《原电池化学电源》李仕才（考试时间：45分钟满分：100分）一、单项选择题：本题包括10小题，每小题5分，共50分。1．下列反应没有涉及原电池的是( )A．生铁投入稀盐酸中B．铜片与银片用导线连接后，同时插入FeCl3溶液中C．纯锌投入硫酸铜溶液中D．含铜的铝片投入浓硫酸中答案：D解析：A项生铁中含碳，投入稀盐酸中时构成原电池；B项构成原电池；C项锌置换出铜片，构成锌铜原电池；D项浓硫酸不导电，不能构成原电池。2．以锌片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过2mol电子时，下列说法正确的是( )A．锌片溶解了1mol，铜片上析出1molH2B．两极上溶解和析出的物质的质量相等C．锌片溶解了31g，铜片上析出了1gH2D．锌片溶解了1mol，硫酸消耗了0.5mol答案：A解析：在涉及原电池的有关计算中，关键是要把握住一点即两极得、失电子数相等。利用这一特点，我们从电极反应式看：负极：Zn－2e－===Zn2＋；正极：2H＋＋2e－===H2↑。当溶解1mol锌时失去2mol电子，铜片上析出1mol氢气得到2mol电子，得失电子守恒，这样即可推出A正确。3．为研究金属腐蚀的条件和速率，某课外小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在图示的三个装置中，再放置于玻璃钟罩里保存相同的一段时间。下列对实验结束时现象的描述不正确的是( )A．装置Ⅰ左侧的液面一定会下降B．左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低C．装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重D．装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀答案：B解析：装置Ⅰ中铁钉处于盐酸的蒸气中，被侵蚀而释放出H2，使左侧液面下降，右侧液面上升；装置Ⅱ中铁钉同样处于盐酸的蒸气中，不同的是悬挂铁的金属丝由铁丝换成了铜丝，由于Fe比Cu活泼，在这种氛围中构成的原电池会加速铁钉的侵蚀而放出更多的H2，使左侧液面下降得更多，右侧液面上升得更多；装置Ⅲ中虽然悬挂铁钉的还是铜丝，但由于浓硫酸有吸水性而无挥发性，使铁钉处于一种较为干燥的空气中，因而在短时间内几乎没有被侵蚀。7\n4．以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是( )A．该电池能够在高温下工作B．电池的负极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋C．放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移D．在电池反应中，每消耗1mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体L答案：B解析：由葡萄糖微生物燃料电池结构示意图可知，此燃料电池是以葡萄糖为燃料，以氧气为氧化剂，以质子交换膜为隔膜，以惰性材料为电极的一种燃料电池。由于是微生物电池，而微生物的生存温度有一定的范围，所以高温下微生物不一定能够生存，A错误；放电时，负极：C6H12O6被微生物分解成CO2、H＋和电子，电极反应式：C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋，B正确；负极产生的H＋透过质子交换膜进入正极室，C错误；负极产生的电子沿外电路从负极流向正极，在正极室与H＋和氧气发生反应生成水。总反应方程式为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，由总反应方程式可知：每消耗1mol氧气，理论上可以生成标准状况下CO2气体22.4L，D错误。5．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。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn＋MnO2＋H2O===ZnO＋Mn(OH)2下列说法中，错误的是( )A．电池工作时，锌失去电子B．电池正极的电极反应式为MnO2＋2H2O＋2e－===Mn(OH)2＋2OH－C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D．外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减少6.5g答案：C解析：本题要求利用原电池的原理，分析碱性锌锰电池：锌为负极，在反应中失去电子，故A正确；电池工作时，电流由正极通过外电路流向负极，而电子定向移动方向与电流方向相反，故C错误；由电子守恒知D项正确；由该电池反应的总反应式和原电池的原理写出正极反应式知B正确。6．下图是某空间站能量转化系统的局部示意图，其中燃料电池采用KOH为电解液。下列有关说法中不正确的是( )7\nA．该能量转化系统中的水可以循环使用B．燃料电池系统产生的能量实际上来自于水C．水电解系统中的阳极反应为：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑D．燃料电池放电时的负极反应为：H2－2e－＋2OH－===2H2O 答案：B解析：A选项，由转化系统可知，水分解后还可再生成，则水是循环使用的，故A正确；B选项，燃料电池系统产生的能量来源于化学反应产生的化学能，属于化学能转变为电能，不是来源于水，故B错误；C选项，水电解时，阳极上氢氧根离子失电子生成水和氧气，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，故C正确；D选项，该燃料电池放电时的负极发生氧化反应，在碱性环境下，2OH－＋H2－2e－===2H2O，故D正确。7．