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第19讲 原电池 化学电源（能力训练）-2022年高考化学一轮复习讲练全能王（有答案）
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这是一份第19讲 原电池 化学电源（能力训练）-2022年高考化学一轮复习讲练全能王（有答案），文件包含第19讲原电池化学电源能力训练解析版doc、第19讲原电池化学电源能力训练原卷版doc等2份试卷配套教学资源，其中试卷共35页， 欢迎下载使用。
第19讲 原电池 化学电源（能力训练）
(50分钟，100分)
一、选择题：（12个小题，每题4分，共48分）
1．在日常生活中，我们经常看到铁制品生锈、铝制品表面出现白斑等众多的金属腐蚀现象。可以通过下列装置所示实验进行探究。下列说法正确的是
A．按图Ⅰ装置实验，为了更快更清晰地观察到液柱上升，采用下列方法：用酒精灯加热左边的具支试管
B．图Ⅲ装置的总反应为4Al＋3O2＋6H2O=4Al(OH)3，生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑
C．图Ⅱ是图Ⅰ所示装置的原理示意图，图Ⅱ的正极材料是铁
D．铝制品表面出现白斑可以通过图Ⅲ装置进行探究，Cl-由活性炭区向铝箔表面区迁移，并在铝箔上发生电极反应：2Cl--2e-=Cl2↑
【答案】B
【解析】
A．具支试管内气体受热压强增大，部分气体溢出，冷却后，气体压强减小，不能更快更清晰地观察到液柱上升，A错误；
B．正极与负极反应式相加得到图Ⅲ装置的总反应为4Al＋3O2＋6H2O=4Al(OH)3，生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑，B正确；
C．负极材料为铁，正极为碳棒，C错误；
D．铝箔为负极，反应式为：4Al-12e-=4Al3+，碳棒为正极，反应式为：3O2+12e-+6H2O=12OH-，D错误；
答案选B。
2．一种电池装置如图所示，它能溶解辉铜矿石(主要成分是Cu2S)制得硫酸铜。下列说法正确的是
A．M极为正极
B．X交换膜为阳离子交换膜
C．M极上的电极反应式为Cu2S-10e-+4H2O=2Cu2++8H++
D．外电路上每通过2mol电子，左室溶液增重32g
【答案】C
【解析】
A．电池工作时，M极：Cu2S-CuSO4，失电子为负极，则N极为正极，A项错误；B．M极上的电极反应式为Cu2S-10e-+4H2O=2Cu2++8H++，因为M极产生的Cu2+与的物质的量比为2：1，故右室中需通过X交换膜进人左室，则X交换膜是阴离子交换膜，B项错误；
C．M极上的电极反应式为Cu2S-10e-+4H2O=2Cu2++8H++，C项正确；
D．因为外电路上每通过2 mol电子，左室溶液中除了有0.2 mol Cu2S溶解，还有右室中的通过X交换膜进入左室，故增重超过32 g，D项错误；
答案选C。
3．浓度差电池是指电池内物质变化仅是由一物质由高浓度变成低浓度且过程伴随着吉布斯自由能转变成电能的一类电池。如图所示的浓度差电池示意图，下列有关说法正确的是
A．a极为原电池的负极
B．c为Cu2+交换膜
C．电流计为0时，两极的CuSO4浓度相等
D．转移1mol电子时，右池增重48g
【答案】C
【分析】
左侧硫酸铜溶液浓度大，所以左侧发生Cu2++2e-=Cu，发生还原反应为正极，右侧硫酸铜溶液浓度小，所以右侧发生Cu-2e-=Cu2+，发生氧化反应为负极。
【解析】
A．根据分析可知a极为原电池正极，A错误；
B．左侧消耗Cu2+，右侧生成Cu2+，为了平衡电荷，左侧的SO需迁移到右侧，所以c为阴离子交换膜，B错误；
C．根据浓度差电池的定义可知当两室硫酸铜溶液浓度相等时，将不再产生电流，C正确；
D．转移1mol电子时，右池生成0.5molCu2+，左侧迁移到右侧0.5mol SO，所以右池增重即0.5molCuSO4的质量，为0.5mol×160g/mol=80g，D错误；
综上所述答案为C。
4．中国科学院大连化物所的研究团队创新性提出锌碘单液流电池的概念，实现锌碘单液流中电解液的利用率近100%，其原理如图所示。下列说法正确的是
A．放电时A电极反应式为：Zn2++2e-=Zn
B．放电时电解质储罐中离子总浓度减小
C．M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜
D．充电时A极增重65g，C区增加离子数为2NA
【答案】C
【解析】
A．放电时A电极是负极，A极反应式为：Zn-2e-=Zn2+，故A错误；
B．放电时，A区发生反应Zn-2e-=Zn2+，C区Cl-进入A区，所以电解质储罐中离子总浓度增大，故B错误；
C．放电时，C区Cl-进入A区、K+进入B区，所以M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜，故C正确；
D．充电时A极增重65g，A区发生反应Zn2++2e-=Zn，电路中转移2mol电子，根据电荷守恒，2molCl-自A区进入C区，2molK+自B区进入C区，C区增加离子数为4NA，故D错误；
选C。
5．2019年诺贝尔化学奖颁给在锂离子电池发展方面作出突出贡献的三位科学家。下面是最近研发的Ca-LiFePO4可充电电池的工作示意图，锂离子导体膜只允许Li+通过，电池反应为：xCa2++ 2LiFePO4xCa + 2Li1-xFePO4+2xLi+ 下列说法错误的是
A．放电时，负极反应为： LiFePO4-xe-=2Li1-xFePO4+xLi+
B．充电时，Li1-xFePO/LiFePO4电极发生Li+脱嵌，放电时发生Li+嵌入
C．充电时，当转移0.2 mol电子时，理论上左室中电解质的质量减轻2.6g
D．LiPF6-LiAsF6为非水电解质，其与Li2SO4溶液的主要作用都是传递离子
【答案】A
【分析】
由总反应式可知，放电时为原电池反应，Ca化合价升高被氧化为负极，电极反应式为Ca-2e-=Ca2+，Li1-xFePO4被还原，为原电池正极反应，电极反应式为Li1-xFePO4+xLi++e-=LiFePO4，充电是电能转化为化学能的过程，阳极反应和原电池正极相反，阴极反应和原电池负极相反，以此解答该题。
【解析】
A．放电时，负极反应为： Ca-2e-=Ca2+，使左室中正电荷数目增多，锂离子导体膜只允许Li+通过，使LiPF6-LiAsF6电解质中的Li+通过锂离子导体膜移入右室，正极反应为：Li1-xFePO4+xLi++xe -==LiFePO4，电极发生Li+嵌入，A错误：
B．充电时，阳极发生：LiFePO4-xe-= xLi++Li1- xFePO4，电极发生Li+脱嵌，阴极发生： Ca2+ +2 e-=Ca，转移0.2 mol电子时，有0.2 mol Li+从右室通过锂高子导体膜移入左室，左室电解质中有0.1 mol Ca2+得电子生成Ca沉积在钙电极上，故左室中电解质的质量减轻40×0.1g -7×0.2 g=2.6g，B正确：
C．由B选项分析，可知当转移0.2 mol电子时，理论上左室中电解质的质量减轻2.6g，C正确；
D．钙与水能够剧烈反应，所以，左室中的LiPF6-LiAsF电解质一定为非水电解质，Li2SO4溶液为右室中的电解质溶液，它们的主要作用都是传递离子，形成电流，构成闭合回路，D正确。
故选：A。
6．锌电池具有价格便宜、比能量大、可充电等优点。一种新型锌电池的工作原理如图所示(凝胶中允许离子生成或迁移)。下列说法正确的是
A．放电过程中，向a极迁移
B．充电过程中，b电极反应为：Zn2++2e-=Zn
