高考化学二轮专题复习专题八 电化学原理(含答案解析)

专题八电化学原理

(时间：30分钟类型：(7＋4)专项训练)

一、6分选择题专项训练

(一)低档题

1．下列有关电池的说法不正确的是()。

A．手机上用的锂离子电池属于二次电池

B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极

C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能

D．锌锰干电池中，锌电极是负极

解析锂离子电池可以充电再次使用，属于二次电池，A项正确；铜锌原电池中铜为正极，故电流从铜流向锌，而电子是沿外电路由锌流向铜，B项错；电池的实质即是将化学能转化成电能，C正确；Zn失去电子生成Zn2＋，故作为负极，D项正确。

答案 B

2．下列叙述中不正确的是()。

A．电解池的阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应

B．原电池的正极上发生氧化反应，负极上发生还原反应

C．电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化反应

D．用原电池作电源进行电解时，电子从原电池负极流向电解池阴极

答案 B

溶液可以构成原电池

3．用铁丝(电极a)、铜丝(电极b)和CuSO

或电解池，如图所示。则下列说法正确的是()。

A．构成原电池时b极反应为Cu－2e－===Cu2＋

B．构成电解池时a极质量一定减少

C．构成电解池时b极质量可能减少也可能增加

D．构成的原电池或电解池工作后可能产生大量气体

解析构成原电池时b极作正极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，A错；构成电解池时a

和b 的质量都是可能减少也可能增加，B 错误，C 正确；无论构成原电池还是电解池，工作时都不可能产生大量气体，D 错误。

答案 C

(二)中档题

4．(2012·北京理综，12)人工光合作用能够借助太阳能，用CO 2和H 2O 制备化学原料。下

图是通过人工光合作用制备HCOOH 的原理示意图，下列说法不正确的是 ( )。

A ．该过程是将太阳能转化为化学能的过程

B ．催化剂a 表面发生氧化反应，有O 2产生

C ．催化剂a 附近酸性减弱，催化剂b 附近酸性增强

D ．催化剂b 表面的反应是CO 2＋2H ＋＋2e －

===HCOOH

解析 首先标化合价，看价变化，C ＋4O 2―→HC ＋2OOH ，CO 2中C 的化合价降低，得电子，由图示装置中电子转移的方向可知催化剂a 表面发生失电子的反应，催化剂b 表面发生得电子的反应，所以在催化剂b 表面发生的电极反应为CO 2＋2H ＋＋2e －

===HCOOH ；在a 表面H 2O 失电子生成O 2，电极反应为2H 2O －4e －===4H ＋＋O 2↑，由电极反应式可知a 极附近酸性增强，b 极附近酸性减弱，C 错误。

答案 C

5．(2013·金华联考)下列说法正确的是 ( )。

A．用甲装置电解精炼镁

B．用乙装置验证试管中铁丝发生析氢腐蚀

C．用丙装置构成铜锌原电池

D．用丁装置利用电冶金法制铝

解析Mg2＋和Al3＋在溶液中不放电，选项A和D错。丙装置中两种电解液互换才能构成铜锌原电池，C错。

答案 B

6．体积为1 L的某溶液中含有的离子如表所示：

离子Cu Al NO3

物质的量浓度

1 1 a

mol·L－1）

用Pt电极电解该溶液，当电路中有3 mol电子通过时(忽略电解时溶液体积的变化及电解产物可能存在的溶解现象)，下列说法正确的是

()。

A．电解后溶液的pH＝0 B．a＝3

C．阳极生成1.5 mol Cl2D．阴极析出的金属是铜与铝

解析根据离子的放电顺序及得失电子守恒知，先电解0.5 mol CuCl2，生成0.5 mol Cu 和0.5 mol Cl2，然后电解0.5 mol Cu(NO3)2，生成0.5 mol Cu和0.25 mol O2、1 mol H＋，再电解Al(NO3)3溶液(即电解水)，溶液中c(H＋)＝1 mol·L－1，故A正确，D错误。阳极上Cl－放电只产生0.5 mol Cl2，C错误。由电荷守恒可知a＝4，B错误。

答案 A

7．(2013·温州市十校联合体联考)将KCl和CuSO4两种溶液等

体积混合后，用石墨电极进行电解，电解过程中，溶液pH

随时间t变化的曲线如图所示，则下列说法正确的是

()。

A．整个过程中两电极反应2Cl－－2e－===Cl2↑、2H＋＋

2e－===H2↑不可能同时发生

B．电解至c点时，往电解液中加入适量CuCl2固体，即可使电解液恢复至原来的浓度C．ab段表示电解过程中H＋被还原，pH上升

D．原混合溶液中KCl和CuSO4的浓度之比恰好为2∶1

解析图像分为三段，因此整个电解过程也有三个阶段，第一个阶段相当于电解CuCl2溶液，CuCl2水解呈酸性，随着电解的进行，浓度减小，酸性减弱，pH上升，选项C错。

