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2016年高考+联考化学试题分项解析:专题10《 电化学及其应用》(解析版)

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专题十   电化学及其应用
 
 

1
	实验一	实验二		装置				现象	a、d处试纸变蓝;b处变红,局部褪色;c处无明显变化	两个石墨电极附近有气泡产生;n处有气泡产生;……		下列对实验现象的解释或推测不合理的是(   )
A.a、d处:2H2O+2e-=H2↑+2OH-
B.b处:2Cl--2e-=Cl2↑
C.c处发生了反应:Fe-2e-=Fe2+
D.根据实验一的原理,实验二中m处能析出铜
【答案】B
 
【考点定位】本题主要是考查电解原理的应用
【名师点睛】化学反应主要是物质变化,同时也伴随着能量变化。电化学是化学能与电能转化关系的化学。电解池是把电能转化为化学能的装置,它可以使不能自发进行的化学借助于电流而发生。与外接电源正极连接的电极为阳极,与外接电源的负极连接的电极为阴极。阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应。若阳极是活性电极(除Au、Pt、C之外的电极),则电极本身失去电子,发生氧化反应;若是惰性电极(Au、Pt、C等电极),则是溶液中的阴离子放电,放电的先后顺序是S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子,阴极则是溶液中的阳离子放电,放电顺序是Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+,与金属活动性顺序刚好相反。因此掌握电解池反应原理是本题解答的关键。注意依据实验现象分析可能发生的电极反应。
2.【2016年高考海南卷】某电池以K2FeO4和Zn为电极材料,KOH溶液为电解溶质溶液。下列说法正确的是(   )
A.Zn为电池的负极
B.正极反应式为2FeO42−+ 10H++6e−=Fe2O3+5H2O
C.该电池放电过程中电解质溶液浓度不变
D.电池工作时向负极迁移
【答案】AD
考点:考查原电池原理及化学电源
【名师点睛】原电池原理是建立在氧化还原和电解质溶液基础上,借助氧化还原反应实现化学能与电能的相互转化,是高考命题重点,题目主要以选择题为主,主要围绕原电池的工作原理、电池电极反应的书写与判断、新型电池的开发与应用等进行命题。 
3.【2016年高考上海卷】图1是铜锌原电池示意图。图2中,x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量,y轴表示(   )
 
A.铜棒的质量      B.c(Zn2+)
C.c(H+)           D.c(SO42-)
【答案】C
【考点定位】考查原电池基本原理和溶液中离子浓度变化。
【名师点睛】原电池原理无论在工业生产、日常生活和科学研究领域都有着重要用途,尤其在金属的腐蚀与防护、新能源的开发和利用方面有着不可替代的作用,因此也是历年高考必考知识点之一。无论题型如何变化,如果把握原电池的工作原理、电极反应式和电池总反应方程式问题都会迎刃而解。在原电池中,一般活泼金属做负极、失去电子、发生氧化反应(金属被氧化)、逐渐溶解(或质量减轻);不活泼金属(或导电的非金属)做正极、发生还原反应、有金属析出(质量增加)或有气体放出;电子从负极流出经过外电路流回正极,电流方向正好相反;溶液中离子浓度变化及移动方向由电极反应决定。
4.【2016年高考四川卷】某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池。放电时电池的总反应为:Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+ C6(x<1)。下列关于该电池的说法不正确的是(   )
A.放电时,Li+在电解质中由负极向正极迁移
B.放电时,负极的电极反应式为LixC6-xe-= xLi++ C6
C.充电时,若转移1mole-,石墨C6电极将增重7xg
D.充电时,阳极的电极反应式为LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+Li+
【答案】C
【解析】
试题分析:A、放电时,阳离子向正极移动,故正确;B、放电时,负极失去电子,故正确;C、充电时,若转移1mol电子,则石墨电极上溶解1/xmol C6,电极质量减少,故错误;D、充电时阳极失去电子,为原电池的正极的逆反应,故正确。
【考点定位】考查电化学原理的应用,化学电源。
【名师点睛】电化学问题分析思路:首先要根据题给信息和装置确定考查的是原电池和电解池,然后根据反应类型、电子和电流方向、电解质中的离子流向、电极材料和实验现象等确定装置的两极,结合电极材料和离子种类、放电顺序确定放电的微粒,结合溶液的酸碱性、反应物和生成物结合原子守恒和电荷守恒确定电极反应式,进一步确定总反应进行作答。涉及电化学计算要紧抓电子守恒,涉及酸碱性分析要根据电极反应分析电极周围的pH变化,根据总反应分析整个过程中的pH变化。
5.【2016年高考新课标Ⅰ卷】三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和SO42-可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
 