C．充电时，a电极与电源正极相连
D．放电过程中，转移0.4mole-时，a电极消耗0.4molH+
【答案】C
【解析】
A．放电过程中，a为正极， b极为负极，溶液中阳离子移向正极，阴离子移向负极，所以放电过程中，向b极迁移，A项错误；
B．充电过程中b电极得到电子发生还原反应，由于在碱性环境中Zn以形式存在，则充电过程中, b电极应为: +2e-=Zn+4OH-，B项错误；
C．由图示可知，充电时，a电极失电子发生氧化反应，即a电极与电源正极相连，C项正确；
D．放电过程中b电极为负极，其电极反应式为Zn+4OH--2e-= ， a极为正极，则其电极反应式为, MnO2+4H++2e-=Mn2+ +2H2O，所以放电过程中，转移0.4mole-时，a电极消耗0.8molH+，D项错误；
答案选C。
7．火星大气中含有大量，一种有参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时
A．负极上发生还原反应 B．在正极上得电子
C．阳离子由正极移向负极 D．将电能转化为化学能
【答案】B
【解析】
根据题干信息可知，放电时总反应为4Na+3CO2=2Na2CO3+C。
A．放电时负极上Na发生氧化反应失去电子生成Na+，故A错误；
B．放电时正极为CO2得到电子生成C，故B正确；
C．放电时阳离子移向还原电极，即阳离子由负极移向正极，故C错误；
D．放电时装置为原电池，能量转化关系为化学能转化为电能和化学能等，故D错误；
综上所述，符合题意的为B项，故答案为B。
8．近年来钾离子电池的研发受到广泛重视。一种“摇椅式”钾离子电池原理如图所示。电池反应为：K(1-x)FePO4+KxC8KFePO4+8C，下列叙述错误的是
A．放电时，a极是正极
B．充电时，若x=1/3，则a极材料中n(Fe2+)：n(Fe3+)=1：2
C．充电时，b极反应式：xK++xe-+8C=KxC8
D．放、充电时，图中箭头所示为K+的移动方向，形同“摇椅”
【答案】B
【分析】
根据总反应，放电过程为原电池反应，总反应为：K1-xFePO4+KxC8KFePO4+8C，阳离子K+移向正极，则a极为正极，b极为负极，负极电极反应为：KxC8-xe-=xK++8C，正极电极反应为：K1-xFePO4+xK++xe-=KFePO4；充电过程为电解池，根据总反应KFePO4+8CK1-xFePO4+KxC8，a极为阳极，电极反应：KFePO4-xe-=K1-xFePO4+xK+，b极为阴极，电极反应：xK++xe-+8C=KxC8，据此分析解题。
【解析】
A．放电时为原电池反应，阳离子K+脱离负极表面进入电解质溶液中，移向正极，则a极为正极，A正确；
B．充电时为电解池，若x=，根据化合价的代数和为0，设Fe2+的物质的量为a，Fe3+的物质的量为b个，则a+b=1，根据化合价的代数和为0，正化合价之和为(1-)+2a+3a，PO43-的负化合价为-3价，即(1-)+2a+3a+(-3)=0，解得a=，b=，所以K1-xFePO4中的n(Fe2+)：n(Fe3+)=2：1，B错误；
C．由分析得出充电时，b极反应式为：xK++xe-+8C=KxC8，C正确；
D．放电过程为原电池反应，阳离子K+移向正极，充电过程为电解池，阳离子K+移向阴极，则图中箭头所示为K+的移动方向，形同“摇椅”，D正确。
9．化学对提高人类生活质量和促进社会发展具有重要作用，下列说法中正确的是
A．碳酸钠可用于制作糕点的膨松剂，是因为加热能分解出二氧化碳
B．电热水器用镁棒防止内胆腐蚀，采用的是牺牲阳极的阴极保护法
C．含棉、麻、丝、毛及合成纤维的废旧衣物燃烧处理时都只生成CO2和H2O
D．高纯铝被大量用于制造火箭、导弹和飞机的外壳
【答案】B
【解析】
A．碳酸氢钠受热产生二氧化碳，碳酸钠受热不分解，A错误；
B．Mg活泼性强，作牺牲阳极，保护电热水器内胆，B正确；
C．蛋白质或合成纤维除C、H、O元素外，可能还有P、S等其他元素，燃烧时不止生成二氧化碳和水，C错误；
D．高纯铝硬度较小，不能作为火箭、导弹、飞机外壳，D错误；
答案选B。
10．某兴趣小组利用电化学原理降解酸性废水中的NO，装置如图所示。下列说法正确的是
A．Pt 电极可用Cu电极代替
B．负极反应式为： 2NO+10e- +12H+=N2+6H2O
C．溶液中电子通过质子交换膜由Ag电极向Pt电极移动
D．若外电路转移lmol电子，则膜两侧电解液质量共减少38.3g
【答案】D
【分析】
由装置示意图中可知Pt电极上NO转化为N2，发生还原反应，故Pt电极为正极，则Ag电极为负极，发生的电极反应为：Cl-+Ag-e-=AgCl↓，据此分析解题。
【解析】
A. 由于Cu比Ag活泼，故Pt电极不可用Cu电极代替，否则Cu直接与酸性条件下的NO反应，不构成原电池，A错误；
B. 根据原电池中负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故负极反应式为：Cl-+Ag-e-=AgCl↓，而 2NO+10e- +12H+=N2+6H2O是正极反应式，B错误；
C. 由分析可知，Pt电极是正极，Ag为负极，故溶液中H+通过质子交换膜由Ag电极向Pt电极移动，电子只能在导线上定向移动而不能通过溶液，C错误；
D. 根据电池的总反应可知，10Ag +10Cl-+12H++2NO=10AgCl↓+N2+6H2O，转移10mol电子两极质量减少：（10×35.5+28）g，故若外电路转移lmol电子，则膜两侧电解液质量共减少38.3g，D正确；
故答案为：D。
11．氢氧燃料电池以高效环保的优势应用于航天等领域。下列关于该电池的说法正确的是
A．燃料电池的能量转化率可以达到100%
B．O2在电池的正极发生氧化反应
C．该电池的总反应为2H2 + O22H2O
D．当有1molO2完全反应时，转移的电子数为4NA
【答案】D
【解析】
A．燃料电池是将化学能转化为电能的装置，还会伴有热能等能量的释放，能量转化率不可能达到100%，故A错误；
B．通入氧气的电极是正极，氧气在正极得电子发生还原反应，故B错误；
C．燃料电池的总反应是燃料燃烧的化学方程式，则供电时的总反应为：2H2 + O2=2H2O，故C错误；
D．O2参与反应生成水，故当有1molO2完全反应时，转移的电子数为4NA，故D正确；
故答案为D。
12．磷酸铁锂锂离子电池是目前电动汽车动力电池的主要材料，其特点是放电容量大，价格低廉，无毒性。放电时的反应为：xFePO4+(1-x)LiFePO4+ LixC6= C6+LiFePO4。放电时工作原理如图所示。下列叙述正确的是
A．充电时，Li+通过隔膜向左移动
B．放电时，铜箔所在电极是负极
C．充电时，阳极反应式为：LiFePO4+xe-=xFePO4+(1-x)LiFePO4+xLi+
D．放电时电子由正极经导线、用电器、导线到负极
【答案】A
【分析】
根据放电时原电池的总反应方程式和工作原理图，左侧铝箔上LixC6发生氧化反应，故铝箔做负极，铜箔做正极，充电时铝箔做阴极，铜箔做阳极。
【解析】
A．充电时为电解池，阳离子向阴极移动，故Li+向铝箔移动，向左移动，A正确；
B．放电时为原电池，铜箔做正极，B错误
C．充电时为电解池，阳极失去电子，发生氧化反应，LiFePO4-xLi+-xe-=xFePO4+(1-x)LiFePO4，C错误；
D．放电时为原电池，电子由负极经过导线、用电器、导线到正极，D错误；
故选A。
二、填空题：（5个小题，共52分）
13．（10分）锂电池有广阔的应用前景。用“循环电沉积”法处理某种锂电池，可使其中的Li电极表面生成只允许通过的和C保护层，工作原理如图1，具体操作如下。
i.将表面洁净的Li电极和电极浸在溶有的有机电解质溶液中。
