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填空题

(6分)(1)X、Y、Z三种金属,X、Y组成原电池,X是负极;把Y放在Z的硝酸盐溶液中,Y表面有Z析出。其活泼顺序是_________________;

(2)由氢气和氧气反应生成1mol水蒸气放热241.8 kJ,写出该反应的热化学方程式:___________________________                      _______。

(3)下列各情况,在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是                   

正确答案

(1)X>Y>Z

(2)2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-483.6 kJ·mol1

(3) ⑸⑵⑴⑶⑷

(1)在原电池中较活泼的金属作负极,失去电子,发生氧化反应。电子经导线传递到正极上,所以溶液中的阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。正极得到电子,发生还原反应。X、Y组成原电池,X是负极,因此X的金属性强于Y;Y放在Z的硝酸盐溶液中,Y表面有Z析出,则Y的金属性强于Z,所以金属性强弱顺序是X>Y>Z。

(2)氢气和氧气反应生成1mol水蒸气放热241.8 kJ,所以该反应的热化学方程式是)2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-483.6 kJ·mol1

(3)根据装置图可知,(1)装置是铁的化学腐蚀,(2)、(3)是原电池,其中(2)中铁是负极加速腐蚀,(3)中铁是正极,被保护;(4)、(5)是电解池,其中(4)中铁是阴极,被保护,(5)中铁是阳极,失去电子,加快腐蚀,所以铁片腐蚀由快到慢的顺序是⑸⑵⑴⑶⑷。

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填空题

(5)现有A、B、C、D四种金属片,①把A、B用导线连接后同时浸入稀硫酸溶液中,A上有气泡产生;②把C、D用导线连接后同时浸入稀硫酸溶液中,D发生还原反应;③把A、C用导线连接后同时浸入稀硫酸溶液中,电子流动方向为A→导线→C。根绝上述情况,回答下列问题:

(1)在①中,金属片         发生氧化反应

(2)在②中,金属片           作负极

(3)如果把B、D用导线连接后同时浸入稀硫酸溶液,则金属片       上有气泡产生

(4)上述四种金属的活动顺序是                       

正确答案

.(1) B (2)C (3)D (4)B>A>C>D

(3)PbSO4+2e-=Pb+SO42-;PbSO4+2H2O-2e-= PbO2+4H++ SO42-

在原电池中较活泼的金属作负极,失去电子,发生氧化反应。电子经导线传递到正极上,所以溶液中的阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。正极得到电子,发生还原反应。

(1)把A、B用导线连接后同时浸入稀硫酸溶液中,A上有气泡产生,说明A是正极,B是负极,所以金属B发生氧化反应,因此金属性是B大于A。

(2)把C、D用导线连接后同时浸入稀硫酸溶液中,D发生还原反应,说明D是正极,C是负极,所以金属性是C大于D。

(3)A、C用导线连接后同时浸入稀硫酸溶液中,电子流动方向为A→导线→C,所以金属性是A大于C,所以金属性强弱顺序为B>A>C>D。因此如果把B、D用导线连接后同时浸入稀硫酸溶液,则B是负极,D是正极,溶液中的氢离子在正极得到电子,生成氢气。

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简答题

(9分)下图是某化学兴趣小组探究不同条件下化学能转变为电能的装置。

请回答下列问题:

(1)当电极a为Al,电极b为Cu,电解质溶液为稀硫酸时,正极的电极反应式为:      

(2)当电极a为Al,电极b为Mg,电解质溶液为氢氧化钠溶液时,该装置        

(填“能”或“不能”)形成原电池,若不能,请说明理由;若能,请指出正、负极材料:          。当反应中收集到标准状况下224mL气体时,消耗的电极质量为       g。

(3)燃料电池的工作原理是将燃料和氧化剂(如O2)反应所产生的化学能直接转化为电能。现设计一燃料电池,以电极a为正极,电极b为负极,甲烷为燃料,采用氢氧化钠溶液为电解液;则甲烷应通入            极(填a或b,下同),电子从        极流出,电解质溶液中OH       极移动。

