第四章综合能力测试
(时间90分钟 满分100分)
试卷说明：本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，请将第Ⅰ卷正确选项填涂在答题卡上，第Ⅱ卷正确答案答在该试题相应答题位置上。
可能用到的相对原子质量：H—1 C—12 N—14 O—16 F—19 Na—23 Mg—24 S—32 Cl—35.5 K—39 Ca—40 Zn—65 Ba—137
第Ⅰ卷(选择题，共48分)
一、选择题(本题包括18小题，每小题只有一个选项符合题意，每小题3分，共48分)
1．(2011·湘潭模拟)下列过程需要通电才能进行的是( )
①电离 ②电解 ③电镀 ④电泳 ⑤电化学腐蚀
A．①②③ B．②④⑤
C．②③④ D．全部
【解析】 电离是指电解质离解成自由移动的离子的过程，自发进行；电化学腐蚀是指金属因构成原电池而加快失去电子；而电解、电镀、电泳均是在通电条件下进行的。
【答案】 C
2．(2011年兖州高二期末)下列各装置中铜电极上能产生气泡的是( )
【解析】 A项，乙醇为非电解质，不构成原电池。B项，两电极均为铜电极，不构成原电池。C项为原电池，Cu为正极，2H＋＋2e－===H2↑。D项，没有自发的氧化还原反应，构不成原电池。
【答案】 C
3．将等质量的A、B两份锌粉装入试管中，分别加入过量的稀硫酸，同时向装A的试管中加入少量CuSO4溶液。如图表示产生氢气的体积V与时间t的关系，其中正确的是( )
【解析】 向A中滴加CuSO4溶液：Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4，置换出的Cu附着在Zn上构成原电池，加快产生H2的速率。A中的Zn有少量的与CuSO4反应，产生的H2体积较少。
【答案】 D
4．如图所示，铜片、锌片和石墨棒用导线连接后插入番茄里，电流表中有电流通过，则下列说法正确的是( )
A．锌片是负极
B．两个铜片上都发生氧化反应
C．石墨是阴极
D．两个番茄都形成原电池
【解析】 由于番茄汁显酸性，Zn和Cu的活泼性不同，且Zn能与H＋反应，因此左侧为原电池，右侧为电解池。在左侧，Zn作负极，Cu作正极，在右侧C作阳极，Cu作阴极，故A正确。
【答案】 A
5．在理论上不能用于设计成原电池的化学反应是( )
A. 4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s) ΔH<0
B．CH3CH2OH(l)＋3O2(g)===2CO2 (g)＋3H2O(l) ΔH<0
C．Al(OH)3(s)＋NaOH(aq)===NaAlO2(aq)＋2H2O(l) ΔH<0
D．H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH<0
【解析】 能设计成原电池的反应，应是自发的氧化还原反应。C项不是氧化还原反应，所以不能设计成原电池。
【答案】 C
6．(2011年泰安高二期末)用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，停止电解，向溶液中加入一定质量的另一种物质(括号内)，能使溶液完全复原的是( )
A. CuCl2 (CuO) B．NaOH (NaOH)
C．CuSO4 (CuCO3) D．NaCl (NaOH)
【解析】
选项
产物物质的量比
复原加入物质
A
Cu：Cl2 ＝1：1
CuCl2固体
B
H2：O2＝2：1
H2O
C
Cu：O2 ＝2：1
CuO或CuCO3
D
Cl2：H2 ＝1：1
HCl气体
【答案】 C
7．如图所示，X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无味的气体放出，符合这一情况的是( )
a极板
b极板
X电极
Z
A
锌
石墨
负极
CuSO4
B
石墨
石墨
负极
NaOH
C
银
铁
正极
AgNO3
D
铜
石墨
负极
CuCl2
【解析】 该装置为电解装置，a极板质量增加，说明a为阴极，X为负极，Y为正极，b为阳极。A项，a极板2Cu2＋＋4e－===2Cu，阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，符合题意。B项，a极板生成H2，质量不增加，不合题意。C项，X为正极，不合题意。D项，b极：2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2为黄绿色气体，不合题意。
【答案】 A
8．下图有关电化学的示意图正确的是( )
【解析】 A项，Zn作负极、Cu作正极，错误；B项，Zn、Cu两极应互换；C项，粗铜应作阳极，精铜作阴极。
【答案】 D
9．惰性电极分别电解下列物质的水溶液一段时间后，氢离子浓度不会改变的是( )
A．NaCl B．CuSO4
C．AgNO3 D．Na2SO4
【解析】 A项，电解NaCl溶液，c(OH－)增
加，c(H＋)减小；B项，电解CuSO4溶液，c(H＋)增加；C项电解AgNO3溶液，c(H＋)增加；D项，电解Na2SO4溶液，实际是电解水，电解后溶液仍然为中性，c(H＋)不变。
【答案】 D
10．pH＝a的某电解质溶液中，插入两支惰性电极，通直流电一段时间后，溶液的pH>a，则该电解质可能是( )
A. NaOH B．H2SO4
C．AgNO3 D．Na2SO4
【解析】 由阴、阳离子的放电顺序可知，电解NaOH、H2SO4、Na2SO4溶液的实质都是电解水，电解质溶液的浓度都增大，故NaOH溶液pH增大，H2SO4的pH减小，Na2SO4的pH不变；电解AgNO3溶液生成HNO3，溶液的pH减小。
【答案】 A
11．(2011年三明一中高二期中)在铁制品上镀上一定厚度的铜层，以下电镀方案中正确的是( )
A．铜作阳极，铁制品作阴极，溶液中含Fe2＋
B．铜作阴极，铁制品作阳极，溶液中含Cu2＋
C．铜作阴极，铁制品作阳极，溶液中含Fe3＋
D．铜作阳极，铁制品作阴极，溶液中含Cu2＋
