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1、专题 15 原电池 化学电源专练 一、高考真题再现 1、（2018年全国卷 I-13）最近我国科学家设计了一种 CO2+H2S协同转化装置，实现对天然气中 CO2和 H2S 的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为 ZnO石墨烯（石墨烯包裹的ZnO）和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：EDTA-Fe2+-e-=EDTA-Fe3+2EDTA-Fe3+H2S=2H+S+2EDTA-Fe2+该装置工作时，下列叙述错误的是 A 阴极的电极反应：CO2+2H+2e-=CO+H2O B 协同转化总反应：CO2+H2S=CO+H2O+S C 石墨烯上的电势比 ZnO石墨烯上的低 D 若采用 Fe3+/Fe2
2、+取代 EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+，溶液需为酸性 2、（2018年全国卷II-12）我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。将 NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO2+4Na 2 Na2CO3+C，下列说法错误的是 A 放电时，4ClO向负极移动 B 充电时释放CO2，放电时吸收CO2 C 放电时，正极反应为：3CO2+4e 223CO+C D 充电时，正极反应为：Na+eNa 3、（2018年全国卷 III-11）一种可充电锂-空气电池如图所示。当电池放电时，O2与 Li+在多孔碳材料电极处生成 Li2
3、O2-x（x=0 或 1）。下列说法正确的是 A 放电时，多孔碳材料电极为负极 B 放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极 C 充电时，电解质溶液中 Li+向多孔碳材料区迁移 D 充电时，电池总反应为 Li2O2-x=2Li+（1-2x）O2 4、（2018年北京卷-12）验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下（烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液）。在 Fe 表面生成蓝色沉淀 试管内无明显变化 试管内生成蓝色沉淀 下列说法不正确的是 A 对比，可以判定 Zn 保护了 Fe B 对比，K3Fe(CN)6 可能将 Fe 氧化 C 验证 Zn 保护 Fe 时不能用的方法 D 将 Zn 换成 Cu
4、，用的方法可判断 Fe 比 Cu 活泼 二、专项练习 1 微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是 A 正极反应中有 CO2生成 B 微生物促进了反应中电子的转移 C 质子通过交换膜从负极区移向正极区 D 电池总反应为 C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O 2在固态金属氧化物电解池中，高温共电解 H2O CO2混合气体制备 H2和 CO 是一种新的能源利用方式，基本原理如图所示。下列说法不正确的是 A X 是电源的负极 B 阴极的反应式是：H2O 2eH2O2、CO22eCOO2 C 总反应可表示为：H2O CO2 通电
5、 H2COO2 D 阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是 1 1 3 锌铜原电池装置如图所示，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(SO42)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 4 用下图所示装置除去含 CN、Cl废水中的 CN时，控制溶液 PH 为 910，阳极产生的 ClO将 CN氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是 A 用石墨作阳极，铁作阴极 B 阳极的电极反应式为：Cl+2OH2e=ClO+H2O C阴极的电极反
