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11小题，每小题5分，共55分。1．食品保鲜所用的“双吸剂”，是由还原铁粉、生石灰、氯化钠、炭粉等按一定比例组成的混合物，可吸收氧气和水。下列分析不正确的是( )A．“双吸剂”中的生石灰有吸水作用B．“双吸剂”吸收氧气时，发生了原电池反应C．吸收氧气的过程中，铁作原电池的负极D．炭粉上发生的反应为：O2＋4e－＋4H＋===2H2O答案：D解析：铁粉、炭粉、O2与电解质氯化钠构成原电池，B、C选项正确；中性溶液中反应物中不能含有H＋或OH－，但生成物中可含有H＋或OH－，D选项错误。2．如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是( )A．生铁块中的碳是原电池的正极B．红墨水柱两边的液面变为左低右高C．两试管中相同的电极反应式是Fe－2e－===Fe2＋D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀答案：B解析：Fe与C及电解质溶液形成原电池，Fe是负极：Fe－2e－===Fe2＋，C是正极，在a中发生吸氧腐蚀，a中压强减小，b中发生析氢腐蚀，b中压强增大，红墨水柱液面是左高右低，故选B。本题考查钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀。3．如图所示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2mol电子，负极质量减轻207gD．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源答案：C解析：铅蓄电池负极反应为Pb－2e－＋SO===PbSO4，通过2mol电子时，质量增加96g。4．一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH7\n溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，则有关此电池推断正确的是( )A．通入乙烷的电极为正极B．参加反应的乙烷与氧气的物质的量之比为7∶2C．放电一段时间后，KOH的物质的量浓度减少D．负极反应式为C2H6＋6H2O－14e－===2CO＋18H＋答案：C解析：乙烷燃烧的化学方程式为2C2H6＋7O2―→4CO2＋6H2O，在该反应中氧气得电子，乙烷失电子，因此通入氧气的电极为正极，而通入乙烷的电极为负极，故A答案错误；反应中参加反应的乙烷与氧气的物质的量之比应为2∶7，故B答案错误；考虑到该电池是以KOH为电解质溶液的，生成的CO2会和KOH反应转化成K2CO3，反应中消耗KOH，KOH的物质的量浓度减少，故C答案正确；由于该电池是以KOH溶液为电解液的，D答案中负极生成的H＋显然在溶液中是不能存在的，故D答案错误。考虑到电解质溶液的影响，此时该电池的总反应式应为2C2H6＋8KOH＋7O2―→4K2CO3＋10H2O，正极反应式为14H2O＋7O2＋28e－===28OH－(正极氧气得电子，理论上形成O2－，但该粒子在水中不稳定，必须以OH－形式存在)，负极反应式可用总反应式减去正极反应式得到：2C2H6＋36OH－－28e－===4CO＋24H2O。5．可用于电动汽车的铝—空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是( )A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液时，正极反应都为O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．以NaOH溶液为电解质溶液时，负极反应为Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3↓C．以NaOH溶液为电解质溶液时，电池在工作过程中电解质溶液的pH保持不变D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极答案：A解析：正极O2得电子，溶液显碱性或中性时，正极反应都为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A项正确；铝作负极，在碱性溶液(NaOH)中的负极反应为Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O，B项错误；在碱性电解质溶液中总的电池反应式为4Al＋3O2＋4OH－===4AlO＋2H2O，溶液pH降低，C项错误；电池工作时，电子从负极流向正极，D项错误。6．氢氧燃料电池用于航天飞机，电极反应产生的水经冷凝后可作为航天员的饮用水，其电极反应式如下：负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－当得到1.8L饮用水时，电池内转移的电子数约为( ) A．1.8molB．3.6molC．100molD．200mol答案：D解析：n(H2O)＝＝100mol2H2＋O4e－2===2H2O即每生成1molH2O则转移2mole－，当生成100molH2O时，转移200mole－。7．