高中 | 原电池工作原理 题目答案及解析

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选修四

第四章 电化学基础

第一节 原电池

原电池工作原理

$\rm -$溴可充电电池具有长循环寿命、高安全性、低成本和广泛可用的活性材料等特点。以下为一种液流有膜锌$\rm -$溴电池装置,其中电解液为溴化锌溶液。

写出以上装置负极电极反应                

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$\\text{Zn - 2}{{\\text{e}}^{-}}=\\text{Z}{{\\text{n}}^{2+}}$

"]]

$\rm -$溴可充电电池装置活泼的为负极,负极为锌,电极反应$\text{Zn - 2}{{\text{e}}^{-}}=\text{Z}{{\text{n}}^{2+}}$

锌溴电池电解液中一般需要添加电解质增强其导电性,以下能作为添加剂的是                

$\rm A$$\rm FeCl_{3}$   $\rm B$$\rm AgNO_{3}$   $\rm C$.乙醇   $\rm D$$\rm KCl$

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$\\rm D$

"]]

$\rm A$$\rm FeCl_{3}$会与$\rm Zn$发生氧化还原反应,$\rm \text{2F}{{\text{e}}^{\text{3+}}}\text{+Zn=Z}{{\text{n}}^{\text{2+}}}\text{+2F}{{\text{e}}^{\text{2+}}}$$\rm A$错误;

$\rm B$$\rm AgNO_{3}$会与$\rm \text{B}{{\text{r}}^{-}}$形成沉淀,$\rm Ag^{+}+Br^{-}=AgBr\downarrow$$\rm B$错误;

$\rm C$.乙醇为非电解质,不能增强导电性,$\rm C$错误;

$\rm D$$\rm KCl$本身不参与电源中的反应,且为电解质,可增强其导电性,$\rm D$正确;

故选:$\rm D$

充电过程中,生成的$\rm Br_{2}$易与溶液中$\rm Br$ $\rm ^{-}$反应生成多溴离子$(\text{Br}_{3}^{-}$$\text{Br}_{5}^{-}$$\rm )$,与负极上的锌反应,造成严重的自放电行为,影响电池效果。为了解决这个问题,可以在电解液中加入$\rm Br$ $\rm ^{-}$络合剂$\rm MEP($$\rm )$

充电过程中,在                生成$\rm Br_{2}$

$\rm A$.正极   $\rm B$.负极   $\rm C$.阳极   $\rm D$.阴极

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$\\rm C$

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充电过程中,阳极失电子,电极反应为$\rm \text{2B}{{\text{r}}^{-}}\text{-2}{{\text{e}}^{-}}\text{=B}{{\text{r}}_{\text{2}}}$,故选:$\rm C$

关于$\rm MEP$说法正确的是                

$\rm A$$\rm MEP$属于共价化合物

$\rm B$$\rm MEP$中仅存在极性共价键

$\rm C$$\rm MEP$$\rm C$$\rm N$原子杂化方式均为$\rm sp^{3}$

$\rm D$$\rm MEP$中部分元素第一电离能大小为:$\rm C\gt N$

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$\\rm C$

"]]

$\rm A$$\rm MEP($$\rm )$中含阴阳离子,属于离子化合物,$\rm A$错误;

$\rm B$$\rm MEP$中非极性共价键$\rm (C-C$$\rm )$和极性共价键$\rm (C-H$$\rm C-N$$\rm )$$\rm B$错误;

$\rm C$$\rm MEP$$\rm C$的价层电子对数为$\rm 4+\dfrac{4-1\times 4}{2}=4$$\rm N$原子的价层电子对数为$\rm 4+\dfrac{5-1-1\times 4}{2}=4$,杂化方式均为$\rm sp^{3}$$\rm C$正确;

$\rm D$.同周期第一电离能随原子序数的增大,第Ⅱ$\rm A$族,第Ⅴ$\rm A$族大于相邻元素,故第一电离能大小为:$\rm C\lt N$$\rm D$错误;

比较$\rm C$$\rm N$元素电负性大小,且列举一个事实证明                

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电负性$\\rm N\\gt C$,硝酸的酸性强于碳酸;氮化碳中氮的化合价为负价,碳为正价;碳酸氢钠和硝酸反应生成二氧化碳;硝酸钠溶液呈中性,碳酸钠溶液呈碱性

