能力课时落实(二)　化学能与电能的转化

(建议用时：40分钟)

1．化学用语是学习化学的重要工具，下列用来表示物质变化的化学用语正确的是(　　)

A．用铜作阴极，石墨作阳极，电解饱和食盐水时，阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑

B．铅蓄电池放电时的正极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4

C．粗铜精炼时，与电源正极相连的应是粗铜，该极发生的电极反应只有Cu－2e－===Cu2＋

D．钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式为Fe－2e－===Fe2＋

A　[用铜作阴极，石墨作阳极，电解饱和食盐水时，氯离子的还原性大于氢氧根离子，阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，A项正确；铅蓄电池放电时的正极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，负极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4，B项错误；粗铜精炼时，与电源正极相连的应是粗铜，该极发生的电极反应除Cu－2e－===Cu2＋外，还有比铜活泼的杂质金属失电子的反应，C项错误；钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，D项错误。]

2．某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他均为Cu，则下列说法正确的是(　　)

①　　　　　②　　　　　　③

A．电流方向：电极Ⅳ→→电极Ⅰ

B．电极Ⅰ发生还原反应

C．电极Ⅱ逐渐溶解

D．电极Ⅲ的电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu

A　[当多个电化学装置串联时，两电极材料活泼性相差大的作原电池，其他作电解池，由此可知图示中左边两池组成原电池，右边组成电解池。A项，电子移动方向：电极Ⅰ→→电极Ⅳ，电流方向与电子移动方向相反，正确；B项，原电池负极在工作中失电子，被氧化，发生氧化反应，错误；C项，原电池正极为得电子一极，铜离子在电极Ⅱ上得电子，生成铜单质，该电极质量逐渐增大，错误；D项，电解池中阳极为非惰性电极时，电极本身失电子，形成离子进入溶液中，因为电极Ⅱ为正极，因此电极Ⅲ为电解池的阳极，其电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，错误。]

3．研究小组进行如下表所示的原电池实验：

下列关于该实验的叙述中，正确的是(　　)

A．两装置的盐桥中，阳离子均向右侧移动

B．实验①中，左侧的铜被腐蚀

C．实验②中，连接装置5分钟后，左侧电极的电极反应式为：2H＋＋2e－===H2↑

D．实验①和实验②中，均有O2得电子的反应发生

D　[①电子移动的方向从负极流向正极，即左侧铜为正极，右侧铜为负极，根据原电池工作原理，阳离子向正极移动，即向左侧移动，②5 min后，灵敏电流表指针向右偏转，说明左侧铁作负极，右侧铁作正极，根据原电池的工作原理，阳离子向正极移动，即向右侧移动，A项错误；根据A选项分析，实验①中左侧铜没有被腐蚀，右侧铜被腐蚀，B项错误；实验②中连接好装置，5 min后，灵敏电流表指针向右偏转，说明左侧铁作负极，右侧铁作正极，即左侧电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，C项错误；实验①左侧电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，实验②5 min后，右侧铁片电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，均是吸氧腐蚀，D项正确。]

4．(2019·全国Ⅰ卷)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是(　　)

A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能

B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋

C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3

D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动

B　[A项，该反应中，可产生电流，反应条件比较温和，没有高温高压条件，正确；B项，该生物燃料电池中，左端电极反应式为MV＋－e－===MV2＋，则左端电极是负极，应为负极区，在氢化酶作用下，发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋，错误；C项，右端电极反应式为MV2＋＋e－===MV＋，是正极，在正极区N2得到电子生成NH3，发生还原反应，正确；D项，原电池中，内电路中H＋通过交换膜由负极区向正极区移动，正确。]

5．以铅蓄电池为电源，石墨为电极电解CuSO4溶液，装置如图。若一段时间后Y电极上有6.4 g红色物质析出，停止电解。下列说法正确的是(　　)

