高中化学人教版化学反应原理第四章电化学基础 水平测试

第四章水平测试时间：90分钟满分：100分第Ⅰ卷(选择题，共48分)一、选择题(本题包括16个小题，每小题3分，共48分)1．2023年贺岁银质纪念币为中华人民共和国法定货币，面额3元。很多纪念金币材料为钢芯镀金，根据你所掌握的电镀原理，你认为制作这种金纪念币时，钢芯应作()A．正极 B．负极C．阳极 D．阴极答案D解析电镀时，待镀金属制品作阴极，镀层金属作阳极，在钢芯上镀金，故钢芯应作阴极。2．[2023·广元二模]下列对四个常用电化学装置的叙述中，正确的是()图Ⅰ碱性锌锰电池图Ⅱ铅蓄电池图Ⅲ电解精炼铜图Ⅳ纽扣式银锌电池A.图Ⅰ所示电池中，MnO2的作用是催化剂B．图Ⅱ所示电池放电过程中，硫酸浓度不断增大C．图Ⅲ所示装置工作过程中，电解质溶液中Cu2＋浓度始终不变D．图Ⅳ所示电池中，Ag2O是氧化剂，电池工作过程中被还原为Ag答案D解析A项，图Ⅰ所示电池中，MnO2的作用是氧化剂；B项，图Ⅱ所示电池放电过程中，硫酸浓度不断减小；C项，图Ⅲ所示装置工作过程中，电解质溶液中Cu2＋浓度降低。3．为探究金属的腐蚀情况，某同学将锌片和铜片置于浸有饱和食盐水和酚酞的滤纸上，并构成如图所示的装置。下列判断合理的是()A．左边铜片上有气泡冒出B．右边锌片上的反应为2Cl－－2e－=Cl2↑C．最先观察到红色的区域是②D．左右两边Cu片质量均不发生变化答案D解析左边是原电池，锌作负极：Zn－2e－=Zn2＋，铜作正极，正极发生吸氧腐蚀：O2＋2H2O＋4e－=4OH－，A错误；右边是电解池，锌作阳极：Zn－2e－=Zn2＋，铜作阴极：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，B错误；最先观察到红色的区域是④，C错误。4．某同学为了使反应2HCl＋2Ag=2AgCl＋H2↑能进行，设计了如下所示的四个实验方案，你认为可行的方案是()答案C解析由题意知，以盐酸作电解质溶液，Ag作阳极，设计成电解池可实现该反应。5．[2023·合肥月考]用铜片、银片设计成如图所示的原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是()A．电子通过盐桥从乙池流向甲池B．用铜导线替换盐桥，原电池仍继续工作C．开始时，银片上发生的反应是Ag－e－=Ag＋D．将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池总反应相同答案D解析根据原电池工作原理，电子由负极(Cu)沿导线流向正极(Ag)，电解质溶液中阴离子沿盐桥从乙池流向甲池；正极(Ag)反应式为Ag＋＋e－=Ag，负极(Cu)反应式为Cu－2e－=Cu2＋。总反应式为Cu＋2Ag＋=Cu2＋＋2Ag，与将Cu片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应相同。6．下列电极反应式与出现的环境相匹配的是()选项电极反应式出现的环境AO2＋2H2O＋4e－=4OH－碱性环境下氢氧燃料电池的负极反应B4OH－－4e－=O2↑＋2H2O弱酸性环境下钢铁的吸氧腐蚀C2H＋＋2e－=H2↑用铜作阳极，石墨作阴极电解NaOH溶液的阴极反应DH2－2e－=2H＋用惰性电极电解H2SO4溶液的阳极反应答案C解析A项所给电极反应式为正极反应式，错误；在弱酸性环境下，钢铁发生吸氧腐蚀的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，B项错误；用惰性电极电解H2SO4溶液的阳极反应式为4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，D项错误。7．[2023·江苏盟校二联]“天宫一号”飞行器在太空工作期间必须有源源不断的电源供应。其供电原理是：白天太阳能帆板发电，将一部分电量直接供给天宫一号，另一部分电量储存在镍氢电池里，供黑夜时使用。镍氢电池放电时的总反应原理为MH＋NiO(OH)=M＋Ni(OH)2(M为氢化物电极的储氢金属，也可看做H2直接参加反应)。下列说法正确的是()A．充电时阴极区电解质溶液pH降低B．在使用过程中此电池要不断补充水C．放电时NiO(OH)在电极上发生氧化反应D．充电时阳极反应为Ni(OH)2－e－＋OH－=NiO(OH)＋H2O答案D解析主要考查原电池原理和电解池原理。放电时，Ni元素化合价降低，发生还原反应，故C错误；充电时，阴极反应为2H＋＋2e－=H2↑，阳极反应为Ni(OH)2－e－＋OH－=NiO(OH)＋H2O，阴极区电解质溶液pH升高，故A错误，D正确；总反应过程中无H2O消耗，故B错误。