高考化学二轮复习专题强化练习：专题七电化学

专题七 电化学 1．(2020·阜阳模拟)刚结束的两会《政府工作报告》首次写入“推动充电、加氢等设施 的建设”。如图是一种正负电极反应均涉及氢气的新型“全氢电池”，能量效率可达 80%。 下列说法中错误的是( B ) A．该装置将化学能转换为电能 B．离子交换膜允许 H＋和 OH－通过 C．负极为 A，其电极反应式是 H2－2e－＋2OH－═══2H2O D．电池的总反应为 H＋＋OH－═══H2 H2O 【解析】 “全氢电池”工作时是原电池反应，能量变化是将化学能转化为电能，A 正 确；由工作原理图可知，左边溶液为碱性，右边溶液为酸性，所以离子交换膜可阻止左边的 碱性溶液和右边的酸性溶液发生中和，因此该离子交换膜不能允许 H＋和 OH－通过，B 错误； 根据氢气的进出方向可知，氢气在吸附层 A 上发生氧化反应，化合价由 0 价变成＋1 价，吸 附层 A 为负极，电极反应为：H2－2e－＋2OH－═══2H2O，C 正确；根据 C 的分析可知，右 边吸附层 B 为正极，发生了还原反应，正极电极反应是 2H＋＋2e－═══H2↑，左边吸附层 A 为负极，发生了氧化反应，电极反应是 H2－2e－＋2OH－═══2H2O，因此总反应为：H＋＋OH －═══H2 H2O，D 正确。 2．(2020·济南模拟)利用微生物燃料电池进行废水处理，实现碳氮联合转化。其工作原 理如下图所示，其中 M、N 为厌氧微生物电极。 下列有关叙述错误的是( C ) A．负极的电极反应为 CH3COO－－8e－＋2H2O═══2CO2↑＋7H＋ B．电池工作时，H＋由 M 极移向 N 极 C．相同条件下，M、N 两极生成的 CO2 和 N2 的体积之比为 3∶2 D．好氧微生物反应器中发生的反应为 NH＋ 4 ＋2O2═══NO－ 3 ＋2H＋＋H2O 【解析】 图示分析可知：N 极 NO － 3 离子得到电子生成氮气、发生还原反应，则 N 极 为原电池正极。M 极 CH3COO－失电子、发生氧化反应生成二氧化碳气体，则 M 极为原电 池负极，NH ＋ 4 在好氧微生物反应器中转化为 NO－ 3 。M 极为负极，CH3COO－失电子、发生氧 化反应生成二氧化碳气体，电极反应为 CH3COO－－8e－＋2H2O═══2CO2↑＋7H＋，故 A 正 确；原电池工作时，阳离子向正极移动，即 H＋由 M 极移向 N 极，故 B 正确；生成 1 mol CO2 转移 4 mol e－，生成 1 mol N2 转移 10 mol e－，根据得失电子守恒，M、N 两极生成的 CO2 和 N2 的物质的量之比为 10 mol∶4 mol＝5∶2，相同条件下的体积比为 5∶2，故 C 错误； NH ＋ 4 在好氧微生物反应器中转化为 NO－ 3 ，则反应器中发生的反应为 NH＋ 4 ＋2O2═══NO－ 3 ＋2H ＋＋H2O。 3．(2020·荆州模拟)一种钌(Ru)基配合物光敏染料敏化太阳能电池的示意图如下。 电池工作时发生的反应为：RuⅡ—→hv RuⅡ*(激发态) RuⅡ*―→RuⅢ＋e－ I－ 3 ＋2e－―→3I－ RuⅢ＋3I－―→RuⅡ＋＋I－ 3 下列关于该电池叙述错误的是( B ) A．电池中镀 Pt 导电玻璃为正极 B．电池工作时，Ⅰ－离子在镀 Pt 导电玻璃电极上放电 C．