6、应式为：2H2O+2e=H2+2OH D 除去 CN的反应：2CN+5ClO+2H+=N2+2CO2+5Cl+H2O 5 某模拟 人工树叶”电化学实验装置如图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是 A 该装置将化学能转化为光能和电能 B 该装置工作时，H从 b 极区向 a 极区迁移 C每生成 1 mol O2，有 44 g CO2被还原 D a 电极的反应为：3CO2+16H-18e=C3H8O+4H2O 6 一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是 A 反应 CH4H2O=点燃 =通电 =电解 =催化剂 3H2CO,每消耗 1m
7、olCH4转移 12mol 电子 B 电极 A 上 H2参与的电极反应为：H22OH2e=2H2O C 电池工作时，CO32向电极 B 移动 D 电极 B 上发生的电极反应为：O22CO24e=2CO32 7 研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是 A d 为石墨，铁片腐蚀加快 B d 为石墨，石墨上电极反应为：O2+2H2O+4e 4OH C d 为锌块，铁片不易被腐蚀 D d 为锌块，铁片上电极反应为：2H+2e H2 8 我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值，但出土的青铜器大多受到环境腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要意义。（1）原子序数为 29 的铜元素
8、位于元素周期表中第 周期。（2）某青铜器中 Sn、Pb 的质量分别为 119g、20.7g，则该青铜器中 Sn 和 Pb 原子的数目之比为 。（3）研究发现，腐蚀严重的青铜器表面大都存在 CuCl。关于 CuCl在青铜器腐蚀过程中的催化作用，下列叙述正确的是 。A 降低了反应的活化能 B 增大了反应的速率 C 降低了反应的焓变 D 增大了反应的平衡常数（4）采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状 Ag2O 涂在被腐蚀部位，Ag2O与有害组分 CuCl发生复分解反应，该化学方程式为 。（5）下图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。腐蚀过程中，负极是 （填图中字母“a”
9、或“b”或“c”）；环境中的 Cl-扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈u2(OH)3Cl，其离子方程式为 ；若生成 4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积为 L（标准状况）。9氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。完成下列填空：（1）写出电解饱和食盐水的离子方程式 。（2）离子交换膜的作用为：、。（3）精制饱和食盐水从图中 位置补充，氢氧化钠溶液从图中 位置流出。（选填“a”、“b”、“c”或“d”）（4）KClO3可以和草酸（H2C2O
10、4）、硫酸反应生成高效的消毒杀菌剂 ClO2，还生成 CO2和 KHSO4等物质。写出该反应的化学方程式 _ 。（5）室温下，0.1 mol/L NaClO溶液的 pH 0.1 mol/L Na2SO3溶液的 pH。（选填“大于”、“小于”或“等于”）。浓度均为 0.1 mol/L 的 Na2SO3和 Na2CO3的混合溶液中，SO32、CO32、HSO3、HCO3 浓度从大到小的顺序为 。已知：H2SO3 Ki1=1.5410-2 Ki2=1.0210-7 HClO Ki1=2.9510-8 H2CO3 Ki1=4.310-7 Ki2=5.610-11 10研究 CO2在海洋中的转移和归宿，