8．[2023·深圳期中]铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，作为原电池工作时的反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O。下列结论或表述完全正确的是()A．Pb为负极被还原B．正极反应：PbO2＋2H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2e－=PbSO4＋H2OC．若使用该电池并用碳棒电解CuSO4溶液，当有g纯铜析出时，铅蓄电池内消耗硫酸物质的量为molD．SOeq\o\al(2－,4)向PbO2极移动答案C解析本题考查电化学的知识，考查考生的判断能力。原电池的负极发生氧化反应，A项错误；PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2e－=PbSO4＋2H2O，B项错误；电解硫酸铜溶液时，生成molCu，转移电子的物质的量为mol，根据铅蓄电池总方程式可知，消耗硫酸的物质的量为mol，C项正确；原电池中阴离子向负极移动，D项错误。9．[2023·武汉调研]科研人员设想用下图所示装置生产硫酸，下列说法正确的是()A．a为正极，b为负极B．生产过程中H＋向a电极区域运动C．电子从b极向a极移动D．负极反应式为2H2O＋SO2－2e－=SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋答案D解析本题考查原电池反应的应用。该图为原电池工作原理图，由a、b两极通入的气体可知，a极应为负极，反应式为SO2＋2H2O－2e－=SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋，b极应为正极，该极上O2得电子，所以外电路中电子从a极移向b极；生产过程中氢离子应移向b电极区域；D正确。10．用酸性氢氧燃料电池为电源进行电解的实验装置如图所示。下列说法中正确的是()A．燃料电池工作时，正极反应：O2＋2H2O＋4e－=4OH－B．a极是铁，b极是铜时，b极逐渐溶解，a极上有铜析出C．a极是粗铜，b极是纯铜时，a极逐渐溶解，b极上有铜析出D．a、b两极均是石墨时，在相同条件下a极产生的气体与电池中消耗的H2体积相等答案C解析酸性燃料电池工作时，正极反应：O2＋4H＋＋4e－=2H2O，A错误；a极是铁，b极是铜时，a极上铁发生氧化反应逐渐溶解，b极上Cu2＋发生还原反应有铜析出，B错误；a极是粗铜，b极是纯铜时，a极上发生氧化反应，粗铜溶解，b极上Cu2＋发生还原反应，有铜析出，C正确；a、b两极均是石墨时，根据电子守恒，a极上产生的O2与电池中消耗的H2的体积比为1∶2，D错误。11．[2023·嘉兴一模]下列叙述正确的是()图1图2A．Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如图1所示，石墨电极上产生氢气，铜电极发生氧化反应B．图1所示当时有mol电子转移时，有molCu2O生成C．图2装置中发生：Cu＋2Fe3＋=Cu2＋＋2Fe2＋，X极是负极，Y极材料可以是铜D．如图2，盐桥的作用是传递电荷以维持电荷平衡，Fe3＋经过盐桥进入左侧烧杯中答案A解析若有mol电子转移时，有molCu2O生成，B错误；若发生Cu＋2Fe3＋=Cu2＋＋2Fe2＋，Cu作负极，比Cu不活泼的石墨、Pt等作正极，C错误；盐桥的作用是维持电荷平衡，但只是盐桥中离子发生定向移动，Fe3＋不能移动到左侧烧杯中，D错误。12．[2023·大理名校联考]液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小，无需气体存储装置等优点。一种以肼(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作为电解质。下列关于该燃料电池的叙述不正确的是()A．电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极B．负极发生的电极反应式为N2H4＋4OH－－4e－=N2＋4H2OC．该燃料电池的电极材料应采用多孔导电材料，以提高电极反应物质在电极表面的吸附量，并使它们与电解质溶液充分接触D．该燃料电池持续放电时，正极发生氧化反应，pH减小答案D解析由图可判定通入空气的为正极，通入N2H4的为负极，正极发生还原反应，D错误。13．[2023·常德模拟]锂空气电池是一种新型的二次电池，其放电时的工作原理如图所示，下列说法正确的是()A．