2020—2021人教版（2019）化学选择性必修一第四章化学反应与电能优练及答案

2020—2021 人教版（2019）化学选择性必修一第四章 化学反应与电 能优练及答案 新教材选择性必修 1 第四章 化学反应与电能 1、以乙烷燃料电池为电源进行电解的实验装置如图所示。下列说法正确的是 ( ) A. 燃料电池工作时,正极反应为 B. a 极是铜,b 极是铁时,硫酸铜溶液浓度减小 C. a、b 两极若是石墨,在同温同压下 a 极产生的气体是电池中消耗的乙烷体积 之比为 7:2 D. a 极是纯铜,b 极是粗铜时,a 极上有铜析出,b 极逐渐溶解,两极质量变化相同 【答案】B 2、最近科学家利用下列装置图成功地实现了 CO2 和 H2O 合成 CH4．下列叙述 错误的是（ ） A．电池工作时，实现了将太阳能转化为电能 B．电池内 H+透过质子交换膜从左向右移动 C．铜电极为正极，电极反应式为 CO2+8H+﹣8e﹣═CH4+2H2O D．为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量稀硫酸 【解答】A、由电池装置图可知电池工作时，实现了将太阳能转化为电能，故 A 正确； B、电池内 H+透过质子交换膜向正极移动，电子流入的极是正极，所以 Cu 是 正极，即电池内 H+透过质子交换膜从左向右移动，故 B 正确； C、电子流入的极是正极，所以 Cu 是正极，Cu 上二氧化碳得电子生成甲烷， 即 CO2+8e﹣+8H+＝CH4+2H2O，故 C 错误； D、向装置中加入少量强电解质溶液稀硫酸可以增强导电能力，提高该人工光 合系统的工作效率，故 D 正确。 故选：C。 3、某化学小组为了探究铝电极在原电池中的作用，进行了下列实验，实验结果 记录如表所示。下列说法正确的是（ ） 编号 电极材料 电解质溶液 电流表指针 偏转方向 ① Mg、Al 稀盐酸 偏向 Al ② Al、Cu 稀盐酸 偏向 Cu ③ Al、石墨 稀盐酸 偏向 ④ Mg、Al NaOH 溶液 偏向 Mg A．实验①和②中，Al 电极的作用相同 B．实验③中，电流表指针偏向 Al C．实验④中，Mg 为负极，电极反应式为：Mg﹣2e﹣═Mg2+ D．综合以上实验，铝在原电池中的作用，与另一个电极材料和电解质溶液有 关 【解答】A、①Mg、Al 和稀盐酸构成原电池中 Al 为正极，②Cu、Al 和稀盐酸 构成原电池，Al 为负极，所以实验①和②中，Al 电极的作用不相同，故 A 错 误； B、根据①～④原电池中电流表指针偏转方向可知，电流表指针偏向正极，而 ③的原电池中，Al 为负极，石墨为正极，电流表指针应该偏向正极石墨，故 B 错误； C、实验④Mg、Al 和 NaOH 溶液构成原电池中，Al 为负极，Mg 为正极，负极 反应式为 Al+4OH﹣﹣3e﹣═AlO2 ﹣+2H2O，故 C 错误； D、对比实验①②③可知，原电池中金属铝作正极还是作负极，与另一电极材 料的活动性强弱有关：若活泼性小于 Al，则 Al 作负极，反之作正极；对比实 验①④可知，金属铝作正极还是负极与电解质溶液有关，故 D 正确； 故选：D。 4、用电解法测量某工业废气中 CO 的浓度，工作原理如图所示。下列说法不正 确的是（ ） A．b 为电源的负极 B．阳极的电极反应式为 CO+H2O﹣2e﹣＝CO2+2H+ C．H+向阴极移动 D．