第四章化学反应与能量 综合练习3-2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1
一、单选题
1．工业上以氧化物为原料采用电解法制备下列物质的是
A．镁 B．烧碱 C．铜 D．铝
2．下列说法正确的是
A．在电镀中，镀层金属作阳极，待镀金属作阴极
B．已知C(石墨，s)=C(金刚石，s) H=+1.9kJ·mol-1，则金刚石比石墨稳定
C．水库的钢闸门与电源负极相连以防止其生锈，此为牺牲阳极的阴极保护法
D．增大浓度能增大单位体积内活化分子的百分数，从而增大反应速率
3．一种三室微生物燃料电池污水净化系统原理如图所示，图中有机废水中有机物可用C6H10O5表示。有关说法错误的是
A．该装置为原电池，b为原电池的正极
B．a极区溶液的pH增大
C．当左室有4.48L(标准状况下)CO2生成时，右室产生的N2为0.08mol
D．b电极反应式：
4．某原电池装置如图所示，电池总反应为。下列说法错误的是
A．负极反应为
B．放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成
C．若用溶液代替盐酸，则电池总反应不变
D．当电路中转移时，交换膜左侧溶液中减少离子
5．运用电化学原理分离纯化乙二醛并回收硝酸的装置示意图(电极均为惰性电极)如下。下列说法正确的是
A．X极与电源的正极相连 B．在Y极上得电子
C．m为阳离子交换膜，n为阴离子交换膜 D．分离纯化结束后，A室溶液呈碱性
6．下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。下列叙述正确的是
A．装置最终实现化学能转化为电能 B．电解质溶液pH变大
C．导线中每通过1mole－，需要消耗11.2 LO2(标况) D．b为正极
7．氯碱工业能耗大，通过如图1改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法正确的是
A．用图2装置给图1供电，电极B接多孔碳极
B．电极B的电极反应式为：
C．图1应选用阳离子交换膜，图2放电时左侧通过质子交换膜移向右侧
D．图2充电总反应：
8．某装置示意图如图，下列说法正确的是
A．盐桥中进入溶液 B．电流从铜电极流向锌电极
C．负极发生的反应是 D．既是电极反应物，也是离子导体
9．如图所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有生成，逐渐溶解，下列判断正确的是
A．a是电源的正极
B．通电一段时间后，向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现蓝色
C．通过阴离子交换膜移动到石墨电极Ⅱ
D．当完全溶解时，至少产生气体(标准状况下)
10．电解脱硫的基本原理如图所示，下列有关说法错误的是
A．阴极电极反应为
B．生成1，消耗15
C．电解过程中混合溶液的增大
D．电解过程中向石墨a电极移动
11．一种新型电池，可以有效地捕获，装置如图。下列说法错误的是
A．a端电势低于b端电势
B．电池工作中电子的流向：a→d，c→b
C．d电极反应式：
D．捕获1 mol ，c极产生2.8 L(标准状况)
12．如图装置，能溶解辉铜矿石(主要成分是Cu2S)制得硫酸铜。下列说法正确的是
A．X交换膜可以是阳离子交换膜
B．M极上的电极反应式为Cu2S+10e-+4H2O=2Cu2++8H++SO
C．为证明右侧产物，可取少量溶液加入K3[Fe(CN)6]溶液，观察是否有蓝色沉淀
D．M极的电势高于N极的电势
二、填空题
13．某兴趣小组设计如下原电池装置。根据相关知识，回答下列问题：
(1)若a为Zn，b为Cu，电解质溶液为稀硫酸，则该原电池的负极反应式为 ，电池工作一段时间，Zn极质量变化32.5g，则Cu极可观察到 现象，电路中转移的电子数为 (用NA表示)，溶液中由 电极移向 电极(填“Zn”或“Cu”)。
(2)若设计的电池总反应为2Ag+ + Cu = 2Ag + Cu2+，b作正极，则电极材料a为 ，电解质溶液为 (填化学式)溶液。当电路中通过0.2NA个电子时，则b电极 (填“增重”或“减轻”)的质量为 g。
