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12014高考化学专题解析24原电池化学电源(时间:45分钟满分:100分)考点题号原电池原理1、4、8、9原电池原理的应用2、3、5、6、7、10、11一、选择题(本题共7个小题,每题6分,共42分,每个小题只有一个选项符合题意)1.下列装置中,都伴随有能量变化,其中是由化学能转变为电能的是()。解析A项是将电能转化成化学能;B项是将水的势能转化成电能;C项是将太阳能转化成热能。答案D2.(2012·北京理综,12)人工光合作用能够借助太阳能,用CO2和H2O制备化学原料。如图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图,下列说法不正确的是()。A.该过程是将太阳能转化为化学能的过程B.催化剂a表面发生氧化反应,有O2产生C.催化剂a附近酸性减弱,催化剂b附近酸性增强D.催化剂b表面的反应是CO2+2H++2e-===HCOOH解析电池总反应式为:2CO2+2H2O=====光能催化剂2HCOOH+O2。负极:2H2O-4e-===O2↑+4H+,正极:CO2+2H++2e-===HCOOH。A项,能量转换过程是太阳能先转化为电能,再转化为化学能;C项,催化剂a附近生成H+,酸性增强,催化剂b附近消耗H+,酸性减弱,故C项错误。答案C3.(2013·惠州模拟)镁/H2O2酸性燃料电池采用海水作电解质(加入一定量的酸),下列说法正确的是()。2A.电池总反应为Mg+H2O2===Mg(OH)2B.正极发生的电极反应为H2O2+2H++2e-===2H2OC.工作时,正极周围海水的pH减小D.电池工作时,溶液中的H+向负极移动解析根据镁与H2O2两种物质的性质,容易知道负极发生镁失电子的反应,正极发生H2O2得电子的反应,电解质呈酸性,故电池总反应为Mg+H2O2+2H+===Mg2++2H2O;正极消耗H+,pH增大;原电池中阳离子向正极移动,故溶液中的H+向正极移动。答案B4.(2013·资阳模拟)如图甲是Zn和Cu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图乙所示,则卡片上的描述合理的是()。卡片号:22012.8.15实验后的记录:①Cu为阳极,Zn为阴极②Cu极上有气泡产生③SO\o\al(2-,4)向Cu极移动④若有0.5mol电子流经导线,则可产生0.25mol气体⑤电子的流向是:Cu→导线→Zn⑥正极反应式:Cu+2e-===Cu2+图乙A.①②③B.②④C.④⑤⑥D.③④⑤解析①中Cu为正极,Zn为负极,③中SO2-4向负极移动,⑤中电子的流向是:Zn→导线→Cu,⑥中正极反应式:2H++2e-===H2↑,故①③⑤⑥错。答案B5.(2012·泸州模拟)某航空站安装了一台燃料电池,该电池可同时提供电和水蒸气。所用3燃料为氢气,电解质为熔融的碳酸钾。已知该电池的总反应为2H2+O2===2H2O,正极反应为O2+2CO2+4e-===2CO2-3,则下列推断正确的是()。A.负极反应为H2+2OH--2e-===2H2OB.该电池可在常温或高温时进行工作,对环境具有较强的适应性C.该电池供应2mol水蒸气,同时转移2mol电子D.放电时负极有CO2生成解析由总反应式减去正极反应式得到负极反应式:2H2+2CO2-3-4e-===2H2O+2CO2,则可判断负极有CO2生成,A项错误,D项正确。该电池使用的电解质是熔融的碳酸钾,在常温下无法工作,B错误。该电池供应2mol水蒸气时,转移的电子为4mol,C错误。答案D6.(2013·石家庄调研)某新型电池,以NaBH4(B的化合价为+3价)和H2O2作原料,该电池可用作深水勘探等无空气环境电源,其工作原理如图所示。下列说法正确的是()。A.电池工作时Na+从b极区移向a极区B.