2021届高考化学一轮复习课时作业17原电池化学电源含解析鲁科版

2021届高考化学一轮复习课时作业17原电池化学电源含解析鲁科版

课时作业17　原电池　化学电源 时间：45分钟 一、选择题 ‎1．(2020·广西桂林、贺州、崇左调研)如图所示原电池的盐桥中装有饱和K2SO4溶液，电池工作一段时间后，甲烧杯中溶液颜色不断变浅。下列叙述中正确的是(　D　)‎ A．b极是电池的正极 B．甲烧杯中K＋经盐桥流向乙烧杯 C．甲烧杯中溶液的pH逐渐减小 D．电池的总反应离子方程式为MnO＋5Fe2＋＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O 解析：本题考查原电池原理，侧重考查电极判断、离子移动方向等。由甲烧杯中溶液颜色不断变浅，可知KMnO4中Mn元素的化合价降低，得到电子，Fe元素的化合价升高，失去电子，则b为负极，a为正极，所以总的电极反应式为2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O。由于Fe2＋在b电极失去电子，发生氧化反应，所以b极是电池的负极，A错误；K＋向正极移动，所以K＋从盐桥流向甲烧杯，B错误；甲烧杯中a电极上MnO获得电子，发生还原反应，Mn元素的化合价降低，电极反应为MnO＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O，所以甲烧杯中溶液的pH逐渐增大，C错误；由总的电极反应式可知，反应的离子方程式为MnO＋5Fe2＋＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O，D正确。‎ ‎2．(2020·福建六校联考)常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池如图1所示，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示。反应过程中有红棕色气体产生。下列说法错误的是(　D　)‎ A．t1 s前，Al片的电极反应为：2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋‎ B．t1 s时，因Al在浓硝酸中钝化，氧化膜阻碍了Al继续反应 8‎ C．t1 s之后，负极Cu失电子，电流方向发生改变 D．烧杯中发生反应的离子方程式为：2NO2＋2OH－===2NO＋H2O 解析：t1 s前，Al片作负极，发生氧化反应，其电极反应式为2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋，A项正确；t1 s时，随着反应进行铝表面钝化形成的氧化膜阻碍了Al继续反应，B项正确；t1 s后Cu作负极发生氧化反应，电流方向发生改变，C项正确；NO2溶于NaOH溶液中生成NaNO3和NaNO2，即烧杯中发生反应的离子方程式为2NO2＋2OH－===NO＋NO＋H2O，D项错误。‎ ‎3．(2020·云南新平一中月考)可用于电动汽车的铝—空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是(　A　)‎ A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3↓‎ C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变 D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极 解析：本题考查铝—空气燃料电池的工作原理，涉及电极反应式、电子流向、电解质溶液的变化等。电解质溶液显碱性或中性，该燃料电池的正极反应均为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A正确；铝作负极，铝失去电子变为Al3＋，在NaOH溶液中反应生成AlO，则负极反应为Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O，B错误；该电池在碱性条件下消耗了OH－，生成H2O，总反应式为4Al＋3O2＋4OH－===4AlO＋2H2O，溶液pH降低，C错误；电池工作时，电子从负极流出经过外电路流到正极，D错误。‎ ‎4．(2020·陕西榆林第二次质检)联氨(N2H4)是火箭的燃料，一种用联氨制成的燃料电池示意图如下，下列有关该电池的说法正确的是(　C　)‎ A．该电池工作时，电子从负极经电解质溶液流向正极 B．