4.1原电池 同步练习题 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

4.1原电池同步练习题 一、选择题 1．LED系列产品是一类新型节能产品。图甲是燃料电池的装置示意图，图乙是LED发光二极管的装置示意图。下列叙述正确的是 A．B极发生氧化反应，电极反应式为 B．每有1mol参与反应，生成0.2mol C．图甲中的离子交换膜为阴离子交换膜 D．图乙中的导线a与图甲中的A极相连，导线b与B极相连时，LED二极管可以正常发光 2．生产生活中蕴藏着丰富的化学知识。下列项目与所述的化学知识没有关联的是 选项 项目 化学知识 A 废旧铅酸蓄电池回收时加入少量 可作该反应的催化剂 B 冰在室温下自动熔化成水 冰熔化成水时熵值增大 C 合成氨原料气进入合成塔前需经过铜氨溶液 铜氨溶液可除去 D 作“钡餐” 是强电解质 A．A B．B C．C D．D 3．利用如图所示的电化学装置处理工业尾气中的硫化氢可实现硫元素的回收。下列说法中不正确的是 A．电池工作时电子由电极甲经负载向电极乙移动 B．电池工作一段时间后，理论上消耗和的体积相等 C．当有参与反应，则有由负极区进入正极区 D．电极甲上的电极反应为 4．2022年国庆节期间氢能共享两轮车在佛山丹灶仙湖试运营成为佛山一个亮点，下列有关氢能源共享单车的说法错误的是 A．氢能共享单车省力的原理其实质也是利用燃料电池的基本性质 B．氢能共享单车靠释放氢气产生的冲力使单车快速前行 C．在氢能共享两轮车中氢气做电源的负极反应物 D．大力推广使用氢能，有利于碳中和目标的实现 5．关于番茄电池的说法正确的是 A．Zn片作正极 B．Cu片质量减少 C．电子由Zn片经导线流向Cu片 D．实现了电能向化学能的转化 6．某原电池结构如图所示，下列有关该原电池的说法正确的是 A．能将电能转换成化学能 B．碳棒发生氧化反应 C．该装置中发生的反应为：Cu＋2 Fe3+＝2 Fe2+＋Cu 2+ D．电子从碳棒经外电路流向铜棒 7．理论上任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。下列能设计成原电池且极质量增加的是 选项 极 极 溶液 稀硫酸 酒精 溶液 溶液 A． B． C． D． 8．某小组研究SCN-分别与Cu2+和Fe3+的反应： 编号 1 2 3 实验 现象 溶液变为黄绿色，产生白色沉淀(白色沉淀为CuSCN) 溶液变红，向反应后的溶液中加⼊K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀，且沉淀量逐渐增多 接通电路后，电压表指针不偏转。⼀段时间后，取出左侧烧杯中少量溶液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，没有观察到蓝色沉淀 下列说法不正确的是 A．实验1中发生了氧化还原反应，KSCN为还原剂 B．实验2中“溶液变红”是Fe3+与SCN-结合形成了配合物 C．若将实验3中Fe2(SO4)3溶液替换为0.25 mol/LCuSO4溶液，接通电路后，可推测出电压表指针会发生偏转 D．综合实验1～3，微粒的氧化性与还原产物的价态和状态有关 9．电池功率大，可用于海上导航，其结构如图所示(阴离子交换膜仅允许阴离子通过)。下列说法错误的是 A．该装置是将化学能转化为电能 B．电池工作时，从碳纤维电极区透过阴离子交换膜移向铝电极区 C．Al为负极，负极的电极反应式为 D．电子移动方向：铝电极→KOH溶液→离子交换膜→溶液→碳纤维电极 10．下列有关甲、乙两种电池的说法中正确的是 A．甲：电池工作时化学能全部转化为电能 B．甲：电解液不可能采用氢氧化钠水溶液 C．乙：电池工作时，电子从a电极→灯泡→b电极→电解液→a电极 D．乙：正极电极反应式为CH3OCH3-12e- + 3H2O=2CO2 +12H+ 二、填空题 11．