电池工作时，电解质中Ⅰ－和Ⅰ－ 3 浓度不会减少 D．电池工作时，是将太阳能转化为电能 【解析】 由图中电子的移动方向可知，TiO2 为原电池的负极，镀 Pt 导电玻璃为原电 池的正极，电解质为 I － 3 和 I－的混合物，I － 3 在正极上得电子被还原，正极反应为 I－ 3 ＋2e－═══3I －。由图可知，镀 Pt 导电玻璃极为电子流入的一极，所以为正极，A 项正确；原电池中正极 发生还原反应，所以 I － 3 离子在镀 Pt 导电玻璃电极上放电，B 项错误；电池的电解质溶液中 I－的浓度和 I － 3 的浓度不变，C 项正确；由图可知该电池是将太阳能转化为电能的装置，D 项正确。 4．(2020·芜湖模拟)一种将 CO2 和 H2O 转换为燃料 H2、CO 及 CH4 的装置如图所示(电 解质溶液为稀 H2SO4)。下列关于该装置的叙述错误的是( B ) A．该装置可将电能转化为化学能 B．工作时，电极 a 周围溶液的 pH 增大 C．电极 b 上生成 CH4 的电极反应式为 CO2＋8H＋＋8e－═══CH4＋2H2O D．若电极 b 上只产生 1 mol CO，则通过质子膜的 H＋数为 2NA 【解析】 该装置含有外加电源，属于电解池，电解质溶液为硫酸，根据电解原理，电 极 a 为阳极，电极反应式为 2H2O－4e－═══O2↑＋4H＋，电极 b 为阴极，如转化成 CH4，阴 极反应式为 CO2＋8e－＋8H＋═══CH4＋2H2O，根据该装置图，该装置为电解池，电能转化为 化学能，故 A 说法正确；工作时，电极 a 的电极反应式为 2H2O－4e－═══O2↑＋4H＋，c(H＋) 增大，pH 降低，故 B 说法错误；根据上述分析，电极 b 电极反应式为 CO2＋8e－＋8H＋═══CH4 ＋2H2O，故 C 说法正确；若只产生 CO，电极 b 电极反应式为 CO2＋2e－＋2H＋═══CO＋H2O， 产生 1 mol CO，消耗 2 mol H＋，即通过质子膜的 H＋物质的量为 2 mol，故 D 说法正确。 5．(2020·南宁模拟)锌–空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为 KOH 溶液，反应为 2Zn＋O2＋4OH–＋2H2O═══2Zn(OH)2－ 4 。下列说法正确的是( C ) A．充电时，电解质溶液中 K＋向阳极移动 B．充电时，电解质溶液中 c(OH－)逐渐减小 C．放电时，负极反应为：Zn＋4OH－－2e－═══Zn(OH)2－ 4 D．放电时，电路中通过 2 mol 电子，消耗氧气 22.4 L(标准状况) 【解析】 充电时，阳离子向阴极移动，即 K＋向阴极移动，A 项错误；放电时总反应 为 2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O═══2Zn(OH)2－ 4 ，则充电时生成氢氧化钾，溶液中的氢氧根离子 浓度增大，B 项错误；放电时，锌在负极失去电子，电极反应为 Zn＋4OH－－2e－═══Zn(OH)2－ 4 ， C 项正确；标准状况下 22.4 L 氧气的物质的量为 1 摩尔，消耗 22.4 L O2 时电路中转移 4 摩 尔电子，D 项错误。 6．(2020·潍坊模拟)ZulemaBorjas 等设计的一种微生物脱盐池的装置如图所示，下列说 法正确的是( C ) A．