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2022届高三化学一轮高考复习常考题型:67原电池原理综合题
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2022届高三化学一轮高考复习常考题型:67原电池原理综合题
注意事项:
1.答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息
2.请将答案正确填写在答题卡上
一、单选题(共15题)
1.关于各实验将出现的现象,下列描述错误的是
A.把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中,铜片表面将会出现气泡
B.用导线连接锌片和铜片,插入溶液中,铜片质量将增加
C.把铜片插入三氯化铁溶液中,在铜片表面将出现一层铁
D.Ag和Cu分别作为两电极,用导线连接插入溶液中,铜将溶解,溶液变成蓝色
2.如图是某化学课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置。下列有关该装置的说法正确的是
A.铜为负极,其附近的溶液变蓝,溶液中有Cu2+产生
B.如果将稀硫酸换成柠檬汁,LED灯将不会发光
C.如果将锌片换成铁片,电路中的电流方向将发生改变
D.其能量转化的形式主要是化学能→电能→光能
3.电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量,其工作原理示意图如下。下列说法不正确的是
A.O2在电极b上发生还原反应
B.溶液中OH-向电极a移动
C.反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4:5
D.负极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O
4.“碳呼吸”电池原理如图所示,电解质溶液为含的盐溶液,电池总反应为,下列有关说法正确的是
A.Al作正极
B.内电路中向负极迁移
C.该装置将电能转变为化学能
D.每生成,需要消耗的
5.被称之为“软电池”的纸质电池,采用一个薄层纸片作为传导体,在其一边镀锌,而在其另一边镀二氧化锰。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。电池总反应为:Zn+2MnO2+H2O=ZnO+2MnOOH。下列说法正确的是
A.该电池的正极为锌
B.该电池反应中二氧化锰起催化剂作用
C.当0.lmolZn完全溶解时,流经电解液的电子个数为1.204×l023
D.电池正极反应式为:2MnO2+2e-+2H2O=2MnOOH+2OH-
6.原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关。室温下,下列关于各装置的说法正确的是
A.①②中作负极,③④中作负极
B.②中作正极,电极反应式为
C.③中作负极,电极反应式为
D.④中作正极,电极反应式为
7.已知在同一电池中,正极电势高于负极电势。标准电极常用于测定其它电极的电势,测知电极的电势高于电极的电势。以下说法正确的是
A.溶液可用代替
B.微孔瓷片起到阻隔离子通过的作用
C.电极反应为
D.若把体系换作体系,电压表的示数变大
8.下列实验目的、方案设计、说明和解释都正确的是
实验
方案设计
说明与解释
A
量取9.8 mL18.4mol/L浓硫酸用于配制一定物质的量浓度的稀硫酸
用10 mL量筒量取9.8 mL浓硫酸,将其倒入盛有一定量水的小烧杯中,再用蒸馏水洗涤量筒2~3次。并将洗涤液也转移到小烧怀中备用
提高实验的精确度,防止浓硫酸残留在量筒,使所配溶液浓度偏小
B
验证蛋白质溶液变性会失去生理活性
向盛有鸡蛋清溶液的试管中加入几滴饱和硫酸铵溶液;如有沉淀生成,再往试管中加少量水
蛋白质在硫酸铵作用下发生变性。溶解度降低而析出,并失去生理活性,加水不再溶解
C
检验蔗糖水解产物中是否含葡萄糖
取少量蔗糖溶液并加3-5滴稀硫酸;将混合液煮沸几分钟,冷却;再向冷却的溶液中加入银氨溶液,水浴加热
如水浴加热后产生银镜,说明蔗糖水解有葡萄糖生成: 反之则无
D
探究影响Al在原电池中作正极或负极的因素