负极的反应式为N2H4－4e－===N2↑＋4H＋‎ C．电池工作一段时间后，溶液的pH减小 D．当电路中通过0.1 mol电子时，负极上消耗0.56 L O2(标准状况)‎ 解析：本题考查联氨燃料电池的构成及工作原理。电池工作时，电子从负极经导线流向正极，不进入电解质溶液，A错误；N2H4在负极上发生氧化反应生成N2，电解质溶液是KOH溶液，则电极反应式为N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O，B错误；正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，综合两电极反应式可得燃料电池总反应式为N2H4＋O2===N2↑＋2H2O，反应生成H2O，‎ 8‎ c(KOH)逐渐减小，溶液的pH减小，C正确；O2参与正极反应，电路中通过0.1 mol电子时，正极上消耗0.025 mol O2，在标准状况下的体积为0.025 mol×22.4 L·mol－1＝0.56 L，D错误。‎ ‎5．(2020·陕西宝鸡中学月考)某传感器工作原理如图所示，利用该传感器可以测定空气中NO、CO、NH3、SO2等有害气体的含量。下列说法正确的是(　C　)‎ A．传感器工作中，电子由Pt(Ⅰ)极经电流计传到Pt(Ⅱ)极 B．若M为熔融KOH，X为NH3，Y为N2，则负极的电极反应式为2NH3－6e－===N2＋6H＋‎ C．若M是含O2－的固体电解质，X为NO，则正极的电极反应式为O2＋4e－===2O2－‎ D．若X为CO，M为KOH溶液，则电池总反应为2CO＋O2===2CO2‎ 解析：本题考查传感器的工作原理，涉及电子流向、电极和电池反应式等。O2通入Pt(Ⅰ)极，发生还原反应，则Pt(Ⅰ)是正极，Pt(Ⅱ)是负极，故电子由Pt(Ⅱ)极经电流计传到Pt(Ⅰ)极，A错误；X为NH3，Y为N2，M为熔融KOH，则负极反应为2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O，B错误；M是含O2－的固体电解质，则正极的电极反应式为O2＋4e－===2O2－，C正确；X为CO，M为KOH溶液，则电池总反应为2CO＋O2＋4KOH===2K2CO3＋2H2O，D错误。‎ ‎6．(2020·北京海淀区模拟)全钒电池以惰性材料作电极，在电解质溶液中发生的原电池反应为：VO(黄色)＋V2＋(紫色)＋2H＋===VO2＋(蓝色)＋H2O＋V3＋(绿色)。‎ 下列说法不正确的是(　C　)‎ A．正极反应为VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O B．负极附近的溶液由紫色逐渐变为绿色 C．反应每生成1 mol H2O时转移电子的物质的量为0.5 mol D．原电池使用过程中溶液的pH逐渐增大 解析：由电池总反应VO(黄色)＋V2＋(紫色)＋2H＋===VO2＋(蓝色)＋H2O＋V3＋(绿色)可得，VO为正极的活性物质，V2＋为负极的活性物质，所以左室为正极室，右室为负极室。正极反应为VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O，A项正确；负极反应为V2＋－e－===V3＋‎ 8‎ ‎，所以负极附近溶液的颜色由紫色逐渐变为绿色，B项正确；由电极反应VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O可知，反应每生成1 mol H2O时转移电子的物质的量为1 mol，C项错误；由原电池总反应可知，反应过程中H＋被不断消耗，所以溶液的pH逐渐增大，D项正确。‎ ‎7．(2020·四川泸州一模)如图是一种可充电锂电池，反应原理是4Li＋FeS2Fe＋2Li2S，SO(CH3)2是溶剂。下列说法正确的是(　C　)‎ A．放电时，a极被还原 B．放电时，电解质溶液中PF向b极区迁移 C．充电时，b极反应式为Fe＋2Li2S－4e－===FeS2＋4Li＋‎ D．充电时，a极连接电源的正极 解析：本题考查可充电锂电池的构成及原理。放电时，该装置是原电池，Li作负极，发生氧化反应，电极反应式为Li－e－===Li＋，A错误；放电时，a极是负极，b极是正极，电解质溶液中阴离子移向负极，则PF向a极区迁移，B错误；充电时，该装置是电解池，b极是阳极，发生氧化反应，电极反应式为Fe＋2Li2S－4e－===FeS2＋4Li＋，C正确；充电时，a极是阴极，连接电源的负极，D错误。‎ ‎8．(2020·湖南湘东六校联考)一种新型可充电电池的工作原理如图所示。总反应为Al＋3Cn(AlCl4)＋4AlCl4Al2Cl＋3Cn(Cn表示石墨)。