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2019-2020年高考化學專題復習導練測 第六章 第二講 原電池 化學電源 一、選擇題 1．下列裝置中，都伴隨有能量變化，其中是由化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿氖?　　)。 解析　A項是將電能轉(zhuǎn)化成化學能；B項是將水的勢能轉(zhuǎn)化成電能；C項是將太陽能轉(zhuǎn)化成熱能。 答案　D 2．世博會中國館、主題館等建筑所使用的光伏電池，總功率達4兆瓦，是歷屆世博會之最。下列有關敘述正確的是(　　) A．光伏電池是將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔? B．光伏電池是將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔? C．電流從a流向b D．圖中N型半導體為正極，P型半導體為負極 解析 根據(jù)圖示，光伏電池是將太陽能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，A正確，B錯誤。外電路中，電流從b流向a，C錯誤。由于電流從P型半導體流出，因而P型半導體為正極，D錯誤。 答案 A 3．鎂/H2O2酸性燃料電池采用海水作電解質(zhì)(加入一定量的酸)，下列說法正確的是 (　　)。 A．電池總反應為Mg＋H2O2===Mg(OH)2 B．正極發(fā)生的電極反應為H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O C．工作時，正極周圍海水的pH減小 D．電池工作時，溶液中的H＋向負極移動 解析　根據(jù)鎂與H2O2兩種物質(zhì)的性質(zhì)，容易知道負極發(fā)生鎂失電子的反應，正極發(fā)生H2O2得電子的反應，電解質(zhì)呈酸性，故電池總反應為Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O；正極消耗H＋，pH增大；原電池中陽離子向正極移動，故溶液中的H＋向正極移動。 答案　B 4．如圖甲是Zn和Cu形成的原電池，某實驗興趣小組做完實驗后，在讀書卡上的記錄如圖乙所示，則卡片上的描述合理的是 (　　)。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 卡片號：2　　　　xx.8.15 實驗后的記錄： ①Cu為陽極，Zn為陰極 ②Cu極上有氣泡產(chǎn)生 ③SO42－向Cu極移動 ④若有0.5 mol電子流經(jīng)導線，則可產(chǎn)生0.25 mol氣體 ⑤電子的流向是：Cu→導線→Zn ⑥正極反應式：Cu＋2e－===Cu2＋ 圖乙 A．①②③ B．②④ C．④⑤⑥ D．③④⑤ 解析　①中Cu為正極，Zn為負極，③中SO向負極移動，⑤中電子的流向是：Zn→導線→Cu，⑥中正極反應式：2H＋＋2e－===H2↑，故①③⑤⑥錯。 答案　B 5．某航空站安裝了一臺燃料電池，該電池可同時提供電和水蒸氣。所用燃料為氫氣，電解質(zhì)為熔融的碳酸鉀。已知該電池的總反應為2H2＋O2===2H2O，正極反應為O2＋2CO2＋4e－===2CO，則下列推斷正確的是 (　　)。 A．負極反應為H2＋2OH－－2e－===2H2O B．該電池可在常溫或高溫時進行工作，對環(huán)境具有較強的適應性 C．該電池供應2 mol水蒸氣，同時轉(zhuǎn)移2 mol電子 D．放電時負極有CO2生成 解析　由總反應式減去正極反應式得到負極反應式：2H2＋2CO－4e－===2H2O＋2CO2，則可判斷負極有CO2生成，A項錯誤，D項正確。該電池使用的電解質(zhì)是熔融的碳酸鉀，在常溫下無法工作，B錯誤。該電池供應2 mol水蒸氣時，轉(zhuǎn)移的電子為4 mol，C錯誤。 答案　D 6．一種新型燃料電池，以鎳板為電極插入KOH溶液中，分別向兩極通入乙烷(C2H6)和氧氣，其中某一電極反應式為C2H6＋18OH－－14e－===2CO＋12H2O。有關此電池的推斷不正確的是(　　) A．通入氧氣的電極為正極 B．參加反應的O2與C2H6的物質(zhì)的量之比為7∶2 C．放電一段時間后，KOH的物質(zhì)的量濃度將下降 D．放電一段時間后，正極區(qū)附近溶液的pH減小 解析 A項，通入乙烷的一極為負極，通入氧氣的一極為正極，正確；B項，1 mol乙烷參與反應時轉(zhuǎn)移14 mol電子，則參與反應的氧氣的量為＝ mol，故正確；C項，根據(jù)電極反應式或總反應方程式可知，氫氧化鉀被消耗，故正確；D項，放電時正極產(chǎn)生OH－，則pH增大，D錯。 答案 D 7．氫氧燃料電池以KOH溶液為電解質(zhì)溶液，下列有關該電池的敘述不正確的是(　　) A．正極反應式為：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ B．工作一段時間后，電解液中KOH的物質(zhì)的量濃度不變 C．該燃料電池的總反應方程式為：2H2＋O2===2H2O D．