将Al、 Mg,Al、Cu,Al、 Mg三组电极分别用导线连接并各串联一电流表, 前两组电极插入稀硫酸中, 最后一组插入氢氧化钠溶液中;观察电流表指针偏转
Al作正极或负极,既与另一电极材料活泼性有关,还与电解质溶液有关
A.A B.B C.C D.D
9.如图所示是和形成的原电池,某实验兴趣小组做完实验后,在读书卡上的记录如下。则卡片上的描述合理的是
2021.6.18,实验后的记录:
①为正极,为负极
②极上有气泡产生,发生还原反应
③向极移动
④若有0.5电子流经导线,则可产生0.25气体
⑤电子的流向是:
⑥正极反应式:,发生氧化反应
A.①②④ B.②④ C.②③④ D.③④⑤
10.根据工业上离子交换膜法制烧碱的方法,可以用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。下列说法错误的是
A.该电解槽的阳极反应式为2H2O-4e-=4H++O2↑
B.制得的氢氧化钾溶液从出口D导出
C.通电开始后,阴极附近溶液pH增大
D.若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池,则电池正极的电极反应式为O2+2H2O-4e-=4OH-
11.随着各地“限牌”政策的推出,电动汽车成为汽车界的“新宠”。某全电动汽车使用的是钴酸锂()电池,其工作原理如图所示。其中A极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作金属锂的载体),电解质为一种能传导的高分子材料,隔膜只允许特定的离子通过,电池反应式为。下列说法中不正确的是
A.该隔膜只允许通过,放电时从左边流向右边
B.放电时,正极锂元素的化合价未发生改变
C.B极放电时的电极反应式为
D.废旧钴酸锂()电池进行“放电处理”,让进入石墨中而有利于回收
12.高密度储能电池锌溴电池如图所示,放电时总反应为Zn+Br2=ZnBr2。下列说法错误的是
A.放电时,电极M为正极
B.放电时,负极的电极反应式为Zn-2e-=Zn2+
C.充电时,ZnBr2溶液的浓度增大
D.充电时,每转移2mole-,理论上有1molZn2+通过离子交换膜从左向右扩散
13.一种太阳能储能电池的工作原理如图所示,已知锂离子电池的总反应:Li1-xNiO2+xLiC6LiNiO2+xC6,下列说法错误的是
A.该锂离子电池为二次电池
B.该锂离子电池充电时,n型半导体作电源正极
C.该锂离子电池放电时,Li+从a极移向b极
D.该锂离子电池放电时,b极上发生还原反应,电极反应式为Li1-xNiO2+xe-+xLi+=LiNiO2
14.在氧化还原反应中,氧化过程和还原过程是同时发生的两个半反应。已知:
①半反应式:
②五种物质:、、、、KI
③(未配平)
下列判断正确的是
A.①中半反应式发生的是还原反应
B.②中五种物质中能使①顺利发生的物质为
C.是反应③的一个半反应
D.几种物质的氧化性强弱顺序为
15.如图装置是酒精检测仪工作原理示意图。其工作原理与酸性燃料电池相似。下列说法不正确的是
A.右侧电极表面化合价降低,发生还原反应
B.装置中从右侧通过质子交换膜向左侧移动
C.电流由所在的铂电极经外电路流向另一电极
D.该电池的总反应式为:
二、填空题(共7题)
16.氮及其化合物在化肥、医药、材料和国防工业中具有广泛应用。回答下列问题:
(1)氮元素在周期表中的位置为_______,N2的电子式为_______。
(2)自上个世纪德国建立了第一套合成氨装置,合成氨工业为解决人类的温饱问题作出了极大贡献。写出实验室制备氨气的方程式_______。
(3)有人设想寻求合适的催化剂和电极材料,以、为电极反应物,以为电解质溶液制造出一种既能提供电能,又能实现氮固定的新型燃料电池,如图所示。
①a电极是该电池的_______(填正极或者负极);该电池正极的电极反应式是_______。
②该电池在工作过程中的浓度将不断_______(填增大或减小),假设放电过程中电解质溶液的体积不变,当溶液中的物质的量改变时,理论上电池能为外电路提供___mol电子。
17.如图所示,C、D、E、F都是惰性电极,A、B为电源。将电源接通后,向乙中滴人酚酞溶液,在F极附近显红色,D质量增加。
(1)AB作为电源,可以利用多种原电池来提供电能,兴趣小组同学设计如下电源:
