- 电化学基础
- 共22819题
工业上生产氯气，常用电解槽中电解饱和食盐水，为了避免电解产物之间发生反应，常用阳离子交换膜将电解槽隔成两部分。下图（左图）为电解槽的示意图。
⑴这种阳离子交换膜，只允许溶液中的 通过。(填下列微粒的编号)
①
⑵写出在电解过程中阳极发生的电极方程式： 。
⑶已知某电解槽每小时加入10%的氢氧化钠溶液10kg，每小时能收集到标况下的氢气896L,而且两边的水不能自由流通。则理论上计算，电解后流出的氢氧化钠溶液的质量分数为 。
⑷某化学课外兴趣小组设计了用电解法制取乙醇钠的工业方法，所用的电解槽如上右图所示，设计要求：①所用的交换膜不能让分子自由通过；②电解过程中消耗的原料是氢氧化钠和乙醇。回答下列问题：
写出在电解过程中阳极发生的电极方程式 。
②最后从乙醇钠的乙醇溶液中分离得到纯净乙醇钠固体的方法是： 。
（5）如图所示的是一个燃料电池的示意图，当此燃料电池工作时，
①如果a极通入H2，b极通入O2，NaOH溶液作电解质溶液，则负极发生的电极方程式：
②如果a极通入CH4，b极通入O2，NaOH作电解质溶液，则负极发生的电极方程式：
正确答案
（1）③⑤; （2）阳极：2Cl─-2e-=Cl2； （3）35.7%；
（4）①阳极：4OH-+4e-=2H2O+O2↑；②蒸发结晶
（5） ①H2+2OH--2e-=2H2O ；②CH4+10OH-+8e-=CO32-+7H2O
试题分析：⑴这种阳离子交换膜，只允许溶液中的阳离子H+、Na+通过，所以选项是③⑤; ⑵写出在电解过程中阳极上阴离子放电。由于放电能力Cl->OH-，所以在阳极上发生的电极方程式：2Cl─-2e-=Cl2；（3）n(H2)=896L÷22.4L/mol=40mol.及氢气的质量是80g,所以根据电解的方程式：2NaCl＋2H2O
镍电池广泛应用于混合动力汽车系统，电极材料由Ni(OH)2、炭粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成．由于电池使用后电极材料对环境有危害，某兴趣小组对该电池电极材料进行资源回收研究，并设计出相关实验流程图
已知：①NiCl2易溶于水，Fe3+不能氧化Ni2+
②某温度下一些金属氢氧化物的Ksp及沉淀析出的理论pH如表所示：
回答下列问题：
（1）根据表数据判断步骤②依次析出沉淀Ⅱ 和沉淀Ⅲ （填化学式），则pH1 pH2（填填“＞”、“=”或“＜”），控制两种沉淀析出可利用 。
A．pH试纸 B．石蕊指示剂 C．pH计
（2）已知溶解度：NiC2O4＞NiC2O4•H2O＞NiC2O4•2H2O，则反应③的化学方程式是 。第③步反应后，过滤沉淀时需要的玻璃仪器有 。若过滤时发现滤液中有少量浑浊，从实验操作的角度给出两种可能的原因 、 。
（3）④中阳极反应产生的气体E为 ，验证该气体的试剂为 。
（4）试写出反应⑥的离子方程式 。
正确答案
（1）Fe(OH)3 Al(OH)3 ＜ C
（2）NiCl2+Na2C2O4+2H2O=NiC2O4·2H2O+2NaCl ;烧杯、漏斗、玻璃棒;滤纸破损、过滤液的液面高于滤纸的边缘
（3）Cl2;湿润的淀粉碘化钾试纸
（4）2Ni(OH)2+Cl2+2OH—=2Ni(OH)3+2Cl—
由题给条件，金属氢氧化物的Ksp及沉淀析出的理论pH，可知，在A溶液中加入NiO是为了调节溶液pH，使相应的铝离子、三价铁离子全部沉淀出，Ni2+在溶液B中．根据pH可以确定开始析出沉淀和全部沉淀的pH范围，先析出沉淀Ⅱ是Fe(OH)3，沉淀pH范围是2.53～2.94，然后析出沉淀Ⅲ是Al(OH)3，沉淀PH的范围3.43～4.19，所以pH1＜pH2；控制两种沉淀析出必须准确测定pH值，所以应利用pH计测定。
（2）由溶解度：NiC2O4＞NiC2O4•H2O＞NiC2O4•2H2O，结合流程中的变化
可知沉淀为溶解度小的NiC2O4•2H2O，所以根据转化关系写出化学方程式；
在过滤装置中用到的玻璃仪器和注意问题，根据装置和操作步骤写出NiCl2+Na2C2O4+2H2O=NiC2O4·2H2O+2NaCl，漏斗，烧杯、玻璃棒;滤纸破损、过滤液的液面高于滤纸的边缘。
（3）由流程图和以上分析可知，D溶液主要是氯化钠溶液，电解氯化钠溶液在阳极得到氯气，阴极得到氢气，所以E气体是Clc 2，验证氯气的试剂应是淀粉碘化钾溶液，遇氯气变蓝；
