2021届（鲁科版）高考化学一轮复习电化学的有关计算作业

2021届（鲁科版）高考化学一轮复习电化学的有关计算作业

电化学的有关计算 一、选择题(本题包括4小题,每题6分,共24分)‎ ‎1.以铅蓄电池为电源,石墨为电极电解CuSO4溶液,装置如图。若一段时间后Y电极上有6.4 g 红色物质析出,停止电解。下列说法正确的是 (　　)‎ A.a为铅蓄电池的负极 B.电解过程中S向右侧移动 C.电解结束时,左侧溶液质量增重8 g D.铅蓄电池工作时,正极电极反应式为PbSO4+2e-Pb+S ‎【解析】选C。Y极有Cu析出,发生还原反应,Y极为阴极,故b为负极,a为正极,A错误;电解过程中阴离子向阳极移动,B错误;阴极反应式为Cu2++2e-Cu,阳极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O,当有6.4 g Cu析出时,转移0.2 mol e-,左侧生成1.6 g O2,同时有0.1 mol (9.6 g) S进入左侧,则左侧质量净增加9.6 g-1.6 g=8 g,C正确;铅蓄电池的负极是Pb,正极是PbO2,正极反应式为PbO2+2e-+4H++SPbSO4+2H2O,D错误。‎ ‎2.(2020·泉州模拟)如图所示,下列叙述正确的是 (　　)‎ A.Y为阴极,发生还原反应 B.X为正极,发生氧化反应 C.Y与滤纸接触处有氧气生成 D.X与滤纸接触处变红 ‎【解析】选A。从题图中可以看出,左边的装置为原电池而右边的装置为电解池。根据原电池原理,较活泼的一极作原电池的负极,所以Zn为负极,Cu为正极。再根据电解原理,Y与Zn片相连为阴极,X与Cu片相连为阳极,Y极的电极反应式为2H++2e-H2↑(还原反应);X极的电极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑(氧化反应)。Y极上H+放电,同时产生了OH-,呈碱性,使酚酞溶液呈红色。‎ ‎3.以铅蓄电池为电源,通过电解法制备酒石酸(C4H6O6,简写为RH2)的原理如图所示(A、B为惰性电极,a、b为离子交换膜)‎ 下列叙述不正确的是 (　　)‎ A.N极的电极反应式为PbO2+2e-+S+4H+PbSO4+2H2O B.b为阴离子交换膜 C.阴极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,阴极区溶液pH升高 D.铅蓄电池中消耗2 mol H2SO4时,理论上生成2 mol RH2‎ ‎【解析】选D。电解目的是制备RH2,则装置右侧为产品室,若原料室中的R2-通过阴离子交换膜进入产品室与H+结合,则可制得RH2。所以B极应为H2O电离出的OH-放电,生成H+,即B极为阳极,电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,b为阴离子交换膜,N为正极,M为负极,A为阴极。N为铅蓄电池正极,电极反应为PbO2+2e-+S+4H+PbSO4+2H2O,故A项正确;根据上述分析可知,b为阴离子交换膜,故B项正确;阴极应为H2O电离出的H+放电,生成OH-,故电极反应为2H2O+2e-H2‎ ‎↑+2OH-,OH-浓度增大,pH增大,故C项正确;铅蓄电池放电时总反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,当电池中消耗2 mol H2SO4时,则电路中转移 ‎2 mol e-。根据B极电极反应2H2O-4e-O2↑+4H+可知,转移2 mol e-,产品室有2 mol H+生成,R2-+2H+RH2,所以理论上可生成1 mol RH2,故D项错误。‎ ‎4.(2020·梅州模拟)现用Pt电极电解1 L浓度均为0.1 mol·L-1的HCl、CuSO4的混合溶液,装置如图,下列说法正确的是 (　　)‎ A.电解开始时阴极有H2放出 B.电解开始时阳极上发生:Cu2++2e-Cu C.当电路中通过电子的量超过0.1 mol时,阴极放电的离子发生了变化 D.整个电解过程中,S不参与电极反应 ‎【解析】选D。