①小红同学设计利用反应“Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+”制成化学电池来提供电能,该电池的负极材料是____,电解质溶液是____。
②小秦同学设计将铝片和铜片用导线相连,一组插人浓硝酸中,一组插人烧碱溶液中,分别形成了原电池,在这两个原电池中,负极分别为___(填字母)。
A.铝片、铜片 B.铜片、铝片 C.铝片、铝片 D.铜片、铜片
③小明同学利用CO、氧气燃料电池作电源,电解质为KOH溶液,A电极上的反应式为___,工作一段时间后溶液的pH___(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)若甲中装有足量的硫酸铜溶液,工作一段时间后,停止通电,欲使溶液恢复到起始状态,可向溶液中加入____(填字母)。
A.Cu B.Cu2(OH)2CO3 C.Cu(OH)2 D.CuCO3
(3)通电后乙中发生的总反应方程式为____。
(4)欲用丙装置给铜镀银,则金属银应为___(填“G”或“H”)极,反应一段时间后(用CO、氧气燃料电池作电源)铜制品质量增加43.2g,理论上消耗氧气的质量为____g。
18.Ⅰ.燃料电池由于其较高的能量密度而备受关注,其工作原理如图所示:
电池工作时,A极区 NaOH浓度不变,则离子交换膜为___________(填"阳离子交换膜"或"阴离子交换膜");电极 B的电极反应式为___________;电池工作时参加反应的=___________(整数比)。
Ⅱ.电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法:保持污水的pH在5.0~6.0,通过电解生成Fe(OH)3沉淀。Fe(OH)3有吸附性,可吸附污物而沉积下来,具有净化水的作用。阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层,弃去浮渣层,即起到了浮选净化的作用。某科研小组用电浮选凝聚法处理污水,设计的装置示意图如图所示。
(1)实验时若污水中离子浓度较小,导电能力较差,产生气泡速率缓慢,无法使悬浮物形成浮渣。此时,应向污水中加入适量的___________(填选项字母)。
a.H2SO4 b.CH3CH2OH c.Na2SO4 d.NaOH
(2)电解过程中,电解池阳极发生了两个电极反应,其中一个为2H2O-4e-=O2↑+4H+,则另一个电极反应式为___________。
(3)熔融盐燃料电池以熔融碳酸盐为电解质,CH4为燃料,空气为氧化剂,惰性材料为电极,正极的电极反应式为___________。
(4)实验过程中,若在阴极产生了44.8L(标准状况)气体,则熔融盐燃料电池消耗标准状况下的CH4体积___________L。
19.(1)某乙烯熔融盐燃料电池工作原理如图所示,则正、负极的电极反应式分别为
正极:_______、负极:_______;
从理论上讲,为使电解质中c(CO)保持不变,进入石墨Ⅱ电极上的CO2与石墨Ⅰ电极上生成的CO2的物质的量之比是_______;当消耗O2 48 g时,则消耗乙烯_______ g。
(2)如图为流动电池,其电解质溶液可在电池外部流动,调节电解质,可维持电池内部电解质溶液浓度稳定。Cu为该电池的_______极(填“正”或“负”),Y为_______(填化学式),PbO2电极反应式为_______
20.人们应用原电池原理制作了多种电池,以满足不同的需要。请根据题中提供的信息,填写空格。
(1)溶液常用于腐蚀印刷电路铜板,发生,若将此反应设计成原电池,则负极所用电极材料为(填化学式):_______;当线路中转移0.2mol电子时,则被腐蚀铜的质量为:_______g。
(2)锂锰电池的体积小、性能优良,是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示,其中电解质,溶于混合有机溶剂中,通过电解质迁移入晶格中,生成。
①外电路的电流方向是由_______极流向_______极(填字母)。
②电池正极反应式为_______。
③是否可用水代替电池中的混合有机溶剂?_______(填“是”或“否”),原因是_______。
(3)近几年开发的甲烷—氧气燃料电池采用铂作电极催化剂,用KOH作为电池中的电解液。则通入CH4的电极为_______极(填“正”或“负”),通入O2的电极反应为_______。
