高二化学同步检测十五金属的冶炼原电池原理及其应用

高二化学同步检测十五金属的冶炼原电池原理及其应用可能用到的相对原子质量：H1C12O16Na23Mg24Al27Fe56Cu64Ba137S32第Ⅰ卷（选择题共46分）一、选择题（每小题只有一个选项符合题意，每小题2分，共16分）1.我国在春秋战国时期就懂得将白口铁经褪火处理得到相当于铸钢的物器（如锋利的宝剑），这一技术要比欧洲早近两千年，那么白口铁褪火处理的主要作用是()A.除硫、磷杂质B.适当降低了含碳量C.掺进合金元素D.改善表面的结构性能答案：B解析：将白口铁褪火处理实质上是将铁中的碳元素在高温下氧化，转化为CO2，降低铁中的含碳量。2.下列金属①铁，②镁，③锰，④钒，⑤铬，可用铝热法制备的有()A.①②④B.①②③⑤C.①③④⑤D.①②③④⑤答案：C解析：可用铝热法制备的金属还原性比Al弱，且一般是难熔的金属，Mg不符合要求。3.用H2作还原剂和用金属作还原剂相比，所得金属纯度的说法正确的是()A.用H2的高B.用金属的高C.二者相同D.无法比较答案：A解析：用H2作还原剂，其氧化产物是H2O，高温下易挥发，而用金属作还原剂，其氧化产物是金属氧化物，难挥发，故用H2还原得到的金属纯度高。4.冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法；②水煤气法；③活泼金属置换法；④电解法；四种方法在工业上均有应用。古代有（Ⅰ)火烧孔雀石炼铜；（Ⅱ）湿法炼铜；（Ⅲ）铝热法炼铬；（Ⅳ）从光卤石中提炼镁；对它们的冶炼方法分析不正确的是()A.Ⅰ①B.Ⅱ②C.Ⅲ③D.Ⅳ④答案：B解析：湿法炼铜是活泼金属在水溶液中置换出铜，故B不正确。5.如图所示，电流计指针发生偏转，X极变粗，Y极变细，符合这种情况的组合是()A.X是Cu,Y是Zn，Z是稀H2SO4溶液B.X是Zn，Y是C，Z是CuSO4溶液9/9C.X是Fe,Y是Cu,Z是Fe(NO3)3溶液D.X是Ag，Y是Zn,Z是AgNO3溶液答案：D解析：由题意可知X极是该原电池的正极，Y极是负极，只有D选项符合题意。6.下列各种方法中：①金属表面涂抹油漆；②改变金属内部结构；③保持金属表面清洁干燥；④在金属表面进行电镀；⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜。能对金属起到防止或减缓腐蚀作用的是()A.①②③④B.①③④⑤C.①②④⑤D.全部答案：D解析：上述措施均能起到防止或减缓金属腐蚀的作用。7.下列说法错误的是()A.回收照相业中的定影液可提取镁B.回收不锈钢可提取铬或镍以及铁C.回收可口可乐易拉罐可回收铝D.回收精炼铜的阳极可得金、银等重金属答案：A解析：回收照相业中的定影液可提取金属Ag。8.铁钉和碳棒用导线连接后，浸入到0.01mol·L-1NaCl溶液中，可能发生的是()①碳棒上有氢气析出②碳棒附近产生OH-③发生析氢腐蚀④发生吸氧腐蚀A.①③B.①④C.②③D.②④答案：D解析：Fe和碳棒浸入0.01mol·L-1NaCl溶液中可发生吸氧腐蚀。二、选择题（每小题只有一个选项符合题意，每小题3分，共30分）9.下列金属冶炼的反应原理，错误的是()A.2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑B.MgO+H2Mg+H2OC.Fe3O4+4CO3Fe+4CO2D.2HgO2Hg+O2↑答案：B解析：Mg是活泼金属，不能通过热还原法制取，只能通过电解法制取。10.二战期间，丹麦科学家玻尔被迫离开德军占领的祖国。为了表明一定要返回祖国的决心，他把自己获得的金质诺贝尔奖章放在盛有王水的玻璃瓶中留了下来：Au+HNO3+3HCl====AuCl3+NO↑+2H2O。战后玻尔从溶液中提取金，又重新铸成了奖章。下列方法中，你认为不能从溶有黄金的王水中提取金的是()A.用铁置换B.电解其水溶液C.先蒸发水分后灼烧固体D.过滤9/9答案：D解析：Au属于不活泼金属，用电解法、置换法、热分解法，均可以得到Au，但不能用过滤法，因为AuCl3是水溶液，不是沉淀。11.将3.6g炭粉跟含Fe3O480%的磁铁矿粉29g混合后，隔绝空气加强热，反应后收集到的气体恢复到标准状况时，其体积为6.72L，则气体是()A.