2021高考化学人教版一轮复习规范演练：第八章 第二讲 原电池 化学电源

2021高考化学人教版一轮复习规范演练：第八章 第二讲 原电池 化学电源

www.ks5u.com 规范演练23‎ 一、选择题 ‎1．(2019·福建泉州模拟)课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是(　　)‎ A．原电池是将化学能转化成电能的装置 B．原电池由电极、电解质溶液和导线等组成 C．图中a极为铝条、b极为锌片时，导线中会产生电流 D．图中a极为锌片、b极为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片 解析：D项，a极为负极，电子由负极(锌片)流出。‎ 答案：D ‎2．(2019·云南七校联考)铝—空气电池以高纯度铝(含铝99.99%)为负极，铂铁合金为正极，海水为电解质溶液，工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A．铝—空气电池要及时回收处理，以免造成重金属污染 B．正极制成鱼鳃状的目的是增大铂铁合金与海水中溶解氧的接触面积 C．每消耗1 mol Al，电解质溶液中会有3 mol电子通过 D．该电池工作时，铂铁合金比高纯铝更容易被腐蚀 解析：A项，铝不属于重金属，错误；B项，正极制成鱼鳃状的目的是增大铂铁合金与海水中溶解氧的接触面积，从而增大反应速率，正确；C项，电子只能沿导线转移，电解质溶液中移动的是离子，错误；D项，该电池工作时铂铁合金是正极被保护，不易被腐蚀，错误。‎ 答案：B ‎3．(2019·鄂豫陕八校联考)硼化钒(VB2)—空气电池是目前储电能力最高的电池，电池示意图如图，该电池工作时发生的反应为4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5。下列说法不正确的是(　　)‎ A．电极a为电池正极 B．图中选择性透过膜为阴离子透过膜 C．电池工作过程中，电极a附近区域pH减小 D．VB2极发生的电极反应为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O 解析：根据电池反应，O2发生还原反应，故通入空气的电极a为正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A项正确；根据电池反应，VB2发生氧化反应转化为V2O5、B2O3，VB2极的电极反应式为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O，D项正确；根据负极反应和正极反应可知，正极上生成OH－，负极上消耗OH－，故该选择性透过膜为阴离子透过膜，B项正确；由正极反应式可知，电池工作过程中，电极a附近c(OH－)增大，pH增大，C项错误。‎ 答案：C ‎4．(2019·哈尔滨模拟)新型NaBH4H2O2燃料电池(DBFC)‎ 的结构如图所示(已知硼氢化钠中氢为－1价)，有关该电池的说法正确的是(　　)‎ A．电极B材料中含MnO2层，MnO2可增强导电性 B．电池负极区的电极反应：BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O C．放电过程中，Na＋从正极区向负极区迁移 D．在电池反应中，每消耗1 L 6 mol·L－1 H2O2溶液，理论上流过电路中的电子数为6NA 解析：A项，电极B采用MnO2，为正极，H2O2发生还原反应，得到电子被还原生成OH－，MnO2既作电极材料又有催化作用，错误；B项，负极发生氧化反应，电极反应式为BH＋8OH－－8e－=== BO＋6H2O，正确；C项，放电时，Na＋向正极移动，错误；D项，在电池反应中，每消耗1 L 6 mol·L－1 H2O2溶液，理论上流过电路中的电子数为6 mol·L－1×1 L×2×NA·mol－1＝12NA，错误。‎ 答案：B ‎5．(2019·贵阳一中月考)将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料构成NaCO2二次电池，电池的总反应为3CO2＋4Na2Na2CO3＋C。下列说法错误的是(　　)‎ A．放电时，ClO向负极移动 B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2‎ C．放电时，正极反应为3CO2＋4e－=== 2CO＋C D．充电时，正极反应为Na＋＋e－=== Na 解析：电池放电时，ClO向负极移动，A项正确；结合总反应可知放电时需吸收CO2，而充电时释放CO2，B项正确；放电时，正极上CO2得电子被还原生成单质C，即电极反应式为3CO2＋4e－=== 2CO＋C，C项正确；充电时，阳极发生氧化反应，即C被氧化生成CO2，D项错误。‎ 答案：D ‎6．(2019·贵阳模拟)一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是(　　)‎ A．b电极是负极 B．a电极的电极反应式：N2H4＋4OH－＋4e－===N2↑＋4H2O C．放电时，电子从a电极经过负载流向b电极 D．电池工作时，K＋从正极移向负极 解析：燃料电池中正极上通入空气，故b电极为正极，A项错误；a电极为负极，负极上N2H4发生氧化反应：N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O，B项错误；放电时，电子从负极(a电极)经过负载流向正极(b电极)，C项正确；该装置交换膜为阴离子交换膜，电池工作时，OH－从正极移向负极，D项错误。‎ 答案：C ‎7．(2019·石家庄联考)某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池。放电时电池的总反应式为Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6(x<1)。