2018届二轮复习选择题命题区间4——电化学学案(全国通用)

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文档介绍

2018届二轮复习选择题命题区间4——电化学学案(全国通用)

选择题命题区间——电化学 ‎1.(2017·全国卷Ⅰ)支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是(  )‎ A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩 C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流 D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整 解析:选C 依题意,钢管桩为阴极,电子流向阴极,阴极被保护,钢管桩表面腐蚀电流是指铁失去电子形成的电流,接近于0,铁不容易失去电子,A项正确;阳极上发生氧化反应,失去电子,电子经外电路流向阴极,B项正确;高硅铸铁作阳极,阳极上发生氧化反应,阳极上主要是海水中的水被氧化生成氧气,惰性辅助阳极不被损耗,C项错误;根据海水对钢管桩的腐蚀情况,增大或减小电流强度,D项正确。‎ ‎2.(2017·全国卷Ⅱ)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4H‎2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是(  )‎ A.待加工铝质工件为阳极 B.可选用不锈钢网作为阴极 C.阴极的电极反应式为Al3++3e-===Al D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 解析:选C 利用电解氧化法在铝制品表面形成致密的Al2O3薄膜,即待加工铝质工件作阳极,A项正确;阴极与电源负极相连,对阴极电极材料没有特殊要求,可选用不锈钢网等,B项正确;电解质溶液呈酸性,阴极上应是H+放电,阴极发生的电极反应为2H++2e-===H2↑,C项错误;在电解过程中,电解池中的阴离子向阳极移动,D项正确。‎ ‎3.(2016·全国卷Ⅰ)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2H2O-4e-===O2+4H+,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 解析:选B A项正极区发生的反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+,由于生成H+,正极区溶液中阳离子增多,故中间隔室的SO向正极迁移,正极区溶液的pH减小。B项负极区发生的反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,阴离子增多,中间隔室的Na+向负极迁移,故负极区产生NaOH,正极区产生H2SO4。C项由B项分析可知,负极区产生OH-,负极区溶液的pH升高。D项正极区发生的反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+,当电路中通过1 mol电子的电量时,生成0.25 mol O2。‎ ‎4.(2016·全国卷Ⅱ)MgAgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是(  )‎ A.负极反应式为Mg-2e-===Mg2+‎ B.正极反应式为Ag++e-===Ag C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移 D.负极会发生副反应Mg+2H2O===Mg(OH)2+H2↑‎ 解析:选B MgAgCl电池的电极反应:负极Mg-2e-===Mg2+,正极2AgCl+2e-===2Ag+2Cl-,A项正确,B项错误。在原电池的电解质溶液中,阳离子移向正极,阴离子移向负极,C项正确。Mg是活泼金属,能和H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2,D项正确。‎ ‎5.(2015·全国卷Ⅰ)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是(  )‎ A.正极反应中有CO2生成 B.微生物促进了反应中电子的转移 C.质子通过交换膜从负极区移向正极区 D.电池总反应为C6H12O6+6O26CO2+6H2O 解析:选A 图示所给出的是原电池装置。A.有氧气反应的一极为正极,发生还原反应,因为有质子通过,故正极电极反应式为O2+4e-+4H+===2H2O,C6H12O6在微生物的作用下发生氧化反应,电极反应式为C6H12O6-24e-+6H2O===6CO2+24H+,负极上有CO2产生,故A不正确。B.微生物电池是指在微生物作用下将化学能转化为电能的装置,所以微生物促进了反应中电子的转移,故B正确。C.质子是阳离子,阳离子由负极区移向正极区,故C正确。D.正极的电极反应式为6O2+24e-+24H+===12H2O,负极的电极反应式为C6H12O6-24e-+6H2O===6CO2+24H+,两式相加得电池总反应为C6H12O6+6O2===6CO2‎ ‎+6H2O,故D正确。‎ ‎6.(2014·全国卷Ⅱ)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是(  )‎ A.a为电池的正极 B.电池充电反应为LiMn2O4===Li1-xMn2O4+xLi C.放电时,a极锂的化合价发生变化 D.放电时,溶液中Li+从b向a迁移 解析:选C 图示所给出的是原电池装置。A.由图示分析,金属锂易失电子,由原电池原理可知,含有锂的一端为原电池的负极,即b为负极,a为正极,故正确。B.电池充电时为电解池,反应式为原电池反应的逆反应,故正确。C.放电时,a极为原电池的正极,发生还原反应的是Mn元素,锂元素的化合价没有变化,故不正确。D.放电时为原电池,锂离子为阳离子,应向正极(a极)迁移,故正确。‎ ‎7.(2017·海南高考)一种电化学制备NH3的装置如图所示,图中陶瓷在高温时可以传输H+。下列叙述错误的是(  )‎ A.Pd电极b为阴极 B.阴极的反应式为N2+6H++6e-===2NH3‎ C.H+由阳极向阴极迁移 D.陶瓷可以隔离N2和H2‎ 解析:选A 此装置为电解池,总反应式是N2+3H2===2NH3,Pd电极b上是氢气发生氧化反应,即氢气失去电子化合价升高,Pd电极b为阳极,故A说法错误;根据A选项分析,Pd电极a为阴极,反应式为N2+6H++6e-===2NH3,故B说法正确;根据电解池的原理,阳离子在阴极上放电,即有阳极移向阴极,故C说法正确;根据装置图,陶瓷可以隔离N2和H2,故D说法正确。