1、第四章 化学反应与电能一、选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分。每小题只有一个选项符合题意。1、下列防止钢铁腐蚀的方法不属于电化学防护的是()2、下列示意图与化学用语表述内容不相符的是（水合离子用相应离子符号表示）( )ANaCl溶于水B铁的吸氧腐蚀原理负极：C锌铜原电池构造和原理总反应：D与反应能量变化A.AB.BC.CD.D3、锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是( )A.铜电极上发生氧化反应B.电池工作一段时间后，甲池中的减小C.电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增大D.阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平
2、衡4、用酸性氢氧燃料电池电解苦卤水（含、）的装置如图（a、b为石墨电极）所示，下列说法正确的是( )A.电池工作时，正极反应为B.电解时，电子流动路径：负极外电路阴极溶液阳极正极C.试管中NaOH溶液可以用饱和食盐水替代D.忽略能量损耗，当电池中消耗2.24L（标准状况）时，b极会产生0.1mol气体5、某城市为了减少钢管因锈蚀而造成的损失，拟用如图所示方法保护埋在酸性土壤中的钢管。下列有关说法正确的是( )A.在潮湿的酸性土壤中钢管主要发生吸氧腐蚀B.在潮湿的酸性土壤中金属棒M中的电子通过导线流向钢管C.在潮湿的酸性土壤中向金属棒M移动，抑制与铁的反应D.钢管与金属棒M也可用导线分别连接直流
3、电源正、负极以达到减缓腐蚀钢管的目的6、化学用语是学习化学的重要工具,下列用来表示物质变化的化学用语中,正确的是()A.电解饱和食盐水时,阳极的电极反应为2Cl-2e-Cl2B.氢氧燃料电池的负极反应:O2+2H2O+4e-4OH-C.粗铜精炼时,与电源正极相连的是纯铜,电极反应为Cu-2e-Cu2+D.钢铁发生电化学腐蚀的正极反应:Fe-2e-Fe2+7、观察下列几个装置示意图,有关叙述正确的是()A.装置中阳极上析出红色固体B.装置的待镀铁制品应与电源正极相连C.装置闭合电键后,外电路电子由a极流向b极D.装置的离子交换膜允许阳离子、阴离子、水分子自由通过8、我国科学家研制了一种新型的高比
4、能量锌碘溴液流电池,其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液,提高电池的容量。下列叙述不正确的是()A.放电时,a电极反应为I2Br-+2e-2I-+Br-B.放电时,溶液中离子的数目增大C.充电时,b电极每增重0.65 g, 溶液中有0.02 mol I-被氧化D.充电时,a电极接外电源负极9、我国固体氧化物燃料电池技术研发取得新突破。科学家利用该技术实现了H2S废气资源回收能量，并得到单质硫的原理如图所示。下列说法正确的是()A.电极b为电池的负极B电路中每流过4 mol电子，正极消耗44.8 L H2SC电极b上的电极反应为O24e4H=2H2OD电极a上的电极反应为2H2S2O
5、24e=S22H2O10、三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是()A.通电后中间隔室的SO离子向正极迁移，正极区溶液pH增大B该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品C负极反应为2H2O4e=O24H，负极区溶液pH降低D当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成二、选择题(本题包括5小题,每小题4分,共20分。每小题有一个或两个选项符合题意)11、肼(N2H4)暴露在空气中容易爆炸
6、,但是以其为燃料的燃料电池是一种理想的电池,具有容量大、能量转化率高、产物无污染等特点,其工作原理如图所示,下列叙述正确的是()A.电池工作时,正极附近的pH增大B.当消耗1 mol O2时,有2 mol Na+由甲槽向乙槽迁移C.负极反应式为4OH-+N2H4-4e-N2+4H2OD.若去掉阳离子交换膜,电池也能正常工作12、下图是半导体光电化学电池光解水制氢的反应原理示意图。在光照下,电子由价带跃迁到导带后,然后流向对电极。下列说法不正确的是()A.对电极的电极反应:2H+2e-H2B.半导体电极发生还原反应C.电解质溶液中阳离子向对电极移动D.整个过程中实现了太阳能化学能电能的转化13、
