- 电化学基础
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空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池(RFC),RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池.图为RFC工作原理示意图,有关说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A.当有0.1 mol电子转移时,a电极为原电池正极,电极反应为4H++4e-=2H2↑,产生1.12LH2,故A错误;
B.b电极为阳极失电子发生氧化反应:4OH--4e-=2H2O+O2↑,故B错误;
C.c电极上氧气得到发生还原反应,电极反应为O2+4H++4e-═2H2O,故C正确;
D.d为负极失电子发生氧化反应:2H2-4e-=4H+,B池中的H+可以通过隔膜进入A池,故D错误;
故选C.
用铜、银与硝酸银设计一个原电池,此电池的负极是:______,负极的电极反应式是:______总反应方程式为______.
正确答案
Cu
Cu-2 e-=Cu2+
Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+
解析
解:根据金属的活泼性判断,铜作负极,铜失去电子变成离子进入溶液,发生氧化反应,Cu-2 e-=Cu2+;银作正极,银离子得电子生成银单质,发生还原反应,2Ag++2 e-=2Ag;两个电极反应式相加即得总反应方程式,Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+.故答案为:Cu; Cu-2 e-=Cu2+;Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+
某学生为完成2HCl+2Ag═2AgCl+H2↑反应设计了如图所示的四个实验,你认为可行的实验的是( )
正确答案
解析
解:Ag不能和HCl自发的进行氧化还原反应,所以要使反应2HCl+2Ag═2AgCl+H2↑能进行,应该设计成电解池,Ag失电子发生氧化反应,所以Ag作阳极,氢离子得电子发生还原反应,所以电解质溶液中氢离子放电,则符合条件的是D,
故选D.
氢镍电池是一种碱性可充电电池,污染小,比能量较大.氢镍电池的总反应式是:H2+2NiO(OH)2Ni(OH)2.据此反应式判断,下列叙述中正确的是( )
正确答案
解析
解:A.放电时为原电池,氢气所在电极作负极,失电子化合价升高,故A错误;
B.充电时,镍元素化合价由+2价变为+3价,失电子化合价升高而被氧化,故B错误;
C.充电时,电池负极的电极反应式与原电池负极反应式相反,所以该电极反应式为2H2O+2e-═H2+2OH-,故C正确;
D.放电时,负极上氢气失电子发生氧化反应,电极反应式为H2+2OH--2e-=2H2O,氢氧根离子参加反应导致氢氧根离子浓度减小,溶液的pH减小,故D错误;
故选C.
下列情况下,能使反应Cu+Zn2+═Cu2++Zn发生的是( )
正确答案
解析
解:锌的活泼性大于铜,所以铜和锌离子不能自发的发生反应,要使该反应发生,则需要设计成电解池,且铜作阳极,
A.铜、碳和氯化锌溶液不能自发的发生氧化还原反应,所以不能构成原电池,则无法实现反应Cu+Zn2+═Cu2++Zn,故A错误;
B.铜、锌和潮湿的空气能构成原电池,锌易失电子发生氧化反应而作负极,铜作正极,所以不能实现反应Cu+Zn2+═Cu2++Zn,故B错误;
C.用锌片作电解池阴阳极电解硫酸铜溶液,阳极上锌失电子发生氧化反应,所以不能实现反应Cu+Zn2+═Cu2++Zn,故C错误;
D.用铜片作电解池阴阳极电解硫酸锌溶液,阳极上铜失电子发生氧化反应,溶液中锌离子浓度远远大于氢离子浓度,所以锌离子优先放电生成锌,所以能实现该反应,故D正确;
故选D.
如图装置所示,C、D、E、F、X、Y都是惰性电极,甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变),A、B为外接直流电源的两极.将直流电源接通后,F极附近呈红色.请回答下列问题:
(1)B极是电源的______;一段时间后,丁中X极附近的颜色逐渐变浅,Y极附近的颜色逐渐变深,这表明______,在电场作用下向Y极移动.
(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时,对应单质的物质的量之比为______.
(3)若将C电极换为铁,其他装置都不变,则甲中发生总反应的离子方程式是______.
