原电池 化学电源
(时间:45分钟 满分:100分)
考 点
题 号
原电池原理
1、4、8、9
原电池原理的应用
2、3、5、6、7、10、11
一、选择题(本题共7个小题,每题6分,共42分,每个小题只有一个选项符合题意)
1.下列装置中,都伴随有能量变化,其中是由化学能转变为电能的是( )。
解析 A项是将电能转化成化学能;B项是将水的势能转化成电能;C项是将太阳能转化成热能。
答案 D
2.(2012·北京理综,12)人工光合作用能够借助太阳能,用CO2和H2O制备化学原料。如图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图,下列说法不正确的是 ( )。
A.该过程是将太阳能转化为化学能的过程
B.催化剂a表面发生氧化反应,有O2产生
C.催化剂a附近酸性减弱,催化剂b附近酸性增强
D.催化剂b表面的反应是CO2+2H++2e-===HCOOH
解析 电池总反应式为:2CO2+2H2O2HCOOH+O2。
负极:2H2O-4e-===O2↑+4H+,正极:CO2+2H++2e-===HCOOH。A项,能量转换过程是太阳能先转化为电能,再转化为化学能;C项,催化剂a附近生成H+,酸性增强,催化剂b附近消耗H+,酸性减弱,故C项错误。
答案 C
3.(2013·惠州模拟)镁/H2O2酸性燃料电池采用海水作电解质(加入一定量的酸),下列说法正确的是 ( )。
A.电池总反应为Mg+H2O2===Mg(OH)2
B.正极发生的电极反应为H2O2+2H++2e-===2H2O
C.工作时,正极周围海水的pH减小
D.电池工作时,溶液中的H+向负极移动
解析 根据镁与H2O2两种物质的性质,容易知道负极发生镁失电子的反应,正极发生H2O2得电子的反应,电解质呈酸性,故电池总反应为Mg+H2O2+2H+===Mg2++2H2O;正极消耗H+,pH增大;原电池中阳离子向正极移动,故溶液中的H+向正极移动。
答案 B
4.(2013·资阳模拟)如图甲是Zn和Cu形成的原电池,某实验兴趣小组做完实验后,在读书卡上的记录如图乙所示,则卡片上的描述合理的是 ( )。
卡片号:2 2012.8.15
实验后的记录:
①Cu为阳极,Zn为阴极
②Cu极上有气泡产生
③SO\o\al(2-,4)向Cu极移动
④若有0.5 mol电子流经导线,则可产生0.25 mol气体
⑤电子的流向是:Cu→导线→Zn
⑥正极反应式:Cu+2e-===Cu2+
图乙
A.①②③ B.②④
C.④⑤⑥ D.③④⑤
解析 ①中Cu为正极,Zn为负极,③中SO向负极移动,⑤中电子的流向是:Zn→导线→Cu,⑥中正极反应式:2H++2e-===H2↑,故①③⑤⑥错。
答案 B
5.(2012·泸州模拟)某航空站安装了一台燃料电池,该电池可同时提供电和水蒸气。所用燃料为氢气,电解质为熔融的碳酸钾。已知该电池的总反应为2H2+O2===2H2O,正极反应为O2+2CO2+4e-===2CO,则下列推断正确的是 ( )。
A.负极反应为H2+2OH--2e-===2H2O
B.该电池可在常温或高温时进行工作,对环境具有较强的适应性
C.该电池供应2 mol水蒸气,同时转移2 mol电子
D.放电时负极有CO2生成
解析 由总反应式减去正极反应式得到负极反应式:2H2+2CO-4e-===2H2O+2CO2,则可判断负极有CO2生成,A项错误,D项正确。该电池使用的电解质是熔融的碳酸钾,在常温下无法工作,B错误。该电池供应2 mol水蒸气时,转移的电子为4 mol,C错误。
答案 D
6.(2013·石家庄调研)某新型电池,以NaBH4(B的化合价为+3价)和H2O2作原料,该电池可用作深水勘探等无空气环境电源,其工作原理如图所示。下列说法正确的是 ( )。
A.电池工作时Na+从b极区移向a极区
B.每消耗3 mol H2O2,转移3 mol e-
C.b极上的电极反应式为:H2O2+2e-+2H+===2H2O
D.a极上的电极反应式为:BH+8OH--8e-===BO+6H2O
解析 该电池工作时,a电极反应式为BH+8OH--8e-===BO+6H2O;b电极反应式为4H2O2+8e-===8OH-;随着不断放电,a极负电荷减少,b极负电荷增多,故Na+从a极区移向b极区;每消耗3 mol H2O2转移6 mol e-,故A、B、C错误,D正确。
答案 D
7.(2013·天津六校联考)如图装置Ⅰ是一种可充电电池,装置Ⅱ为电解池。装置Ⅰ的离子交换膜只允许Na+通过,已知电池充放电的化学方程式为:2Na2S2+NaBr3Na2S4+3NaBr,当闭合开关K时,X电极附近溶液变红。下列说法正确的是 ( )。
A.闭合开关K时,钠离子从右到左通过离子交换膜
B.闭合开关K时,负极反应式为:3NaBr-2e-===NaBr3+2Na+
C.闭合开关K时,X电极反应式为:2Cl--2e-===Cl2↑
D.闭合开关K时,当有0.1 mol Na+通过离子交换膜时,X电极上放出标准
