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1、化学能转化为电能-原电池一、选择题1原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中不正确的是()A由Al、Cu、稀H2SO4组成的原电池，负极反应式为Al3e=Al3B由Mg、Al、NaOH溶液组成的原电池，负极反应式为Al3e4OH=Al(OH)4C由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池，负极反应式为Cu2e=Cu2D由Al、Cu、浓硝酸组成的原电池，负极反应式为Cu2e=Cu2解析：选C。由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池，负极材料是Fe，反应式为Fe2e=Fe2，C错。2铅酸蓄电池是目前应用普遍的化学电池，新型液流式铅酸蓄电池以可溶的甲基磺酸铅为电解质，
2、电池总反应：PbPbO24H2Pb22H2O。下列有关新型液流式铅酸蓄电池的说法不正确的是()A放电时，蓄电池由化学能转化为电能B充放电时，溶液的导电能力变化不大C放电时的负极反应式为Pb2e=Pb2D充电时的阳极反应式为Pb24OH2e=PbO22H2O解析：选D。放电时电极反应式为负极：Pb2e=Pb2正极：PbO22e4H=Pb22H2O充电时电极反应式为阴极：Pb22e=Pb阳极：Pb22H2O2e=PbO24H放电时消耗4个H，而产生2个Pb2，充电时，消耗2个Pb2，但产生4个H，所以充放电时，溶液的导电能力变化不大，B正确，D错误。3(2015高考天津卷)锌铜原电池装置如图所示，
3、其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是()A铜电极上发生氧化反应B电池工作一段时间后，甲池的c(SO4)减小C电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡解析：选C。A.Cu作正极，电极上发生还原反应，错误；B电池工作过程中，SO4不参加电极反应，故甲池的c(SO4)基本不变，错误；C.电池工作时，甲池反应为Zn2e=Zn2，乙池反应为Cu22e=Cu，甲池中Zn2会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有64 g Cu析出，则进入乙池的Zn2为65 g，溶液总质量略有增加，正
4、确；D由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜，错误。4下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是() A图1中，铁钉易被腐蚀B图2中，滴加少量K3Fe(CN)6溶液，没有蓝色沉淀出现C图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀D图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的正极解析：选C。A项，图1中，铁钉处于干燥环境，不易被腐蚀；B项，负极反应为Fe2e=Fe2，Fe2与Fe(CN)63反应生成Fe3Fe(CN)62蓝色沉淀；D项，为牺牲阳极的阴极保护法，镁块相当于原电池的负极。5糕点包装中常见的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等，其脱氧原理与钢铁
5、的吸氧腐蚀相同。下列分析正确的是()A脱氧过程是吸热反应，可降低温度，延长糕点保质期B脱氧过程中铁做原电池正极，电极反应为Fe3e=Fe3C脱氧过程中碳做原电池负极，电极反应为2H2OO24e=4OHD含有1.12 g铁粉的脱氧剂，理论上最多能吸收氧气336 mL(标准状况)解析：选D。在脱氧过程中，由铁、碳做电极，氯化钠溶液做电解质溶液形成原电池，发生吸氧腐蚀，该过程为放热反应；在脱氧过程中，碳做正极，铁做负极失电子发生氧化反应生成Fe2，Fe2最终被氧气氧化为Fe3，由电子守恒知消耗氧气的体积(标准状况下)V(O2)22.4 Lmol11 000 mLL1336 mL。6锂空气电池做为新一
