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專題能力訓(xùn)練4電化學(xué)基礎(chǔ)一、選擇題1.(2021山東卷)以KOH溶液為離子導(dǎo)體,分別組成CH3OH—O2、N2H4—O2、(CH3)2NNH2—O2清潔燃料電池,下列說(shuō)法正確的是()。A.放電過(guò)程中,K+均向負(fù)極移動(dòng)B.放電過(guò)程中,KOH的物質(zhì)的量均減小C.消耗等質(zhì)量燃料,(CH3)2NNH2—O2燃料電池的理論放電量最大D.消耗1molO2時(shí),理論上N2H4—O2燃料電池氣體產(chǎn)物的體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為11.2L2.(2022廣西柳州高三二模)在金屬氧化物電解池中,高溫下電解H2O-CO2的混合氣體制備H2和CO是一種新的能源利用方式,基本原理如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()。A.Y是電源的正極B.陽(yáng)極的電極反應(yīng)式是2O2--4e-↑C.總反應(yīng)可表示為H2O+CO2H2+CO+O2D.陰、陽(yáng)兩極生成的氣體的物質(zhì)的量之比是1∶23.利用膜技術(shù)原理和電化學(xué)原理制備少量硫酸和綠色硝化劑N2O5,裝置如圖所示,下列說(shuō)法正確的是()。A.電極b反應(yīng)式是O2+4e-+2H2O4OH-B.乙裝置d電極附近溶液的pH增大C.c電極上的電極反應(yīng)式為N2O4-2e-+H2ON2O5+2H+D.每轉(zhuǎn)移2mole-生成2molN2O5和1molH2SO44.海水中含有大量Na+、Cl-及少量Ca2+、Mg2+、SO42-,用電滲析法對(duì)該海水樣品進(jìn)行淡化處理,如下圖所示。下列說(shuō)法正確的是(A.b膜是陽(yáng)離子交換膜B.A極室產(chǎn)生氣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大小為pHA<pHB<pHCD.B極室產(chǎn)生的氣體可使?jié)駶?rùn)的碘化鉀淀粉試紙變藍(lán)5.電化學(xué)“大氣固碳”電池工作原理示意圖如圖所示。充電時(shí),利用催化劑的選擇性,陽(yáng)極電極反應(yīng)式為2Li2CO3-4e-2CO2+O2+4Li+。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()。A.放電時(shí),M電極的電勢(shì)比N電極的高B.放電時(shí),負(fù)極電極反應(yīng)式:3CO2+4e-+4Li+C+2Li2CO3C.充電時(shí),M電極接外電源負(fù)極,電解質(zhì)溶液可選含Li+的水溶液D.該電池每放電、充電一次,若均轉(zhuǎn)移2mol電子,理論上能固定標(biāo)準(zhǔn)狀況下11.2LCO2二、非選擇題6.化學(xué)在能源開(kāi)發(fā)與利用中起到十分關(guān)鍵的作用。甲烷是一種新型的綠色能源,又是一種重要的化工原料。甲烷燃料電池能量轉(zhuǎn)化率高,具有廣闊的發(fā)展前景,現(xiàn)用甲烷燃料電池進(jìn)行如圖實(shí)驗(yàn)(圖中所用電極均為惰性電極)。(1)電極b為極,溶液中OH-移向(填“a”或“b”)極。
(2)電極a處所發(fā)生的電極反應(yīng)式為:
。
(3)乙裝置中所發(fā)生的總反應(yīng)方程式為:
。
(4)若圖乙裝置中盛有100mL0.2mol·L-1AgNO3溶液,當(dāng)甲烷燃料電池中消耗氧氣56mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)時(shí),則此時(shí)圖乙裝置中溶液的pH=(溶液體積變化忽略不計(jì)),d極增重g。