14．请按要求填写下列空白：
(1)氯碱工业的总反应的离子方程式： 。
(2)甲烷燃料电池熔融碳酸盐环境负极电极反应式： 。
(3)铅蓄电池充电时阳极的电极反应式： 。
(4)钢铁发生吸氧腐蚀的电化学总反应： 。
(5)工业上冶炼铝的离子方程式： 。
15．如下图所示的装置中，若通入直流电5min时，铜电极质量增加2.16g，试回答：
(1)电源电极X的名称为 。
(2)B中阳极电极反应式： ，溶液pH变化： (填“增大”、“减小”或“不变)。
(3)若A中KCl溶液的体积是200mL，电解后溶液的pH为 (设电解前后溶液体积无变化)。
(4)一氧化氮—空气质子交换膜燃料电池将化学能转化为电能的同时，实现了制硝酸、发电、环保三位一体的结合，其工作原理如图所示，写出放电过程中负极的电极反应式： ，若过程中产生2 mol HNO3，则消耗标准状况下O2的体积为 。
16．Ⅰ.载人航天工程对科学研究及太空资源开发具有重要意义，中国正逐步建立自己的载人空间站“天宫”，神舟十三号载人飞船在北京时间10月16日0时23分点火发射，又一次踏上飞向浩渺星辰的征途。
(1)氢氧燃料电池(构造如图)单位质量输出电能较高，反应生成的水可作为航天员的饮用水，氧气可以作为备用氧源供给航天员呼吸。
由此判断Y极为电池的 极，OH-向 (填“正”或“负”)极作定向移动，Y极的电极反应式为 。
Ⅱ.如图所示，某研究性学习小组利用上述燃烧原理设计一个肼(N2H4)─空气燃料电池(如图甲，已知肼反应生成N2)并探究某些工业原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜(即只允许阳离子通过)。根据要求回答相关问题：
(2)甲装置中通入 的一极为正极；乙装置中电解一段时间后溶液呈 性，此时若将乙池中石墨(C)电极换成Mg电极，电极反应变为： 。
(3)图中用丙装置模拟工业中的粗铜的精炼原理，如果电解后丙装置精铜质量增加3.2g，则理论上甲装置中肼消耗质量为 g。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
2．A
3．B
4．B
5．C
6．D
7．C
8．B
9．D
10．C
11．D
12．C
13．(1) Zn-2e-=Zn2+ 有无色气泡产生 NA Cu Zn
(2) Cu AgNO3 增重 21.6
14．(1)2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑
(2)CH4-8e-+4CO=5CO2+2H2O
(3)PbSO4-2e-+2H2O=PbO2+SO+4H+
(4)2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2
(5)4Al3++6O2-4Al+3O2↑
15．(1)负极
(2) 4OH--4e-=O2↑+2H2O或2H2O-4e-=O2↑+4H+ 减小
(3)13
(4) NO-3e-+2H2O=NO+4H+ 33.6
16．(1) 正 负
(2) 空气 碱
(3)0.8
参考答案：
1．D
【详解】A．工业上采用电解熔融氯化镁制备镁，A不合题意；
B．工业上采用电解饱和食盐水制备氢氧化钠，B不合题意；
C．工业上采用火法炼铜或者湿法炼铜来制得粗铜，再以粗铜为原料电解精炼获得纯铜，C不合题意；
D．工业上采用电解熔融氧化铝制备铝，D符合题意；
故答案为：D。
2．A
【详解】A．在电镀中，镀层金属作阳极，待镀金属作阴极，故A正确；
B．能量越低越稳定，已知C(石墨，s)=C(金刚石，s) H=+1.9kJ·mol-1，则石墨比金刚石稳定，故B错误；
C．水库的钢闸门与电源负极相连以防止其生锈，此为外接电流的阴极保护法，故C错误；
D．增大浓度，单位体积内活化分子的百分数不变，故D错误；
选A。
3．B
【分析】从图示看，装置是利用C6H10O5自发进行氧化还原反应生成二氧化碳设计而成的原电池，左室中C6H10O5被氧化生成二氧化碳，C元素化合价升高，故a极是负极，右室硝酸根离子被还原生成氮气，N元素的化合价降低，硝酸根离子得电子发生还原反应，则b极是正极； 原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，据此分析。
