- 原电池和电解池的工作原理
- 共168题
开学初,小源到建设银行营业网点兑换了此前在网上预约的中国高铁纪念币。这枚纪念币由中国人民银行发行,面额10元,每人限兑20枚,且需要提前预约。小源打算与班上同学分享自己的喜悦。他可以向大家这样介绍
①纪念币面额和实际购买力都是由中国人民银行规定的
②纪念币可以直接购买商品,也具有支付手段等货币职能
③纪念币发行量有限,具有一定的收藏价值和升值空间
④纪念币不能与同面额人民币等值流通,必须在规定时间地点使用
正确答案
解析
①错误,国家无权规定纪念币的实际购买力;④错误,纪念币与同面额人民币等值流通,在任何时间地点都可使用;由中国人民银行发行的纪念币属于法定货币,可以直接购买商品,也具有支付手段等货币职能,因其发行量有限,具有一定的收藏价值和升值空间,故②③正确。
知识点
5.金属(M)–空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点,有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为:4M+nO2+2nH2O=4M(OH) n。已知:电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是
正确答案
知识点
23.酸性锌锰干电池是一种一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是有碳粉、MnO2、NH4Cl等组成的糊状填充物,其结构如下图。该电池在放电时发生的主要反应为:Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnOOH回收处理该废旧电池可以得到多种化工原料,有关数据下图所示:溶解度/(g/100g水)
某化学课外小组设计了如下废旧电池综合利用工艺(不考虑废旧电池中实际存在的少量其他金属):
回答下列问题:
(1)该酸性锌锰干电池放电时的正极反应式为________________;
(2)晶体A的化学式为________________;
(3)操作③的名称为________________;
(4)从MnO2获得K2MnO4的反应方程式为________________;
(5)用废电池的锌皮制作ZnSO4·7H2O,需去除少量杂质铁,其方法是:
①加入足量的稀H2SO4和H2O2溶解。加入H2O2反应的离子方程式是________;
②加碱调节pH为________,使铁刚好完全沉淀,过滤。向滤液中继续加碱调节pH使锌刚好完全沉淀。过滤、洗涤。
③将沉淀溶于稀H2SO4,经过___________________(答操作名称)、过滤、洗涤、干燥得到ZnSO4·7H2O,晶体用冷水洗涤的原因是__________________________。
正确答案
(1)MnO2+e-+NH4+=MnOOH+NH3
(2)NH4Cl
(3)在空气中灼烧
(4)3MnO2+KClO3+6KOH=3K2MnO4+KCl+3H2O
(5)①2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O
②3
③蒸发浓缩、冷却结晶 降低晶体的溶解度,减少损失
解析
(1)MnO2做正极,由MnO2得电子,电极反应为MnO2+e-+NH4+=MnOOH+NH3;故答案为:MnO2+e-+NH4+=MnOOH+NH3;
(2)废电池糊状填充物加水处理后,过滤,滤液中主要有NH4Cl和ZnCl2,两个溶解度一个受温度影响较大,一个较小,可用重结晶法,二者可通过加热浓缩,冷却结晶分离回收,NH4Cl溶解度小,所以先析出NH4Cl晶体,故答案为:NH4Cl;
(3)碳粉和MnOOH都不溶,所以最后还有碳粉和MnOOH,根据碳粉和MnOOH性质,在空气中加热碳粉变为二氧化碳,MnOOH变为MnO2,故答案为:在空气中灼烧。
(4)MnO2 在熔融状态下与KClO3、6KOH发生氧化还原反应生成K2MnO4,故答案为:3MnO2+KClO3+6KOH=3K2MnO4+KCl+3H2O;
(5)①在酸性条件下Fe变为Fe2+ ,具有强氧化性的H2O2把Fe2+变成三价铁离子,故答案为:2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O;
②根据溶度积原理,Ksp[Fe(OH)3]= c(Fe3+)×c(OH-)3,c(OH-)3= Ksp[Fe(OH)3]/ c(Fe3+)=10-39/10-5==10-34,c(H+)=Kw/c(OH-)=10-2.7,所以pH为2.7,故答案为:2.7。
③由于ZnSO4·7H2O容易分解失去结晶水,所以要通过蒸发浓缩、冷却结晶后再过滤,同时由于ZnSO4·7H2O的溶解度随温度的升高而增大,因此用冰水洗涤的目的是减少洗涤过程中ZnSO4·7H2O的损耗,故答案为:蒸发浓缩、冷却结晶;降低晶体的溶解度,减少损失。
考查方向
以酸性锌锰干电池为载体,考查电极反应的书写、化学实验操作、化学方程式及离子方程式的书写、物质的分离提纯的方法等中学化学核心知识。考查了学生对知识理解、综合运用能力及阅读材料、接受信息的能力和思维能力,对相关知识的掌握情况。
解题思路
(1)MnO2做正极,由MnO2得电子生成MnOOH。
(2)废电池糊状填充物加水处理后,过滤,滤液中主要有NH4Cl和ZnCl2,两个溶解度一个受温度影响较大,一个较小,可用重结晶法,二者可通过加热浓缩,冷却结晶分离回收,NH4Cl溶解度小,所以先析出NH4Cl晶体;
(3)碳粉和MnOOH都不溶,所以最后还有碳粉和MnOOH,根据碳粉和MnOOH性质,在空气中加热碳粉变为二氧化碳,MnOOH变为MnO2;
(4)MnO2 在熔融状态下与KClO3、6KOH发生氧化还原反应生成K2MnO4;
(5)①在酸性条件下Fe变为Fe2+ ,具有强氧化性的H2O2把Fe2+变成三价铁离子,
