）
A.电池工作时Cu电极附近的c（OH－）增大
B.由该电池反应可知，氧化性：Ag2O＞CuO
C.负极的电极反应式为Ag2O＋2e－2Ag＋O2－
D.使用前后，溶液中c（OH－）增大
解析：B　电池负极的电极反应为Cu＋2OH－－2e－CuO＋H2O，由该电极反应可知，电池工作时Cu电极附近的c（OH－）减小，A、C项错误；由总反应式可知，使用前后溶液中c（OH－）不变，D项错误。
9.（2024·广东高考16题）一种基于氯碱工艺的新型电解池（下图），可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法错误的是（　　）
A.阳极反应：2Cl－－2e－Cl2↑
B.阴极区溶液中OH－浓度逐渐升高
C.理论上每消耗1 mol Fe2O3，阳极室溶液减少213 g
D.理论上每消耗1 mol Fe2O3，阴极室物质最多增加138 g
解析：C　该装置用于湿法冶铁，则左侧电极为阴极，电极反应式为Fe2O3＋6e－＋3H2O2Fe＋6OH－，右侧电极为阳极，电极反应式为2Cl－－2e－Cl2↑，A项正确；阴极反应产生OH－，阴极区溶液中OH－浓度逐渐升高，B项正确；理论上每消耗1 mol Fe2O3，转移6 mol电子，阳极室有6 mol Cl－放电，同时有6 mol Na＋透过阳离子交换膜进入阴极室，阳极室减少6 mol NaCl，质量为58.5 g·mol－1×6 mol＝351 g，阴极室增加的质量为23 g·mol－1×6 mol＝138 g，C项错误，D项正确。
10.（2025·邢台高二检测）某学生设计了如图所示的实验装置，实验过程中发现电流计指针发生了偏转，下列说法错误的是（　　）
A.食醋属于弱电解质
B.铁棒为该装置的负极
C.铜罐表面发生了还原反应
D.电子由铁棒流出，经过导线和电流计流向铜罐
解析：A　电流计指针发生偏转，说明该装置形成了原电池，自发的氧化还原反应为铁与醋酸的反应，其中铁作负极，铜作正极。食醋为混合物，既不是电解质也不是非电解质，A错误；由以上分析可知，铁棒为该装置的负极，B正确；铜作正极，正极发生还原反应，所以铜罐表面发生了还原反应，C正确；电子由负极流出经过导线流入正极，所以电子由铁棒流出，经过导线和电流计流向铜罐，D正确。
11.（2025·保定高二期末）基于水煤气转化反应CO＋H2OH2＋CO2，通过电化学装置制备纯氢的原理示意图如下。下列说法错误的是（　　）
A.a为电源负极
B.阴极电极反应为2H2O＋2e－2OH－＋H2↑
C.使用阴离子交换膜能使乙室中c（OH－）保持不变
D.该装置中氧化反应和还原反应分别在两极进行，利于制得高纯度氢气
解析：C　甲电极发生还原反应为阴极，a为电源负极，A正确；甲电极为阴极，电极反应为2H2O＋2e－2OH－＋H2↑，B正确；阴极的电极反应为2H2O＋2e－2OH－＋H2↑，阳极的电极反应为CO＋4OH－－2e－C＋2H2O，若为阴离子交换膜，OH－从甲池向乙池迁移，因此能减缓单位时间内乙池中c（OH－）的降低，甲池生成OH－的速度小于乙池消耗OH－的速度，故无法抵消，乙池c（OH－）减小，C错误；H2在阴极生成，CO2在阳极产生且在乙池被吸收变成C，因此利于制得高纯度氢气，D正确。
12.利用分子筛除去空气中的H2O、CO2、N2等，获得纯氧气并构建锂—氧气电池，工作原理如图。下列叙述正确的是（　　）
A.放电时，b极为负极，发生氧化反应
B.放电时，空气通入分子筛发生分解反应生成O2
C.充电时，b极反应式为－2e－O2↑
D.充电时，a极质量净减3.2 g时，有0.2 mol阴离子由膜M左侧向右侧迁移
解析：C　放电时为原电池装置，a为负极，b为正极；充电时为电解池装置，a为阴极，b为阳极。放电时，a极为负极，发生氧化反应，A错误；分子筛分离出氧气，属于物理变化，没有发生化学变化，B错误；充电时，b极为阳极，发生氧化反应生成氧气，C正确；充电时，a极为阴极，电极反应为Li2O2＋2e－2Li＋，阴极减少质量等于脱去的质量，阴极净减3.2 g，相当于脱离0.1 mol ，根据电荷守恒，有0.1 mol 由膜M左侧向右侧迁移，D错误。
