第4章 氧化还原反应与电化学 学情检测 2023-2024学年上学期高二化学沪科版（2020）选择性必修1
一、单选题
1．2022北京冬奥会赛区内使用氢燃料清洁能源车辆，这种车辆利用原电池原理提供清洁电能，某氢氧燃料电池工作原理如图所示。下列说法正确的是
A．电极a为电池的正极
B．电池工作过程中，向负极迁移
C．电极b表面反应为
D．氢氧燃料电池中正极消耗(标准状况)气体时，电路中通过的电子数目为2NA
2．用惰性电极进行电解，下列说法正确的是
A．电解稀硫酸，实质上是电解水，故溶液不变
B．电解稀溶液，要消耗，故溶液减小
C．电解溶液，在阴极上和阳极上生成气体产物的物质的量之比为
D．电解溶液，在阴极上和阳极上生成产物的物质的量之比为
3．我国科学家发明了一种“可固氮”的锂-氮二次电池，用可传递的醚类作电解质，电池的总反应为。下列说法正确的是
A．固氮时，锂电极上发生还原反应
B．脱氮时，钌复合电极的电极反应式：
C．固氮时，外电路中电子由钌复合电极流向锂电极
D．固氮时，钌复合电极作负极
4．鎏金兽面纹鼎是湖南省博物馆收藏的珍贵文物。该文物为青铜器，其形制和纹饰与商代铜鼎相同。鎏金又称火法镀金，其工艺是将黄金溶于汞中形成的金汞齐均匀地涂到干净的金属器物表面，加热使汞挥发，黄金与金属表面固结，形成光亮的金黄色镀层。下列说法正确的是
A．青铜比纯铜硬度小
B．常温下的金汞齐是金属晶体
C．鎏金兽面纹鼎应保存在干燥的环境中
D．铜腐蚀后生成的铜绿为CuO
5．用化学方法在钢铁部件表面进行“发蓝”处理是一种普遍采用的金属防护方法：将洁净的铁件浸入一定浓度的和溶液中(必要时加入其他辅助物质)，加热到适当温度并保持一定时间，铁件的表面形成一屋致密的氧化物薄膜并有能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的无色气体放出。关于“发蓝”，下列说法错误的是
A．铁件表面形成的氧化物薄膜主要成分是
B．加热时，无色气体能够还原CuO
C．“发蓝”之前可用溶液和稀硫酸处理铁件
D．硫酸铜溶液可用于检验铁件是否“发蓝”成功
6．某科研机构研发的NO—空气燃料电池的工作原理如图所示，下列叙述正确的是
A．a电极为电池负极
B．电池工作时透过质子交换膜从右向左移动
C．b电极的电极反应：
D．当外电路中通过电子时，a电极处消耗
7．下列说法错误的是
A．在钢铁设备上安装若干镁合金块或锌块，可保护设备不被腐蚀
B．将钢闸门通过导线与直流电源的正极相连，保护闸门不被腐蚀
C．厨房中炒完菜的铁锅应及时清洗并擦干，防止发生电化学腐蚀
D．镀锌铁表面的镀层如发生破损，被腐蚀的仍然是镀层
8．我国科研工作者发明了一种高性能的水系锰基锌电池[]，电池工作示意图如图，该电池工作一段时间后，的浓度增大。下列说法正确的是
A．电极X的材料为Zn
B．膜a、b分别为阳、阴离于交换膜
C．正极反应式为
D．当的物质的量增大0.1mol时，电路中转移0.4mol电子
9．下列浓硫酸的叙述错误的是
A．浓硫酸可用作干燥剂，能够干燥氢气、氧气等气体，但不能干燥碱性气体和有较强还原性的HI、H2S等气体
B．浓硫酸与木炭反应的化学方程式为C＋2H2SO4(浓) CO2↑＋2SO2↑＋2H2O，在此反应中，浓硫酸既表现了强氧化性又表现了酸性
C．1 mol铜粉投到足量浓硫酸中，加热得到气体体积标准状况下为22.4 L
D．常温下能够用铁、铝等容器盛放浓硫酸，是因为浓硫酸能使铁、铝钝化
10．科学家利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D-Zn-NiOOH二次电池，结构如图所示，隔膜只允许通过。电池反应为。下列说法不正确的是
A．3D-Zn具有较高的表面积，有利于沉积ZnO
B．放电时每沉积，有通过隔膜
C．充电时3D-Zn电极应与外接直流电源的负极相连
