2020版高考化學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 第6章 化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化 6 第3節(jié) 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能——原電池檢測 魯科版.doc

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第3節(jié) 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能——原電池 [課后達(dá)標(biāo)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(hù)法的是(　　) A．水中的鋼閘門連接電源的負(fù)極 B．金屬護(hù)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(hù)法是指把要保護(hù)的金屬連接在直流電源的負(fù)極上，使其作為電解池的陰極被保護(hù)，A項(xiàng)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(zhì)接觸發(fā)生反應(yīng)，B、C選項(xiàng)不符合題意；鋼管連接鎂塊利用的是原電池原理，鎂為負(fù)極被氧化，鋼管為正極被保護(hù)，D項(xiàng)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(guān)敘述正確的是(　　) A．銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng) B．電池工作一段時(shí)間后，甲池的c(SO)減小 C．電池工作一段時(shí)間后，乙池溶液的總質(zhì)量增加 D．陰陽離子分別通過交換膜向負(fù)極和正極移動(dòng)，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(yīng)，錯(cuò)誤；B．電池工作過程中，SO不參加電極反應(yīng)，故甲池的c(SO)基本不變，錯(cuò)誤；C．電池工作時(shí)，甲池反應(yīng)為Zn－2e－===Zn2＋，乙池反應(yīng)為Cu2＋＋2e－===Cu，甲池中Zn2＋會通過陽離子交換膜進(jìn)入乙池，以維持溶液中電荷平衡，由電極反應(yīng)式可知，乙池中每有64 g Cu析出，則進(jìn)入乙池的Zn2＋為65 g，溶液總質(zhì)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(cuò)誤。 3．研究電化學(xué)腐蝕及防護(hù)的裝置如圖所示。下列有關(guān)說法錯(cuò)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(yīng)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(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑ 解析：選D。A．由于活動(dòng)性：Fe>石墨，所以鐵、石墨及海水構(gòu)成原電池，F(xiàn)e為負(fù)極，失去電子被氧化變?yōu)镕e2＋進(jìn)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(shí)鐵片的腐蝕速率快，正確。B．d為石墨，由于是中性電解質(zhì)，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(yīng)，電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，正確。C．若d為鋅塊，則由于金屬活動(dòng)性：Zn>Fe，Zn為原電池的負(fù)極，F(xiàn)e為正極，首先被腐蝕的是Zn，鐵得到保護(hù)，鐵片不易被腐蝕，正確。D．d為鋅塊，由于電解質(zhì)為中性環(huán)境，發(fā)生的是吸氧腐蝕，在鐵片上電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，錯(cuò)誤。 4．(2019江南十校模擬)一種“海水”電池，其電池總反應(yīng)可表示為5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，下列有關(guān)說法不正確的是(　　) A．負(fù)極反應(yīng)式：Ag＋Cl－－e－===AgCl B．電子從電源的正極經(jīng)外電路流向負(fù)極 C．Cl－不斷向“海水”電池的負(fù)極移動(dòng) D．每生成1 mol Na2Mn5O10 轉(zhuǎn)移2 mol電子 解析：選B。A項(xiàng)，根據(jù)電池總反應(yīng)可判斷出Ag為原電池的負(fù)極，負(fù)極的電極反應(yīng)式為Ag＋Cl－－e－===AgCl，正確；B項(xiàng)，電子從電源的負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，在原電池中陰離子向負(fù)極移動(dòng)，所以Cl－不斷向電池的負(fù)極移動(dòng)，正確；D項(xiàng)，根據(jù)5MnO2～2e－～Na2Mn5O10得出，每生成1 mol Na2Mn5O10轉(zhuǎn)移2 mol電子，正確。 5．(2019貴陽調(diào)研)在世界海運(yùn)史上曾發(fā)生過這樣一個(gè)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(shí)突然發(fā)生大面積漏水，最終沉沒。堅(jiān)硬的鋼制船體為什么會突然漏水呢？事后的事故調(diào)查結(jié)果表明導(dǎo)致沉船的原因與船上的精銅砂密切相關(guān)。下列對此調(diào)查結(jié)論的理解正確的是(　　) A．精銅砂裝載過多導(dǎo)致沉船 B．運(yùn)輸途中銅與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)導(dǎo)致質(zhì)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(gòu)成了原電池，加速了作為負(fù)極的船體的腐蝕 D．在潮濕的環(huán)境中，船體與銅構(gòu)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(diǎn)之一。現(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(fù)極，該電極上發(fā)生氧化反應(yīng) B．