第二讲 原电池 化学电源(时间：45分钟 满分：100分)考 点题 号原电池原理1、4、8、9原电池原理的应用2、3、5、6、7、10、11一、选择题(本题共7个小题，每题6分，共42分，每个小题只有一个选项符合题意)1．下列装置中，都伴随有能量变化，其中是由化学能转变为电能的是( )。解析 A项是将电能转化成化学能；B项是将水的势能转化成电能；C项是将太阳能转化成热能。答案 D2.(2022·北京理综，12)人工光合作用能够借助太阳能，用CO2和H2O制备化学原料。如图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图，下列说法不正确的是( )。A．该过程是将太阳能转化为化学能的过程B．催化剂a表面发生氧化反应，有O2产生C．催化剂a附近酸性减弱，催化剂b附近酸性增强D．催化剂b表面的反应是CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH解析 电池总反应式为：2CO2＋2H2O2HCOOH＋O2。负极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，正极：CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH。A项，能量转换过程是太阳能先转化为电能，再转化为化学能；C项，催化剂a附近生成H＋，酸性增强，催化剂b附近消耗H＋，酸性减弱，故C项错误。答案 C3．(2022·惠州模拟)镁/H2O2酸性燃料电池采用海水作电解质(加入一定量的酸)，下列说法正确的是( )。A．电池总反应为Mg＋H2O2===Mg(OH)29\nB．正极发生的电极反应为H2O2＋2H＋＋2e－===2H2OC．工作时，正极周围海水的pH减小D．电池工作时，溶液中的H＋向负极移动解析 根据镁与H2O2两种物质的性质，容易知道负极发生镁失电子的反应，正极发生H2O2得电子的反应，电解质呈酸性，故电池总反应为Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O；正极消耗H＋，pH增大；原电池中阳离子向正极移动，故溶液中的H＋向正极移动。答案 B4．(2022·资阳模拟)如图甲是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡上的记录如图乙所示，则卡片上的描述合理的是( )。 卡片号：2 2022.8.15实验后的记录：①Cu为阳极，Zn为阴极②Cu极上有气泡产生③SO\o\al(2－,4)向Cu极移动④若有0.5mol电子流经导线，则可产生0.25mol气体⑤电子的流向是：Cu→导线→Zn⑥正极反应式：Cu＋2e－===Cu2＋图乙A．①②③B．②④C．④⑤⑥D．③④⑤解析 ①中Cu为正极，Zn为负极，③中SO向负极移动，⑤中电子的流向是：Zn→导线→Cu，⑥中正极反应式：2H＋＋2e－===H2↑，故①③⑤⑥错。答案 B5．(2022·泸州模拟)某航空站安装了一台燃料电池，该电池可同时提供电和水蒸气。所用燃料为氢气，电解质为熔融的碳酸钾。已知该电池的总反应为2H2＋O2===2H29\nO，正极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO，则下列推断正确的是( )。A．负极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2OB．该电池可在常温或高温时进行工作，对环境具有较强的适应性C．该电池供应2mol水蒸气，同时转移2mol电子D．放电时负极有CO2生成解析 由总反应式减去正极反应式得到负极反应式：2H2＋2CO－4e－===2H2O＋2CO2，则可判断负极有CO2生成，A项错误，D项正确。该电池使用的电解质是熔融的碳酸钾，在常温下无法工作，B错误。该电池供应2mol水蒸气时，转移的电子为4mol，C错误。答案 D6．(2022·石家庄调研)某新型电池，以NaBH4(B的化合价为＋3价)和H2O2作原料，该电池可用作深水勘探等无空气环境电源，其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )。A．电池工作时Na＋从b极区移向a极区B．每消耗3molH2O2，转移3mole－C．b极上的电极反应式为：H2O2＋2e－＋2H＋===2H2OD．a极上的电极反应式为：BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O解析 该电池工作时，a电极反应式为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O；b电极反应式为4H2O2＋8e－===8OH－；随着不断放电，a极负电荷减少，b极负电荷增多，故Na＋从a极区移向b极区；每消耗3molH2O2转移6mole－，故A、B、C错误，D正确。答案 D7．(2022·天津六校联考)如图装置Ⅰ是一种可充电电池，装置Ⅱ为电解池。