专题升级训练四 电化学基础
(时间：45分钟 满分：100分)
一、选择题(本题包括6小题，每小题4分，共24分，每小题只有一个正确答案)
1．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是( )
A．生成Cu2(OH)3Cl覆盖物是电化学腐蚀过程，但不是化学反应过程
B．当镀锡铁制品的镀层破损时，镀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
2．将纯锌片和纯铜片按下图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是( )
A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极
C．两烧杯中溶液的pH均增大
D．产生气泡的速率甲比乙慢
3．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
4．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是( )
A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应
B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原
C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态
D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中石墨电极为负极
5．铜锌原电池工作时，下列叙述正确的是( )
A．实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作
B．将锌片浸入CuSO4溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同
C．在外电路中，电子从正极流向负极
D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液
6．关于铅蓄电池的说法正确的是( )
A．在放电时，正极发生的反应是Pb(s)＋SO(aq)===PbSO4(s)＋2e－
B．在放电时，该电池的负极材料是铅板
C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小
D．在充电时，阳极发生的反应是PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)
二、选择题(本题包括2小题，每小题6分，共12分，每小题有两个正确答案)
7．根据图示，下列判断中正确的是( )
A．烧杯a中溶液的pH升高
B．烧杯b中发生氧化反应
C．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑
D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑
8．一种甲醇、氧气和强碱溶液为电解质的新型手机电池，可连续使用一个月。该电池反应为：2CH3OH＋3O2＋4OH－2CO＋6H2O，则有关说法正确的是( )
A．充电时阴极发生氧化反应
B．放电时负极的电极反应式为CH3OH＋8OH－－6e－===CO＋6H2O
C．通入0.25 mol氧气并完全反应后，有0.5 mol e－转移
D．放电一段时间后，通入氧气的电极附近溶液的pH升高
三、简答题(本题包括4小题，共64分)
9．(16分)Zn-MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。
(1)该电池的负极材料是________。电池工作时，电子从Zn极流向______(填“正极”或“负极”)。
(2)若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2＋，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是________。欲除去Cu2＋，最好选用下列试剂中的__________(填代号)。
a．NaOH b．Zn
c．Fe d．NH3·H2O
(3)MnO2的生产方法之一是以石墨为电极，电解酸化的MnSO4溶液。阴极的电极反应式是______________。若电解电路中通过2 mol电子，MnO2的理论产量为________________。
10．(16分)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)
(4)常温下，0.1 mol·L－1 NaHCO3溶液的pH大于8，则溶液中c(H2CO3)______c(CO)(填“＞”“＝”或“＜”)，原因是_________________________________________________(用离子方程式和必要的文字说明)。
11．(16分)(1)工业废水中常含有一定量的Cr2O和CrO，它们会对人类及生态系统产生很大损害，必须进行处理。常用的处理方法有两种。电解法用Fe作电极电解含Cr2O的酸性废水，随着电解进行，在阴极附近溶液pH升高，产生Cr(OH)3沉淀。用Fe作电极的原因为________；在阴极附近溶液pH升高的原因是(用电极反应解释)_____________________，
溶液中同时生成的沉淀还有________________。
(2)全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如下图所示。
①当左槽溶液颜色逐渐由黄变蓝，其电极反应式为________________________________。
②充电过程中，右槽溶液颜色逐渐由________色变为________色。
③放电过程中氢离子的作用是________和________________；充电时若转移的电子数为3.01×1023个，左槽溶液中n(H＋)的变化量为________。
12．(16分)对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。
(1)以下为铝材表面处理的一种方法：
①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是________________________________________________________________________
(用离子方程式表示)。为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的______。
a．NH3 b．CO2
c．NaOH d．HNO3
②以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为______。取少量废电解液，加入NaHCO3的溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是________________________________________________________________________。
(2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是________________________________________________________________________。
(3)利用下图装置，可以模拟铁的电化学防护。