②根据溶度积原理,Ksp[Fe(OH)3]= c(Fe3+)×c(OH-)3,进而求解pH。
③由于ZnSO4·7H2O的溶解度随温度的升高而增大,因此用冰水洗涤的目的是减少洗涤过程中ZnSO4·7H2O的损耗。
易错点
不能有效提取图表中信息,阅读材料、接受信息的能力不强,物质的分离提纯的方法掌握不熟练。
知识点
27. 电解原理在工业生产中有广泛的应用。
(1)如图为离子交换膜法电解饱和食盐水的原理示意图,下列说法不正确的是( )。
A.直流电源的左侧为负极
B.从E口逸出的气体是
C.从B口加入含少量NaOH的水溶液以增强导电性
D.从C口出来的溶液为NaOH溶液
E.每生成22.4 L ,便产生2 mol NaOH
F.粗盐水中含、
、
、
等离子,精制时先加
溶液
G.该离子交换膜为阳离子交换膜
(2)双氧水是一种重要的绿色试剂,工业上可采取电解较稀浓度的硫酸来制取双氧水(只为还原产物),其电解的化学方程式为:
。则阳极的电极反应式为( ),阴极的电极反应式为( )。
(3)高铁酸钾()易溶于水,具有强氧化性,是一种新型水处理剂。工业上用如下方法制备高铁酸钾:以
为阳极电解KOH溶液。
①高铁酸钾溶液长时间放置不稳定,会产生红色絮状物质及气泡,则该过程的离子方程式为( )。
②电解制高铁酸钾时阳极的电极反应式为( )。
正确答案
(1)ABDEF
(2)3H2O-6e-=O3+6H+, O2+2e-+2H+=H2O2
(3)
①4FeO42-+10H2O=4Fe(OH)3+8OH-+3O2↑
②Fe2O3+10OH--6e-=2FeO42-+5H2O
解析
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知识点
13.图是水煤气(成分为CO、H2)空气燃料电池的工作原理示意图,a、b均为惰性电极。下列叙述中正确的是( )
正确答案
解析
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知识点
23.RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。右图为RFC工作原理示意图,下列有关说法正确的是( )
正确答案
解析
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知识点
5.下列有关原电池和电解池的叙述中,正确的是( )
正确答案
解析
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知识点
人工光合作用能够借助太阳能,用CO2和H2O备化学原料。下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( )
正确答案
解析
依题意,二氧化碳和水太阳能作用下生成HCOOH,化学方程式为CO2+H2HCOOH。A项,人工光合作用是借助太阳能由二氧化碳和氢气生成甲酸,将太阳能储存在化学物质中,类似于光合作用的能量储存,A项正确;B项,由图示知,电子由催化剂a表面流向催化剂b表面,说明催化剂a为负极,催化剂b为正极,在原电池中,负极发生氧化反应,即水在催化剂a附近发生氧化反应,二氧化碳在催化剂b表面发生还原反应,催化剂a表面的反应式为2H2O-2e-=4H++O2↑,会生成氧气,B项正确;C项,由图示知,催化剂a区域生成H+,溶液酸性增强,而催化剂b附近生成了HCOOH,甲酸是弱酸,酸性减弱,C项不正确;D项,二氧化碳在催化剂b表面发生还原反应结合H+生成HCOOH,电极反应
为CO2+2e-+2H+=HCOOH
故D正确;
知识点
化学实验有助于理解化学知识,形成化学观念,提高探究与创新能力,提升科学素养。
(1) 在实验室中用浓盐酸与MnO2共热制取Cl2并进行相关实验。
1 列收集Cl2的正确装置时 。
②将Cl2通入水中,所得溶液中具有氧化性的含氯粒子是 。
③设计实验比较Cl2和Br2的氧化性,操作与现象是:取少量新制氯水和CCl4于试管中, 。
(2) 能量之间可以相互转化:点解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能,而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池,探究其能量转化效率。
限选材料:ZnSO4(aq),FeSO4(aq),CuSO4(aq);铜片,铁片,锌片和导线。
1 完成原电池的装置示意图(见图15),并作相应标注。
要求:在同一烧杯中,电极与溶液含相同的金属元素。
2 铜片为电极之一,CuSO4(aq)为电解质溶液,只在一个烧杯中组装原电池乙,工作一段时间后,可观察到负极 。
3 甲乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是 ,其原因是 。
(3)根据牺牲阳极的阴极保护法原理,为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀,在(2)的材料中应选 作阳极。
正确答案
见解析
解析
(1)
1 要考虑氯气的密度和尾气的处理选C
②氯气和水反应为可逆反应,所以具有氧化性的含氯粒子是Cl2、HClO、ClO-
③加入适量的NaBr溶液,充分振荡,静置。溶液分层,同时下层液体颜色为橙色。
4 完成原电池的甲装置示意图,并作相应标注。
要求:在同一烧杯中,电极与溶液含相同的金属元素。
5 溶解
6 甲,甲可以保持电流稳定,化学能基本都转化为电能。而乙中的活泼金属还可以与CuSO4溶液发生置换反应,部分能量转化为热能。
(3)Zn
知识点
下列关于下图装置的说法正确的是
正确答案
解析
略
知识点
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