A．a为铅蓄电池的负极

B．电解过程中SO向右侧移动

C．电解结束时，左侧溶液质量增重8 g

D．铅蓄电池工作时，正极电极反应式为：PbSO4＋2e－===Pb＋SO

C　[Y极有Cu析出，发生还原反应，Y极为阴极，故b为负极，a为正极，A错误；电解过程中阴离子向阳极移动，B错误；阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，阳极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，当有6.4 g Cu析出时，转移0.2 mol e－，左侧生成1.6 g O2，同时有0.1 mol (9.6 g) SO进入左侧，则左侧质量净增加9.6 g－1.6 g＝8 g，C正确；铅蓄电池的负极是Pb，正极是PbO2，正极反应式为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O，D错误。]

6．下列叙述中正确的是(　　)

图一

图二

A．Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如图一所示，石墨电极上产生氢气，铜电极发生氧化反应

B．图一中当有0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O生成

C．图二装置中发生反应：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，X极是负极，Y极材料可以是铜

D．如图二，盐桥的作用是传递电荷以维持电荷平衡，Fe3＋经过盐桥进入左侧烧杯中

A　[根据电解总反应：2Cu＋H2O===Cu2O＋H2↑可知金属铜为阳极材料，Cu失电子发生氧化反应，石墨为阴极材料，阴极上H＋得电子生成氢气，故A正确；2 mol Cu失去2 mol电子生成1 mol Cu2O，所以当有0.1 mol电子转移时，有0.05 mol Cu2O生成，故B错误；已知Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，则该原电池中Cu失电子作负极，即X为Cu，若Y为铜，会与Fe3＋直接反应，故C错误；原电池中阳离子向正极移动，盐桥的作用是传递电荷以维持电荷平衡，右侧为正极，所以Fe3＋在右侧烧杯中不向左移动，故D错误。]

7．某干电池的工作原理如图所示，总反应为：Zn＋2NH===Zn2＋＋2NH3↑＋H2↑，下列说法正确的是(　　)

A．石墨为电池的负极

B．电池工作时NH被氧化

C．实现了电能向化学能转化

D．电子由Zn电极经外电路流向石墨电极

D　[A．根据电池反应式知，Zn失电子作负极，石墨作正极，A错误；B．放电时，铵根离子得电子被还原，发生还原反应，B错误；C．该装置是原电池，将化学能转化为电能，C错误；D．放电时，电子从负极Zn沿导线流向正极石墨，D正确；故合理选项是D。]

8．(2019·全国Ⅲ卷)为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D­Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D­Zn—NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l) ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。

下列说法错误的是(　　)

A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高

B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)

C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)

D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区

D　[A项，三维多孔海绵状Zn为多孔结构，具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高，正确；B项，二次电池充电时作为电解池使用，阳极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，正确；C项，二次电池放电时作为原电池使用，负极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，由电池总反应可知负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，正确；D项，二次电池放电时作为原电池使用，阴离子从正极区向负极区移动，错误。]

9．用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的NH，模拟装置如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．阳极室溶液由无色变成棕黄色

B．阴极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

C．电解一段时间后，阴极室溶液中的pH升高

D．电解一段时间后，阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4

C　[阳极上Fe发生氧化反应，溶液由无色变为浅绿色，A项错误；阴极上H＋发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑，B项错误；根据阴极上电极反应，阴极消耗H＋，电解一段时间后，阴极室溶液pH升高，C项正确；电解一段时间后，阴极室溶液pH升高，NH与OH－反应生成NH3·H2O，因此阴极室溶液中溶质除(NH4)3PO4外，还可能有NH3·H2O，D项错误。]

10．最近英国斯特莱斯克莱德大学教授发明的直接尿素燃料电池，可用哺乳动物的尿液中的尿素作原料，电池原理如图，有关该电池说法不正确的是(　　)

A．通尿液的电极为电池负极

B．尿素电池工作时，OH－向正极移动

C．该电池反应为：2CO(NH2)2＋3O2===2CO2＋2N2＋4H2O

D．该成果可用于航天空间站中发电和废物处理

B　[A．由装置可知左侧通尿液电极为电子流出的电极，原电池中电子由负极流出，故A正确；B．原电池电解质溶液中的离子移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，因此氢氧根离子向负极移动，故B错误；C．由装置可知尿素在负极反应转变成氮气和二氧化碳，氧气和水在正极反应转变成氢氧根离子，总反应为：2CO(NH2)2＋3O2===2CO2＋2N2＋4H2O，故C正确；D．该装置可实现废物处理，同时可以产生电能利用，故D正确。]