【详解】A．由分析可知，该装置为原电池，b为原电池的正极，故A正确；
B．a是负极，负极上有机物失电子发生氧化反应，有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳，电极反应式为C6H10O5-24e-+7H2O═6CO2↑+24H+，a极区溶液的H+浓度增大，pH减小，故B错误；
C．当左室有4.48L(标准状况下）CO2生成，即生成0.2molCO2气体，根据反应式为C6H10O5-24e-+7H2O═6CO2↑+24H+转移mol=0.8mol电子，根据正极电极反应式为2NO+10e-+12H+=N2↑+6H2O可得生成N2的物质的量为mol=0.08mol，故C正确；
D．b极硝酸根离子得电子发生还原反应，电极反应式为：，故D正确；
故选B。
4．B
【分析】根据电池总反应为可知，单质银失电子作负极失电子，氯气在正极上得电子生成氯离子，以此解题。
【详解】A．由分析可知，负极反应为，A项正确：
B．左侧有氯离子，则放电时，在交换膜左侧生成大量白色沉淀，B项错误；
C．该原电池中氢离子不参与反应，则用溶液代替盐酸，电池总反应不变，C项正确；
D．当电路中转移时，交换膜左侧消耗，同时有通过交换膜进入右侧，左侧溶液中共减少离子，D项正确；
故选B。
5．C
【分析】根据题意可知，该装置可分离纯化乙二醛并回收硝酸，则电解时，C室中电解得到H+，向C室移动，n为阴离子交换膜，Y为阳极；X为阴极，水中的氢离子放电，产生氢氧根，则B中的氢离子向A室移动，m为阳离子交换膜。
【详解】A．由上述分析可知，X为阴极，与电源的负极相连，故A错误；
B．Y极上为水中的氢氧根放电，产生氢离子，故B错误；
C．由上述分析可知，m为阳离子交换膜，n为阴离子交换膜，故C正确；
D．X为阴极，水中的氢离子放电，产生氢氧根，则B中的氢离子向A室移动，A室的溶液还是中性，故D错误。
答案选C。
6．D
【分析】氢氧燃料电池中，通入燃料氢气的电极是负极、通入氧化剂氧气的电极是正极，电解质溶液呈碱性，则负极上电极反应式为H2-2e-+2OH-=2H2O，正极电极反应式为O2+2H2O+4e-═4OH-，根据LED发光二极管中电子移动方向知，b是正极、a是负极，据此分析解答。
【详解】A．原电池是将化学能转化为电能，电能通过LED发光二极管，则电能最终转化为光能，部分还转化为热能，故A错误；
B．氢氧燃料的生成物为水，故电解质溶液pH变小，故B错误；
C．通过以上分析知，b为正极，通入O2的电极发生反应：O2+4e +2H2O═4OH ，每通过1mole－，需要消耗0.25mol氧气，故(标况)体积为5.6L，故C错误；
D．燃料电池中，负极上通入燃料、正极上通入氧化剂，b是正极，故D正确；
答案选D。
7．C
【分析】图1所示装置为：电极A上Cl-失去电子生成Cl2，为阳极，阳极电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑，阴极上O2生成OH-，阴极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，阴极上没有H2生成，电池总反应离子方程式为O2+4Cl-+2H2O2Cl2↑+4OH-，阴极区域生成OH-，Na+从阳极区域通过交换膜进入阴极区，电解池中采用阳离子交换膜，图2所示装置可知：放电时电极Pb电极为负极，反应为：Pb-2e-+=PbSO4，多孔碳电极为正极，电极反应为：2Fe3++2e-=2Fe2+，据此分析解题。
【详解】A．由分析可知，图1中电极B为阴极，应该与图2放电时的负极相连，即与图2装置的Pb电极相连，A错误；
B．由分析可知，电极B的电极反应式为：，B错误；
C．由分析可知，图1应选用阳离子交换膜，图2放电时H+由负极移向正极，即左侧通过质子交换膜移向右侧，C错误；
D．由分析可知，图2放电总反应：，而充电的总反应为：，D错误；
故答案为：C。
8．B
