鲁科版高中化学必修第二册能力课时落实2原电池电极方程式的书写化学反应速率及化学平衡的图像问题含答案

能力课时落实(二)

(建议用时：40分钟)

1．镁—次氯酸盐电池的工作原理如图，该电池总反应为Mg＋ClO－＋H2O===Mg(OH)2＋Cl－。下列有关说法正确的是(　　)

A．电池工作时，正极a附近溶液的pH将不断增大

B．电池工作时，C溶液中的溶质是MgCl2

C．负极反应式：ClO－＋2e－＋H2O===Cl－＋2OH－

D．a电极发生还原反应，每转移0.2 mol电子，理论上生成0.2 mol Cl－

A　[放电时，正极反应为ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋2OH－，所以正极a附近溶液的pH将不断增大，A正确；根据电池总反应可知，C溶液中的溶质不含镁离子，故B错误；负极反应式为Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2，故C错误；a电极发生还原反应，电极反应为ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋2OH－，所以每转移0.2 mol电子，理论上生成0.1 mol Cl－，故D错误。]

2．汽车的启动电源常用铅蓄电池，其放电时的原电池反应如下： PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。根据此反应判断，下列叙述中正确的是(　　)

A．Pb是正极

B．PbO2得电子，被氧化

C．负极反应是Pb＋SO－2e－===PbSO4

D．电池放电时，溶液的酸性增强

C　[从铅蓄电池的放电反应可以看出，放电过程中Pb失去电子变为Pb2＋，发生氧化反应，因而Pb是负极；PbO2得到电子发生还原反应，被还原；反应过程中消耗了H2SO4，使溶液的酸性减弱。]

3．某种“全氢电池”的工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．右边吸附层中发生了氧化反应

B．负极反应是H2－2e－＋2OH－===2H2O

C．该电池总反应是H＋＋OH－===H2O

D．电解质溶液中Na＋向右移动、ClO向左移动

A　[右边吸附层是电子流入的一极，为正极，发生了还原反应，故A错误；左边吸附层为负极，发生氧化反应，电极反应是H2－2e－＋2OH－===2H2O，故B正确；负极反应是H2－2e－＋2OH－===2H2O，正极反应是2H＋＋2e－===H2，该电池总反应是H＋＋OH－===H2O，故C正确；原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极，所以电解质溶液中Na＋向右移动、ClO向左移动，D正确。]

4．(2021·江苏连云港高一下期末)在2 L的密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)。测得CO2和CH3OH的物质的量随时间的变化如图所示。下列描述正确的是 (　　)

A．反应到4 min时，该反应达到最大限度

B．其他条件不变，缩小容器体积反应速率加快

C．从反应开始到10 min时，CO2的转化率为50%

D．从反应开始到10 min时，用CO2表示的反应速率为0.075 mol·L－1·min－1

B　[从反应开始到10 min时，二氧化碳和甲醇物质的量都随时间的变化而变化，反应到4 min时该反应未达到最大限度，故A错误；其他条件不变时，缩小容器体积，相当于增大体系压强，反应物浓度增大，反应速率加快，故B正确；由题图可知，从反应开始到10 min时消耗二氧化碳的物质的量为1.00 mol－0.25 mol＝0.75 mol，其转化率＝×100%＝75%，故C错误；从反应开始到10 min时，用CO2表示的反应速率为＝0.037 5 mol·L－1·min－1，故D错误。]

5．不同条件下，用O2氧化一定浓度的FeCl2溶液过程中所测的实验数据如图所示。下列分析或推测不合理的是(　　)

A．Fe2＋的氧化率随时间延长而逐渐增大

B．由②和③可知，pH越大，Fe2＋氧化速率越快

C．由①和③可知，温度越高，Fe2＋氧化速率越快

D．氧化反应的离子方程式为4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O

B　[由题中图像可知，Fe2＋的氧化率随时间延长而逐渐增大，故A正确；由②和③可知，当温度相同、pH不同时，pH越大，Fe2＋的氧化速率越慢，故B错误；由①和③可知，当pH相同、温度不同时，温度越高，Fe2＋的氧化速率越大，故C正确；氧化反应的离子方程式为4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O，故D正确。]