（4）在B溶液中加入Na2C2O4溶液生成了沉淀ⅠNiC2O4.2H2O，沉淀中加入氢氧化钠溶液，根据Ni(OH)2开始沉淀到全部沉淀的pH范围为7.60～9.75，加入过量氢氧化钠溶液能使沉淀NiC2O4·2H2O转化为Ni(OH)2，所以C为沉淀Ni（OH）2；根据流程图中的转化关系，沉淀C和氯气能生成Ni(OH)3，镍元素化合价升高是被氯气氧化的结果，因此离子方程式为2Ni(OH)2+2OH-+Cl2=2Ni(OH)3+2Cl-
家用炒菜铁锅用水清洗放置后,出现红棕色的锈斑,某同学拟对其原理及条件进行分析:
（1）该同学准备了下列实验用品:20% NaCl溶液、蒸馏水、酚酞试液、KSCN溶液、新制氯水、纯铁丝、碳棒、U形管、导线等;请你帮他设计一个实验方案来验证钢铁吸氧腐蚀的电极产物,简述操作过程并写出溶液中有关反应的离子方程式。
（2）将一铜棒、碳棒用导线连接后,插入内盛20%氯化钠溶液的U形管中,请根据此装置在下列两项中择一
回答:
①若不是原电池,请说明原因: (如果回答此题,下面的②不用回答)。
②若是原电池,现要求利用此装置(电极材料、溶液浓度均不变),采取适当的措施来提高电池的放电效率,该操作可以是: 。
（3）目前我国许多大型铜质文物露天放置腐蚀严重,在不影响观瞻效果的条件下,除用加保护层法保护外,请你再提出一项简单而有效的保护方法并简述其保护原理: 。
正确答案
（1）用导线连接纯铁丝和碳棒后插入盛有20% NaCl溶液的U形管中,放置数分钟,向插入纯铁丝的一端滴入1～2滴KSCN溶液未显色,再滴入氯水显(血)红色,证明负极有Fe2+生成,相关离子方程式为:2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-;Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3。向插入碳棒的一端滴入酚酞溶液,溶液显红色,证明有OH-生成
（2）②向插入碳棒的溶液中通入氧气或空气
（3）将铁块(或锌块)连接文物底座并埋入地下,定期更换;原理是:使文物成为原电池的正极(或使铜文物用导线连接直流电源的负极,正极用导线连接埋入地下的导体;原理是:使文物成为电解池的阴极)
（1）为加速腐蚀,应选用20% NaCl溶液为电解质溶液,以纯铁丝和碳棒作两极,分别针对两极产物Fe2+和OH-进行检验。（2）具备构成原电池的基本条件,所以是原电池,在正极上发生还原反应的是空气中的O2,要加快反应速率,可增大O2浓度。（3）在众多限制下,可考虑电化学保护法。
（1）将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两极间连接一个电流计。锌片上发生的电极反应式为： ，银片上发生的电极反应式为： 。
（2）若该电池中两极的总质量为100g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗干净后称量，总质量为67.5g， 则产生氢气的体积（标准状况）为 。
正确答案
(1)Zn — 2e¯ = Zn2+ ,2H++2e¯= H2 ,（2）11.2L
试题分析：（1）将锌片和银片浸入稀硫酸中组成了以锌片为负极铜片为正极的原电池，锌片上发生的电极反应式为：)Zn — 2e¯ = Zn2+ ,银片上发生的电极反应式为：2H++2e¯= H2；
（2）由于反应中锌溶解，所以反应的锌的质量m=100-67.5=32.5g，为32.5/65=0.5mol，转移的电子数为1mol，所以生成了0.5mol氢气，即氢气的体积（标准状况）为11.2L。
点评：本题考查了原电池的电极的书写以及一些简单的计算，该题难度不大。
(12分)氢氧燃料电池是将H2通入负极，O2通入正极而发生电池反应的，其能量转换率高。
(1)若电解质溶液为KOH，其正极反应为____________________________，
负极反应为__________________________________________;
(2)若电解质溶液为硫酸，其正极反应为______________________，负极反应为_________________;若在常温下转移2mol电子，可产生水质量为_________g。