‎ 电化学是高考每年必考内容,主要题型是选择题,有时也会在非选择题中出现(如2015·全国卷ⅡT26、2014·全国卷ⅠT27),命制的角度有电极反应式的正误判断与书写,电池反应式的书写,正负极的判断,电池充、放电时离子移动方向的判断,电极附近离子浓度的变化,电解的应用与计算,金属的腐蚀与防护等。同时通过陌生化学电源的装置图,考查学生接受、吸收、整合化学信息的能力,也体现了对“宏观辨识与微观探析”的学科核心素养考查。‎ ‎1.原电池中正负极的判断 依据 正负极判断 依据构成原电池两极的电极材料判断 一般是较活泼的金属为负极,活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极 依据原电池两极发生的变化判断 原电池的负极发生氧化反应;正极发生还原反应 依据电子流动方向或电流方向判断 电子由负极流向正极;电流由正极流向负极 依据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断 阳离子向正极移动,阴离子向负极移动 依据原电池盐桥中离子的移动方向判断 阳离子向正极移动,阴离子向负极移动 ‎2.电解池中阴阳极的判断 依据 阴阳极判断 根据所连接的外加电源判断 与直流电源正极相连的为阳极,与直流电源负极相连的为阴极 根据电子流动方向判断 电子从电源负极流向阴极,从阳极流向电源正极 根据电解池电解质溶液中离子的移动方向判断 阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动 根据电解池两极产物判断 一般情况下:‎ ‎①阴极上的现象是析出金属(质量增加)或有无色气体(H2)放出;‎ ‎②阳极上的现象是有非金属单质生成,呈气态的有Cl2、O2或电极质量减小(活性电极作阳极)‎ ‎3.电解池的电极反应及其放电顺序 ‎(1)阳离子在阴极上的放电顺序:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>……‎ ‎(2)阴离子在阳极上的放电顺序:S2->I->Br->Cl->OH->……‎ ‎4.电解的四大类型及规律 类型 电极反应特点 实例 电解物质 电解液浓度 pH 电解液复原方法 电解水型 阴极:4H++4e-===2H2↑‎ 阳极:4OH--4e-===2H2O+O2↑‎ NaOH H2O 增大 增大 加H2O H2SO4‎ 减小 Na2SO4‎ 不变 电解电解质型 电解质的阴、阳离子分别在两极放电 HCl 电解质 减小 增大 通入HCl气体 CuCl2‎ ‎—‎ 加CuCl2‎ 放H2生碱型 阴极:放H2生成碱 阳极:电解质阴离子放电 NaCl 电解质和水 生成新电解质 增大 通入HCl气体 放O2生酸型 阴极:电解质阳离子放电阳极:放O2生成酸 CuSO4‎ 减小 加CuO ‎5.金属腐蚀与防护的方法 ‎(1)金属腐蚀快慢程度的判断方法 ‎(2)金属电化学保护的两种方法 ‎1.新型电池的电极反应式 锌银电池 总反应:Ag2O+Zn+H2O2Ag+Zn(OH)2‎ 正极:Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-‎ 负极:Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2‎ 镍铁电池 总反应:NiO2+Fe+2H2O Fe(OH)2+Ni(OH)2‎ 正极:NiO2+2e-+2H2O===Ni(OH)2+2OH-‎ 负极:Fe-2e-+2OH-===Fe(OH)2‎ 高铁电池 总反应:3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH 正极:FeO+3e-+4H2O===Fe(OH)3+5OH-‎ 负极:Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2‎ 镍镉电池 总反应:Cd+2NiOOH+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2‎ 正极:NiOOH+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-‎ 负极:Cd-2e-+2OH-===Cd(OH)2‎ MgH2O2电池 总反应:H2O2+2H++Mg===Mg2++2H2O 正极:H2O2+2H++2e-===2H2O 负极:Mg-2e-===Mg2+‎ MgAgCl电池 总反应:Mg+2AgCl===2Ag+MgCl2‎ 正极:2AgCl+2e-===2Ag+2Cl-‎ 负极:Mg-2e-===Mg2+‎ 钠硫电池 总反应:2Na+xS===Na2Sx 正极:xS+2e-===S 负极:2Na-2e-===2Na+‎ 全钒液流电池 总反应:VO+2H++V2+ V3++VO2++H2O 正极:VO+2H++e-===VO2++H2O 负极:V2+-e-===V3+‎ 锂铜电池 总反应:2Li+Cu2O+H2O===2Cu+2Li++2OH-‎ 正极:Cu2O+H2O+2e-===2Cu+2OH-‎ 负极:Li-e-===Li+‎ 锂离子电池 总反应:Li1-xCoO2+LixC6 LiCoO2+C6(x<1)‎ 正极:Li1-xCoO2+xe-+xLi+===LiCoO2‎ 负极:LixC6-xe-===xLi++C6‎ ‎ [归纳点拨] ‎ 新型化学电源中电极反应式的书写方法 ‎(1)书写步骤 ‎(2)不同介质在电极反应式中的“去留”‎ 中性溶液 反应物若是H+得电子或OH-失电子,则H+或OH-均来自于水的电离 酸性溶液 反应物或生成物中均没有OH-‎ 碱性溶液 反应物或生成物中均没有H+‎ 水溶液 不能出现O2-‎ ‎2.燃料电池的电极反应式(以CH3OH为例)‎ 电池类型 导电介质 反应式 酸性燃料电池 H+‎ 总反应:2CH3OH+3O2===2CO2↑+4H2O 正极:O2+4e-+4H+===2H2O 负极:CH3OH-6e-+H2O=== CO2↑+6H+‎ 碱性燃料电池 OH-‎ 总反应:2CH3OH+3O2+4OH-===2CO+6H2O 正极:O2+4e-+2H2O===4OH-‎ 负极:CH3OH-6e-+8OH-=== CO+6H2O 熔融碳酸盐燃料电池 CO 总反应:2CH3OH+3O2===2CO2↑+4H2O 正极:O2+4e-+2CO2===2CO 负极:CH3OH-6e-+3CO===4CO2↑+2H2O 固态氧化物燃料电池 O2-‎ 总反应:2CH3OH+3O2===2CO2↑+4H2O 正极:O2+4e-===2O2-‎ 负极:CH3OH-6e-+3O2-===CO2↑+2H2O 质子交换膜燃料电池 H+‎ 总反应:2CH3OH+3O2===2CO2↑+4H2O 正极:O2+4e-+4H+===2H2O 负极:CH3OH-6e-+H2O=== CO2↑+6H+‎ ‎[归纳点拨]‎ 燃料电池中氧气得电子的思维模型 根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质都是O2,O2得到电子后化合价降低,首先变成O2-,O2-能否存在要看电解质环境。