D．充电时阳极反应为
11．我国科学家研究发现，在MnO2/Mn2+氧化还原介质的辅助下，可将电解水分离为制氢和制氧两个独立的过程，从而实现低电压下电解水，其电化学原理如图所示。下列说法错误的是
A．a、c为电源的负极
B．K向左端闭合时，N电极发生的反应为
C．产生等物质的量的和时，N电极质量减小
D．K向右端闭合时，电解过程中的物质的量不变
二、多选题
12．金属铬生产常采用金属热还原法及电解法，下图是一种电解法制备高纯铬和硫酸的简单装置示意图。下列说法错误的是
A．石墨电极反应式为
B．A膜为阴离子交换膜，B膜为质子交换膜
C．电解过程中，甲池需要不断补充，丙池需要不断补充
D．电解过程中，导线中每通过电子，甲池质量减少5.2g
三、计算题
13．将一定质量铁、铝组成的混合物投入到足量的稀硫酸中，充分反应后收集到标准状况下的H25.6L；若将等质量的上述混合物与足量的NaOH溶液反应，在标准状况下产生H23.36L。则混合物中铁的质量分数为多少。
四、实验探究题
14．某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu金属活动性的相对强弱，他们提出了以下两种方案。请你帮助他们完成有关实验项目：
(1)方案I：有人提出将大小相等的铁片和铜片分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。该原理的离子方程式为 。
(2)方案II：有人利用Fe、Cu作电极设计成原电池，以确定它们活动性的相对强弱。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式 。
正极反应式： ；负极反应式： 。
(3)方案III：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性相对强弱的简单实验方案(与方案I、II不能雷同)： ，用离子方程式表示其反应原理： 。
五、原理综合题
15．某化学兴趣小组的同学设计了如图所示的装置，完成下列问题：
(1)反应过程中， 棒质量减少。
(2)正极的电极反应为 。
(3)反应过程中，当一电极质量增加2g，另一电极减轻的质量 (填“大于”“小于”或“等于”)2g。
(4)盐桥的作用是向甲、乙两烧杯中提供和Cl-，使两烧杯溶液中保持电中性。
①反应过程中Cl-将进入 (填“甲”或“乙”)烧杯。
②当外电路中转移0.2mol电子时，正极溶液中离子浓度最大的离子是 。
六、无机推断题
16．现有A、B、C、D四种短周期主族元素，其原子序数依次增大。已知A、C位于同一主族，A在周期表中原子半径最小。B、D的最外层电子数相等，且B、D的原子序数之和为A、C原子序数之和的两倍。请回答下列问题：
(1)元素D在周期表中的位置是 。
(2)C2B2所含的化学键类型有 ；请写出C2B2与A2B反应的离子方程式 。
(3)元素B、C形成的简单离子中半径较大的是 （写电子式）。
(4)仅由C、D两种元素组成的一种盐溶于水后pH>7的原因是 (用离子方程式表示)。
(5)如图所示以铂作电极，以C、D两元素的最高价氧化物的水化物X、Y的溶液作为电解质溶液，A、B元素的单质分别在两电极上发生原电池反应，则通入B单质的电极反应式为 ，通入A单质的X溶液的pH将 (填“增大”、“不变”或“减小”)。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【分析】由图可知，电极a为负极，电极反应式为H2 2e ＋2OH =2H2O，电极b为正极，电极反应式为O2＋4e ＋2H2O=4OH ，据此作答。
【详解】A．电极a上氢元素失电子价态升高，故电极a为负极，故A错误；
B．原电池工作时，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，K+移向正极，故B错误；