(3)还有一个很大的优点是 。
正确答案
(12分)(1) 正极：O2+4e－ + 2 H2O＝4OH－ 负极：2 H2 －4 e－ + 4 OH－＝4 H2O
(2) 正极：O2+4e－+ 4 H+ ＝ 2 H2O 负极：2H2 －4 e－＝ 4 H+ 18 g （3）产物无污染
（1）原电池中负极失去电子，发生氧化反应，正极得到电子，发生还原反应。因此氢气在负极通入，氧气在正极通入。如果电解质是氢氧化钾，则正极电极反应式是O2+4e－ + 2 H2O＝4OH－ ；负极电极反应式是2 H2 －4 e－ + 4 OH－＝4 H2O。
（2）如果电解质是稀硫酸溶液，则正极电极反应式是O2+4e－+ 4 H+ ＝ 2 H2O ；负极电极反应式是2H2 －4 e－＝ 4 H+。若在常温下转移2mol电子，则根据电极反应式可知，生成1mol水，质量是18g。
（3）由于氢气和氧气生成的是水，所以其优点是产物无污染。
（6分）(1) 将铁片和铜片用导线连接并插入足量的CuSO4溶液中，当导线上有0.2mol电子通过时,从理论上分析铁片和铜片的质量变化（写出计算过程）；
(2) 将(1)的反应中的铜片和导线去掉，也能发生反应，同样发生0.2mol电子转移时，铁片上的质量又如何变化？（简要地写出计算过程）
正确答案
（1）铁片质量减少5.6g，铜片质量增加6.4g
（2）铁片增重0.8g
考查原电池的有关计算。在原电池中较活泼的金属作负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极上，所以溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。正极得到电子，发生还原反应。所以铁是负极，铜是正极，溶液中的铜离子得到电子而形成铜。如果不用导线相连，则铁直接和硫酸铜发生置换反应。
（1）铁比铜活泼，铁是负极，铜是正极，电极反应式分别是
Fe － 2e－ ＝ Fe2＋ 、 Cu2＋ ＋ 2e－ ＝ Cu
56g 2mol 2mol 64g
5.6g 0.2mol 0.2mol 6.4g
即铁片质量减少5.6g，铜片质量增加6.4g
（2）去掉导线，则发生反应
Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu ～e－ ～△m↑
56g 64 2mol 8g
0.2mol 0.8g
即铁片增重0.8g。
银器皿日久表面变黑,这是由于生成硫化银,有人设计用原电池原理加以除去,其方法是:将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中,再将变黑的银器浸入溶液中,放置一段时间,黑色会褪去而银不会损失。试回答:在原电池反应中,负极发生的反应为 ；正极发生的反应为 ；反应过程中有臭鸡蛋气味气体产生,则原电池的总反应方程式为 。
正确答案
2Al-6e-=2Al3+
3Ag2S+6e-=6Ag+3S2-
3Ag2S+2Al+6H2O=2Al(OH)3↓+3H2S↑+6Ag
本题是利用电化学知识把表面已经被硫化氢腐蚀的银器还原为银。利用原电池反应,将铝作为原电池的负极,表面被硫化氢腐蚀的银器作为正极,发生如下反应:负极的反应为2Al-6e-=2Al3+,正极的反应为3Ag2S+6e-=6Ag+3S2-,总反应为3Ag2S+2Al+6H2O=2Al(OH)3↓+3H2S↑+6Ag。
（12分）（１）钮扣电池的电极材料为Zn和Ag2O，电解质溶液为KOH，其电极反应为：Zn + 2OH-－2e- =" ZnO" + H2O Ag2O + H2O + 2e- =" 2Ag" + 2OH-
电池的负极是 （填电极材料），正极发生的是 反应(填反应类型)，
总反应式为 。
（2）图为氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为KOH溶液，电极材料为疏松多孔石墨棒．当氧气和氢气分别连续不断地从两极通入燃料电池时，便可在闭合回路中不断地产生电流．这被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池具有无污染、无噪音、高效率的特点。试回答下列问题：
①图中通过负载的电子流动方向______ (填“向左”或“向右”).