21.化学能与电能之间的相互转化与人类的生活实际密切相关,在生产、生活中有重要的应用,同时也是学生形成化学学科素养的重要组成部分。
(1)熔融状态下,钠的单质和氯化亚铁能组成可充电电池,工作原理示如图所示,反应原理为2Na+FeCl2Fe+2NaCl,该电池放电时,正极反应式为___________;充电时,___________(写物质名称)电极接电源的负极;该电池的电解质为___________。
(2)某同学用铜片、石墨作电极电解一定浓度的硫酸铜溶液,工作原理如图所示,一段时间停止通电取出电极。若在电解后的溶液中加入0.98 g氢氧化铜粉末恰好完全溶解,经测定所得溶液与电解前完全相同。请回答下列问题:
①Y电极材料是___________,发生___________(填“氧化”或“还原”)反应。
②电解过程中X电极上发生的电极反应式是___________。
③如在电解后的溶液中加入足量的小苏打,充分反应后产生气体在标准状况下所占的体积是___________。
22.如图所示(乙装置中X为阳离子交换膜,甲醚的结构简式为CH3OCH3)
根据要求回答下列相关问题:
(1)写出负极的电极反应:_______。
(2)氢氧化钠主要在_______(填“铁极”或“石墨极”)区生成。
(3)如果粗铜中含有锌、银等杂质,则粗铜的电极反应为:_______、_______。
(4)反应一段时间,硫酸铜溶液的浓度将_______(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(5)若在标准状况下有2. 24 L氧气参加反应,丙装置中阴极析出铜的质量为_______。
(6)若将丙装置改成在标准状况下,用石墨作电极电解体积为2 L的CuSO4溶液,写出电解CuSO4溶液时的离子反应方程式_______ ; 当电解适当时间后断开电源,发现只需补充22.2 g固体Cu2 (OH) 2CO3即可使电解液恢复到原浓度与体积,则原CuSO4溶液的浓度是_______mol/L;若将丙设计成在镀件上镀铜的装置,该如何改动,请用简要的语言叙述:______________。
(7)若将乙中的交换膜去掉,发现只有H2逸出,则试写出乙池中发生的总反应:___。
参考答案
1.C
【详解】
A.铜片、铁片和稀硫酸构成原电池,铜作正极,铜片表面将会出现气泡,铁片质量将减轻,A项正确;
B.用导线连接锌片和铜片,插入溶液中,则铜片作正极,在正极上将会析出金属铜,铜片质量增加,B项正确;
C.把铜片插入三氯化铁溶液中,金属铜不会置换出金属铁,而是与三氯化铁发生反应生成氯化铜和氯化亚铁,C项错误;
D.将Ag和Cu用导线连接插入溶液中,金属铜作为负极,将会出现铜溶解、溶液变成蓝色的现象,D项正确;
故选:C。
2.D
【分析】
锌比铜活泼,稀硫酸作电解质溶液时,Cu-Zn形成原电池:锌为负极,发生氧化反应;铜为正极,发生还原反应生成氢气;外电路中电流方向为Cu→LED灯→Zn,以此解答该题。
【详解】
A.Cu-Zn稀硫酸原电池中,Zn为负极,Cu片为正极,铜片上2H++2e-=H2↑,故A错误;
B.柠檬汁呈弱酸性,如果将稀硫酸换成柠檬汁,则与Cu-Zn仍然形成原电池,LED灯将微弱发光,故B错误;
C.Cu-Zn稀硫酸原电池中,电流方向由Cu片流向Zn片,如果将锌片换成铁片,则Fe作负极,Cu仍为正极,电流方向由Cu片流向Fe片,即电流方向不变,,故C错误;
D.原电池的能量变化为化学能→电能,LED灯工作时能量变化为电能→光能,所以电路中能量转化的形式主要是“化学能→电能→光能”,故D正确;
故答案选D。
3.C
【详解】
A.b电极为正极,氧气在电极b上得电子,发生还原反应,A正确;
B.原电池中阴离子在电解质溶液中向负极移动,则溶液中OH-向电极a移动,B正确;
C.NH3在负极失电子得N2,O2在正极得电子氧元素变为-2价,根据得失电子守恒有4NH3~12e-~3O2,则消耗NH3与O2的物质的量之比=4:3,C错误;
D.氨气在负极失电子得氮气,结合电解质溶液为KOH溶液写出负极的电极反应式为2NH3-6e- +6OH-=N2+6H2O,D正确;
故选C。
4.B
【分析】
根据电池总反应为2A1+6CO2=Al2(C2O4)3分析可知,Al的化合价升高,被氧化,故Al是负极,CO2在反应中C的化合价降低,被还原,故通CO2的一极为正极,据此进行解题。