装置Ⅰ的离子交换膜只允许Na＋通过，已知电池充放电的化学方程式为：2Na2S2＋NaBr3Na2S4＋3NaBr，当闭合开关K时，X电极附近溶液变红。下列说法正确的是( )。9\nA．闭合开关K时，钠离子从右到左通过离子交换膜B．闭合开关K时，负极反应式为：3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋C．闭合开关K时，X电极反应式为：2Cl－－2e－===Cl2↑D．闭合开关K时，当有0.1molNa＋通过离子交换膜时，X电极上放出标准状况下气体1.12L解析 “当闭合开关K时，X电极附近溶液变红”说明X是阴极，Y为阳极，则电池的左侧是负极。在原电池中阳离子向正极移动，故A错；NaBr3―→3NaBr，溴元素的化合价降低，是得到电子而不是失去，故B错；X极是阴极，发生的电极反应式为：2H＋＋2e－===H2↑，故C错；“当有0.1molNa＋通过离子交换膜时”说明转移了0.1mol电子，则X电极生成0.05molH2，在标准状况下体积为1.12L，故D正确。答案 D二、非选择题(本题共4个小题，共58分)8．(10分)某研究性学习小组欲探究原电池的形成条件，按如图所示装置进行实验并得到下表实验结果：实验序号AB烧杯中的液体灵敏电流计指针是否偏转1ZnZn乙醇无2ZnCu稀硫酸有3ZnZn稀硫酸无4ZnCu苯无5CuC氯化钠溶液有6MgAl氢氧化钠溶液有9\n分析上述实验，回答下列问题：(1)实验2中电流由________极流向________极(填“A”或“B”)。(2)实验6中电子由B极流向A极，表明负极是________(填“镁”或“铝”)电极。(3)实验5表明________。A．铜在潮湿空气中不会被腐蚀B．铜的腐蚀是自发进行的(4)分析上表有关信息，下列说法不正确的是________。A．相对活泼的金属一定作负极B．失去电子的电极是负极C．烧杯中的液体必须是电解质溶液D．原电池中，浸入同一电解质溶液中的两个电极，是活泼性不同的两种金属(或其中一种非金属)解析 (1)电流是由正极流向负极，实验2中，Cu为正极，Zn为负极；(2)电子由负极流向正极，实验6中电子由B极流向A极，表明负极是B(Al)；(3)实验5是铜的吸氧腐蚀，说明铜的腐蚀是自发进行的；(4)判断原电池负极时，不能简单地比较金属的活动性，要看反应的具体情况，如Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；在原电池中负极失去电子，发生氧化反应；必须有电解质溶液，形成闭合回路；活泼性不同的两种金属，或一种金属和一种能导电的非金属都可以作电极。答案 (1)B A (2)铝 (3)B (4)A9．(16分)(2022·绵阳一模)如图是一个化学过程的示意图。已知甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O请回答：9\n(1)甲池是________池，通入O2的电极作为________极，电极反应式为_______________________________________________________________。(2)乙池是________池，A电极名称为________极，电极反应式为_______________________________________________________________。乙池中的总反应离子方程式为______________________________________________________________，溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)。(3)当乙池中B(Ag)极的质量增加5.40g时，甲池中理论上消耗O2________mL(标准状况下)。解析 (3)利用电子守恒找出关系式：4Ag～O2，V(O2)＝n(Ag)×22.4L·mol－1＝××22.4L·mol－1＝0.28L，即280mL。答案 (1)原电 正 O2＋2H2O＋4e－===4OH－(2)电解 阳 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋ 减小 (3)28010．(16分)(2022·长春高中毕业班调研)碘被称为“智力元素”，科学合理地补充碘可防止碘缺乏病。碘酸钾(KIO3)是国家规定的食盐加碘剂，它的晶体为白色，可溶于水。碘酸钾在酸性介质中与过氧化氢或碘化物作用均生成单质碘。以碘为原料，通过电解制备碘酸钾的实验装置如图所示。(1)碘是________(填颜色)固体物质，实验室常用________的方法来分离提纯含有少量杂质的固体碘。(2)电解前，先将一定量的精制碘溶于过量氢氧化钾溶液，溶解时发生反应：3I2＋6KOH===5KI＋KIO3＋3H2O，将该溶液加入阳极区。另将氢氧化钾溶液加入阴极区，电解槽用水冷却。9\n电解时，阳极上发生反应的电极反应式为_____________________________________________________________；每生成1molKIO3，电路中通过的电子的物质的量为________。