②写出氢氧燃料电池工作时正极反应方程式 ：
③放电过程中,负极附近溶液的pH (填“增大”，“减小”，“保持不变”)
正确答案
（1）Zn 还原反应 Zn + Ag2O =" ZnO" + 2Ag
（2）①向右 ②O2+2H2O+4e－=4OH－ ③减小
（1）考查原电池的有关概念和判断。在原电池中较活泼的金属作负极，失去电子，被氧化，发生氧化反应。较不活泼的金属作正极，正极得到电子，被还原，发生还原反应。根据电极反应式可得Zn是负极，氧化银是正极。将两电极反应式叠加即得到总反应式。
（2）在原电池中负极失去电子经导线传递到正极上，在氢氧燃料电池中氢气在负极通入，所以根据装置图可知电子的流动方向向右。氧气得到电子，在正极通入，电极反应式为O2+2H2O+4e－=4OH－。因为负极氢气失去电子，氧化生成氢离子，氢离子中和溶液中的OH－使pH减小。
（18分）钒（V）及其化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域。
（1）V2O5是接触法制硫酸的催化剂。 ’
①已知25℃．10lkPa时：
2SO2（g）+O2（g）+2H2O（1）=2H2SO4（1） △H = -457kJ·mol-l
SO3（g）+H2O（1）=H2SO4（1） △H= -130kJ·mol-l
②SO2水溶液可与SeO2反应得到硫酸，当有79gSe生成时，转移电子的物质的量为 mol，此反应的化学方程式是 。
（2）全钒液流电池的结构如图所示，其电解液中含有钒的不同价态的离子、H+和SO42－。电池放电时，负极的电极反应为：
V2+－e一=V3+。
①电池放电时的总反应方程式为 。
充电时，电极M应接电源的 极。
②若电池初始时左、右两槽内均以VOSO4和H2SO4的混合液为电解液，使用前需先充电激活，充电过程阴极区的反应分两步完成：第一步VO2+转化为V3+；第二步V3+转化为V2+。则第一步反应过程中阴极区溶液n（H+） （填“增大”、“不变”或“减小”），阳极的电极反应式为： 。
正确答案
（18分）
（1）①—197（2分） 减小（2分）
② 4（2分） 2SO2+SeO2+2H2O=2H2SO4+Se（2分）
（2）①VO2++V2++2H+=VO2++V3++H2O（3分） 正极（2分）
②减小（2分） VO2++ H2O—e‾= VO2++2H+（3分）
试题分析：（1）①根据盖斯定律，2SO2（g）+O2（g）
②Se元素由+4价降低为0，所以当有79gSe生成时，转移转移电子的物质的量为：79g÷79g/mol×4=4mol；根据氧化还原反应规律，SO2、SeO2、H2O反应生成H2SO4和Se，配平可得化学方程式：2SO2+SeO2+2H2O=2H2SO4+Se
（2）①根据电池结构图，正极上VO2+得电子生成VO2+，所以放电时的总反应方程式为：VO2++V2++2H+=VO2++V3++H2O；电极M为电池的正极，充电时应接电源的正极。
②第一步VO2+转化为V3+的电解方程式为：VO2++4H++2e‾= V3++2H2O，消耗了H+，所以阴极区溶液n（H+）减小；阳极上VO2+失电子生成VO2+，所以电极方程式为：VO2++ H2O—e‾= VO2++2H+。
正确答案
（1）2C4H10+13O2
根据燃料电池的电极反应式，正、负极反应式相加即得总反应方程式。O2-的移动方向可由原电池工作时离子移动方向依据来判断，原电池工作时，阴离子移向负极，阳离子移向正极，因此O2-移向负极。
常见的纽扣电池为Ag
正确答案
负极 Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
正极 Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-
总反应 Zn+Ag2O+H2O=2Ag+Zn(OH)2
负极材料为Zn,正极材料为Ag2O,电解质溶液为KOH。
（10）为比较铜与锌的金属活动性相对强弱，甲、乙、丙三位同学用中学化学常见的药品和仪器（用品），设计了下列实验。试回答下列问题：
（1）甲同学将锌插入CuSO4溶液中，结果锌片的表面析出一层红色的物质，该反应的离子方程式为 。
（2）乙同学将铜片和锌片插入同一个盛有稀H2SO4的烧杯中（铜片和锌片不接触），观察到的现象是
（3）丙同学接着乙同学的实验，用导线将铜片和锌片连接起来组成原电池，此时作电池正板的是 ，负极的电板反应式为