微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用，有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应式为7\nZn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2OAg2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－总反应式为Ag2O＋Zn===ZnO＋2Ag根据上述反应式，判断下列叙述中正确的是( )A．在使用过程中，电池负极区溶液的pH增大B．在使用过程中，电子由Ag2O经外电路流向Zn极C．Zn是负极，Ag2O是正极D．Zn极发生还原反应，Ag2O极发生氧化反应答案：C解析：(1)根据电极反应式可知Zn失电子被氧化而溶解，Ag2O得电子被还原，故Zn是负极，Ag2O是正极，所以C正确；(2)负极(即Zn极)在反应时消耗OH－，则负极区溶液的pH应减小，故A错误；(3)发生原电池反应时，电子由负极经外电路到正极，即电子从Zn极经外电路到Ag2O极，故B错误；(4)在原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故D错误。8．铅蓄电池的示意图如图所示。下列说法正确的是( )A．放电时，N为负极，其电极反应式为：PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2OB．放电时，c(H2SO4)不变，两极的质量增加C．充电时，阳极反应式为：PbSO4＋2e－===Pb＋SOD．充电时，若N连电源正极，则该极生成PbO2答案：D解析：充电时，若N连电源正极，则该极为阳极，电极反应产物为PbO2，D正确。9．据报道，我国拥有的完全自主产权的氢氧燃料电池车已在北京奥运会期间为运动员提供了服务。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===2H2OD．用该电池电解CuCl2溶液，产生2.24LCl2(标准状况)时，有0.1mol电子转移答案：D解析：本题考查燃料电池的工作原理。氧气在正极发生还原反应，A正确；该燃料电池中氢气与氧气反应生成水，KOH没有消耗，也没有生成，故KOH的物质的量不变，但其溶液浓度变小，B正确；H2和O2反应生成水是该电池发生的反应，C正确；CuCl2Cu＋Cl2↑，2Cl－－2e－===Cl2↑，n(Cl2)＝2.24L/22.4L·mol－1＝0.1mol，n(e－)＝0.2mol，D错误。10.利用反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O构成电池的装置如图所示。此方法既能实现有效清除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能。下列说法正确的是( )7\nA．电流从左侧电极经过负载后流向右侧电极B．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜C．电极A极反应式为2NH3－6e－===N2＋6H＋D．当有4.48LNO2被处理时，转移电子数为0.8NA答案：B11．有位科学家说：“甲烷是21世纪的新燃料。”甲烷作为燃料的用途之一就是用于制作燃料电池。有科技工作者制造了一种甲烷燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入甲烷，电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2－。以下判断错误的是( )A．电池正极发生的反应：O2＋4e－===2O2－B．电池负极发生的反应：CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2OC．固体电解质里的O2－的移动方向：由正极流向负极D．向外电路释放电子的电极：正极(即电子由正极流向负极)答案：D解析：因为放电时，电池正极发生还原反应(元素化合价降低)，负极发生氧化反应(元素化合价升高)。所以正极反应式是O2＋4e－===2O2－，负极反应式是CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O。由上述电池的正、负极反应式可以看出：正极反应“源源不断”地产生O2－，负极反应要持续进行，则需要“持续不断”的O2－供应，故电池内O2－的移动方向是由正极流向负极。电池的负极发生氧化反应，失去电子，故外电路电子从负极流出，所以D错误。二、非选择题：本题包括4个小题，共45分.11．（8分）关于铁生锈的机理有人提出如下步骤：①Fe－2e－===Fe2＋；②H＋＋e－===H；③4H＋O2===2H2O；④4Fe2＋＋O2＋(4＋2x)H2O===2Fe2O3·xH2O＋8H＋根据以上过程，回答下列问题：(1)根据以上机理，判断下列说法正确的是( )A．以上锈蚀过程发生的是化学腐蚀B．从锈蚀反应的最终结果看，水既是氧化剂，又是还原剂C．反应的实质是氧气被还原，金属铁被氧化D．从反应机理看，锈蚀过程发生的是析氢腐蚀(2)某铁件需长期浸于水下，为了减少腐蚀，想采取下列措施，其中正确的有( )A．给铁件铆上一些锌板B．给铁件通入直流电，把铁件与电源正极连接C．在制造铁件时，在铁中掺入一定比例的铜制成合金D．在铁件表面涂上一层较厚的沥青(3)现有质量为1000g的某铁件已在水下生锈，若测知整个锈蚀过程中有6mol电子发生转移，则参加反应的O2在标准状况下的体积为____L，反应后铁件的质量为____g(已知铁锈Fe2O3·xH2O中x值为1)。答案：(1)C（2分） (2)AD（2分） (3)33.6（2分） 1066（2分）解析：(1)根据反应机理，将方程式叠加：①×4＋②×8＋③×2＋④可得：7\n4Fe＋3O2＋2xH2O===2(Fe2O3·xH2O)可知为吸氧腐蚀。