第二节综合训练

阳极发生氧化反应而非还原反应，题给电极反应式描述的是阴极的还原过程， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误； $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{u}} $ 和 $ {\rm \mathrm{P}\mathrm{t}} $ 的还原性弱于 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{i}} $ ，电解时无法被氧化，故以阳极泥形式沉淀， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；电解中电子从阳极（粗镍）经导线流向电源正极，由电源负极流向阴极（精镍）， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；阳极溶解的金属包括 $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}} $ 、 $ {\rm \mathrm{Z}\mathrm{n}} $ 和 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{i}} $ ，不同金属的摩尔质量不同，无法根据阳极减小的质量确定转移电子数， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

把铜棒插入硫酸铜溶液、锌棒插入硫酸锌溶液组装的才是铜锌原电池，题给装置中锌和硫酸铜溶液可直接反应， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；电解精炼铜，粗铜应该为阳极、精铜为阴极，硫酸铜溶液为电解液， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；装置丙中，在阳极生成氯气、在阴极生成氢氧化钠与 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}} $ ， $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{l}}_{2}} $ 上升过程中与氢氧化钠充分接触，反应生成次氯酸钠，同时减少 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{l}}_{2}} $ 的逸出， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；装置丁中石墨为阳极，水电离出的氢氧根离子被氧化为氧气，铜为阴极，水电离出的氢离子被还原为氢气，总反应为电解水生成氢气和氧气， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

由题图及原理可知，放电时， $ {\rm \mathrm{K}} $ 失电子生成 $ {\rm {\mathrm{K}}^{+}} $ ， $ {\rm \mathrm{S}} $ 得电子生成 $ {\rm {\mathrm{S}}_{3}^{2-}} $ ，则 $ \mathrm{a} $ 极为负极， $ \mathrm{b} $ 极为正极，充电时， $ \mathrm{a} $ 极为阴极， $ \mathrm{b} $ 极为阳极。金属钾性质活泼，能与水剧烈反应，若采用含 $ {\rm {\mathrm{K}}^{+}} $ 的水溶液， $ {\rm \mathrm{K}} $ 电极会直接与水反应，无法正常工作， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误； $ {\rm {\mathrm{K}}_{2}{\mathrm{S}}_{x}} $ 由 $ {\rm {\mathrm{K}}^{+}} $ （阳离子）和 $ {\rm {\mathrm{S}}_{x}^{2-}} $ （阴离子）通过离子键结合而成，属于离子化合物， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；充电时阳极发生氧化反应，应失去电子，而该反应式中得到 $ (2x-6){\mathrm{e}}^{-} $ ，为还原反应， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；充电时 $ {\rm \mathrm{K}} $ 电极作阴极，发生反应 $ {\rm {\mathrm{K}}^{+}+{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}\mathrm{K}} $ ，转移 $ 2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{e}}^{-} $ 时会生成 $ {\rm 2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{K}} $ ，电极质量增加 $ 2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}×39\mathrm{g}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}=78\mathrm{g} $ ，而非减小， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

阴极上发生还原反应， $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{O}} $ 得电子生成的 $ {\rm \mathrm{B}} $ 为 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{H}}^{+}{}_{4}} $ ，阳极上发生氧化反应， $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{O}} $ 失电子生成的 $ {\rm \mathrm{C}} $ 为 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{O}}^{-}{}_{3}} $ ， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误； $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{H}}_{4}{\mathrm{N}\mathrm{O}}_{3}} $ 溶液呈酸性，结合 $ {\rm \mathrm{A}} $ 中分析知，电极反应式为 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{O}-3{\mathrm{e}}^{-}+2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\xlongequal{}{\mathrm{N}\mathrm{O}}^{-}{}_{3}+4{\mathrm{H}}^{+}} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；阴极反应为 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{O}+5{\mathrm{e}}^{-}+6{\mathrm{H}}^{+}\xlongequal{}{\mathrm{N}\mathrm{H}}^{+}{}_{4}+{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ，从两极反应可看出，要使得失电子守恒，阳极产生的 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{O}}^{-}{}_{3}} $ 的物质的量大于阴极产生的 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{H}}^{+}{}_{4}} $ 的物质的量，因此若要使电解产物全部转化为 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{H}}_{4}{\mathrm{N}\mathrm{O}}_{3}} $ ，需补充的物质 $ {\rm \mathrm{A}} $ 为 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{H}}_{3}} $ ， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；从两极反应可看出，阴、阳两极消耗等量的 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{O}} $ 时，转移的电子数之比为 $ 5:3 $ ， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