【解析】 在铁上镀铜，则要求铜在阳极，铁在阴极，电解质溶液含Cu2＋，D项符合题意。
【答案】 D
12．镁燃料电池以镁合金作为电池的一极，另一极充入过氧化氢，电解质溶液是酸化的氯化钠溶液，放电时总反应方程式：Mg＋2H＋＋H2O2===Mg2＋＋2H2O。关于该电池说法正确的是( )
A．镁合金为电池负极，发生还原反应
B．放电时H2O2在正极反应得电子
C．正极反应式为：Mg－2e－===Mg2＋
D．放电时正极附近的酸性增强
【解析】 由总反应方程式知负极反应：Mg－2e－===Mg2＋，发生氧化反应。正极反应：H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O，放电时正极附近的溶液酸性减弱。
【答案】 B
13．一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2－。下列对该燃料电池说法不正确的是( )
A．在熔融电解质中，O2－移向负极
B．电池的总反应是：2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O
C．通入空气的一极是正极，电极反应为：O2＋4e－===2O2－
D．通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H10＋26e－＋13O2－===4CO2↑＋5H2O
【解析】 燃料电池中通入还原剂的一极为负极，丁烷在负极失电子。C4H10－26e－＋13O2－===4CO2↑＋5H2O。
【答案】 D
14．(2011·湖南考试院调研)如图所示甲、乙两个装置，所盛溶液体积和浓度均相同且足量，当两装置电路中通过的电子都是1 mol时，下列说法不正确的是( )
A．溶液的质量变化：甲减小乙增大
B．溶液pH变化：甲减小乙增大
C．相同条件下产生气体的体积：V甲＝V乙
D．电极反应式：甲中阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，乙中负极：Mg－2e－===Mg2＋
【解析】 甲中总反应为：2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，乙中总反应为：Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑，故甲溶液质量减小，乙溶液质量增大，A正确；甲中生成H2SO4，pH减小，乙中消耗盐酸，pH增大，B正确；当两装置电路中通过的电子都是1 mol时，甲中产生0.25 mol O2，乙中产生0.5 mol H2，故相同条件下，甲乙中产生气体的体积比为1:2，C错误；甲中阴极为Cu2＋放电，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，乙中负极为Mg放电，电极反应为：Mg－2e－===Mg2＋，D正确。
【答案】 C
15．(2011·南昌调研)用惰性电极电解一定量的硫酸铜溶液，电解一段时间后，向电解液中加入0.1 mol碱式碳酸铜晶体(不含结晶水)，恰好使溶液恢复到电解前的浓度和pH。下列有关叙述不正确的是( )
A．电解过程产生的气体体积(在标准状况下)为5.6 L
B．电解过程转移的电子数为3.612×1023个
C．电解过程只发生了2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4
D．加入碱式碳酸铜的反应是：Cu2(OH)2CO3＋2H2SO4=== 2CuSO4＋CO2↑＋3H2O
【解析】 加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3可以恢复到原状，可将其看做0.1 mol的2CuO·H2O·CO2，说明电解过程发生的反应为：①2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4和②2H2O2H2↑＋O2↑。其中反应①析出铜0.2 mol，消耗硫酸铜0.2 mol，反应②消耗水为0.1 mol。反应①生成氧气0.1 mol，反应②生成气体为0.15 mol，共生成气体5.6 L(标准状况下)；反应①转移电子0.4 mol，反应②转移电子0.2 mol，共转移电子0.6 mol，转移的电子数为3. 612×1023个。
【答案】 C
16．(2010·福建高考)铅蓄电池的工作原理为：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，研读下图，下列判断不正确的是( )
A．K闭合时，d电极反应式：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO
B．当电路中转移0.2 mol电子时，Ⅰ中消耗的H2SO4为0.2 mol
C．K闭合时，Ⅱ中SO向c电极迁移
D．K闭合一段时间后，Ⅱ可单独作为原电池，d电极为正极
【解析】 本题考查铅蓄电池，意在考查考生对电池的充电和放电过程所涉及的化学原理进行分析的能力。根据图示，Ⅰ为原电池，a为正极，b为负极，Ⅱ为电解池，c为阴极，d为阳极。K闭合时，d为阳极，发生氧化反应：PbSO4－2e－＋2H2O===PbO2＋4H＋＋SO，A项正确，根据铅蓄电池的总反应知该反应中转移电子数为2e－，则电路中转移0.2 mol电子时，Ⅰ中消耗0.2 molH2SO4，B项正确；K闭合时，Ⅱ中SO向阳极(d极)迁移，C项错误；K闭合一段时间后，c电极析出Pb，d电极析出PbO2，电解质溶液为H2SO4，此时可以形成铅蓄电池，d电极作正极，D项正确。
【答案】 C
第Ⅱ卷(非选择题，共52分)
二、非选择题(本题包括5小题，共52分)
17．(5分)如下图所示，a、b、c、d均为铂电极，供选择的四组电解质溶液如下表：
组
A
B
C
D
甲槽
NaOH
AgNO3
H2SO4
NaCl
乙槽
CuSO4
CuCl2
AgNO3
AgNO3
要满足的条件是：①工作一段时间后，甲槽电解液pH上升，而乙槽电解液pH下降；②b、c两极放电离子的物质的量相等。则：