下列叙述正确的是(     )
A.通电后中间隔室的SO42-离子向正极迁移,正极区溶液pH增大
B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C.负极反应为2 H2O–4e–=O2+4H+,负极区溶液pH降低
D.当电路中通过1mol电子的电量时,会有0.5mol的O2生成
【答案】B
【考点定位】考查电解原理的应用的知识。
【名师点睛】化学反应主要是物质变化,同时也伴随着能量变化。电化学是化学能与电能转化关系的化学。电解池是把电能转化为化学能的装置,它可以使不能自发进行的化学借助于电流而发生。与外接电源正极连接的电极为阳极,与外接电源的负极连接的电极为阴极。阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应。若阳极是活性电极(除Au、Pt、C之外的电极),则电极本身失去电子,发生氧化反应;若是惰性电极(Au、Pt、C等电极),则是溶液中的阴离子放电,放电的先后顺序是S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子,阴极则是溶液中的阳离子放电,放电顺序是Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+,与金属活动性顺序刚好相反。溶液中的离子移方向符合:同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引的原则,即阳离子向阴极区移动,阴离子向阳极区移动。掌握电解池反应原理是本题解答的关键。本题难度适中。
6.【2016年高考新课标Ⅱ卷】Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是(   )
A.负极反应式为Mg-2e-=Mg2+
B.正极反应式为Ag++e-=Ag
C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移
D.负极会发生副反应Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑
【答案】B
 
【考点定位】考查原电池的工作原理。
【名师点睛】本题以Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池为载体,考查原电池电极反应式的书写,离子的迁移方向等知识。化学电源是高考中的热点,也是难点,学生要结合原电池的知识来推断试题给出的化学电源的工作原理,然后结合化合价的变化判断正、负极。
7.【2016年高考新课标Ⅲ卷】锌–空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,反应为2Zn+O2+4OH–+2H2O===2Zn(OH)。下列说法正确的是(   )
A.充电时,电解质溶液中K+向阳极移动
B.充电时,电解质溶液中逐渐减小
C.放电时,负极反应为:Zn+4OH–-2e–===Zn(OH)
D.放电时,电路中通过2mol电子,消耗氧气22.4L(标准状况)
【答案】C
 
【考点定位】考查原电池和电解池的工作原理
【名师点睛】本题考查原电池的工作原理和电解池工作原理,这是两个装置的重点,也是新电池的考查点,需要熟记,同时考查对知识的灵活运用;电极反应式的书写是电化学中必考的一项内容,一般先写出还原剂(氧化剂)和氧化产物(还原产物),然后标出电子转移的数目,最后根据原子守恒和电荷守恒完成缺项部分和配平反应方程式,作为原电池,正极反应式为:O2+2H2O+4e-=4OH-,负极电极反应式为:Zn+4OH--2e-=Zn(OH)42-;充电是电解池,阳离子在阴极上放电,阴离子在阳极上放电,即阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,对可充电池来说,充电时原电池的正极接电源正极,原电池的负极接电源的负极,不能接反,否则发生危险或电极互换,电极反应式是原电池电极反应式的逆过程;涉及到气体体积,首先看一下有没有标准状况,如果有,进行计算,如果没有必然是错误选项。掌握原电池和电解池反应原理是本题解答的关键。本题难度适中。
8.【2016年高考浙江卷】金属(M)–空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点,有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为:4M+nO2+2nH2O=4M(OH) n。已知:电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是(   )
 