正确答案

(1)2H++2e-=H2↑;(2)能,镁(或b)为正极,铝(或a)为负极;0.18;(3)b;b;b

试题分析:(1)当电极a为Al,电极b为Cu,电解质溶液为稀硫酸时,由于活动性Al>Cu.所以Al为负极。Cu为正极。在正极的电极反应式为:2H++2e-=H2↑;(2)当电极a为Al,电极b为Mg,电解质溶液为氢氧化钠溶液时,由于Al能与NaOH溶液发生氧化还原反应,所以该装置能够形成原电池。Al为负极;Mg为正极。反应的总方程式为2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑。n(H2)=0.224L÷22.4L/mol=0.01mol,所以根据方程式中Al的质量为2/3×0.01mol×27g/mol="0.18g." (3)该电池为甲烷燃料电池,通入甲烷的电极为负极,通入氧气的电极为正极。由于电极a为正极,电极b为负极,所以b电极通入甲烷,电子从电源的负极流出,经用电器流回到正极。因此电子从负极b流出,在电解质溶液中,根据同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引的原则,电解质溶液中OH向正电荷较多的负极b移动。

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(9分)下图是一个甲烷燃料电池工作时的示意图,乙池中的两个电极一个是石墨电极,一个是铁电极,工作时M、N两个电极的质量都不减少,请回答下列问题:

(1)M电极的材料是      ,N的电极电极反应式为:                         ;乙池的总反应式是                    ,通入甲烷的铂电极上发生的电极反应式为    __________________________   

(2)在此过程中,乙池中某一电极析出金属银4.32g时,甲池中理论上消耗氧气为       L(标准状况下);若此时乙池溶液的体积为400mL,则乙池中溶液的H+的浓度为        

正确答案

(9分)(1)   铁 ,  4 OH- - 4 e-  = O2 ↑ + 2H2O ,

4AgNO3+2H2O 4Ag+ O2↑+4HNO3, CH4-8e-+10OH-= CO32-+7H2O 。

(2)  0.224 L,  0.1mol/L (每空1分)

(1)甲是燃料电池,通入甲烷的电极是负极,通入氧气的是正极。所以M是阴极,N是阳极。由于工作时M、N两个电极的质量都不减少,所以M是铁,N是石墨,溶液中OH-放电,所以其电极反应式是4 OH- - 4 e- = O2 ↑ + 2H2O,则乙池中总的反应式是4AgNO3+2H2O 4Ag+ O2↑+4HNO3。由于原电池中电解质溶液显碱性,所以负极的电极反应式是CH4-8e-+10OH-= CO32-+7H2O 。

(2)4.32g银的物质的量是0.04mol,则转移电子是0.04mol。所以根据电子的得失守恒可知,消耗0.01mol氧气,标准状况下的途径是0.224L。根据乙池中的总反应式可知,此时生成硝酸是0.04mol,所以氢离子的浓度是0.04mol÷0.4L=0.1mol/L。

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(6分)设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是对21世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池,一个电极通入空气,另一电极通入汽油蒸气,电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下能传导O2离子。回答如下问题:

(1)以壬烷(C9H20)代表汽油,这个电池放电时发生的化学反应的化学方程式是:

                                                           

(2)这个电池的正极发生的反应是:                 

负极发生的反应是:                          

固体电解质里的O2的移动方向是:                    

向外电路释放电子的电极是:                            

正确答案

(共6分)

(1)C9H20+14O2=9 CO2+10H2O

(2)O2+4e=2 O2–            C9H20+28O2– –56e=9CO2+10 H2O

向负极移动;负极

(1)电池总反应与C9H20燃烧的方程式类似

(2)首先写出正极:氧气得电子生成O2–:O2+4e=2 O2–

然后再用总反应减去正极反应式即可得到负极反应:

C9H20+28O2– –56e=9CO2+10 H2O

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请利用氧化还原反应Cu+2FeCl3====2FeCl2+CuCl2设计一个原电池。

正确答案

该原电池可设计如下图所示装置。

化学反应符合设计要求。该氧化还原反应可拆分为如下两个半反应:

氧化半反应(负极反应):Cu-2e-====Cu2+

还原半反应(正极反应):2Fe3++2e-====2Fe2+

结合原电池构成的条件而定,负极材料为铜,正极材料可用石墨,电解质溶液为FeCl3溶液。

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某兴趣小组利用如图所示装置进行实验。

(1)断开K2、闭合K1,U形管内除电极上有气泡外,还可观察到的现象是     ;阳极电极反应式为                。当电路中转移0.001mol电子时,右侧注射器最多可以收集到气体        mL(折算为标准状况)。