7、一种微生物燃料电池如图所示，下列关于该电池说法正确的是()Aa电极发生还原反应BH由右室通过质子交换膜进入左室Cb电极反应式为2NO10e12H=N26H2OD电池工作时，电流由a电极沿导线流向b电极14、中国是一个严重缺水的国家，污水治理越来越引起人们重视，可以通过膜电池除去废水中的乙酸钠和对氯苯酚，其原理如图所示，下列说法不正确的是()A.电流方向从A极沿导线经小灯泡流向B极BB极为电池的阳极，电极反应式为CH3COO8e4H2O=2HCO9HC当外电路中有0.2 mol e转移时，通过质子交换膜的H的个数为0.2NADA极的电极反应式为ClOHH2e=ClOH15、受新冠病毒疫情的影响，
8、某市使用了大量漂白粉进行消毒，产生了大量污水(含Cl)，利用ECT电解水处理器处理上述污水的简化模型图如图，通电后让水垢在阴极表面析出，并采用智能清扫系统去除阴极表面的水垢；让阳极产生游离氯、臭氧等继续杀灭病毒，并防止微生物污染。下列有关说法正确的是()A.a极为阴极B处理污水时，Cl移向a极，b极附近溶液的pH减小C.阳极上产生臭氧的电极反应式为O22OH2e=O3H2OD为了降低原材料成本，可将多孔铂电极a换成Fe电极三、非选择题(本题共4小题,共50分)16、(1)海水中有丰富的食盐资源,工业上以粗食盐水(含少量Ca2+、Mg2+杂质)、氨、石灰石等为原料可以制备Na2CO3,其流程如图
9、,请回答下列问题。粗盐精制过程中加入的沉淀剂是石灰乳和纯碱,应先加。上述流程中循环使用的物质有。图中制得的饱和食盐水还可用于氯碱工业,NaCl溶液的电解产物可用于生产盐酸、漂白粉、氢氧化钠等产品。工业上电解饱和食盐水的离子方程式为。氨气可用电解法合成,其原料转化率大幅度提高,有望代替传统的工业合成氨工艺。电解法合成氨的两种原理及装置如图1和图2所示。图1中,a电极上通入的X为,图2中,d电极上的电极反应为。(2)我国科学家研发出利用太阳能从海水中提取金属锂的技术,提取原理如图3所示:图3金属锂在电极(填“A”或“B”)上生成。阳极能产生两种气体单质,电极反应是2Cl-2e-Cl2和。某种锂离子
10、二次电池的总反应为FePO4(s)+Li(s)LiFePO4(s),装置如图所示(a极材料为金属锂和石墨的复合材料)。下列说法错误的有。A.图中e-及Li+移动方向说明该电池处于放电状态B.该电池可选择含Li+的水溶液作离子导体C.充电时a极连接外接电源的正极D.充电时,b极电极反应为LiFePO4-e-Li+FePO417、钢铁在自然界中的腐蚀比较普遍。(1)远洋轮船的钢铁船体在海水中易发生电化学腐蚀中的_腐蚀。为防止这种腐蚀，通常把船体与浸在海水里的Zn块相连，或与像铅酸蓄电池这样的直流电源的_(填“正”或“负”)极相连。(2)若用钢铁(含Fe、C)制品盛装NaClO溶液会发生电化学腐蚀，
11、钢铁制品表面生成红褐色沉淀，溶液会失去漂白、杀菌消毒功效。该电化学腐蚀过程中的正极反应式为_。(3)铁器深埋地下，也会发生严重的电化学腐蚀，原因是一种称为硫酸盐还原菌的细菌，能提供正极反应的催化剂，将土壤中的SO还原为S2，试写出该电化学腐蚀的正极反应式_。18、CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如图所示：阴极上的反应式为_。若生成的乙烯和乙烷的体积比为21，则消耗的CH4和CO2体积比为_。(2)我国科学家设计了一种CO2H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO石墨烯(石墨烯包裹的ZnO
