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1、考点9 电化学1、 选择题1.(2020全国卷12)科学家近年发明了一种新型Zn-CO2水介质电池。电池示意图如图,电极为金属锌和选择性催化材料。放电时,温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等,为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是()A.放电时,负极反应为Zn-2e-+4OH-B.放电时,1 mol CO2转化为HCOOH,转移的电子数为2 molC.充电时,电池总反应为22Zn+O2+4OH-+2H2OD.充电时,正极溶液中OH-浓度升高【解析】选D。放电时,负极上Zn发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e-+4OH-,故A正确;放电时,CO2转化为HCOOH,C元素化合价降低
2、2,则1 mol CO2转化为HCOOH时,转移电子数为2 mol,故B正确;充电时,阳极上H2O转化为O2,负极上Zn(OH)42-转化为Zn,电池总反应为22Zn+O2+4OH-+2H2O,故C正确;充电时,正极即为阳极,电极反应式为2H2O-4e-4H+O2,溶液中H+浓度增大,溶液中c(H+)c(OH-)=KW,温度不变时,KW不变,因此溶液中OH-浓度降低,故D错误。2.(2020全国卷12)电致变色器件可智能调控太阳光透过率,从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时,Ag+注入到无色WO3薄膜中,生成AgxWO3,器件呈现蓝色,对于该变化过程,下列叙述错误的是()A.A
3、g为阳极B.Ag+由银电极向变色层迁移C.W元素的化合价升高D.总反应为:WO3+xAgAgxWO3【解析】选C。由外加电源可知该装置为电解装置。由“通电时,Ag+注入到无色WO3薄膜中,生成AgxWO3”可知,Ag为阳极,Ag+由银电极向变色层(阴极)迁移,A、B正确;WO3生成AgxWO3,W的化合价降低x价,C错误;阳极电极反应式为xAg-xe-xAg+,阴极电极反应式为WO3+xe-+xAg+AgxWO3,两极电极反应式相加得总反应式为WO3+xAgAgxWO3。3.(2020全国卷12)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)空气电池如图所示,其中在VB2电极发生反应:VB2+16OH-11
4、e-+2+4H2O。该电池工作时,下列说法错误的是()A.负载通过0.04 mol电子时,有0.224 L(标准状况)O2参与反应B.正极区溶液的pH降低,负极区溶液的pH升高C.电池总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O8+4D.电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极【解析】选B。该电池中O2在正极发生的反应为O2+2H2O+4e-4OH- ,所以负载通过0.04 mol电子时,有0.224 L(标准状况)O2参与反应,A正确;根据正负极电极反应式可知使用过程中负极区溶液的pH降低、正极区溶液的pH升高,B错误;根据两极电极反应式可知电池总反应为4VB2+11
5、O2+20OH-+6H2O8+4,C正确;VB2电极和复合碳电极分别为电池的负极、正极,根据物理学知识可知电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极,D正确。4.(2020山东等级考10)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置,利用微生物处理有机废水获得电能,同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水,采用惰性电极,用下图装置处理有机废水(以含CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是()A.负极反应为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2+7H+B.隔膜1为阳离子交换膜,隔膜2为阴离子交换膜C.当电路中转移1 mol电子时,模拟海水理论上除盐58.5 gD.电池工作
6、一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为21【解析】选B。据图可知a极上CH3COO-转化为CO2和H+,C元素被氧化,所以a极为该原电池的负极,则b极为正极。a极为负极,CH3COO-失电子被氧化成CO2和H+,结合电荷守恒可得电极反应式为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2+7H+,故A正确;为了实现海水的淡化,模拟海水中的氯离子需要移向负极,即a极,则隔膜1为阴离子交换膜,钠离子需要移向正极,即b极,则隔膜2为阳离子交换膜,故B错误;当电路中转移1 mol电子时,根据电荷守恒可知,海水中会有1 mol Cl-移向负极,同时有1 mol Na+移向正极,即除去1 mol NaCl,
7、质量为58.5 g,故C正确;b极为正极,水溶液为酸性,所以氢离子得电子产生氢气,电极反应式为2H+2e-H2,所以当转移8 mol电子时,正极产生4 mol气体,根据负极反应式可知负极产生2 mol气体,物质的量之比为42=21,故D正确。5.(2020山东等级考13)采用惰性电极,以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如下图所示。忽略温度变化的影响,下列说法错误的是()A.阳极反应为2H2O-4e-4H+O2B.电解一段时间后,阳极室的pH未变C.电解过程中,H+由a极区向b极区迁移D.电解一段时间后,a极生成的O2与b极反应的O2等量【解析】选D。a极析出氧气,氧元素的化合价升
