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- 2021-08-06 发布
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章末综合检测
(时间:100分钟 满分:100分)
一、选择题(本题包括16小题,每小题3分,共48分;每小题只有一个选项符合题意)
1.科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池,利用细菌将有机物转化为氢气,氢气进入以磷酸为电解质溶液的燃料电池中发电,电池负极反应式为( )
A.H2+2OH--2e-===2H2O B.O2+4H++4e-===2H2O
C.H2-2e-===2H+ D.O2+2H2O+4e-===4OH-
答案 C
解析 根据题给信息,该燃料电池的总反应式为2H2+O2===2H2O;电解液为酸性溶液,电极反应式中不能出现OH-,A错误。又因为燃料电池中负极通入氢气,正极通入氧气,B、D错误。
2.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充电
放电
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
答案 B
解析 充电时,Li被氧化,电池负极反应为C6+e-===C,故A项错误;由于Li为活泼金属,可与羧酸、醇等物质反应,故C项错误;由于Li的摩尔质量较小,所以锂电池的比能量应较高,故D项错误。
3.下列叙述正确的是( )
A.纯锌与稀硫酸反应时,加入少量CuSO4溶液,可使反应速率加快
B.甲醇和氧气以及KOH溶液构成的新型燃料电池中,其负极上发生的反应为CH3OH+6OH-+6e-===CO2+5H2O
C.在铁件上镀铜时,金属铜作阴极
D.电解精炼铜时,电解质溶液中铜离子浓度保持不变
答案 A
4.用石墨作电极电解1 mol·L-1的 CuSO4溶液,当c(Cu2+)为0.5 mol·L-1时,停止电解,向剩余溶液中加入下列何种物质可使电解质溶液恢复至原来状态( )
A.CuSO4 B.CuO C.Cu(OH)2 D.CuSO4·5H2O
答案 B
解析 电解过程中的反应式为
阳极:4OH--4e-===2H2O+O2↑,
阴极:2Cu2++4e-===2Cu。
总反应式为2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑。
由以上反应可知,电解使2 mol CuSO4和2 mol H2O变成了2 mol H2SO4,同时析出铜,放出O2,溶液中每生成2 mol Cu,则放出1 mol O2,故需补充CuO。
5.下列关于实验现象的描述不正确的是( )
A.把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀H2SO4中,铜片表面出现气泡
B.用锌片作阳极,铁片作阴极,电解ZnCl2溶液,铁片表面出现一层锌
C.把铜片插入FeCl3溶液中,在铜片表面出现一层铁
D.把锌粒放入盛有盐酸的试管中,加入几滴CuCl2溶液,气泡放出速率加快
答案 C
解析 铜、铁是两种活动性不同的金属,稀H2SO4是电解质溶液,三者共同形成了原电池,铁片上发生氧化反应:Fe-2e-===Fe2+,铜片上发生还原反应:2H++2e-===H2↑,故A正确;B为电镀池,锌片上发生:Zn-2e-===Zn2+,铁片上发生:Zn2++2e-===Zn,故B正确;Cu+2FeCl3===2FeCl2+CuCl2,故C错误;Zn与被Zn 置换出的Cu以及原有的盐酸一起构成了原电池,发生了原电池反应,故D正确。
6.最近,科学家研制出一种纸质电池,这种“软电池”采用薄层纸片作为载体和传导体,在一边附着锌,在另一边附着二氧化锰。电池总反应式为Zn+2MnO2+H2O===ZnO+2MnOOH。下列说法不正确的是( )
A.该电池中Zn为负极,MnO2为正极
B.该电池的正极反应式为MnO2+e-+H2O===MnOOH+OH-
C.导电时外电路电子由Zn流向MnO2,内电路电子由MnO2流向Zn
D.电池工作时水分子和OH-都能通过薄层纸片
答案 C
解析 原电池反应中Zn失电子、MnO2得电子,因此该电池负极为Zn,正极为MnO2。由电池总反应式减去负极反应式Zn-2e-+2OH-===ZnO+H2O即得正极反应式MnO2+e-+H2O===MnOOH+OH-。电子只能由Zn经外电路流向MnO2,而不能通过内电路。