每消耗3molH2O2,转移3mole-C.b极上的电极反应式为:H2O2+2e-+2H+===2H2OD.a极上的电极反应式为:BH-4+8OH--8e-===BO-2+6H2O解析该电池工作时,a电极反应式为BH-4+8OH--8e-===BO-2+6H2O;b电极反应式为4H2O2+8e-===8OH-;随着不断放电,a极负电荷减少,b极负电荷增多,故Na+从a极区移向b极区;每消耗3molH2O2转移6mole-,故A、B、C错误,D正确。答案D7.(2013·天津六校联考)如图装置Ⅰ是一种可充电电池,装置Ⅱ为电解池。装置Ⅰ的离子交换膜只允许Na+通过,已知电池充放电的化学方程式为:2Na2S2+NaBr3放电充电Na2S4+3NaBr,当闭合开关K时,X电极附近溶液变红。下列说法正确的是()。4A.闭合开关K时,钠离子从右到左通过离子交换膜B.闭合开关K时,负极反应式为:3NaBr-2e-===NaBr3+2Na+C.闭合开关K时,X电极反应式为:2Cl--2e-===Cl2↑D.闭合开关K时,当有0.1molNa+通过离子交换膜时,X电极上放出标准状况下气体1.12L解析“当闭合开关K时,X电极附近溶液变红”说明X是阴极,Y为阳极,则电池的左侧是负极。在原电池中阳离子向正极移动,故A错;NaBr3―→3NaBr,溴元素的化合价降低,是得到电子而不是失去,故B错;X极是阴极,发生的电极反应式为:2H++2e-===H2↑,故C错;“当有0.1molNa+通过离子交换膜时”说明转移了0.1mol电子,则X电极生成0.05molH2,在标准状况下体积为1.12L,故D正确。答案D二、非选择题(本题共4个小题,共58分)8.(10分)某研究性学习小组欲探究原电池的形成条件,按如图所示装置进行实验并得到下表实验结果:实验序号AB烧杯中的液体灵敏电流计指针是否偏转1ZnZn乙醇无2ZnCu稀硫酸有3ZnZn稀硫酸无4ZnCu苯无5CuC氯化钠溶液有6MgAl氢氧化钠溶液有5分析上述实验,回答下列问题:(1)实验2中电流由________极流向________极(填“A”或“B”)。(2)实验6中电子由B极流向A极,表明负极是________(填“镁”或“铝”)电极。(3)实验5表明________。A.铜在潮湿空气中不会被腐蚀B.铜的腐蚀是自发进行的(4)分析上表有关信息,下列说法不正确的是________。A.相对活泼的金属一定作负极B.失去电子的电极是负极C.烧杯中的液体必须是电解质溶液D.原电池中,浸入同一电解质溶液中的两个电极,是活泼性不同的两种金属(或其中一种非金属)解析(1)电流是由正极流向负极,实验2中,Cu为正极,Zn为负极;(2)电子由负极流向正极,实验6中电子由B极流向A极,表明负极是B(Al);(3)实验5是铜的吸氧腐蚀,说明铜的腐蚀是自发进行的;(4)判断原电池负极时,不能简单地比较金属的活动性,要看反应的具体情况,如Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子,Al作负极,Mg作正极;在原电池中负极失去电子,发生氧化反应;必须有电解质溶液,形成闭合回路;活泼性不同的两种金属,或一种金属和一种能导电的非金属都可以作电极。答案(1)BA(2)铝(3)B(4)A9.(16分)(2012·绵阳一模)如图是一个化学过程的示意图。已知甲池的总反应式为2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O请回答:6(1)甲池是________池,通入O2的电极作为________极,电极反应式为_______________________________________________________________。(2)乙池是________池,A电极名称为________极,电极反应式为_______________________________________________________________。乙池中的总反应离子方程式为______________________________________________________________,溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)。