原电池、电解池的原理及应用限时训练

第12课时原电池、电解池的原理及应用1.某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H，其基本结构见下图，电池总反应可表示为：2H2O2=2H2O，下列有关说法正确的是()A电子通过外电路从b极流向a极Bb极上的电极反应式为：O22H2O4e=4OHC每转移0.1 mol电子，消耗1.12 L的H2DH由a极通过固体酸电解质传递到b极2.铅蓄电池的工作原理为：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。研读下图，下列判断不正确的是()AK闭合时，d电极反应式：PbSO42H2O2e=PbO24HSOB当电路中转移0.2 mol电子时，中消耗的H2SO4为0.2 molCK闭合时，中SO向c电极迁移DK闭合一段时间后，可单独作为原电池，d电极为正极3.(2011·安徽)研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为：5MnO22Ag2NaCl=Na2Mn5O102AgCl，下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是()A正极反应式：AgCle=AgClB每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子CNa不断向“水”电池的负极移动DAgCl是还原产物4.(2012·福建)将如图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是()ACu电极上发生还原反应B电子沿ZnabCu路径流动C片刻后甲池中c(SO)增大D片刻后可观察到滤纸b点变红色5.在盛有水的电解槽中加入等物质的量的Ag、Pb2、K、SO、NO、Br，然后用惰性电极电解，通电片刻，氧化产物和还原产物的物质的量之比为()A12 B81C11 D801086.(2011·上海)用电解法提取氯化铜废液中的铜，方案正确的是()A用铜片连接电源的正极，另一电极用铂片B用碳棒连接电源的正极，另一电极用铜片C用氢氧化钠溶液吸收阴极产物D用带火星的木条检验阳极产物7.pHa某电解质溶液中，插入两支惰性电极，通直流电一段时间后，溶液的pH>a，则电解质可能是()ANaOH BH2SO4CAgNO3 DNa2SO48.(2011·福建)研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是()A水既是氧化剂又是溶剂B放电时正极上有氢气生成C放电时OH向正极移动D总反应为：2Li2H2O=2LiOHH29.(2012·安徽)某兴趣小组设计如下微型实验装置。实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。下列有关描述正确的是()A断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为：2H2ClCl2H2B断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红C断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应为：Cl22e=2ClD断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极 10.(2012·山东)下列与金属腐蚀有关的说法正确的是() A图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重B图b中，开关由M改置于N时，CuZn合金的腐蚀速率减小C图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大D图d中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的 11.某溶液中可能含有下列离子中的两种或几种：Ba2、H、SO、SO、HCO、Cl。(1)当溶液中有大量H存在时，则不可能有SO、HCO存在。(2)当溶液中有大量Ba2存在时，溶液中不可能有SO、SO存在。(3)采用惰性电极从上述离子中选出适当离子组成易溶于水的电解质，对其溶液进行电解，若两极分别放出气体，且体积比为11，则电解质化学式是HCl、BaCl2。 12.(2012·海南)新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。回答下列问题：(1)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为2O24H2O8e8OH、CH48e10OHCO7H2O。(2)闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生。其中b电极上得到的是H2，电解氯化钠溶液的总反应方程式为2NaCl2H2O解2NaOHH2Cl2。(3)若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为3.45×104C(法拉第常数F9.65×104C·mol1列式计算)，最多能产生的氯气体积为4L(标准状况)。 13.