7.如图所示,a、b是石墨电极,通电一段时间后,b极附近溶液显红色。下列说法正确的是( )
A.X极是电源的负极,Y极是电源的正极
B.Cu电极上增重6.4 g时,b极产生4.48 L(标准状况)气体
C.电解过程中CuSO4溶液的pH逐渐增大
D.a极的电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑
答案 D
解析 b极显红色,则b极为阴极,a为阳极,Pt为阳极,则X为电源正极;Cu增重6.4 g时转移0.2 mol e-,b极应产生0.1 mol H2;电解过程中CuSO4溶液转变为H2SO4,pH减小。
8.用如图所示的装置进行实验,反应一段时间后断开K,向右侧烧杯中加入0.1 mol
CuO后CuSO4溶液恰好恢复到反应前的浓度和pH。下列说法中不正确的是( )
A.铜棒为正极,其电极反应式为2H++2e-===H2↑
B.烧杯右侧碳棒为阴极,其电极表面有红色物质析出
C.反应中消耗锌的质量为13 g
D.导线中通过的电子的物质的量为0.2 mol
答案 C
9.关于下图所示装置的判断,叙述正确的是( )
A.左边的装置是电解池,右边的装置是原电池
B.该装置中铜为正极,锌为负极
C.当铜片的质量变化为12.8 g时,a极上消耗的O2在标准状况下的体积为2.24 L
Cu→Cu→经过CuSO4溶液→Zn→b
答案 C
解析 根据图中所给的信息,我们可以判断出左边是氢氧燃料电池,右边是电解池,故A项错误;根据入口处所标的氧气和氢气的位置,可以知道a作正极,b作负极;并且Zn和b相连,所以是阴极,而Cu是阳极,故B项错误;Cu片上的电极反应式为Cu-2e-===Cu2+,当铜片的质量变化为12.8 g时,电路中转移的电子的物质的量为n(e-)=2n(Cu2+)=
2×=0.4 mol。a极上的电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-,因为各个电极转移的电子的物质的量相等,所以a极上消耗氧气的体积V(O2)=22.4 L·mol-1×n(O2)=22.4
L·mol-1×=2.24 L,故C项正确。
10.按下图装置进行实验,若乙中横坐标x表示流入电极的电子的物质的量,下列叙述中不正确的是( )
A.E表示生成铜的物质的量
B.E表示总反应中消耗水的物质的量
C.F表示反应中生成氧气的物质的量
D.F表示生成硫酸的物质的量
答案 D
解析 甲装置是电解CuSO4的实验装置,其电解方程式为2CuSO4+2H2O2Cu+
O2↑+2H2SO4,可得2CuSO4~2H2O~2Cu~O2~2H2SO4~4e-,结合图乙可知选项D错误。
11.工业上为了处理含有Cr2O的酸性工业废水,采用下面的处理方法:往工业废水中加入适量NaCl,以铁为电极进行电解,经过一段时间,有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成,工业废水中铬元素的含量已低于排放标准。关于上述方法,下列说法错误的是( )
A.阳极反应:Fe-2e-===Fe2+
B.阴极反应:2H++2e-===H2↑
C.在电解过程中工业废水由酸性变为碱性
D.可以将铁电极改为石墨电极
答案 D
解析 用石墨作电极,阳极产生Cl2,得不到Fe2+,缺少还原剂,不能使Cr3+→Cr3+→
Cr(OH)3↓而除去,所以D项错误。
12.可用于电动汽车的铝空气燃料电池,通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液,铝合金为负极,空气电极为正极。下列说法正确的是( )
A.以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时,正极反应式都为O2+2H2O+4e-===4OH-
B.以NaOH溶液为电解液时,负极反应式为Al+3OH--3e-===Al(OH)3↓
C.以NaOH溶液为电解液时,电池在工作过程中电解液的pH保持不变
D.电池工作时,电子通过外电路从正极流向负极
答案 A
解析 B项,以NaOH溶液为电解液时,不应生成Al(OH)3沉淀,而应生成AlO;C项,电解液的pH应减小;D项,电子通过外电路从负极流向正极。
13.下列有关电化学的图示,完全正确的是( )
答案 A