b極反應(yīng)式是O2＋4OH－－4e－===4H2O C．總反應(yīng)式為2H2＋O2===2H2O D．使用過程中電解質(zhì)溶液的pH逐漸減小 解析：選B。A項(xiàng)，氫氧燃料電池工作時(shí)，通入氫氣的一極(a極)為電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，正確；B項(xiàng)，通入氧氣的一極(b極)為電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，氫氧燃料電池的總反應(yīng)式為2H2＋O2===2H2O，正確；D項(xiàng)，電池工作時(shí)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(rèn)為是21世紀(jì)電動(dòng)汽車的最佳候選動(dòng)力源，其工作原理如圖所示。下列有關(guān)敘述正確的是(　　) A．通氧氣的一極為負(fù)極 B．H＋從正極區(qū)通過交換膜移向負(fù)極區(qū) C．通甲醇的一極的電極反應(yīng)式為CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋ D．甲醇在正極發(fā)生反應(yīng)，電子經(jīng)過外電路流向負(fù)極 解析：選C。燃料電池中通入燃料的一極為負(fù)極，通入氧氣或空氣的一極為正極，A項(xiàng)錯(cuò)誤；原電池中陽離子向正極移動(dòng)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；通甲醇的一極為負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)式為CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋，C項(xiàng)正確；甲醇在負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，電子經(jīng)過外電路流向正極，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 8. (2018高考全國卷Ⅱ)我國科學(xué)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(jī)溶劑作為電解液，鈉和負(fù)載碳納米管的鎳網(wǎng)分別作為電極材料，電池的總反應(yīng)為3CO2＋4Na 2Na2CO3＋C。下列說法錯(cuò)誤的是(　　) A．放電時(shí)，ClO向負(fù)極移動(dòng) B．充電時(shí)釋放CO2，放電時(shí)吸收CO2 C．放電時(shí)，正極反應(yīng)為3CO2＋4e－=== 2CO＋C D．充電時(shí)，正極反應(yīng)為Na＋＋e－=== Na 解析：選D。電池放電時(shí)，ClO向負(fù)極移動(dòng)，A項(xiàng)正確；結(jié)合總反應(yīng)可知放電時(shí)需吸收CO2，而充電時(shí)釋放CO2，B項(xiàng)正確；放電時(shí)，正極上CO2得電子被還原生成單質(zhì)C，即電極反應(yīng)式為3CO2＋4e－===2CO＋C，C項(xiàng)正確；充電時(shí)，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，即C被氧化生成CO2，D項(xiàng)錯(cuò)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(zhì)硫，反應(yīng)原理為2H2S(g)＋O2(g)===S2(s)＋2H2O(l)　ΔH＝－632 kJmol－1。如圖為質(zhì)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(shí)，電流從電極a經(jīng)過負(fù)載流向電極b B．電極a上的電極反應(yīng)式為2H2S－4e－===S2↓＋4H＋ C．當(dāng)反應(yīng)生成64 g S2時(shí)，電池內(nèi)部釋放632 kJ熱量 D．當(dāng)電路中通過4 mol電子時(shí)，有4 mol H＋經(jīng)質(zhì)子膜進(jìn)入負(fù)極區(qū) 解析：選B。H2S發(fā)生氧化反應(yīng)，電極a是負(fù)極，電子從電極a經(jīng)過負(fù)載流向電極b，電流方向與電子流向相反，A錯(cuò)誤；電極a上H2S發(fā)生氧化反應(yīng)生成S2，電極反應(yīng)式為2H2S－4e－===S2↓＋4H＋，B正確；燃料電池中化學(xué)能主要轉(zhuǎn)化為電能，C錯(cuò)誤；當(dāng)電路中通過4 mol電子時(shí)，有4 mol H＋經(jīng)質(zhì)子膜進(jìn)入正極區(qū)，D錯(cuò)誤。 二、非選擇題 10．按如圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，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(yīng)式為____________________________________； 銅極為________極，電極反應(yīng)式為______________________________________； 石墨棒C1為________極，電極反應(yīng)式為______________________________；石墨棒C2附近的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為__________________________________。 (3)當(dāng)C2極析出224 mL氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時(shí)，鋅的質(zhì)量________(填“增加”或“減少”)________g，CuSO4溶液的質(zhì)量________(填“增加”或“減少”)________g。 解析：(1)A池中Zn、Cu放入CuSO4溶液中構(gòu)成原電池，B池中兩個(gè)電極均為石墨電極，在以A為電源的情況下構(gòu)成電解池，即A原電池為B電解池的電源。(2)A池中Zn為負(fù)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(zhuǎn)移電子的物質(zhì)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(zhì)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(fù)　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(jìn)行中。