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1、专题七 电化学基础专题强化练1下列做法有利于金属防护的是()A钢铁零件表面进行烤蓝处理B将钢铁制成的闸门与直流电源正极相连C菜刀切菜后不洗净就放回刀架D埋在地下的钢管与铜块相连解析:A项,钢铁零件容易生锈,如果将钢铁零件的表面进行烤蓝处理,就能大大增强抗蚀能力,延长使用寿命,正确;B项,钢铁制成的闸门与直流电源的正极相连,闸门成为电解池的阳极,加速其腐蚀,错误;C项,菜刀切菜后不洗净,容易发生吸氧腐蚀,错误;D项,铁比铜活泼,当埋在地下的钢管与铜块相连时,钢管成为原电池的负极,加快了腐蚀,应该与比铁活泼的金属如锌块相连,错误。答案:A2(2018泉州一模)锂空气电池是一种新型的二次电池,其放电
2、时的工作原理如下图所示。下列说法正确的是()A电解液中,Li由多孔电极迁移向锂电极B该电池放电时,负极发生了还原反应C充电时,电池正极的反应式为Li2O2=2LiO22eD电池中的电解液可以是有机电解液或稀盐酸等解析:锂电极作负极,多孔电极作正极,电解液中,阳离子移向阴极,所以Li由锂电极迁移向多孔电极,故A错误;该电池放电时,负极发生了氧化反应,故B错误;充电时,电池正极的反应式为Li2O2=2LiO22e,故C正确;金属锂与稀盐酸发生反应,所以电池中的电解液不可以是稀盐酸,故D错误。答案:C3(2017海南卷)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
3、()APd电极b为阴极B阴极的反应式为N26H6e=2NH3CH由阳极向阴极迁移D陶瓷可以隔离N2和H2解析:A项,此装置为电解池,总反应是N23H2=2NH3,Pd电极b上是氢气发生反应,即氢气失去电子化合价升高,Pd电极b为阳极,错误;B项,根据A项分析,Pd电极a为阴极,反应式为N26H6e=2NH3,正确;C项,根据电解池的原理,阳离子在阴极上放电,即有阳离子移向阴极,正确;D项,根据装置图,陶瓷隔离N2和H2,正确。答案:A4.(2018汕头模拟)NO2、O2和熔融KNO3可制作燃料电池,其原理如图,该电池在使用过程中石墨电极上生成氧化物Y,Y可循环使用。下列说法正确的是()AO2在
4、石墨附近发生氧化反应B该电池放电时NO向石墨电极迁移C石墨附近发生的反应:3NO22e=NO2NOD相同条件下,放电过程中消耗的NO2和O2的体积比为41解析:石墨通入氧气,发生还原反应,为原电池的正极,电极方程式为O22N2O54e=4NO,A错误;原电池中阴离子移向负极,NO向石墨电极迁移,B错误;石墨为原电池的负极,发生氧化反应,电极方程式为NO2NOe=N2O5,C错误;电极方程式分别为NO2NOe=N2O5、O22N2O54e=4NO,则放电过程中消耗的NO2和O2的体积比为41,D正确。答案:D5.(2018潍坊模拟)我国预计在2020年前后建成自己的载人空间站,为循环利用人体呼出
5、的CO2并提供氧气。我国科学家设计了一种装置(如图所示),实现“太阳能电能化学能”转化,总反应为2CO2=2COO2,下列有关说法不正确的是()A该装置属于电解池BX极发生氧化反应,Y极发生还原反应C人体呼出的水蒸气参与Y极反应:CO2H2O2e=CO2OHDX极每产生标准状况下22.4 L气体,有2 mol的OH从Y极移向X极解析:该装置实现“太阳能电能化学能”转化,将电能转化为化学能的装置为电解池,故A正确;根据图中电子的流向“XY”可知,X极为阳极,失电子发生氧化反应,Y为阴极,得电子,发生还原反应,故B正确;Y为阴极,根据总反应可知,阴极为CO2得电子,生成CO,电极反应为CO2H2O
6、2e=CO2OH,故C正确;X极为阳极,OH放电生成氧气,电极反应为4OH4e=2H2OO2,每产生标况下22.4 L O2,即1 mol O2,阳极有4 mol OH放电,根据溶液电中性原理,X电极区阴离子减少,则会有4 mol OH从Y极透过阴离子交换膜移向X极,使得溶液保持电中性,故D错误。故选D。答案:D6.(2018肇庆模拟)将二氧化碳转化为乙烯的装置如图所示,使用的电极材料均为惰性电极。下列说法正确的是()Aa为电源的正极B每生成0.1 mol乙烯,同时生成6.72 L O2C阴极反应式为2CO212H12e=C2H44H2OD电解过程中,阳极区溶液中c(H)逐渐减小解析:根据图知
7、,右侧电极上OH放电生成O2,则右侧电极为阳极,左侧电极为阴极,连接电解池阴极的电极为原电池负极、连接电解池阳极的电极为原电池正极,所以a为负极、b为正极,故A错误;阴极上二氧化碳得电子和氢离子反应生成乙烯和水,电极反应式为2CO212H12e=C2H44H2O,阳极反应式为2H2O4e=O24H,每生成0.1 mol乙烯,转移1.2 mol电子,生成0.3 mol氧气,但未注明是否为标准状况,无法计算氧气的体积,故B错误;阴极上二氧化碳得电子和氢离子反应生成乙烯和水,电极反应式为2CO212H12e=C2H44H2O,故C正确;电解过程中阳极反应式为2H2O4e=O24H,阳极附近有H生成,
