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化学竞赛空课讲义四


化学竞赛空课讲义四 一、选择题 1.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。下列说法中 正确的是( )

A.(1)(2)中 Mg 作负极,(3)(4)中 Fe 作负极 - - B.(2)中 Mg 作正极,电极反应式为 6H2O+6e ===6OH +3H2↑ - 2+ C.(3)中 Fe 作负极,电极反应式为 Fe-2e ===Fe +

- D.(4)中 Cu 作正极,电极反应式为 2H +2e ===H2↑

2.X、Y、Z 都是金属,把 X 投入 Z 的硝酸盐溶液中,X 的表面有 Z 析出,X 与 Y 组成原 电池时,Y 为电池的负极,X、Y、Z 三种金属的活泼性顺序为( ) A.X>Y>Z B.X>Z>Y C.Y>X>Z D.Y>Z>X

3.将两个铂电极放置在 KOH 溶液中,然后分别向两极通入 CH4 和 O2,即可产生电流, 称为燃料电池,下列叙述正确的是( ) - - ①通入 CH4 的电极为正极;②正极的电极反应式是 O2+2H2O+4e ===4OH ;③通入 CH4 - - - 的电极反应式是 CH4 + 2O2 + 4 e ===CO2 + 2H2O ;④负极的电极反应式是 CH4 + 10OH - 8e 2- ===CO3 +7H2O; ⑤放电时溶液中的阳离子向负极移动; ⑥放电时溶液中的阴离子向负极移动。 A.①③⑤ B.②④⑥ C.④⑤⑥ D.①②③

4.某小组为研究电化学原理,设计如图装置。下列叙述不 正确的是( . A.a 和 B.a 和 C.无论 D.无论 b b a a

)

不连接时,铁片上会有金属铜析出 2+ - 用导线连接时,铜片上发生的反应为:Cu +2e ===Cu 和 b 是否连接,铁片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色 和 b 是否连接,铁电极的质量都会减轻

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5. 一种新型燃料电池, 一极通入空气, 另一极通入丁烷气体; 电解质是掺杂氧化钇(Y2O3) 2- 的氧化锆(ZrO2)晶体, 在熔融状态下能传导 O 。 下列对该燃料电池的说法不 正确的是( ) . A.在熔融电解质中,O 移向负极 B.电池的总反应是:2C4H10+13O2===8CO2+10H2O - 2- C.通入空气的一极是正极,电极反应为:O2+4e ===2O - 2- D.通入丁烷的一极是正极,电极反应为:C4H10+26e +13O ===4CO2↑+5H2O
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6.如图所示,电流表 G 发生偏转,同时 A 极逐渐变粗,B 极逐渐变细, C 为电解质溶液。则 A、B、C 分别为( ) A .A 是 Zn,B 是 Cu,C 是稀 H2SO4 B.A 是 Cu,B 是 Zn,C 是稀 H2SO4 C.A 是 Fe,B 是 Ag,C 是稀 AgNO3 溶液 D.A 是 Ag,B 是 Fe,C 是稀 AgNO3 溶液

7.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 2Li +2H2O===2LiOH+H2↑

8.以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如下图所示。 关于该电池的叙述正确的是( ) A.该电池能够在高温下工作 B.电池的负极反应为: - + C6H12O6+6H2O-24e ===6CO2↑+24H + C.放电过程中,H 从正极区向负极区迁移 22.4 D.在电池反应中,每消耗 1 mol 氧气,理论上能生成标准状况下 CO2 气体 L 6

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9.LiFePO4 新型锂离子动力电池以其独特的优势成为深圳大运会绿色能源的新宠。已知 + - - + 该电池放电时的电极反应式,正极:FePO4+Li +e ===LiFePO4,负极:Li-e ===Li 。下 列说法中正确的是( ) A.充电时电池反应为 FePO4+Li===LiFePO4 B.充电时动力电池上标注“+”的电极应与外接电源的正极相连 + C.放电时电池内部 Li 向负极移动 + D.放电时,在正极上是 Li 得到电子被还原