C．由分析可知，电极b为正极，电极反应式为O2＋4e ＋2H2O=4OH ，故C正确；
D．标准状况下22.4L气体的物质的量为1mol，结合选项C分析可知，正极消耗1mol氧气，电路中通过的电子数目为4NA，故D错误；
故选C。
2．D
【详解】A．电解稀硫酸，实质上是电解水，溶剂的质量减小，溶质的质量不变，所以溶液的浓度增大，的浓度增大，溶液的变小，A项错误；
B．电解稀溶液，实质上是电解水，溶剂的质量减小，溶质的质量不变，所以溶液的浓度增大，的浓度增大，溶液的变大，B项错误；
C．电解溶液，实质上是电解水，阴极上得电子生成氢气，阳极上失电子生成氧气，根据得失电子守恒，在阴极上和阳极上生成气体产物的物质的量之比为，C项错误；
D．电解溶液时，阴极上得电子生成铜，阳极上失电子生成氯气，根据得失电子守恒，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为，D项正确；
故选D。
3．B
【分析】根据电池总反应可知，固氮时，锂电极作负极，发生氧化反应，负极反应式为，钌复合电极作正极，移向正极，氮气在正极得电子，发生还原反应，电极反应式为。
【详解】A．由分析可知，固氮时，锂电极作负极，发生氧化反应，故A错误；
B．脱氮时，钉复合电极的电极反应为正极反应的逆反应，电极方程式为：，故B正确；
C．固氮时，锂电极作负极，钌复合电极作正极，外电路中电子由锂电极流向钌复合电极，故C错误；
D．固氮时，锂电极作负极，钌复合电极作正极，故D错误；
故选B。
4．C
【详解】A．合金的硬度比成分金属的大，即青铜比纯铜硬度大，A错误；
B．晶体是指具有规则几何外形的固体，常温下的金汞齐是液态物质，不是金属晶体，B错误；
C．铜制鎏金兽面纹鼎可能会发生电化学腐蚀，将鎏金兽面纹鼎保存在干燥的环境中，有利于减缓腐蚀，C正确；
D．铜绿为碱式碳酸铜，其化学组成一般可表示为Cu2(OH)2CO3，D错误；
故答案为：C。
5．A
【详解】A．铁件表面形成的氧化物薄膜主要成分是，A错误；
B．根据质量守恒可知，氮元素化合价降低被还原生成无色气体为，具有还原性，加热时，能还原CuO，B正确；
C．用碳酸钠溶液和稀硫酸分别除去铁件表面的油污和铁锈，有利于“发蓝”的进行，C正确；
D．“发蓝”后氧化膜阻止铁与硫酸铜溶液接触反应，可用该方法检验铁件是否“发蓝”成功，D正确；
故选A。
6．C
【分析】NO—空气燃料电池的工作原理如图所示，氧气发生还原反应，故a为正极、b为负极；
【详解】A．由分析可知，a电极为电池正极，A错误；
B．原电池中氢离子向正极移动，故电池工作时透过质子交换膜从左向右移动，B错误；
C．b电极上NO失去电子发生氧化反应生成硝酸，电极反应：，C正确；
D．没有标况，不能计算氧气的体积，D错误；
故选C。
7．B
【详解】A．在钢铁设备上安装若干镁合金或锌块，镁合金或锌块作原电池负极的金属加速被腐蚀，钢铁设备作正极的金属被保护，故A正确；
B．将钢闸门通过导线与直流电源的正极相连，钢闸门作阳极，加速了腐蚀，故B错误；
C．钢铁在有电解质溶液的环境中易发生电化学腐蚀，炒过菜的铁锅含有电解质溶液，不及时清洗会发生电化学腐蚀，故C正确；
D．Fe与Zn形成原电池时Fe作正极被保护，所以镀锌铁的镀层破损后，镀层仍然对铁起保护作用，故D正确；
故选B。
8．C
【详解】A．由图中电子流动方向可知电极Y为负极，材料为Zn，电极X为正极，材料为，故A错误；
B．一段时间后，的浓度增大说明程a、b分别为阴、阳离子交换膜，故B错误；
C．根据总反应，锰化合价降低，则正极反应式为，故C正确；
D．的物质的量增大0.1m时，电路中转移0.2ml电子，故D错误。
综上所述，答案为C。
9．B
【详解】A．浓硫酸具有吸水性，可用作干燥剂，能够干燥氢气、氧气等气体；浓硫酸具有强氧化性和酸性，不能干燥碱性气体和有较强还原性的HI、H2S等气体，故A正确；
