铜－锌原电池及其原理 (4).doc

原电池试题随堂强化落实12010年4月中旬全球核安全峰会在华盛顿举行，发展核电、制裁核武器发展是会议主题。各式各样电池的发展是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述正确的是()A手机上用的锂离子电池属于一次电池B锌锰干电池中，锌电极是负极C氢氧燃料电池工作时氢气在负极被还原D太阳能电池的主要材料为二氧化硅解析：手机上的电池可以充电，属于二次电池；锌锰干电池中锌失去电子生成Zn2，故作为负极；氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化；太阳能电池的主要材料为硅。故A、C、D项错误，B项正确。答案：B2世博会中国馆、主题馆等建筑所使用的光伏电池，总功率达4兆瓦，是历届世博会之最。下列有关叙述正确的是()A光伏电池是将太阳能转变为电能B光伏电池是将化学能转变为电能C电流从a流向bD图中N型半导体为正极，P型半导体为负极解析：根据图示，光伏电池是将太阳能直接转变为电能的装置，A正确，B错误。外电路中，电流从b流向a，C错误。由于电流从P型半导体流出，因而P型半导体为正极，D错误。答案：A3氢氧燃料电池以KOH溶液为电解质溶液，下列有关该电池的叙述不正确的是()A正极反应式为：O22H2O4e=4OHB工作一段时间后，电解液中KOH的物质的量浓度不变C该燃料电池的总反应方程式为：2H2O2=2H2OD用该电池电解CuCl2溶液，产生2.24 L Cl2(标准状况)时，有0.2 mol 电子转移解析：由于燃料电池的总反应式就是燃料燃烧时的化学方程式，所以该燃料电池的总反应式为：2H2O2=2H2O；由于水的生成，导致电解液中KOH的物质的量浓度减小；在KOH做电解液时，正极反应：O22H2O4e=4OH，根据电子转移相等知，当电解CuCl2溶液产生0.1 mol Cl2时，电池中转移电子0.2 mol。答案：B4某原电池总反应为：Cu2Fe3=Cu22Fe2，下列能实现该反应的原电池是()ABCD电极材料Cu、ZnCu、CFe、ZnCu、Ag电解液FeCl3Fe(NO3)2CuSO4Fe2(SO4)3解析：由原电池总反应可知铜电极发生氧化反应，为原电池负极，另一电极的活泼性应该比铜弱，电解质溶液中应该含有Fe3，由此可知，符合题意的为D。答案：D5(2011安徽高考)研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为：5MnO22Ag2NaCl=Na2Mn5O102AgCl。下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是()A正极反应式：AgCle=AgClB每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子CNa不断向“水”电池的负极移动DAgCl是还原产物解析：本题考查电化学，意在考查电极反应式的书写、电子转移情况和溶液中离子的移动情况。电池的正极得电子，A项错误；阳离子向正极移动，C项错误；Ag化合价升高形成AgCl，AgCl是氧化产物，D项错误。答案：B6(2011无锡模拟)根据氧化还原反应：2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)设计的原电池如图所示，其中盐桥为琼脂饱和KNO3盐桥。请回答下列问题：(1)电极X的材料是_；电解质溶液Y是_；(2)银电极为电池的_极，写出两电极的电极反应式：银电极：_；X电极：_。(3)外电路中的电子是从_电极流向_电极。(4)盐桥中向CuSO4溶液中迁移的离子是_(填序号)。AKBNOCAg DSO解析：由反应方程式可知，该原电池的电极反应式为：正极：2Ag2e=2Ag，负极：Cu2e=Cu2，所以X极的材料应为Cu，电解质溶液Y应为AgNO3溶液，外电路中的电子从Cu极流向Ag极。盐桥中的K移向正极(Ag极)；NO移向负极(Cu极)。答案：(1)CuAgNO3溶液(2)正2Ag2e=2AgCu2e=Cu2(3)CuAg(4)B例1（2011新课标高考）铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：Fe+Ni2O3+3H2O=Fe(OH)2+2Ni(OH)2。下列有关该电池的说法不正确的是（ ）A.电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为FeB.电池放电时，负极反应为 Fe+2OH-2e- = Fe(OH)2C.电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低D.