全部是CO2B.CO和CO2各占一半C.全部是COD.CO和CO2的混合物，其中CO体积占2/3答案：D解析：n(C)==0.3mol，产生气体的物质的量==0.3mol,故C完全反应。设生成CO的物质的量为x，生成CO2的物质的量为y，根据C、O守恒，则有：解得故气体为CO和CO2的混合物，其中CO体积占，CO2体积占。12.关于如图所示装置的叙述，正确的是()A.铜是阳极，铜片上有气泡产生B.铜片质量逐渐减少C.电流从锌片经导线流向铜片D.氢离子在铜片表面被还原答案：D解析：该装置是原电池装置，铜片作正极，不参与反应，但氢离子在铜片上得电子生成H2，锌片作负极失电子生成Zn2+进入溶液，电子经导线由锌片流向铜片，电子流向和电流方向相反。综合比较，D选项正确。13.根据下列实验事实9/9（1）X+Y2====X2+Y（2）Z+2H2OZ（OH）2+H2↑（3）Z2+的氧化性比X2+弱（4）由Y、W电极组成的原电池，电极反应为W2++2e-====WY-2e-====Y2+可知X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序是()A.X>Z>Y>WB.Z>W>X>YC.Z>X>Y>WD.Z>Y>X>W答案：C解析：（1）活泼金属能把比它不活泼的金属元素从盐溶液中置换出来，所以还原性X>Y。（2）说明Z是一种还原性很强的金属。（3）相同价态的金属离子氧化性越弱，其金属单质的还原性越强，所以还原性Z>Y。（4）在原电池里，负极是较活泼金属，它发生的是氧化反应，所以Y为负极，还原性必Y>W。由以上分析，本题应选C。14.锂电池是新一代的高能电池，它以质轻、能高而受到普遍重视。目前已经研制成功了多种锂电池。某种锂电池的总反应可表示为：Li+MnO2====LiMnO2，若该电池提供5C电荷量（其他损耗忽略不计），则消耗的正极材料的质量约为（式量Li:7,MnO2:87,电子电荷量取1.60×10-19C）()A.3.5×10-3gB.7×10-4gC.4.52×10-3gD.4.52×10-2g答案：C解析：n(e-)==5.2×10-5mol,正极反应MnO2～e-,则n(MnO2)=5.2×10-5mol,m(MnO2)=5.2×10-5mol×87g·mol-1=4.52×10-3g。15.下图装置中，构成原电池的是()答案：C解析：A、D选项中没有构成闭合回路，B中乙醇为非电解质，不能导电。16.下列事实不用电化学理论解释的是()A.轮船水线以下的船壳上装一定数量的锌块B.铝片不用特殊方法保护C.纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量硫酸铜溶液后速率加快D.镀锌铁比镀锡铁耐用答案：B解析：A选项，Zn-Fe在海水中构成原电池，Zn作负极保护铁；B选项，铝表面形成一层致密的氧化膜保护铝不被氧化；C选项，滴加硫酸铜溶液后，Zn置换出铜，Zn-Cu构成原电池，加快反应速率；D选项，镀锌铁构成原电池后，Zn作负极保护铁，镀锡铁构成原电池后，Fe作负极，锡作正极，加快铁的腐蚀速率。9/917.常用的纽扣式银锌电池，放电时的电极反应式分别为：Zn极Zn+2OH--2e-====Zn(OH)2Ag2O极Ag2O+H2O+2e-====2Ag+2OH-则下列说法中不正确的是()A.放电过程中c(OH-)不变B.Zn为负极而Ag2O为正极C.电解质溶液呈碱性D.电子从Ag2O流出经用电器后流入Zn极答案：D解析：原电池工作时Zn失去电子，Ag2O得到电子，所以Zn为负极，Ag2O为正极，Zn失去的电子经外电路流向Ag2O，负极消耗的OH-与正极产生的OH-相等，所以电解质溶液的pH不变，Zn失去电子时要消耗OH-，所以电解质溶液必须呈碱性。18.一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入C4H10气体；电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体，在熔融状态下能传导O2-。