理论上每消耗 11.2 L O2，转移 2mol 电子 【解答】A、根据以上分析，则 b 为电源的负极，故 A 正确； B、阳极 CO 失电子生成二氧化碳，电极反应为：CO+H2O﹣2e﹣＝CO2+2H+，故 B 正确； C、阳离子向阴极移动，所以 H+向阴极移动，故 C 正确； D、未指明标准状况，则无法计算，故 D 错误； 故选：D。 5、钼酸钠和月桂酰肌氨酸的混合液常作为碳素钢的缓蚀剂。常温下，碳素钢在 三种不同介质中的腐蚀速率实验结果如图所示。下列说法不正确的是（ ） A．盐酸的浓度越大，腐蚀速率越快 B．钼酸钠和月桂酰肌氨酸的浓度相等时，缓蚀效果最好 C．碳素钢的腐蚀速率不随硫酸的浓度增大而增大，说明反应速率不与 c（H+） 成正比 D．对比盐酸和硫酸两条曲线，可知 Cl﹣也会影响碳素钢的腐蚀速率 【解答】A．由图可知，对于盐酸的浓度越大，腐蚀速率越大，所以 c（H+）越 大，腐蚀速率越大，故 A 正确； B．根据图示可知，当钼酸钠、月桂酸肌氨酸浓度相等时，腐蚀速率最小，腐 蚀效果最好，即浓度比为 1：1，所以钼酸钠和月桂酰肌氨酸的浓度相等时，缓 蚀效果最优，故 B 正确； C．浓硫酸有强氧化性，能使金属表面形成致密的氧化膜保护层，则硫酸浓度 较大时不能说明速率与氢离子的关系，故 C 错误； D．碳钢在盐酸和硫酸中腐蚀速率随酸的浓度变化有明显差异，可知 Cl﹣有利于 碳钢的腐蚀，SO42﹣不利于碳钢的腐蚀，故 D 正确； 故选：C。 6、近日，我国科学家实现了 CO2 的捕获与转化，装置如图所示，利用其能吸 收二氧化碳，并产生有价值的物质，该设计在国际期刊 《JournalofEnergyChemistry》中发表。下列有关说法正确的是（ ） A．电源在使用过程中，b 极发生还原反应 B．该装置实现了 CO2 的化学能转化为电能 C．利用该装置的原理，理论上也可用于捕获与转化硫氧化物、氮氧化物 D．若电源中有 4mol 电子转移，则最多可捕获 CO222.4L 【解答】A．由以上分析可知 b 极为电源负极，负极上发生失电子的氧化反应， 故 A 错误； B．该装置为电解池，该装置把电能转化为化学能，故 B 错误； C．该装置是利用 O2﹣与氧化物结合生成酸根离子来吸收氧化物，所以利用该装 置的原理，理论上也可用于捕获与转化硫氧化物、氮氧化物，故 C 正确； D．由 CO2+O2﹣＝CO32﹣，CO32﹣+4e﹣═C+3O2﹣可知，若电源中有 4mol 电子转 移，可以吸收二氧化碳 1mol，由于气体二氧化碳存在的条件未知，不能确定体 积，故 D 错误。 故选：C。 7、某学习小组设计如下装置进行原电池原理的探究。一段时间后取出铜棒洗净， 发现浸泡在稀硝酸铜溶液中铜棒变细，浓硝酸铜溶液中铜棒变粗。对该实验的 说法正确的是（ ） A．处于稀硝酸中的铜棒为电池的正极，电极反应为：Cu2++2e﹣＝Cu B．该装置可以实现“零能耗”镀铜 C．配置上述试验所用硝酸铜溶液应加入适量的硝酸溶液使铜棒溶解 D．铜棒上部电势高，下部电势低 【解答】A．处于稀硝酸中的铜棒变细，则铜被氧化，应为负极，电极反应为： Cu﹣2e﹣＝Cu2+，故 A 错误； B．该镀铜过程没有提供能源，实现“零能耗”镀铜，故 B 正确； C．硝酸与铜反应生成污染性气体，应用氧化铜与硝酸反应，故 C 错误； D．下端为正极，电势较高，故 D 错误。 故选：B。 8、 如图为电解饱和食盐水的实验装置。据此，下列叙述不正确的是（ ） A．装置中 a 管能产生氢气 B．b 管导出的是能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝的气体 C．