高中化学 第1节 原电池原理及其应用解析 人教版

用心 爱心 专心1 第十二章第十二章 第一节第第一节第 1 1 节节 原电池原理及其应用解析原电池原理及其应用解析 人教版人教版 1 2008 年广东 下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是 A 纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗 B 当镀锡铁制品的镀层破损时 镀层仍能对铁制品起保护作用 C 在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法 D 可将地下输油钢管与外加直接电源的正极相连以保护它不受腐蚀 解析 B 项因铁比锡活泼 破损时 形成原电池 铁做负极 腐蚀速度加快 D 项 与直流电源正极相连会加快钢管的腐蚀速度 答案 AC 2 2008 年北京理综 据报道 我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车将在北京奥运 会期间为运动员提供服务 某种氢氧燃料电池的电解液为 KOH 溶液 下列有关该电池的 叙述不正确的是 A 正极反应式为 O2 2H2O 4e 4OH B 工作一段时间后 电解液中 KOH 的物质的量不变 C 该燃料电池的总反应方程式为 2H2 O2 2H2O D 用该电池电解 CuCl2溶液 产生 2 24 L Cl2 标准状况 时 有 0 1 mol 电子转移 解析 把释放能量的氧化还原反应 2H2 O2 2H2O 通过电池反应进行就制得 氢氧燃料电池 H2失去电子 在负极上被氧化 产生 H 由于电解液中有大量的 OH 所以电极反应式为 2H2 4e 4OH 4H2O 当电解液为稀硫酸时 在正极上 O2得电子 变为 O2 O2 结合 H 变为 H2O 工作一段时间后 KOH 溶液被稀释 但 KOH 的物质 的量不变 对 D 项 n Cl2 0 1 mol 转移电子 0 2 mol 本题考查电化学的基本原理 氢 氧燃料电池把 能源 与 环保 两大主题紧密地结合在一起 是化学为社会服务的典型 实例 应是相当长一段时间的热点 答案 D 3 在盛有稀 H2SO4的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片 下列叙述正确的是 A 正极附近的 SO离子浓度逐渐增大 2 4 B 电子通过导线由铜片流向锌片 C 正极有 O2逸出 D 铜片上有 H2逸出 解析 A 项正极的电极反应为 2H 2e H2 SO向负极运动 SO离 2 4 2 4 子浓度并不增大 B 项电子应从锌片 负极 经导线流向铜片 正极 C 项正极上有 H2逸出 答案 D 4 将纯锌片和纯铜片按下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 用心 爱心 专心2 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 产生气泡的速度甲比乙慢 答案 C 5 我国首创的海洋电池以铝板为负极 铂网为正极 海水为电解质溶液 空气中的氧 气与铝反应产生电流 电池总反应为 4Al 3O2 6H2O 4Al OH 3 下列说法不正确的 是 A 正极反应式为 O2 2H2O 4e 4OH B 电池工作时 电流由铝电极沿导线流向铂电极 C 以网状的铂为正极 可增大与氧气的接触面积 D 该电池通常只需要换铝板就可以继续使用 解析 从电池总反应式可以看出 铝失电子为负极材料 其反应式为 Al 3e Al3 而 O2参与正极反应 其电极反应式为 O2 2H2O 4e 4OH 因此 该电池工作时电子应由铝沿导线流向铂电极 故 A 正确 B 错误 网状铂可以增大与 O2 的接触面积 C 正确 因 Al 参与反应被溶解需更换 而 O2来自于空气无需考虑 所以 D 正确 答案 B 6 一种新型燃料电池 一极通入空气 另一极通入丁烷气体 电解质是掺杂氧化钇 Y2O3 的氧化锆 ZrO2 晶体 在熔融状态下能传导 O2 下列对该燃料电池说法正确的是 A 在熔融电解质中 O2 由负极移向正极 B 电池的总反应是 2C4H10 13O2 8CO2 10H2O C 通入空气的一极是正极 电极反应为 O2 4e 2O2 D 通入丁烷的一极是正极 电极反应为 C4H10 26e 13O2 4CO2 5H2O 解析 该燃料电池利用丁烷 氧气的反应2C4H10 13O2 8CO2 10H2O 依据 原电池反应规律 