由于电解质溶液(酸碱盐)的不同,其电极反应也有所不同,下表为四种不同电解质环境中,氧气得电子后为O2-的存在形式:‎ 电解质环境 从电极反应式判O2-的存在形式 酸性电解质溶液环境下 O2+4H++4e-===2H2O 碱性电解质溶液环境下 O2+2H2O+4e-===4OH-‎ 固体电解质(高温下能传导O2-)环境下 O2+4e-===2O2-‎ 熔融碳酸盐(如:熔融K2CO3)环境下 O2+2CO2+4e-===2CO 题型一 新型化学电源 ‎[典例1] (2017·全国卷Ⅲ)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为16Li+xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是(  )‎ A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li++2e-===3Li2S4‎ B.电池工作时,外电路中流过0.02 mol电子,负极材料减重‎0.14 g C.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性 D.电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多 ‎[解析] 原电池工作时,正极发生一系列得电子的还原反应,即:Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2,其中可能有2Li2S6+2Li++2e-===3Li2S4,A项正确;该电池工作时,每转移0.02 mol电子,负极有0.02 mol Li(质量为‎0.14 g)被氧化为Li+,则负极质量减少‎0.14 g,B项正确;石墨烯能导电,利用石墨烯作电极,可提高电极a的导电性,C项正确;充电过程中,Li2S2的量逐渐减少,当电池充满电时,相当于达到平衡状态,电池中Li2S2的量趋于不变,故不是电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多,D项错误。‎ ‎[答案] D ‎[针对训练]‎ ‎1.世界某著名学术刊物近期介绍了一种新型中温全瓷铁空气电池,其结构如图所示。‎ 下列有关该电池放电时的说法正确的是(  )‎ A.a极发生氧化反应 B.正极的电极反应式为FeOx+2xe-===Fe+xO2-‎ C.若有‎22.4 L(标准状况)空气参与反应,则电路中有4 mol电子转移 D.铁表面发生的反应为xH2O(g)+Fe===FeOx+xH2‎ 解析:选D a极通入空气,O2在该电极发生得电子的还原反应,A错误;O2在正极发生反应,电极反应式为O2+4e-===2O2-,B错误;由B项分析可知,电路中有4 mol电子转移时正极上消耗1 mol O2,在标准状况下的体积为‎22.4 L,则通入空气的体积约为‎22.4 L×5=‎112 L,C错误;由图可知,铁表面H2O(g)参与反应生成H2,则发生的反应为xH2O(g)+Fe===FeOx+xH2,D正确。‎ 题型二 带离子交换膜的化学电源 ‎[典例2] 液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示,该电池用空气中的氧气作为氧化剂,KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是(  )‎ A.b电极上发生氧化反应 B.a电极反应式:N2H4+4OH--4e-===N2↑+4H2O C.放电时,电流从a电极经过负载流向b电极 D.其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜 ‎[解析] A项,b电极上发生还原反应,错误;C项,放电时,电子从a电极经过负载流向b电极,错误;D项,其中的离子交换膜需选用阴离子交换膜,错误。‎ ‎[答案] B ‎[题后悟道]‎ ‎[针对训练]‎ ‎2.用Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫,将所得的混合液进行电解循环再生,这种新工艺叫再生循环脱硫法。其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示,则下列有关说法中不正确的是(  )‎ A.X为直流电源的负极,Y为直流电源的正极 B.阳极区pH增大 C.图中的b>a D.该过程中的产品主要为H2SO4和H2‎ 解析:选B A项,由图示可知Pt(Ⅰ)极上H+→H2,发生还原反应,故Pt(Ⅰ)为阴极,X为直流电源的负极,Y为直流电源的正极,正确;B项,Pt(Ⅱ)为阳极,在阳极,SO、HSO被氧化为H2SO4,SO+H2O-2e-===2H++SO,HSO+H2O-2e-===3H++SO,溶液的酸性增强,pH减小,错误;C项,由上面的分析可知,阳极有H2SO4生成,故b>a,正确;D项,阳极产物为H2SO4,阴极产物为H2,正确。‎ 题型三 可逆电池 ‎[典例3] (2016·全国卷Ⅲ)锌-空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O===2Zn(OH)。下列说法正确的是(  )‎ A.充电时,电解质溶液中K+向阳极移动 B.充电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐减小 C.放电时,负极反应为Zn+4OH--2e-===Zn(OH) D.放电时,电路中通过2 mol电子,消耗氧气‎22.4 L(标准状况)‎ ‎[解析] A项,充电时装置为电解池,溶液中的阳离子向阴极移动。B项,充电时的总反应为放电时的逆反应:2Zn(OH)===2Zn+O2+4OH-+2H2O,c(OH-)逐渐增大。C项,放电时负极失电子发生氧化反应,由放电时的总反应可知,负极反应式为Zn+4OH--2e-===Zn(OH)。D项,由放电时的总反应可知,电路中通过2 mol电子时,消耗0.5 mol O2,其体积为‎11.2 L(标准状况)。‎ ‎[答案] C ‎[题后悟道]‎ 有关可逆电池的解题思路 ‎[针对训练]‎ ‎3.