2024人教版新教材高中化学选择性必修1
本章复习提升
易混易错练
易错点1 忽略电池中介质的作用
1.(2021山东师范大学附中期中)中科院科学家设计出一套利用SO2和太阳能综合制氢的方案,其基本工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.该电化学装置中,Pt电极作正极
B.Pt电极的电势高于BiVO4电极的电势
C.电子流向:Pt电极→导线→BiVO4电极→电解质溶液→Pt电极
D.BiVO4电极上的反应式为S-2e-+2OH- S+H2O
2.(2022福建长乐一中月考)甲醇燃料电池能量转化率高、对环境无污染,可作为常规能源的替代品,其工作原理示意图如图,总反应为2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O。下列说法正确的是( )
A.当电池中有2 mol甲醇被氧化时,电解质溶液中共转移的电子数为12NA(NA为阿伏加德罗常数的值)
B.电池工作时,A电极是负极,电解质溶液中的H+通过质子交换膜向B电极迁移
C.不考虑CO2的溶解,放电前后电解质溶液的pH不变
D.b物质在电极上发生的电极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-
易错点2 混淆原电池与电解池
3.(2020天津静海一中期末)电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法,即保持污水的pH在5.0~6.0之间,通过电解生成Fe(OH)3胶体,Fe(OH)3胶体具有吸附作用,可吸附水中的污物而使其沉淀下来,起到净水的作用,其原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.石墨电极上发生氧化反应
B.通甲烷的电极反应为CH4+4C-8e- 5CO2+2H2O
C.通空气的电极反应为O2+4e- 2O2-
D.甲烷燃料电池中C向通空气的一极移动
4.某同学设计如图所示装置探究电化学原理,下列有关推断正确的是( )
A.若Q为直流电源,铁电极质量减轻,则a为直流电源的负极
B.若Q为用电器,X和Y均为烧碱溶液,则电流方向为由b到a
C.若Q为用电器,X和Y分别为FeCl2溶液、AlCl3溶液,则铁电极的电极反应式为Fe2++2e- Fe
D.若Q为直流电源,X和Y均为饱和氯化钠溶液,则铝电极上一定发生氧化反应
易错点3 被复杂的情境材料迷惑,不能利用电池的工作原理解决问题
5.(2021山东师大附中期中)我国某科研团队设计了一种新型能量存储/转化装置(如图所示)。闭合K2、断开K1时,制氢并储能;断开K2、闭合K1时,供电。下列说法错误的是( )
A.制氢时,溶液中K+向Pt电极移动
B.供电时,Zn电极附近溶液的pH不变
C.供电时,X电极发生还原反应
D.制氢时,X电极的电极反应式为Ni(OH)2-e-+OH- NiO(OH)+H2O
6.(2020重庆一中期末)我国科学家成功研制出新型铝—石墨烯(Cn)可充电电池,电解质为阳离子(EMIM+)与阴离子(AlC)组成的离子液体,该电池放电过程如图所示。下列说法错误的是( )
A.放电时电路中每转移1 mol电子,有1 mol Cn(AlCl4)被还原
B.放电时正极的反应为Cn+AlC-e- Cn(AlCl4)
C.充电时石墨烯与电源的正极相连
D.充电时的总反应为3Cn+4Al2C Al+4AlC+3Cn(AlCl4)
易错点4 混淆两种电化学防护方法
7.下列金属防腐的措施中,使用外加电流法的是 ( )
A.水中的钢闸门连接电源的负极
B.金属护栏表面涂漆
C.汽车底盘喷涂高分子膜
D.地下钢管连接镁块
8.(2022天津七中期中)下图装置堪称多功能电化学实验装置。下列有关此装置的叙述中,不正确的是( )
A.若X为铜棒,Y为硫酸铜,开关K置于M处,铜棒质量将增加,此时外电路中的电子向铜电极移动
B.若X为铜棒,Y为硫酸铜,开关K置于N处,铁棒质量将增加,溶液中铜离子浓度将减小