13.化学在环境保护中起着十分重要的作用，电化学降解N的原理如图所示（两电极均为惰性电极），下列说法错误的是（　　）
A.N电极上的电极反应式为12H＋＋2N＋10e－N2↑＋6H2O
B.电池工作时，左侧工作室产生的H＋穿过质子交换膜往右侧工作室迁移
C.若电源为铅酸蓄电池，工作时，Q应与Pb电极相连
D.每转移0.2 mol电子，同时产生气体的总体积为5.6 L（标准状况下）
解析：D　由装置图可知，N电极上发生N转化为N2的反应，为还原反应，电极反应为12H＋＋2N＋10e－N2↑＋6H2O，即N电极为阴极，电源Q电极为负极，R为正极，M为阳极，电极反应为2H2O－4e－4H＋＋O2↑。由以上分析可知，N电极上的电极反应为12H＋＋2N＋10e－N2↑＋6H2O，A正确；M为阳极，N为阴极，故电池工作时，左侧工作室产生的H＋穿过质子交换膜往右侧工作室迁移，B正确；Q为负极，铅酸蓄电池中Pb为负极，PbO2为正极，故若电源为铅酸蓄电池，工作时，Q应与Pb电极相连，C正确；每转移0.2 mol电子，阴极上产生0.02 mol N2，阳极上产生0.05 mol O2，则同时产生气体的总体积为0.07 mol×22.4 L·mol－1＝1.568 L，D错误。
14.（2024·重庆高考9题）我国科研工作者研发了一种新型复合电极材料，可将CO2电催化转化为甲酸，如图是电解装置示意图。下列说法正确的是（　　）
A.电解时电极N上产生OH－
B.电解时电极M上发生氧化反应
C.阴、阳离子交换膜均有两种离子通过
D.总反应为2CO2＋2H2O2HCOOH＋O2
解析：D　催化电极M上CO2和水发生还原反应生成HCOO－、OH－：CO2＋2e－＋H2OHCOO－＋OH－，HCOO－和OH－通过阴离子膜进入中间室，OH－和H＋反应生成水，HCOO－和H＋反应生成HCOOH，则M是阴极，N是阳极，阳极水电离出的OH－发生氧化反应生成氧气：2H2O－4e－4H＋＋O2↑，H＋通过阳离子交换膜进入中间室。酸性条件下，电解时电极N上水电离出的OH－发生氧化反应生成氧气：2H2O－4e－4H＋＋O2↑，A错误；催化电极M上CO2发生还原反应生成HCOOH，B错误；由以上分析知，阳离子交换膜有1种离子通过，C错误；总反应为二氧化碳和水生成甲酸和氧气，D正确。
15.乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是（　　）
A.KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用
B.阳极上的反应式为＋2H＋＋2e－＋H2O
C.制得2 mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了1 mol电子
D.双极膜中间层中的H＋在外电场作用下向铅电极方向迁移
解析：D　Br2将乙二醛分子中的一个醛基氧化为羧基并重新生成Br－，Br－参与了反应，所以KBr同时起到催化作用，A项错误；电解池的阳极上发生失电子的氧化反应，该装置中的阳极反应式为2Br－－2e－Br2，B项错误；阴极反应式为＋2H＋＋2e－＋H2O，结合阳极区乙二醛到乙醛酸的反应，可得电解池中的总反应方程式为＋，因此每消耗1 mol乙二酸转移2 mol电子，且生成2 mol乙醛酸，则制得2 mol乙醛酸时，理论上外电路中迁移了2 mol电子，C项错误；在电解池中，阳离子向阴极移动，则双极膜中间层的H＋在外电场作用下向铅电极方向迁移，D项正确。
二、非选择题（本题共4小题，共55分）
16.（13分）某学习小组将有关“电解饱和食盐水”的相关内容进行梳理，形成如下问题（显示的电极均为石墨）。
（1）图1中，电解一段时间后，气球b中的气体是　H2　（填化学式），U形管　右　（填“左”或“右”）边的溶液变红。
（2）利用图2制作一种环保型消毒液发生器，电解可制备“84”消毒液的有效成分，则c为电源的　负　极；该发生器中反应的总离子方程式为　　Cl－＋H2OClO－＋H2↑　。