【分析】该装置为原电池装置，发生的反应是：Zn+2H+=Zn2++H2↑，Zn做负极，Cu是正极。
【详解】A．原电池中阴离子移向负极，Zn做负极，所以盐桥中的Cl-移向ZnSO4溶液，故A错误；
B．Zn做负极，Cu是正极，电源中电流从正极流出，负极流入，即电流从铜电极流向锌电极，故B正确；
C．锌是负极，发生的电极反应为：Zn-2e-=Zn2+，故C错误；
D．Zn2+是电极生成物，是离子导体，故D错误；
故选B。
9．D
【分析】通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，说明石墨电极Ⅱ为阳极，则电源b为正极，a为负极，石墨电极Ⅰ为阴极，据此解答。
【详解】A．由分析可知，a是电源的负极，故A错误；
B．石墨电极Ⅱ为阳极，通电一段时间后，产生氧气和氢离子，所以向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色，故B错误；
C．随着电解的进行，氯离子通过阴离子交换膜移动到中间，但不会穿过质子交换膜移动到石墨II处，故C错误；
D．当0.01mol Fe2O3完全溶解时，消耗氢离子为0.06mol，根据阳极电极反应式2H2O - 4e =O2↑+ 4H+，产生氧气为0.015mol，体积为336mL (折合成标准状况下)，故D正确；
故选D。
10．C
【分析】电极反应将Mn2+转化成Mn3+，则左边为阳极，右边为阴极，右边Mn3+再将煤中的含硫物质(主要是FeS2)氧化为Fe3+和SO。
【详解】A．石墨b为阴极，电极反应为，A正确；
B．根据反应：FeS2+15Mn3++8H2O=Fe3++15Mn2++2SO+16H+，可知生成1，消耗15，B正确；
C．根据阳极2Mn2+-2e－＝2Mn3+，阴极，和溶液中的反应FeS2+15Mn3++8H2O=Fe3++15Mn2++2SO+16H+，可知溶液中H+浓度在增大，电解过程中混合溶液的减小，C错误；
D．石墨a电极为阳极，电解过程中向石墨a电极移动，D正确；
故选C。
11．D
【详解】A．根据图示信息，a为原电池的负极，b为原电池的正极，所以a端电势低于b端电势，A正确；
B．a为原电池的负极，b为原电池的正极，c为电解池的阳极，d为电解池的阴极，电池工作中电子的流向：a→d，c→b，B正确；
C．d为电解池的阴极，电极反应式：，C正确；
D．b电极，，捕获1 mol ，转移1mol电子，c极产生0.25mol，标准状况体积为：，D错误；
故选D。
12．C
【分析】该装置为原电池，Cu2S失去电子生成CuSO4，则M电极为负极，电极反应式为，N电极为正极，电极反应式为，原电池工作时，阳离子移向正极N，阴离子移向负极M，以此分析；
【详解】A．M极上的电极反应式为，因为M极产生的Cu2+与的物质的量比为2：1，故右室中需通过X交换膜进左室，则X交换膜是阴离子交换膜，A错误；
B．M极上的电极反应式为，B错误；
C．N电极为正极，电极反应式为，C正确；
D．根据分析，M为负极电势低于正极N，D错误；
答案选C。
13．(1) Zn-2e-=Zn2+ 有无色气泡产生 NA Cu Zn
(2) Cu AgNO3 增重 21.6
【分析】在原电池中失去电子的为负极，发生氧化反应，另外一个电极为正极，发生还原反应，以此解题。
【详解】（1）若a为Zn，b为Cu，电解质溶液为稀硫酸，锌比铜活泼，锌为负极，则该原电池的负极反应式为：Zn-2e-=Zn2+； Zn极质量变化32.5g，则溶解的锌的物质的量为：0.5mol，失去1mol电子，铜电极反应为2H++2e-=H2↑；则Cu极可观察到：有无色气泡产生；电路中转移的电子数为NA；在原电池中，阴离子向负极移动，故硫酸根离子由Cu极向Zn极移动；
（2）电池总反应为2Ag+ + Cu = 2Ag + Cu2+，其中铜失去电子，为负极，b作正极，则电极材料a为Cu；银离子得到电子，参加正极反应，则电解质溶液为AgNO3；b电极反应为Ag+ +e-= Ag，则当电路中通过0.2NA个电子时，生成0.2mol单质银，即b电极增重；增加的质量为：0.2×108g/mol=21.6g。