在石墨棒电极区域有 NaOH 生成 D．以电解饱和食盐水为基础制取氯气等产品的工业称为“氯碱工业” 【解答】A．图中 Fe 作阴极、石墨 C 作阳极，Fe 电极反应式为 2H2O+2e﹣＝H2 ↑+2OH﹣，C 电极反应式为 2Cl﹣﹣2e﹣＝Cl2↑，则 a 得到的气体是氢气，故 A 正确； B．石墨电极反应式为 2Cl﹣﹣2e﹣＝Cl2↑，则 b 管导出的气体是氯气、能使湿润 的淀粉碘化钾试纸变蓝，故 B 正确； C．图中 Fe 作阴极、石墨 C 作阳极，Fe 电极反应式为 2H2O+2e﹣＝H2↑+2OH﹣， Fe 电极附近有 NaOH 生成，故 C 错误； D．该电解池电解过程中有氯气、氢气和 NaOH 生成，所以以食盐水为基础原 料制取氯气等产品的工业称为“氯碱工业”，故 D 正确； 故选：C。 9、某实验小组利用下列装置探究电解质溶液的浓度对金属腐蚀的影响，下列有 关说法正确的是（ ） 装置 装置Ⅰ 装置Ⅱ 现象 电流计指针不发生偏转 电流计指针发生偏转 A．装置Ⅰ中的铁片均不会发生任何腐蚀 B．利用 K3[Fe（CN）6]溶液可确定装置Ⅱ中的正、负极 C．铁片 d 上可能发生的电极反应为：Fe﹣3e﹣═Fe3+ D．铁片 a、c 所处的 NaCl 溶液的浓度相等，二者腐蚀速率相等 【解答】A．装置Ⅰ中因为两烧杯中 NaCl 溶液的浓度相等，两边电势相等，所 以电流计指针不发生偏转，但铁片 a、b 仍可发生普通的化学腐蚀，故 A 错误； B．装置Ⅱ中负极发生反应：Fe﹣2e﹣═Fe2+，Fe2+遇 K3[Fe（CN）6]溶液生成蓝 色沉淀，故可利用 K3[Fe（CN）6]溶液确定装置Ⅱ中的正、负极，故 B 正确； C．铁片 d 上 Fe 发生反应生成 Fe2+，则铁片 d 上可能发生的电极反应为 Fe﹣2e ﹣═Fe2+，故 C 错误； D．装置Ⅱ中明显产生了电流，c 发生电化学腐蚀，a 发生化学腐蚀，电化学腐 蚀比化学腐蚀要快得多，故铁片 a、c 的腐蚀速率不同，故 D 错误。 故选：B。 *10、用如图所示装置进行实验（a、b 电极均为 Ag 单质），观察到了灵敏电流 计指针发生偏转。下列说法正确的是（ ） A．b 极发生氧化反应 B．离子交换膜为阴离子交换膜 C．去掉离子交换膜，电流表仍然有电流通过 D．电流计指针不再偏转时，右边硝酸银溶液的物质的量浓度依然大于左边 【解答】由于 AgNO3 溶液浓度不同形成浓差电池，左池为稀的 AgNO3 溶液， 右池为浓的 AgNO3 溶液，Ag+浓度越大氧化性越强，所以 b 为正极，发生还原 反应，电极反应式为 Ag++e﹣＝Ag，a 为负极，发生氧化反应，电极反应式为 Ag﹣e﹣═Ag+， A．b 为正极，发生得电子的还原反应，故 A 错误； B．分析可知，溶液中迁移的离子不可能是 Ag+，只能是 NO3 ﹣穿过交换膜向负 极移动，为阴离子交换膜，故 B 正确； C．去掉离子交换膜，硝酸银溶液浓度会区域相同，不能形成浓差电池，故 C 错误； D．左、右两边硝酸银溶液的物质的量浓度相同时，无电流通过，电流计指针 不再偏转，所以电流计指针不再偏转时，右边硝酸银溶液的物质的量浓度等于 左边，故 D 错误； 故选：B。 *11、为了使反应 2HCl+2Ag＝2AgCl+H2↑能顺利进行，某同学设计了下列四个 实验，如图所示，你认为可行的是（ ） A． B． C． D． 