解析 在Cu-Zn—稀硫酸形成的原电池中,锌失电子,在铜电极生成H2,故A对;电解精炼铜时应该粗铜作阳极,所以B错;铁片镀锌应该锌作阳极,所以C错;D中碳棒作阳极,在该极产生Cl2,用KI淀粉溶液进行检验,铁棒作阴极,在阴极区产生H2,可以用小试管收集并进行检验,所以D错。
14.化学在生产和日常生活中有着重要的应用。下列说法不正确的是( )
A.明矾水解形成的Al(OH)3胶体能吸附水中的悬浮物,可用于水的净化
B.在海轮外壳上镶入锌块,可减缓船体的腐蚀速率
C.MgO的熔点很高,可用于制作耐高温材料
D.电解MgCl2饱和溶液,可制得金属镁
答案 D
解析 A项,Al3+水解可得Al(OH)3胶体,起净水作用;B项,镶入锌块,相当于牺牲阳极的阴极保护法;C项,利用了MgO熔点高的性质;D项,电解MgCl2饱和溶液最终会得到Mg(OH)2而非Mg。
15.某原电池总反应的离子方程式为2Fe3++Fe===3Fe2+,不能实现该反应的原电池是( )
A.正极为Cu,负极为Fe,电解质溶液为FeCl3
B.正极为C,负极为Fe,电解质溶液为Fe(NO3)3
C.正极为Fe,负极为Zn,电解质溶液为Fe2(SO4)3
D.正极为Ag,负极为Fe,电解质溶液为Fe2(SO4)3
答案 C
解析 还原剂应为负极,材料为单质铁;氧化剂为Fe3+,在正极上得到电子,电解质溶液应该为含有Fe3+的溶液。C选项不能实现2Fe3++Fe===3Fe2+。
16.某课外活动小组,将剪下的一块镀锌铁放入试剂瓶中,并滴入少量食盐水将其浸湿,再加数滴酚酞溶液,按如图装置进行实验,数分钟后观察,下列现象不可能出现的是( )
A.乙中导气管中产生气泡
B.乙中导气管里形成一段水柱
C.金属片剪口处溶液变红
D.锌被腐蚀
答案 A
解析 在食盐水中Zn、Fe形成原电池,发生吸氧腐蚀消耗甲中的氧气,甲中压强变小,乙中导气管受大气压强作用形成一段水柱;在金属剪口处形成ZnFe原电池,正极发生反应2H2O+O2+4e-===4OH-,溶液呈碱性,溶液变红,Zn比Fe活泼,Zn作负极,Zn-2e-===Zn2+而被腐蚀。
二、非选择题(本题包括6小题,共52分)
17.(8分)关于“电解CuCl2溶液时的pH变化”问题,化学界有以下两种不同的观点:观点一是,“理论派”认为电解CuCl2溶液后溶液的pH升高;观点二是,“实验派”经过反复多次精确的实验测定,证明电解CuCl2溶液时pH的变化有如图所示的曲线关系。请回答下列问题:
(1)电解前CuCl2溶液的pH处于A点的原因是(用离子方程式说明)_________
_______________________________________________________________。
(2)“理论派”所持观点的理论依据是_______________________________________
________________________________________________________________________。
(3)“实验派”的实验结论是_______________________________________________。
(4)你持何种观点?你所持观点的理由是____________________________________
____________________(从化学原理上加以简述)。
答案 (1)Cu2++2H2O
Cu(OH)2+2H+
(2)电解时Cu2+在阴极得电子而析出Cu,由于Cu2+浓度减小,Cu2+的水解平衡向左移动,因而H+浓度减小,pH增大
(3)溶液的pH降低
(4)“实验派”的观点正确,因为在电解时阳极产生Cl2,Cl2与水反应生成盐酸
解析 (1)CuCl2在水溶液中发生水解,溶液显酸性,离子方程式为Cu2++2H2O
Cu(OH)2+2H+。
(2)“理论派”认为:电解CuCl2溶液时,阴极反应式为Cu2++2e-===Cu,溶液中c(Cu2+)减小,导致水解平衡左移,c(H+)减小,pH升高。
(3)“实验派”认为:电解CuCl2溶液的过程中,在阳极有Cl2生成,Cl2与水反应:Cl2+H2O===HCl+HClO,使溶液中c(H+)增大,pH减小。
18.(10分)请从图中选用必要的装置进行电解饱和食盐水的实验,要求测定产生的氢气的体积(大于25 mL),并检验氯气的氧化性。
(1) A极发生的电极反应是________________________________________________;
