2023届新高考化学一轮分层练案(二十八)串联装置与计算

一轮分层练案（二十八）串联装置与计算（应用课）一、选择题(本题包括10小题，每小题只有1个选项符合题意)1．如图所示，甲池的总反应式为N2H4＋O2=N2＋2H2O。下列说法正确的是()A．甲池中负极上的电极反应式为N2H4－4e－=N2＋4H＋B．乙池中石墨电极上发生的反应为4OH－－4e－=2H2O＋O2↑C．甲池溶液pH增大，乙池溶液pH减小D．甲池中每消耗0.1molN2H4，乙池电极上则会析出6.4g固体【答案】B由图知甲池是燃料电池，乙池是电解池，甲池的电解质溶液是氢氧化钾溶液，则负极不可能生成H＋，电极反应式为N2H4－4e－＋4OH－=N2＋4H2O，A错误；乙池的石墨电极是阳极，发生氧化反应，B正确；甲池总反应中生成了水，则KOH溶液浓度变小，pH减小，乙池生成Cu、O2、H2SO4，溶液pH减小，C错误；根据各个电极流过的电子的物质的量相等知，N2H4～2Cu，甲池消耗0.1molN2H4，乙池电极上则会析出12.8g铜，D错误。2．按图甲装置进行实验，若图乙中横坐标X表示通过电极的电子的物质的量。下列叙述不正确的是()A．E表示反应消耗H2O的物质的量B．E表示反应生成H2SO4的物质的量C．F表示反应生成Cu的物质的量D．F表示反应生成O2的物质的量【答案】C该装置为电解池，C为阳极，电极反应式为4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，Cu为阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，总反应为2CuSO4＋2H2O电解,2Cu＋O2↑＋2H2SO4；由乙图可知，转移4mol电子生成2molE，生成1molF。由总反应可知，生成的Cu与消耗的水的物质的量相同，则E表示反应消耗水的物质的量，故A正确；若转移4mol电子，则生成2mol硫酸，则E表示生成硫酸的物质的量，故B正确；由电子与物质的物质的量的关系可知，F不能表示反应生成铜的物质的量，故C错误；由电子与物质的物质的量的关系可知，F表示反应生成氧气的物质的量，故D正确。3．RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。下图为RFC工作原理示意图，下列有关说法正确的是()A．图1把化学能转化为电能，图2把电能转化为化学能，水得到了循环使用B．当有0.1mol电子转移时，a极产生0.56LO2(标准状况下)C．c极上发生的电极反应是O2＋4H＋＋4e－=2H2OD．图2中电子从c极流向d极，提供电能【答案】CA．图1是电解池把电能转化为化学能，图2是燃料电池把化学能转化为电能，错误；B.a极与电源负极相连是阴极，产生的气体X是H2，错误；C.酸性溶液中，c极上发生的电极反应是O2＋4H＋＋4e－=2H2O，正确；D.气体X是H2，则图2中c为正极，d为负极，图2中电子从d极流向c极，错误。4．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＋NaBr3eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))Na2S4＋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．当有0.01molNa＋通过离子交换膜时，b电极上析出标准状况下的气体112mLC．闭合K后，b电极附近的pH变小D．闭合K后，a电极上有气体产生【答案】B当闭合开关K时，b极附近溶液先变红，即b极附近有OH－和H2生成，b极是阴极，a极是阳极，则电极B是负极，电极A是正极。A.负极发生氧化反应，电极反应式为2Na2S2－2e－=2Na＋＋Na2S4，错误；B.闭合K时，有0.01molNa＋通过离子交换膜，说明有0.01mol电子转移，阴极上生成0.005molH2，标准状况下体积为0.005mol×22.4L·mol－1＝0.112L＝112mL，正确；C.闭合开关K时，b极附近先变红色，该电极上发生的反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，即b极附近有OH－生成，pH增大，错误；D.闭合开关K时，a极是阳极，金属铜作阳极，电极本身被氧化，电极反应式为Cu－2e－=Cu2＋，没有气体产生，错误。5．500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NOeq\o\al(－,3))＝0.6mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500mL，下列说法正确的是()A．原混合溶液中c(K＋)为0.2mol·L－1B．上述电解过程中共转移0.2mol电子C．电解得到的Cu的物质的量为0.05molD．电解后溶液中c(H＋)为0.2mol·L－1【答案】A石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极的电极反应式为4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－=Cu,2H＋＋2e－=H2↑，从收集到O2为2.24L(标准状况下)这个事实可推知上述电解过程中共转移0.4mol电子，而在生成2.24LH2的过程中转移0.2mol电子，所以Cu2＋得到的电子的物质的量为0.4mol－0.2mol＝0.2mol，电解前Cu2＋的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1mol，电解前后分别有以下电荷守恒关系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NOeq\o\al(－,3))，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NOeq\o\al(－,3))，不难算出：电解前c(K＋)＝0.2mol·L－1，电解后c(H＋)＝0.4mol·L－1。