（4）甲、乙、丙三位同学所设计的实验中能达到比较铜和锌的金属活动性相对强弱的实验目的的是 （填字母）。
正确答案
(1)Zn+Cu2+=Cu+Zn2+
(2)锌片表面产生大量气泡，锌片逐渐溶解，铜片表面无明显现象
（3）铜片，Zn-2e- =Zn2+ (4) D
（1）锌比铜活泼，可将铜从其盐溶液中置换出来。
（2）在金属活动顺序表只锌排在氢的前面，铜排在氢的后面，所以锌能和酸反应置换出氢气，而铜不能。
（3）若用导线连接，则构成铜锌原电池，铜是正极，锌是负价，失去电子被氧化。
（4）根据实验现象，3位学生的实验均能达到比较铜和锌的金属活动性相对强弱。
如图示的原电池中，
（1）铜极为原电池的 （填“正”或“负”）极，该极的电极反应式是 ,属于 （填“氧化反应”或“还原反应”）。
（2）如铁棒质量减轻5.6 g，则另一极放出气体的体积为 L（标准状况）。
正确答案
（每空2分） （1）正 2H+ + 2e-＝ H2↑ 还原反应 （2）2.24L
试题分析：（1）原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。铁比铜活泼，所以铁是负极，铜是正极，溶液中的氢离子在正极得到电子，正极电极反应式是2H+ + 2e-＝ H2↑。
（2）如铁棒质量减轻5.6 g，即消耗铁的物质的量是0.1mol，失去0.2mol电子，所以根据电子的得失守恒可知，另一极放出气体的体积为0.2mol÷2×22.4L/mol＝2.24L。
点评：该题是中等难度试题的考查，主要是检验学生对原电池原理的熟悉了解程度，意在巩固学生的基础知识，提高学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力，难度不大，记住原电池工作原理，并根据电子的得失守恒进行计算即可。
（11分）、现有A、B、C、D四种金属片，①把A、B用导线连接后同时浸入稀硫酸中，A上有气泡；②把C、D用导线连接后同时浸入稀硫酸中，D发生还原反应；③把A、C用导线连接后同时浸入稀硫酸中，电子流动方向为A→导线→C。装置如图所示，根据上述情况，回答下列问题：
（1）四种金属的活动性顺序是_________________。
（2）在①中，金属片_____作负极；在②中，金属片_____上有气泡产生；在③中，金属片_____发生氧化反应。
（3）如果把B、D用导线连接后同时浸入稀硫酸中，则金属片_____上有气泡产生，该电极反应式为____________________。
（4）图示装置（金属片取①~③中的任一组）称为_________，它利用氧化还原反应将______能转化为______能。
正确答案
（1）B>A>C>D（2分） （2）B；D；A（3分）
（3）D（1分）；2H+ + 2e = H2↑（2分） （4）原电池，化学，电（3分）
原电池中较活泼的金属作负极，失去电子，发生氧化反应，电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。所以根据①～③可知金属性强弱顺序为B>A>C>D。因此在①中B是负极，②中D是正极，所以D电极生成氢气。③中A是负极，发生氧化还原反应。由于B的金属性强于D的，所以BD构成原电池时B是负极，D是正极，氢离子放电，电极反应式为2H+ + 2e = H2↑。
有人将铂丝插入KOH溶液中做电极，又在两极片上分别通入甲烷和氧气，设计一种燃料电池，则通入甲烷的铂丝为______极，发生的电极反应为______．该电池放电反应的化学方程式为______．电池工作时，溶液的pH（填“变小”“不变”“变大”）______．
正确答案
负 CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 变小
因为该电池为燃料电池，依据的化学原理是
在此反应中，CH4失去电子，因此通入CH4的铂丝为负极。CH4在负极失电子转变成CO2，但因在碱性条件下CO2将转化成CO32-，所以负极反应为：
CH4+10OH--8e-= CO32-+7H2O
正极反应为：2O2+8e-+4H2O=8OH-
该电池放电反应的化学方程式为：
CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O
由此可知反应过程中c(OH-)不断减小，c(H+)则不断增大，pH将变小。
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