1.3电能转化为化学能 电解 同步练习题2023-2024学年高二上学期鲁科版（2019）化学选择性必修1

1.3电能转化为化学能--电解 同步练习题 一、选择题 1．化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、转化及其应用的基础自然科学，下列说法正确的是 A．金属氧化物都是酸性氧化物，非金属氧化物都是碱性氧化物 B．溶液与胶体的本质区别是是否有丁达尔效应 C．工业上制取NaOH一般采用与反应的方法 D．氨水和氨气都不是电解质 2．我国科研团队在同一个反应腔体中耦合两个连续的电化学反应，大大提高了电池的能量密度。以S、Zn为电极，溶液为电解液来构建水系级联电池，原理如图所示。 已知：第一步反应为，当正极的硫完全反应生成后，继续高效发生第二步反应(单独构建该步电池时效率较低)。下列说法错误的是 A．电池工作时，正极质量一直增加 B．步骤1的放电产物可能对步骤2的放电过程起催化作用 C．放电时，第一步反应的正极反应式为 D．用此电池对粗铜电解精炼，理论上相同时间内两池电极上析出铜的物质的量相等 3．下列方程式错误的是 A．碳与热的浓硫酸反应的化学方程式： B．乙炔燃烧的热化学方程式：2C2H2+5O2=4CO2+2H2O ∆H=1299.6kJ·mol-1 C．石墨电极电解饱和食盐水阴极的电极反应式：2H++2e-=H2 D．碳酸氢钠溶液和过量澄清石灰水混合：+Ca2++OH-=CaCO3↓+H2O 4．化学与环境保护息息相关。下列叙述不合理的是 A．干电池低汞化、无汞化，有利于减少废电池造成的土壤污染 B．用人工合成淀粉，有利于减少农药化肥污染和促进“碳中和” C．汽车尾气中的氮氧化物来自汽油的不完全燃烧，加装催化转化器可减少其排放 D．氨氮废水(含及)可用化学氧化法或电化学氧化法处理后排放 5．下列过程不需要通电就可以进行的是 A．电离 B．电解 C．电镀 D．电冶金 6．如图是氯碱工业中的电解装置，下列说法不正确的是 A．电解总反应式为： B．阳极电极反应式： C．离子膜应为阳离子交换膜 D．每生成1molCl2，此装置共转移电子4mol 7．有关电镀铜的实验，下列说法正确的是 A．电镀铜电解质溶液的浓度不断减小 B．电镀过程中硫酸铜溶液中铜离子浓度不变 C．阳极材料一般选择石墨等惰性材料 D．电镀使用的电压越大，反应速率越快，效率越高 8．在如图所示的电解装置中，通电一段时间后向石墨电极II附近滴加石蕊溶液，出现蓝色，下列判断正确的是 A．a是电源的正极 B．通电一段时间后，石墨电极Ⅰ上有铜析出 C．石墨电极II附近溶液pH减小 D．通电一段时间后，Na2SO4溶液浓度增大 二、填空题 9．原电池是化学对人类的一项重大贡献。回答下列问题： (1)铁是用途最广的金属材料之一，但生铁易生锈。请讨论电化学实验中有关铁的性质。 ①某原电池装置如图所示，右侧烧杯中的电极反应式为 。 ②已知下图甲、乙两池的总反应式均为Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，且在同侧电极(指均在“左电极”或“右电极”)产生H2。请在两池上标出电极材料 (填“Fe”或“C”)。 (2)碱性锌锰干电池的剖面图如图所示，已知电池放电后的产物是Zn(OH)2和MnOOH，则其总反应式为 ，负极电极反应式为 。 (3)用高铁(Ⅵ)酸盐设计的高铁(Ⅵ)电池是一种新型可充电电池，电解质溶液为KOH溶液，放电时的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O=3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。 ①写出正极电极反应式： 。 ②用高铁(Ⅵ)电池作电源，以Fe作阳极，以Cu作阴极，对足量KOH溶液进行电解，当电池中有0.2 mol K2FeO4反应时，则在电解池中生成 L(标准状况) H2。 10．根据下图，回答下列问题： (1)若闭合S1，装置属于 ，锌极作 极(填“正”或“负”)。 (2)若闭合S2，装置属于 ，锌极上的反应为 。 (3)若闭合S3，总反应为 。 11．世界上绝大部分卤素都存在于海洋。海水呈微碱性，海水晒盐可以得到粗盐和卤水，对粗盐和卤水进一步加工可以得到氯气、溴以及其他一些重要的化工产品。 二氧化氯(ClO2)可以除去工业污水中的氰化物，反应的离子方程式为：2CIO2+2CN-→2CO2↑+N2↑+2Cl- (1)氯的另一种氧化物Cl2O每个原子都达到8电子稳定结构，它的电子式为 。 (2)另一种处理含氰化物污水的方法是电解法，分析判断CN-是在 极上(选填编号：①阴；②阳)被反应成CO2和N2。 (3)工业上从卤水获取溴，涉及到“氧化”、“提取”等步骤。“氧化”时先在卤水中加入硫酸酸化，然后再通入氯气，硫酸酸化可以提高氯气的利用率，原因是 。用上述方法制得的液溴常溶有少量氯气，除去氯气的方法是 。 12．电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法：保持污水的在5.0~6.0之间，通过电解生成沉淀。有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用。阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去(或撇掉)浮渣层，即起到了浮选净化的作用。某科研小组用电浮选凝聚法处理污水，设计装置如图所示： (1)实验时若污水中离子浓度较小，导电能力较差，产生气泡速率缓慢，无法使悬浮物形成浮渣。此时，应向污水中加入适量的 (填字母)。 a． b． c． d． (2)电解池阳极发生了两个电极反应，其中一个反应生成一种无色气体，则阳极的电极反应分别是 ； 。 (3)该熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，以为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料为电极。 ①正极的电极反应为 。 ②为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定。为此电池工作时必须有部分A物质参加循环，A物质的化学式是 。 (4)实验过程中，若在阴极产生了67.2L(标准状况)气体，则熔融盐燃料电池消耗(标准状况) L。 13．2019年是元素周期表诞生150周年，元素周期表在学习、研究和生产实践中有很重要的作用。已知、、、是中学常见的四种元素.原子序数依次增大。的原子最外层电子数是次外层的2倍。的氧化物属于两性氧化物，、位于同周期，、、的原子最外层电子数之和为14，是人体必需的微量元素，缺乏会导致贫血症状。 (1)硒是人体必需的微量元素。人体内产生的活性氧能加速人体衰老，被称为“生命杀手”。化学家尝试用及其他富硒物质清除人体内的活性氧，此时表现出 性。 (2)下列事实能用元素周期律解释的是 (填序号)。 a. 的最高价氧化物对应水化物的碱性弱于 b. 的气态氢化物的稳定性小于 c. 的溶液可用于刻蚀铜制的印刷电路板 (3)的单质可用于处理酸性废水中的，使其转换为，同时生成有磁性的的氧化物，再进行后续处理。 ①上述反应的离子方程式为 。 ②的单质与在高温下反应的化学方程式为 。 (4)铅和元素同主族，可发生反应。请写出草酸的电子式： 。与性质相似，与氢氧化钠溶液反应的离子方程式是 。 (5)金属镓有“电子工业脊梁”的美誉，它与同主族，其氧化物和氢氧化物均为两性化合物。工业上通常用电解精炼法提纯镓。某待提纯的粗镓内含、、杂质，以水溶液为电解质溶液。在电流作用下使粗镓溶解进入电解质溶液，通过某种离子迁移技术到达阴极，并在阴极放电析出高纯镓。(离子氧化性顺序为：)下列有关电解精炼镓的说法正确的是_______(填序号)。 A．阳极发生氧化反应，其主要电极反应式： B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等 C．