该装置可以在高温下工作 B．X、Y 依次为阳离子、阴离子选择性交换膜 C．负极反应为 CH3COO－＋2H2O－8e－═══2CO2↑＋7H＋ D．该装置工作时，电能转化为化学能 【解析】 高温能使微生物蛋白质凝固变性，导致电池工作失效，所以该装置不能在高 温下工作，A 错误；原电池内电路中：阳离子移向正极、阴离子移向负极，从而达到脱盐目 的，所以 Y 为阳离子交换膜、X 为阴离子交换膜，B 错误；由装置图可知，负极为有机废 水 CH3COO－的电极，失电子发生氧化反应，电极反应为 CH3COO－＋2H2O－8e－═══2CO2↑ ＋7H＋，C 正确；该装置工作时为原电池，是将化学能转化为电能的装置，D 错误。 7．(2020·绵阳模拟)电解 NaB(OH)4 溶液制备 H3BO3 的原理如图所示，下列叙述错误的 是( B ) A．M 室发生的电极反应式：2H2O－4e－═══O2↑＋4H＋ B．a、c 为阴离子交换膜，b 为阳离子交换膜 C．N 室中：a%＜b% D．每生成 1 mol H3BO3，则有 1 mol Na＋进入 N 室 【解析】 该装置有外加电源，因此该装置为电解池，左端石墨为阳极，根据电解原理， 阳极反应式为 2H2O－4e－═══O2↑＋4H＋，产品室得到产品，因此 a 膜为阳离子交换膜，右 端石墨为阴极，根据电解原理，阴极反应式为 2H2O＋2e－═══H2↑＋2OH－，c 膜为阳离子交 换膜；M 室中石墨电极为阳极，电解时阳极上水失电子生成 O2 和 H＋，电极反应式为 2H2O －4e－═══O2↑＋4H＋，A 正确；原料室中的 B(OH)－ 4 通过 b 膜进入产品室，M 室中氢离子通 过 a 膜进入产品室，原料室中的 Na＋通过 c 膜进入 N 室，则 a、c 为阳离子交换膜，b 为阴 离子交换膜，B 错误；N 室中石墨为阴极，电解时阴极上水得电子生成 H2 和 OH－，原料室 中的钠离子通过 c 膜进入 N 室，溶液中 c(NaOH)增大，所以 N 室：a%＜b%，C 正确；理 论上每生成 1 mol H3BO3，则 M 室中就有 1 mol 氢离子通过 a 膜进入产品室即转移 1 mole－， 原料室中的 1 mol Na＋通过 c 膜进入 N 室，D 正确。 8．(2020·银川模拟)以 H2、O2、熔融盐 Na2CO3 组成燃料电池，采用电解法制备 Fe(OH)2， 装置如图所示，其中电解池两极材料分别为铁和石墨，通电一段时间后，右侧玻璃管中产生 大量的白色沉淀。则下列说法正确的是( D ) A．石墨电极Ⅱ处的电极反应式为 O2＋4e－═══2O2－ B．X 是铁电极 C．电解池中有 1 mol Fe 溶解，石墨Ⅰ耗 H2 22.4 L D．若将电池两极所通气体互换，X、Y 两极材料也互换，实验方案更合理。 【解析】 左边装置是原电池，通入氢气的电极Ⅰ是负极、通入氧气的电极Ⅱ是正极， 负极反应式为 H2－2e－＋CO2－ 3 ═══CO2＋H2O，正极反应式为 O2＋4e－＋2CO2═══2CO2－ 3 。右 边装置是电解池，X 是阴极、Y 是阳极，阴极反应式为 2H2O＋2e－═══H2↑＋2OH－，阳极 反应式为 Fe－2e－＋2OH－═══Fe(OH)2↓。