该电池放电时，正极的电极反应为O2＋4H＋＋4e－=2H2OB．该电池充电时，阴极发生了氧化反应：Li＋＋e－=LiC．电池中的有机电解液可以用稀盐酸代替D．正极区产生的LiOH可回收利用答案D解析正极的反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，A项错误；电池充电时，阴极发生还原反应，B项错误；有机电解液不能用稀盐酸代替，因为金属锂与稀盐酸能发生反应，C项错误。14．[2023·云南统测]铝表面在空气中天然形成的氧化膜耐磨性和抗蚀性不够强。控制一定的条件，用如图所示的电化学氧化法，可在铝表面生成坚硬的氧化膜。下列有关叙述正确的是()A．阴极上有金属铝生成B．电极A为石墨，电极B为金属铝C．OH－在电极A上放电，有氧气生成D．阳极的电极反应式为2Al－6e－＋3H2O=Al2O3＋6H＋答案D解析电解液为硫酸溶液，阴极上H＋放电，故阴极产物为氢气，A项错误；Al→Al2O3，发生氧化反应，故电源正极连接的是金属铝，即电极A为金属铝，电极B为石墨，B项错误；电极A上Al发生氧化反应，C项错误，D项正确。15．用石墨作电极完全电解含1mol溶质X的溶液。通电一段时间后，向溶液中加入一定量的物质Y能使电解液恢复到起始状态的是()选项X溶液物质YACuCl21molCu(OH)2BNaOH1molNaOHCNa2SO41molH2SO4DAgNO3molAg2O答案D解析电解CuCl2溶液的化学方程式为CuCl2eq\o(=,\s\up17(通电))Cu＋Cl2↑，所以电解后加CuCl2能使电解液恢复到起始状态；电解NaOH溶液的化学方程式为2H2Oeq\o(=,\s\up17(通电))2H2↑＋O2↑，电解后加水能使电解液恢复到起始状态；电解Na2SO4溶液的化学方程式为2H2Oeq\o(=,\s\up17(通电))2H2↑＋O2↑，电解后加水能使电解液恢复到起始状态；电解AgNO3溶液的化学方程式为4AgNO3＋2H2Oeq\o(=,\s\up17(通电))4Ag＋O2↑＋4HNO3，电解后加入molAg2O可使电解液恢复到起始状态，故A、B、C错误，即选D。16．如图所示，某工厂采用电解法处理含铬废水，耐酸电解槽用铁板作阴、阳极，槽中盛放含铬废水。下列说法不正确的是()A．a接电源正极B．阳极区溶液中发生的氧化还原反应为Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2OC．阴极区附近溶液pH降低D．若不考虑气体的溶解，当收集到H2L(标准状况)时，有molCr2Oeq\o\al(2－,7)被还原答案C解析由题图可知b极产生氢气，为阴极，则阴极区溶液的pH升高，连接电源的负极，a极连接电源的正极，A项正确，C项错误；阳极发生反应：Fe－2e－=Fe2＋，生成的Fe2＋再与Cr2Oeq\o\al(2－,7)反应：Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，B项正确；生成标况下LH2时转移电子mol，根据电子守恒可知阳极有molFe2＋生成，则还原molCr2Oeq\o\al(2－,7)，D正确。第Ⅱ卷(非选择题，共52分)二、非选择题(本题包括6个小题，共52分)17．[2023·北京模拟](9分)如下图装置所示，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________。A．Li2NH中N的化合价是－1B．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mol电子，在a极消耗________L的H2(标准状况下)。(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____________________。答案(1)B(2)①ab②O2＋4H＋＋4e－=2H2O③(3)①2H＋＋2e－=H2↑溶液变红②用润湿的KI淀粉试纸接近Y极气体产物，变蓝，证明产生Cl2③制Fe(OH)2解析(1)Li2NH中N的化合价为－3价，故A错误；反应中H2分别生成LiNH2和LiH，LiNH2中H为＋1价，LiH中H的化合价为－1价，反应中H2既是氧化剂又是还原剂，故B正确；LiH中的阳离子和阴离子核外电子排布相同，核电核数越大，半径越小，则阳离子半径小于阴离子半径，故C错误；此法储氢是利用氧化还原反应将H2转化为固体材料，发生化学变化，而钢瓶储氢将氢液化，为物理变化，原理不同，故D错误。