在阴极除了析出高纯度的镓之外，还可能有产生 D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有和 【参考答案】 一、选择题 1．D 解析：A．碱性氧化物都是金属氧化物，但金属氧化物不都是碱性氧化物，如氧化铝为两性氧化物，Mn2O7为酸性氧化物，酸性氧化物包括部分非金属氧化物和部分金属氧化物，但有些非金属氧化物不属于酸性氧化物，如CO、NO等，故A错误； B．溶液与胶体的本质区别是分散质直径的大小，故B错误； C．工业上制取氢氧化钠，采用电解饱和食盐水获得，故C错误； D．氨水属于混合物，既不是电解质也不是非电解质，氨气本身不电离出离子，氨气不属于电解质，但属于非电解质，故D正确； 答案为D。 2．D 【分析】第一步反应为，由图可知，Zn为负极，电极反应为：Zn−2e−＝Zn2＋，S为正极，电极反应为：S＋2Cu2＋＋4e−＝Cu2S，当正极的硫完全反应生成Cu2S后，继续高效发生第二步反应，Zn为负极，电极反应为：Zn−2e−＝Zn2＋，S为正极，电极反应为Cu2＋＋xO2＋2e−═(1−4x)Cu＋2xCu2O，单独构建该步电池时效率较低，可能的原因是步骤1的放电产物Cu2S对步骤2的放电过程起催化作用，据此进行分析。 解析：A．分析电池工作原理可知，正极的硫完全反应后仍然没有脱离电极，正极质量一直增加，故A正确； B．单独构建第二步电池时效率较低，耦合两个连续的电化学反应时效率较高，可能的原因是步骤1的放电产物Cu2S对步骤2的放电过程起催化作用，故B正确； C．第一步反应为，由图可知，Zn为负极，电极反应为：Zn−2e−＝Zn2＋，S为正极，电极反应为：S＋2Cu2＋＋4e−＝Cu2S，故C正确； D．该电池分两步完成，且只有第二步反应才析出铜，所以相同时间内两池电极上析出铜的物质的量不相等，故D错误； 故答案选D。 【点睛】本题以同一个反应腔体中耦合两个连续的电化学反应为载体，考查电极质量变化、反应过程分析、物质的量计算和电极反应等，能依据图像和信息准确判断正负极是解题的关键，难点是电极反应式的书写。 3．B 解析：A．碳与热的浓硫酸反应生成二氧化碳、二氧化硫、水，反应的化学方程式为，故A正确； B．热化学方程式书写要标注物质的聚集状态，燃烧反应放热，焓变为负值，故B错误； C．石墨电极电解饱和食盐水，阴极氢离子得电子生成氢气，电极反应式：2H++2e-=H2，故C正确； D．碳酸氢钠溶液和过量澄清石灰水混合生成碳酸钙沉淀、氢氧化钠、水，反应的离子方程式是+Ca2++OH-=CaCO3↓+H2O，故D正确； 选B。 4．C 解析：A．干电池的低汞化、无汞化，可以减少重金属汞元素对土壤的污染，A合理； B．用CO2合成淀粉，有利于减少人类对粮食产量的依赖，从而减少农药化肥的使用，同时可促进碳中和，B合理； C．汽油成分中不含氮元素，汽车尾气中的氮氧化物主要来自于空气中N2和O2在气缸的高温环境中反应生成，C不合理； D．利用氧化还原原理，可将氨氮氧化为无污染的N2，D合理； 故答案选C。 5．A 解析：电解、电镀和电冶金都是将电能转化为化学能的过程，需要通电，电离指的是电解质在水溶液或者是熔融状态下离解成离子的过程，不需要通电； 故答案为A。 6．D 解析：A．氯碱工业中电解饱和食盐水，得到氢氧化钠、氢气和氯气，化学反应为，所以A正确； B．氯离子在阳极上失去电子被氧化生成氯气，电极反应式：，所以B正确； C．根据题意，左侧阳极区食盐水浓度减小，钠离子浓度减小，则钠离子应透过离子膜向右移动，离子膜应为阳离子交换膜，所以C正确； D．据：每生成1mol氯气，应转移电子2mol，D错误； 答案选D。 7．B 【分析】电镀利用的是电解池原理，镀件放在阴极，镀层金属作阳极失电子生成镀层金属离子，镀层金属离子做电解质溶液，从而实现电镀的目的。 解析：A．电镀铜，铜会失电子转化为铜离子，铜离子再在阴极得电子转化为铜单质，所以电镀过程中，电解质溶液的浓度保持不变，A错误； B．根据A项分析可知，电镀过程中硫酸铜溶液中铜离子浓度不变，B正确； C．