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原電池+化學電源 1．M、N、P、E四種金屬，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用導線連接放入硫酸氫鈉溶液中，M表面有大量氣泡逸出；③N、E用導線連接放入E的硫酸鹽溶液中，電極反應為E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。則這四種金屬的還原性由強到弱的順序是( ) A．P>M>N>E B．E>N>M>P C．P>N>M>E D．E>P>M>N 2．如圖是課外活動小組設計的用化學電源使LED燈發(fā)光的裝置。下列說法錯誤的是( ) A．銅片表面有氣泡生成 B．裝置中存在“化學能→電能→光能”的轉(zhuǎn)換 C．如果將硫酸換成檸檬汁，導線中不會有電子流動 D．如果將鋅片換成鐵片，電路中的電流方向不變 【解析】選C 銅鋅原電池中，Cu作正極，溶液中的氫離子在正極上得電子生成氫氣，所以Cu上有氣泡生成，故A正確；原電池中化學能轉(zhuǎn)化為電能，LED燈發(fā)光時，電能轉(zhuǎn)化為光能，故B正確；檸檬汁顯酸性也能作電解質(zhì)溶液，所以將硫酸換成檸檬汁，仍然構(gòu)成原電池，所以導線中有電子流動，故C錯誤；金屬性Cu比Zn、Fe弱，Cu作正極，所以電路中的電流方向不變，仍然由Cu流向負極，故D正確。 3．可用于電動汽車的鋁—空氣燃料電池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液為電解質(zhì)溶液，鋁合金為負極，空氣電極為正極。下列說法正確的是( ) A．以NaCl溶液或NaOH溶液為電解質(zhì)溶液時，正極反應都為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ B．以NaOH溶液為電解質(zhì)溶液時，負極反應為Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3↓ C．以NaOH溶液為電解質(zhì)溶液時，電池在工作過程中電解質(zhì)溶液的pH保持不變 D．電池工作時，電子通過外電路從正極流向負極 【解析】選A 正極O2得電子，溶液顯堿性或中性時，正極反應都為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A項正確；鋁作負極，鋁失電子，堿性溶液(NaOH)中的負極反應為Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O，B項錯誤；在堿性時總的電池反應式為4Al＋3O2＋4OH－===4AlO＋2H2O，溶液pH降低，C項錯誤；電池工作時，電子從負極流向正極，D項錯誤。 4．根據(jù)右圖，下列判斷中正確的是( ) A．燒杯a中的溶液pH降低 B．燒杯b中發(fā)生氧化反應 C．燒杯a中發(fā)生的反應為2H＋＋2e－===H2↑ D．燒杯b中發(fā)生的反應為2Cl－－2e－===Cl2↑ 【解析】選B Zn比Fe活潑，所以Zn作負極，發(fā)生氧化反應，電極反應式為Zn－2e－===Zn2＋；Fe作正極，氧氣在該電極上發(fā)生還原反應，電極反應式為2H2O＋O2＋4e－===4OH－，反應后溶液pH升高。 5．某小組為研究原電池原理，設計如圖裝置，下列敘述正確的是( ) A．若X為Fe，Y為Cu，鐵為正極 B．若X為Fe，Y為Cu，電子由銅片流向鐵片 C．若X為Fe，Y為C，碳棒上有紅色固體析出 D．若X為Cu，Y為Zn，鋅片發(fā)生還原反應 6．某興趣小組同學利用氧化還原反應：2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O設計如下原電池，鹽橋中裝有飽和K2SO4溶液。下列說法正確的是( ) A．b電極上發(fā)生還原反應 B．外電路電子的流向是從a到b C．電池工作時，鹽橋中的SO移向甲燒杯 D．a(chǎn)電極上發(fā)生的反應為MnO＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O 【解析】選D 根據(jù)反應方程式判斷b極是FeSO4發(fā)生氧化反應，為負極，A錯誤；由上述分析可知，a為正極，電子由負極流向正極，即從b流向a，B錯誤；原電池中陰離子向負極移動，則鹽橋中的SO移向乙燒杯中，C錯誤；甲燒杯中發(fā)生還原反應，Mn元素的化合價降低，電極反應為MnO＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O，D正確。 7．一種微生物燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如右所示，關(guān)于該電池的敘述正確的是( ) A．電池工作時，電子由a流向b B．