若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于______处。
若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为______。
参考答案
一、选择题
1．C 解析：电化学腐蚀属于化学变化，A错误；铁与锡构成原电池，铁作负极，加快了铁的腐蚀，B错误；海轮外壳中的金属与连接的锌块构成原电池，锌作负极，可以保护海轮，C正确；外加直流电源保护器件时，必须连接电源负极，D错误。
2．C 解析：本题考查了置换反应和原电池原理的有关知识，甲中构成了铜锌原电池，锌作负极，失电子，铜作正极，H＋在铜极上得电子，生成H2，总反应式为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，原电池的构成加快了反应速率；乙中发生置换反应Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，所以C正确。
3．B 解析：锂离子电池可以充电，再次使用，属于二次电池，A正确；铜锌原电池中铜为正极，故电流从铜流向锌，而电子是由锌流向铜，B错误；电池的实质即是化学能转化成电能，C正确；Zn失去电子生成Zn2＋，故作为负极，D正确。
4．D 解析：乙中I－失去电子放电，故为氧化反应，A正确；由总反应方程式知，Fe3＋被还原成Fe2＋，B正确；当电流计为零时，即说明没有电子发生转移，可证明反应达平衡，C正确；加入Fe2＋，导致平衡逆向移动，则Fe2＋失去电子生成Fe3＋，而作为负极，D错误。
5．B 解析：双液原电池负极物质不与所在电极电解质溶液反应，并利用盐桥接通两极，能形成持续稳定的电流，取出盐桥，造成断路，电池将停止工作。双液原电池盐桥中离子的流向可通过电流方向判断，也可通过电极反应判断，如：正极Cu2＋参与电极反应，K＋向CuSO4溶液迁移中和电荷。
6．B 解析：铅蓄电池的充放电反应为：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，放电时Pb作负极：Pb－2e－＋SO===PbSO4，在正极上：PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O；充电时，H2SO4的浓度不断增大，阳极上发生的是氧化反应，是失去电子而不是得到电子。
二、选择题
7．AB 解析：Zn比Fe活泼，所以Zn作负极，发生氧化反应，电极反应式为：Zn－2e－===Zn2＋；Fe作正极，氧气在该电极上发生还原反应，电极反应式为：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，反应后溶液的pH升高。
8．BD 解析：放电时发生原电池反应，通入O2的电极作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，每有1 mol O2消耗转移4 mol e－，则通入0.25 mol O2时转移电子0.25 mol×4＝2 mol；由于O2放电生成OH－，则pH增大；由电池方程式和正极反应式，可书写负极反应式为CH3OH＋8OH－－6e－===CO＋6H2O；充电时发生电解池反应，阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应。
三、简答题
9．答案：(1)Zn(或锌) 正极
(2)Zn与Cu2＋反应生成Cu，Zn与Cu构成原电池，加快反应速率 b
(3)2H＋＋2e－===H2↑ 87 g
解析：(1)负极上是失电子的一极，Zn失电子由负极经外电路流向正极。(2)锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀。除杂的基本要求是不能引入新杂质，所以应选Zn将Cu2＋置换为单质而除去。(3)阴极上得电子，发生还原反应，H＋得电子生成氢气。因为MnSO4～MnO2～2e－，通过2 mol电子产生1 mol MnO2，质量为87 g。
10．答案：(1)124.2
(2)C3H8＋5O2===3CO2＋4H2O 负
(3)4.2×10－7 mol·L－1
(4)＞ HCO＋H2OCO＋H3O＋(或HCOCO＋H＋)、HCO＋H2OH2CO3＋OH－，HCO的水解程度大于电离程度
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 mol·L－1。(4)0.1 mol·L－1 NaHCO3溶液的pH大于8，说明溶液呈碱性，即c(OH－)＞c(H＋)，因在NaHCO3溶液中存在着两个平衡：电离平衡HCOCO＋H＋，水解平衡：HCO＋H2OH2CO＋OH－，其余部分水的电离忽略不计，由c(OH－)＞c(H＋)，说明水解过程大于电离过程，从而推出c(H2CO3)＞c(CO)。
11．答案：(1)阳极反应为Fe－2e－===Fe2＋，提供还原剂Fe2＋
2H＋＋2e－===H2↑ Fe(OH)3
(2)①VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O ②绿 紫 ③参与正极反应 通过交换膜定向移动使电流通过溶液 0.5 mol
解析：(1)在电解法除铬中，铁作阳极，以提供还原剂Fe2＋；在阴极附近溶液pH升高的原因是水电离产生的H＋放电生成H2的同时，大量产生了OH―，所以溶液中的Fe3＋也将转化为Fe(OH)3沉淀。(2)根据图示该装置左边为电解池的阳极或原电池的正极，右边为电解池的阴极或原电池的负极。当左槽溶液由黄变蓝，即VO―→VO2＋，电极反应式为VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O。充电过程中，右槽为电解池的阴极，V3＋―→V2＋，溶液由绿色变为紫色。放电过程中，氢离子的作用是导电作用(通过交换膜定向移动)，并参与正极反应。充电时左槽的反应式为VO2＋＋H2O－e－===VO＋2H＋，转移电子数3.01×1023个时，共生成1 mol H＋，其中0.5 mol通过交换膜进入右槽，故左槽溶液中n(H＋)的变化量为0.5 mol。
12．答案：(1)①2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑
b ②2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋ 因为Al3＋和HCO发生了相互促进的水解反应；Al3＋＋3HCO===Al(OH)3↓＋3CO2↑ (2)阳极Cu可以发生氧化反应生成Cu2＋，从而保持溶液中Cu2＋浓度恒定 (3)N 牺牲阳极的阴极保护法
解析：(1)①冒气泡的原因是Al与NaOH发生反应，方程式为：2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑；使[Al(OH)4]－生成沉淀，最好是通入CO2，若加入HNO3，沉淀容易溶解。②阳极是Al发生氧化反应，要生成氧化膜还必须有H2O参加，故电极反应式为：2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋；加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀，是由于废电解液中含有Al3＋，和HCO发生了相互促进的水解反应。(2)电镀时，阳极Cu可以发生氧化反应生成Cu2＋。(3)铁被保护，可以作原电池的正极，或者电解池的阴极，故若X为碳棒，开关K应置于N处，Fe作阴极受到保护；若X为锌，开关K置于M处，铁作正极，称为牺牲阳极的阴极保护法。
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