2018届高考化学大一轮复习课时提升作业:化学反应与能量6.2(附答案和解释)

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2018届高考化学大一轮复习课时提升作业:化学反应与能量6.2(附答案和解释)

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w.5 Y K J.Com  课时提升作业 十八
原电池 化学电源
(45分钟 100分)
一、选择题(本题包括7小题,每题6分,共42分)
1.如图为氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。下列有关叙述正确的是(  )
 
A.b处通入H2
B.该装置将化学能最终转化为电能
C.通入H2的电极发生反应:2H2-4e- 4H+
D.a处为电池负极,发生氧化反应
【解析】选D。由电子流向可知a为负极通入H2,b为正极通入O2,发生还原反应,A错误、D正确;该装置将化学能最终转化为光能,B错误;电解质为KOH溶液,电极反应式中不能含有H+,C错误。
【加固训练】
(2017•南阳模拟)各式各样电池的迅速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可以用KOH溶液作电解液
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上被还原
D.太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅
【解析】选B。锂能与水反应,不能用水溶液作电解液,A错误;锌锰干电池中锌失去电子生成Zn2+为负极,B正确;氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化,C错误;太阳能电池的主要材料为硅,D错误。
2.(2017•宜春模拟)以熔融Li2CO3和K2CO3为电解质,天然气经重整催化作用提供反应气的燃料电池如下图。下列说法正确的是(  )
 
A.该电池将热能转化为电能
B.外电路电子流动方向:由B流向A
C.该电池使用过程中需补充Li2CO3和K2CO3
D.空气极发生的电极反应式为O2+4e-+2CO2 2C
【解析】选D。原电池是将化学能转化为电能的装置,A错误;外电路电子流动方向与电流方向相反,为由A流向B,B错误;电池总反应式:CH4+2O2 CO2+2H2O,不需要补充Li2CO3和K2CO3,C错误;正极反应式为O2+4e-+2CO2 2C ,D正确。
【加固训练】
(2017•济南模拟)下列关于反应4Li+2SOCl2 4LiCl+S+SO2的叙述中,不正确的是(  )
A.SOCl2是氧化剂,Li是还原剂
B.2 mol SOCl2参加反应,共转移4 mol电子
C.将该反应设计成电池,SOCl2在正极发生反应
D.若将该反应设计成电池,可用稀硫酸作电解质溶液
【解析】选D。反应中S的化合价由+4降低为0,为正极,Li的化合价升高,A、C正确;由方程式可知2 mol SOCl2参加反应,一定有4 mol Li失4 mol电子,B正确;稀硫酸与Li会发生反应,D错误。
3.某电池以K2FeO4和Zn为电极材料,KOH溶液为电解质溶液。下列说法正确的是(  )
A.Zn为电池的负极
B.正极反应式为2Fe +10H++6e- Fe2O3+5H2O
C.该电池放电过程中电解质溶液浓度不变
D.电池工作时OH-向正极迁移
【解析】选A。Zn失电子作原电池的负极,A正确;K2FeO4为正极,KOH溶液为电解质溶液,则正极电极反应式为2Fe +6e-+8H2O 2Fe(OH)3+10OH-,B错误;该电池放电过程中正极生成OH-,电解质溶液浓度增大,C错误;电池工作时阴离子OH-向负极迁移,D错误。
4.一种太阳能电池的工作原理如图所示,电解质为铁氰化钾K3[Fe(CN)6]和亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6]的混合溶液,下列说法不正确的是(  )
 
A.K+移向催化剂b
B.催化剂a电极表面发生的化学反应:
 [Fe(CN)6 -e- [Fe(CN)6
C.[Fe(CN)6 在催化剂b表面被氧化
D.该池溶液中的[Fe(CN)6 和[Fe(CN)6 浓度基本保持不变
【解析】选C。根据电子的流向,a电极为负极,b电极为正极,K+移向正极,A正确;负极反应式为[Fe(CN)6]4--e- [Fe(CN)6]3-,正极反应式为
[Fe(CN)6]3-+e- [Fe(CN)6]4-,B、D正确;[Fe(CN)6]3-在催化剂b表面被还原,C错误。
5.有A、B、C、D四种金属,做如下实验,据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是(  )
世纪金榜导学号30682314
 