【解答】因 Ag 与盐酸不反应，则不能设计为原电池，B、D 没有外加电源，故 BD 错误； 为了使反应 2HCl+2Ag＝2AgCl+H2↑能顺利进行，可设计为电解池，选择 Ag 为阳极，盐酸为电解质溶液即可，A 中 Ag 为阴极，故 A 错误，显然只有 C 正 确； 故选：C。 *12、用铂电极（惰性电极）电解下列溶液时，阴极和阳极上的主要产物分别是 H2 和 O2 的是（ ） A．稀 NaOH 溶液 B．HCl 溶液 C．酸性 NaCl 溶液 D．酸性 AgNO3 溶液 【解答】A.电解稀 NaOH 溶液时，阳极：4OH﹣﹣4e﹣═O2↑+2H2O，阴极：2H2O+2e ﹣═H2↑+2OH﹣，阴极和阳极上的主要产物分别是 H2 和 O2，故 A 正确； B.电解 HCl 溶液，阳极：2Cl﹣﹣2e﹣═Cl2↑，阴极：2H++2e﹣═H2↑、2H2O+2e ﹣═H2↑+2OH﹣，阴极和阳极上的主要产物分别是 H2 和 Cl2，故 B 错误； C.电解 NaCl 溶液时，阳极：2Cl﹣﹣2e﹣═Cl2↑，阴极：2H++2e﹣═H2↑、2H2O+2e ﹣═H2↑+2OH﹣，阴极和阳极上的主要产物分别是 H2 和 Cl2，故 C 错误； D.电解 AgNO3 溶液时，阳极：2H2O﹣4e﹣═O2↑+4H+，阴极：Ag++e﹣═Ag，阴 极和阳极上的主要产物分别是 Ag 和 O2，故 D 错误； 故选：A。 13、由甲醇、氧气和 NaOH 溶液构成的新型手机电池，可使手机连续使用一个 月才充一次电． ①该电池负极的电极反应式为________． ②若以该电池为电源，用石墨作电极电解 200mL 含有如下离子的溶液． 离子 Cu2+ H+ Cl﹣ SO42﹣ c/（mol•L﹣1） 0.5 2 2 0.5 电解一段时间后，当两极收集到相同体积（相同条件）的气体时（忽略溶液体 积的变化及电极产物可能存在的溶解现象）．阳极上发生的电极反应为 ________；阴极收集到的气体体积为（标准状况）________． .【答案】 2Cl﹣﹣2e﹣=Cl2↑；4OH﹣﹣4e﹣=2H2O+O2↑；6.72L． 【解析】①该燃料电池中，电池的正极通入氧气，负极通入燃料甲醇，电解质 是氢氧化钠溶液，正极 O2 得到电子生成氢氧根离子：O2+2H2O+4e﹣=4OH﹣ ， 负极电极反应：CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O， 故答案为：CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O； ②溶液中 n（Cu2+）=0.2L×0.5mol/L=0.1mol，n（H+）=0.2L×2mol/L=0.4mol，c （Cl﹣）=0.2L×2mol/L=0.4mol，开始阶段，阴极电极反应为：Cu2++2e﹣=Cu，阳 极电极反应为：2Cl﹣﹣2e﹣=Cl2↑，电解一段时间后，当两极收集到相同体积（相 同条件）的气体，且阳极生成氧气，则阴极还发生反应：2H++2e﹣=H2↑，阳极 还发生：4OH﹣﹣4e﹣=2H2O+O2↑，阳极生成氯气为 0.2mol，假设氧气为 xmol， 则氢气为（x+0.2）mol，根据电子转移守恒，则 0.1mol×2+（x+0.2） mol×2=0.2mol×2+xmol×4，解得 x=0.1，故收集到的氢气为（0.1+0.2）mol=0.3mol， 在标况下的体积为 0.3mol×22.4L/mol=6.72L， 故答案为：2Cl﹣﹣2e﹣=Cl2↑、4OH﹣﹣4e﹣=2H2O+O2↑；6.72L． 