2020届高考化学一轮复习原电池化学电源作业(1)

2020届高考化学一轮复习原电池化学电源作业(1)

跟踪检测（十九） 原电池 化学电源 ‎ 1．下列关于原电池的叙述中正确的是(　　)‎ A．正极和负极必须是金属 B．原电池是把化学能转化成电能的装置 C．原电池工作时，正极和负极上发生的都是氧化还原反应 D．锌、铜和盐酸构成的原电池工作时，锌片上有6.5 g锌溶解，正极上就有0.1 g氢气生成 解析：选B　一般普通原电池中负极必须是金属，正极可以是金属或非金属导体，A错误；原电池工作时，正极上发生还原反应，负极上发生氧化反应，C错误；锌、铜和盐酸构成的原电池工作时，锌片上有6.5 g锌溶解，正极上有0.2 g氢气生成，D错误。‎ ‎2. (2019·厦门模拟)将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。‎ 下列说法不正确的是(　　)‎ A．盐桥中的K＋移向FeCl3溶液 B．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态 D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中石墨电极为负极 解析：选D　A项，甲池中石墨电极为正极，乙池中石墨电极为负极，盐桥中阳离子向正极移动，所以向FeCl3溶液迁移，正确；B项，反应开始时，乙中I－失去电子，发生氧化反应，正确；C项，当电流计读数为零时，说明没有电子发生转移，反应达到平衡，正确；D项，当加入Fe2＋，导致平衡逆向移动，则Fe2＋失去电子生成Fe3＋，甲中石墨作为负极，而乙中石墨成为正极，错误。‎ ‎3．某同学做了如下实验，下列说法中正确的是(　　)‎ 装置 现象 电流计指针未发生偏转 电流计指针发生偏转 A.加热铁片Ⅰ所在烧杯，电流计指针会发生偏转 B．用KSCN溶液检验铁片Ⅲ、Ⅳ附近溶液，可判断电池的正、负极 C．铁片Ⅰ、Ⅲ的腐蚀速率相等 D．“电流计指针未发生偏转”说明铁片Ⅰ、铁片Ⅱ均未被腐蚀 解析：选A　温度不同，反应速率不等，两烧杯中存在电势差，能够产生电流，电流表指针会发生偏转，故A正确；两烧杯中溶液的浓度不同，发生离子的定向移动，产生电流，铁失去电子发生氧化反应，生成Fe2＋，与KSCN溶液无明显现象，不能判断电池的正、负极，故B错误；铁片Ⅰ与铁片Ⅱ未构成原电池，铁片Ⅲ与铁片Ⅳ构成了原电池，腐蚀速率一定不相等，故C错误；“电流计指针未发生偏转”说明铁片Ⅰ、铁片Ⅱ未构成原电池，但铁片表面均会发生吸氧腐蚀，故D错误。‎ ‎4．肼(N2H4)空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液。下列说法不正确的是(　　)‎ A．该电池放电时，通入肼的一极为负极 B．电池每释放1 mol N2转移的电子数为4NA C．通入空气的一极的电极反应式是O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ D．电池工作一段时间后，电解质溶液的pH将不变 解析：选D　该电池中肼是燃料，在负极通入，A正确；肼中氮元素的化合价是－2‎ 价，氧化产物是N2，负极反应为N2H4＋4OH－－4e－===4H2O＋N2↑，所以每释放1 mol N2 转移的电子数为4NA ，B正确；通入空气的一极为正极，正极上O2发生还原反应，反应式是O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正确；电池总反应为N2H4＋O2===N2↑＋2H2O，反应生成水，溶液浓度降低，KOH溶液的pH将降低，D错误。‎ ‎5．(2017·全国卷Ⅲ)全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是(　　)‎ A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4‎ B．电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 g C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性 D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多 解析：选D　 原电池工作时，正极发生一系列得电子的还原反应，即：Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2，其中可能有2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，A项正确；该电池工作时，每转移0.02 mol电子，负极有0.02 mol Li(质量为0.14 g)被氧化为Li＋，则负极质量减少0.14 g，B项正确；石墨烯能导电，利用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，C项正确；充电过程中，Li2S2的量逐渐减少，当电池充满电时，相当于达到平衡状态，电池中Li2S2的量趋于不变，故不是电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多，D项错误。‎ ‎6. (2019·武邑模拟)如图所示为新型的甲酸/铁离子燃料电池，具有原料安全、质子电导率高、能量密度高的特点，适合应用在规模化的供电场所。电池外壳采用聚四氯乙烯板，石墨作电极，在M端加注甲酸钠和氢氧化钠的混合液，在N端加注氯化铁和氯化钠的混合液。下列说法错误的是(　　)‎ A．放电时，N端是正极 B．M端的电极反应式为HCOO－＋OH－＋2e－===CO2↑＋H2O C．