7.(2022湖南邵陽(yáng)高三期中考試)鐵的腐蝕和防護(hù)與生產(chǎn)生活密切相關(guān)。Ⅰ.研究鐵的腐蝕實(shí)驗(yàn)步驟如下:步驟1:將鐵粉放置于0.002mol·L-1CuSO4溶液中浸泡,過(guò)濾后用水洗滌。步驟2:向15.00mL1mol·L-1NaCl溶液(用鹽酸調(diào)pH=1.78)中加入浸泡過(guò)的鐵粉。步驟3:采集溶液pH隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)。(1)第一階段,主要發(fā)生析氫腐蝕,Cu上發(fā)生的電極反應(yīng)為。
(2)第二、三階段主要發(fā)生吸氧腐蝕。①選取b點(diǎn)進(jìn)行分析,經(jīng)檢驗(yàn)溶液中含有Fe2+,寫(xiě)出Fe被腐蝕的總反應(yīng)。
②取b點(diǎn)溶液向其中滴加KSCN溶液無(wú)明顯現(xiàn)象,加入稀鹽酸后立即變紅。寫(xiě)出b點(diǎn)Fe2+被氧化的離子方程式。
③依據(jù)b點(diǎn)發(fā)生的反應(yīng),分析第二階段pH上升的原因是
。
Ⅱ.研究鐵的防護(hù)(3)在鐵表面鍍鋅可有效防止鐵被腐蝕已知:Zn2+放電的速率緩慢且平穩(wěn),有利于得到致密、細(xì)膩的鍍層。①鍍件Fe應(yīng)與電源的相連。
②向ZnSO4電解液中加入NaCN溶液,將Zn2+轉(zhuǎn)化為[Zn(CN)4]2-,電解得到的鍍層更加致密、細(xì)膩,原因是
。
(4)電鍍后的廢水中含有CN-,一種測(cè)定其含量的方法是:取廢水50mL,再加KI溶液1mL,用c0mol·L-1AgNO3溶液滴定,消耗AgNO3溶液V0mL。已知:Ag++2CN-[Ag(CN)2]-(無(wú)色)K=1.0×1021,Ag++I-AgIK=1.2×1016。①滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象是。
②廢水中CN-的含量是g·L-1(填計(jì)算式)。
8.人類活動(dòng)產(chǎn)生的CO2長(zhǎng)期積累會(huì)威脅生態(tài)環(huán)境,其減排問(wèn)題受到全世界的關(guān)注。(1)將煤燃燒產(chǎn)生的二氧化碳回收利用,可達(dá)到降低碳排放的目的。圖1是通過(guò)光電轉(zhuǎn)化原理以廉價(jià)原料制備新產(chǎn)品的示意圖。寫(xiě)出圖示轉(zhuǎn)化過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式:。連接催化劑a、b的導(dǎo)線上電子流動(dòng)方向是(填“a→b”或“b→a”)。
圖1(2)工業(yè)上常用高濃度的K2CO3溶液吸收CO2得KHCO3溶液,再利用電解法使K2CO3溶液再生,其裝置如圖2所示,在陽(yáng)極區(qū)附近發(fā)生的反應(yīng)包括和H++HCO3-CO2↑+H2O圖2
參考答案專題能力訓(xùn)練4電化學(xué)基礎(chǔ)1.C解析本題考查電池放電過(guò)程中的離子移動(dòng)方向及某些定量關(guān)系。電池放電過(guò)程中,陽(yáng)離子向電池正極移動(dòng),A項(xiàng)說(shuō)法錯(cuò)誤;放電過(guò)程中,N2H4—O2燃料電池的總反應(yīng)為N2H4+O2N2+2H2O,KOH的物質(zhì)的量不會(huì)減小,B項(xiàng)說(shuō)法錯(cuò)誤;由N2H4+O2N2+2H2O可知,消耗1molO2時(shí),理論上生成1molN2,其在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為22.4L,D項(xiàng)說(shuō)法錯(cuò)誤;三種燃料電池中發(fā)生的總反應(yīng)依次為:2CH3OH+3O2+4KOH2K2CO3+6H2O、N2H4+O2N2+2H2O、(CH3)2NNH2+4O2+4KOH2K2CO3+N2+6H2O,每轉(zhuǎn)移1mol電子,消耗三種燃料的質(zhì)量依次為5.33g、8g、3.75g,比較可知,消耗等質(zhì)量燃料,(CH3)2NNH2—O2燃料電池的理論放電量最大,C項(xiàng)說(shuō)法正確,符合題目要求。