【详解】
A.根据分析可知Al作负极,A错误;
B.原电池中阳离子移向正极,阴离子移向负极,故由正极迁移至负极,B正确;
C.原电池装置是实现将化学能转变为电能,C错误;
D.通过反应2A1+6CO2=Al2(C2O4)3可知每生成1molAl2(C2O4)3,需要消耗6molCO2,这些二氧化碳在标准状况下的体积为:6mol×22.4L/mol=134.4L,但是题干未告知标准状况下,故无法求算CO2的体积,D错误;
故答案为:B。
5.D
【详解】
A.Zn失去电子发生氧化反应为电源负极,故A错;
B.MnO2在反应中得到电子发生还原反应,被还原为MnOOH,故B错;
C.电子由负极经导向流向正极,而不能同通过电解质溶液,故C错;
D.MnO2在反应中得到电子发生还原反应,被还原为MnOOH,则其电极反应式为:极反应式为:2MnO2+2e-+2H2O=2MnOOH+2OH-,故D正确;
答案选D。
6.B
【详解】
①中作负极,铝为正极,总反应为镁与稀硫酸反应,负极反应式:,正极反应式:;
②中作负极,镁为正极,总反应为铝与氢氧化钠溶液反应,正极反应式为,负极反应式为;
③中作负极,铁为正极,总反应为铜与浓硝酸反应,负极反应式:,正极反应式:
④中作负极,铜为正极,为吸氧腐蚀,正极反应式:;负极反应式:;
综上所述B符合题意,故选B。
7.D
【详解】
A.溶液能导电,而不能导电,则不能用代替溶液,故A错误;
B.原电池工作时,电解质溶液中阴、阳离子会定向移动,则微孔瓷片能使离子通过,否则不能形成闭合电路,故B错误;
C.电极的电势高于Cu电极的电势,电极为正极,发生氧化反应,电极反应式为:,故C错误;
D.Cu为原电池的负极,若换成更加活泼的体系,Zn比Cu活泼,更容易失去电子,Zn与Hg的活性差异更大,则电压表的示数变大,故D正确;
故选D。
8.D
【详解】
A.量筒量取溶液过程中不需要润洗和洗涤,故A错误;
B.蛋白质变性作用是蛋白质受物理或化学因素的影响,改变其分子内部结构和性质的作用。一般认为蛋白质的二级结构和三级结构有了改变或遭到破坏,都是变性的结果。能使蛋白质变性的化学方法有加强酸、强碱、重金属盐、尿素、丙酮等;能使蛋白质变性的物理方法有加热(高温)、紫外线及X射线照射、超声波、剧烈振荡或搅拌等。硫酸铵溶液不能使蛋白质变性,但能够降低蛋白质在水中溶解度,使得蛋白质发生盐析而沉淀,加水后蛋白质会再溶解,故B错误;
C.加入银氨溶液之前需要将溶液碱化,否则银氨与酸反应会导致实验失败,故C错误;
D.Al和Mg插入稀硫酸中,用导线将其串联,Al作正极,Al和Cu插入稀硫酸中,用导线将其串联,Al作负极,Al和Mg插入氢氧化钠溶液中,用导线将其串联,Al作负极,说明了Al作正极或负极,既与另一电极材料活泼性有关,还与电解质溶液有关,故D正确;
答案为D。
9.A
【分析】
Zn和Cu形成的原电池中,Zn比Cu活泼,Zn作负极,发生 Zn-2e-=Zn2+; Cu电极为正极,发生2H++2e-=H2↑,总电池反应Zn+2H+=Zn2++H2↑,电子由负极流向正极,阴离子向负极移动。
【详解】
①根据分析可知,Zn为负极,Cu为正极,故①正确;
②根据分析,Cu电极上发生的电极反应为:2H++2e-=H2↑,所以Cu极上有气泡产生,发生还原反应,故②正确;
③原电池中,阴离子向负极移动,Zn为负极,则向Zn极移动,故③错误;
④由2H++2e-=H2↑可知,有0.5mol电子流向导线,产生氢气0.25mol,故④正确;
⑤原电池外电路,电子由负极经导线流向正极,电流与电子运动方向相反,电流由正极流向负极,Zn为负极,Cu为正极,则电流的流向是:Cu→Zn,故⑤错误;
⑥根据分析,负极反应式:Zn-2e-= Zn2+,发生氧化反应,正极反应式:2H++2e-=H2↑,发生还原反应,故⑥错误;
综上所述①②④正确,故选A。
10.D
【详解】
A.左边电极连接电源正极,为电解槽的阳极,其电极反应式为↑,A正确;
B.右边电极是电解槽的阴极,阴极上水电离产生的氢离子得到电子变为氢气逸出,剩余氢氧根离子,溶液中的K+穿过阳离子交换膜进入到阴极室与OH-结合生成KOH溶液从出口D导出,B正确;
C.根据B选项分析,通电开始后,阴极生成KOH,使附近溶液pH增大,C正确;
D.若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池,则电池正极是O2得到电子发生还原反应,故正极的电极反应式为:,D错误;