状况下气体1.12 L
解析 “当闭合开关K时,X电极附近溶液变红”说明X是阴极,Y为阳极,则电池的左侧是负极。在原电池中阳离子向正极移动,故A错;NaBr3―→3NaBr,溴元素的化合价降低,是得到电子而不是失去,故B错;X极是阴极,发生的电极反应式为:2H++2e-===H2↑,故C错;“当有0.1 mol Na+通过离子交换膜时”说明转移了0.1 mol电子,则X电极生成0.05 mol H2,在标准状况下体积为1.12 L,故D正确。
答案 D
二、非选择题(本题共4个小题,共58分)
8.(10分)某研究性学习小组欲探究原电池的形成条件,按如图所示装置进行实验并得到下表实验结果:
实验序号
A
B
烧杯中的液体
灵敏电流计指针是否偏转
1
Zn
Zn
乙醇
无
2
Zn
Cu
稀硫酸
有
3
Zn
Zn
稀硫酸
无
4
Zn
Cu
苯
无
5
Cu
C
氯化钠溶液
有
6
Mg
Al
氢氧化钠溶液
有
分析上述实验,回答下列问题:
(1)实验2中电流由________极流向________极(填“A”或“B”)。
(2)实验6中电子由B极流向A极,表明负极是________(填“镁”或“铝”)电极。
(3)实验5表明________。
A.铜在潮湿空气中不会被腐蚀
B.铜的腐蚀是自发进行的
(4)分析上表有关信息,下列说法不正确的是________。
A.相对活泼的金属一定作负极
B.失去电子的电极是负极
C.烧杯中的液体必须是电解质溶液
D.原电池中,浸入同一电解质溶液中的两个电极,是活泼性不同的两种金属(或其中一种非金属)
解析 (1)电流是由正极流向负极,实验2中,Cu为正极,Zn为负极;(2)电子由负极流向正极,实验6中电子由B极流向A极,表明负极是B(Al);(3)实验5是铜的吸氧腐蚀,说明铜的腐蚀是自发进行的;(4)判断原电池负极时,不能简单地比较金属的活动性,要看反应的具体情况,如Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子,Al作负极,Mg作正极;在原电池中负极失去电子,发生氧化反应;必须有电解质溶液,形成闭合回路;活泼性不同的两种金属,或一种金属和一种能导电的非金属都可以作电极。
答案 (1)B A (2)铝 (3)B (4)A
9.(16分) (2012·绵阳一模)如图是一个化学过程的示意图。已知甲池的总反应式为2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O
请回答:
(1)甲池是________池,通入O2的电极作为________极,电极反应式为_______________________________________________________________。
(2)乙池是________池,A电极名称为________极,电极反应式为_______________________________________________________________。
乙池中的总反应离子方程式为______________________________________________________________,
溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)当乙池中B(Ag)极的质量增加5.40 g时,甲池中理论上消耗O2________mL(标准状况下)。
解析 (3)利用电子守恒找出关系式:4Ag~O2,V(O2)=n(Ag)×22.4 L·mol-1=××22.4 L·mol-1=0.28 L,即280 mL。
答案 (1)原电 正 O2+2H2O+4e-===4OH-
(2)电解 阳 4OH--4e-===O2↑+2H2O 4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+ 减小 (3)280
10.(16分)(2012·长春高中毕业班调研)碘被称为“智力元素”,科学合理地补充碘可防止碘缺乏病。碘酸钾(KIO3)是国家规定的食盐加碘剂,它的晶体为白色,可溶于水。碘酸钾在酸性介质中与过氧化氢或碘化物作用均生成单质碘。以碘为原料,通过电解制备碘酸钾的实验装置如图所示。
(1)碘是________(填颜色)固体物质,实验室常用________的方法来分离提纯含有少量杂质的固体碘。
(2)电解前,先将一定量的精制碘溶于过量氢氧化钾溶液,溶解时发生反应:
3I2+6KOH===5KI+KIO3+3H2O,将该溶液加入阳极区。另将氢氧化钾溶液加入阴极区,电解槽用水冷却。
电解时,阳极上发生反应的电极反应式为_____________________________________________________________;
每生成1 mol KIO3,电路中通过的电子的物质的量为________。