10.据报道,以硼氢化合物 NaBH4(B 元素的化合价为+3 价)和 H2O2 作原料的燃料电池, 负极材料采用 Pt/C,正极材料采用 MnO2,可用作空军通信卫星电源,其工作原理如图所示。 下列说法错误的是( )

A.电池放电时 Na 从 a 极区移向 b 极区 B.电极 b 采用 MnO2,MnO2 既作电极材料又有催化作用 - - - - C.该电池的负极反应为 BH4 +8OH -8e ===BO2 +6H2O D.每消耗 3 mol H2O2 转移的电子为 3 mol



二、非选择题 11.Zn?MnO2 干电池应用广泛,其电解质溶液是 ZnCl2?NH4Cl 混合溶液。 (1)该电池的负极材料是________。 电池工作时, 电子流向________(填“正极”或“负 极”)。 2+ (2)若 ZnCl2?NH4Cl 混合溶液中含有杂质 Cu ,会加速某电极的腐蚀,其主要原因是 2+ ________________。欲除去 Cu ,最好选用下列试剂中的________(填代号)。 a.NaOH B.Zn c.Fe d.NH3·H2O (3)MnO2 的生产方法之一是以石墨为电极, 电解酸化的 MnSO4 溶液。 阴极的电极反应式是 ____________。若电解电路中通过 2 mol 电子,MnO2 的理论产量为________g。

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12.Ag2O2 是银锌碱性电池的正极活性物质,其电解质溶液为 KOH 溶液,电池放电时正 极的 Ag2O2 转化为 Ag,负极的 Zn 转化为 K2Zn(OH)4,写出该电池反应方程式:

______________________________________________________。 (2)如图为钠高能电池的结构示意图,该电池的工作温度为 320 ℃左 右, 电池反应为 2Na+xS===Na2Sx, 正极的电极反应式为____________。 M(由 Na2O 和 Al2O3 制得)的两个作用是___________________________。与铅蓄 电池相比,当消耗相同质量的负极活性物质时,钠硫电池的理论放电量是 铅蓄电池的________倍。

13.化学在能源开发与利用中起着十分关键的作用。氢气是一种新型的绿色能源,又是 一种重要的化工原料。 Ⅰ.氢氧燃料电池能量转化率高,具有广阔的发展前景。现用氢氧燃料电池进行如图所 示的实验(图中所用电极均为惰性电极):

(1)对于氢氧燃料电池,下列叙述不正确的是________。 - A.a 电极是负极,OH 移向负极 - - B.b 电极的电极反应为:O2+2H2O+4e ===4OH 点燃 C.电池总反应式为:2H2+O2=====2H2O D.电解质溶液的 pH 保持不变 E.氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置

(2)上图右边装置中盛有 100 mL 0.1 mol·L AgNO3 溶液,当氢氧燃料电池中消耗氢气 112 mL(标准状况下)时,此时 AgNO3 溶液的 pH=________(溶液体积变化忽略不计)。 Ⅱ.已知甲醇的燃烧热 Δ H=-726.5 kJ/mol,在直接以甲醇为燃料的电池中,电解质 溶液为酸性,负极的反应式为___________________________ ___________,正极的反应式 为________________________________________________________________________。 理想状态下,该燃料电池消耗 1 mol 甲醇所能产生的最大电能为 702.1 kJ,则该燃料 电池的理论效率为__________(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池
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-1

反应所能释放的全部能量之比)。 14.(1)肼(N2H4)又称联氨,是一种可燃性的液体,可用作火箭燃料。已知在 101 kPa 时,32.0 g N2H4 在氧气中完全燃烧生成氮气, 放出热量 624 kJ(25 ℃时 ),N2H4 完全燃烧 时反应的热化学方程式是____________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)肼-空气燃料电池是一种碱性燃料电池,电解质溶液是 20% ~30%的 KOH 溶液。肼 -空气燃料电池放电时,正极的电极反应式是 ______________________,负极的 电极反应式是________________________。