6．常温下，用铂作电极电解1L1mol·L－1的氯化钠溶液，当收集到1.12L氯气(标准状况)时，溶液的pH约为(不考虑气体溶解，忽略溶液体积变化)()A．1 B．7C．13 D．14【答案】C惰性电极电解氯化钠溶液，阳极反应式：2Cl－－2e－=Cl2↑，当阳极产生1.12L即0.05mol氯气时，根据电解的总反应式2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))H2↑＋Cl2↑＋2NaOH可知，生成氢氧化钠的物质的量是0.1mol，溶液中OH－的物质的量浓度是eq\f(0.1mol,1L)＝0.1mol·L－1，c(H＋)＝eq\f(1×10－14,0.1)mol·L－1＝10－13mol·L－1，则溶液的pH＝－lg10－13＝13。7．H2S转化是环保和资源利用的研究课题。将烧碱吸收H2S后的溶液加入如图装置，可以回收单质硫，甲为二甲醚(CH3OCH3)—空气燃料电池。下列推断正确的是()A．X极充入空气B．电子移动方向：X→W→溶液→Z→YC．电解后，乙装置右池中c(NaOH)减小D．Z极反应式为S2－－2e－=S↓【答案】D据图分析甲为原电池，乙为电解池，电解池右侧有H2产生，则W极为阴极，Z极为阳极，连接的Y极为原电池的正极，发生还原反应，所以Y极应充入空气，A项错误；电子不进入溶液，B项错误；乙装置右池中发生的电极反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，氢氧化钠溶液浓度增大，C项错误；Z极的电极反应式为S2－－2e－=S↓，D项正确。8．如图A为碱性硼化钒(VB2)—空气电池示意图，两极用离子交换膜隔开，VB2放电时生成两种氧化物。若用该电池为电源，用惰性电极电解硫酸铜溶液，实验装置如图B所示。则下列说法错误的是()A．碱性硼化钒(VB2)—空气电池中使用阴离子交换膜B．外电路中电子由VB2电极流向c电极C．电解过程中，b电极表面产生的气体可以收集后充入A池中的电极循环利用D．VB2电极发生的电极反应为2VB2－22e－＋11H2O=V2O5＋2B2O3＋22H＋【答案】D硼化钒—空气燃料电池中，VB2在负极失电子，氧气在正极得电子，电池总反应式为4VB2＋11O2=4B2O3＋2V2O5，VB2放电时消耗OH－，正极O2放电生成OH－，所以电池中使用阴离子交换膜，故A正确；VB2电极是负极，外电路中电子由VB2电极流向阴极c电极，故B正确；电解过程中，b电极是阳极，该电极表面产生的气体是氧气，可以收集后充入A池中的电极循环利用，故C正确；负极上是VB2失电子发生氧化反应，因在碱性环境中，VB2电极发生的电极反应为2VB2＋22OH－－22e－=V2O5＋2B2O3＋11H2O，故D错误。9．如图，a、b是石墨电极，通电一段时间后，b极附近溶液显红色。下列说法不正确的是()A．X极是电源正极，Y极是电源负极B．Cu电极上增重6.4g时，b极产生4.48L(标准状况)气体C．电解过程中CuSO4溶液的pH逐渐减小D．a极的电极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑【答案】Ba、b是石墨电极，通电一段时间后，b极附近溶液显红色，依据电解质溶液为氯化钠的酚酞溶液，判断b电极是阴极，Y为电源负极，X为电源正极，选项A正确；6.4g铜的物质的量是0.1mol，电路中通过电子为物质的量为0.2mol，则b极上生成氢气的物质的量为0.1mol，标准状况下体积为2.24L，选项B不正确；电解过程中CuSO4溶液中的氢氧根离子在阳极Pt电极失电子生成氧气，溶液中铜离子在Cu电极得到电子析出铜，溶液中氢离子浓度增大，溶液的pH逐渐减小，选项C正确；a电极氯离子失电子发生氧化反应，电极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑，选项D正确。10．钴酸锂电池是目前用量最大的锂离子电池，用它作电源按如图装置进行电解。通电后，a电极上一直有气泡产生；d电极附近先出现白色沉淀(CuCl)，后白色沉淀逐渐转变成橙黄色沉淀(CuOH)。下列有关叙述正确的是()A．已知钴酸锂电池放电时总反应为Li1－xCoO2＋LixC6=LiCoO2＋6C，则Li1－xCoO2作负极，失电子B．当外电路中转移0.2mol电子时，电极b处有2.24LCl2生成C．电极d为阴极，电解开始时的电极反应式为Cu＋Cl－－e－=CuClD．随着电解的进行，U形管Ⅱ中发生了如下转化CuCl＋OH－=CuOH＋Cl－【答案】DA项，LixC6中C为负价，根据电池总反应，LixC6作负极，则Li1－xCoO2作正极，得电子，错误；B项，没有说明是否是标准状况，因此无法直接计算生成氯气的体积，错误；C项，d电极发生的变化Cu→CuCl是氧化反应，故d极为阳极，d极的电极反应式为Cu＋Cl－－e－=CuCl，错误；D项，d电极先产生白色沉淀(CuCl)，白色沉淀逐渐转变成橙黄色沉淀(CuOH)，发生的反应是CuCl＋OH－=CuOH＋Cl－，正确。二、非选择题11．如图X是直流电源。