11、是当今海洋科学研究的前沿领域。（1）溶于海水的 CO2主要以 4 种无机碳形式存在，其中 HCO3-占 95%，写出 CO2溶于水产生 HCO3-的方程式：_ 。（2）在海洋循环中，通过下图所示的途径固碳。写出钙化作用的离子方程式：。同位素示踪法证实光合作用释放出的 O2只来自于 H2O，用18O标记物质的光合作用的化学方程式如下，将其补充完整：+=(CH2O)x+x18O2+xH2O（3）海水中溶解无机碳占海水总碳的 95%以上，其准确测量是研究海洋碳循环的基础，测量溶解无机 碳，可采用如下方法：气提、吸收 CO2，用 N2从酸化后的还说中吹出 CO2并用碱液吸收（装置示意图如下），将虚线框
12、中的装置补充完整并标出所用试剂。滴定。将吸收液洗后的无机碳转化为 NaHCO3，再用 xmol/LHCl溶液滴定，消耗 ymlHCl溶液，海水中溶解无机碳的浓度=mol/L。（4）利用下图所示装置从海水中提取 CO2，有利于减少环境温室气体含量。结合方程式简述提取 CO2的原理：。用该装置产生的物质处理 b 室排出的海水，合格后排回大海。处理至合格的方法是 。11为探讨化学平衡移动原理与氧化还原反应规律的联系，某同学通过改变浓度研究“2Fe3+2I-2Fe2+I2”反应中 Fe3+和 Fe2+的相互转化。实验如下：（1）待实验 I 溶液颜色不再改变时，再进行实验 II，目的是使实验 I 的反应
13、达到 。（2）iii是 ii 的对比试验，目的是排除有 ii 中 造成的影响。（3）i和 ii 的颜色变化表明平衡逆向移动，Fe2+向 Fe3+转化。用化学平衡移动原理解释原因：。（4）根据氧化还原反应的规律，该同学推测 i中 Fe2+向 Fe3+转化的原因：外加 Ag+使 c(I-)降低，导致 I-的还原性弱于 Fe2+，用下图装置（a、b 均为石墨电极）进行实验验证。K 闭合时，指针向右偏转，b 作 极。当指针归零（反应达到平衡）后，向 U型管左管滴加 0.01 mol/L AgNO3溶液，产生的现象证实了其推测，该现象是 。（5）按照（4）的原理，该同学用上图装置进行实验，证实了 ii
14、中 Fe2+向 Fe3+转化的原因，转化原因是 。与（4）实验对比，不同的操作是 。（6）实验 I中，还原性：I-Fe2+；而实验 II 中，还原性：Fe2+I-，将（3）和（4）、（5）作对比，得出的结论是 。12 银是一种贵金属，古代常用于制造钱币及装饰器皿，现代在电池和照明器材等领域亦有广泛应用。回答下列问题。（1）久存的银制器皿表面会变黑，失去银白色的光泽，原因是 。（2）已知Ksp(AgCl)=1 810-10,若向50mL0 018molL-1的AgNO3溶液中加入50mL0 020molL-1的盐酸，混合后溶液中的 Ag+的浓度为 molL-1，pH 为 。（3）AgNO3溶液光
15、照易分解，生成 Ag 和红棕色气体等物质，其光照分解的化学方程式为 。（4）下图所示原电池正极的反应式为 。13 C、N、O、Al、Si、Cu 是常见的六种元素。（1）Si 位于元素周期表第_周期第_族。（2）N 的基态原子核外电子排布式为_；Cu 的基态原子最外层有_个电子。（3）用“”或“M(Cu2)故乙池溶液的总质量增加，C 项正确；该装置中为阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电解过程中溶液中 Zn2由甲池通过阳离子交换膜进入乙池保持溶液中电荷平衡，阴离子并不通过交换膜，故 D 项错误；本题选 C。4 【答案】D【解析】A、阳极要产生 ClO，则铁只能作阴极，不能作阳极，否则就是铁失
16、电子，A 正确；B、阳极是 Cl失电子产生 ClO，电极反应式为：Cl+2OH2e=ClO+H2O，B 正确；C、阴极是 H+产生 H2，碱性溶液，故阴极的电极反应式为：2H2O+2e=H2+2OH，C 正确；D、溶液为碱性，方程式应为 2CN+5ClO+H2O=N2+2CO2+5Cl+2OH。选 D。5【答案】B【解析】A 根据图示可知，该装置将电能和光能转化为化学能，错误。B 根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，该装置工作时，H从正电荷较多的阳极 b极区向负电荷较多的阴极 a极区迁移，正确。C该反应的总方程式是：6CO2+8H2O=2C3H8O+9O2。根据反应方程式可知，每生成