复合电极 $ {\rm \mathrm{M}} $ 作电解池的阴极，发生还原反应， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；电解时，复合电极 $ {\rm \mathrm{N}} $ 上发生氧化反应， $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ 失去电子生成 $ {\rm {\mathrm{O}}_{2}} $ 和 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；由【思路导引】可知，只有 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ 这一种离子通过阳离子交换膜， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；总反应为 $ {\rm 2{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}+2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\xlongequal{电解}2\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}+{\mathrm{O}}_{2}} $ ， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

充电时， $ {\rm {\mathrm{C}}_{3}{\mathrm{H}}_{8}{\mathrm{O}}_{3}} $ 中 $ {\rm \mathrm{C}} $ 元素由 $ -\dfrac{2}{3} $ 价（平均化合价）升高为 $ +2 $ 价，1个 $ {\rm {\mathrm{C}}_{3}{\mathrm{H}}_{8}{\mathrm{O}}_{3}} $ 分子失去8个 $ {\mathrm{e}}^{-} $ ，电极反应式为 $ {\rm {\mathrm{C}}_{3}{\mathrm{H}}_{8}{\mathrm{O}}_{3}-8{\mathrm{e}}^{-}+11{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}\xlongequal{}3{\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}}^{-}+8{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；充电时 $ {\rm \mathrm{Z}\mathrm{n}} $ 为阴极，电极反应为 $ {\rm 2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}+2{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{H}}_{2}↑+2{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}.} $ ，产生标准状况下 $ {\rm 44.8\mathrm{L}{\mathrm{H}}_{2}} $ 时，转移电子的物质的量为 $ \dfrac{44.8}{22.4}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}×2=4\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；放电时正极（电极 $ \mathrm{b} $ ）在酸性介质中， $ {\rm {\mathrm{O}}_{2}} $ 得电子生成 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ，电极反应式为 $ {\rm {\mathrm{O}}_{2}+4{\mathrm{e}}^{-}+4{\mathrm{H}}^{+}\xlongequal{}2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；放电时 $ {\rm \mathrm{Z}\mathrm{n}} $ 极发生电极反应 $ {\rm \mathrm{Z}\mathrm{n}+4{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}-2{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}[\mathrm{Z}\mathrm{n}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{4}]^{2-}} $ ，消耗 $ {\rm {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ ， $ {\rm \mathrm{Z}\mathrm{n}} $ 极附近 $ {\rm \mathrm{p}\mathrm{H}} $ 降低， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

阳极反应为 $ {\rm 2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}-4{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{O}}_{2}↑+4{\mathrm{H}}^{+}.} $ ，假设转移 $ 4\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 电子，则阳极上生成 $ {\rm 4\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{H}}^{+}} $ ，同时阳极区溶液中有 $ {\rm 4\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{H}}^{+}} $ 穿过 $ {\rm \mathrm{A}} $ 膜进入 $ {\rm \mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}(\mathrm{a}\mathrm{q})} $ 产品室，但阳极室中溶剂水减少，硫酸浓度增大，溶液的 $ {\rm \mathrm{p}\mathrm{H}} $ 减小， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；由【思路导引】可知， $ {\rm \mathrm{A}} $ 膜为阳离子交换膜， $ {\rm \mathrm{B}} $ 膜为阴离子交换膜， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；若产品室中 $ {\rm \mathrm{\Delta }n(\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l})=0.2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}} $ ，则有 $ 0.2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 氯离子透过 $ {\rm \mathrm{B}} $ 膜进入 $ {\rm \mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}(\mathrm{a}\mathrm{q})} $ 产品室，整个电路中转移 $ 0.2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{e}}^{-} $ ，但石墨电极是阳极，是电子流出的电极，即有 $ 0.2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{e}}^{-} $ 流出石墨电极， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误； $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{o}} $ 电极为阴极，与铅酸蓄电池负极相连，应连接铅酸蓄电池的 $ {\rm \mathrm{P}\mathrm{b}} $ 电极， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

