第四章 化学反应与电能（单元测试）-【帮课堂】2024-2025学年高二化学同步学与练（人教版2019选择性必修1）

第四章 化学反应与电能(单元测试) （考试时间：75分钟 试卷满分：100分） 注意事项：本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分。 可能用到的相对原子质量：H 1 C 12 N 14 O 16 Na 23 Cu 64 Sn 119 第Ⅰ卷（选择题 共45分） 一、选择题：本题共15个小题，每小题3分，共45分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。 1．下列用来表示物质变化的化学用语中，正确的是 A．粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，电极反应式为 B．船底镶嵌锌块，锌发生还原反应而被消耗，以保护船体 C．酸性氢氧燃料电池的正极反应式为 D．铅蓄电池充电时，标示“+”的接线柱连电源的正极，电极反应式为 2．有关金属的腐蚀与防护，下列说法正确的是 A．铁与电源正极连接可实现电化学保护 B．当镀锡铁和镀锌铁镀层破损时，后者更易被腐蚀 C．在钢铁表面进行发蓝处理，生成四氧化三铁薄膜保护金属 D．阳极氧化处理铝制品生成致密的保护膜属于电化学保护法 3．下列叙述中错误的是 A．电解精炼铜时，粗铜应该和外接电源正极相连做阳极 B．电解法冶炼金属时，可通过电解MgCl2溶液获得金属镁 C．镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈 D．可将钢铁设备与电源的负极相连以防止钢铁腐蚀 4．有关下图所示该熔融碳酸盐燃料电池的说法正确的是 A．电极A上发生的电极反应为 B．脱水操作可以减少能量损失，从而实现化学能向电能的完全转化 C．每消耗，理论上外电路中转移8mol电子 D．A电极电势高于B电极电势，同时电池工作时，向电极B移动 5．工业上以含、、的混合液作电解液，以含Fe、Zn、Pb、C等杂质的粗锡为阳极进行电解，可得到精锡。下列说法错误的是 A．阴极发生的反应为 B．电解一段时间，溶液中溶质的浓度不变 C．在电解槽底部产生含Pb的阳极泥 D．当阴极质量增加11.9g，电路中通过电子为0.2mol 6．某新型钠离子二次电池(如图)用溶解了NaPF6的二甲氧基乙烷作电解质溶液。放电时嵌入PbSe中的Na变成Na+后脱嵌。下列说法错误的是 A．外电路通过1mol电子时，理论上两电极质量变化的差值为23g B．充电时，阳极电极反应为： C．放电一段时间后，电解质溶液中的Na+浓度基本保持不变 D．电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换 7．某化学小组为探究电场作用下阴阳离子的迁移情况，设计如图所示电解装置，a、b、c、d均为石墨电极，电极间距为4cm，将pH试纸分别用不同浓度Na2SO4溶液充分润湿，进行如下实验，实验现象如表所示。下列说法错误的是 试纸I：0.01mol/LNa2SO4溶液      试纸Ⅱ：1mol/LNa2SO4溶液 时间 试纸I现象 试纸Ⅱ现象 1min a极附近试纸变红， b极附近试纸变蓝 c极附近试纸变红， d极附近试纸变蓝 10min 红色区和蓝色区不断向中间扩展，相遇时红色区长度约2.7cm，蓝色区长度约1.3cm 两极颜色范围扩大不明显，试纸大部分仍为黄色 A．Na2SO4溶液中 向a极和c极移动 B．a极附近试纸变红的原因是： C．试纸I的现象说明，此环境中H+的迁移速率比OH-的快 D．对比试纸I和试纸Ⅱ的现象，说明电解质浓度影响H+和OH-的迁移速率 8．利用光能源可以将CO2转化为重要的化工原料C2H4(电解质溶液为稀硫酸)，同时可为制备次磷酸(H3PO2)提供电能，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．Y极为阴极 B．标准状况下，当Z极产生11.2 L O2时，可生成H3PO2的数目为NA C．a、b、d为阳离子交换膜，c为阴离子交换膜 D．W极的电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e-=C2H4＋4H2O 9．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是 A．甲：向Zn电极方向移动 B．乙：正极的电极反应式为 C．丙；锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄 D．丁：电池放电过程中，正极区溶液的pH变小 10．一种成本低、稳定性好的全碱性多硫化物—空气液流二次电池工作时，原理如图所示。下列说法正确的是 A．连接负载时，电极A为正极 B．膜a为阴离子交换膜，膜b为阳离子交换膜 C．连接负载时，负极区的电极反应式为：S-2e-=S D．