下列对该燃料电池说法正确的是①在熔融电解质中，O2-由负极移向正极②电池的总反应是：2C4H10+13O2====8CO2+10H2O③通入空气的一极是正极，电极反应为：O2+4e-====2O2-④通入C4H10的一极是正极，电极反应为：C4H10+26e-+13O2-====4CO2+5H2O()A.①②B.②③C.①③D.②④答案：B解析：根据燃料电池的特点，通入燃料C4H10的一极为负极，电极反应式为：C4H10-26e-+13O2-====4CO2+5H2O;通入空气的一极为正极，电极反应式为：O2+4e-====2O2-；电池的总反应式为：2C4H10+13O2====8CO2+10H2O。②③正确，答案选B。第Ⅱ卷（非选择题共54分）三、填空题、简答题（本题包括4小题，共37分）19.（9分）钛（Ｔｉ）因为具有神奇的性能越来越引起人们的关注，常温下钛不和非金属、强碱反应。红热时，却可与常见的非金属单质反应。钛是航空、军工、电力等方面的必需原料。地壳中含钛矿石之一称金红石(ＴｉＯ２)，目前大规模生产钛的方法是：第一步：金红石、炭粉混合在高温条件下通入氯气制ＴｉＣｌ4和一种可燃性气体。该反应的化学方程式为：___________________________，该反应的还原剂是________________。第二步：在氩气的气氛中，用过量的镁在加热条件下与ＴｉＣｌ４反应制得金属钛。（1）写出此反应的化学方程式：____________________________________________________；（2）如何由上述所得产物中获取金属钛？简述步骤并写出有关反应的化学方程式_______________________________________________________________________________。答案：TiO2+2Cl2+2CTiCl4+2COC(1)TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti(2)产物冷却后加足量的盐酸，过滤、洗涤、干燥得金属钛;Mg+2HCl====MgCl2+H2↑解析：第一步中“可燃性”气体为CO，反应方程式应为：TiO2+2Cl2+2CTiCl4+2CO。Mg与TiCl4反应方程式为：TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti。9/920.（8分）某化工厂排放的污水中含有Al3+、Fe3+、Hg2+、Cu2+四种离子。甲、乙、丙三同学设计从该污水中回收金属铜的方案如下：甲：污水+++++++++++乙：污水丙：污水填空和回答：（1）甲、乙、丙提出的方案能否制得铜？甲：____________________；乙：____________________；丙：____________________。（2）在能制得铜的方案中，会导致环境污染的一步操作是：____________________________________________________________________________________________________________。答案：（1）不能能不能（2）乙方案中③加热时汞形成蒸气，有毒解析：甲方案中，加NaOH后，所得沉淀中含Fe(OH)3、Cu(OH)2、Hg(OH)2，加热后，得Fe2O3和CuO，Hg(OH)2分解产生HgO和H2O,HgO进一步分解生成汞蒸气和O2，再用H2还原得到Fe和Cu。乙方案中，加Fe过滤后得到的滤渣中有Cu、Hg，可能有过量的铁粉，再加稀盐酸后铁粉溶解，剩下Cu、Hg，加热，Hg变成蒸气，Cu被空气中氧气氧化得到CuO，再用H2还原得到Cu。丙方案中没有加稀盐酸除去过量的铁粉，最后得到的Cu中可能混有铁。21.（8分）有人设计以铂和锌为电极材料，埋入人体内作某种心脏病人的心脏起搏器的能源，它依靠人体血液中一定浓度的O2、H2O进行工作，两极反应式为：正极材料是_______________，电极反应是________________；负极材料是________________，电极反应是_______________。