【分析】①甲醇燃料电池中甲醇在负极失电子发生氧化反应，在碱溶液中生成 碳酸盐； ②开始阶段，阴极电极反应为：Cu2++2e﹣=Cu，阳极电极反应为：2Cl﹣﹣2e﹣=Cl2↑， 电解一段时间后，当两极收集到相同体积（相同条件）的气体，且阳极生成氧 气，则阴极还发生反应：2H++2e﹣=H2↑，阳极还发生：4OH﹣﹣4e﹣=2H2O+O2↑， 阳极生成氯气为 0.2mol，假设氧气为 xmol，则氢气为（x+0.2）mol，根据电子 转移守恒列方程计算解答． 14、（1）家用炒菜铁锅用水清洗放置后会出现红棕色的锈斑，某同学欲对其原 理及条件进行分析。该同学准备了下列实验用品：20%的 NaCl 溶液、蒸馏水、 酚酞试液、KSCN 溶液、新制氯水、纯铁丝、碳棒、U 形管、导线等；请设计 一个实验方案验证铁被腐蚀的电极产物，简述操作过程并写出溶液中有关反应 的离子方程式： 。 （2）将一铜棒和碳棒用导线连接后，插入盛有 20% NaCl 溶液的 U 形管中。 ①若该装置不是原电池，请说明原因： 。（如果回答此题，则下面的② 不用回答） ②若该装置是原电池，请采取适当的措施（电极材料、溶液浓度均不变）来提 高电池的放电效率： 。 【分析】（1）烧过菜的铁锅未及时洗涤（残液中含 NaCl 等），出现红棕色锈 斑[Fe（OH）3 失水的产物]，是金属铁发生吸氧腐蚀的结果，正极发生的是氧气 得电子的还原反应，负极是金属铁是失电子的氧化反应，根据构成原电池的条 件，以纯铁丝、碳棒为电极，20%的 NaCl 溶液为电解液，分别针对产物 Fe2+、 OH﹣检验设计实验； （2）形成原电池，需能发生自发的氧化还原反应，铜棒和碳棒作电极，氯化钠 作为电解质溶液，不能发生自发的氧化还原反应． 【解答】解：（1）金属铁发生吸氧腐蚀，正极发生的是氧气得电子的还原反应， 即 2H2O+O2+4e﹣═4OH﹣，负极是金属铁是失电子的氧化反应，即 Fe﹣2e﹣═ Fe2+，Fe2++2OH﹣═Fe（OH）2，合并得到：2Fe+2H2O+O2═2Fe（OH）2↓，氢 氧化亚铁不稳定，易被氧气氧化为氢氧化铁，即 4Fe（OH）2+O2+2H2O═4Fe （OH）3，氢氧化铁分解，形成铁锈。设计实验方案验证铁被腐蚀的电极产物， 以纯铁丝、碳棒为电极，用 20%的 NaCl 溶液为电解液，用导线连接纯铁丝和 碳棒后放入盛有 20%的 NaCl 溶液的 U 形管中，放置数分钟，向插入铁丝的一 端，滴入 KSCN 溶液，溶液没有变色，再滴入氯水显示红色，证明负极有 Fe2+ 生成，相关的离子反应方程式为：2Fe2++Cl2＝2Fe3++2Cl﹣，Fe3++3SCN﹣⇌Fe（SCN） 3，向插入碳棒的一端滴入酚酞，溶液显红色，证明有 OH﹣生成， 故答案为：以纯铁丝、碳棒为电极，用 20%的 NaCl 溶液为电解液，用导线连 接纯铁丝和碳棒后放入盛有 20%的 NaCl 溶液的 U 形管中，放置数分钟，向插 入铁丝的一端，滴入 KSCN 溶液，溶液没有变色，再滴入氯水显示红色，证明 负极有 Fe2+生成，相关的离子反应方程式为：2Fe2++Cl2＝2Fe3++2Cl﹣，Fe3++3SCN ﹣⇌Fe（SCN）3，向插入碳棒的一端滴入酚酞，溶液显红色，证明有 OH﹣生成； （2）铜棒和碳棒作电极，氯化钠作为电解质溶液，形成闭合回路后，不能发生 自发的氧化还原反应，故不能形成原电池， 故答案为：不能发生自发的氧化还原反应，故不能形成原电池．