(2016·四川高考)某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池,放电时电池总反应为Li1-xCoO2+LixC6===LiCoO2+C6(x<1)。下列关于该电池的说法不正确的是(  )‎ A.放电时,Li+在电解质中由负极向正极迁移 B.放电时,负极的电极反应式为LixC6-xe-===xLi++C6‎ C.充电时,若转移1 mol e-,石墨(C6)电极将增重7x g D.充电时,阳极的电极反应式为LiCoO2-xe-===Li1-xCoO2+xLi+‎ 解析:选C A.原电池中阳离子由负极向正极迁移,正确;B.放电时,负极发生氧化反应,电极反应式为LixC6-xe-===xLi++C6,正确;C.充电时,若转移1 mol电子,石墨电极质量将增重‎7 g,错误;D.充电时阳极发生氧化反应,电极反应式为LiCoO2-xe-===Li1-xCoO2+xLi+,正确。‎ 题型四 电解原理在环保、新材料制备中的应用 ‎[典例4] (2015·四川高考)用右图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为9~10,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体,下列说法不正确的是(  )‎ A.用石墨作阳极,铁作阴极 B.阳极的电极反应式:Cl-+2OH--2e-===ClO-+H2O C.阴极的电极反应式:2H2O+2e-===H2↑+2OH-‎ D.除去CN-的反应:2CN-+5ClO-+2H+===N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O ‎[解析] A项,若铁作阳极,则铁失电子生成Fe2+,则CN-无法除去,故铁只能作阴极,正确;B项,阳极Cl-放电生成ClO-‎ ‎,Cl的化合价升高,故在阳极发生氧化反应,又已知该溶液呈碱性,正确;C项,阳离子在电解池的阴极得电子发生还原反应,在碱性条件下,H2O提供阳离子(H+),正确;D项,由于溶液是碱性条件,故除去CN-发生的反应为2CN-+5ClO-+H2O===N2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-,错误。‎ ‎[答案] D ‎[针对训练]‎ ‎4.(2017·广州模拟)用电化学法制备LiOH的实验装置如图,采用惰性电极,a口导入LiCl溶液,b口导入LiOH溶液,下列叙述正确的是(  )‎ A.通电后阳极区溶液pH增大 B.阴极区的电极反应式为4OH--4e-===O2↑+2H2O C.当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.25 mol的Cl2生成 D.通电后Li+通过交换膜向阴极区迁移,LiOH浓溶液从d口导出 解析:选D A项,左端为阳极,Cl-放电生成Cl2,Cl2溶于水,生成酸,pH减小,错误;B项,右端是阴极区得到电子,电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,错误;C项,2Cl--2e-===Cl2,通过1 mol电子,得到0.5 mol Cl2,错误;D项,根据电解原理,阳离子通过阳离子交换膜,从阳极区向阴极区移动,LiOH浓溶液从d口导出,正确。‎ 题型五 新环境下金属的腐蚀与防护 ‎[典例5] (2015·上海高考)研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是(  )‎ A.d为石墨,铁片腐蚀加快 B.d为石墨,石墨上电极反应为O2+2H2O+4e-―→4OH-‎ C.d为锌块,铁片不易被腐蚀 D.d为锌块,铁片上电极反应为2H++2e-―→H2↑‎ ‎[解析] A.由于活动性:Fe>石墨,所以铁、石墨及海水构成原电池,Fe为负极,失去电子被氧化变为Fe2+进入溶液,溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原,比没有形成原电池时的速率快,正确。B.d为石墨,由于是中性电解质,所以发生的是吸氧腐蚀,石墨上氧气得到电子,发生还原反应,电极反应为O2+2H2O+4e-―→4OH-‎ ‎,正确。C.若d为锌块,则由于金属活动性:Zn>Fe,Zn为原电池的负极,Fe为正极,首先被腐蚀的是Zn,铁得到保护,铁片不易被腐蚀,正确。D.d为锌块,由于电解质为中性环境,发生的是吸氧腐蚀,在铁片上电极反应为O2+2H2O+4e-―→4OH-,错误。‎ ‎[答案] D ‎[针对训练]‎ ‎5.城市地下潮湿的土壤中常埋有纵横交错的管道和输电线路,当有电流泄漏并与金属管道形成回路时,就会引起金属管道的腐蚀。原理如图所示,但若电压等条件适宜,钢铁管道也可能减缓腐蚀,此现象被称为“阳极保护”。下列有关说法不正确的是(  )‎ A.该装置能够将电能转化为化学能 B.管道右端腐蚀比左端快,右端电极反应式为Fe-2e-===Fe2+‎ C.如果没有外加电源,潮湿的土壤中的钢铁管道比较容易发生吸氧腐蚀 D.钢铁“阳极保护”的实质是在阳极金属表面形成一层耐腐蚀的钝化膜 解析:选B A项,该装置相当于电解池,能将电能转化为化学能,正确;B项,左端是阳极,腐蚀得更快,错误;C项,如果没有外加电源,潮湿的土壤(接近中性)中的钢铁管道发生原电池反应,所以发生的是吸氧腐蚀,正确;D项,根据题意,此种腐蚀较慢,所以“阳极保护”实际上是在金属表面形成了一层致密的保护膜,正确。‎ ‎[课堂练——练熟方法]‎ ‎1.MCFC型燃料电池可同时供应电和水蒸气,其工作温度为600~‎700 ℃‎,所用燃料为H2,电解质为熔融的K2CO3。已知该电池的总反应为2H2+O2===2H2O,下列有关该电池的说法正确的是(  )‎ A.该电池的正极反应式为4OH-+4e-===O2↑+2H2O B.该电池的负极反应式为H2-2e-===2H+‎ C.放电时OH-向负极移动 D.当生成1 mol H2O时,转移2 mol电子 解析:选D 该燃料电池的燃料为H2,电解质为熔融的K2CO3,总反应为2H2+O2===2H2O,负极反应式为2H2+2CO-4e-===2H2O+2CO2,正极反应式为O2+2CO2+4e-===2CO,故A、B均错误;电解质中移动的阴离子为CO,不是OH-‎ ‎,故C错误;根据负极反应式知,生成1 mol H2O时转移2 mol电子,故D正确。‎ ‎2.(2017·北京西城模拟)利用如图所示装置可以将温室气体CO2转化为燃料气体CO。下列说法中,正确的是(  )‎ A.该过程是将太阳能转化为化学能的过程 B.电极a表面发生还原反应 C.该装置工作时,H+从b极区向a极区移动 D.