6．如图所示是425 ℃时，在1 L密闭容器中发生化学反应的物质浓度随时间的变化示意图。

下列叙述错误的是 (　　)

A．图①中t0时，三种物质的物质的量相同

B．图①中t0时，反应达到平衡状态

C．图②中的可逆反应为2HI(g)H2(g)＋I2(g)

D．图①②中当c(HI)＝3.16 mol·L－1时，反应达到平衡状态

B　[图①中t0时，H2、I2、HI的物质的量相等但未保持不变，没有达到平衡状态，B项错误。]

7．某温度时，在一个容积为2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间的变化曲线如图所示。根据图中数据，下列有关说法错误的是(　　)

A．该反应的化学方程式为3X＋Y===2Z

B．2 min时，反应达最大限度，但化学反应仍在进行

C．反应开始至2 min，Z的反应速率为0.05 mol·L－1·min－1

D．反应达到平衡时，压强是开始时的0.9倍

A　[分析图知Δn(X)＝0.3 mol、Δn(Y)＝0.1 mol、Δn(Z)＝0.2 mol，所以三者系数之比为3∶1∶2，该反应是可逆反应，化学方程式为3X＋Y2Z，A项错误；2 min时，反应达平衡，但化学反应没有停止，仍在进行，B项正确；v(Z)＝＝＝0.05 mol·L－1·min－1，C项正确；根据图像可知，开始时气体总物质的量为2 mol；平衡后气体总物质的量为0.9 mol＋0.7 mol＋0.2 mol＝1.8 mol，＝＝＝0.9，D项正确。]

8．乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在200 ℃左右时供电，电池总反应为C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，电池示意图如图。下列说法中正确的是 (　　)

A．电池工作时，H＋向电池的负极迁移

B．电池工作时，电流由a极沿导线流向b极

C．a极上发生的电极反应是C2H5OH＋3H2O＋12e－===2CO2＋12H＋

D．b极上发生的电极反应是4H＋＋O2＋4e－===2H2O

D　[在原电池中，阳离子向正极移动，所以氢离子向电池的正极迁移，A错误；电池工作时，电流由正极经外电路流向负极，在该电池中由b极流向a极，故B错误；a极上是乙醇失电子发生氧化反应，乙醇被氧化生成CO2和H＋，电极反应为C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋，故C错误；b极上是氧气得到电子被还原，电极反应为4H＋＋O2＋4e－===2H2O，故D正确。]

9.一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示，该电池用空气中的氧气作氧化剂，KOH溶液作电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是(　　)

A．b电极是负极

B．a电极的电极反应：N2H4＋4OH－＋4e－===N2↑＋4H2O

C．放电时，电子从a电极经过负载流向b电极

D．电池工作时，K＋从正极移向负极

C　[由题图可知，N2H4在a电极上发生氧化反应生成N2，电极反应为N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O，则a电极是负极，b电极是正极，A、B错误；放电时，电子由负极经导线流向正极，即电子从a电极经过负载流向b电极，C正确；电池工作时电解质溶液中的阳离子向正极移动，则K＋从负极移向正极，D错误。]

10．一种用于驱动检验管道焊缝设备爬行器的甲醇燃料电池的工作原理示意图如图所示，下列有关该电池的说法正确的是(　　)

A．该电池工作时，每消耗22.4 L CH3OH转移6 mol电子

B．电子由电极A经负载流向电极B，再经过氢氧化钠溶液返回电极A，形成闭合回路

C．电池工作时，OH－向电极A移动，溶液的pH减小

D．电极B上发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O

C　[没有说明甲醇是在标准状况下，无法计算甲醇的物质的量，故A错误；电子不能经过氢氧化钠溶液，故B错误；原电池中，阴离子向负极移动，即OH－向电极A移动，根据甲醇燃料电池的工作原理示意图可知，电池总反应为2CH3OH＋4OH－＋3O2===2CO＋6H2O，电池工作时溶液的pH减小，故C正确；在碱性条件下，氧气在正极得电子，电极B的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故D错误。]