（3）二氧化氯（ClO2）为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。如图3是目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺。
①阳极产生ClO2的电极反应式：　Cl－－5e－＋2H2OClO2↑＋4H＋　。
②当阴极产生标准状况下112 mL气体时，通过阳离子交换膜的离子的物质的量为　0.01 mol　。
解析：（1）根据图1中电子移动的方向，可知右端的电极为阴极，电极反应为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，气球b收集的气体为H2，酚酞遇碱变红，则U形管右边的溶液变红。
（2）“84”消毒液的有效成分是NaClO，图2可制作消毒液发生器，阳极上Cl－生成Cl2，阴极上H2O得电子转化成H2和OH－，为了使反应更充分，下边电极生成Cl2，上边电极有NaOH生成，则c为负极，该反应器的总离子方程式为Cl－＋H2OClO－＋H2↑。
（3）①根据Na＋移动的方向知，左边电极为阳极，电极反应为Cl－＋2H2O－5e－ClO2↑＋4H＋；②右边电极为阴极，其电极反应为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，产生标准状况下112 mL的H2，转移电子的物质的量为＝0.01 mol，右侧产生0.01 mol OH－，有0.01 mol离子通过阳离子交换膜。
17.（14分）（2025·沧州高二期中）银是常见的装饰品。银的电解精炼、银器表面的黑斑（Ag2S）处理等均利用了电化学原理。回答下列问题：
（1）如图为电解精炼银的原理示意图，图中a极名称为　阳极　（填“阳极”或“阴极”），　a　（填“a”或“b”）极为含有杂质的粗银，若b极上有少量红棕色气体生成，则生成该气体的电极反应为　N＋e－＋2H＋NO2↑＋H2O　。
（2）银锌蓄电池应用广泛，放电时总反应为Zn＋Ag2O＋H2OZn（OH）2＋2Ag，电解质溶液为KOH溶液。该电池放电时负极的电极反应式为　Zn－2e－＋2OH－Zn（OH）2　，放电时正极区溶液的c（OH－）　增大　（填“增大”“减小”或“不变”）。
（3）为处理银器表面的黑斑（Ag2S），将银器浸于铝制容器中的食盐水中并与铝接触，Ag2S转化为Ag，正极的电极反应式为　Ag2S＋2e－2Ag＋S2－　；铝制容器质量会减小的原因是　铝制容器中表面的Al被氧化转化为Al3＋进入溶液　。
解析：（1）电解精炼银时，粗银作阳极，纯银作阴极。图中a极名称为阳极，a极为含有杂质的粗银，若b极上有少量红棕色气体生成，则生成该气体的电极反应为N＋e－＋2H＋NO2↑＋H2O。
（2）银锌蓄电池应用广泛，放电时总反应为Zn＋Ag2O＋H2OZn（OH）2＋2Ag，电解质溶液为KOH溶液。该电池放电时，Zn作负极，Zn的氧化产物与电解质反应生成Zn（OH）2，电极反应为Zn－2e－＋2OH－Zn（OH）2，正极反应为Ag2O＋2e－＋H2O2Ag＋2OH－，正极生成OH－，则放电时正极区溶液的c（OH－）增大。
（3）为处理银器表面的黑斑（Ag2S），将银器浸于铝制容器中的食盐水中并与铝接触，Ag2S转化为Ag，正极反应为Ag2S＋2e－2Ag＋S2－，负极反应为Al－3e－Al3＋，铝制容器质量会减小，其原因是铝制容器中表面的Al被氧化转化为Al3＋进入溶液。
18.（14分）电化学方法在研究物质性质以及工业生产中都有重要价值。某工厂采用石墨电极电解Na2CrO4溶液制备Na2Cr2O7，其原理如图所示。
（1）图中a电极连接电源的　负　极，a电极的电极反应式为　2H2O＋2e－H2↑＋2OH－　。
（2）电解过程中，通过离子交换膜的离子是　Na＋　（填化学式），移动方向为　从右向左　（填“从左向右”或“从右向左”）。
（3）理论上阳极区产生的气体与阴极区产生的气体在相同状况下的体积之比为　1∶2　。
（4）当Na2CrO4转化为1 mol Na2Cr2O7时，理论上b电极上转移电子的物质的量为　2 mol　。