A.采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面
B.比较Mg、Al、Zn三种金属–空气电池,Al–空气电池的理论比能量最高
C.M–空气电池放电过程的正极反应式:4Mn++nO2+2nH2O+4ne–=4M(OH)n
D.在M–空气电池中,为防止负极区沉积Mg(OH)2,宜采用中性电解质及阳离子交换膜
【答案】C
【解析】
试题分析:A、多孔电极可以增加氧气与电极的接触,使氧气充分反应,故正确;B、24克镁失去2摩尔电子,27克铝失去3摩尔电子,65克锌失去2摩尔电子,所以铝-空气电池的理论比能量最高,故正确;C、根据题给放电的总反应4M+nO2+2nH2O=4M(OH) n,氧气在正极得电子,由于有阴离子交换膜,正极反应式为O2+2H2O+4e–=4OH-,故错误;D、负极是金属失去电子生成金属阳离子,因为镁离子或铝离子或锌离子都可以和氢氧根离子反应生成氢氧化物沉淀,说明应采用中性电解质或阳离子交换膜,防止正极产生的氢氧根过来反应,故正确。答案选C。
【考点定位】考查原电池的工作原理。
 
9.【2016年高考浙江卷】(15分)催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明,在Cu/ZnO催化剂存在下,CO2和H2可发生两个平衡反应,分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下:
CO2(g)+3 H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-53.7kJ·mol-1   I
CO2(g)+ H2(g) CO(g)+H2O(g)ΔH2   II
某实验室控制CO2和H2初始投料比为1:2.2,经过相同反应时间测得如下实验数据:
 
【备注】Cat.1:Cu/ZnO纳米棒;Cat.2:Cu/ZnO纳米片;甲醇选择性:转化的CO2中生成甲醛的百分比
已知:①CO和H2的标准燃烧热分别为-283.0kJ·mol-1和-285.8kJ·mol-1
②H2O(l) H2O(g)  ΔH3=44.0kJ·mol-1
请回答(不考虑温度对ΔH的影响):
(5)研究证实,CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇,则生成甲醇的反应发生在  极,该电极反应式是              。
【答案】
(5)阴    CO2+6H++6e-==CH3OH+H2O
【考点定位】平衡常数,盖斯定律,平衡移动原理,催化剂的作用,电解池的工作原理和电极反应的书写
【名师点睛】掌握盖斯定律是分析和计算反应热常用的工具。根据方程式的加减确定反应热的加减。同时注意反应热的正负号。掌握平衡移动原理,注意只有浓度、温度和压强硬性平衡,注意催化剂的使用只能改变反应速率但不影响平衡,可以影响到达平衡的时间。当增大一种反应物的浓度时,平衡正向移动,另一种反应物的转化率会提高,但本身转化率会降低。本题考查了平衡常数和盖斯定律,平衡移动的影响因素,和催化剂对反应的影响,综合能力较强。
10.【2016年高考天津卷】(14分)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:____________。
(5)化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4,同时获得氢气:Fe+2H2O+2OH−FeO42−+3H2↑,工作原理如图1所示。装置通电后,铁电极附近生成紫红色的FeO42−,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。
        
①电解一段时间后,c(OH−)降低的区域在_______(填“阴极室”或“阳极室”)。
②电解过程中,须将阴极产生的气体及时排出,其原因是_______。
③c( 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:_____________。
【答案】
(1)污染小;可再生;来源广;资源丰富;燃烧热值高;H2+2OH--2e-=2H2O
(5)①阳极室
②防止Na2FeO4与H2反应使产率降低
③M点:c(OH-)低,Na2FeO4稳定性差,且反应慢(或N点:c(OH-)过高,铁电极上有氢氧化铁生成,使Na2FeO4产率降低)。
 
②氢气具有还原性,根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定,易被H2还原。电解过程中,须将阴极产生的气体及时排出,防止Na2FeO4与H2反应使产率降低,故答案为:防止Na2FeO4与H2反应使产率降低;
③根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定,在M点,c(OH-)低,Na2FeO4稳定性差,且反应慢,在N点:c(OH-)过高,铁电极上有氢氧化铁生成,使Na2FeO4产率降低,故答案为:M点:c(OH-)低,Na2FeO4稳定性差,且反应慢(或N点:c(OH-)过高,铁电极上有氢氧化铁生成,使Na2FeO4产率降低)。
【考点定位】考查化学反应中的能量变化、电解原理及其应用
【名师点晴】本题考查的知识点较多,以氢气利用为线索考查了化学反应中的能量变化、电解原理及其应用、化学平衡的移动及其影响因素等相关知识。在书写燃料电池电极反应时,要注意掌握一般的书写方法:①电极反应是一种离子反应,遵循书写离子反应的所有规则;②将两极反应的电子得失数配平后,相加得到总反应,总反应减去一极反应即得到另一极反应;③负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物,与溶液的酸碱性有关(如+4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在,在碱性溶液中以CO32-形式存在);④溶液中不存在O2-:在酸性溶液中它与H+结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与水结合成OH-。本题的易错点和难点是c(Na2FeO4)低于最高值的原因分析。分析时,要注意从题目中寻找线索并结合反应的特征分析。
 