(1)应选用的电解液是________组；
(2)甲槽的电解方程式为：_____________________________ ___________________________________________，
乙槽的电解方程式为：__________________________________ ______________________________________。
【解析】 根据电解规律，电解后电解液的pH升高的有NaOH和NaCl; pH降低的有CuSO4和AgNO3；pH基本不变的有CuCl2。由条件①排除B、C.又因为甲、乙两池是串联的，故b为阳极、c为阴极，A、D组电解液的电极反应为：
A组
D组
由条件②排除A.
【答案】 (1)D
(2)2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
4AgNO3＋2H2O4Ag＋4HNO3＋O2↑
18．(14分)请按要求回答下列问题。
(1)根据图1回答①②：
①打开K2，合并K1。
A电极可观察到的现象是_______________________________ _________________________________________；
B极的电极反应式为_______________________________ _________________________________________。
②打开K1，合并K2。
A电极可观察到的现象是_______________________________ _________________________________________；
B极的电极反应为____________________________________ ____________________________________。
(2)根据图2回答③④：
③将较纯净的CuSO4溶液放入如图2所示的装置中进行电解，石墨电极上的电极反应式为________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________，
电解反应的离子方程式为__________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________；
④实验完成后，铜电极增重a g，石墨电极产生标准状况下的气体体积________L。
【解析】 (1)①此时为原电池，锌为负极，不断溶解，B极为正极，反应为Cu2＋＋2e－===Cu。②此时为电解池，A极为阴极，反应为Cu2＋＋2e－===Cu，故A极上镀上一层红色的铜，B极为阳极，反应为Cu－2e－===Cu2＋。
(2)此时为惰性电极电解CuSO4溶液，石墨极上反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，总反应的离子方程式为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋，V(O2)＝××22.4 L＝ L。
【答案】 (1)①锌不断溶解
Cu2＋＋2e－===Cu
②电极表面有红色固体附着
Cu－2e－===Cu2＋
(2)③4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋
④
19．(8分)(2011·淄博检测)探究盐桥式原电池的工作原理(Cu元素的相对原子质量为64)．
按照实验步骤依次回答下列问题：
(1)导线中电子流向为________(用a、b表示)。
(2)写出装置中镀锌电极上的电极反应式：__________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________；
(3)若装置中铜电极的质量增加0.64 g，则导线中转移的电子数目为________；(不许用“NA”表示)
(4)装置中盐桥中除添加琼脂外，还要添加KCl的饱和溶液，电池工作时，对盐桥中的K＋、Cl－的移动方向表述正确的是________。
A．盐桥中的K＋向左侧烧杯移动、Cl－向右侧烧杯移动
B．盐桥中的K＋向右侧烧杯移动、Cl－向左侧烧杯移动
C．盐桥中的K＋、Cl－都向左侧烧杯移动
D．盐桥中的K＋、Cl－几乎都不移动
(5)若ZnSO4溶液中含有杂质Cu2＋，会加速Zn电极的腐蚀、还可能导致电流在较短时间内衰减，欲除去Cu2＋，最好选用下列试剂中的________(填代号)。
A．NaOH B．Zn
C．Fe D．H2SO4
【解析】 在该原电池中负极为Zn，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，正极为铜，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，当铜电极增加0.64 g时，转移电子(由a到b)为×6.02×1023 mol－1×2＝1. 204×1022。盐桥中K＋向正极区(右侧烧杯)移动，Cl－向负极区(左侧烧杯)移动，除去ZnSO4中的杂质Cu2＋，据不引入新的杂质，所以可选择Zn，发生反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，过量的Zn及生成的Cu过滤可除去。
【答案】 (1)由a到b(或a→b)
(2)Zn－2e－===Zn2＋
(3)1. 204×1022
(4)B (5)B
20．(15分)请从图中选用必要的装置进行电解饱和食盐水的实验，要求测定产生的氢气的体积(大于25 mL)，并检验氯气的氧化性。
(1)A极发生的电极反应式是____________________________ ____________________________________________；
B极发生的电极反应式是__________________________ ______________________________________________；