8、所以电解过程中,阳极区溶液中c(H)逐渐增大,故D错误。答案:C7.(2018广州调研)海水中含有大量Na、Cl及少量Ca2、Mg2、SO,用电渗析法对该海水样品进行淡化处理,如图所示。下列说法正确的是()Ab膜是阳离子交换膜BA极室产生气泡并伴有少量沉淀生成C淡化工作完成后A、B、C三室中pH大小为pHApHBpHCDB极室产生的气体可使湿润的KI淀粉试纸变蓝解析:A项,因为阴极是阳离子反应,所以b为阳离子交换膜,正确;B项,A极室氯离子在阳极失电子产生氯气,但不产生沉淀,错误;C项,淡化工作完成后,A室氯离子失电子产生氯气,部分溶于水溶液呈酸性,B室氢离子得电子产生氢气,氢氧根离子浓度增大
9、,溶液呈碱性,C室溶液呈中性,pH大小为pHApHCpHB,错误;D项,B极室氢离子得电子产生氢气,不能使湿润的KI淀粉试纸变蓝,错误。答案:A8锂的化合物用途广泛。Li3N是非常有前途的储氢材料;LiFePO4、Li2FeSiO4等可以作为电池的正极材料。回答下列问题:(1)将锂在纯氮气中燃烧可制得Li3N,其反应的化学方程式为_。(2)氮化锂在氢气中加热时可得到氨基锂(LiNH2),其反应的化学方程式为Li3N2H2LiNH22LiH,氧化产物为_(填化学式)。在270 时,该反应可逆向进行放出H2,因而氮化锂可作为储氢材料,储存氢气最多可达Li3N质量的_%(精确到0.1)。(3)将Li
10、2CO3、FeC2O42H2O和SiO2粉末均匀混合,在800 的氩气中烧结6小时制得Li2FeSiO4,写出反应的化学方程式:_。制备Li2FeSiO4的过程必须在惰性气体氛围中进行,其原因是_。(4)将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液,以铁棒为阳极,石墨为阴极,电解析出LiFePO4沉淀,阳极的电极反应为_。解析:(1)反应物为金属锂和氮气,生成物为Li3N,因此其反应的化学方程式为6LiN22Li3N。(2)分析给出的化学方程式中三种元素的化合价,N、Li两种元素在反应前后化合价不变,而H从H2中的0价转化为LiNH2中的1价和LiH中的1价,故LiNH2为氧化产物。由给出
11、的化学方程式知,35 g (1 mol)Li3N最多可储存氢气4 g(2 mol),故储存氢气最多可达Li3N质量的11.4%。(3)根据给出的反应物Li2CO3、FeC2O42H2O、SiO2,生成物之一Li2FeSiO4及反应条件,结合化学反应中的元素守恒可知生成物还有H2O、CO2及CO,由此可写出反应的化学方程式。对比反应物FeC2O42H2O和生成物Li2FeSiO4可知反应前后Fe的化合价没有变化,且为2价,故在惰性气体氛围中进行的目的是防止2价铁被氧化。(4)铁作阳极,Fe发生氧化反应,电极反应为Fe2e=Fe2,然后发生离子反应:Fe2LiH2PO=LiFePO42H。答案:(
12、1)6LiN22Li3N(2)LiNH211.4(3)Li2CO3FeC2O42H2OSiO2Li2FeSiO4CO2CO22H2O防止二价铁被氧化(4)FeH2POLi2e=LiFePO42H(或Fe2e=Fe2)9.氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。右图为电池示意图,该电池电极表面镀一层细小的铂粉,铂吸附气体的能力强,性质稳定。(1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是_,在导线中电子流动方向为_(用a、b和箭头表示)。(2)负极反应式为_。(3)电极表面镀铂粉的原因为_。(4)氢气的制备和存储是氢氧燃料电池能否有效推广的关键技术。有人提出利用光伏发电装置电解尿素的碱性溶液来制备氢
13、气。光伏发电是当今世界利用太阳能最主要方式之一。图1为光伏并网发电装置,图2为电解尿素CO(NH2)2(C为4价)的碱性溶液制氢的装置示意图(电解池中隔膜仅阻止气体通过,阴、阳极均为惰性电极)。图1中N型半导体为_(填“正极”或“负极”)该系统工作时,A极的电极反应式为_。若A极产生7.00 g N2,则此时B极产生_L H2(标准状况下)。解析:(1)氢氧燃料电池属于原电池,是将化学能转化为电能的装置,所以该燃料电池中能量主要转化形式是化学能转化为电能;燃料电池中,通入燃料的电极是负极、通入氧化剂的电极是正极,电子从负极沿导线流向正极,所以通入氢气的电极是负极、通入氧气的电极是正极,电子流动
14、方向为a到b。(2)碱性氢氧燃料电池中,负极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水,电极反应式为H22e2OH=2H2O。(3)反应物接触面积越大,反应速率越快,电极表面镀铂粉能增大反应物的接触面积,所以能增大反应速度。(4)该电池反应时中,氮元素化合价由3价变为0价,H元素化合价由1价变为0价,则氮元素被氧化,氢元素被还原,所以生成氮气的电极A是阳极,生成氢气的电极B是阴极,则图1中N型半导体为负极,P型半导体为正极;A极为阳极,电极反应式为:CO(NH2)28OH6e=CON26H2O。若A极产生7.00 g即0.25 mol N2,则转移电子是1.5 mol,此时B极产生氢气,B电极反应为:
