第21讲 电化学基础
一、单项选择题
1．茫茫黑夜中，航标灯为航海员指明了方向。航标灯的电源必须长效、稳定。我国科技工作者研制出以铝合金、Pt－Fe合金网为电极材料的海水电池。在这种电池中( )。
①铝合金是阳极；②铝合金是负极；③海水是电解液；④铝合金电极发生还原反应。
A．②③ B．②④ C．①② D．①④
2．图K3－21－1为直流电源电解稀Na2SO4溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加几滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是( )。
图K3－21－1
A．逸出气体的体积，a电极的小于b电极的
B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体
C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色
D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色
3．下列叙述正确的是( )。
A．在原电池的负极和电解池的阴极上都是发生失电子的氧化反应
B．用惰性电极电解Na2SO4溶液，阴、阳两极产物的物质的量之比为1∶2
C．用惰性电极电解饱和NaCl溶液，若有1 mol电子转移，则生成1 mol NaOH
D．镀层破损后，镀锡铁板比镀锌铁板更耐腐蚀
4．(2011年安徽高考)研究人员最近发现了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为：5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl。下列“水” 电池在海水中放电时的有关说法正确的是( )。
A．正极反应式：Ag＋Cl－－e－===AgCl
B．每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子
C．Na＋不断向“水”电池的负极移动
D．AgCl是还原产物
5．(2011年广东深圳模拟)离子可在琼脂中移动，某简易电池如图K3－21－2所示，放电时，下列说法错误的是( )。
图K3－21－2
A．锌极上电极反应式为：Zn－2e－===Zn2＋
B．MnO2得电子被还原
C．NH离子通过琼脂向锌极移动
D．外线路中电流的方向从碳棒到锌片
6．(2011年广东佛山模拟)镁电池放电时电压高而平稳，镁电池成为人们研制的绿色原电池，一种镁电池的反应式为：xMg＋Mo3S4MgxMo3S4，在镁原电池充电时，下列说法正确的是( )。
A．Mo3S4发生还原反应
B．阴极反应式为：xMg2＋＋2xe－===xMg
C．Mg发生氧化反应
D．阳极反应式为：Mo3S4－2xe－===Mo3S
7．(2011年全国高考)铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2。下列有关该电池的说法不正确的是( )。
A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为Fe
B．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2
C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低
D．电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O
8．(2011年浙江高考)将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿棕色铁锈环(b)，如图K3－21－3所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少。下列说法正确的是( )。
图K3－21－3
A．液滴中的Cl－由a区向b区迁移
B．液滴边缘是正极区，发生的电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2＋由a区向b区迁移，与b区的OH－形成Fe(OH)2，进一步氧化、脱水形成铁锈
D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的电极反应为：Cu－2e－===Cu2＋
二、双项选择题
9．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是( )。
A．纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗
B．当镀锡铁制品的镀层破损时，镶层仍能对铁制品起保护作用
C．在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法
D．可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀
10．LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为：FePO4＋LiLiFePO4，电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含Li＋导电固体为电解质。下列有关LiFePO4电池说法正确的是( )。
A．可加入硫酸以提高电解质的导电性
B．放电时电池内部Li＋向负极移动
C．充电过程中，电池正极材料的质量减少
D．放电时电池正极反应为：FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4