近段时间，全国范围内的雾霾天气严重影响了人们的身体健康，环境问题越来越受到人们的重视。处理大气中的污染物，打响“蓝天白云”保卫战是当前的重要课题。汽车尾气中含有较多的和CO，两种气体均会使人体中毒。可以利用如下化学方法将其转化为无毒无害的物质。 已知：① ② (1)请写出把汽车尾气转化为无毒无害的物质的热化学方程式：___________。 (2)通过NO传感器可监测汽车尾气中NO的含量，其工作原理如图所示： ①电极上发生的是反应___________(填“氧化”或“还原”)。 ②外电路中，电子的流动方向是从___________电极流出(填或)；电极上的电极反应式为___________。 12．能源是国民经济发展的重要基础，如何合理利用现有能源以及开发新能源一直是研究的重点课题。 (1)在、时，完全燃烧生成液态水时放出的热量是。在直接以甲烷为燃料电池时，电解质溶液为酸性，负极的反应式为___________。理想状态下，该燃料电池消耗甲烷所能产生的最大电能为，则该燃料电池的理论效率(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反应所能释放的全部能量之比)为___________。 (2)已知部分键能(E)数据如下： 化学键 946 389 243 431 反应___________。 (3)将煤转化为水煤气的方法是通过化学高温方法将煤转化为洁净燃料的方法之一，煤转化为水煤气的主要反应为。有关物质的燃烧热数据如下表所示： 物质 C 已知：转化为放出的热量。 ①写出C完全燃烧的热化学方程式___________。 ②写出煤转化为水煤气的主要反应的热化学方程式：___________。 13．回答下列问题 (I)以下几种物质为中学化学中常见的物质，请用序号填空： ①Cu单质②醋酸溶液③乙醇④熔融NaCl⑤固体⑥HCl气体⑦光导纤维⑧氨水⑨蔗糖晶体⑩胶体 (1)上述状态下可导电的有___________。 (2)属于强电解质的有___________。 (Ⅱ)请按要求书写下列离子方程式 (3)醋酸和NaOH溶液反应___________。 (4)Cu和稀硝酸反应___________。 (5)溶液与过量氨水反应___________。 (6)碱性条件下制备高铁酸钠：___________。 _______________________________________________________+___________ (7)已知酸性：，请写出少量通入溶液中发生的反应的离子方程式为___________。 (Ⅲ)一定条件下，按下图连接装置，电压计指针发生偏转。该原电池工作一段时间后，两电极质量均增大。 + (8)请写出负极反应式___________。 (9)总反应的离子方程式___________。 (10)盐桥中的向___________方向移动(填左或右) 14．短周期主族元素A、B、C、D、E、F的原子序数依次增大，它们的原子核外电子层数之和为13。B的化合物种类繁多，数目庞大；C、D是空气中含量最多的两种元素，D、E两种元素的单质反应可以生成两种不同的离子化合物；F为同周期原子半径最小的元素。试回答以下问题：(所有答案都用相应的元素符号作答) (1)化学组成为AFD的结构式为___，A、C、F三种元素形成的化合物CA4F为___化合物(填“离子”或“共价”)。 (2)化合物甲、乙由A、B、D、E中的三种或四种组成，且甲、乙的水溶液均呈碱性。则甲、乙反应的离子方程式为___。 (3)由D、E形成的简单离子的离子半径由大到小的顺序是___。 (4)元素B和C的非金属性强弱，B的非金属性___于C(填“强”或“弱”)，并用化学方程式证明上述结论___。 (5)以CA3代替氢气研发燃料电池是当前科研的一个热点。CA3燃料电池使用的电解质溶液是2 mol•L-1的KOH溶液，电池反应为：4CA3+3O2=2C2+6H2O。该电池负极的电极反应式为___；每消耗3.4gCA3转移的电子数目为___。 15．