连接电源时，电路中每通过2NA个电子，生成NaOH的质量为80g 11．在直流电场的作用下，用石墨作电极电解100mL溶液，电路中转移0.6mol电子后，欲使溶液恢复到电解前的状态，可以往溶液中添加的物质是 A． B． C． D． 12．如图所示为电解饱和食盐水的原理示意图。下列说法错误的是 A．右室电极处发生还原反应 B．出口c收集到的物质是氯气 C．电解过程中，Na+由左室移向右室 D．通电一段时间后，阴极区c(OH-)减小 13．氢氧燃料电池构造如图所示，其电池反应的方程式：，下列说法正确的是 A．燃料电池是一种将燃料的化学能转化为热能，然后将热能转化为电能的装置 B．电池工作时电子由电极经导线流向电极B，再经电解质流回电极A，形成闭合回路 C．在电极上获得电子发生还原反应 D．电解质若为溶液，正极的反应： 14．铁铬氧化还原液流电池是一种低成本的储能电池，电池结构如图所示，其工作原理为：。下列说法一定错误的是 A．电池充电时，b极的电极反应式为： B．电池放电时，b极的电极反应式为： C．电池充电时，从b极穿过选择性透过膜移向a极 D．电池放电时，电路中每通过0.1mol电子，浓度降低0.1mol⋅L 15．我国科学家研发了一种水系可逆Zn-CO2电池，将两组阴离子、阳离子复合膜反向放置分隔两室电解液，充电、放电时，复合膜层间的H2O解离成H+和OH—，工作原理如图所示，下列说法正确的是 A．a膜是阴离子膜，b膜是阳离子膜 B．充电时Zn电极反应式为Zn+4OH——2e—= C．放电时多孔Pd纳米片附近pH升高 D．当放电时，复合膜层间有lmolH2O解离时，正极区溶液增重23g 第II卷（非选择题 共55分） 二、非选择题：本题共5个小题，共55分。 16．（12分）如图所示，某同学设计一个燃料电池并探究氯碱工业原理和电解溶液原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。请完成以下问题： （1）甲池中负极电极反应式为： 。 （2）实验开始时，向乙池左右两边同时各滴入几滴酚酞试液： ①在Fe极附近观察到的现象是 ；②电解一段时间后，该池总反应离子方程式为 ；③C极电极反应式是 。 （3）丙池中两电极都为惰性电极，阳极电极反应式为： ，该池总反应离子方程式为 。 17．（11分）I.某课外活动小组同学用如图装置进行实验，试回答下列问题： （1）若开始时开关K与a连接，则铁发生电化学腐蚀中的 腐蚀。 （2）若开始时开关K与b连接，则总反应的离子方程式为 。 Ⅱ.该小组同学设想，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，用如图所示装置电解硫酸钠溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钠。 （3）该电解槽的阳极反应式为 。通过阴离子交换膜的离子数 (填“大于”、“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数 （4）制得的氢氧化钠溶液从出口(填写“A”、“B”、“C”或“D”) 导出。 （5）若将制得的氢气、氧气和氢氧化钠溶液组合为氢氧燃料电池，则电池负极的电极反应式为 。 18．（10分）原电池是直接把化学能转化为电能的装置。如图所示： （1）在Cu-Zn原电池中，Cu片上发生的电极反应式为 。 （2）内电路溶液中移向 极(填“正”或“负”)。 （3）某原电池的总反应为，该原电池组成正确的是_______。 A． B． C． D． （4）某锂-空气电池的总反应为，其工作原理如图所示： 下列说法正确的是_______。 a．锂片作负极        b．发生氧化反应        c．正极的反应式为 （5）甲烷可直接应用于燃料电池，该电池采用KOH溶液为电解质，其工作原理如下图所示： a电极的电极方程式为 。 19．（13分）电化学知识在我们的生产、生活中被广泛应用。回答下列问题： （1）如图所示装置中，以稀土金属材料作惰性电极，在电极上分别通入氢气和氧气。 ①图中左装置通氢气的一极为 ，通氧气的电极上的发生的电极反应式为 。 ②图中右装置为惰性电极电解100 mL 0.5 mol⋅L⁻¹CuSO₄溶液，电解一段时间后得到1.6 g铜，电解的总反应为： ，阳极的电极反应式为 ，若要使电解质溶液恢复到电解前的状态，可加入 (填字母)。 a．CuO    b．    c．    d． （2）空气电池是目前储电能力最高的电池。以空气电池为电源，用惰性电极电解硫酸铜溶液如图所示。 该电池工作时的总反应为，极发生的电极反应为 。 当外电路中通过0.04 mol电子时，B装置内共收集到0.448 L气体(标准状况)，若B装置内的液体体积为200 mL(假设电解前后溶液体积不变)，则电解前溶液的物质的量浓度为 mol·L。 20.（9分）回答下列问题： （1）双阴极微生物燃料电池处理NH-N废水的工作原理如图(a)所示，双阴极通过的电流相等，废水在电池中的运行模式如图(b)所示。 ①Y离子交换膜为 (填“阳”或“阴”)离子交换膜。 ②III室中除了O2→H2O，主要发生的反应还有 (用离子方程式表示)。 ③生成3.5gN2，理论上需要消耗 gO2。 （2）西北工业大学的张健教授、德累斯顿工业大学的冯新亮院士等人报道了一种电催化半氢化策略，在室温条件下，水溶液介质中可选择性地将还原为，其原理示意图如下： ①阴极的电极反应式为： 。 ②同温同压下，相同时间内，若进口处气体物质的量为a，出口处气体的总体积为进口处的x倍，则转化率为 。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第四章 化学反应与电能(单元测试) （考试时间：75分钟 试卷满分：100分） 注意事项：本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分。 可能用到的相对原子质量：H 1 C 12 N 14 O 16 Na 23 Cu 64 Sn 119 第Ⅰ卷（选择题 共45分） 一、选择题：本题共15个小题，每小题3分，共45分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。 1．下列用来表示物质变化的化学用语中，正确的是 A．粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，电极反应式为 B．船底镶嵌锌块，锌发生还原反应而被消耗，以保护船体 C．酸性氢氧燃料电池的正极反应式为 D．铅蓄电池充电时，标示“+”的接线柱连电源的正极，电极反应式为 【答案】D 【解析】A．粗铜精炼时，与电源正极相连的是阳极，所以是粗铜，而不是纯铜，电极反应式为，A错误；B．船底镶嵌锌块是牺牲阳极的阴极保护法，金属锌发生氧化反应，B错误；C．酸性氢氧燃料电池中，正极氧气得到电子发生还原反应生成水：，C错误；D．铅蓄电池充电时，标示“＋”的接线柱连外界电源的正极作阳极失电子发生氧化反应，电极反应式为：，D正确；故选D。 2．有关金属的腐蚀与防护，下列说法正确的是 A．铁与电源正极连接可实现电化学保护 B．当镀锡铁和镀锌铁镀层破损时，后者更易被腐蚀 C．在钢铁表面进行发蓝处理，生成四氧化三铁薄膜保护金属 D．阳极氧化处理铝制品生成致密的保护膜属于电化学保护法 【答案】C 【解析】A．铁与电源负极连接作阴极可实现电化学保护，A错误；B．当镀锡铁和镀锌铁镀层破损时，前者铁比锡活泼，破损后铁作负极被氧化，后者铁比锌稳定，破损后铁作正极被保护，B错误；C．在钢铁表面进行发蓝处理，生成四氧化三铁薄膜保护金属，C正确；D．电化学保护法是将要保护的金属与外接电源负极连接，D错误；故选C。 3．下列叙述中错误的是 A．电解精炼铜时，粗铜应该和外接电源正极相连做阳极 B．电解法冶炼金属时，可通过电解MgCl2溶液获得金属镁 C．镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈 D．可将钢铁设备与电源的负极相连以防止钢铁腐蚀 【答案】B 【解析】A．电解精炼铜时，粗铜做阳极，纯铜做阴极，故A正确；B．Mg是活泼金属，应该采用电解熔融氯化镁的方法冶炼，如果电解氯化镁溶液，阴极上氢离子放电而不是镁离子放电，所以得不到Mg，故B错误；C．镀铜铁制品镀层受损后形成原电池，铁作负极被腐蚀，所以铁制品比受损前更容易生锈，故C正确；D．钢铁设备与外加电源的负极相连做阴极，在电解池中，阴极被保护，能减缓腐蚀速度，故D正确；答案选B。 4．有关下图所示该熔融碳酸盐燃料电池的说法正确的是 A．电极A上发生的电极反应为 B．脱水操作可以减少能量损失，从而实现化学能向电能的完全转化 C．每消耗，理论上外电路中转移8mol电子 D．A电极电势高于B电极电势，同时电池工作时，向电极B移动 【答案】C 【分析】甲烷和水蒸气发生催化重整反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。A电极一氧化碳、氢气失电子生成水、二氧化碳，A是负极；B电极氧气得电子生成碳酸根离子，B是正极。 【解析】A．甲烷和水蒸气发生催化重整反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。A极参与反应的一氧化碳和氢气的物质的量比为1:3，电极A上发生的电极反应为，故A错误；B．燃料电池放电时，只有一部分能量转化为电能，所以能量转化率不可能达100%，故B错误；C．CH4最终生成二氧化碳、水，C元素化合价由-4升高为+4，根据电子守恒，每消耗，理论上外电路中转移8mol电子，故C正确；D．A是负极、B是正极，A电极电势低于B电极电势，故D错误；选C。 5．工业上以含、、的混合液作电解液，以含Fe、Zn、Pb、C等杂质的粗锡为阳极进行电解，可得到精锡。下列说法错误的是 A．阴极发生的反应为 B．电解一段时间，溶液中溶质的浓度不变 C．在电解槽底部产生含Pb的阳极泥 D．