12、)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为EDTAFe2e=EDTAFe32EDTAFe3H2S=2HS2EDTAFe2该装置工作时，阴极的电极反应：_；协同转化总反应：_；若采用Fe3/Fe2取代EDTAFe3/EDTAFe2，溶液需为_(填“碱性”“中性”或“酸性”)。(3)以石墨为电极，电解Pb(NO3)2溶液制备PbO2，若电解过程中以铅蓄电池为电源，当电解装置中阳极增重23.9 g时(忽略副反应)，理论上蓄电池正极增重_g。19、在如图所示的装置中，试管A、B中的电极为多孔的惰性电极；C、 D为两个铂夹，夹在被溶液浸湿的滤纸条上，滤纸条的中部滴有一滴液滴；电源有a、b两极。若在A、B中充满0
13、.01 mol/L的KOH溶液后倒立于装有同浓度的KOH溶液的水槽中，断开，闭合、，通直流电，实验现象如图所示：回答下列问题：（1）断开，闭合、，通直流电，试管B中产生的气体为_（填化学式）。（2）在溶液浸湿的滤纸条中部的液滴处现象为_。（3）断开，闭合、，通直流电较长一段时间后， KOH溶液的浓度_（填“变大”“变小”或“不变”）。（4）电解一段时间后，A、B中均有气体包围电极。此时切断、，闭合，检流计有指数，此时该装置A试管中电极上发生的反应为_。答案解析1、【解析】选D。将铁管道与直流电源的负极相连即为让金属作电解池的阴极，防止金属的腐蚀，属于电化学保护，故A不选；将钢铁输水管与金属镁相
14、连，形成原电池，即让被保护金属作原电池的正极，防止金属的腐蚀，属于电化学保护，故B不选；将铁管道与锌相连，形成原电池，即让被保护金属作原电池的正极，防止金属的腐蚀，属于电化学保护，故C不选；在表面喷油漆是为了将金属和空气隔绝，防止金属生锈，不属于电化学防护，故D选。2、答案：D解析：氯化钠溶于水后电离出和，故电离方程式为，A正确；铁的吸氧腐蚀中负极上铁放电变为，故电极反应为，B正确；锌铜原电池中锌在负极上失电子，在正极上得电子，故总反应为，C正确；反应的反应物的键能之和生成物的键能之和=，D错误。3、答案：C解析：由题图可知，该原电池反应为，Zn为负极，发生氧化反应，Cu为正极，发生还原反应，
15、A错误；阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故两池中不变，B错误；乙池中发生反应：，甲池中的通过阳离子交换膜进入乙池，以保持溶液电荷守恒，进入乙池的与放电的的物质的量相等，而Zn的摩尔质量大于Cu，故乙池溶液总质量增大，C正确；阴离子不能通过阳离子交换膜，D错误。4、答案：D解析：根据题图可知，左侧为原电池，通入燃料的电极为负极，通入的电极为正极，因此右侧装置为电解池，a为阳极，b为阴极，阳极上先放电生成溴单质，阴极上水得电子生成和。电池工作时，酸性条件下正极反应为，A错误；电子不进入电解质溶液，所以电子流动路径为负极外电路阴极、阳极外电路正极，B错误；NaOH溶液用于吸收生成的，饱和食盐水
16、不能吸收，所以不能用饱和食盐水代替NaOH溶液，C错误；b极上生成，忽略能量损耗，电池中消耗的等于右侧b极上生成的氢气，则消耗2.24L（标准状况）时，b极会产生0.1mol气体，D正确。5、答案：B解析：在酸性环境下，钢铁主要发生析氢腐蚀，A项错误；金属棒M、钢管在酸性土壤中形成原电池，其中金属棒M作负极，失去电子失去的电子通过导线流向钢管，钢管作正极被保护，B项正确；在潮湿的酸性土壤中，存在大量，移动到正极上得电子被还原，即移动到钢管上得电子，抑制与铁的反应，C项错误；若钢管与金属棒M用导线分别连接直流电源正、负极，则钢管作阳极，腐蚀速率加快，D项错误。6、答案A解析在氢氧燃料电池的负极上
17、反应的是氢气;粗铜精炼时,纯铜与电源的负极相连,电极反应为Cu2+2e-Cu;钢铁腐蚀的负极反应是Fe-2e-Fe2+。7、答案C解析装置中阳极上氯离子放电生成氯气,故A错误;装置是电镀装置,待镀铁制品作阴极,应与电源负极相连,故B错误;装置闭合电键后,a极是负极,因此外电路电子由a极流向b极,故C正确;装置的离子交换膜只允许阳离子、水分子自由通过,故D错误。8、答案D解析根据离子和电子的移动方向可知,a电极是正极,b电极是负极。放电时,负极电极反应为Zn-2e-Zn2+,正极电极反应为I2Br-+2e-2I-+Br-,显然A、B正确;充电时,b电极电极反应为Zn2+2e-Zn,每增重0.65