在如图所示的装置中，若通入直流电5 min时，铜电极质量增加2.16 g。请回答：(1)电源中X电极为直流电源的负极。(2)pH变化：A：增大；C：减小(填“增大”、“减小”或“不变”)。(3)写出B中阳极的电极反应式：4OH4e2H2OO2。(4)C中铜电极和银电极生成物的物质的量之比为11。(5)若A中KCl溶液的体积为200 mL，电解后，溶液的pH为13(设电解前后溶液体积无变化)。 14.下图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。(指示剂的pH变色范围：6.88.0，酸色红色，碱色黄色)回答下列问题：(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是(填编号)。A管溶液由红变黄 B管溶液由红变黄A管溶液不变色 B管溶液不变色(2)写出A管中发生反应的反应式：2H2eH2(写2H2O2e2OHH2也可)，Mg22OHMg(OH)2。(3)写出B管中发生反应的反应式：4OH4e2H2OO2(写2H2O4e4HO2也可)。(4)检验a管中气体的方法是用拇指按住管口，取出试管，靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有蓝色火焰。(5)检验b管中气体的方法是用拇指按住管口，取出试管，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内会复燃。(6)电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是溶液呈红色，白色沉淀溶解(或大部分溶解)。 15.(2011·广东)由熔盐电解法获得的粗铝含有一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹气精炼法除去，产生的尾气经处理后可用于钢材镀铝。工艺流程如下：(注：NaCl熔点为801 ；AlCl3在181 升华)(1)精炼前，需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂，防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质，相关的化学方程式为2AlFe2O3高温Al2O32Fe和4Al3SiO2高温2Al2O33Si。(2)将Cl2连续通入坩埚中的粗铝熔体，杂质随气泡上浮除去。气泡的主要成分除Cl2外还含有HCl和AlCl3；固态杂质粘附于气泡上，在熔体表面形成浮渣，浮渣中肯定存在NaCl。(3)在用废碱液处理气体A的过程中，所发生反应的离子方程式为Cl22OHClClOH2O，HOHH2O。(4)镀铝电解池中，金属铝为阳极，熔融盐电镀液中铝元素和氯元素主要以AlCl和Al2Cl形式存在，铝电极的主要电极反应式为Al7AlCl3e4Al2Cl。(5)钢材镀铝后，表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀，其原因是致密的氧化铝膜能隔绝钢材与空气中的O2、CO2和H2O等接触，使电化学腐蚀和化学腐蚀不能发生。 16.下图是一个化学过程的示意图。(1)请回答图中甲、乙池的名称。甲池是原电池装置，乙池是电解池装置。(2)写出电极反应式：通入CH4的电极的电极反应式是CH410OH8eCO7H2O，B(Ag)电极的电极反应式为AgeAg。(3)当乙池中B(Ag)极的质量增加5.40 g时，搅拌丙池，丙池溶液的pH为13(丙池中液体体积为0.5 L，且忽略前后体积变化)。.某温度时，在体积为2 L的密闭容器中，三种气态物质A、B、C的物质的量随时间的变化如下表所示。t/min0248101214A/mol2.01.61.31.11.01.01.0B/mol2.01.61.31.11.01.01.0C/mol00.81.41.82.02.02.0(4)若在第8分钟时测得反应放出了45 kJ的热量，则体系中发生反应的热化学方程式为A(g)B(g)2C(g)H50 kJ/mol。(5)此反应在此条件下的平衡常数是4。(6)下图为该反应在T1温度时，C的浓度随时间变化的趋势曲线。若其他条件不变，在T2(T2>T1)温度时发生该反应，请在坐标图中画出T2温度时C的浓度随时间变化的趋势曲线。第12课时原电池、电解池的原理及应用1D解析： 首先明确a为负极，这样电子应该是通过外电路由a极流向b，A错；B选项反应应为O24e4H=2H2O；C没有告知标准状况。2C解析： 本题考查电化学(原电池、电解池)的相关知识。K闭合时为电解池，为电解池，中发生充电反应，d电极为阳极发生氧化反应，其反应式为PbSO42H2O2e=PbO24HSO所以A正确。在上述总反应式中，得失电子总数为2e，当电路中转移0.2 mol 电子时，可以计算出中消耗的硫酸的量为0.2 mol，所以B对。K闭合一段时间，也就是充电一段时间后可以作为原电池，由于c表面生成Pb，放电时作电源的负极，d表面生成PbO2，作电源的正极，所以D也正确。K闭合时d是阳极，阴离子向阳极移动，所以C错。3B解析：由电池总反应可知银失去电子被氧化得氧化产物，即银作负极，产物AgCl是氧化产物，A、D都不正确；在原电池中阳离子在正极得电子发生还原反应，所以阳离子向电池的正极移动，C错误；化合物Na2Mn5O10中Mn元素的化合价是18/5价，所以每生成1 mol Na2Mn5O10转移电子的物质的量为(418/5)×52 mol，因此选项B正确。