当阴极质量增加11.9g，电路中通过电子为0.2mol 【答案】B 【分析】工业上以含、、的混合液作电解液，以含Fe、Zn、Pb、C等杂质的粗锡为阳极进行电解，阳极上Sn、Fe、Zn失去电子被氧化，Pb、C不放电，阴极上得电子的还原反应， ，可得到精锡。 【解析】A．阴极应该发生得电子的还原反应，故为，A正确；B．阳极杂质参与反应，故电解一段时间溶液中浓度减小，B错误；C．阳极材料中Pb和C比锡不活泼，不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；D．当阴极质量增加11.9g，即生成0.1mol Sn，则电路中通过电子为0.2mol，D正确；选B。 6．某新型钠离子二次电池(如图)用溶解了NaPF6的二甲氧基乙烷作电解质溶液。放电时嵌入PbSe中的Na变成Na+后脱嵌。下列说法错误的是 A．外电路通过1mol电子时，理论上两电极质量变化的差值为23g B．充电时，阳极电极反应为： C．放电一段时间后，电解质溶液中的Na+浓度基本保持不变 D．电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换 【答案】A 【分析】放电时嵌入PbSe中的Na变成Na+后脱嵌，则右侧电极为负极，Na失电子生成Na+；Na+透过允许Na+通过的隔膜从右侧进入左侧，则左侧为正极。 【解析】A．外电路通过1mol电子时，负极有1molNa失电子生成Na+进入右侧溶液，溶液中有1molNa+从右侧进入左侧，并与正极的Na3-xV2(PO4)3结合，则理论上两电极质量变化的差值为2mol×23g/mol=46g，A错误；B．充电时，左侧电极为阳极，Na3V2(PO4)3失电子生成Na3-xV2(PO4)3，则阳极电极反应为：，B正确 ；C．放电一段时间后，负极产生的Na+的物质的量与负极区通过隔膜进入左极区的Na+的物质的量相同，进入左极区的Na+与参加左侧正极反应的Na+的物质的量相同，所以电解质溶液中的Na+浓度基本保持不变，C正确 ；D．Na能与水反应，所以电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换，D正确 ；故选 A。 7．某化学小组为探究电场作用下阴阳离子的迁移情况，设计如图所示电解装置，a、b、c、d均为石墨电极，电极间距为4cm，将pH试纸分别用不同浓度Na2SO4溶液充分润湿，进行如下实验，实验现象如表所示。下列说法错误的是 试纸I：0.01mol/LNa2SO4溶液      试纸Ⅱ：1mol/LNa2SO4溶液 时间 试纸I现象 试纸Ⅱ现象 1min a极附近试纸变红， b极附近试纸变蓝 c极附近试纸变红， d极附近试纸变蓝 10min 红色区和蓝色区不断向中间扩展，相遇时红色区长度约2.7cm，蓝色区长度约1.3cm 两极颜色范围扩大不明显，试纸大部分仍为黄色 A．Na2SO4溶液中 向a极和c极移动 B．a极附近试纸变红的原因是： C．试纸I的现象说明，此环境中H+的迁移速率比OH-的快 D．对比试纸I和试纸Ⅱ的现象，说明电解质浓度影响H+和OH-的迁移速率 【答案】B 【分析】用惰性电极电解硫酸钠溶液，阴极反应：，氢离子浓度减小，氢氧根离子浓度增大，碱性增强，pH试纸变蓝；阳极反应：，氢氧根离子浓度减小，氢离子浓度增大，酸性增强，pH试纸变红； 【解析】A．a、c电极为阳极，b、d电极为阴极，根据电解原理，向阳极移动，即向a和c两极移动，A正确；B．a电极为阳极，反应式为，a极附近溶液显酸性，试纸变红，B错误；C．根据试纸I中10min相遇时，红色区域为2.7cm，蓝色区域1.3cm，推出H＋迁移速率比OH－快，C正确；D．对比试纸I和试纸Ⅱ的现象不同，说明电解质浓度越大，对H＋和OH－的迁移速率影响越大，D正确；故选B。 8．利用光能源可以将CO2转化为重要的化工原料C2H4(电解质溶液为稀硫酸)，同时可为制备次磷酸(H3PO2)提供电能，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．Y极为阴极 B．标准状况下，当Z极产生11.2 L O2时，可生成H3PO2的数目为NA C．a、b、d为阳离子交换膜，c为阴离子交换膜 D．W极的电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e-=C2H4＋4H2O 【答案】B 【分析】左侧为原电池，右侧为电解池；左侧Z极上发生氧化反应2H2O-4e-=O2+4H+是原电池负极，W极上发生还原反应2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O是原电池正极，电解质溶液中H+由左到右穿过a膜；右侧Y极连接原电池负极(Z极)，是电解池阴极，发生还原反应2H2O+2e-=H2+2OH-，X极连接原电池正极(W极)，是电解池阳极，发生氧化反应2H2O-4e-=O2+4H+，原料室中Na+通过d膜进入N室保证电荷守恒，通过c膜进入产品室，M室中生成的H+通过b膜进入产品室，H+与按个数比1﹕1生成H3PO2。 