(2)断开K2、闭合K1一段时间,待注射器中充有一定量的气体后,断开K1、闭合K2,此时装置内化学能转化为电能。实现能量转化的化学方程式为               

(3)假设实验装置不漏气,当(2)中注射器内气体全部参加反应后,U形管内的溶液理论上        (填“能”或“不能”)恢复原样。

正确答案

(1)有白色沉淀生成    2Cl- - 2e-=Cl2↑    11.2    (2)H2+Cl2=2HCl   (3)能

试题分析:(1)若断开K2、闭合K1,该装置为电解池。左边的石墨电极为阳极,右边的石墨电极为阴极。在阳极由于放电能力Cl->OH-,所以发生反应:2Cl2e-=Cl2↑。在阴极由于放电能力H+>Mg2+,因此在阴极发生反应:2H++2e-=H2↑。H+不断放电,破坏了附近的水的电离平衡,水继续电离。最终使附近的水溶液显碱性。这时会发生反应:Mg2+ +2OH-=Mg(OH)2↓.因此在U形管内除电极上有气泡外,还可观察到有白色沉淀生成。当电路中转移0.001mol电子时,根据电子守恒可知右侧注射器收集的H2的物质的量为0.0005mol.其在标准状况下的体积为0.0005mo×22.4L/mol=0.0112L=11.2ml.(2)若断开K2、闭合K1,发生的的电解池反应,左边收集的是Cl2,右边收集的是H2。此时断开K1、闭合K2,装置内就实现化学能转化为电能。即发生了原电池反应。实现能量转化的化学方程式为H2+Cl2=2HCl。(3)假设实验装置不漏气,当(2)中注射器内气体全部参加反应后,根据能量守恒定律,U形管内的溶液理论上能恢复原样。

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填空题

如图甲、乙是电化学实验装置。

(1)若甲、乙两烧杯中均盛有NaCl溶液.

①甲中石墨棒上的电极反应式为____________________________________________。

②乙中总反应的离子方程式为______________________________________________。

③将湿润的淀粉KI试纸放在乙烧杯上方,发现试纸先变蓝后褪色,这是因为过量的Cl2氧化了生成的I2.若反应中Cl2和I2的物质的量之比为5∶1,且生成两种酸,该反应的化学方程式为__________________________________________________________________。

(2)若甲、乙两烧杯中均盛有CuSO4溶液.

①甲中铁棒上的电极反应式为____________________________________________。

②如果起始时乙中盛有200 mL pH=5的CuSO4溶液(25℃),一段时间后溶液的pH变为1,若要使溶液恢复到电解前的状态,可向溶液中加入________(填写物质的化学式)________ g。

正确答案

(1)①2H2O+O2+4e===4OH

②2Cl+2H2O  H2↑+Cl2↑+2OH

③5Cl2+I2+6H2O === 10HCl+2HIO3

(2)①Fe-2e=== Fe2

②CuO(或CuCO3) 0.8(或1.24)

试题分析:(1)若两烧杯中均盛有NaCl溶液,则:①甲装置为原电池,石墨棒作正极,O2放电,电极反应为:O2+2H2O+4e=== 4OH.②乙装置为电解池,石墨棒上发生氧化反应,Fe电极不参与反应,其实质与用惰性电极电解食盐水相同,离子方程式为:2Cl+2H2O  Cl2↑+H2↑+2OH.③Cl2和I2的物质的量之比为5∶1,生成HCl和HIO3.(2)若两烧杯中均盛有CuSO4溶液,则:①甲装置为原电池,铁作负极,电极反应为:Fe-2e=== Fe2.②乙装置为电解池,电解反应为:2CuSO4+2H2O  2Cu+2H2SO4+O2↑,根据电解方程式,从电解质溶液中析出Cu,放出O2,因此只需加入CuO(或CuCO3)即可恢复到电解前的状态.由电解反应式可知,2H~CuO~CuCO3,电解后n(H)=0.1×0.2=0.02(mol),

故m(CuO)=0.02××80=0.8(g),m(CuCO3)=0.02××124=1.24(g).