依据放电顺序阴极先放电的是Cu2+,故阴极开始析出的是Cu,阳极先放电的是Cl-,故阳极开始产生的是Cl2,A、B错;由阴极反应Cu2++2e-Cu,n(Cu2+)=0.1 mol,当电路中通过电子的量达到0.2 mol时,Cu2+消耗完毕,阴极放电离子变为H+,C错;阳极先是Cl-放电,当Cl-消耗完毕。此时H2O电离产生的OH-开始在阳极放电,S不参与电极反应。‎ 二、非选择题(本题包括2小题,共26分)‎ ‎5.(12分)(2020·延安模拟)如图装置所示,C、D、E、F、X、Y都是惰性电极,甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变),A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后,F极附近呈红色。‎ 请回答下列问题:‎ ‎(1)B极是电源的　　　　,一段时间后,甲中溶液颜色　　　　,丁中X极附近的颜色逐渐变浅,Y极附近的颜色逐渐变深,这表明　　　　,在电场作用下向Y极移动。  ‎ ‎(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时,对应单质的物质的量之比为　　　　　。  ‎ ‎(3)现用丙装置给铜件镀银,则H应是　　　　(填“镀层金属”或“镀件”),电镀液是　　　　溶液。当乙中溶液的pH是13时(此时乙溶液体积为500 mL),丙中镀件上析出银的质量为　　　　　,甲中溶液的pH　　　　(填“变大”“变小”或“不变”)。  ‎ ‎(4)若将C电极换为铁,其他装置都不变,则甲中发生的总反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  ‎ ‎【解析】(1)由装置图知,直流电源与各电解池串联;由“F极附近呈红色”知,F极为阴极,则E极为阳极、D极为阴极、C极为阳极、G极为阳极、H极为阴极、X极为阳极、Y极为阴极、A极为正极、B极为负极。甲装置是用惰性电极电解CuSO4溶液,由于Cu2+放电,导致c(Cu2+)降低,溶液颜色逐渐变浅;丁装置是胶体的电泳实验,由于X极附近的颜色逐渐变浅,Y极附近的颜色逐渐变深,说明氢氧化铁胶粒带正电荷。‎ ‎(2)当甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时,C、D、E、F电极的产物分别为O2、Cu、Cl2、H2,根据各电极转移电子数相同,则对应单质的物质的量之比为1∶2∶2∶2。‎ ‎(3)给铜件镀银,根据电镀原理,镀件即铜件作阴极,银作阳极,电镀液是可溶性银盐。当乙中溶液的pH是13时,则乙中n(OH-)=0.1 mol·L-1×0.5 L=0.05 mol,即各电极转移电子0.05 mol,所以丙中析出银0.05 mol为5.4 g;甲装置中由于电解产生H+,导致溶液的酸性增强,pH变小。‎ ‎(4)若将C电极换为铁,则铁作阳极发生反应:Fe-2e-Fe2+,D极发生:Cu2++2e-Cu,则总反应的离子方程式为Fe+Cu2+Cu+Fe2+。‎ 答案:(1)负极　逐渐变浅　氢氧化铁胶粒带正电荷 ‎(2)1∶2∶2∶2‎ ‎(3)镀件　AgNO3(合理即可)　5.4 g　变小 ‎(4)Fe+Cu2+Cu+Fe2+‎ ‎6.(14分)如图是一个化学过程的示意图。 ‎ ‎(1)图中甲池是　　　　装置(填“电解池”或“原电池”),其中OH-移向　　　　极(填“CH3OH”或“O2”)。 ‎ ‎(2)写出通入CH3OH的电极的电极反应式:  　　　 　　　 　　　 　　　 　　　‎ ‎　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)向乙池两电极附近滴加适量紫色石蕊试液,附近变红的电极为　　　　极(填“A”或“B”),并写出此电极的反应式:　 　　　 　　　 　　　 　　　 ‎ ‎　　　　　　　。 ‎ ‎(4)乙池中总反应的离子方程式:　 　　　 　　　 　　　 　　　 　　　。 ‎ ‎(5)当乙池中B(Ag)极的质量增加5.40 g时,乙池的pH是　　　　(若此时乙池中溶液的体积为500 mL);此时丙池某电极析出1.60 g某金属,则丙中的某盐溶液可能是　　　　(填序号)。 ‎ A.MgSO4 B.CuSO4‎ C.NaCl D.AgNO3‎ ‎【解析】(3)碳电极(A极)与原电池装置中通入O2的电极相连,则作阳极,电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O;银电极(B极)与原电池装置中通入甲醇的电极相连,则作阴极,电极反应式为Ag++e-Ag,电解过程的总反应式为4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+,因此当向乙池两电极附近滴加适量紫色石蕊试液,附近变红的电极为A电极。‎ ‎(5)当乙池中B(Ag)电极的质量增加5.40 g时,即析出Ag的物质的量为0.05 mol,则生成H+的物质的量为0.05 mol,由此可得溶液的pH=1。根据放电规律,本题首先排除选项A和选项C。当乙池中B(Ag)电极的质量增加5.40 g时,此时转移的电子数为0.05 mol,当丙池中电极上析出1.60 g金属铜时,正好转移0.05 mol电子,因此选项B正确。当丙装置中为AgNO3溶液,且AgNO3溶液足量时,可知析出金属的质量也应为5.40 g,若AgNO3溶液不足时,析出金属的质量必小于5.40 g,故选项D也有可能。‎ 答案:(1)原电池　CH3OH ‎(2)CH3OH-6e-+8OH-C+6H2O ‎(3)A　4OH--4e-O2↑+2H2O ‎(4)4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+‎ ‎(5)1　BD 一、选择题(本题包括3小题,每题6分,共18分)‎ ‎1.如图甲是一种利用微生物将废水中的尿素(H2NCONH2)的化学能直接转化为电能,并生成环境友好物质的装置,同时利用此装置的电能在铁上镀铜,下列说法中正确的是 (　　)‎ A.乙装置中溶液颜色会变浅 B.铁电极应与Y相连接 C.M电极反应式:H2NCONH2+H2O-6e-CO2↑+N2↑+6H+‎ D.当N电极消耗0.25 mol 气体时,铜电极质量减少16 g ‎【解析】选C。乙装置为电镀装置,电镀液的浓度不变,因此溶液颜色不变,A项错误;电镀时,待镀金属作阴极,与电源负极相连,而N电极上O2转化为H2O发生还原反应,N电极为正极,B项错误;M电极为负极,发生氧化反应:‎ H2NCONH2+H2O-6e-CO2↑+N2↑+6H+,C项正确;根据N电极反应式:O2+4H++4e-‎ ‎2H2O,铜电极反应式:Cu-2e-Cu2+,由各电极上转移电子数相等,可得关系式:O2～2Cu,则N电极消耗0.25 mol O2时,铜电极质量减少0.25 mol ×2×‎ ‎64 g·mol-1=32 g,D项错误。‎ ‎2.近年来,我国在航空航天事业上取得了令人瞩目的成就,科学家在能量的转化、航天器的零排放方面做出了很大的努力,其中为了达到零排放的要求,‎ 循环利用人体呼出的CO2并提供O2,设计了一种装置(如图)实现了能量的转化,总反应方程式为2CO22CO+O2。关于该装置下列说法正确的是 (　　)‎ A.装置中离子交换膜为阳离子交换膜 B.反应完毕,电解质溶液碱性减弱 C.N型半导体为阳极,P型半导体为阴极 D.CO2参与X电极的反应方程式:CO2+2e-+H2OCO+2OH-‎ ‎【解析】选D。左半部分为原电池,右半部分为电解池;根据原电池中正电荷的移动方向可知,N型半导体为负极,P型半导体为正极,C错误;则X电极为阴极,发生还原反应,CO2+2e-+H2OCO+2OH-,D正确;图中OH-在X电极处产生,但是Y电极附近也存在OH-,说明OH-能够通过离子交换膜,即该膜为阴离子交换膜,A错误;根据总反应2CO22CO+O2可知反应前后电解质溶液酸、碱性不变,B错误。‎ ‎3.硼酸( H3BO3) 为一元弱酸,H3BO3可以通过电解的方法制备。其工作原理如下图所示( 阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法错误的是 (　　)‎ A.a与电源的正极相连接 B.阳极的电极反应式为:2H2O-4e-O2↑+4H+‎ C.[B(OH)4]-穿过阴膜进入产品室,Na+穿过阳膜进入阴极室 D.当电路中通过3 mol 电子时,可得到1 mol H3BO3‎ ‎【解析】选D。A.与a极相连的石墨所处的区域为阳极室,则a与电源的正极相连接,正确;B.