11．某同学按图K3－21－4所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是( )。
图K3－21－4
A．电解过程中，铜电极上有H2产生
B．电解初期，主反应方程式为：Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑
C．电解一定时间后，石墨电极上有铜析出
D．整个电解过程中，H＋的浓度不断增大
三、非选择题
12．北京奥运会“祥云”火炬燃料是丙烷(C3H8)，亚特兰大奥运会火炬燃料是丙烯(C3H6)。
(1)丙烷脱氢可得丙烯。
已知：C3H8(g)===CH4(g)＋HC≡CH(g)＋H2(g) ΔH1＝＋156.6 kJ·mol－1
CH3CH===CH2(g)===CH4(g)＋HC≡CH(g) ΔH2＝＋32.4 kJ·mol－1
则相同条件下，反应C3H8(g)===CH3CH===CH2(g)＋H2(g)的ΔH＝________ kJ·mol－1。
(2)以丙烷为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O2和CO2，负极通入丙烷，电解质是熔融碳酸盐。电池反应方程式为：________________________________；放电时，CO移向电池的________(填“正”或“负”)极。
(3)碳氢化合物完全燃烧生成CO2和H2O。常温常压下，空气中的CO2溶于水，达到平衡时，溶液的pH＝5.60，c(H2CO3)＝1.5×10－5 mol·L－1。若忽略水的电离及H2CO3的第二级电离，则H2CO3HCO＋H＋的平衡常数K1＝__________。(已知10－5.60＝2.5×10－6)
13．氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。图K3－21－5为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定，请回答：
图K3－21－5
(1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是____________________，在导线中电子流动方向为__________(用a、b表示)。
(2)负极反应式为：__________________________________________________。
(3)电极表面镀铂粉的原因为：________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：
Ⅰ.2Li＋H22LiH；
Ⅱ.LiH＋H2O===LiOH＋H2↑。
①反应Ⅰ中的还原剂是________，反应Ⅱ中的氧化剂是________。
②已知LiH固体密度为0.82 g/cm3。用锂吸收224 L(标准状况)H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为______________。
③由②生成的LiH与H2O作用，放出的H2用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为__________mol。
14．如图K3－21－6所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100 g 5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100 g 10.00%的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。
图K3－21－6
(1)接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4浓度为10.47%，乙中c电极质量增加。据此回答问题：
①电源的N端为______极；
②电极b上发生的电极反应为：__________________________________；
③列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积：________________；
④电极c的质量变化是____________g；
⑤电解前后个溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因：
甲溶液____________________________________________________________；
乙溶液__________________________________________________________；
丙溶液________________________________________________________。
(2)如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
第21讲 电化学基础
1．A 解析：原电池，铝合金作负极，发生氧化反应。
2．D 解析：a电极H＋放电，生成氢气，a极附近碱性增强，石蕊变蓝；b电极OH－放电，生成氧气，b极附近酸性增强，石蕊变红；氢气体积是氧气体积的二倍。
3．C 解析：电解池阳极发生失电子的氧化反应；电解Na2SO4溶液，实质是电解水，阴极产生氢气是阳极产生氧气的物质的量的二倍；镀层破损后，镀锌铁板中锌为负极被腐蚀而保护铁，故更耐腐蚀。