还原剂 C4H10在负极被氧化 所以 D 错误 氧化剂 O2在正极被还原 O2 4e 2O2 电子由负极流出沿外电路流入正极 所以负极呈正电性阴离子 O2 向 负极移动 答案 BC 7 普通水泥在固化过程中自由水分子减少并产生 Ca OH 2 溶液呈碱性 根据这一物 理化学特点 科学家发明了电动势法测水泥初凝时间 此方法的原理如右图所示 反应的 总方程式为 2Cu Ag2O Cu2O 2Ag 下列说法正确的是 A 普通水泥的主要成分是 Na2O CaO 6SiO2 B 测量原理示意图中 Ag2O 为负极 C 负极的电极反应为 用心 爱心 专心3 2Cu 2OH 2e Cu2O H2O D 电池工作时 OH 向正极移动 解析 A 项中普通水泥的主要成分为 2CaO SiO2 3CaO SiO2和 3CaO Al2O3 由 反应原理可知 Cu 失电子作负极 结合电解质溶液可知电极反应为 2Cu 2OH 2e Cu2O H2O Ag2O 作正极 电极反应为 Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 正极生成 OH 负极消耗 OH OH 向负极移动 与 从电势上判断 OH 的移动方向是一致的 答案 C 8 如下图所示是 2004 年批量生产的笔记本电脑所用甲醇燃料电池的结构示意图 甲 醇在催化剂作用下提供质子 H 和电子 电子经外电路 质子经内电路到达另一极与氧气 反应 电池总反应为 2CH3OH 3O2 2CO2 4H2O 下列说法正确的是 A 左电极为电池的负极 a 处通入的物质是甲醇 B 右电极为电池的负极 b 处通入的物质是空气 C 负极反应式为 CH3OH H2O 6e CO2 6H D 正极反应式为 O2 2H2O 4e 4OH 解析 根据外电器电子流向确定正 负极 根据负极发生氧化反应 正极发生还原反应确定参加正 负极反应的物质 正极反 应为 O2 4e 4H 2H2O 负极反应为 CH3OH H2O 6e CO2 6H 答案 AC 9 固体氧化物燃料电池是由美国西屋 Westinghouse 公司研制开发的 它以固体氧化 锆 氧化钇为电解质 这种固体电解质在高温下允许氧离子 O2 在其间通过 该电池的工 作原理如下图所示 其中多孔电极 a b 均不参与电极反应 下列判断正确的是 A 有 O2放电的 a 极为电池的负极 B 有 H2放电的 b 极为电池的正极 C a 极对应的电极反应为 O2 2H2O 4e 4OH 用心 爱心 专心4 D 该电池的总反应方程式为 2H2 O22H2O 高温 解析 原电池中失去电子的物质在负极发生反应 故通 H2的 b 极为负极 通 O2 的 a 极为正极 据图示 a 极对应的电极反应为 O2 2e O2 1 2 b 极对应的电极反应为 H2 O2 2e H2O 将两极反应相加即得 H2 O2 H2O 1 2 答案 D 10 X Y 两根金属棒插入 Z 溶液中构成如右图所示的装置 实验中电流表指针发生 偏转 同时 X 棒变粗 Y 棒变细 则 X Y Z 可能是下列中的 编号XYZ AZnCu稀硫酸 BCuZn稀硫酸 CCuAg硫酸铜溶液 DAgZn硝酸银溶液 解析 X Y 两极构成原电池 X 棒变粗 说明 X 上有金属析出是正极 Y 棒变 细 Y 溶解是负极 答案 D 二 非选择题 11 铁及铁的化合物应用广泛 如 FeCl3可用做催化剂 印刷电路铜板腐蚀剂和外伤 止血剂等 1 写出 FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式是 2 若将 1 中的反应设计成原电池 请画出原电池的装置图 标出正 负极 并写出电 极反应式 正极反应 负极反应 3 腐蚀铜板后的混合溶液中 若 Cu2 Fe3 和 Fe2 的浓度均为 0 10 mol L 1 请参 照下表给出的数据和药品 简述除去 CuCl2溶液中 Fe3 和 Fe2 的实验步骤 氢氧化物开始沉淀时的 pH氢氧化物沉淀完全时的 pH Fe3 1 93 29 0 用心 爱心 专心5 Fe2 Cu2 7 0 4 7 6 7 提供的药品 Cl2 浓 H2SO4 NaOH 溶液 CuO Cu 4 某科研人员发现劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢 但在某些盐溶液中腐蚀现象明显 请 从上表提供的药品中选择两种 水可任选 设计最佳实验 验证劣质不锈钢易被腐蚀 有关反应的化学方程式 劣质不锈钢腐蚀的实验现象 解析 1 该反应是 FeCl3氧化金属铜 