放热反应在生产、生活中用途广泛。 (1)已知时，甲烷不完全燃烧生成和液态水时放出热量，则甲烷不完全燃烧的热化学方程式为___________。 (2)甲烷可以消除氮氧化物污染，发生的反应为，在体积固定的密闭容器中，每次实验均加入和，使、，在不同条件下进行反应，测得随时间的变化情况如下表： 实验序号 时间/ 温度 浓度/℃ 10 20 30 40 50 1 800 0.80 0.67 0.57 0.50 0.50 2 800 0.60 0.50 0.50 0.50 0.50 ①实验1中，在内，___________，40min时v(正)___________v(逆)(填：“大于”、“小于”、“等于”)。 ②内，实验2比实验1反应速率快的原因可能是___________。 (3)乙醇应用于燃料电池，该电池采用可传导的固体氧化物为电解质，其工作原理如图1所示。b极电极反应式为___________。 (4)硝酸铵在高温或猛烈撞击时易爆炸，放出大量的热。高温分解不可能生成。理由是___________。 【参考答案】 一、选择题 1．A 【分析】根据图示，A极上H2O2转化为OH-，发生还原反应：，则A极为正极，B极为负极，负极发生氧化反应生成，电极反应式为：，能透过离子交换膜进入A极区生成NaOH，则离子交换膜为阳离子交换膜，据此分析解答。 解析：A．据图可知，碱性环境中，B电极上中-1价的H被氧化，电极反应式为，A正确； B．A电极上中-1价的O被还原为-2价，所以1mol参与反应时转移2mol电子，根据B电极反应可知生成0.25mol，B错误； C．A电极的反应式为，产物为NaOH，为了能够使负极的顺利到达正极，离子交换膜应为阳离子交换膜，C错误； D．根据电子流向可知导线a应与原电池的负极相连，即与图甲中的B极相连，导线b与A极相连，D错误； 答案选A。 2．D 解析：A．废旧铅酸蓄电池回收时加入少量是由于可作该反应的催化剂，A不符合题意； B．物质由固态变为液态，物质微粒混乱度上升，熵值增大，B不符合题意； C．合成氨原料气进入合成塔前需经过铜氨溶液是利用铜氨溶液来吸收CO气体，C不符合题意； D．作“钡餐”，是由于既不溶于HCl，且不被X射线透过，与其是强电解质无关，D符合题意； 故选D 3．B 解析：A．由图可知，电池工作时，甲为负极，电子经电路从甲流向乙，A正确； B．该电池总反应为2H2S+O2=S2+2H2O，理论上消耗O2和H2S的体积比为1∶2，B错误； C．电子在导线上流动，离子在溶液中移动，从而形成闭合回路；负极的电极方程式为：2H2S-4e-=S2+4H+，当有1molH2S参与反应，转移2mol电子，则电解质溶液中有2molH+由负极区进入正极区，C正确； D．电解质为质子固体电解质环境，环境是酸性环境，没有OH-离子，故电极甲上的电极反应式应为，D正确； 故选B。 4．B 【分析】氢能共享单车使用的是氢燃料电池，其化学原理是利用催化剂使氢气和氧气反应，将化学能直接转化为电能； 解析：A．氢能共享单车省力的原理其实质也是利用燃料电池的基本性质，A正确； B．氢能共享单车其化学原理是利用催化剂使氢气和氧气反应，将化学能直接转化为电能，B错误； C．氢能共享单车使用的是氢燃料电池，氧气作氧化剂在正极反应，氢气作还原剂在负极反应，C正确； D．氢燃料电池的产物是水，推广使用氢能，有利于碳中和目标的实现，D正确； 故答案为：B。 5．C 【分析】番茄电池为原电池，活泼电极做负极，Zn比Cu活泼，Zn片作负极，Cu作正极，负极上Zn失去电子变为锌离子，Zn片质量减小。 解析：A. 番茄电池为原电池，活泼电极做负极，Zn比Cu活泼，Zn片作负极，故A错误； B. Zn片作负极，失去电子变为锌离子，Zn片质量减少，故B错误； C. 电子由负极经导线流向正极，则电子由Zn片经导线流向Cu片，故C正确； D. 原电池是将化学能转化为电能的装置，故D错误； 答案选C。 6．C 解析：A．该装置为原电池，能将化学能转换成电能，错误； B．