17、 1 mol O2，有 2/3molCO2被还原，其质量是 88/3 g，错误。D 根据图示可知与电源负极连接的 a 电极为阴极，发生还原反应，电极的反应式为：3CO2+18H+18e=C3H8O+5H2O，错误。6 【答案】D 7【答案】D【解析】由于活动性：Fe石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe 为负极，失去电子被氧化变为 Fe2+进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，比没有形成原电池时的速率快，正确。B.d 为石墨，由于是中性电解质，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为：O2+2H2O+4e 4OH，正确。C.若 d 为锌块，则由于金
18、属活动性：ZnFe，Zn 为原电池的负极，Fe 为正极，首先被腐蚀的是 Zn，铁得到保护，铁片不易被腐蚀，正确。D.d 为锌块，由于电解质为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为：O2+2H2O+4e 4OH，错误。8 【答案】（1）四 （2）10:1 （3）A、B （4）Ag2O+2CuCl=2AgCl+Cu2O(5)c 2Cu2+3OH+Cl=Cu2(OH)3Cl 0.448【解析】（1）铜为 29 号元素，根据核外电子排布规则可知，铜元素位于元素周期表中第四周期。（2）根据 N=m/MNA，青铜器中 Sn、Pb 的质量分别为 119g、20.7g，则该青铜器中 Sn 和Pb 原子
19、数目之比为（119119）：（20.7207）=10:1.（3）催化剂能降低反应的活化能，从而加快化学反应速率，但是催化剂不能改变反应的焓变，也不能改变化学平衡常数，选 A、B.（4）Ag2O 与 CuCl发生复分解反应，没有化合价的升 降，则化学方程式为 Ag2O+2CuCl=2AgCl+Cu2O。（5）根据图示，腐蚀过程中，铜失电子生成 Cu2，则负极是铜，选 c；根据上述分析，正极产物是 OH，负极产物为 Cu2，环境中的 Cl-扩散到孔口，与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈 Cu2(OH)3Cl，则离子方程式为 2Cu2+3OH+Cl=Cu2(OH)3Cl；4.29gCu2
20、(OH)3Cl 的物质的量为 4.29/241.5=0.02mol,根据铜原子守恒，Cu2的物质的量为0.04mol,负极反应为：2Cu-4e=2Cu2,正极反应为 O2+4e+2H2O=4OH，根据正负极放电量相等，则理论上耗氧体积为 0.02mol22.4Lmol-1=0.448L.9【答案】（1）2Cl2H2OCl2H22OH。（2）阻止 OH-进入阳极室，与 Cl2发生副反应：2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O；阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的 H2混合发生爆炸。（3）a；d；（4）2KClO3+H2C2O4+2H2SO4=2ClO2+2CO2+2KHSO4+2H2O.（
21、5）大于；SO32CO32HCO3HSO3。（3）随着电解的进行，溶质 NaCl 不断消耗，所以应该及时补充。精制饱和食盐水从与阳极连接的图中 a位置补充，由于阴极 H+不断放电，附近的溶液显碱性，氢氧化钠溶液从图中 d位置流出；水不断消耗，所以从 b 口不断加入蒸馏水，从 c 位置流出的是稀的 NaCl 溶液。（4）KClO3有氧化性，H2C2O4有还原性，在酸性条件下 KClO3可以和草酸（H2C2O4）生成高效的消毒杀菌剂 ClO2，还生成 CO2和 KHSO4等物质。则根据电子守恒及原子守恒，可得该反应的化学方程式是：2KClO3+H2C2O4+2H2SO4=2ClO2+2CO2+2K
22、HSO4+2H2O.（5）NaClO、Na2SO3都是强碱弱酸盐，弱酸根离子发生水解反应，消耗水电离产生的 H+，破坏了水的电离平衡，当最终达到平衡时，溶液中 c(OH-)c(H+)，所以溶液显碱性。形成盐的酸越弱，盐水解程度就越大。消耗的离子浓度越大，当溶液达到平衡时，剩余的离子浓度就越小。由于 H2SO3的 Ki2=1.0210-7；HClO 的 Ki1=2.9510-8，所以酸性：HSO3-HClO，因此溶液的 pH:NaClO Na2SO3。由于电离程度：H2SO3 H2CO3HSO3-HCO3-，浓度均为 0.1 mol/L 的 Na2SO3和 Na2CO3的混合溶液中，水解程度：C