14．(1)2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑
(2)CH4-8e-+4CO=5CO2+2H2O
(3)PbSO4-2e-+2H2O=PbO2+SO+4H+
(4)2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2
(5)4Al3++6O2-4Al+3O2↑
【详解】（1）氯碱工业是指电解饱和食盐水生成氢氧化钠和氯气、氢气，离子方程式为：2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑，故答案为：2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑；
（2）原电池负极发生氧化反应，结合电解质溶液可知，甲烷燃料电池的负极电极反应是CH4-8e-+4CO=5CO2+2H2O，故答案为：CH4-8e-+4CO=5CO2+2H2O；
（3）已知铅蓄电池放电时正极反应为：PbO2+SO+4H++2e- = PbSO4+2H2O，则铅蓄电池充电时阳极的反应式为PbSO4-2e-+2H2O=PbO2+SO+4H+，故答案为：PbSO4-2e-+2H2O=PbO2+SO+4H+；
（4）钢铁发生吸氧腐蚀的反应为2Fe+O2+2H2O═2Fe(OH)2↓，故答案为：2Fe+O2+2H2O═2Fe(OH)2↓；
（5）工业上采用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝，离子方程式为：4Al3++6O2-4Al+3O2↑，故答案为：4Al3++6O2-4Al+3O2↑。
15．(1)负极
(2) 4OH--4e-=O2↑+2H2O或2H2O-4e-=O2↑+4H+ 减小
(3)13
(4) NO-3e-+2H2O=NO+4H+ 33.6
【分析】该装置为电解池，通电5min后，铜电极质量增加2.16g，则说明铜电极为阴极，溶液中的Ag+在铜电极上得到电子生成银单质：Ag++e-=Ag，2.16gAg的物质的量为0.02mol，所以电路中转移电子为0.02mol。
【详解】（1）由分析知，铜电极处发生还原反应，为阴极，则电源电极X为负极；
（2）B中的电极均为惰性Pt电极，阳极处是水中的OH-放电，OH-被氧化为氧气，故电极反应式为：4OH--4e-=O2↑+2H2O或2H2O-4e-=O2↑+4H+，则溶液pH减小；
（3）A中放电的是Cl-和水电离产生的H+，生成氢气、KOH和氯气，电解总反应的离子方程式为：，根据电路中转移电子0.02mol可知，生成的n(OH-)=0.02mol，则电解后溶液中c(OH-)==0.1mol/L，那么c(H+)=1.0mol/L，pH为13；
（4）由图知，NO在负极被氧化为HNO3，则电极反应式为：NO-3e-+2H2O=NO+4H+，氧气在正极被还原为水，电极反应式为：，由于，，那么，当过程中产生2 mol HNO3时，消耗标准状况下O2的物质的量为，体积为。
16．(1) 正 负
(2) 空气 碱
(3)0.8
【详解】（1）该装置为化学电源，根据电子移动方向以及原电池工作原理，X电极为负极，X电极通入氢气，Y电极为正极，通入氧气，该电极反应式为，阴离子向负极移动，即OH-向X电极移动，故答案为正；负；；
（2）甲装置为化学电源，根据原电池工作原理，通空气一极为正极，通肼的一极为负极，乙装置为电解池，根据电解池的原理，Fe作阴极，C作阳极，乙装置总反应为，因此乙装置中电解一段时间后溶液呈碱性，如果将石墨换成Mg，Mg作阳极，Mg为活泼金属，先失电子，转化成Mg2＋，与阴极产生OH-反应生成氢氧化镁，因此该电极反应式为；故答案为：空气；碱；；
（3）电解后丙装置精铜质量增加3.2g，即生成铜物质的量为=0.05mol，该电路为串联电路，因此有N2H4～4e-～2Cu，因此生成肼的物质的量为0.05mol×=0.025mol，即消耗肼的质量为0.025mol×32g/mol=0.8g。
答案第1页，共2页
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