【解析】A．右侧Y极连接原电池负极（Z极），是电解池阴极，故A正确；B．Z极上的电极反应为：2H2O-4e-=O2+4H+，标准状况下，11.2LO2物质的量是0.5mol，转移电子2mol，则X极上反应也应失去电子2mol，生成2molH+，最终生成2molH3PO2，其数目为2NA，故B错误；C．由于电解过程中电解质溶液中H+由左到右穿过a膜，原料室中Na+通过d膜进入N室保证电荷守恒，通过c膜进入产品室，M室中生成的H+通过b膜进入产品室，则a、b、d膜均过阳离子，c膜过阴离子，故C正确；D．W极为原电池的正极，其电极反应式为：2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O，故D正确；故选：B。 9．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是 A．甲：向Zn电极方向移动 B．乙：正极的电极反应式为 C．丙；锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄 D．丁：电池放电过程中，正极区溶液的pH变小 【答案】D 【解析】A．甲构成原电池，Zn作负极，向Zn电极方向移动，A正确；B．乙中Ag2O作正极，Ag2O被还原生成Ag，则正极的电极反应式为：，B正确；C．丙中锌筒作负极，Zn被氧化生成Zn2+，锌筒会变薄，C正确；D．铅蓄电池放电过程中，正极反应式为：，即H+被消耗，正极区溶液的pH变大，D错误；故选D。 10．一种成本低、稳定性好的全碱性多硫化物—空气液流二次电池工作时，原理如图所示。下列说法正确的是 A．连接负载时，电极A为正极 B．膜a为阴离子交换膜，膜b为阳离子交换膜 C．连接负载时，负极区的电极反应式为：S-2e-=S D．连接电源时，电路中每通过2NA个电子，生成NaOH的质量为80g 【答案】C 【解析】A．根据图示，连接负载时，A电极发生反应 ，A电极发生氧化反应，电极A为负极，故A错误；B．根据图示，电池工作时，膜a、膜b之间生成NaOH，膜a为阳离子交换膜，膜b为阴离子交换膜，故B错误；C．根据图示，连接负载时，A电极发生氧化反应，电极A为负极，负极区的电极反应式为：S-2e-=S，故C正确；D．连接电源时，电路中每通过2NA个电子，有2molNa+通过膜a进入阴极区，2molOH-通过膜b进入阳极区，所以消耗NaOH的质量为80g，故D错误；选C。 11．在直流电场的作用下，用石墨作电极电解100mL溶液，电路中转移0.6mol电子后，欲使溶液恢复到电解前的状态，可以往溶液中添加的物质是 A． B． C． D． 【答案】D 【解析】由题意可知溶液中用石墨作电极和优先参与电极反应，然后是和参与电极反应，当电路中转移电子时，电解生成了、、、，要恢复溶液至电解前的状态，需要往溶液中添加、、（、），D项符合题意，故选D。 12．如图所示为电解饱和食盐水的原理示意图。下列说法错误的是 A．右室电极处发生还原反应 B．出口c收集到的物质是氯气 C．电解过程中，Na+由左室移向右室 D．通电一段时间后，阴极区c(OH-)减小 【答案】D 【分析】左侧电极与电源正极相连，该极为阳极，左边电极上氯离子变成氯气，钠离子移动到了右边，出口c收集到的物质是氯气，右边电极上水电离的氢离子放电生成氢气，出口d收集到氢气，左边最后得到稀氯化钠溶液，右边最后得到浓氢氧化钠溶液； 【解析】A．右侧连接电源负极，右侧电极为阴极，氢离子放电生成氢气发生还原反应，故A正确；B．由分析，c收集到的物质是氯气，故B正确；C．电解池中阳离子向阴极移动，则Na+由左室移向右室，故C正确；D．右侧电极与电源负极相连，为阴极，b口通入水(加入少量NaOH增强导电性同时不引入新的杂质)，水得电子发生还原反应产生H2同时生成OH-，所以通电一段时间后，OH-浓度增大，故D错误；故选D。 13．氢氧燃料电池构造如图所示，其电池反应的方程式：，下列说法正确的是 A．燃料电池是一种将燃料的化学能转化为热能，然后将热能转化为电能的装置 B．电池工作时电子由电极经导线流向电极B，再经电解质流回电极A，形成闭合回路 C．在电极上获得电子发生还原反应 D．电解质若为溶液，正极的反应： 【答案】D 【解析】A．氢氧燃料电池是将化学能转变为电能的装置，但H2没有发生燃烧反应，不是将燃料燃烧时释放出的热能直接转化为电能，A错误；B．电池中燃料氢气充入一极为负极即A为负极B电极为正极，则工作时电子由电极经导线流向电极B，电子不能在电解质溶液中传递，B错误；C．该电池工作时，H2在负极A上失去电子发生氧化反应，C错误；D．电解质若为溶液，正极为氧气得到电子发生还原反应即反应：，D正确；故选D。 14．铁铬氧化还原液流电池是一种低成本的储能电池，电池结构如图所示，其工作原理为：。下列说法一定错误的是 A．电池充电时，b极的电极反应式为： B．电池放电时，b极的电极反应式为： C．电池充电时，从b极穿过选择性透过膜移向a极 D．