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密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线
密 封 线 内 不 要 答 题
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姓名 班级 考号
密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线
密 封 线 内 不 要 答 题
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满分100分,限时75分钟
一、选择题(本题共10小题,每小题6分,共60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.我国最近在太阳能光电催化—化学耦合处理硫化氢研究中获得新进展,相关装置如图所示。
下列说法错误的是 ( )
A.该装置中能量转化形式有化学能转化为电能
B.该装置工作时,b极为正极
C.a极的电极反应式为Fe2+-e- Fe3+
D.电路中每通过1 mol e-,可处理34 g H2S
2.新型Li-FeS2电池工作温度为300 ℃,其截面结构如图所示,LLZTO导体管只允许Li+通过。当用1.8 V电压充电后,电池正极材料中S、Fe的原子个数比为1.02(不计Li2S,下同);当用2.3 V电压充电后,S、Fe的原子个数比为2.01。下列说法错误的是 ( )
A.Al2O3绝缘体隔离正负极,减少能量损失,提高电池效率
B.电池工作时,负极发生反应:Li-e- Li+
C.电池正极材料的变化为FeS2 FeS Fe
D.电池总反应可表示为2xLi+FeS2 xLi2S+FeS2-x
3.难溶电解质的溶度积Ksp难以被直接测量,根据溶液中相关离子浓度会对电池的电动势产生影响,可通过设计原电池将Ksp测出。某研究小组设计了如图所示的电池装置,已知该电池的电动势E=0.059 2×lg=0.34(V),100.74≈5.5。
下列说法不正确的是 ( )
A.电流方向是由B→A
B.该离子交换膜是阴离子交换膜
C.Ksp(AgCl)≈1.82×10-9
D.增大AgNO3溶液浓度会增大电池的电动势
4.实验小组研究金属电化学腐蚀,实验如下:
实验 Ⅰ Ⅱ
装置
5 min 时现象 铁钉表面及周边未见明显变化 铁钉周边出现红色区域,未见蓝色出现,锌片周边未见明显变化
25 min 时现象 铁钉周边出现少量红色和蓝色区域,有少量红棕色铁锈生成 铁钉周边红色加深,区域变大,未见蓝色出现,锌片周边未见明显变化
下列说法不正确的是 ( )
A.实验Ⅱ中5 min时出现红色区域,说明铁钉腐蚀速率比Ⅰ快
B.实验Ⅱ中正极的电极反应式:O2+2H2O+4e- 4OH-
C.实验Ⅰ如果使用纯铁材质铁钉能减慢其腐蚀速率
D.若将Zn片换成Cu片,推测Cu片周边会出现红色,铁钉周边会出现蓝色
5.固体电解质是具有与强电解质水溶液相当的导电性的一类无机物,一种以RbAg4I5晶体为固体电解质的气体含量测定传感器如图所示,固体电解质内迁移的离子为Ag+,氧气流通过该传感器时,O2可以透过聚四氟乙烯膜进入体系,通过电位计的变化可知O2的含量。下列说法正确的是 ( )
A.银电极为正极,多孔石墨电极为负极
B.O2透过聚四氟乙烯膜后与AlI3反应生成I2
C.银电极的电极反应式为Ag++e- Ag
D.当传感器内迁移2 mol Ag+时,有标准状况下22.4 L O2参与反应
6.利用下图装置进行铁上电镀铜的实验探究。
装置示意图 序号 电解质溶液 实验现象
① 0.1 mol/L CuSO4溶液+少量H2SO4溶液 阴极表面产生无色气体,一段时间后阴极表面有红色固体,气体减少。经检验电解液中有Fe2+
② 0.1 mol/L CuSO4溶液+过量氨水 阴极表面未观察到气体,一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无Fe元素
下列说法不正确的是 ( )
A.①中气体减少,推测是由于溶液中c(H+)减小,且Cu覆盖铁电极,阻碍H+与铁接触
