第四章 化学反应与电能（单元检测）
一、选择题(本题共16小题,每小题3分,共48分。在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求)
1.下列说法错误的是( )。
A.电解质溶液的导电过程是化学变化,而金属的导电是物理变化
B.电解质溶液导电的过程,就是电解质溶液的电解过程
C.电解质在任何条件下均可以导电
D.电解质溶液导电过程中一定有新物质生成
2.实验发现,25 ℃时,在FeCl3酸性溶液中加少量锌粒后,Fe3+立即被还原成Fe2+。某夏令营兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示原电池装置。下列有关说法正确的是( )。
A.该原电池的正极反应是Zn-2e-Zn2+ B.左侧烧杯中溶液的红色逐渐褪去
C.该电池铂电极上立即有气泡出现 D.该电池总反应为3Zn+2Fe3+2Fe+3Zn2+
3.下图是一种新型的光化学电源,当光照射光电极时,通入O2和H2S即产生稳定的电流(H2AQ和AQ是两种有机物)。下列说法不正确的是( )。
A.H+通过阳离子交换膜从正极区进入负极区
B.电源工作时发生了光能、化学能、电能间的转化
C.负极的电极反应式为2I--2e-I2
D.总反应为H2S+O2H2O2+S↓
4.某原电池构造如图所示。下列叙述正确的是( )。
A.在外电路中,电子由银电极流向铜电极
B.取出盐桥后,电流表的指针仍发生偏转
C.外电路中每通过0.1 mol电子,铜的质量理论上减小6.4 g
D.原电池的总反应式为Cu+2AgNO32Ag+Cu(NO3)2
5.一种电化学制备NH3的装置如图所示,图中陶瓷在高温时可以传输H+。下列叙述错误的是( )
A.Pd电极b为阴极 B.阴极的反应式为N2+6H++6e-2NH3
C.H+由阳极向阴极迁移 D.陶瓷可以隔离N2和H2
6.如图装置中,两电极上发生的电极反应为
a极:Cu2++2e-══Cu b极:Fe-2e-══Fe2+
下列说法中不正确的是( )。
A.该装置为原电池 B.a极上发生还原反应
C.电子由b→a D.该过程中能量的转换一定是化学能全部转化为电能
7.Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是( )。
A.负极反应式为Mg-2e-══Mg2+ B.正极反应式为Ag++e-══Ag
C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移 D.负极会发生副反应Mg+2H2O══Mg(OH)2+H2↑
8.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,因而得到广泛应用。碱性锌锰电池以氢氧化钾为电解质,电池总反应式为Zn+2MnO2+2H2O══2MnO(OH)+Zn(OH)2。下列说法错误的是( )。
A.电池工作时,锌失去电子
B.电池正极的电极反应式为2MnO2+2H2O+2e-══2MnO(OH)+2OH-
C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极
D.外电路中每通过0.2 mol电子,锌的质量理论上减小6.5 g
9.铁镍蓄电池又称爱迪生电池,放电时的总反应式为Fe+Ni2O3+3H2O══Fe(OH)2+2Ni(OH)2。
下列有关该电池的说法不正确的是( )。
A.电池的电解质溶液为碱性溶液,正极为Ni2O3,负极为Fe
B.电池放电时,负极反应式为Fe+2OH--2e- ══Fe(OH)2
C.电池充电过程中,阴极附近溶液的pH降低
D.电池充电时,阳极反应式为2Ni(OH)2+2OH--2e-══Ni2O3+3H2O
10.如下图所示装置中,属于电解池的是( )。
11.如图所示,X、Y分别是直流电源的两极,通电后发现a极板质量增大,b极板处有无色、无臭气体放出。符合这一情况的是下表中的( )。
选项 a极板 b极板 X电极 Z溶液
A 锌 石墨 负极 CuSO4溶液
B 石墨 石墨 负极 NaOH溶液
C 银 铁 正极 AgNO3溶液
D 铜 石墨 负极 CuCl2溶液
12.在铜片上镀银,下列叙述正确的是( )。
①将铜片接在电源的正极上 ②将银片接在电源的正极上
③在铜片上发生的反应是Ag++e-══Ag ④在银片上发生的反应是4OH--4e-══O2↑+2H2O
⑤可以用硫酸铜溶液作电镀液 ⑥可以用硝酸银溶液作电镀液