4A解析：Zn作原电池的负极，Cu作原电池的正极，Cu电极发生还原反应。B选项电子流向是负极到正极，但ab这一环节是在溶液中导电，是离子导电，电子并没沿此路径流动。C选项中硫酸根离子浓度基本保持不变。D选项中是滤纸a点是阴极，氢离子放电，溶液中氢氧根暂时剩余，显碱性变红色。5A解析： 本题是一道综合试题，既考查了电解规律，又考查了离子的共存；Ag、Pb2、SO、Br等不能共存，最终溶液为硝酸钾溶液，实为电解水，A对。6B解析：用电解法提取氯化铜废液中的铜时，铜必须作阴极，阳极是铜或惰性电极，阴极的反应式为：Cu22e=Cu。7A解析：电解后A的pH增大，B、C减小，D不变。8C解析：负极2Li2e=2Li正极2H2O2e=2OHH2OH在正极生成向负极移动。9D解析：本题考查原电池及电解池工作原理，旨在考查考生对知识的综合应用能力。断开K2，闭合K1时，装置为电解池，两极均有气泡产生，则反应为2Cl2H2OH22OHCl2，石墨为阳极，铜为阴极，因此石墨电极处产生Cl2，在铜电极处产生H2，附近产生OH，溶液变红，故A、B两项均错误；断开K1、闭合K2时，为原电池反应，铜电极反应为H22e2OH=2H2O，为负极，而石墨电极反应为Cl22e=2Cl，为正极，故C项错误，D项正确。10B解析：图a中，铁棒发生化学腐蚀，靠近底端的部分与氧气接触少，腐蚀程度较轻，A项错误；图b中开关由M置于N，CuZn作正极，腐蚀速率减小，B对；图c中接通开关时Zn作负极，腐蚀速率增大，但氢气在Pt上放出，C项错误；图d中干电池放电时MnO2发生还原反应，体现还原性，D项错误。11(1)SO、HCO(2)SO、SO(3)HCl、BaCl212(1)2O24H2O8e=8OHCH48e10OH=CO7H2O(2)H22NaCl2H2O2NaOHH2Cl2(3)3.45×104C4解析：(1)在碱性溶液中，甲烷燃料电池的总反应式为：CH42O22OH=CO3H2O，正极是：2O24H2O8e=8OH，负极是：CH48e10OH=CO7H2O。(2)b电极与通入甲烷的电极相连，作阴极，是H放电，生成H2；电解氯化钠溶液的总反应方程式为：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2。(3)根据得失电子守恒，可得：1 mol CH48 mol e4 mol Cl2，故若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况)，生成4L Cl2；电解池通过的电量为×8×9.65×104C·mol13.45×104C(题中虽然有两个燃料电池，但电子的传递量只能用一个池的甲烷量计算)。13(1)负(2)增大减小(3)4OH4e=2H2OO2(4)11(5)13解析：本题为电化学知识中多池连接问题。装置中有外接电源，则A、B、C全部为电解池。关键：各电极流过的电量相等，电解池之间为阴极与阳极相连。铜电极质量增加，为阴极，电极反应为Age=Ag，银电极为活性电极，电极反应为Age=Ag。则Y为电源正极；流过的电量n(e)n(Ag)0.02 mol。其他依次可解。14(1)(2)2H2e=H2(写2H2O2e=2OHH2也可)，Mg22OH=Mg(OH)2(3)4OH4e=2H2OO2(写2H2O4e=4HO2也可)(4)用拇指按住管口，取出试管，靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有蓝色火焰(5)用拇指按住管口，取出试管，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内会复燃(6)溶液呈红色，白色沉淀溶解(或大部分溶解)15(1)2AlFe2O3Al2O32Fe4Al3SiO22Al2O33Si(2)HCl和AlCl3NaCl(3)Cl22OH=ClClOH2O，HOH=H2O(4)阳Al7AlCl3e=4Al2Cl(5)致密的氧化铝膜能隔绝钢材与空气中的O2、CO2和H2O等接触，使电化学腐蚀和化学腐蚀不能发生解析：(1)铝属于活泼金属，在高温下可置换某些金属或非金属，因此有关反应的方程式为2AlFe2O3Al2O32Fe,4Al3SiO22Al2O33Si。(2)在高温下，氯气可与氢气、金属钠和铝反应生成HCl、NaCl和AlCl3，由于温度是700，所以AlCl3会升华变成气体，因此气泡的主要成分除Cl2外还含有HCl和AlCl3；NaCl熔点为801，此时NaCl不会熔化，只能在浮渣中存在，即浮渣中肯定存在NaCl。(3)尾气经冷凝后分为气体A和B，由框图可知A是氯气和氯化氢的混合气体，B是AlCl3，因此用废碱液处理A的过程中，所发生反应的离子方程式为Cl22OH=ClClOH2O和HOH=H2O。(4)既然是镀铝，所以铝必须作阳极，由于熔融盐中铝元素和氯元素主要以AlCl和Al2Cl形式存在，所以阳极的电极反应式为Al7AlCl3e=4Al2Cl。(5)铝在空气中易形成一层极薄的致密而坚固的氧化膜，它能阻止内部的金属继续被氧化，起到防腐蚀保护作用。16(1)原电池电解池(2)CH410OH8e=CO7H2OAge=Ag(3)13(4)A(g)B(g)2C(g)H50 kJ/mol(5)4(6)