电池放电时，电路中每通过0.1mol电子，浓度降低0.1mol⋅L 【答案】D 【解析】A．充电时是电解池的工作原理，阴极(b极)发生得电子的还原反应，电极反应式为：，A正确；B．放电时是原电池的工作原理，负极(b极)发生失电子的氧化反应，电极反应式为：，B正确；C．电池充电时，从阴极室穿过选择性透过膜移向阳极室，即从b极穿过选择性透过膜移向a极，C正确；D．放电时，电路中每流过0.1mol电子，就会有0.1mol得电子，但减小的浓度与体积有关，因此不能确定浓度降低数值，D错误；故选D。 15．我国科学家研发了一种水系可逆Zn-CO2电池，将两组阴离子、阳离子复合膜反向放置分隔两室电解液，充电、放电时，复合膜层间的H2O解离成H+和OH—，工作原理如图所示，下列说法正确的是 A．a膜是阴离子膜，b膜是阳离子膜 B．充电时Zn电极反应式为Zn+4OH——2e—= C．放电时多孔Pd纳米片附近pH升高 D．当放电时，复合膜层间有lmolH2O解离时，正极区溶液增重23g 【答案】D 【分析】由图可知，a膜是释放出氢离子的阳离子交换膜，b膜是释放出氢氧根离子的阴离子交换膜，放电时，锌电极为原电池的负极，释放出的氢氧根离子向负极移动，碱性条件下锌在负极失去电子发生氧化反应生成四羟基合锌离子，电极反应式为Zn+4OH——2e—=，多孔Pd纳米片为正极，释放出的氢离子向正极移动，酸性条件下二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成甲酸，电极反应式为CO2+2H++2e—=HCOOH，充电时，与直流电源负极相连的锌电极为阴极，四羟基合锌离子在阴极得到电子发生还原反应生成锌和氢氧根离子，电极反应式为+2e—= Zn+4OH—，释放出的氢离子向正极移动中和溶液中的氢氧根离子，多孔Pd纳米片为阳极，释放出的氢氧根离子向阳极移动，碱性条件下甲酸在阳极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水，电极反应式为HCOOH+2 OH——2e—= CO2+2H2O。 【解析】A．由分析可知，a膜是释放出氢离子的阳离子交换膜，b膜是释放出氢氧根离子的阴离子交换膜，故A错误；B．由分析可知，充电时，锌电极为阴极，四羟基合锌离子在阴极得到电子发生还原反应生成锌和氢氧根离子，电极反应式为+2e—= Zn+4OH—，释放出的氢离子向正极移动中和溶液中的氢氧根离子，故B错误；C．由分析可知，放电时，多孔Pd纳米片为正极，酸性条件下二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成甲酸，电极反应式为CO2+2H++2e—=HCOOH，甲酸在氯化钠溶液中电离出氢离子使电极附近溶液pH减小，故C错误；D．由分析可知，放电时，多孔Pd纳米片为正极，酸性条件下二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成甲酸，电极反应式为CO2+2H++2e—=HCOOH，复合膜层间有lmol水解离时，外电路转移1mol电子，则正极增加的质量为(1mol×44g/mol×+1mol×1g/mol)= 23g，故D正确；故选D。 第II卷（非选择题 共55分） 二、非选择题：本题共5个小题，共55分。 16．（12分）如图所示，某同学设计一个燃料电池并探究氯碱工业原理和电解溶液原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。请完成以下问题： （1）甲池中负极电极反应式为： 。 （2）实验开始时，向乙池左右两边同时各滴入几滴酚酞试液： ①在Fe极附近观察到的现象是 ；②电解一段时间后，该池总反应离子方程式为 ；③C极电极反应式是 。 （3）丙池中两电极都为惰性电极，阳极电极反应式为： ，该池总反应离子方程式为 。 【答案】（1）（2分） （2）有气泡生成，溶液变为红色（2分） （2分） （2分） （3）（2分） 2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+（2分） 【分析】由图可知，甲池为燃料电池，通入氧气的铂电极作正极，通入氢气的铂电极作负极；乙池为电解饱和食盐水的电解池，与负极相连的铁电极为阴极，则石墨电极为阳极；丙池为电解硫酸铜溶液的电解池，与正极相连的b电极为阳极，则a电极为阴极，据此解答。 【解析】（1）由分析可知，甲池为燃料电池，通入氢气的铂电极为负极，氢气在碱性条件下被氧化生成水，电极反应式为：； （2）①由分析可知，乙池为电解饱和食盐水的电解池，与负极相连的铁电极为阴极，水被还原生成氢气和氢氧根离子，酚酞遇碱变红色，所以在Fe极附近观察到的现象是有气泡生成，溶液变为红色；②由分析可知，乙池为电解饱和食盐水的电解池，总反应为电解饱和食盐水生成氯气、氢气和氢氧化钠，则电解一段时间后，该池总反应离子方程式为：；③由分析可知，石墨电极为阳极，氯离子被氧化生成氯气，则C极电极反应式是：； （3）由分析可知，丙池为电解硫酸铜溶液的电解池，b电极为阳极，水被氧化生成氧气和氢离子，电极反应式为：，总反应为电解硫酸铜溶液生成铜、氧气和硫酸，则该池总反应的离子方程式为：2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+。 