阳极材料一般选取镀层金属材料，C错误； D．电压大，虽然反应速率快，但生成的镀层不均匀，D错误； 故选B。 8．A 【分析】通电一段时间后向石墨电极II附近滴加石蕊溶液，出现蓝色，溶液显碱性，说明此处水放电发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，为阴极，则电极I为阳极； 解析：A．由分析可知，a连接阳极，a为正极，A正确； B．电极I为阳极，水放电生成氧气和氢离子，不会析出铜，B错误； C．石墨电极II附近生成氢氧根离子，溶液pH变大，C错误； D．通电一段时间后，硫酸根离子向左侧移动、钠离子向右侧移动，导致Na2SO4溶液浓度减小，D错误； 故选A。 二、填空题 9．(1) 2H++2e-=H2↑ 甲中：左—Fe；右—C；乙中：左—Fe；右—C (2) Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnOOH Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 (3) 6.72 解析：（1）①该装置构成了原电池，由于电极活动性：Fe＞C，所以左边Fe电极为负极，石墨电极为正极，在负极上Fe失去电子变为Fe2+进入溶液，在正极上硫酸电离产生的H+获得电子变为H2逸出，故右侧烧杯中的电极反应式为2H++2e-=H2↑； ②甲、乙两池的总反应式均为Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，在图示的装置中甲为原电池，乙为电解池。在甲装置的原电池中，正极上发生还原反应产生H2，而在电解池中阴极上发生还原反应产生H2，由于乙装置中右侧电极为阴极，发生反应：2H++2e-=H2↑，故左侧阳极为Fe电极，Fe失去电子变为Fe2+进入溶液，右侧阴极为石墨C电极；故甲装置中右侧正极电极为石墨C电极，左侧负极为Fe电极； （2）在碱性锌锰干电池中，已知电池放电后的产物是Zn(OH)2和MnOOH，Zn为负极，负极的电极反应式为Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2；正极MnO2得到电子被还原产生MnOOH，正极反应式为：MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-，则根据同一闭合回路中电子转移数目相等可知其总反应式为：Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnOOH； （3）根据高铁(Ⅵ)酸盐设计的高铁(Ⅵ)电池是一种新型可充电电池，结合总反应方程式可知：①正极上K2FeO4得到电子被还原产生Fe(OH)3，则正极的电极反应式为：； ②用高铁(Ⅵ)电池作电源，以Fe作阳极，以Cu作阴极，对足量OKH溶液进行电解，当电池中有0.2 mol K2FeO4反应时，K2FeO4转化为Fe(OH)3，消耗0.2 mol K2FeO4时转移的电子数为0.2 mol×3=0.6 mol，电解足量KOH溶液产生H2的电极反应为：2H2O+2e- =H2↑+2OH-， 根据电子转移守恒，则产生H2的物质的量为0.3 mol，状态在标况下H2的体积为V=0.3 mol×22.4 L/mol=6.72 L。 10． 原电池 负极 电解池 Zn-2e-=Zn2+ Cu+H2SO4CuSO4+H2↑ 解析：(1)若闭合S1，符合原电池的构成条件：有活泼性不同的两个电极锌和铜，有电解质溶液硫酸，形成了闭合回路，有自发的氧化还原反应（Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑），因此装置为原电池；原电池中，Zn失电子被氧化，因此锌为负极； (2)若闭合S2，该装置是含有外加电源的装置，属于电解池；金属锌与正极相连，为电解池的阳极，失电子发生氧化反应，电极反应为Zn-2e-==Zn2+； (3)若闭合S3，该装置是含有外加电源的装置，属于电解池，金属锌做阴极，电极反应为2H++2e-= H2↑，金属铜为阳极，电极反应为Cu-2e-=Cu2+，总反应为Cu+H2SO4CuSO4+H2↑。 