學(xué)生用書P231
(選擇題每小題4分)
題組一 新型化學(xué)電源
1.(2024·廣東2月大聯(lián)考)鈉離子電池的充放電過程是鈉離子在電池正極材料和負(fù)極材料之間來回脫嵌的過程,因此鈉離子電池被稱為“搖椅電池”,其工作原理如圖所示,電池總反應(yīng)式為Na1-xMnO2+NaxCnNaMnO2+nC。下列說法錯(cuò)誤的是( )
A.放電時(shí),電流從a極經(jīng)過用電器流向b極
B.放電時(shí),負(fù)極的電極反應(yīng)式為NaxCn-xe-nC+xNa+
C.充電時(shí),每轉(zhuǎn)移0.1 ml電子,a極的質(zhì)量減少2.3 g
D.充電時(shí),a極連接電源的負(fù)極
答案:D
解析:由總反應(yīng)式中放電時(shí)NaxCn到C的變化可知,C元素化合價(jià)升高,故b極是負(fù)極,電流從a極經(jīng)過用電器流向b極,A正確;放電時(shí),負(fù)極NaxCn失電子生成C,電極反應(yīng)式為NaxCn-xe-nC+xNa+,B正確;充電時(shí)a極的電極反應(yīng)式為NaMnO2-xe-Na1-xMnO2+xNa+,每轉(zhuǎn)移0.1 ml電子,a極減少0.1 ml Na+,質(zhì)量減少2.3 g,C正確;充電時(shí),a極作陽極,連接電源正極,D錯(cuò)誤。
2.(2024·上海卷)關(guān)于下述電化學(xué)反應(yīng)過程,描述正確的是( )
A.該裝置實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
B.電極b是負(fù)極
C.電子從電極a經(jīng)過負(fù)載到電極b再經(jīng)過水體回到電極a
D.每1 ml (CH2O)n參與反應(yīng)時(shí),轉(zhuǎn)移4 ml電子
答案:B
解析:本題為自發(fā)的氧化還原反應(yīng),故為原電池,原電池是一個(gè)由化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,A項(xiàng)錯(cuò)誤;電極a上NO3-化合價(jià)降低,發(fā)生還原反應(yīng)為正極,電極b上碳元素化合價(jià)升高發(fā)生氧化反應(yīng),為原電池的負(fù)極,B項(xiàng)正確;電子在外電路中由負(fù)極流向正極,電子不進(jìn)入水體,C項(xiàng)錯(cuò)誤;1 ml (CH2O)n被氧化后得到n ml CO2,可知轉(zhuǎn)移4n ml e-,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
3.(2024·廣東江門一模)釔穩(wěn)定氧化鋯濃差電池可用于測(cè)定待測(cè)環(huán)境中氧氣的含量,在冶金、能源等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。其原理是利用空氣與待測(cè)環(huán)境中氧氣的濃度差對(duì)電壓的影響,某工作狀態(tài)如圖所示。該電池工作時(shí),下列說法不正確的是( )
A.電極A為正極
B.O2-由電極A向電極B遷移
C.電極B發(fā)生的反應(yīng)為2O2--4e-O2↑
D.理論上,電解質(zhì)中O2-的總物質(zhì)的量會(huì)增加
答案:D
解析:由題給信息可知,空氣側(cè)的鉑電極為濃差電池的正極,氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氧負(fù)離子,A電極為正極,反應(yīng)式為O2+4e-2O2-,測(cè)量側(cè)的鉑電極B為負(fù)極,氧負(fù)離子在負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣,電極反應(yīng)式為2O2--4e-O2↑,相同壓強(qiáng)下,測(cè)量側(cè)氣體中氧氣含量越低,濃差電池的電勢(shì)差越大。由分析可知,空氣側(cè)的鉑電極為正極,A正確;陰離子向負(fù)極移動(dòng),O2-由電極A向電極B遷移,B正確;測(cè)量側(cè)的鉑電極B為負(fù)極,氧負(fù)離子在負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣,電極反應(yīng)式為2O2--4e-O2↑,C正確;結(jié)合得失電子守恒,理論上,電解質(zhì)中O2-的總物質(zhì)的量不變,D錯(cuò)誤。
4.(2024·廣東深圳一模)我國科學(xué)家設(shè)計(jì)了水/有機(jī)混合高能鋰硫電池,其工作原理如圖所示。下列說法正確的是( )
A.硫電極為負(fù)極
B.Cu2+通過陽離子交換膜向鋰電極方向遷移
C.硫電極上發(fā)生的反應(yīng)為2Cu2++S+4e-Cu2S
D.理論上,每消耗1 ml S,同時(shí)消耗2 ml Li
答案:C