ii.0-5min，a端连接电源正极，b端连接电源负极，电解，电极上生成和C。
iii.5-10min，a端连接电源负极，b端连接电源正极，电解，电极上消耗和C，Li电极上生成和C．步骤ii和步骤iii为1个电沉积循环。
iv.重复步骤ⅱ和步骤ⅲ的操作，继续完成9个电沉积循环。
(1)步骤ii内电路中的由___________向___________迁移(填“Li电极”或“电极”)。
(2)已知下列反应的热化学方程式。
步骤ii电解总反应的热化学方程式为___________。
(3)步骤iii中，Li电极的电极反应式为___________。
(4)和C只有在的催化作用下才能发生步骤ⅲ的电极反应，反应历程中的能量变化如下图。下列说法正确的是___________(填字母序号)。
a.反应历程中存在碳氧键的断裂和形成
b.反应历程中涉及电子转移的变化均释放能量
c.催化剂通过降低电极反应的活化能使反应速率加快
(5)受上述“循环电沉积”法的启示，科学家研发了适用于火星大气(主要成分是)的“”可充电电池，工作原理如图2.“”电池充电时，Li电极表面生成Li而不会形成和C沉积，原因是___________。
【答案】（每小题2分）(1)Li电极 电极 (2) (3) (4) ac (5) 电池中的膜只允许锂离子通过，二氧化碳被阻隔，充电时锂离子在锂电极放电得到Li
【分析】
电解时，与电源负极相连的一极为阴极，与电源正极相连的一极为阳极，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动；可根据元素化合价的变化书写电极方程式。
【解析】
(1)从图1可以看出，步骤ii中a端连电源正极，作阳极，阳离子向阴极移动，从Li电极向电极迁移，故填Li电极、电极；
(2)步骤ii的总反应为，根据盖斯定律，可得总反应的反应热为=-1250kJ/mol，即总反应的热化学方程式为，故填；
(3)步骤iii中Li电极作阴极，电极反应式为，故填；
(4)a.从图中可以看出碳酸根到二氧化碳存在碳氧键的断裂，从C到CO存在碳氧键的形成，故a正确；
b.图中涉及电极转移时，能量增加，吸收能量，故b错误；
c.催化剂可以降低活化能，加快反应速率，故c正确；
故填ac；
(5)电池中的膜只允许锂离子通过，二氧化碳被阻隔，充电时锂离子在锂电极放电得到Li，所以只生成Li，故填电池中的膜只允许锂离子通过，二氧化碳被阻隔，充电时锂离子在锂电极放电得到Li；
14．（10分）某兴趣小组为了探究铝电极在电池中的作用，设计并进行了以下系列实验，实验结果记录如下：
编号
电极材料
电解质溶液
电流计指针偏转方向
1
Mg、Al
稀盐酸
偏向Al
2
Al、Cu
稀盐酸
偏向Cu
3
Al、C(石墨)
稀盐酸
偏向石墨
4
Mg、Al
NaOH溶液
偏向Mg
5
Al、Cu
浓硝酸
偏向Al
注：①实验均为常温下完成；②电流计指针偏转方向为正极方向。试根据表中实验现象完成下列问题：
(1)实验1、2中Al所作的电极(指正极或负极)______(填“相同”或“不同”)。
(2)对实验3完成下列填空：
①Al为______极，电极反应式为______。
②石墨为______极，电极反应式为______。
③电池总反应式为______
(3)实验4中Al作______极，理由是______。
(4)解释实验5中电流计偏向Al的原因______。
(5)根据实验结果总结出影响铝在电池中作正极或负极的因素有______。
【答案】（每空1分）(1)不同 (2) ① 负 Al－3e－＝Al3+ ② 正 2H＋＋2e－＝H2↑ ③ 2Al＋6HCl＝2AlCl3＋3H2↑ (3) 负 Mg和NaOH溶液不反应，Al和NaOH溶液反应，因此Al为负极 (4) Al与浓硝酸发生钝化 (5) 金属活泼性和电解质溶液
【分析】
根据金属活泼性与电解质溶液反应，若两种金属都反应，则活泼性强的为负极，若两种金属中只有一种金属与电解质溶液反应，则反应的金属为负极。
【解析】
(1)实验1中Mg、Al都与稀盐酸反应，Mg活泼性强，因此Mg作负极，Al作正极，实验2中Al和盐酸反应，Al作负极，Cu作正极，因此实验1、2中Al所作的电极不同；故答案为：不同。
(2)①实验3中Al和稀盐酸反应，C和稀盐酸不反应，因此Al为负极，电极反应式为Al－3e－＝Al3+；故答案为：负；Al－3e－＝Al3+。
②石墨为正极，电极反应式为2H＋＋2e－＝H2↑；故答案为：正；2H＋＋2e－＝H2↑。
③电池总反应式为2Al＋6HCl＝2AlCl3＋3H2↑；故答案为：2Al＋6HCl＝2AlCl3＋3H2↑。
(3)根据上面总结出电流计指针偏向的极为正极，因此实验4中Mg为正极，Al作负极，Mg和NaOH溶液不反应，Al和NaOH溶液反应，因此Al为负极；故答案为：负；Mg和NaOH溶液不反应，Al和NaOH溶液反应，因此Al为负极。
(4)实验5中电流计偏向Al，则Al为正极，Cu为负极，Cu与浓硝酸反应，而Al与浓硝酸发生钝化；故答案为：Al与浓硝酸发生钝化。
(5)根据实验结果总结出影响铝在电池中作正极或负极的因素，根据实验1、2、3得出主要因素是金属活泼性，实验4、5得出的因素是电解质溶液；故答案为：金属活泼性和电解质溶液。
15．（10分）分离出合成气中的H2，用于氢氧燃料电池。如图为电池示意图。
（1）氢氧燃料电池的能量转化主要形式是___，在导线中电子流动方向为___(用a、b和箭头表示)。
（2）正极反应的电极反应方程式为___。
（3）当电池工作时，在KOH溶液中阴离子向___移动（填正极或负极）。
【答案】（1）化学能转化为电能 （2分） a→b （2分） （2） O2+4e-＋2H2O=4OH- （4分） （3） 负极 （2分）
【分析】
燃料电池的工作原理属于原电池原理，是化学能转化为电能的装置，原电池中，电流从正极流向负极，电子流向和电流流向相反；燃料电池中，通入燃料的电极是负极，通氧气的电极是正极，正极上是氧气发生得电子的还原反应。
【解析】
(1) 该题目中，氢氧燃料电池的工作原理属于原电池原理，是将化学能转化为电能的装置，在原电池中，电流从正极流向负极，而通入燃料氢气的电极是负极，通氧气的电极是正极，所以电子从a移动到b；
(2)燃料电池中，通入燃料氢气的电极是负极，通氧气的电极是正极，正极上的电极反应为:
O2+ 2H2O+4e-=4OH-，故答案为: O2+2H2O+4e-=4OH-；
(3)根据离子间的阴阳相吸，当电池工作时，负极产生氢离子（阳离子），所以在KOH溶液中阴离子向负极移动。
16．（10分）铬是常见的过渡金属之一,研究铬的性质具有重要意义。
（1）在上图装置中，观察到装置甲铜电极上产生大量的无色气体；而装置乙中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量红棕色气体。由此可得到的结论_______________。
（2）工业上使用下图装置，采用石墨作电极电解Na2CrO4溶液，使Na2CrO4转化为Na2Cr2O7,其转化原理为_____。
（3）CrO3和K2Cr2O7均易溶于水，它们是工业废水造成铬污染的主要原因。要将Cr(VI)转化为Cr(III)常见的处理方法是电解法和铁氧磁体法。
①电解法：将含Cr2O72-的废水通入电解槽内，用铁作阳极，在酸性环境中，加入适量的NaC1进行电解，使阳极生成的Fe2+和Cr2O72-发生反应，其离子方程式为___________。阴极上Cr2O72-、H+、Fe3+都可能放电。若Cr2O72-放电，则阴极的电极反应式为_________；若H+放电，则阴极区形成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀。