2.D解析由圖可知,產(chǎn)生H2和CO的電極上發(fā)生了還原反應(yīng),為電解池陰極,則X是電源的負(fù)極,Y為電源的正極,A項(xiàng)正確;金屬氧化物為電解質(zhì),則陽(yáng)極的反應(yīng)式為2O2--4e-O2↑,B項(xiàng)正確;由圖可知反應(yīng)物為水和二氧化碳,生成物為氫氣、一氧化碳和氧氣,則該電解池的總反應(yīng)可表示為H2O+CO2H2+CO+O2,C項(xiàng)正確;結(jié)合總反應(yīng)H2O+CO2H2+CO+O2可知,陰極每產(chǎn)生1molH2和1molCO的同時(shí)陽(yáng)極產(chǎn)生1molO2,則陰、陽(yáng)兩極生成的氣體的物質(zhì)的量之比是2∶1,D項(xiàng)錯(cuò)誤。3.D解析甲裝置為原電池,其中a電極為負(fù)極、b電極為正極,左側(cè)加入了硫酸,其中的H+可透過(guò)質(zhì)子膜進(jìn)入右側(cè)極室,所以右側(cè)極室是酸性的,所以電極反應(yīng)中不能生成OH-,而應(yīng)生成水:O2+4e-+4H+2H2O,A項(xiàng)錯(cuò)誤;乙裝置是一個(gè)電解池,均采用了惰性電極,左側(cè)為陽(yáng)極,右側(cè)d電極為陰極,其中盛放了硝酸水溶液,發(fā)生的反應(yīng)為2H++2e-H2↑,雖然消耗了H+,但同時(shí)有等量的H+從陽(yáng)極區(qū)遷移過(guò)來(lái),故溶液的pH不變,B項(xiàng)錯(cuò)誤;c電極為陽(yáng)極,發(fā)生氧化反應(yīng):N2O4-2e-+2HNO32N2O5+2H+,C項(xiàng)錯(cuò)誤;據(jù)C項(xiàng)的電極反應(yīng)式N2O4-2e-+2HNO32N2O5+2H+,可以看出轉(zhuǎn)移2mole-生成2molN2O5,根據(jù)甲裝置左側(cè)的電極反應(yīng)式:SO2-2e-+2H2O4H++SO42-,可知轉(zhuǎn)移2mole-生成1molH2SO4,D項(xiàng)正確。4.A解析因?yàn)殛帢O上是陽(yáng)離子反應(yīng),所以b膜為陽(yáng)離子交換膜,A項(xiàng)正確;A室氯離子在陽(yáng)極失電子產(chǎn)生氯氣,但不產(chǎn)生沉淀,B項(xiàng)錯(cuò)誤;淡化工作完成后,A室氯離子失電子產(chǎn)生氯氣,部分溶于水使溶液呈酸性,B室氫離子得電子產(chǎn)生氫氣,氫氧根離子濃度增大,溶液呈堿性,C室溶液呈中性,因此pH大小為pHA<pHC<pHB,C項(xiàng)錯(cuò)誤;B室氫離子得電子產(chǎn)生氫氣,不能使?jié)駶?rùn)的碘化鉀淀粉試紙變藍(lán),D項(xiàng)錯(cuò)誤。5.D解析放電時(shí)為原電池,M為負(fù)極,N為正極,正極電勢(shì)比負(fù)極電勢(shì)高,即N高于M,故A錯(cuò)誤;原電池的正極上CO2得電子生成C和Li2CO3,反應(yīng)式為3CO2+4Li++4e-C+2Li2CO3,故B錯(cuò)誤;充電時(shí)電極M為陰極,接外電源負(fù)極,但電極M為L(zhǎng)i電極,可與水發(fā)生反應(yīng),故不能用含Li+的水溶液作電解質(zhì)溶液,故C錯(cuò)誤;電池每放電一次轉(zhuǎn)移2mol電子就有0.5mol碳生成,充電一次且每轉(zhuǎn)移2mole-時(shí)生成0.5molO2,C+O2CO2,所以該電池每放、充2mol電子一次,理論上能固定0.5molCO2,標(biāo)準(zhǔn)狀況下為11.2LCO2,故D正確。6.