A.①③⑥ B.②③⑥ C.①④⑤ D.②③④⑥
13.火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金、银等),其性能远不能达到电气工业的要求,工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。在电解精炼时( )。
A.粗铜接电源负极 B.纯铜作阳极
C.杂质都将以单质形式沉淀到池底 D.纯铜片增重2.56 g,电路通过电子为0.08 mol
14.用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是( )。
A.待加工铝制品为阳极 B.可选用不锈钢网作为阴极
C.阴极的电极反应式:Al3++3e-══Al D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
15.下列有关金属腐蚀的说法正确的是( )。
A.金属腐蚀指不纯金属接触到电解质溶液时进行化学反应而损耗的过程
B.电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程
C.钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀,负极吸收氧气最终转化为铁锈
D.金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同,但电化学腐蚀伴有电流产生
16.铁生锈是一种常见的自然现象,其主要反应的化学方程式为4Fe+3O2+xH2O══2Fe2O3·xH2O。如图为一放在水槽中的铁架,水位高度如图。最容易生锈的铁架横杆是( )。
A.① B.② C.③ D.④
二、非选择题(本题包括4小题,共52分)
17.（12分）Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。
请回答下列问题：
(1)电池的负极材料为____________，发生的电极反应为____________________。
(2)电池正极发生的电极反应为________________________________________。
(3)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是_______________________________________，反应的化学方程式为______________________________。
(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是__________________________。
18.（12分）铁生锈是比较常见的现象,某实验小组为研究铁生锈的条件,设计了以下快速、易行的实验步骤(夹持装置已省略):
首先检查制氧气装置的气密性,然后按图连接好装置,点燃酒精灯给药品加热,持续3 min左右,观察到的实验现象为:①直形管中用蒸馏水浸过的光亮铁丝表面颜色变得灰暗,发生锈蚀;②直形管中干燥的铁丝表面依然光亮,没有发生锈蚀;③烧杯中潮湿的铁丝依然光亮。
试回答以下问题。
(1)由于接触的介质不同,金属腐蚀分成不同类型,本实验中铁生锈属于 。能表示其原理的反应方程式为 。
(2)仪器A的名称为 ,其中装的药品可以是 ,其作用是 。
(3)由实验可知,该类铁生锈的条件为 。决定铁生锈快慢的一个重要因素是 。
19.(14分)某科研单位利用电化学原理用SO2制备硫酸,装置如图。电极为多孔材料,能吸附气体,同时也能使气体与电解质溶液充分接触。
(1)通入SO2的电极为 极,其电极反应式为 ,此电极区溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)电解质溶液中的H+通过质子膜 (填“向左”“向右”或“不”)移动,通入氧气的电极反应式为 。
(3)电池总反应式为 。
(4)若通入 1.12 L(标准状况)SO2全部转化为H2SO4的过程中电路中通过0.08 mol电子,则该过程中化学能转化为电能的效率为 。
20.(14分)蓄电池是一种可以反复充电、循环使用的高效化学电源。一种铁镍蓄电池的总反应是NiO2+Fe+2H2OFe(OH)2+Ni(OH)2。
(1)此蓄电池放电时,某一电极发生还原反应的物质是 ,正极附近溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)充电时,此蓄电池正极上的电极反应式为 。