15、2H2O2e=H22OH,转移1.5 mol电子,产生氢气的体积是:22.4 Lmol116.8 L。答案:(1)化学能转化为电能ab(2)H22e2OH=2H2O(或2H24e4OH=4H2O)(3)增大电极单位面积吸附H2和O2的分子数,加快电极反应速率(4)负极CO(NH2)28OH6e=CON26H2O16.810(2016天津卷)氢能是发展中的新能源,它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节。回答下列问题:(1)与汽油相比,氢气作为燃料的优点是_(至少答出两点)。但是氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池,写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式:_。(2)化工生产的副产氢也是氢气的来源。电
16、解法制取有广泛用途的Na2FeO4,同时获得氢气:Fe2H2O2OHFeO3H2,工作原理如图1所示。装置通电后,铁电极附近生成紫红色FeO,镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高,铁电极区会产生红褐色物质。已知:Na2FeO4只在强碱性条件下稳定,易被H2还原。 图1图2电解一段时间后,c(OH)降低的区域在_(填“阴极室”或“阳极室”)。电解过程中,须将阴极产生的气体及时排出,其原因是_。c(Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2,任选M、N两点中的一点,分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因:_。解析:(1)汽油是不可再生的能源,燃烧会产生CO、氮的氧化物和硫的氧化物等污染
17、性气体,而氢气燃烧的产物是水,故其优点有:污染小、可再生、来源广、资源丰富和燃烧热值高等。碱性氢氧燃料电池的负极反应式为H22OH2e=2H2O。(2)根据电解总反应:Fe2H2O2OHFeO3H2,结合阳极发生氧化反应知,阳极反应式为Fe6e8OH=FeO4H2O,结合阴极发生还原反应知,阴极反应式为2H2O2e=2OHH2,则阳极室消耗OH且无补充,故c(OH)降低。结合题给信息“Na2FeO4易被氢气还原”知,阴极产生的氢气不能接触到Na2FeO4,故需及时排出。图示中随着c(NaOH)增大,c(Na2FeO4)先增大后减小,结合已知信息“Na2FeO4只在强碱性条件下稳定”知,M点c(
18、Na2FeO4)低的原因是c(OH)低,反应速率小且Na2FeO4稳定性差。结合已知信息“若氢氧化钠溶液浓度过高,铁电极区会产生红褐色物质”知,N点c(Na2FeO4)低的原因是c(OH)过高,铁电极上产生Fe(OH)3或Fe2O3,使Na2FeO4产率降低。答案:(1)污染小、可再生、来源广、资源丰富、燃烧热值高(任写其中2条)H22OH2e=2H2O(2)阳极室防止Na2FeO4与H2反应使产率降低M点:c(OH)低,Na2FeO4稳定性差,且反应慢;N点:c(OH)过高,铁电极上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成,使Na2FeO4产率降低(任写其中1条)11(1)酸性锌锰干电池是一种一
19、次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。该电池的正极反应式为_。电池反应的离子方程式为_。(2)二甲醚(CH3OCH3)是无色气体,可作为一种新型能源。二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点,其能量密度高于甲醇直接燃料电池。若电解质为酸性,二甲醚直接燃料电池的负极反应为_,一个二甲醚分子经过电化学氧化,可以产生_个电子的电量。(3)新型固体燃料电池的电解质是固体氧化锆和氧化钇,高温下允许氧离子(O2)在其间通过。如图所示,其中多孔电极不参与电极反应。该电池的负极反应式为_。如果用该电池作为电解装置,当有16 g甲醇发生反应时,则理论上提供的电量表达式为_C(1个电子的电量为1.61019 C)。答案:(1)MnO2He=MnOOH2MnO2Zn2H=2MnOOHZn2注:式中Zn2可写为Zn(NH3)、Zn(NH3)2Cl2等,H可写为NH(2)CH3OCH312e3H2O=2CO212H12(3)CH3OH6e3O2=CO22H2O0.5 mol61.61019C6.021023mol1(或2.890105) 8
限制150内