B.①中检测到Fe2+,推测可能发生反应:Fe+2H+ Fe2++H2↑、Fe+Cu2+ Fe2++Cu
C.随阴极析出Cu,推测②中溶液c(Cu2+)减小,Cu2++4NH3 [Cu(NH3)4]2+平衡逆向移动
D.②中Cu2+生成[Cu(NH3)4]2+,使得c(Cu2+)比①中溶液的小,Cu缓慢析出,镀层更致密
7.以金属钴和次磷酸钠为原料,采用四室电渗析槽电解法制备次磷酸钴(Ⅱ)[Co(H2PO2)2]的原理如下,下列说法错误的是 ( )
已知:H3PO3为二元弱酸,H3PO2为一元弱酸。
A.A、C为阳离子交换膜
B.当59 g Co放电时石墨电极生成22.4 L气体(标准状况)
C.若以铅蓄电池为直流电源,当产品室中增加2 mol产品时,铅蓄电池正极消耗4 mol H+
D.Co(H2PO2)2溶液可在强碱性条件下实现化学镀钴同时生成亚磷(Ⅲ)酸盐,其离子方程式为Co2++H2P+2H2O
8.制造尼龙-66的原料己二腈[NC(CH2)4CN]在工业上用量很大,传统上以乙炔和甲醛为原料需经过很长路线才能合成己二腈,现一般改用电合成法先以丙烯为原料制备丙烯腈(),再用丙烯腈电解合成己二腈。某研究小组利用如图所示两个甲烷燃料电池串联后作为电源电合成己二腈,下列有关说法不正确的是 ( )
A.当电路中转移1 mol e-时,阳极室溶液质量减少9 g
B.离子交换膜应选用阳离子交换膜
C.若每个电池甲烷通入量为5.6 L(标准状况)且反应完全,则理论上最多能获得2 mol的NC(CH2)4CN
D.与传统有机合成相比,电有机合成法反应条件温和、反应试剂纯净且生产效率高
9.图1为浓差电池,图2为电渗析法制备磷酸二氢钠,用浓差电池为电源完成电渗析法制备磷酸二氢钠。下列说法错误的是 ( )
图1 图2
A.电极a应与Ag(Ⅱ)相连
B.电渗析装置中膜b为阳离子交换膜
C.电渗析过程中左、右室中H2SO4溶液和NaOH溶液的浓度均增大
D.电池从开始到停止放电,理论上可制备2.4 g NaH2PO4
10.一种双阴极微生物燃料电池装置如图所示。该装置可以同时进行硝化和反硝化脱氮,下列叙述正确的是 ( )
A.电池工作时,H+的迁移方向:左→右
B.电池工作时,“缺氧阴极”电极附近的溶液pH减小
C.“好氧阴极”存在反应:N+6H2O
D.“厌氧阳极”区质量减少28.8 g时,该电极输出电子2.4 mol
二、非选择题(本题共2小题,共40分)
11.(20分)铁的腐蚀与防护与生产、生活密切相关。
Ⅰ.研究铁的腐蚀
实验步骤如下:
步骤1:将铁粉放置于0.002 mol/L CuSO4溶液中浸泡,过滤后用水洗涤。
步骤2:向15.00 mL 1 mol/L NaCl溶液(用盐酸调至pH=1.78)中加入浸泡过的Fe粉。
步骤3:采集溶液pH随时间变化的数据。
(1)第一阶段,主要发生析氢腐蚀,Cu上发生的电极反应为 。
(2)第二、三阶段主要发生吸氧腐蚀。
①选取b点进行分析,经检验溶液中含有Fe2+,检验Fe2+并与Fe2+生成蓝色沉淀的试剂是 (填化学式)。
②第一阶段和第二阶段发生不同种类腐蚀的主要影响因素是 。
Ⅱ.研究铁的防护
(3)在铁表面镀锌可有效防止铁被腐蚀
已知:Zn2+放电的速率缓慢且平稳时有利于得到致密、细腻的镀层。
①镀件Fe应与电源的 相连。
②向ZnSO4电解液中加入NaCN溶液,将Zn2+转化为[Zn(CN)4]2-,电解得到的镀层更加致密、细腻,原因是 。
(4)电镀后的废水中含有CN-,一种测定其含量的方法是取废水50 mL,再加KI溶液1 mL,用c mol/L AgNO3溶液滴定,达到滴定终点时,消耗AgNO3溶液V mL。
已知:Ag+(aq)+2CN-(aq) [Ag(CN)2]-(aq)(无色) K=1.0×1021;Ag+(aq)+I-(aq) AgI(s)(黄色) K=1.2×1016。
①滴定终点的现象是 。
②废水中CN-的含量是 g/L(用含c、V的代数式表示)。
12.(20分)环氧乙烷(,简称EO)是一种重要的工业原料和消毒剂。由乙烯经电解制备EO的原理示意图如下。
(1)①阳极室产生Cl2后发生的反应有 、+HClO HOCH2CH2Cl。
②结合电极反应式说明形成溶液a的原理: 。