阳极上发生氧化反应,溶液中水失去电子生成氧气,电极反应式为:2H2O-4e-O2↑+4H+,正确;C.在电解池中,阴离子向阳极运动,阳离子向阴极运动,因此[B(OH)4]-穿过阴膜进入产品室,Na+穿过阳膜进入阴极室,正确;D.阳极电极反应式为:2H2O-4e-O2↑+4H+,阴极上发生还原反应,溶液中的水得到电子生成氢气,2H2O+2e-H2↑+ 2OH-,[B(OH)4]-穿过阴膜进入产品室,与氢离子反应生成H3BO3,[B(OH)4]-+H+H3BO3+H2O,当电路中通过3 mol电子时,生成3 mol氢离子,可得到3 mol H3BO3,错误。‎ 二、非选择题(本题包括2小题,共32分)‎ ‎4.(16分)(2020·山东师大附中模拟)氯碱工业是以电解饱和食盐水为基础的基本化学工业。如图是某氯碱工业生产原理示意图: ‎ ‎(1)A装置所用食盐水由粗盐水精制而成。精制时,为除去食盐水中的Mg2+和Ca2+,要加入的试剂分别为　　　　、　　　　。 ‎ ‎(2)写出装置A在通电条件下反应的化学方程式: 　　　 　　　 　　　 　　　‎ ‎　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)氯碱工业是高耗能产业,按上图将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上,且相关物料的传输与转化关系如上图所示,其中的电极未标出,所用的离子膜都只允许阳离子通过。‎ ‎①图中Y是　　　　(填化学式);X与稀NaOH溶液反应的离子方程式是　　　　。 ‎ ‎②分析比较图示中氢氧化钠质量分数a%与b%的大小:　　　　。 ‎ ‎③若用B装置作为A装置的辅助电源,每当消耗标准状况下氧气的体积为11.2 L时,则B装置可向A装置提供的电量约为　　　　(一个e-的电量为1.60×10-19 C;计算结果精确到0.01)。 ‎ ‎【解析】(1)除去杂质不能引入新的杂质,即除去Mg2+用NaOH溶液,除去Ca2+用Na2CO3溶液。‎ ‎(3)①装置A的右端产生NaOH溶液,说明右端电极是阴极,发生2H2O+2e-H2↑+2OH-,因此Y是氢气,装置A的左端是阳极,发生2Cl--2e-Cl2↑,X为Cl2,和NaOH溶液反应的离子方程式为Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O。‎ ‎②装置B中通氧气的一极为正极,环境是NaOH溶液,因此正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,产生NaOH,因此b%>a%。 ‎ ‎③两者装置通过的电量相等,即转移的电量是×4×6.02×1023×1.6×10-19 C≈1.93×105 C。 ‎ 答案:(1)NaOH溶液　Na2CO3溶液 ‎(2)2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑‎ ‎(3)①H2　2OH-+Cl2ClO-+Cl-+H2O ‎②b%>a%　③1.93×105 C ‎5.(16分)(2019·保定模拟)利用电化学原理,将NO2、O2和熔融KNO3制成燃料电池,模拟工业电解法来处理含Cr2废水,如下图所示;电解过程中溶液发生反应:Cr2+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O ‎(1)甲池工作时,NO2转变成绿色硝化剂Y,Y是N2O5,可循环使用。则石墨Ⅱ是电池的　　　　极;石墨Ⅰ附近发生的电极反应式为　　　　　　　　　　。  ‎ ‎(2)工作时,甲池内的N向　　　　(填“石墨Ⅰ”或“石墨Ⅱ”)极移动;在相同条件下,消耗的O2和NO2的体积比为　　　　　　　。  ‎ ‎(3)乙池中Fe(Ⅰ)棒上发生的电极反应为　　　　　　　　　　。  ‎ ‎(4)若溶液中减少了0.01 mol Cr2,则电路中至少转移了　　　　mol 电子。  ‎ ‎【解析】(1)石墨Ⅱ电极通入氧气,氧气发生还原反应,所以石墨Ⅱ是电池的正极;石墨Ⅰ电极NO2被氧化为N2O5,电极反应式为NO2+N-e-N2O5;‎ ‎(2)电池工作时,阴离子移向负极,所以甲池内的N向石墨Ⅰ极移动;电池总反应为4NO2+O22N2O5,所以消耗的O2和NO2的体积比为1∶4。