届高考化学一轮复习原电池 化学电源练习.docx
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届高考化学一轮复习原电池化学电源练习
第二讲 原电池 化学电源
一、选择题
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.世博会中国馆、主题馆等建筑所使用的光伏电池,总功率达4兆瓦,是历届世博会之最。
下列有关叙述正确的是( )
A.光伏电池是将太阳能转变为电能
B.光伏电池是将化学能转变为电能
C.电流从a流向b
D.图中N型半导体为正极,P型半导体为负极
解析根据图示,光伏电池是将太阳能直接转变为电能的装置,A正确,B错误。
外电路中,电流从b流向a,C错误。
由于电流从P型半导体流出,因而P型半导体为正极,D错误。
答案A
3.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.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
③SO42-向Cu极移动
④若有0.5mol电子流经导线,则可产生0.25mol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.①②③B.②④
C.④⑤⑥D.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.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2mol水蒸气,同时转移2mol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2mol水蒸气时,转移的电子为4mol,C错误。
答案 D
6.一种新型燃料电池,以镍板为电极插入KOH溶液中,分别向两极通入乙烷(C2H6)和氧气,其中某一电极反应式为C2H6+18OH--14e-===2CO
+12H2O。
有关此电池的推断不正确的是( )
A.通入氧气的电极为正极
B.参加反应的O2与C2H6的物质的量之比为7∶2
C.放电一段时间后,KOH的物质的量浓度将下降
D.放电一段时间后,正极区附近溶液的pH减小
解析A项,通入乙烷的一极为负极,通入氧气的一极为正极,正确;B项,1mol乙烷参与反应时转移14mol电子,则参与反应的氧气的量为
=
mol,故正确;C项,根据电极反应式或总反应方程式可知,氢氧化钾被消耗,故正确;D项,放电时正极产生OH-,则pH增大,D错。
答案D
7.氢氧燃料电池以KOH溶液为电解质溶液,下列有关该电池的叙述不正确的是( )
A.正极反应式为:
O2+2H2O+4e-===4OH-
B.工作一段时间后,电解液中KOH的物质的量浓度不变
C.该燃料电池的总反应方程式为:
2H2+O2===2H2O
D.用该电池电解CuCl2溶液,产生2.24LCl2(标准状况)时,有0.2mol电子转移
解析由于燃料电池的总反应式就是燃料燃烧时的化学方程式,所以该燃料电池的总反应式为:
2H2+O2===2H2O;由于水的生成,导致电解液中KOH的物质的量浓度减小;在KOH做电解液时,正极反应:
O2+2H2O+4e-===4OH-,根据电子转移相等知,当电解CuCl2溶液产生0.1molCl2时,电池中转移电子0.2mol。
答案B
二、非选择题
8.高铁电池是一种新型可充电电池,与普通电池相比,该电池能较长时间保持稳定的放电电压。
高铁电池的总反应为:
3Zn+2K2FeO4+8H2O
3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。
请回答下列问题:
(1)高铁电池的负极材料是________。
(2)放电时,正极发生________(填“氧化”或“还原”)反应;已知负极反应为Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2,则正极反应为__________________________________________________。
(3)放电时,________(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。
解析电池的负极上发生氧化反应,正极上发生还原反应。
由高铁电池放电时总反应方程式可知,负极材料应为作还原剂的Zn。
由电池的总反应方程式-负极反应式=正极反应式可知,正极反应式为FeO
+3e-+4H2O===Fe(OH)3+5OH-,正极生成了OH-,碱性增强。
答案
(1)Zn
(2)还原 FeO
+3e-+4H2O===Fe(OH)3+5OH-
(3)正
9.近几年开发的甲醇燃料电池采用铂作电极催化剂,电池中的质子交换
膜只允许质子和水分子通过。
其工作原理的示意图如下:
请回答下列问题:
(1)Pt(a)电极是电池的________极,电极反应式为________________________________
________________________________________________________________________;Pt(b)电极发生________
反应(填“氧化”或“还原”),电极反应式为__________________________________。
(2)电池的总反应方程式为_______________________________________________。
(3)如果该电池工作时电路中通过2mol电子,则消耗的CH3OH有________mol。
解析从示意图中可以看出电极Pt(a)原料是CH3OH和水,反应后产物为CO2和H+,CH3OH中碳元素化合价为-2,CO2中碳元素化合价为+4,说明Pt(a)电极上CH3OH失去电子,电极Pt(a)是负极,则电极Pt(b)是正极,Pt(b)电极原料是O2和H+,反应后的产物为H2O,氧元素化合价由0→-2,发生还原反应,因为电解质溶液是稀H2SO4,可以写出电池总反应式为2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O,再写出较为简单的正极反应式:
3O2+12e-+12H+===6H2O,用总反应式减去正极反应式即可得到负极反应式为:
2CH3OH+2H2O-12e-===2CO2↑+12H+。
答案
(1)负 2CH3OH+2H2O-12e-=2CO2↑+12H+ 3O2+12H++12e-===6H2O
(2)2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O
(3)
10.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1molKIO3,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。
1molI-转化成1molIO
时,转移6mol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) 6mol
(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.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1mol水蒸气放热569.1kJ。
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+2NiOOH
2Ni(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+H2O
Cu2O+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1molH2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1molH2被消耗时有2mol电子转移,根据电子守恒可知Cu2O的理论产量为144g。
(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=-5121.9kJ·mol-1
(2)增大 NiOOH+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-
(3)2H++2e-===H2↑ 144 (4)吸氧 负