该装置中每生成1 mol CO,同时生成1 mol O2‎ 解析:选A 根据图示,该过程是将太阳能转化为化学能的过程,故A正确;电极a表面发生水转化为氧气的过程,反应中O元素的化合价升高,被氧化,发生氧化反应,故B错误;由图知,a为负极,b为正极,H+从a极区向b极区移动,故C错误;根据得失电子守恒,该装置中每生成1 mol CO,同时生成 mol O2,故D错误。‎ ‎3.纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注。采用离子交换膜控制电解液中OH-的浓度制备纳米级Cu2O的装置如图所示,发生的反应为2Cu+H2OCu2O+H2↑。下列说法正确的是(  )‎ A.钛电极发生氧化反应 B.阳极附近溶液的pH逐渐增大 C.离子交换膜应采用阳离子交换膜 D.阳极反应为2Cu+2OH--2e-===Cu2O+H2O 解析:选D 钛电极为阴极,发生还原反应,A项错误;铜作阳极,阳极上铜发生失电子的氧化反应,阳极反应为2Cu+2OH--2e-===Cu2O+H2O,OH-由阴极区迁移到阳极区参与反应,离子交换膜应为阴离子交换膜,C项错误、D项正确;由阴极区迁移过来的OH-在阳极全部参与反应,阳极附近溶液的pH不变,B项错误。‎ ‎4.如图是一种可充电的锂离子电池充、放电的工作示意图。该电池的反应式为LiMnO2+C6Li1-xMnO2+LixC6(LixC6表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料)。下列有关说法正确的是(  )‎ A.K与N相接时,A极为负极,该电极反应式为LixC6-xe-===C6+xLi+‎ B.在整个充电或放电过程中都只存在一种形式的能量转化 C.K与N相接时,Li+由A极迁移到B极 D.K与M相接时,A极发生氧化反应,LiMnO2-xe-===Li1-xMnO2+xLi+‎ 解析:选D 充电时原电池的正极与电源正极相连,故A为原电池的正极,B为原电池的负极。A项,K与N相接时,该装置为原电池,A为正极,错误;B项,在整个充电或放电过程中不仅存在电能与化学能的转化,也存在化学能与热能或电能与热能的转化,错误;C项,K与N相接时,该装置为原电池,在原电池中,阳离子向正极移动,即Li+由B极迁移到A极,错误;D项,K与M相接时,该装置为电解池,A极为阳极,发生氧化反应,电极反应为LiMnO2-xe-===Li1-xMnO2+xLi+,正确。‎ ‎5.二甲醚(CH3OCH3)是一种绿色燃料,可以用来制备燃料电池,其工作原理如图所示。‎ 下列有关判断正确的是(  )‎ A.a电极为电源阳极,发生氧化反应 B.H+从a电极移向b电极 C.b电极反应式为O2+4e-===2O2-‎ D.水是该电池的负极反应物,不是该电池的生成物 解析:选B 该电池为原电池,二甲醚在a电极发生氧化反应,a电极是电源负极,不称为阳极,A项错误;原电池中,阳离子从负极移向正极,B项正确;b电极为正极,O2得电子,电极反应式为O2+4e-+4H+===2H2O,C项错误;该电池为燃料电池,一般燃料电池的电池反应为该燃料燃烧的反应(电池反应不注明反应条件“燃烧”),则该电池反应为CH3OCH3+3O2===2CO2+3H2O,D项错误。‎ ‎6.(2017·石家庄模拟)如图所示装置Ⅰ是一种可充电电池,装置Ⅱ为电解池。离子交换膜只允许Na+通过,充放电的化学方程式为2Na2S2+NaBr3Na2S4+3NaBr。闭合开关K时,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.闭合K后,b电极附近的pH变小 C.当有0.01 mol Na+通过离子交换膜时,b电极上析出气体在标准状况下体积为112 mL D.闭合K后,a电极上产生的气体具有漂白性 解析:选C 当闭合开关K时,b附近溶液先变红,即b附近有OH-生成,在b极析出氢气,b极是阴极,a极是阳极,与阴极连接的是原电池的负极,所以B极是负极,A极是正极。闭合K时,负极发生氧化反应,电极反应为2Na2S2-2e-===2Na++Na2S4,A错误;闭合开关K时,b极附近先变红色,该极上生成H2和OH-,pH增大,B错误;闭合K时,有0.01 mol Na+通过离子交换膜,说明有0.01 mol电子转移,阴极上生成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,C正确;闭合开关K时,a极是阳极,该极上金属铜被氧化,电极反应为Cu-2e-===Cu2+,没有气体产生,D错误。‎ ‎7.如图所示的电化学装置,可用于净化处理厕所排放废水中的尿素(H2NCONH2),同时产生电能。下列有关说法不正确的是(  )‎ A.右侧的多孔碳电极是原电池的负极 B.电解质溶液中H+向左侧移动 C.正极上发生还原反应:H2NCONH2+H2O-6e-===CO2↑+N2↑+6H+‎ D.电极上消耗标准状况下‎33.6 L O2,电路中转移6 mol电子 解析:选C 在该原电池中,通入氧气的电极是正极,通入尿素(H2NCONH2)的电极是负极,即左侧多孔碳电极是原电池的正极,右侧为负极,故A正确;电解质溶液中H+向电池正极移动,即向左侧移动,故B正确;H2NCONH2在负极上发生氧化反应,故C错误;根据正极上的反应O2+4H++4e-===2H2O,当电极上消耗标准状况下‎33.6 L即1.5 mol O2‎ 时,电子转移为6 mol,故D正确。‎ ‎[课下练——练通高考]‎ ‎1.用电解法制取KIO3的方法是以石墨和铁为电极电解KI溶液,电解反应方程式为KI+3H2OKIO3+3H2↑。下列说法中正确的是(  )‎ A.电解时石墨作阴极 B.电解时阳极上产生H2‎ C.电解过程中阴极溶液pH升高 D.阴极电极反应式:I--6e-+3H2O===IO+6H+‎ 解析:选C A项,电解时,铁作阴极,石墨作阳极,若铁作阳极,则铁放电,错误;B项,阳极发生氧化反应,I-失电子被氧化,电极反应为I--6e-+3H2O===IO+6H+,错误;C项,阴极水电离出的H+放电,2H++2e-===H2↑,H+不断减少,使电离平衡H2OH++OH-不断右移,OH-增多,溶液的pH升高,C项正确,D项错误。‎ ‎2.(2017·贵州模拟)镁燃料电池具有比能量高、使用安全方便、原材料来源丰富、成本低、燃料易于贮运及污染小等特点。如图所示为镁-次氯酸盐燃料电池的工作原理图,下列有关说法不正确的是(  )‎ A.该燃料电池中镁为负极,发生氧化反应 B.正极反应为ClO-+H2O+2e-===Cl-+2OH-‎ C.电池总反应为Mg+ClO-+H2O===Mg(OH)2↓+Cl-‎ D.