C.若X为锌棒,Y为NaCl,开关K置于M处,可减缓铁的腐蚀,这种方法称为牺牲阳极法
D.若X为碳棒,Y为NaCl,开关K置于N处,可减缓铁的腐蚀,溶液中的阳离子向铁电极移动
思想方法练
运用守恒思想突破电化学计算题目
方法概述
转移电子守恒是联系电路中各个电极变化的工具,利用守恒思想可以迅速解决电化学相关计算。电池中,各电极上转移电子的物质的量是相等的,这是电池计算的依据。
1.如图所示装置Ⅰ是一种可充电电池,电池总反应为2Na2S2+NaBr3 Na2S4+3NaBr。装置Ⅱ为电解池。离子交换膜只允许Na+通过,闭合开关K后,b极附近先变红色。下列说法正确的是( )
A.负极反应为4Na-4e- 4Na+
B.当有0.01 mol Na+通过离子交换膜时,b电极上析出标准状况下的气体112 mL
C.闭合K后,b电极附近的pH减小
D.闭合K后,a电极上有气体产生
2.如图,a、b是石墨电极,通电一段时间后,b极附近溶液显红色。下列说法不正确的是( )
A.X极是电源正极,Y极是电源负极
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.电解过程中水槽中溶液的pH逐渐减小
D.a极的电极反应式为2Cl--2e- Cl2↑
3.(2022江苏扬州期中)下图所示的电解装置可实现低电位下高效催化还原CO2。下列说法不正确的是( )
A.a极连接外接电源的负极
B.b极的电极反应式为Cl--2e-+2OH- ClO-+H2O
C.电解过程中Na+从左池移向右池
D.外电路中每转移1 mol电子,理论上可催化还原标准状况下CO2气体11.2 L
4.(2022黑龙江大庆实验中学期末)某学习小组设计如图所示装置,进行NO和NO2(假设二者物质的量之比为1∶1)的处理并制取硝酸。下列说法正确的是( )
A.离子交换膜适宜选用阴离子交换膜
B.该电池工作时,正极区溶液的pH减小
C.导线中流过2 mol电子时,有2 mol离子通过离子交换膜
D.负极反应式为NO+H2O-2e- NO2+2H+
5.(2021黑龙江齐齐哈尔期末)用如图所示装置处理含N的酸性工业废水,某电极反应式为2N+12H++10e- N2↑+6H2O,则下列说法不正确的是( )
A.电解池一侧生成5.6 g N2时,电解池另一侧溶液质量减少16 g
B.电解时H+从质子交换膜左侧向右侧移动
C.电解过程中,质子交换膜右侧电解液pH增大
D.A为电源正极,电解过程中有气体放出
6.(2022广东汕头期末)LiPON薄膜锂离子电池是目前研究最广泛的全固态薄膜锂离子电池。下图为其工作示意图,LiPON薄膜只允许Li+通过,电池总反应为LixSi+Li1-xCoO2Si+LiCoO2。下列有关说法正确的是( )
A.LiPON薄膜在充、放电过程中质量发生变化
B.导电介质c可为Li2SO4溶液
C.放电时b极为正极,电极反应为Li1-xCoO2+xe-+xLi+ LiCoO2
D.充电时,当外电路通过0.2 mol电子时,非晶硅薄膜上质量减少1.4 g
7.某甲醇燃料电池的工作原理如图所示,质子交换膜(只有质子能够通过)左右两侧的溶液均为1 L 2 mol·L-1H2SO4溶液。当电池中有1 mol电子发生转移时,左右两侧溶液的质量之差为 g(假设反应物耗尽,忽略气体的溶解)。
8.如图所示装置中,甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100 g 5% NaOH溶液、足量CuSO4溶液和100 g 10% K2SO4溶液,a、b、c、d、e、f电极均为石墨电极。
(1)接通电源一段时间后,测得丙中K2SO4溶液的质量分数为10.47%,乙中c电极质量增加。
①电源的N端为 极;
②电极b上发生的电极反应为 ;
③电极b上生成的气体在标准状况下的体积为 L;
④电解后丙中溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)乙装置中如果电解过程中铜全部析出,此时电解能否继续进行: (填“能”或“不能”),原因是 。