解析:該裝置為原電池,硫電極為正極,電極反應(yīng)式為2Cu2++S+4e-Cu2S,鋰電極為負(fù)極,電極反應(yīng)式為Li-e-Li+,A錯(cuò)誤、C正確;原電池中陽離子向正極(硫電極)移動(dòng),B錯(cuò)誤;依據(jù)電子守恒可知,每消耗1 ml S,同時(shí)消耗4 ml Li,D錯(cuò)誤。
題組二 金屬腐蝕與防護(hù)
5.“北溪”天然氣管道至少泄漏8萬噸天然氣,近20年間甲烷的溫室效應(yīng)率是CO2的84倍。已知管道接口處有鋼鐵材料等,海水的pH約為8.0。設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值。下列有關(guān)敘述不正確的是( )
A.損壞的鋼鐵材料在海水中主要發(fā)生吸氧腐蝕
B.制造管道時(shí)表面涂層能起到抗腐蝕作用
C.w g鐵在海水中完全發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)轉(zhuǎn)移電子數(shù)一定為3w56×NA
D.修復(fù)管道時(shí)在鋼管表面鑲嵌鋅塊,這種方法叫犧牲陽極法
答案:C
解析:鋼鐵在弱堿性環(huán)境中主要發(fā)生吸氧腐蝕,A正確;表面涂層能防止鋼鐵管道和水、O2等物質(zhì)接觸,從而起到抗腐蝕作用,B正確;鋼鐵腐蝕時(shí)負(fù)極電極反應(yīng)式為Fe-2e-Fe2+,w g鐵在海水中完全發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2w56×NA,后續(xù)發(fā)生反應(yīng)4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,不屬于電化學(xué)腐蝕,C錯(cuò)誤;鋅比鐵活潑,在海水中構(gòu)成原電池,鋅為負(fù)極,鐵為正極,這種保護(hù)鋼鐵的方法叫犧牲陽極法,D正確。
6.(2024·廣東揭陽二模)某同學(xué)進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn):
下列說法正確的是( )
A.腐蝕過程中有H2生成
B.邊緣處紅色說明:Fe-3e-Fe3+
C.反應(yīng)后中心區(qū)域溶液的pH>7
D.反應(yīng)過程中化學(xué)能完全轉(zhuǎn)化為電能
答案:C
解析:根據(jù)題意分析可知,鐵皮發(fā)生吸氧腐蝕,沒有H2生成,A錯(cuò)誤;鐵片發(fā)生吸氧腐蝕,Fe電極反應(yīng)式為Fe-2e-Fe2+,邊緣處為紅色的原因是O2+2H2O+4e-4OH-,B錯(cuò)誤;鐵片發(fā)生吸氧腐蝕,反應(yīng)后中心區(qū)域溶液呈堿性,pH>7,C正確;鐵皮發(fā)生吸氧腐蝕的原理是發(fā)生原電池反應(yīng),但化學(xué)能不會(huì)完全轉(zhuǎn)化為電能,D錯(cuò)誤。
題組三 電解原理及應(yīng)用
7.(2023·北京卷)回收利用工業(yè)廢氣中的CO2和SO2,實(shí)驗(yàn)原理示意圖如下。
下列說法不正確的是( )
A.廢氣中SO2排放到大氣中會(huì)形成酸雨
B.裝置a中溶液顯堿性的原因是HCO3-的水解程度大于HCO3-的電離程度
C.裝置a中溶液的作用是吸收廢氣中的CO2和SO2
D.裝置b中的總反應(yīng)為SO32-+CO2+H2OHCOOH+SO42-
答案:C
解析:SO2是酸性氧化物,廢氣中SO2排放到空氣中會(huì)形成硫酸型酸雨,A正確;裝置a中溶液的溶質(zhì)為NaHCO3,溶液顯堿性,說明HCO3-的水解程度大于電離程度,B正確;裝置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2氣體,CO2與NaHCO3溶液不反應(yīng),不能吸收CO2,C錯(cuò)誤;由電解池陰極和陽極反應(yīng)式可知,裝置b中總反應(yīng)為SO32-+CO2+H2OHCOOH+SO42-,D正確。
8.(2024·廣東韶關(guān)一模)酸性廢水中的NH4+可在一定條件下利用硝酸鹽菌轉(zhuǎn)化為NO3-,再用如圖所示裝置除去NO3-,下列有關(guān)說法不正確的是( )
A.b端為鉛酸蓄電池的負(fù)極
B.該裝置電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
C.M為陽離子交換膜
D.電解池陰極的電極反應(yīng)式為2NO3-+6H2O+10e-N2↑+12OH-
答案:D