(3)当乙池中B(Ag)极的质量增加5.40g时,甲池中理论上消耗O2________mL(标准状况下)。解析(3)利用电子守恒找出关系式:4Ag~O2,V(O2)=14n(Ag)×22.4L·mol-1=14×5.40g108g·mol-1×22.4L·mol-1=0.28L,即280mL。答案(1)原电正O2+2H2O+4e-===4OH-(2)电解阳4OH--4e-===O2↑+2H2O4Ag++2H2O=====电解4Ag+O2↑+4H+减小(3)28010.(16分)(2012·长春高中毕业班调研)碘被称为“智力元素”,科学合理地补充碘可防止碘缺乏病。碘酸钾(KIO3)是国家规定的食盐加碘剂,它的晶体为白色,可溶于水。碘酸钾在酸性介质中与过氧化氢或碘化物作用均生成单质碘。以碘为原料,通过电解制备碘酸钾的实验装置如图所示。1.惰性电极2.直流电源3.离子交换膜4.冷却水(1)碘是________(填颜色)固体物质,实验室常用________的方法来分离提纯含有少量杂质的固体碘。(2)电解前,先将一定量的精制碘溶于过量氢氧化钾溶液,溶解时发生反应:3I2+6KOH===5KI+KIO3+3H2O,将该溶液加入阳极区。另将氢氧化钾溶液加入阴极区,电解槽用水冷却。电解时,阳极上发生反应的电极反应式为7_____________________________________________________________;每生成1molKIO3,电路中通过的电子的物质的量为________。(3)电解过程中,为确定电解是否完成,需检验电解液中是否有I-。请设计一个检验电解液中是否有I-的实验方案,并按要求填写下表。要求:所需药品只能从下列试剂中选择,实验仪器及相关用品自选。试剂:淀粉溶液、淀粉KI试纸、过氧化氢溶液、稀硫酸。实验方法实验现象及结论(4)电解完毕,从电解液中得到碘酸钾晶体的实验过程如下:阳极电解液―→①蒸发浓缩―→②―→③过滤―→④洗涤―→⑤―→碘酸钾晶体步骤②的操作名称是________,步骤⑤的操作名称是________。步骤④洗涤晶体的目的是______________________________________________________________________________________________________________。解析(1)碘是紫黑色固体,实验室常利用碘易升华的特性来分离提纯含有少量杂质的固体碘。(2)电解时,溶液中的阴离子(I-、IO-3、OH-)向阳极移动,因为I-的还原性最强,所以I-在阳极失电子被氧化为单质碘:2I--2e-===I2。生成的I2再与KOH溶液反应生成KIO3:3I2+6KOH===5KI+KIO3+3H2O,如此循环,最终I-都转化为KIO3。1molI-转化成1molIO-3时,转移6mol电子。(3)阳极区溶液中会含有IO-3,如果其中含有I-,在酸性条件下,IO-3和I-会反应生成单质碘:IO-3+5I-+6H+===3I2+3H2O。据此可设计实验:取少量阳极区溶液于试管中,加入几滴稀硫酸和淀粉溶液,如果溶液变蓝,则说明其中含有I-,否则没有I-。(4)阳极电解液经过蒸发浓缩、冷却结晶后可得到碘酸钾晶体,过滤得到的碘酸钾晶体中含有KOH等杂质,需要进行洗涤除杂;洗涤后的晶体经干燥即得到纯净干燥的碘酸钾晶体。答案(1)紫黑色升华(2)2I--2e-===I2(或I-+6OH--6e-===IO-3+3H2O)6mol(3)实验方法实验现象及结论取少量阳极区电解液于试管中,加稀硫酸酸如果不变蓝,说明无I-(如果变蓝,说明有I8化后加入几滴淀粉试液,观察是否变蓝-)(4)冷却结晶干燥洗去吸附在碘酸钾晶体上的氢氧化钾等杂质11.(16分)(2013·日照二诊)第三代混合动力车,可以用电动机、内燃机或二者结合推动车辆。汽车上坡或加速时,电动机提供推动力,降低汽油的消耗;在刹车或下坡时,电池处于充电状态。(1)混合动力车的内燃机以汽油为燃
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