碳棒是正极，发生还原反应：Fe3＋＋e-=Fe2＋，错误； C．该反应总反应为Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+，正确； D．电子从铜棒经外电路流向碳棒，错误。 7．D 解析：A．铁与稀硫酸反应是氧化还原反应，但表现为b极的溶解，A错误； B．铜和银插在酒精溶液中，不存在反应且未形成闭合回路，B错误； C．锌与氯化铁发生氧化还原反应生成氯化锌和氯化亚铁，b极质量不会增加，C错误； D．铁与硫酸铜发生置换反应，是氧化还原反应，且b极上铜离子得电子生成铜单质吸附从而质量增重，D正确； 故选D。 8．C 解析：A．在反应1中，SCN-失去电子被氧化为(SCN)2，Cu2+得到电子被还原为Cu+，Cu+再与SCN-反应产生CuSCN沉淀，反应方程式为2Cu2++4SCN-=2CuSCN↓+(SCN)2，该反应中KSCN为还原剂，A正确； B．Fe3+与SCN-反应产生络合物Fe(SCN)3，使溶液变为血红色，B正确； C．在实验2中溶液变为红色，发生可逆反应：Fe3++3SCN-Fe(SCN)3，反应产生Fe(SCN)3使溶液变为红色。向反应后的溶液中加入K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀，且沉淀量逐渐增多，说明其中同时还发生了氧化还原反应：2Fe3++2SCN-=2Fe2++(SCN)2，Fe2+与[Fe(CN)6]3+反应产生Fe3[Fe(CN)6]2蓝色沉淀，因此接通电路后，电压表指针会发生偏转。将0.125 mol/LFe2(SO4)3溶液与0.05 mol/LCuSO4溶液通过U型管形成闭合回路后，接通电路后，电压表指针不偏转，说明没有发生氧化还原反应，未产生Fe2+，故滴入K3[Fe(CN)6]溶液，也就不会产生蓝色沉淀，可见Fe2(SO4)3溶液浓度降低后不能发生氧化还原反应，故若加入CuSO4溶液0.25 mol/L，比0.5 mol/LCuSO4溶液浓度也降低一半，则接通电路后，可推测出电压表指针也不会发生偏转，C错误； D．0.5 mol/LCuSO4溶液及0.25 mol/L溶液会与0.1 mol/LKSCN溶液发生氧化还原反应，当三种物质浓度都是原来的一半时，未发生氧化还原反应，说明微粒的氧化性与还原产物的价态和状态有关，D正确； 故合理选项是C。 9．D 解析：A．该装置是原电池装置，将化学能转化为电能，A正确； B．铝为活泼金属发生氧化反应生成偏铝酸根离子，为负极，原电池中阴离子向负极迁移，故电池工作时，从碳纤维电极区透过阴离子交换膜移向铝电极区，B正确； C．Al为负极，失去电子发生氧化反应，负极的电极反应式为，C正确； D．电子不能进入电解质溶液，D错误； 故选D。 10．B 【分析】由图可知，甲中钠为活泼金属，a为负极、b为正极；乙中氧气发生还原反应，b为正极、a为负极； 解析：A．电池工作时也会发热，即化学能部分转化为热能，A错误； B．根据装置图中可知有O的迁移，而O不能存在于水溶液中，所以电解液不可能采用氢氧化钠水溶液，B正确； C．电池工作时，电子只在外电路中转移，即电子从a电极→灯泡→b电极，C错误； D．正极发生还原反应，电极反应式为：O2+4e- +4H+=2H2O，D错误。 故选B。 二、填空题 11．(1)2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g) ΔH＝-744 kJ·mol－1 (2) 氧化 NiO NO+O2--2e-=NO2 解析： (1)汽车尾气中含有NO和CO转化为无毒的N2和CO2，化学方程式为2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)，可由反应②-反应①；则△H=-564 kJ·mol－1-(＋180 kJ·mol－1)=-744 