电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2+2OH-2e- =Ni22O3+3H2O1双选题(2010广东高考)铜锌原电池(如图)工作时，下列 叙述正确的是()A正极反应为：Zn2e=Zn2B电池反应为：ZnCu2=Zn2CuC在外电路中，电子从负极流向正极D盐桥中的K移向ZnSO4溶液2(2011海南高考)一种充电电池放电时的电极反应为H22OH2e=2H2ONiO(OH)H2Oe=Ni(OH)2OH当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是()AH2O的还原BNiO(OH)的还原CH2的氧化 DNi(OH)2的氧化例2原电池原理广泛应用于科技、生产和生活中，请回答以下问题：(1)肼(N2H4)又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。肼空气燃料电池是一种碱性燃料电池，产物无污染，电解质溶液是20%30%的KOH溶液。肼空气燃料电池放电时：正极的电极反应式是_；负极的电极反应式是_。(2)有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，以N2、H2为电极反应物，以HClNH4Cl为电解质溶液制造新型燃料电池。试写出该电池的正极反应式_。(3)请运用原电池原理设计实验，验证Cu2、Fe3氧化性的强弱。请画出实验装置图并写出电极反应式。3(2011德州模拟)下列说法正确的是() A构成原电池正极和负极的材料必须是金属 B在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被 还原 C实验室欲快速制取氢气，可利用粗锌与稀H2SO4 反应 D原电池可以把物质内部的能量全部转化为电能4(2011邢台一模)工业上利用氢气在氯气中燃烧，所得 产物再溶于水的方法制得盐酸，流程复杂且造成能量浪 费，有人设想利用原电池原理直接制备盐酸，下列说法 正确的是 ()A假设这种想法可行，则可能在制取盐酸的同时， 获取电能B负极材料用锌，正极材料用石墨，用氢氧化钠作 电解质溶液C通入氢气的电极为原电池的正极D电解质溶液中的阴离子向通氯气的电极移动提能综合检测一、选择题(本题包括10小题，每小题5分，共50分)1下面是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是()A上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池B干电池在长时间使用后，锌筒被破坏C铅蓄电池工作过程中，每通过2 mol电子，负极质量减轻207 gD氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源解析：选项A正确。在干电池中，Zn作负极，被氧化，B正确。氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内，且工作的最终产物是水，故氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源，D正确。C项忽略了硫酸铅在该极上析出，该极质量应该增加而非减小。答案：C2(2011福建高考)研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是()A水既是氧化剂又是溶剂B放电时正极上有氢气生成C放电时OH向正极移动D总反应为：2Li 2H2O=2LiOHH2解析：本题考查原电池工作原理及考生解决新情境中实际问题的能力。该电池的负极是锂，氧化剂水在正极上得到电子生成氢气，电解质是LiOH，故A、B、D项正确；原电池中OH向负极移动，C项错误。答案：C3.如图，在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是()A外电路的电流方向为：X外电路YB若两电极分别为铁和碳棒，则X为碳棒，Y为铁CX极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应D若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为XY解析：外电路电子流向为X外电路Y，电流方向与其相反，X极失电子，作负极，Y极发生的是还原反应，X极发生的是氧化反应。若两电极分别为铁和碳棒，则Y为碳棒，X为铁。答案：D4将纯锌片和纯铜片按如图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是()A两烧杯中铜片表面均无气泡产生B甲中铜片是正极，乙中铜片是负极C两烧杯中溶液的pH均增大D产生气泡的速率甲比乙慢解析：因乙烧杯中锌片和铜片没有接触，故不能构成原电池，B项错误；因甲烧杯中锌片、铜片用导线连接后构成原电池，加快了锌片的溶解，即加快了反应速率，铜片上有气泡产生，乙中没有构成原电池，铜棒上无气泡，A、D项错误；又因两烧杯中的锌片都能与稀硫酸反应产生H2而消耗H，故两烧杯中溶液pH均增大。答案：C5(2011青岛模拟)某原电池的电池反应为：Fe2Fe3=3Fe2，与此电池反应不符的原电池是()A铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池B石墨、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池C铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池D铜片、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池解析：铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池中锌片为负极，铁片为正极，原电池反应为Zn2Fe3=2Fe2Zn2。