B．浓硫酸与木炭反应的化学方程式为C＋2H2SO4(浓) CO2↑＋2SO2↑＋2H2O，在此反应中，S元素化合价降低，浓硫酸既表现了强氧化性，故B错误；
C．Cu能和浓硫酸反应生成硫酸铜和二氧化硫，方程式为：Cu＋2H2SO4(浓) CuSO4＋SO2↑＋2H2O，1 mol铜粉投到足量浓硫酸中，加热得到1mol二氧化硫，标准状况下为22.4 L，故C正确；
D．浓硫酸能使铁、铝钝化，常温下能够用铁、铝等容器盛放浓硫酸，故D正确；
故选B。
10．B
【分析】根据电池中元素化合价变化可知，放电时Zn为负极，NiOOH为正极，电解质溶液呈碱性，负极反应为，正极反应为，充电时阳极反应为，阴极反应为，据此回答。
【详解】A．三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)为多孔结构，具有较高的表面积，有利于沉积ZnO，故A正确；
B．放电时由负极反应，可知每沉积，有通过隔膜，故B不正确；
C．充电时3D-Zn电极做阴极，应与外接直流电源的负极相连，故C正确；
D．由分析知 充电时阳极反应为，故D正确；
故答案为：B。
11．B
【分析】当K与b接触时，M电极上发生的电极反应为：2H++2e-=H2↑，发生还原反应，即M电极为阴极，N电极上发生的电极反应为：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+，发生氧化反应，N电极为阳极，当K与c电极接触时，N电极发生的电极反应为：MnO2+4H++2e-=Mn2++2H2O，发生还原反应，此时N电极为阴极，L电极发生的电极反应为：4OH- -4e-=O2↑+2H2O，发生氧化反应，L电极为阳极，据此分析解题。
【详解】A．由分析可知，当K与b接触时，M为阴极，即a为电源的负极，当K与c电极接触时，N为阴极，故c为电源的负极，A正确；
B．由分析可知，K向左端闭合时，N电极发生的反应为Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+，B错误；
C．由分析可知，产生等物质的量的和时，设产生nmolH2和nmolO2，根据电子守恒可知，产生nmolH2转移电子为2nmol，此时N即进行的反应Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+，生成nmolMnO2，生成nmolO2转移电子为4nmol，此时N极进行的反应MnO2+4H++2e-=Mn2++2H2O，消耗2nmolMnO2，故N电极质量减小，C正确；
D．K向右端闭合时，L电极发生的电极反应为：4OH- -4e-=O2↑+2H2O，虽然消耗了OH-，但双极膜中的OH-会转移到L电极附近，补充OH-，根据电子守恒可知，电解过程中的物质的量不变，D正确；
故答案为：B。
12．CD
【分析】该装置为电解池，甲池中Cr3+得电子产生Cr，故Cr棒为阴极，a极为负极，b极为正极，石墨电极为阳极，阳极上水失电子产生氧气；阴离子硫酸根离子向阳极移动，故A膜为阴离子交换膜，阳离子氢离子向阴极移动，故B膜为质子交换膜，乙池中硫酸浓度增大；
【详解】A．石墨电极上水失电子产生氧气，酸性条件下电极反应式为，选项A正确；
B．根据分析可知，A膜为阴离子交换膜，B膜为质子交换膜，选项B正确；
C．电解过程中，甲池Cr3+得电子产生Cr，硫酸根离子移向乙池，需要不断补充，丙池水失电子产生氧气且氢离子定向移动到乙池，不需要补充，选项C错误；
D．电解过程中，导线中每通过电子，甲池减少0.5mol，质量减少14.6g，选项D错误；
答案选CD。
13．67.5%
【详解】试题分析：设混合物中铁、铝的物质的量分别为为x、y，则根据
2Al ～ 3H2 Fe ～ H2