电池放电后，N端的Fe2＋通氯气后转化为Fe3＋，实现电解质溶液的循环利用 D．采用多孔纳米电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，有利于扩散至催化层 解析：选B　A项，正极发生还原反应，Fe3＋得到电子生成Fe2＋，N端是正极，正确；B项，M端的电极反应式为HCOO－＋3OH－－2e－===CO＋2H2O，错误；C项，电池放电后，N端的Fe2＋通氯气后，氯气具有氧化性能氧化Fe2＋转化为Fe3＋，Fe3＋在正极得到电子发生还原反应，实现电解质溶液的循环利用，正确；D项，反应物接触面积越大，反应速率越快，所以采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面，从而提高反应速率，正确。‎ ‎7.硼化钒(VB2)—空气电池是目前储电能力最强的电池，电池结构示意图如图，该电池工作时总反应为4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5，下列说法正确的是(　　)‎ A．电极a为电池负极，发生还原反应 B．每消耗1 mol VB2转移6 mol电子 C．电池工作时，OH－向电极a移动 D．VB2极发生的电极反应式为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O 解析：选D　由题图可知，空气通入电极a，显然电极a为正极，发生还原反应，A错误；4 mol VB2发生反应时消耗11 mol O2，同时转移44 mol电子，故消耗1 mol VB2时转移11 mol电子，B错误；电池工作时，阴离子(OH－)向负极(VB2极)移动，C错误；正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，用总反应式减去正极反应式的11倍即得负极反应式，故VB2在负极上发生氧化反应，电极反应式为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O，D正确。‎ ‎8.近年来AIST报告正在研制一种“高容量、低成本”锂—铜空气燃料电池，该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力，其中放电过程为2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ A．放电时，Li＋透过固体电解质向Cu极移动 B．放电时，负极的电极反应式为Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－‎ C．通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O D．整个反应过程中，铜相当于催化剂 解析：选B　由题中装置图和放电时总反应可知，放电时Li为负极，Cu为正极，阳离子向正极移动，A项正确；放电时，负极Li失电子转化成Li＋，B项错误；结合题中装置图可知，通入空气铜被腐蚀，生成Cu2O，C项正确；铜被腐蚀生成Cu2O，放电时Cu2O又被还原成Cu，所以整个反应过程中Cu相当于催化剂，D项正确。‎ ‎9. Zn—ZnSO4—PbSO4—Pb电池装置如图，下列说法错误的是(　　)‎ A．SO从右向左迁移 B．电池的正极反应为Pb2＋＋2e－===Pb C．左边ZnSO4浓度增大，右边ZnSO4浓度不变 D．若有6.5 g锌溶解，有0.1 mol SO通过离子交换膜 解析：选B　锌是负极，SO从右向左迁移，A正确；电池的正极反应为PbSO4＋2e－===Pb＋SO，B错误；左边锌失去电子转化为ZnSO4，ZnSO4浓度增大，右边ZnSO4浓度不变，C正确；若有6.5 g锌即0.1 mol锌溶解，根据电荷守恒可知有0.1 mol SO通过离子交换膜，D正确。‎ ‎10．(2019·濮阳模拟)一种钌(Ru)‎ 基配合物光敏染料敏化太阳能电池的工作原理及电池中发生的主要反应如图所示。下列说法错误的是(　　)‎ A．电池工作时，光能转变为电能，X为电池的负极 B．镀铂导电玻璃上发生氧化反应生成I－‎ C．电解质溶液中发生反应：2Ru3＋＋3I－2Ru2＋＋I D．电池工作时，电解质溶液中I－和I的浓度基本不变 解析：选B　电池工作时，光能转变为电能，由图中电子的移动方向可知，电极X为原电池的负极，故A正确；镀铂导电玻璃上，I得电子被还原为I－，故B错误；电池工作时，负极反应为2Ru2＋－2e－===2Ru3＋，正极反应为I＋2e－===3I－，又Ru2＋和Ru3＋、I和I－相互转化，所以电解质溶液中发生2Ru3＋＋3I－2Ru2＋＋I，故C正确；由电池中发生的反应可知，I在正极上得电子被还原为I－，后又被氧化为I，I和I－相互转化，反应的实质是光敏有机物在激发态与基态的相互转化，电解质溶液中I－和I的浓度基本不变，故D正确。‎ ‎11.我国科研人员研制出一种室温“可呼吸”Na—CO2电池。放电时该电池“吸入”CO2，充电时“呼出”CO2。吸入CO2时，其工作原理如图所示。吸收的全部CO2中，有 转化为Na2CO3固体沉积在多壁碳纳米管(MWCNT)电极表面。下列说法正确的是(　　)‎ A．“吸入”CO2时，钠箔为正极 B．“呼出”CO2时，Na＋向多壁碳纳米管电极移动 C．“吸入”CO2时的正极反应：4Na＋＋3CO2＋4e－===2Na2CO3＋C D．标准状况下，每“呼出”22.4 L CO2，转移电子0.75 mol 解析：选C　“吸入”CO2时是原电池，根据图示，钠变成了Na＋，被氧化，钠箔为负极，故A项错误；“呼出”CO2时是电解池，阳离子向阴极移动，Na＋向钠箔电极移动，故B项错误；放电时该电池“吸入”CO2，吸收的CO2有 转化为Na2CO3固体，有 转化为C，正极反应为4Na＋＋3CO2＋4e－===2Na2CO3＋C，故C项正确；标准状况下，22.4 L CO2的物质的量为1 mol，根据2Na2CO3＋C－4e－===4Na＋＋3CO2↑可知每“呼出”1 mol CO2，转移电子 mol，故D项错误。