15.(1)高铁电池是一种新型可充电电池,与普通电池相比,该电池能较长时间保持稳定的 放电电压。高铁电池的总反应为: 放电 3Zn+2K2FeO4+8H2O???? 充电 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。请回答下列问题: ①高铁电池的负极材料是________。 ②放电时,正极发生________(填“氧化”或“还原”) - - 反 应 : 已 知 负 极 反 应 为 Zn - 2e + 2OH ===Zn(OH)2 , 则 正 极 反 应 为 ________________________________________________________________。 ③放电时,________(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。 (2)某种燃料电池的工作原理示意如图所示,a、b 均为惰 性电极。 ①使用时,空气从________口通入(填“A”或“B”); ②假设使用的“燃料”是甲醇, a 极的电极反应式为 _______________________________________; ③假设使用的“燃料”是水煤气(成分为 CO、H2),如用 这种电池电镀铜, 待镀金属的质量增加 6.4 g, 则至少消耗 标准状况下水煤气的体积为________。

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16.(1)分析如图所示的四个装置,回答下列问题:

①装置 a 和 b 中铝电极上的电极反应式分别为________________、________________。 ②装置 c 中产生气泡的电极为________电极(填“铁”或“铜”),装置 d 中铜电极上的 电极反应式为_____________________________________________ _________________________________________________________________。 (2)观察如图所示的两个装置,图 1 装置中铜电极上产生大量的无色气泡,图 2 装置中铜 电极上无气体产生,而铬电极上产生大量的有色气体。根据上述现象试推测金属铬具有 的两种重要化学性质为________________、__________________。

(3)如图是甲烷燃料电池原理示意图,回答下列问题:

① 电 池 的 负 极 是 ________( 填 “a” 或 “b”) 电 极 , 该 极 的 电 极 反 应 式 为 : ________________________________________________________________。 ②电池工作一段时间后电解质溶液的 pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。

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例 1.金属铜不溶于稀硫酸,可溶于铁盐溶液生成铜盐与亚铁盐。现将一定量的铜片加入到 100 mL 稀硫酸和硫酸铁的混合液中,铜片完全溶解(不考虑盐的水解及溶液体积的变化) (1)写出铜溶解于上述混合液的离子方程式_____________________________ _________________________________________________________________。 + + + (2)若铜完全溶解时,溶液中的 Fe3 、Cu2 、H 三种离子的物质的量浓度相等,且测得溶 - - 液的 pH=1,则溶解铜的质量是________g,溶液中的 c(SO42 )=________mol· L 1。 (3)若欲在如图所示的装置中发生反应,请判断图中的正、负极,并选出适当的物质作电 极,写出电极反应式,填在相应的表格中。

正、负极判断 X极 Y极

电极材料

电极反应式

例 2.化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。
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(1)下列相关说法正确的是________(填序号)。 A.通过某种电池单位质量或单位体积所能输出能量的多少,可以判断该电池 的优劣 B.二次电池又称充电电池或蓄电池,这类电池可无限次重复使用 C.除氢气外,甲醇、汽油、氧气等都可用作燃料电池的燃料 D.近年来,废电池必须进行集中处理的问题被提上日程,其首要原因是电池 外壳的金属材料需要回收 (2)目前常用的镍(Ni)镉(Cd)电池,其电池总反应式可表示为 充电 2Ni(OH)2+Cd(OH)2????? 放电 Cd+2NiO(OH)+2H2O 已知 Ni(OH)2 和 Cd(OH)2 均难溶于水, 但能溶于酸, 以下说法正确的是________(填序号)。 A.以上反应是可逆反应 B.反应环境为碱性 C.电池放电时 Cd 作负极 D.该电池是一种二次电池 (3)在宇宙飞船和其他航天器上经常使用的氢氧燃料电池是一种新型电源,其构造如图所 示:a、b 两个电极均由多孔的碳块组成,通入的氢气和氧气由孔隙中逸入,并在电极表 面发生反应而放电。

①a 电极是电源的________极; ②若该电池为飞行员提供了 360 kg 的水,则电路中通过 了________mol 电子。 + + (4)请运用原电池原理设计实验,验证 Cu2 、Fe3 氧化性的强弱,请画出实验装置图并写 出电极反应式。

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