(4)现用丙装置给铜件镀银,则H应该是______(填“镀层金属”或“镀件”).当乙中溶液的pH是13时(乙溶液体积为500mL,不考虑反应过程溶液体积变化),丙中镀件上析出银的质量为______g.
正确答案
负极
氢氧化铁胶体粒子带正电荷
1:2:2:2
Fe+Cu2+Cu+Fe2+
镀件
5.4
解析
解:将直流电源接通后,F极附近呈红色,说明F极显碱性,是氢离子在该电极放电,所以F即是阴极,可得出D、F、H、Y均为阴极,C、E、G、X均为阳极,A是电源的正极,B是负极;
(1)B电极是电源的负极,在A池中,电解硫酸铜的过程中,铜离子逐渐减少,导致溶液颜色变浅,Y极是阴极,该电极颜色逐渐变深,说明氢氧化铁胶体向该电极移动,异性电荷相互吸引,所以氢氧化铁胶体粒子带正电荷,故答案为:负极;氢氧化铁胶体粒子带正电荷;
(2)C、D、E、F电极发生的电极反应分别为:4OH-═O2↑+2H2O+4e-、Cu2++2e-═Cu、2Cl-═Cl2↑+2e-、2H++2e-═H2↑,当各电极转移电子均为1mol时,生成单质的量分别为:0.25mol、0.5mol、0.5mol、0.5mol,所以单质的物质的量之比为1:2:2:2,故答案为:1:2:2:2;
(3)C电极换为铁,则阳极铁失电子,阴极铜离子得电子,电解池反应为:Fe+Cu2+Cu+Fe2+,故答案为:Fe+Cu2+
Cu+Fe2+;
(4)电镀装置中,镀层金属必须做阳极,镀件做阴极,所以H应该是镀件,当乙中溶液的pH是13时(此时乙溶液体积为500mL)时,根据电极反应2H++2e-═H2↑,则放电的氢离子的物质的量为:0.1mol/l×0.5L=0.05mol,当转移0.05mol电子时,丙中镀件上析出银的质量=108g/mol×0.05mol=5.4g,故答案为:镀件;5.4.
能量是一个世界性的话题,如何充分利用能量、开发新能源,为人类服务是广大科技工作者不懈努力的目标.
(1)如图所示,组成一个原电池.
①当电解质溶液为稀硫酸时:Cu电极是______ (填“正”或“负”)极,其电极反应为______;
②当电解质溶液为浓硝酸时:Cu电极是______极,其电极反应为______.
(2)请写出用惰性电极电解硫酸铜溶液的总化学方程式______.
(3)燃烧氢气时耗氧量小,放出热量多.已知4g H2燃烧生成液态水时放热为571.6kJ,试写出表示H2燃烧热的热化学方程式为:______.
(4)将TiO2转化为TiCl4是工业冶炼金属钛的主要反应之一.已知:
TiO2(s)+2Cl2(g)═TiCl4(l)+O2(g)△H=+140.5kJ/mol
C(s,石墨)+O2(g)═CO(g)△H=-110.5kJ/mol
则反应TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s,石墨)═TiCl4(l)+2CO(g)的△H是______.
正确答案
正
2H++2e-=H2↑
负
Cu-2e-=Cu2+
2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4
H2(g)+O2(g)═H2O(l)△H=-285.6kJ•mol-1
-80.5kJ/mol
解析
解:(1)①当电解质溶液为稀硫酸时,铁易失电子作负极、Cu作正极,正极上氢离子放电,Cu电极上电极反应式为:2H++2e-=H2↑,故答案为:正;2H++2e-=H2↑;
②当电解质溶液为浓硝酸时,铁和浓硝酸发生钝化现象,所以铜易失电子作负极,负极上铜失电子生成铜离子,电极反应式为:Cu-2e-=Cu2+,故答案为:负;Cu-2e-=Cu2+;
(2)用惰性电极电解硫酸铜溶液时,阳极上氢氧根离子放电,阴极上铜离子放电,电池反应式为2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4,故答案为:2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4;
(3)4g H2的物质的量是2mol,4g H2燃烧生成液态水时放热为571.6kJ,则1mol燃烧生成液态水时放热为285.8kJ,则氢气的燃烧热化学方程式为H2(g)+O2(g)═H2O(l)△H=-285.6 kJ•mol-1,故答案为:H2(g)+
O2(g)═H2O(l)△H=-285.6 kJ•mol-1;
(4)①TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(l)+O2(g)△H=+140.5kJ/mol
②C(s,石墨)+O2(g)=CO(g)△H=-110.5kJ/mol
根据盖斯定律,①+②×2得TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s,石墨)=TiCl4(l)+2CO(g);△H=+140.5kJ/mol+(-110.5kJ/mol)×2=-80.5kJ/mol,
故答案为:-80.5kJ/mol.