若原混合溶液中KCl和CuSO4的浓度之比恰好为2∶1，则达b点时CuCl2消耗完，接着只电解水，则与图像不符，D错。根据b→c溶液的pH明显下降，说明b点时Cl－已耗完，而Cu2＋过量，Cu2＋和水电离的OH－放电；c→d溶液的pH继续下降，但与bc段曲线的斜率不同，说明此时Cu2＋已消耗完，为电解水，可判断B错，A正确。

答案 A

二、Ⅱ卷15分填空题专项训练

(一)低档题

8．(15分)甲烷作为一种新能源在化学领域应用广泛，请回答下列问题。

(1)高炉冶铁过程中，甲烷在催化反应室中产生水煤气(CO和H2)还原氧化铁，有关反应

为：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)ΔH＝260 kJ·mol－1

已知：2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)

ΔH＝－566 kJ·mol－1。

则CH4与O2反应生成CO和H2的热化学方程式为

________________________________________________________________________。

(2)如下图所示，装置Ⅰ为甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)，通过装置Ⅱ实现铁棒

上镀铜。

① a 处应通入________(填“CH 4”或“O 2”)，b 处电极上发生的电极反应式是__________

______________________________________________________________。

②电镀结束后，装置Ⅰ中溶液的pH________(填写“变大”“变小”或“不变”，下同)，装置Ⅱ中Cu 2＋

的物质的量浓度________。 ③电镀结束后，装置Ⅰ溶液中的阴离子除了OH －

以外还含有________(忽略水解)。

④在此过程中若完全反应，装置Ⅱ中阴极质量变化12.8 g ，则装置Ⅰ中理论上消耗甲烷________L(标准状况下)。

解析 (1)根据盖斯定律，将第一个热化学方程式乘以2，与第二个相加得2CH 4(g)＋O 2(g)===2CO(g)＋4H 2(g) ΔH ＝－46 kJ·mol －1。 (2)由于Fe 棒上镀Cu ，则Cu 棒发生氧化反应，作阳极，b 电极作正极，a 电极作负极，CH 4在a 处通入，O 2在b 处通入，由于KOH 溶液作电解质溶液，则b 极反应式为O 2＋2H 2O ＋4e －===4OH －

，电镀过程中电解质溶液不参与电极反应，各离子浓度均不变；CH 4燃料电池中的化学方程式为CH 4＋2O 2＋2KOH===K 2CO 3＋3H 2O ，可得溶液中存在CO 2－3，再由电子守恒得CH 4～4Cu ，则12.8 g Cu 的物质的量为0.2 mol ，消耗CH 4为0.2 mol 4

＝0.05 mol ，在标准状况下的体积为0.05 mol ×22.4 L·mol －

1＝1.12 L 。 答案 (1)2CH 4(g)＋O 2(g)===2CO(g)＋4H 2(g)

ΔH ＝－46 kJ·mol －

1 (2)①CH 4 O 2＋2H 2O ＋4e －===4OH － ②变小 不变 ③CO 2－

3 ④1.12 (二)中档题

9．(15分)电解是最强有力的氧化还原手段，在化工生产中有着重要的应用。请回答下列问

题：

(1)以铜为阳极，以石墨为阴极，用NaCl 溶液作电解液进行电解，得到半导体材料Cu 2O 和一种清洁能源，则阳极反应式为_____________________________________________，阴极反应式为________。

(2)某同学设计如图所示的装置探究金属的腐蚀情况。下列判断合理的是____________(填序号)。

a ．②区铜片上有气泡产生

b ．③区铁片的电极反应式为2Cl －－2e －===Cl 2↑

c ．最先观察到变成红色的区域是②区

d ．②区和④区中铜片的质量均不发生变化

(3)最新研究发现，用隔膜电解法处理高浓度乙醛废水的工艺具有流程简单、能耗较低等优点，其原理是使乙醛分别在阴、阳极发生反应生成乙醇和乙酸，总反应式为2CH 3CHO ＋H 2O=====电解CH 3CH 2OH ＋CH 3COOH