微生物所在電極區(qū)放電時發(fā)生還原反應 C．放電過程中，H＋從正極區(qū)移向負極區(qū) D．正極反應式為MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O 【解析】選D 因為右側(cè)產(chǎn)生CO2，說明微生物所在的電極區(qū)Cm(H2O)n失電子生成CO2，所以電池工作時電子由b經(jīng)外電路流向a極，A項錯誤；微生物所在電極區(qū)放電時發(fā)生氧化反應，B項錯誤；放電時陽離子向正極移動，C項錯誤；放電時正極發(fā)生還原反應，D項正確。 8．電化學氣敏傳感器可用于監(jiān)測環(huán)境中NH3的含量，其工作原理示意圖如右。下列說法不正確的是( ) A．O2在電極b上發(fā)生還原反應 B．溶液中OH－向電極a移動 C．反應消耗的NH3與O2的物質(zhì)的量之比為4∶5 D．負極的電極反應式為2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O 9．利用反應6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O構(gòu)成電池的裝置如圖所示。此方法既能實現(xiàn)有效清除氮氧化物的排放，減輕環(huán)境污染，又能充分利用化 10．液流電池是一種新的蓄電池，是利用正負極電解液分開，各自循環(huán)的一種高性能蓄電池，具有容量高、使用領(lǐng)域(環(huán)境)廣、循環(huán)使用壽命長的特點。如圖是一種鋅溴液流電池，電解液為溴化鋅的水溶液。下列說法正確的是( ) A．充電時陽極的電極反應式：Zn－2e－===Zn2＋ B．充電時電極a為外接電源的負極 C．放電時Br－向右側(cè)電極移動 D．放電時左右兩側(cè)電解質(zhì)儲罐中的離子總濃度均增大 【解析】選D 如圖是一種鋅溴液流電池，電解液為溴化鋅的水溶液，所以該電池的負極為鋅，電極反應式為Zn－2e－===Zn2＋，溴為原電池的正極，電極反應式為Br2＋2e－===2Br－，充電時陽極的電極反應式與正極的電極反應式相反，所以充電時陽極的電極反應式為2Br－－2e－===Br2，故A錯；在充電時，原電池的正極連接電源的正極，是電解池的陽極，而原電池的負極連接電源的負極，所以充電時電極a為外接電源的正極，故B錯；放電時為原電池，在原電池中間隔著一個陽離子交換膜，所以Br－不能向右側(cè)電極移動，故C錯；放電時左側(cè)生成溴離子，右側(cè)生成鋅離子，所以放電時左右兩側(cè)電解質(zhì)儲罐中的離子總濃度均增大，故D正確。 11．下列有關(guān)電池的說法不正確的是( ) A．太陽能電池的主要材料是高純度的二氧化硅 B．銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從鋅電極流向銅電極 C．氫氧燃料電池工作時，氫氣在負極被氧化 D．原電池中一定發(fā)生了氧化還原反應 【答案】A 12．下列示意圖中能構(gòu)成原電池的是( ) 【解析】Cu、C與稀硫酸不反應，A裝置不能構(gòu)成原電池；Al與氫氧化鈉溶液發(fā)生氧化還原反應，B裝置能構(gòu)成原電池；C裝置中的“導線”不是鹽橋，不能構(gòu)成原電池；D裝置中缺少鹽橋。 【答案】B 13．下列事實不能用原電池原理解釋的是( ) A．將鎂粉、鐵粉和食鹽一塊加到水中迅速反應放熱 B．鐵被鈍化處理后不易腐蝕 C．純鋅與稀硫酸反應時，滴入少量CuSO4溶液后反應速率加快 D．鍍層破損后，鍍鋅鐵比鍍錫鐵更耐用 【解析】將鎂粉、鐵粉和食鹽一塊加到水中，構(gòu)成原電池裝置，金屬鎂是負極，鎂和水的反應是放熱反應，形成原電池可以加快化學反應速率，能用原電池原理解釋，A不符合題意；鐵被鈍化后，在金屬表面會形成一層致密的金屬氧化膜，保護內(nèi)部金屬不易被腐蝕，不能用原電池原理解釋，B符合題意；純鋅與稀硫酸反應時，滴入少量CuSO4溶液后，金屬鋅可以和硫酸銅反應置換出銅，Zn、Cu、硫酸會構(gòu)成原電池裝置，Zn為負極，使得Zn和硫酸的反應速率加快，能用原電池原理解釋，C不符合題意；鍍層破損后，鍍鋅鐵和潮濕空氣形成的原電池中，金屬Zn為負極，F(xiàn)e為正極，F(xiàn)e被保護，鍍錫鐵和潮濕空氣形成的原電池中，金屬Fe為負極，Sn為正極，F(xiàn)e被腐蝕速率加快，鍍鋅鐵比鍍錫鐵更耐用，能用原電池原理解釋，D不符合題意。 【答案】B 14．某小組進行電化學研究，甲同學設計如圖的原電池裝置，乙同學利用甲設計的裝置及提供的藥品與材料，不能完成的實驗是( ) A．使甲同學的正極變?yōu)樨摌O B．設計一個新的原電池 C．在石墨電極上鍍鋅 D．使鋅電極受到保護 【答案】C 15．按如圖所示裝置進行實驗，下列說法不正確的是( ) A．裝置甲的鋅片上和裝置乙的銅片上均可觀察到有氣泡產(chǎn)生 B．甲、乙裝置中的能量變化均為化學能轉(zhuǎn)化為電能 C．