2021版化学名师讲练大一轮复习鲁科新高考地区专用版核心素养测评 二十五　电化学的有关计算 15页

温馨提示： 此套题为 Word 版，请按住 Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看 比例，答案解析附后。关闭 Word 文档返回原板块。 核心素养测评 二十五 电化学的有关计算 一、选择题(本题包括 4 小题,每题 6 分,共 24 分) 1.以铅蓄电池为电源,石墨为电极电解 CuSO4 溶液,装置如图。若一段时间后 Y 电 极上有 6.4 g 红色物质析出,停止电解。下列说法正确的是 ( ) A.a 为铅蓄电池的负极 B.电解过程中 S 向右侧移动 C.电解结束时,左侧溶液质量增重 8 g D.铅蓄电池工作时,正极电极反应式为 PbSO4+2e- Pb+S 【解析】选 C。Y 极有 Cu 析出,发生还原反应,Y 极为阴极,故 b 为负极,a 为正极,A 错误;电解过程中阴离子向阳极移动,B错误;阴极反应式为Cu2++2e- Cu,阳极反 应式为 4OH--4e- O2↑+2H2O,当有 6.4 g Cu 析出时,转移 0.2 mol e-,左侧生成 1.6 g O2,同时有 0.1 mol (9.6 g) S 进入左侧,则左侧质量净增加 9.6 g- 1.6 g=8 g,C 正确;铅蓄电池的负极是 Pb,正极是 PbO2,正极反应式为 PbO2+2e-+4H++S PbSO4+2H2O,D 错误。 2.(2020·泉州模拟)如图所示,下列叙述正确的是 ( ) A.Y 为阴极,发生还原反应 B.X 为正极,发生氧化反应 C.Y 与滤纸接触处有氧气生成 D.X 与滤纸接触处变红 【解析】选 A。从题图中可以看出,左边的装置为原电池而右边的装置为电解池。 根据原电池原理,较活泼的一极作原电池的负极,所以 Zn 为负极,Cu 为正极。再 根据电解原理,Y 与 Zn 片相连为阴极,X 与 Cu 片相连为阳极,Y 极的电极反应式为 2H++2e- H2↑(还原反应);X 极的电极反应式为 4OH--4e- 2H2O+O2↑(氧化反 应)。Y 极上 H+放电,同时产生了 OH-,呈碱性,使酚酞溶液呈红色。 3.以铅蓄电池为电源,通过电解法制备酒石酸(C4H6O6,简写为 RH2)的原理如图所 示(A、B 为惰性电极,a、b 为离子交换膜) 下列叙述不正确的是 ( ) A.N 极的电极反应式为 PbO2+2e-+S +4H+ PbSO4+2H2O B.b 为阴离子交换膜 C.阴极反应为 2H2O+2e- H2↑+2OH-,阴极区溶液 pH 升高 D.铅蓄电池中消耗 2 mol H2SO4 时,理论上生成 2 mol RH2 【解析】选 D。电解目的是制备 RH2,则装置右侧为产品室,若原料室中的 R2-通过 阴离子交换膜进入产品室与 H+结合,则可制得 RH2。所以 B 极应为 H2O 电离出的 OH-放电,生成 H+,即 B 极为阳极,电极反应为 2H2O-4e- O2↑+4H+,b 为阴离子交换 膜,N 为正极,M 为负极,A 为阴极。N 为铅蓄电池正极,电极反应为 PbO2+2e-+S + 4H+ PbSO4+2H2O,故 A 项正确;根据上述分析可知,b 为阴离子交换膜,故 B 项正确; 阴极应为 H2O 电离出的 H+放电,生成 OH-,故电极反应为 2H2O+2e- H2↑+2OH-,OH- 浓度增大,pH 增大,故 C 项正确;铅蓄电池放电时总反应为 Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O,当电池中消耗 2 mol H2SO4 时,则电路中转移 2 mol e-。根据 B 极电 极反应 2H2O-4e- O2↑+4H+可知,转移 2 mol e-,产品室有 2 mol H+生成, R2-+2H+ RH2,所以理论上可生成 1 mol RH2,故 D 项错误。 4.(2020·梅州模拟)现用 Pt 电极电解 1 L 浓度均为 0.1 mol·L-1 的 HCl、CuSO4 的混合溶液,装置如图,下列说法正确的是 ( ) A.电解开始时阴极有 H2 放出 B.电解开始时阳极上发生:Cu2++2e- Cu C.当电路中通过电子的量超过 0.1 mol 时,阴极放电的离子发生了变化 D.整个电解过程中,S 不参与电极反应 【解析】选 D。依据放电顺序阴极先放电的是 Cu2+,故阴极开始析出的是 Cu,阳极 先放电的是 Cl-,故阳极开始产生的是 Cl2,A、B 错;由阴极反应 Cu2++2e- Cu,n(Cu2+)=0.1 mol,当电路中通过电子的量达到 0.2 mol 时,Cu2+消耗 完毕,阴极放电离子变为 H+,C 错;阳极先是 Cl-放电,当 Cl-消耗完毕。