答案全解全析
易混易错练
1.C Pt电极上水电离出的氢离子得电子生成氢气,发生还原反应,Pt电极作正极,A正确;Pt电极为正极,BiVO4电极为负极,所以Pt电极的电势高于BiVO4电极的电势,B正确;电子从BiVO4电极(负极)经导线流向Pt电极(正极),不能进入电解质溶液,C错误;BiVO4电极为负极,发生氧化反应,电极反应式为S-2e-+2OH- S+H2O,D正确。
易错分析
电解质的成分及其存在形式,影响了电极反应产物。要区分是水溶液还是熔融电解质,是酸性溶液还是碱性溶液,运用“看环境,定产物”原理确定产物,避免死记硬背。
2.B 电池总反应为2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O,当电池中有2 mol甲醇被氧化时,转移的电子数为12NA,但是电子不进入电解质溶液,A错误;电子由A电极流出,沿导线流向B电极,则A电极为负极、B电极为正极,原电池工作时,电解质溶液中阳离子向正极移动,故H+通过质子交换膜向B电极迁移,B正确;由题图可知电解质溶液显酸性,根据电池总反应可知,反应后有水生成导致溶液体积增大,c(H+)减小,所以溶液的pH增大,C错误;电解质溶液显酸性,正极上氧气得电子,电极反应式为O2+4e-+4H+ 2H2O,D错误。
3.B 根据甲烷燃烧时化合价的变化情况可知,甲烷中的C元素化合价升高,失去电子,甲烷在负极发生氧化反应,与之相连接的石墨为阴极,发生还原反应,A错误;以熔融的碳酸盐为电解质,则通甲烷的负极反应为CH4+4C-8e- 5CO2+2H2O,B正确;由装置图可知,通空气的正极反应为O2+2CO2+4e- 2C,C错误;在电池内部,阴离子向负极移动,所以甲烷燃料电池中C向通甲烷的一极移动,D错误。
易错分析
原电池和电解池都是将氧化还原反应“拆分”在两个电极发生的装置,对电极类型和反应容易混淆,容易造成“张冠李戴”。要充分理解两种装置的相似之处和不同点,对正、负极与阴、阳极发生的反应类型多进行总结和记忆,避免出错。
4.C Q为直流电源时,该装置为电解池,铁电极质量减轻,说明铁电极发生氧化反应,故铁电极是电解池的阳极,则a是直流电源的正极,b是直流电源的负极,A项错误。若Q为用电器,则该装置为原电池,在烧碱溶液中铝失去电子发生氧化反应,电子经用电器由b流向a,电流方向为由a到b,B项错误。若Q为用电器,则该装置为原电池,铝比铁活泼,则铝电极是负极,铁电极是正极,正极反应式为Fe2++2e- Fe,C项正确。若Q为直流电源,则该装置为电解池,电解池的电极类型与外接电源的正、负极有关,与电极材料无关,故铝电极上可能发生氧化反应,也可能发生还原反应,D项错误。
5.B 闭合K2、断开K1时,制氢并储能,构成电解池,Pt电极发生还原反应,为阴极,X电极发生氧化反应,为阳极;断开K2、闭合K1时,构成原电池,X电极发生还原反应,为正极,Zn电极发生氧化反应,为负极。制氢时,Pt电极为阴极,溶液中K+向Pt电极移动,A正确;供电时,Zn电极发生氧化反应,消耗OH-,Zn电极附近溶液的pH减小,B错误;供电时,X电极发生还原反应,NiO(OH)转化为Ni(OH)2,C正确;制氢时,X电极为阳极,X电极的电极反应式为Ni(OH)2-e-+OH- NiO(OH)+H2O,D正确。
易错分析
解答此类问题,应充分理解并掌握原电池、电解池的基本原理,明确反应的基础,从熟悉的电极材料或电极反应入手,结合元素化合价的变化、电子的转移方向等,分析陌生情境中的粒子变化,从而解答问题。
6.B 放电时,正极反应为Cn(AlCl4)+e- Cn+AlC,则电路中每转移1 mol电子,有1 mol Cn(AlCl4)被还原,A正确,B错误;充电时,石墨烯为阳极,与电源的正极相连,C正确;充电时,阳极发生氧化反应,电极反应为Cn+AlC-e- Cn(AlCl4),阴极发生还原反应,电极反应为4Al2C+3e- Al+7AlC,则充电时的总反应为3Cn+4Al2C Al+4AlC+3Cn(AlCl4),D正确。