6、代大容量电池而备受瞩目，其工作原理如图所示。下列有关锂空气电池的说法不正确的是()A随着电极反应的不断进行，正极附近的电解液pH不断升高B若把碱性电解液换成固体氧化物电解质，则正极会因为生成Li2O而引起碳孔堵塞，不利于正极空气的吸附C放电时，当有22.4 L O2(标准状况下)被还原时，溶液中有4 mol Li从左槽移动到右槽D锂空气电池又称做“锂燃料电池”，其总反应方程式为4LiO2=2Li2O解析：选D。电极反应式为负极：4Li4e=4Li正极：O24e2H2O=4OHA项，根据正极反应可以判断该项正确；B项，固体氧化物能传导O2，然后和负极生成的Li反应生成Li2O而引起碳孔堵塞，正确
7、；C项，根据两个电极反应式可以判断该项正确；D项应为4LiO22H2O=4LiOH。7(2015高考江苏卷)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。下列有关该电池的说法正确的是()A反应CH4H2O3H2CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子B电极A上H2参与的电极反应为H22OH2e=2H2OC电池工作时，CO向电极B移动D电极B上发生的电极反应为O22CO24e=2CO解析：选D。A选项，甲烷中的C为4价，一氧化碳中的C为2价，每个碳原子失去6个电子，因此每消耗1 mol甲烷失去6 mol电子，所以错误；B选项，熔融盐中没有氢氧根离子，因此氢氧根离子不能参与电极反应，电极反应式应
8、为H2CO2CO4e=3CO2H2O，所以错误；C选项，碳酸根离子应向负极移动，即向电极A移动，所以错误；D选项，电极B上氧气和二氧化碳得电子生成碳酸根离子，所以正确。8(2014高考福建卷)某原电池装置如图所示，电池总反应为2AgCl2=2AgCl。下列说法正确的是()A.正极反应为AgCle=AgClB放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成C.若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变D当电路中转移0.01 mol e时，交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子解析：选D。根据电池总反应可以看出Cl2得电子，Ag失电子，所以在原电池中Cl2在正极上发生还原反应，Ag在负极上发生氧
9、化反应。正极反应为Cl22e=2Cl，A项错误；因为电解质溶液为盐酸，所以负极上Ag失电子生成的Ag随即与附近的Cl反应，B项错误；用氯化钠代替盐酸后，电极反应不发生改变，C项错误；当电路中转移0.01 mol e时，负极生成0.01 mol Ag，由于AgCl=AgCl，所以消耗0.01 mol Cl，由于电荷守恒，同时有0.01 mol H通过阳离子交换膜转移至右侧，D项正确。9一种光化学电池的结构如图所示，当光照在表面涂有氯化银的银片上时，发生反应：AgCl(s)Ag(s)Cl(AgCl)Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化银表面，Cl(AgCl)eCl(aq)。下列说法正确的是(
10、)A光照时，外电路电流由Y流向XB光照时，Pt电极上发生的反应为2Cl2e=Cl2C光照时，Cl向Ag电极移动D光照时，电池总反应为AgCl(s)Cu(aq)Ag(s)Cu2(aq)Cl(aq)解析：选D。该装置是原电池，光照时，涂在银片上的氯化银先见光分解生成Ag和Cl(AgCl)，然后Cl(AgCl)在银电极上得电子发生还原反应，所以涂有AgCl的银片作正极，Cu在铂电极上失电子发生氧化反应，铂作负极。光照时，Cu在铂电极上失去电子，电子经导线流向X，电流方向与电子的流向相反，所以外电路电流从X流向Y，A项说法错误；光照时，铂电极上发生的反应为Cue=Cu2，B项说法错误；原电池中阴离子移