有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是( )①每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole－ ②负极上CH4失去电子，电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O ③负极上是O2获得电子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ ④电池放电后，溶液的pH不断升高 A．①②B．①③C．①④D．③④答案：A解析：CH4在铂电极上发生类似于CH4在O2中燃烧的反应，即CH4→CO2，严格地讲生成的CO2还与KOH反应生成K2CO3，化合价升高，失去电子，是电池的负极，电极反应式为CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O,1molCH4参加反应有8mole－发生转移，O2在正极上发生反应，获得电子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。虽然正极产生OH－，负极消耗OH－，但从总反应式CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O可看出是消耗了KOH，所以电池放电时溶液的pH值不断下降，故①②正确，③④错误。8．某蓄电池反应式为Fe＋Ni2O3＋3H2OFe(OH)2＋2Ni(OH)2。下列推断中正确的是( )①放电时，Fe为正极，Ni2O3为负极②充电时，阴极上的电极反应式是Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－③充电时，Ni(OH)2为阳极④蓄电池的电极必须是浸在某碱性溶液中A．①②③B．①②④C．①③④D．②③④答案：D9．生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金棚架上均匀涂上膏状的PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是2PbSO4＋2H2OPbO2＋Pb＋2H2SO47\n下列对铅蓄电池的说法错误的是( )A．需要定期补充硫酸B．工作时铅是负极，PbO2是正极C．工作时负极上发生的反应是Pb－2e－＋SO===PbSO4D．工作时电解质的密度减小答案：A解析：铅蓄电池放电时相当于原电池，Pb是负极，PbO2是正极，负极发生的反应是Pb失去电子生成Pb2＋，Pb2＋与溶液中的SO生成PbSO4沉淀，放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸相等，在电池制备时，PbSO4的量是一定的，制成膏状，干燥后再安装，说明H2SO4不用补充；放电时，H2SO4被消耗，溶液中的H2SO4的物质的量浓度减小，所以溶液的密度也随之减小。10．锌锰干电池在放电时，电池总反应方程式可以表示为Zn＋2MnO2＋2NH===Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3＋H2O，此电池放电时，在正极(碳棒)上发生反应的物质是( )A．ZnB．碳C．MnO2和NHD．Zn2＋和NH3答案：C解析：根据原电池原理，锌为负极，碳棒为正极，锌应参加负极反应，而MnO2在反应中得到电子，应当在正极区发生反应，又由于NH移向正极，在正极发生反应生成NH3。本题考查原电池电极反应式的书写，阳离子移动的方向。二、非选择题：本题包括4个小题，共50分.11．（除标注外，每空2分，共10分）分析如图所示的四个装置，回答下列问题：①装置a和b中铝电极上的电极反应式分别为______________________、_____________________。②装置c中产生气泡的电极为________电极(填“铁”或“铜”)，装置d中铜电极上的电极反应式为____________________________________________。(2)观察如图所示的两个装置，图1装置中铜电极上产生大量的无色气泡，图2装置中铜电极上无气体产生，而铬电极上产生大量的有色气体。根据上述现象试推测金属铬具有的两种重要化学性质为__________________________、__________________________。7\n答案：(1)①2H＋＋2e－===H2↑ Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O②铁（1分） O2＋2H2O＋4e－===4OH－(2)金属铬的活动性比铜的强且能和稀硫酸反应生成H2 金属铬易被稀硝酸钝化（1分）解析：(1)在稀H2SO4溶液中，镁比铝活泼，铝电极作正极，正极的反应式为2H＋＋2e－===H2↑。在NaOH溶液中，铝比镁活泼，铝电极作负极，负极的反应式为Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O。在浓硝酸中，铁被钝化，铁电极作正极，正极上发生NO的还原反应，产生气泡。装置d相当于金属铁发生吸氧腐蚀，铜电极作正极，正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。(2)由图1可知还原性Cr>Cu，但在稀硝酸中却出现了反常，结合稀硝酸的氧化性，不难推测铬被稀硝酸钝化，导致活动性降低。12．（除标注外，每空2分，共10分）科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事。一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解质中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答下列问题：(1)这种电池放电时发生的化学反应方程式：_______________________________________________________________________。