(3)电解过程中,为确定电解是否完成,需检验电解液中是否有I-。请设计一个检验电解液中是否有I-的实验方案,并按要求填写下表。
要求:所需药品只能从下列试剂中选择,实验仪器及相关用品自选。
试剂:淀粉溶液、淀粉-KI试纸、过氧化氢溶液、稀硫酸。
实验方法
实验现象及结论
(4)电解完毕,从电解液中得到碘酸钾晶体的实验过程如下:
―→―→―→
―→―→―→
步骤②的操作名称是________,步骤⑤的操作名称是________。步骤④洗涤晶体的目的是_______________________________________________
_______________________________________________________________。
解析 (1)碘是紫黑色固体,实验室常利用碘易升华的特性来分离提纯含有少量杂质的固体碘。(2)电解时,溶液中的阴离子(I-、IO、OH-)向阳极移动,因为I-的还原性最强,所以I-在阳极失电子被氧化为单质碘:2I--2e-===I2。生成的I2再与KOH溶液反应生成KIO3:3I2+6KOH===5KI+KIO3+3H2O,如此循环,最终I-都转化为KIO3。1 mol I-转化成1 mol IO时,转移6 mol电子。(3)阳极区溶液中会含有IO,如果其中含有I-,在酸性条件下,IO和I-会反应生成单质碘:IO+5I-+6H+===3I2+3H2O。据此可设计实验:取少量阳极区溶液于试管中,加入几滴稀硫酸和淀粉溶液,如果溶液变蓝,则说明其中含有I-,否则没有I-。(4)阳极电解液经过蒸发浓缩、冷却结晶后可得到碘酸钾晶体,过滤得到的碘酸钾晶体中含有KOH等杂质,需要进行洗涤除杂;洗涤后的晶体经干燥即得到纯净干燥的碘酸钾晶体。
答案 (1)紫黑色 升华
(2)2I--2e-===I2(或I-+6OH--6e-===IO+3H2O) 6 mol
(3)
实验方法
实验现象及结论
取少量阳极区电解液于试管中,加稀硫酸酸化后加入几滴淀粉试液,观察是否变蓝
如果不变蓝,说明无I-(如果变蓝,说明有I-)
(4)冷却结晶 干燥 洗去吸附在碘酸钾晶体上的氢氧化钾等杂质
11.(16分)(2013·日照二诊)第三代混合动力车,可以用电动机、内燃机或二者结合推动车辆。汽车上坡或加速时,电动机提供推动力,降低汽油的消耗;在刹车或下坡时,电池处于充电状态。
(1)混合动力车的内燃机以汽油为燃料,汽油(以辛烷C8H18计)和氧气充分反应,生成1 mol水蒸气放热569.1 kJ。则该反应的热化学方程式为_______________________________________________________________。
(2)混合动力车目前一般使用镍氢电池,该电池中镍的化合物为正极,储氢金属(以M表示)为负极,碱液(主要为KOH)为电解质溶液。镍氢电池充放电原理示意如图,其总反应式为H2+2NiOOH2Ni(OH)2。根据所给信息判断,混合动力车上坡或加速时,乙电极周围溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”),该电极的电极反应式为_______________________________________________________________。
(3)Cu2O是一种半导体材料,可通过如图所示的电解装置制取,电解总反应式为2Cu+H2OCu2O+H2↑,阴极的电极反应式是_______________________________________________________________。
用镍氢电池作为电源进行电解,当电池中有1 mol H2被消耗时,Cu2O的理论产量为________g。
(4)远洋轮船的钢铁船体在海水中易发生电化学腐蚀中的________腐蚀。为防止这种腐蚀,通常把船体与浸在海水里的Zn块相连,或与像铅酸蓄电池这样的直流电源的________(填“正”或“负”)极相连。
解析 (2)混合动力车上坡或加速时需要动力,故反应为原电池放电反应,即乙电极为正极,发生反应NiOOH+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-,故乙电极周围溶液的pH增大。(3)电解池的阴极发生还原反应,即2H++2e-===H2↑。当电池中有1 mol H2被消耗时有2 mol电子转移,根据电子守恒可知Cu2O的理论产量为144 g。(4)钢铁船体在海水中发生吸氧腐蚀,可利用牺牲阳极保护法或外加电源阴极保护法防止其被腐蚀。
答案 (1)C8H18(l)+O2(g)===8CO2(g)+9H2O(g) ΔH=-5 121.9 kJ·mol-1
(2)增大 NiOOH+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-
(3)2H++2e-===H2↑ 144 (4)吸氧 负
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