下列说法正确的是(　C　)‎ ‎　‎ A．放电时负极反应为2Al－6e－＋7Cl－===Al2Cl B．放电时AlCl移向正极 C．充电时阳极反应为AlCl－e－＋Cn===Cn(AlCl4)‎ D．电路中每转移3 mol电子，最多有1 mol Cn(AlCl4)被还原 解析：放电时，铝为负极，失去电子被氧化为Al2Cl，电极反应式为：Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl，A错误。放电时，AlCl移向负极，B错误。充电时，阳极失去电子，发生氧化反应，石墨中碳元素的化合价没有发生变化，失去电子的是AlCl，电极反应式为：Cn＋AlCl－e－===Cn(AlCl4)，C正确。1 mol Cn(AlCl4)被还原仅转移1 mol电子，D错误。‎ 8‎ ‎9．(2020·甘肃武威六中一诊)“锌＋碘”新型安全动力电池有望取代目前广泛使用的“铅蓄电池”“锂电池”等，已知该电池的工作原理如图所示。下列有关说法错误的是(　C　)‎ A．该电池安全性高，且对环境友好 B．正极反应式为I＋2e－===3I－，电极a附近显红色 C．电子的移动方向为“Zn→电极a→电极b→石墨毡”‎ D．“回流通道”可以减缓电池两室的压差，避免电池受损 解析：本题考查“锌＋碘”电池的工作原理，以及以它作电源的电解原理。该电池对环境友好，且避免使用易燃的有机电解液，安全性高，A正确；“锌＋碘”电池中，Zn作负极，发生氧化反应，石墨毡作正极，I在正极得电子发生还原反应，其电极反应式为I＋2e－===3I－，石墨电极a连接负极，为电解池阴极，发生得电子的还原反应，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，a极附近溶液显碱性，使酚酞变红，B正确；电子不能通过溶液，其移动方向为“Zn→电极a，电极b→石墨毡”，C错误；该新型电池的充放电过程会导致电池内离子交换膜的两边产生压差，所以“回流通道”的作用是减缓电池两室的压差，避免电池受损，D正确。‎ ‎10．(2020·四川蓉城名校联盟联考)某课题研究小组设计如图所示装置(电极材料均为Pt)，该装置可将工业废水中的乙胺(CH3CH2NH2)转化为无毒无害物质。下列分析错误的是(　D　)‎ A．电极N为电池的负极 B．电池工作时，H＋由N极区通过交换膜移动到M极区 C．电极N的电极反应式为2CH3CH2NH2＋8H2O－30e－===4CO2↑＋N2↑＋30H＋‎ D．当空气(含氧气20%)的进入量为7.5 mol时，可以处理含乙胺(质量分数为9%)的废水0.1 kg 8‎ 解析：本题考查利用原电池原理处理工业废水中乙胺的原理及分析。含有乙胺的废水通入电极N，空气通入电极M，则电极N是电池的负极，M是正极，A正确；电池工作时，阳离子向正极移动，则H＋由N极区通过交换膜移动到M极区，B正确；电极N上CH3CH2NH2发生氧化反应转化为无毒无害物质，应生成N2和CO2，电极反应式为 2CH3CH2NH2＋8H2O－30e－===4CO2↑＋N2↑＋30H＋，C正确；7.5 mol空气(含氧气20%)中含有O2的物质的量为1.5 mol，参与正极反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，电路中通过6 mol电子，据得失电子守恒可知，电极N上消耗0.4 mol CH3CH2NH2，则有m(CH3CH2NH2)＝0.4 mol×45 g·mol－1＝18 g，故处理含乙胺废水的质量为＝200 g＝0.2 kg，D错误。‎ 二、非选择题 ‎11．(2020·山西太原月考)SO2、CO、CO2等是对环境影响较大的几种气体，对它们的合理控制和治理是优化我们生存环境的有效途径。‎ ‎(1)利用电化学原理可将CO、SO2转化为重要化工原料，装置如图所示：‎ ‎①若A为CO，B为H2，C为CH3OH，则通入CO的一极为正极。‎ ‎②若A为SO2，B为O2，C为H2SO4，则负极的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋。‎ ‎(2)碳酸盐燃料电池，以一定比例低熔点Li2CO3和Na2CO3为电解质，操作温度为650 ℃，在此温度下以镍为催化剂，以水煤气(CO、H2的体积比为1∶1)直接作燃料，其工作原理如图所示。‎ ‎①电池总反应为CO＋H2＋O2===CO2＋H2O。‎ ‎②以此电源电解足量的硝酸银溶液，若阴极产物的质量为21.6 g，则阳极产生的气体在标准状况下的体积为1.12 L。电解后溶液体积为2 L，溶液的pH为1。