②铁氧磁体法：在含Cr(VI)的废水中加入绿矾，在pH＜4时发生反应使Cr(VI)转化为Cr(III),调节溶液pH为6～8，使溶液中的Fe(I)、Fe(Ⅱ)、Cr(III)析出组成相当于Fe(Ⅱ)[Fe(III)x·Cr (III)2-x]O4(铁氧磁体 的沉淀，则铁氧磁体中x=_________。
【答案】（每空2分）（1）由装置甲知铬的金属活动性比铜强；由装置乙知常温下铬在浓硝酸中钝化 （2）阳极4OH-－4e－＝O2↑＋2H2O，使c(H+)增大，从而导致2CrO42-+2H+＝Cr2O72-+H2O反应发生 （3）① Cr2O72-+6Fe2++14H+＝2Cr3++6Fe3++7H2O Cr2O72-+6e-+14H+＝2Cr3++7H2O ② 1.5
【分析】
（1）原电池中，负极上是失电子的氧化反应，装置甲铜电极上产生大量的无色气体，说明金属铜是正极；装置乙中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量红棕色气体二氧化氮产生，则金属铬是正极；
（2）电解池中阳极是溶液中氢氧根离子失电子生成氧气，溶液酸性增强，据此解答；
（3）①重铬酸根离子具有强的氧化性，可以将亚铁离子氧化，发生氧化还原反应；根据电荷和原子守恒书写阴极电极反应式；
②根据①的反应中铁离子与铬离子的物质的量之比列式计算铁氧磁体中x。
【解析】
（1）原电池中，负极上是失电子的氧化反应，装置甲铜电极上产生大量的无色气体，说明金属铜是正极；装置乙中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量红棕色气体二氧化氮产生，是硝酸得到电子产生的二氧化氮，发生还原反应的电极是正极，则金属铬是正极，由此可得到的结论是：由装置甲知铬的金属活动性比铜强，由装置乙知常温下铬在浓硝酸中钝化；
（2）石墨电极电解Na2CrO4溶液，实现了Na2CrO4到Na2Cr2O7的转化，这是由于电解池中阳极是溶液中氢氧根离子失电子生成氧气：4OH-－4e－＝O2↑＋2H2O，溶液酸性增强，使c(H+)增大，从而导致2CrO42-+2H+＝Cr2O72-+H2O反应发生，所以实现了Na2CrO4到Na2Cr2O7的转化；
（3）①重铬酸根离子具有强的氧化性，可以将亚铁离子氧化，发生氧化还原反应，根据电子得失守恒、原子守恒和电荷守恒可知反应的离子方程式为Cr2O72-+6Fe2++14H+＝2Cr3++6Fe3++7H2O；在阴极上是溶液中的离子发生得电子的还原反应，若Cr2O72-放电，则阴极的电极反应式为Cr2O72-+6e-+14H+＝2Cr3++7H2O；
②根据反应Cr2O72-+6Fe2++14H+＝2Cr3++6Fe3++7H2O可知Cr3+和Fe3+的物质的量之比为1：3，则：(2−x)/x=1：3，解得x=1.5.
17．（12分）某学习小组探究某浓度浓硝酸和稀硝酸与铁的反应。
实验
现象
Ⅰ中：Fe表面产生大量无色气泡，液面上方变为红棕色
Ⅱ中：Fe表面产生红棕色气泡，过一会儿停止
Ⅲ中：连接导线，一段时间后Fe表面产生红棕色气泡，而后停止；随即又产生红棕色气泡，而后停止，……如此往复多次。Cu表面始终产生红棕色气泡
(1)Ⅰ中液面上方气体由无色变为红棕色的化学方程式为_______。
(2)取少量Ⅰ中溶液，加入_______(填名称)，溶液变成红色，说明产生了Fe3+。
(3)Ⅱ中现象说明Fe表面形成致密的氧化层，阻止Fe进一步反应。说明硝酸具有_______性。
(4)Ⅲ中，连接导线后体系形成了原电池。为分析反应过程，在Fe、Cu之间连接电流计，实验如表。
实验
现象
ⅰ.K闭合时，指针向左偏转(Cu做负极)，Fe表面无明显现象
ⅱ.过一会儿指针向右偏，Fe表面产生红棕色气体；后又迅速向左偏，Fe表面停止产生气泡，……如此往复多次
ⅲ.一段时间后，指针一直处于右端，Fe表面持续产生红棕色气体
ⅳ.Cu表面始终产生红棕色气泡
①推测现象ⅰ中被还原的是_______。
②若将该装置Cu电极换成Zn电极，实验过程中是否会出现现象ii_______(填“是”、“否”) 。
③现象ⅲ中，Fe一直做负极，难以形成氧化层，可能的原因是_______。
④用方程式解释现象ⅳ：_______。
【答案】(1)2NO + O2= 2NO2 （2分） (2) 硫氰化钾 （1分） (3) 强氧化性 （1分） (4) ①铁表面的氧化层（1分） ② 否 （1分） ③反应放热，溶液温度升高；随反应进行，硝酸浓度降低 （2分） ④ Cu+4HNO3 (浓) = Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O，（2分）NO+2H++e—= NO2↑+H2O （2分）
【分析】
Ⅰ中发生的反应为铁和稀硝酸反应生成硝酸铁、一氧化氮和水；Ⅱ中铁在浓硝酸中发生钝化，在铁表面形成了致密的氧化层，阻止铁进一步反应；Ⅲ中刚开始时，铜能与浓硝酸反应，铁在浓硝酸中钝化，则铜做原电池的负极被损耗，铁做正极，铁表面形成氧化物保护膜得电子被还原，铁表面氧化层逐渐被还原而溶解，使铁与浓浓硝酸接触，金属性比铜强的铁做负极，铁失去电子被氧化，在表面形成致密的氧化层；待氧化层完全形成后，铁不能与浓硝酸接触，不能继续失电子，再次做正极，可以如此往复多次。
【解析】
(1) Ⅰ中发生的反应为铁和稀硝酸反应生成硝酸铁、一氧化氮和水，反应的化学方程式为Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O，一氧化氮为无色气体，遇到空气立即与氧气反应转化为红棕色的二氧化氮，则Ⅰ中液面上方气体由无色变为红棕色的反应为一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮，反应的化学方程式为2NO + O2= 2NO2，故答案为：2NO + O2= 2NO2；
(2)溶液中铁离子与硫氰酸根离子反应生成血红色的硫氰化铁，则取少量Ⅰ中溶液，加入硫氰化钾溶液，溶液变成红色，说明反应产生了铁离子，故答案为：硫氰化钾；
(3)II中现象说明硝酸具有强氧化性，铁在浓硝酸中发生钝化，在铁表面形成了致密的氧化层，阻止铁进一步反应，故答案.为：强氧化性；
(4)①刚开始时，铜能与浓硝酸反应，铁在浓硝酸中钝化，则铜做原电池的负极被损耗，铁做正极，铁表面形成氧化物保护膜得电子被还原，故答案为：铁表面的氧化层；
②铁做正极时，铁表面氧化层逐渐被还原而溶解，使铁与浓浓硝酸接触，金属性比铜强的铁做负极，铁失去电子被氧化，在表面形成致密的氧化层；待氧化层完全形成后，铁不能与浓硝酸接触，不能继续失电子，再次做正极，可以如此往复多次；若将该装置铜电极换成锌电极，锌的金属性强于铁，一直做原电池的负极，铁电极始终做正极，实验过程中不可能出现现象ii，故答案为：否；
③硝酸与金属的反应为放热反应，随反应进行，硝酸浓度降低，反应放出的热量使溶液温度升高，铁表面难以形成氧化层，则铁一直做负极被损耗，故答案为：反应放热，溶液温度升高；随反应进行，硝酸浓度降低；
④铜在常温下能与浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮水，反应的化学方程式为Cu+4HNO3 (浓) = Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O，则电池开始工作时，铜做负极，铁做正极；随着反应的进行，硝酸浓度减小，铁表面不再形成氧化物保护膜，则铁做负极，铜做正极，酸性条件下，硝酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成二氧化氮，电极反应式为NO+2H++e—= NO2↑+H2O，故答案为：Cu+4HNO3 (浓) = Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O，NO+2H++e—= NO2↑+H2O。