(2)一定条件下,反应物按一定流速通过该装置。
电解效率η和选择性S的定义:
η(B)=×100%
S(B)=×100%
①若η(EO)=100%,则溶液b的溶质为 。
②当乙烯完全消耗时,测得η(EO)≈70%,S(EO)≈97%。推测η(EO)≈70%的原因:
Ⅰ.阳极有H2O放电
Ⅱ.阳极有乙烯放电
Ⅲ.阳极室流出液中含有Cl2和HClO
……
ⅰ.检验电解产物,推测Ⅰ不成立。需要检验的物质是 。
ⅱ.假设没有生成EO的乙烯全部在阳极放电生成CO2,η(CO2)≈ %。经检验阳极放电产物没有CO2。
ⅲ.实验证实推测Ⅲ成立,所用试剂及现象是 。
可选试剂:AgNO3溶液、KI溶液、淀粉溶液、品红溶液。
答案全解全析
1.D 据题图可知,该装置中能量转化形式有光能转化为化学能,化学能转化为电能,A正确;在b极上H+得电子生成H2,即b极为原电池的正极,B正确;在a极上Fe2+被氧化为Fe3+,其电极反应式为Fe2+-e- Fe3+,C正确;1个H2S失去2个电子转化为S和H+,即电路中通过2 mol e-,可处理34 g H2S,则电路中每通过1 mol e-,可处理17 g H2S,D错误。
2.D LLZTO导体管只允许Li+通过,则该电池中Li为负极,FeS2为正极。为了使化学能有效地转化为电能,减少能量损耗,需用Al2O3绝缘体隔离正负极,A正确;负极上Li失电子被氧化为Li+,其电极反应式为Li-e- Li+,B正确;根据用1.8 V、2.3 V电压充电后,正极材料中S、Fe的原子个数比变化,可知正极材料变化为FeS2 FeS Fe,C正确;根据题意可知,该电池总反应可表示为2xLi+FeS2xLi2S+FeS2-x,D错误。
技巧点拨
陌生“原电池装置”解题一般流程
3.C 根据装置图分析可知,A极为负极,电极反应式为Ag-e-+Cl- AgCl,B极为正极,电极反应式为Ag++e- Ag。原电池中电流从正极流向负极,即电流方向是B→A,A正确;电池工作时,N通过离子交换膜向A极移动,故该离子交换膜为阴离子交换膜,B正确;根据电动势可知lg=≈5.74,即≈105.74,c(Ag+)正极=10-2 mol/L,则c(Ag+)负极≈10-7.74 mol/L,Ksp(AgCl)=c(Ag+)负极·c(Cl-)=10-7.74×10-2=10-9.74=10-0.74×10-9≈1.82×10-10,C错误;根据E=0.059 2×lg=0.34(V)可知,AgNO3溶液浓度越大,电池的电动势越大,D正确。
4.A【实验分析】实验Ⅰ中25 min时铁钉周边出现少量红色和蓝色区域,说明发生了吸氧腐蚀,正极上氧气得电子发生还原反应,电极反应式为2H2O+O2+4e- 4OH-,使酚酞溶液变红,负极上金属铁失电子发生氧化反应,电极反应式为Fe-2e- Fe2+,Fe2+与K3[Fe(CN)6]反应产生蓝色沉淀,电池总反应方程式为2Fe+2H2O+O2 2Fe(OH)2,Fe(OH)2被氧化为Fe(OH)3。实验Ⅱ中5 min时铁钉周边出现红色区域,未见蓝色出现,锌片周边未见明显变化,25 min时铁钉周边红色加深,区域变大,未见蓝色出现,锌片周边未见明显变化现象,说明Zn保护了Fe,使铁的腐蚀速率比实验Ⅰ慢。
由上述分析可知,A错误;实验Ⅱ中铁钉为正极,正极上O2得电子被还原,电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-,B正确;实验Ⅰ若使用纯铁材质铁钉只能发生化学腐蚀,不纯的铁质材料能发生电化学腐蚀,电化学腐蚀速率比化学腐蚀快,故能减慢其腐蚀速率,C正确;将Zn片换成Cu片,Fe作负极会加快铁钉腐蚀速率,Cu片作正极周边会出现红色,铁钉周边会出现蓝色,D正确。
5.B
6.C ①中,铁作电镀池阴极,Fe与溶液中的H+、Cu2+反应生成Fe2+、H2和Cu,Cu2+在阴极得电子被还原生成Cu,一段时间后,溶液中c(H+)减小,生成的铜覆盖铁电极,阻碍H+与铁接触,导致产生的气体减少,A正确;结合A项分析可知,①中可能发生反应Fe+2H+ Fe2++H2↑、Fe+Cu2+ Fe2++Cu,B正确;②中Cu2+在阴极得电子发生还原反应生成铜,阳极发生反应Cu-2e- Cu2+,Cu2+浓度不变,故溶液中的平衡Cu2++4NH3[Cu(NH3)4]2+不发生移动,C错误;②中Cu2+与过量氨水反应生成[Cu(NH3)4]2+,使溶液中Cu2+浓度比①中小,电解速率减慢,Cu2+在阴极得电子缓慢发生还原反应生成铜,在铁表面得到比实验①更致密的镀层,D正确。