kJ·mol－1，则热化学方程式为2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g) ΔH＝-744 kJ·mol－1； (2)①由图可知，NiO电极上氮元素由+2价升高为+4价失电子，故NiO电极发生氧化反应； ②由①分析知，NiO电极为负极，Pt电极为正极，原电池工作时，电子从负极(NiO电极)流出经外电路流向正极，故此处填：NiO；NO在NiO电极上失电子被氧化为NO2，初步确定电极反应式为：NO-2e-→NO2，根据图示知可在左边添加1个O2-配平电荷守恒和元素守恒，得完整电极反应为：NO+O2--2e-=NO2，故此处填：NO+O2--2e-=NO2。 12．(1) CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+ 85% (2)-469kJ/mol (3) C(s)+O2(g)=CO2(g) ∆H=-393.5kJ/mol C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ∆H=+131.0kJ/mol 解析：（1）由燃料电池是原电池的一种，负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应，甲烷燃烧生成二氧化碳和水，但在酸性介质中，正极不会生成大量氢离子，则电解质参与电极反应，甲醇燃料电池的负极反应式为CH4+2H2O-8e-=CO2+8H+，正极反应式为2O2+8H++8e-=4H2O，又该电池的理论效率为消耗1mol甲烷所能产生的最大电能与其燃烧热之比，则电池的理论效率为=×100%=85% ，故答案为CH4+2H2O-8e-=CO2+8H+；85%； （2）根据反应物的键能总和减去生成物的键能总和计算反应热，该反应的ΔH=6×389+3×243-946-6×431=-469kJ/mol； （3）①碳完全燃烧生成二氧化碳的反应，标注物质聚集状态和对应反应的焓变，C完全燃烧的热化学方程式为：C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-393.5kJ/mol，故答案为C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-393.5kJ/mol； ②由a：C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-393.5kJ/mol b：CO(g)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-283.0kJ/mol c：H2(g)+O2(g)=H2O(l) ΔH=-285.8kJ/mol d：H2O(g)=H2O(l) ΔH=-44.0kJ/mol， 根据盖斯定律，a-b-c+d得：C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ∆H=+131.0kJ/mol，故答案为C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ∆H=+131.0kJ/mol。 13．(1)①②④⑧⑩ (2)④⑤⑥ (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10)左 解析：（1）金属或者存在阴阳离子的溶液能导电，故能导电的为①②④⑧⑩； （2）强电解质是能完全电离的化合物，属于强电解质的有④⑤⑥； （3）醋酸和NaOH溶液发生中和反应生成醋酸钠和水，反应方程式为； （4）Cu和稀硝酸反应生成硝酸铜、NO和水，反应的离子方程式为； （5）溶液与过量氨水反应生成氢氧化铝沉淀，反应的离子方程式为； （6）碱性条件下制备高铁酸钠，化合价升高从+3价变为+6价，从+1价变为-1价，根据得失电子守恒可知； （7）根据强酸制弱酸的原理，反应的离子方程式为； （8）该装置为原电池，左池为负极，Ag失电子，发生氧化反应，生成Ag+，Ag+与Cl-结合生成AgCl沉淀，电极反应式为：，电极质量增加；右池为正极，Ag+得电子，发生还原反应，生成Ag单质，电极反应式为：，电极质量也增加。 （9）正负极反应加和是电池的总反应，总反应的离子方程式； （10）原电池中阴离子移向负极，故盐桥中的向左侧。 14． H—O—Cl 离子 OH-+=+H2O r(O2-)＞r(Na+) 弱 Na2CO3+2HNO3=CO2↑+H2O+2NaNO3或NaHCO3+HNO3=CO2↑+H2O+NaNO3 2NH3+6OH--6e-=N2+6H2O 0.6NA 【分析】根据B形成的化合物种类繁多，则可确定B为C元素；根据C、D为空气中含量最多的两种元素，且A、B、C、D、E、F的原子序数依次增大，所以C为N元素； D为O元素；D、E形成两种不同的离子化合物，则E为Na 元素；F为同周期半径最小的元素，E、F同周期，所以F为C1元素；它们的原子核外电子层数之和为13，则A为H元素，然后结合元素及其单质、化合物的性质来解答。 解析：根据上述分析可知：A是H，B是C，C是N，D是O，E是Na，F是Cl元素。 (1)化学组成为AFD是HClO，O原子最外层有6个电子，其中的2个成单电子分别与H、Cl原子形成共价键，使分子中各个原子都达到稳定结构，故HClO的结构式为H-O-Cl；A、C、F三种元素形成的化合物CA4F为NH4Cl，该物质是由与Cl-以离子键结合形成的离子化合物； (2)化合物甲、乙是由A、B、D、E中的三种或四种组成，且甲、乙的水溶液均呈碱性。一种是NaOH，一种是NaHCO3，二者反应产生Na2CO3、H2O，则甲、乙反应的离子方程式为OH-+=+H2O； (3)D是O，E是Na，二者形成的离子O2-、Na+核外电子排布都是2、8，它们的电子层结构相同，对于电子层结构相同的离子，核电荷数越大，离子半径越小，所以离子半径由大到小的顺序是：r(O2-)＞r(Na+)； (4)B是C，C是N元素，二者是同一周期元素。同一周期元素，原子序数越大，元素的非金属性越强，所以元素的非金属性：C比N弱；元素的非金属性越强，其最高价氧化物对应的水化物的酸性就越强，强酸与弱酸盐发生复分解反应制取弱酸，可根据：Na2CO3+2HNO3=CO2↑+H2O+2NaNO3或NaHCO3+HNO3=CO2↑+H2O+NaNO3证明元素的非金属性：C＜N； (5)A是H，C是N，CA3是NH3，将其设计为原电池，总反应方程式为：4NH3+3O2=2N2+6H2O，在负极上NH3失去电子被氧化反应产生N2，负极的反应式为2NH3+6OH--6e-=N2+6H2O，每有1 mol NH3反应转移3 mol电子，3.4 gNH3的物质的量n(NH3)==0.2 mol，则转移电子的物质的量是n(e-)=0.2 mol×3=0.6 mol，则转移的电子数目是N(e-)=0.6NA。 15．(1) (2) 等于 实验2使用了催化剂 (3) (4)硝酸铵中的氮元素有和，在高温条件下，本身便会发生强烈的氧化还原反应，氮元素转变成中间价态，而所给产物氨气中氮元素仍为价，不符合氧化还原反应的价态规律 解析：（1）甲烷的物质的量为，不完全燃烧生成和液态水时放出热量，则甲烷不完全燃烧放出的热量为：，故甲烷不完全燃烧的热化学方程式为：。 （2）从表格中可以看出时的浓度变化量为：，根据方程式中的系数比，的浓度变化量为，用表示的化学反应速率为：；实验1中时已经达到平衡，故v(正)等于v(逆)；实验1和实验2达到平衡时的浓度相同，实验2比实验1反应速率快的原因可能是：实验2使用了催化剂。 （3）该装置为原电池装置，空气通入的电极为正极，即b极为正极，电极反应式为：。 （4）硝酸铵中的氮元素有和，在高温条件下，本身便会发生强烈的氧化还原反应，氮元素转变成中间价态，而所给产物氨气中氮元素仍为价，不符合氧化还原反应的价态规律。 学科网（北京）股份有限公司 $$