第19讲 原电池 化学电源（能力训练）
(50分钟，100分)
一、选择题：（12个小题，每题4分，共48分）
1．在日常生活中，我们经常看到铁制品生锈、铝制品表面出现白斑等众多的金属腐蚀现象。可以通过下列装置所示实验进行探究。下列说法正确的是
A．按图Ⅰ装置实验，为了更快更清晰地观察到液柱上升，采用下列方法：用酒精灯加热左边的具支试管
B．图Ⅲ装置的总反应为4Al＋3O2＋6H2O=4Al(OH)3，生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑
C．图Ⅱ是图Ⅰ所示装置的原理示意图，图Ⅱ的正极材料是铁
D．铝制品表面出现白斑可以通过图Ⅲ装置进行探究，Cl-由活性炭区向铝箔表面区迁移，并在铝箔上发生电极反应：2Cl--2e-=Cl2↑
【答案】B
【解析】
A．具支试管内气体受热压强增大，部分气体溢出，冷却后，气体压强减小，不能更快更清晰地观察到液柱上升，A错误；
B．正极与负极反应式相加得到图Ⅲ装置的总反应为4Al＋3O2＋6H2O=4Al(OH)3，生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑，B正确；
C．负极材料为铁，正极为碳棒，C错误；
D．铝箔为负极，反应式为：4Al-12e-=4Al3+，碳棒为正极，反应式为：3O2+12e-+6H2O=12OH-，D错误；
答案选B。
2．一种电池装置如图所示，它能溶解辉铜矿石(主要成分是Cu2S)制得硫酸铜。下列说法正确的是
A．M极为正极
B．X交换膜为阳离子交换膜
C．M极上的电极反应式为Cu2S-10e-+4H2O=2Cu2++8H++
D．外电路上每通过2mol电子，左室溶液增重32g
【答案】C
【解析】
A．电池工作时，M极：Cu2S-CuSO4，失电子为负极，则N极为正极，A项错误；B．M极上的电极反应式为Cu2S-10e-+4H2O=2Cu2++8H++，因为M极产生的Cu2+与的物质的量比为2：1，故右室中需通过X交换膜进人左室，则X交换膜是阴离子交换膜，B项错误；
C．M极上的电极反应式为Cu2S-10e-+4H2O=2Cu2++8H++，C项正确；
D．因为外电路上每通过2 mol电子，左室溶液中除了有0.2 mol Cu2S溶解，还有右室中的通过X交换膜进入左室，故增重超过32 g，D项错误；
答案选C。
3．浓度差电池是指电池内物质变化仅是由一物质由高浓度变成低浓度且过程伴随着吉布斯自由能转变成电能的一类电池。如图所示的浓度差电池示意图，下列有关说法正确的是
A．a极为原电池的负极
B．c为Cu2+交换膜
C．电流计为0时，两极的CuSO4浓度相等
D．转移1mol电子时，右池增重48g
【答案】C
【分析】
左侧硫酸铜溶液浓度大，所以左侧发生Cu2++2e-=Cu，发生还原反应为正极，右侧硫酸铜溶液浓度小，所以右侧发生Cu-2e-=Cu2+，发生氧化反应为负极。
【解析】
A．根据分析可知a极为原电池正极，A错误；
B．左侧消耗Cu2+，右侧生成Cu2+，为了平衡电荷，左侧的SO需迁移到右侧，所以c为阴离子交换膜，B错误；
C．根据浓度差电池的定义可知当两室硫酸铜溶液浓度相等时，将不再产生电流，C正确；
D．转移1mol电子时，右池生成0.5molCu2+，左侧迁移到右侧0.5mol SO，所以右池增重即0.5molCuSO4的质量，为0.5mol×160g/mol=80g，D错误；
综上所述答案为C。
4．中国科学院大连化物所的研究团队创新性提出锌碘单液流电池的概念，实现锌碘单液流中电解液的利用率近100%，其原理如图所示。下列说法正确的是
A．放电时A电极反应式为：Zn2++2e-=Zn
B．放电时电解质储罐中离子总浓度减小
C．M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜
D．充电时A极增重65g，C区增加离子数为2NA
【答案】C
【解析】
A．放电时A电极是负极，A极反应式为：Zn-2e-=Zn2+，故A错误；
B．放电时，A区发生反应Zn-2e-=Zn2+，C区Cl-进入A区，所以电解质储罐中离子总浓度增大，故B错误；
C．放电时，C区Cl-进入A区、K+进入B区，所以M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜，故C正确；
D．充电时A极增重65g，A区发生反应Zn2++2e-=Zn，电路中转移2mol电子，根据电荷守恒，2molCl-自A区进入C区，2molK+自B区进入C区，C区增加离子数为4NA，故D错误；
选C。
5．2019年诺贝尔化学奖颁给在锂离子电池发展方面作出突出贡献的三位科学家。下面是最近研发的Ca-LiFePO4可充电电池的工作示意图，锂离子导体膜只允许Li+通过，电池反应为：xCa2++ 2LiFePO4xCa + 2Li1-xFePO4+2xLi+ 下列说法错误的是
A．放电时，负极反应为： LiFePO4-xe-=2Li1-xFePO4+xLi+
B．充电时，Li1-xFePO/LiFePO4电极发生Li+脱嵌，放电时发生Li+嵌入
C．充电时，当转移0.2 mol电子时，理论上左室中电解质的质量减轻2.6g
D．LiPF6-LiAsF6为非水电解质，其与Li2SO4溶液的主要作用都是传递离子
【答案】A
【分析】
由总反应式可知，放电时为原电池反应，Ca化合价升高被氧化为负极，电极反应式为Ca-2e-=Ca2+，Li1-xFePO4被还原，为原电池正极反应，电极反应式为Li1-xFePO4+xLi++e-=LiFePO4，充电是电能转化为化学能的过程，阳极反应和原电池正极相反，阴极反应和原电池负极相反，以此解答该题。
【解析】
A．放电时，负极反应为： Ca-2e-=Ca2+，使左室中正电荷数目增多，锂离子导体膜只允许Li+通过，使LiPF6-LiAsF6电解质中的Li+通过锂离子导体膜移入右室，正极反应为：Li1-xFePO4+xLi++xe -==LiFePO4，电极发生Li+嵌入，A错误：
B．充电时，阳极发生：LiFePO4-xe-= xLi++Li1- xFePO4，电极发生Li+脱嵌，阴极发生： Ca2+ +2 e-=Ca，转移0.2 mol电子时，有0.2 mol Li+从右室通过锂高子导体膜移入左室，左室电解质中有0.1 mol Ca2+得电子生成Ca沉积在钙电极上，故左室中电解质的质量减轻40×0.1g -7×0.2 g=2.6g，B正确：
C．由B选项分析，可知当转移0.2 mol电子时，理论上左室中电解质的质量减轻2.6g，C正确；
D．钙与水能够剧烈反应，所以，左室中的LiPF6-LiAsF电解质一定为非水电解质，Li2SO4溶液为右室中的电解质溶液，它们的主要作用都是传递离子，形成电流，构成闭合回路，D正确。
故选：A。
6．锌电池具有价格便宜、比能量大、可充电等优点。一种新型锌电池的工作原理如图所示(凝胶中允许离子生成或迁移)。下列说法正确的是
A．放电过程中，向a极迁移
B．充电过程中，b电极反应为：Zn2++2e-=Zn
C．充电时，a电极与电源正极相连
D．放电过程中，转移0.4mole-时，a电极消耗0.4molH+
【答案】C
【解析】
A．放电过程中，a为正极， b极为负极，溶液中阳离子移向正极，阴离子移向负极，所以放电过程中，向b极迁移，A项错误；
B．充电过程中b电极得到电子发生还原反应，由于在碱性环境中Zn以形式存在，则充电过程中, b电极应为: +2e-=Zn+4OH-，B项错误；