圖1是高鐵電池的模擬實(shí)驗(yàn)裝置： (1)該電池放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式為_______________________________________； 若維持電流強(qiáng)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(dòng)；若用陽離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向________(填“左”或“右”)移動(dòng)。 (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(diǎn)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(yīng)：FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－。已知1 A＝1 Cs－1，則電流強(qiáng)度為1 A時(shí)，總電荷Q＝It＝1 A1060 s＝600 C，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)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(shí)間長、工作電壓穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。 答案：(1)FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－　0.2　(2)右　左　(3)使用時(shí)間長、工作電壓穩(wěn)定 12．應(yīng)用電化學(xué)原理，回答下列問題： `(1)甲中石墨作________(填“正”或“負(fù)”)極，當(dāng)電流表指針偏移時(shí)，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(yīng)的離子方程式：______________________________________________________。 (2)乙中正極反應(yīng)式為______________________________________________________；若將H2換成CH4，則負(fù)極反應(yīng)式為__________________________________。 (3)丙表示外加電源的陰極保護(hù)法示意圖。圖中鋼閘門因連接電源的____________極而被保護(hù)。 (4)檢驗(yàn)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(fù)極，陰離子移向負(fù)極。(2)乙中為堿性條件的氫氧燃料電池，正極反應(yīng)式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，若換成甲烷燃料電池，正極反應(yīng)式相同，總反應(yīng)式為CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O，負(fù)極反應(yīng)式(總反應(yīng)式減正極反應(yīng)式，消去O2)為CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O。(3)外加電源的陰極保護(hù)法原理即被保護(hù)的金屬作陰極，應(yīng)與電源的負(fù)極相連。(4)檢驗(yàn)氯氣用濕潤的淀粉－碘化鉀試紙。 答案：(1)負(fù)　FeSO4　Ag＋＋Fe2＋===Ag＋Fe3＋ (2)O2＋4e－＋2H2O===4OH－　CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O (3)負(fù) (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(lán) 13．(2019廣西調(diào)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(xué)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(shí)間后，斷開K，此時(shí)C、D兩電極產(chǎn)生的氣體體積相同，E電極質(zhì)量減少 1.28 g。 (1)裝置甲的A電極為電池的______極，電解質(zhì)的K＋從離子交換膜的_______(填“左側(cè)”或“右側(cè)”，下同)向離子交換膜的________遷移；B電極的電極反應(yīng)式為_____________。 (2)裝置乙中D電極析出的氣體是________，體積為________mL(標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)初始至反應(yīng)結(jié)束，丙裝置溶液中金屬陽離子物質(zhì)的量濃度與轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量的變化關(guān)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(yīng)結(jié)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(shè)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(zhì)量減少可知E為陽極，則F為陰極，A為負(fù)極，B為正極，C為陽極，D為陰極。原電池中陽離子從負(fù)極移向正極，即K＋由左側(cè)透過離子交換膜移向右側(cè)。根據(jù)電池放電的化學(xué)方程式知，I在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，生成I－。(2)D電極上首先發(fā)生反應(yīng)：Cu2＋＋2e－===Cu，當(dāng)Cu2＋消耗盡時(shí)，發(fā)生反應(yīng)：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(shí)，陽極(E電極)發(fā)生反應(yīng)：Cu－2e－===Cu2＋，陰極(F電極)發(fā)生反應(yīng)：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(yīng)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(fù)　左側(cè)　右側(cè)　I＋2e－===3I－ (2)H2(或氫氣)　224 (3)①Fe2＋?、?8