11.【2016届北京朝阳一模】某同学做如下实验:
 
下列说法正确的是(    )
A.“电流计指针未发生偏转”,说明铁片Ⅰ、铁片Ⅱ均未被腐蚀
B.用K3[Fe(CN)3]溶液检验铁片Ⅲ、Ⅳ附近溶液,可判断电池的正、负极
C.铁片Ⅰ、Ⅲ所处的电解质溶液浓度相同,二者的腐蚀速率相等
D.铁片Ⅳ的电极反应式为Fe-3e-=Fe3+
【答案】B
 
考点:考查原电池反应原理及应用的知识。
12.【2016届北京延庆一模】微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是(   )
 
A.正极反应中有CO2生成
B.微生物促进了反应中电子的转移
C.质子通过交换膜从负极区移向正极区
D.电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O
A
 
考点:考查原电池的工作原理。
13.【2016届成都二诊】研究人员发现了一种“水”电池,其总反应为:5MnO2 +2Ag+2NaCl  =Na2 Mn5O10 +2AgCl。如图用“水”电池为电源电解NaCI溶液的实验中,X电极上有无色气体逸出。下列有关分析正确的是(   )
 
A.I为负极,其电极反应式为Ag十Cl-+e-=AgCl
B.“水”电池内Na+不断向负极作定向移动
C.每转移1mole-,U型管中消耗0.5mol H2O
D.开始时U型管中Y极附近pH逐渐增大
【答案】A
【解析】
试题分析:A、X电极上有无色气体逸出,应为阴极,则I为负极,Ⅱ为正极,负极发生Ag十Cl-+e-=AgCl,故A正确;B、原电池工作时,阳离子向正极移动,故B错误;C、每转移1摩尔电子,生成0.5摩尔氢气,消耗1摩尔水,故C错误;D、Y为阳极,生成氯气,氯气与水反应显酸性,pH减小,故D错误。
考点: 原电池和电解池的工作原理
14.【2016届天津河东区二模】用右图装置研究电化学原理,下列分析中错误的是(   )
 