11.为了研究MnO2与过氧化氢(H2O2)的反应速率，某学生加入少许的MnO2粉末于50 mL密度为1.1 g·cm－3的过氧化氢溶液中，通过实验测定在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如图所示。

请回答下列问题：

(1)放出一半气体所需要的时间为________。

(2)A、B、C、D各点反应速率大小的顺序是________。

(3)在5 min后，收集到的气体体积不再增加，原因是____________________

________________________________________________________________。

(4)过氧化氢溶液的初始物质的量浓度为________。

[解析]　(1)由题中图像可知，放出一半气体所需要的时间为1 min。

(2)反应物浓度大小决定反应速率大小，随着反应的进行，过氧化氢溶液的浓度逐渐减小，反应速率也逐渐减小，所以A、B、C、D各点反应速率大小的顺序是D>C>B>A。

(3)该反应为不可逆反应，在5 min后，收集到的气体体积不再增加，说明过氧化氢已完全分解。

(4)由题中图像可知，生成氧气的体积为60 mL。

2H2O22H2O＋O2↑

2 mol             22.4 L

n(H2O2)           0.06 L

n(H2O2)＝≈0.005 36 mol，所以c(H2O2)＝≈0.11 mol·L－1。

[答案]　(1)1 min　(2)D>C>B>A　(3)过氧化氢已完全分解　(4)0.11 mol·L－1

12.某温度时，在一个2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。

根据图中数据，试填写下列空白：

(1)该反应的化学方程式为________________________。

(2)从开始到2 min，Z的平均反应速率为________；平衡时，Y的转化率为____________；平衡时，X的浓度为____________。

(3)下列叙述能说明该反应已达到化学平衡状态的是________(填字母)。

A．容器内压强不再发生变化

B．容器内气体总物质的量不再发生变化

C．X的体积分数不再发生变化

D．相同时间内消耗2n mol的Z的同时消耗n mol的Y

E．相同时间内消耗n mol的Y的同时消耗3n mol的X

[解析]　(1)Δn(X)＝0.3 mol，Δn(Y)＝0.1 mol，Δn(Z)＝0.2 mol，所以反应的化学方程式为3X(g)＋Y(g)2Z(g)。

(2)v(Z)＝＝0.05 mol·L－1·min－1，

α(Y)＝×100%＝10%，

c(X)＝＝0.35 mol·L－1。

[答案]　(1)3X(g)＋Y(g)2Z(g)　(2)0.05 mol·L－1·min－1　10%　0.35 mol·L－1　(3)ABCD

13.被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池具有无污染、无噪音、高效率的特点。如图所示为氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为KOH溶液，电极材料为疏松多孔的石墨棒。当氧气和氢气分别连续不断地从正、负两极通入燃料电池时，便可在闭合回路中不断地产生电流。

请回答下列问题：

(1)图中通过负载的电子流动方向为________(填“向左”或“向右”)。

(2)写出氢氧燃料电池工作时的正极反应和总反应。

正极：__________________________________________________________，

总反应：________________________________________________________。

(3)为了获得氢气，除了充分利用太阳能外，工业上利用石油产品与水在催化剂作用下制取氢气。写出C3H8和H2O反应生成H2和CO的化学方程式_____________________________________________________________________

_________________________________________________________________。

(4)若将此燃料电池改为甲烷—空气燃料电池，该电池工作时的负极反应为_____________________________________________________________________

________________________________________________________________。

[解析]　(1)电子由负极流向正极，故通过负载的电子流动方向为向右。

(2)在氢氧燃料电池中，通入氢气的电极是负极，通入氧气的电极是正极，工作时正极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－。总反应是氢气和氧气反应生成水，总反应式为2H2＋O2===2H2O。

(3)该反应中反应物是C3H8和H2O，产物是CO和H2，反应条件是催化剂，所以化学方程式为C3H8＋3H2O3CO＋7H2。

(4)若将此燃料电池改为直接以甲烷和氧气为原料进行工作时，电池总离子反应方程式为CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O，则通入甲烷的电极为负极，负极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O。

[答案]　(1)向右　(2)2H2O＋O2＋4e－===4OH－　2H2＋O2===2H2O　(3)C3H8＋3H2O3CO＋7H2　(4)CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O