11、向负极，该电池中铂作负极，所以氯离子向铂电极移动，C项说法错误；光照时，正极上AgCl分解产生的氯原子得电子发生还原反应，负极上Cu失电子发生氧化反应，所以电池总反应为AgCl(s)Cu(aq)Ag(s)Cu2(aq)Cl(aq)，D项说法正确。二、非选择题10(1)能量之间可以相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。完成原电池甲的装置示意图(见下图)，并作相应标注。要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。铜片
12、为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极_。甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是_，其原因是_。根据牺牲阳极的阴极保护法原理，为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀，在上述的材料中应选_为负极。(2)通过NOx传感器可监测NOx的含量，其工作原理示意图如下：Pt电极上发生的是_反应(填“氧化”或“还原”)。写出NiO电极的电极反应式：_。解析：(1)因为电子的流向是从左到右，所以我们可以这样设计原电池：左侧烧杯内盛放ZnSO4溶液，电极用锌片(或左侧烧杯内盛放FeSO4溶液，电极用铁片)，右侧烧杯内盛放CuSO4溶液，电极用铜片，
13、即可实现ZnCuSO4=ZnSO4Cu(或FeCuSO4=CuFeSO4)；由所给的电极材料可知，当铜片做电极时，铜片一定是正极，则负极是活泼的金属(失电子，发生氧化反应)，反应现象是电极逐渐溶解，表面有红色固体析出；以锌片和铜片做电极为例，如果不用盐桥，则除了发生原电池反应外还发生锌和铜离子的直接的置换反应，会使部分化学能以热能的形式转化掉，而盐桥的使用可以避免锌和铜离子的直接接触，从而避免了化学能转化为热能，提高能量转化效率。(2)由图示可知原电池发生反应为2NOO2=2NO2，NO为还原剂，O2为氧化剂，O2在Pt电极得电子发生还原反应：O24e=2O2。NO在NiO电极上失电子发生氧化
14、反应：NOO22e=NO2。答案：(1)电极逐渐溶解，表面有红色固体析出甲负极不和铜离子接触，避免了铜离子直接与负极发生反应而使化学能转化为热能锌片(2)还原NOO22e=NO211(1)铁是用途最广的金属材料之一，但生铁易生锈。请讨论电化学实验中有关铁的性质。某原电池装置如图所示，右侧烧杯中的电极反应式为_，左侧烧杯中的c(Cl)_(填“增大”“减小”或“不变”)。已知下图甲、乙两池的总反应式均为FeH2SO4=FeSO4H2，且在同侧电极(指均在“左电极”或“右电极”)产生H2。请在两池上标出电极材料(填“Fe”或“C”)。(2)用高铁()酸盐设计的高铁()电池是一种新型可充电电池，电解质
15、溶液为KOH溶液，放电时的总反应为3Zn2K2FeO48H2O=3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH。写出正极反应式：_。用高铁()电池做电源，以Fe做阳极，以Cu做阴极，对足量KOH溶液进行电解，当电池中有0.2 mol K2FeO4反应时，则在电解池中生成H2_L(标准状况)。解析：(1)原电池反应中Fe作负极，石墨棒作正极，右侧烧杯中电极反应式为2H2e=H2。由于平衡电荷的需要，盐桥中的Cl向负极迁移，故NaCl溶液中c(Cl)增大。装置乙是电解装置，阴极(右侧)产生H2，同时根据电池的总反应式可知Fe只能做阳极(左侧)。由已知条件知，在装置甲中，Fe做原电池的负极，在左侧，C做原
16、电池的正极，在右侧。(2)以转移的电子数为桥梁建立K2FeO4和H2的物质的量的关系：2K2FeO43H2，由此可知生成H2 0.3 mol，在标准状况下的体积为6.72 L。答案：(1)2H2e=H2增大甲池中：左Fe，右C，乙池中：左Fe，右C(2)FeO4H2O3e=Fe(OH)35OH6.7212某研究性学习小组根据反应2KMnO410FeSO48H2SO4=2MnSO45Fe2(SO4)3K2SO48H2O设计如下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1 molL1，溶液的体积均为200 mL，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。 回答下列问题：(1)此原电池的正极是石墨_(填