(3)用此蓄电池分别电解以下两种溶液,电解池的电极均为惰性电极且电路中转移0.02 mol电子。
①电解M(NO3)x溶液时,某一电极增加了a g M,则金属M的相对原子质量为 (用含a、x的式子表示)。
②电解含有0.01 mol CuSO4和0.01 mol NaCl的混合溶液100 mL,阳极产生的气体在标准状况下的体积是 mL;将电解后的溶液加水稀释至1 L,此时溶液的pH= 。
参考答案及解析：
一、选择题
1.C 解析：电解质溶液导电的过程就是被电解的过程,在电解过程中发生氧化还原反应,一定有新物质生成,所以是化学变化。金属导电是靠自由电子的定向移动,无新物质生成,是物理变化。A、B、D项正确。电解质要导电只有在电离的条件下,存在自由移动的离子时才能导电,所以C项错误。
2.B 解析:该电池的总反应为Zn+2Fe3+2Fe2++Zn2+,所以左侧烧杯中Pt为正极,电极反应为Fe3++e-Fe2+,右侧烧杯中Zn为负极,电极反应为Zn-2e-Zn2+;由于左侧烧杯中的Fe3+被还原为Fe2+,所以左侧烧杯中溶液的红色逐渐褪去。
3.A 解析:由电子流向可知石墨电极为正极,光电极为负极;负极上碘离子失电子被氧化,电极反应为2I--2e-I2,生成的碘可与硫化氢发生反应;正极AQ得电子被还原生成H2AQ,H2AQ与氧气反应生成AQ和过氧化氢,总反应为H2S+O2H2O2+S↓。原电池工作时,阳离子向正极移动,A项错误;由题图可知电源工作时发生了光能、化学能、电能间的转化,B项正确;通过以上分析可知,C、D项正确。
4.D 解析:Cu作负极,Ag作正极,外电路中,电子由Cu电极流向Ag电极,A项错误;取出盐桥后,不能形成闭合回路,故电流表的指针不偏转,B项错误;电极反应式分别是负极:Cu-2e-Cu2+,正极:2Ag++2e-2Ag,当转移0.1 mol e-时,铜的质量理论上减小3.2 g,C项错误;电池总反应式为Cu+2AgNO32Ag+Cu(NO3)2,D项正确。
5.A 解析:Pd电极b上是氢气发生氧化反应,Pd电极b为阳极,A项错误。Pd电极a为阴极,N2发生还原反应,N2+6H++6e-2NH3,B项正确。阳离子向阴极移动,C项正确。陶瓷隔离N2和H2,使之分别在阴极、阳极放电,D项正确。
6.D 解析:该装置为原电池, a极上发生还原反应,b极上发生氧化反应,电子由负极(b)流出经导线流向正极(a),该过程中能量由化学能转化为电能、热能,其化学能转化成电能的转化率小于100%。
7.B 解析:根据题意,电池总反应式为Mg+2AgCl══MgCl2+2Ag,正极反应式为2AgCl+2e-══2Cl-+2Ag,负极反应式为Mg-2e-══Mg2+,A项正确,B项错误;对原电池来说,在电解质溶液的内部,阴离子由正极移向负极,C项正确;由于镁是活泼金属,则负极会发生副反应Mg+2H2O══Mg(OH)2+H2↑,D项正确。
8.C 解析:由所给电池的总反应式可知,电池工作时,每有1 mol Zn参加反应,失去2 mol电子,则会有2 mol电子从负极Zn经过外电路流向正极,并在正极发生反应:2MnO2+2H2O+2e-══2MnO(OH)+2OH-,故外电路中每通过0.2 mol电子,锌的质量就减小6.5 g。
9.C 解析:因为放电时的反应中有氢氧化物生成,故电解质溶液是碱性溶液,因为铁的化合价升高,镍的化合价降低,故铁是负极,氧化镍是正极,故A和B均正确;充电时的阴极反应式为Fe(OH)2+2e- ══ Fe+2OH-,故此时阴极附近溶液的pH增大,故C错误;根据所给的放电时的电池反应可推知D正确。
10.C 解析:根据电解池的构成条件进行判断。A、B、D项装置中无直流电源,D项装置中不能形成闭合回路,A、B、D项中装置不属于电解池。
11.A 解析:由题意知,通电后a极板质量增大,说明有金属析出,由此可知,a极为电解池的阴极,则X为电源负极,B、C两项均不符合题意;因为b极放出的是无色、无臭的气体,D项不符合题意。
12.B 解析:若在铜片上镀银,铜作阴极与电源负极相连,电解质溶液中的银离子得到电子发生还原反应生成银;银作阳极与电源正极相连,银失电子发生氧化反应生成银离子;电解质溶液为硝酸银溶液。铜片应接在电源的负极上,①错误;将银片接在电源的正极上,②正确;在铜片上发生的反应是Ag++e-══Ag,③正确;铜片上镀银,银为阳极,在银片上发生的反应是Ag-e-══Ag+,④错误;若用硫酸铜溶液作电镀液,阴极析出铜,⑤错误;可以用硝酸银溶液作电镀液,⑥正确。