4．B 解析：Ag作负极，负极反应式：Ag＋Cl－－e－===AgCl，AgCl是氧化产物，溶液中阳离子向正极移动，每生成1 mol Na2Mn5O10有2 mol Ag生成，故转移2 mol电子。
5．C 解析：NH离子应向正极移动。
6．B 解析：电池充电时反应物在等式右侧。
7．C 解析：由放电时的反应可以得出铁作还原剂失去电子，Ni2O3作氧化剂得到电子，因此选项A、B均正确；充电可以看作是放电的逆过程，即阴极为原来的负极，所以电池放电时，负极反应为：Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2，电池充电过程时阴极反应为Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，因此电池充电过程中，阴极附近溶液的pH会升高，C不正确；同理分析选项D正确。
8．B 解析：液滴边缘O2多，在碳粒上发生正极反应O2＋2H2O＋4e－===4OH－，液滴下的Fe发生负极反应，Fe－2e－===Fe2＋，为腐蚀区(a)。A错误，Cl－由b区向a区迁移；C错误，液滴下的Fe因发生氧化反应而被腐蚀；D错误，Cu更稳定，作正极。
9．AC 解析：银器在空气中久置会被O2所氧化变黑，为化学腐蚀，A正确；当镀层破损时，Sn－Fe可形成原电池，不再起到保护作用，B错；与Zn块形成原电池，Zn作负极(阳极)，从而保护Fe正极(阴极)，所以C正确；外加电流保护法应该将被保护金属与直流电源的负极相连，故D错。
10．CD 解析：放电时，负极：Li－－e－===Li＋，正极：FePO4＋Li＋＋e－=== LiFePO4，充电时，阳极：LiFePO4－e－===FePO4＋Li＋，阴极：Li＋＋e－===Li，所以易知C、D正确；若加入硫酸，与Li单质(固体)发生反应，所以A错；放电时，Li＋(正电荷)应在电池内部(电解质中)向正极移动，故B错。
11．BC 解析：活泼金属作阳极，金属优先失电子，阳极反应式：Cu－2e－===Cu2＋，阴极初期放电H＋生成氢气，后随着Cu2＋浓度增大，铜离子在阴极放电，有铜析出。
12．(1)＋124.2
(2)C3H8＋5O2===3CO2＋4H2O 负
(3)4.2×10－7
解析：(1)将第2个方程式颠倒反写，然后与第1个方程式相加，即得所求的反应C3H8(g)===CH3CH===CH2 (g)＋H2(g)，ΔH也随方程式的变化关系进行求算：ΔH＝－ΔH2＋ΔH1＝＋124.2 kJ·mol－1。
(2)以丙烷为燃料制作的新型燃料电池，其电池反应方程式为：C3H8＋5O2===3CO2＋4H2O，因电子从电池的负极经导线流入了电池的正极，故电池的正极是电子富集的一极，故带负电荷的离子CO在电解质溶液中应移向电池的负极而不是正极。
(3)根据电离平衡常数公式可知：
K1＝c(H＋)·c(HCO)/c(H2CO3)＝10－5.60×10－5.60/1.5×10－5＝4.2×10－7。
13．(1)由化学能转化为电能 由a到b
(2)2H2＋4OH－－4e－===4H2O(或H2＋2OH－－2e－===2H2O)
(3)增大电极单位面积吸附H2、O2分子数，加快电极反应速率
(4)①Li H2O ②或8.6×10－4 ③32
解析：(1)原电池的实质是将化学能转化成电能。总反应为：2H2＋O2===2H2O，其中H2从零价升至＋1价，失去电子，即电子从a流向b。
(2)负极为失去电子的一极，即H2失电子生成H＋，由于溶液是碱性的，故电极反应式中反应物加上OH－，生成物为H2O。
(3)铂粉的接触面积大，可以加快反应速率。
(4)Ⅰ.Li从零价升至＋1价，作还原剂。Ⅱ.H2O的H从＋1价降至H2中的零价，作氧化剂。由反应Ⅰ，当吸收10 mol H2时，则生成20 mol LiH，V＝m/ρ＝20×7.9/0.82 ×10－3 L＝192.68×10－3 L。V(LiH)/V(H2)＝192.68×10－3 L/224 L＝8.6×10－4。20 mol LiH可生成20 mol H2，实际参加反应的H2为20×80%＝16 mol，1 mol H2转化成1 mol H2O，转移2 mol电子，所以16 mol H2可转移32 mol的电子。
14．(1)①正 ②4OH－－4e－===2H2O ＋ O2↑
③2.8 L ④16 ⑤甲：pH增大，因为相当于电解水，NaOH溶液浓度增大 乙：pH减小，OH－放电， H＋增多
丙：pH不变，相当于电解水
(2)可以，因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液，反应也就变为水的电解反应。
解析：(1)①乙中c电极质量增加，则c处发生的反应为：Cu2＋＋2e－===Cu，即c处为阴极，由此可推出b为阳极，a为阴极，M为负极，N为正极。②甲中溶质为NaOH，相当于电解H2O，阳极b处为OH－放电，即4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。③丙中溶质为K2SO4，相当于电解水，设电解的水的质量为x g，由电解前后溶质质量相等有100×10%＝(100－x)×10.47%，得x＝4.5 g，故水的物质的量0.25 mol。由方程式2H2＋O2===2H2O可知，生成2 mol H2O，转移4 mol电子，所以整个反应中转化0.5 mol电子，而整个电路是串联的，故每个烧杯中的电极上转移电子数是相等的。转移0.5 mol电子，则生成O2为0.5 mol/4＝0.125 mol，标况下的体积为0.125 mol×22.4 L/mol＝2.8 L。④Cu2＋＋2e－===Cu，转移0.5 mol电子，则生成的m
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