B极发生的电极反应是____________________________________________________。
(2)电源、电流表与A、B两极的正确连接顺序为
L→( )→( )→( )→( )→M
(3)设计检测上述气体实验装置时,各接口的正确连接顺序为____接____、____接A,B接____、____接____。
(4)实验中,在盛有KI淀粉溶液的容器中发生反应的离子方程式为
________________________________________________________________________。
答案 (1)2H++2e-===H2↑
2Cl--2e-===Cl2↑
(2)A B J K
(3)H F G D E C
(4)Cl2+2I-===2Cl-+I2
解析 解答实验题,首先要明确实验的目的是什么,然后围绕实验目的去设计实验步骤,连接实验仪器,回答实验问题。同时还要提高观察能力,若观察不仔细,会造成实验失败。本题融电解、实验、计算于一体。
(1)要达到电解食盐水的目的,则电解池中铁棒必须连接电源的负极而作阴极,碳棒则连接电源的正极而作阳极,反之,铁作阳极则Fe2+进入溶液,无法实现电解食盐水的目的。
(2)电源负极接电解池的铁棒,碳棒接电流计“-”端,“+”端接电源正极。
(3)电解池左边A导管口产生H2,右边B导管口产生Cl2,以电解池为中心,则有:H←F、G←A、B→D、E→C,相应装置的作用:
(4)Cl2+2I-===2Cl-+I2
19.(10分) Zn-MnO2干电池应用广泛,其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。
(1)该电池的负极材料是____________。电池工作时,电子流向______________(填“正极”或“负极”)。
(2)若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+,会加速某电极的腐蚀,其主要原因是________________________________________________________________________。
欲除去Cu2+,最好选用下列试剂中的________(填代号)。
a.NaOH b.Zn c.Fe d.NH3·H2O
(3)MnO2的生产方法之一是以石墨为电极,电解酸化的MnSO4溶液。阴极的电极反应式是________________________________________________________________________。
若电解电路中通过2 mol电子,MnO2的理论产量为_________________________g。
答案 (1)Zn(或锌) 正极
(2)锌与还原出来的铜构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀 b
(3)2H++2e-===H2↑ 87
解析 (1)原电池的负极是发生氧化反应的一极:Zn-2e-===Zn2+;电池工作时,电子从负极流向正极。
(2)Zn与Cu2+发生氧化还原反应,生成的Cu附着在Zn的表面构成铜锌原电池,加快反应速率,从而加快Zn的腐蚀。
(3)电解池的阴极是发生还原反应的一极:2H++2e-===H2↑;每生成1 mol MnO2需转移2 mol电子,故每通过2 mol电子,理论上生成1 mol MnO2,质量为87 g。
20.(10分)下图所示装置中,甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100 g 5.00%的NaOH溶
液、足量的CuSO4溶液和100 g 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质量分数为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;
① 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:________L;
④电极c的质量变化是__________g;
⑤电解前后各溶液的pH是否发生变化:
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?