7.C
由上述分析可知,A正确;阳极反应式为Co-2e- Co2+,阴极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-,59 g Co的物质的量为=1 mol,1 mol Co放电转移2 mol电子,则石墨电极上生成1 mol H2,1 mol H2在标准状况下的体积为22.4 L,B正确;增加2 mol产品时转移4 mol电子,由铅蓄电池的正极反应式PbO2+2e-+S+4H+ PbSO4+2H2O可知,消耗8 mol H+,C错误;H3PO3为二元弱酸,H3PO2为一元弱酸,H2P在碱性条件下与Co2+反应的离子方程式为Co2++H2P+3OH- Co↓+HP+2H2O,D正确。
归纳总结
“5点”突破电化学综合应用题
(1)分清电极类型,根据电化学装置图或物质转化判断电极类型。
(2)剖析离子移向,阳离子移向正极或阴极,阴离子移向负极或阳极。
(3)分析物质的转化,正确判断电极反应物;尤其需注意电解池中微粒的放电顺序。
(4)注意介质,正确判断反应产物,酸性介质不出现OH-,碱性介质不出现H+。
(5)注意得失电子守恒和电荷守恒,正确书写电极反应式。
8.C【装置分析】题图中左侧为燃料电池,右侧为电解池,则:
电极 电极反应式
原电池 负极 通CH4 的电极 CH4-8e-+10OH- C+7H2O
正极 通O2 的电极 O2+2H2O+4e- 4OH-
电解池 阳极 石墨 电极a 2H2O-4e- O2↑+4H+
阴极 石墨 电极b 2CH2 CHCN+2H++2e- NC(CH2)4CN
当电路中转移1 mol e-时,根据阳极反应式2H2O-4e- O2↑+4H+可知,阳极生成8 g O2从溶液中逸出,并有1 mol H+通过离子交换膜向阴极室迁移,则阳极室溶液质量共减少9 g,A正确;阳极室产生H+,H+向阴极室迁移,故应选用阳离子交换膜,B正确;每个电池甲烷通入量均为5.6 L(标准状况)且反应完全,则电路中转移电子为2 mol,理论上最多能获得1 mol NC(CH2)4CN,C错误;与传统有机合成相比,电有机合成法反应条件温和、反应试剂纯净且生产效率高,D正确。
9.D 根据浓差电池中AgNO3溶液的浓度可知Ag(Ⅰ)为负极,Ag(Ⅱ)为正极;电渗析法制备NaH2PO4时,左室中的H+通过膜a进入中间室,中间室中的Na+通过膜b进入右室,故电极a为阳极,电极b为阴极,电极a应与Ag(Ⅱ)相连,A正确;结合A项分析可知,膜a、膜b均为阳离子交换膜,B正确;阳极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+,H+通过膜a进入中间室,左室消耗水,H2SO4溶液浓度增大,阴极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-,右室也消耗水,同时中间室中的Na+通过膜b进入右室,则NaOH溶液浓度增大,C正确;电池停止放电时,浓差电池两边AgNO3溶液浓度相等,均为3 mol·L-1,电池从开始到停止放电,正极析出0.02 mol Ag,电路中转移0.02 mol e-,电渗析装置生成0.01 mol NaH2PO4,其质量为1.2 g,D错误。
规律总结
浓差电池中两侧电解质溶液相同,但溶液浓度不同,通过发生电极反应,最终使两侧电解质溶液浓度相等,即负极金属溶解,负极附近溶液中金属离子浓度增大,而正极附近溶液中金属离子被还原析出。
10.D【装置分析】
电极 物质变化 电极反应式
厌氧 阳极 C6H12O6失电子生成CO2和H+ C6H12O6+6H2O-24e- 6CO2↑+24H+
缺氧 阴极 N得电子生成NO2,NO2再转化为N2 N+e-+2H+ NO2↑+H2O,2NO2+8e-+8H+ N2+4H2O
好氧 阴极 O2得电子生成H2O O2+4H++4e- 2H2O