‎ 解析：‎ 8‎ ‎(1)①燃料电池中，通入氧化剂的一侧电极是正极、通入还原剂的一侧电极是负极，左室中C元素化合价由＋2变为－2，右室中H元素化合价由0变为＋1，所以CO是氧化剂，则通入CO的一侧电极为正极，电极反应式为CO＋4e－＋4H＋===CH3OH。②若A为SO2，B为O2，C为H2SO4，负极上的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋。(2)①该燃料电池中，负极的气体按物质的量之比为1∶1参与反应，CO、H2和O2反应生成CO2和水，电池总反应为CO＋H2＋O2===CO2＋H2O。②电解AgNO3溶液，阴极反应为Ag＋＋e－===Ag，阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，由上述分析可知，阴极产物为Ag，若阴极生成21.6 g银，其物质的量为21.6 g÷108 g·mol－1＝0.2 mol，转移电子为0.2 mol，根据得失电子守恒，阳极产生0.05 mol O2，标准状况下产生O2的体积为0.05 mol×22.4 L·mol－1＝1.12 L，根据电极反应可知，电解后生成的H＋为0.2 mol，则c(H＋)＝0.2 mol/2 L＝0.1 mol·L－1，故溶液的pH＝－lg0.1＝1。‎ ‎12．为实现废旧普通干电池中锌与MnO2的同时回收，某研究小组设计了如图1的工艺流程和如图2的实验探究装置：‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)普通锌锰干电池放电时被还原的物质是MnO2，用离子方程式解释其被称为“酸性”电池的原因NH＋H2ONH3·H2O＋H＋。‎ ‎(2)测得滤液中c(ZnSO4)略大于c(MnSO4)，则稀硫酸酸浸时主要反应的化学方程式为Zn＋MnO2＋2H2SO4===ZnSO4＋MnSO4＋2H2O，粉碎的重要作用是增大锌粉与二氧化锰粉末的接触面积。‎ ‎(3)燃料电池的优点是能量转换率高、环境友好，图2中甲烷燃料电池负极的电极反应为CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。‎ ‎(4)闭合开关K一段时间后，阳极附近溶液的pH减小(填“增大”“不变”或“减小”)，电解池中回收锌与MnO2的总反应的离子方程式为Zn2＋＋Mn2＋＋2H2OZn＋MnO2＋4H＋。‎ ‎(5)若燃料电池中负极消耗2.24 L(标准状况)CH4，且均完全转化为电能，电解池中回收制得19.5 g单质Zn，计算图2装置的电流效率η＝75%。(η＝生成目标产物消耗的电子数/转移的电子总数×100%)。‎ 解析：(1)普通锌锰干电池的构造：外壳为锌筒，中间是石墨棒，其周围是由MnO2和NH4‎ 8‎ Cl等组成的糊状填充物，还原剂锌在负极失去电子被氧化，氧化剂MnO2在正极得到电子被还原。(2)“酸浸”时首先会想到活泼金属锌与稀硫酸的反应：Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，结合“滤液”的溶质为ZnSO4和MnSO4可推知，在酸性溶液中锌把MnO2还原为Mn2＋：Zn＋MnO2＋2H2SO4===ZnSO4＋MnSO4＋2H2O；进而由“滤液中c(ZnSO4)略大于c(MnSO4)”判断出，粉碎的重要作用是增大锌粉与MnO2粉末的接触面积，使上述两个反应中的第二个反应成为主要反应。(3)“高效、环境友好的发电装置”是教材给出的燃料电池概念，据此知燃料电池的优点是能量转换率高和环境友好。碱性燃料电池中，甲烷的氧化产物为CO，负极反应为：CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。(4)铝电极与负极相连，作电解池的阴极，电解时溶液中的锌离子在铝电极上得到电子被还原为单质锌：Zn2＋＋2e－===Zn。阳极上Mn2＋失去电子被氧化为MnO2：Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋，生成的氢离子使阳极附近溶液的pH减小。阴、阳两个电极反应相加即为电解池的总反应：Zn2＋＋Mn2＋＋2H2OZn＋MnO2＋4H＋。(5)n(CH4)＝2.24 L/22.4 L·mol－1＝0.1 mol，由负极反应知消耗0.1 mol甲烷失去0.8 mol e－；n(Zn)＝19.5 g/65 g·mol－1＝0.3 mol，由阴极反应知生成0.3 mol Zn得到0.6 mol e－；图2装置的电流效率η＝×100%＝75%。‎ 8‎