答案 (1)①正 ②4OH--4e-===2H2O + O2↑
③2.8 ④16 ⑤pH增大 pH减小 pH不变
(2)能继续进行,因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液,反应也就变为水的电解反应。
解析 (1)①乙中c电极质量增加,则c处发生的反应为Cu2++2e-===Cu,即c处为阴极,由此可推出b为阳极,a为阴极,M为负极,N为正极。丙中电解液为K2SO4溶液,相当于电解水,设电解的水的质量为x g。由电解前后溶质质量相等有,100×10%=(100-x)×
10.47%,得x=4.5 g,故电解的水为0.25 mol。由方程式2H2O2H2↑+O2↑可知,电解2 mol H2O,转移4 mol电子,所以整个反应中转移了0.5 mol电子,而整个电路是串联的,故每个烧杯中的电极上转移的电子数是相等的。②甲中为NaOH溶液,相当于电解水,阳极b处为阴离子OH-放电,即4OH--4e-===2H2O+O2↑。③转移0.5 mol电子,则生成O2为 mol=0.125 mol,标况下的体积为0.125 mol×22.4 L·mol-1=2.8 L。④Cu2++2e-===Cu,转移0.5 mol电子,则生成的m(Cu)=0.5/2 mol×64 g·mol-1=16 g。⑤甲中相当于电解水,故NaOH的浓度增大,pH变大。乙中阴极为Cu2+放电,阳极为OH-放电,所以H+增多,故pH减小。丙中为电解水,对于K2SO4而言,其pH几乎不变。(2)铜全部析出,可以继续电解H2SO4溶液,有电解液即可电解。
21.(6分)
如图所示,A为直流电源,B为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞溶液的滤纸,C为电镀槽,接通电路后,发现B上的c点显红色,请填空:
(1)电源A上的a为________极。
(2)滤纸B上发生的总化学反应方程式为____________________________________。
(3)欲在电镀槽中实现铁上镀锌,接通K点,使c、d两点短路,则电极e上发生的反应为________________________________________________________________________,
电极f上发生的反应为___________________________________________________,
槽中盛放的电镀液可以是__________或________(只要求填两种电解质溶液)。
答案 (1)正
(2)2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH
(3)Zn-2e-===Zn2+ Zn2++2e-===Zn
ZnSO4溶液 ZnCl2溶液
解析 (1)解答本题的关键之处是:“B上的c点显红色”,c点之所以呈红色,是因为此处发生电极反应后显碱性,使酚酞变红色,故c点发生的反应是2H++2e-===H2↑,式中的H+来自水:H2O
H++OH-,消耗了H+,过剩的OH-使酚酞显红色。c点发生还原反应,应
为电解池的阴极,因此b为负极,a应为正极。(2)滤纸B上发生的化学反应,实为电解NaCl溶液,故总化学反应方程式为2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH。
(3)铁上镀锌,镀层金属应为阳极,接电源的正极。因此电镀槽C中,e应为金属锌(阳极),它发生阳极溶解,反应式为Zn-2e-===Zn2+;而f应为镀件(金属铁),在它上面发生的反应是Zn2++2e-===Zn(沉积于铁阴极上);镀液应含Zn2+,ZnSO4和ZnCl2是合理的选择,当然不限于这两种。
22.(8分)(1)将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池,两电极间连接一个电流计。
锌片上发生的电极反应:___________________________________________________;
银片上发生的电极反应:_________________________________________________。
(2)若该电池中两电极的总质量为60 g,工作一段时间后,取出锌片和银片洗净干燥后称重,总质量为47 g,试计算:
①产生氢气的体积(标准状况);
②通过导线的电量。(已知NA=6.02×1023 mol-1,电子电量为1.60×10-19C)
答案 (1)Zn-2e-===Zn2+ 2H++2e-===H2↑
(2)①4.48 L ②3.85×104 C
解析 (1)根据金属活动性分析得出锌片为负极,银片为正极,相应电极反应式为Zn-
2e-===Zn2+;2H+ +2e-===H2↑。
(2)①锌片与银片总质量减轻,是因锌片与酸反应:
Zn+2H+===Zn2++H2↑~转移2e-
65 g 22.4 L 2×6.02×1023
60 g-47 g V(H2) Q/1.60×10-19
得V(H2)=4.48 L;Q=3.85×104 C