答案：C6(2010新课标全国卷)根据下图，可判断出下列离子方程式中错误的是()A2Ag(s)Cd2(aq)=2Ag(aq)Cd(s)BCo2(aq)Cd(s)=Co(s)Cd2(aq)C2Ag(aq)Cd(s)=2Ag(s)Cd2(aq)D2Ag(aq)Co(s)=2Ag(s)Co2(aq)解析：第一图中Cd：Cd(s)2e=Cd2(aq)，Co：Co2(aq)2e=Co(s)，第二图中Co：Co(s)2e=Co2(aq)，Ag：2Ag(aq)2e=2Ag(s)，故活泼CdCoAg，A项错误。答案：A72011年4月19日至28日，以“创新未来”为主题的第十四届上海国际车展在浦东新国际博览中心举行。车展期间，新一代电动汽车因其“技术含量高”“节能环保”而倍受关注。液态锂离子电池是一种被采用的车载电池，该电池的电极反应如下：正极6CxLixe=LixC6，负极LiNiO2xe=Li1xNiO2xLi。则有关该电池的下列说法中正确的是()A放电时，电子从正极流向电源的负极B放电时，Li向负极移动C该电池的总反应为LiNiO26CLi1xNiO2LixC6D充电时，阳极发生的电极反应为Li1xNiO2xLixe=LiNiO2解析：放电时，电子从电池的负极流向电池的正极，A不正确；Li应向正极移动，B不正确；充电时，阳极应失去电子，D不正确。答案：C8分析下图所示的四个原电池装置，结论正确的是()A(1)(2)中Mg作负极，(3)(4)中Fe作负极B(2)中Mg作正极，电极反应式为：6H2O6e=6OH3H2C(3)中Fe作负极，电极反应式为：Fe2e=Fe2D(4)中Cu作正极，电极反应式为：2H2e=H2解析：(1)中Mg作负极；(2)中Al作负极，发生的反应为2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，Mg不与NaOH反应；(3)中铁遇浓HNO3钝化，Cu与浓HNO3反应，Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O；(4)中铁作负极，为中性环境，发生吸氧腐蚀。答案：B9碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应为Zn(s)2MnO2(s)H2O(l)=Zn(OH)2(s)Mn2O3(s)，下列说法错误的是()A电池工作时，锌失去电子B电池正极反应为2MnO2(s)H2O(l)2eMn2O3(s)2OH(aq)C电池工作时，负极附近溶液碱性增强D外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g解析：该电池的电解液为KOH溶液，结合总反应可写出负极反应：Zn(s)2OH(aq)Zn(OH)2(s)2e，OH被消耗碱性减弱。用总反应式减去负极反应式，可得到正极反应式：2MnO2(s)H2O(l)2eMn2O3(s)2OH(aq)。Zn为负极，失去电子，电子由负极通过外电路流向正极。1 mol Zn失去2 mol电子，外电路中每通过0.2 mol电子，Zn的质量理论上减小6.5 g。答案：C10(2010安徽高考)某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H，其基本结构如图，电池总反应可表示为：2H2O2=2H2O，下列有关说法正确的是()A电子通过外电路从b极流向a极Bb极上的电极反应式为：O22H2O4e=4OHC每转移0.1 mol电子，消耗1.12 L的H2DH由a极通过固体酸电解质传递到b极解析：该原电池的化学原理是H2被氧化，在负极(a极)发生反应：H22e=2H，H由a极转移到b极，D项正确；O2发生还原反应，在正极(b极)发生反应：O24H4e=2H2O，则电子从a极流向b极，A、B两项不正确；C项因未指明气体所处的温度和压强，不正确。答案：D二、非选择题(本题包括4小题，共50分)11(12分)高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：3Zn2K2FeO48H2O3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH。请回答下列问题：(1)高铁电池的负极材料是_。(2)放电时，正极发生_(填“氧化”或“还原”)反应；已知负极反应为Zn2e2OH=Zn(OH)2，则正极反应为_。(3)放电时，_(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。解析：电池的负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应。由高铁电池放电时总反应方程式可知，负极材料应为作还原剂的Zn。由电池的总反应方程式负极反应式正极反应式可知，正极反应式为FeO3e4H2O=Fe(OH)35OH，正极生成了OH，碱性增强。