在如图用石墨作电极的电解池中,放入500mL含一种溶质的某蓝色硫酸盐溶液进行电解,观察到A电极表面有红色的固态物质生成,B电极有无色气体生成.请回答下列问题:
(1)请写出B极板的名称:______ 电极反应式______
写出电解时反应的总离子方程式______
(2)若当溶液中的原有溶质完全电解后,停止电解,取出A电极,洗涤、干燥、称量、电极增重1.6g.电解后溶液的pH为______;要使电解后溶液恢复到电解前的状态,则需加入______,其质量为______g.(假设电解前后溶液的体积不变)
(3)若原溶液为1L K2SO4、CuSO4的混合溶液,且c(SO42-)=2.0mol/L;如图装置电解,当两极都收集到22.4L气体(标准状况)时,停止电解.则原溶液中的c(K+)=______.
正确答案
阳极
4OH--4e-=2H2O+O2↑
2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+
PH=1
CuO
2
2mol/L
解析
解:(1)电解硫酸盐时,溶液中氢氧根离子放电能力大于硫酸根离子,所以在阳极上析出氧气,根据实验现象判断,在阴极上析出铜,所以B极是阳极;阳极上氢氧根离子失电子生成水和氧气,电极反应式为 4OH--4e-=2H2O+O2↑;根据实验现象知,溶液中铜离子得电子变成铜单质析出,氢氧根离子失电子变成水和氧气,所以其电池反应式为
2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+;
故答案为:阳极; 4OH--4e-=2H2O+O2↑; 2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+.
(2)2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+
128g 4mol
1.6g 0.05mol
C(H + )=
所以pH=1;
根据电池反应式知,析出的物质是铜和氧气,要使电解后溶液恢复到电解前的状态,则需加入 CuO;
2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+
128g 32g
1.6g 0.4g
所以加入的质量=铜的质量+氧气的质量=1.6g+0.4g=2g
故答案为:pH=1;CuO;2.
(3)电解时阳极上析出氧气,阴极上析出氢气和铜,22.4L气体的物质的量为1mol,根据电解时阴阳极上得失电子守恒,列关系式为:n(H2)×2+n(Cu)×2=n(O2)×4,
1mol×2+n(Cu)×2=1mol×4,
n(Cu)=1mol
C(Cu 2+ )==1mol/L
根据溶液中阴阳离子的电荷守恒列关系式为:C(Cu 2+ )×2+c(K+)×1=c(SO42-)×2
所以c(K+)=2mol/L
故答案为:2mol/L.
如图是Zn和Cu形成的原电池,则下列结论中正确的是( )
①铜为阳极,锌为阴极;
②铜极上有气泡;
③SO42-向铜极移动;
④若有0.5mol电子流经导线,则可产生0.25mol气体;
⑤电子的流向是铜到锌;
⑥正极反应式:Cu+2e-═Cu2+.
正确答案
解析
解:①Cu-Zn-稀硫酸原电池放电时,较活泼的金属锌作负极,较不活泼的金属铜作正极,故错误;
②较不活泼的金属铜作正极,铜极上氢离子得电子生成氢气,冒气泡,故正确;
③溶液中阴离子向负极即向锌极移动,故错误;
④根据电极反应:2H++2e-=H2↑,若有0.5mol电子流经导线,则可产生0.25mol氢气(室温下),故正确;
⑤电子的流向是从负极到正极,即从锌极到铜极,故错误;
⑥正极得电子发生还原反应,反应式为:2H++2e-═H2↑,故错误.