A.A>B>D>C       B.B>D>C>A
C.C>A>B>D     D.C>A>D>B
【解析】选C。装置Ⅰ中B上有气泡,B是正极,A的活动性大于B;装置Ⅱ中因为C的质量减轻,C作负极,C的活动性大于A;装置Ⅲ中因为D2+先放电,说明D2+的氧化性大于B2+,说明B的活动性大于D;故金属活动性:C>A>B>D。
6.(2017•上饶模拟)某原电池装置如下图所示,电池总反应为2Ag+Cl2 2AgCl。下列说法正确的是 世纪金榜导学号30682315(  )
 
A.正极反应为AgCl+e- Ag+Cl-
B.放电时,交换膜左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0.01 mol离子
【解析】选B。据2Ag+Cl2 2AgCl知,Ag失电子作负极,Cl2在正极发生Cl2+2e- 2Cl-,A错误;放电时,Ag-e- Ag+,然后Ag+和溶液中的Cl-形成AgCl沉淀,B正确;据2Ag+Cl2 2AgCl知,用NaCl溶液代替盐酸,总反应不变,C错误;当电路中转移0.01 mol e-时,交换膜左侧会有0.01 mol氢离子通过阳离子交换膜向正极移动,同时会有0.01 mol Ag生成Ag+,Ag+与Cl-生成AgCl沉淀,所以氯离子会减少0.01 mol,则交换膜左侧溶液中共约减少0.02 mol离子,D错误。
【加固训练】
(2017•太原模拟)有关下列装置的叙述不正确的是(  )
 
A.图①铝片发生的电极反应式是Al+4OH--3e- Al +2H2O
B.图②发生析氢腐蚀,离子反应方程式为Fe+2H+ Fe2++H2↑
C.图③烧杯中发生了反应:4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3
D.图④充电时,阳极反应是PbSO4+2H2O-2e- PbO2+S +4H+
【解析】选B。图①中铝片作负极,电极反应式是Al+4OH--3e- Al +2H2O,A正确;图②发生析氢腐蚀,但醋酸为弱电解质,不能写成离子形式,B错误;图③发生吸氧腐蚀,空气中的氧气又把氢氧化亚铁氧化,C正确;图④充电时,硫酸铅被氧化为二氧化铅,D正确。
7.(能力挑战题)(2017•长沙模拟)用氟硼酸(HBF4,属于强酸)代替硫酸作铅蓄电池的电解质溶液,可使铅蓄电池在低温下工作时的性能更优良,反应方程式为Pb+PbO2+4HBF4 2Pb(BF4)2+2H2O。Pb(BF4)2为可溶于水的强电解质,下列说法正确的是(  )
世纪金榜导学号30682316
A.放电时的负极反应为PbO2+4H++2e- Pb2++2H2O
B.充电时,当阳极质量增加23.9 g时,溶液中有0.2 mol电子通过
C.放电时,正极区pH增大
D.充电时,Pb电极与电源的正极相连
【解析】选C。放电时,负极上应该是金属铅发生失电子的氧化反应,A错误;电子只能经过导线,不能经过电解质溶液,B错误;放电时正极上发生还原反应,PbO2+4H++2e- Pb2++2H2O,氢离子浓度减小,所以pH增大,C正确;充电时,Pb电极和电源的负极相连, D错误。
【互动探究】
(1)充电时的阳极的电极反应式为______________________________。
提示:Pb2++2H2O-2e- PbO2+4H+。充电时的阳极的电极反应式和放电时的正极的电极反应式相反。
(2)该电池在放电过程中,负极质量________,正极质量________(填“减少”“增加”或“不变”)。
提示:减少 减少。因Pb(BF4)2为可溶于水的强电解质,该电池在放电过程中,正极、负极质量都减少。
(3)放电时,电解液中氟硼酸的浓度将________(填“减少”“增加”或“不变”)。
提示:减少。放电时消耗氟硼酸生成水,氟硼酸的浓度将变小。
二、非选择题(本题包括3小题,共58分)
8.(19分)(2017•周口模拟)某化学活动小组利用如下甲装置对原电池进行探究,请回答以下问题:(其中盐桥为含有琼胶的饱和KCl溶液)
 