18、g转移0.02mole-,根据以上分析,可知溶液中有0.02molI-被氧化,C正确;充电时,阳极接电源正极,故D错误。9、【解析】选D。正极O2即电极b得电子发生还原反应，则电极b为电池的正极，故A错误；气体存在的条件未知，不能确定体积大小，故B错误；电极b为O2得电子发生还原反应，电极反应为O24e=2O2，故C错误；电极a失电子发生氧化反应，则电极反应为2H2S2O24e=S22H2O，故D正确。10、【解析】选B。根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，在电解池中阴离子会向正电荷较多的阳极区定向移动，因此通电后中间隔室的SO离子向正极迁移；在正极区带负电荷的OH失去电子，发生氧化
19、反应而放电，由于破坏了附近的水的电离平衡，使溶液中c(H)c(OH)，所以正极区溶液酸性增强，溶液的pH减小，故A错误；阳极区氢氧根放电，溶液中产生硫酸，阴极区氢离子获得电子，发生还原反应而放电，破坏了附近的水的电离平衡，使溶液中c(OH)c(H)，所以产生氢氧化钠，因此该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品，故B正确；负极区氢离子得到电子，使溶液中c(H)减小，所以负极区溶液pH升高，故C错误；当电路中通过1 mol电子的电量时，根据整个闭合回路中电子转移数目相等可知反应产生氧气的物质的量是n(O2)1 mol40.25 mol，故D错误。11、答案AC12、答案BD
20、解析由图示分析可知在对电极上发生的反应是水电离出的氢离子得到电子生成氢气,电极反应为2H+2e-H2,A说法正确;在光照下,电子由价带跃迁到导带后,然后流向对电极,所以半导体电极为负极,发生氧化反应,B说法错误;阳离子向阴极移动,对电极为阴极,因此电解质溶液中阳离子向对电极移动,C说法正确;对图示过程分析可以知道,该装置是光能转化为电能,电能再转化为化学能的过程,D说法错误,故选BD。13、【解析】选C。b极上N元素的化合价降低，所以b是正极发生还原反应，故A错误；原电池中阳离子从负极移向正极，即H由左室通过质子交换膜进入右室，故B错误；b极上N元素的化合价降低，b是正极，发生还原反应，电极反
21、应式为2NO10e12H=N26H2O，故C正确；原电池中电流从正极流向负极，电流由b电极沿导线流向a电极，故D错误。14、【解析】选B。原电池工作时，电流从正极经导线流向负极，即电流方向从A极沿导线经小灯泡流向B极，故A正确；B极为电池的负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为CH3COO8e4H2O=2HCO9H，B极不是阳极，故B错误；根据电子守恒可知，当外电路中有0.2 mol e转移时，通过质子交换膜的H的个数为0.2NA，故C正确；A为正极，得到电子，发生还原反应，正极有氢离子参与反应，电极反应式为ClOH2eH=OHCl，故D正确。15、【解析】选C。根据题干信息(通电后水垢在
22、阴极表面析出)和装置图中信息可知：多孔铂电极b为阴极，与电源的负极相连，则a电极为阳极，电解含Cl的污水，则阴极反应式为2H2O2e=H22OH，OH结合Ca2生成水垢Ca(OH)2析出，阳极通入空气，氧气在阳极上产生臭氧的反应式为O22OH2e=O3H2O，据此分析解答。通电后水垢在阴极表面析出，则装置图中b为阴极，a为阳极，故A错误；处理污水时，阴离子Cl移向阳极a，阴极生成Ca(OH)2析出，则阴极b附近溶液的pH增大，故B错误；阳极a通入空气，氧气在阳极上产生臭氧的反应式为O22OH2e=O3H2O，故C正确；Fe是比较活泼金属，易被阳极生成的Cl2、O3氧化，导致游离氯、臭氧减少，杀
23、菌效果减弱，所以多孔铂电极a不能换成Fe电极，故D错误。16、答案(1)石灰乳NH3、CO22Cl-+2H2O2OH-+H2+Cl2H2N2+3H2O+6e-2NH3+3O2-(2)A2H2O-4e-O2+4H+BC解析(1)粗盐中含有Ca2+和Mg2+,要除去需要加入石灰乳和碳酸钠,因为除杂过程加入试剂均过量,所以应先加入石灰乳,过量的Ca2+用碳酸钠除去。向分离出NaHCO3晶体后的母液中加入过量生石灰,发生的反应有H2O+CaOCa(OH)2、Ca(OH)2+2NH4Cl2NH3+2H2O+CaCl2,最终产物为氯化钙、氨气,其中氨气可再利用;碳酸氢钠受热分解2NaHCO3Na2CO3+
