载人航天工程对科学研究及太空资源开发具有重要意义，其发展水平是衡量一个国家综合国力的重要指标。中国正在逐步建立自己的载人空间站“天宫”，神舟十三号载人飞船在北京时间2021年10月16日0时23分点火发射，又一次正式踏上飞向浩渺星辰的征途。

1. 载人航天工程对科学研究及太空资源开发具有重要意义，其发展水平是衡量一个国家综合国力的重要指标。中国正在逐步建立自己的载人空间站“天宫”，神舟十三号载人飞船在北京时间2021年10月16日0时23分点火发射，又一次正式踏上飞向浩渺星辰的征途。

(1) 氢氧燃料电池(构造示意图如图)单位质量输出电能较高，反应生成的水可作为航天员的饮用水，氧气可以作为备用氧源供给航天员呼吸。

①判断Y极为电池的极，发生反应， $\text{[math]}$ 向(填“X”或“Y”)极作定向移动。

②X电极的电极反应式为。

③Y电极的电极反应式为。

(2) “神舟”飞船的电源系统共有3种，分别是太阳能电池帆板、镉镍蓄电池和应急电池。

①飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板将能转化为能，除供给飞船使用外，多余部分用镉镍蓄电池储存起来。其工作原理为： $\text{[math]}$ ，充电时，阳极的电极反应式为；当飞船运行到地影区时，镉镍蓄电池开始为飞船供电，此时负极附近溶液的碱性(填“增大”“减小”或“不变”)。

②紧急状况下，应急电池会自动启动，工作原理为 $\text{[math]}$ ，其负极的电极反应式为。当负极消耗130 g Zn时，正极产生 $\text{[math]}$ 的物质的量为mol。该电池在充电时Zn极连接直流电源的极。

【考点】

原电池工作原理及应用;

【答案】

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综合题普通

1. 电化学原理在生产生活中有广泛应用，新型电池的开发和利用是当前科学研究的重要方向。

(1) 如图，在a、b的铁棒末端分别连上一块Zn片和Cu片，静置于含有 $\text{[math]}$ 及酚酞的混合凝胶上，已知空气中的氧气能不断进入凝胶中，一段时间后发现凝胶某些区域发生了变化(如图所示)：

已知： $\text{[math]}$ ； $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 结合形成蓝色沉淀。

①装置a发生的原电池反应为： $\text{[math]}$ ，现象为区域甲溶液变红，写出区域乙的电极反应；

②装置b在区域丙溶液变红，写出区域丙电极反应，区域丁观察到的现象是。

(2) 科学家近年发明了一种新型 $\text{[math]}$ 水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体 $\text{[math]}$ 被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。

①放电时，2mol $\text{[math]}$ 转化为HCOOH，转移的电子数为mol；

②充电时，电池总反应为，充电时，阳极区溶液中 $\text{[math]}$ 浓度(填增大、减小或不变)

(3) 某团队设计的新型原电池如图所示，其中a膜是(“阳”或“阴”)离子交换膜，b膜是(“阳”或“阴”)离子交换膜。

综合题普通

2. 根据原电池的工作原理分析判断(填写“正极”或“负极”)。

(1) 由组成原电池的电极材料判断。一般是活动性较强的金属为极，活动性较弱的金属或能导电的非金属为极。

(2) 根据电流方向或电子流动方向判断。电流由极流向极；电子由极流向极。

(3) 根据原电池中电解质溶液内离子的移动方向判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向极，阴离子移向极。

综合题普通

某小组设计实验探究某常见金属M与硝酸反应。

实验(一)M与浓硝酸反应。

取金属M片和铜片在浓硝酸中构成原电池，如图所示。

步骤	操作及现象	记录
①	安装如图装置，加入试剂进行反应，电流表指针偏转	电流强度(I)为 $\text{[math]}$
②	随着反应进行，电流表指针偏转角度减小	$\text{[math]}$ 时电流强度(I)为0
③	电流表指针向反方向偏转	电流强度(I)为 $\text{[math]}$

（1）步骤③中，b________0(填“>”“<”或“=”)。电流强度变化的原因是________。

（2）步骤③中，负极的电极反应式为________。符合条件的金属M除铁之外还有________(填1种金属的化学式即可)。

（3）在如图坐标系中绘制电流强度(I)与时间关系的图像________。

（4）若M为铁，探究铁极表面的物质组成。实验完毕，用蒸馏水清洗铁电极后，将该铁电极浸泡于盐酸中一段时间，将得到的溶液分成甲、乙两份，进行如下实验：

实验	操作	现象
ⅰ	向甲中滴加 $\text{[math]}$ 溶液	无明显现象
ⅱ	向乙中滴加 $\text{[math]}$ 溶液	产生蓝色沉淀

已知亚铁离子遇 $\text{[math]}$ 溶液会产生蓝色沉淀，则下列关于铁极表面的物质的推断合理的是_______(填字母)。

A. 一定是 $\text{[math]}$

B. 一定不含 $\text{[math]}$ 价铁

C. 一定是 $\text{[math]}$

D. 可能是 $\text{[math]}$

实验(二)铁与极稀硝酸反应。

已知： $\text{[math]}$ 。

实验发现，装置B中溶液变棕色，装置D中黑色粉末变为红色，装置E中白色粉末变为蓝色。实验完毕后，取少量装置A中溶液，加入浓NaOH溶液，加热，产生的气体使湿润的红色石蕊试纸变蓝色。

（5）根据装置D、E现象可知，装置A中还原产物有________(填化学式)，产生该气体的原因是________。

（6）假设上述实验生成三种还原产物且物质的量之比为 $\text{[math]}$ 完全反应转移 $\text{[math]}$ 电子。写出该反应的离子方程式：________。

综合题普通