此时 H2O 电 离产生的 OH-开始在阳极放电,S 不参与电极反应。 二、非选择题(本题包括 2 小题,共 26 分) 5.(12 分)(2020·延安模拟)如图装置所示,C、D、E、F、X、Y 都是惰性电极,甲、 乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变),A、B 为外接直流电 源的两极。将直流电源接通后,F 极附近呈红色。 请回答下列问题: (1)B极是电源的________,一段时间后,甲中溶液颜色________,丁中X极附近的 颜色逐渐变浅,Y 极附近的颜色逐渐变深,这表明________,在电场作用下向 Y 极 移动。 (2)若甲、乙装置中的 C、D、E、F 电极均只有一种单质生成时,对应单质的物质 的量之比为__________。 (3)现用丙装置给铜件镀银,则 H 应是________(填“镀层金属”或“镀件”),电 镀液是________溶液。当乙中溶液的 pH 是 13 时(此时乙溶液体积为 500 mL), 丙中镀件上析出银的质量为__________,甲中溶液的 pH________(填“变大”“变 小”或“不变”)。 (4)若将 C 电极换为铁,其他装置都不变,则甲中发生的总反应的离子方程式为 ____________________________________________________。 【解析】(1)由装置图知,直流电源与各电解池串联;由“F 极附近呈红色”知,F 极为阴极,则 E 极为阳极、D 极为阴极、C 极为阳极、G 极为阳极、H 极为阴极、 X 极为阳极、Y 极为阴极、A 极为正极、B 极为负极。甲装置是用惰性电极电解 CuSO4 溶液,由于 Cu2+放电,导致 c(Cu2+)降低,溶液颜色逐渐变浅;丁装置是胶体的 电泳实验,由于 X 极附近的颜色逐渐变浅,Y 极附近的颜色逐渐变深,说明氢氧化 铁胶粒带正电荷。 (2)当甲、乙装置中的 C、D、E、F 电极均只有一种单质生成时,C、D、E、F 电极 的产物分别为 O2、Cu、Cl2、H2,根据各电极转移电子数相同,则对应单质的物质 的量之比为 1∶2∶2∶2。 (3)给铜件镀银,根据电镀原理,镀件即铜件作阴极,银作阳极,电镀液是可溶性 银盐。当乙中溶液的 pH 是 13 时,则乙中 n(OH-)=0.1 mol·L-1×0.5 L=0.05 mol, 即各电极转移电子 0.05 mol,所以丙中析出银 0.05 mol 为 5.4 g;甲装置中由于 电解产生 H+,导致溶液的酸性增强,pH 变小。 (4)若将 C 电极换为铁,则铁作阳极发生反应:Fe-2e- Fe2+,D 极发生: Cu2++2e- Cu,则总反应的离子方程式为 Fe+Cu2+ Cu+Fe2+。 答案:(1)负极 逐渐变浅 氢氧化铁胶粒带正电荷 (2)1∶2∶2∶2 (3)镀件 AgNO3(合理即可) 5.4 g 变小 (4)Fe+Cu2+ Cu+Fe2+ 6.(14 分)如图是一个化学过程的示意图。 (1)图中甲池是________装置(填“电解池”或“原电池”),其中 OH-移向________ 极(填“CH3OH”或“O2”)。 (2)写出通入 CH3OH 的电极的电极反应式: __________________________。 (3)向乙池两电极附近滴加适量紫色石蕊试液,附近变红的电极为________极 (填“A”或“B”),并写出此电极的反应式:__ __________________________。 (4)乙池中总反应的离子方程 式:______________________________________。 (5)当乙池中 B(Ag)极的质量增加 5.40 g 时,乙池的 pH 是________(若此时乙池 中溶液的体积为 500 mL);此时丙池某电极析出 1.60 g 某金属,则丙中的某盐溶 液可能是________(填序号)。 A.MgSO4 B.CuSO4 C.NaCl D.AgNO3 【解析】(3)碳电极(A 极)与原电池装置中通入 O2 的电极相连,则作阳极,电极反 应式为 4OH--4e- O2↑+2H2O;银电极(B 极)与原电池装置中通入甲醇的电极相连, 则作阴极,电极反应式为 Ag++e- Ag,电解过程的总反应式为 4Ag++2H2O 4Ag+ O2↑+4H+,因此当向乙池两电极附近滴加适量紫色石蕊试液,附近变红的电极为 A 电极。 (5)当乙池中 B(Ag)电极的质量增加5.40 g时,即析出 Ag 的物质的量为0.05 mol, 则生成 H+的物质的量为 0.05 mol,由此可得溶液的 pH=1。根据放电规律,本题首 先排除选项 A 和选项 C。当乙池中 B(Ag)电极的质量增加 5.40 g 时,此时转移的 电子数为 0.05 mol,当丙池中电极上析出 1.60 g 金属铜时,正好转移 0.05 mol 电子,因此选项 B 正确。当丙装置中为 AgNO3 溶液,且 AgNO3 溶液足量时,可知析出 金属的质量也应为 5.40 g,若 AgNO3 溶液不足时,析出金属的质量必小于 5.40 g, 故选项 D 也有可能。 答案:(1)原电池 CH3OH (2)CH3OH-6e-+8OH- C +6H2O (3)A 4OH--4e- O2↑+2H2O (4)4Ag++2H2O 4Ag+O2↑+4H+ (5)1 BD 一、选择题(本题包括 3 小题,每题 6 分,共 18 分) 1.如图甲是一种利用微生物将废水中的尿素(H2NCONH2)的化学能直接转化为电 能,并生成环境友好物质的装置,同时利用此装置的电能在铁上镀铜,下列说法 中正确的是 ( ) A.乙装置中溶液颜色会变浅 B.铁电极应与 Y 相连接 C.M 电极反应式:H2NCONH2+H2O-6e- CO2↑+N2↑+6H+ D.当 N 电极消耗 0.25 mol 气体时,铜电极质量减少 16 g 【解析】选 C。乙装置为电镀装置,电镀液的浓度不变,因此溶液颜色不变,A 项 错误;电镀时,待镀金属作阴极,与电源负极相连,而 N 电极上 O2 转化为 H2O 发生还 原反应,N 电极为正极,B 项错误;M 电极为负极,发生氧化反应:H2NCONH2+H2O- 6e- CO2↑+N2↑+6H+,C 项正确;根据 N 电极反应式:O2+4H++4e- 2H2O,铜电极反 应式:Cu-2e- Cu2+,由各电极上转移电子数相等,可得关系式:O2～2Cu,则 N 电极 消耗 0.25 mol O2 时,铜电极质量减少 0.25 mol ×2×64 g·mol-1=32 g,D 项错 误。 2.近年来,我国在航空航天事业上取得了令人瞩目的成就,科学家在能量的转 化、航天器的零排放方面做出了很大的努力,其中为了达到零排放的要求,循环 利用人体呼出的 CO2 并提供 O2,设计了一种装置(如图)实现了能量的转化,总反应 方程式为 2CO2 2CO+O2。关于该装置下列说法正确的是 ( ) A.装置中离子交换膜为阳离子交换膜 B.反应完毕,电解质溶液碱性减弱 C.N 型半导体为阳极,P 型半导体为阴极 D.CO2 参与 X 电极的反应方程式:CO2+2e-+H2O CO+2OH- 【解析】选 D。左半部分为原电池,右半部分为电解池;根据原电池中正电荷的移 动方向可知,N 型半导体为负极,P 型半导体为正极,C 错误;则 X 电极为阴极,发生 还原反应,CO2+2e-+H2O CO+2OH-,D 正确;图中 OH-在 X 电极处产生,但是 Y 电极附 近也存在OH-,说明OH-能够通过离子交换膜,即该膜为阴离子交换膜,A错误;根据 总反应 2CO2 2CO+O2 可知反应前后电解质溶液酸、碱性不变,B 错误。 3.硼酸( H3BO3) 为一元弱酸,H3BO3 可以通过电解的方法制备。其工作原理如下图 所示( 阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法错误的是 ( ) A.a 与电源的正极相连接 B.阳极的电极反应式为:2H2O-4e- O2↑+4H+ C.[B(OH)4]-穿过阴膜进入产品室,Na+穿过阳膜进入阴极室 D.当电路中通过 3 mol 电子时,可得到 1 mol H3BO3 【解析】选 D。A.与 a 极相连的石墨所处的区域为阳极室,则 a 与电源的正极相 连接,正确;B.阳极上发生氧化反应,溶液中水失去电子生成氧气,电极反应式 为:2H2O-4e- O2↑+4H+,正确;C.在电解池中,阴离子向阳极运动,阳离子向阴极 运动,因此[B(OH)4]-穿过阴膜进入产品室,Na+穿过阳膜进入阴极室,正确;D.阳极 电极反应式为:2H2O-4e- O2↑+4H+,阴极上发生还原反应,溶液中的水得到电子 生成氢气,2H2O+2e- H2↑+ 2OH-,[B(OH)4]-穿过阴膜进入产品室,与氢离子反应 生成 H3BO3,[B(OH)4]-+H+ H3BO3+H2O,当电路中通过 3 mol 电子时,生成 3 mol 氢 离子,可得到 3 mol H3BO3,错误。 二、非选择题(本题包括 2 小题,共 32 分) 4.(16 分)某反应中反应物与生成物有 FeCl2、FeCl3、CuCl2、Cu。 (1)将上述反应设计成的原电池如图甲所示,请回答下列问题: ①图中 X 溶液是________(填化学式); ②Cu 电极上发生的电极反应式为 __________________________________; ③原电池工作时,电子通过电流计的方向是________(填“从左到右”或“从右 到左”);盐桥中的________(填“K+”或“Cl-”)不断进入 X 溶液中。 (2)将上述反应设计成的电解池如图乙所示,乙烧杯中金属阳离子的物质的量与 电子转移的物质的量的变化关系如图丙,请回答下列问题: ①M 是________极; ②图丙中的②线是________(填离子)的变化。 ③当电子转移为 2 mol 时,向乙烧杯中加入________L 5 mol·L-1NaOH 溶液才能 使所有的金属阳离子沉淀完全。 (3)铁的重要化合物高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型饮用水消毒剂,具有很多优 点。 ①高铁酸钠的生产方法之一是电解法,其原理为 Fe+2NaOH+2H2O Na2FeO4+3H2↑, 则电解时阳极的电极反应式 是 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __。 ②高铁酸钠的生产方法之二是在强碱性介质中用 NaClO 氧化 Fe(OH)3 生成高铁酸 钠、氯化钠和水,该反应的离子方程式 为 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ___。 【解析】(1) ①根据反应物和生成物可以确定该反应为 2FeCl3+Cu 2FeCl2 +CuCl2;可知 X 溶液为 FeCl3 和 FeCl2 溶液; ②Cu 作负极,发生氧化反应,发生的电极反应式为 Cu-2e- Cu2+; ③原电池工作时,电子由负极流向正极,根据图甲可知,铜作负极,因此电子通过 电流计的方向是从左到右;石墨电极为正极,阳离子向正极移动,所以盐桥中的 K+ 不断进入 X 溶液中; (2)①根据图丙可知,溶液中有三种金属阳离子,而根据 X 溶液的成分可知 X 中只 有两种金属阳离子,说明在电解过程中还有 Cu2+生成,因此,铜作阳极,石墨作阴 极,所以 M 是负极,N 为正极; ②根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量变化,可以推知:①为 Fe3+;②为 Fe2+ ;③为 Cu2+; ③当电子转移为 2 mol 时,溶液中有 Fe3+为 2 mol,Fe2+为 3 mol,Cu2+为 1 mol;所 以需要加入 NaOH 的量为(2×3+3×2+1×2)mol=14 mol 时,才能保证上述三种金 属阳离子沉淀完全,故 NaOH 溶液的体积为 14 mol÷5 mol·L-1=2.8 L; (3)①电解时阳极发生氧化反应,根据 Fe+2NaOH+2H2O Na2FeO4+3H2↑反应可知, 电解时阳极的电极反应式是 Fe+8OH--6e- Fe +4H2O; ②强碱性介质中用 NaClO 氧化 Fe(OH)3 生成高铁酸钠、氯化钠和水,该反应的离 子方程式为 2Fe(OH)3+3ClO-+4OH- 2Fe +3Cl-+5H2O。 答案:(1)①FeCl3 和 FeCl2 溶液 ②Cu-2e- Cu2+ ③从左到右 K+ (2)①负 ②Fe2+ ③2.8 (3)①Fe+8OH--6e- Fe +4H2O ②2Fe(OH)3+3ClO-+4OH- 2Fe +3Cl-+5H2O 5.(16 分)(2019·保定模拟)利用电化学原理,将 NO2、O2 和熔融 KNO3 制成燃料电 池,模拟工业电解法来处理含 Cr2 废水,如下图所示;电解过程中溶液发生反 应:Cr2 +6Fe2++14H+ 2Cr3++6Fe3++7H2O (1)甲池工作时,NO2 转变成绿色硝化剂 Y,Y 是 N2O5,可循环使用。则石墨Ⅱ是电池 的________极;石墨Ⅰ附近发生的电极反应式为 __ _ _ _ _ _ _ _ _。 (2)工作时,甲池内的 N 向________(填“石墨Ⅰ”或“石墨Ⅱ”)极移动;在相 同条件下,消耗的 O2 和 NO2 的体积比为________。 (3)乙池中 Fe(Ⅰ)棒上发生的电极反应为 __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。 (4)若溶液中减少了 0.01 mol Cr2 ,则电路中至少转移了________mol 电 子。 