离子方程式为 2Fe3 Cu 2Fe2 Cu2 2 将 1 中反应设计成原电池必须是 Cu 作负极 选择比铜不活泼的金属或碳棒为正极 FeCl3溶液作电解质溶液 装置图如右图所示 正极 2Fe3 2e 2Fe2 负极 Cu 2e Cu2 3 根据表给出的数据可知 把 Cu2 中混有的 Fe2 Fe3 除掉的方法是将 Fe2 氧化为 Fe3 调节溶液的 pH 到 3 2 4 7 Fe3 以 Fe OH 3的形式沉淀 过滤除去 根据除杂原则 去杂不能加杂 选择氧化剂为 Cl2 加入 CuO 调节溶液的 pH 4 根据题给条件 此不锈钢在盐溶液中腐蚀明显 可选择的药品为 CuO 浓 H2SO4 先用水稀释浓 H2SO4再用 H2SO4与 CuO 反应生成 CuSO4溶液 不锈钢与 CuSO4溶液反应 在不锈钢的表面有紫红色物质生成 即可验证劣质不锈钢易被腐蚀 答案 1 2Fe3 Cu 2Fe2 Cu2 2 装置图如下 正极反应 Fe3 e Fe2 或 2Fe3 2e 2Fe2 负极反应 Cu Cu2 2e 或 Cu 2e Cu2 3 通入足量氯气将 Fe2 氧化成 Fe3 加入 CuO 调节溶液的 pH 至 3 2 4 7 过滤 除去 Fe OH 3 4 CuO H2SO4 CuSO4 H2O CuSO4 Fe FeSO4 Cu 不锈钢表面有紫红色物质生成 用心 爱心 专心6 12 铁生锈是比较常见的现象 某实验小组 为研究铁生锈的条件 设计了以下快速 易行的方法 首先检查制氧装置的气密性 然后按上图所示连接好装置 点燃酒精灯给药品加热 持续 3 分钟左右 观察到的实验现象为 直形管中用蒸馏水浸过的光亮铁丝表面颜色变 得灰暗 发生锈蚀 干燥管中干燥的铁丝表面依然光亮 没有发生锈蚀 烧杯中潮湿 的铁丝表面稍有变暗 试回答以下问题 1 由于与金属接触的介质不同 金属腐蚀分成不同类型 本实验中铁生锈属于 能表示其原理的反应方程式为 2 仪器 A 的名称为 其中装的药品可以是 其作用是 3 由实验可知 该类铁生锈的条件为 决定铁生锈快慢的一个重要因素是 解析 钢铁在潮湿环境下形成原电池 发生电化学腐蚀 此实验在直形管中的现 象说明 潮湿是铁生锈的必须前提 而没有涉及潮湿程度对生锈快慢的影响 直形管实验 与烧杯实验的对比 则说明 O2浓度是影响生锈快慢的一个重要因素 答案 1 电化学腐蚀 负极 2Fe 4e 2Fe2 正极 O2 4e 2H2O 4OH 2 球形干燥管 碱石灰 或 CaCl2等 干燥 O2 3 与 O2接触 与水接触 氧气浓度 13 2009 年海南单科 Li SOCl2电池可用于心脏起搏器 该电池的电极材料分别为锂 和碳 电解液是 LiAlCl4 SOCl2 电池的总反应可表示为 4Li 2SOCl2 4LiCl S SO2 请回答下列问题 1 电池的负极材料为 发生的电极反应为 2 电池正极发生的电极反应为 3 SOCl2易挥发 实验室中常用 NaOH 溶液吸收 SOCl2 有 Na2SO3和 NaCl 生成 如 果把少量水滴到 SOCl2中 实验现象是 反应的化 学方程式为 4 组装该电池必须在无水 无氧的条件下进行 原因是 用心 爱心 专心7 解析 1 2 电池负极发生氧化反应 正极发生还原反应 3 由 NaOH 与 SOCl2反应的产物为 Na2SO3 NaCl 可知 SOCl2与水反应生成 H2SO3和 HCl 4 由于电池 材料易与水 O2反应 答案 1 锂 Li e Li 2 2SOCl2 4e 4Cl S SO2 3 出现白雾 有刺激性气体生成 SOCl2 H2O 2HCl SO2 4 锂是活泼金属 易与 H2O O2反应 SOCl2也可与水反应 14 2009 年天津理综 氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置 右图为电 池示意图 该电池电极表面镀一层细小的铂粉 铂吸附气体的能力强 性质稳定 请回答 1 氢氧燃料电池的能量转化主要形式是 在导线中电子流动方向为 用 a b 表示 2 负极反应式为 3 电极表面镀铂粉的原因为 4 该电池工作时 H2和 O2连续由外部供给 电池可连续不断提供电能 因此 大量 安全储氢是关键技术之一 金属锂是一种重要的储氢材料 吸氢和放氢原理如下 2Li H22LiH LiH H2O LiOH H2 反应 中的还原剂是 反应 中的氧化剂是 已知 LiH 固体密度为 0 82 g cm3 用锂吸收 224 L 标准状况 H2 生成的 LiH 体积与 被吸收的 H2体积比为 由 生成的 LiH 与 H2O