(3)电解过程中，为确定电解是否完成，需检验电解液中是否有I－。请设计一个检验电解液中是否有I－的实验方案，并按要求填写下表。要求：所需药品只能从下列试剂中选择，实验仪器及相关用品自选。试剂：淀粉溶液、淀粉KI试纸、过氧化氢溶液、稀硫酸。实验方法实验现象及结论(4)电解完毕，从电解液中得到碘酸钾晶体的实验过程如下：―→―→―→―→―→―→步骤②的操作名称是________，步骤⑤的操作名称是________。步骤④洗涤晶体的目的是______________________________________________________________________________________________________________。解析 (1)碘是紫黑色固体，实验室常利用碘易升华的特性来分离提纯含有少量杂质的固体碘。(2)电解时，溶液中的阴离子(I－、IO、OH－)向阳极移动，因为I－的还原性最强，所以I－在阳极失电子被氧化为单质碘：2I－－2e－===I2。生成的I2再与KOH溶液反应生成KIO3：3I2＋6KOH===5KI＋KIO3＋3H2O，如此循环，最终I－都转化为KIO3。1molI－转化成1molIO时，转移6mol电子。(3)阳极区溶液中会含有IO，如果其中含有I－，在酸性条件下，IO和I－会反应生成单质碘：IO＋5I－＋6H＋===3I2＋3H2O。据此可设计实验：取少量阳极区溶液于试管中，加入几滴稀硫酸和淀粉溶液，如果溶液变蓝，则说明其中含有I－，否则没有I－。(4)阳极电解液经过蒸发浓缩、冷却结晶后可得到碘酸钾晶体，过滤得到的碘酸钾晶体中含有KOH等杂质，需要进行洗涤除杂；洗涤后的晶体经干燥即得到纯净干燥的碘酸钾晶体。答案 (1)紫黑色 升华(2)2I－－2e－===I2(或I－＋6OH－－6e－===IO＋3H2O) 6mol(3)实验方法实验现象及结论取少量阳极区电解液于试管中，加稀硫酸酸化后加入几滴淀粉试液，观察是否变蓝如果不变蓝，说明无I－(如果变蓝，说明有I－)(4)冷却结晶 干燥 洗去吸附在碘酸钾晶体上的氢氧化钾等杂质9\n11．(16分)(2022·日照二诊)第三代混合动力车，可以用电动机、内燃机或二者结合推动车辆。汽车上坡或加速时，电动机提供推动力，降低汽油的消耗；在刹车或下坡时，电池处于充电状态。(1)混合动力车的内燃机以汽油为燃料，汽油(以辛烷C8H18计)和氧气充分反应，生成1mol水蒸气放热569.1kJ。则该反应的热化学方程式为_______________________________________________________________。(2)混合动力车目前一般使用镍氢电池，该电池中镍的化合物为正极，储氢金属(以M表示)为负极，碱液(主要为KOH)为电解质溶液。镍氢电池充放电原理示意如图，其总反应式为H2＋2NiOOH2Ni(OH)2。根据所给信息判断，混合动力车上坡或加速时，乙电极周围溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)，该电极的电极反应式为_______________________________________________________________。(3)Cu2O是一种半导体材料，可通过如图所示的电解装置制取，电解总反应式为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑，阴极的电极反应式是_______________________________________________________________。用镍氢电池作为电源进行电解，当电池中有1molH2被消耗时，Cu2O的理论产量为________g。(4)远洋轮船的钢铁船体在海水中易发生电化学腐蚀中的________腐蚀。为防止这种腐蚀，通常把船体与浸在海水里的Zn块相连，或与像铅酸蓄电池这样的直流电源的________(填“正”或“负”)极相连。解析 (2)混合动力车上坡或加速时需要动力，故反应为原电池放电反应，即乙电极为正极，发生反应NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－9\n，故乙电极周围溶液的pH增大。(3)电解池的阴极发生还原反应，即2H＋＋2e－===H2↑。当电池中有1molH2被消耗时有2mol电子转移，根据电子守恒可知Cu2O的理论产量为144g。(4)钢铁船体在海水中发生吸氧腐蚀，可利用牺牲阳极保护法或外加电源阴极保护法防止其被腐蚀。答案 (1)C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(g) ΔH＝－5121.9kJ·mol－1(2)增大 NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－(3)2H＋＋2e－===H2↑ 144 (4)吸氧 负9