通入氧气的电极 II 是正极，正极上氧气获得电子， 发生还原反应，电极反应式为 O2＋4e－＋2CO2═══2CO2－ 3 ，A 错误；X 与负极连接，作阴极， Y 与电源正极连接，作阳极，要制取 Fe(OH)2，阳极 Y 必须是铁电极，X 电极为石墨电极， B 错误；电解池中有 1 mol Fe 溶解，失去 2 mol 电子，根据整个闭合回路中电子转移数目相 等可知在石墨Ⅰ耗 H2 1 mol，但未指明气体所处的条件，因此不能确定氢气的体积就是 22.4 L，C 错误；若将电池两极所通气体互换，则 I 是正极，X 是阳极，X 电极材料是 Fe，该电 极产生的 Fe2＋和碱反应得到 Fe(OH)2 白色沉淀，Y 极产生的 H2 可以排出溶液中溶解的 O2， 防止 Fe(OH)2 被氧化，实验方案更合理，D 正确。 9．(2020·太原模拟)2019 年 3 月，我国科学家研发出一种新型的锌碘单液流电池，其原 理如图所示。下列说法不正确的是( C ) A．放电时 B 电极反应式为：I2＋2e－═══2I－ B． 放电时电解质储罐中离子总浓度增大 C．M 为阳离子交换膜，N 为阴离子交换膜 D．充电时，A 极增重 65 g 时，C 区增加离子数为 4NA 【解析】 放电时，B 电极为正极，I2 得到电子生成 I－，电极反应式为 I2＋2e－═══2I－， A 正确；放电时，左侧即负极，电极反应式为 Zn－2e－═══Zn2＋，所以储罐中的离子总浓度 增大，B 正确；离子交换膜是防止正负极 I2、Zn 接触发生反应，负极区生成 Zn2＋、正电荷 增加，正极区生成 I－、负电荷增加，所以 Cl－通过 M 膜进入负极区，K＋通过 N 膜进入正极 区，所以 M 为阴离子交换膜，N 为阳离子交换膜，C 错误；充电时，A 极反应式 Zn2＋＋2e －═══Zn，A 极增重 65 g 转移 2 mol 电子，所以 C 区增加 2 mol K＋、2 mol Cl－，离子总数为 4NA，D 正确。 10．(2020·模拟)氯盐可导致混凝土中的钢筋腐蚀。为防止混凝土中的钢筋 腐蚀，可在混凝土表面敷置一定电解质溶液并将惰性金属导电网浸泡其中，惰性金属导电网 与钢筋分别连接外部直流电源从而除去 Cl－，装置如图，下列说法错误的是( A ) A．钢筋接电源的正极 B．金属导电网上发生的电极反应为 2Cl－－2e－═══Cl2↑ C．混凝土中的钙离子向钢筋方向移动 D．电解一段时间后钢筋附近溶液的 pH 增大 【解析】 由 Cl－移动的方向可知钢筋接电源的负极，故 A 错误；金属导电网为阳极， 发生的电极反应为 2Cl－－2e－═══Cl2↑，故 B 正确；混凝土一端为阴极，钙离子为阳离子， 所以向钢筋方向移动，故 C 正确；钢筋附近发生的电极反应为：2H2O＋2e－═══H2↑＋2OH －，所以电解一段时间后钢筋附近溶液的 pH 增大，故 D 正确。 11．(2020·模拟)《我在故宫修文物》这部纪录片里关于古代青铜器的修复引起 了某研学小组的兴趣。“修旧如旧”是文物保护的主旨。 (1)查阅高中教材得知铜锈为 Cu2(OH)2CO3，俗称铜绿，可溶于酸。铜绿在一定程度上可 以提升青铜器的艺术价值。参与形成铜绿的物质有 Cu 和__O2、H2O、CO2__。 (2)继续查阅中国知网，了解到铜锈的成分非常复杂，主要成分有 Cu2(OH)2CO3 和 Cu2(OH)3Cl。