2020版高考化學大一輪復習 第6章 化學反應與能量轉化 6 第3節(jié) 化學能轉化為電能——原電池檢測 魯科版.doc

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第3節(jié) 化學能轉化為電能——原電池 [課后達標檢測] 一、選擇題 1．下列金屬防腐的措施中，使用外加電流的陰極保護法的是(　　) A．水中的鋼閘門連接電源的負極 B．金屬護欄表面涂漆 C．汽車底盤噴涂高分子膜 D．地下鋼管連接鎂塊 解析：選A。外加電流的陰極保護法是指把要保護的金屬連接在直流電源的負極上，使其作為電解池的陰極被保護，A項符合題意；金屬表面涂漆或噴涂高分子膜是防止金屬與其他物質接觸發(fā)生反應，B、C選項不符合題意；鋼管連接鎂塊利用的是原電池原理，鎂為負極被氧化，鋼管為正極被保護，D項不符合題意。 2．鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，下列有關敘述正確的是(　　) A．銅電極上發(fā)生氧化反應 B．電池工作一段時間后，甲池的c(SO)減小 C．電池工作一段時間后，乙池溶液的總質量增加 D．陰陽離子分別通過交換膜向負極和正極移動，保持溶液中電荷平衡 解析：選C。A．Cu作正極，電極上發(fā)生還原反應，錯誤；B．電池工作過程中，SO不參加電極反應，故甲池的c(SO)基本不變，錯誤；C．電池工作時，甲池反應為Zn－2e－===Zn2＋，乙池反應為Cu2＋＋2e－===Cu，甲池中Zn2＋會通過陽離子交換膜進入乙池，以維持溶液中電荷平衡，由電極反應式可知，乙池中每有64 g Cu析出，則進入乙池的Zn2＋為65 g，溶液總質量略有增加，正確；D．由題干信息可知，陰離子不能通過陽離子交換膜，錯誤。 3．研究電化學腐蝕及防護的裝置如圖所示。下列有關說法錯誤的是(　　) A．d 為石墨，鐵片腐蝕加快 B．d為石墨，石墨上電極反應為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．d為鋅塊，鐵片不易被腐蝕 D．d為鋅塊，鐵片上電極反應為2H＋＋2e－===H2↑ 解析：選D。A．由于活動性：Fe>石墨，所以鐵、石墨及海水構成原電池，F(xiàn)e為負極，失去電子被氧化變?yōu)镕e2＋進入溶液，溶解在海水中的氧氣在正極石墨上得到電子被還原，比沒有形成原電池時鐵片的腐蝕速率快，正確。B．d為石墨，由于是中性電解質，所以發(fā)生的是吸氧腐蝕，石墨上氧氣得到電子，發(fā)生還原反應，電極反應為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，正確。C．若d為鋅塊，則由于金屬活動性：Zn>Fe，Zn為原電池的負極，F(xiàn)e為正極，首先被腐蝕的是Zn，鐵得到保護，鐵片不易被腐蝕，正確。D．d為鋅塊，由于電解質為中性環(huán)境，發(fā)生的是吸氧腐蝕，在鐵片上電極反應為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，錯誤。 4．(2019江南十校模擬)一種“海水”電池，其電池總反應可表示為5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，下列有關說法不正確的是(　　) A．負極反應式：Ag＋Cl－－e－===AgCl B．電子從電源的正極經(jīng)外電路流向負極 C．Cl－不斷向“海水”電池的負極移動 D．每生成1 mol Na2Mn5O10 轉移2 mol電子 解析：選B。A項，根據(jù)電池總反應可判斷出Ag為原電池的負極，負極的電極反應式為Ag＋Cl－－e－===AgCl，正確；B項，電子從電源的負極經(jīng)外電路流向正極，錯誤；C項，在原電池中陰離子向負極移動，所以Cl－不斷向電池的負極移動，正確；D項，根據(jù)5MnO2～2e－～Na2Mn5O10得出，每生成1 mol Na2Mn5O10轉移2 mol電子，正確。 5．(2019貴陽調研)在世界海運史上曾發(fā)生過這樣一個悲?。阂凰颐小鞍⒛羌{”號的貨輪滿載著精銅砂，在向日本海岸行駛時突然發(fā)生大面積漏水，最終沉沒。堅硬的鋼制船體為什么會突然漏水呢？