(1)在甲装置中,当电流计中指针发生偏转时,盐桥中的Cl-移向________烧杯(填“A”或“B”),装置中电子的移动方向为________。
(2)该小组同学提出设想:如果将实验中的盐桥换为铜导线,电流计是否也发生偏转呢?带着疑问,该小组利用乙装置进行了实验,发现电流计指针同样发生偏转。对于实验中产生电流的原因,起初认为该装置仍然为原电池,但老师提醒注意使用的是铜导线,经深入探讨后认为烧杯A实际为原电池,在此问题上,该小组成员的意见发生了很大分歧。
①一部分同学认为是由于A烧杯ZnSO4溶液水解显酸性,此时原电池实际是由Zn、Cu作电极,稀硫酸作电解质溶液而构成的原电池。若这个观点正确,写出烧杯B中铜片上发生反应的电极反应式________。
②另一部分同学认为A烧杯的溶液酸性较弱,由于溶解在溶液中氧气的作用,使得Zn、Cu之间形成原电池。如果这个观点正确,那么原电池的正极反应式为____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)若第(2)小题中观点②正确,则可以利用此原理设计电池为在偏远海岛工作的灯塔供电。若装置为以金属铝和石墨为电极,以海水为电解质溶液,请写出该电池工作时总反应的化学方程式
____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
【解析】(1)甲装置中Zn为负极,Cu为正极,故Cl-移向A烧杯,电子由Zn电极经外电路流向Cu电极。
(2)若盐桥改为铜导线,且仍有电流产生,说明A为原电池,而B为电解池。A中Zn为负极Cu为正极,得电子的微粒可能为Zn2+水解产生的H+或溶解于溶液中的O2。则B中铜片为阴极,发生Cu2++2e- Cu。如②所述,A中正极上O2获得电子。
(3)Al为负极,石墨为正极,海水为电解质溶液,O2为氧化剂,总反应方程式为4Al+3O2+6H2O 4Al(OH)3。
答案:(1)A 由Zn电极沿导线流向Cu电极
(2)①Cu2++2e- Cu
②O2+2H2O+4e- 4OH-
(3)4Al+3O2+6H2O 4Al(OH)3
【加固训练】
(2017•武汉模拟)磷酸铁锂(LiFePO4)以其高倍率性、高比能量、高循环特性、高安全性、低成本、环保等优点而逐渐成为“能源新星”。
(1)磷酸铁锂电池比铅酸锂电池或锰酸锂电池更环保的原因是______________。
(2)磷酸铁锂电池装置如图所示,其中正极材料橄榄石型LiFePO4通过黏合剂附着在铝箔表面,负极石墨材料附着在铜箔表面,电解质为溶解在有机溶剂中的锂盐。
 
电池工作时的总反应为Li1-xFePO4+LixC6 LiFePO4+6C,则充电时,Li+迁移方向为________(填“由左向右”或“由右向左”),图中聚合物隔膜应为_________
________(填“阳”或“阴”)离子交换膜。
【解析】(1)磷酸铁锂电池不会产生重金属污染。
(2)电池充电时,相当于电解池,阳离子移向阴极,Li+迁移方向为由左向右,聚合物隔膜能使Li+通过,应为阳离子交换膜。
答案:(1)磷酸铁锂电池不会产生重金属污染
(2)由左向右 阳
9.(19分)合成甲醇工厂的酸性废水中含有甲醇(CH3OH),常向废液中加入硫酸钴,再用微生物电池电解,电解时Co2+被氧化成Co3+,Co3+把水中的甲醇氧化成CO2,达到除去甲醇的目的。工作原理如图(c为隔膜,甲醇不能通过,其他离子和水可以自由通过)。
 
世纪金榜导学号30682317
(1)a电极连接微生物电池的________极(填“正”或“负”)。
(2)写出除去甲醇的离子方程式________________________________________。
(3)微生物电池是绿色酸性燃料电池,写出该电池正极的电极反应式:________。
(4)有人提出可以用甲醇燃料电池进行电解,如图为甲醇燃料电池的工作原理。该电池工作时,b口通入的物质为____________。负极的电极反应式为_________
__________;工作一段时间后,当9.6 g甲醇完全反应时,有________NA个电子转移。
 