故合理选项是D。
11.D
【详解】
A.A极材料是金属锂和碳的复合材料,放电时A极为负极,电解质为一种能传导的高分子材料,隔膜只允许特定的离子通过,所以该隔膜只允许通过,放电时阳离子移向正极,则从隔膜左边流向右边,故A正确;
B.放电时,正极锂元素的化合价未发生改变,钴元素化合价降低,故B正确;
C.放电时B极为正极,该电极放电时的电极反应式为,故C正确;
D.根据电池反应式可知,充电时让进入石墨中而有利于回收,故D错误;
故答案:D。
12.C
【详解】
略
13.B
【详解】
根据图示可知该储能电池左边为太阳能电池,右边为锂离子电池。结合锂离子电池总反应可知:放电时a极为负极,b极为正极;则充电时a极为阴极,b极为阳极。
A.题图所示锂离子电池能实现充电和放电,为二次电池,A项正确;
B.充电时a极为阴极,则n型半导体为电源负极,B项错误;
C.电池放电时,Li+从负极向正极移动,即Li+从a极向b极移动,C项正确;
D.电池放电时,b极为正极,发生还原反应,其电极反应式为Li1-xNiO2+xe-+xLi+===LiNiO2,D项正确。
14.B
【详解】
A. 氧化亚铜失电子,①中半反应式发生的是氧化反应,故A错误;
B. ②中五种物质中能使①顺利发生的物质是氧化性最强的,故B正确;
C. 反应③是酸性条件下发生的反应,故C错误;
D. 铁离子的氧化性强于铜离子,几种物质的氧化性强弱顺序为,故D错误;
故选B。
15.B
【分析】
该装置的左侧,呼出气体中的酒精进入后发生氧化反应,故左侧为负极;右侧进入的O2发生还原反应,为正极。质子带正电荷,应由负极移向正极,即由左侧移向右侧。
【详解】
A.右侧电极表面化合价降低,发生还原反应。A正确;
B.由分析可知,从左侧通过质子交换膜向右侧移动,B错误;
C.电流由O2所在的正极经由外电路移向负极,C正确;
D.该电池的总反应式为:,D正确。
故本题选B。
16.第二周期第VA族 2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O 正极 N2+8H++6e-=2 减小 2.4
【详解】
(1)氮元素原子序数为7,核外电子排布为2、5,位于第二周期VA族,氮气的电子式为:,故答案为:第二周期第VA族;;
(2)实验室制取氨气利用的是熟石灰与氯化铵的混合固体加热,反应方程式为:2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O,故答案为:2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O;
(3)①该电池的的原理为氮气和氢气在HCl做电解质的条件下发生反应最终生成氯化铵,a极区氮气在电极上得电子反应还原反应,作正极,电极反应为:N2+8H++6e-=2,b极上氢气失电子发生氧化反应,作负极,故答案为:正极;N2+8H++6e-=2;
②该电池的总反应为: ,由总反应可知反应过程中消耗氢离子,溶液中的浓度减小,由反应可知每消耗2mol氢离子,转移6mol电子,当溶液中的物质的量改变时,转移电子的物质的量为2.4mol,故答案为:减小;2.4。
17.Cu 氯化铁等含铁离子的溶液 B 减小 D G 3.2g
【分析】
电解池中,与电源正极相连的电极是阳极,阳极上失去电子发生氧化反应,与电源负极相连的电极是阴极,阴极上氧化剂得到电子发生还原反应,图中C、D、E、F都是惰性电极,将电源接通后,向乙中滴酚酞溶液,在F极附近显红色,则F电极反应为: 、F为阴极,D质量增加,则D电极反应为:,D为阴极;则A为正极、B为负极;C、E和G为阳极、D、F和H为阴极;原电池中,还原剂在负极失去电子发生氧化反应,正极上氧化剂得到电子发生还原反应,据此回答;
【详解】
(1)①小红同学设计利用反应“”制成化学电池来提供电能,Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+中Cu为还原剂,故电池的负极材料是Cu,正极上Fe3+得到电子转变为Fe2+,则电解质溶液是含铁离子的溶液,例如氯化铁。
②铝与浓硝酸发生钝化反应,铜与浓硝酸反应生成硝酸铜、水和二氧化氮,故该原电池中铜为负极,铝能与氢氧化钠溶液反应:,铜不能与氢氧化钠溶液反应,则该原电池中,负极为铝。则B满足;答案为B。