答案(1)正a(2)CH4+10OH--8e-CO32-+7H(3)4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3(4)11.08解析(1)氧氣在b電極發(fā)生還原反應(yīng),b是正極;原電池中陰離子移向負(fù)極,故溶液中OH-移向a電極。(2)電極a上發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為CH4+10OH--8e-CO32-+7H2(3)用惰性電極電解硝酸銀溶液,發(fā)生的總反應(yīng)方程式為4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3。(4)消耗氧氣56mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)時(shí),轉(zhuǎn)移電子0.01mol,根據(jù)電子守恒,乙池生成n(H+)=0.01mol,c(H+)=0.1mol·L-1,pH=1;d電極生成0.01mol的銀,質(zhì)量為1.08g。7.答案(1)2H++2e-H2↑(2)①2Fe+O2+4H+2Fe2++2H2O②4Fe2++O2+10H2O4Fe(OH)3+8H+③相同時(shí)間內(nèi),鐵被氧化成Fe2+消耗H+的量大于Fe2+被氧化成Fe(OH)3產(chǎn)生H+的量(3)①負(fù)極②通過(guò)反應(yīng)Zn2++4CN-[Zn(CN)4]2-,c(Zn2+)降低,使得Zn2+放電速率減小,同時(shí)通過(guò)平衡的移動(dòng)補(bǔ)充放電消耗的Zn2+,使其濃度保持相對(duì)穩(wěn)定,達(dá)到放電速率平穩(wěn)的作用(4)①溶液中產(chǎn)生黃色沉淀,現(xiàn)象穩(wěn)定不變時(shí)達(dá)終點(diǎn)②26解析(1)由題意可知,第一階段鐵、銅在氯化鈉酸性溶液中構(gòu)成原電池發(fā)生析氫腐蝕,銅為原電池的正極,氫離子在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣,電極反應(yīng)式為2H++2e-H2↑。(2)①由題意可知,b點(diǎn)鐵、銅在氯化鈉溶液中構(gòu)成原電池發(fā)生吸氧腐蝕,總反應(yīng)為酸性條件下鐵、氧氣與氫離子反應(yīng)生成亞鐵離子和水,反應(yīng)的離子方程式為2Fe+O2+4H+2Fe2++2H2O;②由b點(diǎn)溶液中滴加硫氰化鉀溶液無(wú)明顯現(xiàn)象,加入稀鹽酸后立即變紅可知,鐵發(fā)生吸氧腐蝕生成的亞鐵離子在溶液中與空氣中的氧氣反應(yīng)生成氫氧化鐵膠體和氫離子,反應(yīng)的離子方程式為4Fe2++O2+10H2O4Fe(OH)3+8H+;③由b點(diǎn)鐵發(fā)生吸氧腐蝕生成亞鐵離子和溶液中亞鐵離子被氧化生成氫氧化鐵膠體的方程式可知,相同時(shí)間內(nèi),鐵被氧化生成亞鐵離子消耗氫離子的量大于亞鐵離子被氧化成氫氧化鐵膠體生成氫離子的量,導(dǎo)致溶液的pH增大。(3)①由電鍍的工作原理可知,電鍍時(shí),與直流電源正極相連的鋅作電鍍池的陽(yáng)極,與負(fù)極相連的鍍件鐵作陰極;②電鍍時(shí),向硫酸鋅電解液中加入氰化鈉溶液,溶液中存在如下平衡Zn2++4CN-[Zn(CN)4]2-,溶液中鋅離子濃度減小,使得鋅離子在陰極放電速率減小,同時(shí)通過(guò)平衡的移動(dòng)補(bǔ)充放電消耗的鋅離子,使其濃度保持相對(duì)穩(wěn)定,達(dá)到放電速率平穩(wěn)的作用,使得陰極的鍍層更加致密、細(xì)膩。(4)①由平衡常數(shù)的大小可知,碘化鉀為滴定的指示劑,當(dāng)銀離子與氰酸根離子完全反應(yīng)時(shí),滴入最后一滴硝酸銀溶液,溶液中產(chǎn)生黃色沉淀,且沉淀不溶解時(shí)說(shuō)明滴定達(dá)到終點(diǎn);②由終點(diǎn)時(shí)滴定消耗V0mLc0
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