裝置乙中的鋅、銅之間用導線連接電流計，可觀察到電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) D．裝置乙中負極的電極反應式：Zn－2e－===Zn2＋ 【解析】裝置甲中鋅與稀硫酸發(fā)生氧化還原反應，生成氫氣，產(chǎn)生氣泡，裝置乙中形成銅鋅原電池，且鋅作負極，銅作正極，正極上H＋得電子生成氫氣，A項正確；裝置甲中沒有形成原電池，不存在化學能與電能的轉(zhuǎn)化，B項錯誤；裝置乙形成了原電池，鋅、銅之間用導線連接電流計，可觀察到電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，C項正確；裝置乙中負極的電極反應式為Zn－2e－===Zn2＋，D項正確。 【答案】B 16．將編號為①②③④的四種金屬片兩兩相連浸入稀硫酸中都可組成原電池。①②相連時，外電路電流從②流向①，①③相連時，③為正極；②④相連時，②上有氣泡逸出，③④相連時，③的質(zhì)量減少；據(jù)此判斷這四種金屬活動性由大到小的順序是( ) A．①③②④ B．①③④② C．③④②① D．③①②④ 【答案】B 17．某小組為研究原電池原理，設計如圖裝置，下列敘述正確的是( ) A．若X為Fe，Y為Cu，鐵為正極 B．若X為Fe，Y為Cu，電子由銅片流向鐵片 C．若X為Fe，Y為C，碳棒上有紅色固體析出 D．若X為Cu，Y為Zn，鋅片發(fā)生還原反應 【解析】Fe比Cu活潑，F(xiàn)e作負極，電子從Fe流向Cu，故A、B兩項錯誤；若X為Fe，Y為C，電解質(zhì)溶液為硫酸銅，則正極C上析出Cu，故C正確；Zn比Cu活潑，Zn作負極發(fā)生氧化反應，故D錯誤。 【答案】C 18．如圖是某同學設計的原電池裝置，下列敘述中正確的是( ) A．氧化劑和還原劑必須直接接觸才能發(fā)生反應 B．電極Ⅱ上發(fā)生還原反應，作原電池的正極 C．該原電池的總反應式為：2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋ D．鹽橋中裝有含氯化鉀的瓊脂，K＋移向負極區(qū) 【答案】C 19．電化學在日常生活中用途廣泛，下圖是鎂—次氯酸鈉燃料電池，電池總反應為：Mg＋ClO－＋H2O===Cl－＋Mg(OH)2↓，下列說法不正確的是( ) A．惰性電極上發(fā)生氧化反應 B．鎂電極是該電池的負極 C．正極反應式為ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋2OH－ D．進料口加入NaClO溶液，出口流出的為NaCl溶液 【解析】由總反應可知鎂發(fā)生氧化反應，“負氧正還原”，鎂為負極，惰性電極上發(fā)生還原反應，A項錯誤，B項正確；負極反應為：Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2↓，正極反應為：ClO－＋2e－＋H2O===Cl－＋2OH－，C、D項正確。 【答案】A 20．MCFC型燃料電池可同時供應電和水蒸氣，其工作溫度為600～700 ℃，所用燃料為H2，電解質(zhì)為熔融的K2CO3。已知該電池的總反應為2H2＋O2===2H2O，下列有關(guān)該電池的說法正確的是( ) A．該電池的正極反應式為4OH－＋4e－===O2↑＋2H2O B．該電池的負極反應式為H2－2e－===2H＋ C．放電時OH－向負極移動 D．當生成1 mol H2O時，轉(zhuǎn)移2 mol電子 【解析】該燃料電池的燃料為H2，電解質(zhì)為熔融的K2CO3，總反應為2H2＋O2===2H2O，負極反應式為2H2＋2CO－4e－===2H2O＋2CO2，正極反應式為O2＋2CO2＋4e－===2CO，故A、B均錯誤；電解質(zhì)中移動的陰離子為CO，不是OH－，故C錯誤；根據(jù)負極反應式知，生成1 mol H2O時轉(zhuǎn)移2 mol電子，故D正確。 【答案】D 21．關(guān)于如圖微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖的說法：①微生物促進了電子的轉(zhuǎn)移 ②微生物所在電極區(qū)放電時發(fā)生還原反應 ③放電過程中，H＋從正極區(qū)移向負極區(qū) ④正極反應式為：MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O正確的是( ) A．④ B．①③ C．①④ D．②③ 【答案】C 22．鈉離子電池具有資源廣泛、價格低廉、環(huán)境友好、安全可靠的特點，特別適合于固定式大規(guī)模儲能應用的需求。一種以Na2SO4水溶液為電解液的鈉離子電池的總反應為：NaTi2(PO4)3＋2Na2NiFeⅡ(CN)6放電Na3Ti2(PO4)3＋2NaNiFeⅢ(CN)6(注：其中P的化合價為＋5，F(xiàn)e的上標Ⅱ、Ⅲ代表其價態(tài))。