放电过程中OH-移向正极 解析:选D 根据题给装置图可知,Mg失电子生成Mg2+发生氧化反应,镁作负极,负极反应为Mg-2e-+2OH-===Mg(OH)2↓,A项说法正确;正极反应为ClO-+H2O+2e-===Cl-+2OH-,B项说法正确;将电池的正极反应和负极反应相加得电池总反应式Mg+ClO-+H2O===Mg(OH)2↓+Cl-,C项说法正确;放电过程中OH-移向负极,D项错误。‎ ‎3.近年来AIST报告正在研制一种“高容量、低成本”锂-铜空气燃料电池,该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力,其中放电过程为2Li+Cu2O+H2O===2Cu+2Li++2OH-,示意图如图。下列说法不正确的是(  )‎ A.放电时,Li+透过固体电解质向Cu极移动 B.放电时,负极的电极反应式为Cu2O+H2O+2e-===2Cu+2OH-‎ C.通空气时,铜被腐蚀,表面产生Cu2O D.整个反应过程中,铜相当于催化剂 解析:选B 由题中装置图和放电时的总反应可知,放电时Li为负极,Cu为正极,阳离子向正极移动,A项正确;放电时,负极Li失电子转化成Li+‎ ‎,B项错误;结合题中装置图可知,通入空气铜被腐蚀,生成Cu2O,C项正确;铜被腐蚀生成Cu2O,放电时Cu2O又被还原成Cu,所以整个反应过程中Cu相当于催化剂,D项正确。‎ ‎4.利用如图所示装置进行实验,开始时,a、b两处的液面相平,密封好,放置一段时间。下列说法不正确的是(  )‎ A.a管发生吸氧腐蚀,b管发生析氢腐蚀 B.一段时间后,a管的液面高于b管的液面 C.a处溶液的pH增大,b处溶液的pH减小 D.a、b两处具有相同的电极反应式:Fe-2e-===Fe2+‎ 解析:选C a管发生吸氧腐蚀,a处溶液的pH增大,b管发生析氢腐蚀,b处溶液的c(H+)减小,pH增大,A项正确、C项错误;B项,a处消耗了液面上的O2,b管有H2生成,b管压强大于a管压强,正确;D项,电化学腐蚀中铁失去电子变成Fe2+,正确。‎ ‎5.(2017·清远模拟)研究发现,可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融的CaF2CaO作电解质,利用图示装置获得金属钙,并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法中错误的是(  )‎ A.在制备金属钛前后,整套装置中CaO的总量保持不变 B.阳极的电极反应式为C+2O2--4e-===CO2↑‎ C.由TiO2制得1 mol金属Ti,理论上外电路通过2 mol 电子 D.若用铅蓄电池作供电电源,“-”接线柱应连接Pb电极 解析:选C A.石墨为阳极,电极反应式为C+2O2--4e-===CO2↑,阴极反应式为CaO+2e-===Ca+O2-,然后2Ca+TiO2===Ti+2CaO,因此反应前后消耗氧化钙的量不变,正确;B.石墨作阳极,C失去电子,转变成CO2,因此电极反应式为C+2O2--4e-===CO2↑,正确;C.根据选项A的分析,生成1 mol Ti,转移4 mol e-,错误;D.铅蓄电池:Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O,Pb作负极,正确。 ‎ ‎6.光电池是发展性能源。一种光化学电池的结构如图,当光照在表面涂有氯化银的银片上时,AgCl(s)Ag(s)+Cl(AgCl)[Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化银表面],接着Cl(AgCl)+e-===Cl-(aq)。若将光源移除,电池会立即恢复至初始状态。‎ 下列说法不正确的是(  )‎ A.光照时,外电路中电流由X流向Y B.光照时,Pt电极发生的反应为2Cl-+2e-===Cl2↑‎ C.光照时,Cl-向Pt电极移动 D.光照时,电池总反应为AgCl(s)+Cu+(aq)Ag(s)+Cu2+(aq)+Cl-(aq)‎ 解析:选B Ag电极上发生Cl(AgCl)+e-===Cl-(aq),则Ag电极为正极,Pt电极为负极,外电路中电流由X流向Y,A项正确;Pt电极为负极,Cu+失去电子,电极反应式为Cu+-e-===Cu2+,B项错误;光照时,Cl-向负极(Pt电极)移动,C项正确;光照时,电池总反应为AgCl(s)+Cu+(aq)Ag(s)+Cu2+(aq)+Cl-(aq),D项正确。‎ ‎7.(2017·北京东城模拟)氢氧化锂是制取锂和锂的化合物的原料,用电解法制备氢氧化锂的工作原理如图所示: ‎ 下列叙述不正确的是(  )‎ A.b极附近溶液的pH增大 B.a极发生的反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+‎ C.该法制备LiOH还可得到硫酸和氢气等产品 D.当电路中通过1 mol电子时,可得到2 mol LiOH 解析:选D 从电解质溶液中离子的移动方向看,石墨a是阳极,石墨b是阴极;a极失去电子,发生氧化反应,即2H2O-4e-===O2↑+4H+,结合移动过来的SO得到硫酸;b极H+得电子放出氢气,c(OH-)增大,溶液的pH增大,结合移动过来的Li+生成LiOH,故A、B、C都是正确的。由电子守恒,反应中电路中通过1 mol电子时,得到1 mol LiOH,D说法是错误的。‎ ‎8.用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的NH,模拟装置如图所示。下列说法正确的是(  )‎ A.阳极室溶液由无色变成棕黄色 B.电解一段时间后,阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4‎ C.电解一段时间后,阴极室溶液中的pH升高 D.当电路中通过1 mol电子的电量时,阴极有0.25 mol的O2生成 解析:选C A项,Fe为阳极,阳极上Fe失电子发生氧化反应生成Fe2+,所以溶液变浅绿色,错误;B项,电解时,溶液中NH向阴极室移动,H+放电生成H2,所以阴极室中溶质为(NH4)3PO4或NH4H2PO4、(NH4)2HPO4,错误;C项,电解时,阴极上H+放电生成H2,溶液中c(OH-)增大,溶液中pH升高,正确;D项, 阴极生成H2,错误。‎ ‎9.高铁酸盐在能源环保领域有广泛用途。用镍(Ni)、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸钠(Na2FeO4)的装置如图所示。下列说法正确的是(  )‎ A.铁是阳极,电极反应为Fe-2e-+2OH-===Fe(OH)2↓‎ B.电解一段时间后,镍电极附近溶液的pH减小 C.若离子交换膜为阴离子交换膜,则电解结束后左侧溶液中含有FeO D.