23、O32SO32，所以离子浓度：SO32CO32；水解产生的离子浓度：HCO3-HSO3-。但是盐水解程度总的来说很小，主要以盐电离产生的离子存在。所以在该溶液中 SO32、CO32、HSO3、HCO3 浓度从大到小的顺序为 SO32CO32HCO3HSO3。10【答案】（1）CO2+H2OH2CO3，H2CO3HCO3+H+（2）Ca2+2HCO3=CaCO3+CO2+H2O xCO2 2x H218O（3）xy/z（4）a 室：2H2O-4e=O2+4H+，H+通过阳离子膜进入 b 室，发生反应：HCO3+H+=CO2+H2O。c 室的反应：2H2O+2e-=2OH-+H2，用 c 室排出的
24、碱液将从 b 室排出的酸性海水调节至接近装置入口海水的 pH CO2 HCO3 HCl 1 1 n(CO2)x mol/Ly10-3L 解得：n(CO2)=xy10-3mol 所以：c(CO2)=xy/z mol/L（4）海水 pH 8，显碱性，需要 H+中和降低海水的碱性，a 室发生阳极反应：2H2O-4e=O2+4H+,c(OH)下降，H2OOH+H+平衡右移，c(H+)增大，H+从 a 室进入 b 室，发生反应：HCO3+H+=CO2+H2O。c 室的反应：2H2O+2e-=2OH-+H2，用 c 室排出的碱液将从 b 室排出的酸性海水调节至接近装置入口海水的 pH。11【答案】（1）化
25、学平衡状态（2）溶液稀释对颜色变化（3）加入 Ag+发生反应：Ag+I-=AgI，c(I-)降低；或增大 c(Fe2+)平衡均逆向移动（4）正 左管产生黄色沉淀，指针向左偏转。（5）Fe2+随浓度增大，还原性增强，使 Fe2+还原性强于 I-向 U 型管右管中滴加 1mol/L FeSO4溶液。（6）该反应为可逆氧化还原反应，在平衡时，通过改变物质的浓度，可以改变物质的氧化、还原能力，并影响平衡移动方向 （5）Fe2+向 Fe3+转化的原因是 Fe2+浓度增大，还原性增强；与（4）实验对比，不同的操作是当指针归零后，向 U 型管右管中滴加 1mol/L FeSO4溶液。将（3）和（4）、（5）
26、作对比，得出的结论是在其它条件不变时，物质的氧化性和还原性与浓度有关，浓度的改变可影响物质的氧化还原性，导致平衡移动。12 【答案】（1）Ag 与空气中氧及含硫化合物反应生成黑色硫化银；（2）1.810-7mol/L；2（3）2AgNO3=光照 Ag+2NO2+O2 （4）Ag+e-=Ag【解析】（1）根据金属的腐蚀可知 Ag 变黑是发生了化学腐蚀，Ag 与空气中氧及含硫化合物反应生成黑色硫化银；（2）根据反应中 HCl 和硝酸银的物质的量可知 HCl 过量，则计算剩余的氯离子的物质的量浓度为（0.02-0.018）mol/L/2=0.001mol/L，根据 AgCl的溶度积的表达式计算即可；
27、因为该反应中氢离子未参加反应，所以溶液的体积变为 100mL 时，氢离子的浓度为 0.01mol/L，则 pH=2；（3）根据氧化还原反应理论，硝酸银分解生成 Ag 和二氧化氮气体，无元素化合价升高的，所以该反应中有氧气生成。（4）该原电池的实质是 Cu 与银离子发生置换反应生成 Ag 单质，所以正极是生成 Ag 单质的还原反应。13 【答案】（1）三 IVA ，（2）1s22s22p3，1 个（3），（4）2H+NO3-+e-=NO2+H2O，正，Al 在浓硝酸中发生钝化，氧化膜阻止了 Al 进一步反应【解析】（1）Si 的核电荷数为 14，位于元素周期表第三周期 IVA族；（2）N 原子的
28、核外电子数为 7，根 据电子排布式的书写规则，N的基态原子核外电子排布式为 1s22s22p3；Cu 的基态原子核外电子排布式为：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1故最外层有 1 个电子（3）同周期元素原子随核电荷数递增，原子半径减小；非金属性越强电负性越大；金刚石和晶体硅都属于原子晶，但 C-C键键长短，键能大，故熔点更高；组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，沸点越高。（4）正极得电子发生还原反应，故电极反应式为：2H+NO3-+e-=NO2+H2O；在电场作用下，阳离子向电池正极移动；由图像得 t1 时刻电流方向改变，说明电负极发生变化，Al 因为发生钝化不再进一步反应。