7.A B、C项措施均为加保护层的防腐蚀的保护法;D项是利用原电池原理的牺牲阳极法;A项钢闸门连接电源负极,属于外加电流法的防腐措施。
易错分析
两种电化学防护法都是让需要被保护的电极发生还原反应,从而起到保护作用。分清原电池装置和电解池装置,熟练掌握两种防护方法的原理,即可避免出错。
8.B 若开关K置于M处,构成原电池,铁比铜活泼,铁作负极,铜作正极,电子经导线移动到正极(铜),A正确;若开关K置于N处,构成电解池,铜作阳极,铁作阴极,溶液中的铜离子在阴极放电,相当于在铁上镀铜,但溶液中的铜离子浓度不变,B错误;开关K置于M处,构成原电池,锌是负极,铁是正极被保护,属于牺牲阳极法,C正确;若X为碳棒,Y为NaCl,开关K置于N处,铁是阴极被保护,溶液中的阳离子向阴极移动,D正确。
思想方法练
1.B 当闭合K后,b极附近先变红,即b极水放电生成OH-和H2,b极是阴极,a极是阳极,电极B是负极,电极A是正极。由放电时的总反应可知,负极反应式为2Na2S2-2e- 2Na++Na2S4,A错误;有0.01 mol Na+通过离子交换膜,说明有0.01 mol电子转移,阴极(b极)上生成0.005 mol H2,标准状况下体积为0.005 mol×22.4 L·mol-1=0.112 L=112 mL,B正确;闭合K后,b极附近先变红色,该电极上发生的反应为2H2O+2e- H2↑+2OH-,即b极附近有OH-生成,pH增大,C错误;闭合K后,a极是阳极,金属铜作阳极,电极本身被氧化,电极反应式为Cu-2e- Cu2+,没有气体产生,D错误。
方法点津
原电池、电解池均是基于氧化还原反应设计的装置,在电化学装置中电解池阳极(或原电池负极)上还原剂失去的电子数等于电解池阴极(或原电池正极)上氧化剂得到的电子数,如果有离子交换膜,还等于通过离子交换膜的离子所带的电荷总数,据此可以建立两极变化的等量关系。
2.B a、b是石墨电极,通电一段时间后,b极附近溶液显红色,则b电极是阴极,Y极为电源负极,X极为电源正极,A正确;6.4 g铜的物质的量是0.1 mol,则电路中转移电子的物质的量为0.2 mol,b极上H2O电离出的H+放电生成氢气的物质的量为0.1 mol,标准状况下的体积为2.24 L,B不正确;电解过程中水电离出的氢氧根离子在阳极(Pt电极)上失电子生成氧气,溶液中铜离子在阴极(Cu电极)上得到电子析出铜,溶液中氢离子浓度增大,溶液的pH逐渐减小,C正确;a电极上氯离子失电子发生氧化反应,电极反应式为2Cl--2e- Cl2↑,D正确。
方法点津
串联电路中各电极上转移的电子数目相等,可以通过某电极的变化数据确定得失电子的数目,继而推断其他电极的变化情况。
3.C 由题图可知,b电极上Cl-失去电子生成ClO-,b电极为电解池阳极;a电极上CO2得到电子生成CO,a电极为电解池阴极。b极与电源正极相连,a极与电源负极相连,A正确;因右池电解液呈碱性,所以b极的电极反应式为Cl--2e-+2OH- H2O+ClO-,B正确;电解池中,阳离子移向阴极,Na+向左池移动,C错误;每转移2 mol电子,可还原标准状况下22.4 L的CO2,故电路中转移1 mol电子,可还原标准状况下11.2 L的CO2,D正确。
4.C 由题图可知,左边石墨电极为负极,电极反应式为NO+2H2O-3e- N+4H+、NO2+H2O-e- N+2H+;右边石墨电极为正极,电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-,离子交换膜适宜选用阳离子交换膜或质子交换膜,A项、D项错误;该电池工作时,右边石墨电极为正极,电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-,转移4 mol e-时有4 mol H+从负极区通过离子交换膜进入正极区与生成的OH-结合,正极区溶液的pH不变,B错误;由电荷守恒知,导线中流过2 mol电子时,有2 mol H+通过离子交换膜,C正确。