8、高,作电解池的阳极,b极通入氧气,生成过氧化氢,氧元素的化合价降低,被还原,作电解池的阴极。a极是阳极,属于放氧生酸性型的电解,所以阳极的反应式是2H2O-4e-4H+O2,故A正确;电解时阳极产生氢离子,氢离子是阳离子,通过质子交换膜移向阴极,所以电解一段时间后,阳极室的pH不变,故B正确;电解过程中,阳离子移向阴极,H+由a极区向b极区迁移,C正确;电解时,阳极的反应为2H2O-4e-4H+O2,阴极的反应为O2+2e-+2H+H2O2,总反应为O2+2H2O2H2O2,要消耗氧气,即是a极生成的氧气小于b极消耗的氧气,故D错误。6.(2020天津等级考11)熔融钠-硫电池性能优良,是具有
9、应用前景的储能电池。如图中的电池反应为2Na+xSNa2Sx(x=53,难溶于熔融硫)。下列说法错误的是()A.Na2S4的电子式为Na+SSSS2-Na+B.放电时正极反应为xS+2Na+2e-Na2SxC.Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极D.该电池是以Na-Al2O3为隔膜的二次电池【解析】选C。Na2S4为离子化合物,构成离子为Na+、,电子式为Na+SSSS2-Na+,A项正确;根据电池总反应,放电时正极上S发生还原反应,且Na+向正极移动参与反应,电极反应为xS+2Na+2e-Na2Sx,B项正确;Na为电池的负极,S为电池的正极,C项错误;根据电池总反应及示意图,可知该电池是
10、以Na-Al2O3为隔膜的二次电池,D项正确。7.(2020江苏高考11)将金属M连接在钢铁设施表面,可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题11图所示的情境中,下列有关说法正确的是()A.阴极的电极反应式为Fe-2e-Fe2+B.金属M的活动性比Fe的活动性弱C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快【解析】选C。A项,该装置为原电池,阴极处为正极,参与电极反应的可能是O2或是溶液中的H+,错误;B项,M比Fe活泼,M将电子转移至Fe处,错误;C项,Fe表面有M传过来的电子,则O2或H+得到的电子不是Fe失去的电子,故Fe被保护,正确;D项,海水中存在电解质溶
11、液,所以更容易发生电化学腐蚀,错误。8.(2020浙江7月选考8)下列说法不正确的是()A.Cl-会破坏铝表面的氧化膜B.NaHCO3的热稳定性比Na2CO3强C.KMnO4具有氧化性,其稀溶液可用于消毒D.钢铁在潮湿空气中生锈主要是发生了电化学腐蚀【解析】选B。Cl-很容易被吸附在铝表面的氧化膜上,将氧化膜中的氧离子取代出来,从而破坏氧化膜,A项正确;碳酸氢钠受热分解可生成碳酸钠、水和二氧化碳,则稳定性:NaHCO3Na2CO3,B项错误;KMnO4具有强氧化性,可使病毒表面的蛋白质外壳变形,其稀溶液可用于消毒,C项正确;钢铁在潮湿的空气中,铁和碳、水膜形成原电池,发生电化学腐蚀,腐蚀速率更
12、快,D项正确。9.(2020浙江7月选考21)电解高浓度RCOONa(羧酸钠)的NaOH溶液,在阳极RCOO-放电可得到RR(烷烃)。下列说法不正确的是()A.电解总反应方程式:2RCOONa+2H2ORR+2CO2+H2+2NaOHB.RCOO-在阳极放电,发生氧化反应C.阴极的电极反应:2H2O+2e-2OH-+H2D.电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷【解析】选A。因为阳极RCOO-放电可得到RR(烷烃)和生成CO2,在强碱性环境中,CO2会与OH-反应生成和H2O,故阳极的电极反应式为2RCOO-2e-+4OH-RR+2+2H2O,阴极
13、上H2O电离产生的H+放电生成H2,同时生成OH-,阴极的电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2,因而电解总反应方程式为2RCOONa+2NaOHRR+2Na2CO3+H2,A说法不正确;RCOO-在阳极放电,电极反应式为2RCOO-2e-+4OH-R-R+2+2H2O,COO-中碳元素的化合价由+3价升高为+4价,发生氧化反应,烃基R中元素的化合价没有发生变化,B说法正确;阴极上H2O电离产生的H+放电生成H2,同时生成OH-,阴极的电极反应为2H2O+2e-2OH-+H2,C说法正确;根据题中信息,由上述电解总反应方程式可以确定下列反应能够发生:2CH3COONa+2NaOHCH3CH
14、3+2Na2CO3+H2,2CH3CH2COONa+2NaOHCH3CH2CH2CH3+2Na2CO3+H2,CH3COONa+CH3CH2COONa+2NaOHCH3CH2CH3+2Na2CO3+H2。因此,电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷,D说法正确。二、非选择题10.(2020全国卷27)(15分)为验证不同化合价铁的氧化还原能力,利用下列电池装置进行实验,回答下列问题:(1)由FeSO47H2O固体配制0.10 molL-1FeSO4溶液,需要的仪器有药匙、玻璃棒、(从下列图中选择,写出名称)。(2)电池装置中,盐桥连接两电极电解质溶
15、液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应,并且电迁移率(u)应尽可能地相近。根据下表数据,盐桥中应选择作为电解质。阳离子u108/(m2s-1V-1)阴离子u108/(m2s-1V-1)Li+4.074.61Na+5.197.40Ca2+6.59Cl-7.91K+7.628.27(3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知,盐桥中的阳离子进入电极溶液中。(4)电池反应一段时间后,测得铁电极溶液中c(Fe2+)增加了0.02 molL-1。石墨电极上未见Fe析出。可知,石墨电极溶液中c(Fe2+)=。(5)根据(3)、(4)实验结果,可知石墨电极的电极反应式为,铁电极的电极反应式为。因此,验证了Fe2+氧化性小于,还原性小于。(6)实验前需要对铁电极表面活化。在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液,将铁电极浸泡一段时间,铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是。