事后的事故調查結果表明導致沉船的原因與船上的精銅砂密切相關。下列對此調查結論的理解正確的是(　　) A．精銅砂裝載過多導致沉船 B．運輸途中銅與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應導致質量增大，超過船的承載能力 C．在潮濕的環(huán)境中，船體與銅構成了原電池，加速了作為負極的船體的腐蝕 D．在潮濕的環(huán)境中，船體與銅構成了電解池，鋼制船體作為陽極而被氧化腐蝕 解析：選C。潮濕環(huán)境中，Cu、Fe形成原電池加快了輪船的腐蝕。 6．(2019北京海淀一模)燃料電池是目前電池研究的熱點之一?，F(xiàn)有某課外小組自制的氫氧燃料電池，如圖所示，a、b均為惰性電極。下列敘述不正確的是(　　) A．a(chǎn)電極是負極，該電極上發(fā)生氧化反應 B．b極反應式是O2＋4OH－－4e－===4H2O C．總反應式為2H2＋O2===2H2O D．使用過程中電解質溶液的pH逐漸減小 解析：選B。A項，氫氧燃料電池工作時，通入氫氣的一極(a極)為電池的負極，發(fā)生氧化反應，正確；B項，通入氧氣的一極(b極)為電池的正極，發(fā)生還原反應，電極反應式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，錯誤；C項，氫氧燃料電池的總反應式為2H2＋O2===2H2O，正確；D項，電池工作時生成水，c(OH－)減小，則pH減小，正確。 7．(2019西安八校聯(lián)考)甲醇燃料電池被認為是21世紀電動汽車的最佳候選動力源，其工作原理如圖所示。下列有關敘述正確的是(　　) A．通氧氣的一極為負極 B．H＋從正極區(qū)通過交換膜移向負極區(qū) C．通甲醇的一極的電極反應式為CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋ D．甲醇在正極發(fā)生反應，電子經(jīng)過外電路流向負極 解析：選C。燃料電池中通入燃料的一極為負極，通入氧氣或空氣的一極為正極，A項錯誤；原電池中陽離子向正極移動，B項錯誤；通甲醇的一極為負極，負極反應式為CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋，C項正確；甲醇在負極發(fā)生反應，電子經(jīng)過外電路流向正極，D項錯誤。 8. (2018高考全國卷Ⅱ)我國科學家研發(fā)了一種室溫下“可呼吸”的Na－CO2二次電池，將NaClO4溶于有機溶劑作為電解液，鈉和負載碳納米管的鎳網(wǎng)分別作為電極材料，電池的總反應為3CO2＋4Na 2Na2CO3＋C。下列說法錯誤的是(　　) A．放電時，ClO向負極移動 B．充電時釋放CO2，放電時吸收CO2 C．放電時，正極反應為3CO2＋4e－=== 2CO＋C D．充電時，正極反應為Na＋＋e－=== Na 解析：選D。電池放電時，ClO向負極移動，A項正確；結合總反應可知放電時需吸收CO2，而充電時釋放CO2，B項正確；放電時，正極上CO2得電子被還原生成單質C，即電極反應式為3CO2＋4e－===2CO＋C，C項正確；充電時，陽極發(fā)生氧化反應，即C被氧化生成CO2，D項錯誤。 9．(2019河南豫北模擬)H2S是一種劇毒氣體，對H2S廢氣資源化利用的途徑之一是回收能量并得到單質硫，反應原理為2H2S(g)＋O2(g)===S2(s)＋2H2O(l)　ΔH＝－632 kJmol－1。如圖為質子膜－H2S燃料電池的示意圖。下列說法正確的是(　　) A．電池工作時，電流從電極a經(jīng)過負載流向電極b B．電極a上的電極反應式為2H2S－4e－===S2↓＋4H＋ C．當反應生成64 g S2時，電池內部釋放632 kJ熱量 D．當電路中通過4 mol電子時，有4 mol H＋經(jīng)質子膜進入負極區(qū) 解析：選B。H2S發(fā)生氧化反應，電極a是負極，電子從電極a經(jīng)過負載流向電極b，電流方向與電子流向相反，A錯誤；電極a上H2S發(fā)生氧化反應生成S2，電極反應式為2H2S－4e－===S2↓＋4H＋，B正確；燃料電池中化學能主要轉化為電能，C錯誤；當電路中通過4 mol電子時，有4 mol H＋經(jīng)質子膜進入正極區(qū)，D錯誤。 