(2)①通入氢气的电极为电池的负极，发生氧化反应，反应为H2－2e－=2H＋，通入氧气的电极为电池的正极，发生还原反应，反应为O2＋4e－＋4H＋=2H2O；电池工作时，电子通过外电路从负极流向正极，即从a极流向b极，电解质溶液中阳离子向正极移动，即H＋由a极通过固体酸电解质传递到b极；②b极为正极，发生还原反应，电极反应O2＋4e－＋4H＋=2H2O；③转移电荷守恒，由题意知每转移2mol电子消耗1molH2，即每转移mol电子，在a极消耗molH2，即LH2。(3)由题意知，a端为电源负极，b端为电源正极，①电解饱和食盐水中和电源的负极a端相连的电极X极是阴极，该电极上氢离子发生得电子的还原反应，即2H＋＋2e－=H2↑，溶液中H＋离子浓度减小，碱性增强，酚酞变红。②和电源的正极相连的电极Y极是阳极，该电极上氯离子发生失电子的氧化反应，即2Cl－2e－=Cl2↑生成产物为氯气，检验方式为用润湿的KI­淀粉试纸接近Y极气体产物，变蓝，证明产生Cl2。③Y极发生失去电子的氧化反应化合价升高，铁生成亚铁离子，溶液中有大量氢氧根离子和亚铁离子结合生成氢氧化亚铁沉淀，故其目的为制Fe(OH)2。18．[2023·厦门模拟](8分)某研究小组对铁生锈进行研究。(1)甲同学设计了A、B、C一组实验(如上图)，探究铁生锈的条件。经过较长时间后，甲同学观察到的现象是：A中铁钉生锈；B中铁钉不生锈；C中铁钉不生锈。①通过上述实验现象分析，可得出铁生锈的外部条件是_______；②铁钉发生电化学腐蚀的正极电极反应式为_____________；③实验B所用的水要经过________处理；植物油的作用是________________________________________________________________________；④实验C中碱石灰的作用是_________________。(2)乙同学为了达到同样目的，设计了实验D(如图)，发现一段时间后，试管中的液面升高，其原因是____________________，该实验________(填“能”或“不能”)说明水对铁钉生锈产生影响。答案(1)①有水(或电解质溶液)和氧气(或空气)②O2＋4e－＋2H2O=4OH－③煮沸(或“除去氧气”)(写“加热”不正确)隔绝空气(或“防止氧气与铁接触”)④吸收水蒸气(或“干燥”“保持试管内干燥环境”)(2)铁的腐蚀要吸收氧气(或“氧气参与反应”“消耗了氧气”)使气体体积减小不能解析(1)①铁生锈的外部条件是金属要和空气中的水以及氧气接触；②铁钉发生电化学腐蚀，负极上铁为活泼金属，易失去电子而被氧化，正极上是氧气发生得电子的反应O2＋2H2O＋4e－=4OH－；③水中溶解有一定的空气，煮沸可以将空气排出，植物油和水是互不相溶的，它的作用是隔绝空气中的氧气；④碱石灰能吸水，它的作用是吸收空气中的水蒸气。(2)铁生锈会消耗氧气，这样会使试管内压强低于大气压，不能证明水对铁钉生锈产生影响。19．(9分)如图是两种溶液进行电解的装置。电极A是由金属M制成的，M的硝酸盐的化学式为M(NO3)2，B、C、D都是铂电极，P、Q是电池的两极。(1)电路接通后，B极上析出金属M，其电极反应为_________；同时C极产生________，电极反应为_____________；D极产生________，电极反应为____________。(2)电池中P是________极，Q是________极。(3)A极上电极反应为________________________。(4)当电路中通过×1022个电子时，B极上析出gM，则M的相对原子质量为________。(5)如果将电池的正、负极交换接入原电路，当通过×1022个电子时，B极上的现象是_______，电极反应为__________________；A极上析出金属________g，电极反应为________(假设M为Cu)。答案(1)M2＋＋2e－=M氧气4OH－－4e－=2H2O＋O2↑氢气2H＋＋2e－=H2↑(2)正负(3)M－2e－=M2＋(4)64(5)有气体放出4OH－－4e－=2H2O＋O2↑Cu2＋＋2e－=Cu解析根据甲电解池的B极上有金属M析出，可知在B极上发生了还原反应：M2＋＋2e－=M，由阳离子在B极上获得电子而被还原，可判断B极是阴极，与B极相连的C极一定是阳极，所以在乙电解池中，阴离子在C极放电：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，在C极上有氧气放出，D极是阴极，溶液中的阳离子在该极放电：2H＋＋2e－=H2↑，所以D极上有氢气放出。通过上述的分析和判断，很容易推知A为阳极，而与A连接的电池P极一定是正极，Q为负极。电路接通后A极溶解，发生反应：M－2e－=M2＋，当电路中通过×1022个电子时，在B极上析出Mg。