考古学家将铜锈分为无害锈和有害锈，结构如图所示： Cu2(OH)2CO3 和 Cu2(OH)3Cl 分别属于无害锈和有害锈，请解释原因__碱式碳酸铜为致 密结构，可以阻止潮湿空气进入内部进一步腐蚀铜；而碱式氯化铜为疏松结构，潮湿空气可 以进入空隙内将内部的铜进一步腐蚀__。 (3)文献显示有害锈的形成过程中会产生 CuCl(白色不溶于水的固体)，请结合下图回答： ①过程Ⅰ的正极反应物是__氧气(H2O)__。 ②过程Ⅰ负极的电极反应式是__Cu－e－＋Cl－═══CuCl__。 (4)青铜器的修复有以下三种方法： ⅰ.柠檬酸浸法：将腐蚀文物直接放在 2%～3%的柠檬酸溶液中浸泡除锈； ⅱ.碳酸钠法：将腐蚀文物置于含 Na2CO3 的缓冲溶液中浸泡，使 CuCl 转化为难溶的 Cu2(OH)2CO3； ⅲ.BTA 保护法： 请回答下列问题： ①写出碳酸钠法的离子方程式__4CuCl＋O2＋2H2O＋2CO2－ 3 ═══2Cu2(OH)2CO3＋4Cl－ __。 ②三种方法中，BTA 保护法应用最为普遍，分析其可能的优点有__ABC__。 A．在青铜器表面形成一层致密的透明保护膜 B．替换出锈层中的 Cl－，能够高效的除去有害锈 C．和酸浸法相比，不破坏无害锈，可以保护青铜器的艺术价值，做到“修旧如旧” 【解析】 (1)铜绿为 Cu2(OH)2CO3，由质量守恒定律可知，反应前后元素种类不变，参 与形成铜绿的物质有 Cu 和 O2、H2O、CO2。(2)结合图像可知，Cu2(OH)2CO3 为致密结构， 可以阻止潮湿空气进入内部进一步腐蚀铜，属于无害锈。Cu2(OH)3Cl 为疏松结构，潮湿空 气可以进入空隙内将内部的铜进一步腐蚀，属于有害锈。(3)①结合图像可知，正极得电子 发生还原反应，过程Ⅰ的正极反应物是氧气，电极反应式为 O2＋4e－＋2H2O═══4OH－；② 结合图像可知，过程Ⅰ中 Cu 作负极，电极反应式是 Cu－e－＋Cl－═══CuCl。(4)①碳酸钠法 中，Na2CO3的缓冲溶液使 CuCl转化为难溶的Cu2(OH)2CO3，离子方程式为4CuCl＋O2＋2H2O ＋2CO2－ 3 ═══2Cu2(OH)2CO3＋4Cl－；②在青铜器表面形成一层致密的透明保护膜，能保护内 部金属铜，这能使 BTA 保护法应用更为普遍，故 A 正确；Cu2(OH)3Cl 为疏松结构，潮湿空 气可以进入空隙内将内部的铜进一步腐蚀，属于有害锈。替换出锈层中的 Cl－，能够高效的 除去有害锈，这能使 BTA 保护法应用更为普遍，故 B 正确；酸浸法会破坏无害锈 Cu2(OH)2CO3，BTA 保护法不破坏无害锈，可以保护青铜器的艺术价值，做到“修旧如旧”， 这能使 BTA 保护法应用更为普遍，故 C 正确。 12．(2020·合肥模拟)将 H2S 转化为可再利用的资源是能源研究领域的重要课题。 (1)H2S 的转化 Ⅰ 克劳斯法 H2S—→O2 S Ⅱ 铁盐氧化法 H2S—→Fe3＋ S Ⅲ 光分解法 H2S 光、某溶液 H2＋S ①反应Ⅰ的化学方程式是__2H2S＋O2═══2H2O＋2S↓__。 ②反应Ⅱ：__2Fe3＋__＋H2S═══__2__Fe2＋＋__1__S↓＋__2H＋__(将反应补充完整)。 ③反应Ⅲ体现了 H2S 的稳定性弱于 H2O。结合原子结构解释二者稳定性差异的原因： __O 与 S 位于同主族，原子半径 S>O，得电子能力 S