二、非選擇題 10．按如圖所示裝置進行實驗，并回答下列問題： (1)判斷裝置的名稱：A池為______，B池為______。 (2)鋅極為________極，電極反應式為____________________________________； 銅極為________極，電極反應式為______________________________________； 石墨棒C1為________極，電極反應式為______________________________；石墨棒C2附近的實驗現(xiàn)象為__________________________________。 (3)當C2極析出224 mL氣體(標準狀況)時，鋅的質量________(填“增加”或“減少”)________g，CuSO4溶液的質量________(填“增加”或“減少”)________g。 解析：(1)A池中Zn、Cu放入CuSO4溶液中構成原電池，B池中兩個電極均為石墨電極，在以A為電源的情況下構成電解池，即A原電池為B電解池的電源。(2)A池中Zn為負極，Cu為正極，B池中C1為陽極，C2為陰極，陰極區(qū)析出H2，周圍OH－富集，酚酞變紅。(3)n(H2)＝0.224 L/ 22.4 Lmol－1＝0.01 mol，故電路中轉移電子的物質的量為0.01 mol2＝0.02 mol，根據(jù)得失電子守恒，鋅極有0.01 mol Zn溶解，即Zn極質量減少0.01 mol65 gmol－1＝0.65 g，銅極上有0.01 mol Cu析出，即 CuSO4溶液增加了0.01 mol65 gmol－1－0.01 mol64 gmol－1＝0.01 g。 答案：(1)原電池　電解池　(2)負　Zn－2e－===Zn2＋　正　Cu2＋＋2e－===Cu　陽　2Cl－－2e－===Cl2↑　有無色氣體產(chǎn)生，附近溶液出現(xiàn)紅色　(3)減少　0.65　增加　0.01 11．高鐵酸鹽在能源、環(huán)保等方面有著廣泛的用途。高鐵酸鉀(K2FeO4)不僅是一種理想的水處理劑，而且高鐵電池的研制也在進行中。圖1是高鐵電池的模擬實驗裝置： (1)該電池放電時正極的電極反應式為_______________________________________； 若維持電流強度為1 A，電池工作10分鐘，理論消耗Zn_______g。(已知F＝96 500 Cmol－1) (2)鹽橋中盛有飽和KCl溶液，此鹽橋中氯離子向________(填“左”或“右”)移動；若用陽離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向________(填“左”或“右”)移動。 (3)圖2為高鐵電池和常用的高能堿性電池的放電曲線，由此可得出高鐵電池的優(yōu)點有 ________________________________________________________________________。 解析：(1)根據(jù)題圖1知，該電池中C作正極，正極上FeO發(fā)生還原反應：FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－。已知1 A＝1 Cs－1，則電流強度為1 A時，總電荷Q＝It＝1 A1060 s＝600 C，轉移電子的物質的量為 mol，1 mol Zn失去2 mol電子，則m(Zn)＝ mol65 gmol－1＝0.2 g。(3)根據(jù)題圖2知，高鐵電池具有使用時間長、工作電壓穩(wěn)定的優(yōu)點。 答案：(1)FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－　0.2　(2)右　左　(3)使用時間長、工作電壓穩(wěn)定 12．應用電化學原理，回答下列問題： `(1)甲中石墨作________(填“正”或“負”)極，當電流表指針偏移時，鹽橋(裝有含瓊脂的KNO3飽和溶液)中NO移向________(填“FeSO4”或“AgNO3”)溶液。寫出電池反應的離子方程式：______________________________________________________。 (2)乙中正極反應式為______________________________________________________；若將H2換成CH4，則負極反應式為__________________________________。 (3)丙表示外加電源的陰極保護法示意圖。圖中鋼閘門因連接電源的____________極而被保護。 (4)檢驗丁中陽極產(chǎn)物的方法是_____________________________________________。 解析：(1)根據(jù)Fe2＋＋Ag＋===Ag＋Fe3＋，甲中石墨作負極，陰離子移向負極。(2)乙中為堿性條件的氫氧燃料電池，正極反應式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，若換成甲烷燃料電池，正極反應式相同，總反應式為CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O，負極反應式(總反應式減正極反應式，消去O2)為CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O。(3)外加電源的陰極保護法原理即被保護的金屬作陰極，應與電源的負極相連。(4)檢驗氯氣用濕潤的淀粉－碘化鉀試紙。 答案：(1)負　FeSO4　Ag＋＋Fe2＋===Ag＋Fe3＋ (2)O2＋4e－＋2H2O===4OH－　CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O (3)負 (4)將濕潤的淀粉－碘化鉀試紙靠近陽極，觀察濕潤的淀粉－碘化鉀試紙是否變藍 13．(2019廣西調研)如圖裝置甲是某可充電電池的示意圖，該電池放電的化學方程式為2K2S2＋KI3===K2S4＋3KI，圖中的離子交換膜只允許K＋通過，C、D、F均為石墨電極，E為銅電極。工作一段時間后，斷開K，此時C、D兩電極產(chǎn)生的氣體體積相同，E電極質量減少 1.28 g。 (1)裝置甲的A電極為電池的______極，電解質的K＋從離子交換膜的_______(填“左側”或“右側”，下同)向離子交換膜的________遷移；B電極的電極反應式為_____________。 (2)裝置乙中D電極析出的氣體是________，體積為________mL(標準狀況)。 (3)若將裝置丙中的NaCl溶液改換成FeCl2和FeCl3的混合溶液。從反應初始至反應結束，丙裝置溶液中金屬陽離子物質的量濃度與轉移電子的物質的量的變化關系如圖所示。 ①圖中b表示的是________(填金屬離子符號)的變化曲線。 ②反應結束后，若用0.5 molL－1NaOH溶液沉淀丙裝置溶液中的金屬陽離子(設溶液體積為100 mL)，則至少需要0.5 molL－1NaOH溶液________mL。 解析：(1)由E電極(銅)的質量減少可知E為陽極，則F為陰極，A為負極，B為正極，C為陽極，D為陰極。原電池中陽離子從負極移向正極，即K＋由左側透過離子交換膜移向右側。根據(jù)電池放電的化學方程式知，I在正極得電子發(fā)生還原反應，生成I－。(2)D電極上首先發(fā)生反應：Cu2＋＋2e－===Cu，當Cu2＋消耗盡時，發(fā)生反應：2H＋＋2e－===H2↑，根據(jù)得失電子守恒，該電極析出的H2的體積為22 400 mLmol－1＝224 mL。(3)①若將裝置丙中的NaCl溶液改換成FeCl2和FeCl3的混合溶液，則電解時，陽極(E電極)發(fā)生反應：Cu－2e－===Cu2＋，陰極(F電極)發(fā)生反應：Fe3＋＋e－===Fe2＋，故a、b、c分別表示Fe3＋、Fe2＋、Cu2＋的變化曲線。②由題圖中曲線可以看出，反應后溶液中c(Cu2＋)＝210－2 molL－1，c(Fe2＋)＝510－2 molL－1，c(Fe3＋)＝0，要使溶液中的金屬陽離子完全沉淀，需要n(NaOH)＝[n(Cu2＋)＋n(Fe2＋)]2＝(0.02 molL－1＋0.05 molL－1)0.1 L2＝0.014 mol，V(NaOH)＝＝0.028 L，即28 mL。 答案：(1)負　左側　右側　I＋2e－===3I－ (2)H2(或氫氣)　224 (3)①Fe2＋?、?8