点评:本题考查原电池的设计及原电池的工作原理,题目难度中,注意从氧化还原反应的角度确定原电池的电极材料及电解质溶液。

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(10分)为节省药品和时间.甲、乙、丙三位同学用铜片、锌片、稀硫酸、直流电源、导线、烧杯、试管等中学化学常见的药品和仪器(用品),以巧妙的构思,“接力”的方式,设计了比较铜与锌金属活动性相对强弱的系列实验。试填写下列空白:

(1)甲同学将铜片和锌片插入盛有稀硫酸的烧杯中(铜与锌不接触),观察到的现象是   

(2)乙同学接着甲同学的实验,用导线将铜片和锌片连接起来组成原电池,此时在正极上观察到的现象是      ,负极的电极反应式为       

(3)丙同学接着乙同学的实验,去掉连接铜片和锌片的导线,将铜片和锌片分别与同一直流电源的正极和负极连接,再向烧杯中加入一定量的CuSO4溶液进行电解。此时阴极的电极反应式为        ,电解过程中溶液的pH      (填“增大”、“减小”或“不变”)。

(4)甲、乙、丙3位同学能达到比较铜和锌的金属活动性相对强弱的目的的是       

正确答案

(1)锌片表面有气泡产生,铜片上无变化   (2)铜片上有气泡产生  Zn-2e=Zn2+

(3)Cu2++2e=Cu   不变       (4)B

(1)将铜片和锌片插入盛有稀硫酸的烧杯中(铜与锌不接触),则不能构成原电池,锌直接和硫酸反应,所以锌片表面有气泡产生,铜片上无变化。

(2)在原电池中较活泼的金属作负极,失去电子,发生氧化反应。电子经导线传递到正极上,所以溶液中的阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。正极得到电子,发生还原反应。锌比铜活泼。铜是正极,溶液中的氢离子放电,生成氢气。锌是负极,失去电子,方程式为Zn-2e=Zn2+

(3)此时构成电解池,铜是阳极,失去电子,发生氧化反应。锌是阴极,溶液中的铜离子放电,析出铜,方程式为Cu2++2e=Cu ,由于阳极铜溶解,所以根据电子得失守恒可知,溶液的pH不变。

(4)根据以上分析,不难得出选项B正确,即丙无法得出金属性强弱,答案选B。

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将锌片和铜片用导线相连浸入稀硫酸中组成原电池,两电极间连接一个电流计,装置如图:

(1) 锌片上发生的电极反应:                      

铜片上发生的电极反应:                      

(2)若该电池中两电极的总质量为60g,工作一段时间后,

取出锌片和铜片洗净干燥后称重,总质量为47g,试计算产生标准状况

氢气的体积为多少L?

正确答案

(1)Zn-2e=Zn2 2H++2e=H2↑ (每空2分)   (2) 4.48 L(4分)

(1)锌比铜活泼,所以在该原电池中锌作负极,失去电子被氧化。铜作正极,溶液中的氢离子达到电子,被还原,生成氢气。

(2)反应前后电极质量减少了60g-47g=13g,所以溶解的锌的质量就是13g,物质的量为,反应中转移电子0.2mol×2=0.4mol。根据得失电子守恒可知生成氢气的物质的量是0.2mol,所以其体积是0.2mol×22.4L/mol=4.48L。

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填空题

微生物燃料电池(MFC)是燃料电池中特殊的一类,它利用微生物作为反应主体.将有机物的化学能转化为电能。以葡萄糖溶液作底物为例,其工作原理如图所示。

已知石墨电极上的反应为

C6H12O6+ 6H2O - 24e- ="====" 6CO2+ 24H

(1)电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。电池工作时,质子移向电池的_     __极(填正或负),铂碳上所发生的电极反应式为:___________       _            _______

(2)葡萄糖的燃烧热为2800 kJ·mol-1 ,写出葡萄糖完全燃烧的热化学方程式:_____________________________________________________________________

(3)化学需氧量(COD)是重要的水质指标.其数值表示将1L水中的有机物氧化为CO2、H2O所需消耗的氧气的质量。科学家设想利用微生物燃料电池来处理某些污水,并进行发电,该设想已经在实验室中获得成功。但如果1 L废水中有机物(折算成葡萄糖)氧化提供的化学能低于5.6 kJ,就没有发电的必要。则下列污水中,不适合用微生物燃料电池发电的是__________________(填序号)

正确答案

(1)正 (1分)  O2+4e-+4H=2H2O (3分)

(2)C6H12O6(s) + 6 O2(g)=6CO2(g)+ 6H2O(l) ΔH=" -2800" kJ·mol-1(3分)

(3) C E (3分)

试题分析:(1)原电池工作时,正离子移向正极,在正极发生还原反应,其电极反应式为

O2+4e-+4H=2H2

(2)葡萄糖完全燃烧生成气态的二氧化碳和液态的水,其热化学方程式为:

C6H12O6(s) + 6 O2(g)=6CO2(g)+ 6H2O(l) ΔH=" -2800" kJ·mol-1

(3)若要提供5.6 kJ的化学能,则需要5.6 kJ÷2800 kJ·mol-1=0.002mol的葡萄糖,即0.002×6=0.012mol的O2,质量为384mg,则污水的COD值至少为384mg·L-1,才有发电的必要。