C．由图示可知，充电时，a电极失电子发生氧化反应，即a电极与电源正极相连，C项正确；
D．放电过程中b电极为负极，其电极反应式为Zn+4OH--2e-= ， a极为正极，则其电极反应式为, MnO2+4H++2e-=Mn2+ +2H2O，所以放电过程中，转移0.4mole-时，a电极消耗0.8molH+，D项错误；
答案选C。
7．火星大气中含有大量，一种有参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时
A．负极上发生还原反应 B．在正极上得电子
C．阳离子由正极移向负极 D．将电能转化为化学能
【答案】B
【解析】
根据题干信息可知，放电时总反应为4Na+3CO2=2Na2CO3+C。
A．放电时负极上Na发生氧化反应失去电子生成Na+，故A错误；
B．放电时正极为CO2得到电子生成C，故B正确；
C．放电时阳离子移向还原电极，即阳离子由负极移向正极，故C错误；
D．放电时装置为原电池，能量转化关系为化学能转化为电能和化学能等，故D错误；
综上所述，符合题意的为B项，故答案为B。
8．近年来钾离子电池的研发受到广泛重视。一种“摇椅式”钾离子电池原理如图所示。电池反应为：K(1-x)FePO4+KxC8KFePO4+8C，下列叙述错误的是
A．放电时，a极是正极
B．充电时，若x=1/3，则a极材料中n(Fe2+)：n(Fe3+)=1：2
C．充电时，b极反应式：xK++xe-+8C=KxC8
D．放、充电时，图中箭头所示为K+的移动方向，形同“摇椅”
【答案】B
【分析】
根据总反应，放电过程为原电池反应，总反应为：K1-xFePO4+KxC8KFePO4+8C，阳离子K+移向正极，则a极为正极，b极为负极，负极电极反应为：KxC8-xe-=xK++8C，正极电极反应为：K1-xFePO4+xK++xe-=KFePO4；充电过程为电解池，根据总反应KFePO4+8CK1-xFePO4+KxC8，a极为阳极，电极反应：KFePO4-xe-=K1-xFePO4+xK+，b极为阴极，电极反应：xK++xe-+8C=KxC8，据此分析解题。
【解析】
A．放电时为原电池反应，阳离子K+脱离负极表面进入电解质溶液中，移向正极，则a极为正极，A正确；
B．充电时为电解池，若x=，根据化合价的代数和为0，设Fe2+的物质的量为a，Fe3+的物质的量为b个，则a+b=1，根据化合价的代数和为0，正化合价之和为(1-)+2a+3a，PO43-的负化合价为-3价，即(1-)+2a+3a+(-3)=0，解得a=，b=，所以K1-xFePO4中的n(Fe2+)：n(Fe3+)=2：1，B错误；
C．由分析得出充电时，b极反应式为：xK++xe-+8C=KxC8，C正确；
D．放电过程为原电池反应，阳离子K+移向正极，充电过程为电解池，阳离子K+移向阴极，则图中箭头所示为K+的移动方向，形同“摇椅”，D正确。
9．化学对提高人类生活质量和促进社会发展具有重要作用，下列说法中正确的是
A．碳酸钠可用于制作糕点的膨松剂，是因为加热能分解出二氧化碳
B．电热水器用镁棒防止内胆腐蚀，采用的是牺牲阳极的阴极保护法
C．含棉、麻、丝、毛及合成纤维的废旧衣物燃烧处理时都只生成CO2和H2O
D．高纯铝被大量用于制造火箭、导弹和飞机的外壳
【答案】B
【解析】
A．碳酸氢钠受热产生二氧化碳，碳酸钠受热不分解，A错误；
B．Mg活泼性强，作牺牲阳极，保护电热水器内胆，B正确；
C．蛋白质或合成纤维除C、H、O元素外，可能还有P、S等其他元素，燃烧时不止生成二氧化碳和水，C错误；
D．高纯铝硬度较小，不能作为火箭、导弹、飞机外壳，D错误；
答案选B。
10．某兴趣小组利用电化学原理降解酸性废水中的NO，装置如图所示。下列说法正确的是
A．Pt 电极可用Cu电极代替
B．负极反应式为： 2NO+10e- +12H+=N2+6H2O
C．溶液中电子通过质子交换膜由Ag电极向Pt电极移动
D．若外电路转移lmol电子，则膜两侧电解液质量共减少38.3g
【答案】D
【分析】
由装置示意图中可知Pt电极上NO转化为N2，发生还原反应，故Pt电极为正极，则Ag电极为负极，发生的电极反应为：Cl-+Ag-e-=AgCl↓，据此分析解题。
【解析】
A. 由于Cu比Ag活泼，故Pt电极不可用Cu电极代替，否则Cu直接与酸性条件下的NO反应，不构成原电池，A错误；
B. 根据原电池中负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故负极反应式为：Cl-+Ag-e-=AgCl↓，而 2NO+10e- +12H+=N2+6H2O是正极反应式，B错误；
C. 由分析可知，Pt电极是正极，Ag为负极，故溶液中H+通过质子交换膜由Ag电极向Pt电极移动，电子只能在导线上定向移动而不能通过溶液，C错误；
D. 根据电池的总反应可知，10Ag +10Cl-+12H++2NO=10AgCl↓+N2+6H2O，转移10mol电子两极质量减少：（10×35.5+28）g，故若外电路转移lmol电子，则膜两侧电解液质量共减少38.3g，D正确；
故答案为：D。
11．氢氧燃料电池以高效环保的优势应用于航天等领域。下列关于该电池的说法正确的是
A．燃料电池的能量转化率可以达到100%
B．O2在电池的正极发生氧化反应
C．该电池的总反应为2H2 + O22H2O
D．当有1molO2完全反应时，转移的电子数为4NA
【答案】D
【解析】
A．燃料电池是将化学能转化为电能的装置，还会伴有热能等能量的释放，能量转化率不可能达到100%，故A错误；
B．通入氧气的电极是正极，氧气在正极得电子发生还原反应，故B错误；
C．燃料电池的总反应是燃料燃烧的化学方程式，则供电时的总反应为：2H2 + O2=2H2O，故C错误；
D．O2参与反应生成水，故当有1molO2完全反应时，转移的电子数为4NA，故D正确；
故答案为D。
12．磷酸铁锂锂离子电池是目前电动汽车动力电池的主要材料，其特点是放电容量大，价格低廉，无毒性。放电时的反应为：xFePO4+(1-x)LiFePO4+ LixC6= C6+LiFePO4。放电时工作原理如图所示。下列叙述正确的是
A．充电时，Li+通过隔膜向左移动
B．放电时，铜箔所在电极是负极
C．充电时，阳极反应式为：LiFePO4+xe-=xFePO4+(1-x)LiFePO4+xLi+
D．放电时电子由正极经导线、用电器、导线到负极
【答案】A
【分析】
根据放电时原电池的总反应方程式和工作原理图，左侧铝箔上LixC6发生氧化反应，故铝箔做负极，铜箔做正极，充电时铝箔做阴极，铜箔做阳极。
【解析】
A．充电时为电解池，阳离子向阴极移动，故Li+向铝箔移动，向左移动，A正确；
B．放电时为原电池，铜箔做正极，B错误
C．充电时为电解池，阳极失去电子，发生氧化反应，LiFePO4-xLi+-xe-=xFePO4+(1-x)LiFePO4，C错误；
D．放电时为原电池，电子由负极经过导线、用电器、导线到正极，D错误；
故选A。
二、填空题：（5个小题，共52分）
13．（10分）锂电池有广阔的应用前景。用“循环电沉积”法处理某种锂电池，可使其中的Li电极表面生成只允许通过的和C保护层，工作原理如图1，具体操作如下。
i.将表面洁净的Li电极和电极浸在溶有的有机电解质溶液中。
ii.0-5min，a端连接电源正极，b端连接电源负极，电解，电极上生成和C。
iii.5-10min，a端连接电源负极，b端连接电源正极，电解，电极上消耗和C，Li电极上生成和C．步骤ii和步骤iii为1个电沉积循环。
iv.重复步骤ⅱ和步骤ⅲ的操作，继续完成9个电沉积循环。