③小明同学利用CO、氧气燃料电池作电源,电解质为KOH溶液,A电极上的反应式为,CO在负极失去电子发生氧化反应:,按得失电子数守恒,负极消耗的氢氧根离子大于正极生成的氢氧根离子,故工作一段时间后溶液的pH减小。
(2)若甲中装有足量的硫酸铜溶液,反应为,设电解消耗2mol CuSO4,则欲使溶液恢复到起始状态,可向溶液中加入相当于2molCuO的物质,则D满足,答案为D。
(3)通电后乙中发生的是惰性电极电解氯化钠溶液,产物为氢氧化钠,氢气和氯气:总反应方程式为。
(4) 电镀时,镀层金属作阳极、待镀金属作阴极;欲用丙装置给铜镀银,则金属银应为G极,按得失电子数守恒,得, 反应一段时间后(用CO、氧气燃料电池作电源)铜制品质量增加43.2g,则消耗银,理论上消耗氧气0.1mol、氧气的质量为3.2g。
18.阴离子交换膜 N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O 8:17 C Fe-2e-=Fe2+ O2+2CO2+4e-=2CO 11.2
【详解】
Ⅰ.据图可知电极B上N2H4被氧化为N2,所以电极B为负极,电解质溶液显碱性,所以电极反应为N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O,消耗氢氧根;电极A为正极,H2O2被还原,电极反应为2H2O2+4e-=4OH-,产生氢氧根;A极区 NaOH浓度不变,所以离子交换膜为阴离子交换膜,可以使OH-顺利迁移到B极区;根据电极反应可知n(N2H4):n(H2O2)=1:2,则==8:17;
Ⅱ.燃料电池中通入燃料的一极为负极,通入空气(或氧气)的一极为正极,所以左侧电解池中Fe为阳极,C为阴极;
(1)保持污水的pH在5.0~6.0之间,通过电解生成Fe(OH)3沉淀时,加入的使导电能力增强的电解质必须是可溶于水的、显中性的盐,故答案为:C;
(2)活泼金属电极做电解池的阳极时,电极本身放电,电极反应还有Fe-2e-═Fe2+;
(3)燃料电池中,正极反应一定是氧气得电子的过程,该电池的电解质环境是熔融碳酸盐,所以电极反应为:O2+2CO2+4e-=2CO;
(4)电解池中阴极的电极反应为:2H++2e-=H2↑,阴极产生了44.8L(标准状况)即2mol的氢气产生,所以转移电子的物质的量为4mol,燃料电池的负极电极反应为CH4+4CO-8e-=5CO2+2H2O,当转移4mol电子时,消耗CH4(标准状况)的体积V=nVm=0.5mol×22.4L/mol =11.2L。
19.O2+2CO2+4e-=2CO C2H4+6CO-12e-=8CO2+2H2O 3∶4 14 负 H2SO4 PbO2+4H++SO+2e-=PbSO4+2H2O
【详解】
(1)乙烯熔融盐燃料电池,乙烯发生氧化反应生成二氧化碳,做原电池的负极;氧气发生还原反应,做原电池的正极;电解质为熔融碳酸盐,因此正极反应式为:O2+2CO2+4e-=2CO;负极的电极反应式为:C2H4+6CO-12e-=8CO2+2H2O;根据电极反应式可知,为使电解质中c(CO)保持不变,则正极生成的碳酸根离子的量等于负极消耗碳酸根离子的量,因此从理论上讲进入石墨Ⅱ电极上的CO2与石墨Ⅰ电极上生成的CO2的物质的量之比是:6:8=3∶4; 根据电极反应可知:C2H4~12e-~3 O2,48 g O2的物质的量为1.5mol,则消耗O2 1.5mol时,则消耗乙烯的量为0.5mol,消耗乙烯的质量为0.5mol×28g/mol=14g;
(2)根据装置图可知,铜失电子发生氧化反应为负极,电极反应式为:Cu-2e-=Cu2+;二氧化铅得电子发生还原反应为正极,电极反应式为:PbO2+4H++SO+2e-=PbSO4+2H2O,电池的总反应式为:Cu+ PbO2+2H2SO4=CuSO4+ PbSO4+2H2O,则X为PbSO4,Y为H2SO4;据以上分析可知,铜为原电池的负极,发生氧化反应;二氧化铅为原电池的正极,发生还原反应,电极反应式:PbO2+4H++SO+2e-=PbSO4+2H2O,硫酸不断被消耗,所以需要不断补充H2SO4,所以Y为H2SO4。
20. 6.4 b a 否 电极是活泼金属,能与水反应 负
【详解】