电解饱和食盐水的化学方程式是___________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________。
(2)电源的M端应连接的电极为________(A或B)极。
(3)设计上述气体实验装置时，各接口的正确连接顺序为：
________接________、________接A，B接________、________接________。
(4)实验中，在盛有KI淀粉溶液的容器中发生反应的离子方程式为______________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)已知饱和食盐水50 mL，某时刻测得H2体积为56 mL(标准状况)。此时溶液pH约为________。
【解析】 (1)因Fe为活泼电极，电解饱和食盐水时，要作阴极发生还原反应，B为惰性电极作阳极，发生氧化反应。
(2)电源负极接电解池的铁棒，碳棒作阳极接电源正极。
(3)电解池左边A导管口产生H2，右边B导管口产生Cl2，以电解池为中心，则有：H←F、G←A、B→D、E→C相应装置的作用：
(4)Cl2氧化I－，即Cl2＋2I－===2Cl－＋I2。
(5) 2NaOH ～ H2
2 mol 22.4 L
5×10－3 mol 56×10－3 L
c(OH－)＝＝0.1 mol·L－1
pOH＝－lg0.1＝1
pH＝14－pOH＝14－1＝13。
【答案】 (1)2H＋＋2e－===H2↑
2Cl－－2e－===Cl2↑
2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
(2)B
(3)H F G D E C
(4)Cl2＋2I－===2Cl－＋I2
(5)13
21．(10分)(2011·武汉调研)
(1)某课外活动小组同学用如图装置进行实验，试回答下列问题：
①若开始时开关K与a连接，则铁发生电化学腐蚀中的________腐蚀。
②若开始时开关K与b连接，则总反应的离子方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)芒硝化学式为Na2SO4·10H2O，无色晶体，易溶于水，是一种分布很广泛的硫酸盐矿物。该小组同学设想，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，用如图所示装置电解硫酸钠溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钠，无论从节省能源还是从提高原料的利用率而言都更加符合绿色化学理念。
①该电解槽的阳极反应式为__________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________。
此时通过阴离子交换膜的离子数________(填“大于”、“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数②制得的氢氧化钠溶液从出口(填写“A”、“B”、“C”或“D”)________导出。
③通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因：_______ _________________________________________________________________________________________________________________________________________。
④若将制得的氢气、氧气和氢氧化钠溶液组合为氢氧燃料电池，则电池负极的电极反应式为_______________________________ _________________________________________________________________________________________________________________。
已知H2的燃烧热为285.8 kJ/mol，则该燃料电池工作产生36 g H2O时，理论上有________kJ的能量转化为电能．
【解析】 (1)①开关K与a连接，形成原电池，由于电解质溶液为饱和食盐水，铁发生吸氧腐蚀。②开关K与b连接，为石墨作阳极电解饱和食盐水，总反应的离子方程式为：2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑。
(2)①该电解槽中阳极为OH－放电，电极反应式为：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。阳极OH－放电，因此SO向阳极迁移，阴极H＋放电，因此Na＋向阴极迁移，显然通过相同电量时，通过阴离子交换膜的离子数小于通过阳离子交换膜的离子数。②NaOH在阴极产生，因此从出口D导出。③通电开始时，阴极上H＋放电，促进水的电离，OH－浓度增大，因此pH增大，④碱性氢氧燃料电池中负极为H2放电，电极反应式为：H2－2e－＋2OH－===2H2O.该电池的总反应式为2H2＋O2===2H2O，由于H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ/mol，当电池工作产生36 g H2O时，理论上转化的电能为285.8 kJ/mol×2 mol＝571.6 kJ。
【答案】 (1)①吸氧
②2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑
(2)①4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 小于
②D
③H＋放电促进水的电离，使OH－浓度增大
④H2－2e－＋2OH－===2H2O 571.6
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