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中六化学练习卷：氧化还原、电化学与化学电池（12 题・100 分）
练习卷 · 中六化学：氧化还原、电化学与化学电池全卷
中六化学练习卷：由氧化数与半反应法配平入手，计算原电池电动势、电解定量（电量、电子摩尔数、析出质量）与氧化还原滴定，并以铅蓄电池、浓盐水电解、电镀及燃料电池作应用分析，全卷 12 题，附完整答案与评分要点。
卷面资料 年级：中六（S6） ｜ 科目：化学 ｜ 时限：75 分钟 ｜ 总分：100 分 ｜ 题数：12
甲部：氧化数与氧化还原反应（4 题 25 分）
氧化数：先定 K、O、H 的氧化数，再用化合物总电荷为 0、离子总电荷等于其电荷求未知数；配平后要核对原子数与电荷。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 1 | 求重铬酸钾 K2Cr2O7 中铬的氧化数，以及高锰酸根离子 MnO4- 中锰的氧化数，并写出计算步骤。 | K2Cr2O7：K = +1、O = −2，设 Cr = x，则 2(+1) + 2x + 7(−2) = 0，得 x = +6，故铬为 +6。MnO4-：设 Mn = y，则 y + 4(−2) = −1，得 y = +7，故锰为 +7。铬与锰都处于最高氧化态，因此 K2Cr2O7 与 MnO4- 都是常用氧化剂。 |
| 2 | 下列三个反应中，哪些属于氧化还原反应？逐项说明，并指出被氧化的物种与被还原的物种（没有的话写“无”）：(a) Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu；(b) HCl + NaOH → NaCl + H2O；(c) 2H2O2 → 2H2O + O2。 | (a) 是氧化还原：Zn 由 0 升至 +2（被氧化），Cu2+ 由 +2 降至 0（被还原）。(b) 不是：H +1、Cl −1、Na +1、O −2 全部不变，只是酸碱中和。(c) 是氧化还原，且属歧化：H2O2 中 O 为 −1，生成物 H2O 中 O 为 −2（被还原），O2 中 O 为 0（被氧化），同一元素同时被氧化与被还原。 |
| 3 | 用氧化数法配平：MnO4- + Fe2+ + H+ → Mn2+ + Fe3+ + H2O，并依次写出 MnO4-、Fe2+、H+、Mn2+、Fe3+、H2O 六个系数。 | Mn 由 +7 降至 +2，得 5 个电子；Fe 由 +2 升至 +3，失 1 个电子，故 MnO4- : Fe2+ = 1 : 5。配平后：1 MnO4- + 5 Fe2+ + 8 H+ → 1 Mn2+ + 5 Fe3+ + 4 H2O。核对电荷：左 = (−1) + 5(+2) + 8(+1) = +17，右 = (+2) + 5(+3) = +17；氢 8 = 8，氧 4 = 4。系数依次为 1 : 5 : 8 : 1 : 5 : 4。 |
| 4 | 用半反应法配平酸性介质中的反应：IO3- + I- + H+ → I2 + H2O，并指出这属于哪一类反应。 | 还原半反应：2IO3- + 12H+ + 10e- → I2 + 6H2O；氧化半反应：2I- → I2 + 2e-，乘 5 得 10I- → 5I2 + 10e-。两式相加：2IO3- + 10I- + 12H+ → 6I2 + 6H2O，化简系数比为 1 : 5 : 6 : 3 : 3。碘的氧化数由 +5（IO3-）与 −1（I-）同时变成 0，同一元素既被氧化又被还原，属歧化反应。 |
乙部：原电池、电解与电极反应（4 题 33 分）
电极与电量：阳极发生氧化、阴极发生还原；E cell = E cathode − E anode；电量 Q = It，电子摩尔数 = Q ÷ 96500，再按半反应式的电子数换算物质摩尔数。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 5 | 锌铜原电池 Zn(s) | Zn2+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(s)，已知 E°(Zn2+/Zn) = −0.76 V、E°(Cu2+/Cu) = +0.34 V。(a) 哪一电极是阳极？(b) 计算电池电动势 E°cell。(c) 写出电池总反应式，并说明外电路电子的流向。 | (a) 锌是阳极，锌被氧化。(b) E°cell = E°(阴极) − E°(阳极) = 0.34 − (−0.76) = 1.10 V。(c) Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)；外电路电子由锌片流向铜片，盐桥中阴离子（如 SO4^2-）移向锌半电池以中和新增的 Zn2+。 |
| 6 | 以惰性电极电解 CuSO4(aq)，电流 2.0 A 通电 30 分钟。已知每摩尔电子电量 96500 C，铜的摩尔质量 63.5 g mol-1。(a) 求通过的电量；(b) 求阴极析出铜的质量。 | (a) Q = It = 2.0 × 1800 = 3600 C。(b) n(e-) = 3600 ÷ 96500 = 0.0373 mol；阴极反应 Cu2+ + 2e- → Cu，故 n(Cu) = 0.0373 ÷ 2 = 0.01865 mol；质量 = 0.01865 × 63.5 = 1.18 g。此即法拉第电解定律的应用。 |