24、CO2+H2O,生成的二氧化碳可循环使用。电解饱和食盐水的离子方程式为2Cl-+2H2O2OH-+H2+Cl2。阳极上氢气失电子,所以阳极通入的气体为氢气,即X为H2;阴极上得电子生成氨气,电极反应为N2+3H2O+6e-2NH3+3O2-。(2)由图示分析,锂离子在A电极上得到电子生成金属锂。阳极上是溶液中的阴离子失去电子,有氯离子失去电子生成氯气,氢氧根离子失去电子生成氧气,电极反应为2Cl-2e-Cl2、2H2O-4e-O2+4H+。由图中e-及Li+的移动方向可知,a极发生了电极反应Li-e-Li+,所以该电池处于原电池放电状态,故A正确;a极为Li,易与水发生反应,所以该电池中a极不
25、能接触水溶液,故B错误;放电时,负极反应为Li-e-Li+,则a为负极,所以充电时a极连接外接电源的负极,故C错误;放电时,b极电极反应为FePO4+Li+e-LiFePO4,则充电过程中,b极电极反应为LiFePO4-e-Li+FePO4,故D正确。17、【解析】(1)海水呈弱碱性，故轮船的钢铁船体在海水中易发生吸氧腐蚀，钢铁与外接电源负极相连，充当电解池的阴极，得到保护。(2)ClO在正极得电子生成Cl和OH，故正极电极反应式为ClOH2O2e=2OHCl。(3)SO在正极得电子生成S2和OH，故正极电极反应式为SO8e4H2O=S28OH。答案：(1)吸氧负(2)ClOH2O2e=Cl2
26、OH(3)SO8e4H2O=S28OH18、【解析】(1)由装置图知为电解装置，电极A为阴极，由球棍模型可知反应物为CO2，产物为CO，固体电解质传递O2，则电极反应式为CO22e=COO2。由球棍模型知，阳极的反应物为甲烷，生成物为乙烷、乙烯和水。生成的乙烯和乙烷的体积比为21，即物质的量之比为21，设物质的量分别为2 mol、1 mol，由原子守恒知消耗的CH4的物质的量为(2 mol1 mol)26 mol，转移电子的物质的量为2 mol221 mol2110 mol，则消耗的CO2的物质的量为10 mol25 mol，则消耗的CH4和CO2的物质的量之比为65，即体积比为65。(2)石
27、墨烯作阳极，ZnO石墨烯作阴极，CO2被还原生成CO，电极反应式为CO22H2e=COH2O；石墨烯作阳极，阳极Fe2失电子生成Fe3，Fe3继续与H2S反应生成Fe2与S，故协同转化总反应为CO2H2S=COH2OS，Fe2、Fe3易水解，只能在酸性条件下存在；(3)电解Pb(NO3)2溶液制备PbO2时，阳极上铅离子失电子发生氧化反应生成二氧化铅，电极反应式为Pb22H2O2e=PbO24H，23.9 g PbO2的物质的量为0.1 mol，反应转移的电子数目为0.2 mol，蓄电池正极为PbO2，PbO2得电子发生还原反应，电极反应式为PbO22e4HSO=PbSO4 2H2O，由电极反
28、应式可知，当PbO2得到2 mol电子时，正极增重64 g，则反应转移的电子数目为0.2 mol，正极增重6.4 g。答案：(1)CO22e=COO265(2)CO22H2e=COH2OCO2H2S=COH2OS酸性(3)6.419、答案：（1）（2）紫色向D极方向移动（3）变大（4）解析：断开，闭合、，通直流电，A、B，C、D处是电解原理的应用，依据A、B中气体体积变化分析，电解的是水，A端产生的是氧气，为电解池的阳极，B端产生的是氢气，为电解池的阴极，则a为电源的负极，b为电源正极。（1）断开，闭合、，通直流电，试管B中产生的气体为氢气。（2）浸有硫酸钠溶液的滤纸和电极C、D与电源构成了电解池，因为a是负极，b是正极，所以C是阴极，D是阳极，电解质溶液中的钾离子向阴极移动，高锰酸根离子向阳极移动，则紫色向D极方向移动；电解质溶液中氢离子和氢氧根离子放电，所以在两极上都产生气体。（3）电解KOH溶液时，实际上是电解水，KOH不参加反应，所以KOH的物质的量不变，水的量减少，导致KOH溶液的浓度增大。（4）A、B中均有气体包围电极，此时切断、，闭合，检流计有指数，说明构成原电池，有氢气的电极是负极，有氧气的电极是正极，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子。