【解析】(1)石墨Ⅱ电极通入氧气,氧气发生还原反应,所以石墨Ⅱ是电池的正极; 石墨Ⅰ电极 NO2 被氧化为 N2O5,电极反应式为 NO2+N -e- N2O5; (2)电池工作时,阴离子移向负极,所以甲池内的 N 向石墨Ⅰ极移动;电池总反 应为 4NO2+O2 2N2O5,所以消耗的 O2 和 NO2 的体积比为 1∶4。 (3)乙池中 Fe(Ⅰ)棒与电池正极相连,Fe(Ⅰ)棒是电解池阳极,所以 Fe(Ⅰ)棒失 电子发生氧化反应:Fe-2e- Fe2+; (4)根据 Cr2 +6Fe2++14H+ 2Cr3++6Fe3++7H2O,铬元素化合价由+6 降低为+3;溶 液中减少了 0.01 mol Cr2 ,Fe(Ⅰ)棒需要生成 0.06 mol Fe2+,所以电路中至 少转移了 0.12 mol 电子。 答案:(1)正 NO2+N -e- N2O5 (2)石墨Ⅰ 1∶4 (3)Fe-2e- Fe2+ (4)0.12 【加固训练】 某课外活动小组用如图装置进行实验,试回答下列问题: (1)若开始时开关 K 与 a 连接,则 B 极的电极反应式为 _________________。 (2)若开始时开关 K 与 b 连接,则 B 极的电极反应式为________,总反应的离子方 程式为 ________________________________________________________。 有关上述实验,下列说法正确的是________(填序号)。 ①溶液中 Na+向 A 极移动 ②从 A 极处逸出的气体能使湿润的淀粉 KI 试纸变蓝 ③反应一段时间后加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度 ④若标准状况下 B 极产生 2.24 L 气体,则溶液中转移 0.2 mol 电子 (3)该小组同学认为,如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法,那么可以设 想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。 ①该电解槽的阳极反应式为________________________________________。 此时通过阴离子交换膜的离子数________(填“大于”“小于”或“等于”)通 过阳离子交换膜的离子数。 ②制得的氢氧化钾溶液从出口(填“A”“B”“C”或“D”)________导出。 ③通电开始后,阴极附近溶液 pH 会增大,请简述原因 ____________________。 ④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,则电池正极的电 极反应式为________________________________________________________。 【解析】(1)开关 K 与 a 相连,装置构成原电池,Fe 失去电子为原电池负极。 (2)开关 K 与 b 相连,装置构成电解 NaCl 溶液的电解池,B 为电解池的阴极,溶液 中的 H+在 B 极放电生成 H2。电解过程中 Na+应该向阴极 B 移动;A 极产生的气体为 Cl2,Cl2 能将 I-氧化为 I2,I2 使淀粉变蓝;根据电解反应:2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑ +Cl2↑,电解一段时间后若加入盐酸会增加 H2O 的质量,应通入 HCl 气体使其恢复 到电解前电解质的浓度;若标准状况下 B 极产生 2.24 L 气体,即 0.1 mol H2,则 有 0.2 mol 电子发生转移,但在溶液中转移的不是电子,而是离子。 (3)溶液中的 OH-在阳极失电子产生 O2:4OH--4e- 2H2O+O2↑,所以在 B 口放出 O2, 从 A 口导出 H2SO4。溶液中的 H+在阴极得到电子产生 H2:2H++2e- H2↑,则从 C 口 放出 H2,从 D 口导出 KOH 溶液。因 S 所带电荷数大于 K+所带电荷数,S 通过 阴离子交换膜,K+通过阳离子交换膜,所以通过阳离子交换膜的离子数大于通过 阴离子交换膜的离子数。O2、H2、KOH 溶液构成燃料电池时,O2 在电池正极放 电:O2+4e-+2H2O 4OH-。 答案:(1)Fe-2e- Fe2+ (2)2H++2e- H2↑ 2Cl-+2H2O 2OH-+H2↑+Cl2↑ ② (3)①4OH--4e- 2H2O+O2↑ 小于 ②D ③H+在阴极附近放电,引起水的电离平衡向右移动,使 c(OH-)>c(H+) ④O2+2H2O+4e- 4OH- 关闭 Word 文档返回原板块