实验室中，以一定浓度的乙醛－Na

2SO 4溶液为电解质

溶液，模拟乙醛废水的处理过程，其装置如图所示。

①若以甲烷碱性燃料电池为直流电源，则燃料电池中

b 极应通入__________(填化学式)，电极反应式为

____________________。电解过程中，阴极区Na 2SO 4

的物质的量________(填“增大”、“减小”或“不

变”)。

②在实际工艺处理中，阴极区乙醛的去除率可达

60%。若在两极区分别注入 1 m 3乙醛含量为 3 000 mg·L

－1的废水，可得到乙醇

________kg(计算结果保留小数点后一位)。

解析 (1)由于阳极材料为铜，所以铜本身失电子被氧化，由题意知氧化产物为Cu 2O ，可得阳极反应式为2Cu ＋H 2O －2e －===Cu 2O ＋2H ＋，阴极上阳离子放电，即溶液中H ＋被还原成清洁能源H 2。

(2)左半区是原电池装置，发生的是铁的吸氧腐蚀，负极(Fe)：Fe －2e －===Fe 2＋，正极(Cu)：O 2＋2H 2O ＋4e －===4OH －。右半区是电解装置，阳极(Fe)：Fe －2e －===Fe 2＋

，阴极(Cu)：2H ＋＋2e －

===H 2↑，由于电解引起腐蚀的速率远大于吸氧腐蚀的速率，因此最先观察到变成红色的区域是④区，故选项a 、b 、c 均错误。

(3)①根据电解液中阳离子的迁移方向，可知c为阳极，d为阴极，因此直流电源上a为

正极，通入O2，b为负极，通入CH4，在碱性条件下CH4的氧化产物为CO2－3，由此可写出此电极的电极反应式。在电解过程中，由于SO2－4没有参与放电，且阳离子交换膜不允许阴离子自由通过，因此根据质量守恒可得阴极区Na2SO4的物质的量不变。②阴极区发生还原反应，即CH3CHO转化成CH3CH2OH，设生成的乙醇为x kg，根据碳原子守恒可得关系式：

CH3CHO～CH3CH2OH

44 46

3 000×103÷106×60% x

解得x≈1.9。

答案(1)2Cu＋H2O－2e－===Cu2O＋2H＋2H＋＋2e－===H2↑(2)d(3)①CH4CH4－8e＋＋10OH－===CO2－3＋7H2O不变②1.9

10．(15分)(2013·高考试题汇编)(1)[2013·四川理综，11(4)]以Al和NiO(OH)为电极，NaOH 溶液为电解液组成一种新型电池，放电时NiO(OH)转化为Ni(OH)2该电池反应的化学方程式是________。

(2)[2013·重庆理综，11(2)]化学在环境保护中起着十分重要的作用，催化反硝化学法和电

化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。电化学降解NO－3的原理如图所示。

①电源正极为__________(填A或B)，阴极反应式为________________________。

②若电解过程中转移了 2 mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差(Δm左－Δm右)为

__________克。

(3)[2013·广东理综，33(2)(3)]能量之间可相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为

化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效

率。限选材料：ZnSO 4(aq)，FeSO 4(aq)，CuSO 4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。

①完成原电池甲的装置示意图(见右图)，并作相应标注，要

求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。

②以铜片为电极之一，CuSO 4(aq)为电解质溶液，只在一个烧

杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极

__________。

③甲乙两种原电池可更有效地将化学能转化为电能的是

________，其原因是______________________________________________________。 ④根据牺牲阳极的阴极保护法原理，为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀，在所给的材料中应选__________作阳极。

解析 (1)该新型电池放电时，关键判断Al 的氧化产物。由于NaOH 溶液的存在，Al 被氧化生成NaAlO 2而不是Al(OH)3，故电池反应的化学方程式为：Al ＋3NiO(OH)＋NaOH ＋H 2O===NaAlO 2＋3Ni(OH)2。

(2)阴极：2NO －3＋6H 2O ＋10e －===N 2↑＋12OH －

阳极：10OH －－10e －===5H 2O ＋52

O 2↑ 在阳极区生成的H ＋通过质子交换膜到达阴极区，所以，当电子过程中转移10 mol e －时，

Δm 左＝52

mol ×32 g 〃mol －1＋10 g ＝90 g Δm 右＝28 g －10 g ＝18 g

所以当转移2 mol e －时，膜两侧电解液的质量变化差为90 g －18 g 5

＝14.4 g 。 (3)①根据题给条件和原电池的构成条件可得：

a ．若用Zn 、Cu 、CuSO 4(aq)、ZnSO 4(aq)组成原电池，Zn 作负极，Cu 作正极，Zn 插入到ZnSO 4(aq)中，Cu 插入到CuSO 4(aq)中。

b ．若用Fe 、Cu 、FeSO 4(aq)、CuSO 4(aq)组成原电池，Fe 作负极，Cu 作正极，Fe 插入到FeSO 4(aq)中，Cu 插入到CuSO 4(aq)中。

c ．注意，画图时要注意电极名称，电极材料，电解质溶液名称(或化学式)，并形成闭合回路。②由于金属活动性Zn ＞Fe ＞Cu ，锌片或铁片作负极，由于Zn 或Fe 直接与CuSO 4溶液接触，工作一段时间后，负极本身被腐蚀或氧化，失去金属光泽，质量减轻，蓝色变浅。③带有盐桥的甲原电池中负极没有和CuSO 4溶液直接接触，二者不会直接发生置