故选B.
如图A、B两个装置,回答下列问题:
(1)A为______池,Pt1为______极.
(2)当电路中通过0.02mol电子时,A溶液质量变化为______g;
同时B中收集到标准状况下的气体224mL,则反应前B池中原混合溶液中Cu2+的浓度是______(设B中原混合液的体积为200mL).
正确答案
解:(1)A能自发的进行氧化还原反应,为原电池,锌为负极,铜为正极,则Pt1为阳极,故答案为:原电;阳;
(2)A中电池反应式为:Zn+Cu2+=Zn 2++Cu,设溶液质量变为为x,
Zn+Cu2+=Zn 2++Cu,溶液质量变化 转移电子
(65-64)g 2mol
x 0.02mol
(65-64)g:2mol=x:0.02mol
x==0.01g,
224mL气体的物质的量==0.01mol,
假设全部是氧气,则转移电子的物质的量=0.01mol×4=0.04mol>0.02mol,则该气体是氧气和氢气的混合气体,
设氢气的物质的量为a,氧气的物质的量为b,
解得
,
阴极上析出铜和氢气,设铜的物质的量浓度为Cmol/L
0.2Cmol×2+0.005mol×2=0.02mol
C==0.025,
故答案为:0.025mol/L.
解析
解:(1)A能自发的进行氧化还原反应,为原电池,锌为负极,铜为正极,则Pt1为阳极,故答案为:原电;阳;
(2)A中电池反应式为:Zn+Cu2+=Zn 2++Cu,设溶液质量变为为x,
Zn+Cu2+=Zn 2++Cu,溶液质量变化 转移电子
(65-64)g 2mol
x 0.02mol
(65-64)g:2mol=x:0.02mol
x==0.01g,
224mL气体的物质的量==0.01mol,
假设全部是氧气,则转移电子的物质的量=0.01mol×4=0.04mol>0.02mol,则该气体是氧气和氢气的混合气体,
设氢气的物质的量为a,氧气的物质的量为b,
解得
,
阴极上析出铜和氢气,设铜的物质的量浓度为Cmol/L
0.2Cmol×2+0.005mol×2=0.02mol
C==0.025,
故答案为:0.025mol/L.
按如图装置进行实验,并回答下列问题:
(1)判断装置的名称:A池为______池,B池为______池;
(2)锌极为______极,电极反应式为______;铜极为______极,电极反应式为______;石墨棒C1为______极,电极反应式为______,石墨棒C2附近发生的实验现象为______;
(3)当C2极析出224mL气体(标准状态)时,锌的质量变化______(变大、不变或变小)______g,CuSO4溶液的质量______(增加、不变或减少)______g.
正确答案
原电
电解
负
Zn-2e-=Zn2+
正
Cu2++2e-=Cu
阳
2Cl--2e-=Cl2↑
有气泡,溶液变红
变小
0.65
增加
0.01
解析
解:(1)该装置中A能自发的进行氧化还原反应为原电池,B为电解池;
故答案为:原电,电解;
(2)A能自发的进行氧化还原反应,能将化学能转化为电能,活泼性较强的Zn为负极,电极反应式为Zn-2e-=Zn2+;活泼性较弱的Cu为正极,电极反应为:Cu2++2e-=Cu,石墨棒C1与正极相连为阳极,阳极上氯离子失电子生成氯气,其电极反应式为:2Cl--2e-=Cl2;石墨棒C2为阴极,阴极上电解水生成氢气和氢氧根离子,所以阴极附近有气泡,溶液变红,
故答案为:负;Zn-2e-=Zn2+;正,Cu2++2e-=Cu;阳,2Cl--2e-=Cl2;有气泡,溶液变红;
(3)石墨棒C2为阴极,阴极上电解水生成氢气和氢氧根离子,其电极方程式为:4H2O+4e-=2H2↑+4OH-,当C2极析出224mL气体(标准状态)时,生成氢气的物质的量为n(H2)==0.01mol,则转移的电子为0.02mol,Zn电极的方程式为:Zn-2e-=Zn2+,根据电子守恒可知,消耗的Zn为0.01mol,则锌的质量减少0.65g,硫酸铜溶液质量增加依据反应计算:
Zn+Cu2+=Cu+Zn2+ 溶液质量增加△m
1mol 65g-64g=1g
0.01mol m
m=0.01g;
故答案为:变小,0.65,增加,0.01;
(2014春•兰州校级期中)下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、断裂化学键的过程是吸收热量的过程,故A错误;
B、形成化学键的过程是放热的过程,故B错误;
C、原电池的正极发生还原反应,故C错误;
D、原电池的负极发生氧化反应,正极发生还原反应,故D正确;
故选D.