解析:硝酸根轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈶?yīng)該是在陰極上發(fā)生的,所以b是電源的負(fù)極,a是正極,A正確;圖示的電化學(xué)裝置屬于電解裝置,把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,B正確;若圖中為陰離子交換膜,只允許陰離子通過,則硝酸根離子會(huì)由右側(cè)區(qū)域向左側(cè)區(qū)域移動(dòng),影響去除硝酸根離子的效果。若為陽離子交換膜,只允許陽離子通過,陽極反應(yīng)為2H2O-4e-O2↑+4H+,則產(chǎn)生的氫離子及酸性廢水中氫離子會(huì)由左側(cè)區(qū)域向右側(cè)區(qū)域移動(dòng),參與陰極反應(yīng)而除去硝酸根離子和氫離子,達(dá)到使用目的,故圖中離子交換膜應(yīng)為陽離子交換膜,C正確;據(jù)分析Ag-Pt為陰極,Ag-Pt電極上NO3-得電子被還原為N2、電解質(zhì)溶液為酸性廢水,則陰極的電極反應(yīng)式為2NO3-+12H++10e-N2↑+6H2O,D錯(cuò)誤。
9.(2024·四川成都一模)我國科學(xué)家報(bào)道了機(jī)理如圖所示的電化學(xué)過程。下列說法正確的是( )
A.Ni-YSZ電極為負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng)
B.Ni電極上的電極反應(yīng)式為3CO2+4e-C+2CO32-
C.理論上,每有1 ml CO2與O2-結(jié)合,電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為4NA
D.該過程是將甲烷轉(zhuǎn)化成了二氧化碳,比甲烷燃燒更高效地利用了甲烷的化學(xué)能
答案:C
解析:由圖可知,Ni-YSZ電極上CH4→CO2,C元素化合價(jià)升高,電極反應(yīng)式為CH4+2O2--4e-CO2+2H2,為該電解池的陽極,發(fā)生氧化反應(yīng),A錯(cuò)誤;Ni電極C元素化合價(jià)降低得電子,故Ni電極為陰極,電極反應(yīng)式為CO32-+4e-C+3O2-,B錯(cuò)誤;Ni電極上每轉(zhuǎn)移4 ml電子會(huì)生成3 ml O2-,其中2 ml O2-用于參加陽極反應(yīng)生成CO2,另外1 ml O2-與生成的CO2結(jié)合成CO32-,故理論上,每有1 ml CO2與O2-結(jié)合,電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)為4NA,C正確;該過程是利用電解的條件,將甲烷分解成碳和氫氣,是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程,不是甲烷氧化提供能量的過程,D錯(cuò)誤。
題組四 交換膜在電化學(xué)中的應(yīng)用
10.(2024·廣東東莞中學(xué)、廣州二中等六校聯(lián)考)釩電池是化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn),該電池儲(chǔ)能大、壽命長,利用該電池電解含NH4NO3的廢水制備硝酸和氨水的原理如圖所示,a、b、c、d電極均為惰性電極。下列說法中正確的是( )
A.用釩電池處理廢水時(shí),a電極區(qū)溶液由藍(lán)色變成黃色
B.電勢(shì):a極高于c極
C.膜2為陰離子交換膜,p口流出液為HNO3
D.當(dāng)釩電池有2 ml H+通過質(zhì)子交換膜時(shí),可處理含80 g NH4NO3的廢水
答案:B
解析:釩電池放電時(shí),a電極上VO2+VO2+,發(fā)生得電子的還原反應(yīng),a電極為正極,b電極為負(fù)極,正極反應(yīng)式為VO2++2H++e-VO2++H2O,a電極區(qū)溶液由黃色變成藍(lán)色,A錯(cuò)誤;原電池中a為正極,電解池中c極為陰極,則電勢(shì):a極高于c極,B正確;右邊為電解池,電解含NH4NO3的廢水制備硝酸和氨水,c電極為陰極,d電極為陽極,陰極上H2O得電子生成H2和OH-,廢水中NH4+通過隔膜1進(jìn)入X區(qū),OH-與NH4+反應(yīng)生成NH3·H2O,陽極上H2O失電子生成O2和H+,廢水中NO3-通過隔膜2進(jìn)入Y區(qū),H+與NO3-結(jié)合為HNO3,隔膜1為陽離子交換膜,隔膜2為陰離子交換膜,故q口流出液為硝酸,C錯(cuò)誤;電解池中陽極反應(yīng)式為2H2O-4e-O2↑+4H+,陰極反應(yīng)式為2H2O+2e-H2↑+2OH-,當(dāng)左邊裝置中有2 ml H+通過質(zhì)子交換膜時(shí),處理NH4NO3的物質(zhì)的量為2 ml,所以其質(zhì)量為2 ml×80 g·ml-1=160 g,D錯(cuò)誤。操作
現(xiàn)象
取一塊打磨過的生鐵片,在其表面滴1滴含酚酞和K3[Fe(CN)6]的食鹽水
放置一段時(shí)間后,生鐵片上出現(xiàn)如圖所示“斑痕”。其邊緣處為紅色,中心區(qū)域?yàn)樗{(lán)色,在兩色環(huán)交界處出現(xiàn)鐵銹

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