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同周期电负性从左向右依次增大,电负性$\rm N\gt C$,例如:硝酸的酸性强于碳酸;氮化碳中氮的化合价为负价,碳为正价;碳酸氢钠和硝酸反应生成二氧化碳;硝酸钠溶液呈中性,碳酸钠溶液呈碱性;

$\rm Br$元素在元素周期表中的位置为                

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$\\rm 4$周期第Ⅶ$\\rm A$$\\rm ($$\\rm 17$$\\rm )$

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$\rm Br$是第$\rm 35$号元素,核外电子排布为$\rm 2$$\rm 8$$\rm 18$$\rm 7$,元素在元素周期表中的位置为第$\rm 4$周期第Ⅶ$\rm A$$\rm ($$\rm 17$$\rm )$

部分卤化锌的熔点如下:

物质$\rm ZnF_{2}$$\rm ZnCl_{2}$$\rm ZnBr_{2}$$\rm ZnI_{2}$
熔点$\rm 872 \ {}^\circ \text{C}$$\rm 293 \ {}^\circ \text{C}$$\rm 394 \ {}^\circ \text{C}$$\rm 445 \ {}^\circ \text{C}$

解释以上卤化锌熔点变化规律                

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$\\rm ZnF_{2}$为离子晶体,熔化克服离子键,$\\rm ZnCl_{2}$$\\rm ZnBr_{2}$$\\rm ZnI_{2}$为分子晶体,熔化克服范德华力,一般离子键强于范德华力,所以$\\rm ZnF_{2}$熔点最高。$\\rm ZnCl_{2}$$\\rm ZnBr_{2}$$\\rm ZnI_{2}$结构相似,相对分子质量依次增大,范德华力依次增大,熔点依次增大

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$\rm ZnF_{2}$的熔点远高于其它三种卤化锌,其原因是$\rm ZnF_{2}$为离子晶体,熔化克服离子键,$\rm ZnCl_{2}$$\rm ZnBr_{2}$$\rm ZnI_{2}$为分子晶体,熔化克服范德华力,一般离子键强于范德华力,所以$\rm ZnF_{2}$熔点最高。$\rm ZnCl_{2}$$\rm ZnBr_{2}$$\rm ZnI_{2}$结构相似,相对分子质量依次增大,范德华力依次增大,熔点依次增大;

$\rm Zn^{2+}$的沉积过程中受多种因素影响,容易形成锌枝晶$\rm ($树状金属锌$\rm )$。电解质中$\rm [Zn(H_{2}O)_{4}]^{2+}$的去溶剂$\rm (H_{2}O)$化能比较高,未脱除的水分子会优先得电子,是易形成锌枝晶的因素之一。

判断是否产生锌枝晶最有效的方法为                

$\rm A$.原子吸收光谱   $\rm B$.红外光谱

$\rm C$.核磁共振氢谱   $\rm D$.晶体$\rm X$射线衍射

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$\\rm D$

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锌枝晶属于金属晶体,测定晶体最可靠的科学方法是进行$\rm X$射线衍射实验;

$\rm [Zn(H_{2}O)_{4}]^{2+}$的中心离子的价层电子排布式为                ,去溶剂$\rm (H_{2}O)$化过程中需要克服的化学键为                $\rm ($不定项$\rm )$  

$\rm A$.离子键     $\rm B$.范德华力     $\rm C$.氢键     $\rm D$.配位键

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$\\rm 3d^{10}$$\\rm D$

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$\rm [Zn(H_{2}O)_{4}]^{2+}$的中心离子为$\rm Zn^{2+}$$\rm Zn$是第$\rm 30$号元素,价层电子排布式为$\rm 3d^{10}4s^{2}$$\rm Zn^{2+}$价层电子排布式为$\rm 3d^{10}$$\rm [Zn(H_{2}O)_{4}]^{2+}$中,水和$\rm Zn^{2+}$以配位键结合,故去溶剂$\rm (H_{2}O)$化过程中需要克服的化学键为配位键,故选: $\rm D$

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