据报道,锌-空气电池将会成为21世纪理想动力源.在碱性溶液中该电池总反应可表示为:2Zn+4NaOH+O2=2Na2ZnO2+2H2O,下列有关锌-空气电池说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A.锌作负极,负极上电极反应式为:Zn+40H--2e-═ZnO22-+2H20,故A正确;
B.根据电池反应式知,每生成1molNa2ZnO2转移电子的物质的量=1mol×(2-0)=2mol,故B错误;
C.Na2ZnO2是强碱弱酸盐,其溶液呈碱性,所以会对环境有污染,故C错误;
D.碱性条件下,正极上电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-,酸性条件下,正极上电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O,故D错误;
故选A.
电解法可消除甲醇对水质造成的污染,原理是:通电将Co2+氧化成Co3+,然后Co3+将甲醇氧化成CO2和H+(用石墨烯吸附除去Co2+).现用如图装置模拟上述过程,则:
Co2+在阳极的电极反应式为:______;除去甲醇的离子方程式为______.
正确答案
解:通电后,将Co2+氧化成Co3+,电解池中阳极失电子发生氧化反应,电极反应为Co2+-e-=Co3+;
以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化,自身被还原为Co2+,结合原子守恒与电荷守恒可知,还原生成H+,配平书写离子方程式为:6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+,故答案为:Co2+-e-=Co3+;6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+.
解析
解:通电后,将Co2+氧化成Co3+,电解池中阳极失电子发生氧化反应,电极反应为Co2+-e-=Co3+;
以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化,自身被还原为Co2+,结合原子守恒与电荷守恒可知,还原生成H+,配平书写离子方程式为:6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+,故答案为:Co2+-e-=Co3+;6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+.
按如图装置进行实验,并回答下列问题:
(1)判断装置的名称:A池为______ B池为______
(2)铁极为______极,电极反应式为______石墨棒C2附近发生的实验现象为______
(3)当C2极产生2.24L气体(标准状态)时,铁的质量变化(增加或减少)______了______g.CuSO4溶液的质量变化(增加或减少)______ 了______g.
正确答案
原电池
电解池
负
Fe-2e-=Fe2+
有气泡产生,溶液变为红色
减少
5.6
减少
0.8
解析
解:(1)A能自发的进行氧化还原反应,能将化学能转化为电能,所以为原电池,B有外接电源,属于电解池,故答案为:原电池;电解池;
(2)A中锌电极上失电子,是负极,发生氧化反应,Fe-2e-=Fe2+,石墨棒C2是阴极,该极上是氢离子得电子生成氢气的过程,会有气泡产生,氢离子减小,碱性增强,溶液变为红色,故答案为:负;Fe-2e-=Fe2+;有气泡产生,溶液变为红色;
(3)C2极上的反应:2H++2e-=H2↑,当产生2.24L即0.1mol气体(标准状态)时,转移电子是0.2mol,根据电极反应:Fe-2e-=Fe2+,铁的质量减少了0.1mol,即减小5.6g,根据电池反应式Fe+Cu2+=Cu+Fe2+,故生成铜单质是0.1mol,质量是6.4g,即CuSO4溶液的质量减少了6.4g-5.6g=0.8g,
故答案为:减少;5.6;减少;0.8.
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