甲中，甲烷中 $ {\rm \mathrm{C}} $ 的化合价由 $ -4 $ 价升高到 $ +4 $ 价，失去电子，碱性条件下，最后变成 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}^{2-}} $ ，电极反应式为 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{H}}_{4}-8{\mathrm{e}}^{-}+10{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}^{2-}+7{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；乙为惰性电极电解饱和 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 溶液的电解池，总反应的化学方程式为 $ {\rm\hspace{-0.5em} \begin{array} {l} \rm 2\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}+2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\begin{matrix}{{\underline{ \underline { \rm{~~ 电解 ~~} } }} \atop{}}\\ \end{matrix}2\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}+{\mathrm{H}}_{2}↑+{\mathrm{C}\mathrm{l}}_{2}↑.\end{array} \hspace{-0.5em} } $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；丙为电解池， $ {\rm \mathrm{P}\mathrm{t}} $ 电极上 $ {\rm {\mathrm{A}\mathrm{g}}^{+}} $ 放电生成 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{g}} $ ， $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{g}} $ 电极上 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{g}} $ 放电生成 $ {\rm {\mathrm{A}\mathrm{g}}^{+}} $ ，故反应一段时间后，溶液中 $ {\rm {\mathrm{A}\mathrm{g}}^{+}} $ 的浓度不变， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；丁为电解池，且 $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{u}} $ 为阳极，结合题意中丁的作用知，电解过程中应不断向阳极室补充 $ {\rm {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ ，则阴离子移向阳极，故 $ {\rm {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ 从右往左移动，离子交换膜为阴离子交换膜， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

（1） 由氢离子的移动方向可知，左侧电极为燃料电池的负极，水分子作用下甲烷在负极失去电子发生氧化反应，生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{H}}_{4}-8{\mathrm{e}}^{-}+2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\xlongequal{}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}+8{\mathrm{H}}^{+}} $ ，则甲烷燃料应从 $ \mathrm{b} $ 口通入。

（2） 以石墨作电极电解硫酸钠溶液时，水分子在阴极得到电子发生还原反应，生成氢气和氢氧根离子，阴极区生成的 $ {\rm {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ 使含酚酞溶液变红，阴极反应式为 $ {\rm 2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}+2{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{H}}_{2}↑+2{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}.} $ 。

（3） 电解精炼铜时，粗铜作电解池的阳极，与直流电源正极相连，由金属活动性顺序知铝、锌、铜在阳极上失去电子，发生氧化反应生成金属阳离子，银、铂、金的活动性在铜之后，不能放电，在阳极形成阳极泥，精铜作阴极，铜离子在阴极上得到电子，发生还原反应生成铜。利用阳极泥可回收银、铂、金等金属， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；由分析知， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；电解池工作时，溶液中铜离子向阴极移动， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；电解池工作时，电能会转化为化学能和热能，不可能完全转化为化学能， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

（4） ① 由题图丙可知，与直流电源 $ {\rm \mathrm{A}} $ 极相连的左侧电极上逸出氯气，说明发生 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{l}}^{-}\to {\mathrm{C}\mathrm{l}}_{2}.} $ 的氧化反应，左侧电极为阳极，则 $ {\rm \mathrm{A}} $ 极为正极。

② 氯离子在阳极上发生氧化反应生成氯气，氯气与尿素反应生成氮气、二氧化碳和 $ {\rm \mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ ，反应的化学方程式为 $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{O}{({\mathrm{N}\mathrm{H}}_{2})}_{2}+3{\mathrm{C}\mathrm{l}}_{2}+{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\xlongequal{}{\mathrm{N}}_{2}+{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}+6\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ ，溶液中的氢离子通过质子交换膜进入阴极室，右侧电极为阴极，水分子在阴极上得到电子，发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为 $ {\rm 2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}+2{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{H}}_{2}↑+2{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}.} $ ，由同一闭合电路中电子转移数目相等： $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{O}{({\mathrm{N}\mathrm{H}}_{2})}_{2}\sim 6{\mathrm{H}}^{+}\sim 3{\mathrm{H}}_{2}\sim 6{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}\sim 6{\mathrm{e}}^{-}} $ ，放电生成的氢氧根离子与进入阴极室的氢离子恰好完全反应生成水，溶质的量不变， $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 溶液呈中性，所以阴极室中电解前后溶液的 $ {\rm \mathrm{p}\mathrm{H}} $ 不变，标准状况下阴极生成 $ {\rm 2.24\mathrm{L}{\mathrm{H}}_{2}} $ 时，转移 $ {\rm \dfrac{2.24\mathrm{L}}{22.4\mathrm{L}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}}×2=0.2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}} $ 电子，通过质子交换膜的氢离子数目为 $ {\rm 0.2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}×{N}_{\mathrm{A}}{\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}=0.2{N}_{\mathrm{A}}} $ 。