答案：PtO2+4e-+2H2O====4OH-ZnZn-2e-====Zn2+22.（12分）市场出售的“热敷袋”，其主要成分是铁屑、炭粉、木屑与少量氯化钠、水等。它在使用之前需用塑料袋与空气隔绝。使用时开启塑料袋的小气孔，轻轻揉搓就会放出热量来。当使用完后还会发现有锈生成，依上述现象完成下列问题：（1）“热敷袋”放出热量使铁发生了什么反应？（2）炭粉的主要作用是什么？（3）加入氯化钠的作用是什么？（4）写出有关的电极反应与化学方程式来表明上述过程。答案：（1）铁是原电池的负极，发生了氧化反应，Fe-2e-====Fe2+(2)炭粉是原电池的正极。（3）食盐与水构成电解质溶液。9/9（4）原电池的电极反应是：Fe负极：2Fe-4e-====2Fe2+C正极：2H2O+O2+4e====4OH-起吸氧作用Fe2++2OH-====Fe(OH)2↓4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3解析：“热敷袋”利用原电池的工作原理，铁发生氧化反应放出能量。在此原电池中，Fe作负极，炭粉作正极，NaCl和水构成电解液，Fe发生吸氧腐蚀。四、计算题（本题包括2小题，共17分）23.（8分）一定质量由铝粉和四氧化三铁组成的铝热剂，在隔绝空气的条件下灼烧，使之充分反应。将所得混合物研细并分成两等份，分别投入过量的烧碱溶液和盐酸中，充分反应后，前者消耗mmolNaOH，放出0.336L气体；后者消耗nmolHCl，放出VL气体。若将等质量的这种铝热剂中铝粉与足量的稀硫酸反应，可得到3.36L气体（气体体积均在标准状况下测定）。求：（1）该铝热剂组成成分的质量分数。（2）m、n、V的值。答案：(1)φ(Al)=27.95%φ(Fe3O4)=72.05%(2)m=0.05moln=0.24molV=1.344L解析：根据题意，进行铝热反应后的混合物投入烧碱溶液中，产生气体，说明铝粉过量，Fe3O4完全反应。由于等质量的铝和酸、碱反应，放出H2的量相等，由2Al～3H2可知：原铝热剂中铝的总质量m1(Al)=×27g·mol-1=2.7g发生铝热反应后剩余铝的质量m2(Al)=×2×27g·mol-1=0.54g铝热反应消耗铝的质量m3(Al)=2.7g-0.54g=2.16g(1)由8Al+3Fe3O49Fe+4Al2O3,则m(Fe3O4)==6.96gm(Fe)==5.04gm(Al2O3)==4.08g故φ(Al)=×100%=27.95%φ(Fe3O4)=1-27.95%=72.05%(2)根据原子守恒Al～NaAlO2～NaOH9/9m=n(NaOH)==0.05mol由2Al～6HCl～3H2Al2O3～6HClFe～2HCl～H2n=n(HCl)=×3+×6+×2=0.24molV=V(H2)=()×22.4L·mol-1=1.344L24.（9分）由铜片、锌片和200mL稀H2SO4组成的原电池中，若锌片发生电化学腐蚀，当铜片上放出3.36L(标准状况）气体时，硫酸恰好全部作用完。试计算：（1）产生这些气体消耗了多少克锌？（2）有多少个电子通过了导线？（3）200mL稀H2SO4的物质的量浓度是多少？答案：（1）9.75g(2)1.806×1023个（3）0.75mol·L-1解析：(1)Zn+2H+====Zn2++H2↑6.5g22.4Lm(Zn)3.36Lm(Zn)=9.75g(2)负极：Zn-2e-====Zn2+正极：2H++2e-====H2↑2mol22.4Lm(e-)3.36Ln(e-)=0.3mol通过导线的电子数为：0.3mol×6.02×10-23mol-1=1.806×1023个（3）Cu片上：2H++2e-====H2↑2mol22.4n(H+)3.36Ln(H+)=0.3mol则n(H2SO4)=0.15mol,c(H2SO4)==0.75mol·L-1。考后评价________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________9/9________________________________________________________________________________9/9