【答案】D
 
考点:原电池和电解池的工作原理
15.【2016届厦门一模】锂一空气电池是高能量密度的新型电池,结构如右图所示。下列说法正确的是(   )
 A.固体电解质只有Li+可通过
 B.电池反应为
 C.充电时,水性电解液的pH将升高
 D.放电时,若外电路有0. 1mol e -通过时,理论上将
消耗1.12 LO2(标准状况)
【答案】A
【解析】
试题分析:根据题给装置判断金属锂为电池的负极,电极反应式为Li-e-==Li+,多孔石墨为电池的正极,电极反应式为O2 + 2H2O + 4e- == 4OH-,电池反应为4Li+O2+2H2O==4LiOH。A、根据装置分析固体电解质只有Li+可通过,正确;B、电池反应为4Li+O2+2H2O==4LiOH ,错误;C、充电时,石墨电极与外加电源的正极相连,电极反应式为4OH- - 4e- ==O2↑ + 2H2O,水性电解液的pH将降低,错误;D、根据电极反应计算放电时,若外电路有0. 1mol e -通过时,理论上将消耗0.56 LO2(标准状况),错误。
考点:考查原电池原理的应用、化学电源。
16.【2016届 江西省五市八校第二次联考】 以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示.关于该电池的叙述不正确的是(  )
A.该电池能够在高温下工作
B.电池的负极反应为:C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+
C.放电过程中,质子(H+)从负极区向正极区迁移 
D.在电池反应中,每消耗1mol氧气,理论上能生成
标准状况下CO2气体22.4 L 
【答案】A
考点:考查原电池原理的应用,化学电源。
172016届苏州一模】铅蓄电池在现代生活中有广泛应用,其电极材料是Pb和PbO2,电解液是硫酸溶液。现用铅蓄电池电解硫酸钠溶液一段时间后,假设电解时温度不变且惰性电极,下列说法正确的是(   )
A.蓄电池放电时,每消耗0.1molPb,共生成0.1mol PbSO4 
B.电解硫酸钠溶液时的阳极反应式为:4OH--4e-=2H2O+O2↑ 
C.电解后,硫酸钠溶液中有晶体析出,但c(Na2SO4)会变小 
D.蓄电池放电一段时间后其电解液中H2SO4的浓度、密度都变大
【答案】B
【解析】
试题分析:A.负极:Pb-2e-+SO42-=PbSO4,正极:PbO2+2e-+4H++SO4=PbSO4+2H2O,蓄电池放电时,每消耗0.1molPb,转移电子物质的量为0.2mol,正负极生成硫酸铅共生成0.2mol PbSO4,故A错误;B.电解硫酸钠溶液实质是电解水,阳极反应式为:4OH--4e-=2H2O+O2↑,故B正确;C.电解饱和硫酸钠溶液后,饱和硫酸钠溶液中有晶体析出,但c(Na2SO4)不变,故C错误;D.蓄电池放电一段时间后,生成硫酸铅和水,其电解液中H2SO4的浓度变小、密度都变小,故D错误;故选B。
考点:考查原电池的工作原理,涉及电极反应,电子守恒应用,饱和溶液电解水后的浓度变化等。
18.【2016届江苏苏北四市一模】一种微生物燃料电池如右图所示,下列关于该电池的说法正确的是(   )
 
A.a电极发生还原反应
B.H+由右室通过质子交换膜进入左室
C.b电极反应式为2NO3-+10e-+12H+=N2↑+6H2O
D.电池工作时,电流由a电极沿导线流向b电极
【答案】C
考点:考查了化学电源新型电池的相关知识。
19.【2016届信阳、三门峡第一次联考】某充电宝锂离子电池的总反应为:xLi+Li1-xMn2O4 LiMn2O4,某手机镍氢电池总反应为:NiOOH+MH M+Ni(OH)2(M为储氢金属或合金),有关上述两种电池的说法不正确的是(  )
 
A.锂离子电池放电时Li+向正极迁移
B.镍氢电池放电时,正极的电极反应式:NiOOH+H2O+e-═Ni(OH)2+OH-
C.右图表示用锂离子电池给镍氢电池充电
D.锂离子电池充电时,阴极的电极反应式:LiMn2O4-xe-═Li1-xMn2O4+xLi+
【答案】C
【解析】
试题分析:A、锂离子电池放电时阳离子移向正极,所以Li+向正极迁移,故A正确;B、放电时,正极发生还原反应,方程式为NiOOH+e-+H2O=Ni(OH)2+OH-,故B正确;C、右图表示用锂离子电池为放电过程,而镍氢电池为充电过程,所以锂离子电池给镍氢电池充电,故C正确;D、锂离子电池充电时,阴极的电极反应式:Li++e-═Li,故D错误;故选D。
考点:考查了化学电源新型电池、原电池和电解池的工作原理的相关知识。
20.【2016届济南一模】最近报道了一种新型可逆电池,该电池的负极为金属铝,正极为石墨化合物Cn[AlCl4],电解质为R+(烃基取代咪唑阳离子)和[AlCl4]-阴离子组成的离子液体。电池放电时,在负极附近形成双核配合物[Al2Cl7]-。充放电过程中离子液体中的阳离子始终不变。下列说法中错误的是(   )
A.放电时,正极反应式为Cn[AlCl4]+e-=[AlCl4]-+ Cn
B.充电时,阴极反应式为4[Al2Cl7]—3e-= Al+7[AlCl4]-
C.放电过程中,负极每消耗1mol Al,导线中转移的电子数为3NA(NA为阿伏伽德罗常数的值)
D.充、放电过程中,R+的移动方向相反
【答案】B
 
考点:考查了原电池和电解池的工作原理的相关知识。


 














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