点评:新型燃料电池是近年来高考的热点,考生应熟练掌握原电池的工作原理,利用知识的迁移,灵活作答。难度中等。

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填空题

原电池是一种___________               _____________装置。电子表所用的某种钮扣电池的电极材料为Zn和Ag2O,电解质溶液为KOH,其电极反应式为:

Zn+2OH-2e=ZnO+H2O        Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH

电池的负极是_____   _______,正极发生的是_______       _____反应(填反应类型),总反应式为_______________               ____________________。

正确答案

将化学能转化成电能的    Zn   还原反应     Zn+Ag2O=2Ag+ZnO

考查原电池的概念以及电极反应式的书写。原电池是一种把化学能转化为电能的装置,在原电池较活泼的金属作负极,失去电子,发生氧化反应。正极得到电子,发生还原反应。所以根据电极反应式可判断,锌是负极,氧化银是正极。正负极电极反应式想叠加,就是总反应式,所以总反应式为Zn+Ag2O=2Ag+ZnO。

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填空题

某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题(甲、乙、丙三池中溶质足量),当闭合该装置的开关K时,观察到电流计的指针发生了偏转。

请回答下列问题:

(1)甲、乙、丙三池中为原电池的是__________(填“甲池”、“乙池”或“丙池”)。

(2)丙池中F电极为__________(填“正极”、“负极”、“阴极”或“阳极”),该池的总反应式为__________。

(3)当乙池中C电极质量减轻10.8 g时,甲池中B电极理论上消耗O2的体积为__________mL(标准状况)。

(4)一段时间后,断开开关K。下列物质能使丙池恢复到反应前浓度的是__________(填选项字母)。

正确答案

(1)甲池 (2)阴极 2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑ (3)560 (4)BC

(1)甲、乙、丙三池中只有甲池中的氧化还原反应能自发进行,因此甲池为原电池。(2)丙池中F电极与甲池负极相连,为阴极,丙池为电解硫酸铜溶液,总反应式为2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑。(3)乙池中C电极反应式为Ag-e=Ag,甲池中B电极反应式为2H2O+O2+4e=4OH,则有关系式:4Ag~O2,故V(O2)=×22.4=0.56 L。(4)从丙池的电解总反应式可以看出,溶液中减少的“2Cu+O2”相当于CuO,因此可以加入CuO或CuCO3

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简答题

(燃料电池)宇宙飞船上的氢氧燃料电池,其电池反应为:2H2+O2=2H2O,试写出电解质溶液为盐酸时的电极反应式,并指出各电极和介质溶液的pH的变化,若电解质溶液为KOH时又如何?

正确答案

若电解质为盐酸时:

  负极:2H2-4e=4H+            pH变小

  正极:O2+4H+4e=2H2O   pH变大

结论:溶液被稀释,pH变大。

  若电解质为KOH时:

  负极:2H2-4e+4OH=4H2O   pH变小

  正极:O2+2H2O+4e=4OH-         pH变大

  结论:溶液被稀释,pH变小。

在负极氢气失去电子,发生氧化反应;在正极氧气得到电子,发生还原反应。若消耗H+,则pH增大;若消耗OH-,则pH减小;若生成OH-,则pH增大;若生成H+,则pH减小。若稀释酸溶液,则pH增大;若稀释碱溶液,则pH减小。

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填空题

根据氧化还原反应:2Ag(aq)+Cu(s)=Cu2(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示,其中盐桥为琼胶­饱和KNO3盐桥。请回答下列问题。                     (  )

(1)电极X的材料是________,电解质溶液Y是________。

(2)银电极为电池的________极,写出两电极的电极反应式:

银电极:_________________________________________________;

X电极:___________________________________________________。

(3)外电路中,电子是从________电极流向________电极。

正确答案

(1)铜(或Cu);AgNO3溶液 (2)正;Ag+e=Ag;Cu-2e=Cu2 (3)Cu;Ag

该题考查原电池的基本原理,根据所给反应的设计要求并结合所给装置可看出:X极是Cu,电解质溶液Y为AgNO3溶液,因为Cu比Ag活泼,所以Cu为负极,Ag为正极,电极反应式分别为:负极:Cu-2e=Cu2,正极:Ag+e=Ag,在外电路,电子由负极Cu流向正极Ag。

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