11．某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转。

甲池　　　　乙池　　　　丙池

请回答下列问题：

(1)甲池为________(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，通入CH3OH电极的电极反应式为___________________________________________________

________________________________________________________________。

(2)乙池中A(石墨)电极的名称为________(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)，总反应式为________________________________________________

________________________________________________________________。

(3)当乙池中B极质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O2的体积为________mL(标准状况下)，丙池中________极析出________g铜。

(4)若丙池中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，甲中溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”)；丙中溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”)。

[解析]　(1)甲池为原电池，通入CH3OH的电极为负极，电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O。

(2)乙池中电解AgNO3溶液，其中C作阳极，Ag作阴极，总反应式为4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3。

(3)根据各电极上转移的电子数相同，得n(Ag)＝4n(O2)＝2n(Cu)，故V(O2)＝××22.4 L＝0.28 L＝280 mL，m(Cu)＝××64 g＝1.60 g。(4)若丙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，根据丙中总反应2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，则溶液pH增大，而甲中总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH2K2CO3＋6H2O，溶液pH减小。

[答案]　(1)原电池　CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O

(2)阳极　4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3

(3)280　D　1.60　(4)减小　增大

12．(1)氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池，写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式：_________________________________________________。

(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，电池放电时的总反应为4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S，正极反应式是_______________________________________________________________。

(3)如图所示原电池正极的反应式为_________________________________。

(4)酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可以得到多种化工原料。该电池的正极反应式为___________________________________________________________________，

电池反应的离子方程式为________________________________________。

[解析]　(1)碱性氢氧燃料电池的负极反应式为H2＋2OH－－2e－===2H2O。

(2)正极发生的反应是还原反应，即得电子，故参加反应的物质应是FeS2，又知最后生成铁单质和S2－，故正极反应式为FeS2＋4e－===Fe＋2S2－。

(3)该原电池的实质是Cu与银离子发生置换反应生成Ag单质，所以正极是生成Ag单质的还原反应。

(4)酸性锌锰干电池外壳为金属锌，锌是负极，电极反应式为Zn－2e－＋2NH===[Zn(NH3)]＋2H＋。中间是碳棒，碳棒是正极，二氧化锰得到电子，则正极电极反应式为2MnO2＋2e－＋2H＋===2MnOOH，总反应式为Zn＋2MnO2＋2NH===[Zn(NH3)2]2＋＋2MnOOH。

[答案]　(1)H2＋2OH－－2e－===2H2O

(2)FeS2＋4e－===Fe＋2S2－(或FeS2＋4Li＋＋4e－===Fe＋2Li2S)

(3)Ag＋＋e－===Ag

(4)2MnO2＋2e－＋2H＋===2MnOOH

Zn＋2MnO2＋2NH===[Zn(NH3)2]2＋＋2MnOOH

13．金属铝在现代生产和日常生活中应用广泛。

(1)工业上用电解熔融氧化铝的方法来制取金属铝。

①金属铝在________(填电极名称)生成。

②电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是__________________________

______________________________________________________________。

(2)英国《自然》杂志近期报道了一种新型可充铝离子电池，以金属铝和石墨为电极，用AlCl和有机阳离子构成电解质溶液，其放电工作原理如图所示。

①电池放电时负极的电极反应式为_________________________________。

②充电时有机阳离子向________电极移动(填“铝”或“石墨”)。

[解析]　(1)①电解熔融氧化铝在阳极上产生氧气，在阴极上是铝离子得电子的还原反应，产生金属铝，故答案为：阴极；

②电解熔融氧化铝时，在阳极上氧离子失电子产生氧气，氧气可以和碳单质之间反应，导致电解过程中作阳极的石墨易消耗，故答案为：石墨电极被阳极上产生的O2氧化；

(2)①由示意图可知放电时铝是活泼的金属，铝是负极，被氧化生成Al2Cl，电极方程式为Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl；

②充电时是电解反应，有机阳离子移向阴极，阴极和电池的负极相连，所以充电时有机阳离子向铝电极移动，故答案为：铝。

[答案]　(1)①阴极　 ② 石墨电极被阳极上产生的O2氧化　(2)①Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl　②铝