‎ ‎12.如图所示是原电池的装置图。请回答：‎ ‎(1)若C为稀H2SO4，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”)。‎ ‎(2)若需将反应：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋设计成如图所示的原电池装置，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，电极反应式为________________________________________________________________________。‎ 反应过程溶液中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：‎ 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燃料电池消耗的O2在标准状况下的体积为________ L。‎ 解析：(1)铁作负极，则该原电池反应是铁与稀硫酸置换H2的反应，所以正极反应是H＋得电子生成H2，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；溶液中H＋放电，导致溶液中H＋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极材料是Cu，B极材料是比Cu不活泼的导电物质如石墨、Ag等即可。溶液C中含有Fe3＋，如FeCl3溶液。(3)Zn比较活泼，在原电池中作负极，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，Cu2＋发生了反应，则c(Cu2＋)变小。(4)根据图中的电子流向知c是负极，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，标准状况下体积为11.2 L。‎ 答案：(1)2H＋＋2e－===H2↑　升高 ‎(2)Cu　石墨(其他合理答案也可)　FeCl3溶液 ‎(3)负　还原　Cu2＋＋2e－===Cu　变小 ‎(4)负极　CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋　11.2‎ ‎13．(1)高铁酸钾(K2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂，而且高铁电池的研制也在进行中。如图1所示是高铁电池的模拟实验装置。‎ ‎①该电池放电时正极的电极反应式为____________________________。‎ 若维持电流强度为1 A，电池工作十分钟，理论消耗Zn________g(已知F＝96 500 C·mol－1)。‎ ‎②盐桥中盛有饱和KCl溶液，此盐桥中氯离子向________(填“左”或“右”)移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向________(填“左”或“右”)移动。‎ ‎③图2为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有________________________________________________________________________。‎ ‎(2)有人设想以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图3所示，电池正极的电极反应式是____________________________，A是________(填名称)。‎ ‎(3)利用原电池工作原理测定汽车尾气中CO的浓度，其装置如图4所示。该电池中O2－可以在固体介质NASICON(固溶体)内自由移动，工作时O2－的移动方向___________(填“从a到b”或“从b到a”)，负极发生的电极反应式为_________________________。‎ 解析：(1)①放电时高铁酸钾为正极，正极发生还原反应，电极反应式为FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－。若维持电流强度为1 A，电池工作十分钟，转移电子的物质的量为 mol＝0.006 217 6 mol。理论消耗Zn的质量为×65 g·mol－1≈0.2 g。②电池工作时，阴离子移向负极，阳离子移向正极，所以盐桥中氯离子向右移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向左移动。(2)该电池的本质反应是合成氨反应，电池中氢气失去电子，在负极发生氧化反应，氮气得电子在正极发生还原反应，则正极反应式为N2＋8H＋＋6e－===2NH，氨气与HCl反应生成氯化铵，则电解质溶液为NH4Cl、HCl混合溶液。(3)工作时电极b作正极，O2－由电极b移向电极a；该装置是原电池，通入CO的电极a是负极，负极上CO失去电子发生氧化反应，电极反应式为CO＋O2－－2e－===CO2。‎ 答案：(1)①FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－　0.2　②右　左　③使用时间长、工作电压稳定 ‎(2)N2＋8H＋＋6e－===2NH　氯化铵 ‎(3)从b到a　CO＋O2－－2e－===CO2‎