换反应，化学能不会转化为热能，几乎全部转化为电能；而原电池乙中的负极与CuSO4溶液直接接触，两者会发生置换反应，部分化学能转化为热能，化学能不可能全部转化为电能。④由牺牲阳极的阴极保护法可得，铁片作正极(阴极)时被保护，作负极(阳极)时被腐蚀，所以应选择比铁片更活泼的锌作负极(阳极)才能有效地保护铁不被腐蚀。

答案(1)Al＋3NiO(OH)＋NaOH＋H2O===NaAlO2＋3Ni(OH)2

(2)①A2NO－3＋6H2O＋10e－===N2↑＋12OH－

②14.4

(3)①(或其他合理答案)

②失去金属光泽，被腐蚀或氧化，溶液蓝色变浅

③甲在甲装置中，两个电极反应是在彼此隔离的条件下进行的，锌与Cu2＋不直接发生

反应，这样可以更彻底地将反应所释放的能量转化为电能④锌片

(三)高档题

11．(15分)(2013·台州调考)锌(Zinc)是第四“常见”的金属，仅次于铁、铝及铜，在现代工业中对于电池制造有不可磨灭的贡献。

Ⅰ.湿法炼锌

某种冶炼过程可用下图简略表示

(1)ZnS焙烧反应的化学方程式为______________________________________________。

(2)电解过程中析锌一极的电极反应式为_______________________________________。

(3)氧化锌像氧化铝一样，属于两性氧化物，则氧化锌与氢氧化钠反应的离子方程式为

________________________________________________________________________。 (已知：“锌酸”的化学式可写成H 2[Zn(OH)4])

Ⅱ.锌电池

用锌作负极的电池生活中随处可见，如锌锰干电池、锌锰碱性电池、锌空电池等。

(4)锌锰碱性电池，以二氧化锰为正极，锌粒为负极，氢氧化钾溶液为电解液。其具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。电池总反应式为Zn ＋2MnO 2＋2H 2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。

碱性电池中，负极锌由片状改变成粒状的优点是__________________________；正极反应式为______________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(5)新型锌空电池(如图)与锂电池相比，锌空气充电电池的储存

电量是它的三倍，成本是锂电池的一半，并且完全没有过热

爆炸的安全隐患。该电池的总反应为2Zn ＋O 2===2ZnO ，电解

质溶液为KOH 溶液，则负极的电极反应式为______________

___________。

若以该电池为电源，用惰性电极电解硝酸银溶液，为保证阴极有10.8 g 银析出，至少需要________L 空气(折算成标准状况)进入该电池。

解析 (2)析锌一极应是[Zn(NH 3)4]2＋

得到电子，还原为锌，同时释放出氨气。(4)碱性锌锰电池中，负极锌失电子生成锌离子，再与溶液中的氢氧根结合生成氢氧化锌，负极反应：Zn ＋2OH －－2e －===Zn(OH)2，正极反应：2MnO 2＋2H 2O ＋2e －===2MnO(OH)＋ 2OH －。(5)锌空电池的负极反应式为2Zn －4e －＋4OH －===2ZnO ＋2H 2O ，正极反应式为O 2＋4e －＋2H 2O===4OH －，用惰性电极电解硝酸银溶液的阴极反应式为Ag ＋＋e －===Ag ，

则有O 2～4e －～4Ag ，V (空气)＝10.8 g 108 g 〃mol －1×1

41

5

×22.4 L 〃mol －1＝2.8 L 。 答案 (1)2ZnS ＋3O 2=====焙烧

2SO 2＋2ZnO

(2)[Zn(NH 3)4]2＋＋2e －===Zn ＋4NH 3↑ (3)ZnO ＋2OH －＋H 2O===[Zn(OH)4]2－

(4)增大了负极的反应面积，提高了放电效率

2MnO 2＋2H 2O ＋2e －

===2MnO(OH)＋

2OH－

(5)Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O 2.8(2.7也可)