(1)步骤ii内电路中的由___________向___________迁移(填“Li电极”或“电极”)。
(2)已知下列反应的热化学方程式。
步骤ii电解总反应的热化学方程式为___________。
(3)步骤iii中，Li电极的电极反应式为___________。
(4)和C只有在的催化作用下才能发生步骤ⅲ的电极反应，反应历程中的能量变化如下图。下列说法正确的是___________(填字母序号)。
a.反应历程中存在碳氧键的断裂和形成
b.反应历程中涉及电子转移的变化均释放能量
c.催化剂通过降低电极反应的活化能使反应速率加快
(5)受上述“循环电沉积”法的启示，科学家研发了适用于火星大气(主要成分是)的“”可充电电池，工作原理如图2.“”电池充电时，Li电极表面生成Li而不会形成和C沉积，原因是___________。
【答案】（每小题2分）(1)Li电极 电极 (2) (3) (4) ac (5) 电池中的膜只允许锂离子通过，二氧化碳被阻隔，充电时锂离子在锂电极放电得到Li
【分析】
电解时，与电源负极相连的一极为阴极，与电源正极相连的一极为阳极，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动；可根据元素化合价的变化书写电极方程式。
【解析】
(1)从图1可以看出，步骤ii中a端连电源正极，作阳极，阳离子向阴极移动，从Li电极向电极迁移，故填Li电极、电极；
(2)步骤ii的总反应为，根据盖斯定律，可得总反应的反应热为=-1250kJ/mol，即总反应的热化学方程式为，故填；
(3)步骤iii中Li电极作阴极，电极反应式为，故填；
(4)a.从图中可以看出碳酸根到二氧化碳存在碳氧键的断裂，从C到CO存在碳氧键的形成，故a正确；
b.图中涉及电极转移时，能量增加，吸收能量，故b错误；
c.催化剂可以降低活化能，加快反应速率，故c正确；
故填ac；
(5)电池中的膜只允许锂离子通过，二氧化碳被阻隔，充电时锂离子在锂电极放电得到Li，所以只生成Li，故填电池中的膜只允许锂离子通过，二氧化碳被阻隔，充电时锂离子在锂电极放电得到Li；
14．（10分）某兴趣小组为了探究铝电极在电池中的作用，设计并进行了以下系列实验，实验结果记录如下：
编号
电极材料
电解质溶液
电流计指针偏转方向
1
Mg、Al
稀盐酸
偏向Al
2
Al、Cu
稀盐酸
偏向Cu
3
Al、C(石墨)
稀盐酸
偏向石墨
4
Mg、Al
NaOH溶液
偏向Mg
5
Al、Cu
浓硝酸
偏向Al
注：①实验均为常温下完成；②电流计指针偏转方向为正极方向。试根据表中实验现象完成下列问题：
(1)实验1、2中Al所作的电极(指正极或负极)______(填“相同”或“不同”)。
(2)对实验3完成下列填空：
①Al为______极，电极反应式为______。
②石墨为______极，电极反应式为______。
③电池总反应式为______
(3)实验4中Al作______极，理由是______。
(4)解释实验5中电流计偏向Al的原因______。
(5)根据实验结果总结出影响铝在电池中作正极或负极的因素有______。
【答案】（每空1分）(1)不同 (2) ① 负 Al－3e－＝Al3+ ② 正 2H＋＋2e－＝H2↑ ③ 2Al＋6HCl＝2AlCl3＋3H2↑ (3) 负 Mg和NaOH溶液不反应，Al和NaOH溶液反应，因此Al为负极 (4) Al与浓硝酸发生钝化 (5) 金属活泼性和电解质溶液
【分析】
根据金属活泼性与电解质溶液反应，若两种金属都反应，则活泼性强的为负极，若两种金属中只有一种金属与电解质溶液反应，则反应的金属为负极。
【解析】
(1)实验1中Mg、Al都与稀盐酸反应，Mg活泼性强，因此Mg作负极，Al作正极，实验2中Al和盐酸反应，Al作负极，Cu作正极，因此实验1、2中Al所作的电极不同；故答案为：不同。
(2)①实验3中Al和稀盐酸反应，C和稀盐酸不反应，因此Al为负极，电极反应式为Al－3e－＝Al3+；故答案为：负；Al－3e－＝Al3+。
②石墨为正极，电极反应式为2H＋＋2e－＝H2↑；故答案为：正；2H＋＋2e－＝H2↑。
③电池总反应式为2Al＋6HCl＝2AlCl3＋3H2↑；故答案为：2Al＋6HCl＝2AlCl3＋3H2↑。
(3)根据上面总结出电流计指针偏向的极为正极，因此实验4中Mg为正极，Al作负极，Mg和NaOH溶液不反应，Al和NaOH溶液反应，因此Al为负极；故答案为：负；Mg和NaOH溶液不反应，Al和NaOH溶液反应，因此Al为负极。
(4)实验5中电流计偏向Al，则Al为正极，Cu为负极，Cu与浓硝酸反应，而Al与浓硝酸发生钝化；故答案为：Al与浓硝酸发生钝化。
(5)根据实验结果总结出影响铝在电池中作正极或负极的因素，根据实验1、2、3得出主要因素是金属活泼性，实验4、5得出的因素是电解质溶液；故答案为：金属活泼性和电解质溶液。
15．（10分）分离出合成气中的H2，用于氢氧燃料电池。如图为电池示意图。
（1）氢氧燃料电池的能量转化主要形式是___，在导线中电子流动方向为___(用a、b和箭头表示)。
（2）正极反应的电极反应方程式为___。
（3）当电池工作时，在KOH溶液中阴离子向___移动（填正极或负极）。
【答案】（1）化学能转化为电能 （2分） a→b （2分） （2） O2+4e-＋2H2O=4OH- （4分） （3） 负极 （2分）
【分析】
燃料电池的工作原理属于原电池原理，是化学能转化为电能的装置，原电池中，电流从正极流向负极，电子流向和电流流向相反；燃料电池中，通入燃料的电极是负极，通氧气的电极是正极，正极上是氧气发生得电子的还原反应。
【解析】
(1) 该题目中，氢氧燃料电池的工作原理属于原电池原理，是将化学能转化为电能的装置，在原电池中，电流从正极流向负极，而通入燃料氢气的电极是负极，通氧气的电极是正极，所以电子从a移动到b；
(2)燃料电池中，通入燃料氢气的电极是负极，通氧气的电极是正极，正极上的电极反应为:
O2+ 2H2O+4e-=4OH-，故答案为: O2+2H2O+4e-=4OH-；
(3)根据离子间的阴阳相吸，当电池工作时，负极产生氢离子（阳离子），所以在KOH溶液中阴离子向负极移动。
16．（10分）铬是常见的过渡金属之一,研究铬的性质具有重要意义。
（1）在上图装置中，观察到装置甲铜电极上产生大量的无色气体；而装置乙中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量红棕色气体。由此可得到的结论_______________。
（2）工业上使用下图装置，采用石墨作电极电解Na2CrO4溶液，使Na2CrO4转化为Na2Cr2O7,其转化原理为_____。
（3）CrO3和K2Cr2O7均易溶于水，它们是工业废水造成铬污染的主要原因。要将Cr(VI)转化为Cr(III)常见的处理方法是电解法和铁氧磁体法。
①电解法：将含Cr2O72-的废水通入电解槽内，用铁作阳极，在酸性环境中，加入适量的NaC1进行电解，使阳极生成的Fe2+和Cr2O72-发生反应，其离子方程式为___________。阴极上Cr2O72-、H+、Fe3+都可能放电。若Cr2O72-放电，则阴极的电极反应式为_________；若H+放电，则阴极区形成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀。
②铁氧磁体法：在含Cr(VI)的废水中加入绿矾，在pH＜4时发生反应使Cr(VI)转化为Cr(III),调节溶液pH为6～8，使溶液中的Fe(I)、Fe(Ⅱ)、Cr(III)析出组成相当于Fe(Ⅱ)[Fe(III)x·Cr (III)2-x]O4(铁氧磁体 的沉淀，则铁氧磁体中x=_________。