设M的相对原子质量为x，则：M2＋＋2e－=M2xeq\f×1022,×1023)得eq\f(2,\f×1022,×1023))＝eq\f(x,，解得x≈64。如果将电池的正、负极交换接入原电路，此时B极是阳极，溶液中的阴离子向阳极移动并在阳极放电：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，B极上有氧气放出。如果M是铜，则在A极上有铜析出，即Cu2＋＋2e－=Cu。设析出Cu的质量为yg，则：Cu2＋＋2e－=Cu264eq\f×1022,×1023)yeq\f(2,\f×1022,×1023))＝eq\f(64,y)，解得：y＝eq\f(64×\f×1022,×1023),2)＝。20．(8分)最新研究发现，用隔膜电解法处理高浓度乙醛(CH3CHO)废水具有工艺流程简单、电耗较低等优点，其原理是使乙醛分别在阴、阳极发生反应，转化为乙醇和乙酸，总反应为2CH3CHO＋H2Oeq\o(=,\s\up17(电解))CH3CH2OH＋CH3COOH。实验室中，以一定浓度的乙醛－Na2SO4溶液为电解质溶液，模拟乙醛废水的处理过程，其装置示意图如图所示。(1)若以甲烷燃料电池为直流电源，则燃料电池中b极应通入________(填化学式)气体。(2)电解过程中，两极除分别生成乙酸和乙醇外，均产生无色气体。电极反应如下。阳极：①4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，②___________________________________________________。阴极：①_____________________________________________，②CH3CHO＋2e－＋2H2O=CH3CH2OH＋2OH－。(3)电解过程中，阴极区Na2SO4的物质的量________(填“增大”“减小”或“不变”)。(4)在实际工艺处理中，阴极区乙醛的去除率可达60%。若在两极区分别注入1m3乙醛废水(乙醛的含量为3000mg/L)，可得到乙醇________kg(计算结果保留小数点后1位)。答案(1)CH4(2)CH3CHO－2e－＋H2O=CH3COOH＋2H＋4H＋＋4e－=2H2↑或4H2O＋4e－=2H2↑＋4OH－(写成“2H＋＋2e－=H2↑”不扣分)(3)不变(4)解析(1)b极为负极，应通入CH4。(2)分析2CH3CHO＋H2Oeq\o(=,\s\up17(电解))CH3CH2OH＋CH3COOH可知，CH3CHO失电子生成CH3COOH，得电子生成CH3CH2OH。(3)电解过程中，阴极区Na2SO4的物质的量不发生变化。(4)1m3废水中乙醛的含量为3000mg/L×1000L＝3000×103mg即3000g，根据阴极区乙醛的去除率可达60%知参与阴极反应的乙醛为1800g，乙醇的质量为1800g×eq\f(46,44)＝g。21．[2023·江西摸底](10分)为了探究原电池和电解池的工作原理，某研究性学习小组分别用下图所示的装置进行实验。据图回答问题。甲乙Ⅰ.用图甲所示装置进行第一组实验时：(1)在保证电极反应不变的情况下，不能替代Cu作电极的是__________(填字母)。A．石墨B．镁C．银D．铂(2)实验过程中，SOeq\o\al(2－,4)__________(填“从左向右”“从右向左”或“不”)移动；滤纸上能观察到的现象是________________。Ⅱ.该小组同学用图乙所示装置进行第二组实验时发现，两极均有气体产生，且Y极处溶液逐渐变成紫红色；停止实验观察到铁电极明显变细，电解液仍然澄清。查阅资料知，高铁酸根(FeOeq\o\al(2－,4))在溶液中呈紫红色。请根据实验现象及所查信息，回答下列问题：(3)电解过程中，X极处溶液的pH__________(填“增大”“减小”或“不变”)。(4)电解过程中，Y极发生的电极反应为____________。(5)电解进行一段时间后，若在X极收集到672mL气体，Y电极(铁电极)质量减小g，则在Y极收集到气体为__________mL(均已折算为标准状况时气体体积)。(6)K2FeO4－Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电池反应总反应式为2K2FeO4＋3Zn=Fe2O3＋ZnO＋2K2ZnO2，该电池正极发生的电极反应式为___________。答案Ⅰ.(1)B(2)从右向左滤纸上有蓝色沉淀产生(答出“蓝色沉淀”或“蓝色斑点”即可)Ⅱ.(3)增大(4)Fe－6e－＋8OH－=FeO