每制得1 mol Na2FeO4,理论上可以产生‎67.2 L气体 解析:选C 由题意可知,用镍(Ni)、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸钠(Na2FeO4),铁失电子生成高铁酸钠,发生氧化反应,Fe为阳极,电极反应为Fe-6e-+8OH-===FeO+4H2O,A项错误;镍电极为阴极,发生还原反应,电极反应为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,OH-不断增多,溶液的pH不断增大,B项错误;C项,若离子交换膜为阴离子交换膜,则左侧溶液中会含有FeO,正确;D项没有指明温度和压强,无法计算生成气体的体积,错误。‎ ‎10.如图所示,装置在常温下工作(溶液体积变化忽略不计)。闭合K,灯泡发光。下列叙述中不正确的是(  )‎ A.当电路中有1.204×1022个电子转移时,乙烧杯中溶液的pH约为1‎ B.电池工作时,盐桥中的K+移向甲烧杯,外电路的电子方向是从b到a C.电池工作时,甲烧杯中由水电离出的c(H+)逐渐减小 D.乙池中的氧化产物为SO 解析:选C A项,n(e-)= mol=0.02 mol,乙烧杯中,HSO-2e-+H2O===3H++SO,n(H+)=0.03 mol,c(H+)==0.1 mol·L-1,乙烧杯中溶液的pH约为1,A项正确;B项,乙烧杯中发生氧化反应,故乙烧杯中的石墨电极为负极,甲烧杯中的石墨电极为正极,盐桥中的阳离子K+‎ 向正极移动,即向甲烧杯中移动,外电路的电子由负极移向正极,即方向是从b到a,B项正确;C项,电池工作时,甲烧杯中MnO不断得到电子被还原,MnO+5e-+8H+===Mn2++4H2O,反应消耗H+,溶液中的c(H+)不断减小,所以由水电离出的c(H+)逐渐增大,C项错误;D项,在乙池中HSO不断被氧化,变为SO,D项正确。‎ ‎11.中国科学家用毛笔书写后的纸张作为空气电极,设计并组装了轻型、柔性且可折叠的可充电锂空气电池(图1),电池的工作原理如图2。下列有关说法正确的是(  )‎ A.放电时,纸张中的纤维素作锂电池的正极 B.放电时,Li+由正极经过有机电解质溶液移向负极 C.开关K闭合给锂电池充电,X为直流电源正极 D.充电时,阳极的电极反应式为Li2O2-2e-===O2↑+2Li+‎ 解析:选D 纤维素不导电,石墨导电,故放电时,纸张表面毛笔书写后留下的石墨作电池正极,A项错误。原电池或电解池工作时,电解质中阴、阳离子的移动方向一般遵循“阴阳相吸”原则,即电池放电时,电解质中的阳离子移向正极,据此可快速判断锂电池放电时,带正电荷的Li+由负极经过有机电解质溶液移向正极,B项错误。充电时,直流电源负极与电池负极(金属锂)相连,故X为直流电源负极,C项错误。充电时,空气电极作阳极,此时Li2O2失去电子生成O2:Li2O2-2e-===O2↑+2Li+,D项正确。‎ ‎12.以H2、O2、熔融盐Na2CO3组成燃料电池,采用电解法制备Fe(OH)2,装置如图所示,其中P端通入CO2。通电一段时间后,右侧玻璃管中产生大量的白色沉淀,且较长时间不变色。则下列说法中正确的是(  )‎ A.X、Y两端都必须用铁作电极 ‎ B.不可以用NaOH溶液作为电解液 C.阴极发生的反应是2H2O+2e-===H2↑+2OH-‎ D.X端为电解池的阳极 ‎ 解析:选C 左边装置是原电池,通入氢气的电极Ⅰ是负极、通入氧气的电极Ⅱ是正极,负极反应式为H2-2e-+CO===CO2+H2O,正极反应式为O2+4e-+2CO2===2CO,右边装置是电解池,X是阴极、Y是阳极,阴极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-‎ ‎、阳极反应式为Fe-2e-+2OH-===Fe(OH)2↓。X、Y两端,阳极X必须是铁电极,Y电极不需要一定用铁作电极,可以用石墨作电极,故A错误;电解过程是阴极上H+放电得到溶液中的OH-结合Fe2+生成氢氧化亚铁,所以可以用NaOH溶液作为电解液,故B错误;阴极发生的反应是溶液中的H+得到电子生成H2,碱溶液中电极反应:2H2O+2e-===H2↑+2OH-,故C正确;X连接原电池负极,所以是电解池阴极,故D错误。‎ ‎13.如图所示的装置是用氢氧燃料电池B进行的某电解实验:‎ ‎(1)若电池B使用了亚氨基锂(Li2NH)固体作为储氢材料,其储氢原理是Li2NH+H2===LiNH2+LiH,则下列说法中正确的是________(填字母)。‎ A.Li2NH中N的化合价是-1价 B.该反应中H2既是氧化剂又是还原剂 C.Li+和H+的离子半径相等 D.此法储氢和钢瓶储氢的原理相同 ‎(2)在电池B工作时:‎ ‎①若用固体Ca(HSO4)2为电解质传递H+,则电子由________极流出,H+向________极移动(填“a”或“b”)。‎ ‎②b极上的电极反应式为__________________。‎ ‎③外电路中,每转移0.1 mol电子,在a极消耗______ L(标准状况下)的H2。‎ ‎(3)若A中X、Y都是惰性电极,电解液W是滴有酚酞的饱和NaCl溶液,则B工作时:‎ ‎①电解池中X极上的电极反应式是________________。在X极这边观察到的现象是____________________。‎ ‎②检验Y电极上反应产物的方法是__________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎③若A中其他均不改变,只将电极Y换成铁棒,可实现的实验目的是________。‎ 解析:(1)Li2NH中N的化合价是-3,A项错误;该反应中,一部分H2→LiNH2,H元素的化合价由0→+1,H元素被氧化,一部分H2→LiH,H元素的化合价由0→-1,H元素被还原,故该反应中H2既是氧化剂又是还原剂,B项正确;Li+的半径大于H+的半径,C项错误;此法储氢是利用化学方法储氢,而钢瓶储氢是利用加压和降温,使氢气变为液体氢,故二者原理不同,D项错误。‎ ‎(2)①电池B为氢氧燃料电池,其中通入H2的a极为负极,通入O2的b极为正极,电子由a极(负极)流出,阳离子H+向b极(正极)移动。‎ ‎②b极为正极,在酸性介质中,电极反应为O2+4H++4e-===2H2O。‎ ‎③a极为负极,电极反应为H2-2e-===2H+,每转移0.1 mol电子,在a极消耗0.05 mol H2,体积为0.05 mol×‎22.4 L·mol-1=‎1.12 L。‎ ‎(3)①电解池中X极与负极相连,说明X极为阴极,阴极上H+放电,得电子发生还原反应,电极反应为2H++2e-===H2↑,由于H+不断减少,使H2OH++OH-不断右移,OH-浓度增大,溶液呈碱性,酚酞遇碱变红。‎ ‎②电解池中Y极为阳极,阳极上Cl-放电,电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑,Cl2可将I-氧化为I2,淀粉遇I2变蓝,因此可利用此性质检验Cl2。