【答案】（每空2分）（1）由装置甲知铬的金属活动性比铜强；由装置乙知常温下铬在浓硝酸中钝化 （2）阳极4OH-－4e－＝O2↑＋2H2O，使c(H+)增大，从而导致2CrO42-+2H+＝Cr2O72-+H2O反应发生 （3）① Cr2O72-+6Fe2++14H+＝2Cr3++6Fe3++7H2O Cr2O72-+6e-+14H+＝2Cr3++7H2O ② 1.5
【分析】
（1）原电池中，负极上是失电子的氧化反应，装置甲铜电极上产生大量的无色气体，说明金属铜是正极；装置乙中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量红棕色气体二氧化氮产生，则金属铬是正极；
（2）电解池中阳极是溶液中氢氧根离子失电子生成氧气，溶液酸性增强，据此解答；
（3）①重铬酸根离子具有强的氧化性，可以将亚铁离子氧化，发生氧化还原反应；根据电荷和原子守恒书写阴极电极反应式；
②根据①的反应中铁离子与铬离子的物质的量之比列式计算铁氧磁体中x。
【解析】
（1）原电池中，负极上是失电子的氧化反应，装置甲铜电极上产生大量的无色气体，说明金属铜是正极；装置乙中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量红棕色气体二氧化氮产生，是硝酸得到电子产生的二氧化氮，发生还原反应的电极是正极，则金属铬是正极，由此可得到的结论是：由装置甲知铬的金属活动性比铜强，由装置乙知常温下铬在浓硝酸中钝化；
（2）石墨电极电解Na2CrO4溶液，实现了Na2CrO4到Na2Cr2O7的转化，这是由于电解池中阳极是溶液中氢氧根离子失电子生成氧气：4OH-－4e－＝O2↑＋2H2O，溶液酸性增强，使c(H+)增大，从而导致2CrO42-+2H+＝Cr2O72-+H2O反应发生，所以实现了Na2CrO4到Na2Cr2O7的转化；
（3）①重铬酸根离子具有强的氧化性，可以将亚铁离子氧化，发生氧化还原反应，根据电子得失守恒、原子守恒和电荷守恒可知反应的离子方程式为Cr2O72-+6Fe2++14H+＝2Cr3++6Fe3++7H2O；在阴极上是溶液中的离子发生得电子的还原反应，若Cr2O72-放电，则阴极的电极反应式为Cr2O72-+6e-+14H+＝2Cr3++7H2O；
②根据反应Cr2O72-+6Fe2++14H+＝2Cr3++6Fe3++7H2O可知Cr3+和Fe3+的物质的量之比为1：3，则：(2−x)/x=1：3，解得x=1.5.
17．（12分）某学习小组探究某浓度浓硝酸和稀硝酸与铁的反应。
实验
现象
Ⅰ中：Fe表面产生大量无色气泡，液面上方变为红棕色
Ⅱ中：Fe表面产生红棕色气泡，过一会儿停止
Ⅲ中：连接导线，一段时间后Fe表面产生红棕色气泡，而后停止；随即又产生红棕色气泡，而后停止，……如此往复多次。Cu表面始终产生红棕色气泡
(1)Ⅰ中液面上方气体由无色变为红棕色的化学方程式为_______。
(2)取少量Ⅰ中溶液，加入_______(填名称)，溶液变成红色，说明产生了Fe3+。
(3)Ⅱ中现象说明Fe表面形成致密的氧化层，阻止Fe进一步反应。说明硝酸具有_______性。
(4)Ⅲ中，连接导线后体系形成了原电池。为分析反应过程，在Fe、Cu之间连接电流计，实验如表。
实验
现象
ⅰ.K闭合时，指针向左偏转(Cu做负极)，Fe表面无明显现象
ⅱ.过一会儿指针向右偏，Fe表面产生红棕色气体；后又迅速向左偏，Fe表面停止产生气泡，……如此往复多次
ⅲ.一段时间后，指针一直处于右端，Fe表面持续产生红棕色气体
ⅳ.Cu表面始终产生红棕色气泡
①推测现象ⅰ中被还原的是_______。
②若将该装置Cu电极换成Zn电极，实验过程中是否会出现现象ii_______(填“是”、“否”) 。
③现象ⅲ中，Fe一直做负极，难以形成氧化层，可能的原因是_______。
④用方程式解释现象ⅳ：_______。
【答案】(1)2NO + O2= 2NO2 （2分） (2) 硫氰化钾 （1分） (3) 强氧化性 （1分） (4) ①铁表面的氧化层（1分） ② 否 （1分） ③反应放热，溶液温度升高；随反应进行，硝酸浓度降低 （2分） ④ Cu+4HNO3 (浓) = Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O，（2分）NO+2H++e—= NO2↑+H2O （2分）
【分析】
Ⅰ中发生的反应为铁和稀硝酸反应生成硝酸铁、一氧化氮和水；Ⅱ中铁在浓硝酸中发生钝化，在铁表面形成了致密的氧化层，阻止铁进一步反应；Ⅲ中刚开始时，铜能与浓硝酸反应，铁在浓硝酸中钝化，则铜做原电池的负极被损耗，铁做正极，铁表面形成氧化物保护膜得电子被还原，铁表面氧化层逐渐被还原而溶解，使铁与浓浓硝酸接触，金属性比铜强的铁做负极，铁失去电子被氧化，在表面形成致密的氧化层；待氧化层完全形成后，铁不能与浓硝酸接触，不能继续失电子，再次做正极，可以如此往复多次。
【解析】
(1) Ⅰ中发生的反应为铁和稀硝酸反应生成硝酸铁、一氧化氮和水，反应的化学方程式为Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O，一氧化氮为无色气体，遇到空气立即与氧气反应转化为红棕色的二氧化氮，则Ⅰ中液面上方气体由无色变为红棕色的反应为一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮，反应的化学方程式为2NO + O2= 2NO2，故答案为：2NO + O2= 2NO2；
(2)溶液中铁离子与硫氰酸根离子反应生成血红色的硫氰化铁，则取少量Ⅰ中溶液，加入硫氰化钾溶液，溶液变成红色，说明反应产生了铁离子，故答案为：硫氰化钾；
(3)II中现象说明硝酸具有强氧化性，铁在浓硝酸中发生钝化，在铁表面形成了致密的氧化层，阻止铁进一步反应，故答案.为：强氧化性；
(4)①刚开始时，铜能与浓硝酸反应，铁在浓硝酸中钝化，则铜做原电池的负极被损耗，铁做正极，铁表面形成氧化物保护膜得电子被还原，故答案为：铁表面的氧化层；
②铁做正极时，铁表面氧化层逐渐被还原而溶解，使铁与浓浓硝酸接触，金属性比铜强的铁做负极，铁失去电子被氧化，在表面形成致密的氧化层；待氧化层完全形成后，铁不能与浓硝酸接触，不能继续失电子，再次做正极，可以如此往复多次；若将该装置铜电极换成锌电极，锌的金属性强于铁，一直做原电池的负极，铁电极始终做正极，实验过程中不可能出现现象ii，故答案为：否；
③硝酸与金属的反应为放热反应，随反应进行，硝酸浓度降低，反应放出的热量使溶液温度升高，铁表面难以形成氧化层，则铁一直做负极被损耗，故答案为：反应放热，溶液温度升高；随反应进行，硝酸浓度降低；
④铜在常温下能与浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮水，反应的化学方程式为Cu+4HNO3 (浓) = Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O，则电池开始工作时，铜做负极，铁做正极；随着反应的进行，硝酸浓度减小，铁表面不再形成氧化物保护膜，则铁做负极，铜做正极，酸性条件下，硝酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成二氧化氮，电极反应式为NO+2H++e—= NO2↑+H2O，故答案为：Cu+4HNO3 (浓) = Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O，NO+2H++e—= NO2↑+H2O。
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