电池工作时,“厌氧阳极”失去的电子沿外电路流向“缺氧阴极”和“好氧阴极”,“厌氧阳极”产生的H+通过质子交换膜向“缺氧阴极”和“好氧阴极”迁移,故H+的迁移方向既有左(“厌氧阳极”)→右(“好氧阴极”),又有右(“厌氧阳极”)→左(“缺氧阴极”),A错误;由装置分析中的电极反应式知,电池工作时,“缺氧阴极”消耗的H+比从“厌氧阳极”迁移过来的H+多,其附近溶液pH增大,B错误;“好氧阴极”的电极反应式为O2+4H++4e- 2H2O,O2还能氧化N生成N,N还能被O2氧化为N,其离子方程式分别为2N+3O2 2N+2H2O+4H+、2N+O2 2N,C错误;“厌氧阳极”上1 mol C6H12O6参与反应,消耗6 mol H2O,产生6 mol CO2,转移24 mol电子,“厌氧阳极”区质量减少288 g,故“厌氧阳极”区质量减少28.8 g时,该电极输出电子2.4 mol,D正确。
11.(1)2H++2e-H2↑(2分)
(2)①K3[Fe(CN)6](2分) ②溶液的酸碱性(或溶液的pH)(3分)
(3)①负极(2分) ②通过反应Zn2++4CN-[Zn(CN)4]2-降低c(Zn2+),使得Zn2+放电速率减缓,同时通过平衡的移动补充放电消耗的Zn2+,使其浓度保持相对稳定,达到放电速率平稳的作用(4分)
(4)①加入最后半滴AgNO3溶液,溶液中产生黄色沉淀,且半分钟内沉淀不消失(4分) ②(或1.04cV)(3分)
解析 (1)铜为原电池正极,H+在正极得电子生成H2,电极反应式为2H++2e- H2↑。(2)①检验Fe2+并与Fe2+反应生成蓝色沉淀的试剂是K3[Fe(CN)6]。②据题图可知,酸性较强时发生析氢腐蚀,酸性极弱、中性、碱性时发生吸氧腐蚀,则第一阶段和第二阶段发生不同种类腐蚀的主要影响因素是溶液的酸碱性或溶液的pH。(3)①电镀时,镀层金属Zn作阳极,与电源正极相连,而镀件Fe作阴极,应与电源的负极相连。②向ZnSO4电解液中加入NaCN溶液,通过反应Zn2++4CN-[Zn(CN)4]2-降低c(Zn2+),使得Zn2+放电速率减缓,同时通过平衡的移动补充放电消耗的Zn2+,使其浓度保持相对稳定,达到放电速率平稳的作用,这样电解得到的镀层更加致密、细腻。(4)①由平衡常数的大小可知,KI为滴定的指示剂,当Ag+与CN-完全反应时,滴入最后半滴AgNO3溶液时产生黄色沉淀,且半分钟内沉淀不消失,则达到滴定终点。②滴定达到终点时消耗V mL c mol/L AgNO3溶液,则50 mL废水中c(CN-)= g/L= g/L。
12.(除标注外,每空3分)
(1)①Cl2+H2OHCl+HClO ②阴极发生反应:2H2O+2e-H2↑+2OH-,K+通过阳离子交换膜从阳极迁移到阴极,形成KOH和KCl的混合溶液(4分)
(2)①KCl ②ⅰ.O2 ⅱ.13 ⅲ.KI溶液和淀粉溶液,溶液变蓝(4分)
解析 (1)①阳极上Cl-放电产生Cl2,Cl2能和水反应生成HClO,其化学方程式为Cl2+H2O HCl+HClO。②溶液a是在阴极形成的,阴极发生反应2H2O+2e- H2↑+2OH-,K+通过阳离子交换膜从阳极迁移到阴极,从而形成了KOH和KCl的混合溶液。
(2)①若η(EO)=100%,说明生成EO所用的电子,与通过电极的电子物质的量相等;~,生成1 mol EO需转移2 mol电子,则两极均有2 mol电子通过,阳极可生成1 mol HOCH2CH2Cl和1 mol HCl,阴极可生成2 mol KOH,HCl+KOH KCl+H2O,HOCH2CH2Cl+KOH+KCl+H2O,阳极液与阴极液反应后恰好生成1 mol 和2 mol KCl。②ⅰ.H2O在阳极失去电子生成O2和H+,需检验的物质是O2。ⅱ.η(EO)≈70%,S(EO)≈97%,设EO的物质的量为a mol,则转化的乙烯为 mol;生成EO转移2a mol电子;该过程中总共转移电子为 mol;生成2××3% mol CO2,生成CO2转移2××3%×6 mol电子,则η(CO2)=≈13%。ⅲ.实验证实推测Ⅲ成立,则阳极室流出液中含有Cl2,可用KI溶液和淀粉溶液检验Cl2,Cl2能将I-氧化为I2,I2遇淀粉变蓝。