5.A 5.6 g N2的物质的量为0.2 mol,根据2N+12H++10e- N2↑+6H2O,可知阴极生成
0.2 mol氮气,转移电子的物质的量为2 mol,阳极反应为2H2O-4e- O2↑+4H+,根据得失电子守恒,转移2 mol电子,阳极生成16 g O2,O2的逸出导致阳极区溶液质量减少,但还有2 mol H+通过质子交换膜从左侧移动到右侧,所以阳极区溶液质量减少18 g,A错误;在电解池里,阳离子移向阴极,右侧电极是阴极,所以电解时H+从质子交换膜左侧向右侧移动,B正确;电解时右侧的电极反应为2N+12H++10e- N2↑+6H2O,右侧电解液pH增大,C正确;左侧Pt电极为阳极,所以A为电源正极,电解过程中阳极产生氧气,阴极产生氮气,所以电解过程中有气体放出,D正确。
6.C 由电池总反应为LixSi+Li1-xCoO2 Si+LiCoO2可知,充电时Li+得电子生成Li嵌入非晶硅薄膜材料中,则a极为阴极,电极反应式为xLi++xe-+Si LixSi,b极为阳极,电极反应式为LiCoO2-xe- Li1-xCoO2+xLi+;放电时a极为负极,电极反应式为LixSi-xe- Si+xLi+,b极为正极,电极反应式为Li1-xCoO2+xLi++xe- LiCoO2。LiPON薄膜在充、放电过程中并未参与电极反应,故其质量不发生变化,A错误;由于2Li+2H2O 2LiOH+H2↑,故导电介质c中不能有水,则不能为Li2SO4溶液,B错误;由上述分析可知,C正确;充电时,a极的电极反应式为xLi++xe-+Si LixSi,当外电路通过0.2 mol电子时,非晶硅薄膜上质量增重0.2 mol×
7 g·mol-1=1.4 g,D错误。
7.答案 12
解析 通入甲醇气体的一极为负极,电极反应式为:
CH3OH-6e-+H2O CO2+6H+ Δm
6 mol 44 g-32 g=12 g
1 mol 2 g
通入氧气的一极为正极,电极反应式为:
O2+4e-+4H+ 2H2O Δm
4 mol 32 g
1 mol 8 g
1 mol电子发生转移时,左侧还有1 mol H+通过质子交换膜进入右侧,即左侧减少1 g H+,右侧增加1 g H+,故Δm左(减少)=3 g,Δm右(增加)=9 g。两侧溶液的质量之差为9 g +3 g=12 g。
反思升华
计算原电池或电解池膜两侧溶液质量变化时,要注意气体的排出或吸收、沉淀的析出或溶解,也不能忽略离子的移动对溶液质量的影响。
8.答案 (1)①正 ②4OH--4e- O2↑+2H2O ③2.8 ④不变
(2)能 CuSO4溶液变为H2SO4溶液,可继续电解H2SO4溶液,实质为电解水
解析 (1)①接通电源一段时间后,乙中c电极质量增加,说明c电极表面析出Cu,则该电极为阴极,从而推知M端为电源的负极,N端为电源的正极。②电极b为阳极,用惰性电极电解NaOH溶液相当于电解水,阳极上OH-放电生成O2,电极反应式为4OH--4e- O2↑+2H2O。③用惰性电极电解K2SO4溶液相当于电解水,设电解过程中消耗水的质量为x g,据电解前后溶质的质量不变可得:100 g×10%=(100-x)g×10.47%,解得x≈4.5,则电解过程中消耗水的物质的量为=0.25 mol,转移电子的物质的量为0.5 mol,故电极b上生成的O2在标准状况下的体积为0.5 mol××22.4 L·mol-1=2.8 L。④丙中用惰性电极电解K2SO4溶液相当于电解水,电解过程中c(K2SO4)增大,但溶液的pH不变。
(2)当电解过程中乙装置中的铜全部析出时,CuSO4溶液变为H2SO4溶液,继续电解则为电解H2SO4溶液,相当于电解水。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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