(2)保护铁不被腐蚀，可隔绝O2或采取牺牲阳极的阴极保护法。(3)4Fe＋3O2＋2H2O===2(Fe2O3·H2O) 转移电子3×22.4L12molV(O2)6molV(O2)＝＝33.6L由差值法得Δm＝＝66g，故反应后铁件质量为1066g。12．（除标注外，每空2分，共12分）已知稀溴水和氯化铁溶液都呈黄色，现在足量的稀的氯化亚铁溶液中，加入1～2滴液溴，振荡后溶液呈黄色，现对溶液呈黄色的原因进行探究。(1)仅限选用的仪器和试剂有烧杯、试管、玻璃棒、量筒、滴管、药匙；酸性高锰酸钾溶液、氢氧化钠溶液、四氯化碳、硫氰化钾溶液、硝酸银溶液、淀粉碘化钾溶液。完成以下实验探究过程：【提出假设】假设1：溶液呈黄色不是发生化学反应所致，是由溶液中的________引起的(填微粒的化学式，下同)。假设2：溶液呈黄色是发生化学反应所致，是由溶液中的________引起的。【设计实验方案】为了验证上述假设1和假设2的推断，请用简要的文字描述你的实验方案及实验中出现的现象。假设1：_____________________________。假设2：_____________________________。(2)根据高中所学的知识判断，你认为________(填“假设1”或“假设2”)的推断是正确的；若选用淀粉碘化钾溶液验证你的假设是否可行？________(填“可行”或“不可行”)。(3)写出铁离子与碘离子反应的离子方程式：_____________________________，并依据该反应原理设计一种原电池，将原电池的装置示意图画在方框中。答案：(1)Br2 Fe3＋ 向黄色溶液中加入适量CCl4，振荡，静置，下层溶液呈橙红色 向黄色溶液中滴加几滴KSCN溶液，溶液变为红色（1分）(2)假设2 不可行（1分）(3)2I－＋2Fe3＋===2Fe2＋＋I27\n13．（9分）(1)常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池(图1)，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气体产生。0－t1时，原电池的负极是Al片，此时，正极的电极反应式是________________________，溶液中的H＋向______极移动，t1时，原电池中电子流动方向发生改变，其原因是______________________________。(2)FeSO4在一定条件下可制得FeS2(二硫化亚铁)纳米材料。该材料可用于制造高容量锂电池，已知电解质为熔融的K2S，电池放电时的总反应为4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S，正极反应式是________________________。答案：(1)2H＋＋NO＋e－===NO2↑＋H2O（3分）正（1分）Al在浓硝酸中发生钝化，氧化膜阻止了Al进一步反应（2分）(2)FeS2＋4e－===Fe＋2S2－（3分）解析：(1)常温下铝可以被浓硝酸钝化；(2)正极得电子，化合价降低，从总方程式可以看出，正极的反应物应为FeS2，产物为Fe和S2－14．（每空2分，共16分）氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。下图为电池示意图，该电池电极表面镀了一层细小的铂粉，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，电池可连续不断地提供电能。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：Ⅰ.2Li＋H22LiH7\nⅡ.LiH＋H2O===LiOH＋H2↑①反应Ⅰ中的还原剂是__________，反应Ⅱ中的氧化剂是________。②已知LiH固体密度为0.82g·cm－3，用锂吸收224L(标准状况)H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为________。③由②生成的LiH与H2O作用，放出的H2用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为________mol。答案：(1)化学能转变为电能 a到b (2)2H2＋4OH－－4e－===4H2O或H2＋2OH－－2e－===2H2O (3)增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数，加快电极反应速率(4)①Li H2O ②1/1148或8.71×10－4 ③32解析：(1)电池是把化学能转变为电能的装置；在电池中，电子从负极经导线流向正极，而氢氧燃料电池中通入H2的一极是负极，故电子由a流动到b。(2)H2在负极失电子，因为电解质溶液是KOH溶液，故负极反应式为2H2＋4OH－－4e－===4H2O。(3)电极表面镀铂粉可以增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数，从而增大反应速率。(4)LiH中Li为＋1价，H为－1价，故反应Ⅰ中还原剂是Li，反应Ⅱ中氧化剂是H2O。由反应Ⅰ可知吸收标准状况下224LH2时生成160gLiH，则生成的LiH的体积是，则生成的LiH的体积与被吸收的H2的体积之比为＝。由②生成的20molLiH与H2O反应，由反应Ⅱ可知生成20molH2，H2～2e－，能量转化率为80%，则通过的电子的物质的量为20mol×2×80%＝32mol。7