11． 阳 海水呈弱碱性，氯气在海水中发生副反应：Cl2+2OH-→Cl-+ClO-+H2O，造成损耗，加入硫酸可中和海水的弱碱性，避免副反应发生 加入溴化钠溶液，搅拌、静置、分液 解析：(1)Cl2O中每个原子都达到8电子稳定结构，氧原子位于中心，两个氯原子位于左右两侧，电子式为：； (2)CN-转化为N2时，氮元素的化合价从-3价升高到0价，化合价升高，失去电子，发生氧化反应，电解池中阳极发生氧化反应，CN-是在阳极上被反应成CO2和N2； 海水呈弱碱性，氯气在海水中发生副反应：Cl2+2OH-→Cl-+ClO-+H2O，造成损耗，加入硫酸可中和海水的弱碱性，避免副反应发生；液溴常溶有少量氯气，由于氯气的氧化性比较强，可以将溴离子氧化为溴单质，液溴与水会有分层现象，除去液溴中的氯气加入溴化钠溶液，搅拌、静置、分液。 12．(1)c (2) (3) (4)16.8 解析：（1）保持污水的pH在5.0～6.0之间，通过电解生成Fe(OH)3沉淀时，加入的使导电能力增强的电解质必须是可溶于水的、显中性的盐，即选硫酸钠； （2）燃料电池中通入空气一极为正极，所以电解池中铁作阳极，活泼金属电极做电解池的阳极时电极本身放电，另外是水电离提供的氢氧根放电生成氧气，即两个电极反应为：Fe-2e-═Fe2+、2H2O-4e-=O2↑+4H+； （3）①燃料电池中，正极反应是氧气得电子的过程，该电池的电解质环境是熔融碳酸盐，所以电极反应为：O2+2CO2+4e-=2； ②结合正极电极反应知二氧化碳参与电极反应，即物质A为二氧化碳； （4）阴极电极反应为，若在阴极产生了67.2L(标准状况)气体，即生成3mol氢气，所以电路中共转移6mol电子，又消耗1mol甲烷转移8mol电子，所以需要消耗甲烷0.75mol，即标况下体积为16.8L。 13．(1)还原性 (2)ab (3) (4) (5)CD 解析：A的原子最外层电子数是次外层的2倍，则A为碳元素，D的氧化物属于两性氧化物，则D为铝元素，A、D、E的原子最外层电子数之和为14，则E的最外层电子数=14-4-3=7，D、E位于同周期，则E为氯元素，W是人体必需的微量元素，缺乏W会导致贫血症状，则W为铁元素。 (1)清除人体内的活性氧需要还原剂，所以此时表现出还原性； (2)a．同周期从左到右元素金属性依次减弱，铝在镁的右边，金属性弱于镁，所以Al的最高价氧化物对应水化物氢氧化铝的碱性弱于Mg(OH)2，故A符合题意； b．同主族元素从上至下非金属性逐渐减弱，元素的非金属性越强，气态氢化物越稳定，则氯的气态氢化物(HCl)的稳定性小于HF，故B符合题意； c．氯化铁溶液与铜发生氧化还原反应生成氯化亚铁和氯化铜，不能说明金属性的强弱，不能用元素周期律解释，故C不合题意； 故选ab； (3)Fe可用于处理酸性废水中的，使其转换为，同时生成有磁性的铁的氧化物X(Fe3O4)。 ①上述反应中氮元素的化合价由+5价降低至-3价，铁元素的化合价由0价升高至价(平均化合价)，由化合价升降守恒、电荷守恒和质量守恒可配平离子方程式； ②Al与Fe3O4在高温下发生铝热反应生成Al2O3和Fe，化学方程式为； (4)草酸的结构式为HOOC-COOH，所以电子式为，PbO与碱反应类似Al2O3，所以离子方程式为：， (5)A．由离子氧化性可知，金属活动性Zn >Ga> Fe，阳极发生氧化反应，其主要电极反应除外，还有锌失电子，故A错误； B．电解过程中，阳极有Zn、Ga失电子，而阴极只析出Ga ，则阳极质量的减少与阴极质量的增加不相等，故B错误； C．在阴极除了析出高纯度的家之外，还可能有H+放电有H2产生，故C正确； D．由于Fe、Cu的活动性比Ga差，则电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Fe，故D正确；故选CD。 学科网（北京）股份有限公司 $$