2mol 67.2L 1mol 22.4L
y 3.36L x 5.6L－3.36L
解得y＝0.1mol
X＝0.1mol
所以铁的质量分数为：
考点：考查铁、铝和硫酸以及氢氧化钠溶液反应的有关计算
点评：该题是高考中的常见考点，属于常规性计算题的考查。试题基础性强，难易适中，侧重学生能力的考查。该题有利于培养学生的规范答题能力，有利于调动学生的学习兴趣和学习积极性。
14．(1)Fe+2H+=Fe2++H2↑
(2) 2H++2e-=H2↑ Fe-2e-=Fe2+
(3) 把铁片插入CuSO4溶液中，一段时间后，观察铁片表面是否生成红色物质 Fe+Cu2+=Cu+Fe2+
【详解】（1）铁片和稀盐酸反应的离子方程式为Fe+2H+=Fe2++H2↑。
（2）利用Fe、Cu作电极设计成原电池如图 所示，正极和负极电极反应式分别为2H++2e-=H2↑、Fe-2e-=Fe2+。
（3）把铁片插入CuSO4溶液中，一段时间后，观察铁片表面是否生成红色物质，同样可验证活泼性强弱，反应原理为Fe+Cu2+=Cu+Fe2+。
15．(1)锌
(2)Cu2++2e-=Cu
(3)大于
(4) 甲 Cl-
【分析】由装置图可知该装置为原电池，总反应为Zn与CuCl2的置换反应，Zn做负极，Cu做正极，盐桥中的阴阳离子分向两池移动维持电荷守恒，构建完整的闭合电路。
【详解】（1）由上分析可知，Zn做负极失电子，发生氧化反应，变为Zn2+，锌棒质量减小。
（2）由上分析可知，铜电极为正极，Cu2+在正极得电子发生还原反应生成铜单质，电极反应式为Cu2++2e-=Cu。
（3）由转移电子守恒可知，当电路中转移一定量的电子时，正负两极参与反应的Zn、Cu的物质的量相同，因为Zn的摩尔质量大于Cu，故相同物质的量的两种物质Zn的质量大，即当Cu电极的质量增加2g时，Zn电极减少的质量大于2g。
（4）①原电池装置中，阳离子往正极移动，阴离子往负极移动，因此Cl-应往甲池移动；②由电荷守恒和转移电子守恒可知，当电路中转移0.2mol电子时，乙池中有0.1mol的铜参与反应变为铜单质，同时有0.2mol的铵根由盐桥进入乙池，此时乙池中的离子浓度分别为、、，因此浓度最大的离子为Cl-。
16．(1)第三周期ⅥA族
(2) 离子键、共价键(或非极性共价键) 2Na2O2＋2H2O=4Na＋＋4OH－＋O2↑
(3)
(4)S2－＋H2OHS－＋OH－
(5) O2＋4H＋＋4e－=2H2O 减小
【分析】短周期的四种元素A、B、C、D，它们的原子序数依次增大，A在周期表中原子半径最小，则A为H元素，A、C位于同一主族，C为Na元素；B、D的最外层电子数相等，即为同主族元素，且B、D的原子序数之和为A、C原子序数之和的两倍，因此B为O元素，D为S元素。
【详解】（1）D为S元素，在周期表中的位置是第三周期ⅥA族。
（2）C2B2是Na2O2；属于离子化合物，在所含的化学键类型有离子键、非极性共价键；C2B2与A2B反应的离子方程式是2Na2O2＋2H2O=4Na＋＋4OH－＋O2↑。
（3）元素B、C形成的简单离子电子层结构相同，离子的核电荷数越大，离子半径就越小。所以离子半径较大的是O2-，其电子式是 。
（4）仅由C、D两种元素组成的一种盐Na2S是强碱弱酸盐，弱酸根离子S2-水解消耗水电离产生的H+，破坏了水的电离平衡，使水继续电离，最终当溶液达到电离平衡时，c(H+)
（5）以C、D两元素的最高价氧化物的水化物X—NaOH、Y—H2SO4的溶液作为电解质溶液，A、B元素的单质H2、O2分别在两电极上发生原电池反应，则通入B单质的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－=2H2O；通入A单质的电极反应式为H2-2e-+2OH-=2H2O，由于c(OH-)不断减小，所以溶液的pH会增大