13.D 解析:电解精炼铜时,用粗铜作阳极,用纯铜作阴极,A项、B项不正确;锌比铜活泼,失电子变成锌离子进入溶液中,金、银不活泼,以单质形式沉淀到电解槽底部,C项不正确;阴极发生反应Cu2++2e-══Cu,m(Cu)=2.56 g,n(Cu)=0.04 mol,电路通过电子n(e-)=0.08 mol,D项正确。
14.C 解析:根据电解原理可知,铝制品表面要形成氧化膜,Al元素化合价升高,失电子,因此铝制品为阳极,A项正确;阴极仅作导体,可选用不锈钢网,且不锈钢网接触面积大,能增加电解效率,B项正确;阴极应为酸性溶液中的H+得电子生成氢气,C项错误;电解时,溶液中的阴离子移向阳极,D项正确。
15.D 解析:金属腐蚀既包括化学腐蚀又包括电化学腐蚀,A项错误;电化学腐蚀是指形成原电池反应引起的腐蚀,B项错误;吸氧腐蚀正极上O2得电子,C项错误;电化学腐蚀与化学腐蚀的本质都是金属被氧化成金属离子,本质相同,但电化学腐蚀过程中会产生微弱的电流,D项正确。
16.C
二、非选择题
17.答案：(1)Li Li－e－===Li＋ (2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑
(3)出现白雾，有刺激性气味气体生成 SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑
(4)构成电池的主要成分Li能与氧气、水反应，SOCl2也与水反应
解析：(1)分析反应中元素化合价变化可知Li为还原剂(作负极)，失电子：Li－e－===Li＋。(2)SOCl2为氧化剂，得电子，从题中电池反应可推出产物为Cl－、S、SO2(或用总反应减去负极反应)。(3)题中已给出信息：碱液吸收时的产物是Na2SO3和NaCl，则没有碱液吸收时的产物应为SO2和HCl，进而推出现象。
18.答案:(1)电化学腐蚀 负极:2Fe-4e-2Fe2+,正极:2H2O+O2+4e-4OH-
(2)球形干燥管 碱石灰(或无水氯化钙) 干燥O2
(3)与O2接触、与水接触 氧气浓度
解析:钢铁在潮湿环境中形成原电池,发生电化学腐蚀。此实验在直形管中的现象说明,潮湿是铁生锈的前提。直形管中与烧杯中实验现象的对比,则说明O2浓度是影响铁丝生锈快慢的一个重要因素。
19.答案:(1)负 SO2+2H2O-2e-S+4H+ 减小 (2)向右 O2+4H++4e-2H2O
(3)2SO2+2H2O+O22H2SO4 (4)80%
解析:(1)SO2制备硫酸,SO2在负极发生氧化反应:SO2+2H2O-2e-S+4H+,负极区溶液酸性增强,溶液的pH减小。
(2)阳离子向正极区移动,O2在正极上发生还原反应,酸性溶液中电极反应式为O2+4H++4e-2H2O。
(3)将正、负极电极反应式相加得电池总反应式:2SO2+O2+2H2O2H2SO4。
(4)标准状况下,1.12 L SO2的物质的量为0.05 mol,全部转化为H2SO4失去0.1 mol电子,所以该过程中化学能转化为电能的效率为×100%=80%。
20.答案:(1)NiO2 增大 (2)Ni(OH)2+2OH--2e-NiO2+2H2O
(3)①50ax ②168 2
解析:(1)根据电池总反应式可知,该电池放电时,负极是Fe失电子发生氧化反应,正极是NiO2得电子发生还原反应,正极反应式为NiO2+2H2O+2e-Ni(OH)2+2OH-,正极附近溶液的pH增大。
(2)充电时,蓄电池的正极接外加电源的正极,此时蓄电池的正极作阳极,电极反应式为Ni(OH)2+2OH--2e-NiO2+2H2O。
(3)①根据硝酸盐的化学式可知,金属M的化合价是+x价,失去0.02 mol电子,M的摩尔质量为=50ax g·mol-1,金属M的相对原子质量为50ax。
②电路中转移0.02 mol电子时,阴极刚好有0.01 mol Cu2+放电,而阳极先是0.01 mol Cl-放电生成0.005 mol Cl2,然后是0.01 mol OH-放电生成
0.002 5 mol O2,阳极共产生气体0.007 5 mol,标准状况下的体积是0.007 5 mol×22.4 L·mol-1=0.168 L=168 mL。根据阳极反应2H2O -4e-O2+4H+,生成H+的物质的量是0.002 5 mol×4=0.01 mol,浓度是=0.01 mol·L-1,pH=2。