答案：(1)Zn(2)还原FeO3e4H2O=Fe(OH)35OH(3)正12(12分)(2011长春质检)金属铜不溶于稀硫酸，可溶于铁盐溶液生成铜盐与亚铁盐。现将一定量的铜片加入到100 mL稀硫酸和硫酸铁的混合液中，铜片完全溶解(不考虑盐的水解及溶液体积的变化)(1)写出铜溶解于上述混合液的离子方程式_。(2)若铜完全溶解时，溶液中的Fe3、Cu2、H三种离子的物质的量浓度相等，且测得溶液的pH1，则溶解铜的质量是_ g，溶液中的c(SO)_ mol/L。(3)若欲在如图所示的装置中发生(1)中的反应，请判断图中的正、负极，并选出适当的物质作电极，写出电极反应式，填在相应的表格中。正、负极判断电极材料电极反应式X极Y极解析：(1)Cu与Fe2(SO4)3反应生成CuSO4和FeSO4，可知离子方程式为Cu2Fe3=Cu22Fe2；(2)溶液中的Fe3、Cu2、H三种离子的物质的量浓度相等，且测得溶液的pH1，故c(H)c(Cu2)0.1 mol/L，故n(Cu2)0.1 mol/L0.1 L0.01 mol，溶解铜的质量为0.01 mol64 g/mol0.64 g；反应后溶液中的阳离子为：Fe3、Fe2、Cu2、H，而Cu2Fe3=Cu22Fe2，可见Fe2的物质的量浓度为Cu2的两倍，依据溶液中的电荷守恒规律，故0.1 mol/L30.2 mol/L20.1 mol/L20.1 mol/L1c(SO)2，解得c(SO)0.5 mol/L。答案：(1)Cu2Fe3=Cu22Fe2(2)0.640.5(3)正、负极判断电极材料电极反应式X极负极铜Cu2e=Cu2Y极正极碳2Fe32e=2Fe213(13分)(1)(2011江苏高考，节选)Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质，其电解质溶液为 KOH 溶液，电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag，负极的Zn转化为K2Zn(OH)4，写出该电池反应方程式：_。(2)(2011山东高考，节选)如图为钠高能电池的结构示意图，该电池的工作温度为320左右，电池反应为2NaxS=Na2Sx，正极的电极反应式为_。M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是_。与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的_倍。(3)(2011新课标高考，节选)以甲醇为燃料的电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为_，正极的反应式为_。理想状态下，该燃料电池消耗1 mol 甲醇所能产生的最大电能为702.1 kJ，则该燃料电池的理论效率为_(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比，甲醇的燃烧热为H726.5 kJ/mol)。解析：(1)根据电池正、负极反应的物质和电解质溶液，分析反应物和生成物，根据电子守恒进行配平；(2)正极的电极反应式为：xS2e=S，M的作用一是导电，二是因钠与硫易反应，故它起到隔离作用；钠高能电池中负极为钠，有23 g钠消耗释放1 mol e，则207 g钠消耗时转移207/23 mol e，铅蓄电池的电极反应为：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，铅蓄电池中铅是负极，207 g铅消耗时转移 2 mol e，故钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的：2072324.5 倍。(3)该燃料电池的理论效率702.1 kJ726.5 kJ100%96.6 %。答案：(1)Ag2O22Zn4KOH2H2O=2K2Zn(OH)42Ag(2)xS2e=S(或2NaxS2e=Na2Sx)导电和隔离钠与硫4.5(3)CH3OHH2O6e=CO26H3/2O26H6e=3H2O96.6%14(13分)为节省药品和时间，甲、乙、丙三位同学用铜片、锌片、稀硫酸、CuSO4溶液、直流电源、石墨电极、导线、烧杯、试管等中学化学常见的药品和仪器(用品)，通过巧妙的构思，设计了比较铜、锌金属活动性相对强弱的系列实验。试填写下列空白：(1)甲同学分别将一小片铜片、锌片置于烧杯底部(铜与锌不接触)，向烧杯中小心加入稀硫酸，观察到的现象是_。甲同学的设计思路是_。(2)乙同学接着甲的实验，向烧杯中滴加_溶液，进而观察到的现象是_。乙同学作出锌、铜金属活动性相对强弱的结论所依据的原理是_。(3)丙同学使用直流电源、石墨电极组装好电解装置，向乙同学实验后的溶液中补充了必要的试剂_ 溶液(作为电解液)。反应在调控下随即开始，实验中有关反应的化学方程式为_。实验中的明显现象是_。(4)请你再单独设计一个简单的实验(试剂、仪器自选)，探究和证实锌、铜金属活动性的相对强弱(简要说明操作和现象)_。解析：从该题的实验目的来看，是要用实验证明锌和铜的金属活动性的相对强弱；从实验方法来看，有与酸反应产生气泡的快慢，