(1)中铜失去电子,被氧化,氯化铁得到电子,被还原,若将此反应设计成原电池,则负极所用电极材料为(填化学式)Cu;反应中铜元素化合价从0价升高到+2价,失去2个电子,当线路中转移0.2mol电子时,则被腐蚀铜的质量为0.1mol×64g/mol=6.4g。
(2)①Li是活泼的金属失去电子,作负极,二氧化锰得到电子,作正极,所以外电路的电流方向是由b极流向a极。
②正极二氧化锰得到电子生成,则电池正极反应式为。
③由于电极是活泼金属,能与水反应,所以不能用水代替电池中的混合有机溶剂。
(3)甲烷燃烧失去电子,被氧化,则通入CH4的电极为负极,通入O2的电极为正极,电解质溶液显碱性,则正极反应为。
21.Fe2++2e-===Fe 钠 β—Al2O3 石墨 氧化 Cu2++2e-=Cu、2H++2e-=H2↑或2H2O+2e-=H2↑+2OH- 0.448 L或448 mL
【详解】
(1)该电池的电解质为熔融的β-Al2O3,熔融的钠电极作负极,钠发生失电子的氧化反应;熔融的FeCl2电极作正极,Fe2+发生得电子还原反应,充电时,电池负极接电源负极,电池正极接电源正极;
(2)①由加入Cu(OH)2可使电解质溶液复原,可知阳极为石墨,阴极为铜片,根据外电路电子移动方向可以判断,Y电极是阳极,发生氧化反应,Y电极材料是石墨;
②相当于惰性电极电解硫酸铜溶液,硫酸铜消耗完后又电解的水,故阴极首先发生的反应为Cu2++2e-=Cu,Cu2+消耗尽后又发生反应2H++2e-=H2↑;
③根据电子守恒和铜元素的守恒,溶液中生成的n(H+)=2n(Cu2+)=2×=0.02 mol,与足量NaHCO3反应可产生0.02 mol CO2,其体积为。
22.CH3OCH3-12e-+16OH-=2+11H2O 铁极 Zn-2e-=Zn2+ Cu-2e-=Cu2+ 减小 12.8 g 2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+ 0.1 将粗铜改成纯铜,将纯铜改成镀件 NaCl+H2ONaClO+H2↑
【详解】
(1)甲装置为燃料电池,是将化学能转变为电能的装置,属于原电池,投放燃料的电极是负极,负极上甲醚失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水,电极反应式为: CH3OCH3-12e-+16OH-=2+11H2O ;
(2)乙装置为电解饱和NaCl溶液的装置,铁电极连接原电池的负极,为电解池的阴极,石墨为阳极。阳极上Cl-放电生成Cl2,阴极上H+放电,导致阴极附近OH-浓度大于H+浓度,溶液呈碱性,所以乙装置中生成NaOH主要在铁电极区;
(3)如果粗铜中含有锌、 银等杂质,阳极上不仅铜,还有锌会失电子进入溶液,银则沉淀在阳极底部形成阳极泥,阴极上Cu2+得到电子析出Cu单质;阳极电极方程式分别为:Zn-2e-=Zn2+、Cu-2e-=Cu2+;
(4)对于丙装置,由(3)阳极电极方程式分别为Zn-2e-=Zn2+、Cu-2e-=Cu2+,阴极的电极反应式为Cu2++2e-=Cu,根据转移电子数相等可知:阳极上溶解的铜的质量小于阴极上析出的铜的质量,所以丙装置中反应一段时间后,CuSO4溶液浓度将减小;
(5)2.24 L标准状况下的O2的物质的量是n(O2)==0.1 mol。根据串联电池中转移电子数相等,可得O2和Cu的关系式为:O2~2Cu,则生成铜的质量是m(Cu)=0.1 mol×2×64 g/mol=12.8 g;
(6)用石墨作电极电解体积为2 L的CuSO4溶液生成Cu、O2和H2SO4,离子方程式为: 2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+;补充22.2 g Cu2(OH)2CO3,其物质的量n==0.1 mol,即可使电解液恢复原浓度与体积,根据铜元素守恒可知:n(CuSO4)=0.2 mol,则原溶液CuSO4的浓度是c(CuSO4)==0.1 mol/L;若将丙设计成在镀件上镀铜的装置,则铜作阳极,镀件作阴极,所以将阳极粗铜改成纯铜,将阴极纯铜改成镀件即可;
(7)若将乙中的交换膜去掉,发现只有H2逸出,则生成的Cl2与NaOH会继续反应生成NaCl和NaClO,反应的总反应方程式为:NaCl+H2ONaClO+H2↑。
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