用润湿的淀粉KI试纸接近Y极气体产物,若试纸变蓝,说明产生的气体为Cl2。‎ 答案:(1)B (2)①a b ②O2+4H++4e-===2H2O ③1.12‎ ‎(3)①2H++2e-===H2↑ 溶液变红 ‎②用润湿的淀粉KI试纸接近Y极气体产物,若试纸变蓝,证明产生的气体为Cl2‎ ‎③制Fe(OH)2‎ ‎14.对工业废水和生活污水进行处理是防止水体污染、改善水质的主要措施。‎ ‎(1)含氰废水中的CN-有剧毒。‎ ‎①CN-中C元素显+2价,N元素显-3价,用原子结构解释N元素显负价的原因是________________________,共用电子对偏向N原子,N元素显负价。‎ ‎②在微生物的作用下,CN-能够被氧气氧化成HCO,同时生成NH3,该反应的离子方程式为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)含乙酸钠和对氯酚(ClOH)的废水可以利用微生物电池除去,其原理如下图所示。‎ ‎①B是电池的________(填“正”或“负”)极;‎ ‎②A极的电极反应式为_______________________________________________。‎ ‎(3)电渗析法处理厨房垃圾发酵液,同时得到乳酸的原理如下图所示(图中“HA”表示乳酸分子,A-表示乳酸根离子)。‎ ‎①阳极的电极反应式为________________________________________________。‎ ‎②简述浓缩室中得到浓乳酸的原理:_____________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎③电解过程中,采取一定的措施可控制阳极室的pH约为6~8,此时进入浓缩室的OH-可忽略不计。400 mL ‎10 g·L-1乳酸溶液通电一段时间后,浓度上升为‎145 g·L-1(溶液体积变化忽略不计),阴极上产生的H2在标准状况下的体积约为________L。(乳酸的摩尔质量为‎90 g·mol-1)‎ 解析:(1)①C和N的原子核外电子层数相同(同周期),核电荷数C小于N,原子半径C大于N,吸引电子能力C弱于N,C和N原子形成共价键时,共用电子对偏向N原子,故N原子显负化合价。‎ ‎②在微生物的作用下,CN-被氧气氧化成HCO,同时生成NH3的离子方程式为2CN-+4H2O+O22HCO+2NH3。‎ ‎(2)①由图示可知,阳离子H+移向A极,说明A极为正极,B极为负极。②A极为正极,正极得电子,发生还原反应,电极反应式为ClOH+2e-+H+―→OH+Cl-。‎ ‎(3)①在阳极,OH-放电,电极反应为4OH--4e-===2H2O+O2↑。‎ ‎②浓缩室中得到浓乳酸的原理:阳极OH-放电,c(H+)增大,H+从阳极通过阳离子交换膜进入浓缩室;阴极中的A-通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室,H++A-===HA,乳酸浓度增大。‎ ‎③Δn(HA)==0.6 mol,故进入浓缩室的n(A-)=0.6 mol,转移电子n(e-)=0.6 mol,阴极反应:2H++2e-===H2↑,n(H2)=n(e-)=0.3 mol,V(H2)=0.3 mol×‎22.4 L·mol-1=‎6.72 L。‎ 答案:(1)①C和N的原子电子层数相同(同周期),核电荷数C小于N,原子半径C大于N(吸引电子能力C弱于N)‎ ‎②2CN-+4H2O+O22HCO+2NH3‎ ‎(2)①负 ‎②ClOH+2e-+H+―→OH+Cl-‎ ‎(3)①4OH--4e-===2H2O+O2↑‎ ‎②阳极OH-放电,c(H+)增大,H+从阳极通过阳离子交换膜进入浓缩室;A-通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室,H++A-===HA,乳酸浓度增大 ‎③6.72‎ ‎15.(1)下列金属防腐的措施中,①水中的钢闸门连接电源的负极使用的是______________法;②地下钢管连接镁块使用的是________________法。‎ ‎(2)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池,其原理见下图,石墨Ⅰ为电池的________极;该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y,其电极反应式为_______________。‎ ‎(3)以甲烷为燃料的新型电池,其成本大大低于以氢气为燃料的传统燃料电池,目前得到广泛的研究,下图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池的工作原理示意图。回答下列问题:‎ ‎①A极为电池________极,电极反应式为_____________________________________‎ ‎____________________________________。‎ ‎②若用该燃料电池作电源,用石墨作电极电解100 mL 1 mol·L-1的硫酸铜溶液,当两极收集到的气体体积相等时,理论上消耗的甲烷的体积为__________(标准状况下)。‎ 解析:(1)钢闸门连接电源的负极做阴极,此方法为外加电流的阴极保护法;若连接镁块,则让镁作原电池的负极,此方法为牺牲阳极的阴极保护法。(2)该燃料电池中,负极上通入NO2,石墨Ⅰ为负极,电极反应式为NO2+NO-e-===N2O5,正极上通入O2,石墨Ⅱ为正极,电极反应式为O2+2N2O5+4e-===4NO,所以NO向负极移动,即NO移向石墨Ⅰ。(3)①由阴离子移动方向可知B为负极,负极发生氧化反应,甲烷被氧化生成二氧化碳和水,电极反应式为CH4+4O2--8e-===CO2+2H2O,A极是正极,该电极上是氧气得电子的还原反应,电极反应式为O2+4e-===2O2-。②硫酸铜的物质的量=‎0.1 L×2 mol·L-1=0.2 mol,开始阶段发生反应:2Cu2++2H2O===2Cu+O2↑+4H+,铜离子完全放电后,发生反应2H2O2H2↑+O2↑,当两极收集到的气体体积相等时,即氢气与氧气的体积相等,设氢气为x mol,根据电子转移守恒,则:0.1 mol×2+2x=4x,解得x=0.1,根据电子转移守恒,可知消耗的甲烷物质的量==0.05 mol,故消耗甲烷的体积=0.05 mol ×‎22.4 L·mol-1=‎1.12 L。‎ 答案:(1)外加电流的阴极保护 牺牲阳极的阴极保护 ‎(2)负 NO2+NO-e-===N2O5‎ ‎(3)①正 O2+4e-===2O2- ②‎‎1.12 L
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