下列关于该电池的说法不正确的是(　　)‎ A．放电时，Co元素的化合价升高 B．放电时，正极的电极反应式为Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋=== LiCoO2‎ C．充电时，Li＋在电解液中由阳极向阴极迁移 D．充电时，阴极的电极反应式为C6＋xLi＋＋xe－===LixC6‎ 解析：由放电时电池的总反应式可知，放电时Co的化合价降低，A项错误；放电时正极的电极反应式为Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2，B项正确；充电时阳离子由阳极向阴极迁移，C项正确；充电时阴极反应与放电时负极反应互为逆反应，阴极反应式为C6＋xLi＋＋xe－===LixC6，D项正确。‎ 答案：A ‎8．(2019·日照质检)一种突破传统电池设计理念的镁－锑液态金属储能电池的工作原理如图所示，该电池所用液体密度不同，在重力作用下分为三层，工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变。下列说法不正确的是(　　)‎ A．放电时，Mg(液)层的质量减小 B．放电时，正极反应为Mg2＋＋2e－===Mg C．该电池充电时，MgSb(液)层发生还原反应 D．该电池充电时，Cl－向下层移动 解析：根据电流方向(由正极流向负极)可知，镁(液)‎ 层为原电池的负极，放电时，Mg(液)层的质量减小，A项正确；根据题意知，正极反应为熔融的Mg2＋得电子发生还原反应，电极反应式为Mg2＋＋2e－===Mg，B项正确；充电时镁(液)层为阴极，MgSb(液)层为阳极，则MgSb(液)层发生氧化反应，C项错误；充电时阴离子向阳极移动，即Cl－向下层移动，D项正确。‎ 答案：C 二、非选择题 ‎9．可以将氧化还原反应：2H2＋O2===2H2O设计成原电池。‎ ‎(1)利用氢气和氧气、氢氧化钾溶液构成燃料电池，则负极通入的气体应是____________，正极通入的气体就是________，电极反应式为正极______________________，负极___________________。‎ ‎(2)如把KOH改为稀硫酸作电解质，则电极反应式为：正极 ‎_____________________________________________________，‎ 负极_______________________________________________。‎ ‎(3)(1)和(2)的电解溶液不同，反应进行后，其溶液的pH各有何变化？_________________________________________________‎ ‎____________________________________________________。‎ ‎(4)如把H2改为甲烷，KOH溶液作电解质溶液，则电极反应式为：正极________________________________________________，‎ 负极________________________________________________。‎ 解析：(1)根据电池反应式可知在反应中H2被氧化，O2被还原。H2应该在负极上反应，O2应该在正极上反应，又因为是碱性溶液，不可能有H＋参加或生成，故负极的电极反应为H2＋2OH－－2e－=== 2H2O，正极的电极反应为O2＋2H2O＋4e－=== 4OH－。(2)若将导电物质换为酸性溶液，此时应考虑不可能有OH－生成，故负极的电极反应为H2－‎ ‎2e－=== 2H＋，正极的电极反应为O2＋4H＋＋4e－=== 2H2O。(3)由于前者在碱性条件下反应，KOH的量不变，但工作时H2O增多，故溶液变稀，pH将变小；而后者为酸溶液，H2SO4的量不变，H2O增多，故溶液变稀，pH将变大。(4)如把H2改为甲烷，KOH溶液作电解质，则正极为2O2＋4H2O＋8e－===8OH－，此时不会有CO2放出；负极为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O。‎ 答案：(1)H2　O2　O2＋2H2O＋4e－=== 4OH－　H2＋2OH－－‎ ‎2e－=== 2H2O　(2)O2＋4H＋＋4e－=== 2H2O　H2－2e－=== 2H＋　(3)前者变小，后者变大　(4)2O2＋4H2O＋8e－===8OH－　CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O ‎10．(2019·模拟联考汇编)(1)研究人员最近发现了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，“水”电池在放电时：①该电池的负极的电极反应式为 ‎_______________________________________________________‎ ‎____________________________________________________。‎ ‎②Na＋不断向“水”电池的______________极移动。‎ ‎③每有 1 mol 电子转移，生成________mol Na2Mn5O10。‎ ‎(2)如图1为钠高能电池的结构示意图，该电池的工作温度为 320 ℃ 左右，电池反应为2Na＋xS===Na2Sx，正极的电极反应式为____________________________。M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是__________。与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，钠高能电池的理论放电量是铅蓄电池的________倍。