青海省2012届高三化学-12.1-原电池原理及其应用复习课时训练.doc

12.1 原电池原理及其应用
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
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
(　　)

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：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－
D．该电池的总反应方程式为2H2＋O22H2O
【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－，
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。
【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
X
Y
Z
A
Zn
Cu
稀硫酸
B
Cu
Zn
稀硫酸
C
Cu
Ag
硫酸铜溶液
D
Ag
Zn
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＋
1.9
7.0
4.7
3.2
9.0
6.7
Fe2＋
Cu2＋
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)①通入足量氯气将Fe2＋氧化成Fe3＋；
②加入CuO调节溶液的pH至3.2～4.7；
③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
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：①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；②干燥管中干燥的铁丝表面依然光亮，没有发生锈蚀；③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)①与O2接触；②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________________________
________________________________________________________________________。
【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：
Ⅰ.2Li＋H22LiH
Ⅱ.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0.82 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________。

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。
【解析】　(1)电池即是把化学能转变为电能的装置；在电池中电子是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224 L H2时生成160 g LiH，则生成的LiH的体积是，则生成的LiH体积与被吸收的H2的体积比为：＝。由②生成的20 mol LiH与H2O反应，由反应Ⅱ可知生成20 mol H2，H2～2e－，能量转化率为80%，则通过电子的物质的量为20 mol×2×80%＝32 mol。
【答案】　(1)由化学能转变为电能　由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分子数，加快电极反应速率
(4)①Li　H2O　②1/1 148或8.71×10－4　③32