下列說法不正確的是( ) A．放電時NaTi2(PO4)3在正極發(fā)生還原反應 B．放電時負極材料中的Na＋脫離電極進入溶液，同時溶液中的Na＋嵌入到正極材料中 C．該電池在較長時間的使用過程中電解質(zhì)溶液中Na＋的濃度基本保持不變 D．充電過程中陽極反應式為：2NaNiFeⅢ(CN)6＋2Na＋＋2e－===2Na2NiFeⅡ(CN)6 【解析】由題給反應可知放電時，F(xiàn)eⅡ轉(zhuǎn)化為FeⅢ，發(fā)生氧化反應，負極的電極反應式為：2Na2NiFeⅡ(CN)6－2e－===2NaNiFeⅢ(CN)6＋2Na＋(該反應為充電時陰極的逆反應)，正極為NaTi2(PO4)3發(fā)生還原反應：NaTi2(PO4)3＋2e－＋2Na＋===Na3Ti2(PO4)3(該反應為充電時陽極的逆反應)。 【答案】D 23．(1)分析如圖所示的四個裝置，回答下列問題： ①裝置a和b中鋁電極上的電極反應式分別為____________________________、___________________________。 ②裝置c中產(chǎn)生氣泡的電極為________電極(填“鐵”或“銅”)，裝置d中銅電極上的電極反應式為___________________________________。 (2)觀察如圖所示的兩個裝置，圖1裝置中銅電極上產(chǎn)生大量的無色氣泡，圖2裝置中銅電極上無氣體產(chǎn)生，而鉻電極上產(chǎn)生大量的有色氣體。根據(jù)上述現(xiàn)象試推測金屬鉻具有的兩種重要化學性質(zhì)為______________________。 【答案】(1)①2H＋＋2e－===H2↑ Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O ②鐵 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (2)金屬鉻的活潑性比銅強且能和稀硫酸反應生成 H2、金屬鉻易被稀硝酸鈍化 24.如圖所示，是原電池的裝置圖。請回答： (1)若C為稀H2SO4溶液，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，B電極材料為Fe且做負極，則A電極上發(fā)生的電極反應式為________________________；反應進行一段時間后溶液C的pH將________(填“升高”“降低”或“基本不變”) (2)若需將反應：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋設計成如上圖所示的原電池裝置，則A(負極)極材料為________，B(正極)極材料為________，溶液C為________。 (3)若C為CuCl2溶液，Zn是________極，Cu極發(fā)生________反應，電極反應為________________________。反應過程溶液中c(Cu2＋)________(填“變大”“變小”或“不變”)。 (4)CO與H2反應還可制備CH3OH，CH3OH可作為燃料使用，用CH3OH和O2組合形成的質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如下： 電池總反應為2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，則c電極是________(填“正極”或“負極”)，c電極的反應方程式為____________________________。 若線路中轉(zhuǎn)移2 mol電子，則上述CH3OH燃料電池，消耗的O2在標準狀況下的體積為________L。 (3)Zn比較活潑，在原電池中做負極，Cu做正極，正極發(fā)生還原反應，Cu2＋在正極得到電子變成Cu，電極反應為Cu2＋＋2e－===Cu，Cu2＋發(fā)生了反應，則c(Cu2＋)變小； (4)根據(jù)圖中的電子流向知c是負極，是甲醇發(fā)生氧化反應：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋，線路中轉(zhuǎn)移2 mol電子時消耗氧氣0.5 mol，標況下體積為11.2 L。 【答案】(1)2H＋＋2e－===H2↑ 升高 (2)Cu 石墨 FeCl3溶液 (3)負極 還原 Cu2＋＋2e－===Cu 變小 (4)負極 CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋ 11.2 25．某實驗小組同學對電化學原理進行了一系列探究活動。 (1)如圖為某實驗小組依據(jù)的氧化還原反應：(用離子方程式表示)_______________________________。 設計的原電池裝置，反應前，電極質(zhì)量相等，一段時間后，兩電極質(zhì)量相差12 g，導線中通過________mol電子。 (2)其他條件不變，若將CuCl2溶液換為NH4Cl溶液，石墨電極反應式為__________________________________________________________________，這是由于NH4Cl溶液顯________(填“酸性”“堿性”或“中性”)，用離子方程式表示溶液顯此性的原因_____________________________________，用吸管吸出鐵片附近溶液少許置于試管中，向其中滴加少量新制飽和氯水，寫出發(fā)生反應的離子方程式______________________________________，然后滴加幾滴硫氰化鉀溶液，溶液變紅，繼續(xù)滴加過量新制飽和氯水，顏色褪去，同學們對此做了多種假設，某同學的假設是：“溶液中的＋3價鐵被氧化為更高的價態(tài)?！比绻?價鐵被氧化為FeO，試寫出該反應的離子方程式_______________________________________________。 (3)如圖其他條件不變，若將鹽橋換成彎銅導線與石墨相連成n型，如圖所示， 一段時間后，在甲裝置銅絲附近滴加酚酞試液，現(xiàn)象是________________，電極反應為________；乙裝置中石墨(1)為________極(填“正”“負”“陰”或“陽”)，乙裝置中與銅絲相連石墨(2)電極上發(fā)生的反應式為________________________，產(chǎn)物常用________檢驗，反應的離子方程式為________________________________________________________________。 【答案】(1)Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu 0.2 (2)2H＋＋2e－===H2↑ 酸性 NH＋H2ONH3H2O＋H＋ 2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－ 2Fe3＋＋3Cl2＋8H2O===2FeO＋6Cl－＋16H＋ (3)溶液變紅 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 陰 2Cl－－2e－===Cl2↑ 濕潤的淀粉碘化鉀試紙 Cl2＋2I－===2Cl－＋I2 26．(1)事實證明，能設計成原電池的反應通常是放熱反應，下列化學反應在理論上可以設計成原電池的是________(填字母，下同)。 a．C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH>0 b．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH<0 c．NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l) ΔH<0 若以KOH溶液為電解質(zhì)溶液，依據(jù)所選反應設計一個原電池，其正極的電極反應為______________________。 (2)某同學用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、導線和鹽橋(裝有瓊脂－KNO3的U形管)設計成一個原電池，如圖所示，下列判斷中正確的是________。 a．實驗過程中，左側(cè)燒杯中NO濃度不變 b．實驗過程中取出鹽橋，原電池能繼續(xù)工作 c．若開始時用U形銅代替鹽橋，裝置中無電流產(chǎn)生 d．若開始時用U形銅代替鹽橋，U形銅的質(zhì)量不變 【解析】(1)根據(jù)題中信息，設計成原電池的反應通常是放熱反應，排除a，根據(jù)已學知識，原電池反應必是自發(fā)進行的氧化還原反應，排除c。原電池正極發(fā)生還原反應，由于是堿性介質(zhì)，則電極反應中不應出現(xiàn)H＋，故正極的電極反應為O2＋4e－＋2H2O===4OH－。(2)該原電池的工作原理是Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋，鹽橋起形成閉合回路和平衡電荷的作用，因此當電池工作時，鹽橋中的NO向負極移動，因此左側(cè)燒杯中NO的濃度將增大，a錯誤。當取出鹽橋，不能形成閉合回路，電池處于斷路狀態(tài)，不能繼續(xù)工作，b錯誤。若開始時用U形銅代替鹽橋，則左側(cè)燒杯相當于電解裝置，而右側(cè)燒杯相當于原電池裝置，電極反應從左往右依次為陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，陰極：Cu2＋＋2e－===Cu，負極：Cu－2e－===Cu2＋，正極Ag＋＋e－===Ag，由此可知c錯誤、d正確。 【答案】(1)b O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (2)d