17、“a”或“b”)，发生_反应。(2)电池工作时，盐桥中的SO移向_(填“甲”或“乙”)烧杯。(3)两烧杯中的电极反应式分别为甲_；乙_。(4)若不考虑溶液的体积变化，MnSO4浓度变为1.5 molL1，则反应中转移的电子为_mol。解析：(1)根据题目提供的总反应方程式可知，KMnO4做氧化剂，发生还原反应，故石墨a是正极。(2)电池工作时，SO向负极移动，即向乙烧杯移动。(3)甲烧杯中的电极反应式为MnO5e8H=Mn24H2O；乙烧杯中的电极反应式为5Fe25e=5Fe3。(4)溶液中的MnSO4浓度由1 molL1变为1.5 molL1，由于溶液的体积未变，则反应过程中生成的MnSO4
18、的物质的量为0.5 molL10.2 L0.1 mol，转移的电子为0.1 mol50.5 mol。答案：(1)a还原(2)乙(3)MnO5e8H=Mn24H2O5Fe25e=5Fe3(4)0.513(1)分析如图所示的四个装置，请回答下列问题：装置a和b中铝电极上的电极反应式分别为_。装置c中产生气泡的电极为_电极(填“铁”或“铜”)，装置d中铜电极上的电极反应式为_。(2)观察如图所示的两个装置，图1装置中铜电极上产生大量的无色气泡，图2装置中铜电极上无气体产生，而铬电极上产生大量的有色气体。根据上述现象试推测金属铬具有的两种重要化学性质为_。解析：(1)在稀H2SO4溶液中，镁比铝活泼，
19、铝电极做正极，正极的反应式为2H2e=H2。在NaOH溶液中，铝比镁活泼，铝电极做负极，负极的反应式为Al3e4OH=Al(OH)4。在浓硝酸中，铁被钝化，铁电极做正极，正极上发生NO的还原反应，产生气泡。装置d相当于金属铁发生吸氧腐蚀，铜电极做正极，正极的电极反应式为O22H2O4e=4OH。(2)由图1可知还原性CrCu，但在稀硝酸中却出现了反常，结合稀硝酸的氧化性，不难推测铬被稀硝酸钝化，难以继续反应。答案：(1)2H2e=H2，Al3e4OH=Al(OH)4铁O22H2O4e=4OH(2)金属铬的活动性比铜的强且能和稀硫酸反应生成H2；金属铬易被稀硝酸钝化14全钒液流电池是一种活性物质
20、呈循环流动液态的电池，目前钒电池技术已经趋近成熟。下图是钒电池基本工作原理示意图： 请回答下列问题：(1)硫酸在电池技术和实验室中具有广泛的应用，在传统的铜锌原电池中，稀硫酸是_，实验室中配制硫酸亚铁时需要加入少量稀硫酸，稀硫酸的作用是_。(2)钒电池是以溶解于一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子(V2、V3、VO2、VO)为正极和负极电极反应的活性物质，电池总反应为VO2V3H2OV2VO2H。放电时的正极反应式为_，充电时的阴极反应式为_。放电过程中，电解液的pH_(填“升高”“降低”或“不变”)。(3)钒电池基本工作原理示意图中“正极电解液”可能是_(填字母)。aVO、VO2混合液 bV
21、3、V2混合液cVO溶液 dVO2溶液eV3溶液 fV2溶液(4)能够通过钒电池基本工作原理示意图中“隔膜”的离子是_。解析：(1)传统的铜锌原电池中，锌与酸反应生成氢气，故稀硫酸为电解质溶液；硫酸亚铁容易水解，且水解显酸性，加入少量稀硫酸，可以抑制其水解变质。(2)正极反应是还原反应，由电池总反应可知放电时的正极反应为VO2He=VO2H2O；充电时，阴极反应为还原反应，故为V3得电子生成V2的反应。(3)充电时阳极反应式为VO2H2Oe=VO2H，故充电完毕的正极电解液为VO溶液，而放电完毕的正极电解液为VO2溶液，故正极电解液可能是选项a、c、d。(4)充电和放电过程中，正极电解液与负极电解液不能混合，起平衡电荷作用的是加入的酸，故H可以通过隔膜。答案：(1)电解质溶液抑制硫酸亚铁的水解(2)VO2He=VO2H2OV3e=V2升高(3)acd(4)H8