Y池中c、d为石墨棒，Z池中e、f是质量相同的铜棒。接通电路后，发现d附近显红色。(1)①电源上b为________极(填“正”“负”“阴”或“阳”，下同)。②Z池中e为________极。③连接Y、Z池线路中，电子流动的方向是d________e(用“→”或“←”填空)。(2)①写出c极上反应的电极反应式：_________________________________________________________________________________________________________________。②写出Y池中总反应的化学方程式：________________________________________________________________________________________________________________。③写出Z池中e极上反应的电极反应式：______________________________________________________________________________________________________________。解析：d极附近显红色，说明d为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，c为阳极，电极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑，Y池电解NaCl溶液的总反应方程式为2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2NaOH＋Cl2↑＋H2↑；直流电源中a为正极，b为负极，Z池中f为阴极，e为阳极，电极反应式分别为Cu2＋＋2e－=Cu、Cu－2e－=Cu2＋，电子流动方向由e→d。【答案】(1)①负②阳③←(2)①2Cl－－2e－=Cl2↑②2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑③Cu－2e－=Cu2＋12．课题式研究性学习是培养学生创造思维的良好方法，某研究性学习小组将下列装置如图连接，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。将电源接通后，向乙中滴入酚酞试液，在F极附近显红色。试回答下列问题：(1)电源A极的名称是________(填“正极”或“负极”)。(2)甲装置中电解反应的总化学方程式是_____________________________________。(3)如果收集乙装置中产生的气体，两种气体的体积之比是________(相同状况下)。(4)欲用丙装置精炼铜，G应该是________(填“纯铜”或“粗铜”)，精炼液的成分是________。(5)已知氢氧化铁胶体中含有带正电荷的红褐色的微粒，那么装置丁中的现象是________________________________________________________________________。解析：将电源接通后，向乙中滴入酚酞试液，在F极附近显红色，说明F极生成了OH－，用惰性电极电解饱和食盐水，阴极发生的反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，则F极为阴极；由此可推知，A为电源正极，B为电源负极。C、E、G、X均为阳极，D、F、H、Y均为阴极。(1)由以上分析知，电源A极的名称是正极。(2)用惰性电极电解CuCl2溶液，阴极为Cu2＋得到电子生成Cu，阳极为Cl－失去电子得到Cl2，总化学方程式为CuCl2电解,Cu＋Cl2↑。(3)用惰性电极电解饱和食盐水，反应的总化学方程式为2NaCl＋2H2O电解,2NaOH＋Cl2↑＋H2↑，生成气体的体积之比为1∶1。(4)电解精炼铜，粗铜作阳极，精铜作阴极，电解质溶液为CuSO4溶液，则丙装置中G为精铜，电解液为CuSO4溶液。(5)电解过程中，带有负电荷的微粒向阳极移动，带有正电荷的微粒向阴极移动。氢氧化铁胶体中含有带正电荷的红褐色的微粒，该微粒会向阴极移动，阴极为Y电极，则Y极附近红褐色变深。【答案】(1)正极(2)CuCl2电解,Cu＋Cl2↑(3)1∶1(4)粗铜硫酸铜溶液(5)Y极附近红褐色变深13．甲醇是一种重要的化工原料和新型燃料。如图1是甲醇燃料电池工作的示意图，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极。工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同。(1)甲中负极的电极反应式为______________________________________________。(2)乙中A极析出的气体在标准状况下的体积为________。(3)丙装置的溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如图2，则图中②线表示的是________的变化；反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要________mL0.5mol·L－1NaOH溶液。解析：两种计算关系模型(以4e－为基准)：(1)甲醇燃料电池是原电池装置，甲醇在负极失电子发生氧化反应，电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－=COeq\o\al(2－,3)＋6H2O。(2)工作一段时间后，断开K，此时A