(1)此电池的正极发生的电极反应：________________________________________________________________________，负极发生的电极反应：_____________________________________________________。(3)电解液中H＋向________极移动，向外电路释放电子的电极是________。(4)使用该燃料电池的另一个好处是____________________________________。答案：(1)2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O(2)3O2＋12H＋＋12e－===6H2O2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋(3)正（1分） 负极（1分） (4)对环境无污染（1分）解析：(1)燃料电池的电池反应为燃料的氧化反应，在酸性条件下生成的CO2不与H2SO4反应，故电池总反应式为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。(2)电池的正极O2得电子，由于是酸性环境，所以会生成H2O，用电池总反应式减去正极反应式即可得出负极的电极反应式。(3)H＋移向正极，在正极生成水。(4)产物是CO2和H2O，不会对环境造成污染。12．（16分）如图所示，是原电池的装置图。请回答：(1)若C为稀H2SO4溶液，电流表指针发生偏转，B电极材料为Fe且做负极，则A电极上发生的电极反应式为7\n____________________；反应进行一段时间后溶液C的pH将________(填“升高”“降低”或“基本不变”)。(2)若需将反应：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋设计成如上图所示的原电池装置，则A(负极)极材料为________，B(正极)极材料为________，溶液C为_______。(3)若C为CuCl2溶液，Zn是________极，Cu极发生________反应，电极反应为___________。反应过程溶液中c(Cu2＋)________(填“变大”“变小”或“不变”)。(4)CO与H2反应还可制备CH3OH，CH3OH可作为燃料使用，用CH3OH和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下：电池总反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，则c电极是________(填“正极”或“负极”)，c电极的反应方程式为__________________。若线路中转移2mol电子，则上述CH3OH燃料电池，消耗的O2在标况下的体积为______L。答案：(1)2H＋＋2e－===H2↑（2分）升高（1分）(2)Cu（1分）石墨（1分）FeCl3溶液（1分）(3)负极（1分）还原（1分）Cu2＋＋2e－===Cu（2分）变小（1分）(4)负（1分）CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋（2分）11.2（2分）14．（除标注外，每空2分，共14分）高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛的用途。Ⅰ.高铁酸钾(K2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂，而且高铁电池的研制也在进行中，如图1是高铁电池的模拟实验装置：(1)该电池放电时正极的电极反应式为____________________；若维持电流强度为1A，电池工作10min，理论消耗Zn________g(已知F＝96500C·mol－1)。(2)盐桥中盛有饱和KCl溶液，此盐桥中氯离子向______移动(填“左”或“右”)；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向________移动(填“左”或“右”)。(3)图2为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有________________________________________________________________________。Ⅱ.工业上湿法制备K2FeO4的工艺流程如图3。7\n(4)完成“氧化”过程中反应的化学方程式：FeCl3＋____NaOH＋____NaClO===____Na2FeO4＋____NaCl＋____H2O其中氧化剂是__________________________(填化学式)。(5)加入饱和KOH溶液的目的是________________________________________。(6)已知25℃时Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38，此温度下若在实验室中配制5mol·L－1100mLFeCl3溶液，为使配制过程中不出现浑浊现象，则至少需要加入____________mL2mol·L－1的盐酸(忽略加入盐酸体积)。答案：(1)FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－ 0.2 (2)右（1分） 左（1分）(3)使用时间长、工作电压稳定（1分）(4)2FeCl3＋10NaOH＋3NaClO===2Na2FeO4＋9NaCl＋5H2O NaClO（1分）(5)增大K＋浓度，促进高铁酸钾晶体析出 (6)2.57