用該電池電解CuCl2溶液，產(chǎn)生2.24 L Cl2(標準狀況)時，有0.2 mol電子轉(zhuǎn)移 解析 由于燃料電池的總反應式就是燃料燃燒時的化學方程式，所以該燃料電池的總反應式為：2H2＋O2===2H2O；由于水的生成，導致電解液中KOH的物質(zhì)的量濃度減小；在KOH做電解液時，正極反應：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移相等知，當電解CuCl2溶液產(chǎn)生0.1 mol Cl2時，電池中轉(zhuǎn)移電子0.2 mol。 答案 B 二、非選擇題 8．高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通電池相比，該電池能較長時間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應為： 3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。 請回答下列問題： (1)高鐵電池的負極材料是________。 (2)放電時，正極發(fā)生________(填“氧化”或“還原”)反應；已知負極反應為Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，則正極反應為__________________________________________________。 (3)放電時，________(填“正”或“負”)極附近溶液的堿性增強。 解析 電池的負極上發(fā)生氧化反應，正極上發(fā)生還原反應。由高鐵電池放電時總反應方程式可知，負極材料應為作還原劑的Zn。由電池的總反應方程式－負極反應式＝正極反應式可知，正極反應式為FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－，正極生成了OH－，堿性增強。 答案 (1)Zn (2)還原　FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－ (3)正 9．近幾年開發(fā)的甲醇燃料電池采用鉑作電極催化劑，電池中的質(zhì)子交換 膜只允許質(zhì)子和水分子通過。其工作原理的示意圖如下： 請回答下列問題： (1)Pt(a)電極是電池的________極，電極反應式為________________________________ ________________________________________________________________________；Pt(b)電極發(fā)生________ 反應(填“氧化”或“還原”)，電極反應式為__________________________________。 (2)電池的總反應方程式為_______________________________________________。 (3)如果該電池工作時電路中通過2 mol電子，則消耗的CH3OH有________mol。 解析 從示意圖中可以看出電極Pt(a)原料是CH3OH和水，反應后產(chǎn)物為CO2和H＋，CH3OH中碳元素化合價為－2，CO2中碳元素化合價為＋4，說明Pt(a)電極上CH3OH失去電子，電極Pt(a)是負極，則電極Pt(b)是正極，Pt(b)電極原料是O2和H＋，反應后的產(chǎn)物為H2O，氧元素化合價由0→－2，發(fā)生還原反應，因為電解質(zhì)溶液是稀H2SO4，可以寫出電池總反應式為2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，再寫出較為簡單的正極反應式：3O2＋12e－＋12H＋===6H2O，用總反應式減去正極反應式即可得到負極反應式為：2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋。 答案 (1)負　2CH3OH＋2H2O－12e－＝2CO2↑＋12H＋　3O2＋12H＋＋12e－===6H2O (2)2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O (3) 10．碘被稱為“智力元素”，科學合理地補充碘可防止碘缺乏病。碘酸鉀(KIO3)是國家規(guī)定的食鹽加碘劑，它的晶體為白色，可溶于水。碘酸鉀在酸性介質(zhì)中與過氧化氫或碘化物作用均生成單質(zhì)碘。以碘為原料，通過電解制備碘酸鉀的實驗裝置如圖所示。 (1)碘是________(填顏色)固體物質(zhì)，實驗室常用________的方法來分離提純含有少量雜質(zhì)的固體碘。 (2)電解前，先將一定量的精制碘溶于過量氫氧化鉀溶液，溶解時發(fā)生反應： 3I2＋6KOH===5KI＋KIO3＋3H2O，將該溶液加入陽極區(qū)。另將氫氧化鉀溶液加入陰極區(qū)，電解槽用水冷卻。 電解時，陽極上發(fā)生反應的電極反應式為_____________________________________________________________； 每生成1 mol KIO3，電路中通過的電子的物質(zhì)的量為________。 (3)電解過程中，為確定電解是否完成，需檢驗電解液中是否有I－。請設計一個檢驗電解液中是否有I－的實驗方案，并按要求填寫下表。 要求：所需藥品只能從下列試劑中選擇，實驗儀器及相關用品自選。 試劑：淀粉溶液、淀粉KI試紙、過氧化氫溶液、稀硫酸。 實驗方法 實驗現(xiàn)象及結(jié)論 (4)電解完畢，從電解液中得到碘酸鉀晶體的實驗過程如下： ―→―→―→ ―→―→―→ 步驟②的操作名稱是________，步驟⑤的操作名稱是________。步驟④洗滌晶體的目的是_______________________________________________ _______________________________________________________________。 解析　(1)碘是紫黑色固體，實驗室常利用碘易升華的特性來分離提純含有少量雜質(zhì)的固體碘。(2)電解時，溶液中的陰離子(I－、IO、OH－)向陽極移動，因為I－的還原性最強，所以I－在陽極失電子被氧化為單質(zhì)碘：2I－－2e－===I2。生成的I2再與KOH溶液反應生成KIO3：3I2＋6KOH===5KI＋KIO3＋3H2O，如此循環(huán)，最終I－都轉(zhuǎn)化為KIO3。1 mol I－轉(zhuǎn)化成1 mol IO時，轉(zhuǎn)移6 mol電子。(3)陽極區(qū)溶液中會含有IO，如果其中含有I－，在酸性條件下，IO和I－會反應生成單質(zhì)碘：IO＋5I－＋6H＋===3I2＋3H2O。據(jù)此可設計實驗：取少量陽極區(qū)溶液于試管中，加入幾滴稀硫酸和淀粉溶液，如果溶液變藍，則說明其中含有I－，否則沒有I－。(4)陽極電解液經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶后可得到碘酸鉀晶體，過濾得到的碘酸鉀晶體中含有KOH等雜質(zhì)，需要進行洗滌除雜；洗滌后的晶體經(jīng)干燥即得到純凈干燥的碘酸鉀晶體。 答案　(1)紫黑色　升華 (2)2I－－2e－===I2(或I－＋6OH－－6e－===IO＋3H2O)　6 mol (3) 實驗方法 實驗現(xiàn)象及結(jié)論 取少量陽極區(qū)電解液于試管中，加稀硫酸酸化后加入幾滴淀粉試液，觀察是否變藍 如果不變藍，說明無I－(如果變藍，說明有I－) (4)冷卻結(jié)晶　干燥　洗去吸附在碘酸鉀晶體上的氫氧化鉀等雜質(zhì) 11．第三代混合動力車，可以用電動機、內(nèi)燃機或二者結(jié)合推動車輛。汽車上坡或加速時，電動機提供推動力，降低汽油的消耗；在剎車或下坡時，電池處于充電狀態(tài)。 (1)混合動力車的內(nèi)燃機以汽油為燃料，汽油(以辛烷C8H18計)和氧氣充分反應，生成1 mol水蒸氣放熱569.1 kJ。則該反應的熱化學方程式為_______________________________________________________________。 (2)混合動力車目前一般使用鎳氫電池，該電池中鎳的化合物為正極，儲氫金屬(以M表示)為負極，堿液(主要為KOH)為電解質(zhì)溶液。鎳氫電池充放電原理示意如圖，其總反應式為H2＋2NiOOH2Ni(OH)2。根據(jù)所給信息判斷，混合動力車上坡或加速時，乙電極周圍溶液的pH________(填“增大”、“減小”或“不變”)，該電極的電極反應式為_______________________________________________________________。 (3)Cu2O是一種半導體材料，可通過如圖所示的電解裝置制取，電解總反應式為2Cu＋H2OCu2O＋H2↑，陰極的電極反應式是_______________________________________________________________。 用鎳氫電池作為電源進行電解，當電池中有1 mol H2被消耗時，Cu2O的理論產(chǎn)量為________g。 (4)遠洋輪船的鋼鐵船體在海水中易發(fā)生電化學腐蝕中的________腐蝕。為防止這種腐蝕，通常把船體與浸在海水里的Zn塊相連，或與像鉛酸蓄電池這樣的直流電源的________(填“正”或“負”)極相連。 解析　(2)混合動力車上坡或加速時需要動力，故反應為原電池放電反應，即乙電極為正極，發(fā)生反應NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，故乙電極周圍溶液的pH增大。(3)電解池的陰極發(fā)生還原反應，即2H＋＋2e－===H2↑。當電池中有1 mol H2被消耗時有2 mol電子轉(zhuǎn)移，根據(jù)電子守恒可知Cu2O的理論產(chǎn)量為144 g。(4)鋼鐵船體在海水中發(fā)生吸氧腐蝕，可利用犧牲陽極保護法或外加電源陰極保護法防止其被腐蝕。 答案　(1)C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(g)　ΔH＝－5 121.9 kJmol－1 (2)增大　NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－ (3)2H＋＋2e－===H2↑　144　(4)吸氧　負