17．（11分）I.某课外活动小组同学用如图装置进行实验，试回答下列问题： （1）若开始时开关K与a连接，则铁发生电化学腐蚀中的 腐蚀。 （2）若开始时开关K与b连接，则总反应的离子方程式为 。 Ⅱ.该小组同学设想，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，用如图所示装置电解硫酸钠溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钠。 （3）该电解槽的阳极反应式为 。通过阴离子交换膜的离子数 (填“大于”、“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数 （4）制得的氢氧化钠溶液从出口(填写“A”、“B”、“C”或“D”) 导出。 （5）若将制得的氢气、氧气和氢氧化钠溶液组合为氢氧燃料电池，则电池负极的电极反应式为 。 【答案】（1）吸氧（1分） （2）2Cl-＋2H2O2OH-＋Cl2↑＋H2↑（2分） （3）4OH-－4e-=2H2O＋O2↑（2分） 小于（2分） （4）D（2分） （5）H2－2e-＋2OH-=2H2O（2分） 【解析】（1）若开始时开关K与a连接，则发生的原电池反应，由于食盐水是中性溶液，故铁发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀； （2）若开始时开关K与b连接，则发生的电解池反应，铁电极与电源的负极连接，为阴极，阳极为石墨电极，相当于电解饱和食盐水，生成氢气、氯气和氢氧化钠，电解池的总反应的离子方程式为2Cl-＋2H2O2OH-＋Cl2↑＋H2↑； （3）用如图2所示装置电解硫酸钠溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钠。由于阳离子的放电能力H+>Na+，所以在阴极发生反应：2H+ + 2e- = H2↑，反应产生氢气，附近溶液中水的电离平衡被破坏，溶液中c(OH-)增大，因此溶液显碱性，有一定浓度的NaOH；溶液中阴离子的放电能力：OH->，所以在阳极发生反应：4OH-－4e-=2H2O＋O2↑，由于氢氧根离子放电，使附近溶液中H+浓度增大，溶液显酸性，附近的溶液为H2SO4溶液，因此从A口得到较浓的硫酸，从D口得到较浓的氢氧化钠，左侧为阳极，右侧为阴极；根据分析可知，阳极发生反应：4OH-－4e-=2H2O＋O2↑；当转移2mol电子时，有2molNa+通过阳离子交换膜移向阴极，有1mol通过阴离子交换膜移向阳极，故阴离子交换膜的离子数小于通过阳离子交换膜的离子数； （4）通过上一问可知，从D口得到较浓的氢氧化钠溶液； （5）氢气、氧气和氢氧化钠溶液又可制成燃料电池，通入燃料氢气的电极为负极，由于电解质溶液为NaOH碱性溶液，所以该电池的负极反应式为H2－2e-＋2OH-=2H2O。 18．（10分）原电池是直接把化学能转化为电能的装置。如图所示： （1）在Cu-Zn原电池中，Cu片上发生的电极反应式为 。 （2）内电路溶液中移向 极(填“正”或“负”)。 （3）某原电池的总反应为，该原电池组成正确的是_______。 A． B． C． D． （4）某锂-空气电池的总反应为，其工作原理如图所示： 下列说法正确的是_______。 a．锂片作负极        b．发生氧化反应        c．正极的反应式为 （5）甲烷可直接应用于燃料电池，该电池采用KOH溶液为电解质，其工作原理如下图所示： a电极的电极方程式为 。 【答案】（1）2H+ + 2 e- = H2↑（2分） （2）负（2分） （3）AC（2分） （4）ac（2分） （5）（2分） 【解析】（1）Cu片上氢离子得电子生成氢气，电极反应为：2H+ + 2 e- = H2↑； （2）内电路中的阴离子流向负极，阳离子流向正极，移向负极； （3）由总反应可知，反应中Zn失去电子作负极材料，正极应选活泼性小于Zn的金属或石墨；正极铜离子得电子生成铜单质，因此电解质溶液应选含铜离子的盐溶液，符合的有AC，故答案为：AC； （4）由电池总反应可知Li失电子作负极，氧气在正极得电子发生还原反应，电解质环境为碱性，正极电极反应为：O2 + 4e-+ 2H2O = 4OH-，故答案为：ac； （5）甲烷失电子发生氧化反应，故通入甲烷的一极为负极，通入氧气的一极为正极；a电极上甲烷失电子产生碳酸钾，反应的电极方程式为 。 19．（13分）电化学知识在我们的生产、生活中被广泛应用。回答下列问题： （1）如图所示装置中，以稀土金属材料作惰性电极，在电极上分别通入氢气和氧气。 ①图中左装置通氢气的一极为 ，通氧气的电极上的发生的电极反应式为 。 ②图中右装置为惰性电极电解100 mL 0.5 mol⋅L⁻¹CuSO₄溶液，电解一段时间后得到1.6 g铜，电解的总反应为： ，阳极的电极反应式为 ，若要使电解质溶液恢复到电解前的状态，可加入 (填字母)。 a．CuO    b．    c．    d． （2）空气电池是目前储电能力最高的电池。以空气电池为电源，用惰性电极电解硫酸铜溶液如图所示。 该电池工作时的总反应为，极发生的电极反应为 。 当外电路中通过0.04 mol电子时，B装置内共收集到0.448 L气体(标准状况)，若B装置内的液体体积为200 mL(假设电解前后溶液体积不变)，则电解前溶液的物质的量浓度为 mol·L。 【答案】（1）①负极（1分） O2+4e-+4H+=2H2O（2分） ②2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4（2分） 2H2O-4e-=O2+4H+（2分） ac（2分） （2）（2分） 0.05（2分） 【解析】（1）①左侧通入氢气发生氧化反应，为负极，通入氧气为正极，电极反应方程式为：O2+4H++4e-=2H2O；②电解100mL0.5mol•L-1CuSO4溶液，发生的电解反应为2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，a电极为阳极，阳极上溶液中的氢氧根离子失电子发生氧化反应，电极反应式为2H2O-4e-═O2↑+4H+，a电极为阴极，阴极上溶液中铜离子得电子生成铜，电极反应式为Cu2++2e-═Cu；电解得到1.6gCu，物质的量为=0.025mol，溶液中铜离子的物质的量为0.05mol，说明电解只生成了铜和氧气，为了使CuSO4溶液恢复原浓度，应加入CuO或CuCO3，但不能加入Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3，因为它们与硫酸反应后会增加水，故选ac。 （2）根据总反应可知，极发生的电极反应式：；当外电路中通过0.04mol电子时阳极得到氧气0.01mol，标准状况下体积为0.224L，B装置内共收集到0.448L气体(标准状况)，则氢气体积为0.224L，即0.01mol，得到0.02mol电子；根据得失电子守恒，溶液中Cu2+得到电子0.02mol，说明Cu2+物质的量为0.01mol，则其浓度为0.05mol/L。 20.（9分）回答下列问题： （1）双阴极微生物燃料电池处理NH-N废水的工作原理如图(a)所示，双阴极通过的电流相等，废水在电池中的运行模式如图(b)所示。 ①Y离子交换膜为 (填“阳”或“阴”)离子交换膜。 ②III室中除了O2→H2O，主要发生的反应还有 (用离子方程式表示)。 ③生成3.5gN2，理论上需要消耗 gO2。 （2）西北工业大学的张健教授、德累斯顿工业大学的冯新亮院士等人报道了一种电催化半氢化策略，在室温条件下，水溶液介质中可选择性地将还原为，其原理示意图如下： ①阴极的电极反应式为： 。 ②同温同压下，相同时间内，若进口处气体物质的量为a，出口处气体的总体积为进口处的x倍，则转化率为 。 【答案】（1）①阳（1分） ②NH+2O2= NO+H2O+2H+（2分） ③26（2分） （2）①+2e- +2H2O=+2OH-（2分） ②(2x-2)100%（2分） 【解析】（1）①双阴极微生物燃料电池处理NH-N废水的工作原理如图(a)所示，III中O2得电子生成H2O，电极方程式为：4H++O2+4e-=2H2O，则II中CH3COO-转化为CO2生成的H+需要进行III，说明Y是阳离子交换膜； ②由图b可知，III中反应后的溶液进入I中反应，而I中的反应是NON2，说明III中NH转化为了NO，该过程的离子方程式为：NH+2O2= NO+H2O+2H+； ③I中的反应是NON2，电极方程式为：12H++2NO+10e-=N2+6H2O，III中发生反应：4H++O2+4e-=2H2O、NH+2O2= NO+H2O+2H+，3.5gN2的物质的量为=0.125mol，消耗0.25mol NO，转移电子1.25mol电子，则理论上需要消耗O2的物质的量为0.25mol2+=0.8125mol，质量为0.8125mol32g/mol=26g。 （2）①在室温条件下，水溶液介质中可选择性地将还原为，则阴极为上层电极，反应为乙块得到电子发生还原反应生成乙烯，反应为：+2e- +2H2O=+2OH-； ②由图可知，阳极水发生氧化反应生成氧气，总反应为2+2H2O= 2+O2；同温同压下，相同时间内，若进口处气体物质的量为amol，出口处气体的总体积为进口处的x倍，设转化率为y，则反应乙炔为aymol、剩余乙块(a-ay)mol，由总反应可知生成气体总量为1.5aymol，反应后总气体为(1.5a+a-ay)mol，则=x，解得y=(2x-2)100%。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$