‎ 图1‎ ‎(3)如图2所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量侦测与控制的功能，非常适合进行现场酒精检测。则该电池的负极反应为_______________________________________________‎ ‎____________________________________________________，‎ 正极反应为____________________________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ 图2‎ 解析：(1)①根据电池总反应可判断出Ag为该电池的负极，电极反应式为Ag＋Cl－－e－===AgCl。②在原电池中，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，故Na＋移向正极。③根据电池总反应和得失电子守恒知，生成1 mol Na2Mn5O10的同时生成2 mol AgCl，转移2 mol电子，故每有1 mol电子转移，生成0.5 mol Na2Mn5O10。(2)正极的电极反应式为xS＋2e－===S，M的作用一是导电，二是因钠与硫易反应，故它起到隔离作用；钠高能电池中负极为钠，消耗23 g钠转移1 mol e－，则消耗207 g钠时转移 mol e－，铅蓄电池的电池反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，铅蓄电池中铅是负极，消耗207 g铅时转移2 mol e－，故钠高能电池的理论放电量是铅蓄电池的207÷23÷2＝4.5倍。‎ 答案：(1)①Ag＋Cl－－e－===AgCl　②正　③0.5‎ ‎(2)xS＋2e－===S(或2Na＋＋xS＋2e－===Na2Sx)　导电和隔离钠与硫　4.5‎ ‎(3)CH3CH2OH＋H2O－4e－===CH3COOH＋4H＋ O2＋4e－＋‎ ‎4H＋===2H2O ‎11．(2019·湖北八校联考)如图1是原电池的装置图。请回答：‎ ‎(1)若C为稀H2SO4溶液，电流表指针发生偏转，B电极材料为Fe且作负极，则A电极上发生的电极反应式为 ‎_______________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________；‎ 反应进行一段时间后溶液C的pH将________(填“升高”“降低”或“基本不变”)。‎ 图1‎ ‎(2)若需将反应：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋ 设计成如图1所示的原电池装置，则A(负极)极材料为________，B(正极)极材料为________，溶液C为____________。‎ ‎(3)若C为CuCl2溶液，Zn是__________极，Cu极发生________反应，电极反应为________________________________________。‎ 反应一段时间后溶液中c(Cu2＋)________(填“变大”“变小”或“不变”)。‎ ‎(4)CO与H2反应还可制备CH3OH，CH3OH可作为燃料使用，用CH3OH和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如图2：‎ 图2‎ 电池总反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，则c电极是________(填“正极”或“负极”)，c电极的反应方程式为______。‎ 若线路中转移 2 mol 电子，则上述CH3OH燃料电池中消耗的O2在标况下的体积为________L。‎ 解析：(1)铁作负极，则该原电池总反应是铁与稀硫酸置换氢气的反应，所以正极反应是氢离子得电子生成氢气，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；溶液中氢离子放电，导致溶液中氢离子浓度减小，pH升高。(2)Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋设计成如题图所示的原电池装置，根据方程式中物质发生的反应类型判断，Cu发生氧化反应，作原电池的负极，所以A材料是Cu，B极材料是比Cu不活泼的导电物质如石墨、Ag等。溶液C中含有Fe3＋，如FeCl3溶液。(3)Zn比较活泼，在该原电池中作负极，Cu作正极，正极发生还原反应，Cu2＋在正极得到电子变成Cu，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，则溶液中c(Cu2＋)变小。(4)根据图中的电子流向知c是负极，负极是甲醇发生氧化反应：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋，线路中转移2 mol电子时消耗氧气0.5 mol，标况下体积为11.2 L。‎ 答案：(1)2H＋＋2e－===H2↑　升高 ‎(2)Cu　石墨　FeCl3溶液(或其他合理答案)‎ ‎(3)负　还原　Cu2＋＋2e－===Cu　变小 ‎(4)负极　CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋　11.2‎ ‎12．(1)某研究性学习小组为探究Fe3＋与Ag 反应，进行如下实验：按图1连接装置并加入药品(盐桥中的物质不参与反应)。‎ 图1‎ ‎①K闭合时，指针向左偏转，石墨作________(填“正极”或“负极”)。‎ ‎②当指针归零后，向左侧U形管中滴加几滴FeCl2浓溶液，发现指针向右偏转，写出此时银电极的反应式：____________________‎ ‎____________________________________________________。