| 7 | 电解浓盐水（brine）时：(a) 写出阳极的生成物及电极反应式；(b) 写出阴极的生成物及电极反应式；(c) 写出总反应式，并说明溶液中最终得到什么碱。 | (a) 阳极生成氯气：2Cl- → Cl2 + 2e-（Cl- 被氧化）。(b) 阴极生成氢气与氢氧离子：2H2O + 2e- → H2 + 2OH-（水被还原）。(c) 总反应：2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2 + Cl2（电解）。留在溶液中的 Na+ 与 OH- 即氢氧化钠，故电解浓盐水同时得到氯气、氢气与烧碱。 |
| 8 | 电镀镍时，工件应接哪一极？阳极用什么材料？解释为何电解质中 Ni2+ 的浓度大致保持不变。 | 工件接负极作阴极，阳极用镍片。阴极：Ni2+ + 2e- → Ni，镍沉积在工件表面；阳极：Ni → Ni2+ + 2e-，镍片溶解。阳极溶解出的 Ni2+ 数目与阴极消耗的 Ni2+ 数目相等，故电解质中 Ni2+ 浓度大致不变，可以长时间电镀；所得镀层薄、均匀、附着力好且抗腐蚀。 |
丙部：定量计算、氧化还原滴定与应用（4 题 42 分）
定量与应用：滴定用 n = cV（V 以 dm³ 计）并按反应式系数比换算；电池组电压是各电池电压之和；比较电池要同时讲能量密度、成本、寿命与环境影响。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 9 | 已知 E°(Ag+/Ag) = +0.80 V、E°(Cu2+/Cu) = +0.34 V、E°(Zn2+/Zn) = −0.76 V。由其中任选两个半电池组成电池：(a) 哪一组合可得最大的 E°cell？计算其值；(b) 写出该电池的阳极与阴极半反应式；(c) 铜银组合的 E°cell 是多少？该反应是否自发？ | (a) 银与锌组合最大：E°cell = 0.80 − (−0.76) = 1.56 V。(b) 阳极（锌）：Zn → Zn2+ + 2e-；阴极（银）：2Ag+ + 2e- → 2Ag，两式电子数相同，直接相加即得总反应。(c) 铜银组合：E°cell = 0.80 − 0.34 = 0.46 V，为正值故自发，其中铜被氧化、Ag+ 被还原。 |
| 10 | 电解熔融 Al2O3 炼铝，电流 10.0 A 通电 4.0 小时。求 (a) 通过的电子摩尔数；(b) 生成铝的质量（Al = 27.0 g mol-1，96500 C mol-1）。并指出阳极为何要定期更换。 | (a) Q = 10.0 × 14400 = 144000 C，n(e-) = 144000 ÷ 96500 = 1.492 mol。(b) 阴极反应 Al3+ + 3e- → Al，n(Al) = 1.492 ÷ 3 = 0.4974 mol，质量 = 0.4974 × 27.0 = 13.4 g。阳极生成的氧会氧化碳阳极（生成 CO2），故碳棒要定期更换。 |
| 11 | 用 0.0200 M KMnO4 滴定 25.0 cm3 酸化 Fe2+ 溶液，平均用去 24.0 cm3。反应为 MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ → Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O。(a) 求被滴定的 Fe2+ 摩尔数；(b) 求原 Fe2+ 溶液的浓度；(c) 本滴定用什么作指示剂？终点凭什么判断？ | (a) n(MnO4-) = 0.0200 × 0.0240 = 4.8e-04 mol；按系数比 1 : 5，n(Fe2+) = 5 × 4.8e-04 = 2.4e-03 mol。(b) c = 2.4e-03 ÷ 0.0250 = 0.096 M。(c) 以 KMnO4 自身作指示剂：MnO4- 呈紫红色、Mn2+ 几乎无色，当最后一滴使溶液呈持久淡粉红色（约半分钟不褪）即为终点。 |
| 12 | 铅蓄电池放电时：PbO2 + Pb + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O，已知 E°(PbO2/PbSO4) = +1.69 V、E°(PbSO4/Pb) = −0.36 V。(a) 计算单一电池的 E°cell；(b) 汽车 12 V 电池由几多个这种电池串联而成？计算其总电压；(c) 解释放电时硫酸浓度为何下降；(d) 比较铅蓄电池与锂离子电池的一项优点与一项缺点。 | (a) E°cell = 1.69 − (−0.36) = 2.05 V。(b) 12 ÷ 2.05 = 5.85，故实际用 6 个电池串联，总电压 = 6 × 2.05 = 12.3 V。(c) 每转移 2 mol 电子消耗 2 mol H2SO4 并生成 2 mol H2O，酸被消耗同时被水稀释，故浓度与密度下降，可用比重计判断放电程度。(d) 优点：可大电流放电、成本低、技术成熟可靠；缺点：能量密度低、含铅与硫酸须回收、循环寿命较短（锂离子电池则能量密度高但成本较高、需保护电路）。 |
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