（5）若电解前两侧溶液的质量相等，产品NaOH和Na2Cr2O7留在装置中，当电解过程中转移了1 mol电子时，理论上两侧溶液的质量差为　53　g。
（6）若选择用熔融K2CO3作介质的甲醇（CH3OH）燃料电池充当电源，则该电池负极的电极反应为　CH3OH－6e－＋3C4CO2↑＋2H2O　　。
解析：左侧进入的为氢氧化钠稀溶液，出去的为氢氧化钠浓溶液，故a电极产生OH－，电极反应为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，a电极为阴极，与电源负极相连；b电极为阳极，电极反应为2H2O－4e－O2↑＋4H＋；H2O放电产生H＋，使平衡2Cr＋2H＋Cr2＋H2O正向移动，Na2CrO4转化为Na2Cr2O7。（1）根据以上分析，a电极为阴极，电极反应为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－。
（2）根据图示可知，电解过程中，左侧H2O放电产生H2逸出，使附近溶液中c（OH－）增大，为维持电荷守恒，溶液中的Na＋会通过离子交换膜，从右向左移动。
（3）阳极区产生的气体是氧气，阴极区产生的气体是氢气，根据得失电子守恒，二者在相同状况下体积之比为1∶2。
（4）根据反应2Cr＋2H＋Cr2＋H2O可知，当Na2CrO4转化为1 mol Na2Cr2O7时，需要消耗2 mol H＋，转移电子2 mol。
（5）设电解前两侧溶液质量均为m，依据溶液中电荷守恒，电解过程中右池中的Na＋会向左池移动，当电解过程中转移1 mol电子时，阴极区和阳极区的质量差＝m－0.5 mol×2 g·mol－1＋1 mol×23 g·mol－1－（m－0.25 mol×32 g·mol－1－1 mol×23 g·mol－1）＝53 g。
（6）若选择用熔融K2CO3作介质的甲醇（CH3OH）燃料电池充当电源，燃料电池中燃料在负极反应，故甲醇在负极反应，电极反应为CH3OH－6e－＋3C4CO2↑＋2H2O。
19.（14分）Ⅰ.某研究性学习小组为探究Fe3＋与Ag的反应，进行如下实验：实验装置如图所示，连接装置并加入药品（盐桥中的物质不参与反应）。
（1）K闭合时，指针向左偏转，石墨作　正极　　（填“正极”或“负极”）；石墨电极上的电极反应式为　Fe3＋＋e－Fe2＋　。
（2）一段时间后指针归零，向左侧U形管中滴加几滴FeCl2浓溶液，发现指针向右偏转，写出此时银电极的反应式：　Ag＋＋e－Ag　。
（3）结合上述实验分析，写出Fe3＋和Ag反应的离子方程式：　Ag＋Fe3＋Ag＋＋Fe2＋　。
Ⅱ.某小组同学设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氧气、氢气、硫酸和氢氧化钾。
（1）X极与电源的　正　（填“正”或“负”）极相连，氢气从　C　（填“A”“B”“C”或“D”）口导出。
（2）离子交换膜只允许一类离子通过，则M为　阴离子　（填“阴离子”或“阳离子”）交换膜。
（3）若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池（石墨为电极），则电池负极的电极反应式为　H2－2e－＋2OH－2H2O　。
解析：Ⅰ.（1）K闭合时，指针向左偏转，石墨作正极，电极反应式为Fe3＋＋e－Fe2＋。
（2）一段时间后指针归零，向左侧U形管中滴加几滴FeCl2浓溶液，发现指针向右偏转，则此时Ag为正极，银电极的反应式为Ag＋＋e－Ag。
（3）结合实验现象及以上分析可知，Fe3＋和Ag的反应为可逆反应，Fe3＋和Ag反应的离子方程式为Ag＋Fe3＋Ag＋＋Fe2＋。
Ⅱ.（1）由题给信息分析可知，X极与电源的正极相连，氢气从C口导出。
（2）由题给信息分析可知，M为阴离子交换膜。
（3）由氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合成的氢氧燃料电池（石墨为电极）的负极反应式为H2－2e－＋2OH－2H2O。
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