‎ ‎(3)乙池中Fe(Ⅰ)棒与电池正极相连,Fe(Ⅰ)棒是电解池阳极,所以Fe(Ⅰ)棒失电子发生氧化反应:Fe-2e-Fe2+;‎ ‎(4)根据Cr2+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O,铬元素化合价由+6降低为+3;溶液中减少了0.01 mol Cr2,Fe(Ⅰ)棒需要生成0.06 mol Fe2+,所以电路中至少转移了0.12 mol 电子。‎ 答案:(1)正　NO2+N-e-N2O5‎ ‎(2)石墨Ⅰ　1∶4‎ ‎(3)Fe-2e-Fe2+　(4)0.12‎ ‎【加固训练】‎ ‎　　某课外活动小组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B极的电极反应式为 　　　　　　‎ ‎　　　　　　　　　　。‎ ‎(2)若开始时开关K与b连接,则B极的电极反应式为　　　　,总反应的离子方程式为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。‎ 有关上述实验,下列说法正确的是　　　　(填序号)。‎ ‎①溶液中Na+向A极移动 ‎②从A极处逸出的气体能使湿润的淀粉KI试纸变蓝 ‎③反应一段时间后加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度 ‎④若标准状况下B极产生2.24 L气体,则溶液中转移0.2 mol电子 ‎(3)该小组同学认为,如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法,那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。‎ ‎①该电解槽的阳极反应式为　　　　　　　　　　。‎ 此时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。‎ ‎②制得的氢氧化钾溶液从出口(填“A”“B”“C”或“D”)　　　　导出。‎ ‎③通电开始后,阴极附近溶液pH会增大,请简述原因 　　　　　　　　　‎ ‎　　　　　　　　　　　　　。‎ ‎④若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池,则电池正极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。　　　‎ ‎【解析】(1)开关K与a相连,装置构成原电池,Fe失去电子为原电池负极。(2)开关K与b相连,装置构成电解NaCl溶液的电解池,B为电解池的阴极,溶液中的H+在B极放电生成H2。电解过程中Na+应该向阴极B移动;A极产生的气体为Cl2,Cl2能将I-氧化为I2,I2使淀粉变蓝;根据电解反应:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,电解一段时间后若加入盐酸会增加H2O的质量,应通入HCl气体使其恢复到电解前电解质的浓度;若标准状况下B极产生2.24 L气体,即0.1 mol H2,则有0.2 mol电子发生转移,但在溶液中转移的不是电子,而是离子。(3)①溶液中的OH-在阳极失电子产生O2:4OH--4e-2H2O+O2↑,所以在B口放出O2,从A口导出H2SO4。溶液中的H+在阴极得到电子产生H2:2H++2e-H2↑,则从C口放出H2,从D口导出KOH溶液。因S所带电荷数大于K+所带电荷数,S通过阴离子交换膜,K+通过阳离子交换膜,所以通过阳离子交换膜的离子数大于通过阴离子交换膜的离子数。O2、H2、KOH溶液构成燃料电池时,O2在电池正极放电:O2+4e-+2H2O4OH-。‎ 答案:(1)Fe-2e-Fe2+‎ ‎(2)2H++2e-H2↑‎ ‎2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑　②‎ ‎(3)①4OH--4e-2H2O+O2↑　小于 ‎②D ‎③H+在阴极附近放电,引起水的电离平衡向右移动,使c(OH-)>c(H+)　④O2+2H2O+4e-4OH- ‎