‎ ‎③结合上述实验分析，写出Fe3＋和Ag反应的离子方程式：____‎ ‎____________________________________________________。‎ ‎④丙同学进一步验证其结论：当指针归零后，向右侧U形管中滴加数滴饱和NaCl溶液，可观察到的现象是_________________。‎ ‎(2)微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图2所示：‎ 图2‎ ‎①HS－在硫氧化菌作用下转化为SO的反应式是__________。‎ ‎②‎ 若维持该微生物电池中两种细菌的存在，则电池可以持续供电，原因是_______________________________________________‎ ‎_______________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(3)钴酸锂电池的正极采用钴酸锂(LiCoO2)，负极采用金属锂和碳的复合材料，该电池充放电时的总反应式：LiCoO2＋6C Li1－xCoO2＋LixC6，写出放电时负极的电极反应________________‎ ‎____________________________________________________。‎ ‎(4)PbSO4热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。基本结构如图3所示，其中作为电解质的无水LiClKCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。‎ ‎　　　　　　　　图3‎ ‎①放电过程中，Li＋向________(填“负极”或“正极”)移动。‎ ‎②负极反应式为_______________________________________‎ ‎_______________________________________________________‎ ‎____________________________________________________。‎ ‎③电路中每转移0.2 mol电子，理论上生成________g Pb。‎ ‎(5)氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池工作原理如下图所示。‎ 图4‎ ‎①a电极的电极反应式是_______________________________‎ ‎_____________________________________________________‎ ‎____________________________________________________；‎ ‎②一段时间后，需向装置中补充KOH，请依据反应原理解释原因是_____________________________________________________‎ ‎_______________________________________________________‎ ‎____________________________________________________。‎ 解析：(1)①K闭合时，指针向左偏转，石墨作正极。②当指针归零后，向左侧U形管中滴加几滴FeCl2浓溶液，发现指针向右偏转，说明银棒作正极，此时银电极的反应式Ag＋＋e－===Ag。③结合上述实验分析，Fe3＋和Ag反应为可逆反应，离子方程式为Ag＋Fe3＋Ag＋＋Fe2＋。④当指针归零后，向右侧U形管中滴加数滴饱和NaCl溶液，可观察到的现象是出现白色沉淀，溶液中Ag＋浓度减小，Ag＋Fe3＋Ag＋＋Fe2＋平衡正向移动，Ag发生氧化反应为负极，电流表指针向左偏转。(2)①酸性环境中反应物为HS－产物为SO，利用质量守恒和电荷守恒进行配平，电极反应式：HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋；②从质量守恒角度来说，HS－、SO离子浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子。(3)放电时，负极上发生氧化反应，碳单质可以看作是盛放锂单质的容器，结合电池充放电时的总反应式：LiCoO2＋6CLi1－xCoO2＋LixC6可知放电时Li 元素化合价升高，得到放电时负极的电极反应为LixC6－xe－===C6＋xLi＋。(4)根据方程式，电路中每转移0.2 mol电子，生成0.1 mol Pb，即20.7 g。(5)①a电极是通入NH3的电极，失去电子，发生氧化反应，所以该电极作负极，电极反应式是2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O；②一段时间后，需向装置中补充KOH，是由于发生4NH3＋3O2===2N2＋6H2O反应，有水生成，使得溶液逐渐变稀，为了维持碱的浓度不变，所以要补充KOH。‎ 答案：(1)①正极　②Ag＋＋e－===Ag　③Ag＋Fe3＋Ag＋＋Fe2＋　④出现白色沉淀，电流表指针向左偏转　(2)①HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋　②HS－、SO离子浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子　(3)LixC6－xe－===C6＋xLi＋　(4)①正极　②Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2　③20.7　(5)①2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O　②由于发生4NH3＋3O2=== 2N2＋6H2O反应，有水生成，使得溶液逐渐变稀，所以要补充KOH