【解析】(1)电极a中Co2+被氧化成Co3+,发生氧化反应,为电解池的阳极,应连接原电池的正极。
(2)甲醇被氧化生成二氧化碳,Co3+被还原生成Co2+,反应离子方程式为6Co3++CH3OH+H2O CO2↑+6Co2++6H+。
(3)微生物电池是绿色酸性燃料电池,氧气在正极放电4H++O2+4e- 2H2O。
(4)根据甲醇燃料电池的工作原理分析:OH-从b口的电极移向a口的电极,推断a口的电极为负极,则b口通入的物质为氧气;先写出CH3OH在碱性条件下与O2反应生成C 的离子方程式,然后减去正极反应式:O2+4e-+2H2O 4OH-,即可得到负极反应式;9.6 g甲醇的物质的量是0.3  mol,1 mol CH3OH完全反应时有6 mol电子转移,所以当9.6 g甲醇完全反应时,有1.8NA个电子转移。
答案:(1)正 (2)6Co3++CH3OH+H2O 6Co2++CO2↑+6H+
(3)4H++O2+4e- 2H2O (4)O2
CH3OH+8OH--6e- C +6H2O 1.8
10.(20分)(能力挑战题)(1)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)已知Fe2++Ag+ Fe3++Ag,某同学为探究Ag+和Fe2+反应的程度,进行如下实验。
①按如图连接装置并加入药品(盐桥中的物质不参与反应),发现电压表指针偏移。偏移的方向表明:电子由石墨经导线流向银,则甲烧杯里的电极反应式是___________________________________________________________________。
②随后向甲烧杯中逐滴加入浓Fe2(SO4)3溶液,发现电压表指针的变化依次为偏移减小→回到零点→逆向偏移。电压表指针逆向偏移后,银为________极(填“正”或“负”)。
 
 
(3)如右图所示,D是允许离子通过的盐桥,E是48 V稳压电源,R是可变电阻,K是开关, 是灵敏电流计,C1、C2是碳棒,A、B是烧杯。已知As +2I-+2H+
 As +I2+H2O是可逆反应。若A中盛KI-I2溶液,B中盛Na3AsO4和Na3AsO3溶液,则当K接1,
①向B中滴加浓盐酸时,发现 的指针发生偏转,写出此时正极的电极反应式__。
②向B中滴加40%的NaOH溶液时, 的指针则向反方向偏转。此时正极的电极反应式是___________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(4)氨气在纯氧中燃烧,生成一种单质和水,试写出该反应的化学方程式_______
______________,科学家利用此原理,设计成氨气、氧气燃料电池,则通入氨气的电极是________(填“正极”或“负极”),碱性条件下,该电极发生反应的电极反应式为________________,从理论上分析,该电池工作过程中________
__________________(填“需要”或“不需要”)补充碱。
(5)有人设想以N2和H2为反应物,以溶有A物质的稀盐酸为电解质溶液,可制造出既能提供电能,又能固氮的新型燃料电池,装置如下图所示。电池正极的电极反应式是______________,电解质溶液的pH________________(填“增大”“减小”或“不变”),A物质是______________(写化学式)。
 
【解析】(1)根据反应物和生成物写出方程式,然后根据电子得失配平即可。
(2)①根据电子的流向分析石墨为负极,是溶液中的Fe2+失电子,电极反应式为Fe2+-e- Fe3+。
②根据电压表指针逆向偏移判断发生的反应为Fe3++Ag Fe2++Ag+,则银为负极。
(3)根据总反应As +2I-+2H+ As +I2+H2O,和烧杯中的半反应分析:A中盛KI-I2溶液,是I-与I2之间的转化;B中盛Na3AsO4和Na3AsO3溶液,是As 与As 之间的转化。
①向B中滴加浓盐酸时,反应As +2I-+2H+ As +I2+H2O向正反应方向移动,As 在正极上发生还原反应,I-在负极上发生氧化反应,电极反应式为
正极:As +2e-+2H+ As +H2O;
负极:2I――2e- I2。
②改向B中滴加40%的NaOH溶液时, 的指针则向反方向偏转。反应As +2I-+2H+ As +I2+H2O向逆反应方向移动,电极反应式如下:
正极:I2+2e- 2I―
负极:As +2OH――2e- As +H2O
(4)根据反应4NH3+3O2 2N2+6H2O分析,负极NH3失电子,正极O2得电子,在碱性条件下,正极反应为O2+2H2O+4e- 4OH-,所以将总反应减去正极反应即可得负极反应式。由于在放电过程中,正极上O2不断放电生成OH-,从理论上分析,该电池工作过程中不需要补充碱。
(5)根据题意分析,N2和H2为反应物,设计出的既能提供电能,又能固氮的新型燃料电池,因稀盐酸为电解质溶液,所以总反应是N2和H2反应生成NH3,然后NH3与HCl反应生成NH4Cl,由于不断消耗H+,所以电解质溶液的pH增大。
答案:(1)Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O 2K2Zn(OH)4+2Ag
(2)①Fe2+-e- Fe3+ ②负
(3)①As +2e-+2H+ As +H2O
②I2+2e- 2I―
(4)4NH3+3O2 2N2+6H2O 负极
2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O 不需要
(5)N2+8H++6e- 2N  增大 NH4Cl 文章来 源
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